DE102015005217A1

DE102015005217A1 - Piston for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102015005217A1
Application number: DE102015005217.9A
Authority: DE
Inventors: Sascha-Oliver Boczek; Lothar Pfizenmaier
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf (11) und einem Kolbenschaft (17), wobei der Kolbenkopf (11) einen Kolbenboden (12), eine Verbrennungsmulde (13) sowie eine umlaufende Ringpartie (15) und im Bereich der Ringpartie (15) einen umlaufenden Kühlkanal (16) aufweist, wobei im Kühlkanal (16) ein zur Verbrennungsmulde (13) benachbarter Hohlraum (28) vorgesehen ist, der durch eine im Kühlkanal (16) angeordnete umlaufende Trennwand (27, 127, 227) begrenzt ist und in dem ein Kühlmittel (29) aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die umlaufende Trennwand (27, 127, 227) auf ihrer der Verbrennungsmulde (13) und/oder auf ihrer der Ringpartie (15) zugewandten Seitenfläche (31a, 32a; 131a, 131b; 231a, 231b) Leitelemente (40, 140, 240) aufweist, die in einem spitzen Winkel (α) zur Kolbenmittelachse (M) geneigt angeordnet sind.The present invention relates to a piston (10) for an internal combustion engine, comprising a piston head (11) and a piston shaft (17), the piston head (11) having a piston head (12), a combustion bowl (13) and a circumferential ring section (15). and in the region of the ring part (15) has a circumferential cooling channel (16), wherein in the cooling channel (16) to the combustion bowl (13) adjacent cavity (28) is provided by a in the cooling channel (16) arranged circumferential partition (27, 127, 227) is limited and in which a coolant (29) is received. According to the invention, the circumferential dividing wall (27, 127, 227) has guide elements (40) on its side face (31a, 32a, 131a, 131b, 231a, 231b) facing the combustion bowl (13) and / or on its side facing the ring part (15) , 140, 240) which are inclined at an acute angle (α) to the piston center axis (M).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, wobei der Kolbenkopf einen Kolbenboden, eine Verbrennungsmulde sowie eine umlaufende Ringpartie und im Bereich der Ringpartie einen umlaufenden Kühlkanal aufweist, wobei im Kühlkanal ein zur Verbrennungsmulde benachbarter umlaufender Hohlraum vorgesehen ist, der durch eine im Kühlkanal angeordnete, umlaufende Trennwand begrenzt ist und in dem ein Kühlmittel aufgenommen ist.The present invention relates to a piston for an internal combustion engine with a piston head and a piston skirt, wherein the piston head has a piston crown, a combustion bowl and a circumferential ring section and in the region of the ring part a circumferential cooling channel, wherein in the cooling channel a combustion cavity adjacent circumferential cavity is provided which is bounded by a cooling channel arranged in the circumferential partition and in which a coolant is accommodated.

Ein gattungsgemäßer Kolben ist aus der DE 10 2012 014 200 A1 bekannt. In einem derartigen Kolben wird im Motorbetrieb im Bereich des Kühlkanals und der Verbrennungsmulde, insbesondere im Bereich des Muldenrandes bzw. der Muldenwand erzeugte Wärme besonders effektiv in den Kolben geleitet. Damit wird im Betrieb eine besonders wirksame Kühlung des Kolbenkopfes erzielt, so dass Verzunderung und Ölkohlebildung vermieden werden. Dieses Problem tritt in modernen Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Stahlkolben für hochbelastete Dieselmotoren auf. Im Bereich des Kühlkanals und der Verbrennungsmulde sind derartige Kolben im Motorbetrieb sehr hohen Oberflächentemperaturen ausgesetzt. Diese hohen Temperaturen bewirken eine frühzeitige Degenerierung des Kühlöls, so dass es zur Verkokung bzw. Ölkohlebildung kommt.A generic piston is from the DE 10 2012 014 200 A1 known. In such a piston, heat generated in engine operation in the region of the cooling channel and the combustion bowl, in particular in the region of the bowl rim or the bowl wall, is conducted particularly effectively into the piston. Thus, a particularly effective cooling of the piston head is achieved during operation, so that scaling and carbonization are avoided. This problem occurs in modern internal combustion engines, especially in steel pistons for highly loaded diesel engines. In the area of the cooling channel and the combustion bowl, such pistons are exposed to very high surface temperatures during engine operation. These high temperatures cause an early degeneration of the cooling oil, so that it comes to coking or carbonization.

Es hat sich allerdings als problematisch herausgestellt, dass im gattungsgemäßen Kolben der umlaufende Hohlraum keinen definierten Zulauf bzw. Ablauf für das darin aufgenommene Kühlmittel aufweist. Damit ist eine Zirkulation des Kühlmittels im Hohlraum nicht gewährleistet. Stattdessen führt das Kühlmittel aufgrund des bekannten „Shaker-Effekts” im Wesentlichen lediglich lineare Aufwärts- und Abwärtsbewegungen aus. Damit besteht die Gefahr von lokalen Aufheizungen und Überhitzungen des Kolbenwerkstoffs (so genannte „hot spots”) sowohl im Bereich des Kühlkanals als auch im Bereich der Verbrennungsmulde, insbesondere am Muldenrand.However, it has proved to be problematic that in the generic piston of the circumferential cavity has no defined inlet or outlet for the coolant contained therein. Thus, a circulation of the coolant in the cavity is not guaranteed. Instead, due to the well-known "shaker effect," the coolant essentially only performs linear upward and downward movements. There is thus the risk of local heating and overheating of the piston material (so-called "hot spots") both in the region of the cooling channel and in the region of the combustion bowl, in particular at the edge of the bowl.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Kolben so weiterzuentwickeln, dass lokale Aufheizungen und Überhitzungen des Kolbenwerkstoffs vermieden werden.The object of the present invention is to develop a generic piston so that local heating and overheating of the piston material can be avoided.

Die Lösung besteht darin, dass die umlaufende Trennwand auf ihrer der Verbrennungsmulde und/oder auf ihrer der Ringpartie zugewandten Seitenfläche Leitelemente aufweist, die in einem spitzen Winkel zur Kolbenmittelachse geneigt angeordnet sind.The solution consists in that the peripheral partition wall has on its side facing the combustion bowl and / or on its side surface facing the ring portion, guide elements which are arranged inclined at an acute angle to the piston central axis.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Leitelemente bewirken, dass im Motorbetrieb unter Einfluss des „Shaker-Effekts” Teilmengen des Kühlmittels über die Leitelemente fließen, so dass im Ergebnis das Kühlmittel aufgrund der geneigten Anordnung der Leitelemente eine Zwangszirkulation erfährt. Dies hat zur Folge, dass das Kühlmittel gleichmäßig im Hohlraum verteilt und eine lokale Aufheizung bzw. Überhitzung des Kolbenwerkstoffs im Motorbetrieb vermieden wird. Aufgrund der resultierenden höheren Oberflächengeschwindigkeit des Kühlmittels wird ferner eine verbesserte Kühlwirkung erreicht. Insgesamt wird der Kühlmittelbedarf gesenkt und der CO₂-Ausstoß des Verbrennungsmotors reduziert.The guide elements provided according to the invention cause, during engine operation, under the influence of the "shaker effect", partial quantities of the coolant flow via the guide elements, so that, as a result, the coolant undergoes forced circulation due to the inclined arrangement of the guide elements. As a result, the coolant is evenly distributed in the cavity and local heating or overheating of the piston material during engine operation is avoided. Due to the resulting higher surface velocity of the coolant, an improved cooling effect is also achieved. Overall, the coolant requirement is reduced and reduces the CO ₂ emissions of the engine.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous developments emerge from the subclaims.

Vorzugsweise sind die Leitelemente in einem Abstand zueinander von 2 mm bis 20 mm angeordnet sind, um die umlaufende Bewegung des Kühlmittels im Hohlraum weiter zu optimieren. Die Wahl eines optimierten Abstandes hängt von der Größe und Form der Leitbleche sowie vom Durchmesser des Kühlkanals des Kolbens ab.Preferably, the guide elements are arranged at a distance from each other of 2 mm to 20 mm in order to further optimize the circulating movement of the coolant in the cavity. The choice of an optimized distance depends on the size and shape of the baffles and the diameter of the cooling channel of the piston.

Der Winkel, den die Leitelemente mit der Kolbenmittelachse einschließen, beträgt bevorzugt 5 Winkelgrad bis 50 Winkelgrad. Auch diese Maßnahme trägt zur Optimierung der Zwangszirkulation des Kühlmittels bei.The angle which the guide elements enclose with the piston center axis is preferably 5 degrees of angle to 50 degrees of angle. This measure also contributes to the optimization of the forced circulation of the coolant.

In dem Fall, dass sowohl auf der der Verbrennungsmulde zugewandten Seitenfläche als auch auf der der Ringpartie zugewandten Seitenfläche erfindungsgemäß Leitelemente vorgesehen sind, können diese sowohl einander gegenüberliegend oder gegeneinander versetzt angeordnet sein.In the case in which guide elements are provided according to the invention both on the side face facing the combustion bowl and on the side face facing the ring run, they can be arranged both opposite one another or offset from one another.

Zweckmäßigerweise ist die Höhe der Leitelemente geringer als die Höhe der Seitenflächen der Trennwand, um einen störungsfreien Kühlmittelfluss zu gewährleisten. Insbesondere kann das Verhältnis der Höhe der Leitelemente zur Höhe der Seitenflächen der Trennwand 0,3 bis 0,9 betragen, d. h. die Höhe der Leitelemente entspricht 30% bis 90% der Höhe der Seitenflächen der Trennwand.Conveniently, the height of the guide elements is less than the height of the side surfaces of the partition to ensure trouble-free coolant flow. In particular, the ratio of the height of the guide elements to the height of the side surfaces of the partition can be 0.3 to 0.9, d. H. the height of the guide elements corresponds to 30% to 90% of the height of the side surfaces of the partition wall.

Die Leitelemente sind bevorzugt quaderförmig oder im Längsschnitt S-förmig gebogen ausgebildet, um einen störungsfreien Übergang des Kühlmittels von einem Leitelement zum folgenden Leitelement zu gewährleisten.The guide elements are preferably formed cuboid or bent in a longitudinal section S-shaped to ensure a smooth transition of the coolant from one guide element to the next guide element.

Die Leitelemente können einstückig mit der Trennwand oder als separate Bauteile ausgebildet sein, die unlösbar mit der Seitenfläche der Trennwand verbunden sind.The guide elements may be formed integrally with the partition or as separate components which are permanently connected to the side surface of the partition.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass im Hohlraum ein die Leitelemente aufweisendes Einlegeteil vorgesehen ist, das mit der der Verbrennungsmulde zugewandten Seitenfläche der Trennwand fest verbunden und/oder klemmend gehalten ist.A further preferred embodiment of the present invention provides that in the cavity an insert having the guide elements is provided, which with the combustion recess facing side surface of the partition firmly connected and / or clamped.

Die Trennwand ist bevorzugt gasdicht und/oder flüssigkeitsdicht mit dem Kolben verbunden, um eine zuverlässige Trennung des im Hohlraum aufgenommenen Kühlmittels von dem im verbleibenden Kühlkanalvolumen Kühlöl zu gewährleisten.The partition is preferably gas-tight and / or liquid-tightly connected to the piston in order to ensure a reliable separation of the coolant contained in the cavity of the remaining cooling channel volume of cooling oil.

Zweckmäßigerweise ist die Trennwand als im Kühlkanal befestigtes Blechbauteil ausgebildet.Conveniently, the partition is designed as a fixed in the cooling channel sheet metal component.

Das Kühlmittel ist ein Kühlöl oder bevorzugt ein niedrig schmelzendes Metall oder eine niedrig schmelzende Metalllegierung, um eine besonders effektive Kühlwirkung zu erzielen. Niedrig schmelzende Metalle, die zur Verwendung als Kühlmittel geeignet sind, sind insbesondere Natrium oder Kalium. Als niedrig schmelzende Metalllegierungen können insbesondere Galinstan^®-Legierungen, niedrig schmelzende Bismut-Legierungen und Natrium-Kalium-Legierungen eingesetzt werden.The coolant is a cooling oil or preferably a low-melting metal or a low-melting metal alloy in order to achieve a particularly effective cooling effect. Low melting metals suitable for use as refrigerants are especially sodium or potassium. As low-melting metal alloys in particular Galinstan ^® alloys, low-melting bismuth alloys and sodium-potassium alloys can be used.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:Embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. In a schematic, not to scale representation:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Schnitt; 1 an embodiment of a piston according to the invention in section;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Trennwand mit erfindungsgemäß vorgesehenen Leitelementen in einer perspektivischen Teildarstellung; 2 a first embodiment of a partition with inventively provided guide elements in a perspective partial view;

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trennwand mit erfindungsgemäß vorgesehenen Leitelementen in einer perspektivischen Teildarstellung; 3 a further embodiment of a partition with inventively provided guide elements in a perspective partial view;

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trennwand und einem Einlegeteil mit erfindungsgemäß vorgesehenen Leitelementen in einer perspektivischen Teildarstellung. 4 a further embodiment of a partition and an insert with inventively provided guide elements in a perspective partial view.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der Kolben 10 besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus einem eisenbasierten Werkstoff, bspw. einem Werkstoff aus der Gruppe umfassend ausscheidungshärtende Stähle, Vergütungsstähle, hochfestes Gusseisen und Gusseisen mit Lamellengraphit. Der erfindungsgemäße Kolben 10 kann aber selbstverständlich auch aus einer Leichtmetalllegierung bestehen. 1 shows an embodiment of a piston according to the invention 10 , The piston 10 may be a one-piece or multi-piece piston. The piston 10 preferably consists essentially of an iron-based material, for example a material from the group consisting of precipitation-hardening steels, tempered steels, high-strength cast iron and cast iron with lamellar graphite. The piston according to the invention 10 but can of course also consist of a light metal alloy.

Der Kolben 10 weist einen Kolbenkopf 11 mit einem eine Verbrennungsmulde 13 aufweisenden Kolbenboden 12, einem umlaufenden Feuersteg 14 und einer Ringpartie 15 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. Die Verbrennungsmulde 13 weist eine Muldenwand 13a sowie einen Muldenrand 13b auf. In Höhe der Ringpartie 15 ist ein umlaufender geschlossener Kühlkanal 16 vorgesehen.The piston 10 has a piston head 11 with a combustion bowl 13 having piston crown 12 , a circulating flint 14 and a ring game 15 for receiving piston rings (not shown). The combustion bowl 13 has a trough wall 13a and a trough edge 13b on. At the height of the ring section 15 is a circulating closed cooling channel 16 intended.

Der Kolben 10 weist ferner einen Kolbenschaft 17 mit Kolbennaben 18 und Nabenbohrungen 19 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Kolbennaben 18 sind über Nabenanbindungen 21 mit der Unterseite 11a des Kolbenkopfes 11 verbunden. Die Kolbennaben 18 sind über Laufflächen 22 miteinander verbunden.The piston 10 also has a piston stem 17 with piston hubs 18 and hub bores 19 for receiving a piston pin (not shown). The piston hubs 18 are via hub connections 21 with the bottom 11a of the piston head 11 connected. The piston hubs 18 are about treads 22 connected with each other.

Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens 10 gemäß 1 sind ein Teil der Ringpartie 15, der Feuersteg 14 und ein Teil des Kolbenbodens 12 als separates Bauteil 23 ausgebildet. Das Bauteil 23 ist unlösbar, bspw. mittels Laserschweißen, mit einem Kolbengrundkörper 24 verbunden, der die verbleibenden Strukturen des erfindungsgemäßen Kolbens 10 umfasst. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind eine Schweißnaht 25 im Kolbenboden 12 sowie eine Schweißnaht 26 im Bereich der untersten Ringnut der Ringpartie 15 vorgesehen.In the embodiment of the piston according to the invention 10 according to 1 are part of the ring part 15 , the footbridge 14 and a part of the piston crown 12 as a separate component 23 educated. The component 23 is insoluble, eg. By laser welding, with a piston body 24 connected to the remaining structures of the piston according to the invention 10 includes. In the embodiment according to 1 are a weld 25 in the piston bottom 12 as well as a weld 26 in the area of the lowest ring groove of the ring section 15 intended.

Im Kühlkanal 16 ist eine, im Ausführungsbeispiel aus einem Blechbauteil bestehende, Trennwand 27 angeordnet, die einen zum Kolbenboden 12 und zur Muldenwand 13a, insbesondere zum Muldenrand 13b, benachbarten Hohlraum 28 begrenzt. Der Restvolumen des Kühlkanals 16 ist mit 16a bezeichnet. Die Trennwand 27 ist im Ausführungsbeispiel mittels eines Schweißverfahrens umlaufend am Kolbengrundkörper 24 gas- und flüssigkeitsdicht befestigt.In the cooling channel 16 is a, consisting in the embodiment of a sheet metal part, partition 27 arranged, the one to the piston crown 12 and to the hollow wall 13a , in particular to the trough edge 13b , adjacent cavity 28 limited. The residual volume of the cooling channel 16 is with 16a designated. The partition 27 is in the exemplary embodiment by means of a welding process circumferentially on the piston body 24 attached gas and liquid tight.

Die Trennwand 27 ist im Ausführungsbeispiel zweiteilig in Form zweier Halbschalen 27a, 27b ausgebildet. Die beiden Halbschalen 27a, 27b weisen einander zugewandte Stirnflächen 32a, 32b auf. Bei der Montage werden die beiden Halbschalen 27a, 27b um den Kolbengrundkörper 24 im Bereich der Muldenwand 13a gelegt und ihre benachbarten Stirnflächen 32a, 32b miteinander verbunden, bspw. mittels eines Schweißverfahrens. Die Trennwand 27 kann auch als einstückiges elastisches Bauteil ausgebildet sein, das lediglich eine Trennfuge aufweist (nicht dargestellt). Ein derartiges Bauteil kann zur Montage gespreizt, um den Kolbengrundkörper 24 im Bereich der Muldenwand 13a gelegt und im Bereich der Trennfuge bspw. verschweißt werden.The partition 27 is in the exemplary embodiment in two parts in the form of two half shells 27a . 27b educated. The two half shells 27a . 27b have facing end faces 32a . 32b on. During assembly, the two half shells 27a . 27b around the piston body 24 in the area of the hollow wall 13a placed and their neighboring faces 32a . 32b connected to each other, for example by means of a welding process. The partition 27 can also be formed as a one-piece elastic member having only a parting line (not shown). Such a component can be spread for mounting to the piston body 24 in the area of the hollow wall 13a placed and welded in the region of the parting line, for example.

Im Hohlraum 28 ist ein Kühlmittel 29, bspw. aus einem niedrig schmelzenden Metall oder einer niedrig schmelzenden Metalllegierung aufgenommen.In the cavity 28 is a coolant 29 , For example, from a low-melting metal or a low-melting metal alloy added.

Im Bereich der Nabenanbindungen 21 sind im Ausführungsbeispiel mindestens eine Öleinlassöffnung 33 und mindestens eine Ölauslassöffnung 34 vorgesehen, um das Restvolumen 16a des Kühlkanals 16 in an sich bekannter Weise mit Kühlöl zu versorgen.In the area of hub connections 21 In the exemplary embodiment, at least one oil inlet opening 33 and at least one oil outlet opening 34 provided to the residual volume 16a of the cooling channel 16 in a manner known per se to supply with cooling oil.

In 1 ist ferner angedeutet, dass die Trennwand 27 zwei Seitenflächen 31a, 31b aufweist, an denen erfindungsgemäß Leitelemente 40 befestigt sind.In 1 is further indicated that the partition 27 two side surfaces 31a . 31b comprising, at which according to the invention guide elements 40 are attached.

2 zeigt eine perspektivische Teildarstellung der Trennwand 27 mit Leitelementen 40, die an der dem Hohlraum 28 zugewandten Seitenfläche 31a der Trennwand 27 angeordnet sind. Die Leitelemente 40 sind in diesem Ausführungsbeispiel quaderförmig ausgebildet und über ihre Längskanten mit der Seitenfläche 31a fest verbunden. Die Leitelemente 40 können einstückig mit der Trennwand 27 ausgebildet sein, bspw. als Gießteil. Sie können aber auch als separate Bauteile ausgebildet sein, die mit der Seitenfläche 31a unlösbar verbunden sind, bspw. mittels eines Schweißverfahrens oder eines Lötverfahrens. 2 shows a partial perspective view of the partition 27 with guide elements 40 attached to the cavity 28 facing side surface 31a the partition 27 are arranged. The guiding elements 40 are in this embodiment cuboid and formed over their longitudinal edges with the side surface 31a firmly connected. The guiding elements 40 Can be integral with the dividing wall 27 be formed, for example. As a casting. But they can also be designed as separate components, with the side surface 31a Undetachably connected, for example by means of a welding process or a soldering process.

Die Leitelemente 40 sind im Ausführungsbeispiel in einem Abstand von 2 mm bis 20 mm voneinander beabstandet angeordnet. Die Höhe h der Leitelemente 40 beträgt 30% bis 90% der Höhe H der Seitenfläche 31a, das heißt, das Verhältnis h/H beträgt 0,3 bis 0,9. Im Ergebnis schließen die Leitelemente 40 Kompartimente 40a ein, die nach oben und unten offen ausgebildet sind. Die Leitelemente 40 schließen ferner erfindungsgemäß mit der Kolbenmittelachse M einem spitzen Winkel α ein, der im Ausführungsbeispiel 10 Winkelgrad beträgt.The guiding elements 40 are arranged spaced apart in the embodiment at a distance of 2 mm to 20 mm. The height h of the guide elements 40 is 30% to 90% of the height H of the side surface 31a that is, the ratio h / H is 0.3 to 0.9. As a result, close the vanes 40 compartments 40a a, which are formed upwardly and downwardly open. The guiding elements 40 further include according to the invention with the piston center axis M an acute angle α, which in the exemplary embodiment is 10 degrees angle.

Die erfindungsgemäß angeordneten Leitelemente 40 bewirken, dass im Motorbetrieb aufgrund des bekannten „Shaker-Effekts” bei jedem Kolbenhub je eine Teilmenge des im Hohlraum 28 aufgenommen Kühlmittels 29 entlang des Pfeils A über je ein Leitelement 40 fließt und über die freie Kante des Leitelements 40 in das benachbarte Kompartiment 40a übertritt. Die Neigung der Leitelemente 40 bewirkt, dass das Kühlmittel 29 in einer definierten Umlaufrichtung im Hohlraum 28 geführt wird. Im Ergebnis erfährt das Kühlmittel 29 aufgrund der geneigten Anordnung der Leitelemente 40 im Hohlraum 28 eine Zwangszirkulation in einer definierten Umlaufrichtung. Das Kühlmittel 29 wird gleichmäßig im Hohlraum 28 verteilt, wodurch eine lokale Aufheizung bzw. Überhitzung des Kolbenwerkstoffs im Motorbetrieb vermieden wird.The guide elements arranged according to the invention 40 cause in engine operation due to the well-known "shaker effect" at each piston stroke ever a subset of the cavity 28 absorbed coolant 29 along the arrow A via a respective guide element 40 flows and over the free edge of the baffle 40 in the neighboring compartment 40a transgresses. The inclination of the guide elements 40 causes the coolant 29 in a defined direction of rotation in the cavity 28 to be led. As a result, the coolant undergoes 29 due to the inclined arrangement of the guide elements 40 in the cavity 28 a forced circulation in a defined direction of rotation. The coolant 29 becomes even in the cavity 28 distributed, whereby a local heating or overheating of the piston material is avoided during engine operation.

Wie in 1 angedeutet, können alternativ oder zusätzlich Leitelemente 40 vorgesehen sein, die in gleicher Weise an der Seitenfläche 31b der Trennwand 27 geneigt angeordnet sind. Derartige Leitelemente 40 bewirken, dass das im Restvolumen 16a des Kühlkanals 16 aufgenommene Kühlöl eine Zwangszirkulation in einer definierten Umlaufrichtung erfährt. Dies bewirkt eine Beschleunigung sowie eine bessere Verteilung des im Restvolumen 16a umlaufenden Kühlöls.As in 1 indicated, may alternatively or additionally guide elements 40 be provided in the same way on the side surface 31b the partition 27 are arranged inclined. Such guide elements 40 cause that in the residual volume 16a of the cooling channel 16 absorbed cooling oil undergoes forced circulation in a defined direction of rotation. This causes an acceleration and a better distribution of the residual volume 16a circulating cooling oil.

Damit wird die Kühlwirkung im erfindungsgemäßen Kolben 10 weiter verbessert. Im Zweifel können die Leitelemente ausschließlich an der Seitenfläche 31b der Trennwand angeordnet sein und mit dem im Restvolumen 16a des Kühlkanals aufgenommenen Kühlöls wechselwirken. Diese Maßnahme käme bspw. dann in Betrag, wenn aufgrund einer vergleichsweise geringen Kolbengröße der Hohlraum 28 nicht ausreichend Raum für Leitelemente 40 bietet. In diesem Fall würde zwar das im Hohlraum 28 aufgenommene Kühlmittel 29 nicht oder nur eingeschränkt zirkulieren. Die Beschleunigung und bessere Verteilung des Kühlöls im Restvolumen 16a des Kühlkanals 16 bewirkt dann aber eine verbesserte Wärmeabfuhr aus dem Hohlraum 28, so dass die erfindungsgemäße Aufgabe ebenfalls gelöst wird.This is the cooling effect in the piston according to the invention 10 further improved. In case of doubt, the guide elements can only on the side surface 31b be arranged the partition and with the residual volume 16a the cooling channel recorded cooling oil interact. This measure would, for example, then in amount, if due to a relatively small piston size of the cavity 28 not enough space for guide elements 40 offers. In this case, that would be in the cavity 28 absorbed coolant 29 do not or only partially circulate. The acceleration and better distribution of the cooling oil in the residual volume 16a of the cooling channel 16 but then causes an improved heat dissipation from the cavity 28 , so that the object of the invention is also achieved.

3 zeigt eine perspektivische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Trennwand 127 mit Leitelementen 140, die an der dem Hohlraum 28 zugewandten Seitenfläche 131a der Trennwand 127 angeordnet sind. Die Leitelemente 140 sind in diesem Ausführungsbeispiel quaderförmig und im Längsschnitt S-förmig gebogen ausgebildet und über ihre Längskanten mit der Seitenfläche 131a fest verbunden. Die Leitelemente 140 können einstückig mit der Trennwand 127 ausgebildet sein, bspw. als Gießteil. Sie können aber auch als separate Bauteile ausgebildet sein, die mit der Seitenfläche 131a unlösbar verbunden sind, bspw. mittels eines Schweißverfahrens oder eines Lötverfahrens. 3 shows a partial perspective view of another embodiment of a partition 127 with guide elements 140 attached to the cavity 28 facing side surface 131 the partition 127 are arranged. The guiding elements 140 are in this embodiment cuboid and S-shaped bent in longitudinal section and over its longitudinal edges with the side surface 131 firmly connected. The guiding elements 140 Can be integral with the dividing wall 127 be formed, for example. As a casting. But they can also be designed as separate components, with the side surface 131 Undetachably connected, for example by means of a welding process or a soldering process.

Die Leitelemente 140 sind im Ausführungsbeispiel in einem Abstand von 2 mm bis 20 mm voneinander beabstandet angeordnet. Die Höhe h der Leitelemente 140 beträgt im Ausführungsbeispiel 30% bis 90% der Höhe H der Seitenfläche 131a, d. h. das Verhältnis h/H beträgt 0,3 bis 0,9. Im Ergebnis schließen die Leitelemente 140 Kompartimente 140a ein, die nach oben und unten offen ausgebildet sind. Die Leitelemente 140 schließen ferner erfindungsgemäß mit der Kolbenmittelachse M einem spitzen Winkel α ein, der im Ausführungsbeispiel 15 Winkelgrad beträgt.The guiding elements 140 are arranged spaced apart in the embodiment at a distance of 2 mm to 20 mm. The height h of the guide elements 140 is in the embodiment 30% to 90% of the height H of the side surface 131 ie, the ratio h / H is 0.3 to 0.9. As a result, close the vanes 140 compartments 140a a, which are formed upwardly and downwardly open. The guiding elements 140 further include according to the invention with the piston center axis M an acute angle α, which in the exemplary embodiment is 15 degrees angle.

Die erfindungsgemäß angeordneten Leitelemente 140 bewirken, dass im Motorbetrieb aufgrund des bekannten „Shaker-Effekts” bei jedem Kolbenhub je eine Teilmenge des im Hohlraum 28 aufgenommen Kühlmittels 29 entlang des Pfeils A über je ein Leitelement 140 fließt und über die freie Kante des Leitelements 140 in das benachbarte Kompartiment 140a übertritt. Die Neigung der Leitelemente 140 bewirkt, dass das Kühlmittel 29 in einer definierten Umlaufrichtung im Hohlraum 28 geführt wird. Im Ergebnis erfährt das Kühlmittel 29 aufgrund der geneigten Anordnung der Leitelemente 140 im Hohlraum 28 eine Zwangszirkulation in einer definierten Umlaufrichtung. Das Kühlmittel 29 wird gleichmäßig im Hohlraum 28 verteilt, wodurch eine lokale Aufheizung bzw. Überhitzung des Kolbenwerkstoffs im Motorbetrieb vermieden wird.The guide elements arranged according to the invention 140 cause in engine operation due to the well-known "shaker effect" at each piston stroke ever a subset of the cavity 28 absorbed coolant 29 along the arrow A via a respective guide element 140 flows and over the free edge of the baffle 140 in the neighboring compartment 140a transgresses. The inclination of the guide elements 140 causes the coolant 29 in a defined direction of rotation in the cavity 28 to be led. As a result, the coolant undergoes 29 due to the inclined arrangement of the guide elements 140 in the cavity 28 a forced circulation in a defined direction of rotation. The coolant 29 becomes even in the cavity 28 distributed, whereby a local heating or overheating of the piston material is avoided during engine operation.

Analog zu dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel können alternativ oder zusätzlich Leitelemente 140 vorgesehen sein, die in gleicher Weise an der Seitenfläche 131b der Trennwand 127 geneigt angeordnet sind und die oben beschriebene Wirkung entfalten.Analogously to the first embodiment described above may alternatively or additionally guide elements 140 be provided in the same way on the side surface 131b the partition 127 are arranged inclined and unfold the effect described above.

4 zeigt eine perspektivische Teildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Trennwand 227. Der Trennwand 227 ist ein Einlegeteil 235 zugeordnet. Das Einlegeteil 235 weist zwei umlaufende, voneinander beabstandete Befestigungsschienen 236, 237 auf, zwischen denen Leitelemente 240 gehalten sind. Das Einlegeteil 235 ist vorzugsweise einstückig, bspw. als Gießteil, ausgebildet. Das Einlegeteil 235 ist in montiertem Zustand im Hohlraum 28 klemmend gehalten oder mit seiner Schiene 236 mit der Seitenfläche 231a der Trennwand 227 fest verbunden. 4 shows a partial perspective view of another embodiment of a partition 227 , The partition 227 is an insert 235 assigned. The insert 235 has two circumferential, spaced apart mounting rails 236 . 237 on, between which guide elements 240 are held. The insert 235 is preferably in one piece, for example. As a casting, formed. The insert 235 is in the assembled state in the cavity 28 held clamped or with his rail 236 with the side surface 231 the partition 227 firmly connected.

Die Leitelemente 240 sind im Ausführungsbeispiel in einem Abstand von 2 mm bis 20 mm voneinander beabstandet angeordnet. Die Höhe h der Leitelemente 240 beträgt im Ausführungsbeispiel 30% bis 90% der Höhe H der Seitenfläche 231a, d. h. das Verhältnis h/H beträgt 0,3 bis 0,9. Im Ergebnis schließen die Leitelemente 240 Kompartimente 240a ein, die nach oben und unten offen ausgebildet sind. Die Leitelemente 240 schließen ferner erfindungsgemäß mit der Kolbenmittelachse M einem spitzen Winkel α ein, der im Ausführungsbeispiel 20 Winkelgrad beträgt.The guiding elements 240 are arranged spaced apart in the embodiment at a distance of 2 mm to 20 mm. The height h of the guide elements 240 is in the embodiment 30% to 90% of the height H of the side surface 231 ie, the ratio h / H is 0.3 to 0.9. As a result, close the vanes 240 compartments 240a a, which are formed upwardly and downwardly open. The guiding elements 240 furthermore according to the invention with the piston center axis M at an acute angle α, which in the exemplary embodiment is 20 degrees of angle.

Die erfindungsgemäß angeordneten Leitelemente 240 bewirken, dass im Motorbetrieb aufgrund des bekannten „Shaker-Effekts” bei jedem Kolbenhub je eine Teilmenge des im Hohlraum 28 aufgenommen Kühlmittels 29 entlang des Pfeils A über je ein Leitelement 240 fließt und über die freie Kante des Leitelements 240 in das benachbarte Kompartiment 240a übertritt. Die Neigung der Leitelemente 240 bewirkt, dass das Kühlmittel 29 in einer definierten Umlaufrichtung im Hohlraum 28 geführt wird. Im Ergebnis erfährt das Kühlmittel 29 aufgrund der geneigten Anordnung der Leitelemente 240 im Hohlraum 28 eine Zwangszirkulation in einer definierten Umlaufrichtung. Das Kühlmittel 29 wird gleichmäßig im Hohlraum 28 verteilt, wodurch eine lokale Aufheizung bzw. Überhitzung des Kolbenwerkstoffs im Motorbetrieb vermieden wird.The guide elements arranged according to the invention 240 cause in engine operation due to the well-known "shaker effect" at each piston stroke ever a subset of the cavity 28 absorbed coolant 29 along the arrow A via a respective guide element 240 flows and over the free edge of the baffle 240 in the neighboring compartment 240a transgresses. The inclination of the guide elements 240 causes the coolant 29 in a defined direction of rotation in the cavity 28 to be led. As a result, the coolant undergoes 29 due to the inclined arrangement of the guide elements 240 in the cavity 28 a forced circulation in a defined direction of rotation. The coolant 29 becomes even in the cavity 28 distributed, whereby a local heating or overheating of the piston material is avoided during engine operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012014200 A1 [0002]

Claims

Piston ( 10 ) for an internal combustion engine, with a piston head ( 11 ) and a piston stem ( 17 ), wherein the piston head ( 11 ) a piston bottom ( 12 ), a combustion trough ( 13 ) and a circumferential ring section ( 15 ) and in the area of the ring part ( 15 ) a circulating cooling channel ( 16 ), wherein in the cooling channel ( 16 ) to the combustion chamber ( 13 ) adjacent cavity ( 28 ) provided by a in the cooling channel ( 16 ) arranged circumferential partition ( 27 . 127 . 227 ) and in which a coolant ( 29 ), characterized in that the peripheral partition wall ( 27 . 127 . 227 ) on its combustion body ( 13 ) and / or on her the ring part ( 15 ) facing side surface ( 31a . 32a ; 131 . 131b ; 231 . 231b ) Guiding elements ( 40 . 140 . 240 ), which are arranged inclined at an acute angle (α) to the piston central axis (M).

Piston according to claim 1, characterized in that the guide elements ( 40 . 140 . 240 ) are arranged at a distance of 2 mm to 20 mm from each other.

Piston according to claim 1, characterized in that the angle (α) is 5 degrees of angle to 50 degrees of angle.

Piston according to claim 1, characterized in that the height (h) of the guide elements ( 40 . 140 ) is less than the height (H) of the side surfaces ( 31a ; 131 ) of the partition ( 27 . 127 ).

Piston according to claim 4, characterized in that the ratio of the height (h) of the guide elements ( 40 . 140 ) to the height (H) of the side surfaces ( 31a ; 131 ) of the partition ( 27 . 127 ) Is 0.3 to 0.9.

Piston according to claim 1, characterized in that the guide elements ( 40 . 140 . 240 ) are formed cuboid or bent in a longitudinal section S-shaped.

Piston according to claim 1, characterized in that the guide elements ( 40 . 140 ) in one piece with the partition wall ( 27 . 127 ) are formed.

Piston according to claim 1, characterized in that the guide elements ( 40 . 140 ) formed as separate components and insoluble with the side surface ( 31a . 31b ; 131 . 131b ) of the partition ( 27 . 127 ) are connected.

Piston according to claim 1, characterized in that in the cavity ( 28 ) the guiding elements ( 240 ) insert ( 235 ) is provided, which with the combustion trough ( 13 ) facing side surface ( 231 ) of the partition ( 227 ) is firmly connected and / or clamped.

Piston according to claim 1, characterized in that the partition wall ( 27 . 127 . 227 ) gas-tight and / or liquid-tight with the piston ( 10 ) connected is.

Piston according to claim 1, characterized in that the partition wall ( 27 . 127 . 227 ) than in the cooling channel ( 16 ) fastened sheet metal component is formed.

Piston according to claim 1, characterized in that the coolant ( 29 ) is a cooling oil or a low-melting metal or a low-melting metal alloy.