WO2006058522A1 - Kolben für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Kolben für einen verbrennungsmotor Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a piston for an internal combustion engine according to the preamble of claim.
  • a piston for an internal combustion engine in whose piston bottom side edge region a closed ring element is arranged, which is connected to the main body of the piston by means of a high temperature resistant adhesive, and its purpose is a hub side arranged for this purpose ring carrier To fix ceramic.
  • a ceramic material is chosen here for the purpose of utilizing this material's own thermal insulation effect and to reduce the temperature-induced expansion of the ring carrier, which is in contact with the thermally highly stressed ring element and thus is itself exposed to a very large thermal load.
  • this method of avoiding temperature-induced damage to the piston due to excessive thermal load of individual piston parts is very expensive and has the disadvantage of significantly increasing the cost of production of the piston.
  • the cooling channel which can be introduced in a simple manner between the piston main body and the ring element, ensures good cooling of both the ring spar tie as well as the thermally very highly loaded edge of the combustion bowl and thus for a high thermal load capacity of the piston according to the invention.
  • FIG. 1 shows a piston for an internal combustion engine with a ring element according to the invention in a two-half sectional image showing two offset by 90 ° longitudinal sections of the piston
  • Fig. 2 is an enlarged view of the section through the edge region of the piston crown with the ring element.
  • FIG. 1 shows a piston 1 for an internal combustion engine in a sectional view consisting of two halves, whose left half represents a section of the piston 1 along a longitudinal axis 2 of a hub bore 3 and the right half of which is offset by 90 ° relative to the piston 1.
  • the piston 1 consists of a substantially cylindrical base body 4, one end face of which forms the piston crown 5.
  • a closed ring element 6 is arranged in the central region of the piston head 5.
  • a combustion bowl 7 is formed in the central region of the piston head 5.
  • the base body 4 on its side facing away from the piston bottom 5 pin bosses 8 for the hub bores 3 and the pin bosses 8 interconnecting shaft elements 9.
  • the ring member 6 has on its radially outer circumferential surface 10 an annular groove 1 1 for a compression ring, not shown in the figure. Below this, a second annular groove 13 is arranged in the lateral surface 12 of the base body 4, followed by an oil ring groove 14 on the bolt hub side.
  • annular, closed cooling channel 15 is arranged, which partly by a molded-in in the base body 4 recess 16 and partly formed by a molded-in in the ring member 6 recess 17.
  • cooling oil is in the cooling passage 15 and derived from it again.
  • the base body 4 is made of aluminum, wherein initially in the forging process, a blank is produced, which is given by means of a machining production process (turning, milling) the final shape.
  • the ring element 6 is produced by casting from Niresist, wherein also first a blank is produced, which is given by means of a machining production process, the mold shown in Fig. 1.
  • Nires is an austenitic cast iron mixed with nickel, manganese, copper and chromium as alloy components.
  • the ring member 6 is connected to the base body 4 by means of a high temperature resistant adhesive.
  • FIG. 2 shows in an enlarged view the piston bottom side edge region of the piston 1 with the ring element 6, with the cooling channel 15 formed by the ring element 6 and the main body 4, and with the ring part 20 partly arranged in the ring element 6 and partly in the main body 4.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor mit einem im radial äußeren Randbereich des Kolbenbodens (5) angeordneten, geschlossenen und mittels eines hochtemperaturfesten Klebstoffes mit dem Kolbengrundkörper (4) verbundenen Ringelement (6). Hierbei besteht der Grundkörper (4) aus geschmiedetem Aluminium und das Ringelement (6) aus Niresist. Zudem ist zwischen Grundkörper (4) und Ringelement (6) ein geschlossener, ringförmiger Kühlkanal (15) mit Öffnungen zum Ein- und Ausleiten von Kühlöl angeordnet, wodurch sich ein einfach aufgebauter, preisgünstig herstellbarer und thermisch hochbelastbarer Kolben (1) ergibt.

Description

Kolben für einen Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Aus der Offenlegungsschrift DE 37 14400 A1 ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, in dessem kolbenbodenseitigen Randbereich ein geschlossenes Ringelement angeordnet ist, das mit dem Grundkörper des Kolbens mittels eines hochtemperaturfesten Klebstoffes verbunden ist, und dessen Zweck darin besteht, einen nabenseitig hierzu angeordneten Ringträger aus Keramik zu fixieren. Ein keramischer Werkstoff wird hierbei zu dem Zweck gewählt, die diesem Werkstoff eigene thermische Isolierwirkung zu nutzen und die temperaturbedingte Ausdehnung des Ringträgers zu reduzieren, der mit dem thermisch sehr hoch belasteten Ringelement in Kontakt steht und somit selber einer sehr großen thermischen Belastung ausgesetzt ist. Diese Methode zur Vermeidung temperaturbedingter Schäden des Kolbens aufgrund einer zu großen thermischen Belastung einzelner Kolbenteile ist jedoch sehr aufwendig und bringt den Nachteil mit sich, die Herstellung des Kolbens erheblich zu verteuern.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen einfach aufgebauten, preisgünstig herstellbaren und thermisch hochbelastbaren Kolben zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen.
Insbesondere der auf einfache Weise zwischen dem Kolbengrundkörper und dem Ringelement einbringbare Kühlkanal sorgt für eine gute Kühlung sowohl der Ringpar- tie als auch des thermisch sehr hochbelasteten Randes der Verbrennungsmulde und damit für eine hohe thermische Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Kolbens.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Ringelement gemäß der Erfindung in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild, das zwei um 90° versetzte Längsschnitte des Kolbens zeigt, und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes durch den Randbereich des Kolbenbodens mit dem Ringelement.
Fig. 1 zeigt einen Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild, dessen linke Hälfte einen Schnitt des Kolbens 1 entlang einer Längsachse 2 einer Nabenbohrung 3 und desssen rechte Hälfte einen um 90° dazu versetzten Schnitt durch den Kolben 1 darstellt.
Der Kolben 1 besteht aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper 4, dessen eine Stirnfläche den Kolbenboden 5 bildet. Im radial äußeren Bereich des Kolbenbodens 5 ist ein geschlossenes Ringelement 6 angeordnet. In den zentralen Bereich des Kolbenbodens 5 ist eine Verbrennungsmulde 7 eingeformt , deren Rand im Abstand vom Ringelement 6 im radial inneren Bereich des Kolbenbodens 5 angeordnet ist. Weiterhin weist der Grundkörper 4 auf seiner dem Kolbenboden 5 abgewandten Unterseite Bolzennaben 8 für die Nabenbohrungen 3 und die Bolzennaben 8 miteinander verbindende Schaftelemente 9 auf. Das Ringelement 6 weist auf seiner radial außen liegenden Mantelfläche 10 eine Ringnut 1 1 für einen in der Figur nicht dargestellten Verdichtungsring auf. Unterhalb hiervon ist in der Mantelfläche 12 des Grundkörpers 4 eine 2. Ringnut 13 angeordnet, woran sich bolzennabenseitig eine Ölringnut 14 anschließt.
Zwischen dem Ringelement 6 und dem kolbenbodenseitigen Bereich des Grundkörpers 4 ist ein ringförmiger, geschlossener Kühlkanal 15 angeordnet, der teils durch eine in den Grundkörper 4 eingeformte Ausnehmung 16 und teils durch eine in das Ringelement 6 eingeformte Ausnehmung 17 gebildet ist. Über in den Figuren nicht dargestellte Ölzu- und Ölablauf Öffnungen wird KühlÖl in den Kühlkanal 15 ein- und daraus wieder abgeleitet.
Hergestellt wird der Grundkörper 4 aus Aluminium, wobei zunächst im Schmiedeverfahren ein Rohling hergestellt wird, dem mittels eines spanabhebenden Fertigungsverfahrens (Drehen, Fräsen) die endgültige Form gegeben wird.
Das Ringelement 6 wird im Gießverfahren aus Niresist hergestellt, wobei ebenfalls zunächst ein Rohling hergestellt wird, dem mittels eines spanabhebenden Fertigungsverfahrens die in Fig. 1 dargestellte Form gegeben wird. Niresist in ein austeni- tisches Gusseisen, dem als Legierungsbestandteile Nickel, Mangan, Kupfer und Chrom beigemischt sind. Über die Kontaktbereiche 18 und 19 zwischen Grundkörper 4 und Ringelement 6 wird das Ringelement 6 mit dem Grundkörper 4 mittels eines hochtemperaturfesten Klebstoffes verbunden.
Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung den kolbenbodenseitigen Randbereich des Kolbens 1 mit dem Ringelement 6, mit dem vom Ringelement 6 und dem Grundkörper 4 gebildeten Kühlkanal 15, und mit der teils im Ringelement 6 und teils im Grundkörper 4 angeordneten Ringpartie 20.
J Cl
Bezuαszeichenliste
1 Kolben
2 Längsachse
3 Nabenbohrung
4 Grundkörper
Kolbenboden
6 Ringelement
7 Verbrennungsmulde
8 Bolzennaben
9 Schaftelement
10 Mantelfläche des Ringelementes 6
11 Ringnut, Verdichtungsringnut
12 Mantelfläche des Grundkörpers 4
13 2. Ringnut
14 Ölringnut
15 Kühlkanal
16 Ausnehmung
17 Ausnehmung
18 Kontaktbereich
19 Kontaktbereich 0 Ringpartie

Claims

Patentanspruch
1. Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor
- mit einem einen Kolbenboden (5) aufweisenden Grundkörper (4),
- mit auf der kolbenbodenabgewandten Seite des Grundkörpers (4) angeordneten Bolzennaben (8) und die Bolzennaben (8) miteinander verbindenden Schaftelementen (9) und
- mit einem im radial äußeren Randbereich des Kolbenbodens (5) angeordneten, geschlossenen und mittels eines hochtemperaturfesten Klebstoffes mit dem Grundkörper (4) verbundenen Ringelement (6), dadurch gekennzeichnet,
- dass der Grundkörper (4) aus geschmiedetem Aluminium besteht,
- dass das Ringelement (6) aus Niresist besteht,
- dass zwischen Grundkörper (4) und Ringelement (6) ein geschlossener, ringförmiger Kühlkanal (15) mit Öffnungen zum Ein- und Ausleiten von Kühlöl angeordnet ist, und
- dass in den Kolbenboden (5) eine Verbrennungsmulde (7) eingeformt ist, deren Rand im Abstand vom Ringelement (6) im radial inneren Bereich des Kolbenbodens (5) angeordnet ist.
ERSATZBLATT
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