EP3502452A1 - Kolben für eine hubkolben-verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Kolben für eine hubkolben-verbrennungskraftmaschine Download PDF

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EP3502452A1
EP3502452A1 EP18206650.6A EP18206650A EP3502452A1 EP 3502452 A1 EP3502452 A1 EP 3502452A1 EP 18206650 A EP18206650 A EP 18206650A EP 3502452 A1 EP3502452 A1 EP 3502452A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
cooling channel
bore
ring
tread
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18206650.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Malischewski
Jens Dietrich
Jürgen RITTER
Dominik Renner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAN Truck and Bus SE filed Critical MAN Truck and Bus SE
Publication of EP3502452A1 publication Critical patent/EP3502452A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02—Arrangements of lubricant conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/08—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/06—Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/10—Cooling by flow of coolant through pistons
    • 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
    • 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 
    • F02F3/28—Other pistons with specially-shaped head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/08—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • F01M2001/086—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means for lubricating gudgeon pins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02—Arrangements of lubricant conduits
    • F01M2011/027—Arrangements of lubricant conduits for lubricating connecting rod bearings

Definitions

  • the invention relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine.
  • Pistons are known for a reciprocating internal combustion engine.
  • a piston is usually arranged in a cylinder of a reciprocating internal combustion engine.
  • the piston has a piston skirt, which is commonly referred to as a “stem” or “piston stem”. In English, the piston skirt is called a "piston skirt”.
  • the piston has a subsequent in the axial direction of the piston to the piston skirt ring section with at least one annular groove for a piston ring.
  • the ring part is part of the piston head.
  • a piston is known, with a piston head and a piston skirt, wherein the piston head has a circumferential annular part and in the region of the annular part a circumferential cooling channel and the piston shaft each having a pressure side and a counter-pressure associated tread.
  • an outgoing from the cooling channel bore is provided, which opens in the form of a bore opening in the counter-pressure associated tread and is inclined, such that it forms an acute angle with the piston central axis, and that the counter-pressure associated tread in the region of at least one Hole opening has a recess.
  • the object of the invention is in particular to provide a piston for a reciprocating internal combustion engine, with which an improved lubricating oil supply is made possible.
  • a piston for a reciprocating internal combustion engine which is slidably guided in a bushing of a cylinder of the internal combustion engine and in a conventional manner comprises a piston head and a piston skirt.
  • the piston skirt serves to guide the piston in the cylinder tube.
  • the piston skirt joins the ring in the axial direction of the piston.
  • the axial direction corresponds to the direction of movement of the piston in the cylinder.
  • the piston skirt is also referred to as the piston skirt.
  • the piston head is also referred to as the piston head.
  • the piston head comprises a circumferential ring portion with at least one annular groove for a piston ring and a circumferential cooling channel.
  • the cooling channel is preferably arranged at the level of the ring part.
  • the first cooling channel is designed to receive a medium, in particular a lubricant, for. As oil to be flowed through.
  • the cooling channel has an inlet opening, via which lubricant can enter into the cooling channel, and an outlet opening, via which lubricant can run out of the cooling channel.
  • the cooling channel can be used to cool the combustion bowl, which is also referred to as piston recess.
  • the combustion chamber heated by the combustion process heats the medium, eg. As the lubricant.
  • At least one bore extending from the cooling channel is provided, which leads from the cooling channel to a bearing point of an upper connecting rod bearing bolt of the piston and opens into the bearing in the form of a bore opening.
  • This bore is hereinafter referred to as "first bore” to distinguish these from a further described below, further bore, which is referred to as a second bore.
  • the at least one first bore is used to supply the piston pin with lubricant from the cooling channel, ie, the piston is designed so that lubricant from the first cooling channel via the first bore directly to the bearing point of the upper connecting rod pin of the piston can be supplied, ie, the first Cooling channel ends directly or directly in the bearing of the upper connecting rod bearing bolt.
  • an active supply of the upper connecting rod bearing bolt with lubricant can be provided via the first bore in connection with the cooling channel in order to significantly improve the wear resistance of the piston, in particular of the connecting rod bearing bolt.
  • first bore in which this emanates from an underside of the cooling channel, whereby a good supply of the first bore with lubricant from the cooling channel is achieved during the reciprocation of the piston.
  • the at least one first bore extends according to an embodiment in the axial direction of the piston. In the context of the invention there is the possibility that only a first bore is provided. Alternatively, a plurality of first holes may be provided to increase the lubricant supply of the upper piston pin from the cooling channel of the piston head.
  • At least one outgoing from the cooling channel further bore, hereinafter referred to as the second bore may be provided, which emanates starting from a cooling channel bottom in the form of an outlet bore opening in a tread of the piston, wherein the outlet bore opening opens into the tread below a ⁇ labstreifrings the ring section.
  • the oil scraper ring is the lowest ring in the ring section.
  • the provision of the at least one second bore is optional.
  • an active lubricant supply of the running surface of the piston can be realized via the cooling channel. It is particularly advantageous if the outlet bore opening of the second bore opens directly below the oil scraper ring of the ring section in the tread.
  • a plurality of second bores are provided which are distributed over a width of the tread.
  • a plurality of second bores are provided radially in the region of the piston head in order to allow a thicker lubricant film for the piston skirt.
  • the underside of the cooling channel in the axial direction of the piston can be arranged above the outlet bore opening of the second bores, so that the at least one second cooling channel is arranged inclined, so that lubricant entering from the cooling channel into the second borehole slopes obliquely downwards Outlet bore opening is guided.
  • Down here means away from the piston head in the direction of crankshaft connecting rod or in the direction of the piston pin.
  • the motor vehicle may be a commercial vehicle, such as a truck or bus.
  • FIG. 1 shows a partial section of a first embodiment of the invention.
  • the piston 1 comprises a piston head 7, which has a circumferential ring section 6.
  • the ring section 6 comprises a plurality of annular grooves for receiving piston rings (not shown).
  • the reference numeral 6a the annular groove for the oil control ring (not shown) is designated.
  • the piston skirt 5 adjoins the ring section 6 downwards, which, in contrast to the ring section 6, can not be designed to be completely circumferential.
  • the piston skirt 1 is slidably mounted in the sleeve of the cylinder, with a wall of the piston skirt slides back and forth along the sleeve during movement of the piston.
  • the piston 11 is mounted in a corresponding cylinder (not shown) of a cylinder piston housing (not shown) of a reciprocating internal combustion engine.
  • the piston skirt 1 has at least one bolt eye 4 as a bearing for receiving the upper connecting rod bearing pin (not shown).
  • a connecting rod (not shown) mounted on the crankshaft is pivotally connected to the piston 1 via such a connecting rod pin in order to convert the translational movements of the piston 1 in the cylinder into rotational movements of the crankshaft about its axis of rotation as a result of this articulated coupling.
  • the piston 1 further comprises a cooling channel 2, which is arranged at the level of the ring portion 6 in the piston head 7.
  • the piston 1 also has at least one outgoing from the cooling channel 2 first bore 10, which leads from the cooling channel 2 to a bearing point 4 of the upper connecting rod bearing pin of the piston and opens in the bearing 4 in the form of a bore opening 12.
  • This first bore 10 serves to supply the piston pin with lubricant from the cooling channel 2.
  • the first bore extends downwards, parallel to the axial direction A and starts from the bottom 3 of the cooling channel 2 and opens directly into the bearing 4 of the upper connecting rod bearing pin.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate a second embodiment of a piston 20, in which one or more second bores 21 are provided, which are alternatively or preferably provided in addition to the first bore 10.
  • the at least one second bore 21 also extends from an underside 3 of the cooling channel 2 and opens in the form of an outlet bore opening 22 in a running surface of the piston 20, wherein the outlet bore opening 22 immediately below an annular groove 6a for receiving the oil control ring of the ring section. 6 opens into the tread.
  • a depression may be provided in the area of the outlet bore opening 22, but it can also be provided no recess.
  • the lubricating film on the liner is adjusted by the oil control ring and partly by the minute ring.
  • the bush is wetted to the area with oil where the piston skirt ends at top dead center.
  • the oil for the wetting of the liner is partly oil from the Pleuellagern due to the centrifugal effect and oil from the oil spray nozzle, which does not land in the cooling channel 2.
  • the area in which no oil is active, is about 50% of the piston stroke.
  • the piston rings must transport the oil for lubrication during the upward movement.
  • the tuning of the piston rings is extremely important in order not to spread too much and not too little oil on the liner.
  • the upper portion of the bushing can be actively wetted with oil by the piston 20, the holes 21 are introduced, which go from the piston cooling channel bottom 4 to the outside just below the ⁇ labstreifring or under the annular groove 6a.
  • an oil track is placed on the bushing during the accelerated piston up movement and the decelerating piston down movement which is radially distributed during the downward movement of the oil control ring.
  • the actively wetted area is maximized.
  • the oil abuts on the cooling channel lower side 3 and during the decelerating upward movement and the accelerated piston downward movement on the channel upper side of the cooling channel 2.
  • lubricating oil from the cooling passage is thus pressed into the second bores 21 and exits through the outlet bore opening 22 again to the active lubricating oil supply of the upper portion of the liner with lubricating oil.
  • a plurality of second bores are provided, which are arranged distributed over a width of the tread expediently.
  • the corresponding inlet openings 23 of the second holes can be seen, can enter through the lubricant from the cooling passage in the second holes 21.
  • the inlet opening 24, via which lubricant can enter the cooling channel 2, and the drain opening 25, can escape via the lubricant from the cooling channel, are shown.
  • the diameters of the inlet opening 24 and the outlet opening 25 are larger than the diameters of the second bores 23.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Der Kolben (1) umfasst einen Kolbenkopf (7) und ein Kolbenhemd (5); wobei der Kolbenkopf (7) eine umlaufende Ringpartie (6) mit wenigstens einer Ringnut (6a) für einen Kolbenring und einen umlaufenden Kühlkanal (2) aufweist. Hierbei ist mindestens eine vom Kühlkanal (2) ausgehende erste Bohrung (10) vorgesehen, die vom Kühlkanal (2) zu einer Lagerstelle (4) eines oberen Pleuellagerbolzens des Kolbens führt und in der Lagerstelle (4) in Form einer Bohrungsöffnung (12) mündet zur Versorgung des Kolbenbolzens mit Schmiermittel aus dem Kühlkanal (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine.
  • Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 010 106 A1 , sind Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bekannt. Ein derartiger Kolben wird üblicherweise in einem Zylinder einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Der Kolben weist ein Kolbenhemd auf, das üblicherweise auch als "Schaft" oder "Kolbenschaft" bezeichnet wird. Im Englischen wird das Kolbenhemd als "piston skirt" bezeichnet. Darüber hinaus weist der Kolben eine sich in axialer Richtung des Kolbens an das Kolbenhemd anschließende Ringpartie mit wenigstens einer Ringnut für einen Kolbenring auf. Die Ringpartie ist Teil des Kolbenkopfs.
  • Zur Schmierölversorgung wird bei aus der Praxis bekannten Kolben der Kolben von unten mittels einer Ölspritzdüse mit Schmiermittel bespritzt. Der Kolbenbolzen wird hierbei nur passiv von Ölnebel von außen beschmiert. Aus der DE 10 2011 012 686 A1 ist ein Kolben bekannt, mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, wobei der Kolbenkopf eine umlaufende Ringpartie sowie im Bereich der Ringpartie einen umlaufenden Kühlkanal aufweist und der Kolbenschaft jeweils eine seiner Druckseite und eine seiner Gegendruckseite zugeordnete Lauffläche aufweist. Hierbei ist eine vom Kühlkanal ausgehende Bohrung vorgesehen, die in Form einer Bohrungsöffnung in die der Gegendruckseite zugeordnete Lauffläche mündet und geneigt angeordnet ist, derart, dass sie mit der Kolbenmittelachse einen spitzen Winkel einschließt, und dass die der Gegendruckseite zugeordnete Lauffläche im Bereich der mindestens einen Bohrungsöffnung eine Vertiefung aufweist. Hierdurch wird eine Verbesserung der Schmierölversorgung der Lauffläche des Kolbens ermöglicht, jedoch nicht die Schmierölversorgung des Kolbenbolzens.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Kolben vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, einen Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, mit dem eine verbesserte Schmierölversorgung ermöglicht wird.
  • Diese Aufgaben werden durch einen Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung wird ein Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, der in einer Laufbuchse eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine gleitbeweglich geführt ist und in an sich bekannter Weise einen Kolbenkopf und ein Kolbenhemd umfasst. Das Kolbenhemd dient zur Führung des Kolbens im Zylinderrohr. Das Kolbenhemd schließt sich in axialer Richtung des Kolbens an die Ringpartie an. Hierbei entspricht die Axialrichtung der Bewegungsrichtung des Kolbens im Zylinder. Vorstehend wurde bereits festgestellt, dass das Kolbenhemd auch als Kolbenschaft bezeichnet wird.
  • Der Kolbenkopf wird auch als Kolbenboden bezeichnet. Der Kolbenkopf umfasst eine umlaufende Ringpartie mit wenigstens einer Ringnut für einen Kolbenring und einen umlaufenden Kühlkanal. Der Kühlkanal ist vorzugsweise auf Höhe der Ringpartie angeordnet. Der erste Kühlkanal ist ausgeführt, um von einem Medium, insbesondere einem Schmiermittel, z. B. Öl, durchströmt zu werden. Der Kühlkanal weist hierzu eine Zulauföffnung, über die Schmiermittel in den Kühlkanal eintreten kann, und eine Ablauföffnung, über die Schmiermittel aus dem Kühlkanal ablaufen kann, auf. Der Kühlkanal kann zur Kühlung der Brennraummulde, die auch als Kolbenmulde bezeichnet wird, dienen. Die durch den Verbrennungsprozess erwärmte Brennraummulde erwärmt dabei das Medium, z. B. das Schmiermittel.
  • Erfindungsgemäß ist mindestens eine vom Kühlkanal ausgehende Bohrung vorgesehen, die vom Kühlkanal zu einer Lagerstelle eines oberen Pleuellagerbolzens des Kolbens führt und in der Lagerstelle in Form einer Bohrungsöffnung mündet. Diese Bohrung wird nachfolgend als "erste Bohrung" bezeichnet, um diese von einer in der Folge noch beschriebenen weiteren Bohrung, die als zweite Bohrung bezeichnet wird, zu unterscheiden. Die mindestens eine erste Bohrung dient zur Versorgung des Kolbenbolzens mit Schmiermittel aus dem Kühlkanal, d. h., der Kolben ist so ausgeführt, dass Schmiermittel aus dem ersten Kühlkanal über die erste Bohrung direkt der Lagerstelle des oberen Pleuellagerbolzens des Kolbens zugeführt werden kann, d. h., der erste Kühlkanal endet unmittelbar bzw. direkt in der Lagerstelle des oberen Pleuellagerbolzens. Über die erste Bohrung in Verbindung mit dem Kühlkanal kann somit eine aktive Versorgung des oberen Pleuellagerbolzens mit Schmiermittel bereitgestellt werden, um die Verschleißfestigkeit des Kolbens, insbesondere des Pleuellagerbolzens, maßgeblich zu verbessern.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der ersten Bohrung, bei der diese von einer Unterseite des Kühlkanals ausgeht, wodurch eine gute Versorgung der ersten Bohrung mit Schmiermittel aus dem Kühlkanal bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens erzielt wird. Die mindestens eine erste Bohrung verläuft gemäß einer Ausführungsform in axialer Richtung des Kolbens.
    Im Rahmen der Erfindung besteht die Möglichkeit, dass lediglich eine erste Bohrung vorgesehen ist. Alternativ können auch mehrere erste Bohrungen vorgesehen sein, um die Schmiermittelversorgung des oberen Kolbenbolzens aus dem Kühlkanal des Kolbenkopfes zu erhöhen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann zur Verbesserung der Schmiermittelversorgung mindestens eine vom Kühlkanal ausgehende weitere Bohrung, nachfolgend als zweite Bohrung bezeichnet, vorgesehen sein, die ausgehend von einer Kühlkanalunterseite in Form einer Auslauf-Bohrungsöffnung in einer Lauffläche des Kolbens mündet, wobei die Auslauf-Bohrungsöffnung unterhalb eines Ölabstreifrings der Ringpartie in die Lauffläche mündet. Der Ölabstreifring ist der unterste Ring der Ringpartie. Das Vorsehen der mindestens einen zweiten Bohrung ist jedoch optional.
  • Dadurch kann eine aktive Schmiermittelversorgung der Lauffläche des Kolbens über den Kühlkanal realisiert werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Auslauf-Bohrungsöffnung der zweiten Bohrung unmittelbar unterhalb des Ölabstreifrings der Ringpartie in die Lauffläche mündet.
  • Ferner besteht die Möglichkeit, dass mehrere zweite Bohrungen vorgesehen sind, die über eine Breite der Lauffläche verteilt angeordnet sind. Anders ausgedrückt sind radial im Bereich des Kolbenkopfs mehrere zweite Bohrungen vorgesehen, um einen dickeren Schmierfilm für das Kolbenhemd zu ermöglichen. Hierdurch kann eine Feinabstimmung des Ölfilms in radialer Richtung (die senkrecht zur Axialrichtung des Kolbens ist), vorgenommen werden, um die Reibleistung des Motors zu optimieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Unterseite des Kühlkanals in Axialrichtung des Kolbens oberhalb der Auslauf-Bohrungsöffnung der zweiten Bohrungen angeordnet sein, so dass der mindestens eine zweite Kühlkanal geneigt angeordnet ist, so dass aus dem Kühlkanal in die zweite Bohrung eintretendes Schmiermittel schräg nach unten zur Auslauf-Bohrungsöffnung geführt ist. "Nach unten" bedeutet hier weg vom Kolbenkopf in Richtung Kurbelwellenpleuel bzw. in Richtung Kolbenbolzen.
  • Ferner wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einem Kolben, wie in diesem Dokument beschrieben. Das Kraftfahrzeug kann ein Nutzfahrzeug sein, beispielsweise ein Lastkraftwagen oder Omnibus.
  • Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Es wird betont, dass der Kolben auch lediglich mit der mindestens einen zweiten Bohrung, d. h. ohne die mindestens eine erste Bohrung, bereitgestellt werden kann und vice versa. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Teilschnitt eines Kolbens gemäß einer ersten Ausführungsform;
    Figur 2
    einen Querschnitt eines Kolbens gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
    Figur 3
    eine Kolbendraufsicht im Schnitt gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden zum Teil nicht gesondert beschrieben.
  • Figur 1 zeigt einen Teilschnitt einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Kolben 1 umfasst einen Kolbenkopf 7, der eine umlaufende Ringpartie 6 aufweist. Die Ringpartie 6 umfasst mehrere Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt). Mit dem Bezugszeichen 6a ist die Ringnut für den Ölabstreifring (nicht dargestellt) bezeichnet. In Axialrichtung A schließt sich an die Ringpartie 6 nach unten das Kolbenhemd 5 an, das im Gegensatz zur Ringpartie 6 nicht vollständig umlaufend ausgeführt sein kann. Das Kolbenhemd 1 ist in der Laufbuchse des Zylinders gleitgelagert, wobei eine Wandung des Kolbenhemds entlang der Laufbuchse bei der Bewegung des Kolbens hin und her gleitet. Der Kolben 11 ist in einem korrespondierenden Zylinder (nicht dargestellt) eines Zylinderkolbengehäuses (nicht dargestellt) einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gelagert. Das Kolbenhemd 1 weist dabei mindestens ein Bolzenauge 4 als Lagerstelle zur Aufnahme des oberen Pleuellagerbolzens (nicht dargestellt) auf. Ein an der Kurbelwelle gelagerter Pleuel (nicht dargestellt) ist über einen solchen Pleuellagerbolzen gelenkig mit dem Kolben 1 verbunden, um infolge dieser gelenkigen Kopplung die translatorischen Bewegungen des Kolbens 1 im Zylinder in rotatorische Bewegungen der Kurbelwelle um ihre Drehachse umzuwandeln.
  • Der Kolben 1 umfasst ferner einen Kühlkanal 2, der auf Höhe der Ringpartie 6 im Kolbenkopf 7 angeordnet ist.
  • Der Koben 1 weist ferner mindestens eine vom Kühlkanal 2 ausgehende erste Bohrung 10 auf, die vom Kühlkanal 2 zu einer Lagerstelle 4 des oberen Pleuellagerbolzens des Kolbens führt und in der Lagerstelle 4 in Form einer Bohrungsöffnung 12 mündet. Diese erste Bohrung 10 dient zur Versorgung des Kolbenbolzens mit Schmiermittel aus dem Kühlkanal 2. Die erste Bohrung verläuft nach unten, parallel zur axialen Richtung A und geht von der Unterseite 3 des Kühlkanals 2 aus und mündet direkt in der Lagerstelle 4 des oberen Pleuellagerbolzens.
  • Während der beschleunigten Aufwärtsbewegung und der verzögernden Kolbenabwärtsbewegung liegt das Öl auf der Kühlkanalunterseite 3 an und während der verzögernden Aufwärtsbewegung und der beschleunigten Kolbenabwärtsbewegung auf der Kanaloberseite der Kühlkanals 2 an. Während der beschleunigten Aufwärtsbewegung und der verzögernden Kolbenabwärtsbewegung wird Schmieröl aus dem Kühlkanal somit in die erste Bohrungen 10 gedrückt und tritt durch die Austrittsöffnung 12 wieder aus zur aktiven Schmierölversorgung des oberen Pleuellagerbolzens mit Schmieröl. Auf diese Weise kann eine aktive Schmierung über den Kühlkanal 2 des oberen Pleuellagerbolzens (Kolbenbolzens) sichergestellt werden, um die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einer passiven Schmierung durch Ölnebel von außen maßgeblich zu verbessern.
  • Die Figuren 2 und 3 illustrieren ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kolbens 20, bei dem eine oder mehrere zweite Bohrungen 21 vorgesehen sind, die alternativ oder vorzugsweise zusätzlich zu der ersten Bohrung 10 vorgesehen sind.
  • Die mindestens eine zweite Bohrung 21 geht ebenfalls von einer Unterseite 3 des Kühlkanals 2 aus und mündet in Form einer Auslauf-Bohrungsöffnung 22 in einer Lauffläche des Kolbens 20, wobei die Auslauf-Bohrungsöffnung 22 unmittelbar unterhalb einer Ringnut 6a zur Aufnahme des Ölabstreifrings der Ringpartie 6 in die Lauffläche mündet. Im Bereich der Auslauf-Bohrungsöffnung 22 kann eine Vertiefung vorgesehen sein. Es kann aber auch keine Vertiefung vorgesehen sein.
  • Bei heutigen Verbrennungsmotoren mit Kolben ohne derartige zweite Bohrung 21 wird der Schmierfilm auf der Laufbuchse durch den Ölabstreifring und zum Teil durch den Minutenring eingestellt. Die Laufbuchse wird bis zu dem Bereich mit Öl benetzt, wo das Kolbenhemd im oberen Totpunkt endet. Das Öl für die Benetzung der Laufbuchse ist zum Teil Öl aus den Pleuellagern aufgrund der Schleuderwirkung und Öl von der Ölspritzdüse, welches nicht im Kühlkanal 2 landet.
  • Der Bereich, in welchen aktiv kein Öl gelangt, beträgt circa 50 % des Kolbenweges. Hierhin müssen die Kolbenringe das Öl für die Schmierung bei der Aufwärtsbewegung transportieren. Hierbei ist die Abstimmung der Kolbenringe extrem wichtig, um nicht zu viel und nicht zu wenig Öl auf der Laufbuchse zu verteilen.
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann auch der obere Bereich der Laufbuchse aktiv mit Öl benetzt werden, indem im Kolben 20 die Bohrungen 21 eingebracht werden, die von der Kolbenkühlkanalunterseite 4 zur Außenseite kurz unter dem Ölabstreifring bzw. unter dessen Ringnut 6a gehen. Hierdurch wird es möglich, das Ringpaket anders auszulegen, um Reibleistung einzusparen und den Ölverbrauch des Motors zu minimieren.
  • Durch Vorsehen der zweiten Bohrungen 21 wird während der beschleunigten Kolbenaufwärtsbewegung und der verzögernden Kolbenabwärtsbewegung eine Ölspur auf der Laufbuchse gelegt, die während der Abwärtsbewegung vom Ölabstreifring radial verteilt wird. Somit wird der aktiv benetzte Bereich maximiert. Während der beschleunigten Aufwärtsbewegung und der verzögernden Kolbenabwärtsbewegung liegt das Öl auf der Kühlkanalunterseite 3 an und während der verzögernden Aufwärtsbewegung und der beschleunigten Kolbenabwärtsbewegung auf der Kanaloberseite der Kühlkanals 2 an. Während der beschleunigten Aufwärtsbewegung und der verzögernden Kolbenabwärtsbewegung wird Schmieröl aus dem Kühlkanal somit in die zweiten Bohrungen 21 gedrückt und tritt durch die Auslauf-Bohrungsöffnung 22 wieder aus zur aktiven Schmierölversorgung des oberen Bereichs der Laufbuchse mit Schmieröl.
  • Eine weitere positive Wirkung der Zwangsschmierung aus dem Kühlkanal ist die Tatsache, dass dieses Motorenöl eine höhere Temperatur als das Spritzöl aufweist. Somit ist die Viskosität geringer und reduziert somit die Kolbenschaftreibung nochmals.
  • Wie in der Kolbendraufsicht der Figur 3 erkennbar ist, sind mehrere zweite Bohrungen vorgesehen, die über eine Breite der Lauffläche zweckmäßigerweise verteilt angeordnet sind. In Figur 3 sind hier die entsprechenden Eintrittsöffnungen 23 der zweiten Bohrungen erkennbar, über die Schmiermittel aus dem Kühlkanal in die zweiten Bohrungen 21 eintreten kann. Hierdurch kann eine Feinabstimmung des Ölfilms in radialer Richtung vorgenommen werden, um die Reibleistung des Motors zu optimieren. Ferner sind die Zulauföffnung 24, über die Schmiermittel in den Kühlkanal 2 eintreten kann, und die Ablauföffnung 25, über die Schmiermittel aus dem Kühlkanal austreten kann, dargestellt. Die Durchmesser der Zulauföffnung 24 und der Ablauföffnung 25 sind größer als die Durchmesser der zweiten Bohrungen 23.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, ohne den zugehörigen Bereich zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kolben
    2
    Kühlkanal
    3
    Unterseite des Kühlkanals
    4
    Bolzenauge, Lagerstelle des oberen Pleuellagerbolzens
    5
    Kolbenhemd
    6
    Ringpartie
    6a
    Ringnut für Ölabstreifring
    7
    Kolbenkopf
    10
    Erste Bohrung
    11
    Bohrungsöffnung, Eintrittsöffnung
    12
    Bohrungsöffnung, Austrittsöffnung
    20
    Kolben
    21
    Zweite Bohrung
    22
    Bohrungsöffnung, Austrittsöffnung
    23
    Bohrungsöffnung, Eintrittsöffnung
    24
    Zulauföffnung
    25
    Ablauföffnung
    A
    Axiale Richtung

Claims (9)

  1. Kolben (1; 20) für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Kolbenkopf (7) und ein Kolbenhemd (5), wobei der Kolbenkopf (7) eine umlaufende Ringpartie (6) mit wenigstens einer Ringnut (6a) für einen Kolbenring und einen umlaufenden Kühlkanal (2) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine vom Kühlkanal (2) ausgehende erste Bohrung (10) vorgesehen ist, die vom Kühlkanal (2) zu einer Lagerstelle (4) eines oberen Pleuellagerbolzens des Kolbens führt und in der Lagerstelle (4) in Form einer Bohrungsöffnung (12) mündet zur Versorgung des Kolbenbolzens mit Schmiermittel aus dem Kühlkanal (2).
  2. Kolben (1; 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Bohrung (10) von einer Unterseite des Kühlkanals (2) ausgeht.
  3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Bohrung (10) in axialer Richtung (A) des Kolbens verläuft.
  4. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass lediglich eine erste Bohrung (10) vorgesehen ist; oder
    b) dass mehrere erste Bohrungen (10) vorgesehen sind.
  5. Kolben (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine vom Kühlkanal (2) ausgehende zweite Bohrung (21) vorgesehen ist, die ausgehend von einer Kühlkanalunterseite (3) in Form einer Auslauf-Bohrungsöffnung (22) in einer Lauffläche des Kolbens (20) mündet, wobei die Auslauf-Bohrungsöffnung unterhalb eines Ölabstreifrings der Ringpartie (6) in die Lauffläche mündet.
  6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslauf-Bohrungsöffnung (22) unmittelbar unterhalb des Ölabstreifrings der Ringpartie (6) in die Lauffläche mündet.
  7. Kolben nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zweite Bohrungen (21) vorgesehen sind, die über eine Breite der Lauffläche verteilt angeordnet sind.
  8. Kolben nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    a) dass der Kühlkanal auf Höhe der Ringpartie (6) angeordnet ist; und/oder
    b) dass die Unterseite des Kühlkanals (2) in Axialrichtung (A) des Kolbens oberhalb der Auslauf-Bohrungsöffnung der zweiten Bohrungen (21) angeordnet ist, so dass der mindestens eine zweite Kühlkanal geneigt angeordnet ist.
  9. Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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