EP1678418A1 - Einteiliger kolben f r einen verbrennungsmotor - Google Patents

Einteiliger kolben f r einen verbrennungsmotor

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EP1678418A1 EP04789925A EP04789925A EP1678418A1 EP 1678418 A1 EP1678418 A1 EP 1678418A1 EP 04789925 A EP04789925 A EP 04789925A EP 04789925 A EP04789925 A EP 04789925A EP 1678418 A1 EP1678418 A1 EP 1678418A1
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piston
ring
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internal combustion
piece
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    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F2003/0007—Monolithic pistons; One piece constructions; Casting of pistons

Definitions

  • the invention relates to a one-piece piston for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a multi-part cooled piston with a cooling channel arranged in the edge region of the piston head is known, which is covered with a sheet-metal ring which is essentially shaped like a plate spring.
  • This sheet metal ring is made in one piece and can only be easily fitted to the piston because the piston is constructed in two parts. It is necessary to first mount the sheet metal ring on the upper piston part before it is connected to the lower piston part.
  • the invention is based on the problem of creating an easy-to-install cooling duct cover for a one-piece piston of an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a piston for an internal combustion engine with a cooling channel, which according to the invention is closed by an essentially cylindrical ring, shown in a sectional view consisting of two halves, showing two longitudinal sections of the piston offset by 90 °,
  • FIG. 2 shows a section of the piston along the line A-A in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a partial section of the piston along the line C-C in FIG. 2, which shows an oil feed pipe for introducing cooling oil into the cooling channel,
  • FIG. 4 shows a partial section of the piston along the line B-B in FIG. 2, which shows the oil feed pipe which is locked with the ring,
  • FIG. 5 is an enlarged view of the area "X" in Fig. 4, which shows the latching connection between the ring and the oil supply pipe,
  • Fig. 6 is a plan view of the ring with the oil supply pipe and
  • Fig. 7 is a perspective view of the ring with the oil supply pipe.
  • Figure 1 shows a one-piece piston 1 for an internal combustion engine in a sectional view, which consists of two halves, of which the left half is a section of the piston 1 along a longitudinal axis 2 of a hub bore 3 and the right half is a longitudinal section of the staggered by 90 ° Piston 1 represents.
  • the piston 1 is made of steel and has a combustion chamber trough 5 in the region of the piston crown 4.
  • Arranged in the radially outer region of the piston crown 4 is an annular circumferential cooling channel 6, the radially outer boundary of which is formed by an annular wall 7 formed on the piston crown 4 and the radially inner boundary partly by an annular rib 8, partly by a hub support 9, 9 'and partly are formed by a shaft connection 10, 10 '.
  • the ring wall 7 serves as a piston ring carrier.
  • a pin hub 11, 11 ' each with a hub bore 3, 3', is formed on the piston head 4 via the hub supports 9, 9 '.
  • a circumferential, nose-shaped projection 17 is attached, the purpose of which is to serve as a system for a substantially cylindrical, one-piece ring 18, of which the Cooling channel 6 is closed.
  • the ring 18 can be made of plastic or metal.
  • the ring wall 7 On the inner side 28 facing the piston longitudinal axis 13, the ring wall 7 has a circumferential groove 19 into which a collar 20, which is also circumferential and is formed on the piston bottom side on the outside of the ring 18, can be inserted, as a result of which the ring 18 can be fastened to the inside of the ring wall 7. As shown in FIGS. 6 and 7 in particular, the ring 18 has a gap 22.
  • the ring 18 can be assembled in a simple manner by bending it and inserting it into the area of the piston 1 between the ring wall 7 and the shaft elements 14, 14 '. Subsequently, the ring 18 is compressed, so that its radius is reduced, the lower edge of the ring 18 on the shaft side coming to rest on the projection 17. Because the upper edge of the ring 18 on the piston bottom side is pressed a little more inward, it is then possible to push the ring into the cooling channel 6 from below until the ring 18 has its collar 20 in fixed the groove 19 engages on the inside 28 of the ring wall 7.
  • an oil supply pipe 35 can be inserted, which consists of a funnel 21 with a tubular upper part 27, and which spreads the ring 18 when inserted.
  • the oil supply pipe 35 can be made of plastic or metal.
  • the oil supply pipe 35 is fastened to the piston 1 by a lug 23 attached to the upper part 27 resting on the upper edge of an opening 24 made near the shaft 14, 14 'after the Oil supply pipe 35 is inserted into the opening 24.
  • the upper part 27, as shown in FIGS. 4, 5 and 7, has a circumferential groove 25 on its outer side facing the piston crown, into which the oil supply pipe 35 is inserted into the opening 24 on the inner side of the ring 18 at its abutment points 29 and clip in 30 molded projections 26, 26 ', thereby securing the oil supply pipe 35 to the ring 18.
  • the groove 25 is at a certain distance from the end face 33 of the upper part 27 on the piston crown side, which is sufficient that, as shown in FIGS. 5 and 7, there is a protrusion 34 of the upper part 27, so that the oil introduced into the cooling channel 6 does not immediately flow out of the cooling channel 6 again through the upper part 27 and instead is led around the overhang 34 into the lower-lying region of the cooling channel 6.
  • the cooling oil can then flow off through an opening 36 in the side of the ring 18 (FIG. 7).

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor, mit einem im Randbereich des Kolbenbodens (4) angeordneten, ringförmigen Kühlkanal (6), der von einem im Wesentlichen zylinderförmigen, einteilig ausgebildeten Ring (18) verschlossen ist.

Description

Einteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft einen einteiligen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Offenlegungsschrift DE 40 39 751 A1 ist ein mehrteiliger gekühlter Kolben mit einen im Randbereich des Kolbenbodens angeordneten Kühlkanal bekannt, der mit einem im Wesentlichen tellerfederartig ausgebildeten Blechring abgedeckt ist. Dieser Blechring ist einteilig ausgebildet und kann nur deshalb problemlos an den Kolben montiert werden, weil der Kolben zweiteilig aufgebaut ist. Hierbei ist es erforderlich, erst den Blechring an das Kolbenoberteil zu montieren, bevor dieses mit dem Kolbenunterteil verbunden wird.
Aus der Europäischen Patentschrift EP 0 799 373 B1 ist einteiliger Kühlkanalkolben mit einem im Randbereich des Kolbenbodens angeordneten Kühlkanal bekannt, der ebenfalls mit einem tellerfederartig ausgebildeten Abdeckring verschlossen ist. Nachteilig ist hierbei, dass dieser Abdeckring zweiteilig ausgebildet sein muss, um montiert werden zu können. Bei der Montage wird jede der beiden halbkreisförmigen Ringhälften einzeln in vorgespanntem Zustand in entsprechende Auflager am Kolbenkopf eingebracht.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine einfach zu montierende Kühlkanalabdeckung für einen einteiligen Kolben eines Verbrennungsmotors zu schaffen.
Gelöst wird das Problem mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kühlkanal, der gemäß der Erfindung von einem im Wesentlichen zylinderförmigen Ring verschlossen ist, dargestellt in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild, das zwei um 90° versetzte Längsschnitte des Kolbens zeigt,
Fig. 2 einen Schnitt des Kolbens entlang der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilschnitt des Kolbens entlang der Linie C-C in Fig. 2, der ein Ölzufüh- rungsrohr zum Einleiten von Kühlöl in den Kühlkanal zeigt,
Fig. 4 einen Teilschnitt des Kolbens entlang der Linie B-B in Fig.2, der das mit dem Ring verrasteten Ölzuführungsrohr zeigt,
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches "X" in Fig. 4, der die Rastverbindung zwischen dem Ring und dem Ölzuführungsrohr zeigt,
Fig. 6 eine Draufsicht des Ringes mit dem Ölzuführungsrohr und
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Ringes mit dem Ölzuführungsrohr.
Figur 1 zeigt einen einteilig ausgebildeten Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor in einem Schnittbild, das aus zwei Hälften besteht, von denen die linke Hälfte einen Schnitt des Kolbens 1 entlang einer Längsachse 2 einer Nabenbohrung 3 und die rechte Hälfte einen um 90° dazu versetzten Längsschnitt des Kolbens 1 darstellt. Der Kolben 1 ist aus Stahl hergestellt und weist im Bereich des Kolbenbodens 4 eine Brennraummulde 5 auf. Im radial außen liegenden Bereich des Kolbenbodens 4 ist ein ringförmig umlaufender Kühlkanal 6 angeordnet, dessen radial äußere Begrenzung von einer an den Kolbenboden 4 angeformten Ringwand 7 und dessen radial innere Begrenzung teils von einer Ringrippe 8, teils von einer Nabenabstützung 9, 9' und teils von einer Schaftanbindung 10, 10' gebildet werden. Die Ringwand 7 dient hierbei als Kolbenringträger.
Über die Nabenabstützungen 9, 9' sind an den Kolbenboden 4 je eine Bolzennabe 11 , 11' mit jeweils einer Nabenbohrung 3, 3' angeformt. Die Stirnflächen 12 der Bolzennaben 11 , 11' sind gegenüber der Ringwand 7 in Richtung der Kolbenlängsachse 13 zurückgesetzt angeordnet. Die Bolzennaben 11 , 11' sind über Schaftelemente 14, 14' miteinander verbunden, die über je eine Schaftanbindung 10, 10' an den Kolben- boden 4 angeformt sind. Zwischen den Schaftelementen 14, 14' und dem kolbenbo- denseitigen Bereich 15 des Kolbens 1 weist dieser Ausnehmungen 16 auf.
An der Bolzennabe 11 , 11 ' bzw. an der Schaftanbindung 10, 10' des Kolbens 1 ist ein umlaufender, nasenförmiger Vorsprung 17 angebracht, dessen Zweck darin besteht, als Anlage für einen im Wesentlichen zylinderförmigen, einteiligen Ring 18 zu dienen, von dem der Kühlkanal 6 verschlossen wird. Der Ring 18 kann aus Kunststoff oder aus Metall bestehen. Auf der der Kolbenlängsachse 13 zugewandten Innenseite 28 weist die Ringwand 7 eine umlaufende Nut 19 auf, in die ein ebenfalls umlaufender und kolbenbodenseitig an die Außenseite des Ringes 18 angeformter Kragen 20 einsetzbar ist, wodurch der Ring 18 an der Innenseite der Ringwand 7 befestigbar ist. Wie insb. die Figuren 6 und 7 zeigen, weist der Ring 18 einen Spalt 22 auf.
Die Montage des Ringes 18 kann auf einfache Weise dadurch geschehen, dass er aufgebogen und in den Bereich des Kolbens 1 zwischen Ringwand 7 und Schaftelemente 14, 14' eingelegt wird. Im Anschluss daran wird der Ring 18 zusammen- gedrück, sodass sich sein Radius verkleinert, wobei der schaftseitige, untere Rand des Ringes 18 auf dem Vorsprung 17 zur Anlage gelangt. Dadurch dass der kolben- bodenseitige, obere Rand des Ringes 18 noch ein wenig mehr nach innen gedrückt wird, ist es im Anschluss daran möglich, den Ring von unten in den Kühlkanal 6 so weit einzuschieben, bis zur Fixierung des Ringes 18 dessen Kragen 20 in die Nut 19 auf der Innenseite 28 der Ringwand 7 einrastet.
In den Spalt 22 ist ein Ölzuführungsrohr 35 einführbar, das aus einem Trichter 21 mit einem rohrförmigen Oberteil 27 besteht, und das beim Einführen den Ring 18 spreizt. Damit ist, wie insb. die Figuren 4 und 5 zeigen, mit Sicherheit dafür gesorgt, dass der Kragen 20 des Ringes 18 auch bei schnelleren Hin- und Herbewegungen des Kolbens 1 in der Nut 19 auf der Innenseite der Ringwand 7 verbleibt. Das Ölzuführungsrohr 35 kann aus Kunststoff oder aus Metall bestehen.
Das Ölzuführungsrohr 35 wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, am Kolben 1 befestigt, indem eine am Oberteil 27 angebrachten Nase 23 auf dem oberen Rand einer nahe dem Schaft 14, 14' eingebrachten Öffnung 24 zur Auflage gelangt, nachdem das Ölzuführungsrohr 35 in die Öffnung 24 eingeführt ist. Zudem weist das Oberteil 27, wie die Fig. 4, 5 und 7 zeigen, auf seiner dem Kolbenboden zugewandten Außenseite eine umlaufende Nut 25 auf, in die beim Einführen des Olzuführungsrohres 35 in die Öffnung 24 auf der Innenseite des Ringes 18 an seinen Stoßstellen 29 und 30 angeformte Vorsprünge 26, 26' einklipsen, wodurch das Ölzuführungsrohr 35 am Ring 18 befestigt wird.
Hierbei weist die Nut 25 einen bestimmten Abstand von der kolbenbodenseitigen Stirnfläche 33 des Oberteiles 27 auf, der ausreicht, dass sich, wie in den Figuren 5 und 7 dargestellt ist, ein Überstand 34 des Oberteiles 27 ergibt, damit das in den Kühlkanal 6 eingeleitete Öl nicht sofort wieder durch das Oberteil 27 aus dem Kühlkanal 6 abfließt und stattdessen um den Überstand 34 herum in den tiefer gelegenen Bereich des Kühlkanals 6 geleitet wird. Über eine seitlich im Ring 18 angebrachte Öffnung 36 (Fig. 7) kann das Kühlöl dann abfließen.
Bezugszeichenliste
1 Kolben
2 Längsachse
3, 3' Nabenbohrung
4 Kolbenboden
5 Brennraummulde
6 Kühlkanal
7 Ringwand
8 Ringrippe
9, 9* Nabenabstützung
10, 10' Schaftanbindung
11 , 11' Bolzennabe
12 Stirnfläche der Bolzennabe 11 , 11 '
13 Kolbenlängsachse
14, 14' Schaftelement
15 kolbenbodenseitiger Bereich des Kolbens 1
16 Ausnehmung
17 Vorsprung
18 Ring
19 Nut 0 Kragen 1 Trichter 2 Spalt 3 Nase 4 Öffnung 5 Nut 6, 26' Vorsprung 7 Oberteil des Olzuführungsrohres 35 8 Innenseite der Ringwand 7 9, 30 Stoßstellen des Ringes 18 3 Stirnfläche des Oberteiles 27 4 Überstand des Oberteiles 27
35 Ölzuführungsrohr 6 Öffnung der Ringes 18

Claims

Patentansprüche
1. Einteiliger Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor, - mit einem Kolbenboden (4), - mit zwei am Kolbenboden (4) angeformten Nabenabstützungen (9, 9') für je eine Bolzennabe (11 , 11'), wobei die Nabenabstützungen (9, 9') und die Stirnflächen (12) der Bolzennaben (11 , 11') gegenüber dem radial äußeren Rand des Kolbenbodens (4) in Richtung Kolbenlängsachse (13) zurückgesetzt angeordnet sind, - mit zwei die Bolzennaben (11 , 11') verbindenden Schaftelementen (14, 14'), die über je eine Schaftanbindung (10, 10') mit dem Kolbenboden (4) verbunden sind, wobei in die Schaftanbindungen (10, 10') zwischen den Schaftelementen (14, 14') und dem Kolbenboden (4) Ausnehmungen (16) eingeformt sind, - mit einem im Randbereich des Kolbenbodens (4) angeordneten, ringförmigen Kühlkanal (6), dessen radial äußere Begrenzung von einer am Kolbenboden (4) angeformten Ringwand (7) und dessen radial innere Begrenzung teils von den Nabenabstützungen (9, 9') und teils von den Schaftanbindungen (10, 10') gebildet werden, und - mit einem umlaufenden und teils an die Nabenabstützungen (9, 9') und teils an die Schaftanbindungen (10, 10') angeformten, im Querschnitt nasenförmigen Vorsprung (17), dadurch gekennzeichnet, - dass der Kühlkanal (6) von einem im Wesentlichen zylinderförmigen, einteilig ausgebildeten Ring (18) mit einem axial ausgerichteten, durchgehenden Spalt (22) und mit einem auf seiner Außenseite angeordneten, umlaufenden Kragen (20) verschlossen ist, der mit einer in die Innenseite (28) der Ringwand (7) eingeformten, umlaufenden Nut (19) eine Rastverbindung bildet, wobei der Ring (18) an dem Vorsprung (17) zur Anlage gelangt.
2. Einteiliger Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine axial ausgerichtete und in einer der Schaftanbindungen (14, 14') eingebrachte Bohrung (24), in die ein Ölzuführungsrohr (35) einführbar ist, das mit seinem Oberteil (27) im Bereich des Ringes (18) im Kühlkanal (6) mündet, wobei der Ring (18) mit seinen Stoßenden (29, 30) am Oberteil (27) des Ölzurührungsrohres (35) zur Anlage gelangt.
3. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (27) nahe seiner kolbenbodenseitigen Stirnfläche (33) auf seiner Außenseite eine umlaufende Nut (25) aufweist, mit der nach dem Einführen des Olzuführungsrohres (35) in die Bohrung (24) an den Stoßstellen (29, 30) des Ringes (18) angebrachte Vorsprünge (26, 26') Rastverbindungen bilden.
4. Einteiliger Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (25) in einem Abstand von der Stirnseite (33) des Oberteiles (27) angeordnet ist, sodass sich ein Überstand (34) des Oberteiles (27) über den Ring (18) ergibt.
5. Einteiliger Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (27) im mittleren Bereich seiner Außenseite eine Nase (23) aufweist, die nach dem Einführen des Ölzuführungs- ringes (35) in die Bohrung (24) auf dem oberen Rand der Bohrung (24) aufliegt.
6. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölzurührungsrohr (35) aus Metall besteht.
7. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölzuführungsrohr (35) aus einem warmfesten Kunststoff besteht.
8. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansrüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (18) aus Metall besteht. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansrüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (18) aus einem warmfesten Kunststoff besteht.
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