DE102009027148A1 - Piston i.e. aluminum piston, for diesel engine, has cooling channel system comprising inlets and outlets for cooling medium, where inlets are provided at one cooling channel and outlets are provided at other cooling channel - Google Patents
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Abstract
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kühlkanalsystem aus zumindest zwei ringförmigen Kühlkanälen.The The invention relates to a piston for an internal combustion engine, with a cooling channel system of at least two annular Cooling channels.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Mit wachsenden Leistungsanforderungen an Kolben, insbesondere bei Dieselmotoren, nehmen die thermischen und mechanischen Belastungen weiterhin zu. Es werden gegenwärtig verschiedene Ansätze zur Steigerung der Belastbarkeit des Kolbens verfolgt. Beispielsweise wurde eine Steigerung der Warmfestigkeit der Kolbenlegierung vorgesehen. Der Einsatz insbesondere von Aluminiumlegierungen ist jedoch thermisch begrenzt, da die zur Steigerung der Warmfestigkeit zugegebenen Elemente, insbesondere Nickel und Kupfer, zu einer Absenkung der Schmelztemperatur führen. Weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Warmfestigkeit von Aluminiumkolben bestehen in dem Einbringen von Bewehrungen, beispielsweise durch Umschmelzen, Auflegieren, Einbringen von metallischen oder keramischen Fasern oder von Dispersionswerkstoffen. Ferner besteht grundsätzlich die Möglichkeit, Kolben aus Verbundwerkstoffen herzustellen. Die bislang bekannten Lösungen weisen den Nachteil hoher Herstellungskosten auf.With increasing performance requirements for pistons, especially for diesel engines, the thermal and mechanical loads continue to increase. There are currently various approaches to Increasing the load capacity of the piston tracked. For example an increase in the hot strength of the piston alloy was provided. Of the However, use of aluminum alloys in particular is thermal limited since the elements added to increase the hot strength, especially nickel and copper, to lower the melting temperature to lead. Further measures to increase the heat resistance of aluminum pistons consist in the introduction of reinforcements, for example by remelting, alloying, Introduction of metallic or ceramic fibers or of dispersion materials. Furthermore, there is basically the possibility Producing pistons from composite materials. The previously known Solutions have the disadvantage of high production costs.
Einen
anderen Weg beschreiben die
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe. zugrunde, einen Kolben mit verbesserter Kühlwirkung zu schaffen.Of the Invention is the task. based, a piston with improved To create cooling effect.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch den im Anspruch 1 beschriebenen Kolben.The Solution of the problem is achieved by the one described in claim 1 Piston.
Danach weist der Kolben ein Kühlkanalsystem aus zumindest zwei ringförmigen Kühlkanälen auf. Die beiden ringförmigen Kühlkanäle sind mit zumindest einem Verbindungskanal verbunden, wobei das Kühlkanalsystem einen oder mehrere Zuflüsse und einen oder mehrere Abflüsse für Kühlmittel aufweist. Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass alle Zuflüsse an einem der ringförmigen Kühlkanäle und alle Abflüsse an einem anderen der ringförmigen Kühlkanäle vorgesehen sind. Indem die Zu- und Abflüsse auf diese Weise systematisch getrennt sind, ist gewährleistet, dass Kühlmittel, das durch die Zuflüsse eingebracht wird, einen beträchtlichen Teil des Kühlkanalsystems zurücklegt, bevor es durch die Abflüsse abgegeben wird. Dadurch können die Temperaturen im gesamten Kolben wirkungsvoller gesenkt werden.After that the piston has a cooling channel system of at least two annular cooling channels. The two annular cooling channels are with at least connected to a connecting channel, wherein the cooling channel system one or more tributaries and one or more outflows for coolant. The inventive Piston is characterized by the fact that all inflows one of the annular cooling channels and all drains at another of the annular ones Cooling channels are provided. By the Zu- and Drains are systematically separated in this way is Ensures that coolant, through the Inflows is introduced, a considerable Part of the cooling duct system travels before it is discharged through the drains. Thereby can the temperatures in the entire piston are lowered more effectively.
Vorzugsweise befinden sich zumindest zwei der ringförmigen Kühlkanäle in axialer Kolbenrichtung zumindest teilweise auf unterschiedlichem Niveau, um eine weiträumigere und gezieltere Kühlung besonders beanspruchter Bereiche zu ermöglichen. Zu der Anordnung „auf unterschiedlichem Niveau” ist zu sagen, dass darunter eine Übereinander- und/oder Nebeneinander-Anordnung von in sich geschlossenen Kühlkanälen oder Kühlkanalabschnitten gemeint ist. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass Kühlkanäle oder Kühlkanalabschnitte, die sich entlang der Kolbenachse auf unterschiedlichem (axialen) Niveau befinden, im Bereich der kürzesten Verbindung zwischen zwei derartigen Kanälen und Abschnitten durch Kolbenmaterial voneinander abgegrenzt sind. Gleichwohl könnten sie durch eine geeignete, im weitesten Sinne schraubenlinienförmige Verbindung strömungstechnisch miteinander verbunden sein. Daneben kann die Verbindung zwischen zwei derartigen Kühlkanalabschnitten auch durch weitestgehend parallel zur Kolbenachse verlaufende Verbindungsöffnungen oder Bohrungen erfolgen. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich die beiden Kühlkanalabschnitte lediglich in Richtung der Kolbenachse, nicht jedoch in radialer Richtung, auf unterschiedlichem Niveau befinden.Preferably There are at least two of the annular cooling channels in the axial piston direction at least partially on different Level to a more spacious and more targeted cooling especially claimed areas. To the arrangement "on different levels "is to say that including a superimposing and / or Side by side arrangement of self-contained cooling channels or cooling duct sections is meant. It is preferable provided that cooling channels or cooling channel sections, extending along the piston axis on different (axial) Level, in the area of the shortest connection between two such channels and sections by piston material are delimited from each other. Nevertheless, they could go through a suitable, in the broadest sense helical connection be fluidly interconnected. Besides can the connection between two such cooling channel sections also by largely parallel to the piston axis extending connection openings or drilling done. This is especially true when the two cooling duct sections only in the direction of Piston axis, but not in the radial direction, on different Level.
Vorzugsweise weisen zumindest zwei der ringförmigen Kühlkanäle unterschiedliche Umfangslängen auf, um eine weiträumigere und gezieltere Kühlung besonders beanspruchter Bereiche zu ermöglichen.Preferably have at least two of the annular cooling channels different circumferential lengths to a more spacious and more targeted cooling of particularly stressed areas to enable.
Ein guter Kompromiss aus konstruktivem Aufwand und raumgreifender Kühlung des Kolbens ergibt sich, wenn der Kolben genau zwei ringförmige Kühlkanäle aufweist.One good compromise of constructive effort and space cooling of the piston results when the piston exactly two annular cooling channels having.
Vorzugsweise befindet sich der radial innere Kühlkanal bei einem Kolben mit zwei Kühlringen im Bereich der Brennraumbasis des Kolbens, wohingegen der radial äußere Kühlkanal im Bereich der Brennraumkante vorgesehen ist. Es hat sich herausgestellt, dass eine besonders gute Kühlwirkung bei einer Ausführungsform erreicht werden kann, bei der bei einem Kolben mit einer Brennraummulde zumindest ein Kühlkanal im Bereich radial neben der Brennraummulde vorgesehen ist. Mit anderen Worten handelt es sich hierbei um einen Kühlkanal in einem bezüglich der Kolbenachse „oberen”, in der Umgebung des Kolbenbodens befindlichen Bereich. Ergänzend hierzu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zumindest einen Kühlkanal in einem Bereich axial unterhalb der Brennraummulde vorzusehen. Dieser Kühlkanal kann beispielsweise im Bereich oberhalb eines äußeren Rands der Brennraummulde angeordnet sein.Preferably, the radially inner cooling channel is in a piston with two cooling rings in the region of the combustion chamber base of the piston, whereas the radially outer cooling channel is provided in the region of the combustion chamber edge. It has been found that a particularly good cooling effect can be achieved in an embodiment in which, in the case of a piston with a combustion chamber recess, at least one cooling channel is provided in the area radially adjacent to the combustion chamber recess. In other words, this is a cooling channel in a respect to the piston axis "upper" in the order area of the piston crown. In addition, it has proved to be advantageous to provide at least one cooling channel in a region axially below the combustion chamber trough. This cooling channel can be arranged, for example, in the region above an outer edge of the combustion bowl.
Gegebenenfalls ergänzend hierzu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zumindest einen Kühlkanal in einem Bereich axial unterhalb der Brennraummulde vorzusehen. Dieser Kühlkanal kann beispielsweise im Bereich unterhalb eines äußeren Randes der Brennraummulde angeordnet sein. Vorzugsweise befindet sich ein solcher radial innere Kühlkanal im Bereich der Bolzenbohrungen.Possibly In addition, it has proved to be advantageous at least one cooling channel in a region axially below to provide the combustion bowl. This cooling channel can, for example in the area below an outer edge of the Be arranged combustion chamber trough. Preferably, there is one radially inner cooling channel in the area of the bolt holes.
Vorzugsweise weist der radial äußere Kühlkanal einen größeren Querschnitt auf. Auf diese Weise wird das Strömungsverhalten des Kühlmittels im Kühlkanalsystem vorteilhaft gesteuert.Preferably has the radially outer cooling channel a larger cross section. This way will the flow behavior of the coolant in the cooling channel system controlled advantageously.
Vorzugsweise befindet sich der zumindest eine Zufluss an dem radial äußeren Kühlkanal und der zumindest eine Abfluss an dem radial inneren Kühlkanal. Auf diese Weise erfolgt die Kühlung aus radialer Sicht von außen nach innen. Ferner ist eine solche Anordnung vorteilhaft für die Gestaltung der Zu- und Abflüsse des Kühlmittels.Preferably is the at least one inflow at the radially outer Cooling channel and the at least one outlet at the radial inner cooling channel. In this way, the cooling takes place from a radial view from outside to inside. Furthermore, such is Arrangement advantageous for the design of inflows and outflows of the coolant.
Vorzugsweise sind genau zwei Zuflüsse an dem radial äußeren Kühlkanal und genau zwei Abflüsse an dem radial inneren Kühlkanal vorgesehen, die jeweils symmetrisch angeordnet sein können, um den Kühlmittelfluss im Kühlkanalsystem zu optimieren.Preferably are exactly two tributaries on the radially outer Cooling channel and exactly two outflows at the radial inner cooling channel provided, each arranged symmetrically can be to the coolant flow in the cooling channel system to optimize.
Vorzugsweise sind zwischen den Kühlkanälen mehrere Verbindungskanäle vorgesehen, vorzugsweise vier bis acht, um den Kühlmittelfluss im Kühlkanalsystem zu verbessern.Preferably are between the cooling channels more connection channels provided, preferably four to eight, to the coolant flow to improve in the cooling duct system.
Vorzugsweise sind die mehreren Verbindungskanäle symmetrisch angeordnet, um die Laufeigenschaften des Kolbens nicht zu beeinträchtigen.Preferably the several connection channels are arranged symmetrically, so as not to affect the running properties of the piston.
Dazu sind die ringförmigen Kühlkanäle vorzugsweise kreisförmig symmetrisch um die Kolbenachse vorgesehen und jeder kreisförmige Kühlkanal bildet hierbei vorzugsweise eine Ebene, die senkrecht auf der Kolbenachse steht.To the annular cooling channels are preferably circular symmetrical about the piston axis provided and each circular cooling channel preferably forms in this case a plane that is perpendicular to the piston axis.
Vorzugsweise weist zumindest einer der ringförmigen Kühlkanäle entlang des Umfangs zumindest einen Bereich eines abweichenden Querschnitts auf, um die Strömungseigenschaften und lokale Kühlwirkung zu steuern.Preferably has at least one of the annular cooling channels along the circumference at least a region of a different cross section on to the flow characteristics and local cooling effect to control.
Es hat sich herausgestellt, dass zu dem Zweck lokale Bereiche eines größeren Querschnitts vorteilhaft sind.It It has turned out that for the purpose local areas of a larger cross-section are advantageous.
Vorzugsweise ist zumindest ein Abfluss so über dem Bolzen angeordnet, dass das austretende Kühlmittel auf den Bolzen im Bereich der Bolzenbohrung und auf den Pleuel gelangen kann, um eine effektive Kühlung dieser besonders beanspruchten Bereiche zu gewährleisten.Preferably at least one drain is located above the bolt so that the escaping coolant is on the bolt in the area the bolt hole and the connecting rod can reach to an effective To ensure cooling of these particularly stressed areas.
Hierzu und aus Symmetriegründen sind vorzugsweise zwei Abflüsse vorgesehen, die sich diametral gegenüber stehen und so angeordnet sind, dass das austretende Kühlmittel auf den Bolzen, in den Bereich der Bolzenbohrungen und auf den Pleuel gelangen kann.For this and for reasons of symmetry are preferably two outflows provided, which are diametrically opposed and so are arranged that the escaping coolant on the Bolt, get into the area of the bolt holes and on the connecting rod can.
Die Erfindung ist besonders für Kolben aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geeignet.The Invention is particularly for pistons made of aluminum or a Aluminum alloy suitable.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS TO EXECUTE THE INVENTION
Wie
in
In
Ein
zweiter Kühlkanal
In
den
Zwei
diametral gegenüberliegende Abläufe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |