DE19818869C1 - Kolben für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (1) für Brennkraftmaschinen mit im Querschnitt rechteckigen Ringnuten (3, 4). Die obere Flanke (7) der Ringnuten (3, 4') erweitert sich in radialer Richtung diffusorartig nach außen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Hochleistungsbrennkraftmaschinen mit im Querschnitt rechteckigen Ringnuten für Kolbenringe, wobei in der kolbenbodenseitigen obersten Ringut ein Verdichtungsring mit axialem Spiel angeordnet ist und mindestens eine der Flanken der Ringnut außenseitig eine Fase aufweist.

Hochleistungsbrennkraftmaschinen, wie beispielsweise moderne Dieselmotoren, unterliegen hohen thermischen Belastungen. Das Temperaturniveau in den Kolbennuten, insbesondere in der ersten kolbenbodenseitigen Ringnut, ist gegenüber anderen Motoren deutlich höher. Die heißen Gase fließen über die Außenkontur des Kolbens in die Ringnuten. Die erhöhte Temperatur läßt das dort befindliche Öl unerwünscht verkoken und führt so zu Ablagerungen an den Flanken der Kolbenringe. Diese Ablagerungen behindern die radiale Beweglichkeit der Kolbenringe und beeinflußen so die Funktion der Ringe negativ.

Um die heißen Verbrennungsgase von den Kolbenringen fernzuhalten, wurde gemäß DE 9 07 607 B vorgeschlagen, im Stegbereich eine Labyrinthdichtung vorzusehen. Das Problem beim Betrieb von Brennkraftmaschinen besteht aber auch darin, daß das entstehende Abgas Schadstoffe enthält, insbesonder Kohlenwasserstoffe.

Die Kohlenwasserstoffe im Abgas stammen aus Zonen, die nicht, oder nur unvollständig von der Verbrennung erfaßt werden. Eine solche Zone ist zum Beispiel der Bereich oberhalb des ersten Kompressionsringes zwischen Kolben und Zylinderwand. Dieser Bereich wird am Kolben durch den Feuersteg definiert. Das im Feuerstegbereich nur unvollständig verbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch enthält die Schadstoffe, die allgemein im Abgas als HC-Emission bezeichnet werden. Um das Schadstoffvolumen im Feuerstegbereich zu minimieren, werden die Spaltweiten zwischen Kolben und Zylinderbohrung möglichst klein gehalten, dabei dürfen jedoch gewisse Toleranzen nicht unterschritten werden, damit der Kolben nicht an die Zylinderwand stößt.

In der genannten Labyrinthdichtung verbleiben unverbrauchte Gasrückstände, wodurch die Schadstoffanteile im Abgas erhöht werden.

Die AT 377 582 B offenbart einen Kolben mit Vertiefungen und Vorsprüngen auf der Mantelaußenfläche. In den Vertiefungen, die als Nuten mit dreieckförmigem Querschnitt ausgebildet sind, sollen sich Ruß- oder andere Ablagerungen sammeln. Da die Mantelfläche des Kolbens an dieser Stelle gegenüber üblichen Kolben ein vermindertes Spiel bezüglich der Zylinderwand aufweist, wird auf diese Weise ebenfalls eine Labyrinthdichtung erzeugt. In den Vertiefungen wird das Gas verzögert und die Ablagerungen gesammelt. In den Vertiefungen sammeln sich aber auch Kohlenwasserstoffe, die sich als HC-Emissionen im Abgas des Motors wiederfinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperatur in der Kolbennut zu senken, um ein Verkoken der Nut zu vermeiden, ohne daß Nachteile im Hinblick auf die Abgasemissionen zu erwarten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dokumentiert.

Durch die besondere Ausgestaltung der Ringnutflanke wird er Kontakt des Kolbenrings an der unteren Nutflanke schneller als bisher erreicht. Durch die Erweiterung des Axialspieles im vorderen Nutbereich wird die sonst übliche Drosselwirkung der sehr kleinen Axialspiele zwischen oberer Ringflanke und Nutflanke partiell aufgehoben. Dadurch wird ein schnellerer Druckanstieg auf der Ringflanke und am Ringinnendurchmesser ausgelöst. Der dadurch länger auf der unteren Nutflanke aufliegende Kolbenring kann die Temperatur des Kolbens auf die Zylinderlauffläche besser übertragen.

Um die Axialbewegung des Kolbenringes in der Nut zu begrenzen, bleibt der innere Nutbereich mit normalem Axialspiel erhalten.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in einer Figur dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:

Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Kolben 1, innerhalb eines Zylinders 2. Der Kolben weist Ringnuten 3, 4 mit einer erfindungsgemäßen Erweiterung 5, 5' auf. In der obersten Ringnut 3 erstreckt sich ein Verdichtungsring 6 mit rechteckigem Querschnitt.

Die kolbenbodenseitige Flanke 7 der Ringnut 3 erweitert sich nach außen diffusorartig. Die im radial inneren Bereich parallel zur Kolbenringflanke verlaufende Flanke 7 weist ein Axialspiel, wie es bei bisherigen Nuten üblich ist, auf. Der Kolbenring 6 kann deshalb innerhalb der Ringnut 3 keine andere Bewegung als bisher ausüben. Radial vor dem Massenschwerpunkt 8 beginnt der Übergang vom rechteckigen zum diffusionsartigen Bereich und ist als Radius R ausgebildet.

Das aus dem Verbrennungsraum 9 austretende Gas gelangt durch den Spalt zwischen Zylinder 2 und Kolben 1 in die Ringnut 3, da das Axialspiel im diffusorartigen Bereich wesentlich größer ist, als im rechteckigen Bereich, ist die Drosselwirkung aufgehoben und das Gas wird im Übergangsbereich beschleunigt hinter den Ring 6 geleitet. Durch den als Radius ausgebildeten Bereich wird verhindert, daß Turbulenzen entstehen.

Im Sinne der Erfindung ist es natürlich auch möglich, die zweite Ringnut 4 ebenfalls wie die Ringnut 3 auszubilden.

Claims (3)

1. Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Hochleistungsbrennkraftmaschinen mit im Querschnitt rechteckigen Ringnuten für Kolbenringe, wobei in der kolbenbodenseitigen obersten Ringnut ein Verdichtungsring mit axialem Spiel angeordnet ist, und mindestens eine der Flanken der Ringnut außenseitig eine Fase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenbodenseitige Fase der obersten Ringnut (3, 4) partiell radial nach außen diffusorartig erweitert ist, indem der Übergang vom rechteckigen zum diffusorartigen Bereich als Radius (R) und der Radius (R) größer als 0,1 mm ausgebildet ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusorartige Erweiterung im Winkelbereich α von 1 bis 70° ausgebildet ist.

3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang der Erweiterung im Bereich zwischen der Kolbenaußenumfangsfläche und dem Massenschwerpunkt (8) des Verdichtungsringes (6) angeordnet ist.