DE102021108483A1

DE102021108483A1 - Kolbengeometrie für reduzierte rauch- und zylinderkopfbauteiltemperaturen

Info

Publication number: DE102021108483A1
Application number: DE102021108483.0A
Authority: DE
Inventors: Eric L. Schroeder; Christopher R. Gehrke; David A. Pierpont
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-04-05
Publication date: 2021-10-07
Also published as: US11230992B2; US20210310438A1

Abstract

Der Kolben (200, 300, 400) weist eine konturierte Verbrennungsmulde (210, 310, 410) mit einem radial inneren Ablageabschnitt (214, 314, 414), der von dem radial äußeren Lippenabschnitt (212, 312, 412) um einen ersten axialen Abstand (216, 316, 416) axial beabstandet ist, und eine Wirbeltasche (218, 318, 418) auf, die sich von dem radial inneren Absatzabschnitt (214, 314, 414) radial erstreckt und ein unteres axiales Ende (220, 320, 420) definiert, das von dem radial äußeren Lippenabschnitt (212, 312, 412) um einen zweiten axialen Abstand (222, 322, 422) beabstandet ist, der größer als der erste axiale Abstand (216, 316, 416) ist. Die Wirbeltasche (218, 318, 418) definiert eine Tangente (224, 324, 424), die sich in der radial äußeren Richtung erstreckt und einen spitzen Winkel (226, 326, 426) mit dem radial äußeren Lippenabschnitt (212, 312, 412) in dem Bereich von 70 Grad bis 80 Grad ausbildet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Kolben, die in Verbrennungsmotoren mit einer konturierten Kolbenmuldengeometrie verwendet werden. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Kolben mit einer konturierten Kolbenmuldengeometrie für reduzierte Rauch- und Z y linderkopfbauteiltem peraturen.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren werden in verschiedenen Branchen routinemäßig zum Antrieb von Maschinen und Ausrüstung verwendet. Beispiele für Branchen, die solche Maschinen und Geräte verwenden, beinhalten die Schifffahrt, die Erdbewegung, das Bauwesen, den Bergbau, die Lokomotiv- und Landwirtschaftsbranche usw. Auf bestimmten Märkten und in bestimmten Marktsegmenten werden Verbrennungsmotoren mit einer hohen Leistungsdichte benötigt oder eingesetzt. Solche Motoren haben manchmal sowohl mit starken Rauch- als auch mit hohen Ventiltemperaturen oder anderen hohen Zylinderkopfbauteiltemperaturen zu kämpfen, die sich in dem Nennzustand des Motors entwickeln.
Genauer gesagt wurde traditionell festgestellt, dass ein Kompromiss zwischen der Erhöhung der Anzahl der Einspritzdüsenlöcher, die zu einer reduzierten Sprühpenetration in die Brennkammer führt, und der Reduzierung des Wärmeflusses in das Auslassventil, das Einlassventil und den Zylinderkopf besteht, jedoch auf Kosten einer erhöhten Rauchentwicklung und Emissionen. In einigen Fällen werden die Grenzwerte für Rauch und Emissionen auf unerwünschte Weise angegangen, sodass die Gefahr besteht, dass diese Grenzen überschritten werden.
U.S.-Pat. Nr. 7,040,279 an Regueiro offenbart ein Verbrennungssystem mit geteilter Kammer, das eine Energiezelle umfasst, die in dem Boden einer tiefen Kolbenmulde eingebaut ist, die in der Mittellinie des Zylinders ausgerichtet ist und die mit der Hauptverbrennungskammer durch einen in ihrer Mittellinie angeordneten Haupttransferkanal und eine Mehrzahl von kreisförmig um sie herum angeordneten Hilfstransferkanälen in Fluidverbindung steht. Jeder Hilfstransferkanal ist wenigstens in einer Ebene parallel zu der Mittellinie der Zelle geneigt. Die Einspritzdüse, die zentral in dem Feuerdeck des Zylinderkopfes angeordnet ist, beinhaltet einen zentralen Zapfen, der den Kraftstoff auf der Mittellinie des Zylinders ausstößt, und eine Mehrzahl von kleinen Hilfsöffnungen, die den zentralen Zapfen kreisförmig umgeben und in einem radialen Winkel zu der Mittellinie des Zylinders ausstoßen.
Wie man sieht, berücksichtigt die Kolbengestaltung von Regueiro einige der aktuellen Gestaltungskompromisse nicht, wie die gleichzeitige Reduzierung der Rauchentwicklung und der Temperaturen der Zylinderkopfkomponenten.
Kurzbeschreibung der Offenbarung
Ein Kolben, der so konfiguriert ist, dass er sich in der Bohrung eines Motors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hin- und herbewegt, wird bereitgestellt. Der Kolben kann einen ringförmigen Körper einschließlich eines Kronenabschnitts, der eine Längsachse, eine radiale Richtung senkrecht zu der Längsachse, eine Ebene definiert, die die Längsachse und die radiale Richtung enthält, und einer konturierten Verbrennungsmulde umfassen. In der Ebene, die die Längsachse und die radiale Richtung enthält, kann der Kronenabschnitt einen radial äußeren Lippenabschnitt beinhalten, und die konturierte Verbrennungsmulde kann einen radial inneren Ablageabschnitt beinhalten, der von dem radial äußeren Lippenabschnitt axial um einen ersten axialen Abstand beabstandet ist. Eine Wirbeltasche kann sich radial von dem radial inneren Regalabschnitt erstrecken und ein unteres axiales Ende definieren, das axial von dem radial äußeren Lippenabschnitt um einen zweiten axialen Abstand beabstandet ist, der größer als der erste axiale Abstand ist. Die Wirbeltasche kann eine Tangente definieren, die sich in die radial äußere Richtung erstreckt und die einen spitzen Winkel mit dem radial äußeren Lippenabschnitt in dem Bereich von 70 Grad bis 80 Grad ausbildet.
Ein Kolben, der so konfiguriert ist, dass er sich in der Bohrung eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hin- und herbewegt, wird bereitgestellt. Der Kolben kann einen ringförmigen Körper einschließlich eines Kronenabschnitts, der eine Längsachse, eine radiale Richtung senkrecht zu der Längsachse, eine Ebene definiert, die die Längsachse und die radiale Richtung enthält, und einer konturierten Verbrennungsmulde umfassen. In der Ebene, die die Längsachse und die radiale Richtung enthält, kann der Kronenabschnitt einen radial äußeren Lippenabschnitt beinhalten, der eine obere Quetschoberfläche beinhaltet, und die konturierte Verbrennungsmulde beinhaltet eine radial innere ebene Ablageoberfläche, die axial von der oberen Quetschoberfläche um einen ersten axialen Abstand beabstandet ist und die mit der oberen Quetschoberfläche durch eine konkave Mischung verbunden ist, die die radial innere ebene Ablageoberfläche tangiert und sich axial nach oben zu der oberen Quetschoberfläche erstreckt. Eine Wirbeltasche kann eine untere konkave, bogenförmige Oberfläche beinhalten, die sich von der radial inneren ebenen Ablageoberfläche axial nach unten und radial nach innen erstreckt, ein unteres axiales Ende definiert, das von der oberen Quetschoberfläche axial um einen zweiten axialen Abstand beabstandet ist. Das Verhältnis zwischen dem ersten axialen Abstand und dem zweiten axialen Abstand kann zwischen 10 % und 15 % liegen.
Ein Kolben, der so konfiguriert ist, dass er sich in der Bohrung eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hin- und herbewegt, wird bereitgestellt. Der Kolben kann einen ringförmigen Körper einschließlich eines Kronenabschnitts, der eine Längsachse, eine radiale Richtung senkrecht zu der Längsachse, eine Ebene definiert, die die Längsachse und die radiale Richtung enthält, und einer konturierten Verbrennungsmulde umfassen. In der Ebene, die die Längsachse und die radiale Richtung enthält, kann der Kronenabschnitt einen radial äußeren Lippenabschnitt beinhalten, der eine obere Quetschoberfläche beinhaltet, die eine erste radiale Dimension definiert, und die konturierte Verbrennungsmulde kann eine radial innere ebene Ablageoberfläche beinhalten, die axial von der oberen Quetschoberfläche um einen ersten axialen Abstand weg beabstandet ist und die mit der oberen Quetschoberfläche durch eine wellenförmige Übergangsoberfläche verbunden ist, die die radial innere ebene Ablageoberfläche tangiert und sich axial nach oben und axial nach unten zu einem Muldenpunkt und dann axial nach oben und radial nach unten zu der oberen Quetschoberfläche erstreckt. Eine Wirbeltasche kann eine untere konkave, bogenförmige Oberfläche beinhalten, die sich von der radial inneren ebenen Ablageoberfläche axial nach unten und radial nach innen erstreckt, ein unteres axiales Ende definiert, das von der oberen Quetschoberfläche axial um einen zweiten axialen Abstand beabstandet ist. Das Verhältnis zwischen dem ersten axialen Abstand und dem zweiten axialen Abstand kann zwischen 10 % und 15 % liegen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbrennungsmotors, der Kolben gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einsetzen kann.
2 ist eine geschnittene Seitenansicht des Verbrennungsmotors von 1, die einen Kolben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, der in einer Zylinderbohrung für eine Hin- und Herbewegung darin angeordnet ist.
3 ist eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht des Kolbens von 2, die isoliert von dem Verbrennungsmotor aus 2 gezeigt ist.
4 ist eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht eines Kolbens mit einer konturierten Kolbenmuldengeometrie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in dem Verbrennungsmotor von 1 verwendet werden kann.
5 ist eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht eines Kolbens mit einer konturierten Kolbenmuldengeometrie gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in dem Verbrennungsmotor von 1 verwendet werden kann.
6 ist ein CFD- (rechnersimulierte Flüssigkeitsdynamik) Diagramm, das zeigt, wie die Verbrennungsgase von der Zylinderlaufbuchse und/oder den Kolbenringen für verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weggeleitet werden.
7 ist ein CFD-basiertes Balkendiagramm, das die Verbesserung der Auslassventiltemperatur gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung zeigt.
8 ist ein CFD-basiertes Balkendiagramm, das die Verbesserung der Kopfdecktemperatur gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung zeigt.
9 ist ein CFD-basiertes Balkendiagramm, das die Verbesserung der Rauchentwicklung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Es wird nun ausführlich auf Ausführungsformen der Offenbarung eingegangen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer möglich, werden in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile zu verweisen. In einigen Fällen wird in dieser Patentschrift ein Bezugszeichen angegeben und die Zeichnungen zeigen das Bezugszeichen, gefolgt von einem Buchstaben, beispielsweise 100a, 100b oder einem Primzahl-Indikator wie 100', 100" usw. Es ist zu verstehen, dass die Verwendung von Buchstaben oder Primzahlen unmittelbar nach einem Bezugszeichen darauf hinweist, dass diese Merkmale ähnlich geformt sind und eine ähnliche Funktion aufweisen, wie es oft der Fall ist, wenn Geometrie an einer Symmetrieebene gespiegelt wird. Zum Vereinfachen der Erklärung werden Buchstaben oder Primzahlen in dieser Patentschrift oft nicht aufgeführt, können jedoch in den Zeichnungen gezeigt werden, um auf Duplikate der in dieser schriftlichen Patentschrift erläuterten Merkmale hinzuweisen.
Verschiedene Ausführungsformen eines Kolbens, der in einem Verbrennungsmotor mit oder ohne Kühlkanal verwendet werden kann, und eines Kronenabschnitts mit einer Kolbenmuldengeometrie gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun beschrieben. Insbesondere können diese Kolben reduzierte Rußemissionen und/oder reduzierte Zylinderkopfbauteiltemperaturen bereitstellen, wenn der Motor mit seiner Nennlast betrieben wird.
Ein Verbrennungsmotor 100 ist beispielsweise in 1 gezeigt, der verschiedene Ausführungsformen des gemäß den hierin dargelegten Prinzipien konstruierten Kolbens einsetzen kann. Der Motor 100 kann einen Motorblock 102, in dem sich der Kolben (nicht gezeigt) hin- und herbewegt, und einen Zylinderkopf 104 beinhalten, der verschiedene Motorkomponenten für die Einleitung von Fluiden in die Bohrung/Verbrennungskammer enthalten kann, die sich in dem Motorblock 102 befindet.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Abschnitt des Motors 100 geschnitten gezeigt und legt die Brennkammer 106 offen, die eine allgemein zylindrische Form aufweisen kann, die innerhalb einer Zylinderbohrung 108 definiert ist, die in dem Kurbelgehäuse oder Motorblock 102 des Motors 100 ausgebildet ist. Die Brennkammer 106 wird ferner an einem Ende durch eine Flammendeckoberfläche 110 des Zylinderkopfes 104 und an einem anderen Ende durch einen Kronenabschnitt 202 eines Kolbens 200 definiert, der innerhalb der Bohrung 108 hin- und herbewegt wird und mit einer Pleuelstange 124 verbunden ist, die wiederum mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 112 ist in dem Zylinderkopf 104 montiert. Die Einspritzdüse 112 weist eine Spitze 114 auf, die durch die Flammendeckoberfläche 110 in die Brennkammer 106 hineinragt, sodass sie Kraftstoff direkt in die Brennkammer 106 einspritzen kann.
Während des Betriebs des Motors 100 wird Luft über einen Lufteinlasskanal 115 in die Brennkammer 100 eingelassen, wenn ein oder mehrere Einlassventile 117 (eines gezeigt) während eines Ansaugtakts geöffnet sind. In einer bekannten Konfiguration kann Kraftstoff unter hohem Druck durch Düsenöffnungen (im Folgenden als Löcher bezeichnet) in der Spitze 114 strömen, um Kraftstoffstrahlen auszubilden, die in die Brennkammer 106 eintreten. Jede Düsenöffnung bildet einen Kraftstoffstrahl 118, der sich im Allgemeinen ausbreitet, um ein vorbestimmtes Kraftstoff/Luft-Gemisch zu bilden, das in einem Selbstzündermotor selbstzündet und verbrennt. Die Kraftstoffdüsen 118 können von der Einspritzdüse in einem Spreizungswinkel β zwischen 110 und 150 Grad bereitgestellt werden, es können jedoch auch andere Winkel verwendet werden. Nach der Verbrennung wird das Abgas aus der Brennkammer durch eine Abgasleitung 120 ausgestoßen, wenn ein oder mehrere Auslassventile 122 (eines gezeigt) während eines Ausstoßtakts geöffnet ist/sind.
Die Gleichmäßigkeit und das Ausmaß der Kraftstoff/Luft-Vermischung in dem Verbrennungszylinder ist sowohl für den Verbrennungswirkungsgrad als auch für die Menge und Art der entstehenden Verbrennungsnebenprodukte relevant. So können beispielsweise kraftstoffreiche Gemische, die während eines Verbrennungsvorgangs aufgrund einer unzureichenden Vermischung lokal in der Brennkammer 106 vorhanden sind, zu höheren Rußemissionen und einem geringeren Verbrennungswirkungsgrad führen.
Unter Betrachtung der 3 bis einschließlich 5, werden verschiedene Ausführungsformen eines Kolbens 200 (siehe 3), 300 (siehe 4), 400 (siehe 5), die in dem soeben beschriebenen Motor 100 verwendet werden können und die gleichzeitig die Rußemissionen und die Zylinderkopfbauteiltemperaturen verringern können, nun anhand der Querschnittsgeometrie der Kolben näher erläutert.
Der Kolben 200, 300, 400 kann einen ringförmigen Körper 204, 304, 404 einschließlich eines Kronenabschnitts 202, 302, 402 umfassen, der eine Längsachse 206, 306, 406, eine radiale Richtung senkrecht 208, 308, 408 zu der Längsachse 206, 306, 406 und eine Ebene (z. B. die in 3 bis einschließlich 5 gezeigte geschnittene Ebene) definiert, die die Längsachse 206, 306, 406 und die radiale Richtung 208, 308, 408 enthält.
Der Kronenabschnitt 202, 302, 402 kann auch eine konturierte Verbrennungsmulde 210, 310, 410 beinhalten. Außerdem kann der Kronenabschnitt 202, 302, 402 einen radial äußeren Lippenabschnitt 212, 312, 412 beinhalten, während die konturierte Verbrennungsmulde 210, 310, 410 einen radial inneren Ablageabschnitt 214, 314, 414 beinhalten kann, der axial von dem radial äußeren Lippenabschnitt 212, 312, 412 um einen ersten axialen Abstand 216, 316, 416 beabstandet ist.
Eine Wirbeltasche 218, 318, 418 kann sich radial (z. B. direkt oder indirekt) von dem radial inneren Ablageabschnitt 214, 314, 414 erstrecken und kann ein unteres axiales Ende 220, 320, 420 definieren, das axial von dem radial äußeren Lippenabschnitt 212, 312, 412 um einen zweiten axialen Abstand 222, 322, 422 beabstandet ist, der größer als der erste axiale Abstand 216, 316, 416 ist. Darüber hinaus kann die Wirbeltasche 218, 318, 418 eine Tangente 224, 324, 424 definieren, die sich in der radial äußeren Richtung erstreckt und die mit dem radial äußeren Lippenabschnitt 212, 312, 412 einen spitzen Winkel 226, 326, 426 in dem Bereich von 70 Grad bis 80 Grad (z. B. 75,0 Grad) in der Ebene ausbildet, die die Längsachse 206, 306, 406 und die radiale Richtung 208, 308, 408 enthält.
In einigen Ausführungsformen wird der Kronenabschnitt 202, 302, 402 allein dadurch definiert, dass die Geometrie des radial äußeren Lippenabschnitts 212, 312, 412 und der konturierten Verbrennungsmulde 210, 310, 410 in der Ebene, die die Längsachse 206, 306, 406 und die radiale Richtung 208, 308, 408 enthält, um einen Betrag von 360 Grad um die Längsachse 206, 306, 406 gedreht wird. Dadurch ist die Querschnittsgeometrie des Kronenabschnitts in jeder Ebene, die die Längsachse und die radiale Richtung enthält, gleich. Dies ist bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglicherweise nicht der Fall.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 3 bis einschließlich 5 ist zu erkennen, dass der radial äußere Lippenabschnitt 212, 312, 412 eine ebene Quetschoberfläche 228, 328, 428 beinhalten kann (die z. B. senkrecht zu der Längsachse verlaufen kann und so genannt wird, weil diese Oberfläche das Fluid in der Bohrung quetscht oder drückt, wenn sich der Kolben dem Zylinderkopf nähert), und dass der radial innere Ablageabschnitt 214, 314, 414 eine ebene Ablageoberfläche 230, 330, 430 beinhalten kann (die z. B. parallel zu der ebenen Quetschoberfläche verlaufen kann), die von der ebenen Quetschoberfläche 228, 328, 428 axial um den ersten axialen Abstand 216, 316, 416 beabstandet ist.
Ebenso kann die Wirbeltasche 218, 318, 418 eine untere konkave bogenförmige Oberfläche 232, 332, 432 beinhalten, die das untere axiale Ende 220, 320, 420 der Wirbeltasche 218 definiert, das axial von der ebenen Quetschoberfläche 228, 328, 428 um den zweiten axialen Abstand 222, 322, 422 beabstandet ist. Andere Konfigurationen der Wirbeltasche sind in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung möglich. In bestimmten Ausführungsformen kann das Verhältnis zwischen dem ersten axialen Abstand 216, 316, 416 und dem zweiten axialen Abstand 222, 322, 422 in dem Bereich von 10 % bis 15 % liegen. Außerdem kann der erste axiale Abstand 216, 316, 416 in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zwischen 1,5 Millimetern und 3,5 Millimetern liegen (z. B. 2,0 Millimeter in 3 und 4, 2,5 Millimeter in 5). Andere Abmessungsbereiche sind in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglich.
Wie hier verwendet, beinhaltet „bogenförmig“ jede Form ein, die nicht gerade oder flach ist, einschließlich eines Radius, einer Ellipse, eines Polynoms, einer Spline usw.
In den in 3 bis einschließlich 5 gezeigten Ausführungsformen kann die Wirbeltasche 218, 318, 418 eine erste konische Oberfläche 234, 334, 434 beinhalten, die sich radial und axial (z. B. direkt oder indirekt) von der ebenen Ablageoberfläche 230, 330, 430 erstreckt, die Tangente 224, 324, 424 definiert, die den spitzen Winkel 226, 326, 426 mit der ebenen Quetschoberfläche 228, 328, 428 ausbildet, die auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse 206, 306, 406 und die radiale Richtung 208, 308, 408 enthält. Diese erste konische Oberfläche kann in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weggelassen oder durch eine bogenförmige Oberfläche usw. ersetzt werden.
Eine erste Übergangsmischung 236, 336, 436 kann die erste konische Oberfläche 234, 334, 444 mit der ebenen Ablageoberfläche 230, 330, 430 verbinden. In einem solchen Fall kann die erste Übergangsmischung 236, 336, 436 einen Krümmungsradius definieren, der zwischen 1,0 mm und 10,0 mm liegt (z. B. 2,0 mm in 5, 3,0 mm in 3 und 4). Dies ist bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglicherweise nicht der Fall. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Mischung“ jede geeignete Geometrie einschließlich eines Radius oder eines anderen bogenförmigen Kurvensegements/anderer bogenförmiger Kurvensegmente beinhalten.
Auf ähnliche Weise kann die Wirbeltasche 218, 318, 418 auch eine zweite konische Oberfläche 238, 338, 438 beinhalten, die sich von der unteren konkaven Oberfläche 232, 332, 432 in Richtung der Längsachse 206, 306, 406 erstreckt, mit der Längsachse 238, 338, 438 einen äußeren stumpfen Winkel 240, 340, 440 ausbildet, der in dem Bereich von 110 Grad bis 130 Grad liegt, der auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse 238, 338, 438 und die radiale Richtung 208, 308, 408 enthält. Der Winkel 240 kann ungefähr 116,0 Grad (+/ 10,0 Grad) sein, der Winkel 340 kann ungefähr 117,0 Grad (+/- 10,0 Grad) sein und der Winkel 440 kann ungefähr 124,0 Grad (+/_ 10,0 Grad)) sein. Der Bereich dieser Winkel kann in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung unterschiedlich sein.
In einigen Ausführungsformen definiert die untere konkave bogenförmige Oberfläche 232, 332, 432 einen Krümmungsradius in dem Bereich von 15,0 mm bis 25,0 mm in der Ebene, die die Längsachse 206, 306, 406 und die radiale Richtung 208, 308, 408 enthält (z. B. 18,8 Millimeter in 3, 17,0 Millimeter in 4, 22,0 Millimeter in 5). Andere Abmessungsbereiche sind möglich.
In 3 und 5 kann die konturierte Verbrennungsmulde 210, 410 ferner eine radial äußere Mischung 242, 442 beinhalten, die sich tangential von der ebenen Ablageoberfläche 230, 430 axial nach oben in Richtung der ebenen Quetschoberfläche 228, 428 erstreckt. In solchen Ausführungsformen kann die radial äußere Mischung 242, 442 einen Krümmungsradius der äußeren Mischung in dem Bereich von 5,0 mm bis 10,0 mm in der Ebene definieren, die die Längsachse 206, 406 und die radiale Richtung 208, 408 enthält (z. B. 6,0 Millimeter in 3, 7,0 Millimeter in 5).
Die radial äußere Mischung 242, 442 verbindet sich mit der ebenen Quetschoberfläche 228, 428 an einem Rückkehrpunkt 244, 444 an (d. h. keine Berührung), und die konturierte Verbrennungsmulde 210, 410 definiert einen Verbrennungsmuldenradius 246, 446 in dem Bereich von 65,0 mm bis 80,0 mm, der von dem Rückkehrpunkt 244, 444 zu der Längsachse 206, 406 gemessen wird (z. B. 67,1 Millimeter in 3, 76,0 Millimeter in 5). Ein ähnlicher Verbrennungsmuldenradius 346 ist in 4 gezeigt, der etwa 69,1 Millimeter betragen kann.
Da die Kolben 200, 400 von 3 und 5 ähnlich aufgebaut sind, können diese Kolben auch wie folgt beschrieben werden.
Für jeden Kolben 200, 400 kann der Kronenabschnitt 202, 402 einen radial äußeren Lippenabschnitt 212, 412 beinhalten, der eine obere Quetschoberfläche 229, 429 beinhaltet, und die konturierte Verbrennungsmulde 210, 410 kann eine radial innere ebene Ablageoberfläche 231, 431 beinhalten, die axial von der oberen Quetschoberfläche 229, 429 um einen ersten axialen Abstand 216, 416 beabstandet ist. Die radial innere ebene Ablageoberfläche 231, 431 kann mit der oberen Quetschoberfläche 229, 429 durch eine konkave Mischung 243, 443 verbunden sein, die tangential zu der radial inneren ebenen Ablageoberfläche 231, 431 verläuft und sich axial nach oben zu der oberen Quetschoberfläche 229, 429 erstreckt.
In einigen Ausführungsformen kann die Wirbeltasche 218, 418 eine untere konkave, bogenförmige Oberfläche 232, 432 beinhalten, die sich von der radial inneren ebenen Ablageoberfläche 231, 431 axial nach unten und radial nach innen erstreckt, ein unteres axiales Ende 220, 420 definiert, das von der oberen Quetschoberfläche 229, 429 axial um einen zweiten axialen Abstand 222, 422 beabstandet ist. Das Verhältnis zwischen dem ersten axialen Abstand 216, 416 und dem zweiten axialen Abstand 222, 422 kann in dem Bereich von 10 % bis 15 % liegen. Andere Abmessungsbereiche sind möglich.
Wie bereits angedeutet, kann die Wirbeltasche 218, 418 eine erste konische Oberfläche 234, 434 beinhalten, die radial und axial zwischen der radial inneren ebenen Ablageoberfläche 231, 431 und der unteren konkaven bogenförmigen Oberfläche 232, 432 angeordnet ist. Diese Anordnung kann eine Tangente 224, 424 definieren, die einen spitzen Winkel 226, 426 mit der oberen Quetschoberfläche 229, 429, die auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse 206, 406 und die radiale Richtung 208, 408 enthält, in dem Bereich von 70 Grad bis 80 Grad (z. B. 75,0 Grad) ausbildet.
Die Wirbeltasche 218, 418 kann auch eine zweite konische Oberoberfläche 238, 438 aufweisen, die sich tangential von der unteren konkaven bogenförmigen Oberoberfläche 232, 432 in Richtung der Längsachse 206, 406 erstreckt, einen äußeren stumpfen Winkel 240, 440 mit der Längsachse 206, 406 in dem Bereich von 110 Grad und 130 Grad ausbildet, wenn er auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse 206, 406 und die radiale Richtung 208, 408 enthält.
Eine Spitze 248, 448 kann sich (z. B. tangential) von der zweiten konischen Oberfläche 238, 438 erstrecken. Die Spitze 248, 448 kann auf der Längsachse 206, 406 zentriert sein und kann axial von der oberen Quetschoberfläche 229, 429 um einen axialen Versatz 250, 450 beabstandet sein, der auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse 206, 406 und die radiale Richtung 208, 408 enthält, in dem Bereich von 3,5 mm bis 6,0 mm (z. B. 4,060 Millimeter in 3, 5,5 Millimeter in 5).
In 3 wird die Spitze 248 durch eine konvexe, bogenförmige Oberfläche 252 ausgebildet (kann z. B. kugelförmig sein und einen Krümmungsradius von 10,0 Millimetern aufweisen). In 5 wird die Spitze 448 wenigstens teilweise durch eine kreisförmige, ebene Oberfläche 452 mit einem Durchmesser 454 von etwa 10,5 Millimetern ausgebildet. In einer solchen Ausführungsform kann eine zweite Übergangsmischung 437 mit einem Krümmungsradius von 5,0 Millimetern bereitgestellt werden. Andere Konfigurationen und Abmessungsbereiche sind in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglich.
Als nächstes wird die spezifische Geometrie des Kolbens 300 von 4 nachstehend erläutert. Der Kolben 300 kann einen Kronenabschnitt 302 aufweisen, der einen radial äußeren Lippenabschnitt 312 mit einer oberen Quetschoberfläche 329 beinhaltet, die eine erste radiale Abmessung 360 definiert, und die konturierte Verbrennungsmulde 310 beinhaltet eine radial innere ebene Ablageoberfläche 331, die axial von der oberen Quetschoberfläche 329 um einen ersten axialen Abstand 316 beabstandet ist. Die radial innere ebene Ablageoberfläche 331 kann mit der oberen Quetschoberfläche 329 durch eine wellenförmige Übergangsoberfläche 362 verbunden sein, die tangential zu der radial inneren ebenen Ablageoberfläche 331 verläuft und sich radial nach außen und axial nach unten zu einem Muldenpunkt 364 erstreckt. Anschließend erstreckt sich diese Oberfläche 362 axial nach oben und radial nach außen bis zu der oberen Quetschoberfläche 329.
Die Wirbeltasche 318 kann eine untere konkave bogenförmige Oberfläche 332 beinhalten, die sich von der radial inneren ebenen Ablageoberfläche 331 axial nach unten und radial nach innen erstreckt, ein unteres axiales Ende 320 definiert, das von der oberen Quetschoberfläche 329 axial um einen zweiten axialen Abstand 322 beabstandet ist. Ein Verhältnis zwischen dem ersten axialen Abstand 316 und dem zweiten axialen Abstand 322 kann in einigen Ausführungsformen in dem Bereich von 10 % bis 15 % liegen.
Der Muldenpunkt 364 kann axial von der oberen Quetschoberfläche 329 um einen dritten axialen Abstand 366 beabstandet sein, der größer als der erste axiale Abstand 316, aber kleiner als der zweite axiale Abstand 322 ist.
Die Wirbeltasche 318 kann eine erste konische Oberfläche 334 beinhalten, die radial und axial zwischen der radial inneren ebenen Ablageoberfläche 331 und der unteren konkaven bogenförmigen Oberfläche 332 angeordnet ist. Diese Oberfläche 334 kann eine Tangente 324 definieren, die einen spitzen Winkel 326 mit der oberen Quetschoberfläche 329, die auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse 306 und die radiale Richtung 308 enthält, in dem Bereich von 70 Grad bis 80 Grad (z. B. 75,0 Grad) ausbildet. Diese konische Oberfläche kann in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weggelassen werden.
Die Wirbeltasche 318 kann außerdem eine zweite konische Oberoberfläche 338 aufweisen, die sich tangential von der unteren konkaven bogenförmigen Oberoberfläche 332 in Richtung der Längsachse 306 erstreckt, einen äußeren stumpfen Winkel 340 mit der Längsachse 306 in dem Bereich von 110 Grad und 130 Grad ausbildet, wenn er auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse 306 und die radiale Richtung 308 enthält.
In einigen Ausführungsformen kann die erste radiale Abmessung 360 der oberen Quetschoberfläche 329 zwischen 1,5 mm und 2,5 mm liegen. Es kann ebenso eine Spitze 348 bereitgestellt werden, die sich von der zweiten konischen Oberfläche 338 erstreckt, die auf der Längsachse 306 zentriert ist. Die Spitze 348 kann axial von der oberen Quetschoberfläche 329 um einen axialen Versatzabstand 350 beabstandet sein, der auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse 306 und die radiale Richtung 308 enthält, in dem Bereich von 3,0 mm bis 6,0 mm (z. B. 4,0 Millimeter). Wie in 4 gezeigt, wird die Spitze 348 durch eine konvexe, bogenförmige Oberfläche 352 ausgebildet, ähnlich wie in 3.
Die wellenförmige Übergangsoberfläche 362 kann einen konvexen Mischungsabschnitt 368, der mit der radial inneren ebenen Ablageoberfläche 331 verbunden ist und einen Krümmungsradius des konvexen Mischungsabschnitts in dem Bereich von 4,0 mm bis 6,0 mm (z. B. 5,0 mm) definiert, einen konkaven Mischungsabschnitt 370, der mit dem konvexen Mischungsabschnitt 368 verbunden ist, den Muldenpunkt 364 und einen Krümmungsradius des konkaven Mischungsabschnitts in dem Bereich von 3,0 mm bis 4,0 mm (z. B. 3,5 mm) definiert, und einen Übergangsabschnitt 372 (der konisch oder bogenförmig usw. sein kann) beinhalten, der den konkaven Mischungsabschnitt 370 mit der oberen Quetschoberfläche 329 an dem Rückkehrpunkt 344 verbindet.
Die Konfiguration und die Abmessungsbereiche jeder der hierin besprochenen Ausführungsformen können abhängig von der Anwendung unterschiedlich sein.
Der Kolben kann aus Stahl, einer gegossenen Aluminiumlegierung, einer geschmiedeten Aluminiumlegierung oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden, das langlebig, korrosionsbeständig usw. ist. Die Geometrie des Kronenabschnitts kann während des Gieß- oder Schmiedevorgangs ausgebildet werden und kann dann, falls erforderlich, grob bearbeitet und/oder fertig bearbeitet werden. Geeignete Bearbeitungsvorgänge können Fräsen, Drehen, Funkenerosion usw. beinhalten.
Gewerbliche Anwendbarkeit
In der Praxis kann ein Kolben, ein Kronenabschnitt eines Kolbens und/oder eine Motorbaugruppe, die einen solchen Kolben oder Kronenabschnitt eines Kolbens gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform verwendet, je nach Bedarf oder Wunsch in einem Zubehörmarkt- oder OEM- (Erstausrüster-) Kontext bereitgestellt, verkauft, hergestellt und gekauft werden usw. Beispielsweise kann ein Kronenabschnitt oder ein Kolben für die Nachrüstung eines bereits vorhandenen Motors verwendet werden oder mit einem Motor oder einem Gerät verkauft werden, das diesen Motor beim ersten Verkauf des Geräts verwendet.
Unter Betrachtung von 3 und 6 kann ein Fachmann erkennen, dass durch CFD Verbesserungen bei Motoren mit den hierin besprochenen Kolben zu erwarten sind. Da der Kolbenmuldenrand radial nach außen zu der Zylinderlaufbuchse und zu den Kolbenringen hin abgewinkelt ist, würde der Fachmann erwarten, dass Ölverrußung und erhöhte Temperaturen für diese Bauteile auftreten. Die Lippe an dem äußeren Rand drückt jedoch die Verbrennungsprodukte nach oben und weg von den Kolbenringen und der Zylinderlaufbuchse, wodurch diese erwarteten negativen Auswirkungen der Konstruktion negiert werden.
7 zeigt, dass auch bei einer erhöhten Anzahl von Löchern in der Einspritzdüse die Temperatur des Auslassventils sinkt.
Ähnlich zeigt 8 an, dass die Kopfdecktemperatur unerwartet sinkt, wenn die Anzahl der Einspritzlöcher zunimmt.
Zum Schluss: 9 zeigt an, dass die Rauchentwicklung mit zunehmender Anzahl der Einspritzlöcher sinkt.
Wie man sieht, brechen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung den Kompromiss zwischen der Reduzierung der Bauteiltemperaturen und der gleichzeitigen Reduzierung von Rauch/Emissionen, der im Stand der Technik zu finden ist, wie vorstehend in dem Abschnitt „Stand der Technik“ beschrieben.
Die offenbarte Kolbengeometrie verringert in Kombination mit einer Dieseleinspritzdüse mit 8 oder 9 Löchern den Wärmeübergang in die Ventile und den Zylinderkopf, was deren Temperaturen bei hohen Kraftstoffeinspritzraten reduziert. Diese Kolbengeometrie hat auch einen verbesserten Kraftstoffverbrauch und eine reduzierte Rauchentwicklung bei Bedingungen mit hoher Last gezeigt, während sie bei niedrigeren Lasten immer noch akzeptable Abgasemissionen bereitstellt.
Es wird geschätzt, dass die vorstehende Beschreibung Beispiele für die offenbarte Baugruppe und Technik bereitstellt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass sich andere Umsetzungen der Offenbarung im Detail von den vorstehenden Beispielen unterscheiden können. Alle Verweise auf die Offenbarung oder Beispiele davon sollen auf das spezielle Beispiel verweisen, das zu diesem Zeitpunkt erläutert wird, und sollen keine Einschränkung des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen implizieren. Jede Redeweise der Unterscheidung und Herabsetzung in Bezug auf bestimmte Merkmale soll auf eine mangelnde Präferenz für diese Merkmale hinweisen, jedoch diese nicht vollständig aus dem Umfang der Offenbarung ausschließen, sofern nicht anders angegeben.
Die Erwähnung von Wertebereichen dient hierin lediglich als eine Kurzform für die individuelle Bezugnahme auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, sofern hierin nicht anders angegeben, und jeder einzelne Wert wird so in die Patentschrift aufgenommen, als ob er hierin individuell rezitiert würde.
Für Fachleute ist es offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an die Ausführungsformen der Einrichtung und Verfahren des Zusammenbaus wie hierin erläutert vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang oder dem Geist der Erfindung(en) abzuweichen. Andere Ausführungsformen dieser Offenbarung werden Fachleuten aus der Betrachtung der Patentschrift und der Praxis der hierin offenbarten verschiedene Ausführungsformen ersichtlich. Beispielsweise können einige der Geräte anders konstruiert sein und anders funktionieren als hierin beschrieben, und bestimmte Schritte jedes Verfahrens können ausgelassen, in einer anderen Reihenfolge als der ausdrücklich erwähnten ausgeführt oder in einigen Fällen gleichzeitig oder in Teilschritten ausgeführt werden. Darüber hinaus können Variationen oder Änderungen an bestimmten Aspekten oder Merkmalen verschiedener Ausführungsformen vorgenommen werden, um weitere Ausführungsformen zu schaffen, und Merkmale und Aspekte verschiedener Ausführungsformen können zu anderen Merkmalen oder Aspekten anderer Ausführungsformen hinzugefügt oder durch diese ersetzt werden, um noch weitere Ausführungsformen bereitzustellen.
Dementsprechend enthält diese Offenbarung alle Modifikationen und Äquivalente des in den beigefügten Ansprüchen genannten Gegenstands, soweit dies nach geltendem Recht zulässig ist. Darüber hinaus ist jede Kombination der vorstehend beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon von der Offenbarung eingeschlossen, sofern hierin nicht anders angegeben oder durch den Zusammenhang eindeutig widersprochen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7040279 [0004]

Claims

Kolben (200, 400), der so konfiguriert ist, dass er sich in der Bohrung (108) eines Motors (100) hin- und herbewegt, wobei der Kolben (200, 400) umfasst: einen ringförmigen Körper (204, 404), einschließlich eines Kronenabschnitts (202, 402), der eine Längsachse (206, 406), eine radiale Richtung (208, 408) senkrecht zu der Längsachse (206, 406), eine Ebene, die die Längsachse (206, 406) und die radiale Richtung (208, 408) enthält, und eine konturierte Verbrennungsmulde (210, 410) definiert, wobei in der Ebene, die die Längsachse (206, 406) und die radiale Richtung (208, 408) enthält, der Kronenabschnitt (202, 402) einen radial äußeren Lippenabschnitt einschließlich einer oberen Quetschoberfläche (229, 429) beinhaltet, und die konturierte Verbrennungsmulde (210, 410) eine radial innere ebene Ablageoberfläche (231, 431) beinhaltet, die von der oberen Quetschoberfläche (229, 429) um einen ersten axialen Abstand (216, 416) axial beabstandet ist und die mit der oberen Quetschoberfläche (229, 429) durch eine konkave Mischung (243, 443) verbunden ist, die die radial innere ebene Ablageoberfläche (231, 431) tangiert und sich axial nach oben zu der oberen Quetschoberfläche (229, 429) erstreckt, und eine Wirbeltasche (218, 418), die eine untere konkave gebogene Oberfläche (232, 432) beinhaltet, die sich von der radial inneren ebenen Ablageoberfläche (231, 431) axial nach unten und radial nach innen erstreckt und ein unteres axiales Ende (220, 420) definiert, das von der oberen Quetschoberfläche (229, 429) um einen zweiten axialen Abstand (222, 422) axial beabstandet ist, und wobei ein Verhältnis des ersten axialen Abstands (216, 416) zu dem zweiten axialen Abstand (222, 422) in dem Bereich von 10 % bis 15 % liegt.
Kolben (200, 400) nach Anspruch 1, wobei die Wirbeltasche (218, 418) eine erste konische Oberfläche (234, 434) beinhaltet, die radial und axial zwischen der radial inneren ebenen Ablageoberfläche (231, 431) und der unteren konkav gekrümmten Oberfläche (232, 432) angeordnet ist und eine Tangente (224, 424) definiert, die einen spitzen Winkel (226, 426) mit der oberen Quetschoberfläche (229, 429), die auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse (206, 406) und die radiale Richtung (208, 408) enthält, in dem Bereich von 70 Grad bis 80 Grad ausbildet.
Kolben (200, 400) nach Anspruch 2, wobei die Wirbeltasche (218, 418) eine zweite konische Oberoberfläche (238, 438) beinhaltet, die sich tangential von der unteren konkav gekrümmten Oberoberfläche (232, 432) in Richtung der Längsachse (206, 306) erstreckt, einen äußeren stumpfen Winkel (240, 440) mit der Längsachse ausbildet, der von 110 Grad bis 130 Grad reicht, wenn er auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse (206, 306) und die radiale Richtung (208, 308) enthält.
Kolben (200, 400) nach Anspruch 3, ferner beinhaltend eine Spitze (248, 448), die sich von der zweiten konischen Oberfläche (238, 438) aus erstreckt und die auf der Längsachse (206, 306) zentriert ist, wobei die Spitze (248, 448) axial von der oberen Quetschoberfläche (229, 429) um einen axialen Versatzabstand (250, 450), der auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse (206, 306) und die radiale Richtung (208, 308) enthält, in dem Bereich von 3,5 mm bis 6,0 mm beabstandet ist.
Kolben (200, 400) nach Anspruch 4, wobei die Spitze (248, 448) durch eine konvexe, bogenförmige Oberfläche (252) oder eine kreisförmige, ebene Oberfläche (452) ausgebildet wird.
Kolben (300), der so konfiguriert ist, dass er sich in der Bohrung (108) eines Motors (100) hin- und herbewegt, wobei der Kolben (300) umfasst: einen ringförmigen Körper (304), einschließlich eines Kronenabschnitts (302), der eine Längsachse (306), eine radiale Richtung (308) senkrecht zu der Längsachse (306), eine Ebene, die die Längsachse (306) und die radiale Richtung (308) enthält, und eine konturierte Verbrennungsmulde (310) definiert, wobei in der Ebene, die die Längsachse (306) und die radiale Richtung (308) enthält, der Kronenabschnitt (302) einen radial äußeren Lippenabschnitt (312) einschließlich einer oberen Quetschoberfläche (329) beinhaltet, die eine erste radiale Abmessung (360) definiert, und die konturierte Verbrennungsmulde (310) eine radial innere ebene Ablageoberfläche (331) aufweist, die von der oberen Quetschoberfläche (329) um einen ersten axialen Abstand (316) axial beabstandet ist und die mit der oberen Quetschoberfläche (329) durch eine wellenförmige Übergangsoberfläche (326) verbunden ist, die die radial innere ebene Ablageoberfläche (331) tangiert und sich radial nach außen und axial nach unten zu einem Muldenpunkt (364) und dann axial nach oben und radial nach außen zu der oberen Quetschoberfläche (329) erstreckt, und eine Wirbeltasche (318), die eine untere konkave gebogene Oberfläche (332) beinhaltet, die sich von der radial inneren ebenen Ablageoberfläche (331) axial nach unten und radial nach innen erstreckt und ein unteres axiales Ende (320) definiert, das von der oberen Quetschoberfläche (329) um einen zweiten axialen Abstand (322) axial beabstandet ist, und wobei ein Verhältnis des ersten axialen Abstands (316) zu dem zweiten axialen Abstand (322) in dem Bereich von 10 % bis 15 % liegt.
Kolben (300) nach Anspruch 6, wobei der Muldenpunkt (364) axial von der oberen Quetschoberfläche (329) um einen dritten axialen Abstand (366) beabstandet ist, der größer als der erste axiale Abstand (316), aber kleiner als der zweite axiale Abstand (322) ist.
Kolben (300) nach Anspruch 7, wobei die Wirbeltasche (318) eine erste konische Oberfläche (334) beinhaltet, die radial und axial zwischen der radial inneren ebenen Ablageoberfläche (331) und der unteren konkav gekrümmten Oberfläche (332) angeordnet ist und eine Tangente (324) definiert, die einen spitzen Winkel (326) mit der oberen Quetschoberfläche (329), die auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse (306) und die radiale Richtung (308) enthält, in dem Bereich von 70 Grad bis 80 Grad ausbildet.
Kolben (300) nach Anspruch 8, wobei die Wirbeltasche (318) eine zweite konische Oberfläche (338) beinhaltet, die sich tangential von der unteren konkaven bogenförmigen Oberfläche (332) in Richtung der Längsachse (306) erstreckt, die einen äußeren stumpfen Winkel (340) mit der Längsachse (306) in dem Bereich von 110 Grad bis 130 Grad ausbildet, wenn er auf die Ebene projiziert wird, die die Längsachse (306) und die radiale Richtung (308) enthält, wobei die erste radiale Abmessung (360) der oberen Quetschoberfläche (329) in dem Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm liegt und ferner eine Spitze (348) beinhaltet, die sich von der zweiten konischen Oberfläche (338) erstreckt, die auf der Längsachse (306) zentriert ist, wobei die Spitze (348) von der oberen Quetschoberfläche (329) um einen axialen Versatzabstand (350) axial beabstandet ist, der auf die Eben projiziert wird, die die Längsachse (306) und die radiale Richtung (308) in dem Bereich von 3,0 mm bis 6,0 mm enthält, und die Spitze (348) durch eine konvexe bogenförmige Oberfläche (352) ausgebildet wird.
Kolben (300) nach Anspruch 6, wobei die wellenförmige Übergangsoberfläche (362) einen konvexen Mischungsabschnitt (368), der mit der radial inneren ebenen Ablageoberfläche (331) verbunden ist und einen Krümmungsradius des konvexen Mischungsabschnitts in dem Bereich von 4,0 mm bis 6,0 mm definiert, einen konkaven Mischungsabschnitt (370), der mit dem konvexen Mischungsabschnitt (368) verbunden ist, den Muldenpunkt (364) und einen Krümmungsradius des konkaven Mischungsabschnitts in dem Bereich von 3,0 mm bis 4,0 mm definiert, und einen Mischungsabschnitt (372) beinhaltet, der den konkaven Mischungsabschnitt (370) mit der oberen Quetschoberfläche (370) verbindet.