DE3928577A1 - Kolben fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Fahrzeugmotor. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem aktiven Schmiersystem zum Einspritzen von Schmierstoff mittels einer Einspritz­ düse, welche nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens in den Zylinder der Brennkraftmaschine gerichtet ist.

Ein solcher für eine Brennkraftmaschine mit einem aktiven Schmiersystem geeigneter Kolben ist in der veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Showa 57-89 809 beschrieben. Der dort beschriebene Kolben hat in einem Teil seines Mantels einen Ausschnitt für die Aufnahme einer Schmierstoff-Einspritzdüse bei Annäherung des Kolbens an den unteren Totpunkt. Eine derartige Ausbildung ermöglicht die Bewegung des Kolbens abwärts über die Einbaustelle der Einspritzdüse hinaus beim Ansaug- und Arbeitshub des Kolbens. Dadurch kann die axiale Länge des Zylinders verringert werden, was zu einer entsprechenden Verringerung der Bauhöhe des Zylinderblocks insgesamt führt.

Durch die Ausbildung des Ausschnitts im Mantel des Kolbens entsteht jedoch andererseits ein kritischer Bereich, in welchem die Ermüdungsfestigkeit des Kolbens verringert ist. Zur Vermeidung von Spannungskonzentrationen ist der Ausschnitt des bekannten Kolbens zwar mit zügig ausgerun­ deten Rändern ausgebildet, es ist jedoch gleichwohl schwierig, Spannungskonzentrationen bei der Hin- und Her­ bewegung des Kolbens gänzlich auszuschließen. Dies kommt insbesondere daher, daß während der Bewegungen des Kolbens über die Pleuelstange lotrecht zur Achse des Kolbenhubs ausgerichtete Querkräfte auf den Kolben ausgeübt werden. Die aus diesen Querkräften resultierenden Spannungen können sich im Bereich des Ausschnitts konzentrieren und dort zur Rißbildung führen.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Kolbens der eingangs genannten Art, welcher frei von den beschrie­ benen Mängeln des bekannten Kolbens ist.

Zur Erreichung dieses und anderer Ziele hat der erfindungs­ gemäße Kolben in dem Bereich, in welchem ein Ausschnitt für die Aufnahme einer Schmierstoff-Einspritzdüse ausge­ bildet ist, einen gegenüber den übrigen Bereichen des Kolbens verringerten Außendurchmesser. Aufgrund dieses verringerten Durchmessers ergibt sich ein Spalt zwischen der Innenwandfläche eines Zylinders der Maschine und der Außenfläche des betreffenden Bereichs des Kolbens. Bei den Hubbewegungen des Kolbens treten daher in dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Bereich des Kolbens, in welchem der Ausschnitt für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritz­ düse ausgebildet ist, keine durch Querkräfte hervorgeru­ fenen Spannungen mehr auf.

In einer Ausführungsform schafft die Erfindung somit einen Kolben für eine mit einer Schmierstoff-Einspritzdüse versehene Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkörper, welcher einen Kolbenboden aufweist sowie einen an diesen anschließenden Kolbenmantel, in welchem ein Ausschnitt für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse in einer Stellung des Kolbens nahe dem unteren Totpunkt ausgebildet ist, und einer zwischen der äußeren Umfangsfläche des Bereichs des Kolbenmantels, in welchem der Ausschnitt ausgebildet ist, und der Innenwandfläche eines Zylinders der Maschine einen Spalt definierenden Ausbildung zur Vermeidung einer direkten Berührung des betreffenden Bereichs mit der Innenwandfläche des Zylinders.

Die den Spalt definierende Ausbildung hat die Form eines einen verringerten Durchmesser aufweisenden Abschnitts, in welchem der Ausschnitt für die Aufnahme der Schmierstoff- Einspritzdüse ausgebildet ist. Der Umfangsrandbereich des Ausschnitts für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse hat eine größere Wandstärke als andere Bereiche. Der Ausschnitt für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse ist durch einen zügig ausgerundeten Umfangsrand begrenzt.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat ein Kolben für eine Brennkraftmaschine, bei welcher eine Schmierstoff-Einspritzdüse zum Einspritzen von Schmierstoff zu Kühl- und Schmierzwecken in den Innenraum eines Zylinders der Maschine hineinragt, einen Kolbenkörper mit einem Kolbenboden und einem Kolbenmantel, in welchem ein Ausschnitt für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse in einer Hubstellung des Kolbens nahe dem unteren Totpunkt ausgebildet ist, und eine Ausgestaltung, welche verhindert, daß der Bereich des Kolbenmantels, in welchem der Ausschnitt für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse ausgebildet ist, durch zur Achse des Kolbenhubs lotrechte Querkräfte direkt belastet ist.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kolbens in einer bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der bevorzugten Ausführungsform des Kolbens bei der Verwendung in einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine.

Ein in Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichneter Kolbenkörper hat einen Kolbenboden 2, in dessen Bereich mehrere Kolben­ ringnuten 3 ausgebildet sind, und an welchen sich ein Kolbenmantel 4 anschließt. Ein der Kolbenkörper 10 durch­ setzendes Kolbenbolzenauge 5 dient der Aufnahme eines (nicht gezeigten) Kolbenbolzens für die Lagerung einer den Kolben mit einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle verbindenden (nicht gezeigten) Pleuelstange.

In der dargestellten Ausführungsform ist der Kolben 18 insbesondere für die Verwendung in einer Brennkraftmaschine bestimmt, welche eine Schmierstoff-Einspritzdüse 13 zum Einspritzen eines Schmierstoffs für die Kühlung und Schmierung des Kolbens aufweist. Die Einspritzdüse 13 ist an einer Stelle angeordnet, welche bei der Hubbewegung des Kolbens auf den unteren Totpunkt zu von einem Teil des Kolbenmantels 4 bestrichen wird. Deshalb ist im Kolben­ mantel 4 des Kolbens 10 ein Ausschnitt 11 für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse 13 im Bereich der unteren Totpunktstellung ausgebildet.

Zur Erzielung einer erhöhten Spannungs- und Ermüdungs­ festigkeit ist der Ausschnitt 11 von einem verstärkten Bereich 4 B umgeben. In der insbesondere in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform weist der den Ausschnitt 11 umgebende Randbereich 4 B eine größere Wandstärke auf als die anderen Wandbereiche. Die Verstärkung des Randbereichs 4 B verleiht diesem eine erhöhte Festigkeit gegenüber auf den Kolben wirkenden Belastungen und verhindert eine Konzentration von Spannungen, welche anderenfalls zur Rißbildung führen könnte. Möglich ist auch die Verwendung einer Verstärkung, welche aus einem anderen Werkstoff gefertigt ist als der übrige Kolben. Eine derartige Verstärkung, sowie das dafür verwendete Material beschreibt z.B. die US-Patent­ anmeldung Ser. No. 3 59 707 (1989) auf welche hier insoweit bezug genommen wird.

Wie man insbesondere in Fig. 2 erkennt, hat der Bereich des Kolbenmantels 4, in welchem der Ausschnitt 11 ausge­ bildet ist, einen Durchmesser Rs, welcher kleiner ist als der Durchmesser R der übrigen Bereiche. Dadurch entsteht ein Spalt 11 A zwischen der äußeren Umfangsfläche 4 A des betreffenden Bereichs des Kolbenmantels 4 und der Innen­ wandfläche 12 des Zylinders. Der Spalt 11 A verhindert, daß zur Achse des Kolbenhubs lotrechte Querkräfte unmittelbar auf den Bereich einwirken, in welchem der Ausschnitt 11 ausgebildet ist. Diese Querkräfte werden stattdessen über die gesamte Oberfläche des Kolbens verteilt, so daß es im Bereich des Ausschnitts 11 nicht zu einer Konzentration von Spannungen kommen kann.

Zur Verringerung des Durchmessers in dem betreffenden Bereich des Kolbenmantels 4 kann der Kolben spanend bearbeitet werden. Es ist jedoch auch möglich den einen verringerten Durchmesser aufweisenden Bereich durch die Verwendung einer entsprechend ausgebildeten Gußform bereits beim Guß des Kolbens herzustellen.

Die Erfindung ist nicht auf Einzelheiten der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Claims (9)

1. Kolben für eine eine Schmierstoff-Einspritzdüse aufweisende Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Kolbenkörper (10) mit einem Kolbenboden (2) und einem Kolbenmantel (4), in welchem ein Ausschnitt (11) für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse (13) in einer Hubstellung des Kolbens nahe dem unteren Totpunkt ausgebildet ist und
durch eine zwischen der äußeren Umfangsfläche (4 A) des Bereichs des Kolbenmantels, in welchem der Ausschnitt für die Schmierstoff-Einspritzdüse ausgebildet ist, und der Innenwandfläche (12) eines Zylinders der Maschine einen Spalt (11 A) definierende Ausbildung, wobei durch den Spalt eine direkte Berührung des genannten Bereichs des Kolbenmantels mit der Innenwandfläche des Zylinders vermieden ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Spalt (11 A) definierende Aus­ bildung die Form eines einen verringerten Durchmesser (Rs) aufweisenden Abschnitts aufweist, in welchem der Ausschnitt (11) für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse (13) ausgebildet ist.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Umfangsrandbereich (4 B) des Ausschnitts (11) für die Schmierstoff-Einspritzdüse (13) eine größere Wandstärke aufweist als andere Bereiche.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausschnitt (11) für die Schmier­ stoff-Einspritzdüse (13) durch einen zügig ausgerundeten Umfangsrand begrenzt ist.

5. Kolben für eine Brennkraftmaschine, bei welcher eine Schmierstoff-Einspritzdüse zum Einspritzen von Schmierstoff für die Kühlung und Schmierung des Kolbens in einen Zylinder der Maschine hineinragt, gekennzeichnet
durch einen Kolbenkörper (10) mit einem Kolbenboden (2) und einem Kolbenmantel (4), in welchem ein Ausschnitt für die Aufnahme der Schmierstoff-Einspritzdüse (13) in einer Hubstellung des Kolbens nahe dem unteren Totpunkt ausgebildet ist und
durch eine Ausgestaltung, welche verhindert, daß der Bereich des Kolbenmantels, in welchem der Ausschnitt für die Schmierstoff-Einspritzdüse ausgebildet ist, durch zur Achse des Kolbenhubs lotrechte Querkräfte unmittelbar belastet ist.

6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die genannte Ausbildung zwischen der äußeren Umfangsfläche (4 A) des Bereichs des Kolbenmantels (4), in welchem der Ausschnitt (11) für die Schmierstoff- Einspritzdüse (13) ausgebildet ist, und der Innenwand­ fläche (12) eines Zylinders der Maschine einen Spalt definiert, so daß eine direkte Berührung des genannten Bereichs mit der Innenwandfläche des Zylinders vermieden ist.

7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Spalt (11 A) definierende Ausbildung die Form eines einen verringerten Durchmesser (Rs) aufweisenden Abschnitts aufweist, in welchem der Ausschnitt (11) für die Aufnahme der Schmierstoff- Einspritzdüse (13) ausgebildet ist.

8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Umfangsrandbereich (4 B) des Ausschnitts (11) für die Schmierstoff-Einspritzdüse (13) eine größere Wandstärke aufweist als andere Bereiche.

9. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausschnitt (11) für die Schmier­ stoff-Einspritzdüse (13) durch einen zügig ausgerundeten Umfangsrand begrenzt ist.