DE102012207951A1

DE102012207951A1 - Kolben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012207951A1
Application number: DE102012207951A
Authority: DE
Inventors: Talat Shaer; Hubert Pelzel
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2032-05-12
Also published as: JP2013238227A; JP6380967B2; FI20135479A; KR20130126509A; KR101966450B1; FI127784B; CN103388537A; DE102012207951B4

Abstract

Kolben einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenoberteil (10) und einem Kolbenunterteil (11), mit einem Kolbenbolzen (12), der im Kolbenunterteil (11) gelagert ist und der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange (13) der Brennkraftmaschine dient, mit einem zwischen dem Kolbenoberteil (10) und dem Kolbenunterteil (11) ausgebildeten inneren Kühlraum (15) für Kühlöl zur Kühlung des Kolbens, der über mindestens eine Überleitbohrung (17) mit einem zwischen dem Kolbenoberteil (10) und einem Kolbenunterteil (11) ausgebildeten äußeren Kühlraum (16) verbunden ist, und mit einer Kühlölführhülse (19), welche der Führung von durch eine Bohrung (18) in der Pleuelstange (13) geführtem Kühlöl dient, wobei in das Kolbenunterteil (11) mindestens eine Bohrung (21) eingebracht ist, die mit der Kühlölführhülse (19) derart zusammenwirkt, dass durch die Pleuelstange (13) und die Kühlölführhülse (19) geführtes Kühlöl unmittelbar dem äußeren Kühlraum (16) zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 35 18 721 C2 ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt, der ein Kolbenoberteil und ein Kolbenunterteil umfasst, die vorzugsweise miteinander verschraubt sind. Im Kolbenunterteil ist ein Kolbenbolzen gelagert, wobei der Kolbenbolzen der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange der Brennkraftmaschine dient. Der Kolben gemäß DE 35 18 721 C2 ist ölgekühlt, wobei zwischen dem Kolbenoberteil und dem Kolbenunterteil einerseits ein innerer Kühlraum für Kühlöl und andererseits ein äußerer Kühlraum für Kühlöl ausgebildet ist, und wobei der innere Kühlraum mit dem äußeren Kühlraum über mindestens eine Überleitbohrung verbunden ist. Um Kühlöl in den inneren Kühlraum einzuführen, ist nach diesem Stand der Technik in die Pleuelstange eine Zuführbohrung für Kühlöl integriert, wobei das Kühlöl ausgehend von der Pleuelstange in den inneren Kühlraum mithilfe einer zweiteiligen Kühlölführhülse überführbar ist. Ein erster, halsartiger Teil der zweiteiligen Kühlölführhülse ist nach der DE 35 18 721 C2 unverschiebbar im Kolbenunterteil des Kolbens befestigt. Mit diesem ortsfesten, halsartigen Teil der zweitteiligen Kühlölführhülse wirkt ein trichterartiger, beweglicher Teil der Kühlölführhülse derart zusammen, dass ein Federelement, welches zwischen den beiden Teilen der zweiteiligen Kühlölführhülse angreift, den trichterartigen Teil derselben federnd in Gleitkontakt gegen einen Pleuelkopf der Pleuelstange drückt. Die Verwendung solcher mehrteiliger Kühlölführhülsen zur Überführung des Kühlöls ausgehend von der Bohrung in der Pleuelstange in den inneren Kühlraum ist von Nachteil, da die Montage solcher mehrteiliger Kühlölführhülsen nur mit großem Aufwand möglich ist. Daher ist es aus der Praxis bereits bekannt, solche mehrteiligen Kühlölführhülsen durch einteilige Kühlölführhülsen zu ersetzten.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Kolben einer Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Kolben nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß in das Kolbenunterteil mindestens eine Bohrung eingebracht, die mit der Kühlölführhülse derart zusammenwirkt, dass durch die Pleuelstange und die Kühlölführhülse geführtes Kühlöl unmittelbar dem äußeren Kühlraum zuführbar ist. Vorzugsweise ist hierzu in die Kühlölführhülse mindestens eine Bohrung eingebracht, die mit jeweils einer der Bohrungen des Kolbenunterteils zusammenwirkt.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, über die Pleuelstange und die Kühlölführhülse geführtes Kühlöl zur Kühlung des Kolbens zumindest teilweise unter Umgehung des inneren Kühlraums unmittelbar dem äußeren Kühlraum zuzuführen. Hiermit ist eine effektive Kühlung des Kolbens an thermisch hoch belasteten Bereichen des Kolbens möglich.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Kolbenunterteil des Kolbens radial innen benachbart zur Kühlölführhülse eine radial umlaufende Nut auf, in welche die oder jede Bohrung des Kolbenunterteils mündet und welche mit der oder jeder Bohrung der Kühlölführhülse zusammenwirkt. Alternativ weist die Kühlölführhülse des Kolbens radial außen eine radial umlaufende Nut auf, in welche die oder jede Bohrung der Kühlölführhülse mündet und welche mit der oder jeder Bohrung des Kolbenunterteils zusammenwirkt.
Mit diesen beiden Alternativen kann sicher gestellt werden, dass dann, wenn die Kühlölführhülse des Kolbens drehbar im Kolbenunterteil gelagert ist, stets ein sicherer Transport des Kühlöls ausgehend von der Pleuelstange über die Kühlölführhülse direkt in Richtung auf den äußeren Kühlraum gewährleistet ist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine erste Teilmenge des durch die Pleuelstange geführten Kühlöls über die Kühlölführhülse unmittelbar dem äußeren Kühlraum zuführbar ist, wobei eine zweite Teilmenge des durch die Pleuelstange geführten Kühlöl über die Kühlölführhülse unmittelbar dem inneren Kühlraum zuführbar ist. Hierzu ist in die Kühlölführhülse eine weitere Bohrung eingebracht, über welche die zweite Teilmenge des Kühlöls dem inneren raum zuführbar ist. Nach dieser vorteilhaften Weiterbildung wird eine erste Teilmenge des Kühlöls direkt dem äußeren Kühlraum und eine zweite Menge des Kühlöls direkt dem inneren Kühlraum zugeführt. Hiermit kann die Effektivität der Kühlung des Kolbens an thermisch hoch belasteten Bereichen des Kolbens weiter verbessert werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben in einer ersten Schnittrichtung;
2: einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kolben der 1 in einer zweiten Schnittrichtung;
3: einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kolben der 1 in einer dritten Schnittrichtung;
4: ein Detail des Kolbens der 1 bis 3 im Bereich einer Kühlölführhülse;
5: ein alternatives Detail im Bereich einer alternativen Kühlölführhülse;
5: ein weiteres alternatives Detail im Bereich einer weiteren alternativen Kühlölführhülse;
7: ein weiteres alternatives Detail im Bereich einer weiteren alternativen Kühlölführhülse;
8: ein weiteres alternatives Detail im Bereich einer weiteren alternativen Kühlölführhülse;
9: ein weiteres alternatives Detail im Bereich einer weiteren alternativen Kühlölführhülse; und
10: das Detail X der 9.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen ölgekühlten Kolben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer als Dieselmotor oder Gasmotor oder Diesel-Gas-Motor ausgeführten Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine. Ein solcher Kolben wird auch als Tauchkolben bezeichnet.
1 bis 3 zeigen jeweils Querschnitte durch einen erfindungsgemäßen Kolben einer Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Schnittrichtungen, wobei der Kolben ein Kolbenoberteil 10 und ein Kolbenunterteil 11 umfasst. Das Kolbenoberteil 10 und das Kolbenunterteil 11 sind vorzugsweise aus einem Leichtmetall, Stahl oder Sphäroguss gefertigt. Das Kolbenoberteil 10 und das Kolbenunterteil 11 stützen sich auf einander ab und sich vorzugsweise über als Dehnschrauben ausgeführte Befestigungsmittel miteinander befestigt.
In einer Bohrung des Kolbenunterteils 11 ist ein Kolbenbolzen 12 gelagert, wobei der Kolbenbolzen 12 der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange 13 der Brennkraftmaschine dient. Von der Pleuelstange 13 ist in 2 ein sogenannter Pleuelkopf 14 gezeigt.
Zwischen dem Kolbenoberteil 10 und dem Kolbenunterteil 11 ist einerseits ein innerer Kühlraum 15 und andererseits ein äußerer Kühlraum 16 für Kühlöl ausgebildet, wobei der innere Kühlraum 15 mit dem äußeren Kühlraum 16 gemäß 2 über Überleitbohrungen 17 verbunden ist.
Kühlöl, welches der Kühlung des Kolbens dient, ist dem Kolben über eine Bohrung 18, die sich durch die Pleuelstange 13 und dem Pleuelkopf 14 erstreckt, zuführbar. Mit der Pleuelstange 13 bzw. dem Pleuelkopf 14 der Pleuelstange 13 wirkt dabei eine Kühlölführhülse 19 zusammen, die im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 im Kolbenunterteil 11 beweglich gelagert ist und über ein Federelement 20 im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 permanent dichtend gegen den Pleuelkopf 14 der Pleuelstange 13 gedrückt ist.
4 zeigt ein vergrößertes Detail aus dem Kolben der 1 bis 3 im Bereich der Kühlölführhülse 19, die, wie bereits ausgeführt, über das Federelement 20 permanent gegen den Pleuelkopf 14 gedrückt ist. Dabei ist die Kühlölführhülse 19 als einteilige Kühlölführhülse ausgeführt. Das Federelement 20, welches die Kühlölführhülse 19 permanent gegen den Pleuelkopf 14 der Pleuelstange 13 drückt, stützt sich einerseits an der Kühlölführhülse 19 und andererseits am Kolbenunterteil 11 ab.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist in das Kolbenunterteil 11 mindestens eine Bohrung 21 eingebracht, die mit der Kühlölführhülse 19 derart zusammen wirkt, dass über die Pleuelstange 13 dem Kolben zugeführtes Kühlöl ausgehend von der Pleuelstange 13 und der Kühlölführhülse 19 unmittelbar dem äußeren Kühlraum 16 zuführbar ist. Hierzu ist in die Kühlölführhülse 19 mindestens eine Bohrung 22 eingebracht, die mit jeweils einer der Bohrungen 21 des Kolbenunterteils 11 zusammen wirkt.
Die oder jede Bohrung 21 des Kolbenunterteils 11 und die oder jede Bohrung 22 der Kühlölführhülse 19, die jeweils der Führung des Kühlöls ausgehend von der Pleuelstange 13 unmittelbar in Richtung auf den äußeren Kühlraum 16 unter Umgehung des inneren Kühlraums 15 dienen, erstrecken sich bezogen auf die Pleuelstange 13 in axialer Richtung und radialer Richtung schräg in Richtung auf den äußeren Kühlraum, dieselben verlaufen demnach gemäß den Darstellungen der 1 bis 4 schräg nach oben.
Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 ist sämtliches Kühlöl, welches über die Kolbenstange 13 dem Kolben zur Kühlung desselben zugeführt wird, zunächst unmittelbar dem äußeren Kühlraum 16 und anschließend über die Überleitbohrungen 17 dem inneren Kühlraum 15 zuführbar, wobei das Kühlöl gemäß 3 über mindestens eine Bohrung 23 im Kolbenunterteil 11 vom inneren Kühlraum 15 und damit vom Kolben abgeführt werden kann. Gemäß 3 sind die Bohrungen 23 für die Ableitung des Kühlöls derart in das Kolbenunterteil 11 eingebracht, dass dieselben radial außen um die Kühlölführhülse 19 herum positioniert sind.
In 1 bis 3 ist für das dort gezeigte Ausführungsbeispiel die Führung des Kühlöls durch nicht näher bezifferte Pfeile visualisiert, wobei 1 bis 3 entnommen werden kann, dass Kühlöl, welches dem Kolben über die Pleuelstange 13 zugeführt wird, ausgehend von der Pleuelstange 13 in die Kühlölführhülse 19 gelangt, ausgehend von der Kühlölführhülse 19 über die Bohrungen 21 und 22 dem äußeren Kühlraum 16 zugeführt wird, ausgehend vom äußeren Kühlraum 16 über die Überleitbohrungen 17 in den inneren Kühlraum 15 gelangt, und ausgehend von inneren Kühlraum 15 über die Bohrungen 23 vom Kolben abgeleitet werden kann.
Wie bereits ausgeführt, ist die Kühlölführhülse 19 im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 beweglich, nämlich zumindest axial verschiebbar, im Kolbenunterteil 11 geführt.
Dann, wenn die Kühlölführhülse 19 im Kolbenunterteil 11 zusätzlich drehbar geführt ist, ist vorzugsweise, wie in 5 gezeigt, radial außen in die Kühlölführhülse 19 eine radial umlaufende Nut 24 eingebracht, in welche die Bohrungen 22 der Kühlölführhülse 19 allesamt münden und welche mit den Bohrungen 21 des Kolbenunterteils 11 zusammen wirken, nämlich derart, dass in jeder relativen Drehlage der Kühlölführhülse 19 zum Kolbenunterteil 11 ein Transport des Kühlöls ausgehend von der Kühlölführhülse 19 in Richtung auf den äußeren Kühlraum 16 gewährleistet ist.
Wie 6 entnommen werden kann, kann eine solche umlaufende Nut 25 alternativ auch radial innen in das Kolbenunterteil 11 benachbart zur Kühlölführhülse 19 eingebracht sein, wobei dann alle Bohrungen 21 des Kolbenunterteils 11 in diese radial umlaufende Nut 25 des Kolbenunterteils 11 münden und wobei diese Nut 25 mit den Bohrungen 22 der Kühlölführhülse 19 zusammen wirkt.
Eine weitere Variante zeigt 8, wobei sich die Variante der 8 von der Variante der 1 bis 4 lediglich durch die konkrete Ausgestaltung der Kühlölführhülse 19 unterscheidet, nämlich durch die Kontur eines dem Führen von Kühlöl dienenden Innenraums der Kühlölführhülse 19. So verfügt in 8 im Vergleich zu der 1 ein der Führung des Kühlöls dienender Innenraum der Kühlölführhülse 19 über ein geringeres Volumen sowie gebogene Führungsflächen 28, die der Leitung des Kühlöls ausgehend von der Bohrung 18 der Pleuelstange 13 in Richtung auf die Bohrungen 22 der Kühlölführhülse 19 dienen.
7 verdeutlicht eine weitere Variante der Erfindung, wobei in der Variante der 7 Kühlöl, welches dem Kolben über die Bohrung 18 in der Pleuelstange 13 sowie im Pleuelkopf 14 derselben zugeführt wird, nicht nur unmittelbar dem äußeren Kühlraum 16 zugeführt werden kann, sondern zusätzlich auch dem inneren Kühlraum 15, nämlich über eine weitere in die Kühlölführhülse 19 eingebrachte Bohrung 26, die sich in Axialrichtung der Pleuelstange 13 erstreckt.
In der Variante der 7 ist demnach eine erste Teilmenge des durch die Pleuelstange 13 geführten Kühlöls über die Kühlölführhülse 19 und das Kolbenunterteil 11 unmittelbar dem äußeren Kühlraum 16 zuführbar, nämlich über die Bohrungen 21 und 22, eine zweite Teilmenge des durch die Pleuelstange 13 geführten Kühlöls über die Kühlölführhülse 19, nämlich über die Bohrung 26 unmittelbar dem inneren Kühlraum 15 zuführbar ist.
Den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8 ist allesamt gemeinsam, dass die Kühlölführhülse 19 im Kolbenunterteil 11 beweglich geführt und über ein Federelement 20 permanent gegen den Pleuelkopf 14 der Pleuelstange 13 dichtend gedrückt ist.
Demgegenüber zeigen 9 und 10 eine Variante der Erfindung, in welcher die Kühlölführhülse 19 unbeweglich im Kolbenunterteil 11 aufgenommen ist, nämlich über einen Presssitz zwischen der Kühlölführhülse 19 und dem Kolbenunterteil 11. Dabei ist zwischen der unbeweglichen Kühlölführhülse 19 und dem Pleuelkopf 14 der Pleuelstange 13 gemäß dem Detail X der 9 und 10 permanent ein Spalt 27 ausgebildet, wobei der Spalt 27 ein Spaltmaß d in der Größenordnung zwischen 0,1 mm und 5 mm aufweisen kann.
Obwohl in 1 bis 10 nicht gezeigt, kann die Kühlölführhülse 19 integraler Bestandteil des Kolbenunterteils 11 sein. In diesem Fall wird dann auf die in 9 und 10 als separate Kühlölführhülse 19 ausgeführte Kühlölführhülse 19, die unverschiebbar bzw. ortsfest im Kolbenunterteil 11 über einen Presssitz gehalten ist, verzichtet und die Kontur der Kühlölführhülse 19 ist unmittelbar in das Kolbenunterteil 11 eingebracht.
Bezugszeichenliste

10: Kolbenoberteil
11: Kolbenunterteil
12: Kolbenbolzen
13: Pleuelstange
14: Pleuelkopf
15: Kühlraum
16: Kühlraum
17: Überleitbohrung
18: Bohrung
19: Kühlölführhülse
20: Federelement
21: Bohrung
22: Bohrung
23: Bohrung
24: Nut
25: Nut
26: Bohrung
27: Spalt
28: Führungsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3518721 C2 [0002, 0002, 0002]

Claims

Kolben einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenoberteil (10) und einem Kolbenunterteil (11), mit einem Kolbenbolzen (12), der im Kolbenunterteil (11) gelagert ist und der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange (13) der Brennkraftmaschine dient, mit einem zwischen dem Kolbenoberteil (10) und dem Kolbenunterteil (11) ausgebildeten inneren Kühlraum (15) für Kühlöl zur Kühlung des Kolbens, der über mindestens eine Überleitbohrung (17) mit einem zwischen dem Kolbenoberteil (10) und einem Kolbenunterteil (11) ausgebildeten äußeren Kühlraum (16) verbunden ist, und mit einer Kühlölführhülse (19), welche der Führung von durch eine Bohrung (18) in der Pleuelstange (13) geführtem Kühlöl dient, dadurch gekennzeichnet, dass in das Kolbenunterteil (11) mindestens eine Bohrung (21) eingebracht ist, die mit der Kühlölführhülse (19) derart zusammenwirkt, dass durch die Pleuelstange (13) und die Kühlölführhülse (19) geführtes Kühlöl unmittelbar dem äußeren Kühlraum (16) zuführbar ist.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kühlölführhülse (19) mindestens eine Bohrung (22) eingebracht ist, die mit jeweils einer der Bohrungen (21) des Kolbenunterteils (11) zusammenwirkt.
Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenunterteil (11) radial innen benachbart zur Kühlölführhülse (19) eine radial umlaufende Nut (25) aufweist, in welche die oder jede Bohrung (21) des Kolbenunterteils (11) mündet und welche mit der oder jeder Bohrung (22) der Kühlölführhülse (19) zusammenwirkt.
Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (19) radial außen eine radial umlaufende Nut (24) aufweist, in welche die oder jede Bohrung (22) der Kühlölführhülse (19) mündet und welche mit der oder jeder Bohrung (21) des Kolbenunterteils (11) zusammenwirkt.
Kolben nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die oder jede Bohrung (22) der Kühlölführhülse (19) und die oder jede Bohrung (21) des Kolbenunterteils (11), die jeweils der Führung des Kühlöls ausgehend von der Pleuelstange (13) in Richtung auf den äußeren Kühlraum (16) unter Umgehung des inneren Kühlraums (15) dienen, bezogen auf die Pleuelstange (13) in axialer Richtung und radialer Richtung schräg in Richtung auf den äußeren Kühlraum (16) erstrecken.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer erste Teilmenge des durch die Pleuelstange (13) geführten Kühlöl über die Kühlölführhülse (19) und das Kolbenunterteil (11) unmittelbar dem äußeren Kühlraum (16) zuführbar ist, und dass eine zweite Teilmenge des durch die Pleuelstange (13) geführten Kühlöl über die Kühlölführhülse (19) unmittelbar dem inneren Kühlraum (15) zuführbar ist.
Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kühlölführhülse (19) eine Bohrung (26) eingebracht ist, über welche die zweite Teilmenge des Kühlöls dem inneren Kühlraum (15) zuführbar ist.
Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweilige Bohrung (26) der Kühlölführhülse (19) bezogen auf die Pleuelstange (13) in axialer Richtung erstreckt.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (19) im Kolbenunterteil (11) beweglich geführt und über ein Federelement (20) gegen einen Pleuelkopf (14) der Pleuelstange (13) permanent dichtend gedrückt ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (19) derart im Kolbenunterteil (11) aufgenommen ist, dass zwischen der Kühlölführhülse (19) und dem Pleuelkopf (14) der Pleuelstange (13) ein Spalt (27) ausgebildet ist.
Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (19) im Kolbenunterteil (11) unbeweglich eingepresst ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (19) integraler Bestandteil des Kolbenunterteils (11) ist.