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EP2354510A1 - Piston for a combustion engine - Google Patents

Piston for a combustion engine Download PDF

Info

Publication number
EP2354510A1
EP2354510A1 EP10015459A EP10015459A EP2354510A1 EP 2354510 A1 EP2354510 A1 EP 2354510A1 EP 10015459 A EP10015459 A EP 10015459A EP 10015459 A EP10015459 A EP 10015459A EP 2354510 A1 EP2354510 A1 EP 2354510A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
sliding
sliding surface
shaft
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10015459A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Böhm
Fup Chu Dr. Suy
Alexandra Mathes
Silvia Dr. Tomaschko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2354510A1 publication Critical patent/EP2354510A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 
    • 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
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 

Definitions

  • the invention relates to a piston for an internal combustion engine according to claim 1 and an internal combustion engine with a piston according to claim 8.
  • the object of the invention is to provide a reciprocating engine which has an improved tribological interaction between the moving piston and the cylinder running surface compared to the standard technology.
  • the object is achieved in a piston according to claim 1 and in an internal combustion engine with a piston according to claim 8.
  • the piston according to the invention for an internal combustion engine according to claim 1 comprises a shaft having a sliding surface which is in sliding contact with the cylinder surface in the internal combustion engine.
  • the piston is characterized in that the sliding surface of the shaft has a smooth surface and the surface has a surface roughness of less than 2 microns.
  • the roughness depth Rz is defined such that it represents the sum of the height of the largest profile peak and the depth of the largest profile valley within a measuring section.
  • sliding surfaces of pistons which usually have a surface roughness of more than 10 microns and are provided in new condition with a special surface coating, which is located on the surface of the piston skirt until the piston is run in the cylinder bore to a Avoid seizing the engine in the running state, tribologically not optimally interact with a cylinder surface.
  • the smooth surface according to the invention with a surface roughness of less than 2 microns is still below the surface roughness of this inlet layer and also proves to be very useful and minimized friction in the run-in operation of the engine. Due to the lower occurring friction between the sliding surface of the piston and the cylinder surface is a tribological optimization, which helps to reduce the fuel consumption of the engine and thus to reduce carbon dioxide emissions during engine operation.
  • the sliding surface of the shaft has a surface roughness of less than 1 .mu.m, most preferably less than 0.5 microns. Furthermore, it is advantageous if the finished sliding surface has no further coating.
  • the smooth surface with the small roughness is sufficient to represent an optimal tribological pairing with the cylinder surface when the engine is running.
  • the sliding surface of the piston is polished.
  • a finely turned sliding surface with a surface roughness of less than 2 microns is also tribologically advantageous.
  • the smooth sliding surface can optionally be specially reworked. In this case, it has cup-shaped depressions in an advantageous embodiment. These recesses can be introduced, for example, by stamping or by knocking tools. Likewise, a so-called Frisco finishing is advantageous. Furthermore, a laser machining is appropriate.
  • Another object of the invention is an internal combustion engine with a piston according to claim 8.
  • the piston of this internal combustion engine has a shaft and a cylinder surface, wherein the piston skirt and a cylinder surface form corresponding sliding surfaces. These corresponding sliding surfaces are in sliding contact with each other.
  • the internal combustion engine is characterized in that the sliding surface of the shaft has a smooth surface and the sliding surface of the cylinder surface have microscopic grooves or grooves.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a cylinder crankcase 14 of an internal combustion engine 2 in the form of a reciprocating engine.
  • the cylinder crankcase 14 of the internal combustion engine 2 has a cylinder bore 3, the outer peripheral side is closed by a cylinder surface 10.
  • a piston 4 moves according to translational in the direction of the arrow.
  • the piston 4 has a shaft 6, wherein the shaft 6 is in turn provided with a sliding surface 8.
  • the sliding surface 8 is during the up and down movement of the piston 4 in tribological pairing with the sliding surface 9, which is part of the cylinder surface 10.
  • the piston 4 in turn has a piston pin 26 which extends perpendicular to the up and down movement of the piston 4 through a central axis of the piston 4, wherein the piston pin 26, a connecting rod 16 is connected to an upper connecting rod, not shown here.
  • the connecting rod 16 has a further, lower connecting rod eye 28, which is connected to a crankshaft 18 shown only schematically here. The eccentric movement of the crankshaft 18 leads to the up and down movement of the piston. 4
  • the cylinder crankcase 14 has with respect to the cylinder surface 10 inside cooling channels 22. Further, valves 24 are mounted in a cylinder head, not shown here, which also make an up and down movement in accordance with the arrows shown on them.
  • the piston 4 has a piston ring 20, which serves to seal the piston 4 with respect to the cylinder bore 3. Despite the piston ring 20 occurs between the sliding surface 8 of the shaft 6 and the sliding surface 9 of the cylinder surface 10 to a contact during the piston movement.
  • FIG. 2 is given a microscopic representation of a commonly used groove-shaped structure of the sliding surface 8 of the shaft 6.
  • the groove depth of the rotating grooves 12 in FIG. 2 is more than 10 ⁇ m.
  • This is the recording a sliding surface 8 according to the prior art.
  • the sliding surface 8 shown here is in this form after processing and before the running-in process of the piston. This surface receives a so-called inlet layer (not shown), which serves the piston as a so-called eavesdropping when running the engine.
  • a sliding surface of a prior art piston usually looks like that in FIG FIG. 3 is shown.
  • the rotation grooves 12 are opposite to the FIG. 2 something smoothed. However, they still act analogous to a file that acts tribologically unfavorable on the cylinder surface 9 when moving the piston up and down.
  • the roughness depth Rz is preferably less than 2 microns.
  • the surface roughness Rz of the sliding surface 8 is less than 1 ⁇ m, in particular less than 0.5 ⁇ m.
  • This is a smooth surface that can be finely turned or polished.
  • additional wells - so small well-shaped depressions in the surface - which can also serve as lubricant pockets, if necessary.
  • Such wells do not have the effect of a file, as they have the rotating grooves 12 which in the FIGS. 2 and 3 are shown.
  • Such cups can be introduced, for example, by stamping or knocking tools.
  • the oil emission is reduced by the elimination of the rotation grooves 11, which in principle can lead to an extension of the oil change interval, since less abrasion occurs in the oil. Furthermore, a cost savings in the production of the engine can be achieved, since a coating of the rotating grooves 12 can be omitted as run-in coating.

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Abstract

The piston comprises a shaft (6) with a sliding face (8), which stands in sliding contact in the combustion engine (2) with a cylinder bearing surface (10). The sliding face of the shaft comprises a smooth surface with a rough depth below two micrometer. The sliding face is freely configured from regular turning grooves or milling grooves. An independent claim is also included for a combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1 sowie einen Verbrennungsmotor mit einem Kolben nach Patentanspruch 8.The invention relates to a piston for an internal combustion engine according to claim 1 and an internal combustion engine with a piston according to claim 8.

Bei modernen Hubkolbenmotoren ist die Reibung zwischen dem sich auf- und abbewegenden Kolben und dem ihn umgebenden Kurbelgehäuse ein wesentlicher Faktor, der den Treibstoffverbrauch des Motors beeinflusst. Insbesondere in die Oberflächentechnik der so genannten Zylinderlaufflächen wurde bereits in vergangener Zeit ein sehr hohes Maß an innovativer Fertigungstechnik gesteckt. Dabei weisen die Oberflächen der Zylinderlauffläche mikroskopisch kleine Schmierstofftaschen auf, die dafür sorgen, dass zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche stets genügend Schmierstoff zur Verfügung steht. Der bewegte Kolben hingegen wird in der Regel drehend bearbeitet, wodurch Drehriefen an der Oberfläche eines Kolbenschaftes entstehen. Die Drehrillen verlaufen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens und dienen ebenfalls nach herrschender Meinung zum Transport des Öles. Ferner wird bei einem neuen Motor auf den Kolbenschaft eine so genannte Einlaufschicht aufgebracht, die als so genannter Fressschutz dient, damit sich der Kolben und die Zylinderlauffläche während der ersten Kolbenbewegung nicht miteinander verkanten (fressen).In modern reciprocating engines, the friction between the piston moving up and down and the crankcase surrounding it is an important factor influencing the fuel consumption of the engine. Particularly in the surface technology of the so-called cylinder running surfaces, a very high degree of innovative production technology has already been used in the past. In this case, the surfaces of the cylinder surface on microscopic lubricant pockets, which ensure that between the piston and the cylinder surface always enough lubricant is available. The moving piston, on the other hand, is usually machined in a rotating manner, resulting in turning depths on the surface of a piston skirt. The rotating grooves are perpendicular to the direction of movement of the piston and are also used in the prevailing opinion to transport the oil. Furthermore, in a new engine, a so-called shrinkage layer is applied to the piston skirt, serving as a so-called scuff protection, so that the piston and the cylinder surface do not jam together during the first piston movement.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hubkolbenmotor bereit zu stellen, der gegenüber der Standardtechnik ein verbessertes tribologisches Zusammenwirken zwischen bewegtem Kolben und Zylinderlauffläche aufweist.The object of the invention is to provide a reciprocating engine which has an improved tribological interaction between the moving piston and the cylinder running surface compared to the standard technology.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Kolben nach dem Patentanspruch 1 und in einem Verbrennungsmotor mit einem Kolben nach Patentanspruch 8. Der erfindungsgemäße Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 umfasst einen Schaft mit einer Gleitfläche, welche im Verbrennungsmotor mit der Zylinderlauffläche in gleitendem Kontakt steht. Der Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass die Gleitfläche des Schaftes eine glatte Oberfläche aufweist und die Oberfläche eine Rautiefe von weniger als 2µm aufweist.The object is achieved in a piston according to claim 1 and in an internal combustion engine with a piston according to claim 8. The piston according to the invention for an internal combustion engine according to claim 1 comprises a shaft having a sliding surface which is in sliding contact with the cylinder surface in the internal combustion engine. The piston is characterized in that the sliding surface of the shaft has a smooth surface and the surface has a surface roughness of less than 2 microns.

Dabei ist die Rautiefe Rz so definiert, dass sie die Summe aus der Höhe der größten Profilspitze und der Tiefe des größten Profiltales innerhalb einer Messstrecke darstellt.The roughness depth Rz is defined such that it represents the sum of the height of the largest profile peak and the depth of the largest profile valley within a measuring section.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass Gleitflächen von Kolben, die üblicherweise eine Rautiefe von mehr als 10 µm aufweisen und im Neuzustand mit einer speziellen Oberflächenbeschichtung versehen sind, die sich auf der Oberfläche des Kolbenschaftes befindet bis der Kolben in der Zylinderbohrung eingelaufen ist, um ein Fressen des Motors im Einlaufzustand zu vermeiden, tribologisch nicht optimal mit einer Zylinderlauffläche zusammenwirken. Die erfindungsgemäße glatte Oberfläche mit einer Rautiefe von weniger als 2 µm unterschreitet noch die Oberflächenrauheit dieser Einlaufschicht und erweist sich auch im eingelaufenen Betrieb des Motors als sehr zweckmäßig und reibungsminimiert. Durch die geringere auftretende Reibung zwischen der Gleitfläche des Kolbens und der Zylinderlauffläche liegt eine tribologische Optimierung vor, die dazu beiträgt, den Treibstoffverbrauch des Motors zu senken und somit Kohlendioxidausstoß während des Motorbetriebes zu reduzieren.It has surprisingly been found that sliding surfaces of pistons, which usually have a surface roughness of more than 10 microns and are provided in new condition with a special surface coating, which is located on the surface of the piston skirt until the piston is run in the cylinder bore to a Avoid seizing the engine in the running state, tribologically not optimally interact with a cylinder surface. The smooth surface according to the invention with a surface roughness of less than 2 microns is still below the surface roughness of this inlet layer and also proves to be very useful and minimized friction in the run-in operation of the engine. Due to the lower occurring friction between the sliding surface of the piston and the cylinder surface is a tribological optimization, which helps to reduce the fuel consumption of the engine and thus to reduce carbon dioxide emissions during engine operation.

Herkömmliche Gleitflächen von Kolben weisen regelmäßige Drehrillen oder Fräsnuten auf. Nach Ansicht von Fachleuten dienen diese Drehrillen oder Fräsnuten auch dazu, Schmierstoffe entlang des Kolbenschaftes zu transportieren und besser zu verteilen. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die glatte Oberfläche mit einer Rautiefe von weniger als 2 µm, die ferner keine Drehrillen oder Fräsnuten aufweisen, tribologisch vorteilhaft ist gegenüber herkömmlichen drehend bearbeiteten Kolbengleitflächen.Conventional sliding surfaces of pistons have regular turning grooves or milling grooves. According to experts, these rotating grooves or milling grooves also serve to transport lubricants along the piston skirt and to better distribute. It has surprisingly been found that the smooth surface with a roughness depth of less than 2 microns, which also have no rotational grooves or milling grooves, is tribologically advantageous over conventional rotationally machined Kolbengleitflächen.

Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Gleitfläche des Schaftes eine Rautiefe von weniger als 1 µm, ganz besonders vorteilhaft weniger als 0,5 µm aufweist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die fertig bearbeitete Gleitfläche keine weitere Beschichtung aufweist. Die glatte Oberfläche mit der geringen Rautiefe ist ausreichend, um beim Einlaufen des Motors eine optimale tribologische Paarung mit der Zylinderlauffläche darzustellen.It has also been found that the sliding surface of the shaft has a surface roughness of less than 1 .mu.m, most preferably less than 0.5 microns. Furthermore, it is advantageous if the finished sliding surface has no further coating. The smooth surface with the small roughness is sufficient to represent an optimal tribological pairing with the cylinder surface when the engine is running.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Gleitfläche des Kolbens poliert. Alternativ dazu hatte sich herausgestellt, dass eine fein gedrehte Gleitfläche mit einer Rautiefe von weniger als 2 µm ebenfalls tribologisch vorteilhaft ist.In a further preferred embodiment of the invention, the sliding surface of the piston is polished. Alternatively, it had been found that a finely turned sliding surface with a surface roughness of less than 2 microns is also tribologically advantageous.

Die glatte Gleitfläche kann gegebenenfalls speziell nachbearbeitet sein. Dabei weist sie in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform näpfchenförmige Vertiefungen auf. Diese Vertiefungen können beispielsweise durch Prägestempel oder durch Klopfwerkzeuge eingebracht werden. Ebenso ist ein so genanntes Frisco-Finishing vorteilhaft. Ferner ist eine Bearbeitung mit Laser zweckmäßig.The smooth sliding surface can optionally be specially reworked. In this case, it has cup-shaped depressions in an advantageous embodiment. These recesses can be introduced, for example, by stamping or by knocking tools. Likewise, a so-called Frisco finishing is advantageous. Furthermore, a laser machining is appropriate.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit einem Kolben gemäß Patentanspruch 8. Der Kolben dieses Verbrennungsmotors weist einen Schaft und eine Zylinderlauffläche auf, wobei der Kolbenschaft und eine Zylinderlauffläche korrespondierende Gleitflächen bilden. Diese korrespondierenden Gleitflächen stehen in gleitendem Kontakt zueinander. Der Verbrennungsmotor zeichnet sich dadurch aus, dass die Gleitfläche des Schaftes eine glatte Oberfläche aufweist und die Gleitfläche der Zylinderlauffläche mikroskopische Rillen oder Riefen aufweisen.Another object of the invention is an internal combustion engine with a piston according to claim 8. The piston of this internal combustion engine has a shaft and a cylinder surface, wherein the piston skirt and a cylinder surface form corresponding sliding surfaces. These corresponding sliding surfaces are in sliding contact with each other. The internal combustion engine is characterized in that the sliding surface of the shaft has a smooth surface and the sliding surface of the cylinder surface have microscopic grooves or grooves.

Eine derartige Reibpaarung zwischen der Gleitfläche des Kolbens mit einer sehr glatten Oberfläche mit einer Rautiefe von bevorzugt weniger als 2 µm und einer Gleitfläche der Zylinderlauffläche mit mikroskopischen Rillen oder Vertiefungen und Riefen, die zur Speicherung von Schmierstoffen (Schmierstofftaschen) dienen, hat sich tribologisch sehr bewährt.Such a friction pairing between the sliding surface of the piston with a very smooth surface with a surface roughness of preferably less than 2 microns and a sliding surface of the cylinder surface with microscopic grooves or recesses and grooves, which are used to store lubricants (lubricant pockets), has proven very tribologically ,

Weitere Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner sind vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merkmale anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1
einen schematischen Querschnitt durch das Zylinderkurbelgehäuse eines Hubkolbenmotors mit einem bewegten Kolben,
Fig. 2
einen dreidimensionalen Ausschnitt einer mikroskopischen Aufnahme einer Gleitfläche eines Kolbens vor dem Einlaufen (entspricht dem Stand der Technik),
Fig. 3
die gleiche Oberflächendarstellung nach Fig. 2 nach dem Einlaufprozess des Motors (entspricht dem Stand der Technik) und
Fig. 4
eine mikroskopische Darstellung der Gleitfläche des Kolbens gemäß der Erfindung.
Further embodiments emerge from the subclaims. Furthermore, advantageous embodiments of the invention and further features are explained in more detail with reference to the following figures. Showing:
Fig. 1
a schematic cross section through the cylinder crankcase of a reciprocating engine with a moving piston,
Fig. 2
a three-dimensional section of a microscopic image of a sliding surface of a piston before shrinkage (corresponds to the prior art),
Fig. 3
the same surface appearance after Fig. 2 after the running-in process of the engine (corresponds to the prior art) and
Fig. 4
a microscopic view of the sliding surface of the piston according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinderkurbelgehäuses 14 eines Verbrennungsmotors 2 in Form eines Hubkolbenmotors. Das Zylinderkurbelgehäuse 14 des Verbrennungsmotors 2 weist eine Zylinderbohrung 3 auf, außenumfangsseitig durch eine Zylinderlauffläche 10 abgeschlossen ist. In der Zylinderbohrung 3 bewegt sich ein Kolben 4 entsprechend translatorisch in Richtung des Pfeils. Der Kolben 4 weist einen Schaft 6 auf, wobei der Schaft 6 wiederum mit einer Gleitfläche 8 versehen ist. Die Gleitfläche 8 steht während der Auf- und Abbewegung des Kolbens 4 in tribologischer Paarung mit der Gleitfläche 9, die Bestandteil der Zylinderlauffläche 10 ist. Fig. 1 shows a schematic representation of a cylinder crankcase 14 of an internal combustion engine 2 in the form of a reciprocating engine. The cylinder crankcase 14 of the internal combustion engine 2 has a cylinder bore 3, the outer peripheral side is closed by a cylinder surface 10. In the cylinder bore 3, a piston 4 moves according to translational in the direction of the arrow. The piston 4 has a shaft 6, wherein the shaft 6 is in turn provided with a sliding surface 8. The sliding surface 8 is during the up and down movement of the piston 4 in tribological pairing with the sliding surface 9, which is part of the cylinder surface 10.

Der Kolben 4 wiederum weist einen Kolbenstift 26 auf, der senkrecht zur Auf- und Abbewegung des Kolbens 4 durch eine Mittelachse des Kolbens 4 verläuft, wobei an den Kolbenstift 26 ein Pleuel 16 mit einem hier nicht dargestellten oberen Pleuelauge verbunden ist. Das Pleuel 16 weist ein weiteres, unteres Pleuelauge 28 auf, das mit einer hier nur schematisch dargestellten Kurbelwelle 18 verbunden ist. Die exzentrische Bewegung der Kurbelwelle 18 führt zu der Auf- und Abbewegung des Kolbens 4.The piston 4 in turn has a piston pin 26 which extends perpendicular to the up and down movement of the piston 4 through a central axis of the piston 4, wherein the piston pin 26, a connecting rod 16 is connected to an upper connecting rod, not shown here. The connecting rod 16 has a further, lower connecting rod eye 28, which is connected to a crankshaft 18 shown only schematically here. The eccentric movement of the crankshaft 18 leads to the up and down movement of the piston. 4

Das Zylinderkurbelgehäuse 14 weist bezüglich der Zylinderlauffläche 10 innen liegende Kühlkanäle 22 auf. Ferner sind in einem hier nicht dargestellten Zylinderkopf Ventile 24 gelagert, die ebenfalls entsprechend der an ihnen dargestellten Pfeile eine Auf- und Abbewegung vornehmen.The cylinder crankcase 14 has with respect to the cylinder surface 10 inside cooling channels 22. Further, valves 24 are mounted in a cylinder head, not shown here, which also make an up and down movement in accordance with the arrows shown on them.

Des Weiteren weist der Kolben 4 einen Kolbenring 20 auf, der dazu dient, den Kolben 4 gegenüber der Zylinderbohrung 3 abzudichten. Trotz des Kolbenringes 20 kommt es zwischen der Gleitfläche 8 des Schaftes 6 und der Gleitfläche 9 der Zylinderlauffläche 10 zu einer Berührung während der Kolbenbewegung.Furthermore, the piston 4 has a piston ring 20, which serves to seal the piston 4 with respect to the cylinder bore 3. Despite the piston ring 20 occurs between the sliding surface 8 of the shaft 6 and the sliding surface 9 of the cylinder surface 10 to a contact during the piston movement.

In Figur 2 ist eine mikroskopische Darstellung einer üblicherweise verwendeten rillenförmigen Struktur der Gleitfläche 8 des Schaftes 6 gegeben. Die Rillentiefe der Drehrillen 12 in Figur 2 beträgt mehr als 10 µm. Hierbei handelt es sich um die Aufnahme einer Gleitfläche 8 nach dem Stand der Technik. Die hier dargestellte Gleitfläche 8 liegt in dieser Form nach der Bearbeitung und vor dem Einlaufprozess des Kolbens vor. Diese Oberfläche erhält eine so genannte Einlaufschicht (nicht dargestellt), die beim Einlaufen des Motors dem Kolben als so genannter Fressschutz dient. Nach dem Einlaufen schaut eine Gleitfläche eines Kolbens nach dem Stand der Technik üblicherweise aus, wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Die Drehrillen 12 sind gegenüber der Figur 2 etwas abgeglättet. Sie wirken jedoch immer noch analog einer Feile, die beim Auf- und Abbewegen des Kolbens tribologisch ungünstig auf die Zylinderlauffläche 9 wirkt.In FIG. 2 is given a microscopic representation of a commonly used groove-shaped structure of the sliding surface 8 of the shaft 6. The groove depth of the rotating grooves 12 in FIG. 2 is more than 10 μm. This is the recording a sliding surface 8 according to the prior art. The sliding surface 8 shown here is in this form after processing and before the running-in process of the piston. This surface receives a so-called inlet layer (not shown), which serves the piston as a so-called eavesdropping when running the engine. After running in, a sliding surface of a prior art piston usually looks like that in FIG FIG. 3 is shown. The rotation grooves 12 are opposite to the FIG. 2 something smoothed. However, they still act analogous to a file that acts tribologically unfavorable on the cylinder surface 9 when moving the piston up and down.

In Figur 4 ist eine mikroskopische Darstellung der Gleitfläche 8 des Schaftes 6 des Kolbens 4 gezeigt, deren Rautiefe Rz bevorzugt geringer als 2 µm ist. Besonders bevorzugt ist die Rautiefe Rz der Gleitfläche 8 geringer als 1 µm, insbesondere geringer als 0,5 µm. Hierbei handelt es sich um eine glatte Oberfläche, die fein gedreht sein kann oder poliert sein kann. In Figur 4 nicht dargestellt sind zusätzliche Näpfchen - also geringe näpfchenförmige Vertiefungen in der Oberfläche - die ebenfalls als Schmierstofftaschen dienen können, falls dies erforderlich ist. Derartige Näpfchen weisen jedoch nicht den Effekt einer Feile auf, wie sie die Drehrillen 12 aufweisen, die in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind. Derartige Näpfchen können beispielsweise durch Prägestempel oder durch Klopfwerkzeuge eingebracht werden.In FIG. 4 a microscopic representation of the sliding surface 8 of the shaft 6 of the piston 4 is shown, the roughness depth Rz is preferably less than 2 microns. Particularly preferably, the surface roughness Rz of the sliding surface 8 is less than 1 μm, in particular less than 0.5 μm. This is a smooth surface that can be finely turned or polished. In FIG. 4 not shown are additional wells - so small well-shaped depressions in the surface - which can also serve as lubricant pockets, if necessary. However, such wells do not have the effect of a file, as they have the rotating grooves 12 which in the FIGS. 2 and 3 are shown. Such cups can be introduced, for example, by stamping or knocking tools.

Das Spiel zwischen Kolben 4 und Zylinderbohrung 3, wie es in den Toleranzen der Fertigung gefordert ist, wird durch die beschriebene Oberfläche des Schafts 6 des Kolbens 4 zwar eingeengt, aber durch moderne Fertigungsmethoden ist es durchaus möglich, ein Spiel zwischen Zylinderlauffläche 10 und Schaft 6 von weniger als 10 µm bereit zu stellen. Eine gemäß Figur 4 ausgestaltete Gleitfläche 8 des Schaftes 6 erniedrigt den Reibwiderstand zwischen Gleitfläche 8 und Gleitfläche 9 der Zylinderlauffläche 10 erheblich, wodurch der Treibstoffverbrauch des Motors gesenkt wird. Ferner wird durch die Senkung des Treibstoffverbrauches auch der CO2-Ausstoß des Verbrennungsmotors 2 reduziert. Neben der CO2-Reduktion kann auch der Verschleiß an den tribologisch belasteten Flächen - also an der Gleitfläche 8 und der Zylinderlauffläche 10 ― minimiert werden, was die Gesamtlebensdauer des Verbrennungsmotors 2 erhöhen kann. Ferner wird die Ölemission durch den Entfall der Drehrillen 11 verringert, was grundsätzlich zu einer Verlängerung des Ölwechselintervalls führen kann, da weniger Abrieb im Öl anfällt. Ferner kann eine Kosteneinsparung bei der Herstellung des Motors erzielt werden, da eine Beschichtung der Drehrillen 12 als Einlaufbeschichtung entfallen kann.The game between the piston 4 and cylinder bore 3, as required in the tolerances of manufacturing, although restricted by the described surface of the shaft 6 of the piston 4, but by modern manufacturing methods, it is quite possible, a game between the cylinder surface 10 and shaft. 6 less than 10 μm. One according to FIG. 4 designed sliding surface 8 of the shaft 6 lowers the frictional resistance between the sliding surface 8 and sliding surface 9 of the cylinder surface 10 considerably, whereby the fuel consumption of the engine is lowered. Furthermore, by reducing the fuel consumption and the CO 2 emissions of the engine 2 is reduced. In addition to the CO 2 reduction and the wear on the tribologically loaded surfaces - ie on the sliding surface 8 and the cylinder surface 10 - are minimized, which can increase the overall service life of the internal combustion engine 2. Furthermore, the oil emission is reduced by the elimination of the rotation grooves 11, which in principle can lead to an extension of the oil change interval, since less abrasion occurs in the oil. Furthermore, a cost savings in the production of the engine can be achieved, since a coating of the rotating grooves 12 can be omitted as run-in coating.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
33
Zylinderbohrungbore
44
Kolbenpiston
66
Schaftshaft
88th
Gleitfläche SchaftSliding shaft
99
Gleitfläche ZylinderlaufflächeSliding surface Cylinder surface
1010
ZylinderlaufflächeCylinder surface
1212
Drehrillenrotation grooves
1414
Kurbelgehäusecrankcase
1616
Pleuelpleuel
1818
Kurbelwellecrankshaft
2020
Kolbenringpiston ring
2222
Kühlkanälecooling channels
2424
Ventilevalves
2626
Kolbenstiftpiston pin
2828
Unteres PleuelaugeLower connecting rod eye

Claims (10)

Kolben für einen Verbrennungsmotor (2), der einen Schaft (6) mit einer Gleitfläche (8) aufweist, welche im Verbrennungsmotor (2) mit der Zylinderlauffläche (10) in gleitendem Kontakt steht,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleitfläche (8) des Schafts (6) eine glatte Oberfläche mit einer Rautiefe Rz unterhalb 2 µm aufweist.Piston for an internal combustion engine (2), which has a shaft (6) with a sliding surface (8) which is in sliding contact with the cylinder surface (10) in the internal combustion engine (2),
characterized in that
the sliding surface (8) of the shaft (6) has a smooth surface with a surface roughness Rz below 2 μm. Kolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleitfläche (8) frei von regelmäßigen Drehrillen (12) oder Fräsnuten ausgestaltet ist.Piston according to claim 1,
characterized in that
the sliding surface (8) is configured free of regular rotational grooves (12) or milling grooves. Kolben nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleitfläche (8) des Schafts (6) eine Rautiefe Rz unterhalb 1 µm, insbesondere weniger als 0,5 µm, aufweist.Piston according to claim 1 or 2,
characterized in that
the sliding surface (8) of the shaft (6) has a surface roughness Rz below 1 μm, in particular less than 0.5 μm. Kolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleitfläche (8) beschichtungsfrei ausgestaltet ist.Piston according to claim 1,
characterized in that
the sliding surface (8) is designed coating-free. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleitfläche (8) poliert ist.Piston according to one of the preceding claims,
characterized in that
the sliding surface (8) is polished. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleitfläche (8) fein gedreht ist.Piston according to one of claims 1 to 4,
characterized in that
the sliding surface (8) is finely turned. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die glatte Gleitfläche (8) näpfchenförmige Vertiefungen aufweist.Piston according to one of the preceding claims,
characterized in that
the smooth sliding surface (8) has cup-shaped depressions. Verbrennungsmotor mit einem Kolben (4), der einen Schaft (6) und eine Zylinderlauffläche (10) aufweist, wobei Schaft (6) und Zylinderlauffläche (10) korrespondierende Gleitflächen (8, 9) bilden, die in gleitendem Kontakt zueinander stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleitfläche (8) des Schafts eine glatte Oberfläche aufweist und die Gleitfläche (9) der Zylinderlauffläche (10) mikroskopische Rillen oder Riefen aufweist.Internal combustion engine with a piston (4) having a shaft (6) and a cylinder surface (10), shaft (6) and cylinder surface (10) forming corresponding sliding surfaces (8, 9) which are in sliding contact with each other,
characterized in that
the sliding surface (8) of the shaft has a smooth surface and the sliding surface (9) of the cylinder running surface (10) has microscopic grooves or grooves. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
Gleitfläche (8) des Schafts (6) eine Rautiefe Rz unterhalb 2 µm aufweist und die Gleitfläche (9) der Zylinderlauffläche (10) eine Rautiefe Rz oberhalb 2 µm aufweist.Internal combustion engine according to claim 5,
characterized in that
Sliding surface (8) of the shaft (6) has a surface roughness Rz below 2 microns and the sliding surface (9) of the cylinder surface (10) has a surface roughness Rz above 2 microns. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rautiefe der Gleitfläche (8) des Schaftes (6) weniger als 1 µm, insbesondere weniger als 0,5 µm, aufweist.Internal combustion engine according to claim 6,
characterized in that
the surface roughness of the sliding surface (8) of the shank (6) is less than 1 μm, in particular less than 0.5 μm.
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