DE3423889A1

DE3423889A1 - Kolbeneinheit mit schmiermittelspeicher bildendem und mit kolbenbolzenmontageaugen in eingriff stehendem element

Info

Publication number: DE3423889A1
Application number: DE19843423889
Authority: DE
Inventors: Tokuta Inoue; Matsumi Kanda; Souichi Matsushita; Kiyoshi Toyota Aichi Nakanishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1985-02-21
Also published as: DE3423889C2; US4506632A

Description

Kolbeneinheit mit Schniernittelspeicher bildenden und mit Kolbenbolzenrnontageaugen in Eingriff stehendem Element

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine, genauer gesagt eine Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine, die mit einen Ölkühlsystem zum Kühlen des Kolbens während des Betriebes der Brennkraftmaschine versehen ist.

Eine Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine wird normalerweise während des Betriebes derselben sehr heiß und ist im Vergleich zu den anderen Teilen der

15 Brennkraftmaschine relativ großen thermischen Spannungen ausgesetzt, und zwar insbesondere an ihrer oocrsn Hand oder ihrem Kronenabschnitt, der unmittelbar eier Wärmeenergie der Gase in der teilweise von Kolben begrenzten Verbrennungskammer ausgesetzt ist. Dieses Probisn

20 der Erhitzung des Kronenabschnittes der Kolbeneinheit ist in Verbindung mit modernen Brennkraftmaschinen immer stärker in den Vordergrund getreten, ca bei diesen Maschinen infolge der erhöhten Leistung die Teils

Dresdner Bank (München) Kto 3939 Bay«f Vereinsbank

508 3-i'

ι Klo 67J-43-a:-

erhöhten thermischen Belastungen ausgesetzt sind. In der Vergangenheit sind bereits verschiedene Konzepte entwickelt worden, um den Kühlvorgang einer derartigen Kolbeneinheit zu unterstützen. Heutzutage wird eine aktive Kühlung der Kolbeneinheit als notivendig angesehen.

Insbesondere wurde das Konzept einer Kühlung der Kolbenkrone von unten durch Einspritzen von Schmiermittel der Brennkraftmaschine von der Seite des Kurbelgehäuses nach oben in den von dem becherförmigen Kolben einschließlich des Kolbenkronenabschnittes und des Kolbenmantelabschnittes gebildeten Raum, so daß das Schmiermittel auf die Unterseite des Kolbenkronenabschnittes auftrifft und diesen kühlt, in der Vergangenheit in verschiedenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Beispielsweise sind derartige Konstruktionen für die Kolbenkühlung in den japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen 38-11185 (Veröffentlichung 14-19201), 42-101852 (Veröffentlichung 45-32981), 49-96796 (Veröffentlichung 54-26424) und 55-42967 (Veröffentlichung 57-156052) sowie der japanischen Patentanmeldung 58-138183 und den japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen 58-164040 und 58-188456 beschrieben. In Verbindung mit diesen Vorschlägen wurde festgestellt, daß es in bezug auf eine derartige Schmiermittelkühlung der Kolbenkrone von Vorteil ist, ein Element in der Nähe der Unterseite der Kolbenkrone vorzusehen, das einen Speicher zum zeitweisen und intermittierenden Ansammeln von Schmiermittel bildet, so daß das Schmiermittel aus diesem Element gegen die Kolbenkrone gespritzt werden kann, wenn sich der Kolben in der Zylincerbohrung hin- und herbewegt.

Ein derartiger Schmiermittelspeicher kann durch einen Teil der Kolbeneinheit gebildet werden, der einstückig mit dem Kolbenhauptkörper geformt oder gegossen v.'ird oder mit diesen verschweißt ist. Diese Vorgehensweise bereitet jedoch Schwierigkeiten, da dadurch die Her-Stellungskosten erhöht und während der Herstellung Qualitätsprobleme auftreten. Aus diesen Gründen wurde in den vorstehend erwähnten Anmeldungen das Konzept der Verwirklichung dieses Schniernittelspeichers durch ein Aufnahmeplattenelement, das in den Raun innerhalb .des Kolbenhauptkörpers in der Nähe der Kolbenkrone befestigt ist, offenbart. Die Verfahren des Standes der Technik zur Befestigung eines derartigen Aufnahneplattenelementes innerhalb des Kolbenhauptkörpers, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben oder durch Fixierung über die Federwirkung einer Haltefeder, haben sich dabei jedoch als nicht zufriedenstellend erwiesen. Bei der Fixierung über Schrauben oder andere Befestigungselemente machen es die auftretenden Vibrationen, thermischen Spannungen und Veränderungen sowie Beschleunigungskräfte, denen die Kolbeneinheit während des Betriebes der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, nahezu unmöglich, eine Garantie dafür abzugeben, daß sich diese Befestigungselemente nicht lösen. Bei der Befestigung durch eine Haltefeder ist die Zuverlässigkeit der Befestigungsart nicht besonders gut, und es entstehen Risiken durch Verluste der Federwirkung, die durch hohe Betriebstenaeraturen verursacht werden, so daß wiederum durch Vibrationen das Aufnahneplattenelenent gelöst v:erdsn kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbeneinheit zur Verfugung zu stellen, die in guter und wirksamer Weise über eine Schmiermittelzufuhr in den Innenraum der Kolbeneinheit gekühlt werden kann.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer Kolbeneinheit, die mit einem Aufnahneplattenelement zur Bildung eines Schmiermittelspeichers versehen ist, das über eine einfache und zuverlässige Konstruktion am Kolbenhauptkörper befestigt ist.

Desweiteren soll eine Kolbeneinheit zur Verfügung gestellt werden, bei der das Risiko eines Lösens oder einer Verschiebung des Aufnahmeplattenelementes nahezu gleich Null ist.

Die Erfindung bezweckt darüberhinaus die Schaffung einer Kolbeneinheit, die keine Änderung der grundlegenden Konstruktion des Kolbenhauptkörpers zur Befestigung des Aufnahmeplattenelementes erforderlich macht.

Schließlich soll durch die Erfindung eine Kolbeneinheit zur Verfügung gestellt werden, die in relativ einfacher Weise montiert bzw. hergestellt werden kann, deren Herstellungskosten gering sind und die in zuverlässiger Weise hergestellt werden kann, ohne daß die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Herstellfehlern groß ist.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsge^äß durch eine Kolbeneinheit für. eine Brennkraftmaschine gelöst, die die nachfolgenden Bestandteile umfasst: (a) einen Kolbenhauptkörper mit einen Kolbenkronenabschnitt und einem allgemein hohlzylindrischen Kolbenwandabschnitt, die miteinander verbunden sind und zusammen eine allgemein becherförmige Einheit bilden, und mit zwei Augen in dem Kolbenviandabschnitt, die an gegenüberliegenden Stellen auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse des Kolbenhauptkörpers angeordnet sind, so daß sie gegenüberliegende innere Endabschnitte auf-

weisen, und die jeweils mit einen mittleren Kolbenbolzenloch versehen sind, wobei die Achsen der beiden Kolbenbolzenlöcher dieser Augen zusammenfallen und die Mittelachse des Kolbenhauptkörpers im wesentlichen unter rechten Winkeln schneiden; und

(b) ein einen Schmiermittelspeicher bildendes Element mit (bl) einem Aufnahmeplattenhauptkörperabschnitt, der mit einer Vertiefung versehen ist, die einen Sch miermittelspeicher bildet, und (b2) zwei Hauptschenkeln , die jeweils an einem Ende mit einem Teil des Aufnahmeplattenhauptkörperabschnittes in Verbindung stehen und benachbart zu ihrem anderen Ende mit einem Loch und einem das Loch umgebenden Ringabschnitt versehen sind, wobei jeder dieser Ringabschnitte mit dem Innenabschnitt eines entsprechenden Auges in Eingriff steht und dessen Kolbenbolzenloch umgibt, so daß den Schmiermittelspeicher bildende Element in der becherförmigen Einheit des Kolbenhauptkörpers derart montierbar ist, daß sich die Aufnahmeplatte allgemein parallel zu dem Kolbenkronenabschnitt erstreckt und diesem gegenüberliegt.

Bei einer derartigen Ausbildung, kann das den Schmiermittelspeicher bildende Element, das die Umwälzung des Schmiermittels zum Kühlen des Kolbenkronenabschnittes in der nachfolgend beschriebenen Weise fördert, durch eine sichere und einfache Konstruktion im Kolbenhauptkörper gelagert werden. Da die Ringabschnitte die Kolbenbolzenlöcher der entsprechenden Augen umgeben, können bei der Montage des Kolbens in der Brennkraftmaschine über einen Kolbenbolzen, der durch die Bolzenlöcher der Augen gesteckt wird, um den Kolben drehbar an der entsprechenden Pleuelstange zu lagern, diese

Ringabschnitte in absoluter und zwangsläufiger V.'oise nicht von ihren entsprechenden Plätzen cclöst v.'erdjn. da sie zu diesen Zeitpunkt csn !-'clbsnboizcn 'j-.cscon. Da ferner die Löcher und die Ringabschnitte an den anderen Enden der Schenkel mit den inneren Endabschnitten der Augen in Eingriff stehen, kann während des Zusammenbaus der Kolbeneinhei.t der zwischen den inneren Endabschnitten der Augen vorhandene Raum nutzbringend zum Einbau des den Schmiernittelspeicher bildenden Elementes im Kobenhauptkörper eingesetzt werden. Die vorstehend beschriebene Konstruktion ist somit sehr einfach und läßt sich daher billig und zuverlässig herstellen. Da darüberhinaus keine große Änderung im grundlegenden Aufbau des Kolbenhauptkörpers im Vergleich zu einem Kolbenhauptkörper, der mit keinem einen Schmiermittelspeicher bildenden Element versehen ist, erforderlich ist, lassen sich die Kosten und Schwierigkeiten der Konstruktion beträchtlich herabsetzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsforrn einer Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine in einer Ebene, die die mittleren Längsachsen der Kolbeneinheit und eines darin ausgebildeten Kolbenbolzenbefestigungsloches ent- · hält;

Figur 2 ' einen weiteren Längsschnitt durch die erste Ausführungsform entlang II - II in Figur 1, der die Mittelachse der 35

Figur

10

Kolbeneinheit enthält, jedoch senkrecht zur Mittelachse des Kolbenbolzenbefestigungsloches verläuft;

einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform entlang Linie III - III in Figur 1, der senkrecht zu der Mittelachse der Kolbeneinheit verläuft und die Mittelachse des Kolbenbolzenbefestigungsloches enthält;

Figur A

15 20 Figur 25 eine perspektivische Ansicht eines einen Schmiermittelspeicher bildenden Elementes, das bei der ersten Ausführungsforn der Figuren 1-3 Verwendung findet und im spannungsfreien, nicht in der Kolbeneinheit montierten Zustand dargestellt ist;

einen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform in der gleichen Ebene wie Figur 1, wobei jedoch die einzelnen Teile in Explosionsansicht dargestellt sind, um deren Abmessungen sowie deren Zusammenbau zu verdeutlichen;

Figur

30

Figur

35 einen Längsschnitt ähnlich Figur 2 einer zweiten Ausführungsform einer Kolbeneinheit in einer Figur 2 entsprechenden Ebene;

einen Längsschnitt ähnlich Figur 1 einer dritten Ausführungsform in einer Figur 1 entsprechenden Ebene;

Figur 8

einen Längsschnitt ähnlich den Figuren 2 und 6 einer vierten Ausführungsform in einer der Figuren 2 und 6 entsprechenden Ebene;

Figur 9 Figur 10

einen Längsschnitt ähnlich den Figuren 1 und 7 der vierten Ausführungsform entlang Linie IX - IX in Figur 8, der die Hittelachse der Kolbeneinheit enthält;

eine Unteransicht der vierten Ausführungsform; und

Figur 11

eine vergrößerte Teilschnittansicht der vierten Ausführungsforn in der gleichen Ebene wie Figur 9, die zeigt, wie ein vorstehender Eingriffsringabschnitt eines einen Schmiermittelspeicher bildenden Elementes in eine Ausnehmung, die um ein Kolbenbolzenbefestigungsloch herum ausgebildet ist, eingepasst wird.

In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsfor.Ti einer Kolbeneinheit im Längsschnitt dargestellt. Diese Kolbeneinheit umfasst einen Kolbenhauptkörper 1 und ein einen Schmiermittel bildendes Element 10, das im Kolbenhauptkörper montiert ist. Bei dem Kolbenhauptkörper 1 handelt es sich üblicherweise um ein gegossenes Element, das eine becherförmige Gestalt aufweist und einen zylindrischen Seitenwand- oder Mantelabschnitt 2, einen Deckwand- oder Kronenabschnitt 3 und zwei Augenabschnitte 4 besitzt. Die Augenabschnitte 4 sind jeweils mit einem Kolbenbolzenbe-

festigungsloch 5 versehen und liegen unmittelbar unter dem Kronenabschnitt 3, wobei sie an diesen anstoßen. Sie liegen einander auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse der Kolbeneinheit gegenüber. Ihre inneren Enden stehen frei vom restlichen Teil der Kolbeneinheit in Richtung aufeinander vor. Die Kolbenbolzenbefestigungslöcher 5 sind koaxial angeordnet und dienen zur Aufnahme eines nicht gezeigten Kolbenbolzens, um die Kolbeneinheit an einer Verbindungsstange (Pleuelstange), die ebenfalls nicht gezeigt ist, zu befestigen.

Die Unterseite des Kronenabschnittes 3, d.h. dessen von der Verbrennungskammer (nicht gezeigt), in der sich die Kolbeneinheit befindet, entfernt angeordnete Fläche, die die Deckfläche 3a des Innenraumes der Kolbeneinheit bildet, ist im wesentlichen als flache konische Fläche ausgebildet, die in Aufwärtsrichtung geneigt ist. Alternativ dazu kann diese Unterseite auch als konkave sphärische Fläche ausgebildet sein. In Umfangsrichtung des Kronenabschnittes 3 um dessen Aussenfläche herum sind zwei Kolbenringnuten 6 und eine Ölabkratzringnut 7 eingeschnitten. Wie in Figur 2 gezeigt ist, steht der Boden der Ölabkratzringnut 7 mit dem Innenraum der Kolbeneinheit über eine Vielzahl von Schlitzlöchern 8 in Verbindung.

Jeder der frei nach innen vorstehenden Endteile c'sr Augenabschnitte A ist mit einer Stufs 9 versehen, eis von einem sich nach unten verengenoen zylindrischsn Encabschnitt 9a des inneren End'cniles des Auges durch eine ebene Ringfläche 9b gebildet wird, die sich von der Basis des Endabschnittes 9a nach aussen erstreckt. Die Innenfläche des Mantelabschnittes 2 der Kolbeneinheit ist mit zwei in Längsrichtung verlaufenden, flachen und relativ breiten Nuten 2a versehen, die sich auf gegen-

überliegenden Selten der Mittelachse der Kolbeneinheit auf einer Linie senkrecht zur Mittelachse der Kolbenbolzenbefestigungslöcher 5 gegenüberliegen. Diese Nuten 2a verlaufen abwärts zum unteren Rand des Mantelabschnittes 2.

Das in Figur A in seinem freien ungespannten Zustand in perspektivischer Ansicht gezeigte, den Schniernittelspeicher bildende Elenent 10 ist als ganzes aus einem Stück einer Metallplatte einer geeigneten Dicke, Nachgiebigkeit und Elastizität, beispielsweise einer Federstahlplatte, pre3gsforrrt. Das Element 10 besitzt einen mittleren Aufnahneabschnitt 12, der allgemein als Rechteck ausgebildet ist und in seinem Inneren eine zur Schmiermittelaufnahme dienende Vertiefung 11 aufweist.

Zwei breitere Schenkel 13 sind durch Abwärtsbiegen (aus der Sicht der Figur A) von zwei vorstehenden Ohren ausgebildet, welche an den mittleren Abschnitten der längeren Seiten dieses rechteckförmigen mittleren Aufnahmeabschnitts 12 ausgeformt sind. In ähnlicher Weise sind zwei schmalere Schenkel IA durch Abwärtsbiegen von zwei vorstehenden Armen, die auf den kürzeren Seiten des Aufnahmeabschnittes 12 ausgebildet sind, hergestellt. Die schmaleren Schenkel IA besitzen eine solche Breite und Länge, daß sie gerade in die vorstehend erwähnten Nuten 2a im Kolbenmantel 2 eingepasst werden können. Sie werden so erzeugt, daß die vorstehenden Arne entlang ersten Linien C eng benachbart zum Aufnahmeabschnitt 12 abwärts gebogen und dann entlang zweiten Linien D etwas auswärts gebogen werden, so daß ihre Hauptkörper im freien Zustand etwas nach aussen weisen, wie in Figur A gezeigt ist. Die breiteren Schenkel 13 sind so erzeugt worden, daß die vorstehenden Ohren entlang ersten Linien A eng benachbart zum Aufnahmeabschnitt 12 etwas abwärts und entlang zweiten Linien B etwas weiter abwärts gebogen

wurden, so daß auf diese Weise relativ kleine mittlere Schenkelabschnitte 13a und relativ große Endschenkelabschnitte 13b gebildet werden, die ebenfalls im freien Zustand etwas nach aussen weisen, wie in Figur 5 gezeigt ist. Der Abstand zwischen den freien Enden der schmsleren Schenkel 14 im ungespannten Zustand , der in Figur 4 mit "Le" bezeichnet ist, ist geringfügig größer als der Abstand zwischen den Böden der Hut 2a, der in Figur mit "Lf" bezeichnet ist. Aus Figur 5 geht hervor, daß in bezug auf die breiteren Schenkel 13 der Abstand "La" der Biegelinien A zwischen den Aufnahmeabschnitt 12 und den mittleren Schenkelabschnitten 13a geringfügig kleiner ist als der Abstand "Lb" der Endflächen 4a der einwärts vorstehenden Endteile der Augenabschnitte 4, so daß sich die Schenkel 13 zwischen den Flächen 4a hindurch erstrecken können, wenn sie in der in der Figur strichpunktiert dargestellten Weise gebogen werden, während der Abstand "Lc" der Biegelinien B zwischen den mittleren Schenkelabschnitten 13a und den Endschenkelabschnitten 13b im wesentlichen dem Abstand "Ld" der vorstehend erwähnten flachen Ringflächen 90b entspricht, die auf den inneren Endteilen der Augenabschnitte 4 ausgebildet sind. Jeder dieser Endschenkelabschnitte 13b ist mit einem kreisförmigen Loch 16 versehen, das von einem zylindrischen Flansch 15 umgrenzt wird, dessen Durchmesser so groß ist, daß der Flansch gerade über einen der vorstehend erwähnten abwärts verengten zylindrischen Endabschnitte 9a der Augen 4 gepasst werden kann. Der untere Rand eines jeden Endabschnittes 13b ist halbkreisförmig ausgebildet, und der Durchmesser dieser unteren Enden ist größer als der Aussendurchmesser der flachen Ringflächen 9b an den inneren Teilen der Augenabschnitte 4. Schließlich sind zwei Seitenflügelabschnitte 17 vergesehen, die sicn von gegenüberliegenden Endteilen der beiden langen Seiten des mittleren Aufnahmeabschnittes 12 aus in deren Ebene

erstrecken, die nicht durch die breiteren Schenkel besetzt sind, wie in Figur 4 gezeigt.

Wie in Figur 5 dargestellt, wird dieses den Schmiermittelspeicher bildende Element 10 unter Nutzbarmachung seiner eigenen Federkraft in der folgenden Weise im Kolbenhauptkörper 1 montiert. Als erstes wird das Element 10 in die Nähe der Unterseite des Kolbenhauptkörpers 1 gebracht, wobei der Aufnahmeabschnitt 12 in Richtung auf den Kolbenhauptkörper 1 weist und parallel zum Kronenabschnitt 3 verläuft und sich die langen Seiten des Aufnahneabschnittes 12 parallel zur Mittelachse der Kolbenbolzenbefestigungslöcher 5 erstrecken. Danach werden die breiteren Schenkel 13 des Elementes etwas (manuell oder über eine entsprechende Einrichtung) zusammengequetscht, wie durch die strichpunktierten Linien in der Figur gezeigt ist, so daß ihr maximaler Abstand geringer ist als der minimale Abstand Lb zwischen den Endflächen Aa der einwärts vorstehenden Endteile der Augenabschnitte 4, wobei die Schenkel 13 beide entlang der Linie A und der Linie B umgebogen werden. Danach wird das Element 10 in diesem Zustand in den Innenraum des Kolbenhauptkörpers 1 eingesetzt, wobei die weiteren Schenkel 13 zu den Augen 4 ausgerichtet sind und leicht zwischen diese eingepasst werden können, während, die schmaleren Schenkel 14 zu den Nuten 2a ausgerichtet sind. Die schmaleren Schenkel 14 treten mit den Nuten 2a in Gleiteingriff und wirken dabei für das Einsetzen des Elementes 10 in den Kolbenhauptkörper 1 als Führung. Wenn die Löcher 16 in den breiteren Schenkeln 13 in Ausrichtung zu dem Kolbenbolzenfebestigungslöchern 5 in den Augen 4 treten, wird der auf die Schenkel 13 ausgeübte Quetschdruck abgebaut, so daß die Schenkel durch ihre eigene Federkraft auseinanderfedern und die Aussenflachen der abwärts verengten zylindrischen Endabschnitte 9a der

Augen 4 mit derv Innenflächen der um die Löcher 13 herum vorgesehenen Flansche 15 in Eingriff treten und die Endabschnitte 9a in die Löcher 16 eindringen, bis die Hauptkörperabschnitte der Endschenkelabschnitte 13b mit den flachen Ringflächen 9b in Anlage treten, die auf den inneren Teilen der Augenabschnitte 4 ausgebildet sind.

Das den Schmiermittelspeicher bildende Element 10 wird somit durch seine eigene Federkraft fest am Kolbenhauptkörper 1 montiert, wobei die Flansche 15 um die Endabschnitte 9a herum- und die Schenkel 14 in die Nuten 2a eingepasst werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehung des Elementes 10 um die Mittelachse der Kolbenbolzenbefestigungslöcher 5 durch die Anordnung der Schenkel 14 in den Nuten 2a durch deren Federkraft verhindert. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Wirkung noch dadurch verstärkt werden, daß die Endabschnitte 9a der Augen 4 und die entsprechenden Löcher 16 in den Schenkelabschnitten 13 des Elementes 10 nicht kreisförmig ausgebildet werden. Das den Schmiermittelspeicher bildende Element 10 ist somit in einfacher, zuverlässiger und wirksamer Weise am Kolbenhauptkörper 1 montierbar, ohne daß hierzu irgendwelche Spezialwerkzeuge und irgendwelche speziellen Montageelemente erforderlich sind. Dies wird lediglich durch die Anordnung der Stufen 9 an den inneren Enden der Kolbenbolzenbefestigungsaugen und der Nuten 2a am Kolbenhauptkörper 1 erreicht. Der Kolbenhauptkörper muß somit im Vergleich zu einem Kolbenkörper, an dem kein einen Schmiermittelspeicher bildendes Element befestigt werden soll, nicht wesentlich geändert werden.

Wenn das den Schmiermittelspeicher bildende Element 10 auf diese Weise am Kolbenhauptkörper 1 befestigt ist, erstreckt sich der Aufnahmeplattenabschnitt 12 entlang 35

einer Ebene, die senkrecht zur Mittelachse der Kolben-• einheit verlauft (und die im wesentlichen horizontal angeordnet ist, wenn die Kolbeneinheit in der entsprechenden Brennkraftmaschine installiert ist). Zu diesem Zeitpunkt wird ein zur Aufnahme von Schmiermittel der Brennkraftmaschine geeigneter Speicher in der Nähe der Unterseite des Kolbenkronenabschnittes 3 durch die Vertiefung 11 gebildet. Wie Figur 3, bei der es sich um eine Unteransicht der Einheit handelt, zeigt, ist an einem Längsende (dem unteren Ende in der Figur)_vder rechteckfömrigen Aufnahmeplatte 12 auf einer Seite derselben (der linken Seite in der Figur) eine relativ große Öffnung 18 zwischen der Seitenwand 2 des Kolbenhauptkörpers 1 und dem Rand der Aufnahmeplatte 12 ausgebildet, die zwischen dem Raum unterhalb der Platte 12 und dem Raum über der Platte 12 zwischen der selben und der Kolbenkrone 3 mündet. Am anderen Längsende (dem oberen Ende) und auf der anderen Seite (der rechten Seite) der rechteckfcrmigen Aufnahmeplatte 12 befindet sich in ähnlicher VJeise eine relativ große Öffnung 19 zwischen der Seitenwand 2 des Kolbenhauptkörpers 1 und dem Rand der Aufnahmeplatte 1, die wiederum zwischen die Räume unter und über der Platte 12 mündet. Andere Öffnungen .zwischen diesen Räumen werden durch die Aufnahmeplatte und/oder durch die Flügelabschnitte 17, die von deren Seiten vorstehen, wirksam blockiert. Eine 18 dieser Öffnungen dient als Kanal zur Zuführung von Schmiermittel zur Schmiermittelaufnahmevertiefung 11, während die andere 19.dieser Öffnungen einen Kanal zur Abführung von Schmiermittel bildet.

Es wird nunmehr die Kühlung dieser Kolbeneinheit durch die Schmiermittelströmung der Brennkraftmaschine während des Betriebes derselben erläutert. 35

Wenn sich die Kolbeneinheit in ihrer Zylinderbohrung (nicht gezeigt) mit hoher Geschwindigkeit auf und nieder bewegt (im Sinne der Figuren 1 und 2), wird ein Strahl 120 des Schmiermittels von einer Düse 20, die an einem festen Teil der Brennkraftmaschine, beispielsweise dem Kurbelgehäuse, befestigt ist, nach oben gespritzt. Dieser Strahl ist so gerichtet, daß er sich durch die Öffnung zwischen der Seitenwand 2 des Kolbenhauptkürpers i und dem Rand der Aufnahmeplatte 12 erstreckt und zum großen Teil in den Raum über der Aufnahmeplatte 12 zwischen dieser und der Kolbenkrone 3 eindringt. Der Strahl trifft dann auf die Deckfläche 3a der Kolbenkrone 3. Wenn sich die Kolbeneinheit nunmcnr in den Figuren 1 und 2 aufwärts von der Düse 20 wegbewegt, d.h. sich während ihres Kompressions- oder Ausstoßhubes befindet, ist die Geschwindigkeit des Schmiermittelstrahles 21 relativ zur Kolbenkrone 3 nicht beonders groß, so daß dieser Strahl 21 nicht besonders hart auf die Deckfläche 3a der Krone auftrifft und der größte Teil des Schmiermittels des Strahles 21 nach unten gegen die Oberseite der Aufnahmeplatte 12 fällt und dort in der Schmiermittelaufnahmeverteifung 11 angesammelt wird, so daß sich oiess füllt. Wenn dis Kolbeneinheit ihren oberen Totpunkt passiert hat und mit ihrer Einwärtsbewegung beim Arbeits- oder Einlaßhub beginnt, wird durch diese plötzliche Bewegungsumkehr das in der Vertiefung 11 befindliche ScnTiernittel euren Trägheitswirkung aus der Vertiefung 11 herausgeschleudert und en masse gegen die Kolbenkronendeckfläche 3a über deren gesamten Bereich geworfen. Da die Deckflache 3a als konkaver Kegel ausgebilcet ist (eier alternativ dazu eine konkave sphärische Form besitzt), wird hierdurch das an der Deckfläche 3a haftende Schmiermittel veranlasst, in Richtung auf den mittleren Abschnitt der Deckfläche 3a zu fließen, so daß die Kühlwirkung der Kolbenkrone 3 verbessert wird. Während dieses Abwärtshubes der Kolbeneinheit wird der Schmiermittelstrahl 21

von der Düse 20 weiterhin durch die Öffnung 18 abgegeben, und da nunmehr die Geschwindigkeit des Schniermittelstrahles 21 relativ zur Kolbenkrone 3 groß ist, trifft dieser Strahl 21 ziemlich hart auf die Dec"<fläche 3a an einem Punkt im wesentlichen über der Öffnung 18 auf. Das Schmiermittel des Strahles 21 fließt dann entlang der Deckfläche 3a von seinem Aufprallpunkt weg in Richtung auf dem mittleren Teil der Fläche 3 a und dann am mittleren Teil vorbei in Richtung auf den Teil der Deckfläche 3a, der der anderen Öffnung 19 gegenüberliegt, die sich, wie in Figur 5 gezeigt, im wesentlichen diametral gegenüber der Öffnung 18 befindet. Dieser Schmiermittelstrom vom Strahl 21 reißt das vom Schmiermittelspeicher 11 nach oben gespritzte Schmiermittel mit und führt dieses mit sich bis zu dem Teil der Deckfläche 3a, der der Öffnung 19 gegenüberliegt. Dies hat zur Folge, daß das Schmiermittel, das von der Kolbenkrone 3 Wärme absorbiert hat, durch neues Schmiermittel ersetzt wird, um eine weitere Kühlung zu bewirken. Wenn die Kolbeneinheit ihren unteren Totpunkt passiert hat und mit ihrer Aufwärtsbewegung beginnt, wird das gegenüber der Öffnung 19 angesammelte Schmiermittel wiederum durch Trägheitswirkung von der Kolbenkronenfläche 3a gelöst und fällt nach unten, wobei ein großer Teil die Öffnung 19 passiert. Natürlich trifft ein beträchtlicher Teil dieses Schmiermittels auf die Aufnahmeplatte 12 und wird wiederum im Speicher 11 gesammelt, um den vorstehend beschriebenen Zyklus erneut durchzuführen. Durch die vorstehend beschriebenen Vorgänge wird jedoch eine beträchtliche und stetige Schmiermittelströmung in dem Raum zwischen dem Element 10 und der Kolbenkrone 3 über die Kolbenkronenfläche 3a von deren Bereich gegenüber der Öffnung 18 zu deren Bereich gegenüber der Öffnung 19 sichergestellt. Das

Schmiermittel verläuft somit vom Strahl 21 durch die Öffnung 18, über die Kolbenkronenfläche, wobei es einmal oder in wiederholter Weise in den Schmiermittelspeicher 11 eindringt, und dann durch die Öffnung 19 wieder heraus. Natürlich fällt ein großer Teil dieses von der Kronenfläche 3a geösten Schmiermittels nach unten auf die Oberseiten der Kolbenbolzenaugen A und fließt um diese Augen herum zu deren Unterseiten.

Dieses Schmiermittel, das um die Augen A herunterströmt, fließt dann zum größten Teil entlang den unteren Teilen der Schenkel 13, die mit diesen Augen A in Eingriff stehen und tropft von den unteren Enden der Schenkel 13, die unter die Augen A vorstehen, in den Schmiermittelsumpf der Brennkraftmaschine. Mit anderen Worten, diese unteren Enden eier Schenkel 13, die eben und scharf ausgebildet sind, üben einen Abtrennvorgang aus und konzentrieren das abwärtsströmende.Schmiermittel. Hierdurch wird verhindert, daß dieser Schmiermittelstrom auf die Seiten der Zylinderbohrung trifft, in denen sich die Kolbeneinheit hin und her bewegt. Dadurch wird ein übermäßiges Verbrennen des Schmiermittels vermieden, das zur Rauchbildung im Abgas und Luftverschmutzungsproblernen führt und darüberhinaus Kohlenstoff ablagerungen in den Verbrennungskammern der Brsnnkraftmaschine und an den Kolbenringen erzeugt.

In Figur 6 ist ein Schnitt durch eins zweite Ausführungsform einer Kolbeneinhsit gezeigt. 3ei disssr zweiten Ausführungsform sind die unteren Enden der Schenkel 13 mit Vorsprüngen 13a versehen die zur Verstärkung der vorstehend erwähnten Abtrenn- und Richtungsv/irkung dienen. Abgesenen vcn cissen Merkmal entspricht die Konstruktion der zweiten Ausführungsforn im wesentlichen der der ersten Ausführungsform.

Figur 7 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Kolbeneinheit. Bei dieser dritten Ausführungsform sind die unteren Enden der Schenkel gegeneinander nach innen gekrümmt, wodurch ebenfalls die vorstehend erwähnte Abtrenn- und Richtungs- bzw. Konzentrationswirkung gefördert werden soll. Auch diese Konstruktion entspricht in bezug auf die übrigen Merkmale im wesentlichen der der ersten Ausführungsform.

Die Figuren 8-10 zeigen eine vierte Ausführungsform einer Kolbeneinheit. Bei dieser Ausführungsform sind die folgenden Unterschiede vorhanden. Zuerst werden die Öffnungen 18 und 19 zum Schmiermitteldurchgang durch wirkliche Löcher im Aufnahmeplattenelement 12 gebildet und nicht durch Zwischenräume zwischen dem Plattenelement und dem Kolbenhauptkörper 1. Diese Öffnungen erfüllen jedoch die gleiche Funktion. Darüberhinaus sind die zylindrischen Flansche 15, die sich um die Löcher 16 in den Schenkeln 13 erstrecken, nicht um die inneren Endabschnitte der Kolbenbolzenaugen 4 befestigt, wie dies bei den ersten drei Ausführungsformen der Fall ist, sondern stattdessen in geöffnete Abschnitte 22 mit größerem Durchmesser in den inneren Enden der Kolbenbolzenbefestigungslöcher 5 eingepasst, wie an besten aus Figur 11 hervorgeht. Diese alternative Methode zur Befestigung des den Schmiermittelsoeicher bildenden Elementes 10 am Kolbenhauptkörper 1 entspricht im wesentlichen in ihren Wirkungen der bei den vorstehend beschriebenen drei Ausführungsformen erläuterten Methode und weist die gleichen Vorteile in bezug auf eine einfache und leichte Montage und Zuverlässigkeit auf. Diese Ausführung kann jedoch je nach den speziellen Umständen wünschenswerter sein.

Erfindungsgenäß wird somit eine Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die aus einen Kolbenhauptkörper und einem einen Schniernittelspsicher bildenden Element besteht. Der Kolbenhauptkörper ist becherförmig ausgebildet und unfasst einen Kronenabschnitt sowie einen damit verbundenen hohlzylindrischen Wandabschnitt. Zwei Kolbenbolzenbefestigungsaugen sind an gegenüberliegenden Seiten des Wandabschnittes ausgebildet. Das den Schmiermittelspeicher bildende Element besteht aus einem Aufnahmeplattenhsuptkörperabschnitt, der einen zentralen Schmiermittelspeicher bildet und zwei Öffnungen an seinen gegenüberliegenden Seiten aufweist, und zwei größeren Schenkeln, die sich von dem Hauptkörperabschnitt der Aufnahmeplatte aus erstrecken und jeweils ein Loch aufweisen, das von einem Ringabschnitt umgeben ist. Jeder dieser Ringabschnitte steht mit einem inneren Endabschnitt eines entsprechenden Kolbenbolzenbefestigungsauges in Eingriff und umgibt das entsprechende Kclnenbolzenbefestigungsloch. Das den Schmiermittelspeicher bildende Element ist somit über ein zuverlässige und einfache Konstruktion im becherförmigen Kolbenhauptkörper befestigt, wobei sich der Aufnah-'eolattenabschnit" allgemein parallel zur Kolbenkrone erstreckt und dieser gegenüberliegt und somit einen zentralen Scnniermittslspeicher bildet, der die Schmiernittelströnung durch die beiden Öffnungen entlang der Unterseite der Kolbenkrone zum Kühlen derselben unterstützt.

Claims

TeDTKE-BuHLING-KiNNS-.-GrUPE- .-:

Γ* Cg'"-''- ^:'-"~~ ~ -""-^:-:-Dipl.-!ng H.Tiedtke

Dipl.-Chem. G. Buhling Dipl.-Ing, R. Kinne

3423889 Dipl.-lng. B. Pellmann

Dipl.-Ing. K Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20 2* 8000 München

Tel.: 089-5396 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Mund

28. Juni 1984 DE 4048 / case AT-F-582

Patentansprüche

IJ Kolbeneinheit für eine Brennkraftmaschine mit sinerr. M<olbenhauptkörper, der einen Kolbenkronenabschnitt und einen allgemein hohlzylindrischen Kolbenwandabschnitt aufweist, die miteinander verbunden sind und zusammen eine becherförmige Einheit bilden, und mit zwei in dem Kolbenwandabschnitt ausgebildeten Äugen, die an gegenüberliegenden Stellen auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse des Kolbenhauptkörpers angeordnet sind, so daß sie gegenüberliegende innere Endabschnitte aufweisen, wobei jedes der beiden Augen mit einem mittleren Kolbenbolzenloch versehen ist und die Achsen der beiden Kolbenbolzenlöcher der Augen zusammenfallen und die Mittelachse des Kolbenhauptkörpers im wesentlichen unter rechten Winkeln schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinheit desweiteren ein einen Schmiern.itteispeicher bildendes Element (10) aufweist, das einen Aufnahmeplattenhauptkörperabschnitt (12), in dem eine Vertiefung (11) zur Ausbildung eines Schmiermittelspeichers vorgesehen ist, und zwei größere Schenkel (13) umfasst, die jeweils an einem Ende mit einem Teil des Aufnahne-

Dre«dn«r Bank (München) Kto 3939 8*4 Bayer Vweinsbank (München) KtO 508 941 Postscheck (München) Klo ero-43-BC-l

plattenhauptkorperabschnittes (12) in Verbindung stehen und benachbart zu Ihrem anderen Ende mit einem Loch (16) sowie einem das Loch umgebenden Ringabschnitt (15) versehen sind, wobei jeder dieser Ringabschnitte 0.5) mit dem inneren Abschnitt eines entsprechenden Auges (A) in Eingriff steht und dessen Kolbenbolzenloch (5) umgibt, so daß das den Schmiermittelspeicher bildende Element (10) in der becherförmigen Einheit des Kolbenhauptkörpers derart montiert ist, daß sich die Aufnahmeplatte (12) allgemein parallel zum Kolbenkronenabschnitt (3) erstreckt und diesem gegenüberliegt.
2. Kolbeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Schmiermittelspeicher bildende Element (10) desweiteren zwei kleinere Schenkel (IA) aufweist, die jeweils an einem Ende mit einem Teil des Aufnahmeplattenhauptkörperabschnittes (12) verbunden sind und an anderen Ende mit einer Innenfläche des Kolbenwandabschnittes (2) in Eingriff stehen.
3. Kolbeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Kolbenwandabschnittes (2) mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Nuten (2a) versehen ist, mit denen jeweils eines der anderen Enden der kleineren Schenkel (14) in Eingriff steht.
A. Kolbeneinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeplattenhauptkörperabschnitt (12) des Elementes (10) die Form eines Rechteckes besitzt und daß die einen Enden der größeren Schenkel (13) jeweils mit einem Teil von einer der längeren Seiten des Rechteckes verbunden sind, während die einen Enden der kleineren Schenkel (IA) jeweils mit einem Teil einer der kürzeren Seiten des Rechteckes verbunden sind.
5. Kolbeneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeplattenhauptkörperabschnitt (12) des Elementes (10) desweiteren zwei Flügel (17) aufweist, die jeweils mit einem Teil von einer der längeren Seiten des Rechteckes verbunden sind, wobei diese Teile benachbart zu verschiedenen Enden der längeren Seiten des Rechteckes angeordnet sind.
6. Kolbeneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufnahmeplattenhauptkörperabschnitt (12) und der Innenwand des Kolbenwandabschnittes (2) zwei Öffnungen (18, 19) verbleiben, die benachbart zu verschiedenen Enden der längeren Seiten des Rechteckes angeordnet sind.
7. Kolbeneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Au.fnahmeplattenhauptkörperabschnitt (12) des Elementes (10) im wesentlichen einen Innenraum in der becherförmigen Einheit des Kolbenhauptkörpers unterbricht und mit zwei Öffnungen (18,

19) versehen ist, die an gegenüberliegenden Stellen auf gegenübeliegenden Seiten der Mittelachse des Kolbenhauptkörpers (1) angeordnet sind.
8. Kolbeneinheit nach einem der vorangehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder größere Schenkel (13) desweiteren einen rohrförmigen Flansch (15) aufweist, der an den Umfang.des Loches stößt, und daß ?eder der inneren Endabschnitte der Augen (4) mit einen abgeschnittenen Abschnitt (9) versehen ist, der den rohrförmigen Flansch aufnimmt, um den größeren Schenkel an entsprechenden Auge zu befestigen.

-A-
9. Kolbeneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschnittenen Abschnitte (9) der Augen (A) an den Aussenumfängen der inneren Endabschnitte derselben ausgebildet sind.
10. Kolbeneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschnittenen Abschnitte der Augen an den inneren Umfangen der inneren Endabschnitte derselben ausgebildet sind.
11. Kolbeneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren Schenkel (13) an Abschnitten unmittelbar benachbart zu dem Teil des Aufnahmeplattenhauptkörperabschnittes (12 ) mit dem sie verbunden sind, abgebogen sind und daß sie desweiteren wiederum an Abschnitten abgebogen sind, die von dem Aufnahmeplattenhauptkörperabschnitt etwas weiter entfernt angeordnet sind.
12. Kolbeneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich Teile der größeren Schenkel (13) auf der von der Kolbenkrone (3) entfernt angeordneten Seite der Augen (A) von der Kolbenkrone weiter weg erstrecken als Teile des Umfangs der Augen.
13. Kolbeneinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der größeren Schenkel (13) auf der von der Kolbenkrone entfernten Seite der Augen (A) mit Vorsprüngen (13c) versehen sind.
14. Kolbeneinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der größeren Schenkel (13) auf der von der Kolbenkrone entfernten Seite der Augen (4) nach innen aufeinanderzu gekrümmt sind.