EP1099845A2 - Kolben mit einer Verbindung von einem Kühlkanal zu einer Kolbenbolzenbohrung - Google Patents

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EP1099845A2
EP1099845A2 EP00120969A EP00120969A EP1099845A2 EP 1099845 A2 EP1099845 A2 EP 1099845A2 EP 00120969 A EP00120969 A EP 00120969A EP 00120969 A EP00120969 A EP 00120969A EP 1099845 A2 EP1099845 A2 EP 1099845A2
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piston pin
cooling channel
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KS Kolbenschmidt GmbH
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/06—Casting

Definitions

  • the invention relates to a piston, in particular a piston for internal combustion engines, according to the features of the preamble of claim 1.
  • Such a piston is known from the American patent US 4,907,545. That piston has a piston pin bore that receives a piston pin, the piston is connected to a connecting rod via the piston pin.
  • the invention is therefore based on the object, the failure of the piston when exceeded to avoid critical load values in the area of the piston pin bore, so that consequential damage cannot occur.
  • the cooling duct is connected to the piston pin bore via at least one connection connected. Via this connection, the cooling medium that is inside the Piston gets into the cooling channel, also get into the piston pin bore, so that this Piston pin bore with the piston pin inside is also cooled and lubricated becomes. Lubrication initially reduces friction and then also a seizure and wear of the surface pressure between the piston pin and Piston pin bore avoided.
  • the main advantages of the invention are thus avoidance of bolt seizures or bolt grinders as well as basically avoiding bore wear. It also reduces friction, resulting in lower fuel consumption and noise reduction results. Overall, there is a higher resilient piston, so that the combustion temperatures with regard to the combustion and exhaust gas quality and combustion pressures can be raised further.
  • the at least one connection is after the piston has been produced can be produced in particular by drilling.
  • This has the advantage that it is already finished Pistons or the tools for pistons, especially the molds, unchanged can stay. It is only necessary after manufacture of the piston, at least to introduce a connection between the cooling channel and the piston pin bore. Drilling is a particularly simple option, but this is not the only one Possibility is, but also other are conceivable.
  • the at least one connection is during casting of the piston can be produced using a mold body.
  • Corresponding moldings are for this (for example salt cores) which are removed (rinsed) after the casting process must, so that the at least one connection between the cooling channel and the piston pin bore is released.
  • a pin bore bushing is in the piston pin bore used.
  • the invention thus advantageously also works with such pistons, where the piston pin is inserted into the piston pin bore via a pin bore bushing is inserted.
  • This construction also has the advantages already mentioned.
  • the at least one connection is perpendicular or inclined aligned with an axis of the piston pin bore. So there are two different designs Alignments for the at least one connection are available, including one Combination of the two orientations mentioned is conceivable. Because of this alignment can the connection meet the geometric boundary conditions (especially with regard to to the strength values of the piston) and other requirements. The same also applies to the diameter and the number of connections. In in this context it should be noted that the at least one connection or several connections are arranged in such places in the piston, through which the strength of the piston is not affected.
  • FIG. 1 shows a piston 1 as used in internal combustion engines, in particular diesel engines Vehicles.
  • the piston 1 points in the direction of the combustion chamber side a ring field 2 known per se. There is still a combustion chamber trough in this area 3 arranged, the geometric shape is shown here only as an example.
  • the piston 1 has a piston pin bore 4 which is perpendicular to the main axis or perpendicular to the piston stroke movement axis.
  • the piston pin bore 4 takes a piston pin 5, with the piston pin 5 and the piston pin bore 4 having a positive fit Form a connection.
  • the piston pin 5 transmits the forces to a connecting rod, which in Figure 1 is shown only schematically.
  • a circumferential cooling channel 6 is arranged inside the ring field 2 and outside the combustion chamber trough 3 is in the upper area of the piston 1, a circumferential cooling channel 6 is arranged.
  • This cooling channel 6 (cavity cooling channel) is used for internal cooling of the piston 1 with a cooling medium, usually engine oil, filled, which is injected into the interior of the piston 1.
  • a cooling medium usually engine oil, filled, which is injected into the interior of the piston 1.
  • This a connection 7 or too several connections 7 have the purpose that the cooling medium from the cooling channel 6 in preferred amount in the piston pin bore 4, that is, in the operation of the internal combustion engine between piston pin bore 4 and piston pin 5 flows to improve the To contribute lubrication and cooling in this area.
  • connection 7 The arrangement, the length as well the diameter of the connection 7 is with regard to the position of the cooling channel 6 and Adjust the piston pin bore 4 in such a way that in particular the strength of the piston 1 preserved. Is this connection 7 or by several connections 7 the strength of the piston 1 is not affected, is yet another advantage of the invention Connections 7 to see that this saves weight.
  • FIG. 1 shows that the one connection 7 (when viewing FIG. 1 the left connection) obliquely to the main axis or to the piston stroke movement axis from the cooling channel 6 runs in the direction of the piston pin bore 4, while when viewing FIG right connection 7 runs perpendicular to this piston stroke movement axis.
  • Alternative to The arrangement of the connections 7 shown in FIG. 1 can also have multiple connections 7 be provided over the longitudinal extent of the piston pin bore 4 such that several connections 7, starting from the cooling channel 6, in the direction of the piston pin bore 4 extend in a star shape.
  • a piston 1 is shown in FIG of the ring field 2 connects and on the other hand in the piston pin bore 4 a piston pin bore bushing 8 is inserted.
  • connection 7 or even several connections 7 independently of the position and the geometric configuration of the cooling channel 6 are used can to the cooling medium from the cooling channel 6 in the direction of the piston pin bore 4th to transport.
  • the cooling duct 6 can be located in an area between the piston pin bore 4 and a piston combustion chamber surface 9. He also does not have to go around the combustion chamber trough 3 run, but can also have other geometric shapes.

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Abstract

Ausgehend von einem Kolben (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kolbenbolzenbohrung (4) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (5) sowie mit einem innerhalb eines Ringfeldes (2) angeordneten Kühlkanal (6), wird die Aufgabe, eine bessere Ölzufuhr zu der Bolzenbohrung mit dem Ziel besserer Schmierung und Kühlung zu erreichen, dadurch gelöst, daß der Kühlkanal (6) über zumindest eine Verbindung (7) mit der Kolbenbolzenbohrung (4) verbunden ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere einen Kolben für Brennkraftmaschinen, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Ein solcher Kolben ist aus dem amerikanischen Patent US 4,907,545 bekannt. Dieser Kolben weist eine Kolbenbolzenbohrung auf, die einen Kolbenbolzen aufnimmt, wobei der Kolben über den Kolbenbolzen mit einem Pleuel verbunden ist.
Bei hoch belasteten Kolben von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, werden zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten und zur Erreichung entsprechend guter Verbrennungen die Verbrennungstemperaturen und Verbrennungsdrücke immer weiter angehoben. Damit der Kolben diesen Bedingungen standhalten kann, ist es erforderlich, den Kolben auf der Kolbenoberseite, die dem Verbrennungsort zugewandt ist, zu kühlen. Zu diesem Zweck weist der Kolben aus dem amerikanischen Patent US 4,907,545 einen innerhalb eines Ringfeldes des Kolbens angeordneten Kühlkanal auf, wobei in diesen Kühlkanal ein Kühlungsmedium, insbesondere Motoröl, eingespritzt wird.
Mit Zunahme der Verbrennungstemperaturen und der Verbrennungsdrücke nehmen auch die Temperaturen und Flächenpressungen im Bereich der Kolbenbolzenbohrung weiter zu und erreichen ein für die Funktion kritisches Maß. Bei Überschreitung dieser kritischen Belastungswerte kommt es zu einem Versagen des Kolbens in dem Bereich der Kolbenbolzenbohrung, wobei Materialrisse, Materialverschleiß und Materialabtrag sowie Bolzenfresser und Verkoksung des Schmieröles daraus resultierende Folgeschäden sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Versagen des Kolbens bei Überschreitung von kritischen Belastungswerten im Bereich der Kolbenbolzenbohrung zu vermeiden, so daß auch Folgeschäden nicht auftreten können.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Kühlkanal über zumindest eine Verbindung mit der Kolbenbolzenbohrung verbunden. Über diese Verbindung kann das Kühlmedium, das über das Innere des Kolbens in den Kühlkanal gelangt, auch in die Kolbenbolzenbohrung gelangen, so daß diese Kolbenbolzenbohrung mit dem darin befindlichen Kolbenbolzen ebenfalls gekühlt und geschmiert wird. Durch die Schmierung wird zunächst die Reibung reduziert, im weiteren wird auch ein Fressen und Verschleißen der Flächenpressungen zwischen Kolbenbolzen und Kolbenbolzenbohrung vermieden. Wesentliche Vorteile der Erfindung sind also die Vermeidung von Bolzenfressern oder Bolzenreibern sowie grundsätzlich die Vermeidung von Bohrungsverschleiß. Darüber hinaus reduziert sich die Reibung, woraus ein geringerer Kraftstoffverbrauch und eine Geräuschreduzierung resultiert. Insgesamt ergibt sich ein höher belastbarer Kolben, so daß hinsichtlich der Verbrennungs- und Abgasqualität die Verbrennungstemperaturen und Verbrennungsdrücke weiter angehoben werden können.
In Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Verbindung nach Herstellung des Kolbens insbesondere durch Bohren herstellbar. Dies hat den Vorteil, daß schon fertig hergestellte Kolben oder auch die Werkzeuge für Kolben, insbesondere die Gießformen, unverändert bleiben können. Es ist nach Herstellung des Kolbens lediglich erforderlich, die zumindest eine Verbindung zwischen dem Kühlkanal und der Kolbenbolzenbohrung einzubringen. Eine besonders einfache Möglichkeit stellt das Bohren dar, wobei dies jedoch nicht die einzige Möglichkeit ist, sondern auch weitere denkbar sind.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine Verbindung beim Gießen des Kolbens mittels Gießformkörper herstellbar. Dazu sind entsprechende Gießformkörper (zum Beispiel Salzkerne) erforderlich, die nach dem Gießvorgang entfernt (ausgespült) werden müssen, so daß die zumindest eine Verbindung zwischen dem Kühlkanal und der Kolbenbolzenbohrung freigegeben wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist in die Kolbenbolzenbohrung eine Bolzenbohrungsbuchse eingesetzt. Damit funktioniert in vorteilhafter Weise die Erfindung auch bei solchen Kolben, bei denen der Kolbenbolzen über eine Bolzenbohrungsbuchse in die Kolbenbolzenbohrung eingesetzt ist. Auch bei dieser Konstruktion ergeben sich die schon erwähnten Vorteile.
In Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Verbindung senkrecht oder schräg zu einer Achse der Kolbenbolzenbohrung ausgerichtet. Damit stehen konstruktiv zwei verschiedene Ausrichtungen für die zumindest eine Verbindung zur Verfügung, wobei auch eine Kombination von den beiden genannten Ausrichtungen denkbar ist. Aufgrund dieser Ausrichtung kann die Verbindung den geometrischen Randbedingungen (insbesondere im Hinblick auf Festigkeitswerte des Kolbens) und sonstigen Erfordernissen angepaßt werden. Gleiches gilt im übrigen auch für den Durchmesser und die Anzahl der Verbindungen. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die zumindest eine Verbindung oder mehrere Verbindungen an solchen Stellen in dem Kolben angeordnet werden, durch welche die Festigkeit des Kolbens nicht beeinträchtigt wird.
Zwei Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
Figur 1:
einen Kolben mit einer Verbindung zwischen einem Kühlkanal und einer Kolbenbolzenbohrung,
Figur 2:
einen mit einer Verbindung zwischen einem Kühlkanal und einer Kolbenbolzenbohrung mit eingesetzter Kolbenbolzenbohrungsbuchse.
Figur 1 zeigt einen Kolben 1, wie er in Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren in Fahrzeugen, zum Einsatz kommt. Der Kolben 1 weist in Richtung der Verbrennungsraumseite ein an sich bekanntes Ringfeld 2 auf. In diesem Bereich ist noch eine Brennraummulde 3 angeordnet, deren geometrische Form hier nur beispielhaft dargestellt ist. Weiterhin weist der Kolben 1 eine Kolbenbolzenbohrung 4 auf, die senkrecht zur Hauptachse bzw. senkrecht zu der Kolbenhubbewegungsachse verläuft. Die Kolbenbolzenbohrung 4 nimmt einen Kolbenbolzen 5 auf, wobei der Kolbenbolzen 5 und die Kolbenbolzenbohrung 4 eine formschlüssige Verbindung bilden. Der Kolbenbolzen 5 überträgt die Kräfte an ein Pleuel, das in Figur 1 nur schematisch dargestellt ist.
Innerhalb des Ringfeldes 2 und außerhalb der Brennraummulde 3 ist in dem oberen Bereich des Kolbens 1 ein umlaufender Kühlkanal 6 angeordnet. Dieser Kühlkanal 6 (Hohlraumkühlkanal) wird zur inneren Kühlung des Kolbens 1 mit einem Kühlmedium, in der Regel Motoröl, befüllt, welches in das Innere des Kolbens 1 eingespritzt wird. Zur Erzielung der schon erwähnten Vorteile ist nun erfindungsgemäß zwischen dem Kühlkanal 6 und der Kolbenbolzenbohrung 4 zumindest eine Verbindung 7 vorhanden. Diese eine Verbindung 7 oder auch mehrere Verbindungen 7 haben den Zweck, daß das Kühlmedium aus dem Kühlkanal 6 in bevorzugter Menge in die Kolbenbolzenbohrung 4, also im Betrieb der Brennkraftmaschine zwischen Kolbenbolzenbohrung 4 und Kolbenbolzen 5, fließt, um zu einer Verbesserung der Schmierung und Kühlung in diesem Bereich beizutragen. Die Anordnung, die Länge sowie der Durchmesser der Verbindung 7 ist im Hinblick auf die Lage des Kühlkanals 6 und die Kolbenbolzenbohrung 4 derart anzupassen, daß insbesondere die Festigkeit des Kolbens 1 erhalten bleibt. Wird durch diese Verbindung 7 bzw. durch mehrere Verbindungen 7 die Festigkeit des Kolbens 1 nicht beeinträchtigt, ist noch ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungen 7 darin zu sehen, daß dadurch Gewicht gespart wird.
In Figur 1 ist gezeigt, daß die eine Verbindung 7 (bei Betrachtung der Figur 1 die linke Verbindung) schräg zur Hauptachse bzw. zur Kolbenhubbewegungsachse von dem Kühlkanal 6 in Richtung der Kolbenbolzenbohrung 4 verläuft, während bei Betrachtung der Figur 1 die rechte Verbindung 7 senkrecht zu dieser Kolbenhubbewegungsachse verläuft. Alternativ zu der in Figur 1 gezeigten Anordnung der Verbindungen 7 können auch mehrere Verbindungen 7 über die Längserstreckung der Kolbenbolzenbohrung 4 derart vorgesehen sein, daß sich mehrere Verbindungen 7, ausgehend von dem Kühlkanal 6, in Richtung der Kolbenbolzenbohrung 4 sternförmig erstrecken.
In Figur 2 ist ein Kolben 1 gezeigt, bei dem zum einen der Kühlkanal 6 sich an einen Ringträger des Ringfeldes 2 anschließt und andererseits in die Kolbenbolzenbohrung 4 eine Kolbenbolzenbohrungsbuchse 8 eingesetzt ist.
Daraus ergibt sich, daß die Verbindung 7 oder auch mehrere Verbindungen 7 unabhängig von der Lage und der geometrischen Ausgestaltung des Kühlkanals 6 zum Einsatz kommen können, um das Kühlmedium aus dem Kühlkanal 6 in Richtung der Kolbenbolzenbohrung 4 zu befördern.
Allgemein kann sich der Kühlkanal 6 in einem Bereich zwischen der Kolbenbolzenbohrung 4 und einer Kolbenbrennraumfläche 9 befinden. Er muß auch nicht rund um die Brennraummulde 3verlaufen, sondern kann auch andere geometrische Formen aufweisen.

Claims (7)

  1. Kolben (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kolbenbolzenbohrung (4) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (5) sowie mit einem im Bereich zwischen der Kolbenbolzenbohrung (4) und einer Kolbenbrennraumfläche (9), insbesondere innerhalb eines Ringfeldes (2), angeordneten Kühlkanal (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (6) über zumindest eine Verbindung (7) mit der Kolbenbolzenbohrung (4) verbunden ist.
  2. Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Verbindung (7) nach Herstellung des Kolbens (1) insbesondere durch Bohren herstellbar ist.
  3. Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Verbindung (7) beim Gießen des Kolbens (1) mittels Gießformkörper herstellbar ist.
  4. Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem Kühlkanal (6) sich mehrere Verbindungen (7) sternförmig in Richtung der Kolbenbolzenbohrung (4) erstrecken.
  5. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch qekennzeichnet, daß in die Kolbenbolzenbohrung (4) eine Bolzenbohrungsbuchse (8) eingesetzt ist.
  6. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Verbindung (7) senkrecht zu einer Achse der Kolbenbolzenbohrung (4), insbesondere der Kolbenhubbewegungsachse (2) ausgerichtet ist.
  7. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Verbindung (7) schräg zu einer Achse der Kolbenbolzenbohrung (4), insbesondere der Kolbenhubbewegungsachse, ausgerichtet ist.
EP00120969A 1999-11-12 2000-09-27 Kolben mit einer Verbindung von einem Kühlkanal zu einer Kolbenbolzenbohrung Withdrawn EP1099845A3 (de)

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