DE102017205717A1 - Piston of an internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (1) einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Kolbenkopf (3) mit einer Brennraummulde (4) und einer Ringpartie (5), sowie mit einem zwischen der Ringpartie (5) und der Brennraummulde (4) angeordneten ringförmigen Kühlkanal (6).Erfindungswesentlich ist dabei,- dass in dem Kühlkanal (6) zumindest ein Leitelement (8) angeordnet ist, welches eine in Richtung einer inneren Kühlkanalwand (9) gerichtete Nase (10) aufweist, die derart ausgerichtet ist, dass in dem Kühlkanal (6) vorhandenes Kühlöl (11) in Richtung eines oberen Bereichs (12) der inneren Kühlkanalwand (9) gelenkt wird und so diesen Bereich (12) kühlt,- dass das zumindest eine Leitelement (8) integral mit der Ringpartie (5) ausgebildet ist.The invention relates to a piston (1) of an internal combustion engine (2) having a piston head (3) with a combustion bowl (4) and a ring section (5) and with an annular cooling channel arranged between the ring section (5) and the combustion bowl (4) (6) .Erfindungsessesentlich is, that in the cooling channel (6) at least one guide element (8) is arranged, which has a directed toward an inner cooling channel wall (9) nose (10) which is aligned such that in the Cooling channel (6) existing cooling oil (11) in the direction of an upper portion (12) of the inner cooling channel wall (9) is directed, and thus this region (12) cools, - that the at least one guide element (8) integral with the ring part (5) is trained.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf mit einer Brennraummulde und einer Ringpartie sowie einem dazwischen angeordneten Kühlkanal, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Kolben.The present invention relates to a piston of an internal combustion engine having a piston head with a combustion bowl and a ring portion and a cooling channel arranged therebetween, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an internal combustion engine with at least one such piston.

Aus der EP 1 372 904 B1 ist ein gattungsgemäßer Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf mit einer Brennraummulde und einer Ringpartie, sowie mit einem zwischen der Ringpartie und der Brennraummulde angeordneten ringförmigen Kühlkanal bekannt, der von einem Verschlusselement nach unten verschlossen ist. In diesem Verschlusselement sind üblicherweise ein Einlass und ein Auslass angeordnet, über welchen Kühlöl in den Kühlkanal bzw. wieder aus diesem herausgelangen kann. Eine Innenwand des Kühlkanals wird dabei üblicherweise durch einen ringförmigen und im Querschnitt U-förmigen Bereich gebildet. Wird Kühlöl über eine Einlassöffnung in den Kühlkanal eingespritzt, so wird dieses aufgrund der Auf- und Abbewegung des Kolbens im Kühlkanal umhergeschleudert und nimmt dabei thermische Energie auf und kühlt den Kolben gleichzeitig.From the EP 1 372 904 B1 is a generic piston for an internal combustion engine with a piston head with a combustion chamber trough and a ring section, as well as with an arranged between the ring and the combustion bowl annular annular cooling channel is known, which is closed by a closure element down. In this closure element usually an inlet and an outlet are arranged, via which cooling oil can escape into the cooling channel or again out of this. An inner wall of the cooling channel is usually formed by an annular and in cross section U-shaped area. If cooling oil is injected via an inlet opening into the cooling channel, then this is thrown around in the cooling channel due to the up and down movement of the piston, thereby absorbing thermal energy and simultaneously cooling the piston.

Während des Betriebes der Brennkraftmaschine erfolgt jedoch insbesondere ein hoher Wärmeeintrag und damit auch ein hoher Temperatureintrag in den Kolben am Muldenrand, also an einem radial inneren und zugleich oberen Eckbereich des Kühlkanals, was im ungünstigsten Fall zu einem Verkoken des Kühlöls im Kühlkanal an dieser Stelle führen kann. Ein derartiges Verkoken ist unbedingt zu vermeiden, da eine anhaftende Schicht aus verkoktem Öl einen Wärmeübertrag reduziert, wodurch die Kühlung durch neu in den Kühlkanal eingespritztes Kühlöl an diesen Stellen verschlechtert wird. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kolben erfolgt dabei ein nahezu unkontrolliertes Hin- und Herschütteln des Kühlöls im Kühlkanal, wodurch ein bedarfsgerechtes und insbesondere lokal definiertes Kühlen des Kolbens nicht möglich ist.During operation of the internal combustion engine, however, in particular a high heat input and thus a high temperature entry into the piston at the trough edge, ie at a radially inner and at the same time upper corner region of the cooling channel, which lead in the worst case to a coking of the cooling oil in the cooling channel at this point can. Such coking is to be avoided at all costs because an adhered layer of coked oil reduces heat transfer, thereby deteriorating cooling by cooling oil newly injected into the cooling passage at those locations. In the pistons known from the prior art, an almost uncontrolled shaking of the cooling oil in the cooling channel takes place whereby a cooling of the piston that is appropriate and in particular locally defined is not possible.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.The present invention therefore deals with the problem of providing a piston of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which overcomes in particular the known from the prior art disadvantages.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest ein Leitelement im Kühlkanal eines Kolbens einer Brennkraftmaschine vorzusehen, welches derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass es in dem Kühlkanal vorhandenes Kühlöl in Richtung eines oberen Bereichs einer inneren Kühlkanalwand lenkt und so diesen Bereich, der am stärksten von einem möglichen Verkoken von Kühlöl betroffen ist, lokal verstärkt kühlt. Der erfindungsgemäße Kolben weist dabei in bekannter Weise einen Kolbenkopf mit einer Brennraummulde und einer Ringpartie auf, in der außenseitige Nuten zur Aufnahme von Kolbenringen angeordnet sind. Zwischen der Ringpartie und der Brennraummulde ist dabei ein ringförmig ausgebildeter Kühlkanal angeordnet. Erfindungsgemäß ist nun in dem Kühlkanal zumindest ein Leitelement angeordnet, welches eine in Richtung einer inneren Kühlkanalwand gerichtete und teilweise umlaufende Nase aufweist, welche derart ausgerichtet ist, dass in dem Kühlkanal vorhandenes Kühlöl in Richtung eines oberen und radial innen gelegenen Bereich einer inneren Kühlkanalwand gelenkt wird und so diesen Bereich, der beim Betrieb der Brennkraftmaschine einer erhöhten Temperaturbelastung ausgesetzt ist, effizient kühlt. Darüber hinaus ist das zumindest eine Leitelement integral mit der Ringpartie ausgebildet und dadurch einfach und ohne weiteren Montageaufwand herzustellen. Hierdurch kann insbesondere ein in diesem Bereich unter Umständen auftretendes Verkoken des Kühlöls zuverlässig vermieden werden. Ein derartiges Verkoken des Öls ist unbedingt zu vermeiden, da sich durch die hierbei bildende Schicht aus verkoktem Kühlöl eine wärmeisolierende Schicht auf die Innenoberfläche des Kühlkanals legt und den Wärmetausch an dieser Stelle und damit auch die Kühlung des Kolbens zusätzlich verschlechtert. Das zumindest eine Leitelement ist dabei vorzugsweise derart geformt, dass der Kühlkanal in seiner radialen Breite auf Höhe der Nase auf ca. 70 bis 20 % reduziert wird. Die Nase selbst ist dabei auf ca. der halben Höhe des Kühlkanals angeordnet, kann jedoch je nach gewünschter lokaler Kühlwirkung auch zumindest geringfügig höher oder niedriger angeordnet sein. Mit dem erfindungsgemäßen Kolben ist es somit erstmals möglich, den speziell von der Verkokung von Kühlöl gefährdeten Bereich einer oberen Stelle der inneren Kühlkanalwand verstärkt zu kühlen und dadurch eine verbesserte Kühlwirkung zu erzielen, die insbesondere auch die Leistungsfähigkeit des Kolbens erhöht und zudem den Kolben durch die Integration des Leitelements in die Ringpartie einfach und kostengünstig herzustellen.The present invention is based on the general idea to provide at least one guide element in the cooling passage of a piston of an internal combustion engine, which is arranged and oriented such that it guides cooling oil present in the cooling channel in the direction of an upper region of an inner cooling channel wall and thus this area, the Strongest affected by a possible coking of cooling oil is locally intensified cooling. The piston according to the invention has in a known manner a piston head with a combustion bowl and a ring section, are arranged in the outer side grooves for receiving piston rings. In this case, an annular cooling channel is arranged between the ring section and the combustion bowl. According to the invention, at least one guide element is now arranged in the cooling channel, which has a directed towards an inner cooling channel wall and partially encircling nose, which is oriented such that in the cooling channel existing cooling oil is directed in the direction of an upper and radially inner region of an inner cooling channel wall and thus efficiently cools this area, which is exposed to an increased temperature load during operation of the internal combustion engine. In addition, the at least one guide element is integrally formed with the ring portion and thereby produce easily and without further installation effort. As a result, in particular, a coking of the cooling oil, which possibly occurs in this area, can be reliably avoided. Such coking of the oil is to be avoided at all costs, as a heat-insulating layer is placed on the inner surface of the cooling channel by the layer of coked cooling oil forming here and additionally worsens the heat exchange at this point and thus also the cooling of the piston. The at least one guide element is preferably shaped such that the cooling channel is reduced in its radial width at the level of the nose to about 70 to 20%. The nose itself is arranged at approximately half the height of the cooling channel, but may also be arranged at least slightly higher or lower depending on the desired local cooling effect. With the piston according to the invention, it is thus possible for the first time to intensify the cooling of the region of an upper point of the inner cooling channel wall which is particularly at risk from the coking of cooling oil and thereby to achieve an improved cooling effect, which in particular also increases the performance of the piston and, in addition, the piston through the piston Integration of the guide into the ring section easy and inexpensive to manufacture.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind der Kolbenkopf bzw. die Ringpartie und das zumindest eine Leitelement gegossen oder geschmiedet. Besonders das Gießen bietet ein besonders bevorzugtes Herstellungsverfahren, da das zumindest eine Leitelement mit seiner Nase einfach als Negativkontur in einem Gießkern, beispielsweise in einem Sand- oder Salzkern, abgebildet, insbesondere eingepresst, werden kann. Auch beim Schmieden kann ein solches Leitelement durch einen entsprechend geformten Schmiedestempel vergleichsweise einfach hergestellt werden.In an advantageous development of the solution according to the invention, the piston head or the ring section and the at least one guide element are cast or forged. Especially the casting offers a particularly preferred manufacturing method, since the at least one guide element with his nose simply as a negative contour in a casting core, for example, in a sand or salt core, imaged, in particular pressed, can be. Even when forging such a guide element can be made comparatively easily by a correspondingly shaped forging die.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung bildet das zumindest eine Leitelement eine in Bezug auf eine Kolbenachse schräge Wand, die zusammen mit einer äußeren Kühlkanalwand des Kühlkanals einen trichterförmigen Querschnitt formt und in einem unteren Bereich oder in ausgesparten Zwischenabschnitten/Unterbrechungen Auslassöffnungen für Kühlöl aufweist. In diesem Fall bildet das zumindest eine Leitelement lediglich eine Art Spoiler, welcher das Kühlöl an die besonders kühlbedürftigen Bereiche im Kühlkanal lenkt. Das von unten in den Kühlkanal eingespritzte Kühlöl trifft dabei auf das Leitelement und wird bei einer Auf- und Abbewegung an diesem entlang dem oberen Bereich der inneren Kühlkanalwand gelenkt, wo die verstärkte Kühlung erwünscht ist. Nach der dort erfolgten Wärmeaufnahme strömt es entlang einer vorzugsweise ausgerundeten oberen Kühlkanalwand des Kühlkanals entlang und läuft an der äußeren Kühlkanalwand wieder nach unten, wobei es bei der nächsten Hubbewegung wiederum an die obere Kühlkanalwand oder entlang der durch das Leitelement gebildeten schrägen Wand zum oberen Bereich der inneren Kühlkanalwand geschleudert wird. Nach mehrmaligem Hin- und Herschleudern tritt es durch die im unteren Bereich des Leitelements angeordneten Auslassöffnungen oder die Unterbrechungen wieder aus.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the at least one guide element forms a wall inclined with respect to a piston axis which forms a funnel-shaped cross section together with an outer cooling channel wall of the cooling channel and has outlet openings for cooling oil in a lower area or in recessed intermediate sections / interruptions. In this case, the at least one guide element merely forms a type of spoiler, which directs the cooling oil to the regions in the cooling channel which are particularly in need of cooling. The cooling oil injected from below into the cooling channel impinges on the guide element and, in the case of an up and down movement, is guided along the upper region of the inner cooling channel wall where the increased cooling is desired. After the heat absorption takes place there, it flows along a preferably rounded upper cooling channel wall of the cooling channel and runs on the outer cooling channel wall down again, and it again at the next stroke on the upper cooling channel wall or along the oblique wall formed by the guide to the upper portion of inner cooling channel wall is thrown. After several back and forth spin it exits through the outlet openings arranged in the lower region of the guide element or the interruptions again.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind zwischen einzelnen Nasen in Umfangsrichtung Unterbrechungen vorgesehen, wobei die einzelnen Nasen eine gezielte Kühlung definierter Umfangssegmente des oberen Bereichs der inneren Kühlkanalwand ermöglichen, während die Unterbrechungen Ablaufmöglichkeiten für Kühlöl darstellen. Hierbei ist es insbesondere vorstellbar, dass die Nasen im Bereich eines Kraftstoffeinspritzstrahls liegen, der beim Betrieb der Brennkraftmaschine einen lokal erhöhten Wärmeeintrag in den Kolben bewirkt und dadurch auch einer lokal erhöhten Kühlung bedarf. Grund hierfür sind beispielsweise von Dieseleinspritzdüsen erzeugte, üblicherweise sechs bis zehn Kraftstoffstrahlen, die bei der Verbrennung zu einer ungleichen Wärmeverteilung führen. Hierdurch gibt es an einem Muldenrand des Kolbens heiße und weniger heiße Stellen, wobei die heißen Stellen im Bereich der Kraftstoffstrahlen liegen. Durch eine lokal begrenzte und in diesem lokal begrenzten Bereich verstärkte Kühlung, kann eine Temperaturverteilung im Kolben homogenisiert werden, wodurch dieser geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt ist.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention interruptions are provided between individual lugs in the circumferential direction, the individual lugs allow targeted cooling defined circumferential segments of the upper portion of the inner cooling channel wall, while the interruptions represent drainage options for cooling oil. In this case, it is conceivable, in particular, that the lugs lie in the region of a fuel injection jet, which causes a locally increased heat input into the piston during operation of the internal combustion engine and thus also requires locally increased cooling. This is due to, for example, diesel fuel nozzles, typically six to ten fuel jets, which result in uneven heat distribution during combustion. As a result, there are hot and less hot spots at a trough edge of the piston, the hot spots being in the area of the fuel jets. By a locally limited and in this locally limited area increased cooling, a temperature distribution in the piston can be homogenized, whereby this is exposed to lower thermal loads.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nase in Umfangrichtung hinsichtlich ihrer geometrischen Form variiert. Durch beispielsweise eine abschnittsweise Reduzierung der Erstreckung einer Nase in Richtung der inneren Kühlkanalwand können Ablaufbereiche zur Rückführung von Kühlöl geschaffen werden. Diese Reduzierungen, aber auch die zuvor beschriebenen Unterbrechungen können periodisch über einen Umfang verteilt sein.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the nose varies in the circumferential direction with respect to its geometric shape. By, for example, a section-wise reduction of the extent of a nose in the direction of the inner cooling channel wall, drainage areas for the return of cooling oil can be created. These reductions, but also the interruptions described above, can be distributed periodically over a circumference.

Zweckmäßig weist das zumindest eine Leitelement eine insbesondere in Umfangsrichtung gerichtete satteldachartige oder pultdachartige oder radial nach innen abfallende Oberseite auf. Hierdurch kann eine gezielte Abführung von Kühlöl erreicht werden.Suitably, the at least one guide element has an in particular in the circumferential direction directed saddle roof-like or pent roof-like or radially inwardly sloping top. As a result, a targeted removal of cooling oil can be achieved.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Kolben auszustatten, wobei zumindest ein Kolben zumindest ein Leitelement mit einer in Richtung einer inneren Kühlkanalwand gerichteten Nase aufweist, das integral mit einem Kolbenkopf bzw. der Ringpartie ausgebildet ist und wobei ein Kraftstoff-Einspritzstrahl in einen zugehörigen Zylinder auf eine zugehörige Nase ausgerichtet ist. Das heißt, dass das zumindest eine Leitelement derart im Kühlkanal angeordnet ist, dass die mittels einer Kraftstoffeinspritzdüse in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffstrahlen jeweils auf einen Bereich der Brennraummulde bzw. eines Brennraummuldenrandes treffen, in welchem in radialer Verlängerung im Bereich des Kühlkanals eine zugehörige Nase angeordnet ist. Hierdurch kann der beim Betrieb der Brennkraftmaschine auftretende erhöhte Wärmeeintrag bei der Verbrennung des Kraftstoffstrahls in diesem lokal begrenzten Bereich des Kolbens durch die erhöhte Kühlölzuführung im Kühlkanal an dem oberen Bereich der inneren Kühlkanalwand mittels der Nasen der Leitelemente besser kompensiert werden. Hierdurch ist insbesondere auch eine Leistungssteigerung des Kolbens möglich.The present invention is further based on the general idea to provide an internal combustion engine with at least one such piston, wherein at least one piston has at least one guide element with a directed towards an inner cooling channel wall nose, which is integrally formed with a piston head or the ring portion and a fuel injection jet is aligned in an associated cylinder on an associated nose. This means that the at least one guide element is arranged in the cooling channel in such a way that the fuel jets injected into the cylinder by means of a fuel injection nozzle strike a region of the combustion bowl or of a combustion bowl edge in which a corresponding nose is arranged in the radial extension in the region of the cooling channel , As a result, the increased heat input occurring during operation of the internal combustion engine during combustion of the fuel jet in this locally limited region of the piston can be better compensated by the increased cooling oil supply in the cooling channel at the upper region of the inner cooling channel wall by means of the lugs of the guide elements. As a result, an increase in the power of the piston is possible in particular.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description, wherein like reference numerals to the same or refer to similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

• 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Leitelement entsprechend einer ersten Ausführungsform im Bereich eines Kraftstoffeinspritzstrahls, 1 a sectional view through a piston according to the invention of an internal combustion engine with a guide element according to the invention according to a first embodiment in the region of a fuel injection jet,
• 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch außerhalb eines Kraftstoffeinspritzstrahls, 2 a representation like in 1 but outside a fuel injection jet,
• 3 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einem anders ausgeführten Leitelement, 3 a representation like in 1 but with a differently designed guide element,
• 4 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit dem gemäß der 3 dargestellten Leitelement, 4 a representation like in 2 , but with the according to the 3 illustrated guide element,
• 5 eine Schnittdarstellung durch den Kolben gemäß der 1 entlang der Schnittebene A-A, 5 a sectional view through the piston according to the 1 along the cutting plane AA,
• 6 eine Schnittdarstellung durch den Kolben gemäß der 1 entlang der Schnittebene B-B, 6 a sectional view through the piston according to the 1 along the section plane BB,
• 7 eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leitelements mit einer pultdachartigen Oberseite. 7 a further possible embodiment of a guide element according to the invention with a pent roof-like top.

Entsprechend den 1 bis 7 weist ein erfindungsgemäßer Kolben 1 einer im Übrigen nur angedeuteten Brennkraftmaschine 2 einen Kolbenkopf 3 mit einer Brennraummulde 4 und einer Ringpartie 5 auf. Im Bereich der Ringpartie 5 sind dabei Umfangsnuten zur Aufnahme von nicht dargestellten Kolbenringen vorgesehen. Zwischen der Ringpartie 5 und der Brennraummulde 4 ist ein im wesentlicher ringförmiger Kühlkanal 6 angeordnet. Erfindungsgemäß ist nun in dem Kühlkanal 6 zumindest ein Leitelement 8 angeordnet, welches eine in Richtung einer inneren Kühlkanalwand 9 gerichtete Nase 10 aufweist, die derart ausgerichtet ist, dass in dem Kühlkanal 6 vorhandenes Kühlöl 11 in Richtung eines oberen Bereichs 12 der inneren Kühlkanalwand 9 gelenkt wird und dadurch diesen Bereich 12 verstärkt kühlt. Zudem ist das zumindest eine Leitelement 8 integral mit der Ringpartie 5 bzw. dem Kolbenkopf 3 ausgebildet, das heißt einstückig mit dieser/diesem ausgebildet.According to the 1 to 7 has a piston according to the invention 1 an otherwise only indicated internal combustion engine 2 a piston head 3 with a combustion bowl 4 and a ring game 5 on. In the area of the ring section 5 are provided circumferential grooves for receiving piston rings, not shown. Between the ring part 5 and the combustion bowl 4 is a substantially annular cooling channel 6 arranged. According to the invention is now in the cooling channel 6 at least one guiding element 8th arranged, which one in the direction of an inner cooling channel wall 9 directed nose 10 which is oriented such that in the cooling channel 6 existing cooling oil 11 towards an upper area 12 the inner cooling channel wall 9 is steered and thereby this area 12 intensified cooling. In addition, this is at least one guiding element 8th integral with the ring section 5 or the piston head 3 formed, that is integrally formed with this / this.

Der Bereich 12 ist dabei im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 der größten Temperaturbelastung ausgesetzt, weshalb in diesem Bereich 12 stets die latente Gefahr besteht, dass dort auftreffendes Kühlöl 11 an der sehr heißen inneren Kühlkanalwand 9 verbrennt bzw. verkokt und dadurch beispielsweise in der Art einer verkokten Ölschicht auf der inneren Kühlkanalwand 9 im Bereich 12 anhaftet und eine wärmeisolierende Schicht bildet, die einen Wärmeübertrag und damit eine Kühlung des Kolbens 1 verschlechtert.The area 12 is in operation of the internal combustion engine 2 exposed to the highest temperature load, which is why in this area 12 There is always the latent danger that cooling oil will hit there 11 on the very hot inner cooling channel wall 9 burns or coked and thereby, for example, in the manner of a coked oil layer on the inner cooling channel wall 9 in the area 12 adheres and forms a heat-insulating layer, which is a heat transfer and thus a cooling of the piston 1 deteriorated.

Der Kolbenkopf 3 bzw. die Ringpartie 5 und das zumindest eine Leitelement 8 sind somit materialeinheitlich ausgebildet und können beispielsweise mittels eines Gießverfahrens oder mittels Schmieden hergestellt werden. Besonders beim Gießen ist es vergleichsweise einfach möglich, das zumindest eine Leitelement 8 mit seiner Nase 10 in Form einer Negativkontur in einem Salzkern bzw. Sandkern abzubilden, der im Übrigen den Kühlkanal 6 formt. In ähnlicher Weise kann das zumindest eine Leitelement 8 mit seiner Nase 10 selbstverständlich auch in einen Schmiedestempel in Form einer Negativkontur eingebracht werden. In diesem Fall wäre der Kolbenkopf 3 dann zweiteilig ausgebildet, beispielsweise aus der Ringpartie 5 und einem innenliegenden Ringteil 7, wobei in der 1 eventuell hierfür vorzusehende Trennstellen mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt sind. Diese stellen jedoch nur mögliche Trennstellen dar, die selbstverständlich auch, insbesondere fertigungsbedingt, anders gelegt werden können.The piston head 3 or the ring part 5 and that at least one guiding element 8th are thus formed of the same material and can be produced for example by means of a casting process or by forging. Especially when casting, it is comparatively easy, the at least one guide element 8th with his nose 10 in the form of a negative contour in a salt core or sand core, the rest of the cooling channel 6 shaped. Similarly, the at least one guide element 8th with his nose 10 Of course, also be introduced into a forging stamp in the form of a negative contour. In this case, the piston head would be 3 then formed in two parts, for example, from the ring section 5 and an inner ring part 7 , where in the 1 possibly provided for this separation points are shown with broken line drawn. However, these represent only possible separation points, which of course, in particular production-related, can be put differently.

Generell kann die zumindest eine Nase 10 in Umfangsrichtung hinsichtlich ihrer geometrischen Form variieren, wobei insbesondere sogar in Umfangsrichtung angeordnete Unterbrechungen 18 vorgesehen sein können. Betrachtet man dabei die Ausführungen des jeweils dargestellten Leitelements 8 gemäß den 1, 2 sowie 5 bis 7, so kann man erkennen, dass das jeweils dort gezeigte Leitelement 8 massiv ausgebildet ist, während es bei den gemäß den 3 und 4 gezeigten Ausführungen eine in Bezug auf eine Kolbenachse 14 schräge und radial nach innen gerichtete Wand 15 bildet, die zusammen mit einer äußeren Kühlkanalwand 16 einen trichterförmigen Querschnitt formt, der in einem unteren Bereich Auslassöffnungen 17 aufweisen kann. Sind derartige Auslassöffnungen 17 in einem relativ steilen Bereich des Leitelements 8 angeordnet, erhält das einströmende Kühlöl 11 auch einen Impuls in Einwärtsrichtung und rotiert im Ganzen um das Leitelement 8 herum. Die Auslassöffnungen 17 können dabei auch durch in Umfangsrichtung zwischen den Nasen 10 angeordnete Unterbrechungen 18 gebildet sein.Generally, the at least one nose 10 vary in the circumferential direction with respect to their geometric shape, in particular even arranged in the circumferential direction interruptions 18 can be provided. Looking at the embodiments of the illustrated guide element 8th according to the 1 . 2 and FIGS. 5 to 7, it can be seen that the respective guide element shown there 8th is solid, while it is in accordance with the 3 and 4 shown embodiments with respect to a piston axis 14 oblique and radially inward wall 15 forms, which together with an outer cooling channel wall 16 a funnel-shaped cross-section forms, which in a lower region outlet openings 17 can have. Are such outlet openings 17 in a relatively steep area of the guide element 8th arranged, receives the inflowing cooling oil 11 also a pulse in the inward direction and rotates as a whole about the guide element 8th around. The outlet openings 17 can thereby also by circumferentially between the noses 10 arranged interruptions 18 be formed.

Betrachtet man das Leitelement 8 gemäß der 7, so kann man bei diesem erkennen, dass es eine in Umfangsrichtung gerichtete satteldachartige Oberseite 13 aufweist, wobei die Oberfläche 13 selbstverständlich auch in der Art eines Pultdaches ausgebildet oder aber lediglich als in den Kühlkanal 6 gerichtete Schräge ausgebildet sein kann, wodurch ein Ablauf des Kühlöls 11 begünstigt wird.Looking at the guide element 8th according to the 7 , it can be seen in this, that it is a directed in the circumferential direction gable roof-like top 13 having, wherein the surface 13 Of course, also designed in the manner of a pent roof or only as in the cooling channel 6 directed slope may be formed, whereby a flow of the cooling oil 11 is favored.

Mit den erfindungsgemäßen Leitelementen 8 ist insbesondere eine lokal begrenzte und in diesem lokal begrenzten Bereich 12 verstärkte Kühlung des Kolbens 1 möglich, was insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen von besonderem Vorteil ist, da in diesen der Dieselkraftstoff von einer Dieselkrafteinspritzdüse strahlenförmig eingespritzt wird und bei einem Zünden des Gemischs insbesondere im Bereich dieser einzelnen Kraftstoffeinspritzstrahlen 19 erhöhte Temperaturbelastungen auftreten. Zwischen den einzelnen Kraftstoffeinspritzstrahlen 19 in Umfangsrichtung gesehen, treten keine so hohen Temperaturen auf, wodurch es zu thermischen Spannungen im Kolben 1 kommen kann. Deshalb ist beim Einsatz der erfindungsgemäßen Kolben 1 in einer Brennkraftmaschine 2 vorgesehen, diese bezüglich eines Winkels um ihre Kolbenachse 14 so auszurichten, dass die einzelnen Nasen 10 der Leitelemente 8 in Radialrichtung fluchtend zu einem Kraftstoffeinspritzstrahl 19 (vgl. die 1, 3 und 7) angeordnet sind, wodurch die Brennraummulde 4 speziell in den Bereichen 12, die in radialer Verlängerung der Kraftstoffeinspritzstrahlen 19 auf der inneren Kühlwand 9 liegen, besser gekühlt werden kann.With the guide elements according to the invention 8th In particular, it is a localized and localized area 12 increased cooling of the piston 1 possible, which is particularly advantageous in diesel internal combustion engines, since in which the diesel fuel is radiated from a diesel fuel injection nozzle and when the mixture ignites, in particular in the region of these individual fuel injection jets 19 increased temperature loads occur. Between the individual fuel injection jets 19 seen in the circumferential direction, occur so high temperatures, causing thermal stresses in the piston 1 can come. Therefore, when using the piston according to the invention 1 in an internal combustion engine 2 provided, this with respect to an angle about its piston axis 14 align so that the individual noses 10 the guiding elements 8th in the radial direction in alignment with a fuel injection jet 19 (see the 1 . 3 and 7 ), whereby the combustion bowl 4 especially in the fields 12 , in radial extension of the fuel injection jets 19 on the inner cooling wall 9 lie, can be cooled better.

Wie die einzelnen Leitelemente 8 dabei ausgebildet sind, ist primär zweitrangig, sofern diese das Kühlöl 11 an die besonders temperaturkritischen Bereiche 12 leiten und diese verstärkt und lokal kühlen.Like the individual guiding elements 8th are trained, is primarily secondary, if this is the cooling oil 11 to the particularly temperature-critical areas 12 guide and strengthen and locally cool.

Die Leitelemente 8 und die dazwischen angeordneten Unterbrechungen 18 sind dabei vorzugsweise periodisch über einen Umfang verteilt und in Radialrichtung fluchtend zu den einzelnen Kraftstoffeinspritzstrahlen 19 ausgerichtet. Die von den Leitelementen 8 und deren Nasen 10 erzeugten Engstellen erhöhen auch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlöls 11, insbesondere auch im Bereich 12, wodurch eine zusätzlich verstärkte Kühlwirkung erreicht werden kann. Zwischen den Leitelementen 8 und ihren nach radial innen ragenden Nasen 10 bleibt somit im Bereich der inneren Kühlkanalwand 9 ein Ringquerschnitt frei, durch welchen das Kühlöl 11 nahe der inneren Kühlkanalwand 9 konzentriert an der kritischen Stelle, das heißt am oberen Bereich 12, entlang strömt und diesen intensiv kühlt, bevor es nach außen über die obere Kühlkanalwand 20 abströmt, wozu die obere Kühlkanalwand 20 vorzugsweise ausgerundet ausgebildet ist.The guiding elements 8th and the intervening interrupts 18 are preferably distributed periodically over a circumference and in the radial direction in alignment with the individual fuel injection jets 19 aligned. The of the guiding elements 8th and their noses 10 bottlenecks also increase the flow velocity of the cooling oil 11 , especially in the field 12 , whereby an additional enhanced cooling effect can be achieved. Between the guiding elements 8th and their radially inwardly projecting noses 10 thus remains in the area of the inner cooling channel wall 9 a ring cross-section free, through which the cooling oil 11 near the inner cooling channel wall 9 concentrated at the critical point, that is, at the top 12 , flows along and cools it intensively before moving it outward across the upper cooling channel wall 20 flows out, including the upper cooling channel wall 20 is preferably formed rounded.

Durch die materialeinheitliche Herstellung der Leitelemente 8 mit dem Kolbenkopf 3 und/oder der Ringpartie 5 des Kolbens 1 lassen sich die Leitelemente 8 zudem fertigungstechnisch einfach, beispielsweise durch ein entsprechendes Anpassen eines Schmiedestempels oder eines Gießkerns, beispielsweise eines Sandkerns oder eines Salzkerns, herstellen und zugleich ein nachträgliche Montageaufwand zum Einbau der Leitelemente 8 vermeiden.Due to the uniform material production of the guide elements 8th with the piston head 3 and / or the ring part 5 of the piston 1 let the guiding elements 8th also manufacturing technology simple, for example, by a corresponding adjustment of a forging die or a Gießkerns, for example, a sand core or a salt core, and at the same time create a subsequent assembly effort for installation of the guide elements 8th avoid.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• EP 1372904 B1 [0002]EP 1372904 B1 [0002]

Claims (9)

Kolben (1) einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Kolbenkopf (3) mit einer Brennraummulde (4) und einer Ringpartie (5) sowie mit einem zwischen der Ringpartie (5) und der Brennraummulde (4) angeordneten ringförmigen Kühlkanal (6), dadurch gekennzeichnet, - dass in dem Kühlkanal (6) zumindest ein Leitelement (8) angeordnet ist, welches eine in Richtung einer inneren Kühlkanalwand (9) gerichtete Nase (10) aufweist, die derart ausgerichtet ist, dass in dem Kühlkanal (6) vorhandenes Kühlöl (11) in Richtung eines oberen Bereichs (12) der inneren Kühlkanalwand (9) gelenkt wird und so diesen Bereich (12) kühlt, - dass das zumindest eine Leitelement (8) integral mit der Ringpartie (5) ausgebildet ist.Piston (1) of an internal combustion engine (2) having a piston head (3) with a combustion chamber recess (4) and a ring part (5) and with an intermediate ring part (5) and the combustion chamber bowl (4) disposed annular cooling channel (6), characterized characterized in - that in the cooling channel (6) at least one guide element (8) is arranged, which in the direction of an inner cooling channel wall (9) directed nose (10), which is aligned such that in the cooling channel (6) existing cooling oil (11) is directed in the direction of an upper region (12) of the inner cooling channel wall (9) and thus cools this region (12), - that the at least one guide element (8) is integrally formed with the ring part (5). Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringpartie (5) und das zumindest eine Leitelement (8) gegossen oder geschmiedet sind.Piston after Claim 1 , characterized in that the ring part (5) and the at least one guide element (8) are cast or forged. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Nase (10) in Umfangrichtung hinsichtlich ihrer geometrischen Form variiert.Piston after Claim 1 or 2 , characterized in that at least one nose (10) varies in the circumferential direction with respect to its geometric shape. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einzelnen Nasen (10) in Umfangsrichtung Unterbrechungen (18) angeordnet sind.Piston according to one of the preceding claims, characterized in that between individual lugs (10) in the circumferential direction interruptions (18) are arranged. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (18) periodisch über einen Umfang verteilt sind.Piston after Claim 4 , characterized in that the interruptions (18) are distributed periodically over a circumference. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leitelement (8) eine in Bezug auf eine Kolbenachse (14) schräge Wand (15) bildet, die zusammen mit einer äußeren Kühlkanalwand (16) eine trichterförmigen Querschnitt formt.Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one guide element (8) with respect to a piston axis (14) sloping wall (15) which forms a funnel-shaped cross section together with an outer cooling channel wall (16). Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leitelement (8) eine, insbesondere in Umfangsrichtung, gerichtete satteldachartige oder pultdachartige Oberseite (13) aufweist.Piston after one of Claims 1 to 5 , characterized in that the at least one guide element (8) has a, in particular in the circumferential direction, directed saddle roof-like or pent roof-like upper side (13). Brennkraftmaschine (2) mit zumindest einem Zylinder und einem darin angeordneten Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Internal combustion engine (2) with at least one cylinder and a piston (1) arranged therein according to one of the preceding claims. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolben (1) zumindest ein Leitelement (8) mit einer in Richtung einer inneren Kühlkanalwand (9) gerichteten Nase (10) aufweist, wobei ein Kraftstoffeinspritzstrahl (19) in Radialrichtung fluchtend auf eine zugehörige Nase (10) ausgerichtet ist, oder umgekehrt.Internal combustion engine after Claim 8 , characterized in that at least one piston (1) has at least one guide element (8) with a nose (10) directed in the direction of an inner cooling channel wall (9), wherein a fuel injection jet (19) is aligned in the radial direction on an associated nose (10). aligned, or vice versa.

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