WO2018149633A1 - Kolben einer brennkraftmaschine - Google Patents
Kolben einer brennkraftmaschine Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018149633A1 WO2018149633A1 PCT/EP2018/052298 EP2018052298W WO2018149633A1 WO 2018149633 A1 WO2018149633 A1 WO 2018149633A1 EP 2018052298 W EP2018052298 W EP 2018052298W WO 2018149633 A1 WO2018149633 A1 WO 2018149633A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- piston
- pressure
- relieving
- bag
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- F02F3/02—Pistons having means for accommodating or controlling heat expansion
- F02F3/022—Pistons having means for accommodating or controlling heat expansion the pistons having an oval circumference or non-cylindrical shaped skirts, e.g. oval
-
- 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
- F02F3/02—Pistons having means for accommodating or controlling heat expansion
- F02F3/027—Pistons having means for accommodating or controlling heat expansion the skirt wall having cavities
Definitions
- the present invention relates to a piston of an internal combustion engine with a piston head and a piston skirt according to the preamble of
- the present invention therefore deals with the problem of providing a piston of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by a lighter construction and a high load capacity at the same time.
- the present invention is based on the general idea, by
- Box walls are provided which stiffen the piston skirt. By already provided in this area box walls can on a
- the piston according to the invention can be made significantly lighter and yet more resilient.
- the piston according to the invention has a piston head and a piston shaft, wherein in the region of the piston head an annular web is arranged with at least two circumferential annular grooves for piston rings.
- the aforementioned pressure-relieving pocket is now provided exclusively on the counterpressure side of the piston in the region of an outer circumferential surface of the piston skirt.
- the piston according to the invention thus requires less material and is therefore resource-saving and at the same time extremely resilient and cost-effective.
- the pocket extends in the circumferential direction to a maximum of a respective box wall.
- the pressure-relieving bag which is created by a simple material removal or omission of the material in this area, thus prevents a direct pressure-initiating contact between the cylinder wall and the piston and thus displaces the force introduction points in the edge region of the bag, wherein the edge regions of the bag preferably in
- Circumferential direction extend to a maximum of each arranged there chest wall, so that the force application point is significantly closer to the rigid box walls than before.
- the pressure-relieving pocket extends in the circumferential direction over an angle ⁇ ⁇ 60 °, preferably of ⁇ ⁇ 45 °, in particular even over only an angle of ⁇ ⁇ 30 °.
- ⁇ ⁇ 60 ° preferably of ⁇ ⁇ 45 °, in particular even over only an angle of ⁇ ⁇ 30 °.
- pressure-relieving pocket in the circumferential direction allows a displacement of the hitherto central force application point (transverse center) in the outward direction and thus in the direction of the shaft walls, so that with a circumferentially extending over only an angle of ⁇ ⁇ 30 °, pressure-relieving bag, the respective force application point ⁇ 15 ° is different from the transverse center.
- the introduction of force is thus much closer to the box walls and thus in a much stiffer area of the piston.
- the pressure-relieving bag increases in terms of its depth t to the piston head.
- the pressure-relieving bag can widen towards the piston head also in the circumferential direction. Since the pressure relief, in particular at top dead center is of particular interest, in which the piston tilts and comes into contact with the cylinder wall on the counter-pressure side in the previously non-existent pressure-relieving bag offers the pressure-relieving bag in this area special advantages, as by now the direct contact with the cylinder wall avoided and the
- the rounded edge in particular voltage peaks in the region of a sharp edge can be avoided and thereby the burden on the piston can be made much cheaper.
- this embodiment offers the greatest advantages, since it takes away exactly this previously highly polluting area completely by providing the pressure-relieving bag, thereby shifting the hitherto occurring there high load to the outside.
- the pressure-relieving bag is at least partially formed as a plane free flute or has a curved bottom whose curvature is the same direction as the curvature of the outer surface of the piston skirt.
- Both embodiments of the pressure-relieving bag according to the invention can be produced comparatively easily with cutting tools, wherein it can additionally be provided that the piston has a sliding friction-reducing coating at least in the area of the piston shaft, so that in the case of a subsequent machining, this coating in the region of pressure-relieving Bag at least partially removed.
- the pressure-relieving bag according to the invention can of course already be provided in a corresponding casting or forging tool as a negative mold, so that a subsequent introduction of the pressure-relieving bag can be omitted. This allowed both a step and the result of this
- the present invention is further based on the general idea of equipping an internal combustion engine with at least one such piston, which has the above-described pressure-relieving pocket on the counterpressure side. This offers particular advantages in terms of fuel consumption and the Weight of the internal combustion engine, since the piston according to the invention lighter and thus the moving mass is lower.
- Fig. 1 is a diagram illustrating a plant change of a
- Piston on a pressure side and counter-pressure side in dependence of a crank angle
- Fig. 4 is a detailed view of Fig. 2 in the region of the pressure-relieving
- Fig. 5 is a detailed view of Fig. 3 in the region of the pressure-relieving
- a typical system change behavior of a piston 1 is recorded on a pressure side DS and a counter-pressure side GDS of a cylinder 2 of an internal combustion engine 3. Shown here are a last part of a compression stroke of the internal combustion engine 3 with exceeding a top dead center OT and a range of a subsequent working cycle.
- Counterpressure side GDS on the cylinder 2 or a cylinder wall of the same is present.
- the ignition starts, against which the piston 1 continues to move upwards in the direction of top dead center (middle illustration).
- the top dead center OT is at 360 ° crank angle.
- the piston 1 tilts, as shown in the middle illustration, and is now located on the counter-pressure side GDS in Kolbenachsraum looking at the cylinder 2 at. Due to the crowning lies at the most heavily loaded point 4 below a lowermost piston ring, for example.
- An oil control ring and in the transition between a piston skirt 5 and a piston head 6 see also Fig. 2).
- the piston 1 is in this position on the pressure side DS in the lower region of its piston shaft 5 on the cylinder 2. After exceeding the top dead center OT, it tilts completely over to the pressure side DS and then begins to move downward again in the working cycle.
- a pressure-relieving pocket 7 is provided exclusively on the counterpressure side GDS of the piston 1 in the region of an outer circumferential surface 13 of the piston skirt 5.
- This pressure-relieving pocket 7 causes the piston 1 in this area no longer has direct contact with the cylinder wall or the cylinder 2 and thus no force can be introduced into the piston 1 at this point. Rather, an introduction of force (see Fig. 3) now from the previously highly loaded point 4 on the transverse center 8 in the circumferential direction outward to an edge 9 of
- Pressure introduction points 4 ' are doing much closer in the area of box walls 10, in the area of which the piston 1 is anyway stiffer, so that so far in the region of the central pressure introduction point 4 or
- the piston 1 of the invention thus enables both a material removal or a material loss in the region of the pressure-relieving bag 7 and on an opposite inner side of the piston shaft 5, whereby the piston 1 according to the invention significantly easier and thus a significantly fuel-reduced operation of the internal combustion engine 3 is possible.
- the there relieving pocket 7 does not extend in the circumferential direction up to the box walls 10, but wherein the box walls 10 a maximum possible extent limit the pressure-relieving bag 7 in observatsgehchtung to still allow a pressure introduction into the box walls 10 can.
- pressure-relieving pocket 7 extends in the circumferential direction over an angle ⁇ of ⁇ ⁇ 60 °, preferably of ⁇ ⁇ 45 ° and in particular even over only an angle ⁇ ⁇ 30 °, as shown approximately in Fig. 3. Even the limitation of the circumferential angle ⁇ to a maximum of 30 ° allows a clear outward and in the direction of the box walls 10 relocating the
- the pressure-relieving pocket 7 may increase in respect of its depth t (cf., in particular, FIG. 4) toward the piston head 6, wherein the pressure-relieving pocket 7 can also widen in the circumferential direction towards the piston head 6, as is also substantially the case with FIGS 4 can be seen. At its lowest point while the pressure-relieving bag 7 has a depth t of about 10 ⁇ to 70 ⁇ on.
- the pressure-relieving bag 7 goes over a rounded edge 9 in the
- the pressure-relieving bag 7 extends over at least a portion of the height H of the piston skirt 5, whereby it can of course also extend over the entire height H of the piston skirt 5. It is also possible that the pressure-relieving bag 7 has over the height H along a different cross-sectional profile.
- the pressure-relieving pocket 7 is the annular groove closest to the piston skirt 5 is open, wherein in this annular groove 1 1 usually a ⁇ labstreifring is arranged.
- the pressure-relieving bag 7 can be produced, for example, as a flat fingerschliff and thus subsequently, wherein alternatively also conceivable that the pressure-relieving bag 7 at least partially has a curved bottom 12 whose curvature is rectified, as the curvature of the outer circumferential surface 13 of the piston skirt. 5 In this case, the bottom 12 has a convex curvature. Furthermore, a third variant is conceivable in which the pressure-relieving bag 7 at least partially a
- Outer lateral surface 13 of the piston shaft 5 is directed opposite. This would thus be a pocket 7 with a concave bottom 12.
- Counterpressure side GDS can achieve a significantly improved introduction of force into the piston 1, since on the one hand the central point 8 previously reached central force introduction point 4 or the highest loaded point can now be moved to two circumferentially displaced force introduction points 4 'and thus also divided. Since these new force introduction points 4 'are also closer to the box walls 10 of the piston 1 according to the invention, these can be used to absorb the introduction of force, whereby in reverse on the hitherto on an inner surface of the
- Piston shaft 5 provided material thickening in the region of the transverse center. 8 can be waived. As a result, not only weight savings but also cost advantages can be achieved.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) einer Brennkraftmaschine (3) mit einem Kolbenkopf (6) und einem Kolbenschaft (5), wobei im Bereich des Kolbenkopfes (6) umlaufende Ringnuten (11) für Kolbenringe angeordnet sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass ausschließlich auf der Gegendruckseite (GDS) des Kolbens (1) im Bereich einer Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5) eine druckentlastende Tasche (7) vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich eine deutlich verbesserte Krafteinleitung in den Kolben (1) erreichen.
Description
Kolben einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 .
Gattungsgemäße Kolben sind hinlänglich bekannt und werden bereits seit langem erfolgreich in Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, eingesetzt.
Betrachtet man sich die translatorische Bewegung des Kolbens in einem Zylinder der Brennkraftmaschine über einen Kurbelwinkel von 360° bzw. 720°, so fährt der Kolben bei einer Viertaktbrennkraftmaschine während des Verdichtungstakts nach oben und liegt dabei auf der Gegendruckseite (GDS)am Zylinder an. Bei ca. 340° Kurbelwinkel beginnt die Zündung, gegen welche der Kolben weiter nach oben in Richtung des oberen Totpunkts (OT) anfährt. Nahe bei bzw. am oberen Totpunkt kippt der Kolben und liegt nun auf der Gegendruckseite in Achsrichtung des Kolbens gesehen oben am Zylinder an. Aufgrund der Balligkeit des Kolbens ist die in dieser Stellung am höchsten belastete Stelle unterhalb eines
Ölabstreifrings und am Schaftbeginn. Gleichzeitig liegt der Kolben in dieser Stellung am unteren freien Ende des Kolbenschafts auf der Druckseite am
Zylinder an. Nach Überschreiten des oberen Totpunkts kippt der Kolben vollständig auf die Druckseite über und beginnt sich danach wieder nach unten zu bewegen (Arbeitstakt). In derselben Weise findet auch ein Anlagewechsel des Kolbens an der Gegendruckseite (GDS) bzw. der Druckseite (DS) des Zylinders im unteren Totpunkt (UT) statt.
Um nun die besonders hoch belastete Stelle auf der Gegendruckseite zu stärken, wurde bisher eine Materialaufdickung an einer Innenseite des Kolbenschafts vorgenommen, was jedoch neben einer Gewichtszunahme auch eine
Steifigkeitszunahme und eine Kostenzunahme bedeutete.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine leichtere Bauweise und eine zugleich hohe Belastbarkeit auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, durch
Vorsehen einer druckentlastenden Tasche auf der Gegendruckseite des Kolbens einen direkten Kontakt des Kolbens in diesem Bereich mit einer Zylinderwandung zu vermeiden und dadurch die Kraftein leitung weg von der Mitte in Richtung der Schaftaußenseite hin zu verlagern, in welcher üblicherweise innen die
Kastenwände vorgesehen sind, die den Kolbenschaft aussteifen. Durch die ohnehin in diesem Bereich vorgesehenen Kastenwände kann auf eine
zusätzliche Materialaufdickung zur Aussteifung verzichtet werden, da die
Kastenwände in der Lage sind, die Krafteinleitung problemlos aufzunehmen. Durch die druckentlastende Tasche und zugleich durch den Wegfall der
Materialaufdickung an einer Innenseite des Kolbenschafts in diesem Bereich, kann der erfindungsgemäße Kolben deutlich leichter und dennoch belastbarer ausgebildet werden. Der erfindungsgemäße Kolben weist einen Kolbenkopf und einen Kolbenschaft auf, wobei im Bereich des Kolbenkopfs ein Ringsteg mit zumindest zwei umlaufenden Ringnuten für Kolbenringe angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist nun ausschließlich auf der Gegendruckseite des Kolbens im Bereich einer Außenmantelfläche des Kolbenschaftes die zuvor erwähnte druckentlastende Tasche vorgesehen. Mit dieser druckentlastenden Tasche kann - wie bereits erwähnt - die Krafteinleitung von dieser Stelle weg in
Umfangsrichtung nach außen verschoben werden, so dass eine Krafteinleitung in den Kolben näher zu den Kastenwänden erfolgt, an welchen der Kolben ohnehin steifer ausgebildet ist. Die bislang im Bereich des Kolbenschafts innen
vorgesehene Materialaufdickung zwischen den Kolbenwänden kann nun komplett entfallen, wobei zusätzlich auch die druckentlastende Tasche eine
Gewichtsreduzierung erbringt. Der erfindungsgemäße Kolben erfordert somit weniger Material und ist daher ressourcenschonender und zugleich äußerst belastungsfähig und kostengünstiger.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung erstreckt sich die Tasche in Umfangsrichtung bis maximal zu einer jeweiligen Kastenwand. Die druckentlastende Tasche, die durch einen einfachen Materialabtrag bzw. ein Weglassen des Materials in diesem Bereich geschaffen wird, verhindert somit einen direkten druckeinleitenden Kontakt zwischen der Zylinderwand und dem Kolben und verlagert somit die Krafteinleitungspunkte in den Randbereich der Tasche, wobei sich die Randbereiche der Tasche vorzugsweise in
Umfangsrichtung bis maximal zu der jeweils dort angeordneten Kastenwand erstrecken, so dass der Krafteinleitungspunkt deutlich näher an den steifen Kastenwänden ist als bisher.
Zweckmäßig erstreckt sich die druckentlastende Tasche in Umfangsrichtung über einen Winkel α < 60°, vorzugsweise von α < 45°, insbesondere sogar über lediglich einen Winkel von α < 30°. Bereits die kleinste Erstreckung der
druckentlastenden Tasche in Umfangsrichtung ermöglicht dabei ein Verlagern des bislang mittigen Krafteinleitungspunkts (Quermitte) in Richtung nach außen
und damit in Richtung der Schaftwände, so dass bei einer sich in Umfangsrichtung über lediglich einen Winkel von α < 30° erstreckenden, druckentlastenden Tasche der jeweilige Krafteinleitungspunkt <15° abweichend von der Quermitte ist. Die Kraftein leitung erfolgt somit deutlich näher an den Kastenwänden und damit in einem deutlich steiferen Bereich des Kolbens.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung nimmt die druckentlastende Tasche hinsichtlich ihrer Tiefe t zum Kolbenkopf hin zu.
Zusätzlich oder alternativ kann sich die druckentlastende Tasche zum Kolbenkopf hin auch in Umfangsrichtung aufweiten. Da die Druckentlastung insbesondere im oberen Totpunkt von besonderem Interesse ist, in welchem der Kolben kippt und dabei im Bereich der bislang nicht vorhandenen druckentlastenden Tasche mit der Zylinderwandung auf der Gegendruckseite in Kontakt kommt bietet die druckentlastende Tasche in diesem Bereich besondere Vorteile, da durch diese nunmehr der direkte Kontakt mit der Zylinderwandung vermieden und die
Krafteinleitung in Umfangsrichtung versetzt von der Quermitte nach außen in Richtung der Kastenwände verschoben werden kann. Sowohl die sich in
Umfangsrichtung zum Kolbenkopf hin aufweitende als auch hinsichtlich ihrer Tiefe zunehmende Tasche begünstigen dabei eine Kontaktvermeidung bei gekipptem Kolben mit der Zylinderwandung.
Zweckmäßig geht die druckentlastende Tasche über eine abgerundete Kante in die Außenmantelfläche des Kolbenschafts über. Durch die abgerundete Kante können insbesondere Spannungsspitzen im Bereich einer scharfen Kante vermieden und dadurch die Belastung für den Kolben deutlich günstiger gestaltet werden.
Zweckmäßig ist die druckentlastende Tasche zu der zum Kolbenschaft
nächstgelegenen Ringnut hin offen. Da in diesem Bereich die größte Belastung
bei herkömmlichen Kolben erfolgt, bietet diese Ausführungsform die größten Vorteile, da sie genau diesen bislang höchstbelastenden Bereich durch das Vorsehen der druckentlastenden Tasche komplett wegnimmt und dadurch die bislang dort auftretende hohe Belastung nach außen verlagert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die druckentlastende Tasche zumindest bereichsweise als ebener Freischliff ausgebildet oder weist einen gekrümmten Boden auf, dessen Krümmung gleich gerichtet ist wie die Krümmung der Außenmantelfläche des Kolbenschafts. Beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen druckentlastenden Tasche lassen sich vergleichsweise einfach mit spanenden Werkzeugen herstellen, wobei zusätzlich vorgesehen sein kann, dass der Kolben zumindest im Bereich des Kolbenschafts eine die Gleitreibung reduzierende Beschichtung aufweist, so dass im Fall einer nachträglichen spanenden Bearbeitung diese Beschichtung im Bereich der druckentlastenden Tasche zumindest teilweise abgetragen werden. Ferner ist es auch denkbar, beim Auftragen einer die Gleitreibung reduzierenden Beschichtung die Beschichtung im Bereich der druckentlastenden Tasche nicht aufzubringen. Die druckentlastende Tasche entsteht somit erst durch das
Nichtbeschichten an dieser Stelle. Rein theoretisch kann die erfindungsgemäße druckentlastende Tasche selbstverständlich auch in einem entsprechenden Guss- oder Schmiedewerkzeug bereits als Negativform vorgesehen werden, so dass ein nachträgliches Einbringen der druckentlastenden Tasche entfallen kann. Hierdurch ließen sich sowohl ein Arbeitsschritt als auch die hieraus
resultierenden Kosten einsparen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem derartigen Kolben auszustatten, der die zuvor beschriebene druckentlastende Tasche auf der Gegendruckseite aufweist. Dies bietet insbesondere Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und des
Gewichts der Brenn kraftmasch ine, da der erfindungsgemäße Kolben leichter und damit die bewegte Masse geringer ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Anlagewechsels eines
Kolbens auf einer Druckseite und Gegendruckseite in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene M-M,
Fig. 4 eine Detaildarstellung aus Fig. 2 im Bereich der druckentlastenden
Tasche,
Fig. 5 eine Detaildarstellung aus Fig. 3 im Bereich der druckentlastenden
Tasche.
Entsprechend der Fig. 1 ist ein typisches Anlagewechselverhalten eines Kolbens 1 an einer Druckseite DS und einer Gegendruckseite GDS eines Zylinders 2 einer Brennkraftmaschine 3 aufgezeichnet. Dargestellt sind dabei ein letzter Teil eines Verdichtungstaktes der Brennkraftmaschine 3 mit Überschreiten eines oberen Totpunkts OT sowie ein Bereich eines nachfolgenden Arbeitstakts.
Betrachtet man dabei die Fig. 1 , so kann man erkennen, dass der Kolben 1 während eines Verdichtungstaktes nach oben fährt und dabei auf der
Gegendruckseite GDS am Zylinder 2 bzw. einer Zylinderwandung desselben, anliegt. Ab einem Kurbelwinkel von ca. 340° beginnt die Zündung, gegen welche der Kolben 1 weiter nach oben in Richtung des oberen Totpunkts (mittlere Darstellung) anfährt. Der obere Totpunkt OT ist dabei bei 360° Kurbelwinkel. Nahe am bzw. beim oberen Totpunkt OT kippt der Kolben 1 , wie dies in der mittleren Darstellung gezeigt ist, und liegt nun auf der Gegendruckseite GDS in Kolbenachsrichtung umgesehen am Zylinder 2 an. Aufgrund der Balligkeit liegt dabei an höchst belasteter Stelle 4 unterhalb eines untersten Kolbenrings, bspw. eines Ölabstreifrings und im Übergang zwischen einem Kolbenschaft 5 und einem Kolbenkopf 6 (vgl. auch die Fig. 2). Gleichzeitig liegt der Kolben 1 in dieser Stellung auf der Druckseite DS im unteren Bereich seines Kolbenschafts 5 am Zylinder 2 an. Nach Überschreiten des oberen Totpunkts OT kippt er vollständig auf die Druckseite DS über und beginnt sich danach im Arbeitstakt wieder nach unten zu bewegen.
Um die höchstbelastete Stelle 4 des Kolbens 1 möglichst belastbar
auszugestalten, wurden bislang aus dem Stand der Technik bekannte Kolben an dieser Stelle 4 durch bspw. eine Materialaufdickung verstärkt, wobei diese
Materialaufdickung jedoch nicht nur einen Materialmehraufwand sondern zugleich auch ein höheres Gewicht und höhere Kosten bedeuteten.
Erfindungsgemäß ist nun deshalb ausschließlich auf der Gegendruckseite GDS des Kolbens 1 im Bereich einer Außenmantelfläche 13 des Kolbenschafts 5 eine druckentlastende Tasche 7 vorgesehen. Diese druckentlastende Tasche 7 bewirkt, dass der Kolben 1 in diesem Bereich keinen direkten Kontakt mehr mit der Zylinderwandung bzw. dem Zylinder 2 hat und dadurch auch keine Kraft an dieser Stelle in den Kolben 1 eingeleitet werden kann. Vielmehr wird eine Krafteinleitung (vgl. Fig. 3) nun von der bislang höchstbelasteten Stelle 4 auf der Quermitte 8 in Umfangsrichtung nach außen bis zu einem Rand 9 der
druckentlastenden Tasche 7 verlagert, und dabei zugleich von lediglich einer einzigen Druckeinleitungsstelle 4 auf zwei Druckeinleitungsstellen 4' am jeweiligen Außenrand 9 der Tasche 7 verlagert. Die neuen
Druckeinleitungsstellen 4' befinden sich dabei deutlich näher im Bereich von Kastenwänden 10, im Bereich derer der Kolben 1 ohnehin steifer ausgebildet ist, so dass die bislang im Bereich der mittigen Druckeinleitungsstelle 4 bzw.
höchstbelastenden Stelle 4 an einer Innenseite des Kolbenschaftes 5
vorgesehene Materialaufdickung nunmehr entfallen kann, da die Funktion dieser bislang dort vorzusehenden Materialaufdickung nun von den Kastenwänden 10 übernommen wird. Der erfindungsgemäße Kolben 1 ermöglicht somit sowohl einen Materialabtrag bzw. einen Materialentfall im Bereich der druckentlastenden Tasche 7 als auch auf einer gegenüberliegenden Innenseite des Kolbenschaftes 5, wodurch der erfindungsgemäße Kolben 1 deutlich leichter und damit ein deutlich kraftstoffreduzierter Betrieb der Brennkraftmaschine 3 möglich wird.
Betrachtet man die Fig. 1 weiter, so kann man erkennen, dass sich die dort entlastende Tasche 7 in Umfangsrichtung nicht bis zu den Kastenwänden 10 erstreckt, wobei jedoch die Kastenwände 10 eine maximal mögliche Erstreckung
der druckentlastenden Tasche 7 in Umfangshchtung begrenzen, um noch eine Druckeinleitung in die Kastenwände 10 ermöglichen zu können. Die
druckentlastende Tasche 7 erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung über einen Winkel α von α < 60°, vorzugsweise von α < 45° und insbesondere sogar über lediglich einen Winkel α < 30°, wie dies ungefähr in Fig. 3 dargestellt ist. Selbst die Begrenzung des Umfangswinkels α auf maximal 30° ermöglicht ein deutliches nach außen und in Richtung der Kastenwände 10 Verlagern der
Druckeinleitungsstellen 4', wodurch eine deutlich verbesserte Kraftaufnahme möglich wird.
Die druckentlastende Tasche 7 kann hinsichtlich ihrer Tiefe t (vgl. insbesondere die Fig. 4) zum Kolbenkopf 6 hin zunehmen, wobei sich die druckentlastende Tasche 7 darüber hinaus zum Kolbenkopf 6 hin in Umfangsrichtung aufweiten kann, wie dies im Wesentlichen ebenfalls den Figuren 2 und 4 zu entnehmen ist. An ihrer tiefsten Stelle weist dabei die druckentlastende Tasche 7 eine Tiefe t von ca. 10 μιτι bis 70 μιτι auf.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung geht die druckentlastende Tasche 7 über eine abgerundete Kante 9 in die
Außenmantelfläche 13 des Kolbenschaftes 5 über, wodurch ein weicher und damit auch ein Spannungsspitzen vermeidender Übergang erzielt werden kann. Die druckentlastende Tasche 7 erstreckt sich dabei über zumindest einen Teil der Höhe H des Kolbenschafts 5, wobei sie selbstverständlich auch über die gesamte Höhe H des Kolbenschafts 5 verlaufen kann. Dabei ist es auch möglich, dass die druckentlastende Tasche 7 über die Höhe H entlang einen unterschiedlichen Querschnittsverlauf aufweist.
Betrachtet man die Fig. 2 und 4 weiter, so kann man erkennen, dass die druckentlastende Tasche 7 der zum Kolbenschaft 5 nächstgelegenen Ringnut hin
offen ist, wobei in dieser Ringnut 1 1 üblicherweise ein Ölabstreifring angeordnet ist.
Die druckentlastende Tasche 7 kann bspw. als ebener Freischliff und damit nachträglich hergestellt werden, wobei alternativ auch denkbar ist, dass die druckentlastende Tasche 7 zumindest bereichsweise einen gekrümmten Boden 12 aufweist, dessen Krümmung gleichgerichtet ist, wie die Krümmung der Außenmantelfläche 13 des Kolbenschafts 5. In diesem Fall weist der Boden 12 eine konvexe Krümmung auf. Des Weiteren ist auch eine dritte Variante denkbar, bei der die druckentlastende Tasche 7 zumindest bereichsweise einen
gekrümmten Boden 12 aufweist, dessen Krümmung der Krümmung der
Außenmantelfläche 13 des Kolbenschaftes 5 entgegengerichtet ist. Dies wäre somit eine Tasche 7 mit einem konkaven Boden 12.
Alternativ zu der nachträglichen Herstellung der druckentlastenden Tasche 7 ist es selbstverständlich auch denkbar, diese bereits beim Herstellungsprozess des Kolbens 1 vorzusehen, bspw. in einem entsprechenden Guss- oder
Schmiedewerkzeug.
Mit der erfindungsgemäßen druckentlastenden Tasche 7 auf der
Gegendruckseite GDS lässt sich eine deutlich verbesserte Krafteinleitung in den Kolben 1 erreichen, da einerseits der bislang erreichte Quermitte 8 gelegene zentrale Krafteinleitungspunkt 4 bzw. die höchstbelastete Stelle nunmehr auf zwei in Umfangsrichtung verschobene Krafteinleitungspunkte 4' verschoben und dadurch auch geteilt werden kann. Da diese neuen Krafteinleitungspunkte 4' zudem näher an den Kastenwänden 10 des erfindungsgemäßen Kolbens 1 liegen, können diese zur Aufnahme der Krafteinleitung herangezogen werden, wodurch im Umkehrschluss auf die bislang an einer Innenfläche des
Kolbenschaftes 5 vorgesehene Materialaufdickung im Bereich der Quermitte 8
verzichtet werden kann. Hierdurch lassen sich nicht nur Gewichtseinsparungen sondern auch Kostenvorteile erzielen.
*****
Claims
1 . Kolben (1 ) einer Brennkraftmaschine (3) mit einem Kolbenkopf (6) und
einem Kolbenschaft (5), wobei im Bereich des Kolbenkopfes (6) umlaufende Ringnuten (1 1 ) für Kolbenringe angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass ausschließlich auf der Gegendruckseite (GDS) des Kolbens (1 ) im Bereich einer Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5) eine druckentlastende Tasche (7) vorgesehen ist.
2. Kolben nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Tasche (7) in Umfangsrichtung bis maximal zu einer jeweiligen Kastenwand (10) erstreckt.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Tasche (7) in Umfangsrichtung über einen Winkel (a) von a < 60°, vorzugsweise von a < 45°, insbesondere sogar über lediglich einen Winkel (a) von a < 30° erstreckt.
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die druckentlastende Tasche (7) hinsichtlich ihrer Tiefe t zum
Kolbenkopf (6) hin zunimmt, und/oder
- dass sich die druckentlastende Tasche (7) zum Kolbenkopf hin in
Umfangsrichtung aufweitet.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die druckentlastende Tasche (7) an ihrer tiefsten Stelle eine Tiefe t von 10 μιτι < t < 70 μιτι aufweist.
6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die druckentlastende Tasche (7) über eine abgerundete Kante (9) in die Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5) übergeht.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die druckentlastende Tasche (7) über zumindest einen Teil der Höhe H, vorzugsweise über die gesamte Höhe H, des Kolbenschaftes (5), erstreckt.
8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die druckentlastende Tasche (7) zumindest bereichsweise als
Freischliff mit ebenem Boden (12) ausgebildet ist, oder
- dass die druckentlastende Tasche (7) zumindest bereichsweise einen gekrümmten Boden (12) aufweist, dessen Krümmung gleichgerichtet ist wie die Krümmung der Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5), oder
- dass die druckentlastende Tasche (7) zumindest bereichsweise einen gekrümmten Boden (12) aufweist, dessen Krümmung der Krümmung der Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5) entgegengerichtet ist.
9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die druckentlastende Tasche (7) zu der zum Kolbenschaft (5) nächst gelegenen Ringnut (1 1 ) hin offen ist.
10. Brennkraftmaschine (3) mit zumindest einem Kolben (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017202463.1A DE102017202463A1 (de) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Kolben einer Brennkraftmaschine |
| DE102017202463.1 | 2017-02-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018149633A1 true WO2018149633A1 (de) | 2018-08-23 |
Family
ID=61157189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2018/052298 WO2018149633A1 (de) | 2017-02-15 | 2018-01-30 | Kolben einer brennkraftmaschine |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102017202463A1 (de) |
| WO (1) | WO2018149633A1 (de) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102020208998A1 (de) | 2020-07-17 | 2022-01-20 | Mahle International Gmbh | Kolben für eine Brennkraftmaschine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5172626A (en) * | 1991-08-22 | 1992-12-22 | General Motors Corporation | Stabilized piston skirt having varying peaks and concave surfaces |
| JP2000039065A (ja) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Toyota Motor Corp | ピストン構造 |
| JP3251337B2 (ja) * | 1992-07-13 | 2002-01-28 | ヤマハ発動機株式会社 | ２サイクルエンジンのピストン打音低減構造 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT208657B (de) | 1957-10-14 | 1960-04-25 | Hans Dipl Ing Dr Techn List | Einrichtung zur Schmierung von Lagerflächen mit periodisch veränderlicher Belastung hin- und hergehender Teile, insbesondere von Kolben liegender Brennkraftmaschinen |
| DE3338474A1 (de) | 1983-10-22 | 1985-05-09 | Mahle Gmbh, 7000 Stuttgart | Tauchkolben fuer verbrennungsmotoren |
| JP2001280496A (ja) | 2000-03-29 | 2001-10-10 | Kubota Corp | エンジンの潤滑材被覆付きピストン |
| US7614339B2 (en) | 2006-12-21 | 2009-11-10 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Piston top chamfer design to reduce noise and friction |
| DE102014219669A1 (de) | 2014-09-29 | 2016-03-31 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens |
-
2017
- 2017-02-15 DE DE102017202463.1A patent/DE102017202463A1/de not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-01-30 WO PCT/EP2018/052298 patent/WO2018149633A1/de active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5172626A (en) * | 1991-08-22 | 1992-12-22 | General Motors Corporation | Stabilized piston skirt having varying peaks and concave surfaces |
| JP3251337B2 (ja) * | 1992-07-13 | 2002-01-28 | ヤマハ発動機株式会社 | ２サイクルエンジンのピストン打音低減構造 |
| JP2000039065A (ja) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Toyota Motor Corp | ピストン構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102017202463A1 (de) | 2018-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1716355B1 (de) | Kolbenbolzenlager für kolben eines verbrennungsmotors | |
| EP1920151A1 (de) | Leichtbaukolben | |
| DE102007061124B4 (de) | Gestaltung der oberen Fase eines Kolbens zur Minderung von Geräusch und Reibung | |
| EP2329125B1 (de) | Kolben für einen verbrennungsmotor | |
| DE102005041001A1 (de) | Leichtbaukolben | |
| WO2015074649A1 (de) | Vorrichtung zur veränderung des verdichtungsverhältnisses einer zylindereinheit einer hubkolbenbrennkraftmaschine | |
| EP3334918A1 (de) | Kolben für eine brennkraftmaschine | |
| DE102013215538A1 (de) | Kolben für einen Verbrennungsmotor | |
| WO2018149633A1 (de) | Kolben einer brennkraftmaschine | |
| DE102016113678B4 (de) | Einteiliger Ölabstreifring | |
| DE2813211C2 (de) | Kolben | |
| DE102017121425A1 (de) | Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung | |
| DE102015103206B4 (de) | Pleuelstange mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung und Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis | |
| DE102007026312A1 (de) | Pleuelstange für Hubkolbenmotore | |
| DE102017215834A1 (de) | Kolben | |
| DE102005041002A1 (de) | Leichtbaukolben | |
| DE102014010156A1 (de) | Anordnung eines Kolbens in einem Zylinder einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sowie Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine | |
| EP3325855B1 (de) | Kolbenring | |
| DE834307C (de) | Ein- oder mehrteiliger Kolbenring | |
| EP2923122B1 (de) | Kolben für einen verbrennungsmotor | |
| DE102016225637A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines einteiligen Kolbens für einen Verbrennungsmotor durch Schmieden | |
| EP3364010A1 (de) | Pleuel für eine brennkraftmaschine mit variabler verdichtung | |
| DE102017221468A1 (de) | Brennkraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine | |
| DE102019216252A1 (de) | Kolben für eine Brennkraftmaschine | |
| EP3519709A1 (de) | Längenverstellbares pleuel mit anschlagflächen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18702970 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18702970 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |