WO2009153237A1

WO2009153237A1 - Kolben für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: WO2009153237A1
Application number: PCT/EP2009/057349
Authority: WO
Inventors: Marcus Freidhager
Original assignee: Federal-Mogul Nürnberg GmbH
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2009-12-23
Also published as: JP2011524958A; ES2392490T3; CN105804882A; EP2288800B1; EP2288800A1; US20110180025A1; CN102046953A; PL2288800T3; DE102008002571A1; BRPI0914149A2; US9382869B2

Abstract

Ein Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor weist zumindest einen Kühlkanal (24) auf, der sich ausschließlich im Bereich zumindest eines Zu- und zumindest eines Abflusses (14) auf einem niedrigen, von dem Kolbenboden vergleichsweise entfernten Niveau (12) und im übrigen auf einem gleichbleibend höheren, näher zum Kolbenboden gelegenen Niveau (16) befindet, und der zwischen den auf dem niedrigen (12) und dem hohen Niveau (16) gelegenen Bereichen schräge Anstiege (18) aufweist.

Description

Kolben für einen Verbrennungsmotor

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor .

Auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren muss allgemein für eine ausreichende Kühlung der Kolben gesorgt werden. Ferner erhohen sich fortlaufend die spezifischen Leistungen der Motoren, insbesondere bei Dieselmotoren, was zu immer höheren Kolbentemperaturen fuhrt. Dies kann die Lebensdauer und die Festigkeit beeinträchtigen. Insofern ist: insbesondere an kritischen Stellen, wie z.B. dem Muldenrand und der obersten Ringnut des Kolbens für eine effiziente Kühlung zu sorgen.

Stand der Technik

Aus der JP 2002 221086 geht ein Kolben hervor, bei dem der Kuhlkanal im Bereich der Bolzennaben in Richtung derselben abgesenkt ist .

Die WO 03/098022 betrifft einen Kolben, bei dem sich der Kuhlkanal vom Ein- zum Auslass kontinuierlich in Richtung auf ein niedrigeres Niveau erweitert. Darstell-ung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der im Hinblick auf die Kühlung, insbesondere der kritischen Bereiche, verbessert ist.

Die Losung dieser Aufgabe erfolgt durch den im Anspruch 1 beschriebenen Kolben.

Demzufolge weist dieser zumindest einen Kύhlkanal auf, der sich ausschließlich im Bereich zumindest eines Zu- und zumindest eines Abflusses auf einem vergleichweise niedrigen, von dem Kolbenboden vergleichweise entfernten Niveau, und im übrigen auf einem gleichbleibend höheren, vergleichsweise naher zu dem Kolbenboden gelegenen Niveau befindet. Durch die Anordnung auf dem vergleichweise "hohen" Niveau kann der Kuhlkanal in seinem überwiegenden Verlauf besonders nah an den kritischen Stellen, wie z.B. dem Muldenrand und der obersten Ringnut ausgebildet werden. Insbesondere kann sich der Kuhlkanal weitgehend vollständig auf dem Niveau eines Ringtragers befinden, so dass dieser kritische Bereich besonders effizient gekühlt werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für den sich in Richtung der Rotationsachse des Kolbens anschließenden Bereich der Brennraummulde. Auch bezüglich dieser kann der Kuhlkanal in dem erfindungsgemaßen Kolben weitgehend vollständig auf dem Niveau der Brennraummulde ausgebildet werden, so dass hier eine besonders gute Kühlwirkung erfolgt.

Gleichzeitig kann den Erfordernissen am Zu™ und Abfluss bei dem erfindungsgemaßen Kolben besonders gut Rechnung getragen werden. In diesen Bereichen ist es nämlich vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Kuhlkanals gegenüber seinem übrigen Verlauf etwas vergrößert ist, um einen gunstigen Zu- und Abfluss zu gewahrleisten. Ein m dieser Weise vergrößerter Zu- und Abfluss kann bei dem erfindungsgeraaßen Kolben dadurch besonders einfach ausgebildet werden, dass sich der Kuhlkanal im Bereich zumindest eines Zu- und zumindest eines Abflusses auf einem niedrigeren, d.h. von dem Kolbenboden weiter entfernten Niveau befindet. Der Kuhlkanal wird somit m diesen Zonen aus dem Bereich zwischen der obersten Ringnut und der Brennraummulde etwas abgesenkt, so dass die Querschnittsvergroßerung des Kuhlkanals vorgesehen werden kann, ohne die Festigkeit zu gefährden. Sowohl zu der obersten Ringnut als auch zu der Brennraummulde kann nämlich eine ausreichende Materialdicke beibehalten werden, um den Festigkeitsanforderungen weiterhin zu genügen.

Dadurch, dass sich der Kuhlkanal ausschließlich im Bereich des Zu- und zumindest eines Abflusses auf dem niedrigeren Niveau befindet, und im übrigen auf im Wesentlichen demselben, höheren Niveau verbleibt, kann über weitgehend den gesamten Umfang eine besonders effiziente Kühlung der kritischen Bereiche an der obersten Ringnut und der Brennrauminulde gewährleistet werden. Eb sei erwannt, dass αer Kuhlkanal weitere Zu™ und Abflüsse aufweisen kann. Insbesondere können in seinem Verlauf ein oder mehrere Abflüsse, bevorzugt mit vergleichsweise kleinem Querschnitt, vorgesehen werden, um die Lagerung zwischen Pleuel und Kolbenbolzen zu schmieren. Im Bereich dieser Abflüsse muss sich der Kuhlkanal jedoch nicht notwendigerweise auf das niedrigere Niveau begeben, weil hier keine Verbreiterung notwendig ist.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfmdungsgemaßen Kolbens sind m den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Im Hinblick auf die Anordnung des Kuhlkanals auf dem höheren Niveau hat es sich bei ersten Versuchen als gunstig erwiesen, wenn die ünterkante des Kuhlkanals auf diesem Niveau im Wesentlichen auf derselben Hohe ist, wie die Unterkante eines Rmgtragers für die oberste Ringnut. Hierdurch kann eine besonders gute Kühlung der genannten kritischen Bereiche erzielt werden.

Dies gilt in gleicher Weise und ermöglicht darüber hinaus die gewünschte Querschnittsvergroßerung des Kuhlkanals im Bereich des Zu- und Abflusses, wenn sich das genannte untere Niveau etwa 3 - 5 mm, insbesondere 3,5 - 4 mm und besonders bevorzugt etwa 3,8 mm unterhalb des genannten höheren Niveaus befindet .

Wenngleich dies für die Kuhlleistung nicht unbedingt erforderlich ist, wird aufgrund der vorangehend geschilderten Umstände bevorzugt, dass der Querschnitt des Kuhlkanals im Bereich zumindest eines Zu- und/oder Abflusses gegenüber dem Rest des Kuhlkanals vergrößert ist.

Im Hinblick auf den Übergang von dem niedrigen zu dem höheren Niveau und umgekehrt wird ein allmählicher, geneigter Anstieg mit Knicken oder Stufen zwischen dem beispielsweise schrägen Anstieg und dem Bereich auf dem höheren bzw. niedrigeren Niveau vorgesehen.

Diejenigen Bereiche des Kühlkanals, die sich auf dem niedrigeren Niveau befinden, einschließlich der geneigten Übergänge zu dem höheren Niveau, können jeweils einen Winkel von etwa 50 - 70°, insbesondere etwa 60 - 65° einschließen.

Für die Querschnittsgestalt des Kuhlkanals wird derzeit bevorzugt, dass diese weitgehend oval ist, wobei sich die längere Achse des Ovals weitgehend in Richtung der Rotationsachse des Kolbens erstreckt, jedoch gegenüber dieser etwas geneigt sein kann. Für diese Neigung wird derzeit ein Winkel von etwa 7° und/oder eine Neigung, die an der Oberseite nach außen gerichtet ist, bevorzugt. Durch die im Allgemeinen ovale Gestaltung kann eine effiziente Kühlung des Bereichs "zwischen" oberster Ringnut und Brennraummulde gewahrleistet werden, und es können gleichzeitig die notwendigen Materialdicken eingehalten werden. Die Neigung unterstutzt diesen Effekt im Hinblick auf die typische Gestalt einer Brennraummulde.

Schließlich wird derzeit ferner bevorzugt, dass sich Zu- und Abfluss diametral gegenüberliegen. Hierdurch, sowie durch eine derzeit ferner bevorzugte Symmetrie bezüglich der Rotationsachse des Kolbens kann der Kolben in einer beliebigen Orientierung eingebaut werden, und eine beliebige Öffnung kann als Zu™ oder Abfluss genutzt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein beispielhaft m den Figuren dargestelltes Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Salzkerns, der bei der Herstellung des erfindungsgemaßen Kolbens verwendet Wxrd;

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils des m Fig. 1 gezeigten Salzkerns; und

Fig. 3 eine Schnittansicht des erfindungsgemaßen Kolbens.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung

In Fig. 1 ist zunächst m einer perspektivischen Ansicht der Salzkern 20 gezeigt, der zur Herstellung des erfindungsgemaßen Kolbens verwendet wird. Der Salzkern weist, wie dies für den spateren Kuhlkanal gilt, bei der gezeigten Ausfuhrungsform zwei diametral gegenüberliegende Bereiche auf, die hinsichtlich ihres Querschnitts gegenüber dem übrigen Kuhlkanal verbreitert sind und spater als Zu- und Abfluss 14 genutzt werden. Wie bereits in Fig. 1 durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist, befindet sich der Kύhlkanal im Bereich von Zu- und Abfluss 14 auf einem niedrigeren Niveau, als der übrige Kuhlkanal. Die Bereiche des Kuhlkanals auf dem höheren Niveau gehen jeweils in der Umgebung vom Zu- und Abfluss 14 und auf beiden Seiten desselben durch Schrägen 18 von dem höheren 16 auf das niedrigere Niveau 12 über. Für Zu- und Abfluss 14 ist in Fig. 1 zusatzlich zu erkennen, dass die Verbreiterung des Querschnitts bei der besagten Ausführungsform in Richtung der Rotationsachse 22 (vgl. Fig. 2) erfolgt.

In Fig. 2 sind ferner erneut die beiden Niveaus 12 und 16, sowie im Bereich des gezeigten Zu- oder Abflusses 14 die Schrägen 18 zu erkennen. Insbesondere ist anzumerken, dass der Querschnitt des Kuhlkanals mit Ausnahme des vergrößerten Bereichs am Zu- und Abfluss, jedoch einschließlich der Schrägen 18 weitgehend gleich bleibt. Bei der gezeigten Ausfuhrungsform des Kuhlkanals ist der Querschnitt weitgehend oval, wobei die längere Achse weitgehend parallel oder allenfalls mit einem spitzen Winkel zu der Rotationsachse 22 des Kolbens verläuft. Bei der gezeigten Ausfuhrungsform ist zwischen der Rotationsachse 22 des Kolbens und der längeren Achse des Ovals, das den Querschnitt des Kuhlkanals bildet, ein Winkel α von beispielsweise etwa 7° ausgebildet.

In Fig. 3 ist ergänzend zu erkennen, wie der Kuhlkanal 24 durch die erfindungsgernaße Maßnahme in gunstiger Weise auf das Niveau eines Ringtragers 26 und der Brennraummulde 28 gebracht werden kann. Durch die in Richtung der Rotationsachse 22 des Kolbens 10 ovale Form passt der Kuhlkanal 24 in den Bereich zwischen dem Ringtrager 26 und der Brennraummulde 28 und kann diese kritischen Zonen besonders effizient kühlen, ohne die Festigkeit durch zu geringe Materialdicken zu gefährden. In Fig. 3 ist insbesondere zu erkennen, dass der Kuhlkanal 24 sich bei der gezeigten Ausfuhrungsform im Hinblick auf seine ünterkante weitgehend auf dem Niveau der ünterkante des Ringtragers 26 und sogar ein wenig oberhalb des Bodens der Brennraummulde 28 befindet. Wie in Kombination mit Fig. 2 zu erkennen ist, können die Bereiche an Zu- und Abfluss auch bei der Gestaltung gemäß Fig. 3 vergrößert werden, ohne die Materialdicke zwischen Ringtrager 26 und Brennraummulde 28 zu gefährden, da der Kuhlkanal 24 in diesen Bereichen auf das niedrigere Niveau 12 abgesenkt ist.

Claims

Patentansprüche

1. Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, mit zumindest einem Kuhlkanal (24), der sich ausschließlich im Bereich zumindest eines Zu- und zumindest eines Abflusses (14) auf einem niedrigen, von dem Kolbenboden vergleichsweise entfernten Niveau (12) und im Übrigen auf einem gleichbleibend höheren, näher zum Kolbenboden gelegenen Niveau (16) befindet, und der zwischen den auf dem niedrigen (12) und dem hohen Niveau (16) gelegenen Bereichen schräge Anstiege (18) aufweist.

2. Kolben (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kuhlkanal (24) auf seinem höheren Niveau

(16) mit seiner Unterkante im Wesentlichen auf demselben Niveau wie eine Unterkante eines Ringtragers (26) befindet .

3. Kolben (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das niedrige Niveau etwa 3 - 5 mm, insbesondere etwa 3,5 - 4 mm und bevorzugt etwa 3,8 mm unterhalb des höheren Niveaus (16) befindet,

4. Kolben (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kuhlkanal im Bereich zumindest eines Zu- und/oder Abflusses (14) einen gegenüber dem restlichen Verlauf des Kuhlkanals (24) vergrößerten Querschnitt aufweist.

5. Kolben (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche des Kuhlkanals (24) auf dem niedrigen Niveau (12), einschließlich der geneigten Übergänge (18), zu dem höheren Niveau (16) einen Winkel von etwa 50 - 70°, insbesondere etwa 60 - 65° abdecken.

6. Kolben (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kuhlkanal (28) einen ovalen Querschnitt mit einer längeren Achse, die im Wesentlichen in Richtung der Rotationsachse (22} des Kolbens (10) verlauft, aufweist.

7. Kolben (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt längere Achse des Kuhlkanals bezüglich der Rotationsachse (22) des Kolbens (10) um etwa 5 - 10°, insbesondere etwa 7° nach außen geneigt ist .

8. Kolben (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Zu- und Abfluss (14) diametral gegenüberliegen.