DE102011085444A1

DE102011085444A1 - Method for cooling piston for internal combustion engine, involves enclosing two openings by cooling channel of internal combustion engine, where coolant flows through openings

Info

Publication number: DE102011085444A1
Application number: DE102011085444A
Authority: DE
Inventors: Norman Thiel
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-02

Abstract

The method involves enclosing two openings by a cooling channel (2) of the internal combustion engine. The coolant flows through the openings. The cooling channel cooperates with two spray nozzles which spray the coolant. The amount of coolant in the cooling channel is adjusted by the spray nozzles. Independent claims are included for the following: (1) a piston with a central axis; and (2) a piston cooling system for an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen radial umlaufenden Kühlkanal, der zu einem Kolbenboden sowie zu einem Ringfeld beabstandet ist, wobei der Kühlkanal zumindest zwei Öffnungen einschließt, durch die Kühlmittel hindurchströmen kann, wobei der Kühlkanal mit zumindest zwei Spritzdüsen zusammenwirkt, die Kühlmittel ausspritzen. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kolben einer Brennkraftmaschine, in dem ein radial umlaufender Kühlkanal beabstandet zu einem Kolbenboden sowie zu einem Ringfeld integriert ist und der Kühlkanal zumindest zwei Öffnungen einschließt, durch die ein Kühlmittel hindurchströmen kann, wobei der Kühlkanal mit zumindest zwei Spritzdüsen zusammenwirkt, die Kühlmittel ausspritzen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kolbenkühlungsystem für eine Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Kolben mit einem radial umlaufenden Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal zumindest zwei Öffnungen für das Hindurchströmen von Kühlmittel aufweist, und das Kolbenkühlungssystem zumindest zwei Spritzdüsen aufweist, wobei der Kühlkanal mit den Spritzdüsen zusammenwirkt und die Spritzdüsen Kühlmittel ausspritzen.The invention relates to a method for cooling a piston for an internal combustion engine, comprising a radially encircling cooling channel, which is spaced from a piston crown and a ring field, wherein the cooling channel includes at least two openings through which the coolant can flow, wherein the cooling channel with at least two Spray nozzles cooperates, eject the coolant. Furthermore, the invention relates to a piston of an internal combustion engine, in which a radially encircling cooling channel is integrated at a distance from a piston crown and to a ring field and the cooling channel includes at least two openings through which a coolant can flow, wherein the cooling channel interacts with at least two spray nozzles, eject the coolant. Furthermore, the invention relates to a piston cooling system for an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine has at least one piston with a radially encircling cooling channel, wherein the cooling channel has at least two openings for the passage of coolant, and the piston cooling system has at least two spray nozzles, wherein the cooling channel with the Spray nozzles cooperates and eject the spray nozzles coolant.

Aus der DE 10 2006 056 013 A1 ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt, in dem ein radial umlaufender Kühlkanal beabstandet zu einem Kolbenboden sowie zu einem Ringfeld integriert ist und der Kühlkanal zumindest eine Zuströmöffnung und zumindest eine Abströmöffnung einschließt, über die ein Kühlmittel einströmen bzw. abströmen kann. Der Kühlkanal wirkt dabei mit zumindest einer ortsfest angeordneten Einspritzdüse zusammen, wobei der Zuströmöffnung ein Strömungsteiler zugeordnet ist, der den eintretenden Kühlmittelstrom aufteilt und im Gegenstrom durch den Kühlkanal leitet. Des Weiteren umfasst der Kühlkanal zumindest zwei diametral lokale Stege, die die Aufgabe haben, den Zulauf und den Ablauf des zirkulierenden Kühlmittels innerhalb des Kühlkanals zu beeinflussen.From the DE 10 2006 056 013 A1 a piston of an internal combustion engine is known, in which a radially encircling cooling channel spaced from a piston crown and a ring field is integrated and the cooling channel includes at least one inflow opening and at least one outflow opening, via which a coolant can flow or flow. The cooling channel acts together with at least one stationary injection nozzle, wherein the inflow opening is associated with a flow divider, which divides the incoming coolant flow and passes in countercurrent through the cooling channel. Furthermore, the cooling channel comprises at least two diametrically local webs, which have the task of influencing the inlet and the outlet of the circulating coolant within the cooling channel.

Bei einem solchen aus dem Stand der Technik bekannten Kolben ist es möglich, eine Kühlleistung zur Kühlung des Kolbens bereitzustellen, wobei ein Kühlmittelstau wirksam aufgrund einer geometrischen Gestaltung des Kühlkanals unterbunden wird.In such known from the prior art piston, it is possible to provide a cooling capacity for cooling the piston, wherein a coolant accumulation is effectively prevented due to a geometric design of the cooling channel.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kolben bereitzustellen, der gegenüber dem Stand der Technik noch effizienter gekühlt wird.The object of the invention is therefore to provide a piston which is cooled more efficiently compared to the prior art.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal mit Hilfe der Spritzdüsen eingestellt wird.The object is achieved in that the amount of coolant in the cooling channel is adjusted by means of the spray nozzles.

Dadurch ist es möglich, dass in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors eine bedarfsorientierte, wirkungsvolle und effiziente Kolbenkühlung möglich ist, indem das Kühlmittelniveau in dem Kühlkanal gezielt beeinflusst wird. Des Weiteren ist durch die gezielte Beeinflussung des Kühlmittelniveaus im Kühlkanal der Shakereffekt des Kühlmittels in dem Kolben besonders effizient. Bei einem Shakereffekt wird Kühlmittel zur Kühlung des Kolbens im Kühlkanal aufgrund der Hubbewegung des Kolbens in einem Zylinder in einer Brennkraftmaschine auf- und abgeschleudert. Des Weiteren lässt sich mittels des Einstellens der Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal mit Hilfe der Spritzdüsen ein Sperrstrom an Kühlmittel erzeugen, mittels dem der Füllungsgrad des Kühlmittels in dem Kühlkanal ansteigt. Des Weiteren lässt sich die Kolbenkühlung entsprechend den Bedarfen in der jeweiligen Betriebssituation der Brennkraftmaschine optimal anpassen, da die Spritzdüsen beliebig angesteuert werden können, so dass sie mehrere Freiheitsgrade bezüglich des Ausspritzens von Kühlmittel aufweisen. Dadurch ist es möglich, dass das System an alle Kühlungsanforderungen aufgrund der Freiheitsgrade der Spritzdüsen sehr gut anpassbar ist, wodurch auch eine optimale Kühlstrategie des Kolbens umsetzbar ist. Des Weiteren ist eine wirkungsvolle Maximalkühlung des Kolbens umsetzbar, in dem der Kühlkanalfüllungsgrad mit Kühlmittel mit Hilfe der Spritzdüsen gezielt und optimal eingestellt wird. Damit wird auch die Kolbentemperatur beim Betrieb in einer Brennkraftmaschine gesenkt.This makes it possible that depending on the operating condition of the engine a demand-oriented, effective and efficient piston cooling is possible by the coolant level is specifically influenced in the cooling channel. Furthermore, the shaker effect of the coolant in the piston is particularly efficient through the targeted influencing of the coolant level in the cooling channel. In a shaker effect, coolant for cooling the piston in the cooling channel is thrown up and thrown off due to the stroke movement of the piston in a cylinder in an internal combustion engine. Furthermore, by means of adjusting the amount of coolant in the cooling channel with the aid of the spray nozzles, a reverse flow of coolant can be generated by means of which the degree of filling of the coolant in the cooling channel increases. Furthermore, the piston cooling can be optimally adapted according to the requirements in the respective operating situation of the internal combustion engine, since the spray nozzles can be controlled as desired, so that they have a plurality of degrees of freedom with regard to the ejection of coolant. This makes it possible that the system is very adaptable to all cooling requirements due to the degrees of freedom of the spray nozzles, whereby an optimal cooling strategy of the piston can be implemented. Furthermore, an effective maximum cooling of the piston can be implemented, in which the Kühlkanalfüllungsgrad is adjusted specifically and optimally with coolant by means of the spray nozzles. Thus, the piston temperature is lowered during operation in an internal combustion engine.

Das Kühlmittel wird bevorzugt aus jeweils einer Spritzdüse durch jeweils eine Öffnung hindurch in den Kühlkanal eingespritzt. Das Kühlmittel kann dabei beispielsweise Kühlöl aus dem Motor sein. Der Kühlkanal kann vollständig radial umlaufend oder unterbrochen radial umlaufend sein. Bei einem unterbrochenen radialen Umlauf des Kühlkanals ist der Kühlkanal in zumindest einen Abschnitt getrennt.The coolant is preferably injected from a respective spray nozzle through an opening in the cooling channel. The coolant may be, for example, cooling oil from the engine. The cooling channel may be completely radially encircling or interrupted radially. In the case of an interrupted radial circulation of the cooling channel, the cooling channel is separated into at least one section.

Bei einem beispielsweise vollständig radial umlaufenden Kühlkanal ist es möglich, dass bei dem Einspritzen von Kühlmittel in den Kühlkanal aus jeweils einer Spritzdüse durch jeweils eine Öffnung hindurch ein Gegenstrom in dem Kühlkanal erzeugt wird, der jeweils an zumindest einer Öffnung von zumindest zwei Öffnungen beginnt. Aufgrund des Gegenstroms steigt das Kühlmittelniveau in dem Kühlkanal und somit der Füllungsgrad des Kühlmittels in dem Kühlkanal an.In an example, completely radially circulating cooling channel, it is possible that when injecting coolant into the cooling channel from a respective spray nozzle through a respective opening through a countercurrent in the cooling channel is generated, which begins in each case at least one opening of at least two openings. Due to the countercurrent, the coolant level in the cooling channel and thus the degree of filling of the coolant in the cooling channel increases.

Alternativ ist es möglich, dass in jeweils keine Öffnung weiteres Kühlmittel eingespritzt wird, so dass Kühlmittel aus dem Kühlkanal aus den Öffnungen gleichzeitig austritt. Beim Austritt des Kühlmittels aus der jeweiligen Öffnung sinkt das Kühlmittelniveau in dem Kühlkanal und somit der Füllungsgrad des Kühlmittels in dem Kühlkanal.Alternatively, it is possible that in each case no further opening coolant is injected, so that coolant from the cooling channel emerges from the openings simultaneously. When the coolant exits the respective opening, the coolant level in the cooling channel and thus the degree of filling of the coolant in the cooling channel sink.

Alternativ ist es möglich, dass jeweils aus zumindest einer Öffnung von zumindest zwei Öffnungen im Kühlkanal Kühlmittel ein- oder austritt. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass durch die eine Öffnung hindurch Kühlmittel in den Kühlkanal eintritt und aus der anderen Öffnung hindurch Kühlmittel aus dem Kühlkanal austrat oder umgekehrt. Alternatively, it is possible that in each case from at least one opening of at least two openings in the cooling passage coolant enters or exits. As a result, it is possible, for example, for coolant to enter the cooling channel through one opening and coolant to exit from the cooling channel for the other opening or vice versa.

Aus den Spritzdüsen wird bevorzugt gleichzeitig, ohne zeitliche Überschneidung im Wechsel, mit zeitlicher Überschneidung im Wechsel oder jeweils intermittierend Kühlmittel ausgespritzt. Bei einem gleichzeitigen Ausspritzen der Spritzdüsen tritt aus den Spritzdüsen jeweils gleichzeitig Kühlmittel aus. Im Umkehrschluss tritt bei den Spritzdüsen auch gleichzeitig kein Kühlmittel aus, wenn aus den Spritzdüsen nicht ausgespritzt wird. Unter einem Ausspritzen ohne zeitliche Überschneidung im Wechsel ist zu verstehen, dass die Spritzdüsen die jeweils im Wechsel Kühlmittel ausspritzen, wobei das Ende des Ausspritzens der zumindest einen Spritzdüse den Startzeitpunkt des Ausspritzens der zumindest einen anderen Spritzdüse definiert, wobei es zu keiner zeitlichen Überschneidung kommt. Dadurch wird gewährleistet, dass jeweils nur zumindest eine Spritzdüse von allen Spritzdüsen ausspritzt. Unter einem Ausspritzen mit zeitlicher Überschneidung im Wechsel ist zu verstehen, dass die Spritzdüsen jeweils im Wechsel Kühlmittel in Richtung und in den Kühlkanal einspritzen, wobei vor Ende des Ausspritzens des Kühlmittels aus der zumindest einen Spritzdüse zumindest eine weitere Spritzdüse mit dem Ausspritzen von Kühlmittel in Richtung Kühlkanal schon beginnt, so dass es zu einer zeitlichen Überschneidung von zumindest zwei Spritzdüsen kommt, die Kühlmittel ausspritzen. Unabhängig ob mit oder ohne zeitliche Überschneidung Kühlmittel aus den Spritzdüsen ausgespritzt wird, tritt beim Ausspritzen im Wechsel das Kühlmittel jeweils in gleichen oder unterschiedlichen Zeitintervallen im Wechsel aus. Die Wörter im Wechsel sind auch unter dem Wort alternierend bekannt. Unter einem intermittierenden Ausspritzen von Kühlmittel aus den Spritzdüsen ist ein zeitweiliges Aussetzen und anschließendes erneutes Ausspritzen zu verstehen, so dass intervallweise ausgespritzt wird, wobei die Spritzdüsen unabhängig voneinander zeitweilig aussetzen und wieder erneut ausspritzen. Dadurch kann es sowohl zu keiner zeitlichen Überschneidung als auch zu einer zeitlichen Überschneidung des Intervalls kommen, in dem Kühlmittel aus den Spritzdüsen ausgespritzt wird. Das Wort intermittierend ist auch unter dem Wort taktweise bekannt.From the spray nozzles is preferably simultaneously ejected without temporal overlap in exchange, with temporal overlap in exchange or intermittently coolant. In a simultaneous ejection of the spray nozzles exits simultaneously from the spray nozzles at the same time coolant. Conversely, at the same time occurs in the spray nozzles no coolant at the same time, if not sprayed from the spray nozzles. Under an ejection without temporal overlap in the change is to be understood that the spray nozzles eject the respective alternately coolant, wherein the end of the ejection of at least one spray nozzle defines the starting time of the ejection of the at least one other spray nozzle, wherein there is no overlap with time. This ensures that only at least one spray nozzle from all spray nozzles. Under an ejection with temporal overlap alternately is to be understood that the spray nozzles in each case alternately inject coolant in the direction and in the cooling channel, wherein before the end of the ejection of the coolant from the at least one spray nozzle at least one further spray nozzle with the ejection of coolant in the direction Cooling channel already begins, so that it comes to a temporal overlap of at least two spray nozzles that eject coolant. Regardless of whether with or without temporal overlap coolant is sprayed from the spray nozzles, occurs during ejection alternately the coolant in each case in the same or different time intervals alternately. The alternating words are also known alternately under the word. Under an intermittent ejection of coolant from the spray nozzles is a temporary exposure and subsequent re-injection to understand so that is ejected at intervals, with the spray nozzles independently suspend temporarily and again ejection. As a result, there can be no overlapping of time as well as a time overlap of the interval in which coolant is ejected from the spray nozzles. The word intermittent is also known intermittently under the word intermittently.

FRAGE an Erfinder: Stimmen Sie unserem Vorschlag über mögliche Zustände zu oder fehlen Ihrer Meinung nach noch Zustände?QUESTION to Inventor: Do you agree with our suggestion on possible conditions or are you still missing states?

Die Austrittsmenge des Kühlmittels aus der Spritzdüse wird bevorzugt mit Hilfe Magnetismus, insbesondere mit Hilfe eines Magnetventils, verändert. Besonders bevorzugt ist das Magnetventil bei keinem Strom von Kühlmittel durch die Spritzdüse hindurch geöffnet. Mittels des Schließens des Magnetventils wird der durch die Spritzdüse strömende Kühlmittelstrom verändert.The discharge amount of the coolant from the spray nozzle is preferably changed by means of magnetism, in particular by means of a solenoid valve. Particularly preferably, the solenoid valve is open at no flow of coolant through the spray nozzle. By means of the closing of the solenoid valve, the coolant flow flowing through the spray nozzle is changed.

Bevorzugt wird die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt. Nachfolgend sind fünf Betriebszustände der Brennkraftmaschine beispielhaft dargestellt, wobei jeweils durch das Ausspritzen oder Nichtausspritzen von Kühlmittel aus den Spritzdüsen die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal eingestellt wird.The amount of coolant in the cooling channel is preferably set as a function of the operating state of the internal combustion engine. Below, five operating states of the internal combustion engine are shown by way of example, wherein in each case by the ejection or non-ejection of coolant from the spray nozzles, the coolant quantity is set in the cooling channel.

Ein Warmlauf der Brennkraftmaschine stellt einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dar, wobei bei diesem Betriebszustand die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal nicht mittels der Spritzdüse verändert wird. Während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine wird bevorzugt kein Kühlmittel aus den Spritzdüsen ausgespritzt.A warm-up of the internal combustion engine represents an operating state of the internal combustion engine, wherein in this operating state, the coolant quantity in the cooling channel is not changed by means of the spray nozzle. During the warm-up of the internal combustion engine, preferably no coolant is ejected from the spray nozzles.

Eine Brennkraftmaschine unter niedriger Teillast stellt einen weiteren Betriebszustand der Brennkraftmaschine dar. Bei niedriger Teillast der Brennkraftmaschine wird bevorzugt aus der einen Spritzdüse kontinuierlich oder intermittierend Kühlmittel ausgespritzt und aus der anderen Spritzdüse wird bevorzugt kein Kühlmittel ausgespritzt. Unter einem kontinuierlichen Ausspritzen ist ein ununterbrochenes Ausspritzen an Kühlmittel aus der Spritzdüse zu verstehen. Indem ausschließlich aus einer Spritzdüse Kühlmittel in den Kühlkanal eingespritzt wird, durchströmt das Kühlmittel den Kühlkanal ausschließlich in einer Richtung in Umfangrichtung des Kühlkanals.An internal combustion engine under a low partial load represents a further operating state of the internal combustion engine. At low partial load of the internal combustion engine, coolant is preferably sprayed continuously or intermittently from one spray nozzle and no coolant is preferably ejected from the other spray nozzle. Continuous ejection means uninterrupted ejection of coolant from the spray nozzle. By only coolant is injected into the cooling channel from a spray nozzle, the coolant flows through the cooling channel exclusively in one direction in the circumferential direction of the cooling channel.

Eine Brennkraftmaschine unter hoher Teillast stellt einen weiteren Betriebszustand der Brennkraftmaschine dar. Bei hoher Teillast der Brennkraftmaschine wird bevorzugt aus den Spritzdüsen Kühlmittel im Wechsel und mit zeitlicher Überschneidung ausgespritzt. Mittels des Ausspritzens des Kühlmittels im Wechsel und mit zeitlicher Überschneidung ist es möglich, das Kühlmittelniveau im Kühlkanal und somit den Füllungsgrad des Kühlmittels in dem Kühlkanal anzupassen, insbesondere ansteigen zu lassen. Bei einem Anstieg des Kühlmittels in dem Kühlkanal ist eine optimierte Kühlung des Kolbens während des Betriebs möglich.An internal combustion engine under high partial load represents a further operating state of the internal combustion engine. At high partial load of the internal combustion engine is preferably sprayed from the spray nozzles coolant alternately and with temporal overlap. By means of the ejection of the coolant alternately and with temporal overlap, it is possible to adjust the coolant level in the cooling channel and thus the degree of filling of the coolant in the cooling channel, in particular to increase. When the coolant in the cooling channel rises, optimized cooling of the piston during operation is possible.

FRAGE an Erfinder: Ist das Ausspritzen im Wechsel und mit zeitlicher Überschneidung gemäß Ihrer Erfindungsmeldung richtig interpretiert?QUESTION to inventor: Is the ejection alternately and with temporal overlap interpreted correctly according to your invention disclosure?

Ein Zustand unter Volllast oder der Zustand, bei dem der Bedarf nach maximaler Kühlung der Brennkraftmaschine besteht, stellen jeweils einen weiteren Betriebszustand der Brennkraftmaschine dar. Bei Volllast der Brennmaschine oder in einem Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine, bei der Bedarf nach maximaler Kühlung der Brennkraftmaschine besteht, wird bevorzugt zumindest aus der Spritzdüse, die einen größeren Austrittsquerschnitt gegenüber der anderen Spritzdüse aufweist, kontinuierlich Kühlmittel ausgespritzt und aus der anderen Spritzdüse wird bevorzugt zeitweise oder kontinuierlich auch Kühlmittel ausgespritzt, wobei bei dem Ausspritzen aus der anderen Spritzdüse ein Sperrstrom in dem Kühlkanal erzeugt wird, mittels dem die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal gesteigert wird und mittels dem der Austritt von Kühlmittel aus dem Kühlkanal reduziert wird oder verhindert wird. Das zeitweise Ausspritzen aus der anderen Spritzdüse wird dabei betriebspunktabhängig bei Volllast der Brennkraftmaschine oder mit Bezug auf das Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine, bei der Bedarf nach maximaler Kühlung der Brennkraftmaschine besteht, durchgeführt. Der größere Austrittsquerschnitt der einen Spritzdüse ermöglicht einen größeren Nenndurchsatz an Kühlmittel durch diese Spritzdüse.A state under full load or the state in which there is a need for maximum cooling of the internal combustion engine, respectively provide a further operating state of the internal combustion engine At full load of the internal combustion engine or in a map range of the internal combustion engine, where there is a need for maximum cooling of the internal combustion engine is preferably at least from the spray nozzle having a larger outlet cross-section with respect to the other spray nozzle, continuously ejected coolant and from the other spray nozzle is preferred Occasionally or continuously also empties coolant, wherein in the ejection from the other spray nozzle, a reverse flow is generated in the cooling channel, by means of which the amount of coolant in the cooling channel is increased and by means of the outlet of coolant from the cooling channel is reduced or prevented. The temporary ejection from the other spray nozzle is operating point-dependent at full load of the internal combustion engine or with respect to the map range of the engine, in the need for maximum cooling of the internal combustion engine is performed. The larger outlet cross section of a spray nozzle allows a larger nominal flow rate of coolant through this spray nozzle.

FRAGE an Erfinder: Um einen weiteren Schutzumfang zu erreichen, haben wir Volllast der Brennmaschine/in einem Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine durch ein „oder” statt einem „und” (siehe Erfindungsmeldung) getrennt. Sind Sie damit einverstanden?QUESTION to inventor: In order to achieve a further scope of protection, we have full load of the internal combustion engine / in a map range of the internal combustion engine separated by a "or" instead of a "and" (see invention disclosure). Do you agree?

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Kolben einer Brennkraftmaschine, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal mit Hilfe der Spritzdüsen einstellbar ist.The invention further relates to a piston of an internal combustion engine, which is characterized in that the amount of coolant in the cooling channel by means of the spray nozzles is adjustable.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Spritzdüsen jeweils eine Ausspritzöffnung auf, die jeweils einen gleichen oder unterschiedlichen Austrittsquerschnitt aufweisen. Mittels des Austrittsquerschnitts lässt sich die Kühlmittelmenge und oder die Kühlmittelgeschwindigkeit einstellen, die aus der jeweiligen Spritzdüse ausspritzt. Bei gleichem Austrittsquerschnitt der Spritzdüsen ist der Nenndurchsatz an Kühlmittel durch die Spritzdüsen gleich. Bei unterschiedlichem Austrittsquerschnitt der Spritzdüsen ist der Nenndurchsatz an Kühlmittel durch die Spritzdüsen unterschiedlich.In an advantageous embodiment, the spray nozzles each have an ejection opening, each having a same or different outlet cross-section. By means of the outlet cross-section, it is possible to set the coolant quantity and / or the coolant speed which is ejected from the respective spray nozzle. With the same outlet cross-section of the spray nozzles, the nominal flow rate of coolant through the spray nozzles is the same. With different outlet cross section of the spray nozzles, the nominal flow rate of coolant through the spray nozzles is different.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils die Ausspritzöffnung einer Spritzdüse auf jeweils eine Öffnung des Kühlkanals ausgerichtet. Dadurch ist es möglich, dass das von der Spritzdüse ausgespritzte Kühlmittel optimal in den Kühlkanal eintritt.In a further advantageous embodiment, in each case the ejection opening of a spray nozzle is aligned in each case with an opening of the cooling channel. This makes it possible that the ejected from the spray nozzle coolant optimally enters the cooling channel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Mittelachse der Ausspritzöffnung der Spritzdüse zu einer Mittelachse der Öffnung parallel oder mit einem Winkel ausgerichtet. Im Falle einer parallelen Ausrichtung ist es möglich, dass Kühlmittel unabhängig von der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder in Richtung Hubachse in jeder beliebigen Lage des Kolbens in dem Zylinder in den Kühlkanal mit Hilfe der Spritzdüse eingespritzt werden kann. Besonders bevorzugt sind dazu die Mittelachse der Ausspritzöffnung, die Mittelachse der zugehörigen Öffnung und die Hubachse des Kolbens parallel zueinander ausgerichtet. Bei einer Ausrichtung mit einem Winkel kann es bei bestimmten Positionen des Kolbens in dem Zylinder möglich sein, dass kein Kühlmittel aus einer Spritzdüse in den Kühlkanal eintreten kann, da sich die Mittelachse der Ausspritzöffnung der Spritzdüse und die Mittelachse der Öffnung des Kühlkanals bei diesen bestimmten Positionen nicht im Bereich der Öffnung des Kühlkanals schneiden.In a further advantageous embodiment, a center axis of the ejection opening of the spray nozzle is aligned parallel or at an angle to a central axis of the opening. In the case of a parallel orientation, it is possible that coolant can be injected into the cooling channel by means of the spray nozzle, regardless of the movement of the piston in the cylinder in the direction of the lifting axis in any position of the piston in the cylinder. For this purpose, the center axis of the ejection opening, the center axis of the associated opening and the stroke axis of the piston are particularly preferably aligned parallel to one another. In an orientation with an angle, it may be possible at certain positions of the piston in the cylinder that no coolant from a spray nozzle can enter into the cooling channel, as the center axis of the spray nozzle and the central axis of the opening of the cooling channel at these specific positions do not cut in the area of the opening of the cooling channel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die austretende Menge an Kühlmittel aus der jeweiligen Spritzdüse mit Hilfe Magnetismus, insbesondere mit Hilfe eines Magnetventils, veränderbar.In a further advantageous embodiment, the exiting amount of coolant from the respective spray nozzle by means of magnetism, in particular by means of a solenoid valve, changeable.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Öffnungen benachbart. Unter benachbarten Öffnungen ist dabei zum einen zu verstehen, dass die Öffnungen mit einem Abstand zueinander angeordnet sind oder zum anderen zu versehen, dass die Öffnungen direkt aneinander angrenzen, wobei dabei jeweils noch unabhängige separate Öffnungen vorhanden sind.In a further advantageous embodiment, the openings are adjacent. Under adjacent openings is to be understood, firstly, that the openings are arranged at a distance from each other or to provide the other, that the openings directly adjacent to each other, each still independent separate openings are present.

Der Kühlkanal weist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zwischen den Öffnungen einen Steg auf, wobei der Steg einen Querschnitt des radial umlaufenden Kühlkanals verändert und somit den radialen Umlauf des Kühlkanals einschränkt oder unterbricht. In die jeweilige Öffnung eingespritztes Kühlmittel tritt aufgrund des Steges nicht direkt aus der anderen benachbarten Öffnung wieder aus. Ferner wird mittels des Steges der Kühlmittelstrom in dem Kühlkanal in eine bestimmte Richtung gedrängt, da der Steg einen Widerstand für das Kühlmittel bildet. Des Weiteren ist es mit Hilfe des Steges möglich, einfach und schnell das Kühlmittelniveau in dem Kühlkanal mit Hilfe der kühl mitteleinspritzenden Spritzdüsen anzuheben.In a further advantageous embodiment, the cooling channel has a web between the openings, wherein the web changes a cross section of the radially encircling cooling channel and thus restricts or interrupts the radial circulation of the cooling channel. In the respective opening injected coolant does not exit directly from the other adjacent opening due to the web. Further, by means of the web, the coolant flow in the cooling channel is urged in a certain direction, since the web forms a resistance for the coolant. Furthermore, it is possible with the help of the web, easy and quick to raise the coolant level in the cooling channel by means of the cool medium injecting spray nozzles.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Öffnungen des Kühlkanals benachbart und diese beiden Öffnungen sind für das Hindurchströmen von Kühlmittel, insbesondere das Einströmen von Kühlmittel in den Kühlkanal, gestaltet und zumindest eine weitere Öffnung ist für den Austrat von Kühlmittel aus dem Kühlkanal gestaltet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist dabei der Kühlkanal drei Öffnungen auf, von denen zwei direkt benachbart sind und die andere dritte Öffnung diametral gegenüber den beiden benachbarten Öffnungen des Kühlkanals angeordnet ist. Mittel des Einspritzens von Kühlmittel in den Kühlkanal durch zumindest eine der benachbarten Öffnungen lassen sich unterschiedliche Strömungsrichtungen des Kühlmittels in dem Kühlkanal erzeugen. Ferner lässt sich das Kühlmittelniveau in dem Kühlkanal beliebig anpassen.In a further advantageous embodiment, two openings of the cooling channel adjacent and these two openings are designed for the passage of coolant, in particular the inflow of coolant into the cooling channel, and at least one further opening is designed for the outlet of coolant from the cooling channel. In a particularly preferred embodiment, the cooling channel has three openings, two of which are directly adjacent and the other third opening is arranged diametrically opposite the two adjacent openings of the cooling channel. Means of injecting coolant into the cooling channel through at least one of the adjacent openings can be generate different flow directions of the coolant in the cooling channel. Furthermore, the coolant level in the cooling channel can be adjusted as desired.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kolbenkühlungssystem für eine Brennkraftmaschine, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kolbenkühlungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 den Kolben kühlt.Furthermore, the invention relates to a piston cooling system for an internal combustion engine, which is characterized in that the piston cooling system according to one of claims 1 to 10 cools the piston.

Zur Kenntnis: Mit Bezug auf das E-Mail von Herrn Buschbeck (17. Dezember 2010) wurden in der Anmeldung keine Ölversorgungsleitungen beschrieben.Note: With reference to Mr Buschbeck's e-mail (17 December 2010), no oil supply lines were described in the notification.

In den Figuren sind bevorzugte Ausgestaltungen gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigenIn the figures, preferred embodiments are shown according to the invention. Show it

1: einen erfindungsgemäßen Kolben für eine Brennkraftmaschine im Schnitt in Seitenansicht, 1 : a piston according to the invention for an internal combustion engine in section in side view,

2: den Kolben in Draufsicht von unten, 2 : the piston in plan view from below,

3: einen Ausschnitt des Kolbens im Bereich des Kühlkanals im Schnitt und 3 a section of the piston in the region of the cooling channel in section and

4: einen Kolben in einer weiteren alternativen Ausgestaltung in Draufsicht von unten. 4 a piston in a further alternative embodiment in plan view from below.

In den Figuren sind jeweils gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen und neue Bauteile mit neuen Bezugsziffern versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals and new components provided with new reference numerals.

1 zeigt einen Kolben 1 einer Brennkraftmaschine, in dem ein radial umlaufender Kühlkanal 2 beabstandet zu einem Kolbenboden 3 sowie zu einem Ringfeld 4 integriert ist. Das Ringfeld 4 besteht gemäß 1 aus drei um eine Hubachse 5 vollständig umlaufende Nuten, in die jeweils ein (nicht dargestellter) Ring eingesetzt werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist der Kühlkanal 2 vollständig radial um die Hubachse 5 mit dem Abstand R umlaufend. Der Kühlkanal 2 weist gemäß 1 über seinen gesamten Umfang einen Querschnitt Q auf. Ferner weist der Kolben 1 eine Brennraummulde 6 sowie eine durch den Kolben 1 und senkrecht zur Hubachse 5 des Kolbens 1 durchgängige Bolzenbohrung 7 auf. Im Ausführungsbeispiel besteht der Kolben 1 beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff, einem Aluminiumwerkstoff oder dergleichen. 1 shows a piston 1 an internal combustion engine, in which a radially encircling cooling channel 2 spaced from a piston crown 3 as well as to a ring field 4 is integrated. The ring field 4 exists according to 1 from three about a Hubachse 5 completely circumferential grooves, in each of which a (not shown) ring can be used. In the embodiment, the cooling channel 2 completely radially around the stroke axis 5 with the distance R circulating. The cooling channel 2 according to 1 over its entire circumference a cross-section Q on. Furthermore, the piston has 1 a combustion bowl 6 as well as one through the piston 1 and perpendicular to the stroke axis 5 of the piston 1 continuous bolt hole 7 on. In the exemplary embodiment, the piston 1 for example, from a steel material, an aluminum material or the like.

2 zeigt den Kolben 1 aus 1 in Draufsicht von unten. In 2 ist der um die Hubachse 5 radial umlaufende Kühlkanal 2 gestrichelt dargestellt. Des Weiteren ist die Bolzenbohrung 7 in 2 angedeutet. Gemäß 2 schließt der Kühlkanal 2 zumindest zwei Öffnungen 8a, 8b ein, durch die ein Kühlmittel hindurchströmen kann. Gemäß 2 sind die beiden Öffnungen 8a, 8b benachbart. Das Durchströmen des Kühlmittels im Kühlkanal 2 im Gegenlauf ist beispielhaft durch die beiden Pfeile im Kühlkanal 2 dargestellt. 2 shows the piston 1 out 1 in top view from below. In 2 is the one about the stroke axis 5 radial circulating cooling channel 2 shown in dashed lines. Furthermore, the bolt hole 7 in 2 indicated. According to 2 closes the cooling channel 2 at least two openings 8a . 8b a, through which a coolant can flow. According to 2 are the two openings 8a . 8b adjacent. The passage of the coolant in the cooling channel 2 in the opposite direction is exemplified by the two arrows in the cooling channel 2 shown.

In 3 ist ein Ausschnitt des Kolbens 1 im Bereich der beiden Öffnungen 8a, 8b im Schnitt dargestellt. Aus 3 ist entnehmbar, dass der Kühlkanal 2 des Kolbens 1 mit zwei Spritzdüsen 9a, 9b zusammenwirkt, die Kühlmittel 10 ausspritzen, wobei die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal 2 mit Hilfe der beiden in 3 dargestellten Spritzdüsen 9a, 9b einstellbar ist. Die Spritzdüsen 9a, 9b weisen im Ausführungsbeispiel jeweils eine Ausspritzöffnung 11a, 11b auf, die jeweils einen unterschiedlichen Austrittsquerschnitt aufweisen, wobei die Spritzdüse 9a an ihrer Ausspritzöffnung 11a einen größeren Austrittsquerschnitt als die Spritzdüse 9b an ihrer Ausspritzöffnung 11b aufweist.In 3 is a section of the piston 1 in the area of the two openings 8a . 8b shown in section. Out 3 is removable, that the cooling channel 2 of the piston 1 with two spray nozzles 9a . 9b interacts, the coolant 10 jetting, wherein the amount of coolant in the cooling channel 2 with the help of the two in 3 illustrated spray nozzles 9a . 9b is adjustable. The spray nozzles 9a . 9b each have an ejection opening in the exemplary embodiment 11a . 11b on, each having a different outlet cross-section, wherein the spray nozzle 9a at its ejection opening 11a a larger outlet cross-section than the spray nozzle 9b at its ejection opening 11b having.

Gemäß 3 ist jeweils die Ausspritzöffnung 11a, 11b einer Spritzdüse 9a, 9b auf jeweils eine Öffnung 8a, 8b des Kühlkanals 2 ausgerichtet. So ist gemäß 3 die Ausspritzöffnung 11a der Spritzdüse 9a auf die Öffnung 8a des Kühlkanals 2 und die Ausspritzöffnung 11b der Spritzdüse 9b auf die Öffnung 8b des Kühlkanals 2 ausgerichtet. Gemäß 3 ist eine Mittelachse 13a, 13b der Ausspritzöffnung 11a, 11b der Spritzdüse 9a, 9b zu einer Mittelachse 12a, 12b der zugehörigen Öffnung 8a, 8b im Ausführungsbeispiel parallel ausgerichtet. So ist gemäß 3 die Mittelachse 13a der Ausspritzöffnung 11a der Spritzdüse 9a zu der Mittelachse 12a der Öffnung 8a parallel ausgerechnet und die Mittelachse 13b der Ausspritzöffnung 11b der Spritzdüse 9b zu der Mittelachse 12b der Öffnung 8b parallel ausgerichtet. Ferner sind die Mittelachsen 13a, 13b der Ausspritzöffnungen 11a, 11b und die Mittelachsen 12a, 12b der Öffnungen 8a, 8b jeweils parallel zur Hubachse 5 ausgerichtet. Die Hubachse 5 ist in 3 nicht dargestellt.According to 3 is in each case the ejection opening 11a . 11b a spray nozzle 9a . 9b on each one opening 8a . 8b of the cooling channel 2 aligned. So is according to 3 the ejection opening 11a the spray nozzle 9a on the opening 8a of the cooling channel 2 and the ejection opening 11b the spray nozzle 9b on the opening 8b of the cooling channel 2 aligned. According to 3 is a central axis 13a . 13b the ejection opening 11a . 11b the spray nozzle 9a . 9b to a central axis 12a . 12b the associated opening 8a . 8b aligned in the embodiment in parallel. So is according to 3 the central axis 13a the ejection opening 11a the spray nozzle 9a to the central axis 12a the opening 8a calculated in parallel and the central axis 13b the ejection opening 11b the spray nozzle 9b to the central axis 12b the opening 8b aligned in parallel. Further, the central axes 13a . 13b the ejection openings 11a . 11b and the central axes 12a . 12b the openings 8a . 8b each parallel to the stroke axis 5 aligned. The lifting axis 5 is in 3 not shown.

Die austretende Menge an Kühlmittel 10 aus der jeweiligen Spritzdüse 9a, 9b ist im Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Magnetventils veränderbar.The escaping amount of coolant 10 from the respective spray nozzle 9a . 9b is variable in the embodiment by means of a solenoid valve.

Gemäß 3 weist der Kühlkanal 2 zwischen den Öffnungen 8a, 8b einen Steg 14 auf. Dabei verändert der Steg 14 den Querschnitt Q des radial umlaufenden Kühlkanals 2 im Bereich des Steges 14. Somit schränkt der Steg 14 den radialen Umlauf des Kühlkanals 2 im Kühlkanal 2 im Bereich des Steges 14 ein. Aufgrund des eingeschränkten radialen Umlaufs des Kühlkanals 2 strömt somit das Kühlmittel 10 in Richtung der mit den beiden Pfeilen angedeuteten Strömungsrichtung gegenläufig durch den Kühlkanal 2.According to 3 has the cooling channel 2 between the openings 8a . 8b a footbridge 14 on. This changes the bridge 14 the cross section Q of the radially encircling cooling channel 2 in the area of the footbridge 14 , Thus, the bridge limits 14 the radial circulation of the cooling channel 2 in the cooling channel 2 in the area of the footbridge 14 one. Due to the restricted radial circulation of the cooling channel 2 thus flows the coolant 10 in the direction indicated by the two arrows flow direction in opposite directions through the cooling channel 2 ,

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Kühlung des in den 1 bis 3 dargestellten Kolbens 1 beschrieben. Der Kolben 1 ist dabei Teil eines Kolbenkühlungssystems für eine Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine zumindest den Kolben 1 mit dem radial umlaufenden Kühlkanal 2 aufweist, wobei der Kühlkanal 2 die beiden Öffnungen 8a, 8b für das Hindurchströmen von Kühlmittel 10 aufweist, und das Kolbenkühlungssystem im Ausführungsbeispiel die beiden Spritzdüsen 9a, 9b aufweist, wobei der Kühlkanal 2 mit den Spritzdüsen 9a, 9b zusammenwirkt und die Spritzdüsen 9a, 9b Kühlmittel 10 ausspritzen. Das vereinfacht in den 1 bis 3 dargestellte Kolbenkühlungssystem kühlt dabei den Kolben 1 gemäß der nachfolgenden Beschreibung.The following is a method for cooling in the 1 to 3 represented piston 1 described. The piston 1 is part of a piston cooling system for an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine at least the piston 1 with the radially encircling cooling channel 2 having, wherein the cooling channel 2 the two openings 8a . 8b for the passage of coolant 10 has, and the piston cooling system in the embodiment, the two spray nozzles 9a . 9b having, wherein the cooling channel 2 with the spray nozzles 9a . 9b interacts and the spray nozzles 9a . 9b coolant 10 ejaculate. That simplifies in the 1 to 3 shown piston cooling system cools the piston 1 as described below.

Zur Kühlung des Kolbens 1 wird die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal 2 abhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt. Die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal 2 wird dabei mit Hilfe der Spritzdüsen 9a, 9b abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt, indem das Kühlmittel 10 aus jeweils einer Spritzdüse 9a, 9b durch jeweils eine Öffnung 8a, 8b hindurch in den Kühlkanal 2 eingespritzt wird. Aus den Spritzdüsen 9a, 9b wird dabei je nach Betriebszustand gleichzeitig, ohne zeitliche Überschneidung im Wechsel, mit zeitlicher Überschneidung im Wechsel oder jeweils intermittierend Kühlmittel 10 ausgespritzt.For cooling the piston 1 the amount of coolant in the cooling channel 2 set depending on the operating condition of the internal combustion engine. The amount of coolant in the cooling channel 2 is doing with the help of the spray nozzles 9a . 9b depending on the operating condition of the internal combustion engine adjusted by the coolant 10 from one spray nozzle each 9a . 9b through one opening each 8a . 8b through into the cooling channel 2 is injected. From the spray nozzles 9a . 9b Depending on the operating condition, it will be used simultaneously with no overlapping of time, alternating with time overlapping or intermittently with coolant 10 spouted.

Bei dem in 3 dargestellten Zeitpunkt wird das Kühlmittel 10 aus der Spritzdüse 9a durch die Öffnung 8a hindurch in den Kühlkanal 2 eingespritzt und aus der Spritzdüse 9b wird durch die Öffnung 8b hindurch in den Kühlkanal 2 auch Kühlmittel 10 eingespritzt. Die Austrittsmenge des Kühlmittels 10 aus der jeweiligen Spritzdüse 9a, 9b wird mit Hilfe Magnetismus verändert. Im Ausführungsbeispiel wird die Austrittsmenge des Kühlmittels 10 aus der jeweiligen Spritzdüse 9a, 9b mit Hilfe eines Magnetventils verändert.At the in 3 time shown is the coolant 10 from the spray nozzle 9a through the opening 8a through into the cooling channel 2 injected and out of the spray nozzle 9b gets through the opening 8b through into the cooling channel 2 also coolant 10 injected. The exit quantity of the coolant 10 from the respective spray nozzle 9a . 9b is changed with the help of magnetism. In the embodiment, the discharge amount of the refrigerant 10 from the respective spray nozzle 9a . 9b changed with the help of a solenoid valve.

Nachfolgende werden fünf Betriebszustände der Brennkraftmaschine beschrieben, bei denen die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal 2 unterschiedlich eingestellt wird. Somit wird die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal 2 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt.The following describes five operating states of the internal combustion engine, in which the amount of coolant in the cooling channel 2 is set differently. Thus, the amount of refrigerant in the cooling passage 2 set depending on the operating state of the internal combustion engine.

Während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine wird kein Kühlmittel 10 aus den Spritzdüsen 9a, 9b ausgespritzt. Dabei ist das Magnetventil bei keinem Strom von Kühlmittel 10 durch die jeweilige Spritzdüse 9a, 9b hindurch geöffnet.During the warm-up of the internal combustion engine is no coolant 10 from the spray nozzles 9a . 9b spouted. The solenoid valve is at no flow of coolant 10 through the respective spray nozzle 9a . 9b opened through.

Bei niedriger Teillast der Brennkraftmaschine wird aus der einen Spritzdüse 9a kontinuierlich oder intermittierend Kühlmittel 10 ausgespritzt und aus der anderen Spritzdüse 9b kein Kühlmittel 10 ausgespritzt.At low partial load of the internal combustion engine is from a spray nozzle 9a continuous or intermittent coolant 10 sprayed out and from the other spray nozzle 9b no coolant 10 spouted.

Bei hoher Teillast der Brennkraftmaschine wird aus den Spritzdüsen 9a, 9b Kühlmittel 10 im Wechsel und mit zeitlicher Überschneidung ausgespritzt.At high part load of the engine is from the spray nozzles 9a . 9b coolant 10 alternately and with temporal overlap.

Bei Volllast der Brennkraftmaschine oder in einem Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine, bei der Bedarf nach maximaler Kühlung der Brennkraftmaschine besteht, wird im Ausführungsbeispiel aus der Spritzdüse 9a, die gemäß der vorherigen Beschreibung einen größeren Austrittsquerschnitt gegenüber der anderen Spritzdüse 9b aufweist, kontinuierlich Kühlmittel 10 ausgespritzt und aus der anderen Spritzdüse 9b wird zeitweise oder kontinuierlich auch Kühlmittel 10 ausgespritzt, wobei bei dem Ausspritzen aus der anderen Spritzdüse 9b ein Sperrstrom in dem Kühlkanal 2 erzeugt wird, mittels dem die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal 2 gesteigert wird und mittels dem der Austritt von Kühlmittel 10 aus dem Kühlkanal 2 reduziert wird oder verhindert wird. Aus der Spritzdüse 9a tritt dabei aufgrund des größeren Austrittsquerschnitts gegenüber der Spritzdüse 9b permanent Kühlmittel 10 mit einem größeren Nenndurchsatz aus. Die Spritzdüse 9b spritzt jeweils betriebspunktabhängig Kühlmittel 10 zeitweise oder kontinuierlich in Richtung Öffnung 8b aus. Somit ist es möglich, dass zumindest phasenweise gleichzeitig aus beiden Spritzdüsen 9a, 9b Kühlmittel 10 austritt, wobei jeweils dabei aus einer Spritzdüse 9a, 9b in Richtung der zugehörigen Öffnung 8a, 8b Kühlmittel 10 ausspritzt.At full load of the internal combustion engine or in a map range of the internal combustion engine, in the need for maximum cooling of the internal combustion engine, is in the embodiment of the spray nozzle 9a , which according to the previous description, a larger outlet cross-section with respect to the other spray nozzle 9b has, continuous coolant 10 sprayed out and from the other spray nozzle 9b becomes coolant temporarily or continuously 10 injected, with the ejection from the other spray nozzle 9b a reverse current in the cooling channel 2 is generated, by means of which the amount of coolant in the cooling channel 2 is increased and by means of the exit of coolant 10 from the cooling channel 2 is reduced or prevented. From the spray nozzle 9a occurs due to the larger outlet cross-section with respect to the spray nozzle 9b permanent coolant 10 with a larger nominal throughput. The spray nozzle 9b injects coolant depending on operating point 10 temporarily or continuously towards opening 8b out. Thus, it is possible that at least in phases simultaneously from both spray nozzles 9a . 9b coolant 10 outlet, each case from a spray nozzle 9a . 9b towards the associated opening 8a . 8b coolant 10 ejects.

Der Zustand bei Volllast der Brennkraftmaschine oder der Zustand bei dem der Bedarf nach maximaler Kühlung der Brennkraftmaschine besteht, sind jeweils beispielhaft in 3 dargestellt, wobei gemäß 3 beide Spritzdüsen 9a, 9b Kühlmittel 10 in den Kühlkanal 2 einspritzen.The state at full load of the internal combustion engine or the state in which the need for maximum cooling of the internal combustion engine is, are each exemplary in 3 represented, according to 3 both spray nozzles 9a . 9b coolant 10 in the cooling channel 2 inject.

In 4 ist ein Kolben 1 in einer weiteren alternativen Ausgestaltung in Draufsicht von unten dargestellt. Der Kolben 1 in 4 unterscheidet sich konstruktiv dahingehend von dem Kolben 1 aus den 1 bis 3, dass der Kolben 1 aus 4 eine weitere Öffnung 15 in dem Kühlkanal 2 aufweist.In 4 is a piston 1 shown in a further alternative embodiment in plan view from below. The piston 1 in 4 differs constructively to the effect of the piston 1 from the 1 to 3 that the piston 1 out 4 another opening 15 in the cooling channel 2 having.

Gemäß 4 sind die beiden Öffnungen 8a, 8b des Kühlkanals 2 benachbart. Im Ausführungsbeispiel sind diese beiden Öffnungen 8a, 8b für das Hindurchströmen von Kühlmittel 10, insbesondere das Einströmen von Kühlmittel 10 in den Kühlkanal 2, gestaltet. Die weitere Öffnung 15 ist für den Austritt von Kühlmittel 10 aus dem Kühlkanal 2 gestaltet. Dabei ist die Öffnung 15 im Ausführungsbeispiel diametral gegenüber zu den beiden benachbarten Öffnungen 8a, 8b gemäß 4 angeordnet.According to 4 are the two openings 8a . 8b of the cooling channel 2 adjacent. In the embodiment, these two openings 8a . 8b for the passage of coolant 10 , in particular the inflow of coolant 10 in the cooling channel 2 , designed. The further opening 15 is for the escape of coolant 10 from the cooling channel 2 designed. Here is the opening 15 in the exemplary embodiment diametrically opposite to the two adjacent openings 8a . 8b according to 4 arranged.

Zur Kühlung des Kolbens 1 gemäß 4 tritt Kühlmittel 10 aus jeweils einer (nicht in 4 dargestellten) Spritzdüse in jeweils eine Öffnung 8a, 8b, wobei jeder Öffnung 8a, 8b jeweils eine Spritzdüse zugeordnet ist. Somit wird aus der einen Spritzdüse Kühlmittel 10 in die Öffnung 8a des Kühlkanals 2 und demzufolge in den Kühlkanal 2 eingespritzt und aus der anderen Spritzdüse wird Kühlmittel 10 in die Öffnung 8b des Kühlkanals 2 und demzufolge in den Kühlkanal 2 eingespritzt.For cooling the piston 1 according to 4 enters coolant 10 each one (not in 4 shown) spray nozzle in each case an opening 8a . 8b , each opening 8a . 8b each associated with a spray nozzle. Thus, from the one spray nozzle coolant 10 in the opening 8a of the cooling channel 2 and consequently in the cooling channel 2 injected and from the other spray nozzle is coolant 10 in the opening 8b of the cooling channel 2 and consequently in the cooling channel 2 injected.

Gemäß 4 strömt das Kühlmittel 10 durch den Kühlkanal 2 jeweils im Gegenlauf, wobei der jeweilige Startpunkt des Gegenlaufs bei jeweils einer Öffnung 8a, 8b ist. Der Endpunkt der beiden gegenläufigen Kühlmittelströme ist jeweils die Öffnung 15. Der Verlauf des gegenläufigen Kühlmittelstroms in dem Kühlkanal 2 ist jeweils durch Pfeile in 4 dargestellt.According to 4 the coolant flows 10 through the cooling channel 2 each in the opposite direction, wherein the respective starting point of the mating run in each case an opening 8a . 8b is. The end point of the two countercurrent coolant flows is the opening 15 , The course of the countercurrent coolant flow in the cooling channel 2 is indicated by arrows in each case 4 shown.

Aus der Öffnung 15 tritt beim Betrieb des Kolbens 1 in der Brennkraftmaschine kontinuierlich Kühlmittel 10 aus, so dass aus der Öffnung 15 Kühlmittel 10 aus dem Kühlkanal 2 austritt.Out of the opening 15 occurs during operation of the piston 1 in the internal combustion engine continuously coolant 10 out, leaving the opening 15 coolant 10 from the cooling channel 2 exit.

Für eine bedarfsorientierte, wirkungsvolle und effiziente Kolbenkühlung wird in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine jeweils durch die Spritzdüsen Kühlmittel 10 in den Kühlkanal 2 eingespritzt, wobei die Kühlmittelmenge in dem Kühlkanal 2 mit Hilfe der Spritzdüsen eingestellt wird. Aus den Spritzdüsen wird dazu gleichzeitig, ohne zeitliche Überschneidung im Wechsel, mit zeitlicher Überschneidung im Wechsel oder jeweils intermittierend Kühlmittel 10 ausgespritzt.For a demand-oriented, effective and efficient piston cooling is depending on the operating condition of the internal combustion engine respectively by the spray nozzles coolant 10 in the cooling channel 2 injected, wherein the amount of coolant in the cooling channel 2 is adjusted by means of the spray nozzles. From the spray nozzles is at the same time, without temporal overlap in the change, with temporal overlap alternately or intermittently coolant 10 spouted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kolbenpiston
22: Kühlkanalcooling channel
33: Kolbenbodenpiston crown
44: Ringfeldring box
55: Hubachselifting axis
66: BrennraummuldeCombustion bowl
77: Bolzenbohrungpin bore
8a8a: Öffnungopening
8b8b: Öffnungopening
9a9a: Spritzdüsenozzle
9b9b: Spritzdüsenozzle
1010: Kühlmittelcoolant
11a11a: Ausspritzöffnung (der Spritzdüse 9a)Ejection opening (the spray nozzle 9a )
11b11b: Ausspritzöffnung (der Spritzdüse 9b)Ejection opening (the spray nozzle 9b )
12a12a: Mittelachse (der Öffnung 8a)Central axis (the opening 8a )
12b12b: Mittelachse (der Öffnung 8b)Central axis (the opening 8b )
13a13a: Mittelachse (der Ausspritzöffnung 11a)Center axis (the ejection opening 11a )
13b13b: Mittelachse (der Ausspritzöffnung 11b)Center axis (the ejection opening 11b )
1414: Stegweb
1515: Öffnungopening
QQ: Querschnitt (des Kühlkanals 2)Cross section (of the cooling channel 2 )
RR: Abstanddistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006056013 A1 [0002]

Claims

Method for cooling a piston ( 1 ) for an internal combustion engine, comprising a radially encircling cooling channel ( 2 ) leading to a piston head ( 3 ) as well as to a ring field ( 4 ), wherein the cooling channel ( 2 ) at least two openings ( 8a . 8b . 15 ), by the coolant ( 10 ), wherein the cooling channel ( 2 ) with at least two spray nozzles ( 9a . 9b ), the coolant ( 10 ), characterized in that the amount of coolant in the cooling channel ( 2 ) with the help of the spray nozzles ( 9a . 9b ) is set.

Method according to claim 1, characterized in that the coolant ( 10 ) from one spray nozzle each ( 9a . 9b ) through an opening ( 8a . 8b ) through into the cooling channel ( 2 ) is injected.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that from the spray nozzles ( 9a . 9b ) at the same time, with no time overlap in the change, with temporal overlapping in the change or intermittently coolant ( 10 ) is injected.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outlet quantity of the coolant ( 10 ) from the spray nozzle ( 9a . 9b ) is changed by means of magnetism, in particular by means of a solenoid valve.

Method according to claim 4, characterized in that the solenoid valve is not connected to any flow of coolant ( 10 ) through the spray nozzle ( 9a . 9b ) is opened through.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the amount of coolant in the cooling channel ( 2 ) is set depending on the operating state of the internal combustion engine.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that during the warm-up of the internal combustion engine no coolant ( 10 ) from the spray nozzles ( 9a . 9b ) is injected.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that at low partial load of the internal combustion engine from the one spray nozzle ( 9a . 9b ) continuously or intermittently coolant ( 10 ) and from the other spray nozzle ( 9a . 9b ) no coolant is ejected.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that at high partial load of the internal combustion engine from the spray nozzles ( 9a . 9b ) Coolant ( 10 ) is injected alternately and with temporal overlap.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that at full load of the internal combustion engine or in a map range of the internal combustion engine, in which the need for maximum cooling of the internal combustion engine, at least from the spray nozzle ( 9a ), which has a larger outlet cross-section than the other spray nozzle ( 9b ), continuously coolant ( 10 ) and from the other spray nozzle ( 9b ) temporarily or continuously also coolants ( 10 ) is ejected, wherein in the ejection from the other spray nozzle ( 9b ) a reverse current in the cooling channel ( 2 ) is generated, by means of which the amount of coolant in the cooling channel ( 2 ) and by means of which the leakage of coolant ( 10 ) from the cooling channel ( 2 ) is reduced or prevented.

Piston ( 1 ) an internal combustion engine, in which a radially encircling cooling channel ( 2 ) spaced from a piston head ( 3 ) as well as to a ring field ( 4 ) and the cooling channel ( 2 ) at least two openings ( 8a . 8b . 15 ) through which a coolant ( 10 ), wherein the cooling channel ( 2 ) with at least two spray nozzles ( 9a . 9b ), the coolant ( 10 ), characterized in that the amount of coolant in the cooling channel ( 2 ) with the help of the spray nozzles ( 9a . 9b ) is adjustable.

Piston ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the spray nozzles ( 9a . 9b ) each have an ejection opening ( 11a . 11b ), each having a same or different outlet cross-section.

Piston ( 1 ) according to one of claims 11 or 12, characterized in that in each case the ejection opening ( 11a . 11b ) of a spray nozzle ( 9a . 9b ) on each one opening ( 8a . 8b ) of the cooling channel ( 2 ) is aligned.

Piston ( 1 ) according to one of claims 11 to 13, characterized in that a central axis ( 13a . 13b ) of the ejection opening ( 11a . 11b ) of the spray nozzle ( 9a . 9b ) to a central axis ( 12a . 12b ) of the opening ( 8a . 8b ) is aligned parallel or at an angle.

Piston ( 1 ) according to one of claims 11 to 14, characterized in that the exiting amount of coolant ( 10 ) from the respective spray nozzle ( 9a . 9b ) is variable by means of magnetism, in particular by means of a solenoid valve.

Piston ( 1 ) according to one of claims 11 to 15, characterized in that the openings ( 8a . 8b ) are adjacent.

Piston ( 1 ) according to one of claims 11 to 16, characterized in that the cooling channel ( 2 ) between the openings ( 8a . 8b ) a footbridge ( 14 ), wherein the web ( 14 ) a cross-section (Q) of the radially encircling cooling channel ( 2 ) and thus the radial circulation of the cooling channel ( 2 ) limits or interrupts.

Piston ( 1 ) according to one of claims 11 to 17, characterized in that two openings ( 8a . 8b ) of the cooling channel ( 2 ) are adjacent and these two openings ( 8a . 8b ) for the passage of coolant ( 10 ), in particular the inflow of coolant ( 10 ) in the cooling channel ( 2 ), and at least one further opening ( 15 ) for the discharge of coolant ( 10 ) from the cooling channel ( 2 ) is designed.

Piston cooling system for an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine at least one piston ( 1 ) with a radially encircling cooling channel ( 2 ), wherein the cooling channel ( 2 ) at least two openings ( 8a . 8b . 15 ) for the passage of coolant ( 10 ), and the piston cooling system at least two spray nozzles ( 9a . 9b ), wherein the cooling channel ( 2 ) with the spray nozzles ( 9a . 9b ) and the spray nozzles ( 9a . 9b ) Coolant ( 10 ), characterized in that the piston cooling system according to one of claims 1 to 10, the piston ( 1 ) cools.