AT522701A1 - PISTON - Google Patents

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AT522701A1
AT522701A1 ATA50593/2019A AT505932019A AT522701A1 AT 522701 A1 AT522701 A1 AT 522701A1 AT 505932019 A AT505932019 A AT 505932019A AT 522701 A1 AT522701 A1 AT 522701A1
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Avl List Gmbh
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (1), insbesondere Stahlkolben, für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenboden (4) und einer an einen Kolbenbodenrand (41) des Kolbenbodens (4) anschließenden Ringpartie (3), welche einen Feuersteg (7), zumindest eine Kompressionsringnut (5) und zumindest einer Ölabstreifringnut (6) aufweist, wobei die Kompressionsringnut (5) zwischen dem Kolbenbodenrand (41) und dem Ölabstreifring angeordnet ist. Um optimale Verbrennungsabläufe mit kurzer Brenndauer zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Kolben (1) zumindest eine Restgaskammer (10) aufweist, von der zumindest ein vorzugsweise gebohrter Düsenkanal (11) ausgeht, welcher auf einer einem Kolbenbolzenlager (8) abgewandten Seite einer normal auf die Kolbenachse (1a) ausgebildeten Bezugsebene (ε), die durch die Kompressionsring (5) verläuft, an die Kolbenoberfläche (40) führt.The invention relates to a piston (1), in particular a steel piston, for an internal combustion engine, with a piston head (4) and a ring belt (3) adjoining a piston head edge (41) of the piston head (4), which has a top land (7), at least one Compression ring groove (5) and at least one oil control ring groove (6), the compression ring groove (5) being arranged between the piston crown edge (41) and the oil control ring. In order to enable optimal combustion processes with a short burning time, it is provided that the piston (1) has at least one residual gas chamber (10) from which at least one preferably drilled nozzle channel (11) extends, which on a side facing away from a piston pin bearing (8) is a normal on the piston axis (1a) formed reference plane (ε), which runs through the compression ring (5), leads to the piston surface (40).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere Stahlkolben, für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenboden und einer an einen Kolbenbodenrand des Kolbenbodens anschließenden Ringpartie, welche einen Feuersteg, zumindest eine Kompressionsringnut und zumindest einer Ölabstreifringnut aufweist, wobei die Kompressionsringnut zwischen dem Kolbenbodenrand und dem Ölabstreifring angeordnet ist. Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem The invention relates to a piston, in particular a steel piston, for an internal combustion engine, with a piston crown and a ring section adjoining a piston crown edge of the piston crown, which has a top land, at least one compression ring groove and at least one oil control ring groove, the compression ring groove being arranged between the piston crown edge and the oil control ring . The invention further relates to an internal combustion engine with a

solchen Kolben, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Brennkraftmaschine. such a piston, as well as a method for operating this internal combustion engine.

Stahlkolben werden insbesondere bei Fahrzeugmotoren zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades eingesetzt und ermöglichen hohe Leistungen und geringe Emissionen bei geringerem Kraftstoffverbrauch. Stahlkolben werden im Motorbetrieb auf Grund ihrer geringeren Wärmeleitfähigkeit heißer als Aluminiumkolben, weshalb dem Temperaturmanagement des Kolbens eine große Bedeutung zukommt. Durch die im Vergleich zu Aluminiumkolben geringere Materialausdehnung lassen sich geringe Reibungsverluste erzielen. Allerdings kann Restgas, welches sich im Bereich der Ringpartie ansammelt, zu verschleppter Verbrennung führen. In bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine können die Voraussetzungen zum Erreichen einer kurzen Brenndauer nur schwer Steel pistons are used in particular in vehicle engines to improve the thermodynamic efficiency and enable high performance and low emissions with lower fuel consumption. Steel pistons get hotter than aluminum pistons when the engine is running due to their lower thermal conductivity, which is why the temperature management of the piston is of great importance. Due to the lower material expansion compared to aluminum pistons, low friction losses can be achieved. However, residual gas that accumulates in the area of the ring belt can lead to delayed combustion. In certain operating ranges of the internal combustion engine, it is difficult to meet the requirements for achieving a short combustion time

erreicht werden. can be achieved.

Aus der DE 10 2006 056 011 A1 ist ein Kolben für eine Brennkraftmaschine bekannt, in dem ein radial umlaufender, zum Kolbenboden des Kolbens beabstandeter Kühlkanal integriert ist. Über Einspritzdüsen wird ein Kühlmittel in einem freien Strahl in Eintrittsöffnungen eingespritzt. Das Kühlmittel durchströmt den geteilt gestalteten Kühlkanal im Gleichstrom und verlässt den Kolben durch getrennte Austrittsöffnungen. A piston for an internal combustion engine is known from DE 10 2006 056 011 A1, in which a radially circumferential cooling channel spaced from the piston head of the piston is integrated. A coolant is injected into inlet openings in a free jet via injection nozzles. The coolant flows through the split cooling channel in cocurrent and leaves the piston through separate outlet openings.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Kolben der eingangs genannten optimale The object of the invention is to achieve the optimum as mentioned above for a piston

Verbrennungsabläufe mit kurzer Brenndauer zu ermöglichen. To enable combustion processes with a short burning time.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kolben zumindest eine Restgaskammer aufweist, von der zumindest ein vorzugsweise gebohrter Düsenkanal ausgeht, welcher auf einer einem Kolbenbolzenlager abgewandten ersten Seite einer normal auf die Kolbenachse ausgebildeten Bezugsebene, die durch die Kompressionsring verläuft, an die Kolbenoberfläche führt. According to the invention, this object is achieved in that the piston has at least one residual gas chamber, from which at least one preferably drilled nozzle channel extends, which leads to the piston surface on a first side, facing away from a piston pin bearing, of a reference plane normal to the piston axis, which runs through the compression ring .

Die Restgaskammer und der Düsenkanal bilden eine Verbrennungsbeschleunigungseinrichtung und haben die Funktion, verschleppte The residual gas chamber and the nozzle channel form a combustion accelerator and have the function of dragging

Verbrennung zu vermeiden und die Verbrennung zu beschleunigen. Avoid burning and accelerate the combustion.

Im Detail hat die Restgaskammer die Funktion heißes Restgas nach dem Zünden während eines ersten Arbeitstaktes zu speichern, weiter zu erhitzen und in einem folgenden Arbeitszyklus an einer Heißstelle eine Zündung des am heißen Restgas erwärmten Frischgases, welches im Kompressionstakt der Restgaskammer In detail, the residual gas chamber has the function of storing hot residual gas after ignition during a first work cycle, heating it further and, in a subsequent work cycle, igniting the fresh gas heated by the hot residual gas, which occurs in the compression cycle of the residual gas chamber

zugeführt wurde, einzuleiten. was supplied to initiate.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kolben zumindest eine Kühlgalerie mit zumindest einem Kühlkanal aufweist, welcher im Bereich der Restgaskammer angeordnet ist, wobei der Kühlkanal kurbelraumseitig zumindest einen Eintritt aufweist. Für die Versorgung der Kühlgalerie kann pro Eintritt eine Kühldüse im Zylinder oder im Kurbelraum vorgesehen sein, wobei vorzugsweise zumindest eine It is particularly advantageous if the piston has at least one cooling gallery with at least one cooling channel which is arranged in the region of the residual gas chamber, the cooling channel having at least one inlet on the crankcase side. For the supply of the cooling gallery, one cooling nozzle can be provided in the cylinder or in the crankcase per inlet, with preferably at least one

Kühldüse fluchtend mit dem Eintritt angeordnet ist. The cooling nozzle is arranged in alignment with the inlet.

Mittels des Kühlkanals kann die Verbrennungsbeschleunigungseinrichtung indirekt geschalten, also thermisch aktiviert oder deaktiviert werden, indem die Restgaskammer erwärmt oder abgekühlt wird. Ein Abkühlen der Restgaskammer bewirkt, dass die Temperatur unter eine notwendige Reaktionstemperatur gesenkt By means of the cooling channel, the combustion accelerator device can be switched indirectly, that is to say thermally activated or deactivated, by heating or cooling the residual gas chamber. A cooling of the residual gas chamber causes the temperature to drop below a necessary reaction temperature

wird, becomes,

Eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkanal schaltbar ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Kühldüse durch ein Schaltorgan schaltbar ausgebildet ist, wobei in einer ersten Stellung des Schaltorgans der Kühlmitteldurchfluss durch die Kühldüse freigegeben und in einer zweiten Stellung des Schaltorgans gesperrt wird. Die erste Stellung des Schaltorgans kann dabei einem ersten Betriebsbereich und die zweite Stellung des Schaltorgans einem zweiten Betriebsbereich der An embodiment variant of the invention according to the invention provides that the cooling channel is designed to be switchable. Alternatively or additionally, it can be provided that at least one cooling nozzle is designed to be switchable by a switching element, the coolant flow through the cooling nozzle being released in a first position of the switching element and blocked in a second position of the switching element. The first position of the switching element can be a first operating range and the second position of the switching element can be a second operating range

Brennkraftmaschine zugeordnet sein. Internal combustion engine be assigned.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Düsenkanal im Bereich des Kolbenbodens an die Kolbenoberfläche führt. Zumindest eine Restgaskammer kann dabei im Bereich des Kolbenbodens angeordnet sein. In one embodiment of the invention it is provided that at least one nozzle channel leads to the piston surface in the area of the piston crown. At least one residual gas chamber can be arranged in the area of the piston head.

Dies ermöglicht es, die Zündung des Restgases-in einem kolbenmuldennahen Bereich des Brennraumes einzuleiten, beziehungsweise zu unterdrücken. Der Düsenkanal ist dabei vorteilhaft parallel zur Kolbenachse oder parallel zur Bezugsebene ausgebildet oder unter einem Winkel zwischen 30° und 90°, vorzugsweise zwischen 45° und 75°, insbesondere 60° zur Bezugsebene geneigt This makes it possible to initiate or suppress the ignition of the residual gas in an area of the combustion chamber near the piston cavity. The nozzle channel is advantageously formed parallel to the piston axis or parallel to the reference plane or inclined at an angle between 30 ° and 90 °, preferably between 45 ° and 75 °, in particular 60 °, to the reference plane

angeordnet sein. be arranged.

In weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Düsenkanal im Bereich des Kolbenrandes oder im Bereich des Feuerstegs an die Kolbenoberfläche geleitet wird. Die Restgaskammer kann dabei nahe dem Bereich des Kolbenrandes oder im Bereich der Ringpartie, vorzugsweise im Bereich des In further embodiment variants of the invention it is provided that at least one nozzle channel is guided to the piston surface in the area of the piston edge or in the area of the top land. The residual gas chamber can be close to the area of the piston edge or in the area of the ring belt, preferably in the area of the

Feuerstegs, angeordnet sein. Top land be arranged.

Vorzugsweise ist zumindest eine Restgaskammer ringsegmentförmig oder At least one residual gas chamber is preferably in the form of a ring segment or

ringförmig ausgebildet ist. is annular.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere voneinander getrennte Restgaskammern, vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang des Kolbens verteilt angeordnet sind. Vorzugsweise können von zumindest einer Restgaskammer mehrere Düsenkanäle ausgehen. Die Düsenkanäle sind dabei beispielsweise radial in Bezug zur Kolbenachse angeordnet. According to one embodiment of the invention it is provided that several separate residual gas chambers are arranged, preferably distributed evenly around the circumference of the piston. Preferably, several nozzle channels can start from at least one residual gas chamber. The nozzle channels are arranged, for example, radially in relation to the piston axis.

Somit kann heißes Restgas, welches sich in einer Randzone des Kolbens Thus, hot residual gas, which is in an edge zone of the piston

ansammelt, mit zugemischter Frischluft zünde n.. accumulates, ignites with mixed fresh air ..

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den nicht einschränkenden Figuren The invention is illustrated below with reference to the non-restrictive figures

gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen: illustrated embodiments explained in more detail. Show in it:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben in einer ersten Ausführungsvariante in 1 shows a piston according to the invention in a first embodiment variant in

einer axonometrischen Ansicht, an axonometric view,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Kolben in einer zweiten Ausführungsvariante in 2 shows a piston according to the invention in a second embodiment variant in

einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig 6, a section along the line II-II in Fig. 6,

Fig. 3 das Detail III aus Fig. 2, 3 shows the detail III from FIG. 2,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Kolben in einer dritten Ausführungsvariante in 4 shows a piston according to the invention in a third embodiment variant in

einer Detaildarstellung analog zu Fig. 3, a detailed representation analogous to FIG. 3,

Fig. 5 den Kolben aus Fig. 1 in einer Detaildarstellung analog zu Fig. 3, 5 shows the piston from FIG. 1 in a detailed illustration analogous to FIG. 3,

Fig. 6 einen erfindungsgemäßen Kolben in einer Variante der in Fig. 4 dargestellten Ausführung, in einem Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 4, 6 shows a piston according to the invention in a variant of the embodiment shown in FIG. 4, in a section along the line VI-VI in FIG. 4,

Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Kolben in einer Variante der in Fig. 4 dargestellten Ausführung, in einem Schnitt analog zu Fig. 6, und 7 shows a piston according to the invention in a variant of the embodiment shown in FIG. 4, in a section analogous to FIG. 6, and

Fig. 8 einen erfindungsgemäßen Kolben in einer Variante der in Fig. 4 dargestellten Ausführung, in einem Schnitt analog zu Fig. 6. 8 shows a piston according to the invention in a variant of the embodiment shown in FIG. 4, in a section analogous to FIG. 6.

Gleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen The same parts are given the same reference symbols in the design variants

versehen. Mistake.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen jeweils einen als Stahlkolben ausgebildeten Kolben 1 für eine nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine, welcher einen Kolbenmantel 2 mit einer Ringpartie 3 und an einer Stirnseite einen brennraumseitigen Kolbenboden 4 aufweist. Zwischen dem Kolbenboden 4 und dem Feuersteg 7 der Ringpartie 3 ist der Kolbenbodenrand 41 ausgebildet. Die Ringpartie 3 weist im Beispiel zwei Kompressionsringnuten 5 zur Aufnahme jeweils eines nicht dargestellten Kompressionsringes und eine Ölabstreifringnut 6 zur Aufnahme eines Figures 1 to 6 each show a piston 1 designed as a steel piston for an internal combustion engine, not shown, which has a piston skirt 2 with a ring belt 3 and a piston head 4 on one end face on the combustion chamber side. The piston crown edge 41 is formed between the piston crown 4 and the top land 7 of the ring belt 3. In the example, the ring belt 3 has two compression ring grooves 5 for receiving one compression ring, not shown, and one oil scraping ring groove 6 for receiving one

nicht weiter dargestellten Ölabstreifringes auf. Oil control ring not shown further.

Zur Aufnahme eines nicht weiter dargestellten Kolbenbolzens weist der Kolben 1 ein Kolbenbolzenlager 8 auf, dessen Längsachse mit Bezugszeichen 8a bezeichnet ist. Die Längsachse 8a des Kolbenbolzenlagers 8 fällt mit der Kolbenbolzenachse bzw. der Pleuelschwenkachse des Kolbens 1 zusammen. Eine zur Kolbenachse 1a normale Bezugsebene es verläuft durch die an den Feuersteg 7 grenzende obere To accommodate a piston pin, not shown, the piston 1 has a piston pin bearing 8, the longitudinal axis of which is denoted by reference numeral 8a. The longitudinal axis 8a of the piston pin bearing 8 coincides with the piston pin axis or the connecting rod pivot axis of the piston 1. A reference plane normal to the piston axis 1 a runs through the upper one adjoining the top land 7

Kompressionsringnut 5. Compression ring groove 5.

Der Kolben 1 weist eine Verbrennungsbeschleunigungseinrichtung 9 auf, wobei die Verbrennungsbeschleunigungseinrichtung 9 zumindest eine Restgaskammer 10 aufweist, von welcher mindestens ein Düsenkanal 11 ausgeht, der an der The piston 1 has a combustion accelerating device 9, the combustion accelerating device 9 having at least one residual gas chamber 10 from which at least one nozzle channel 11 extends, which is connected to the

Kolbenoberfläche 40 mündet. Die Mündung 11a des Düsenkanals 11 an der Piston surface 40 opens. The mouth 11a of the nozzle channel 11 at the

Kolbenoberfläche 40 befindet sich jeweils auf einer dem Kolbenboden 4 zugewandten bzw. dem Kolbenbolzenlager 8 abgewandten Seite einer normal auf die Kolbenachse 1a ausgebildeten Bezugsebene ge, die durch die an den Feuersteg 7 grenzende erste Kompressionsringnut 5 verläuft. Der Düsenkanal 11 bildet eine Strömungsverbindung zwischen der Restgaskammer 10 und der an den Brennraum grenzenden Kolbenoberfläche 40. Die Restgaskammern 10 bilden Rückhalteräume zum temporären Speichern des Restgases aus. The piston surface 40 is located on a side facing the piston crown 4 or facing away from the piston pin bearing 8 of a reference plane normal to the piston axis 1 a, which runs through the first compression ring groove 5 bordering on the top land 7. The nozzle channel 11 forms a flow connection between the residual gas chamber 10 and the piston surface 40 adjoining the combustion chamber. The residual gas chambers 10 form retention spaces for temporarily storing the residual gas.

Bei den in Fig. 1 und 5 dargestellten Ausführungsvarianten enden die Düsenkanäle 11 im Bereich des Kolbenbodens 4 an der Kolbenoberfläche 40. Im Bereich der Mündungen 11a der Düsenkanäle 11 ist eine kraterförmige Einformung 11b vorgesehen. Durch die Einformung 11b mündet der unter einem Winkel v zwischen 30° und 90°, vorzugsweise zwischen 45° und 75°, insbesondere 60° zur Bezugsebene & geneigt ausgebildete Düsenkanal 11 unter einer annähernd 90°Abrisskante an der Kolbenoberfläche 40. Dadurch wird einerseits vermieden, dass sich ein Brennstrahl am Kolbenboden 4 anlegt und diesen zusätzlich aufheizt. Andererseits kann am Übergang zwischen Düsenkanal 11 und Kolbenoberfläche 40 auf der gegenüberliegenden Seite keine schneidenartige scharfe Kante entstehen, die eventuell thermisch überfordert werden und abbrennen könnte. In the embodiment variants shown in FIGS. 1 and 5, the nozzle channels 11 end in the area of the piston head 4 at the piston surface 40. In the area of the mouths 11a of the nozzle channels 11, a crater-shaped indentation 11b is provided. Through the indentation 11b, the nozzle channel 11, which is inclined at an angle v between 30 ° and 90 °, preferably between 45 ° and 75 °, in particular 60 ° to the reference plane &, opens out under an approximately 90 ° tear-off edge on the piston surface 40. This is avoided on the one hand that a focal jet is applied to the piston head 4 and additionally heats it. On the other hand, at the transition between the nozzle channel 11 and the piston surface 40 on the opposite side, no cutting edge-like sharp edge can arise that could possibly be thermally overwhelmed and burn off.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsvariante, bei denen die Düsenkanäle 11 im Bereich des Kolbenrandes 41 bzw. im Bereich der Kolbenbodens 4 an die Kolbenoberfläche 40 führt. Die Düsenkanäle 11 gehen dabei in einer Richtung parallel zur Kolbenachse 1a von zumindest einer im Bereich des Feuersteges 7 angeordneten Restgaskammer 10 aus. FIGS. 2 and 3 show an embodiment variant in which the nozzle channels 11 lead to the piston surface 40 in the area of the piston edge 41 or in the area of the piston head 4. The nozzle channels 11 proceed in a direction parallel to the piston axis 1 a from at least one residual gas chamber 10 arranged in the area of the top land 7.

In den Fig. 4 und 6 bis 8 sind Ausführungsvarianten gezeigt, bei denen von den im Bereich des Feuersteges 7 angeordneten Restgaskammern 10 Düsenkanäle 11 In FIGS. 4 and 6 to 8, embodiment variants are shown in which nozzle ducts 11 from the residual gas chambers 10 arranged in the region of the top land 7

ausgehen, die parallel zur Bezugsebene es ausgebildet sind. go out, which are formed parallel to the reference plane there.

Fig. 6 zeigt dabei eine Variante, bei der eine Vielzahl - im dargestellten Beispiel acht - Restgaskammern 10 getrennt voneinander und gleichmäßig in Umfangsrichtung des Kolbens 1 im Bereich des Feuerstegs 7 angeordnet sind. Jede Restgaskammer 10 weist im Wesentlichen die Form eines Ringsegmentes auf. Pro Restgaskammer 10 ist hier ein Düsenkanal 11 vorgesehen, welcher - bezogen auf die Kolbenachse 1a - radial nach außen von der Restgaskammer 10 ausgeht und in 6 shows a variant in which a large number - eight in the example shown - residual gas chambers 10 are arranged separately from one another and uniformly in the circumferential direction of the piston 1 in the area of the top land 7. Each residual gas chamber 10 essentially has the shape of a ring segment. For each residual gas chamber 10, a nozzle channel 11 is provided here, which - in relation to the piston axis 1 a - extends radially outward from the residual gas chamber 10 and into

einer Richtung parallel zur Bezugsebene g im Bereich des Feuerstegs 7 oberhalb der a direction parallel to the reference plane g in the area of the top land 7 above

ersten Kompressionsringnut 5 an der Kolbenoberfläche 40 endet. first compression ring groove 5 on the piston surface 40 ends.

Fig. 7 zeigt eine Variante mit einer einzigen ringförmigen Restgaskammer 10, welche sich um den gesamten Umfang um die Kolbenachse 1a erstreckt. Von dieser ringförmigen Restgaskammer 10 gehen mehrere - im gezeigten Ausführungsbeispiel acht - Düsenkanäle 11 aus und münden im Bereich des Feuerstegs 7 an der Kolbenoberfläche 40. Fig. 7 shows a variant with a single annular residual gas chamber 10 which extends around the entire circumference around the piston axis 1a. From this annular residual gas chamber 10, a plurality of nozzle channels 11 - eight in the exemplary embodiment shown - emanate and open in the area of the top land 7 on the piston surface 40.

In Fig. 8 ist ein Variante der Erfindung dargestellt, bei der zwei Gruppen A, B von Restgaskammern 10 vorgesehen sind. Die erste Gruppe A weist symmetrisch bezüglich der ersten Ebene &1 und zweiten Ebene &2 angeordnete ringsegmentförmige Restgaskammern 10 auf, die sich über einen Winkel a unter 30°, hier etwa 20°, erstrecken und von denen jeweils ein einziger Düsenkanal 11 —bezogen auf die Kolbenachse 1a - in radialer Richtung parallel zur Bezugsebene ausgeht und an der Kolbenoberfläche 40 des Feuerstegs 7 endet. Die zweite Gruppe B weist symmetrisch bezüglich der der ersten Ebene &:, und zweiten Ebene &2 angeordnete ringsegmentförmige Restgaskammern 10 auf, die sich über einen Winkel ß von über 90°, hier etwa 110°, erstrecken. Von den Restgaskammern 10 der zweiten Gruppe B gehen jeweils mehrere - im gezeigten Beispiel drei —Düsenkanäle 11 in radialer Richtung - bezogen auf die Kolbenachse 1a und parallel zur Bezugsebene & aus und enden an der Kolbenoberfläche 40 des Feuerstegs 7 oberhalb der ersten Kompressionsringnut 5. 8 shows a variant of the invention in which two groups A, B of residual gas chambers 10 are provided. The first group A has ring segment-shaped residual gas chambers 10 arranged symmetrically with respect to the first plane & 1 and second plane & 2, which extend over an angle a of less than 30 °, here about 20 °, and each of which has a single nozzle channel 11 - based on the piston axis 1a - starts in the radial direction parallel to the reference plane and ends at the piston surface 40 of the top land 7. The second group B has ring segment-shaped residual gas chambers 10 symmetrically with respect to the first plane &: and second plane & 2, which extend over an angle β of over 90 °, here about 110 °. From the residual gas chambers 10 of the second group B, several - in the example shown three - nozzle channels 11 extend in the radial direction - based on the piston axis 1a and parallel to the reference plane & and end at the piston surface 40 of the top land 7 above the first compression ring groove 5.

In den in den Figuren 2 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen ist im Bereich des Kolbenbodens 4 in einer normal auf die Kolbenachse 1a ausgebildeten Kühlebene 12a der Kühlkanalanordnung 12 eine erste Kühlgalerie 13 und eine zweiten Kühlgalerie 14 angeordnet. Die erste 13 und die zweite Kühlgalerie 14 können aber auch axial versetzt zueinander im Kolben 1 angeordnet sein. Weiters kann der Kolben 1 auch ohne der zweiten Kühlgalerie 14 ausgebildet sein. Für die erfindungsgemäße indirekte Steuerung der Verbrennungsbeschleunigungseinrichtung 8 ist nur eine einzige steuerbare Kühlgalerie 13 erforderlich. Der Abstand a zwischen der ersten Kühlgalerie 13 und der Restgaskammer 10 beträgt bei Stahlkolben vorteilhafterweise zwischen 1 mm In the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 to 8, a first cooling gallery 13 and a second cooling gallery 14 are arranged in the region of the piston head 4 in a cooling plane 12a of the cooling channel arrangement 12 that is normal to the piston axis 1a. The first 13 and the second cooling gallery 14 can, however, also be arranged axially offset from one another in the piston 1. Furthermore, the piston 1 can also be designed without the second cooling gallery 14. Only a single controllable cooling gallery 13 is required for the indirect control according to the invention of the combustion accelerator device 8. The distance a between the first cooling gallery 13 and the residual gas chamber 10 is advantageously between 1 mm in the case of steel pistons

und 3 mm. and 3 mm.

Im Ausführungsbeispiel schneidet die Kühlebene 12a den Feuersteg 7 und verläuft durch die Restgaskammern 10. Die erste Kühlgalerie 13 weist im Ausführungsbeispiel einen kreisringförmigen ersten Kühlkanal 131 auf, welcher sich um den vollen Umfang um die Kolbenachse 1a erstreckt. Die zweite Kühlgalerie 14 weist einen kreisringförmigen zweiten Kühlkanal 141 auf, welcher sich ebenfalls um In the exemplary embodiment, the cooling plane 12a intersects the top land 7 and runs through the residual gas chambers 10. In the exemplary embodiment, the first cooling gallery 13 has an annular first cooling channel 131 which extends around the full circumference around the piston axis 1a. The second cooling gallery 14 has an annular second cooling channel 141, which also turns around

den vollen Umfang erstreckt. extends the full scope.

Insbesondere bei nicht eben geformter brennraumseitiger Kolbenoberfläche 40 kann es vorteilhaft sein, wenn die Kühlkanäle 131, 141 nicht in einer normal auf die Kolbenachse 1a ausgebildeten Kühlebene 12a, sondern entlang einer Fläche ausgebildet sind, welche der brennraumseitigen Kolbenoberfläche 40 nachgeformt In particular, if the piston surface 40 on the combustion chamber side is not flat, it can be advantageous if the cooling channels 131, 141 are not formed in a cooling plane 12a formed normal to the piston axis 1a, but along a surface which is shaped after the piston surface 40 on the combustion chamber side

ist. is.

Die erste Kühlgalerie 13 weist im Ausführungsbeispiel zwei erste Eintritte 132 und zwei erste Austritte 133 auf. Die zweite Kühlgalerie 14 ist ebenfalls mit zwei zweiten Eintritten 142 und zwei Austritten 143 versehen. Die zwei ersten Eintritte 132 und die zwei zweiten Eintritte 142 sind im Bereich einer die Kolbenachse 1a beinhaltenden und normal auf die Längsachse 8a des Kolbenbolzenlagers 8 ausgebildeten ersten Ebene g, angeordnet. Die zwei ersten Eintritte 132 sind dabei diametral bezüglich der Kolbenachse 1a und symmetrisch zu einer durch die Kolbenachse 1a und die Längsachse 8a des Kolbenbolzenlagers 8 aufgespannten zweiten Ebene g&2 angeordnet. Analog dazu sind die zwei zweiten Eintritte 142 diametral bezüglich der Kolbenachse 1a und symmetrisch in Bezug auf die zweite Ebene g; in der ersten Ebene 1 angeordnet. Jeder erste Eintritt 132 weist einen im Wesentlichen parallel zur Kolbenachse 1a ausgebildeten und mit dem ersten Kühlkanal 131 strömungsverbundenen ersten Eintrittskanal 134 auf Jeder zweite zweiter Eintritt 142 weist einen im Wesentlichen parallel zur Kolbenachse 1a ausgebildeten und mit dem zweiten Kühlkanal 141 strömungsverbundenen zweiten Eintrittskanal 144 auf. Die ersten Eintrittskanäle 134 und zweiten Eintrittskanäle 144 sind nach unten - bei in die Brennkraftmaschine eingebautem Kolben 1 also in Richtung des Kurbelraumes 15 - offen ausgebildet und weisen jeweils eine erste Eintrittsöffnung 135 bzw. zweite 145 auf (Fig. 2). In the exemplary embodiment, the first cooling gallery 13 has two first inlets 132 and two first outlets 133. The second cooling gallery 14 is also provided with two second inlets 142 and two outlets 143. The two first inlets 132 and the two second inlets 142 are arranged in the area of a first plane g, which includes the piston axis 1a and is normal to the longitudinal axis 8a of the piston pin bearing 8. The two first inlets 132 are arranged diametrically with respect to the piston axis 1a and symmetrically to a second plane g & 2 spanned by the piston axis 1a and the longitudinal axis 8a of the piston pin bearing 8. Similarly, the two second inlets 142 are diametrically opposite the piston axis 1a and symmetrical with respect to the second plane g; arranged in the first level 1. Each first inlet 132 has a first inlet channel 134 which is essentially parallel to the piston axis 1a and is flow-connected to the first cooling channel 131.Every second second inlet 142 has a second inlet channel 144 which is essentially parallel to the piston axis 1a and is flow-connected to the second cooling channel 141. The first inlet channels 134 and second inlet channels 144 are designed to be open at the bottom - when the piston 1 is installed in the internal combustion engine, that is in the direction of the crank chamber 15 - and each have a first inlet opening 135 and second 145 (FIG. 2).

Die ersten Austritte 133 und die zweiten Austritte 143 sind im Bereich der zweiten The first outlets 133 and the second outlets 143 are in the area of the second

Ebene &2 angeordnet. Die beiden ersten Austritte 133 einerseits und die beiden Level & 2 arranged. The first two outlets 133 on the one hand and the two

zweiten Austritte 143 andererseits sind diametral bezüglich der Kolbenachse 1a second outlets 143 on the other hand are diametrically opposite to the piston axis 1a

angeordnet. Jeweils ein erster Austritt 133 und ein zweiter Austritt 143 münden in einen gemeinsamen Drainageschacht 16 des Kolbens 1 ein, dessen Schachtachse 16a im in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zur Kolbenachse 1a verläuft. Der Drainageschacht 16 ist nach unten - also in Richtung des Kurbelraumes 15 offen ausgebildet. Die Austrittsöffnung 17 des Drainageschachtes 16 befindet sich arranged. A first outlet 133 and a second outlet 143 each open into a common drainage shaft 16 of the piston 1, the shaft axis 16a of which runs parallel to the piston axis 1a in the exemplary embodiment shown in FIG. 2. The drainage shaft 16 is designed to be open at the bottom - that is, in the direction of the crank chamber 15. The outlet opening 17 of the drainage shaft 16 is located

im Ausführungsbeispiel im Bereich des Kolbenbolzenlagers 8. in the exemplary embodiment in the area of the piston pin bearing 8.

In Fig. 2 sind erste Kühldüsen 18 und zweite Kühldüsen 19 angedeutet, welche im nicht dargestellten Zylindergehäuse oder im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Jede Kühldüse 18, 19 ist einem Eintrittskanal 134, 144 zugeordnet. Die Spritzachsen 18a, 19a der Kühldüsen 18, 19 sind parallel zur Kolbenachse 1a und fluchtend mit der Kanalachse 134a, 144a des jeweiligen Eintrittskanal 134, 144 ausgebildet, so dass das Kühlmedium - in der Regel Motoröl — in die in Richtung des Kurbelraumes 15 offenen Eintrittskanäle 134, 144 gespritzt wird. Im Ausführungsbeispiel sind zumindest die ersten Kühldüsen 18 schaltbar ausgebildet, sodass einerseits die Kühlung des Kolbens 1 an den jeweiligen Bedarf, beispielsweise in Abhängigkeit des Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine, angepasst werden kann, und andererseits die Verbrennungsbeschleunigungseinrichtung 9 aktiviert oder deaktiviert werden kann. Zumindest ein erster Kühlkanal 13 ist schaltbar ausgeführt. Die entsprechenden Schaltorgange zum Sperren oder Freigeben des Kühlmittelstromes durch den ersten Kühlkanal sind in Fig. 2 mit Bezugszeichen 20 bezeichnet. In Fig. 2, first cooling nozzles 18 and second cooling nozzles 19 are indicated, which are arranged in the cylinder housing (not shown) or in the crankcase of the internal combustion engine. Each cooling nozzle 18, 19 is assigned to an inlet channel 134, 144. The spray axes 18a, 19a of the cooling nozzles 18, 19 are parallel to the piston axis 1a and aligned with the channel axis 134a, 144a of the respective inlet channel 134, 144, so that the cooling medium - usually engine oil - enters the inlet channels open towards the crankcase 15 134, 144 is injected. In the exemplary embodiment, at least the first cooling nozzles 18 are designed to be switchable, so that, on the one hand, the cooling of the piston 1 can be adapted to the respective requirement, for example depending on the operating range of the internal combustion engine, and, on the other hand, the combustion accelerator 9 can be activated or deactivated. At least one first cooling channel 13 is designed to be switchable. The corresponding switching devices for blocking or releasing the coolant flow through the first cooling channel are denoted by reference numeral 20 in FIG. 2.

Mittels des Schaltorganes 20 wird der Kühlmittelstrom in der ersten Kühldüse 18 gesteuert, und dadurch indirekt die Verbrennungsbeschleunigungseinrichtung 9 thermisch aktiviert oder deaktiviert, indem das in den Restgaskammern 10 enthaltene Restgas abwechselnd erwärmt oder abgekühlt wird. Ein Abkühlen der Restgaskammer 10 bewirkt, dass die Restgas-temperatur unter eine notwendige Reaktionstemperatur gesenkt wird: . The coolant flow in the first cooling nozzle 18 is controlled by means of the switching element 20, and the combustion accelerator 9 is thereby indirectly thermally activated or deactivated by the residual gas contained in the residual gas chambers 10 being alternately heated or cooled. A cooling of the residual gas chamber 10 has the effect that the residual gas temperature is lowered below a necessary reaction temperature:.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS Kolben (1), insbesondere Stahlkolben, für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenboden (4) und einer an einen Kolbenbodenrand (41) des Kolbenbodens (4) anschließenden Ringpartie (3), welche einen Feuersteg (7), zumindest eine Kompressionsringnut (5) und zumindest einer Ölabstreifringnut (6) aufweist, wobei die Kompressionsringnut (5) zwischen dem Kolbenbodenrand (41) und dem Ölabstreifring angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) zumindest eine Restgaskammer (10) aufweist, von der zumindest ein vorzugsweise gebohrter Düsenkanal (11) ausgeht, welcher auf einer einem Kolbenbolzenlager (8) abgewandten Seite einer normal auf die Kolbenachse (1a) ausgebildeten Bezugsebene (£g), die durch die Kompressionsring (5) verläuft, an die Kolbenoberfläche (40) führt. Piston (1), in particular steel piston, for an internal combustion engine, with a piston head (4) and a ring belt (3) adjoining a piston head edge (41) of the piston head (4), which has a top land (7), at least one compression ring groove (5) and has at least one oil control ring groove (6), wherein the compression ring groove (5) is arranged between the piston crown (41) and the oil control ring, characterized in that the piston (1) has at least one residual gas chamber (10), of which at least one preferably drilled Nozzle channel (11) exits, which leads to the piston surface (40) on a side facing away from a piston pin bearing (8) of a reference plane (£ g) which is normal to the piston axis (1a) and which runs through the compression ring (5). Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) zumindest eine, eine Kühlgalerie (13) mit zumindest einem Kühlkanal (131) aufweist, welcher im Bereich der Restgaskammer (10) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Kühlkanal (131) einen kurbelraumseitigen Eintritt (132) für Piston (1) according to Claim 1, characterized in that the piston (1) has at least one cooling gallery (13) with at least one cooling channel (131) which is arranged in the area of the residual gas chamber (10), wherein preferably the cooling channel ( 131) an inlet (132) on the crankcase side for ein Kühlmittel aufweist. has a coolant. Kolben (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (131) schaltbar ausgebildet ist. Piston (1) according to Claim 2, characterized in that the cooling channel (131) is designed to be switchable. Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Düsenkanal (11) im Bereich des Kolbenbodens (4) an die Kolbenoberfläche (40) führt. Piston (1) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that at least one nozzle channel (11) leads to the piston surface (40) in the region of the piston head (4). Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Düsenkanal (11) im Bereich des Kolbenrandes (41) an die Kolbenoberfläche (40) führt. Piston (1) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that at least one nozzle channel (11) leads to the piston surface (40) in the region of the piston edge (41). Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, Piston (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that dass zumindest ein Düsenkanal (11) im Bereich des Feuerstegs (7) an die Kolbenoberfläche (40) führt. that at least one nozzle channel (11) leads to the piston surface (40) in the area of the top land (7). 11. 11. 12. 12th 13. 13th 14. 14th 15. 15th 10 10 Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Düsenkanal (11) parallel zur Bezugsebene (£g) ausgebildet ist. Piston (1) according to one of Claims 1 to 6, characterized in that at least one nozzle channel (11) is formed parallel to the reference plane (£ g). Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Düsenkanal (11) parallel zur Kolbenachse (1a) ausgebildet Piston (1) according to one of Claims 1 to 7, characterized in that at least one nozzle channel (11) is formed parallel to the piston axis (1a) ist. is. Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Düsenkanal (11) unter einem Winkel (y) <> 90° zur Bezugsebene (£g) geneigt ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Winkel (v) Piston (1) according to one of Claims 1 to 8, characterized in that at least one nozzle channel (11) is designed to be inclined at an angle (y) <> 90 ° to the reference plane (£ g), preferably the angle (v) zwischen 45° und 75°, vorzugsweise etwa 60°, beträgt. between 45 ° and 75 °, preferably about 60 °. Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Restgaskammer (10) im Bereich des Kolbenbodens (4) Piston (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one residual gas chamber (10) in the area of the piston head (4) angeordnet ist. is arranged. Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Restgaskammer (10) im Bereich des Kolbenrandes (41) angeordnet ist. Piston (1) according to one of Claims 1 to 10, characterized in that at least one residual gas chamber (10) is arranged in the region of the piston edge (41). Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Restgaskammer (10) im Bereich der Ringpartie (3), Piston (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least one residual gas chamber (10) in the area of the ring belt (3), vorzugsweise im Bereich des Feuerstegs (7), angeordnet ist. is preferably arranged in the area of the top land (7). Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12a, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Restgaskammer (10) ringsegmentförmig oder ringförmig Piston (1) according to one of claims 1 to 12a, characterized in that at least one residual gas chamber (10) is in the form of a ring segment or ring ausgebildet ist. is trained. Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere voneinander getrennte Restgaskammern (10), vorzugsweise Piston (1) according to one of claims 1 to 13, characterized in that several separate residual gas chambers (10), preferably gleichmäßig um den Umfang des Kolbens (1) verteilt angeordnet sind. are evenly distributed around the circumference of the piston (1). Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass von zumindest einer Restgaskammer (10) mehrere Düsenkanäle (11) Piston (1) according to one of claims 1 to 14, characterized in that several nozzle ducts (11) from at least one residual gas chamber (10) ausgehen. go out. 16. Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben (1) zum Antrieb einer in einem Kurbelraum (15) angeordneten Kurbelwelle, nach einem der Ansprüche 2 bis 15, mit zumindest einer einen Eintritt(132) für ein Kühlmittel aufweisenden Kühlgalerie (13), dadurch gekennzeichnet, dass für die Versorgung der Kühlgalerie (13) pro Eintritt (132) eine Kühldüse (18) im Zylinder oder im Kurbelraum (15) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zumindest eine Kühldüse (18) fluchtend 16. Internal combustion engine with at least one piston (1) reciprocating in a cylinder for driving a crankshaft arranged in a crank chamber (15), according to one of claims 2 to 15, with at least one cooling gallery having an inlet (132) for a coolant (13), characterized in that a cooling nozzle (18) is provided in the cylinder or in the crank chamber (15) for the supply of the cooling gallery (13) per inlet (132), with at least one cooling nozzle (18) preferably in alignment mit dem Eintritt (132) angeordnet ist. is arranged with the inlet (132). 17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kühldüse (18) durch ein Schaltorgan (20) schaltbar ausgebildet ist, wobei in einer ersten Stellung des Schaltorgans (20) ein Kühlmitteldurchfluss durch die Kühldüse (18) freigebbar und in einer zweiten 17. Internal combustion engine according to claim 16, characterized in that at least one cooling nozzle (18) is designed to be switchable by a switching element (20), wherein in a first position of the switching element (20) a coolant flow through the cooling nozzle (18) can be released and in a second position Stellung des Schaltorgans (20) sperrbar ist. Position of the switching element (20) can be locked. 18. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einer Kühlgalerie (13), welche über zumindest eine schaltbare Kühldüse (18) mit Kühlmittel versorgt wird, nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem ersten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine der Kühlmitteldurchfluss durch die Kühldüse (18) frei 18. The method for operating an internal combustion engine with at least one cooling gallery (13), which is supplied with coolant via at least one switchable cooling nozzle (18), according to claim 16 or 17, characterized in that the coolant flow through the engine in at least a first operating range Cooling nozzle (18) free gegeben und in einem zweiten Betriebsbereich gesperrt wird. is given and blocked in a second operating area. 28.06.2019 FÜ 06/28/2019 FÜ
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