EP2486263A1 - Kolben für einen verbrennungsmotor und verbrennungsmotor mit einem kolben - Google Patents

Kolben für einen verbrennungsmotor und verbrennungsmotor mit einem kolben

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EP2486263A1 EP10752751A EP10752751A EP2486263A1 EP 2486263 A1 EP2486263 A1 EP 2486263A1 EP 10752751 A EP10752751 A EP 10752751A EP 10752751 A EP10752751 A EP 10752751A EP 2486263 A1 EP2486263 A1 EP 2486263A1
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internal combustion
combustion engine
lower edge
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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

Definitions

  • indentations or the like at the lower edge of the piston can advantageously be avoided in that, as is preferred, the lower edge of the piston in the region of the recess is approximately at the same level as adjacent thereto.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor weist an seinem dem Kolbenboden gegenüberliegenden unteren Rand zumindest eine in radialer Richtung ausgebildete Aussparung auf. Ein Verbrennungsmotor ist mit zumindest einem derartigen Kolben versehen.

Description

Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verbrennungsmotor mit einem Kolben
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen
Verbrennungsmotor sowie einen Verbrennungsmotor mit einem Kolben.
Auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren, in denen sich Kolben in Zylindern oder Zylinderlaufbuchsen bewegen und zusammen mit weiteren Komponenten den Brennraum definieren, ist es unter bestimmten Umständen üblich, die Kolben mit
beispielsweise ringförmigen Kühlkanälen zu versehen, und in diese mittels einer oder mehreren Düsen Kühlmittel,
beispielsweise Kühlöl, einzuspritzen. Es versteht sich, dass es unter keinen Umständen zu einem zu geringen Freiraum zwischen der Kühlöldüse und jeglichen Teilen des Kolbens oder sogar einer Kollision zwischen diesen Bauteilen kommen darf. Dementsprechend ist es bislang erforderlich, das Kolbendesign an gegebenenfalls geänderte Positionen der Kühlöldüsen anzupassen. Dies kann wirtschaftlich deshalb besonders aufwändig sein, weil vollständige Gusswerkzeuge neu erzeugt werden müssen.
STAND DER TECHNIK
Aus der WO 2006/014741 A2 ist ein Kolben für einen
Verbrennungsmotor bekannt, bei dem am unteren Rand des
Kolbenschaftes eine in Richtung der Kolbenachse, das heißt in axialer Richtung ausgebildete Kerbe vorhanden ist. Dies dient der Aufnahme einer Kühlöldüse oder einer Zuleitung hierzu, insbesondere im unteren Todpunkt des Kolbens. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Vor dem oben genannten Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor und einen damit ausgerüsteten Verbrennungsmotor zu schaffen, bei denen eine erhöhte Flexibilität im Hinblick auf
unterschiedliche Positionen von Kühlöldüsen realisiert ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den im Anspruch 1 beschriebenen Kolben.
Demzufolge weist dieser an seinem in Gebrauchsstellung üblicherweise unteren, das heißt dem Kolbenboden, der den Brennraum begrenzt, gegenüberliegenden Rand zumindest eine in radialer Richtung ausgebildete Aussparung auf. Mit anderen Worten ist der durch Schaftwandabschnitte, die im Gebrauch an den Zylinderwänden anliegen, und die Verbindungswände
dazwischen definierte "Innenraum" des Kolbens in radialer Richtung erweitert. Diese Erweiterung führt, wenn man den Kolben in axialer Richtung betrachtet, an der Außenseite der Verbindungswand oder -wände, in der die Aussparung
üblicherweise ausgebildet ist, zu einer Ausbauchung oder Beule. Dies gilt insbesondere, wenn die Wanddicke im Bereich der Aussparung im Wesentlichen gleich ist wie benachbart hierzu. Unabhängig davon kann jedoch auch bei verringerter Wanddicke an der Innenseite die beschriebene Aussparung oder Nische ausgebildet sein, die zusätzlichen Raum für
unterschiedliche Positionen von Kühlöldüsen schafft.
Dies führt zu einer Verbesserung verglichen mit einer
Situation, bei der, aus welchen Gründen auch immer, die
Kühlöldüse ein wenig in radialer Richtung nach außen versetzt wurde, und hierdurch die Gestaltung des Kolbens geändert werden müsste. Bei dem erfindungsgemäßen Kolben ermöglicht die beschriebene Aussparung oder Nische zusätzliche
Kühlölpositionen, so dass die Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Kolbens verbessert, und die
Wirtschaftlichkeit desselben erhöht wird.
Insbesondere hat sich herausgestellt, dass vorhandene
Kolbenwerkzeuge zur Ausbildung der Erfindungsgemäßen
Aussparung umgebaut werden können, ohne neue Komponenten verwenden zu müssen. Eine Berechnung mittels finiter Elemente hat darüber hinaus die grundsätzliche Machbarkeit des
erfindungsgemäßen Kolbens ergeben.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben .
Um die Stabilität des Kolbens in seinem unteren Bereich nicht zu gefährden, und gleichzeitig in vorteilhafter Weise den Materialeinsatz zu begrenzen, wird bevorzugt, die
Materialdicke an dem die Aussparung begrenzenden Abschnitt in etwa gleich zu den Bereichen benachbart zu der Aussparung auszuführen.
Ferner können Einkerbungen oder dergleichen am unteren Rand des Kolbens in vorteilhafter Weise dadurch vermieden werden, dass, wie bevorzugt wird, der untere Rand des Kolbens im Bereich der Aussparung in etwa auf dem gleichen Niveau liegt, wie benachbart hierzu.
Für eine Tiefe der zumindest Aussparung in radialer Richtung hat sich am unteren Rand des Kolbens ein Wert von ein bis drei Millimeter als günstig erwiesen.
Um entsprechende Gestaltungen von Kühlöldüsen zu
berücksichtigen und/oder für einen harmonischen Übergang zu dem Bereich oberhalb der beschriebenen Aussparung zu
gewährleisten, kann es günstig sein, die Aussparung mit einer Tiefe in radialer Richtung auszubilden, die sich von dem unteren Rand ausgehend in Richtung der Kolbenachse
verringert . Bei ersten Überlegungen im Hinblick auf den praktischen Einsatz des erfindungsgemäßen Kolbens hat sich
herausgestellt, dass eine Ausbildung der beschriebenen
Aussparung auf der Gegendruckseite des Kolbens bevorzugt wird .
Die Erfindung beschreibt ferner einen Verbrennungsmotor, der neben dem vorangehend beschriebenen Kolben zumindest eine Kühlöldüse aufweist. Für den Abstand zwischen der Kühlöldüse und der beschriebenen Aussparung wird derzeit, um den
Betriebsbedingungen und bestimmten Toleranzen Rechnung zu tragen, ein Wert von zwei Millimeter oder mehr bevorzugt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine perspektivische Unteransicht des erfindungsgemäßen Kolbens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Kolben 10 von seiner dem Kolbenboden 12 entgegengesetzten Unterseite her. Der untere Rand des Kolbens 10 wird hier durch den jeweiligen unteren Rand von Schaftwandabschnitten 14 und
Verbindungswänden 16 zwischen den Schaftwandabschnitten 14 gebildet. Wie in der Figur zu erkennen ist, ist im Bereich einer Verbindungswand, neben einer Kolbenbolzenbohrung 18 eine in radialer Richtung ausgebildete Aussparung 20 vorhanden. Mit anderen Worten ist bei dem gezeigten Beispiel die Verbindungswand 16 bei weitgehend gleichbleibender
Wandstärke und/oder einem in axialer Richtung auf weitgehend gleichbleibendem Niveau befindlichen Rand in radialer Richtung etwas ausgebaucht, so dass an der Innenseite, das heißt zu der gegenüberliegenden Verbindungswand 16 hin, eine Aussparung oder Wische entsteht. In dieser Aussparung oder Nische kann auch bei veränderter Position eine Kühlöldüse aufgenommen werden, so dass sich die Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Kolbens in wirtschaftlich günstiger Art und Weise verbessert.

Claims

Patentansprüche
1. Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, der an seinem dem Kolbenboden (12) gegenüberliegenden unteren Rand zumindest eine in radialer Richtung ausgebildete
Aussparung (20) aufweist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke an dem die Aussparung (20) begrenzenden Abschnitt in etwa gleich zu der Materialdicke benachbart zu der Aussparung (20) ist.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Rand des Kolbens (10) im Bereich der Aussparung (20) in etwa auf dem gleichen Niveau ist, wie benachbart zu der Aussparung (20) .
4. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (20) am unteren Rand des Kolbens (10) eine Tiefe in radialer Richtung von etwa 1 bis 3 mm aufweist.
5. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tiefe der Aussparung (20) vom unteren Rand des Kolbens (10) ausgehend in Richtung der Kolbenachse verringert.
6. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Aussparung (20) auf der Gegendruckseite des Kolbens (10) ausgebildet ist.
7. Verbrennungsmotor mit zumindest einem Kolben (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche und
zumindest einer Kühlöldüse, wobei ein Abstand zwischen der Kühlöldüse und der Begrenzung der Aussparung (20) bevorzugt etwa 2 mm oder mehr beträgt.
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