DE4011535C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Kompressionsringen und einem unmittelbar darunter angeordneten Ölabstreifring, der von der Nut des Ölabstreifringes zum Kolbeninneren führende Druckentlastungsbohrungen aufweist.

Aus der Patentschrift DE 36 06 269 C1 ist ein gattungsgemäßer Tauchkolben für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Kompressionsringen und einem in einer Ölabstreifring-Nut angeordneten Ölabstreifring bekannt. Bei diesem Kolben gehen vom Nutgrund der Ölabstreifring-Nut senkrecht zur Kolbenachse radial einwärts verlaufende Ölableitkanäle aus, die über zur Kolbenachse parallel verlaufende Ölablaufbohrungen mit dem Kurbelgehäuse verbunden sind. Die Ölableitkanäle sind im Bereich der Stirnfläche des Kolbenbolzens vorgesehen und dienen dazu, das Schmieröl in den Druck- und Gegndruckbereich der Kolbenlaufflächen zu fördern.

Bei diesem bekannten Kolben wird das bei einer Kolben-Abwärtsbewegung in den Umfangsbereichen über den Kolbenbolzenaugen aufgestaute Schmieröl in einen in der Ölabstreifring-Nut hinter dem Ölabstreifring ausgebildeten Ölsammelraum gedrückt und in diesem Ölsammelraum in zwei Teilmengen aufgeteilt, von denen die eine Teilmenge über die Ölableitkanäle und die Ölablaufbohrungen in das Kolbeninnere und damit ins Kurbelgehäuse zurückgeleitet wird, während die andere Teilmenge durch in der Oberkante der Ölabstreifring-Nut vorgesehene Austritts-Aussparungen dem Umfangsbereich der Zylinderwand zugeführt wird. Verbrennungsgase, die bei diesem Kolben bis zum Ölabstreifring gelangen, dringen über die Druckentlastungsbohrungen im Druck- und Gegendruckbereich des Kolbens in den Ölsammelraum ein und verdrängen dort das Schmieröl, womit in diesem Kolbenbereich keine sichere Schmierung gewährleistet ist. Diese Art der Schmierölführung ohne gesonderte gleichzeitige Ableitung der Verbrennungsgase hat zusammen mit der durch die Kippbewegung des Kolbens während dessen Abwärtsbewegung bedingten Ovalisierung des Kolbens zur Folge, daß sich das Schmieröl nicht in ausreichendem Maße über den gesamten Umfang des Kolbens verteilt.

Ein weiterer gattungsgemäßer Kolben ist aus der DE-PS 9 27 544 bekannt. Hier ist unterhalb des Ölabstreifringes in jedem Quadranten vor den beiden Kolbenbolzen-Stirnseiten je eine Ölfangnut vorgesehen. Mit dieser soll das in diesen Bereichen im Überschuß auftretende Schmieröl abgeleitet werden, bevor es in den Brennraum gelangen kann. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei hochbelasteten Kolben in den Quadranten vor den Kolbenbolzen-Längsseiten (Druck- und Gegendruckbereich) ein Ölmangel auftritt. Eine Ölversorgung durch das vom Ölabstreifring in den Quadranten vor den Kolbenbolzen-Stirnseiten im Überschuß anfallende Öl wird bei diesem Kolben dadurch verhindert, daß die Ölfangnut in Umfangsrichtung begrenzt ist und an beiden Enden Ölableitbohrungen großen Durchmessers aufweist. Ferner ist es aus der DE 34 28 007 gemäß Fig. 2 bekannt, unterhalb des Ölabstreifrings eine umlaufende Aussparung vorzusehen, die eine gleichmäßige Verteilung des im Überschuß anfallenden Schmieröls ermöglicht. Die Verteilung des Schmieröls ist jedoch noch unbefriedigend, da auch hier das aus dem Druck- und Gegendruckbereich eindringende Verbrennungsgas das Schmieröl aus diesen Kolbenbereichen verdrängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß eine ausreichende und gleichmäßige Ölversorgung der Kolbenringe und Kolbenaußenfläche über ihren gesamten Umfang erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch Anwendung der Maßnahmen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Die bei Anwendung der Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß der Gasdruck zwischen dem Ölabstreifring und dem darüberliegenden Kompressionsring im Druck- und Gegendruckbereich gezielt abgebaut wird. In diesen Bereichen tritt also unterhalb des Ölabstreifringes kein unter Druck stehendes Verbrennungsgas auf, das einerseits einer seitlichen Bewegung des Öls in Richtung zu den Quadranten im Druck- und Gegendruckbereich entgegenwirken und und andererseits das an der Zylinderwand haftende Öl nach abwärts führen könnte. Die umlaufende Ölfangnut ermöglicht dabei eine seitliche Bewegung des in Überschuß anfallenden Öls vor den Kolbenbolzen-Stirnseiten. Infolgedessen kann ein Teil dieses Öls ungehindert durch die umlaufende Ölfangnut in die Quadranten im Druck- und Gegendruckbereich gelangen. Ein anderer Teil des überschüssigen Öls wird dagegen ins Kolbeninnere abgeleitet. Dieses Öl kann daher keinen so großen Staudruck aufbauen, daß der Ölabstreifring von der Unterseite seiner Ringnut abhebt oder der Ölabstreifring derart verformt wird, daß zwischen diesem Ring und der Wand der Zylinderbuchse Öl durchtritt. In beiden Fällen kann das Öl bis in den Brennraum wandern, wo es verbrennt, was aber verhindert werden soll.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 einen waagrechten Schnitt durch einen Kolben;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel in einem waagrechten Schnitt und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel, ebenfalls in einem waagerechten Schnitt durch den Kolben.

Der Kolben gemäß Fig. 1 bis 3 weist einen Oberteil 1 mit mehreren Nuten 2 zur Aufnahme je eines Kompressionsringes 3 auf. Der Oberteil 1 ist in an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise, fest mit einem Unterteil 4 verbunden. Im Unterteil 4 ist eine weitere Nut 5 zur Aufnahme eines Ölabstreifringes vorgesehen. Die Nut 5 könnte grundsätzlich auch im Kolbenoberteil vorgesehen sein. Ebenso ist die Erfindung nicht auf zweiteilige Kolben beschränkt. Der Unterteil 4 nimmt weiterhin einen Kolbenbolzen auf, dessen Längsachse mit A-A bezeichnet ist.

Von der Rückwand der Nut 5 gehen mehrere Druckentlastungsbohrungen 7 ab. Jede Druckentlastungsbohrung 7 führt zu einer senkrechten Ableitbohrung 8. In jede Druckentlastungsbohrung 7 ist weiterhin eine Hülse eingesetzt, die einen Drosselabschnitt 9 bildet und so bemessen ist, daß das zwischen dem Ölabstreifring und dem benachbarten Kompressionsring einströmende Verbrennungsgas abgeführt wird und keinen unzulässigen Druck erzeugt. Die Druckentlastungsbohrungen 7 münden dabei jeweils im mittleren Bereich jeder der beiden Quadranten a in der Nut 5 des Ölabstreifrings.

Unmittelbar unter der Nut 5 für den Ölabstreifring 6 ist eine außen um den Kolben herumlaufende Ölfangnut 10 angeordnet. Zweckmäßig schneidet die Ölfangnut 10 die Nut 5 an. Im mittleren Bereich jedes der mit b bezeichneten Quadranten vor den Kolbenbolzenstirnseiten gehen von der Ölfangnut 10 Ölableitbohrungen 11 ab, die ebenfalls in den senkrechten Ableitbohrungen 8 münden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel münden je eine Druckentlastungsbohrung 7 und eine Ölableitbohrung 11 in einer gemeinsamen Ableitbohrung 8.

Bewegt sich der Kolben beispielsweise während eines Arbeitshubes abwärts, so führt er eine Kippbewegung um die Achse A-A des Kolbenbolzens aus. Diese Kippbewegung führt dazu, daß der Spalt zwischen der Zylinderbuchse und dem Kolben zunächst im Bereich des einen Quadranten a, später infolge des Kippens auch im Bereich des anderen Quadranten a verkleinert wird. In diesen Bereichen wird daher das an der Zylinderbuchse haftende Öl seitlich in Richtung zu den Quadranten b weggedrückt. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn, wie bei hochbelasteten Kolben von großen Dieselmotoren üblich, der Kolben im Querschnitt ovalisiert ist, d. h., daß sein Durchmesser in der Mitte der Quadranten a gemessen größer als der durch die Mitte der Quadranten b gemessene Durchmesser ist.

Durch die Kippbewegung des Kolbens werden zeitweilig zwischen der Zylinderbuchse und den Kolbenringen im Bereich der Quadranten a größere Spielräume gebildet, durch die abwechselnd an den Kolbenringen vorbei Verbrennungsgase durchtreten können. Dies führt zu nach abwärts gerichteten Gasströmungen in den Quadranten a. Infolge der Anordnung der Druckentlastungsbohrungen 7 im mittleren Bereich der Quadranten a wird jedoch verhindert, daß Verbrennungsgase, die Öl an der Zylinderbuchse nach abwärts zu führen suchen, noch unterhalb des untersten Kompressionsringes 3 und damit unterhalb des Ölabstreifringes 6 auftreten. Hier wird somit ein Gebiet niedrigen Drucks geschaffen.

Durch die umlaufende Ölfangnut 10 wird weiter sichergestellt, daß das in den Quadranten b unter Druck an dem Ölabstreifring 6 anstehende Öl die Ölfangnut 10 in den Quadranten b auffüllt und dann in Richtung zu den Quadranten a fließen kann. Diese Strömung wird durch das Fehlen eines Verbrennungsgas-Gegendrucks in den Quadranten a begünstigt. Ein Ansteigen des Öldrucks in den Quadranten b unter dem Ölabstreifring 6 auf ein Maß, das diesen Ring von der Zylinderwand abheben könnte, wird dadurch vermieden, daß hier Ölableitbohrungen 11 vorgesehen sind. Deren Durchmesser ist so zu bemessen, daß ein den Ölabstreifring 6 von der Zylinderbuchse abhebender Öldruck nicht auftreten kann.

Durch die Zusammenführung der Ölableitbohrungen 11 der Druckentlastungsbohrungen 7 in gemeinsame Ableitbohrungen 8 wird die Ableitung des Öls zur Kolbenunterseite begünstigt, weil die Verbrennungsgasströmung unabhängig von der Kolbenbewegung mit der gewünschten Ölableitrichtung gleichgerichtet ist. Der Abschnitt kleineren Durchmessers 9 in jeder Ölableitbohrung 7 stellt dabei sicher, daß beim Arbeitshub des Kolbens kein in den Ölableitbohrungen 7 enthaltenes Öl durch Verbrennungsgase höheren Drucks in den Ableitbohrungen 8 zur Kolbenaußenseite zurückgeführt werden kann.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 ist, abweichend vom vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, in jedem Quadranten a lediglich in der Mitte je eine Druckentlastungsbohrung 12 vorgesehen. Jede Druckentlastungsbohrung mündet in eine Ableitbohrung 13. In die Ableitbohrung 13 münden jeweils zwei Ölableitbohrungen 14, die wiederum im mittleren Bereich der Quadranten b von der Ölfangnut 15 ausgehen.

Während bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen die Ölableitbohrungen und die Druckentlastungsbohrungen jeweils in der Projektion gesehen, senkrecht aufeinander stehen, zeigt Fig. 5, daß auch Ölableitbohrungen 17 und Druckentlastungsbohrungen 16, in der Projektion gesehen, unter einem größeren Winkel zueinander geneigt angeordnet sein können. Dies kann dann von Interesse sein, wenn beispielsweise Bohrungen für die das Oberteil und das Unterteil des Kolbens verbindende Schrauben umgangen werden müssen. Bei dieser Anordnung sind zweckmäßig wieder je einer Ölableitbohrung 17 und einer Druckentlastungsbohrung 16 eine gemeinsame Ableitbohrung 18 zugeordnet.

Claims (2)

1. Tauchkolben für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Kompressionsringen, einem unmittelbar darunter angeordneten Ölabstreifring, mit Ölableitbohrungen unterhalb des Ölabstreifrings, die zum Kolbeninnern führen und jeweils denjenigen Quadranten (b) des Kolbenquerschnitts zugeordnet sind, die durch die Kolbenbolzen-Stirnflächen bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Ölabstreifrings (6) eine umlaufende Ölfangnut (10; 15) angeordnet ist, in welche die Ölableitbohrungen (11; 14; 17) münden, daß in der Nut (5) des Ölabstreifrings (6) Druckentlastungsbohrungen (7; 12; 16) zum Abführen von Verbrennungsgasen vorgesehen sind, die dem mittleren Bereich derjenigen Quadranten (a) zugeordnet sind, die durch die Druck- und Gegendruckseiten der Kolbenlaufflächen bestimmt sind, daß mindestens eine Ölableitbohrung (11, 14, 17) und mindestens eine Druckentlastungsbohrung (7; 12; 16) in eine gemeinsame, in Richtung der Kolbenlängsachse verlaufende, ins Kolbeninnere führende Ableitbohrung (8; 13; 18) münden, und daß jede Druckentlastungsbohrung (7; 12; 16) einen Abschnitt mit einer Drosselbohrung (9) besitzt.

2. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölfangnut (10) sich in Achsrichtung des Kolbens bis zur Nut (5) des Ölabstreifringes (6) erstreckt.