DE102013022040A1 - Piston for a reciprocating internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (10) für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit einer in Umfangsrichtung des Kolbens (10) ringförmig umlaufenden Kolbenkrone (18), mit einer in radialer Richtung innenseitig der Kolbenkrone (18) angeordneten und ringförmig umlaufenden Kolbenstufe (20), welche gegenüber der Kolbenkrone (18) in axialer Richtung vertieft ist, und mit einer sich in radialer Richtung nach innen hin an die Kolbenstufe (20) anschließenden und gegenüber der Kolbenstufe (20) in axialer Richtung vertiefte Omega-Mulde (22), in welche die Kolbenstufe (20) über eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur (16) übergeht, wobei in radialer Richtung zwischen der Kolbenstufe (20) und der Kolbenkrone (18) eine gegenüber der Kolbenkrone (18) in axialer Richtung vertiefte Ausnehmung (42) angeordnet ist.The invention relates to a piston (10) for a reciprocating piston internal combustion engine, having a piston crown (18) extending annularly in the circumferential direction of the piston (10), having a piston step (20) arranged in the radial direction on the inside of the piston crown (18) and annularly surrounding, which is recessed in the axial direction with respect to the piston crown (18), and with an omega trough (22), which in the radial direction inwardly adjoins the piston step (20) and opposite the piston step (20) in the axial direction, into which the piston step (20) passes over an annular circulating beam splitter contour (16), wherein in the radial direction between the piston step (20) and the piston crown (18) relative to the piston crown (18) in the axial direction recessed recess (42) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Ein solcher Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, ist der DE 10 2011 119 215 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Kolben weist eine in Umfangsrichtung des Kolbens ringförmig umlaufende Kolbenkrone auf. Darüber hinaus weist der Kolben eine in Umfangsrichtung des Kolbens ringförmig umlaufende Kolbenstufe auf, welche gegenüber der Kolbenkrone in axialer Richtung vertieft ist. Mit anderen Worten ist die Kolbenstufe gegenüber der Kolbenkrone axial zurückversetzt. Die Kolbenstufe ist dabei in radialer Richtung des Kolbens innenseitig der Kolbenkrone angeordnet. Mit anderen Worten ist die Kolbenstufe in radialer Richtung näher zur Mitte des Kolbens hin angeordnet als die Kolbenkrone.Such a piston for a reciprocating internal combustion engine, in particular a motor vehicle, is the DE 10 2011 119 215 A1 to be known as known. The piston has an annular circumferential piston crown in the circumferential direction of the piston. In addition, the piston has an annular circumferential piston in the circumferential direction of the piston step, which is recessed relative to the piston crown in the axial direction. In other words, the piston stage is set back axially relative to the piston crown. The piston stage is arranged in the radial direction of the piston inside the piston crown. In other words, the piston stage is arranged in the radial direction closer to the center of the piston than the piston crown.

Darüber hinaus weist der Kolben eine sich in radialer Richtung nach innen hin an die Kolbenstufe anschließende und gegenüber der Kolbenstufe in axialer Richtung vertiefte Omega-Mulde auf. Mit anderen Worten ist die Omega-Mulde in radialer Richtung innenseitig der Kolbenstufe angeordnet. Die Kolbenstufe geht dabei in die Omega-Mulde über eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur über. Bei der Omega-Mulde handelt es sich um eine Kolbenmulde des Kolbens, welche omegaförmig ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Kolbenmulde (Omega-Mulde) zumindest im Wesentlichen die Form des griechischen Kleinbuchstabens „Omega” (ω) aufweist. Mit anderen Worten ist die Omega-Mulde nach Art des griechischen Kleinbuchstabens „Omega” ausgebildet.In addition, the piston has an in the radial direction inwardly to the piston stage subsequent and opposite the piston step in the axial direction recessed omega trough. In other words, the omega trough is arranged in the radial direction on the inside of the piston stage. The piston stage passes into the omega trough via an annular circulating beam splitter contour. The Omega trough is a piston recess of the piston, which is omega-shaped. This means that the piston recess (omega trough) has at least substantially the shape of the Greek lower case letter "omega" (ω). In other words, the omega trough is formed in the manner of the Greek lowercase "omega".

Eine solche Omega-Mulde ist aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt. Eine solche Omega-Mulde weist im Bereich der Kolbenmitte eine Erhöhung auf, von der ausgehend die Kolbenmulde in radialer Richtung nach außen hin abfällt und daran anschließend zumindest im Wesentlichen bogenförmig unter Ausbildung eines Hinterschnitts wieder ansteigt. Daran schließt sich die Strahlteilerkontur an, über die die Omega-Mulde schließlich in die Kolbenstufe übergeht.Such an omega well is well known in the art. Such an omega-trough has an increase in the region of the center of the piston, from which point the piston trough drops outwards in the radial direction and subsequently rises again at least essentially arcuately to form an undercut. This is followed by the beam splitter contour, over which the omega trough finally merges into the piston stage.

Die DE 10 2012 103 195 A1 offenbart einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem eine Mittelachse aufweisenden Kolbenmantel und einem den Kolbenmantel nach oben begrenzenden Kolbenboden mit einem Durchmesser. Der Kolbenboden ist aus einem Kolbenbodenrand mit einer Breite und einer Kolbenbodenmulde mit einer Tiefe gebildet, wobei die Kolbenbodenmulde eine Kolbenmuldenwand mit einem Öffnungsquerschnitt mit einem Durchmesser aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass innerhalb des Kolbenbodenrandes mindestens eine in Umfangsrichtung zur Mittelachse verlaufende Nut mit einem Innendurchmesser vorgesehen ist, wobei der Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser des Öffnungsquerschnitts der Kolbenbodenmulde.The DE 10 2012 103 195 A1 discloses a piston of an internal combustion engine with a piston skirt having a central axis and a piston crown having a diameter that delimits the piston skirt upwards. The piston head is formed from a piston bottom edge having a width and a piston bottom recess having a depth, wherein the piston base recess has a piston bowl wall having an opening cross section with a diameter. It is provided that within the piston bottom edge at least one extending in the circumferential direction to the central axis groove is provided with an inner diameter, wherein the inner diameter is greater than the diameter of the opening cross-section of the piston crown.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders vorteilhafte Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.Object of the present invention is to provide a piston of the type mentioned, by means of which a particularly advantageous combustion of a fuel-air mixture in a cylinder of the reciprocating internal combustion engine can be realized.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a piston having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Kolben der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders vorteilhafte Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Zylinder der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in radialer Richtung zwischen der Kolbenstufe und der Kolbenkrone eine gegenüber der Kolbenkrone in axialer Richtung vertiefte Ausnehmung angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung gegenüber der Kolbenkrone axial vertieft. Dies bedeutet, dass der Kolben in radialer Richtung zwischen der Kolbenstufe und der Kolbenkrone eine Kontur aufweist, welche gegenüber der Kolbenkrone in axialer Richtung zurückversetzt ist.In order to provide a piston of the type specified in the preamble of claim 1, by means of which a particularly advantageous combustion of a fuel-air mixture in a cylinder of the reciprocating internal combustion engine can be realized, it is inventively provided that in the radial direction between the piston stage and the piston crown is arranged opposite the piston crown in the axial direction recessed recess. In other words, the recess is axially recessed with respect to the piston crown. This means that the piston in the radial direction between the piston step and the piston crown has a contour which is set back relative to the piston crown in the axial direction.

Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist der Kolben in einem Brennraum in Form eines Zylinders der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Beispielsweise während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine bewegt sich der Kolben translatorisch in dem Zylinder. Während des gefeuerten Betriebs werden in den Zylinder Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, eingebracht, so dass in dem Zylinder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas entsteht.In the finished state of the reciprocating internal combustion engine, the piston is arranged in a combustion chamber in the form of a cylinder of the reciprocating internal combustion engine. For example, during a fired operation of the reciprocating internal combustion engine, the piston moves translationally in the cylinder. During the fired operation, air and fuel, in particular liquid fuel, are introduced into the cylinder, so that a fuel-air mixture is produced in the cylinder. This fuel-air mixture is burned, from which exhaust gas is produced.

Der Zylinder wird durch eine Zylinderwandung begrenzt, welche üblicherweise auch als „Zylinderrohr” bezeichnet und beispielsweise durch ein Zylindergehäuse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gebildet wird.The cylinder is bounded by a cylinder wall, which is also commonly referred to as a "cylinder tube" and formed for example by a cylinder housing of the reciprocating internal combustion engine.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass es im Bereich, das heißt in der Nähe der Zylinderwandung üblicherweise zur Entstehung einer nennenswerten Rußmenge im Zylinder kommt. Es wurde gefunden, dass diese Rußmenge entsteht, da die Zylinderwandung eine geringere Temperatur aufweist, als in der Mitte des Zylinder herrscht und da Kraftstoff an die Zylinderwandung gelangt. Ferner wurde gefunden, dass die Entstehung der Rußmenge insbesondere auf einer nur unzureichenden Vermischung der Luft mit dem Kraftstoff in der Nähe der Zylinderwandung beruht.The invention is based on the finding that in the region, that is to say in the vicinity of the cylinder wall, there is usually formation of a considerable amount of soot in the cylinder. It has been found that this amount of soot arises because the cylinder wall has a lower temperature than prevails in the middle of the cylinder and since fuel reaches the cylinder wall. Furthermore, it has been found that the formation of the amount of soot is due in particular to insufficient mixing of the air with the fuel in the vicinity of the cylinder wall.

Um diese Rußmenge zu oxidieren, wäre es beispielsweise nötig, den Drall der in den Zylinder einströmenden Luft mittels einer entsprechenden Einlasskanal- und/oder Ventilsitzringformung weiter zu erhöhen, um so eine besonders vorteilhafte Durchmischung der Luft mit dem Kraftstoff zu realisieren. Dadurch könnte vermieden werden, dass eine übermäßige Menge an Kraftstoff zur relativ kalten Zylinderwandung gelangt. Diese Maßnahme würde jedoch bezogen auf ein bestehendes Brennverfahren wegen der Strömungswiderstände eine Ladedruckerhöhung erfordern, was sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auswirken würde.To oxidize this amount of soot, for example, it would be necessary to further increase the swirl of the air flowing into the cylinder by means of a corresponding inlet channel and / or valve seat ring molding, so as to realize a particularly advantageous mixing of the air with the fuel. This could avoid that an excessive amount of fuel gets to the relatively cold cylinder wall. However, this measure would require a Boost pressure increase based on an existing combustion method because of the flow resistance, which would have a negative effect on the fuel consumption of the reciprocating internal combustion engine.

Um nun die Entstehung von Ruß auch in der Nähe der Zylinderwandung zu vermeiden oder besonders gering zu halten, ist bei dem erfindungsgemäßen Kolben die Ausnehmung vorgesehen. Mittels dieser Ausnehmung kann nämlich die Turbulenz der Luft beziehungsweise des Gemisches insgesamt lokal gesteigert werden, so dass eine besonders gute Durchmischung der Luft mit dem Kraftstoff dargestellt werden kann. Mittels der Ausnehmung kann somit verhindert werden, dass eine übermäßig hohe Kraftstoffmenge in die Nähe der Zylinderwandung gelangen kann. Somit lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Kolbens eine besonders vorteilhafte und saubere Verbrennung mit nur sehr geringen Rußmengen realisieren.In order to avoid the formation of soot in the vicinity of the cylinder wall or to keep it particularly low, the recess is provided in the piston according to the invention. By means of this recess, the turbulence of the air or of the mixture can be increased locally as a whole, so that a particularly good mixing of the air with the fuel can be represented. By means of the recess can thus be prevented that an excessively high amount of fuel can get into the vicinity of the cylinder wall. Thus, by means of the piston according to the invention can realize a particularly advantageous and clean combustion with only very small amounts of soot.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Kolbens für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, welcher eine in radialer Richtung zwischen einer Kolbenkrone und einer gegenüber der Kolbenkrone axial vertieft angeordneten Kolbenstufe eine gegenüber der Kolbenkrone axial vertieft angeordnete Ausnehmung aufweist, wobei die Kolbenstufe gegenüber der Ausnehmung axial vertieft angeordnet ist; und 1 a sectional view of a schematic sectional view of a piston for a reciprocating internal combustion engine having an axially recessed in the radial direction between a piston crown and a piston crown against the piston crown arranged a recess axially recessed relative to the piston crown arranged recess, wherein the piston step is axially recessed relative to the recess; and

2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht durch den Kolben im Bereich der Ausnehmung. 2 a section of a further schematic sectional view through the piston in the region of the recess.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Zylindergehäuse, durch welches wenigstens ein Brennraum in Form eines Zylinders 12 begrenzt ist. Vorzugsweise weist die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eine Mehrzahl von Zylindern auf. Aus 1 ist eine Zylinderwandung 14 des Zylindergehäuses erkennbar. Die Zylinderwandung 14 begrenzt den Zylinder 12. Der Kolben 10 ist im Zylinder 12 angeordnet und translatorisch relativ zu der Zylinderwandung 14 bewegbar. 1 shows a schematic sectional view of a whole 10 designated piston for a reciprocating internal combustion engine of a motor vehicle. The reciprocating internal combustion engine comprises a cylinder housing, through which at least one combustion chamber in the form of a cylinder 12 is limited. Preferably, the reciprocating internal combustion engine has a plurality of cylinders. Out 1 is a cylinder wall 14 the cylinder housing recognizable. The cylinder wall 14 limits the cylinder 12 , The piston 10 is in the cylinder 12 arranged and translational relative to the cylinder wall 14 movable.

Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst auch eine Kurbelwelle, die an einem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Beispielsweise ist das Kurbelgehäuse durch das Zylindergehäuse gebildet. Der Kolben 10 ist über ein Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, so dass die translatorischen Bewegungen des Kolbens 10 im Zylinder 12 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt werden. Bei den translatorischen Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Kolbens 10 kann sich dieser an der Zylinderwandung 14 abstützen.The reciprocating internal combustion engine also includes a crankshaft rotatably supported on a crankcase about an axis of rotation relative to the crankcase. For example, the crankcase is formed by the cylinder housing. The piston 10 is connected via a connecting rod articulated to the crankshaft, so that the translational movements of the piston 10 in the cylinder 12 be converted into a rotational movement of the crankshaft about its axis of rotation. In the translational upward and downward movements of the piston 10 This can be on the cylinder wall 14 support.

Während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine werden Luft und Kraftstoff in den Zylinder 12 eingebracht. Hierbei wird beispielsweise der Kraftstoff direkt in den Zylinder 12 eingespritzt. Bei dem Kraftstoff handelt es sich vorzugsweise um einen flüssigen Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist somit beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet.During a fired operation of the reciprocating internal combustion engine, air and fuel become in the cylinder 12 brought in. In this case, for example, the fuel directly into the cylinder 12 injected. The fuel is preferably a liquid fuel, for example diesel fuel. The reciprocating internal combustion engine is thus designed for example as a diesel engine.

Durch das Einbringen von Luft und Kraftstoff in den Zylinder 12 entsteht ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder 12. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird, beispielsweise durch Selbstzündung, gezündet und dadurch verbrannt. Daraus resultiert Abgas.By introducing air and fuel into the cylinder 12 creates a fuel-air mixture in the cylinder 12 , This fuel-air mixture is ignited, for example by auto-ignition, and thereby burned. This results in exhaust gas.

Der Kolben 10 weist eine bezüglich einer Längsmittelachse 16 des Kolbens 10 ringförmig umlaufende Kolbenkrone 18 sowie eine in radialer Richtung innenseitig der Kolbenkrone 18 angeordnete und bezüglich der Längsmittelachse 16 ringförmig umlaufende Kolbenstufe 20 auf, welche bezogen auf die Längsmittelachse 16 koaxial zur Kolbenkrone 18 angeordnet ist. Aus 1 ist erkennbar, dass die Kolbenstufe 20 gegenüber der Kolbenkrone 18 in axialer Richtung vertieft, das heißt axial zurückversetzt ist. Die Kolbenstufe 20 ist in radialer Richtung innenseitig der Kolbenkrone 18 angeordnet. Dies bedeutet, dass die Kolbenstufe 20 in radialer Richtung näher an der Längsmittelachse 16 angeordnet ist als die Kolbenkrone 18.The piston 10 has a with respect to a longitudinal central axis 16 of the piston 10 ring-shaped piston crown 18 and a radially inwardly of the piston crown 18 arranged and with respect to the longitudinal central axis 16 ring-shaped circumferential piston stage 20 on, which related to the longitudinal center axis 16 coaxial with the piston crown 18 is arranged. Out 1 it can be seen that the piston stage 20 opposite the piston crown 18 deepened in the axial direction, that is axially set back. The piston stage 20 is in the radial direction inside the piston crown 18 arranged. This means that the piston stage 20 in the radial direction closer to the longitudinal central axis 16 is arranged as the piston crown 18 ,

Ferner weist der Kolben 10 eine sich in radialer Richtung nach innen hin an die Kolbenstufe 20 anschließende und gegenüber der Kolbenstufe in axialer Richtung vertiefte Kolbenmulde in Form einer Omega-Mulde 22 auf. Die Omega-Mulde 22 ist bezüglich ihrer Längsmittelachse koaxial zur Kolbenstufe 20 und zur Kolbenkrone 18 angeordnet. Die Kolbenstufe 20 weist eine sich in axialer Richtung erstreckende und umlaufende Stufenwand 24 auf, die über eine konkav gekrümmte Übergangswand 26 in einen radial ebenen Stufenboden 28 übergeht. An den Stufenboden 28 schließt sich in radialer Richtung nach innen hin ein abgerundeter Kantenbereich an, durch welchen eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur 30 des Kolbens 10 gebildet ist. Die Kolbenstufe 20 geht dabei über die ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur 30 in die Omega-Mulde 22 über. Sowohl die Stufenwand 24, die Übergangswand 26, der Stufenboden 28 als auch die Strahlteilerkontur 30 sind bezüglich der Längsmittelachse 16 ringförmig, insbesondere kreisförmig, umlaufend ausgestaltet. Der Kolben 10 ist somit als Stufenkolben ausgestaltet.Furthermore, the piston has 10 one in the radial direction inwards to the piston stage 20 subsequent and opposite the piston step in the axial direction recessed piston recess in the form of an omega trough 22 on. The Omega Trough 22 is coaxial with the piston stage with respect to its longitudinal center axis 20 and the piston crown 18 arranged. The piston stage 20 has an axially extending and circumferential step wall 24 on, over a concave curved transition wall 26 in a radially flat step bottom 28 passes. At the level bottom 28 closes in the radial direction inwardly toward a rounded edge region, through which an annular circulating beam splitter contour 30 of the piston 10 is formed. The piston stage 20 goes over the annular circulating beam splitter contour 30 into the omega-trough 22 above. Both the step wall 24 , the transition wall 26 , the tier floor 28 as well as the beam splitter contour 30 are with respect to the longitudinal central axis 16 annular, in particular circular, circumferentially designed. The piston 10 is thus designed as a stepped piston.

Aus 1 ist erkennbar, dass die Omega-Mulde 22 eine omegaförmige Kolbenmulde ist, die die Form des griechischen Kleinbuchstabens Omega aufweist. Hierbei weist die Kolbenmulde (Omega-Mulde 22) einen Kolbenkegel 32 auf, welcher einen Kegelwinkel 34 aufweist und sich in radialer Richtung von außen nach innen hin und in axialer Richtung zur Kolbenkrone 18 hin verjüngt. Eine Kegelspitze 36 ist gegenüber der Kolbenkrone 18 axial vertieft angeordnet.Out 1 it is recognizable that the omega trough 22 is an omega-shaped piston recess, which has the shape of the Greek lower case letter Omega. Here, the piston recess (omega trough 22 ) a piston cone 32 on which a cone angle 34 has and in the radial direction from outside to inside and in the axial direction to the piston crown 18 rejuvenated. A cone top 36 is opposite the piston crown 18 axially recessed arranged.

Durch den Kolbenkegel 32 ist eine Erhöhung gebildet, von der ausgehend sich die Omega-Mulde 22 in radialer Richtung nach außen hin abfallend erstreckt. Daran anschließend steigt die Omega-Mulde 22 unter Ausbildung eines Hinterschnitts 38 zumindest im Wesentlichen bogenförmig in Richtung der Strahlteilerkontur 30 an, und geht über die Strahlteilerkontur 30 in die Kolbenstufe 20 über.Through the piston cone 32 an increase is formed, starting from the omega-trough 22 extending sloping in the radial direction outwards. Afterwards the Omega-Mulde rises 22 under formation of an undercut 38 at least substantially arcuate in the direction of the beam splitter contour 30 and goes over the beam splitter contour 30 in the piston stage 20 above.

Der vorzugsweise direkt in den Zylinder 12 eingespritzte Kraftstoff wird unter anderem aus der Kolbenstufe 20 heraus nach außen abgelenkt, was in 1 durch einen Richtungspfeil 40 veranschaulicht ist. Gelangt dieser Kraftstoff in die Nähe oder gar bis an die Zylinderwandung 14, so kann sich aufgrund der niedrigen Temperatur der Zylinderwandung 14 Ruß in der Nähe der Zylinderwandung 14 bilden.The preferably directly into the cylinder 12 Injected fuel is among other things from the piston stage 20 distracted outward, something in 1 by a directional arrow 40 is illustrated. Does this fuel get close or even to the cylinder wall? 14 , so may be due to the low temperature of the cylinder wall 14 Soot near the cylinder wall 14 form.

Um nun eine besonders vorteilhafte Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu realisieren, weist der Kolben 10 in radialer Richtung zwischen der Kolbenstufe 20 und der Kolbenkrone 18 eine gegenüber der Kolbenkrone 18 in axialer Richtung vertiefte Ausnehmung 42 auf. Die Ausnehmung 42 weist dabei einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Ausnehmung 42 halbkreisförmig ist. Mit anderen Worten, um zu verhindern, dass Kraftstoff in die Nähe der Zylinderwandung 14 gelangt, ist in radialer Richtung zwischen der Kolbenstufe 20 und der Kolbenkrone 18 eine kreisrunde, insbesondere zumindest nahezu halbrundförmige Kontur angeordnet, durch die die Ausnehmung 42 gebildet ist. Die Kontur weist beispielsweise die Form eines vertikal geschnittenen Torus auf.In order to realize a particularly advantageous combustion of the fuel-air mixture, the piston has 10 in the radial direction between the piston stage 20 and the piston crown 18 one opposite the piston crown 18 in the axial direction recessed recess 42 on. The recess 42 has a circular segment-shaped cross section. In particular, it can be provided that the cross section of the recess 42 is semicircular. In other words, to prevent fuel from getting near the cylinder wall 14 passes, is in the radial direction between the piston stage 20 and the piston crown 18 a circular, in particular at least almost semi-circular contour arranged through which the recess 42 is formed. The contour has, for example, the shape of a vertically cut torus.

In radialer Richtung nach innen hin geht die Ausnehmung 42 in die Stufenwand 24 über einen Übergangsbereich 44 über, welcher nicht scharfkantig ausgebildet, sondern abgerundet ist. Vorliegend ist der Übergangsbereich 44 konvex ausgebildet. Dadurch entsteht im Arbeitstakt eine durch einen Richtungspfeil 46 veranschaulichte Strömung, die den durch den Richtungspfeil 40 veranschaulichten Kraftstoffstrahl abfängt, in Drehung versetzt, von der Zylinderwandung 14 abhält und so zu einer besonders vorteilhaften Durchmischung der Luft mit dem Kraftstoff und gegebenenfalls mit rückgeführtem Abgas führt. Durch diese besonders gute Durchmischung kann die Entstehung von Ruß vermieden oder zumindest gering gehalten werden.The recess goes in the radial direction inwards 42 in the step wall 24 over a transitional area 44 over, which is not sharp-edged, but rounded. Present is the transition area 44 convex. This results in the working cycle by a directional arrow 46 illustrated flow passing through the directional arrow 40 illustrated fuel jet intercepts, in rotation, from the cylinder wall 14 stops and thus leads to a particularly advantageous mixing of the air with the fuel and optionally with recirculated exhaust gas. Due to this particularly good mixing, the formation of soot can be avoided or at least minimized.

In 2 ist eine mögliche Geometrie der Ausnehmung 42 veranschaulicht. Vorzugsweise beträgt die Querschnittsfläche A der Ausnehmung 42 mindestens 20 Prozent und höchstens 50 Prozent einer gedachten, vollständigen Kreisfläche B, deren Bestandteil die Querschnittsfläche A der Ausnehmung 42 ist. Mit anderen Worten ist die Querschnittsfläche A der Ausnehmung 42 ein Kreissegment der gedachten, vollständigen Kreisfläche B und beträgt mindestens 20 Prozent und maximal 50 Prozent der gedachten Kreisfläche B.In 2 is a possible geometry of the recess 42 illustrated. Preferably, the cross-sectional area A of the recess 42 at least 20 percent and at most 50 percent of an imaginary, complete circular area B, whose component is the cross-sectional area A of the recess 42 is. In other words, the cross-sectional area A of the recess 42 a circle segment of the imaginary, complete circular area B and is at least 20 percent and a maximum of 50 percent of the imaginary circular area B.

Zum Einbringen, insbesondere Einspritzen, des Kraftstoffs in den Zylinder 12 wird eine Einspritzdüse verwendet. Durch Steigern des hydraulischen Durchflusses der Einspritzdüse kann infolge des günstigen Brennverlaufs, der mittels der Ausnehmung 42 bewirkt werden kann, der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Um diesen Effekt zu verstärken, ist es vorteilhaft, wenn die sich in radialer Richtung erstreckende Breite der Ausnehmung 42, das heißt der zumindest im Wesentlichen nahezu halbrundförmigen Kontur, in einem Bereich von einschließlich 60 Prozent bis einschließlich 90 Prozent der Quetschspaltlänge liegt. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die sich in axialer Richtung erstreckende Tiefe der Ausnehmung 42 mindestens 10 Prozent und höchstens 40 Prozent der Quetschspaltlänge beträgt.For introducing, in particular injecting, the fuel into the cylinder 12 an injection nozzle is used. By increasing the hydraulic flow of the injector can, due to the favorable burning process, by means of the recess 42 can be effected, the fuel consumption can be reduced. To enhance this effect, it is advantageous if the width of the recess extending in the radial direction 42 , that is, the at least substantially nearly semi-circular contour, in a range of from 60 percent to 90 percent including the Quetschspaltlänge. Furthermore, it is preferably provided that in the axial direction extending depth of the recess 42 is at least 10 percent and at most 40 percent of the nip length.

Insgesamt ist erkennbar, dass durch die umlaufende Ausnehmung 42 in Form einer Vertiefung eine verbesserte Durchmischung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bewirkbar ist, woraus eine besonders effektive Verbrennung resultiert. Dieser Vorteil kann beispielsweise zur Rußminderung und/oder zur Kraftstoffsverbrauchssenkung genutzt werden.Overall, it can be seen that through the circumferential recess 42 in the form of a depression improved mixing of the fuel-air mixture can be effected, resulting in a particularly effective combustion results. This advantage can be used, for example, for soot reduction and / or fuel consumption reduction.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Kolbenpiston
1212
Zylindercylinder
1414
Zylinderwandungcylinder
1616
LängsmittelachseLongitudinal central axis
1818
Kolbenkronepiston crown
2020
Kolbenstufepiston step
2222
Omega-MuldeOmega-dump
2424
Stufenwandstep wall
2626
ÜbergangswandTransition wall
2828
Stufenbodenstep bottom
3030
StrahlteilerkonturBeamsplitter contour
3232
Kolbenkegelpiston cone
3434
Kegelwinkelcone angle
3636
Kegelspitzeapex
3838
Hinterschnittundercut
4040
Richtungspfeilarrow
4242
Ausnehmungrecess
4444
ÜbergangsbereichTransition area
4646
Richtungspfeilarrow
AA
QuerschnittsflächeCross sectional area
BB
Kreisflächecircular area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011119215 A1 [0002] DE 102011119215 A1 [0002]
  • DE 102012103195 A1 [0005] DE 102012103195 A1 [0005]

Claims (5)

Kolben (10) für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit einer in Umfangsrichtung des Kolbens (10) ringförmig umlaufenden Kolbenkrone (18), mit einer in radialer Richtung innenseitig der Kolbenkrone (18) angeordneten und ringförmig umlaufenden Kolbenstufe (20), welche gegenüber der Kolbenkrone (18) in axialer Richtung vertieft ist, und mit einer sich in radialer Richtung nach innen hin an die Kolbenstufe (20) anschließenden und gegenüber der Kolbenstufe (20) in axialer Richtung vertiefte Omega-Mulde (22), in welche die Kolbenstufe (20) über eine ringförmig umlaufende Strahlteilerkontur (16) übergeht dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung zwischen der Kolbenstufe (20) und der Kolbenkrone (18) eine gegenüber der Kolbenkrone (18) in axialer Richtung vertiefte Ausnehmung (42) angeordnet ist.Piston ( 10 ) for a reciprocating internal combustion engine, with a circumferential direction of the piston ( 10 ) annular piston crown ( 18 ), with a radially inwardly of the piston crown ( 18 ) arranged and annular circumferential piston stage ( 20 ), which opposite the piston crown ( 18 ) is recessed in the axial direction, and with a radially inwardly toward the piston step ( 20 ) and opposite the piston stage ( 20 ) in the axial direction recessed omega trough ( 22 ) into which the piston stage ( 20 ) via an annular circulating beam splitter contour ( 16 ) characterized in that in the radial direction between the piston stage ( 20 ) and the piston crown ( 18 ) one opposite the piston crown ( 18 ) in the axial direction recessed recess ( 42 ) is arranged. Kolben (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstufe (20) gegenüber der Ausnehmung (42) in axialer Richtung vertieft ist.Piston ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the piston stage ( 20 ) opposite the recess ( 42 ) is recessed in the axial direction. Kolben (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (42) einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweist.Piston ( 10 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the recess ( 42 ) has a circular segment-shaped cross-section. Kolben (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ausnehmung (42) halbkreisförmig ist.Piston ( 10 ) according to claim 3, characterized in that the cross section of the recess ( 42 ) is semicircular. Kolben (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (A) der Ausnehmung (42) mindesten 20% und höchstens 50% einer gedachten, vollständigen Kreisfläche (B) beträgt, deren Bestandteil die Querschnittsfläche (A) der Ausnehmung (42) ist.Piston ( 10 ) according to one of claims 3 or 4, characterized in that the cross-sectional area (A) of the recess (A) 42 ) is at least 20% and at most 50% of an imaginary, complete circular area (B), whose component is the cross-sectional area (A) of the recess (A) 42 ).
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