EP3502453A1 - Kolben für eine hubkolben-verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Kolben für eine hubkolben-verbrennungskraftmaschine Download PDF

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EP3502453A1
EP3502453A1 EP18209823.6A EP18209823A EP3502453A1 EP 3502453 A1 EP3502453 A1 EP 3502453A1 EP 18209823 A EP18209823 A EP 18209823A EP 3502453 A1 EP3502453 A1 EP 3502453A1
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EP
European Patent Office
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piston
cooling channel
skirt
wall
piston skirt
Prior art date
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Granted
Application number
EP18209823.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3502453B1 (de
Inventor
Thomas Malischewski
Jürgen RITTER
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Publication date
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Publication of EP3502453B1 publication Critical patent/EP3502453B1/de
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    • 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 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/06—Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/10—Cooling by flow of coolant through pistons
    • 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 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/18—Pistons  having cooling means the means being a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in piston
    • 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
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    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F02F3/225—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid the liquid being directed into blind holes

Definitions

  • the invention relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine.
  • Pistons are known for a reciprocating internal combustion engine.
  • a piston is usually arranged in a cylinder of a reciprocating internal combustion engine.
  • the piston has a piston skirt, which is commonly referred to as a “stem” or “piston stem”. In English, the piston skirt is called a "piston skirt”.
  • the piston has a subsequent in the axial direction of the piston to the piston skirt ring section with at least one annular groove for a piston ring.
  • the ring part is part of the piston head.
  • the friction of an internal combustion engine consists of the friction of the basic engine (bearing, piston group) and the drive power of the ancillary components.
  • the piston group accounts for about 30% of the total friction, with the piston skirt causing about 2/3 of the friction of the piston group.
  • the piston skirt friction is influenced by various factors.
  • the piston skirt friction depends on the engine speed, the engine load, the gap between the bushing and the piston skirt and the shape of the piston skirt.
  • a piston which has in the region of the annular part 6 a circumferential cooling channel which extends from the annular part in the axial direction along an inner surface of the wall of the piston skirt.
  • an oil film temperature of the oil film in the liner between the piston skirt and the cylinder can be increased to reduce the piston skirt friction.
  • heated lubricant in the upper portion of the cooling passage also reaches the inner surface of the skirt of the piston skirt to allow energy transfer to heat the piston skirt.
  • the object of the invention is in particular, a piston for to provide a reciprocating internal combustion engine with which a Kolbenhemd friction can be reduced.
  • a piston for a reciprocating internal combustion engine which is slidably guided in a bushing of a cylinder of the internal combustion engine and in a conventional manner comprises a piston head and a piston skirt.
  • the piston skirt serves to guide the piston in the cylinder tube.
  • the piston skirt joins the ring in the axial direction of the piston.
  • the axial direction corresponds to the direction of movement of the piston in the cylinder.
  • the piston skirt is also referred to as the piston skirt.
  • the piston head is also referred to as the piston head.
  • the piston head has a circumferential annular part with at least one annular groove for a piston ring.
  • the piston has a fluid channel, comprising an upper portion arranged in the region of the annular portion and a lower portion extending from an upper portion and extending along an inner surface of the wall of the piston skirt, in particular such that during a reciprocating movement of the piston in the upper portion the fluid channel heated lubricant is also reached and passed through the inner surface of the wall of the piston skirt, to allow an energy transfer for heating the piston skirt.
  • the fluid channel is referred to in this document as a cooling channel and also referred to as a first cooling channel, for better discrimination of an optional second cooling channel described below.
  • the upper portion of the cooling channel may be formed circumferentially in the ring section.
  • the first cooling channel is designed to communicate with a medium, such as a cooling fluid, e.g. As a coolant or sodium, which has a melting point of about 98 ° C, or a lubricant, in particular oil, to be filled.
  • the upper section is used to cool the combustion bowl, which is also referred to as the piston recess.
  • the combustion chamber heated by the combustion process heats the medium, eg. B. the Lubricant.
  • the first cooling channel is not only arranged in the region of the annular part or the piston head, but also extends down into the region of the piston skirt, so that cooling fluid is guided along at least a portion of the inner wall of the piston skirt.
  • “Down” here means away from the piston head in the direction of crankshaft connecting rod or in the direction of the piston pin.
  • This extending to the wall of the piston skirt cooling channel has the advantage that the heated in the cooling channel in the region of the ring coil cooling fluid is guided in the lower portion along the inner surface of the wall of the piston skirt, whereby an energy transfer for heating the piston skirt is made possible.
  • the lower portion is preferably parallel to the axial direction. The additional heating of the piston skirt achieved in this manner increases the oil film temperature between the piston skirt and the cylinder liner, thereby achieving a reduction in piston skirt friction.
  • the capacity of the lower portion of the first cooling channel extending in the region of the piston skirt may be at least 30% of the capacity of the upper portion extending in the region of the ring portion.
  • the capacity of the lower portion is at least as large as the capacity of the upper portion.
  • the fluid channel As a cooling channel and extending to the wall of the piston skirt according to the invention extending lower portion of this fluid channel is referred to as part of the cooling channel, although this section serves to supply the heated in the upper region of the cooling channel lubricant the piston skirt and to heat it , and thus actually serves as a "heat channel”.
  • the first cooling channel is characterized in that it is closed and permanently filled with a medium, in particular a cooling fluid.
  • the degree of filling of the cooling channel with cooling fluid is constant, ie, the amount of cooling fluid in the first cooling channel is preferably introduced into the piston for life and does not change.
  • the first cooling channel thus has no inlet and no outlet through which cooling fluid can enter or exit during operation of the piston.
  • An inlet may be provided only for initial filling of the first cooling channel, which is closed after filling, however, z. B. by welding or sealing with a plug or a screw cap.
  • the amount of medium in the first cooling channel thus does not change, in contrast to conventional cooling channels with spray oil filling, where the degree of filling varies depending on the engine speed and the oil pressure at the oil spray nozzle.
  • the required piston cooling oil quantity can be reduced. Furthermore, the optimum cooling in the oil passage is ensured because the degree of filling of the first cooling channel remains constant. In combination with the above-described embodiment of the first cooling channel with upper and lower portions, an optimal distribution of the heat from the upper region of the piston to the piston rings and the piston skirt takes place.
  • a particular advantage of the closed first cooling channel is that the temperature of the cooling fluid increases more in the first cooling channel than in an open cooling channel. As a result, the temperature of the piston skirt increases significantly, whereby the heat flow from the piston to the liner is significantly increased.
  • Another advantage is that with appropriate design of the first cooling channel (volume, length, etc.), the oil spray nozzles can be completely eliminated. In this case, the load-dependent heat input into the engine oil is also eliminated. As a result, can be dispensed with the installation of an oil cooler, since the interaction of the oil with the engine sufficient for cooling.
  • the piston may have a further fluid channel, which is designed to be open, in contrast to the first fluid channel.
  • This further fluid channel is referred to below as the second cooling channel.
  • the second cooling channel is not in fluid communication with the first cooling channel.
  • the second cooling channel is designed to be flowed through by a lubricant, in particular oil. All designs in this document that use oil as a highlighted lubricant example also apply to other lubricants.
  • the provision of the second fluid channel is particularly advantageous in engines with very high specific power in order to increase the cooling capacity in the ring section by combining the first cooling channel with closed cooling channel and the second open cooling channel.
  • the open second cooling channel can thus serve as optional additional usable cooling channel, which is supplied with lubricant if necessary.
  • the second cooling channel may be arranged, for example, in the piston head, in particular below the piston recess.
  • the second cooling channel thus serves for additional cooling of the combustion bowl.
  • the second cooling channel can have at least one inlet opening, via which the lubricant can flow into the second cooling channel, and can also have at least one outlet opening, via which lubricant can emerge from the second cooling channel.
  • the inlet opening may be arranged in the region of the piston interior at the bottom of the piston head. This is advantageous for a spray oil filling of the second cooling channel with oil spray nozzle.
  • the inlet opening can be designed as an inlet bore. Accordingly, the outlet opening can be designed as a drain hole.
  • a capacity of the first cooling channel can be greater than a capacity of the second cooling channel.
  • the first cooling channel may extend to a wall of the piston skirt arranged below the ring section.
  • the first cooling channel preferably extends at least to below the ring part.
  • the piston skirt may have a pin boss for receiving a piston pin.
  • the first cooling channel may be formed circumferentially in the region of the ring party, d. h.,
  • the cooling channel extends in the circumferential direction of the piston, preferably encircling by 360 °, so that the cooling channel in the ring section is annular.
  • the lower part of the first cooling channel i. H. that part which extends from the upper portion of the first cooling channel in the region of the ring portion up to a wall of the piston skirt, not formed encircling 360 °.
  • the first cooling channel extends along the inner surface of the wall of the piston skirt up to a lower end portion of the wall of the piston skirt facing away from the ring portion so as to be able to heat the piston skirt over its entire axial length.
  • the cooling channel may extend along at least 50% of the axial length of the piston skirt along the inner surface of the skirt of the piston skirt, more preferably along at least 2/3 of the axial length, or more preferably at least along 4/5 of the axial length of the piston skirt.
  • the lower portion of the cooling channel extends parallel to the axial direction and is bounded on the outside by the inner surface of the wall of the piston skirt.
  • the piston skirt has at least one bolt eye for receiving a piston pin.
  • the cooling channel can extend in the axial direction of the piston up to the level of the at least one pin eye along the inner surface of the wall of the piston skirt. It is particularly advantageous if the cooling channel extends in the axial direction of the piston to a lower end of the pin eye.
  • the lower end of the pin eye is the one which faces a piston engaging the connecting rod.
  • the wall of the piston skirt can have a profiling on a side facing the first cooling channel, wherein the profiling is preferably formed by a groove structure.
  • the profiling increases the surface of the wall of the cooling channel on the side of the piston skirt, whereby the heat transfer to the piston skirt is increased by the adhering to the profiling lubricant.
  • a wall section of the first cooling channel which connects an upper region of the first cooling channel, which is executed in the region of the annular part, to a lower region of the cooling channel, which adjoins the wall of the piston skirt, is designed such that The lubricant is thrown against the wall of the piston skirt.
  • This part of the wall of the cooling channel is hereinafter referred to as transition wall section.
  • the transition wall portion of the cooling channel is designed so that it has an obliquely downwardly extending to the piston skirt portion to which in the lower region of the cooling channel in comparison to a steeper downwardly extending wall of the cooling channel, which is arranged opposite to the piston skirt, followed.
  • the obliquely downwardly extending portion of the transition wall portion may for example have the shape of a lateral surface of a truncated cone.
  • the lubricant is thus thrown particularly efficiently during shaking against the wall of the piston skirt, so that the heat transfer is improved.
  • an arrangement comprising a piston, which comprises both the first cooling channel and the second cooling channel, as described above.
  • the device further comprises an oil spray nozzle which is provided for supplying the piston with lubricant and is arranged so that a piston inner space and an inlet opening of the second cooling channel can be sprayed with lubricant from the lubricant pump.
  • the arrangement or device further comprises a control device of the oil spray nozzle, which is designed, depending on an operating parameter of an internal combustion engine, from which the current engine load is derived, selectively turn on or off the lubricant pump.
  • control device may be configured to operate the reciprocating internal combustion engine in wide part-load ranges without spray cooling and only switch on the oil spray nozzles in operating points close to full load.
  • a reciprocating internal combustion engine comprising a piston including the first cooling passage but not an open second cooling passage as described above.
  • the reciprocating internal combustion engine may have no oil spray nozzle for supplying the piston with lubricant and / or no oil cooler for cooling the lubricant for the reciprocating internal combustion engine, so that the heat exchange of the medium in the closed first cooling channel with the internal combustion engine is sufficient for the cooling.
  • the motor vehicle may be a commercial vehicle, such as a truck or bus.
  • FIG. 1 shows a partial section of a first embodiment of the invention.
  • the piston 10 comprises a piston head 5, which has a circumferential ring section 6.
  • the ring section 6 comprises a plurality of annular grooves 6a for a piston ring.
  • the piston skirt 1 adjoins the ring section 6 downwards, which in contrast to the ring section 6 does not is completely circumferential.
  • the piston 10 is thus not designed as a solid piston.
  • the piston skirt 1 is slidably mounted in the cylinder liner, with a skirt 10 of the skirt reciprocating along the liner during reciprocation of the piston.
  • the piston 10 is mounted in a corresponding cylinder (not shown) of a cylinder piston housing (not shown) of a reciprocating internal combustion engine.
  • the piston skirt 1 has at least one bolt eye 8 for receiving a piston pin.
  • a connecting rod (not shown) mounted on the crankshaft is pivotally connected to the piston 10 via such a piston pin in order to convert the translational movements of the piston 10 in the cylinder into rotational movements of the crankshaft about its axis of rotation as a result of this articulated coupling.
  • the piston 10 also has a piston recess 7, also referred to as combustion bowl.
  • the piston recess 7 is formed as a so-called omega trough. This means that the piston recess 7 has a cross-section which at least substantially the shape of a "
  • the piston 10 further comprises a first cooling channel 2, with an upper section 3 arranged in the region of the annular section 6 and a lower section 4 extending from an upper section along an inner surface 12 of the wall 11 of the piston skirt 1.
  • the lower section 4 of FIG Cooling channel 2 is not performed completely circumferential, due to the not completely circumferential running surface of the piston 10th
  • the lower portion of the portion 4 of the cooling channel 2 extends in the axial direction A of the piston to the lower end 8 of the bolt eye or substantially almost the entire axial length of the piston skirt 1. Both the upper portion 3 and the lower Section 4 of the cooling channel 2 extend circumferentially along the outer wall of the piston 10th
  • the first cooling channel 2 is closed and permanently filled with a medium 15, ie, the amount of the medium 15 (eg lubricant, cooling fluid) in the first cooling channel is constant and does not change.
  • the first cooling channel 2 thus has no inlet and no outlet through which cooling fluid could enter or exit during operation of the piston.
  • An inlet may be provided only for initial filling of the first cooling channel, the However, after filling is closed, z. B. by welding or sealing with a plug or a screw cap.
  • the embodiment of the FIG. 1 offers the advantage that the medium 15, which cools the piston head 5 in the upper region 3 of the cooling channel 2 and is thereby heated, is tossed back and forth by the reciprocation of the piston between a bottom dead center and a top dead center in the cooling channel 2 ( "hooked"), so that the medium 15 heated in the upper cooling channel region 3 also reaches the inner surface of the wall 10 of the piston skirt 1 and thus heats it.
  • the oil film which is located between the outer side 13 of the piston skirt and the liner, is also heated, whereby its friction effect is reduced.
  • an effective reduction of the piston skirt friction can be achieved.
  • the reference numeral 14 the wall of the lower portion 4 of the first cooling channel 2 is referred to, which is located opposite to the wall 10 of the piston skirt.
  • the medium in the cooling channel 2 is heated to a greater extent, thereby significantly increasing the heat flow from the piston to the liner, since the temperature of the piston skirt significantly increases.
  • the transition between the upper region 3 of the cooling channel 2 and the lower region 4 of the cooling channel 2 is designed such that the medium is guided along a transition wall section 9 of the cooling channel 2.
  • the transition wall section 9 is arranged on the piston inner side facing the cooling channel 2 and connects the upper portion 3 of the cooling channel with the lower portion 4 of the cooling channel.
  • the transition wall portion 9 extends straight obliquely downwards, wherein at the end of the transition wall portion 9 at the transition to the lower wall portion 4 of the cooling channel a strong curvature down or an edge is formed.
  • the oil flowing along the transition wall section 9 is at this curvature hurled against the inner surface 11 of the wall 10 of the piston skirt 1, so that an effective wetting of the wall 10 of the piston skirt with lubricant is made possible.
  • FIG. 2 a second embodiment of the piston 20 is shown.
  • components with the same reference numerals correspond to the components of FIG. 2 and will not be described separately.
  • the peculiarity of the embodiment of FIG. 2 is that in addition to the closed cooling channel 2, a second cooling channel 22 is provided, which is executed in contrast to the first cooling channel 2, however, open.
  • the second cooling channel 22 is not in fluid communication with the first cooling channel.
  • the second cooling channel 22 is here, for example, arranged below the piston recess 7 and extends only in the piston head 5.
  • the second cooling channel 22 has an inlet bore 21 through which the lubricant can flow into the second cooling channel.
  • the second cooling channel 22 also has one or more outlet openings, via which lubricant can emerge from the second cooling channel 22 again.
  • the inlet bore 21 is arranged according to the embodiment in the region of the piston interior at the bottom of the piston head 5.
  • An oil spray nozzle 23 is arranged below the piston skirt 1 so that lubricant 24 exiting from the oil spray nozzle 23 is sprayed onto the inlet bore 21.
  • the provision of the second fluid channel is particularly advantageous in engines with very high specific power in order to increase the cooling capacity in the ring section by combining the first cooling channel with closed cooling channel and the second open cooling channel.
  • the open second cooling channel can thus serve as optional additional usable cooling channel, which is supplied with lubricant if necessary.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (10) für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Kolbenkopf (5), aufweisend eine umlaufende Ringpartie (6) mit wenigstens einer Ringnut für einen Kolbenring; ein Kolbenhemd (1); und einen ersten Kühlkanal (2), aufweisend einen im Bereich der Ringpartie (6) angeordneten oberen Abschnitt (3) und einen vom oberen Abschnitt ausgehenden, sich entlang einer Innenfläche der Wandung (11) des Kolbenhemds (1) erstreckenden unteren Abschnitt, wobei der der erste Kühlkanal (2) verschlossen und mit einem Medium (15) dauerhaft befüllt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine.
  • Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 010 106 A1 , sind Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bekannt. Ein derartiger Kolben wird üblicherweise in einem Zylinder einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Der Kolben weist ein Kolbenhemd auf, das üblicherweise auch als "Schaft" oder "Kolbenschaft" bezeichnet wird. Im Englischen wird das Kolbenhemd als "piston skirt" bezeichnet. Darüber hinaus weist der Kolben eine sich in axialer Richtung des Kolbens an das Kolbenhemd anschließende Ringpartie mit wenigstens einer Ringnut für einen Kolbenring auf. Die Ringpartie ist Teil des Kolbenkopfs.
  • Die Reibung eines Verbrennungsmotors setzt sich aus der Reibung des Grundmotors (Lager, Kolbengruppe) und der Antriebsleistung der Nebenaggregate zusammen. Auf die Kolbengruppe entfallen hierbei in etwa 30 % der gesamten Reibung, wobei das Kolbenhemd in etwa 2/3 der Reibung der Kolbengruppe verursacht.
  • Die Kolbenhemdreibung wird durch verschiedene Einflussgrößen beeinflusst. Beispielsweise hängt die Kolbenhemdreibung von der Motordrehzahl, der Motorlast, dem Spalt zwischen Laufbuchse und Kolbenhemd sowie der Form des Kolbenhemds ab.
  • Aus der EP 3 208 453 A1 ist ein Kolben bekannt, der im Bereich der Ringpartie 6 einen umlaufenden Kühlkanal aufweist, der sich von der Ringpartie in axialer Richtung entlang einer Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds erstreckt. Dadurch kann eine Ölfilmtemperatur des Ölfilms in der Laufbuchse zwischen Kolbenhemd und Zylinder erhöht werden, um die Kolbenhemdreibung zu reduzieren. Bei einer Hin- und Herbewegung des Kolbens erreicht im oberen Abschnitt des Kühlkanals erwärmtes Schmiermittel auch die Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds, um einen Energietransfer zum Erwärmen des Kolbenhemds zu ermöglichen.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Kolben vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, einen Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, mit dem eine Kolbenhemdreibung reduziert werden kann.
  • Diese Aufgaben werden durch einen Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Erfindungsgemäß wird ein Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, der in einer Laufbuchse eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine gleitbeweglich geführt ist und in an sich bekannter Weise einen Kolbenkopf und ein Kolbenhemd umfasst. Das Kolbenhemd dient zur Führung des Kolbens im Zylinderrohr. Das Kolbenhemd schließt sich in axialer Richtung des Kolbens an die Ringpartie an. Hierbei entspricht die Axialrichtung der Bewegungsrichtung des Kolbens im Zylinder. Vorstehend wurde bereits festgestellt, dass das Kolbenhemd auch als Kolbenschaft bezeichnet wird. Der Kolbenkopf wird auch als Kolbenboden bezeichnet. Der Kolbenkopf weist eine umlaufende Ringpartie mit wenigstens einer Ringnut für einen Kolbenring auf.
  • Der Kolben weist einen Fluidkanal auf, aufweisend einen im Bereich der Ringpartie angeordneten oberen Abschnitt und einen vom oberen Abschnitt ausgehenden, sich entlang einer Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds erstreckenden unteren Abschnitt, insbesondere derart, dass bei einer Hin- und Herbewegung des Kolbens im oberen Abschnitt des Fluidkanals erwärmtes Schmiermittel auch die Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds erreicht und durch diese geführt wird, um einen Energietransfer zum Erwärmen des Kolbenhemds zu ermöglichen.
  • Der Fluidkanal wird in diesem Dokument als Kühlkanal bezeichnet und auch als erster Kühlkanal bezeichnet, zum besseren Unterscheiden von einem nachfolgend noch beschriebenen optionalen zweiten Kühlkanal.
  • Der obere Abschnitt des Kühlkanals kann in der Ringpartie umlaufend ausgebildet sein. Der erste Kühlkanal ist ausgeführt, um mit einem Medium, beispielsweise mit einem Kühlfluid, z. B. einer Kühlflüssigkeit oder Natrium, welches einen Schmelzpunkt von ca. 98° C aufweist, oder einem Schmiermittel, insbesondere Öl, befüllt zu werden. Der obere Abschnitt dient zur Kühlung der Brennraummulde, die auch als Kolbenmulde bezeichnet wird. Die durch den Verbrennungsprozess erwärmte Brennraummulde erwärmt dabei das Medium, z. B. das Schmiermittel. Der erste Kühlkanal ist nicht nur im Bereich der Ringpartie bzw. des Kolbenkopfs angeordnet, sondern erstreckt sich ferner nach unten bis in den Bereich des Kolbenhemds, so dass Kühlfluid entlang zumindest eines Teilbereichs der Innenwandung des Kolbenhemds geführt ist. "Nach unten" bedeutet hier weg vom Kolbenkopf in Richtung Kurbelwellenpleuel bzw. in Richtung Kolbenbolzen. Dieser sich bis zur Wandung des Kolbenhemds erstreckende Kühlkanal bietet den Vorteil, dass das im Kühlkanal im Bereich der Ringpartie erwärmte Kühlfluid im unteren Abschnitt entlang der Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds geführt wird, wodurch ein Energietransfer zum Erwärmen des Kolbenhemds ermöglicht wird. Der untere Abschnitt verläuft vorzugsweise parallel zur Axialrichtung. Die auf diese Weise erzielte zusätzliche Erwärmung des Kolbenhemds erhöht die Ölfilmtemperatur zwischen Kolbenhemd und Laufbuchse des Zylinders, wodurch eine Reduzierung der Kolbenhemdreibung erreicht wird. Das Fassungsvolumen des im Bereich des Kolbenhemds verlaufenden unteren Abschnitts des ersten Kühlkanals kann mindestens 30 % des Fassungsvolumens des im Bereich der Ringpartie verlaufenden oberen Abschnitts aufweisen. Vorzugsweise ist das Fassungsvolumen des unteren Abschnitts mindestens so groß wie das Fassungsvolumen des oberen Abschnitts.
  • Je höher die Temperatur des Ölfilms zwischen Kolbenhemd und Laufbuchse, desto niedriger ist die Kolbenhemdreibung. Entsprechend dieser üblichen Bezeichnung des Fluidkanals als Kühlkanal wird auch der sich bis zur Wandung des Kolbenhemds erfindungsgemäß erstreckende untere Abschnitt dieses Fluidkanals als Teil des Kühlkanals bezeichnet, obwohl dieser Abschnitt dazu dient, das im oberen Bereich des Kühlkanals erwärmte Schmiermittel dem Kolbenhemd zuzuführen und dieses zu erwärmen, und somit eigentlich als "Wärmekanal" dient.
  • Der erste Kühlkanal zeichnet sich dadurch aus, dass er verschlossen und mit einem Medium, insbesondere einem Kühlfluid, dauerhaft befüllt ist. Anders ausgedrückt ist der Befüllungsgrad des Kühlkanals mit Kühlfluid konstant, d. h., die Menge an Kühlfluid im ersten Kühlkanal ist vorzugsweise auf Lebensdauer in den Kolben eingebracht und ändert sich nicht. Der erste Kühlkanal hat somit keinen Einlass und keinen Auslass, über die Kühlfluid im Betrieb des Kolbens ein- bzw. austreten kann. Ein Einlass kann lediglich zur erstmaligen Befüllung des ersten Kühlkanals vorgesehen sein, der nach Befüllung jedoch verschlossen wird, z. B. durch Verschweißen oder Verschließen mit einem Stöpsel oder einem Schraubverschluss. Die Menge des Mediums im ersten Kühlkanals ändert sich somit nicht, im Gegensatz zu konventionellen Kühlkanälen mit Spritzölbefüllung, bei denen der Füllungsgrad in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und des Öldrucks an der Ölspritzdüse schwankt.
  • Hierdurch kann die benötigte Kolbenkühlölmenge reduziert werden. Ferner wird die optimale Kühlung im Ölkanal sichergestellt, da der Füllungsgrad des ersten Kühlkanals konstant bleibt. In Kombination mit der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung des ersten Kühlkanals mit oberem und unterem Abschnitt findet eine optimale Verteilung der Wärme aus dem oberen Bereich des Kolbens zu den Kolbenringen und dem Kolbenhemd statt.
  • Ein besonderer Vorzug des geschlossenen ersten Kühlkanals liegt darin, dass sich die Temperatur des Kühlfluids im ersten Kühlkanal stärker als bei einem offenen Kühlkanal erhöht. Dadurch steigt die Temperatur des Kolbenhemds deutlich, wodurch der Wärmestrom vom Kolben an die Laufbuchse deutlich erhöht wird.
  • Stand der Technik bei Verbrennungsmotoren ist, dass im Leerlauf und bei niedrigen Lasten die Ölspritzdüsen abgeschalten werden. Durch den erhöhten Wärmestrom vom Kolben an die Laufbuchse kann der Bereich, in dem ohne Ölspritzdüsen gefahren wird, deutlich vergrößert werden.
  • Ein weiterer Vorzug ist, dass bei zweckmäßig geeigneter Auslegung des ersten Kühlkanals (Fassungsvolumen, Länge etc.) die Ölspritzdüsen komplett entfallen können. In diesem Fall entfällt auch der lastabhängige Wärmeeintrag in das Motoröl. Hierdurch kann auf den Verbau eines Ölkühlers verzichtet werden, da die Interaktion des Öls mit dem Motor für die Kühlung ausreicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Kolben einen weiteren Fluidkanal aufweisen, der im Unterschied zum ersten Fluidkanal jedoch offen ausgeführt ist. Dieser weitere Fluidkanal wird nachfolgend als zweiter Kühlkanal bezeichnet. Der zweite Kühlkanal steht mit dem ersten Kühlkanal fluidisch nicht in Verbindung. Der zweite Kühlkanal ist ausgebildet, um von einem Schmiermittel, insbesondere Öl, durchströmt zu werden. Alle Ausführungen in diesem Dokument, bei dem Öl als hervorgehobenes Schmiermittelbeispiel verwendet wird, gelten auch für andere Schmiermittel.
  • Das Vorsehen des zweiten Fluidkanals ist besonders bei Motoren mit sehr hoher spezifischer Leistung vorteilhaft, um durch Kombination des ersten Kühlkanals mit geschlossenem Kühlkanal und des zweiten offenen Kühlkanals die Kühlleistung in der Ringpartie zu erhöhen.
  • Der offene zweite Kühlkanal kann somit als optional zusätzlich nutzbarer Kühlkanal dienen, der bei Bedarf mit Schmiermittel versorgt wird.
  • Der zweite Kühlkanal kann beispielsweise im Kolbenkopf angeordnet sein, insbesondere unterhalb der Kolbenmulde. Der zweite Kühlkanal dient so zur zusätzlichen Kühlung der Brennraummulde.
  • Der zweite Kühlkanal kann mindestens eine Zulauföffnung aufweisen, über die das Schmiermittel in den zweiten Kühlkanal einströmen kann, und kann ferner mindestens eine Austrittsöffnung aufweisen, über die Schmiermittel aus dem zweiten Kühlkanal austreten kann. Die Zulauföffnung kann im Bereich des Kolbeninnenraums an der Unterseite des Kolbenkopfs angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft für eine Spritzölbefüllung des zweiten Kühlkanals mit Ölspritzdüse. Die Zulauföffnung kann als Zulaufbohrung ausgeführt sein. Entsprechend kann die Austrittsöffnung als Ablaufbohrung ausgeführt sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Fassungsvolumen des ersten Kühlkanals größer sein als ein Fassungsvolumen des zweiten Kühlkanals.
  • Der erste Kühlkanal kann sich bis zu einer unterhalb der Ringpartie angeordneten Wandung des Kolbenhemds erstrecken. Der erste Kühlkanal erstreckt sich vorzugsweise mindestens bis unterhalb der Ringpartie. Das Kolbenhemd kann ein Bolzenauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens aufweisen. Der erste Kühlkanal kann im Bereich der Ringpartei umlaufend ausgebildet sein, d. h., der Kühlkanal erstreckt sich in Umfangsrichtung des Kolbens, vorzugsweise um 360° umlaufend, so dass der Kühlkanal in der Ringpartie ringförmig verläuft. Vorzugsweise ist der untere Teil des ersten Kühlkanals, d. h. derjenige Teil, der sich ausgehend vom oberen Abschnitt des ersten Kühlkanals im Bereich der Ringpartie bis zu einer Wandung des Kolbenhemds erstreckt, nicht um 360° umlaufend ausgebildet.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich der erste Kühlkanal entlang der Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds bis zu einem unteren, der Ringpartie abgewandten Endbereich der Wandung des Kolbenhemds, um auf diese Weise das Kolbenhemd über seine ganze axiale Länge erwärmen zu können. Alternativ kann sich der Kühlkanal entlang mindestens 50 % der axialen Länge des Kolbenhemds entlang der Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds erstrecken, weiter vorzugsweise entlang mindestens 2/3 der axialen Länge oder ferner vorzugsweise mindestens entlang 4/5 der axialen Länge des Kolbenhemds. Der untere Abschnitt des Kühlkanals verläuft dabei parallel zur Axialrichtung und wird außenseitig von der Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds begrenzt.
  • Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass das Kolbenhemd mindestens ein Bolzenauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens aufweist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich der Kühlkanal in axialer Richtung des Kolbens bis auf Höhe des mindestens einen Bolzenauges entlang der Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds erstrecken. Besonders vorteilhaft ist, wenn sich der Kühlkanal in axialer Richtung des Kolbens bis zu einem unteren Ende des Bolzenauges erstreckt. Hierbei ist das untere Ende des Bolzenauges dasjenige, das einem am Kolben angreifenden Pleuel zugewandt ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Wandung des Kolbenhemds auf einer dem ersten Kühlkanal zugewandten Seite eine Profilierung aufweisen, wobei die Profilierung vorzugsweise durch eine Rillenstruktur gebildet ist. Die Profilierung vergrößert die Oberfläche der Wandung des Kühlkanals auf der Seite des Kolbenhemds, wodurch der Wärmeübergang zum Kolbenhemd durch das an der Profilierung hängenbleibende Schmiermittel vergrößert wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Wandungsabschnitt des ersten Kühlkanals, der einen oberen Bereich des ersten Kühlkanals, der im Bereich der Ringpartie umlaufend ausgeführt ist, mit einem unteren Bereich des Kühlkanals, der an die Wandung des Kolbenhemds angrenzt, verbindet, so ausgeführt, dass das Schmiermittel gegen die Wandung des Kolbenhemds geschleudert wird. Dieser Teil der Wandung des Kühlkanals wird nachfolgend als Übergangswandungsabschnitt bezeichnet. Beispielsweise ist der Übergangswandungsabschnitt des Kühlkanals so ausgeführt, dass er einen schräg nach unten hin zum Kolbenhemd verlaufenden Abschnitt aufweist, an den sich im unteren Bereich des Kühlkanals eine sich im Vergleich hierzu steiler nach unten verlaufende Wandung des Kühlkanals, die zum Kolbenhemd gegenüberliegend angeordnet ist, anschließt. Der schräg nach unten verlaufende Abschnitt des Übergangswandungsabschnitts kann beispielsweise die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes aufweisen. Bei dieser Ausführungsform wird somit das Schmiermittel besonders effizient beim Shakern gegen die Wandung des Kolbenhemds geschleudert, so dass der Wärmeübertrag verbessert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Anordnung (Vorrichtung) bereitgestellt, mit einem Kolben, der sowohl den ersten Kühlkanal als auch den zweiten Kühlkanal, wie vorstehend beschrieben, umfasst. Die Anordnung bzw. Vorrichtung umfasst ferner eine Ölspritzdüse, die zur Versorgung des Kolbens mit Schmiermittel vorgesehen ist und so angeordnet ist, dass ein Kolbeninnenraum und eine Zulauföffnung des zweiten Kühlkanals mit Schmiermittel von der Schmiermittelpumpe bespritzbar sind. Die Anordnung bzw. Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinrichtung der Ölspritzdüse, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter eines Verbrennungsmotors, aus dem die aktuelle Motorlast ableitbar ist, die Schmiermittelpumpe wahlweise einzuschalten oder abzuschalten.
  • Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in weiten Teillastbereichen ohne Spritzkühlung zu betreiben und nur in volllastnahen Betriebspunkten die Ölspritzdüsen zuzuschalten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, umfassend einen Kolben, der den ersten Kühlkanal umfasst, jedoch keinen offenen zweiten Kühlkanal, wie vorstehend beschrieben. Gemäß diesem Aspekt kann die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine keine Ölspritzdüse zur Versorgung des Kolbens mit Schmiermittel und/oder keinen Ölkühler zur Kühlung des Schmiermittels für die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine aufweisen, so dass der Wärmeaustausch des Mediums im geschlossenen ersten Kühlkanal mit der Brennkraftmaschine für die Kühlung ausreicht.
  • Ferner wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einem Kolben, wie in diesem Dokument beschrieben. Das Kraftfahrzeug kann ein Nutzfahrzeug sein, beispielsweise ein Lastkraftwagen oder Omnibus.
  • Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Teilschnitt eines Kolbens gemäß einer ersten Ausführungsform; und
    Figur 2
    einen Teilschnitt eines Kolbens gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden zum Teil nicht gesondert beschrieben.
  • Figur 1 zeigt einen Teilschnitt einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Kolben 10 umfasst einen Kolbenkopf 5, der eine umlaufende Ringpartie 6 aufweist. Die Ringpartie 6 umfasst mehrere Ringnuten 6a für einen Kolbenring. In Axialrichtung A schließt sich an die Ringpartie 6 nach unten das Kolbenhemd 1 an, das im Gegensatz zur Ringpartie 6 nicht vollständig umlaufend ausgeführt ist. Der Kolben 10 ist somit nicht als Vollschaftkolben ausgeführt. Das Kolbenhemd 1 ist in der Laufbuchse des Zylinders gleitgelagert, wobei eine Wandung 10 des Kolbenhemds entlang der Laufbuchse bei der Bewegung des Kolbens hin und her gleitet. Der Kolben 10 ist in einem korrespondierenden Zylinder (nicht dargestellt) eines Zylinderkolbengehäuses (nicht dargestellt) einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gelagert. Das Kolbenhemd 1 weist dabei mindestens ein Bolzenauge 8 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens auf. Ein an der Kurbelwelle gelagerter Pleuel (nicht dargestellt) ist über einen solchen Kolbenbolzen gelenkig mit dem Kolben 10 verbunden, um infolge dieser gelenkigen Kopplung die translatorischen Bewegungen des Kolbens 10 im Zylinder in rotatorische Bewegungen der Kurbelwelle um ihre Drehachse umzuwandeln.
  • Der Kolben 10 weist ferner eine Kolbenmulde 7 auf, auch als Brennraummulde bezeichnet. Die Kolbenmulde 7 ist als sogenannte Omega-Mulde ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Kolbenmulde 7 einen Querschnitt aufweist, welcher zumindest im Wesentlichen die Form eines "
    Figure imgb0001
    " aufweist. Der Kolben 10 umfasst ferner einen ersten Kühlkanal 2, mit einem im Bereich der Ringpartie 6 angeordneten oberen Abschnitt 3 und einen vom oberen Abschnitt ausgehenden, sich entlang einer Innenfläche 12 der Wandung 11 des Kolbenhemds 1 erstreckenden unteren Abschnitt 4. Der untere Abschnitt 4, der sich im Bereich des Kolbenhemds 1 befindet, grenzt an die Wandung 10 des Kolbenhemds 1 an und ist entlang dieser geführt. Im Gegensatz zum oberen Abschnitt 3 des Kühlkanals 2, der um 360° umlaufend ausgeführt ist, ist der untere Abschnitt 4 des Kühlkanals 2 nicht vollständig umlaufend ausgeführt, bedingt durch die nicht vollständig umlaufend ausgeführte Lauffläche des Kolbens 10.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der untere Bereich des Abschnitts 4 des Kühlkanals 2 in axialer Richtung A des Kolbens bis zum unteren Ende 8 des Bolzenauges bzw. im Wesentlichen fast entlang der ganzen axialen Länge des Kolbenhemds 1. Sowohl der obere Abschnitt 3 als auch der untere Abschnitt 4 des Kühlkanals 2 erstrecken sich umfangsseitig entlang der äußeren Wandung des Kolbens 10.
  • Erfindungsgemäß ist der erste Kühlkanal 2 verschlossen und mit einem Medium 15 dauerhaft befüllt, d. h., die Menge des Mediums 15 (z. B. Schmiermittel, Kühlfluid) im ersten Kühlkanal ist konstant und ändert sich nicht. Der erste Kühlkanal 2 hat somit keinen Einlass und keinen Auslass, über die Kühlfluid im Betrieb des Kolben ein- bzw. austreten könnte. Ein Einlass kann lediglich zur erstmaligen Befüllung des ersten Kühlkanals vorgesehen sein, der nach Befüllung jedoch verschlossen wird, z. B. durch Verschweißen oder Verschließen mit einem Stöpsel oder einem Schraubverschluss.
  • Die Ausführungsform der Figur 1 bietet den Vorzug, dass das Medium 15, das im oberen Bereich 3 des Kühlkanals 2 den Kolbenkopf 5 kühlt und dabei erwärmt wird, durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt im Kühlkanal 2 hin und her geschleudert ("geshakert"), so dass das im oberen Kühlkanalbereich 3 erwärmte Medium 15 auch die Innenfläche der Wandung 10 des Kolbenhemds 1 erreicht und diese somit erwärmt. Über die Erwärmung der Wandung 10 des Kolbenhemds wird der Ölfilm, der sich zwischen der Außenseite 13 des Kolbenhemds und der Laufbuchse befindet, ebenfalls erwärmt, wodurch dessen Reibwirkung reduziert wird. Dadurch kann eine wirksame Reduzierung der Kolbenhemdreibung erzielt werden. Mit dem Bezugszeichen 14 ist die Wandung des unteren Abschnitts 4 des ersten Kühlkanals 2 bezeichnet, die sich gegenüberliegend zur Wandung 10 des Kolbenhemds befindet.
  • Im Vergleich zu einem offenen Kühlkanal wird bei dem geschlossenen Kühlkanal 2 das Medium im Kühlkanal 2 stärker erwärmt und dadurch der Wärmestrom vom Kolben an die Laufbuchse deutlich erhöht, da sich die Temperatur des Kolbenhemds deutlich steigert.
  • In Figur 1 ist ferner erkennbar, dass der Übergang zwischen dem oberen Bereich 3 des Kühlkanals 2 und dem unteren Bereich 4 des Kühlkanals 2 so ausgeführt ist, dass das Medium entlang eines Übergangswandungsabschnitts 9 des Kühlkanals 2 geführt wird. Der Übergangswandungsabschnitt 9 ist auf der zur Kolbeninnenseite zugewandten Seite des Kühlkanals 2 angeordnet und verbindet den oberen Bereich 3 des Kühlkanals mit dem unteren Bereich 4 des Kühlkanals. Der Übergangswandungsabschnitt 9 verläuft gerade schräg nach unten, wobei am Ende des Übergangswandungsabschnitts 9 am Übergang zu dem unteren Wandungsabschnitt 4 des Kühlkanals eine starke Krümmung nach unten oder auch eine Kante ausgebildet ist. Das entlang des Übergangswandungsabschnitts 9 fließende Öl wird an dieser Krümmung schanzenförmig gegen die Innenfläche 11 der Wandung 10 des Kolbenhemds 1 geschleudert, so dass eine wirksame Benetzung der Wandung 10 des Kolbenhemds mit Schmiermittel ermöglicht wird.
  • In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform des Kolbens 20 dargestellt. Hierbei entsprechen Komponenten mit gleichen Bezugszeichen den Komponenten der Figur 2 und werden nicht gesondert beschrieben.
  • Die Besonderheit der Ausführungsform der Figur 2 liegt darin, dass zusätzlich zu dem geschlossenen Kühlkanal 2 ein zweiter Kühlkanal 22 vorgesehen ist, der im Unterschied zum ersten Kühlkanal 2 jedoch offen ausgeführt ist. Der zweite Kühlkanal 22 steht mit dem ersten Kühlkanal fluidisch nicht in Verbindung. Der zweite Kühlkanal 22 ist hier beispielhaft unterhalb der Kolbenmulde 7 angeordnet und erstreckt sich lediglich im Kolbenkopf 5. Der zweite Kühlkanal 22 verfügt über eine Zulaufbohrung 21, über die das Schmiermittel in den zweiten Kühlkanal einströmen kann. Der zweite Kühlkanal 22 weist ferner eine oder mehrere Austrittsöffnungen auf, über die Schmiermittel aus dem zweiten Kühlkanal 22 wieder austreten kann. Die Zulaufbohrung 21 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel im Bereich des Kolbeninnenraums an der Unterseite des Kolbenkopfs 5 angeordnet. Eine Ölspritzdüse 23 ist so unterhalb des Kolbenhemds 1 angeordnet, dass von der Ölspritzdüse 23 austretendes Schmiermittel 24 auf die Zulaufbohrung 21 gespritzt wird.
  • Das Vorsehen des zweiten Fluidkanals ist besonders bei Motoren mit sehr hoher spezifischer Leistung vorteilhaft, um durch Kombination des ersten Kühlkanals mit geschlossenem Kühlkanal und des zweiten offenen Kühlkanals die Kühlleistung in der Ringpartie zu erhöhen. Der offene zweite Kühlkanal kann somit als optional zusätzlich nutzbarer Kühlkanal dienen, der bei Bedarf mit Schmiermittel versorgt wird.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, ohne den zugehörigen Bereich zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kolbenhemd
    2
    Erster Kühlkanal
    3
    Oberer Abschnitt
    4
    Unterer Abschnitt
    5
    Kolbenkopf
    6
    Ringpartie
    6a
    Ringnut
    7
    Kolbenmulde
    8
    Bolzenauge
    9
    Übergangswandungsabschnitt
    10
    Kolben
    11
    Wandung des Kolbenhemds
    12
    Innenfläche der Wandung des Kolbenhemds
    13
    Außenfläche des Kolbenhemds
    14
    Wandung
    15
    Medium im ersten Kühlkanal
    20
    Kolben
    21
    Zulauföffnung, insbesondere Zulaufbohrung
    22
    Zweiter Kühlkanal
    23
    Ölspritzdüse
    24
    Gespritztes Schmiermittel
    A
    Axiale Richtung

Claims (12)

  1. Kolben (10; 20) für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, umfassend
    einen Kolbenkopf (5), aufweisend eine umlaufende Ringpartie (6) mit wenigstens einer Ringnut für einen Kolbenring;
    ein Kolbenhemd (1); und
    einen ersten Kühlkanal (2), aufweisend einen im Bereich der Ringpartie (6) angeordneten oberen Abschnitt (3) und einen vom oberen Abschnitt ausgehenden, sich entlang einer Innenfläche (12) der Wandung (11) des Kolbenhemds (1) erstreckenden unteren Abschnitt (4);
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (2) verschlossen und mit einem Medium (15) dauerhaft befüllt ist.
  2. Kolben (20) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen offenen zweiten Kühlkanal (22).
  3. Kolben (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkanal (22) im Kolbenkopf angeordnet ist, insbesondere unterhalb der Kolbenmulde (7).
  4. Kolben (20) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkanal (22) eine Zulauföffnung aufweist, die im Bereich des Kolbeninnenraums an der Unterseite des Kolbenkopfs angeordnet ist.
  5. Kolben (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fassungsvolumen des ersten Kühlkanals (2) größer ist als ein Fassungsvolumen des zweiten Kühlkanals (22).
  6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenhemd (1) mindestens ein Bolzenauge (8) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens aufweist; und
    b1) dass sich der untere Abschnitt (4) des ersten Kühlkanals (2) in axialer Richtung des Kolbens entlang der Innenfläche der Wandung (11) des Kolbenhemds (1) mindestens bis auf Höhe des mindestens einen Bolzenauges (8) erstreckt; und/oder
    b2) dass sich der Kühlkanal in axialer Richtung des Kolbens entlang der Innenfläche der Wandung (11) des Kolbenhemds (2) bis mindestens zu einem unteren Ende des Bolzenauges (8) erstreckt.
  7. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Kühlkanal (2) entlang der Innenfläche der Wandung (11) des Kolbenhemds (2) entlang mindestens 2/3 der axialen Länge des Kolbenhemds, vorzugsweise bis zu einem unteren, der Ringpartie (6) abgewandten Endbereich (4) der Wandung (11) des Kolbenhemds (1), erstreckt.
  8. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (12) der Wandung (11) des Kolbenhemds (2) eine Profilierung (61) aufweist, wobei die Profilierung (61) vorzugsweise durch eine Rillenstruktur gebildet ist.
  9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) ein Übergangswandungsabschnitt des Kühlkanals (2) vorgesehen ist,
    a1) der auf der zur Kolbeninnenseite zugewandten Seite des Kühlkanals (2) angeordnet ist und
    a2) der den oberen Bereich (3) des Kühlkanals (2), der im Bereich der Ringpartie (6) umlaufend ausgeführt ist, mit dem unteren Bereich (4) des Kühlkanals (2) verbindet und
    a3) der einen schräg nach unten hin zum Kolbenhemd (1) verlaufenden Abschnitt (9) aufweist, an den sich im unteren Bereich (4) des Kühlkanals eine sich im Vergleich hierzu steiler nach unten verlaufende Wandung (14) des Kühlkanals (2), die zum Kolbenhemd (1) gegenüberliegend angeordnet ist, anschließt.
  10. Anordnung, umfassend
    a) einen Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3 bis 9, wenn abhängig von Anspruch 2, und
    b) eine Ölspritzdüse, die zur Versorgung des Kolbens mit Schmiermittel vorgesehen ist und so angeordnet ist, dass ein Kolbeninnenraum und eine Zulauföffnung des zweiten Kühlkanals mit Schmiermittel von der Schmiermittelpumpe bespritzbar sind, und
    c) eine Steuereinrichtung der Ölspritzdüse, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter eines Verbrennungsmotors, aus dem die aktuelle Motorlast ableitbar ist, die Schmiermittelpumpe wahlweise einzuschalten oder abzuschalten.
  11. Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine keine Ölspritzdüse zur Versorgung des Kolbens mit Schmiermittel und/oder keinen Ölkühler zur Kühlung des Schmiermittels für die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine aufweist.
  12. Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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