EP2486263B1 - Kolben für einen verbrennungsmotor und verbrennungsmotor mit einem kolben - Google Patents

Kolben für einen verbrennungsmotor und verbrennungsmotor mit einem kolben Download PDF

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EP2486263B1
EP2486263B1 EP10752751.7A EP10752751A EP2486263B1 EP 2486263 B1 EP2486263 B1 EP 2486263B1 EP 10752751 A EP10752751 A EP 10752751A EP 2486263 B1 EP2486263 B1 EP 2486263B1
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EP
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piston
recess
internal combustion
combustion engine
lower edge
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Marcus Freidhager
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Federal Mogul Nuernberg GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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

  • the invention relates to a piston for an internal combustion engine and an internal combustion engine with a piston.
  • a piston for an internal combustion engine in which at the lower edge of the piston shaft in the direction of the piston axis, that is formed in the axial direction notch is present. This serves to receive a cooling oil nozzle or a supply line for this purpose, in particular in the lower dead center of the piston.
  • the FR 2 644 517 A1 relates to a piston for an internal combustion engine having an interior defined by shaft wall portions which abut the cylinder walls in use and connecting walls formed therebetween, in which interior there is provided a tubular feed line for cooling oil and for receiving a cooling oil nozzle.
  • the object of the invention is to provide a piston for an internal combustion engine and an internal combustion engine equipped therewith, in which increased flexibility with regard to different positions of cooling oil nozzles is realized.
  • this has at its in use position usually lower, that is, the piston head, which limits the combustion chamber, opposite edge on at least one recess formed in the radial direction.
  • the "interior space" of the piston defined by shaft wall portions which abut against the cylinder walls in use and the connecting walls therebetween is widened in the radial direction.
  • This extension when viewed in the axial direction, results in a bulge or bulge on the outside of the connecting wall or walls in which the recess is usually formed. This is especially true if the wall thickness in the region of the recess is substantially the same as adjacent thereto. Independently of this, however, even with a reduced wall thickness on the inside, the described recess or niche can be formed, which creates additional space for different positions of cooling oil nozzles.
  • the recess or niche described allows additional cooling oil positions, so that the usability of the piston according to the invention improved, and the cost of the same is increased.
  • existing piston tools can be rebuilt to form the recess according to the invention without having to use new components.
  • a calculation by means of finite elements has revealed the fundamental feasibility of the piston according to the invention.
  • the recess is formed with a depth in the radial direction, which decreases starting from the lower edge in the direction of the piston axis.
  • the material thickness at the recess defining portion is approximately equal to the portions adjacent to the recess.
  • 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.
  • the invention further describes an internal combustion engine, which has at least one cooling oil nozzle in addition to the previously described piston.
  • a value of two millimeters or more is currently preferred, to take into account the operating conditions and certain tolerances.
  • the figure shows a perspective bottom view of the piston according to the invention.
  • the figure shows a piston 10 according to the invention from its underside opposite the piston head 12.
  • the lower edge of the piston 10 is formed here by the respective lower edge of skirt wall sections 14 and connecting walls 16 between the shaft wall sections 14.
  • a connecting wall in addition to a piston pin bore 18, there is a recess 20 formed in the radial direction.
  • the connecting wall 16 is in a substantially constant wall thickness and / or in the axial direction at a largely constant level edge in the radial Direction slightly bulged, so that on the inside, that is, to the opposite connecting wall 16 out, a recess or niche is created.
  • a cooling oil nozzle can be accommodated even when the position is changed, so that the possible use of the piston according to the invention improves in an economically favorable manner.

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Description

    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.
  • Die FR 2 644 517 A1 betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Innenraum, der durch Schaftwandabschnitte, die im Gebrauch an den Zylinderwänden anliegen, und dazwischen ausgebildete Verbindungswände definiert ist, wobei in diesem Innenraum eine röhrenförmige Zuleitung für Kühlöl sowie zur Aufnahme einer Kühlöldüse vorgesehen ist.
    • 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.
  • Um entsprechende Gestaltungen von Kühlöldüsen zu berücksichtigen und/oder für einen harmonischen Übergang zu dem Bereich oberhalb der beschriebenen Aussparung zu gewährleisten, ist die Aussparung mit einer Tiefe in radialer Richtung ausgebildet, die sich von dem unteren Rand ausgehend in Richtung der Kolbenachse verringert.
  • 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.
  • 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 Nische 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 (6)

  1. Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, der an seinem dem Kolbenboden (12) gegenüberliegenden unteren Rand zumindest eine Aussparung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung in radialer Richtung ausgebildet ist und sich die Tiefe der Aussparung (20) vom unteren Rand des Kolbens (10) ausgehend in Richtung der Kolbenachse verringert.
  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 zumindest eine Aussparung (20) auf der Gegendruckseite des Kolbens (10) ausgebildet ist.
  6. 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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