AT17205U1

AT17205U1 - Kolben für Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit einem solchen

Info

Publication number: AT17205U1
Application number: ATGM50126/2020U
Authority: AT
Original assignee: Innio Jenbacher Gmbh & Co Og
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2021-09-15
Also published as: DE202021103155U1

Abstract

Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einer zylinderkopfseitigen Oberfläche (2) des Kolbens (1), welche Oberfläche (2) eine Kolbenmulde (3) zum Verstärken einer Wirbelströmung in einem Brennraum aufweist, wobei - die Kolbenmulde (3) eine Muldenwand (6) aufweist und - die Muldenwand (6) zumindest einen Abschnitt aufweist, der als ein erstes kreisförmiges Profil ausgebildet ist, wobei ein Verhältnis zwischen einem ersten Radius (R1) des ersten kreisförmigen Profils und einem Durchmesser (D) der zylinderkopfseitigen Oberfläche (2) des Kolbens (1) zwischen 0,185 und 0,333 – bevorzugt zwischen 0,195 und 0,280 und besonders bevorzugt zwischen 0,200 und 0,240 – liegt.

Description

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Kolben.

[0002] Demgemäß betrifft die Erfindung Kolben für Brennkraftmaschinen deren zylinderkopfseitige Oberfläche eine Kolbenmulde aufweist. Die zylinderkopfseitige Oberfläche des Kolbens wird auch als Kolbenboden bezeichnet.

[0003] Kolbenmulden dienen dazu, eine Wirbelströmung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu verstärken und zwar bevorzugt in einem Bereich einer Zündkerze oder einer anderweitigen Zündvorrichtung (bspw. Vorkammer, Laserzündkerze), um besonders günstige Bedingungen dort herzustellen, wo die tatsächliche Zündenergie (beispielsweise in Form eines Zündfunkens) eingebracht wird.

[0004] Im Verdichtungstakt entsteht nämlich eine Strömung, die vom Randbereich des Kolbenbodens ins Zentrum des Brennraums gerichtet ist und im Englischen auch als „squish“ bezeichnet wird. Der Grund dafür ist, dass der im Vergleich zur Kolbenboden erhöhte Rand des Kolbenbodens das in diesem Randbereich vorhandene Teibstoff-Luft-Gemisch „zusammendrückt“ und dadurch die Strömung ins Zentrum der Brennkammer erzeugt wird. Der im Vergleich zur Kolbenmulde erhöhte Randbereich des Kolbenbodens wird deshalb auch als „Squish-Fläche“ bezeichnet.

[0005] Diese „squish“-Strömung ist vorteilhaft, weil sie eine ins Zentrum des Brennraums gerichtete Wirbelströmung ist, die dazu führt, dass im Bereich der Zündvorrichtungen gute Bedingungen für das Entzünden des Brennstoff-Luft-Gemisches vorliegen. Die „squish“-Strömung sorgt außerdem für eine gute Durchmischung von bereits brennendem und noch unverbranntem TreibstoffLuft-Gemisch während des Arbeitstakts, wodurch ein schnelles und vollständiges Durchbrennen des Treibstoff-Luft-Gemischs befördert wird.

[0006] Allgemein ist es daher das Ziel, dass die Geschwindigkeit der „squish“-Strömung soll schnell wie möglich ist, um die angeführten positiven Effekte zu maximieren. Randbedingungen ergeben sich aus dem übergeordneten Design des Kolbens und des Zylinders, insbesondere soll ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis erreicht werden, wodurch das Volumen der Kolbenmulde und der Durchmesser des Kolbens in gewissen vorgegebenen Verhältnissen zueinander stehen müssen.

[0007] Kolbenmulden verschiedener Geometrien an sich sind selbstverständlich im Stand der Technik bekannt, wobei beispielsweise auf die EP 1253304 A2, die EP 2489848 A2, die US 4793305 A, die US 2012/0204714 A1, die DE 102010054831 A1, die EP 0598941 A1 oder die WO 2013/152871 A1 verwiesen wird.

[0008] Beispielsweise die US 2012/0204714 A1 offenbart eine Kolbenmulde, deren Kolbenwand einen Abschnitt mit einem kreisförmigen Profil ausgebildet ist. Auffällig ist, dass der dort offenbarte Radius für das kreisförmige Profil relativ klein ist. Bei vorgegebenem Verdichtungsverhältnis und dadurch vorgegebenem Volumen der Kolbenmulde ergeben sich daher relativ kleine SquishFlächen am Randbereich des Kolbenbodens, weil ein relativ großer Durchmesser der Kolbenmulde gewählt werden muss. Die beschriebene Maximierung der Geschwindigkeit der „squish“Strömung wird dadurch bei weitem nicht erreicht.

[0009] Bekannt sind im Übrigen Ventilaussparungen (englisch: „valve pockets‘“) für Ein- und Auslassventile in Verbindung mit Kolbenmulden, wobei auf die WO 2013/152865 A1 verwiesen wird.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolben zu schaffen, der eine Strömung zum Zentrum des Brennraums erzeugt, wobei einerseits die Strömungsgeschwindigkeit maximiert oder zumindest gegenüber dem Stand der Technik verbessert wird, aber andererseits das gewünschte Verdichtungsverhältnis erreicht wird.

[0011] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dies geschieht, indem

ein Verhältnis zwischen einem ersten Radius des ersten kreisförmigen Profils und einem Durchmesser der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens zwischen 0,185 und 0,333 - bevorzugt zwischen 0,195 und 0,280 und besonders bevorzugt zwischen 0,200 und 0,240 - liegt.

[0012] Schutz begehrt wird außerdem für eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Kolben.

[0013] Durch die Erfindung wird es bei gewünschtem Volumen der Kolbenmulde oder gewünschtem Verdichtungsverhältnis ermöglicht, die Größe der zylinderkopfseitigen Oberfläche - d.h. der „Squish“-Fläche - zu vergrößern.

[0014] Dies führt entsprechend den eingangs beschriebenen Zusammenhängen zu einer verstärkten Wirbelströmung der Ladung im Brennraum, da mehr Brennstoff während des Verdichtungstaktes durch die vergrößerte zylinderkopfseitige Oberfläche ins Zentrum der Brennkammer und in die Kolbenmulde verdrängt wird, was im anschließenden Arbeitszyklus zusätzlich zu einer verstärkten Wirbelströmung im Verdichtungstakt und im Arbeitstakt sorgt.

[0015] Die Kolbenmulde weist erfindungsgemäß eine Muldenwand auf, wobei die Muldenwand zumindest einen Abschnitt aufweist, der als ein erstes kreisförmiges Profil ausgebildet ist. Anders formuliert kann die Muldenwand in einem Schnitt entlang der Längsachse des Kolbens (oder einer dazu parallelen Achse) das erste kreisförmige Profil aufweisen.

[0016] Durch das erste kreisförmige Profil entsteht am Übergang von der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens zur Kolbenmulde hin ein Hinterschneidung, welche genau so dimensioniert ist, dass bei vorgegebenem Verdichtungsverhältnis oder vorgegebenem Volumen der Kolbenmulde eine möglichst große „Squish-Fläche“ entsteht.

[0017] Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass sich die hier beschriebenen Vorteile stellen genau bei den beanspruchten Parameterverhältnissen einstellen.

[0018] Besonders bevorzugt kann das erste kreisförmige Profil - sowie auch das etwas weiter unten beschriebene optionale zweite kreisförmige Profil - umlaufend um die Kolbenmulde ausgebildet sein, d.h. in im Wesentlichem jedem Schnitt durch die Kolbenmulde (vorzugsweise aber nicht ausschließlich entlang der Längsachse des Kolbens oder der dazu parallelen Achse) ist das erste (und optional das zweite) kreisförmige Profil vorhanden.

[0019] Die Erfindung kann selbstverständlich bei Hubkolbenmaschinen jeglicher Art eingesetzt werden.

[0020] Die Anzahl der Zylinder ist gemäß der Erfindung a priori nicht eingeschränkt. Besonders bevorzugt kann die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine (mehr als) 8, 10, 12, 16 oder 24 Zylinder beinhalten. Der erfindungsgemäße Kolben kann dabei bei allen oder nur einem Teil der Kolben-Zylinder-Einheiten verwendet werden.

[0021] Als Treibstoff für die Brennkraftmaschine kann bevorzugt Gas - wie bspw. Erdgas oder andere Gase die Methanol oder andere Kohlenwasserstoffe beinhalten - zum Einsatz kommen. Auch der Einsatz beispielsweise mit molekularem Wasserstoff ist aber denkbar.

[0022] Besonders bevorzugt kann die Erfindung bei Gasmotoren eingesetzt werden, die beispielsweise mit einem mageren und/oder einem stöchiometrischen Betriebskonzept betrieben werden können.

[0023] Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zum Antreiben eines Generators verwendet wird, mittels dessen elektrische Energie erzeugt und bspw. in ein öffentliches Netz eingespeist werden kann. Anordnungen aus einer Brennkraftmaschine mit einem davon angetriebenem Generator werden als Genset bezeichnet.

[0024] Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0025] Es kann vorgesehen sein, dass der Kolben am Randbereich der Kolbenmulde einen vorzugsweise konvexen - in die Kolbenmulde hinein weisenden Vorsprung aufweist.

[0026] Anders formuliert, kann ein Umriss der Kolbenmulde in einer Draufsicht auf die Abschlussfläche des Kolbens einen - vorzugsweise konkaven - Teilbereich aufweisen, der als Vorsprung in die Kolbenmulde hineinweist. Dadurch kann an der Kolbenmulde eine „Nase“ ausgebildet sein, die eine weitere weitere Vergrößerung der „Squish-Fläche“ und dadurch eine weitere Verstärkung der Strömung ins Zentrum der Brennkammer bewirkt.

[0027] Überraschend ist dabei, dass eine solche Nase zunächst eine Verkleinerung des Volumens der Kolbenmulde herbeiführt und eine entsprechende Vergrößerung der Kolbenmulde notwendig macht. Trotzdem stellt sich nach Untersuchungen der Anmelderin insgesamt eine Verbesserung der Strömungsgeschwindigkeit ins Zentrum der Brennkammer im Vergleich zu Ausführungen ohne Vorsprung in die Kolbenmulde hinein ein.

[0028] In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist eine zylinderkopfseitige Fläche des Vorsprungs plan mit der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens (d.h. plan mit dem Kolbenboden).

[0029] Bis auf den Vorsprungs kann der Rest des Umrisses der Kolbenmulde (also nicht der konkave Teilbereich oder die „Nase“) im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein.

[0030] Ein Verhältnis zwischen einem maximalen Durchmesser der Kolbenmulde und einem Durchmesser der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens kann zwischen 0,519 und 0,630 bevorzugt zwischen 0,560 und 0,620 und besonders bevorzugt zwischen 0,590 und 0,610 - liegen.

[0031] Ein Verhältnis zwischen einem minimalen Durchmesser der Kolbenmulde und dem Durchmesser der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens kann zwischen 0,302 und 0,604 - bevorzugt zwischen 0,400 und 0,500 und besonders bevorzugt zwischen 0,450 und 0,480 - liegen.

[0032] Der maximale Durchmesser und der minimale Durchmesser der Kolbenmulde können jeweils als maximale bzw. minimale Durchmesser der Kolbenmulde parallel zur zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens verstanden werden.

[0033] Der angesprochene minimale Durchmesser des Umrisses der Kolbenmulde kann besonders bevorzugt durch den in die Kolbenmulde hineinweisenden Vorsprung - also durch die Nase an der Kolbenmulde - verlaufen.

[0034] Ein Verhältnis zwischen der maximalen Tiefe der Kolbenmulde und dem Durchmesser der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens kann zwischen 0,204 und 0,361 - bevorzugt zwischen 0,240 und 0,310 und besonders bevorzugt zwischen 0,280 und 0,320 - liegen, wodurch der erfindungsgemäße Effekt der Maximierung des Verhältnisses der Größe der „Squish“-Fläche und des Volumens der Kolbenmulde noch verstärkt werden kann.

[0035] Die Muldenwand kann mit einem zweiten kreisförmigen Profil, vorzugsweise tangential, in einen Muldenboden übergehen.

[0036] Ein Verhältnis zwischen einem zweiten Radius des zweiten kreisförmigen Profils und dem Durchmesser der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens kann zwischen 0,037 und 0,148 bevorzugt zwischen 0,070 und 0,120 und besonders bevorzugt zwischen 0,095 und 0,110 - liegen.

[0037] Es kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis zwischen einem ersten Radius des ersten kreisförmigen Profils und einem zweiten Radius des zweiten kreisförmigen Profils zwischen 1,25 und 3,50 - bevorzugt zwischen 1,75 und 2,75 und besonders bevorzugt zwischen 2,00 und 2,20 - liegt.

[0038] (Gedachte) Radiusmittelpunkte des ersten kreisförmigen Profils und/oder des zweiten kreisförmigen Profils können bevorzugt innerhalb der Kolbenmulde liegen.

[0039] Ein gedachter Radiusmittelpunkt des ersten kreisförmigen Profils und/oder des zweiten kreisförmigen Profils kann einen Abstand von einer zentralen Längsachse des Kolbens zwischen 5 mm und 15 mm - bevorzug zwischen 9 mm und 11 mm - aufweisen.

[0040] Besonders bevorzugt kann das umlaufend - insbesondere über mehr als die Hälfte des Umfangs der Kolbenmulde - der Fall sein, gegebenenfalls mit Ausnahme des Bereichs, wo der in die Kolbenmulde hineinweisende Vorsprung angesiedelt ist.

[0041] Es kann vorgesehen sein, dass die zylinderkopfseitige Oberfläche des Kolbens ausschließlich Ventilaussparungen aufweist, besonders bevorzugt ausschließlich Ventilaussparungen die Einlassventilen zugeordnet sind, um ein Öffnen der Einlassventile zu ermöglichen, wenn sich der Kolben im Bereich des oberen Totpunkts befindet.

[0042] Durch eine Ausführung mit Ventilausnehmungen der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens ist es einerseits möglich, die Einlassventile (erneut) zu öffnen, wenn sich der Kolben kurz nach dem oberen Totpunkt (oder im oberen Totpunkt oder kurz davor) befindet, und gleichzeitig wird die Wirbelströmung im Brennraum nicht zu stark beeinträchtigt.

[0043] Dementsprechend ist darunter, dass die Ventilaussparungen (ausschließlich) den Einlassventilen zugeordnet sind, zu verstehen, dass sie im Zylinder der Brennkraftmaschine so anzuordnen sind, dass die Einlassventile geöffnet werden können, wenn sich der Kolben kurz nach dem oberen Totpunkt, im oberen Totpunkt oder kurz davor befindet.

[0044] Wie erwähnt, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass sich die Einlassventile nicht exakt im oberen Totpunkt erneut öffnen, sondern dass das Timing so gewählt wird, dass die Ventile direkt nach Erreichen des oberen Totpunkts (also direkt nach dem Umkehrpunkt des Kolbens) wieder geöffnet werden. Dies hat den Vorteil, dass mehr Brennstoff in den Brennraum durch eine Verlängerung der Ventilöffnungszeit eingebracht werden kann.

[0045] Als oberer Totpunkt wird wie erwähnt jene Position des Kolbens innerhalb des Zylinders verstanden, in welcher der Kolben dem Feuerdeck des Zylinderkopfs am nächsten kommt. Das gilt auch dann, wenn der Zylinder nicht vertikal angeordnet ist.

[0046] Prinzipiell ist es denkbar, dass neben der Kolbenmulde und den ausschließlich Einlassventilen zugeordneten Ventilaussparungen auch Oberflächenstrukturen anderer Art an der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens vorhanden sind (wie beispielsweise in der US 2012/ 0204714 A1). Sämtliche Ventilaussparungen können aber natürlich den Einlassventilen zugeordnet sein.

[0047] Die zylinderkopfseitige Oberfläche des Kolbens - also der Kolbenboden - ist in den allermeisten Ausführungen jene Seite des Kolbens, die den Ventilen und etwaigen Zündvorrichtungen zum Einbringen der Zündenergie (bspw. Zündkerze, Vorkammer und/oder Laserzündkerze) zugewandt ist (da sich dieselben in den allermeisten Fällen im Zylinderkopf befinden). Besonders bevorzugt können Ausführungsformen sein, wobei der Zylinderkopf - vorzugsweise genau zwei Einlassventilöffnungen aufweist und der Kolben so angeordnet ist, dass die Ventilaussparungen die Einlassventilöffnungen überlappen.

[0048] Die Ventilaussparungen können an die Kolbenmulde angrenzen.

[0049] Die Ventilaussparungen können sich von der Kolbenmulde in Richtung eines äußeren Randes der zylinderkopfseitigen Oberfläche erstrecken - vorzugsweise bis zum Rand der zylinderkopfseitigen Oberfläche.

[0050] Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der konkave Teilbereich in der Draufsicht an einer den Ventilaussparungen abgewandten Seite des Umrisses der Kolbenmulde angeordnet ist.

[0051] Es können genau zwei Ventilaussparungen und/oder genau zwei Einlassventile vorgesehen sein, wobei die zwei Ventilaussparungen bevorzugt den zwei Einlassventilöffnungen zugeordnet sind.

[0052] Besonders bevorzugt können die Ventilaussparungen in der Draufsicht auf die zylinderkopfseitige Oberfläche des Kolbens die Einlassventilöffnungen - vorzugsweise vollständig - überlappen. Unter einem vollständigen Uberlappen der Einlassventilöffnungen kann dabei verstanden werden, dass die Einlassventilöffnung in der Draufsicht vollständig innerhalb der Ventilausspa-

rungen liegen.

[0053] Besonders bevorzugt können die Ventilaussparungen eine geringere maximale Tiefe als die Kolbenmulde aufweisen.

[0054] Die zylinderkopfseitige Oberfläche des Kolbens kann außerhalb der Kolbenmulde und der Ventilaussparungen im Wesentlichen flach ausgebildet sein.

[0055] Die Kolbenmulde kann zentral in der zylinderkopfseitigen Oberfläche des Kolbens angeordnet sein.

[0056] Unter dieser zentralen Anordnung kann insbesondere verstanden werden, dass eine zentrale Längsachse des Kolbens durch die Kolbenmulde verläuft.

[0057] Besonders bevorzugt kann des Weiteren vorgesehen sein, dass eine Tiefe der Ventilaussparungen an einen Offnungsweg der Einlassventile angepasst ist. Das heißt, die Ventilaussparungen können (insbesondere genau) so tief sein, dass ein gewünschter Öffnungsgrad der Einlassventile möglich ist, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet.

[0058] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:

[0059] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführung eines Kolbens,

[0060] Fig. 2a bis 2e weitere schematische Darstellungen der Ausführungsformen aus Fig. 1 und

[0061] Fig. 3a und 3b Reproduktionen der Figuren 2c und 2d mit Maßbezeichnungen.

[0062] Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens 1. Neben anderen Merkmalen des Kolbens 1 sind die Kolbenmulde 3 sowie die Ventilaussparungen 4 zu erkennen, die an der zylinderkopfseitigen Oberfläche 2 des Kolbens 1 angeordnet sind.

[0063] Fig. 2a bis 2e zeigen den Kolben 1 aus Fig. 1a in einer Draufsicht beziehungsweise mehreren Schnitten entlang den in Fig. 2a eingezeichneten Ebenen A-A, B-B, C-C und D-D, wodurch die Geometrien der Kolbenmulde 3 und der Ventilaussparungen 4 gut zu erkennen sind.

[0064] Die zentrale Längsachse des Kolbens 1 verläuft im Schnitt der Ebenen A-A, B-B und CC. Die zentrale Längsachse könnte auch als Mittellinie bezeichnet werden und ist als geometrische zentrale Längsachse des grob zylindrischen Körpers, welcher den Kolben bildet, zu verstehen.

Insbesondere in Fig. 2a ist der in die Kolbenmulde 3 hineinweisende Vorsprung 5 zu erkennen. Anders formuliert ist der in der Draufsicht aus Fig. 2a erkennbare Umriss der Kolbenmulde 3 teils kreisförmig und teils konkav (Bezugszeichen 5). Wie insbesondere aus Fig. 2d ersichtlich ist, wird durch den konkaven Teilbereich / den Vorsprung 5 eine Nase im Profil der Kolbenmulde 3 gebildet, die eine weitere Erhöhung der Geschwindigkeit der „squish“-Strömung und besonders starke Verwirbelungen im Bereich oberhalb der zylinderkopfseitigen Oberfläche 2 des Kolbens 1 erzeugt.

[0065] Wenn sich der Kolben 1 während des Verdichtungstakts in Richtung des oberen Totpunkts bewegt, drücken jene Teile der zylinderkopfseitigen Oberfläche 2 und in etwas verringertem Maße auch die Ventilaussparungen 4 das Treibstoff-LuftGemisch im Brennraum in die Kolbenmulde 3 und folglich in einen zentralen Bereich (insbesondere in den Bereich der Position der Zündkerze) des Brennraums („squish“). An dieser Stelle ist eine starke Wirbelströmung des Treibstoff-LuftGemisches erwünscht, da dies die schnelle und nachhaltige Entzündung desselben positiv beeinflusst.

[0066] Die angesprochene Nase verstärkt diesen Verwirbelungseffekt insbesondere im Bereich der Zündkerze.

[0067] Durch die Ventilaussparungen 4, die ausschließlich Einlassventilen zugeordnet sind, ist es einerseits möglich, die Einlassventile auch dann zu öffnen, wenn sich der Kolben 1 kurz vor dem oberen Totpunkt oder kurz danach befindet. Gleichzeitig wird der angesprochene Effekt zur

Schaffung einer starken Wirbelströmung im Verdichtungstakt nicht über Gebühr beeinträchtigt (wie beispielsweise durch Ventilaussparungen für Auslassventile).

[0068] Wie in den Schnittdarstellungen der Fig. 2b bis der Fig. 2e erkennbar ist, weist die Muldenwand 6 der Kolbenmulde 3 einen Abschnitt auf, der als erstes kreisförmiges Profil ausgebildet ist.

[0069] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wände der Kolbenmulde mit einem kreisförmigen Profil kann die zylinderkopfseitige Oberfläche 2 bei gleichbleibendem Kolbenmuldenvolumen vergrößert werden. Dieser Vorteil resultiert aus der bestimmten Wahl des Radius R1 sowie der Position des Kreismittelpunktes eines (fiktiven) Kreises mit Radius R1, sodass - wie in den Fig. 2a bis 3b erkennbar - die Kolbenmulde in Richtung des Kolbenbodens eine Hinterschneidung bildet.

[0070] Die führt - wie bereits weiter oben Beschrieben - zu einer verstärkten Wirbelströmung während des Verbrennungszyklus im Brennraum.

[0071] Die Muldenwand 6 geht außerdem mit einem zweiten kreisförmigen Profil vorzugsweise tangential in den Muldenboden 3 über.

[0072] Den Figuren Fig. 2b bis der Fig. 2e ist außerdem zu entnehmen, dass das erste kreisförmige Profil und das zweite kreisförmige Profil umlaufend ausgeführt sind, d.h. sie erstrecken sich über den gesamten Umfang der Muldenwand 6.

[0073] In den Fig. 3a und 3b sind die Fig. 2c und 2d reproduziert, wobei Maßbezeichnungen statt den Bezugszeichen angegeben sind.

[0074] Es ist zu bemerken, dass die Ebene C-C in etwa mittig durch die Nase verläuft. In dieser Ebene liegt auch der minimale Durchmesser der Kolbenmulde 3 vor.

[0075] Folgende Maßbezeichnungen sind vorhanden:

Durchmesser der zylinderkopfseitigen Oberfläche 2: D - Maximaler Durchmesser der Kolbenmulde 3: A - Minimaler Durchmesser der Kolbenmulde 3: B - Maximale Tiefe der Kolbenmulde 3: C - Erster Radius des ersten kreisförmigen Profils: R1 - Zweiter Radius des zweiten kreisförmigen Profils: R2

[0076] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind folgende Verhältnisse realisiert:

- AD = 0,604 - B/D = 0,465 - C/D = 0,296 - R1/D = 0,222 - RZ/D = 0,104

- R1/R2 = 2,135

Claims

Ansprüche

1. Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einer zylinderkopfseitigen Oberfläche (2) des Kolbens (1), welche Oberfläche (2) eine Kolbenmulde (3) zum Verstärken einer Wirbelströmung in einem Brennraum aufweist, wobei - die Kolbenmulde (3) eine Muldenwand (6) aufweist und - die Muldenwand (6) zumindest einen Abschnitt aufweist, der als ein erstes kreisförmiges

Profil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einem ersten Radius (R1) des ersten kreisförmigen Profils und einem Durchmesser (D) der zylinderkopfseitigen Oberfläche (2) des Kolbens (1) zwischen 0,185 und 0,333 - bevorzugt zwischen 0,195 und 0,280 und besonders bevorzugt zwischen 0,200 und 0,240 - liegt.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) am Randbereich der Kolbenmulde (3) einen - vorzugsweise konvexen - in die Kolbenmulde (3) hinein weisenden Vorsprung aufweist.

3. Kolben nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einem maximalen Durchmesser (A) der Kolbenmulde (3) und einem Durchmesser (D) der zylinderkopfseitigen Oberfläche (2) des Kolbens (1) zwischen 0,519 und 0,630 - bevorzugt zwischen 0,560 und 0,620 und besonders bevorzugt zwischen 0,590 und 0,610 liegt.

4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einem minimalen Durchmesser (B) der Kolbenmulde (3) - vorzugsweise im konkaven Teilbereich (5) - und dem Durchmesser (D) der zylinderkopfseitigen Oberfläche (2) des Kolbens (1) zwischen 0,302 und 0,604 - bevorzugt zwischen 0,400 und 0,500 und besonders bevorzugt zwischen 0,450 und 0,480 - liegt.

5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen der maximalen Tiefe (C) der Kolbenmulde (3) und dem Durchmesser (D) der zylinderkopfseitigen Oberfläche (2) des Kolbens (1) zwischen 0,204 und 0,361 - bevorzugt zwischen 0,240 und 0,310 und besonders bevorzugt zwischen 0,280 und 0,320 liegt.

6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Muldenwand (6) mit einem zweiten kreisförmigen Profil - vorzugsweise tangential - in einen Muldenboden (7) übergeht.

7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einem zweiten Radius (R2) des zweiten kreisförmigen Profils und dem Durchmesser (D) der zylinderkopfseitigen Oberfläche (2) des Kolbens (1) zwischen 0,037 und 0,148 - bevorzugt zwischen 0,070 und 0,120 und besonders bevorzugt zwischen 0,095 und 0,110 - liegt.

8. Kolben nach wenigstens einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einem ersten Radius (R1) des ersten kreisförmigen Profils und einem zweiten Radius (R2) des zweiten kreisförmigen Profils zwischen 1,25 und 3,50 - bevorzugt zwischen 1,75 und 2,75 und besonders bevorzugt zwischen 2,00 und 2,20 - liegt.

9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gedachter Radiusmittelpunkt des ersten kreisförmigen Profils und/oder des zweiten kreisförmigen Profils einen Abstand von einer zentralen Längsachse des Kolbens (1) zwischen 5 mm und 15 mm - bevorzug zwischen 9 mm und 11 mm - aufweist.

10. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderkopfseitige Oberfläche (2) des Kolbens (1) ausschließlich Ventilaussparungen (4) aufweist, die Einlassventilen zugeordnet sind, um ein Öffnen der Einlassventile zu ermöglichen, wenn sich der Kolben (1) im Bereich des oberen Totpunkts befindet.

11. Kolben nach Anspruch 2 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Teilbereich (5) in der Draufsicht an einer von einer Ventilaussparung (4) abgewandten Seite des Umrisses der Kolbenmulde (3) angeordnet ist.

12. Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Ventilaussparungen (4) vorgesehen sind, welche den Einlassventilöffnungen zugeordnet sind.

13. Kolben nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilaussparungen (4) in der Draufsicht auf die zylinderkopfseitige Oberfläche (2) des Kolbens (1) die Einlassventilöffnungen - vorzugsweise vollständig - überlappen.

14. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderkopfseitige Oberfläche (2) des Kolbens (1) außerhalb der Kolbenmulde (3) und vorzugsweise der Ventilaussparungen (4) im Wesentlichen flach ausgebildet ist.

15. Brennkraftmaschine mit einem Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderkopf vorgesehen ist, wobei der Zylinderkopf - vorzugsweise genau zwei - Einlassventilöffnungen aufweist und der Kolben (1) so angeordnet ist, dass die Ventilaussparungen (4) die Einlassventilöffnungen - vorzugsweise vollständig - überlappen.

17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tiefe der Ventilaussparungen (4) an einen Offnungsweg der Einlassventile angepasst ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen