DE102012103193A1 - Kolben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Kolben einer Brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102012103193A1
DE102012103193A1 DE102012103193A DE102012103193A DE102012103193A1 DE 102012103193 A1 DE102012103193 A1 DE 102012103193A1 DE 102012103193 A DE102012103193 A DE 102012103193A DE 102012103193 A DE102012103193 A DE 102012103193A DE 102012103193 A1 DE102012103193 A1 DE 102012103193A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piston
diameter
radius
edge
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102012103193A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102012103193B4 (de
Inventor
Robert Böwing
Steffen Gruber
Manfred Rapp
Gustav Schaller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Energy Solutions GmbH
Original Assignee
MWM GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=48236845&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE102012103193(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by MWM GmbH filed Critical MWM GmbH
Priority to DE102012103193.2A priority Critical patent/DE102012103193B4/de
Priority to US14/391,371 priority patent/US20150068487A1/en
Priority to CN201380019709.XA priority patent/CN104428508A/zh
Priority to PCT/EP2013/001088 priority patent/WO2013152871A1/en
Priority to AT91482013A priority patent/AT514638A5/de
Publication of DE102012103193A1 publication Critical patent/DE102012103193A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102012103193B4 publication Critical patent/DE102012103193B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0636—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space having a substantially flat and horizontal bottom
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0621—Squish flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/26—Pistons  having combustion chamber in piston head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben 1 einer Brennkraftmaschine und eine Verwendung desselben für einen Otto-Motor mit externer Gemischbildung mit einem eine Mittelachse M aufweisenden Kolbenmantel 1.1 und einem den Kolbenmantel 1.1 nach oben begrenzenden Kolbenboden 2 mit einem Durchmesser D, wobei der Kolbenboden 2 gebildet ist aus einem Kolbenbodenrand 2.1 der Breite b und einer Kolbenmulde 2.2 mit einer Tiefe t, wobei die Kolbenmulde 2.2 als Topfmulde ausgebildet ist und einen Kolbenmuldenboden 3 sowie eine daran angrenzende Kolbenmuldenwand 4 mit einem maximalen Durchmesser d4 aufweist, wobei die Kolbenmulde 2.2 einen symmetrisch zur Mittelachse M ausgerichteten Öffnungsquerschnitt A mit einem minimalen Durchmesser da aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser d4 und durch den verkleinerten Durchmesser da eine als Nase ausgebildete Strömungsabriss-Kante 5 im Bereich des Öffnungsquerschnitts A gebildet ist, wobei die Nase 5 in radialer Richtung über die Kolbenmuldenwand 4 nach innen hervorsteht.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem eine Mittelachse M aufweisenden Kolbenmantel und einem den Kolbenmantel nach oben begrenzenden Kolbenboden mit einem Durchmesser D, wobei der Kolbenboden gebildet ist aus einem Kolbenbodenrand der Breite b und einer Kolbenmulde mit einer Tiefe t, wobei die Kolbenmulde als Topfmulde ausgebildet ist und einen Kolbenmuldenboden sowie eine daran angrenzende Kolbenmuldenwand mit einem Durchmesser d4 aufweist und die Kolbenmulde einen symmetrisch zur Mittelachse M ausgerichteten Öffnungsquerschnitt A mit einem Durchmesser da aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser d4 und durch den verkleinerten Durchmesser da eine als Nase ausgebildete Strömungsabriss-Kante im Bereich des Öffnungsquerschnitts A gebildet ist, wobei die Nase in radialer Richtung über die Kolbenmuldenwand nach innen hervorsteht.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Verwendung eines Kolbens mit einer Mittelachse M und einem Kolbenboden, der gebildet ist aus einem Kolbenbodenrand und einer Kolbenmulde, wobei die Kolbenmulde als Topfmulde ausgebildet ist und eine an einen Kolbenmuldenboden angrenzende Kolbenmuldenwand mit einem maximalen Durchmesser d4 aufweist.
  • Aus der DE 33 02 427 C2 ist ein Kolben für einen Dieselmotor mit einer topfförmigen Kolbenmulde bekannt. Im Übergangsbereich zwischen dem Öffnungsquerschnitt und der weiteren Kolbenmuldenwand ist eine scharfe Kante vorgesehen.
  • Eine ähnliche Ausbildung ist aus der DE 31 15 933 A1 auch für Dieselmotoren bekannt, wobei der die Kante aufweisende Bundsteg ein Verwirbeln innerhalb der Kolbenmulde hervorruft, das dem an der Wand aufsteigenden Kraftstoff entgegenwirkt.
  • Beim Otto-Gasmotor werden Kolben mit verschiedenen Kolbenmuldenformen eingesetzt. In der Regel wird zwischen den folgenden, üblichen Varianten unterschieden:
    • • Kolben mit dachförmigem Kolbenboden. Der Kolbenboden ist für Brennverfahren mit gasgespülter Vorkammer so gestaltet, dass die Fackelstrahlen möglichst spät auf die Brennraumwände treffen.
    • • Kolben mit wannenförmigem Kolbenboden. Der Kolbenboden ist so gestaltet, dass eine einlassseitig generierte Tumbleströmung erhalten bleibt.
    • • Kolben mit Omega-Kolbenmulde. Der Kolbenboden ist für den Dieselbetrieb für optimale Direkteinspritzung ausgelegt und wird unverändert auch beim Gas-Ottomotor eingesetzt. Letzteres aus Kostengründen und der Einfachheit halber, jedoch ungeachtet eines wohlmöglich schlechteren Verbrennungsverlaufs.
    • • Kolben mit Topf-Kolbenmulde und geraden Kolbenmuldenwänden. Der Kolbenboden ist so gestaltet, dass zwischen Kolbenrand und Zylinderkopf eine Quetschströmung (Squish-Strömung) in radialer Richtung entsteht. Außerdem wird die Drallströmung in der zylindrischen Topf-Kolbenmulde verstärkt.
  • Für Motoren mit Drall-Einlasskanälen und Kammerkerzen sind Kolben mit Topf-Kolbenmulden sehr gut geeignet. Während des Kompressionstaktes wird das Gemisch über dem Kolbenbodenrand (Squish-Rand) des Kolbens in die Topf-Kolbenmulde verdrängt. Während des Expansionstaktes wird das Gemisch wieder aus der Topf-Kolbenmulde gesaugt. Dieser Vorgang führt, insbesondere in der Nähe des oberen Totpunkts zu starken Quetsch-Strömungen.
  • Ergänzend zu der Quetsch-Strömung führt die Topf-Kolbenmulde auch zu einer Beschleunigung der einlassseitig generierten Drallströmung. Aufgrund der Drehimpulserhaltung erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit der Drallströmung, wenn das Gemisch nach innen in die Topf-Kolbenmulde verdrängt wird.
  • Damit eine starke Quetsch-Strömung erzeugt werden kann, sollte der Öffnungsquerschnitt A der Kolbenbodenmulde möglichst gering sein. Diese Forderung führt jedoch zu tiefen Mulden, die aus Festigkeits- und Platzgründen nur schwer realisiert werden können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenboden für einen Motor derart auszubilden und anzuordnen, dass eine verbesserte Verbrennung gewährleistet ist.
  • Der Aufgabenstellung liegen Überlegungen zugrunde, die Kolbenmulde so zu entwickeln, dass die Quetsch-Strömung zu einem möglichst hohen Anteil in Turbulenz umgewandelt wird. Bei Gasmotoren mit externer Gemischbildung waren die Einflussfaktoren hierzu aber nicht bekannt.
  • Die im Stand der Technik bekannten Kanten am Rand der Kolbenmulde stehen aber zu weit hervor. Daher werden sie relativ heiß, was insbesondere bei Gasmotoren zu Frühzündungen führen kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass ein Übergang zwischen dem Kolbenbodenrand und der Strömungsabriss-Kante durch einen Radius Ro gebildet ist und die Strömungsabriss-Kante innerhalb einer Grenzzone g zwischen der Nase und der Kolbenmuldenwand ein Radius Ru aufweist, wobei zwischen dem Radius Ro und dem Radius Ru ein tangentialer Übergang vorgesehen ist. Hierdurch ist ein stetiger Verlauf der Oberfläche der Strömungsabriss-Kante gegeben, der eine ausreichende Kühlung derselben gewährleistet. Insbesondere bei einem Otto-Motor oder einem Gasmotor auf Otto-Basis, wird somit eine verfrühte Zündung aufgrund einer zu heißen Strömungsabriss-Kante, mithin ein Klopfen des Motors verhindert.
  • An dieser Abrisskante erfolgt zudem ein definierter Strömungsabriss, der die Turbulenz im Brennraum erhöht. Die erhöhte Turbulenz führt zu einer beschleunigten Verbrennung und zu einem schnelleren und besseren Ausbrand in der Kolbenmulde. Dadurch erhöhen sich der Wirkungsgrad und der Klopfabstand des Motors. Zudem geht mit der Ausbildung der Abrisskante ein vergrößerter Durchmesser dm der Kolbenmulde bei gleichbleibender Breite b des Kolbenbodenrandes einher, sodass bei konstantem Volumen der Kolbenmulde die Tiefe t der Kolbenmulde reduziert werden kann.
  • Der Durchmesser D des Kolbenbodens entspricht dabei dem Kolbendurchmesser. Der Kolbendurchmesser entspricht ebenfalls dem Durchmesser da des Öffnungsquerschnitts A der Kolbenmulde zuzüglich der zweifachen Breite b des Kolbenbodenrandes.
  • Das Verhältnis von dem Durchmesser da des Öffnungsquerschnitts A zu dem Durchmesser D des Kolbenbodens bzw. des Kolbendurchmessers erfüllt vorzugsweise folgende Bedingung: d/D = 0,4–0,6.
  • Das Verhältnis von der Tiefe t der Kolbenmulde zu dem Durchmesser D des Kolbenbodens bzw. des Kolbendurchmessers erfüllt vorzugsweise folgende Bedingung: t/D = 0,15–0,35.
  • Gelöst wird die Aufgabe auch durch Verwendung eines eingangs beschriebenen Kolbens, bei dem die Kolbenmulde einen symmetrisch oder koaxial zur Mittelachse M ausgerichteten Öffnungsquerschnitt A mit einem Durchmesser da aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser d4 und durch den verkleinerten Durchmesser da eine als Nase ausgebildete Strömungsabriss-Kante im Bereich des Öffnungsquerschnitts A gebildet ist, wobei die Nase in radialer Richtung über die Kolbenmuldenwand nach innen hervorsteht für einen Otto-Motor mit externer Gemischbildung. Nach dem Stand der Technik war die Strömungsabriss-Kante vorgesehen, um das Mischen des eingespritzten Diesels mit der Verbrennungsluft zu verbessern. Im Falle eines Gasmotors mit externer Gemischbildung ist dieses Mischen von Kraftstoff und Verbrennungsluft nicht mehr notwendig. Eine Strömungsabriss-Kante, wie sie im Stand der Technik für Dieselmotoren beschrieben wird, ist also für einen Gasmotor mit externer Gemischbildung nicht notwendig.
  • Bei der Verwendung eines solchen Kolbens für einen Gasmotor mit externer Gemischbildung kann es ebenfalls vorteilhaft sein, wenn ein Übergang zwischen dem Kolbenbodenrand und der Strömungsabriss-Kante durch einen Radius Ro gebildet ist und die Strömungsabriss-Kante innerhalb einer Grenzzone g zwischen der Nase und der Kolbenmuldenwand einen Radius Ru aufweist, wobei zwischen dem Radius Ro und dem Radius Ru ein tangentialer Übergang vorgesehen ist.
  • Vorteilhaft kann es beim Motor, wie auch bei der Verwendung sein, wenn die Kolbenmuldenwand mit der Mittelachse M einen Winkel α einschließt, wobei der Winkel α über mindestens 50% der Tiefe t der Kolbenmulde
    • a) für eine zum Kolbenmuldenboden hin auf weitende Kolbenmulde nicht größer als 4° bis 7° ist oder
    • b) für eine zum Kolbenmuldenboden (3) hin verjüngende Kolbenmulde nicht kleiner als 13° bis 17° ist. Die Kolbenmulde ist topfähnlich, d. h. mit einer relativ steilen Kolbenmuldenwand ausgestaltet, sodass zwar die gewünschten Turbulenzen erreicht werden. Einer Tumbleströmung, wie sie durch flache Kolbenmulden begünstigt wird, soll aber gerade entgegengewirkt werden. Zudem ist auch keine flachere Anstellung der Kolbenmuldenwand aufgrund von einer Kraftstoffstrahleinspritzrichtung notwendig, weil der Kolben für einen Otto-Motor mit externer Gemischbildung ausgestaltet ist.
  • Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das Verhältnis von dem Radius Ru zu dem Durchmesser D folgende Bedingung erfüllt: W1 <= Ru/D <= W2, mit 0,04 <= W1 <= 0,06 oder W1 = 0,05 und 0,19 <= W2 <= 0,21 oder W2 = 0,2. Der Radius Ru sollte nicht zu groß sein, damit ein definierter Strömungsabriss entsteht. Der Radius Ru sollte auch nicht zu klein sein, damit die Strömungsabriss-Kante nicht zu heiß wird.
  • Vorteilhaft kann es auch sein, wenn im Bereich der Kolbenmuldenwand zwischen 3 mm bis 10 mm bzw. zwischen 0,02 D und 0,05 D unterhalb des Radius da der Durchmesser d4 um ein Maß M1 größer ist als der Durchmesser da, mit 2 mm <= M1 <= 6 mm bzw. 0,01 D <= M1 <= 0,05 D. Dies gewährleistet wiederrum einen ausreichend großen Gradienten für die Strömungsablenkung zwecks Einbringung eines ausreichenden Maßes an Turbulenz.
  • Von Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung auch sein, wenn das Verhältnis von dem Radius Ro zu dem Durchmesser D folgende Bedingung erfüllt: W3 <= Ro/D <= W4, mit 0,005 <= W3 <= 0,015 oder W3 = 0,01 und 0,02 <= W4 <= 0,04 oder W4 = 0,03. Der Radius Ro sollte die zwischen der Kolbenmulde und dem Kolbenbodenrand wechselnde Quetsch-Strömung ausreichend unterstützen. Der Radius Ro sollte nicht zu groß sein, damit ein definierter Strömungsabriss entsteht. Der Radius Ro sollte auch nicht zu klein sein, damit die Strömungsabriss-Kante nicht zu heiß wird.
  • Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn das Verhältnis von dem Durchmesser da zu dem Durchmesser d4 folgende Bedingung erfüllt: W5 <= da/d4 <= W6,
    mit 0,7 <= W5 <= 0,9 oder W5 = 0,8 und 0,9 <= W6 <= 1,0 oder W6 = 0,98. Die Verjüngung der Öffnung der Kolbenmulde sollte ausreichend groß sein, damit ein ausreichend großer Gradient für die Strömungsablenkung gewährleistet ist.
  • Gelöst wird die Aufgabe auch durch einen Motorblock eines Otto-Motors mit interner oder externer Gemischbildung mit einem darin geführten Kolben, wie vorstehend beschrieben. Das Klopfen des Otto-Motors wird durch die Vermeidung einer zu heißen Strömungsabriss-Kante verhindert.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
  • 1 eine Teilschnittdarstellung des Kolbens mit Kolbenmulde;
  • 2 eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform;
  • 3 eine Prinzipskizze eines Motorblocks.
  • Ein in 1 dargestellter Kolben 1 weist einen Kolbenmantel 1.1 und einem den Kolbenmantel 1.1 nach oben begrenzenden Kolbenboden 2 mit einem Kolbendurchmesser D auf, wobei der Kolbenboden 2 gebildet ist aus einem Kolbenbodenrand 2.1 und einer an den Kolbenbodenrand 2.1 nach innen anschließenden Kolbenmulde 2.2. Sowohl die Kolbenmulde 2.2 als auch der Kolbenbodenrand 2.1 sind koaxial zu einer Mittelachse M des Kolbens 1 ausgerichtet.
  • Die Kolbenmulde 2.2 weist eine Tiefe t und einen Öffnungsquerschnitt A mit einem Durchmesser da auf. Die Kolbenmulde 2.2 bzw. eine Kolbenmuldenwand 4 weist einen etwas vergrößerten Durchmesser d4 auf, sodass, ausgehend vom Öffnungsquerschnitt A, eine umlaufende Strömungsabriss-Kante 5 gebildet ist.
  • Die Kolbenmulde 2.2 ist somit gebildet aus der Strömungsabriss-Kante 5, die an die Strömungsabriss-Kante 5 angrenzende Kolbenmuldenwand 4 sowie den an die Kolbenmuldenwand 4 angrenzenden Kolbenmuldenboden 3.
  • Die Strömungsabriss-Kante 5 weist im Übergangsbereich zum Kolbenbodenrand 2.1 einen oberen Radius Ro von 3 mm auf. Nach unten hin, innerhalb einer Grenzzone g zwischen der Strömungsabriss-Kante 5 und der Kolbenmuldenwand 4 wird die Strömungsabriss-Kante 5 begrenzt durch einen unteren Radius Ru von etwa 10 mm.
  • Die Kolbenmuldenwand 4 ist mit Bezug zur Mittelachse M um einen Winkel α von etwa 5 Grad. Die Kolbenmuldenwand 4 bzw. deren Durchmesser d4 nimmt, ausgehend vom Öffnungsquerschnitt A, nach unten hin stetig zu und besitzt am unteren Ende besagten Durchmesser d4.
  • Das Verhältnis von Ro zu D beträgt etwa 0,02. Das Verhältnis von Ru zu D beträgt etwa 0,1. Das Verhältnis von da zu d4 beträgt etwa 0,9.
  • Nach Ausführungsbeispiel 2 ist die Anstellung der Kolbenmuldenwand 4 positiv, d. h. die Kolbenmuldenwand 4 bzw. deren Durchmesser d4 verjüngt sich, ausgehend vom Öffnungsquerschnitt A. Der Winkel α zwischen der Kolbenmuldenwand 4 und der Mittelachse M ist auch wesentlich größer und beträgt etwa 15 Grad.
  • Durch die Ausbildung der vorstehend beschriebenen Strömungsabriss-Kante 5, ist eine Breite b des Kolbenrandes 2.1 etwas größer ausgebildet als im Falle des Nichtvorliegens einer solchen Strömungsabriss-Kante 5. Dies wiederum begründet eine etwas erhöhte Quetschströmung zwischen dem Bereich oberhalb des Kolbenbodenrandes 2.1 und der Kolbenmulde 2.2 bei der Auf- und Abbewegung des Kolbens 1 im Zylinder. Die Quetschströmung wird nach Ausführungsbeispiel 2 durch Ventiltaschen 2.3, 2.3' im Kolbenbodenrand 2.1 leicht beeinflusst.
  • 3 zeigt im Prinzip ein Motorblock 6 mit mehreren darin enthaltenen Kolben 1, 1' gemäß einer der Ausführungsformen nach 1 und 2.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kolben
    1'
    Kolben
    1.1
    Kolbenmantel
    2
    Kolbenboden
    2.1
    Kolbenbodenrand
    2.2
    Kolbenmulde
    2.3
    Ventiltasche
    2.3'
    Ventiltasche
    3
    Kolbenmuldenboden
    4
    Kolbenmuldenwand
    5
    Strömungsabriss-Kante, Nase
    6
    Motorblock
    A
    Öffnungsquerschnitt
    b
    Breite
    d4
    Durchmesser von 4, Muldendurchmesser
    da
    Durchmesser von A
    D
    Durchmesser von 1, Kolbendurchmesser
    g
    Grenzzone
    M
    Mittelachse
    Ro
    Radius von 2.3
    Ru
    Radius von 2.3
    t
    Tiefe
    α
    Winkel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3302427 C2 [0003]
    • DE 3115933 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Kolben (1) einer Brennkraftmaschine mit einem eine Mittelachse M aufweisenden Kolbenmantel (1.1) und einem den Kolbenmantel (1.1) nach oben begrenzenden Kolbenboden (2) mit einem Durchmesser D, wobei der Kolbenboden (2) gebildet ist aus einem Kolbenbodenrand (2.1) der Breite b und einer Kolbenmulde (2.2) mit einer Tiefe t, wobei die Kolbenmulde (2.2) als Topfmulde ausgebildet ist und einen Kolbenmuldenboden (3) sowie eine daran angrenzende Kolbenmuldenwand (4) mit einem Durchmesser d4 aufweist und die Kolbenmulde (2.2) einen symmetrisch zur Mittelachse M ausgerichteten Öffnungsquerschnitt A mit einem Durchmesser da aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser d4 und durch den verkleinerten Durchmesser da eine als Nase ausgebildete Strömungsabriss-Kante (5) im Bereich des Öffnungsquerschnitts A gebildet ist, wobei die Nase (5) in radialer Richtung über die Kolbenmuldenwand (4) nach innen hervorsteht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang zwischen dem Kolbenbodenrand (2.1) und der Strömungsabriss-Kante (5) durch einen Radius Ro gebildet ist und die Strömungsabriss-Kante (5) innerhalb einer Grenzzone g zwischen der Nase (5) und der Kolbenmuldenwand (4) ein Radius Ru aufweist, wobei zwischen dem Radius Ro und dem Radius Ru ein tangentialer Übergang vorgesehen ist.
  2. Verwendung eines Kolbens (1) mit einem eine Mittelachse M aufweisenden Kolbenmantel (1.1) und einem den Kolbenmantel (1.1) nach oben begrenzenden Kolbenboden (2) mit einem Durchmesser D, wobei der Kolbenboden (2) gebildet ist aus einem Kolbenbodenrand (2.1) der Breite b und einer Kolbenmulde (2.2) mit einer Tiefe t, wobei die Kolbenmulde (2.2) als Topfmulde ausgebildet ist und einen Kolbenmuldenboden (3) sowie eine daran angrenzende Kolbenmuldenwand (4) mit einem Durchmesser d4 aufweist, und die Kolbenmulde (2.2) einen symmetrisch zur Mittelachse M ausgerichteten Öffnungsquerschnitt A mit einem Durchmesser da aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser d4 und durch den verkleinerten Durchmesser da eine als Nase ausgebildete Strömungsabriss-Kante (5) im Bereich des Öffnungsquerschnitts A gebildet ist, wobei die Nase (5) in radialer Richtung über die Kolbenmuldenwand (4) nach innen hervorsteht für einen Otto-Motor (6) mit externer Gemischbildung.
  3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang zwischen dem Kolbenbodenrand (2.1) und der Strömungsabriss-Kante (5) durch einen Radius Ro gebildet ist und die Strömungsabriss-Kante (5) innerhalb einer Grenzzone g zwischen der Nase (5) und der Kolbenmuldenwand (4) einen Radius Ru aufweist, wobei zwischen dem Radius Ro und dem Radius Ru ein tangentialer Übergang vorgesehen ist.
  4. Kolben (1) nach Anspruch 1 oder Verwendung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmuldenwand (4) mit der Mittelachse M einen Winkel α einschließt, wobei der Winkel α über mindestens 50% der Tiefe t der Kolbenmulde (2.2) a) für eine zum Kolbenmuldenboden (3) hin auf weitende Kolbenmulde (2.2) nicht größer als 4° bis 7° ist oder b) für eine zum Kolbenmuldenboden (3) hin verjüngende Kolbenmulde (2.2) nicht kleiner als 13° bis 17° ist.
  5. Kolben (1) nach Anspruch 1 oder 4 oder Verwendung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von dem Radius Ru zu dem Durchmesser D folgende Bedingung erfüllt: W1 <= Ru/D <= W2, mit 0,04 <= W1 <= 0,06 oder W1 = 0,05 und 0,19 <= W2 <= 0,21 oder W2 = 0,2.
  6. Kolben (1) nach Anspruch 1, 4 oder 5 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Kolbenmuldenwand (4) zwischen 0,02 D und 0,05 D unterhalb des Radius da der Durchmesser d4 um ein Maß M1 größer ist als der Durchmesser da, mit 0,01 D <= M1 <= 0,05 D.
  7. Kolben (1) nach Anspruch 1, 4, 5 oder 6 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von dem Radius Ro zu dem Durchmesser D folgende Bedingung erfüllt: W3 <= Ro/D <= W4, mit 0,005 <= W3 <= 0,015 oder W3 = 0,01 und 0,02 <= W4 <= 0,04 oder W4 = 0,03.
  8. Kolben (1) nach Anspruch 1, 4, 5, 6 oder 7 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von dem Durchmesser da zu dem Durchmesser d4 folgende Bedingung erfüllt: W5 <= da/d4 <= W6, mit 0,7 <= W5 <= 0,9 oder W5 = 0,8 und 0,9 <= W6 <= 1,0 oder W6 = 0,98.
  9. Otto-Motor (6) mit interner oder externer Gemischbildung mit einem darin geführten Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 4, 5, 6 oder 8.
DE102012103193.2A 2012-04-13 2012-04-13 Verwendung eines Kolbens für einen Otto-Motor mit externer Gemischbildung und Otto-Motor Active DE102012103193B4 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012103193.2A DE102012103193B4 (de) 2012-04-13 2012-04-13 Verwendung eines Kolbens für einen Otto-Motor mit externer Gemischbildung und Otto-Motor
US14/391,371 US20150068487A1 (en) 2012-04-13 2013-04-12 Piston of an internal combustion engine
CN201380019709.XA CN104428508A (zh) 2012-04-13 2013-04-12 内燃发动机的活塞
PCT/EP2013/001088 WO2013152871A1 (en) 2012-04-13 2013-04-12 Piston of an internal combustion engine
AT91482013A AT514638A5 (de) 2012-04-13 2013-04-12 Kolben einer Brennkraftmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012103193.2A DE102012103193B4 (de) 2012-04-13 2012-04-13 Verwendung eines Kolbens für einen Otto-Motor mit externer Gemischbildung und Otto-Motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012103193A1 true DE102012103193A1 (de) 2013-10-17
DE102012103193B4 DE102012103193B4 (de) 2018-05-30

Family

ID=48236845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012103193.2A Active DE102012103193B4 (de) 2012-04-13 2012-04-13 Verwendung eines Kolbens für einen Otto-Motor mit externer Gemischbildung und Otto-Motor

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150068487A1 (de)
CN (1) CN104428508A (de)
AT (1) AT514638A5 (de)
DE (1) DE102012103193B4 (de)
WO (1) WO2013152871A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3521586A1 (de) * 2018-02-01 2019-08-07 MAN Truck & Bus SE Verfahren zum betreiben eines otto-gasmotors

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160169152A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Caterpillar Inc. Engine Piston
US10400663B2 (en) * 2017-12-18 2019-09-03 Caterpillar Inc. Piston bowl for improved combustion stability
US11415041B2 (en) * 2019-09-16 2022-08-16 Woodward, Inc. Flame triggered and controlled volumetric ignition
AT17205U1 (de) * 2020-06-18 2021-09-15 Innio Jenbacher Gmbh & Co Og Kolben für Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit einem solchen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3115933A1 (de) 1981-04-22 1982-11-04 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart "selbstzuendende brennkraftmaschine mit einer rotationssymmetrischen kolbenmulde"
DE3302427C2 (de) 1983-01-26 1985-01-24 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Selbstzündende Brennkraftmaschine mit einer rotationssymmetrischen Kolbenmulde
DE3590066C2 (de) * 1984-02-15 1993-06-24 Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K., Tokio/Tokyo, Jp
DE19927479A1 (de) * 1998-06-18 1999-12-23 Avl List Gmbh Verfahren zum Betrieb einer insbesondere mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschine
US20040060537A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Zhengbai Liu Combustion chamber

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5297009A (en) * 1976-02-09 1977-08-15 Riyuuzou Tsukamoto Internal combustion engine
GB1540457A (en) * 1976-09-23 1979-02-14 Lister & Co Ltd R Piston for an internal combustion engine
DE2828237C3 (de) * 1978-06-28 1983-03-24 Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine
JPS5910734A (ja) * 1982-07-09 1984-01-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 圧縮着火式直接噴射内燃機関
JPS62113822A (ja) * 1985-11-12 1987-05-25 Nippon Clean Engine Res 内燃機関の燃焼方式
JPS631710A (ja) * 1986-06-19 1988-01-06 Nippon Clean Engine Lab Co Ltd 火花点火方式燃料噴射層状給気燃焼方式並びに多種燃料高圧縮層状燃焼機関
DE3632579A1 (de) * 1986-09-25 1988-04-07 Man Nutzfahrzeuge Gmbh Fremdgezuendete, luftverdichtende brennkraftmaschine
JPH031710A (ja) * 1989-05-30 1991-01-08 Kinseki Ltd 圧電振動子
JPH0417716A (ja) * 1990-05-09 1992-01-22 Hino Motors Ltd 燃料噴射装置
US5329902A (en) * 1991-02-02 1994-07-19 Sanshin Kogyo Kabushiki Kaisha Cylinder fuel injection type two-cycle internal combustion engine
JP3315484B2 (ja) * 1993-07-07 2002-08-19 正 村山 ディ−ゼル機関
JPH0996241A (ja) * 1995-10-02 1997-04-08 Mitsubishi Motors Corp ディーゼルエンジンの燃焼装置
JPH112128A (ja) * 1997-06-13 1999-01-06 Nippon Soken Inc 直接噴射式エンジン
JP2001227346A (ja) * 2000-02-18 2001-08-24 Honda Motor Co Ltd 燃料直噴式ディーゼルエンジン
GB2391921B (en) * 2001-04-27 2005-10-26 Gen Motors Corp Low emission fuel efficient diesel locomotive engine including a piston having a toroidal surface
US6745745B2 (en) * 2002-02-22 2004-06-08 General Motors Corporation Combustion chamber for reverse tumble spark ignition direct injection engine
US6971365B1 (en) * 2004-07-12 2005-12-06 General Motors Corporation Auto-ignition gasoline engine combustion chamber and method
US20100108044A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-06 International Engine Intellectual Property Company, Llc Combustion Chamber with Double Convex Surfaces and Double Concave Surfaces
US8683974B2 (en) * 2011-08-29 2014-04-01 Electro-Motive Diesel, Inc. Piston

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3115933A1 (de) 1981-04-22 1982-11-04 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart "selbstzuendende brennkraftmaschine mit einer rotationssymmetrischen kolbenmulde"
DE3302427C2 (de) 1983-01-26 1985-01-24 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Selbstzündende Brennkraftmaschine mit einer rotationssymmetrischen Kolbenmulde
DE3590066C2 (de) * 1984-02-15 1993-06-24 Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K., Tokio/Tokyo, Jp
DE19927479A1 (de) * 1998-06-18 1999-12-23 Avl List Gmbh Verfahren zum Betrieb einer insbesondere mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschine
US20040060537A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Zhengbai Liu Combustion chamber

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3521586A1 (de) * 2018-02-01 2019-08-07 MAN Truck & Bus SE Verfahren zum betreiben eines otto-gasmotors

Also Published As

Publication number Publication date
AT514638A2 (de) 2015-02-15
CN104428508A (zh) 2015-03-18
AT514638A5 (de) 2015-05-15
US20150068487A1 (en) 2015-03-12
DE102012103193B4 (de) 2018-05-30
WO2013152871A1 (en) 2013-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012103206B4 (de) Kolben einer Brennkraftmaschine
AT514637B1 (de) Kolben einer Brennkraftmaschine
DE102012103212A1 (de) Kolben einer Brennkraftmaschine
DE102012103193A1 (de) Kolben einer Brennkraftmaschine
DE10296726B4 (de) Diesellokomotiven-Brennkraftmaschine mit niedriger Emission und geringem Kraftstoffverbrauch, mit einem Kolben mit einer torusförmigen Fläche
DE102015012541A1 (de) Kolben für einen Gasmotor sowie Gasmotor mit einem solchen Kolben
DE102017127291A1 (de) Kolben, insbesondere für eine HPDI-Diesel-Gasbrennkraftmaschine
DE102015016920B4 (de) Brennraumstruktur für einen Motor und Verbrennungsmotor
DE2913763C2 (de) Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE102013022040A1 (de) Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine
DE102015202361A1 (de) Hubkolben-Brennkraftmaschine
DE10303721A1 (de) Motor mit Fremdzündung mit flacher Kolbenmuldengeometrie
DE102014005138A1 (de) Kolben für eine Brennkraftmaschine
DE102014002625A1 (de) Kolben für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sowie Zylinderkopf für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine
DE102015214512A1 (de) Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE102009018485A1 (de) Verbrennungskraftmaschine
DE102012011159A1 (de) Brennraum für Gegenkolbenmotoren
DE102015002131B4 (de) Anordnung mit einer Injektorvorrichtung für das Ausdüsen von Brenngas und Flüssigkraftstoff
DE202012005573U1 (de) Brennraum für Gegenkolbenmotor
DE102010044514A1 (de) Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102011101005A1 (de) Kolben für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine
DE3720865A1 (de) Luftverdichtende brennkraftmaschine, insbesondere dieselmotor
DE967269C (de) Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Einspritzung des Brennstoffes
DE10260938A1 (de) Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung
DE202016008281U1 (de) Zylinder zur Hubraumerhöhung für einen Verbrennungsmotor

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, DE

R016 Response to examination communication
R082 Change of representative

Representative=s name: KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: CATERPILLAR ENERGY SOLUTIONS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: MWM GMBH, 68167 MANNHEIM, DE

Effective date: 20140819

R082 Change of representative

Representative=s name: KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, DE

Effective date: 20140819

Representative=s name: KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, DE

Effective date: 20130417

Representative=s name: KRAMER BARSKE SCHMIDTCHEN PATENTANWAELTE PARTG, DE

Effective date: 20140819

Representative=s name: KRAMER BARSKE SCHMIDTCHEN PATENTANWAELTE PARTG, DE

Effective date: 20130417

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R026 Opposition filed against patent