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Title:
PISTON FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/008006
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a piston (1) for an internal combustion engine, which comprises two boss bores (2, 4) that have respective outer areas (5, 5') with an oval cross-section that points on one side in the direction of the piston head (8). The great axis of the ovality is parallel to the piston axis (11) and the degree of ovality increases towards the outer end of the boss bores (2, 3).

Inventors:
ZVONKOVIC JOSIP (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/002289
Publication Date:
January 22, 2004
Filing Date:
July 08, 2003
Export Citation:
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Assignee:
MAHLE GMBH (DE)
ZVONKOVIC JOSIP (DE)
International Classes:
F02F3/00; F16J1/16; (IPC1-7): F16J1/16
Foreign References:
DE4441450A11996-05-23
DE2152462A11973-04-26
DE3036062A11982-04-08
DE4431990A11996-03-14
DE4431990A11996-03-14
Attorney, Agent or Firm:
Pohle, Reinhard (Patentabteilung Pragstrasse 26 - 46, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden (8) und mit zwei auf der dem Kolbenboden (8) abgewandten Seite des Kolbens (1) ange ordneten und voneinander beabstandeten Kolbenbolzennaben, die je eine Nabenbohrung (2,3) mit jeweils einem inneren (7, 7'), einem mittleren (6, 6') und einem äußeren Bereich (5, 5') aufweisen, wobei der innere Bereich (7, 7') als konisch ausgebildete Formbohrung und der mittlere Bereich (6, 6') kreiszy lindrisch ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bereich (5, 5') einen Querschnitt mit einer einseitig in Richtung des Kolbenbodens (8) ovalen Querschnittsform aufweist, wobei die große Achse der Ovalität zumin dest näherungsweise parallel zur Kolbenachse (11) liegt, und wobei der Grad der Ovalität von der Grenze zum mittleren Bereich (6, 6') bis zum äußeren Ende der Nabenbohrung (2,3) zunimmt.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Ovali tät des äußeren Bereiches (5, 5') in mehreren Abschnitten (14,15, 16) zunimmt, wobei sich jeder Abschnitt (15,16) an den vorhergehenden (14,15) stufenlos anschließt.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bereich (5, 5') einen Querschnitt mit einer beidseitig ovalen Querschnittsform aufweist.
Description:
Kolben für einen Verbrennungsmotor Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Ober- begriff des Anspruches 1.

Ein Kolben mit Nabenbohrungen, die jeweils in einen inneren, einen mittleren und einen äußeren Bereich unterteilt sind, ist aus der DE-OS 44 31 990 bekannt. Um bei einer durch eine hohe Belastung des Kolbens, d. h. durch einen hohen Zünddruck und durch einen großen Wärmeeinfall verursachten Verformung des Kolbens insb. in den Nabenbereichen zu vermeiden, dass sich bei einem kurzen und starren Kol- benbolzen Reibkontakte zwischen dem Bolzen und der Nabenbohrung ergeben, sind sowohl die inneren als auch die äußeren Bereiche der jeweiligen Nabenboh- rungen des bekannten Kolbens als Formbohrungen ausgebildet. Unter einer hohen Gasdruck-und Wärmebelastung stehende Kolben erfahren aber insb. bei kurzer Kolbenbolzenlänge, d. h. bei einem Verhältnis von Kolbenbolzenlänge zu Kolben- durchmesser von weniger als 0,7 eine Verformung, bei der sich der Randbereich des Kolbenbodens in Bolzenrichtung, d. h. bezogen auf die Kolbenbodenmitte, nach unten biegt. Dies bewirkt, dass auf den Zenit der äußeren Bereiche der Nabenboh- rungen derartige Kräfte einwirken, dass dort die Innenwände der Nabenbohrungen mit der Mantelfläche des Kolbenbolzens in Reibkontakt kommen, was zu Beschädi- gungen sowohl der Innenwände der Nabenbohrungen als auch der Mantelfläche des Kolbenbolzens führen kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, auch bei einer höhe- ren Belastung des Kolbens Nabenreibung zu vermeiden.

Die Lösung dieses Problems wird erreicht mit den Merkmalen nach dem Kennzei- chen des Anspruchs 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nabenbohrungen gemäß der Erfindung mit im Querschnitt einseitig oder zweiseitig oval geformten äußeren Bereichen, wobei die große Achse der Ovalität parallel zur Kolbenachse liegt, haben den Vorteil, dass der Zenit der äußeren Bereiche der Nabenbohrungen die Mantelfläche des Kolbenbolzens nicht berührt, sodass sich hier keine Nabenreibung ergeben kann und zudem immer ein ausreichendes Ölre- servoir zwischen Nabenbohrungszenit und der Mantelfläche des Kolbenbolzen bestehen bleibt, wodurch auch bei einer höheren Belastung des Kolbens eine gute Schmierung des Kolbenbolzens gewährleistet ist.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Kolben im Schnitt mit Nabenbohrungen gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Zenits der linken Nabenbohrung im Teil- schnitt, Fig. 3 einen Querschnitt durch den äußeren Abschnitt einer der Nabenbohrungen entlang der Linie 111-111 in Fig. 1 und Fig. 4 einen Querschnitt durch den äußeren Abschnitt einer weiteren Ausgestal- tung der Nabenbohrungen.

Ein in Fig. 1 im Schnitt dargestellter Kolben 1 ist als Tauchkolben ausgebildet, bei dem die Länge des Kolbenbolzens weniger als 70% des Durchmessers des Zylin- ders beträgt. Insb. handelt es sich hierbei um einen hochbelastbaren Stahlkolben, wie er in Dieselmotoren Verwendung findet. Der Schnitt durch den Kolben ist so gewählt, dass beide Nabenbohrungen 2 und 3 zu sehen sind, der Kolbenschaft 4 aber nur in Draufsicht dargestellt ist.

Die beiden Nabenbohrungen 2,3 weisen je einen äußeren 5, 5', einen mittleren 6, 6' und einen inneren Bereich 7, 7'auf. Der innere Bereich 7, 7'ist als Formbohrung ausgebildet, die sich vom Kolbeninneren nach außen hin konisch verjüngt. Der mitt- lere Bereich 6, 6'ist kreiszylindrisch ausgebildet. Der äußere Bereich 5, 5'weist einen Querschnitt mit einer einseitig in Richtung des Kolbenbodens 8 ovalen Quer- schnittsform gemäß Fig. 3, einem Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1, auf. Mög- lich ist hierbei auch ein Querschnitt des Bereiches 5, 5'mit einer beidseitig ovalen Querschnittsform gemäß Fig. 4. In beiden Fällen liegt die große Achse der Ovalität 9 bzw. 10 parallel zur Kolbenachse 11. Mit gestrichelten Linien 22,23 ist in den Fig. 3 und 4 ein in den Nabenbohrungen lagernder Kolbenbolzen andeutungsweise darge- stellt.

Anhand des in Fig. 2 dargestellten Querschnitts des Zenits 12 der linken Nabenboh- rung 2, dessen Spiegelbild der Form des Zenits 13 der rechten Nabenbohrung 3 entspricht, ergibt sich die exakte Form der Nabenbohrungen 2 und 3. Der Zenit des äußeren Bereiches 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in drei Abschnitte 14, 15,16 unterteilt mit einer zum Kolbenäußeren hin zunehmenden Steigung der Stre- cken des die drei Abschnitte 14,15, 16 begrenzenden Polygonzuges, woraus ersichtlich ist, dass die Ovalität des Querschnitts gemäß Fig. 3 des äußeren Berei- ches 5 der Nabenbohrungen 2,3 vom Kolbeninneren nach außen hin zunimmt.

Dem äußeren Bereich 5 schließen sich der kreiszylindrisch ausgebildete mittlere Bereich 6 und der innere Bereich 7 an, welcher innere als Formbohrung ausgebil- dete Bereich 7 einen kreisförmigen Querschnitt hat, dessen Radiuszunahme sich aus der zunehmenden Steigung der beiden Abschnitte 17 und 18 des Zenits des inneren Bereiches 7 ergibt.

Der Kolben 1 gemäß Fig. 1 ist so konstruiert, dass nur ein kurzer Bolzen erforderlich ist, der sich auch bei größerem Gasdruck kaum verbiegt. Der Kolben 1 erfährt bei einem größeren Gasdruck aber eine Verformung, die mittels der punktierten Linie 19 übertrieben dargestellt ist. Dies bewirkt, dass große Kräfte in Richtung der Pfeile 20 und 21 auf die Nabenbohrungen 2 und 3 einwirken, die eine Verformung des Zenits dieser Bohrungen 2,3 in einer vom Kolbenboden 8 wegweisenden Richtung bewir- ken. Dadurch, dass in diesem Bereich 5, 5'die Nabenbohrungen 2,3 eine gemäß Fig. 3 nach oben gerichtete Ovalität aufweisen und der in Fig. 1 nicht eingezeich- nete Kolbenbolzen eine kreiszylindrische Form hat, bewirken die Kräfte in Richtung der Pfeile 20 und 21 lediglich, dass die Ovalität der Nabenbohrungen 2,3 in Rich- tung Kreisform und damit der Abstand des Zenits der Nabenbohrungen 2,3 von der Oberfläche des Kolbenbolzens im Bereich 5, 5'ein wenig abnehmen. Eine Restova- lität der Nabenbohrungen 2,3 im Bereich 5, 5'bleibt hierbei aber immer erhalten, wodurch zum einen vermieden wird, dass der Zenit der Nabenbohrungen 2,3 im Bereich 5, 5'in Kontakt mit der Oberfläche des Kolbenbolzens kommt und der Kol- benbolzen durch Reibung an den Innenwänden der Nabenbohrungen 2,3 unter Ein- fluss der Kräfte in Richtung der Pfeile 20,21 beschädigt wird bzw. der Kolbenbolzen die Nabenbohrungen 2,3 beschädigt. Zum anderen bleibt hierdurch ein Ölreservoir im Bereich 5, 5'zwischen Kolbenbolzen und Zenit der Nabenbohrungen 2,3 erhal- ten, wodurch eine gute Schmierung des Kolbenbolzens auch unter erhöhtem Gas- druck gewährleistet bleibt.

Bezugszeichenliste 1 Kolben 2 Nabenbohrung 3 Nabenbohrung 4 Kolbenschaft 5 äußerer Bereich von 2,3 6 mittlerer Bereich von 2,3 7 innerer Bereich von 2,3 8 Kolbenboden 9 große Achse der Ovalität 10 große Achse der Ovalität 11 Kolbenachse 12 Zenit von 2 13 Zenit von 3 14 Abschnitt von 5 15 Abschnitt von 5 16 Abschnitt von 5 17 Abschnitt von 7 18 Abschnitt von 7 19 punktierte Linie 20 Pfeil 21 Pfeil 22 gestrichelte Linie 23 gestrichelte Linie