DE102012208090B4

DE102012208090B4 - Kolben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012208090B4
Application number: DE102012208090.2A
Authority: DE
Inventors: Talat Shaer; Hubert Pelzel
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: JP5964497B2; FI126961B; KR101687090B1; FI20145895A; CN104302902B; CN104302902A; WO2013170947A1; JP2015514182A; KR20150013770A; DE102012208090A1

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 einem im Kolbenunterteil (11) beweglich gelagerten, einteiligen Gleitschuh (19), der über ein Federelement (20) gegen einen Pleuelkopf (14) der Pleuelstange (13) gedrückt ist und der Überführung von durch eine Bohrung (18) in der Pleuelstange (13) geführtem Kühlöl in den inneren Kühlraum (15) dient, wobei zwischen dem einteiligen Gleitschuh (19) und Kolbenunterteil (11) eine Führungsfläche (21) für den einteiligen Gleitschuh (19) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (20) in Axialrichtung des Kolbens bzw. Gleitschuhs (19) gesehen zumindest abschnittsweise parallel zur Führungsfläche (21) für den einteiligen Gleitschuh (19) erstreckt und der einteilige Gleitschuh (19) ein halsartiges Ende (23) und ein trichterartiges Ende (24) aufweist, wobei das trichterartige Ende (24) über das Federelement (20) gegen den Pleuelkopf (14) der Pleuelstange (13) gedrückt ist, und wobei sich ausgehend vom trichterartigen Ende (24) zumindest abschnittsweise radial außen um das halsartige Ende (23) herum ein Vorsprung (25) mit radialem Abstand zum halsartigen Ende (23) erstreckt wobei die Führungsfläche (21) für den Gleitschuh (19) zwischen dem Vorsprung (25) und dem Kolbenunterteil (11) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Gleitschuh für einen solchen Kolben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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.
Aus der Praxis ist es bereits bekannt, die aus der DE 35 18 721 C2 bekannten, mehrteiligen Kühlölführhülsen zu ersetzen, nämlich durch einteilige Gleitschuhe. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben einer Brennkraftmaschine im Bereich eines zwischen einem Kolbenoberteil 1 und einem Kolbenunterteil 2 ausgebildeten, inneren Kühlraums 3, wobei im Kolbenunterteil 2 ein einteiliger Gleitschuh 4 beweglich gelagert ist. Dieser Gleitschuh 4 verfügt über ein halsartiges Ende 5 und ein trichterartiges Ende 6, wobei der Gleitschuh 4 der Überführung des Kühlöls ausgehend von der in 1 nicht gezeigten Pleuelstange in den inneren Kühlraum 3 dient. Hierzu ist in den Gleitschuh 4 eine Bohrung 7 eingebracht, die sowohl das halsartige Ende 5 als auch das trichterartige Ende 6 des Gleitschuhs 7 durchdringt und sich im trichterartigen Ende 6 trichterartig aufweitet. 1 kann weiterhin entnommen werden, dass zwischen dem Gleitschuh 4 und dem Kolbenunterteil 2 eine Führungsfläche 8 für den Gleitschuh 4 ausgebildet ist, nämlich im Bereich des halsartigen Endes 5 des Gleitschuhs 4 benachbart zum trichterartigen Ende 6 desselben. Ein Federelement 9, welches den Gleitschuh 4 in eine in 1 nicht gezeigten Pleuelstange gedrückt werden kann, stützt sich einerseits am Gleitschuh 4 und andererseits am Gehäuseunterteil 2 ab, wobei in Axialrichtung des Kolbens bzw. des Gleitschuhs 4 gesehen dieses Federelement 9 in Reihe zur Führungsfläche 8 angeordnet ist.
Bei solchen Kolben für Brennkraftmaschinen ist die sogenannte Kompressionshöhe eine charakteristische Kenngröße, wobei die Kompressionshöhe dem Abstand zwischen der Achse des Kolbenbolzens und einer oberen Kante des Kolbens entspricht. Die Bauhöhe einer Brennkraftmaschine wird unter anderem durch diese Kompressionshöhe des oder jedes Kolbens der Brennkraftmaschine bestimmt. Eine weitere charakteristische Kenngröße eines Kolbens einer Brennkraftmaschine, welche Einfluss auf die Bauhöhe der Brennkraftmaschine hat, ist eine sogenannte Kolbenmuldentiefe einer im Bereich des Kolbenoberteils ausgebildeten Kolbenmulde. Über relativ tiefe Kolbenmulden kann die Verbrennung im Zylinder der jeweiligen Brennkraftmaschine, in welcher der jeweilige Kolben zum Einsatz kommt, verbessert werden. Je tiefer eine Kolbenmulde ausgeführt wird, desto höher wird jedoch die Kompressionshöhe und damit Bauhöhe der Brennkraftmaschine.
Zudem ist aus der DE 37 02 694 C1 ein Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil, mit einem Kolbenbolzen, der im Kolbenunterteil gelagert ist und der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange der Brennkraftmaschine dient, mit einem zwischen dem Kolbenoberteil und dem Kolbenunterteil ausgebildeten inneren Kühlraum für Kühlöl zur Kühlung des Kolbens, der über mindestens eine Überleitbohrung mit einem zwischen dem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil ausgebildeten äußeren Kühlraum verbunden ist, und mit einem im Kolbenunterteil beweglich gelagerten, einteiligen Gleitschuh, der über ein Federelement gegen einen Pleuelkopf der Pleuelstange gedrückt ist und der Überführung von durch eine Bohrung in der Pleuelstange geführtem Kühlöl in den inneren Kühlraum dient, wobei zwischen dem einteiligen Gleitschuh und Kolbenunterteil eine Führungsfläche für den einteiligen Gleitschuh ausgebildet ist. Auch zeigen die DE 40 18 252A1 , oder die FR 1 524 454 A , oder die GB 737 714 A , sowie die US 2 241 629 A , jede für sich, teilweise die voran beschriebenen oder wesentliche Merkmale des technischen Umfelds der vorliegenden Erfindung.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Kolben einer Brennkraftmaschine und einen neuartigen Gleitschuh für einen solchen Kolben zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Kolben nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß erstreckt sich das Federelement in Axialrichtung des Kolbens bzw. Gleitschuhs gesehen zumindest abschnittsweise parallel zur Führungsfläche für den einteiligen Gleitschuh.
Mit der Erfindung ist es möglich, bei gleichbleibender Kompressionshöhe eines Kolbens Kolbenmulden tiefer auszuführen oder bei gleichbleibender Kolbenmüldentiefe die Kompressionshöhe des jeweiligen Kolbens zu reduzieren.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umgibt die Führungsfläche für den einteiligen Gleitschuh das Federelement radial außen zumindest abschnittsweise. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine besonders vorteilhafte Ausführung des einteiligen Gleitschuhs und damit eine besonders vorteilhafte Beeinflussung der Kompressionshöhe des Kolbens und/oder der Kolbenmuldentiefe.
Erfindungsgemäß weist der einteilige Gleitschuh ein halsartiges Ende und ein trichterartiges Ende auf, wobei das trichterartige Ende über das Federelement gegen den Pleuelkopf der Pleuelstange gedrückt ist, und wobei sich ausgehend vom trichterartigen Ende zumindest abschnittsweise radial außen um das halsartige Ende herum ein Vorsprung mit radialem Abstand zum halsartigen Ende erstreckt. Die Führungsfläche für den Gleitschuh ist zwischen dem Vorsprung und dem Kolbenunterteil ausgebildet. Das Federelement erstreckt sich in einen zwischen dem Vorsprung und dem halsartigen Ende ausgebildeten Freiraum hinein. Diese Ausgestaltung des einteiligen Gleitschuhs des Kolbens ist besonders bevorzugt.
Der erfindungsgemäße Gleitschuh ist in Anspruch 6 definiert.
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 Ausschnitt aus einem aus dem Stand der Technik bekannten Kolben im Bereich eines einteiligen Gleitschuhs;
2: einen ersten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kolben im Bereich eines einteiligen Gleitschuhs;
3: einen zweiten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kolben im Bereich des einteiligen Gleitschuhs; und
4: den Gleitschuh der 2 in Alleindarstellung.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen ölgekühlten Kolben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer als Dieselmotor oder Gasmotor oder Diesel-GasMotor ausgeführten Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine. Ein solcher Kolben wird auch als Tauchkolben bezeichnet.
2 und 3 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kolben einer Brennkraftmaschine, 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 sind 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. Das Kühlöl ist dem inneren Kühlraum 15 über eine Bohrung 18 zuführbar, die sich durch die Pleuelstange 13 und auch durch den Pleuelkopf 14 erstreckt, wobei das Kühlöl von der Pleuelstange 13 in den inneren Kühlraum 15 mit Hilfe eines Gleitschuh 19 überführbar ist, der im Kolbenunterteil 11 beweglich gelagert ist. Der im Kolbenunterteil 11 beweglich gelagerte Gleitschuh 19 ist als einteiliger Gleitschuh 19 ausgeführt und wird zur Abdichtung über ein Federelement 20 gegen den Pleuelkopf 14 der Pleuelstange 13 gedrückt. Zwischen dem einteiligen Gleitschuh 19 und dem Kolbenunterteil 11 ist eine Führungsfläche 21 ausgebildet, die der Führung des im Kolbenunterteil 11 beweglich gelagerten, einteiligen Gleitschuhs 19 dient.
Im Sinne der Erfindung erstreckt sich das Federelement 20 in Axialrichtung des Kolbens sowie des Gleitschuhs 19 gesehen zumindest abschnittweise parallel zur Führungsfläche 21 für den einteiligen Gleitschuh 19. Hierdurch kann gegenüber dem Stand der Technik die Bauhöhe des einteiligen Gleitschuhs 19 reduziert werden. Eine reduzierte Bauhöhe des Gleitschuhs 19 kann genutzt werden, um die sogenannte Kompressionshöhe des Kolbens zu reduzieren, also den Abstand zwischen der Achse des Kolbenbolzens 12 und einer oberen Kante des Kolbens. Ferner kann hierdurch bei gleichbleibender Kompressionshöhe eine Tiefe einer Bohrung 22, die vom Kolbenoberteil 10 bereitgestellt wird, vergrößert werden, um die Verbrennung der Brennkraftmaschine positiv zu beeinflussen.
Die Führungsfläche 21 für den einteiligen Gleitschuh 19 umgibt zumindest abschnittsweise das Federelement 20 radial außen. Das Federelement 20 ist demnach in Radialrichtung des Kolbens bzw. des Gleitschuhs 19 gesehen radial innerhalb der Führungsfläche 21 für den Gleitschuh 19 positioniert.
Wie bereits ausgeführt, dient der Gleitschuh 19 der Überführung von Kühlöl ausgehend von der Pleuelstange 13 in den inneren Kühlraum 15, wobei sich hierzu in axialer Richtung durch den Gleitschuh 19 eine Bohrung 22 erstreckt.
Der einteilige Gleitschuh 19 verfügt über ein erstes, halsartiges Ende 23 und ein zweites, trichterartiges Ende 24, wobei das trichterartige Ende 24 des Gleitschuhs 19 vom Federelement 20 dichtend gegen den Pleuelkopf 14 der Pleuelstange 13 gedrückt wird. Ausgehend vom zweiten, trichterartigen Ende 24 erstreckt sich zumindest abschnittsweise radial außen um das halsartige Ende 23 herum ein Vorsprung 25, der einen radialen Abstand zum halsartigen Ende 23 aufweist, sodass zwischen dem radial inneren, halsartigen Ende 23 und dem radial äußeren Vorsprung 25 ein Freiraum 26 ausgebildet ist. Das Federelement 20, welches sich einerseits am einteiligen Gleitschuh 19 und andererseits am Kolbenunterteil 11 abstützt, erstreckt sich in diesem Freiraum 26 hinein. Die Führungsfläche 21 für den Gleitschuh 19 ist zwischen diesem Vorsprung 25 und dem Kolbenunterteil 11 ausgebildet.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft weiterhin den in 4 in Alleindarstellung gezeigten Gleitschuh 19 für einen Kolben einer Brennkraftmaschine. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird hinsichtlich Details des einteiligen Gleitschuhs 19 auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Wie am besten 3 entnommen werden kann, greift am halsartigen Ende 23 des einteiligen Gleitschuhs 19 ein Sicherungsring 27 an, mit welchem der Gleitschuh 19 auch dann am Kolbenunterteil 11 gehalten wird, wenn bei der Montage oder Demontage des Kolbens die Pleuelstange 13 demontiert ist.
Mit der Erfindung kann bei gleichbleibender Kompressionshöhe eines Kolbens eine Kolbenmulde 22 tiefer ausgeführt werden. Ferner kann bei gleichbleibender Tiefe der Kolbenmulde 22 die Kompressionshöhe des Kolbens reduziert werden. Darüber hinaus können beide Effekte kombinatorisch genutzt werden, also einerseits eine Erhöhung der Kolbenmuldentiefe und andererseits eine Reduzierung der Kompressionshöhe des Kolbens.
Bezugszeichenliste

1: Kolbenoberteil
2: Kolbenunterteil
3: Kühlraum
4: Gleitschuh
5: Ende
6: Ende
7: Bohrung
8: Führungsfläche
9: Federelement
10: Kolbenoberteil
11: Kolbenunterteil
12: Kolbenbolzen
13: Pleuelstange
14: Pleuelkopf
15: Kühlraum
16: Kühlraum
17: Überleitbohrung
18: Bohrung
19: Gleitschuh
20: Federelement
21: Führungsfläche
22: Bohrung
23: Ende
24: Ende
25: Vorsprung
26: Freiraum
27: Sicherungsring

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 einem im Kolbenunterteil (11) beweglich gelagerten, einteiligen Gleitschuh (19), der über ein Federelement (20) gegen einen Pleuelkopf (14) der Pleuelstange (13) gedrückt ist und der Überführung von durch eine Bohrung (18) in der Pleuelstange (13) geführtem Kühlöl in den inneren Kühlraum (15) dient, wobei zwischen dem einteiligen Gleitschuh (19) und Kolbenunterteil (11) eine Führungsfläche (21) für den einteiligen Gleitschuh (19) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (20) in Axialrichtung des Kolbens bzw. Gleitschuhs (19) gesehen zumindest abschnittsweise parallel zur Führungsfläche (21) für den einteiligen Gleitschuh (19) erstreckt und der einteilige Gleitschuh (19) ein halsartiges Ende (23) und ein trichterartiges Ende (24) aufweist, wobei das trichterartige Ende (24) über das Federelement (20) gegen den Pleuelkopf (14) der Pleuelstange (13) gedrückt ist, und wobei sich ausgehend vom trichterartigen Ende (24) zumindest abschnittsweise radial außen um das halsartige Ende (23) herum ein Vorsprung (25) mit radialem Abstand zum halsartigen Ende (23) erstreckt wobei die Führungsfläche (21) für den Gleitschuh (19) zwischen dem Vorsprung (25) und dem Kolbenunterteil (11) ausgebildet ist.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (21) für den einteiligen Gleitschuh (19) das Federelement (20) radial außen zumindest abschnittsweise umgibt.
Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) in Radialrichtung des Kolbens bzw. Gleitschuhs (19) gesehen radial innerhalb der Führungsfläche (21) für den einteiligen Gleitschuh (19) positioniert ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich das Federelement (20) einerseits am einteiligen Gleitschuh (19) und andererseits am Kolbenunterteil (11) abstützt.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (20) in einen zwischen dem Vorsprung (25) und dem halsartigen Ende (23) ausgebildeten Freiraum (26) hinein erstreckt.
Gleitschuh (19) für einen ölgekühlten Kolben einer Brennkraftmaschine, der über ein Federelement (20) gegen einen Pleuelkopf (14) einer Pleuelstange (13) drückbar ist, wobei zwischen dem einteilig ausgeführten Gleitschuh (19) und dem Kolbenunterteil eine Führungsfläche (21) für den einteiligen Gleitschuh (19) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (20) in Axialrichtung des Gleitschuhs (19) gesehen zumindest abschnittsweise parallel zur Führungsfläche (21) für den einteiligen Gleitschuh (19) erstreckt und der einteilige Gleitschuh (19) ein halsartiges Ende (23) und ein trichterartiges Ende (24) aufweist, wobei das trichterartige Ende (24) über das Federelement (20) gegen den Pleuelkopf (14) der Pleuelstange (13) gedrückt ist, und wobei sich ausgehend vom trichterartigen Ende (24) zumindest abschnittsweise radial außen um das halsartige Ende (23) herum ein Vorsprung (25) mit radialem Abstand zum halsartigen Ende (23) erstreckt wobei die Führungsfläche (21) für den Gleitschuh (19) zwischen dem Vorsprung (25) und dem Kolbenunterteil (11) ausgebildet ist.