WO2018114221A1 - Kolben einer brennkraftmaschine - Google Patents
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- WO2018114221A1 WO2018114221A1 PCT/EP2017/080376 EP2017080376W WO2018114221A1 WO 2018114221 A1 WO2018114221 A1 WO 2018114221A1 EP 2017080376 W EP2017080376 W EP 2017080376W WO 2018114221 A1 WO2018114221 A1 WO 2018114221A1
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- piston
- cooling channel
- cooling
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- piston pin
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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
Definitions
- the present invention relates to a piston of an internal combustion engine, having a piston body and a piston head having a piston body, according to the preamble of claim 1.
- the invention also relates to an internal combustion engine with at least one such piston.
- a circumferential cooling channel is usually arranged in the piston head.
- a cooling medium is arranged, which improved
- Cooling duct sheet sealed, cooling channels is injected into this usually cooling oil.
- a cooling channel has at least one cooling oil inlet and at least one cooling oil outlet, through which the cooling oil is supplied to the cooling channel or discharged therefrom.
- the cooling channel is often attached with an additional subsequently
- Cooling channel cover formed. These cooling duct covers, which
- the multi-part piston comprises a piston upper part and a piston lower part, wherein the piston upper part and the piston lower part respectively an inner and an outer support member which define an outer circumferential cooling channel and an inner cooling space, the
- Refrigerator floor has an opening. Furthermore, a cooling oil channel is also provided which connects the circumferential cooling channel fluidly with the inner cooling space.
- the inner cooling compartment is used to cool the combustion chamber trough,
- Closing element is closed, which has at least one cooling oil opening, which is flowed through by the cooling oil and for lubricating a
- Piston pin is used.
- the disadvantage here is that the closure element must be fixed consuming at the opening of the cold room floor.
- the closure element may be held with a provided on the opening of the cooling space floor locking groove, whereby a subsequent processing of the piston in the form of a complex milling process is needed.
- a piston of an internal combustion engine which has a metal ring for covering an annular cavity for receiving a cooling oil.
- the metal ring is on the one hand with its collar in a recess of an annular wall and on the other hand, the metal ring is supported under bias on a headband on a hub bush.
- Piston pin lubrication can be done.
- the present invention therefore deals with the problem of an improved or at least for an internal combustion engine of the generic type to provide an alternative embodiment, which in particular overcomes the disadvantages known from the prior art and also
- the present invention is based on the general idea to increase the performance and service life of an internal combustion engine in that by forming two opposing and with a cooling channel fluidly connected piston pin lubrication channels, and a
- Insertion element which is arranged on an underside of the piston crown, a cooling medium on the one hand can be selectively guided to a dome and on the other hand directed to a piston pin or a piston pin hub to both a cooling of the dome, as well as a lubrication just this piston pin or flat to allow this piston pin hub.
- Cooling channel cover is equipped with one corresponding to the pockets tab, which together with the pockets on the piston body form the Kolbenbolzenschmierkanäle.
- the also subsequently introduced insert element is at least partially axially from the bottom of the
- Insert element an additional channel for targeted cooling of the cathedral.
- the cooling medium collected underneath the dome can at the same time drip onto the piston pin or the piston pin hub in a targeted manner via the dripping edges provided for this purpose, which are provided laterally on the insert element, whereby the targeted lubrication is made possible.
- the piston according to the invention of such an internal combustion engine has at least one, a piston skirt and a piston head having piston body, wherein the piston head has such an at least partially encircling cooling channel for receiving the cooling medium, which is open on a side facing away from the piston crown.
- the cooling channel is at least partially closed by the cooling channel cover.
- the piston further has one, preferably two such spaced apart
- the piston has the opposite piston pin lubrication channels, which are fluidically connected to the cooling channel and extend in the direction of a piston interior.
- the respective opposite pockets are formed, which at least partially form the Kolbenbolzenschmierkanäle.
- the cooling channel cover has at least the two, with the pockets corresponding, radially offset inwardly tabs, which together with the pockets form the Kolbenbolzenschmierkanäle.
- About the configuration of the pockets on the piston body can be done in combination with the configuration of the tabs of the cooling channel cover, the dimensioning of the piston pin lubrication channels.
- the insert element At the bottom of the piston crown is arranged the insert element which is at least partially axially spaced from the underside of the piston crown and to the opposite
- the insert element is designed such that this opposite
- Piston pin lubrication channel at least partially fluidly interconnects. This means that the cooling medium, starting from the circulating cooling channel in the piston head, flows in each case through the opposing piston pin lubrication channel in the direction of the piston interior and continues from the insert element, meeting one another below the dome. Thus, a so-called shaker space arises below the dome, in which the cooling oil is shaken back and forth in a translatory movement of the piston.
- the insert element is designed such that it at least does not completely cover a piston pin or such a piston pin hub provided below the insert element and that the insert element has a drip edge at least on one side, particularly preferably on both sides, which is designed such that the cooling medium flowing over the insert element drips off at the drip edge and directly onto the piston pin or the
- the insert element has at least one cooling oil opening, which is arranged in particular centrally in the region of the dome and through which the cooling medium can flow.
- the cooling opening allows precise metering of the cooling medium flowing away in the direction of the piston pin or piston pin hub.
- Cooling duct cover is clamped.
- Cooling duct cover is used to clamp the insert plate at the bottom of the piston crown.
- At least one axial spacer is formed, so that an axial spacing to the underside of the piston head is made possible, which allows the cooling medium between the underside of the piston crown and the insert element can flow.
- the insert element is at least metallic and in particular made of a steel spring plate.
- the metallic design is due to the previously described bias of the insert element. It should be noted that according to the invention all conceivable materials are protected for the production of the insert element.
- Cooling duct cover is designed as a two-part and mirror-symmetrical particular sheet metal ring having at least one cooling medium inlet opening and ademediumauslassö réelle.
- a two-piece sheet metal ring can greatly facilitate the subsequent assembly on the piston body.
- the cooling medium inlet opening and thedemediumauslassö réelle are each arranged between the adjacent sheet metal ring parts, whereby an example subsequent drilling for the penetration of the sheet metal parts can be saved.
- the cooling channel cover is clamped between an annular wall and an annular rib. It is conceivable that the cooling channel cover is clamped between the annular wall and the annular rib.
- cooling channel cover is supported on a contact surface formed on the piston body in the region of the piston rib.
- the bearing surface may be formed as a kind of bead-like thickening, which projects radially from the piston rib into the cooling channel.
- the cooling channel cover in particular in the region of the tab, on a side facing away from the piston crown, deep-drawn.
- the tab can be chamfered in the direction of the piston interior.
- the contour of the tab substantially corresponds to the contour of the bag, so that the formed
- Piston pin lubrication channel has a continuous cross-sectional area over its elongated extent.
- the piston according to the invention is designed as a steel piston or as a cast piston, for example, cast iron or investment casting.
- the cooling medium in particular has a cooling oil.
- the cooling oil serves both for cooling and for the lubrication of the mechanically movable components.
- the piston may preferably be formed as a one-piece steel piston, wherein after arrangement of the cooling channel cover of a multi-part piston may be mentioned.
- FIG. 1 shows a sectional view through a piston according to the invention of an internal combustion engine
- FIG. 2 shows a further sectional view of the piston according to the invention from FIG. 1, which is rotated by 90 ° about a longitudinal axis, FIG.
- Fig. 3 is a plan view of a cooling channel cover, as a two-part
- Sheet metal ring is formed with opposite tabs on which an insert element is supported
- Fig. 4 is a sectional view of the piston according to the invention with
- the piston 1 shows a sectional view through a piston 1 according to the invention an internal combustion engine 2.
- the piston 1 is formed as a substantially one-piece piston body 5, wherein the piston 1, by a subsequently still explained in more detail and subsequently attached cooling duct cover 10, and a subsequently mounted insert element 23, can be referred to as a multi-part piston 1.
- the illustrated piston 1 comprises the piston body 5, which has a piston shaft 3 and a piston head 4.
- a circumferential cooling channel 6 is arranged, which is open on a side facing the piston skirt 3. Radially outward, the cooling channel 6 is bounded by an annular wall 21 and radially inwardly by an annular rib 22, which in turn also limits a combustion bowl 9 on the piston head 8 to the outside.
- the cooling channel 6 is provided for receiving a cooling medium 7, which is preferably at least partially formed from a cooling oil 24.
- the piston head 4 further points on the piston head 8 in the region of
- the piston 1 shown by way of example comprises two mutually spaced piston pin bosses 1 1, to each of which a hub bore 12, for receiving an otherwise not shown
- Piston pin is provided.
- the piston pin can be tight in the
- Piston pin hubs 1 1 jammed or preferably floating.
- On the piston body 5 are on one of the combustion bowl 9 side facing away, formed in the region of the transition from the annular rib 22 to the piston head 8, two opposite pockets 15, each in the circumferential direction 20 in the region between the piston pin bosses 1 1 or in other words in the region of the piston skirt 3 are arranged.
- the pockets 15 each form at least part of a piston pin lubrication channel 14. That is, by arranging the pockets 15, the piston pin lubrication channels 14 on the one hand to the piston head 8, on one side in the axial direction and on the other hand in
- the piston pin lubrication channels 14 extend radially outward in each case in the cooling channel 6 and radially inwardly at least in the direction of the piston pin or in the direction of
- the cooling channel 6 and the piston pin lubrication channels 14 are thus fluidly connected to each other.
- the cooling channel cover 10 has one in the region of the piston pin lubrication channels 14, to the pockets 15th
- Insertion element 23 is arranged between the piston pin lubrication channels 14 and is supported on the tabs 16 of the cooling channel cover 10. Next, the insert element 23, in the embodiment shown, two
- Piston pin lubrication channels 14 fluidly interconnects.
- the insert member 23 may suitably between the bottom 28 of the piston head 8 and on both sides of the respective tabs 16 of the
- Cooling duct cover 10 to be biased or jammed.
- the insert element 23 may be made of a steel spring plate. It is also conceivable that that Insert element 23, for example made of a high-strength plastic,
- the piston 1 can be designed as a steel piston or as a cast piston 1, for example made of cast iron or precision cast iron.
- the cooling medium 7 may be a cooling oil 24, which on the one hand has at least a certain thermal conductivity, so that a cooling of the vacant places is made possible and on the other hand at least has a certain lubricity, so that wear of the mechanically moving components is reduced.
- FIG. 2 shows a further sectional illustration through the piston 1 according to the invention of the internal combustion engine 2 from FIG. 1, the illustration in FIG. 2 being rotated through 90 °.
- a cooling medium 7 which flows in the dome cooling channel 33, can flow off or drip off at least laterally from the insert element 23.
- the piston pin lubrication channels 14 are arranged opposite one another in the circumferential direction 20, exactly between the piston pin bosses 1 1.
- the insert element 23 may be formed such that it at least not completely covers the underlying piston pin or the piston pin bosses 1 1 of the cross-sectional area, so that the outflowing or dripping cooling medium 7 as possible hits the piston pin or the piston pin bosses 1 1.
- the piston body 5 has in the region of the cooling channel 6 an at least partially encircling bead-like thickening, which protrudes at least partially radially into the cooling channel 6 and as a support surface 30 for such subsequently to be attached cooling duct cover 10 is provided.
- the cooling channel cover 10 may be supported at least on the support surface 30 or may be clamped to this support surface 30.
- the bead-like thickening or the bearing surface 30 is interrupted in the region of the pockets 15.
- the cooling channel cover 10 between the annular wall 21 and the annular rib 22 and the support surface 30 may be firmly clamped. It is also conceivable that the cooling channel cover 10 experiences a certain curvature under the bias.
- FIG. 3 shows a plan view of a cooling channel cover 10, which is designed as a two-part sheet-metal ring 17 with opposite lugs 16, on which an insert element 23 is supported.
- the cooling channel cover 10 has two sheet metal ring sections 26 in the illustrated embodiment. On adjacent longitudinal sides of the mirror-symmetrical sheet-metal ring sections 26 of the two-part sheet-metal ring 17, recesses 27 may each be arranged, which serve as
- the tabs 16 protrude radially inwardly and can be axially displaced from the rest of the sheet metal ring 17 as such.
- the tabs 16 can be deep-drawn at least over a radial longitudinal section, on a side facing or facing away from the piston head 8.
- the insert element 23 is supported in each case on the opposite lugs 16 of the sheet metal ring sections 26.
- Insert element 23 indicates a possible cooling oil opening 31. By arranging such a cooling oil opening 31, the cooling medium 7 can flow off in a targeted manner centrally above the piston pin.
- FIG 4 shows a sectional view of the piston 1 according to the invention with arranged cooling channel cover 10 and inserted insert element 23.
- the insert element 23 is inserted first in the piston 1 and then with the cooling channel cover 10th is stuck.
- the cooling channel cover 10 thus holds, in particular with the tabs 16 arranged thereon, the insert element 23 at a fixed position.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) einer Brennkraftmaschine (2), mit einem einen Kolbenschaft (3) und einen Kolbenkopf (4) aufweisenden Kolbenkörper (5), wobei der Kolbenkopf (4) einen zumindest teilweise umlaufenden Kühlkanal (6) zum Aufnehmen eines Kühlmediums (7) aufweist, der an einer einem Kolbenboden (8) abgewandte Seite offen ist, wobei zumindest eine Kühlkanalabdeckung (10) den Kühlkanal (6) zumindest teilweise verschließt, mit einer Kolbenbolzennabe (11), die eine Nabenbohrung (12) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens aufweist, und mit zumindest einem Kolbenbolzenschmierkanal (14), der fluidisch mit dem Kühlkanal (6) verbunden ist und in Richtung des Kolbenbolzens verläuft. Erfindungswesentlich ist dabei,dass zumindest zwei in Umfangsrichtung (20) gegenüberliegende Taschen (15) am Kolbenkörper (5) ausgeformt sind, die zumindest jeweils einen Teil eines derartigen Kolbenbolzenschmierkanals (14) bilden, dass die Kühlkanalabdeckung (10) zumindest mit den zwei Taschen (15) korrespondierende radial nach innen versetzte Laschen (16) aufweist, die zusammen mit den Taschen (15) die beiden Kolbenbolzenschmierkanäle (14) bilden, und dass an einer Unterseite (28) des Kolbenbodens (8) ein Einsatzelement (23) angeordnet ist, das zumindest teilweise axial von der Unterseite (28) des Kolbenbodens (8) beabstandet ist und sich an den jeweils gegenüberliegenden Laschen (16) der Kühlkanalabdeckung (10) abstützt.
Description
Kolben einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine, mit einem einen Kolbenschaft und einen Kolbenkopf aufweisenden Kolbenkörper, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Kolben.
Gattungsgemäße Brennkraftmaschinen sind hinlänglich bekannt und werden bereits mannigfaltig im Kraftfahrzeugbau eingesetzt. Um dabei die Leistung der Kolben und damit auch der Brennkraftmaschine steigern zu können, sind die Kolben in thermisch hoch belasteten Bereichen, wie bspw. an einer
Brennraummulde und/oder an einem Feuersteg, zusätzlich gekühlt, wozu im Kolbenkopf üblicherweise ein umlaufender Kühlkanal angeordnet ist. In diesem Kühlkanal ist ein Kühlmedium angeordnet, welches einen verbesserten
Wärmeübertrag von der Brennraummulde bzw. dem Feuersteg hin zu kühleren Bereichen an einer Kolbenunterseite bewirkt. Bei offenen, mit einem
Kühlkanalblech verschlossenen, Kühlkanälen wird in diese üblicherweise Kühlöl eingespritzt. Dabei besitzt ein solcher Kühlkanal mindestens einen Kühlöleinlass sowie mindestens einen Kühlölauslass, durch welchen das Kühlöl dem Kühlkanal zugeführt bzw. aus diesem abgeführt wird. Bei einteiligen Kolben wird der Kühlkanal oftmals mit einer zusätzlichen nachträglich angebrachten
Kühlkanalabdeckung gebildet. Diese Kühlkanalabdeckungen, welche
beispielsweise als Blechringe ausgebildet sind, sind aus dem Stand der Technik zu genüge bekannt.
Aus der DE 10 2008 055 908 A1 ist ein gattungsgemäßer Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt. Der mehrteilige Kolben umfasst ein Kolbenoberteil und ein Kolbenunterteil, wobei das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil jeweils
ein inneres und ein äußeres Stützelement aufweisen, die einen äußeren umlaufenden Kühlkanal und einen inneren Kühlraum begrenzen, dessen
Kühlraumboden eine Öffnung aufweist. Ferner ist zudem ein Kühlölkanal vorgesehen der den umlaufenden Kühlkanal fluidisch mit dem inneren Kühlraum verbindet. Der innere Kühlraum ist zur Kühlung der Brennraummulde,
insbesondere im Bereich des Doms vorgesehen. Die Offenlegungsschrift sieht vor, dass die Öffnung am Kühlraumboden mit einem separaten
Verschlusselement verschlossen ist, das mindestens eine Kühlölöffnung aufweist, die vom Kühlöl durchströmbar ist und zur Schmierung eines
Kolbenbolzens dient. Nachteilig hierbei ist, dass das Verschlusselement an der Öffnung des Kühlraumbodens aufwendig fixiert werden muss. Beispielsweise kann das Verschlusselement mit einer an der Öffnung des Kühlraumbodens vorgesehenen Rastnut gehalten sein, wodurch eine nachträgliche Bearbeitung des Kolbens in Form eines aufwendigen Fräsvorgangs von Nöten ist.
Weiter ist aus der DE 40 39 754 A1 ein Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt, der einen Blechring zur Abdeckung eines ringförmigen Hohlraums zur Aufnahme eines Kühlöls aufweist. Der Blechring liegt einerseits mit seinem Kragen in einer Aussparung einer Ringwand und andererseits stützt sich der Blechring unter Vorspannung über einen Haltebügel an einer Nabenbuchse ab. Um neben einer verbesserten Kolbenkühlung gleichzeitig eine
Kolbenbolzenschmierung zu erhöhen, sind Sicken an dem Blechring angeordnet, um einen Teil des Kühlöls auf die Kolbenbolzennabe zu leiten. Nachteilig hierbei ist, dass das Kühlöl nicht gezielt auf die Kolbenbolzennabe trifft, sondern vielmehr unkontrolliert am Blechring abtropft, wodurch keine effiziente
Kolbenbolzenschmierung erfolgen kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest
eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet und zudem
fertigungstechnisch kostengünstig herzustellen ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Leistung und die Lebensdauer einer Brennkraftmaschine dadurch zu steigern, dass durch Ausbildung von zwei gegenüberliegenden und mit einem Kühlkanal fluidisch in Verbindung stehenden Kolbenbolzenschmierkanälen, sowie einem
Einsatzelement, das an einer Unterseite des Kolbenbodens angeordnet ist, ein Kühlmedium einerseits gezielt zu einem Dom geführt werden kann und andererseits auf einen Kolbenbolzen bzw. eine Kolbenbolzennabe geleitet wird, um sowohl eine Kühlung des Doms, als auch eine Schmierung eben dieses Kolbenbolzens bzw. eben dieser Kolbenbolzennabe zu ermöglichen.
Grundsätzlich werden hierzu an einem Kolbenkörper zumindest zwei
gegenüberliegende Taschen eingeformt, insbesondere eingeschmiedet, welche jeweils zumindest einen Teil der Kolbenbolzenschmierkanäle bilden. Dies geschieht kostenneutral, da lediglich eine Anpassung des Werkzeugs
vorgenommen werden muss. Eine nachträglich eingebrachte
Kühlkanalabdeckung ist mit jeweils einer zu den Taschen korrespondierenden Lasche ausgestattet, die zusammen mit den Taschen am Kolbenkörper die Kolbenbolzenschmierkanäle bilden. Das ebenfalls nachträglich eingebrachte Einsatzelement ist zumindest teilweise axial von der Unterseite des
Kolbenbodens beabstandet und stützt sich an den jeweils gegenüberliegenden Laschen der Kühlkanalabdeckung ab. Auf diese Weise können zum einen die Kolbenbolzenschmierkanäle ohne aufwendige nachträgliche Bohrungen
ausgebildet sein und zum anderen bildet sich durch Einsetzen des
Einsatzelementes ein zusätzlicher Kanal zur gezielten Kühlung des Doms. Das unterhalb des Doms gesammelte Kühlmedium kann gleichzeitig über die dafür vorgesehenen Tropfkanten, welche seitlich am Einsatzelement vorgesehen sind, zielgerichtet auf den Kolbenbolzen bzw. die Kolbenbolzennabe abtropfen, wodurch die gezielte Schmierung ermöglicht wird. Dadurch, dass sich das Einsatzelement an den Laschen der Kühlkanalabdeckung abstützt, müssen keinerlei zusätzliche Nuten in den Kolbenkörper eingefräst werden oder andere aufwendige Vorrichtungen zur Fixierung des Einsatzelementes getroffen werden, wodurch der Kolben vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist.
Der erfindungsgemäße Kolben einer solchen Brennkraftmaschine weist dabei zumindest einen, einen Kolbenschaft und einen Kolben köpf aufweisenden Kolbenkörper auf, wobei der Kolbenkopf einen derartigen zumindest teilweise umlaufenden Kühlkanal zum Aufnehmen des Kühlmediums aufweist, der an einer dem Kolbenboden abgewandten Seite offen ist. Der Kühlkanal ist zumindest teilweise von der Kühlkanalabdeckung verschlossen. Der Kolben weist weiter eine, vorzugsweise zwei derartige voneinander beabstandete
Kolbenbolzennaben auf, an denen jeweils eine Nabenbohrung zur Aufnahme des Kolbenbolzens vorgesehen ist. Zudem weist der Kolben die gegenüberliegenden Kolbenbolzenschmierkanäle auf, die fluidisch mit dem Kühlkanal verbunden sind und in Richtung eines Kolbeninneren verlaufen. Am Kolbenkörper sind die jeweils gegenüberliegenden Taschen ausgeformt, die die Kolbenbolzenschmierkanäle zumindest teilweise bilden. Die Kühlkanalabdeckung weist zumindest die zwei, mit den Taschen korrespondierenden, radial nach innen versetzen Laschen auf, die zusammen mit den Taschen die Kolbenbolzenschmierkanäle ausbilden. Über die Ausgestaltung der Taschen am Kolbenkörper kann, in Kombination mit der Ausgestaltung der Laschen der Kühlkanalabdeckung, die Dimensionierung der Kolbenbolzenschmierkanäle erfolgen. An der Unterseite des Kolbenbodens ist
das Einsatzelement angeordnet, das zumindest teilweise axial von der Unterseite des Kolbenbodens beabstandet ist und sich an den gegenüberliegenden
Taschen der Kühlkanalabdeckung abstützt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens ist das Einsatzelement derart ausgebildet, dass dieses die gegenüberliegenden
Kolbenbolzenschmierkanale zumindest teilweise fluidisch miteinander verbindet. Das heißt, dass das Kühlmedium von dem umlaufenden Kühlkanal im Kolbenkopf ausgehend, jeweils durch die gegenüberliegenden Kolbenbolzenschmierkanale in Richtung des Kolbeninneren strömt und vom Einsatzelement weiter geleitet, unterhalb des Doms aufeinander trifft. Somit stellt sich unterhalb des Doms ein sogenannter Shakerraum ein, in dem das Kühlöl bei einer translatorischen Bewegung des Kolbens hin- und hergeschüttelt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Einsatzelement derart ausgebildet, dass dieses ein unterhalb des Einsatzelementes vorgesehenen derartigen Kolbenbolzen bzw. eine derartige Kolbenbolzennabe zumindest nicht vollständig überdeckt und dass das Einsatzelement zumindest einseitig, insbesondere bevorzugt beidseitig, eine Abtropfkante aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das über dem Einsatzelement strömende Kühlmedium an der Abtropfkante abtropft und direkt auf den Kolbenbolzen bzw. die
Kolbenbolzennabe trifft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante weist das Einsatzelement zumindest eine Kühlölöffnung auf, die insbesondere mittig im Bereich des Doms angeordnet ist und die von dem Kühlmedium durchströmbar ist. Die Kühlöffnung erlaubt eine genaue Dosierung des in Richtung des Kolbenbolzens bzw. der Kolbenbolzennabe abfließenden Kühlmediums.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Einsatzelement vorgespannt ist und sich an der Unterseite des Kolbenbodens abstützt. Das heißt, dass das Einsatzelement zwischen dem Kolbenboden und der
Kühlkanalabdeckung verklemmt angeordnet ist. Hierzu ist es bei der Herstellung zweckmäßig, dass zunächst das Einsatzelement und daraufhin die
Kühlkanalabdeckung eingesetzt wird, um das Einsatzblech an der Unterseite des Kolbenbodens zu verklemmen.
Außerdem ist vorteilhafter Weise am Einsatzelement zumindest ein axialer Abstandshalter ausgebildet, damit eine axiale Beabstandung zur Unterseite des Kolbenbodens ermöglicht wird, die es erlaubt, dass das Kühlmedium zwischen der Unterseite des Kolbenbodens und dem Einsatzelement strömen kann.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist das Einsatzelement zumindest metallisch und insbesondere aus einem Stahlfederblech hergestellt. Die metallische Ausführung ist der zuvor beschriebenen Vorspannung des Einsatzelementes geschuldet. Es sei gesagt, dass erfindungsgemäß alle denkbaren Werkstoffe zur Herstellung des Einsatzelementes geschützt sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die
Kühlkanalabdeckung als zweiteiliger und insbesondere spiegelsymmetrischer Blechring ausgebildet ist, der zumindest eine Kühlmediumeinlassöffnung und eine Kühlmediumauslassöffnung aufweist. Ein zweiteiliger Blechring kann die nachträgliche Montage am Kolbenkörper wesentlich erleichtern. Bevorzugt sind die Kühlmediumeinlassöffnung bzw. die Kühlmediumauslassöffnung jeweils zwischen den benachbarten Blechringteilen angeordnet, wodurch eine beispielsweise nachträgliche Bohrung zur Durchdringung der Blechteile eingespart werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Kühlkanalabdeckung zwischen einer Ringwand und einer Ringrippe eingespannt. Denkbar ist, dass die Kühlkanalabdeckung zwischen der Ringwand und der Ringrippe verklemmt ist.
Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass die Kühlkanalabdeckung an einer am Kolbenkörper im Bereich der Kolbenrippe ausgeformten Auflagefläche abgestützt ist. Die Auflagefläche kann als eine Art wulstartige Verdickung, die radial von der Kolbenrippe ausgehend in den Kühlkanal ragt, ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kühlkanalabdeckung, insbesondere im Bereich der Lasche, an einer dem Kolbenboden abgewandten Seite, tiefgezogen. Das heißt, dass die Lasche in Richtung des Kolbeninneren abgeschrägt sein kann. Vielmehr ist es zweckmäßig, dass die Kontur der Lasche im Wesentlichen der Kontur der Tasche entspricht, sodass der gebildete
Kolbenbolzenschmierkanal über seine längliche Erstreckung eine kontinuierliche Querschnittsfläche aufweist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der erfindungsgemäße Kolben als Stahlkolben oder als gegossener Kolben, beispielsweise aus Grauguss oder aus Feinguss, ausgebildet ist. Außerdem sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das Kühlmedium insbesondere ein Kühlöl aufweist. Zweckmäßig dient das Kühlöl sowohl zur Kühlung als auch zur Schmierung der mechanisch beweglichen Bauteile. Der Kolben kann bevorzugt als einteiliger Stahlkolben ausgebildet sein, wobei nach Anordnung der Kühlkanalabdeckung von einem mehrteiligen Kolben die Rede sein kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine weitere Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kolbens aus Fig. 1 , die um 90° um eine Längsachse gedreht ist,
Fig. 3 eine Draufsicht einer Kühlkanalabdeckung, die als zweiteiliger
Blechring mit gegenüberliegenden Laschen ausgeformt ist, an denen sich ein Einsatzelement abstützt,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kolbens mit
angeordneter Kühlkanalabdeckung und Einsatzelement.
Die Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben 1 einer Brennkraftmaschine 2. Der Kolben 1 ist als ein im Wesentlichen einteiliger Kolbenkörper 5 ausgebildet, wobei der Kolben 1 , durch eine nachfolgend noch
näher erläuterte und nachträglich angebrachte Kühlkanalabdeckung 10, sowie ein nachträglich angebrachtes Einsatzelement 23, als mehrteiliger Kolben 1 bezeichnet werden kann. Der dargestellte Kolben 1 umfasst den Kolbenköper 5, der einen Kolbenschaft 3 und einen Kolbenkopf 4 aufweist. Im Kolbenkopf 4 ist ein umlaufender Kühlkanal 6 angeordnet, der an einer dem Kolbenschaft 3 zugewandten Seite offen ist. Radial nach außen ist der Kühlkanal 6 durch eine Ringwand 21 begrenzt und radial nach innen durch eine Ringrippe 22, die wiederum eine Brennraummulde 9 am Kolbenboden 8 ebenso nach außen begrenzt. Der Kühlkanal 6 ist zur Aufnahme eines Kühlmediums 7 vorgesehen, welches bevorzugt zumindest teilweise aus einem Kühlöl 24 gebildet ist.
Der Kolbenkopf 4 weist weiter am Kolbenboden 8 im Bereich der
Brennraummulde 9 einen Dom 25 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel zentral in der Brennraummulde 9 angeordnet ist. Selbstverständlich kann der Dom 25 auch dezentral angeordnet sein. Der beispielhaft gezeigte Kolben 1 weist zwei zueinander beabstandete Kolbenbolzennaben 1 1 auf, an denen jeweils eine Nabenbohrung 12, zur Aufnahme eines im Übrigen nicht dargestellten
Kolbenbolzens, vorgesehen ist. Der Kolbenbolzen kann fest in den
Kolbenbolzennaben 1 1 verklemmt oder bevorzugt schwimmend gelagert sein. Am Kolbenköper 5 sind an einer der Brennraummulde 9 abgewandten Seite, im Bereich des Übergangs von der Ringrippe 22 zum Kolbenboden 8, zwei gegenüberliegende Taschen 15 ausgebildet, die jeweils in Umfangsrichtung 20 im Bereich zwischen den Kolbenbolzennaben 1 1 oder mit anderen Worten im Bereich des Kolbenschaftes 3 angeordnet sind. Die Taschen 15 bilden jeweils zumindest einen Teil eines Kolbenbolzenschmierkanals 14. Das heißt, dass durch Anordnung der Taschen 15, die Kolbenbolzenschmierkanäle 14 einerseits zum Kolbenboden 8, einseitig in axialer Richtung und andererseits in
Umfangsrichtung 20, beidseitig durch den Kolbenköper 5 als solches, zumindest teilweise geschlossen ausgeformt sind. Die Kolbenbolzenschmierkanäle 14
erstrecken sich radial nach außen jeweils in den Kühlkanal 6 und radial nach innen zumindest in Richtung des Kolbenbolzens bzw. in Richtung der
Kolbenbolzennaben 1 1 . Der Kühlkanal 6 und die Kolbenbolzenschmierkanäle 14 sind somit fluidisch miteinander verbunden. Zur Abdeckung des einseitig axial geöffneten Kühlkanals 6 ist die oben bereits angedeutete Kühlkanalabdeckung 10 am Kolben 1 angebracht. Die Kühlkanalabdeckung 10 weist im Bereich der Kolbenbolzenschmierkanäle 14 jeweils eine, zu den Taschen 15
korrespondierende, radial nach innen versetzte Lasche 16 auf, die zusammen mit den Taschen 15 die beiden Kolbenbolzenschmierkanäle 14 bilden. Die Laschen 16 decken somit die Kolbenbolzenschmierkanäle 14 einseitig axial ab.
An einer Unterseite 28 des Kolbenbodens 8 ist das ebenfalls zuvor beschriebene und nachträglich angebrachte Einsatzelement 23 angeordnet. Das
Einsatzelement 23 ist zwischen den Kolbenbolzenschmierkanälen 14 angeordnet und stützt sich jeweils an den Laschen 16 der Kühlkanalabdeckung 10 ab. Weiter weist das Einsatzelement 23, in der gezeigten Ausführungsform, zwei
Abstandshalter 29 auf, die das Einsatzelement 23 zumindest teilweise axial von der Unterseite 28 des Kolbenbodens 8 beabstanden. Durch die Beabstandung des Einsatzelementes 23 zur Unterseite 28 des Kolbenbodens, bildet sich eine Art Domkühlkanal 33, der die beiden gegenüberliegenden
Kolbenbolzenschmierkanäle 14 fluidisch miteinander verbindet.
Das Einsatzelement 23 kann zweckmäßig zwischen der Unterseite 28 des Kolbenbodens 8 und beidseitig an den jeweiligen Laschen 16 der
Kühlkanalabdeckung 10 vorgespannt bzw. verklemmt sein. Bezüglich der
Vorspannung des Einsatzelementes 23, kann dieses zweckmäßig aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein. Insbesondere kann das Einsatzelement 23 aus einem Stahlfederblech hergestellt sein. Denkbar ist ebenso, dass das
Einsatzelement 23 beispielsweise aus einem hochfesten Kunststoff,
insbesondere als Kunststoff-Spritzgussteil, hergestellt ist.
Der Kolben 1 als solches, kann als Stahlkolben oder als gegossener Kolben 1 , beispielsweise aus Grauguss oder feinguss, ausgebildet sein. Außerdem kann das Kühlmedium 7 ein Kühlöl 24 sein, das einerseits zumindest eine gewisse Wärmeleitfähigkeit aufweist, damit eine Kühlung der vakanten Stellen ermöglicht wird und andererseits zumindest eine gewisse Schmierfähigkeit aufweist, damit ein Verschleiß der mechanisch bewegten Bauteile verringert wird.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Kolben 1 der Brennkraftmaschine 2 aus Fig. 1 , wobei die Darstellung in Fig. 2 um 90° gedreht ist. In dieser Darstellung des Kolbens 1 ist zu erkennen, dass ein Kühlmedium 7, welches im Domkühlkanal 33 strömt, zumindest seitlich vom Einsatzelement 23 abfließen bzw. abtropfen kann. Hierzu weist das
Einsatzelement 23 beidseitig Abtropfkanten 32 auf, an denen das Kühlmedium 7 zumindest teilweise zielgerichtet auf den darunter angeordneten Kolbenbolzen abtropft. Ebenfalls gut zu erkennen ist, dass in der gezeigten Ausführungsform des Kolbens 1 , die Kolbenbolzenschmierkanäle 14 in Umfangsrichtung 20 gegenüberliegend, exakt zwischen den Kolbenbolzennaben 1 1 , angeordnet sind. Zweckmäßig kann das Einsatzelement 23 derart ausgebildet sein, dass dieses den darunterliegenden Kolbenbolzen bzw. die Kolbenbolzennaben 1 1 zumindest nicht vollständig von der Querschnittsfläche überdeckt, damit das abfließende oder abtropfende Kühlmedium 7 möglichst auf den Kolbenbolzen bzw. die Kolbenbolzennaben 1 1 trifft.
Der Kolbenköper 5 weist im Bereich des Kühlkanals 6 eine zumindest teilweise umlaufende wulstartige Verdickung auf, die zumindest teilweise radial in den Kühlkanal 6 hineinragt und als Auflagefläche 30 für eine derartige nachträglich
anzubringende Kühlkanalabdeckung 10 vorgesehen ist. Die Kühlkanalabdeckung 10 kann sich zumindest an der Auflagefläche 30 abstützen oder kann an dieser Auflagefläche 30 verklemmt werden. Zweckmäßig ist die wulstartige Verdickung bzw. die Auflagefläche 30 im Bereich der Taschen 15 unterbrochen. Ferner kann die Kühlkanalabdeckung 10 zwischen der Ringwand 21 und der Ringrippe 22 bzw. der Auflagefläche 30 fest eingespannt sein. Denkbar ist ebenso, dass die Kühlkanalabdeckung 10 unter der Vorspannung eine gewisse Wölbung erfährt.
Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht einer Kühlkanalabdeckung 10, die als zweiteiliger Blechring 17 mit gegenüberliegenden Laschen 16 ausgebildet ist, an denen sich ein Einsatzelement 23 abstützt. Die Kühlkanalabdeckung 10 weist in der gezeigten Ausführungsform zwei Blechringabschnitte 26 auf. An benachbarten Längsseiten der spiegelsymmetrischen Blechringabschnitte 26 des zweiteiligen Blechrings 17, können jeweils Aussparungen 27 angeordnet sein, die als
Kühlmediumeinlassöffnung 18 und/oder als Kühlmediumauslassöffnung 19 vorgesehen sind. Die Laschen 16 stehen radial nach innen hervor und können von dem restlichen Blechring 17 als solches axial verdrückt sein. Beispielsweise können die Laschen 16 zumindest über einen radialen Längsabschnitt, an einer dem Kolbenboden 8 zugewandten oder abgewandten Seite, tiefgezogen sein. Das Einsatzelement 23 stützt sich jeweils an den gegenüberliegenden Laschen 16 der Blechringabschnitte 26 ab. Ein gestrichelter Kreis im Zentrum des
Einsatzelementes 23 deutet auf eine mögliche Kühlölöffnung 31 hin. Durch Anordnung einer solchen Kühlölöffnung 31 kann das Kühlmedium 7 gezielt zentral über dem Kolbenbolzen abfließen.
Die Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kolbens 1 mit angeordneter Kühlkanalabdeckung 10 und eingesetztem Einsatzelement 23. In der Figur ist gut zu erkennen, dass das Einsatzelement 23 als erstes in den Kolben 1 eingelegt wird und anschließend mit der Kühlkanalabdeckung 10
verklemmt ist. Die Kühlkanalabdeckung 10 hält somit, insbesondere mit denen daran angeordneten Laschen 16, das Einsatzelement 23 an einer fixen Position.
*****
Claims
Patentansprüche Kolben (1 ) einer Brenn kraftmasch ine (2),
- mit einem einen Kolbenschaft (3) und einen Kolbenkopf (4) aufweisenden Kolbenkörper (5),
- wobei der Kolbenkopf (4) einen zumindest teilweise umlaufenden
Kühlkanal (6) zum Aufnehmen eines Kühlmediums (7) aufweist, der an einer einem Kolbenboden (8) abgewandte Seite offen ist,
- wobei zumindest eine Kühlkanalabdeckung (10) den Kühlkanal (6) zumindest teilweise verschließt,
- mit einer Kolbenbolzennabe (1 1 ), die eine Nabenbohrung (12) zur
Aufnahme eines Kolbenbolzens aufweist,
- mit zumindest einem Kolbenbolzenschmierkanal (14), der fluidisch mit dem Kühlkanal (6) verbunden ist und in Richtung des Kolbenbolzens verläuft,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest zwei in Umfangsrichtung (20) gegenüberliegende
Taschen (15) am Kolbenkörper (5) ausgeformt sind, die zumindest jeweils einen Teil eines derartigen Kolbenbolzenschmierkanals (14) bilden,
- dass die Kühlkanalabdeckung (10) zumindest zwei mit den Taschen (15) korrespondierende radial nach innen ragende Laschen (16) aufweist, die zusammen mit den Taschen (15) die beiden Kolbenbolzenschmierkanale (14) bilden,
- dass an einer Unterseite (28) des Kolbenbodens (8) ein Einsatzelement (23) angeordnet ist, das zumindest teilweise axial von der Unterseite (28) des Kolbenbodens (8) beabstandet ist und sich an den jeweils
gegenüberliegenden Laschen (16) der Kühlkanalabdeckung (10) abstützt.
2. Kolben nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einsatzelement (23) derart ausgebildet ist, dass dieses die gegenüberliegenden Kolbenbolzenschmierkanale (14) zumindest teilweise fluidisch miteinander verbindet.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass das Einsatzelement (23) derart ausgebildet ist, dass dieses einen unterhalb des Einsatzelementes (23) vorgesehenen derartigen
Kolbenbolzen bzw. eine derartige Kolbenbolzennabe (1 1 ) zumindest nicht vollständig überdeckt, und
- dass das Einsatzelement (23) zumindest eine Abtropfkante (32) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das über dem Einsatzelement (23) strömende Kühlmedium (7) an der Abtropfkante (32) abtropft und auf den Kolbenbolzen bzw. die Kolbenbolzennabe (1 1 ) trifft.
4. Kolben nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einsatzelement (23) zumindest eine Kühlölöffnung (31 ) aufweist, die insbesondere mittig im Bereich des Doms (25) angeordnet ist und die von dem Kühlmedium (7) durchströmbar ist.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einsatzelement (23) vorgespannt ist und sich an der Unterseite (28) des Kolbenbodens (8) abstützt.
6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Einsatzelement (23) zumindest ein axialer Abstandshalter (29) ausgebildet ist.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einsatzelement (23) metallisch ist und insbesondere aus einem Stahlfederblech hergestellt ist.
8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlkanalabdeckung (10) als zweiteiliger und insbesondere spiegelsymmetrischer Blechring (17) ausgebildet ist, der zumindest eine Kühlmediumeinlassöffnung (18) und eine Kühlmediumauslassöffnung (19) aufweist.
9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlkanalabdeckung (10) zwischen einer Ringwand (21 ) und einer Ringrippe (22) eingespannt ist.
10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlkanalabdeckung (10) an einer am Kolbenkörper (5) im Bereich der Kolbenrippe (22) ausgeformten Auflagefläche (30) abgestützt ist.
1 1 . Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlkanalabdeckung (10), insbesondere im Bereich der Lasche (16), an einer dem Kolbenboden (8) abgewandten Seite tiefgezogen ist.
12. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kühlmedium (7) insbesondere ein Kühlöl (24) aufweist.
13. Brennkraftmaschine (2) mit zumindest einem Zylinder, in welchem ein Kolben (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet ist.
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- 2017-11-24 WO PCT/EP2017/080376 patent/WO2018114221A1/de active Application Filing
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