WO2012116687A1 - Kolben für einen verbrennungsmotor - Google Patents

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WO2012116687A1
WO2012116687A1 PCT/DE2012/000196 DE2012000196W WO2012116687A1 WO 2012116687 A1 WO2012116687 A1 WO 2012116687A1 DE 2012000196 W DE2012000196 W DE 2012000196W WO 2012116687 A1 WO2012116687 A1 WO 2012116687A1
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piston
bore
opening
recess
running surface
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PCT/DE2012/000196
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Scharp
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/08—Constructional features providing for lubrication
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a piston for an internal combustion engine having a piston head and a piston skirt, wherein the piston head has a circumferential annular portion and in the region of the annular part a circumferential cooling channel and the piston shaft each having a pressure side and a counter-pressure associated tread.
  • the object of the present invention is to further develop a generic piston so that in engine operation, an improved lubricating oil supply of the back area of the associated tread of the piston is possible.
  • At least one further bore extending from the cooling channel is provided, which opens in the form of a bore opening in the tread of the counter-pressure associated tread and is inclined, such that it forms an acute angle with the piston central axis, and that of the counter-pressure side associated tread in the region of the at least one bore opening has a recess.
  • CONFIRMATION COPY so as to allow hydrodynamic floating of the piston on a lubricating oil film. This is made possible by the depression surrounding the at least one bore opening.
  • lubricating oil is forced out of the cooling passage into the bore, exiting through the at least one bore opening and intercepted in the at least one recess.
  • the intercepted lubricating oil is distributed in the at least one depression. Since lubricating oil is constantly being supplied from the cooling channel, an oil pressure can build up.
  • the lubricating oil can pass from the at least one recess on the tread and cause a reliable lubrication thereof, so that the friction forces occurring during the upward stroke are significantly reduced.
  • the at least one bore opening preferably opens into the running surface directly below the ring part, so that in particular the upper region of the running surface is supplied with lubricating oil.
  • At least two holes can be provided to ensure the supply of lubricating oil to the running surface.
  • the at least one recess is preferably circular or semi-circular, since such a geometry is particularly easy to manufacture.
  • the recess may have a depth of 10 ⁇ to 30pm, so on the one hand enough lubricating oil is intercepted, on the other hand, a sufficiently high oil pressure is built up.
  • the recess may be formed in the material of the piston itself, but it may also be formed in or by a coating which is applied to the tread.
  • a particularly preferred embodiment provides that an outgoing from the cooling channel bore is provided, which merges into a bore outlet, which in the Pressure side associated tread empties and is arranged inclined, such that the bore outlet with the piston central axis forms an acute angle, so that an opening in the tread is formed, that between the bore and the bore outlet to the tread inclined and provided in the same deflection surface is provided in that the tread associated with the pressure side has, in the area of the opening, a depression which forms at least one oil catching area above the opening.
  • lubricating oil is forced out of the cooling channel into the bore and exits through the bore outlet.
  • a portion of the lubricating oil is trapped by the deflection surface and the remainder returns to the cooling passage.
  • the intercepted in the course of the downstroke lubricating oil is distributed in the recess surrounding the opening, so that an oil pressure is built up here as well. Subsequently, the lubricating oil from the depression on the tread exceed and cause a reliable lubrication thereof, so that the friction forces occurring during the downward stroke are also significantly reduced.
  • the oil-collecting region preferably extends transversely to the opening, so that the largest possible area of the running surface is supplied with lubricating oil.
  • the oil catching area forms an oil collecting reservoir on each side.
  • lubricating oil is preferably collected in the upper region of the tread and can be transferred to this region of the tread. This supplies the most heavily loaded area of the tread particularly reliably with lubricating oil.
  • the bore can expediently run in a material thickening formed in the interior of the piston, which can already be introduced during the production of the piston blank, for example during forging or casting.
  • the opening formed by the bore outlet may, for example, be formed below the hub center in the running surface in order to supply lubricating oil over as large a region of the running surface as possible.
  • the recess may have a depth of 10 ⁇ to 30 ⁇ , so on the one hand enough lubricating oil is intercepted, on the other hand, a sufficiently high oil pressure is built up.
  • the recess may be formed in the material of the piston itself, but it may also be formed in a coating which is applied to the tread.
  • the present invention is suitable for all piston types and all piston types.
  • Fig. 1 anorgansbeispie! a piston according to the invention in a partial view in section;
  • Fig. 3 shows another embodiment of a piston according to the invention in
  • FIG. 4 shows the piston according to FIG. 3 in a side view rotated by 90 °
  • FIG. 5 shows an enlarged partial view of the piston according to FIG. 3;
  • Fig. 6 is an enlarged Tetidargna another embodiment of a piston according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show a first embodiment of a piston 10 according to the invention.
  • the piston 10 may be a one-piece or multi-piece piston.
  • the piston 0 may be made of a steel material and / or a light metal material.
  • Figures 1 and 2 show an example of a one-piece box piston 10.
  • the piston 10 has a piston head 11 with a combustion bowl 13 having a piston head 12, a peripheral land 14 and a ring portion 15 for receiving piston rings (not shown). In the amount of the ring section 15, a circumferential cooling channel 16 is provided.
  • the piston 10 further includes a piston stem 17 with piston bosses 18 and hub bores 19 for receiving a piston pin (not shown).
  • the piston hubs 18 are connected via hub connections 21 to the lower side 11 a of the piston head 11.
  • the piston hubs 17 are connected to each other via running surfaces 22, 23.
  • the running surface 22 of the pressure side DS of the piston 10 and the running surface 23 of the counter-pressure side GDS of the piston 10 is
  • the piston 10 has in the exemplary embodiment two outgoing from the cooling channel 16 holes 24.
  • the holes 24 extend in the direction of the counter-pressure side GDS associated tread 23 and are inclined, such that they include ⁇ with the piston center axis an acute angle ⁇ (see Figure 1).
  • the bore holes 24 open into the running surface 23 in the form of bore openings 25.
  • the two bore openings 25 open directly beneath the ring section 15 of the piston head 11 in the region of the hub connection 21 of the piston shaft 17 into the running surface 23.
  • the bore openings 25 are in the exemplary embodiment in FIGS arranged above the upper edge regions of the tread 23 (see Figure 2). Of course, both only one bore opening and three or more bore openings may be provided, which should then be distributed over the width of the tread 23 expediently.
  • the tread 23 associated with the counterpressure side GDS has in each case a depression 26 in the region of the bore openings 25.
  • the running surface 23 is provided with a coating 23a, for example Grafal®, and the depressions 26 are introduced into the coating 23a or therethrough up to the piston skirt surface; in the exemplary embodiment, the depressions 26 have a depth of approximately 20 ⁇ m.
  • the depressions 26 can also be fed directly into the be introduced material of the tread 23, either because the depth of the recesses exceeds the thickness of the coating, either because there is no coating.
  • the recesses 26 surround the bore openings 25 in the exemplary embodiment in approximately semicircular. It is also conceivable that the bore openings 25 are arranged at a greater distance from the ring section 15 and the recesses 26 surround the bore openings 25 in a circular manner.
  • the tread 23 associated with the counter-pressure side GDS of the piston 10 according to the invention is selectively supplied with lubricating oil during engine operation as follows.
  • lubricating oil is forced out of the cooling passage 16 into the bores 24, exits through the bore openings 25 and is trapped in the recesses 26.
  • the intercepted lubricating oil is distributed in the wells 26. Since lubricating oil is constantly being supplied from the cooling channel 16, an oil pressure can build up, so that the running surface 23 of the piston 10 can float hydrodynamically with respect to the corresponding cylinder surface.
  • the lubricating oil can pass from recesses 26 to the tread 23 and cause a reliable lubrication thereof, so that the friction forces occurring are significantly reduced. Due to the preferred arrangement of the bore openings 25 immediately below the ring section 15, in particular the highly loaded upper region of the running surface 23 is supplied with lubricating oil.
  • FIGS. 3 to 6 show a further preferred embodiment of a piston 110.
  • the piston 110 corresponds in its construction to the piston 10 according to FIGS. 1 and 2, so that identical structures are provided with the same reference numerals and in this respect to the above description of the figures relating to FIGS and 2 is referenced.
  • the piston 110 according to the invention is characterized by the following additional features.
  • the piston 110 has a further outgoing from the cooling channel 16 bore 127.
  • the bore 127 is received in a material thickening 128, which in the interior space 129 of the piston 110 is formed.
  • the material thickening 128 can be introduced, for example, during the production of the piston blank, such as casting or forging.
  • the bore 127 extends in the direction of the tread 22 associated with the pressure side DS and merges into a bore outlet 131.
  • the bore outlet 131 opens into the tread 22 associated with the pressure side DS.
  • the bore outlet 131 is arranged inclined so that it encloses an acute angle ⁇ with the piston center axis M (see FIG.
  • the bore 127 has the same inclination as the bore outlet 131, so that the bore 127 with the piston center axis M the same acute angle ß includes as the bore outlet 131.
  • the bore 127 but also deviate from this.
  • a deflection surface 132 is formed on the tread side.
  • the deflecting surface 132 is inclined to the running surface 22, that is to say that the parting line 132a of the deflecting surface 132 which results in the intersection encloses an acute angle ⁇ with the running surface 22 (see FIG.
  • the bore outlet 131 opens into the running surface 22 such that an opening 133 is formed in the running surface 22 (see FIG.
  • the opening 133 is formed substantially slit-shaped, depending on the design and size of the piston 110, other shapes are conceivable.
  • the opening 133 is formed in the embodiment below the hub center N of the tread 22 (see Figure 3).
  • the tread 22 assigned to the pressure side DS has a depression 134 in the region of the opening 133.
  • the running surface 22 is provided with a coating 22a, for example Grafal®, and the depression 134 is introduced into the coating 22a.
  • the recess 134 has a depth of about 20pm.
  • the depression 134 may also be introduced directly into the material of the running surface 22, either because the depth of the depression exceeds the thickness of the coating, be it because no coating is present. The latter embodiment is shown in FIG.
  • the depression 134 completely surrounds the opening 133 and can in principle be shaped as desired.
  • an oil-collecting region 136 is formed above the opening 133.
  • the oil-collecting region 136 extends substantially transversely to the opening 133 and is provided with two oil-collecting reservoirs 137.
  • the oil collecting reservoirs 137 are respectively formed on the left and right of the opening 133 (see Fig. 4).
  • those areas 138 of the tread 22 are additionally indicated, which are supplied in the engine operation from the lower edge 17a of the piston shaft 17 with lubricating oil.
  • the tread 22 associated with the pressure side DS of the piston 110 is selectively supplied with lubricating oil during engine operation as follows.
  • lubricating oil is forced out of the cooling passage 16 into the bore 127 and exits through the bore outlet 131 into the recess 134.
  • a portion of the lubricating oil is intercepted by the deflecting surface 132, so that this part of the lubricating oil remains in the recess 134. The remaining lubricating oil runs back into the cooling channel 16.
  • lubricating oil is distributed therein, so that here also an oil pressure is built up and the tread 22 of the piston 110 can float hydrodynamically with respect to the corresponding cylinder surface.
  • the lubricating oil is pressed into the oil collecting reservoirs 137 of the oil trapping region 136 during the downward stroke and passes from the depression 134 in the direction of the arrows P to the tread 22.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (10, 110) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenkopf (11) und einem Kolbenschaft (17), wobei der Kolbenkopf (11) eine umlaufende Ringpartie (15) sowie im Bereich der Ringpartie (15) einen umlaufenden Kühlkanal (16) aufweist und der Kolbenschaft (17) jeweils eine seiner Druckseite (DS) und eine seiner Gegendruckseite (GDS) zugeordnete Lauffläche (22, 23) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine vom Kühlkanal (16) ausgehende Bohrung (24) vorgesehen ist, die in Form einer Bohrungsöffnung (25) in die der Gegendruckseite (GDS) zugeordnete Lauffläche (23) mündet und geneigt angeordnet ist, derart, dass sie mit der Kolbenmittelachse (M) einen spitzen Winkel (α) einschließt, und dass die der Gegendruckseite (GDS) zugeordnete Lauffläche (23) im Bereich der mindestens einen Bohrungsöffnung (25) eine Vertiefung (26) aufweist.

Description

Kolben für einen Verbrennungsmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, wobei der Kolbenkopf eine umlaufende Ringpartie sowie im Bereich der Ringpartie einen umlaufenden Kühlkanal aufweist und der Kolbenschaft jeweils eine seiner Druckseite und eine seiner Gegendruckseite zugeordnete Lauffläche aufweist.
In modernen Verbrennungsmotoren ist es schwierig, eine optimale Schmierölversorgung der Laufflächen zu gewährleisten. Dies gilt sowohl für den Aufwärtshub, bei dem die der Gegendruckseite des Kolbens zugeordnete Lauffläche an der korrespondierenden Zylinderlauffläche anliegt als auch für den Abwärtshub, bei dem die der Druckseite des Kolbens zugeordnete Lauffläche an der korrespondierenden Zylinderlauffläche anliegt. Beim Aufwärtshub bewegt sich der Kolben in einem Bereich, in dem in der Regel wenig oder kein Öl angeboten wird, da beim vorausgegangenen Abwärtshub der Olabstreifring das vorhandene Öl in Richtung Kurbelwellengehäuse transportiert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Kolben so weiterzuentwickeln, dass im Motorbetrieb eine verbesserte Schmierölversorgung der der Gegend ruckseite zugeordneten Lauffläche des Kolbens möglich ist.
Die Lösung besteht darin, dass mindestens eine weitere vom Kühlkanal ausgehende Bohrung vorgesehen ist, die in Form einer Bohrungsöffnung in die der Gegendruckseite zugeordnete Lauffläche mündet und geneigt angeordnet ist, derart, dass sie mit der Kolbenmittelachse einen spitzen Winkel einschließt, und dass die der Gegendruckseite zugeordnete Lauffläche im Bereich der mindestens einen Bohrungsöffnung eine Vertiefung aufweist.
Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass der der Gegendruckseite zugeordneten Lauffläche aus dem Kühlkanal gezielt Schmieröl zugeführt
BESTÄTIGUNGSKOPIE wird, so dass ein hydrodynamisches Aufschwimmen des Kolbens auf einem Schmierölfilm ermöglicht wird. Dies wird durch die die mindestens eine Bohrungsöffnung umgebende Vertiefung ermöglicht. Beim Aufwärtshub wird Schmieröl aus dem Kühlkanal in die Bohrung gedrückt, tritt durch die mindestens eine Bohrungsöffnung aus und wird in der mindestens einen Vertiefung abgefangen. Das abgefangene Schmieröl verteilt sich in der mindestens einen Vertiefung. Da aus dem Kühlkanal ständig Schmieröl nachgeliefert wird, kann sich ein Öldruck aufbauen. Das Schmieröl kann aus der mindestens einen Vertiefung auf die Lauffläche übertreten und eine zuverlässige Schmierung derselben bewirken, so dass die beim Aufwärtshub auftretenden Reibungskräfte deutlich reduziert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die mindestens eine Bohrungsöffnung mündet vorzugsweise unmittelbar unterhalb der Ringpartie in die Lauffläche, so dass insbesondere der obere Bereich der Lauffläche mit Schmieröl versorgt wird.
Es können mindestens zwei Bohrungen vorgesehen sein, um die Versorgung der Lauffläche mit Schmieröl zu gewährleisten.
Die mindestens eine Vertiefung ist bevorzugt kreisförmig oder halbkreisförmig ausgebildet, da eine solche Geometrie besonders einfach herzustellen ist.
Die Vertiefung kann eine Tiefe von 10μιη bis 30pm aufweisen, damit einerseits genügend Schmieröl abgefangen wird, andererseits ein ausreichend hoher Öldruck aufgebaut wird.
Je nach Kolbenbauart kann die Vertiefung im Werkstoff des Kolbens selbst ausgebildet sein, sie kann aber auch in oder durch eine Beschichtung ausgebildet sein, die auf der Lauffläche aufgebracht ist.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung sieht vor, eine vom Kühlkanal ausgehende Bohrung vorgesehen ist, die in einen Bohrungsauslauf übergeht, der in die der Druckseite zugeordnete Lauffläche mündet und geneigt angeordnet ist, derart, dass der Bohrungsauslauf mit der Kolbenmittelachse einen spitzen Winkel einschließt, so dass eine Öffnung in der Lauffläche gebildet ist, dass zwischen der Bohrung und dem Bohrungsauslauf eine zur Lauffläche geneigte und in dieselbe übergehende Ablenkfläche vorgesehen ist, und dass die der Druckseite zugeordnete Lauffläche im Bereich der Öffnung eine Vertiefung aufweist, die oberhalb der Öffnung mindestens einen Ölfangbereich bildet.
Hierbei wird beim Aufwärtshub Schmieröl aus dem Kühlkanal in die Bohrung gedrückt und tritt durch den Bohrungsauslauf aus. Beim anschließenden Abwärtshub wird ein Teil des Schmieröls durch die Ablenkfläche abgefangen und der Rest läuft in den Kühlkanal zurück. Das im Verlauf des Abwärtshubs abgefangene Schmieröl verteilt sich in der die Öffnung umgebende Vertiefung, so dass auch hier ein Öldruck aufgebaut wird. Anschließend kann das Schmieröl aus der Vertiefung auf die Lauffläche übertreten und eine zuverlässige Schmierung derselben bewirken, so dass die beim Abwärtshub auftretenden Reibungskräfte ebenfalls deutlich reduziert werden.
Der Ölfangbereich erstreckt sich bevorzugt quer zur Öffnung, so dass ein möglichst großer Bereich der Lauffläche mit Schmieröl versorgt wird.
Besonders bevorzugt bildet der Ölfangbereich beiderseits jeweils ein Ölsammelre- servoir. Dadurch wird Schmieröl bevorzugt im oberen Bereich der Lauffläche gesammelt und kann auf diesen Bereich der Lauffläche übertreten. Damit wird der am höchsten belastete Bereich der Lauffläche besonders zuverlässig mit Schmieröl versorgt.
Die Bohrung kann zweckmäßigerweise in einer im Inneren des Kolbens gebildeten Werkstoffverdickung verlaufen, die bereits bei der Herstellung des Kolbenrohlings, bspw. beim Schmieden oder Gießen, eingebracht werden kann.
Die vom Bohrungsauslauf gebildete Öffnung kann bspw. unterhalb der Nabenmitte in der Lauffläche gebildet sein, um einen möglichst großen Bereich der Lauffläche mit Schmieröl zu versorgen. Die Vertiefung kann eine Tiefe von 10μπη bis 30μηη aufweisen, damit einerseits genügend Schmieröl abgefangen wird, andererseits ein ausreichend hoher Öldruck aufgebaut wird.
Je nach Kolbenbauart kann die Vertiefung im Werkstoff des Kolbens selbst ausgebildet sein, sie kann aber auch in einer Beschichtung ausgebildet sein, die auf der Lauffläche aufgebracht ist.
Die vorliegende Erfindung ist für alle Kolbentypen und alle Kolbenbauarten geeignet.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispie! eines erfindungsgemäßen Kolbens in einer Teildarstellung im Schnitt;
Fig. 2 der Kolben gemäß Figur 1 in einer um 90° gedrehten Seitenansicht.
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im
Schnitt;
Fig. 4 der Kolben gemäß Figur 3 in einer um 90° gedrehten Seitenansicht;
Fig. 5 eine vergrößerte Teildarstellung des Kolbens gemäß Figur 3;
Fig. 6 eine vergrößerte Tetidarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kolbens.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der Kolben 0 kann aus einem Stahlwerkstoff und/oder einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt sein. Die Figuren 1 und 2 zeigen beispielhaft einen einteiligen Kastenkolben 10. Der Kolben 10 weist einen Kolbenkopf 11 mit einem eine Verbrennungsmulde 13 aufweisenden Kolbenboden 12, einem umlaufenden Feuersteg 14 und einer Ringpartie 15 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 15 ist ein umlaufender Kühlkanal 16 vorgesehen. Der Kolben 10 weist ferner einen Kolbenschaft 17 mit Kolbennaben 18 und Nabenbohrungen 19 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Kolbennaben 18 sind über Nabenan- bindungen 21 mit der Unterseite 11a des Kolbenkopfes 11 verbunden. Die Kolbennaben 17 sind über Laufflächen 22, 23 miteinander verbunden. Hierbei ist die Lauffläche 22 der Druckseite DS des Kolbens 10 und die Lauffläche 23 der Gegendruckseite GDS des Kolbens 10 zugeordnet.
Der erfindungsgemäße Kolben 10 weist im Ausführungsbeispiel zwei, vom Kühlkanal 16 ausgehende Bohrungen 24 auf. Die Bohrungen 24 verlaufen in Richtung der der Gegendruckseite GDS zugeordneten Lauffläche 23 und sind geneigt angeordnet, derart, dass sie mit der Kolbenmittelachse M einen spitzen Winkel α einschließen (vgl. Figur 1 ).
Die Bohrungen 24 münden in Form von Bohrungsöffnungen 25 in die Lauffläche 23. Im Ausführungsbeispiel münden die beiden Bohrungsöffnungen 25 unmittelbar unterhalb der Ringpartie 15 des Kolbenkopfes 11 im Bereich der Nabenanbindung 21 des Kolbenschafts 17 in die Lauffläche 23. Die Bohrungsöffnungen 25 sind im Ausführungsbeispiel in den oberen Randbereichen der Lauffläche 23 angeordnet (vgl. Figur 2). Selbstverständlich können sowohl lediglich eine Bohrungsöffnung als auch drei oder mehr Bohrungsöffnungen vorgesehen sein, die dann zweckmäßigerweise über die Breite der Lauffläche 23 verteilt sein sollten.
Die der Gegendruckseite GDS zugeordnete Lauffläche 23 weist im Bereich der Bohrungsöffnungen 25 jeweils eine Vertiefung 26 auf. Im Ausführungsbeispiel ist die Lauffläche 23 mit einer Beschichtung 23a, bspw. Grafal® versehen, und die Vertiefungen 26 sind in die Beschichtung 23a oder in dieser hindurch bis zur Kolben- schaftoberfläche eingebracht, im Ausführungsbeispiel weisen die Vertiefungen 26 eine Tiefe von etwa 20μιτι auf. Die Vertiefungen 26 können auch direkt in den Werk- stoff der Lauffläche 23 eingebracht sein, sei es, weil die Tiefe der Vertiefungen die Dicke der Beschichtung übersteigt, sei es, weil keine Beschichtung vorhanden ist.
Die Vertiefungen 26 umgeben die Bohrungsöffnungen 25 im Ausführungsbeispiel in etwa halbkreisförmig. Es ist auch denkbar, dass die Bohrungsöffnungen 25 in größerem Abstand zur Ringpartie 15 angeordnet und die Vertiefungen 26 die Bohrungsöffnungen 25 kreisförmig umgeben.
Die der Gegendruckseite GDS zugeordnete Lauffläche 23 des erfindungsgemäßen Kolbens 10 wird im Motorbetrieb wie folgt gezielt mit Schmieröl versorgt. Beim Aufwärtshub wird Schmieröl aus dem Kühlkanal 16 in die Bohrungen 24 gedrückt, tritt durch die Bohrungsöffnungen 25 aus und wird in den Vertiefungen 26 abgefangen. Das abgefangene Schmieröl verteilt sich in den Vertiefungen 26. Da aus dem Kühlkanal 16 ständig Schmieröl nachgeliefert wird, kann sich ein Öldruck aufbauen, so dass die Lauffläche 23 des Kolbens 10 gegenüber der korrespondierenden Zylinderlauffläche hydrodynamisch aufschwimmen kann. Das Schmieröl kann aus Vertiefungen 26 auf die Lauffläche 23 übertreten und eine zuverlässige Schmierung derselben bewirken, so dass die auftretenden Reibungskräfte deutlich reduziert werden. Durch die bevorzugte Anordnung der Bohrungsöffnungen 25 unmittelbar unterhalb der Ringpartie 15 wird insbesondere der hoch belastete obere Bereich der Lauffläche 23 mit Schmieröl versorgt.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Kolbens 110. Der Kolben 110 entspricht in seinem Aufbau dem Kolben 10 gemäß den Figuren 1 und 2, so dass gleiche Strukturen mit denselben Bezugszeichen versehen sind und diesbezüglich auf die obige Figurenbeschreibung zu den Figuren 1 und 2 verwiesen wird.
Der erfindungsgemäße Kolben 110 zeichnet sich durch die folgenden zusätzlichen Merkmale aus.
Der Kolben 110 weist eine weitere vom Kühlkanal 16 ausgehende Bohrung 127 auf. Die Bohrung 127 ist in eine Werkstoffverdickung 128 aufgenommen, die im Innen- räum 129 des Kolbens 110 gebildet ist. Die Werkstoffverdickung 128 kann bspw. bei der Herstellung des Kolbenrohlings, wie Gießen oder Schmieden, eingebracht werden. Die Bohrung 127 verläuft in Richtung der der Druckseite DS zugeordneten Lauffläche 22 und geht in einen Bohrungsauslauf 131 über. Der Bohrungsauslauf 131 mündet in die der Druckseite DS zugeordnete Lauffläche 22. Der Bohrungsauslauf 131 ist geneigt angeordnet, derart, dass er mit der Kolbenmittelachse M einen spitzen Winkel ß einschließt (vgl. Figur 5). Im Ausführungsbeispiel weist die Bohrung 127 dieselbe Neigung auf wie der Bohrungsauslauf 131 , so dass die Bohrung 127 mit der Kolbenmittelachse M denselben spitzen Winkel ß einschließt wie der Bohrungsauslauf 131. Je nach Bauart des Kolbens 110 und Lage des Kühlkanals 16 kann die Bohrung 127 aber auch abweichend hiervon verlaufen.
Zwischen der Bohrung 127 und dem Bohrungsauslauf 131 ist laufflächenseitig eine Ablenkfläche 132 ausgebildet. Die Ablenkfläche 132 ist zur Lauffläche 22 geneigt, das heißt, die im Schnitt sich ergebene Scheitellinie 132a der Ablenkfläche 132 schließt mit der Lauffläche 22 einen spitzen Winkel γ ein (vgl. Figur 5).
Der Bohrungsauslauf 131 mündet in die Lauffläche 22 derart, dass eine Öffnung 133 in der Lauffläche 22 gebildet ist (vgl. Figur 4). Im Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 133 im Wesentlichen schlitzförmig ausgebildet, abhängig von Bauart und Größe des Kolbens 110 sind auch andere Formen denkbar. Die Öffnung 133 ist im Ausführungsbeispiel unterhalb der Nabenmitte N der Lauffläche 22 gebildet (vgl. Figur 3).
Die der Druckseite DS zugeordnete Lauffläche 22 weist im Bereich der Öffnung 133 eine Vertiefung 134 auf. Im Ausführungsbeispiel ist die Lauffläche 22 mit einer Be- schichtung 22a, bspw. Grafal® versehen, und die Vertiefung 134 ist in die Beschich- tung 22a eingebracht. Im Ausführungsbeispiel weist die Vertiefung 134 eine Tiefe von etwa 20pm auf. Die Vertiefung 134 kann auch direkt in den Werkstoff der Lauffläche 22 eingebracht sein, sei es, weil die Tiefe der Vertiefung die Dicke der Be- schichtung übersteigt, sei es, weil keine Beschichtung vorhanden ist. Die letztere Ausführungsform ist in Figur 6 dargestellt. Die Vertiefung 134 umgibt die Öffnung 133 vollständig und kann im Prinzip beliebig geformt sein. Um eine ausreichende Schmierölversorgung der Lauffläche 22 in ihren besonders hoch belasteten Bereichen 135 zu gewährleisten, ist oberhalb der Öffnung 133 ein Ölfangbereich 136 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Ölfangbereich 136 im Wesentlichen quer zur Öffnung 133 und ist mit zwei Öl- sammelreservoirs 137 versehen. Die Ölsammelreservoirs 137 sind jeweils links und rechts der Öffnung 133 ausgebildet (vgl. Figur 4). In Figur 4 sind ergänzend diejenigen Bereiche 138 der Lauffläche 22 gekennzeichnet, die im Motorbetrieb von der Unterkante 17a des Kolbenschafts 17 aus mit Schmieröl versorgt werden.
Die der Druckseite DS zugeordnete Lauffläche 22 des erfindungsgemäßen Kolbens 110 wird im Motorbetrieb wie folgt gezielt mit Schmieröl versorgt. Beim Aufwärtshub wird Schmieröl aus dem Kühlkanal 16 in die Bohrung 127 gedrückt und tritt durch den Bohrungsauslauf 131 in die Vertiefung 134 aus. Beim anschließenden Abwärtshub wird ein Teil des Schmieröls durch die Ablenkfläche 132 abgefangen, so dass dieser Teil des Schmieröls in der Vertiefung 134 verbleibt. Das restliche Schmieröl läuft in den Kühlkanal 16 zurück. Das im Verlauf des Abwärtshubs in der Vertiefung 134 abgefangene Schmieröl verteilt sich darin, so dass hier ebenfalls ein Öldruck aufgebaut wird und die Lauffläche 22 des Kolbens 110 gegenüber der korrespondierenden Zylinderlauffläche hydrodynamisch aufschwimmen kann. Das Schmieröl wird während des Abwärtshubs in die Ölsammelreservoirs 137 des Ölfangsbereichs 136 gedrückt und tritt aus der Vertiefung 134 in Richtung der Pfeile P auf die Lauffläche 22 über. Somit wird auch in diesem Fall eine zuverlässige Schmierung der besonders hoch belasteten Bereiche 135 der Lauffläche 22 gewährleistet, die beim Abwärtshub auftretenden Reibungskräfte deutlich reduziert werden.

Claims

Patentansprüche
Kolben (10, 110) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenkopf (11 ) und einem Kolbenschaft (17), wobei der Kolbenkopf (11 ) eine umlaufende Ringpartie (15) sowie im Bereich der Ringpartie (15) einen umlaufenden Kühlkanal (16) aufweist und der Kolbenschaft (17) jeweils eine seiner Druckseite (DS) und eine seiner Gegendruckseite (GDS) zugeordnete Lauffläche (22, 23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine vom Kühlkanal (16) ausgehende Bohrung (24) vorgesehen ist, die in Form einer Bohrungsöffnung (25) in die der Gegendruckseite (GDS) zugeordnete Lauffläche (23) mündet und geneigt angeordnet ist, derart, dass sie mit der Kolbenmittelachse (M) einen spitzen Winkel (a) einschließt, und dass die der Gegendruckseite (GDS) zugeordnete Lauffläche (23) im Bereich der mindestens einen Bohrungsöffnung (25) eine Vertiefung (26) aufweist.
Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bohrungsöffnung (26) unmittelbar unterhalb der Ringpartie (15) in die Lauffläche (23) mündet.
Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bohrungen (24) vorgesehen sind.
Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (26) kreisförmig oder halbkreisförmig ausgebildet ist.
Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (26) eine Tiefe von 0pm bis 30pm aufweist
Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (26) im Werkstoff des Kolbens (10) ausgebildet ist.
7. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (23) eine Beschichtung (23a) aufweist, in der die mindestens eine Vertiefung (26) ausgebildet ist.
8. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Kühlkanal (16) ausgehende Bohrung (127) vorgesehen ist, die in einen Bohrungsauslauf (131 ) übergeht, der in die der Druckseite (DS) zugeordnete Lauffläche (22) mündet und geneigt angeordnet ist, derart, dass er mit der Kolbenmittelachse (M) einen spitzen Winkel (ß) einschließt, so dass eine Öffnung (133) in der Lauffläche (22) gebildet ist, dass zwischen der Bohrung (127) und dem Bohrungsauslauf (131 ) eine zur Lauffläche (22) geneigte Ablenkfläche (132) vorgesehen ist, und dass die der Druckseite (DS) zugeordnete Lauffläche (22) im Bereich der Öffnung (133) eine Vertiefung (134) aufweist, die oberhalb der Öffnung (133) mindestens einen Ölfangbereich (136) bildet
9. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ölfangbereich (136) quer zur Öffnung (133) erstreckt.
10. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölfangbereich (136) beiderseits der Öffnung (133) jeweils ein Ölsammelreservoir (137) bildet.
11. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (127) in einer im Innenraum (129) des Kolbens (110) gebildete Werkstoffverdickung (128) verläuft.
12. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (127) unterhalb der Nabenmitte (N) in der Lauffläche (22) gebildet ist.
13. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (134) eine Tiefe von 10pm bis 30μιη aufweist.
14. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (134) im Werkstoff des Kolbens (110) ausgebildet ist.
15. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (22) eine Beschichtung (22a) aufweist, in der die Vertiefung (134) ausgebildet ist.
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