DE102006015265A1 - Internal combustion engine`s e.g. diesel engine, piston, for commercial vehicle, has piston shaft and piston head, whose part such as cap, dome or cavity is controlled in reversibly adjustable manner after installing piston into engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für eine mit Dieselkraftstoff betriebene Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 19, sowie ein Verfahren zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses in einem Brennraum eines Zylinders einer mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21.The Invention relates to a piston for an internal combustion engine, especially for a diesel fuel-powered internal combustion engine, according to the generic term of claim 1, an internal combustion engine according to the preamble of claim 19, and a method for changing a compression ratio in a combustion chamber of a cylinder powered by a diesel fuel Internal combustion engine according to the preamble of claim 21.
Bei Dieselmotoren ist in der Startphase, d.h. bei kaltem Motor, ein bestimmtes Mindestverdichtungsverhältnis erforderlich, um insbesondere bei großer Kälte die Kompressionstemperatur zu erreichen, die für eine Selbstzündung des Dieselkraftstoff-Luft-Gemischs erforderlich ist. Nach dem Start des Motors und insbesondere nach dem Warmlauf wäre hingegen ein beträchtlich niedrigeres Verdichtungsverhältnis ausreichend und auch von Vorzug, weil das hohe Verdichtungsverhältnis im Brennraum nicht nur zu höheren Spitzentemperaturen und damit zu einem höheren Schadstoffausstoß (NOx, Ruß) führt, sondern auch zu einem geringeren Zündverzug und damit zu einer schlechteren Gemischaufbereitung. Diese Probleme könnten durch ein variables Verdichtungsverhältnis vermieden werden.at Diesel engines is in the starting phase, i. when the engine is cold, a particular minimum compaction ratio required in particular at big Cold the To achieve compression temperature suitable for auto-ignition of the Diesel fuel-air mixture is required. After the start of the Engine and especially after warm-up would be a considerable lower compression ratio sufficient and also of preference, because the high compression ratio in the Combustion chamber not only higher Peak temperatures and thus to higher pollutant emissions (NOx, Soot), but also to a lower ignition delay and thus to a poorer mixture preparation. These problems could be avoided by a variable compression ratio.
Aus
der
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolben, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Verbrennungskraftmaschine in der Startphase mit einem höheren Verdichtungsverhältnis als in einer nachfolgenden Betriebsphase arbeiten kann.outgoing It is the object of the invention to provide a piston, an internal combustion engine and a method of the aforementioned Art to improve that the internal combustion engine in the starting phase with a higher one compression ratio can work as in a subsequent phase of operation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Teil des Kolbenbodens des in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingebauten Kolbens in Bezug zu seinem Kolbenschaft gesteuert reversibel verstellbar ist. Auf diese Weise kann ein im oberen Totpunkt des Kolbens vom Kolbenboden und vom Zylinder begrenztes Brennraumvolumen in der Startphase verkleinert werden, um das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen und die beim Start zur Selbstzündung des Dieselkraftstoffs notwendige Kompressionstemperatur zu erreichen. Nach dem Ende der Startphase kann das Brennraumvolumen wieder vergrößert werden, um durch das geringere Verdichtungsverhältnis eine deutliche Reduzierung der Spitzentemperaturen und damit der NOx-Emissionen und des Rußanteils im Abgas zu erzielen. Durch das größere Brennraumvolumen ergibt sich auch ein größerer Zündverzug und damit eine homogenere Gemischaufbereitung, die wiederum für eine bessere Umsetzung des Kraftstoffs sorgt, so dass der etwas geringere thermische Wirkungsgrad im Betrieb infolge der niedrigeren Verbrennungstemperaturen kompensiert oder sogar überkompensiert wird. Dies hat zur Folge, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch durch die Veränderung des Verdichtungsverhältnisses nicht oder sogar positiv beeinflusst wird.These Task is inventively characterized solved, that at least a part of the piston crown of the cylinder in the Internal combustion engine built-in piston relative to his Piston shaft controlled reversibly adjustable. In this way can be a top dead center of the piston from the piston head and from Cylinder limited combustion chamber volume to be reduced in the starting phase, about the compression ratio to increase and the at the start to auto-ignition the diesel fuel necessary compression temperature to achieve. After the start phase, the combustion chamber volume can be increased again, by the lower compression ratio a significant reduction the peak temperatures and thus the NOx emissions and the soot content to achieve in the exhaust. Due to the larger combustion chamber volume results also a larger ignition delay and thus a more homogeneous mixture preparation, which in turn for a better Implementation of the fuel ensures, so that the slightly lower thermal efficiency Compensated during operation due to the lower combustion temperatures or even overcompensated becomes. As a result, the specific fuel consumption through the change the compression ratio not or even positively influenced.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kolbenboden einen starr mit dem Kolbenschaft verbundenen Teil und einen in Bezug zum Kolbenschaft verstellbaren Teil umfasst. Vorteilhaft ist der Kolbenboden zur Optimierung der Verbrennung mit einer Kolbenmulde und einem in der Kolbenmulde angeordneten Dom versehen, der in Bezug zur Kolbenmulde in axialer Richtung des Kolbens verstellbar ist, so dass in der Startphase des Motors der Kolben brennraumseitig ein größeres Volumen verdrängt als in der anschließenden Betriebsphase des Motors.A preferred embodiment of the invention provides that the piston crown a rigidly connected to the piston skirt part and a respect comprises piston member adjustable part. It is advantageous Piston bottom to optimize combustion with a piston recess and a arranged in the piston recess dome, with respect to is adjustable to the piston recess in the axial direction of the piston, so that in the starting phase of the engine, the piston combustion chamber side a larger volume repressed as in the subsequent Operating phase of the engine.
Die Verstellung des Kolbenbodens oder eines Teils desselben in Bezug zum Kolbenschaft erfolgt bevorzugt selbsttätig, das heißt ohne einen äußeren Steuerungseingriff, wofür es eine Reihe von verschiedenen Möglichkeiten gibt.The Adjustment of the piston crown or part of it in relation to the piston stem is preferably automatically, that is without an external control intervention, what it is for a number of different ways gives.
Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die unterschiedliche Temperatur des Kolbens vor dem Start bzw. in der Betriebsphase auszunutzen, um eine selbsttätige Verstellung des Kolbenbodens in Abhängigkeit von der Temperatur zu bewirken. Dazu ist vorzugsweise ein Hohlraum zwischen dem in Bezug zum Kolbenschaft verstellbaren Teil des Kolbenbodens und dem starr mit Kolbenschaft verbundenen Teil des Kolbenbodens mit einer Substanz, insbesondere einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt gefüllt, die sich bei einer Veränderung ihres Aggregatzustands von flüssig zu fest ausdehnt, so dass sie im kalten festen Zustand ein größeres Volumen als im warmen flüssigen Zustand einnimmt.A first preferred embodiment of the invention provides the different Exploiting the temperature of the piston before starting or in the operating phase, to an automatic Adjustment of the piston crown as a function of the temperature too cause. For this purpose, preferably a cavity between the in relation the piston skirt adjustable part of the piston crown and the rigid part of the piston crown connected to the piston skirt with a substance, in particular a low melting point alloy filled, the in a change their state of matter of liquid it expands too tight, giving it a larger volume in the cold solid state as in the warm liquid Condition takes.
Die Substanz ist zweckmäßig im Inneren eines in den Kolben eingesetzten Druckbehälters angeordnet und wirkt über ein Stellglied, wie zum Beispiel einen in den Druckbehälter eintauchenden Stößel, auf den in Bezug zum Kolbenschaft verstellbaren Teil des Kolbenbodens ein. Um zu erreichen, dass der verstellbare Teil des Kolbenbodens mit dem Stößel nach unten bewegt wird, wenn sich dieser bei Erwärmung des Kolbens in den Druckbehälter hinein bewegt, kann eine Feder vorgesehen sein, die den verstellbaren Teil des Kolbenbodens gegen den Stößel drückt.The substance is expediently arranged in the interior of a pressure vessel inserted into the piston and acts on the piston head adjustable in relation to the piston skirt via an actuator, such as, for example, a plunger immersed in the pressure vessel. In order to achieve that the adjustable part of the piston head is moved with the plunger downwards when it moves into the pressure vessel during heating of the piston, a spring may be provided which the adjustable part of the piston crown presses against the plunger.
Eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die unterschiedlichen Drücke im Brennraum vor dem Start bzw. in der Betriebsphase auszunutzen, indem sich der Kolbenboden in Abhängigkeit von einer auf den Kolbenboden ausgeübten Druckkraft selbsttätig verstellt. Um den in Bezug zum Kolbenschaft verstellbaren Teil des Kolbenbodens vor dem Start in Richtung Brennraum zu bewegen, ist dabei vorzugsweise zwischen dem verstellbaren Teil des Kolbenbodens und dem starr mit Kolbenschaft verbundenen Teil des Kolbenbodens eine Feder angeordnet, welche die beiden Teile auseinander drückt. Um zu verhindern, dass sich der verstellbare Teil des Kolbenbodens bereits durch die Kompression vor der ersten Zündung in seine unter Endstellung bewegt, sind Mittel zur Drosselung der Geschwindigkeit der Relativbewegung der beiden Teile vorgesehen, die zweckmäßig einen oberen Hohlraum im verstellbaren Teil des Kolbenbodens und einen unteren Hohlraum unterhalb des verstellbaren Teils des Kolbenbodens sowie eine die Hohlräume verbindende Drosselöffnung und ein in den Hohlräumen enthaltenes inkompressibles Fluid umfassen.A second preferred embodiment of the invention provides the different pressures in the combustion chamber before take-off or in the operating phase, by the piston crown depending on a on the Piston bottom exerted compressive force automatic adjusted. To the adjustable with respect to the piston skirt part of the To move the piston crown before starting in the direction of the combustion chamber is included preferably between the adjustable part of the piston crown and the part of the piston crown rigidly connected to the piston skirt Arranged spring which presses the two parts apart. Around to prevent the adjustable part of the piston crown already moved into its under end position by the compression before the first ignition, are means for throttling the speed of relative movement the two parts provided, which expediently has an upper cavity in the adjustable part of the piston crown and a lower cavity below the adjustable part of the piston crown and the cavities connecting the throttle opening and one in the cavities included incompressible fluid.
Alternativ dazu kann der verstellbare Teil des Kolbenbodens jedoch auch durch äußere Einwirkung verstellbar sein, zum Beispiel durch mechanische oder hydraulische Mittel, die jeweils vor und nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine aktviert werden, um den verstellbaren Teil des Kolbenbodens auszufahren bzw. wieder einzuziehen.alternative However, the adjustable part of the piston head can also be adjusted by external action be, for example by mechanical or hydraulic means, the be activated before and after the start of the internal combustion engine, to extend the adjustable part of the piston crown or again collect.
Dabei sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der in Bezug zum Kolbenschaft verstellbare Teil des Kolbenbodens eine Membran umfasst, die sich unter Einschluss eines Hohlraums über mindestens einen Teil des Kolbenbodens erstreckt und durch Zufuhr eines Druckfluids in den Hohlraum in Bezug zu dem starr mit dem Kolbenschaft verbundenen Teil des Kolbenbodens axial angehoben werden kann, um in der Startphase ein höheres Verdichtungsverhältnis zu erzeugen. Diese Ausgestal tung ist insbesondere für Kolben mit breiten und flachen Kolbenmulden geeignet, wie sie in Nutzfahrzeugen verwendet werden.there provides a further advantageous embodiment of the invention, that with respect to the piston skirt adjustable part of the piston head a Includes membrane, which includes a cavity over at least extends a part of the piston crown and by supplying a pressurized fluid into the cavity with respect to the rigidly connected to the piston skirt Part of the piston crown can be raised axially to enter in the starting phase higher compression ratio to create. This Ausgestal device is especially for pistons suitable with wide and flat piston recesses, as in commercial vehicles be used.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von einigen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:in the Following is the invention with reference to some in the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It demonstrate:
Die
in der Zeichnung dargestellten Kolben
Der
Kolbenboden
Die
Verstellbarkeit des Doms
Bei
den in den
Bei
dem in diesen Figuren dargestellten Kolben
Wie
am besten in den
An
der Unterseite des aus Keramik hergestellten Huts
Zum
Zusammenbau des Kolbens
Wenn
der Motor kalt ist, nimmt die erstarrte Legierung
Bei
dem in den
Bei
dem in diesen Figuren dargestellten Kolben
Wenn
die Oberseite des Huts
Zur
Montage des Kolbens
Im
Unterschied zu den zuvor beschriebenen Kolben
Bei
dem in den
- 11
- Kolbenpiston
- 22
- Kolbenschaftpiston shaft
- 33
- Kolbenbodenpiston crown
- 44
- Ringnutenring grooves
- 55
- KolbenringzonePiston ring zone
- 66
- Bolzennnabenpin bosses
- 77
- Kolbenbolzenpiston pin
- 88th
- Pleuelpleuel
- 99
- Kolbenmuldepiston bowl
- 1010
- Domcathedral
- 1111
- TurbulenzringVortex ring
- 1212
- Längsachselongitudinal axis
- 1313
- Hutcap
- 1414
- Druckbehälterpressure vessel
- 1515
- Legierungalloy
- 1616
- Oberteil Druckbehältertop pressure vessel
- 1717
- Unterteil Druckbehälterlower part pressure vessel
- 1818
- DurchtrittsöffnungThrough opening
- 1919
- Führungsbuchseguide bush
- 2020
- Stößeltappet
- 2121
- Dichtungpoetry
- 2222
- Halteringretaining ring
- 2323
- Hinterschneidungundercut
- 2424
- Druckfedercompression spring
- 2525
- Halteklammerretaining clip
- 2626
- Durchtrittsöffnung FederPassage opening spring
- 2727
- radialer Schlitz Federradial Slot spring
- 2828
- Kolbenringpiston ring
- 2929
- Nutgroove
- 3030
- Ausnehmung Kolbenbodenrecess piston crown
- 3131
- Aufnahmewannereceptacle
- 3232
- Oberteil Huttop cap
- 3333
- Unterteil Hutlower part cap
- 3434
- Druckfedercompression spring
- 3535
- Halteklammerretaining clip
- 3636
- obere Fluidkammerupper fluid chamber
- 3737
- Drosselbohrungthrottle bore
- 3838
- Wand Unterteilwall lower part
- 3939
- untere Fluidkammerlower fluid chamber
- 4040
- Ausnehmung Kolbenbodenrecess piston crown
- 4141
- Nockencam
- 4242
- RückstellfederReturn spring
- 4343
- Dichtungpoetry
- 4444
- Ölkanaloil passage
- 4545
- Membranmembrane
- 4646
- Hohlraumcavity
Claims (24)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006015265A DE102006015265A1 (en) | 2006-04-01 | 2006-04-01 | Internal combustion engine`s e.g. diesel engine, piston, for commercial vehicle, has piston shaft and piston head, whose part such as cap, dome or cavity is controlled in reversibly adjustable manner after installing piston into engine |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102006015265A1 true DE102006015265A1 (en) | 2007-10-31 |
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ID=38542156
Family Applications (1)
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DE102006015265A Withdrawn DE102006015265A1 (en) | 2006-04-01 | 2006-04-01 | Internal combustion engine`s e.g. diesel engine, piston, for commercial vehicle, has piston shaft and piston head, whose part such as cap, dome or cavity is controlled in reversibly adjustable manner after installing piston into engine |
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