DE19705464A1 - Tauchkolben für Verbrennungsmotoren mit einer Verbrennungsmulde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben für Verbrennungs­ motoren mit einer Verbrennungsmulde im Kolbenboden, insbe­ sondere für Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Kolben ist z. B. aus der DE-OS 29 18 097 be­ kannt. Dort kann es durch Überlagerung von thermischen und mechanischen Wechsellastbeanspruchungen zu Anrissen des Muldenrands hauptsächlich in Bolzenrichtung kommen. Quer­ schnittsveränderungen oder scharfe Kanten im Bereich des Muldenrands führen zu einer zusätzlichen Spannungskonzen­ tration und einer Erhöhung der Anrißwahrscheinlichkeit.

Insbesondere in den Kolbenboden eingearbeitete Ventilni­ schen wirken sich am Übergang vom Rand der Ventilnische in den Muldenrand spannungserhöhend aus. Die Übergänge vom Ventilnischenrand in den Muldenrand werden deshalb teilwei­ se aufwendig von Hand verrundet.

Eine weitere Möglichkeit, Spannungskonzentrationen vom Mul­ denrand fernzuhalten, besteht darin, den Muldenrand durch eine beim Drehen der Mulde hergestellte konzentrische Ein­ drehung auf die Höhe der Ventilnischen abzusenken, wie dies aus den Fig. 1 und 2 der DE-OS 43 26 978 erkennbar ist. Die Eindrehung hat dort einen um ca. 4 mm größeren Durch­ messer als der eigentliche Muldenrand.

Diese - von der Bearbeitung her einfache - Lösung hat je­ doch den Nachteil, daß der Verbrennungsvorgang durch den Wegfall von Quetschflächen im Bereich der Eindrehung ge­ ringfügig verschlechtert werden kann.

Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, Span­ nungskonzentrationen am Übergang vom Ventilnischenrand zum Muldenrand zu vermeiden, ohne den Verbrennungsvorgang nega­ tiv zu beeinflussen und ohne aufwendige Verrundung von Hand.

Dieses Problem wird bei gattungsgemäßen Kolben durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dabei ist definitionsgemäß unter Ventilnische die eigentli­ che Ventilnische, die zum Großteil vom Ventilteller über­ deckt wird, zusammen mit dem Erweiterungsbereich B zu ver­ stehen.

Da der Muldenrand nicht auf seinem ganzen Umfang, sondern nur in einem relativ kleinen, sich an die eigentliche Ven­ tilnische anschließenden Erweiterungsbereich auf die im Be­ reich des Muldenrands vorliegende Höhe der Ventilnischen abgesenkt wird, entsteht kein nennenswerter Verlust an Quetschfläche.

Dabei verläuft der Erweiterungsbereich entlang des Mulden­ rands und endet in einer vergleichsweise spannungsarmen Zo­ ne.

Die Breite x des Erweiterungsbereichs B soll maximal 7% des Kolbendurchmessers betragen. Häufig werden allerdings Werte von 2 bis 4% oder auch nur 1,5% ausreichen.

Die Länge des Erweiterungsbereichs B hängt von der Lage der Ventilnische relativ zur Bolzenachse ab. Häufig werden Wer­ te von 20% bis 50% des Ventilnischendurchmessers einen günstigen Bereich darstellen.

Grundgedanke der Erfindung ist es, den anrißgefährdeten Übergangsbereich vom Ventilnischenrand zum Muldenrand in einen spannungsarmen Bereich zu legen. Dieser liegt im Re­ gelfall typenabhängig in einem Winkelbereich von 30° bis 55° links und rechts der Bolzenachse BA. Außerhalb der spannungsarmen Zone liegen am Muldenrand unter Betriebsbe­ dingungen in Bolzenrichtung Zugspannungen, in Druck-Gegen­ druckrichtung Druckspannungen vor.

Im Gegensatz zu der aus der DE-OS 43 26 978 bekannten, um­ laufenden Eindrehung erstreckt sich der erfindungsgemäße Erweiterungsbereich also nur über einen begrenzten Umfangs­ winkel der Mulde und endet vor Erreichen der nächsten Ven­ tilnische.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben in der Draufsicht.

Ein Kolben 1 weist im Kolbenboden eine Verbrennungsmulde 2 und zwei Ventilnischen 3 auf, die die Verbrennungsmulde überschneiden. Um die Entstehung von kritischen Spannungen am Muldenrand 4 zu vermeiden, sind die Übergänge U von den Ventilnischen 3 in die Mulde 2 durch Schaffung von Erweite­ rungsbereichen B in Zonen geringer Spannungen verlegt. Die Erweiterungsbereiche B werden zweckmäßig gleichzeitig mit den eigentlichen Ventilnischen durch Verfahren des Fräsers hergestellt.

Claims (2)

1. Tauchkolben für Verbrennungsmotoren mit einer Verbren­ nungsmulde im Kolbenboden und mit mindestens einer Ven­ tilnische im Kolbenboden, wobei eine oder mehrere Ven­ tilnischen die Verbrennungsmulde schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß der randseitige Übergang U der Ventilnische (3) in die Mulde (2) durch einen entlang des Muldenrands (4) verlaufenden Erweiterungsbereich B der Ventilnische (3) in einem vergleichsweise spannungsarmen, von der ei­ gentlichen Ventilnische entfernten Bereich liegt, wobei die Breite x des Erweiterungsbereichs B in Richtung vom Muldenrand (4) nach radial außen maximal 7% des Kol­ bendurchmessers beträgt.

2. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Erweiterungsbereichs B, d. h. der randseitige Übergang U der Ventilnische (3) in die Mul­ de (2), in einem Winkelbereich von 30° bis 55° zur Bol­ zenachse BA liegt.