DE102015004688A1 - Piston crown with injector pocket for combustion engines - Google Patents

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Hendrik Johannes LANGE
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Marius WOLFGRAMM
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Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kolbenkrone (110) für Verbrennungsmotoren mit einem Flüssigkraftstoffinjektor. Die Kolbenkrone kann eine Kolbenmantelfläche (114) und einen Kolbenboden (116), der die Kolbenmantelfläche (114) begrenzt, aufweisen. Der Kolbenboden (116) kann aus einem Kolbenbodenrand (118) und einer Kolbenbodenmulde (120) ausgebildet sein. Die Kolbenkrone (110) kann ferner eine Injektortasche (132) aufweisen, die in dem Kolbenbodenrand (118) ausgebildet ist. Die Injektortasche (132) kann in die Kolbenbodenmulde (120) über abgerundete Kanten (135, 136, 137) mit vorbestimmten Radien übergehen, und sie kann dazu ausgebildet sein, einen vergrößerten Kraftstoffjetpfad für den Flüssigkraftstoffinjektor bereitzustellen.The present disclosure relates to a piston crown (110) for internal combustion engines with a liquid fuel injector. The piston crown may have a piston skirt surface (114) and a piston crown (116) bounding the piston skirt surface (114). The piston head (116) can be formed from a piston bottom edge (118) and a piston bottom recess (120). The piston crown (110) may further include an injector pocket (132) formed in the piston bottom edge (118). The injector pocket (132) may transition into the piston bottom well (120) via rounded edges (135, 136, 137) having predetermined radii and may be configured to provide an increased fuel jet path for the liquid fuel injector.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kolbenkrone und einen Kolben für Verbrennungsmotoren.The present disclosure relates to a piston crown and a piston for internal combustion engines.

Hintergrundbackground

Kolben für Verbrennungsmotoren können ein Kolbenhemd aufweisen, das an einer Kolbenkrone und einer Kolbenstange befestigbar ist. Die Kolbenkrone begrenzt zusammen mit einem Zylinder oder einer Zylinderbuchse, in dem sich der Kolben hin und her bewegt, und dem Zylinderkopf eine Verbrennungskammer.Pistons for internal combustion engines may include a piston skirt attachable to a piston crown and a piston rod. The piston crown defines a combustion chamber together with a cylinder or cylinder liner in which the piston reciprocates and the cylinder head.

Die Kolbenkrone weist eine äußere Oberfläche auf, die an ihrem oberen Ende vom Kolbenboden begrenzt wird. Ein Kolbenbodenrand und eine Kolbenbodenmulde können den Kolbenboden ausbilden. Die Kolbenbodenmulde bildet zumindest teilweise die Verbrennungskammer.The piston crown has an outer surface which is bounded at its upper end by the piston crown. A piston bottom edge and a piston bottom recess can form the piston crown. The piston bottom recess at least partially forms the combustion chamber.

Zum Beispiel können Kolben mit verschiedensten Designs der Kolbenbodenmulde in Ottomotoren eingesetzt werden. Daher gibt es mit Bezug zu Verbrennungen mit gasförmigem Kraftstoff gespülten Vorverbrennungskammern Kolben mit dachförmigen Kolbenböden, die dazu ausgebildet sind, dass die Verbrennungsflammen so spät wie möglich gegen die Vorverbrennungskammerwände treffen. Ferner gibt es Kolben mit trogförmigen Kolbenböden, die dazu ausgebildet sind, eine beim Einlass erzeugte Tumble-Strömung aufrecht zu erhalten. Zusätzlich gibt es Kolben mit einer Omega-förmigen Kolbenbodenmulde mit einem Kolbenboden, der dazu ausgebildet ist, für den Dieselbetrieb mit einer optimierten Direkteinspritzung entworfen zu sein, und der unverändert in einem gasförmigen Kraftstoff-Ottomotor aus Kostengründen und zur Vereinfachung eingesetzt wird. Letzteres unabhängig von einer möglicherweise reduzierten Verbrennungseffizienz. Ferner gibt es topfförmige Kolbenmodenmulden, die dazu entworfen wurden, eine Quetschströmung in radialer Richtung zwischen dem Kolbenrand und dem Zylinderkopf zu erzeugen. Zusätzlich kann eine verwirbelte Strömung in der topfförmigen Kolbenbodenmulde verstärkt werden.For example, pistons can be used with a variety of designs of the piston crown in gasoline engines. Therefore, with respect to gas-fuel burned pre-combustion chamber burns, there are pistons having roof-shaped piston bottoms configured to strike the combustion flames against the pre-combustion chamber walls as late as possible. Furthermore, there are pistons with trough-shaped piston bottoms, which are designed to maintain a tumble flow generated at the inlet. In addition, there are pistons having an omega-shaped piston crown with a piston crown adapted to be designed for diesel operation with optimized direct injection and used unchanged in a gaseous fuel gasoline engine for cost and simplicity. The latter regardless of a possibly reduced combustion efficiency. Further, there are cup-shaped piston-type recesses designed to create a squish flow in the radial direction between the piston edge and the cylinder head. In addition, a swirling flow in the cup-shaped piston crown can be enhanced.

Kolben mit topfförmig geformten Kolbenbodenmulden sind gut für Motoren mit verwirbelnden Einlasskanälen und Kammerkerzen geeignet. Während des Kompressionstakts kann das Gemisch in die topfförmige Kolbenbodenmulde über den Kolbenbodenring (Quetschströmung) des Kolbens gebracht werden. Während des Arbeitstakts wird das Gemisch zurück in die topfförmige Kolbenbodenmulde gesaugt. Dieser Vorgang ergibt sehr starke Quetschströmungen, insbesondere nahe dem oberen Totpunkt.Pistons with cup-shaped piston bottom wells are well suited for engines with swirling intake ports and chamber candles. During the compression stroke, the mixture can be brought into the cup-shaped piston bottom well via the piston bottom ring (squish flow) of the piston. During the working cycle, the mixture is sucked back into the pot-shaped piston bottom mold. This process results in very strong squish flows, especially near top dead center.

Zusätzlich zur Quetschströmung führt die topfförmige Kolbenbodenmulde auch zu einer Beschleunigung der Wirbelströmung, die am Einlass erzeugt wird. Aufgrund der Impulserhaltung erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit der Wirbelströmung, wenn das Gemisch nach innen in die topfförmige Kolbenbodenmulde gebracht wird.In addition to the squish flow, the cup-shaped piston bottom well also leads to an acceleration of the turbulence generated at the inlet. Due to the conservation of momentum, the rotational velocity of the vortex flow increases as the mixture is brought inwardly into the cup-shaped piston crown.

Ferner sind Zweistoffmotoren bekannt, die entweder mit einem flüssigen Kraftstoff, wie z. B. Schweröl oder Dieselöl, oder mit einem gasförmigen Kraftstoff, wie z. B. Erdgas, betrieben werden. Während des Flüssigkraftstoffmodus wird das Verbrennungsgemisch üblicherweise mit einer Zündkerze gezündet. Während des gasförmigen Kraftstoffmodus kann das Verbrennungsgemisch durch Einspritzen einer kleinen Menge eines selbstzündenden Flüssigkraftstoffs, wie z. B. Dieselkraftstoff, der aufgrund des Drucks im Verbrennungsmotor zündet, gezündet werden. Die gezündete kleine Menge von selbstzündendem Flüssigkraftstoff zündet seinerseits das Verbrennungsgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft.Furthermore, dual-fuel engines are known, either with a liquid fuel such. As heavy oil or diesel oil, or with a gaseous fuel such. As natural gas, operated. During the liquid fuel mode, the combustion mixture is usually ignited with a spark plug. During the gaseous fuel mode, the combustion mixture may be injected by injecting a small quantity of a self-igniting liquid fuel, such as a liquid fuel. B. diesel fuel that ignites due to the pressure in the engine to be ignited. The ignited small amount of self-igniting liquid fuel in turn ignites the combustion mixture of gaseous fuel and air.

DE 10 2010 018 930 A1 offenbart einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit vier Ventilsitztaschen, die einen ruhigen Betrieb der Einlass- und Auslasstellerventile gewährleisten. DE 10 2010 018 930 A1 discloses a piston for an internal combustion engine with four valve seat pockets that ensure quiet operation of the intake and exhaust actuator valves.

DE 10 2012 103 212 A1 offenbart einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einer Kolbenbodenmulde mit einer vorbestimmten Tiefe und einer Mehrzahl von Ventilsitztaschen, von denen jede eine vorbestimmte Tiefe aufweist, wobei es eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Kolbenbodenmuldentiefe und den Ventilsitztaschentiefen gibt. DE 10 2012 103 212 A1 discloses a piston for an internal combustion engine having a piston crown with a predetermined depth and a plurality of valve seat pockets, each having a predetermined depth, wherein there is a predetermined relationship between the piston head depression depth and the valve seat pocket depths.

US 4 370 958 A offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines luftkomprimierenden selbstzündenden Motors für Flüssigkraftstoff. Ein darin offenbarter Kolben weist eine Verbrennungskammervertiefung auf. Der Motor weist eine erste Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von sauerstoffaufweisenden Kraftstoff auf, der schwer zu zünden ist, und eine zweite Einspritzvorrichtung zum Einspritzen, die dazu bereit ist, su zünden, sowas wie z. B. Dieselkraftstoff. Damit der Einspritzstrom in die Verbrennungskammervertiefung ungehindert für jede Kurbelwinkelstellung eintreten kann, hat der Kolbenboden oder die -krone eine Vertiefung im Bereich der ersten Einspritzvorrichtung. US 4,370,958 A discloses a method of operating an air compressing auto-ignition engine for liquid fuel. A piston disclosed therein has a combustion chamber cavity. The engine has a first injector for injecting oxygen-containing fuel, which is difficult to ignite, and a second injector for injecting, which is ready to ignite, such as such. B. diesel fuel. In order for the injection flow into the combustion chamber cavity to occur unhindered for each crank angle position, the piston crown or crown has a depression in the region of the first injection device.

Die vorliegende Offenbarung ist darauf ausgerichtet, zumindest teilweise einen oder mehrere Aspekte früherer Systeme zu verbessern oder zu überwinden.The present disclosure is directed to at least partially alleviate or overcome one or more aspects of prior systems.

Zusammenfassung der Offenbarung Summary of the Revelation

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Kolbenkrone für Verbrennungsmotoren mit einem Flüssigkraftstoffinjektor offenbart, der von einer Zylinderachse entfernt und mit einem vorbestimmten Winkel zur Zylinderachse angeordnet ist. Der Flüssigkraftstoffinjektor kann dazu ausgebildet sein, eine vorbestimmte Menge von Flüssigkraftstoff entlang eines Kraftstoffjetpfades einzuspritzen. Die offenbarte Kolbenkrone kann eine Kolbenmantelfläche mit einer zentralen Achse und einen Kolbenboden, der die Kolbenmantelfläche begrenzt, aufweisen. Der Kolbenboden kann mit einem Kolbenbodenrand und einer Kolbenbodenmulde geformt sein. Die offenbarte Kolbenbodenkrone kann ferner eine Injektortasche aufweisen, die in dem Kolbenbodenrand geformt ist. Die Injektortasche kann in die Kolbenbodenmulde übergehen, und sie kann dazu ausgebildet sein, einen vergrößerten Kraftstoffjetpfad für den Flüssigkraftstoffinjektor bereitzustellen. Die Injektortasche kann in die Kolbenbodenmulde über abgerundete Kanten mit vorbestimmten Radien übergehen.According to one aspect of the present disclosure, a piston crown for internal combustion engines is disclosed with a liquid fuel injector removed from a cylinder axis and disposed at a predetermined angle to the cylinder axis. The liquid fuel injector may be configured to inject a predetermined amount of liquid fuel along a fuel jet path. The disclosed piston crown may have a piston skirt surface with a central axis and a piston crown defining the piston skirt surface. The piston head may be formed with a piston bottom edge and a piston bottom recess. The disclosed piston crown may further include an injector pocket formed in the piston bottom edge. The injector pocket may transition into the piston bottom well and may be configured to provide an increased fuel jet path for the liquid fuel injector. The injector pocket may transition into the piston bottom well via rounded edges having predetermined radii.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Kolben für Verbrennungsmotoren offenbart. Der Kolben kann ein Kolbenhemd und eine Kolbenkrone gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweisen. Die Kolbenkrone kann am Kolbenhemd befestigt sein.In another aspect of the present disclosure, a piston for internal combustion engines is disclosed. The piston may include a piston skirt and a piston crown according to the present disclosure. The piston crown can be attached to the piston skirt.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine Draufsicht auf eine Kolbenkrone eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor. 1 shows a plan view of a piston crown of a piston for an internal combustion engine.

2 zeigt eine Schnittansicht durch den Kolben entlang der Linie II-II der 1. 2 shows a sectional view through the piston along the line II-II of 1 ,

3 zeigt eine weitere Schnittansicht durch einen Kolben mit einem weiteren Design einer Injektortasche. 3 shows a further sectional view through a piston with another design of an injector pocket.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gegeben. Die hierin beschriebenen und in den Figuren gezeigten beispielhaften Ausführungsformen sollen die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung lehren, um dem Fachmann die Implementierung und die Verwendung der vorliegenden Offenbarung in vielen verschiedenen Umgebungen und für viele verschiedene Anwendungen zu ermöglichen. Daher sind die beispielhaften Ausführungsformen nicht dazu gedacht, und sollten auch nicht dahingehend betrachtet werden, eine begrenzende Beschreibung des Umfangs des Patentschutzes darzustellen. Stattdessen soll der Umfang des Patentschutzes durch die beiliegenden Patentansprüche definiert werden.The following is a detailed description of exemplary embodiments of the present disclosure. The exemplary embodiments described herein and shown in the drawings are intended to teach the principles of the present disclosure to enable one skilled in the art to implement and use the present disclosure in a variety of environments and for many different applications. Therefore, the exemplary embodiments are not intended to and should not be considered as a limiting description of the scope of the patent protection. Instead, the scope of patent protection should be defined by the appended claims.

Gemäß der vorliegenden Offenbarung bedeutet eine nach außen gekrümmte Oberfläche mit Bezug auf einer Referenzachse betrachtet in einer Referenzebene senkrecht zur Referenzachse, dass die Oberfläche im Wesentlichen konvex ist, wenn sie von der Referenzachse in der Referenzebene betrachtet wird. Im Gegensatz dazu bedeutet eine nach innen gekrümmte Oberfläche mit Bezug auf eine Referenzachse betrachtet in einer Ebene senkrecht zur Referenzachse, dass die Oberfläche im Wesentlichen konkav ist, wenn sie von der Referenzachse in der besagten Referenzebene betrachtet wird.According to the present disclosure, an outwardly curved surface, with respect to a reference axis in a reference plane perpendicular to the reference axis, means that the surface is substantially convex when viewed from the reference axis in the reference plane. In contrast, an inwardly curved surface with respect to a reference axis viewed in a plane perpendicular to the reference axis means that the surface is substantially concave when viewed from the reference axis in said reference plane.

Gemäß der vorliegenden Offenbarung beschreibt eine Tasche eine in einem Körper ausgebildete Vertiefung. Die Tasche hat eine Seitenoberfläche und eine Bodenoberfläche, die die Seitenoberfläche begrenzt. Die Bodenoberfläche der Tasche kann in jeder geeigneten Art und Form vorgesehen sein. Zum Beispiel kann die Bodenoberfläche plan, teilweise gekrümmt, teilweise schräg zur seitlichen Oberfläche sein, oder sie kann jede andere geeignete Form aufweisen.According to the present disclosure, a pocket describes a depression formed in a body. The bag has a side surface and a bottom surface that limits the side surface. The bottom surface of the bag may be provided in any suitable manner and shape. For example, the bottom surface may be planar, partially curved, partially oblique to the side surface, or may have any other suitable shape.

Die vorliegende Offenbarung kann zum Teil auf der Erkenntnis basieren, dass das Vorsehen einer Injektortasche in einem Kolbenboden einer Kolbenkrone mit abgerundeten Kanten einen Kraftstoffjetpfad für Flüssigkraftstoff, welcher von einem Flüssigkraftstoffinjektor eingespritzt wird, vergrößern kann. Zusätzlich kann durch Vorsehen von abgerundeten Kanten an den Übergängen zwischen der Injektortasche und der Kolbenbodenmulde eine zumindest teilweise von einer Kolbenbodenmulde und der Injektortasche geformte Verbrennungskammer vorgesehen sein, die die Strömungslinien des Verbrennungsgemischs, wie z. B. ein Gemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft, welches durch Einspritzen eines Zündkraftstoffs gezündet wurde, glatt führt. Insbesondere hat die Verbrennungskammer eine im Wesentlichen konvexe Form mit wenigen Hinterschneidungen. Zusätzlich können die Kanten an den Übergängen zwischen der Injektortasche und dem Kolbenbodenrand und zwischen der Kolbenbodenmulde und dem Kolbenbodenrand mit Rundungen und/oder Anschrägungen für ein weiteres Glätten der Verbrennungskammer versehen sein.The present disclosure may be based in part on the insight that providing an injector pocket in a piston crown of a piston crown having rounded edges may increase a fuel jet path for liquid fuel injected by a liquid fuel injector. In addition, by providing rounded edges at the junctions between the injector pocket and the piston crown, a combustion chamber formed at least partially by a piston bottom cavity and the injector pocket may be provided which communicates the combustion lines of the combustion mixture, such as air. As a mixture of gaseous fuel and air, which was ignited by injecting a pilot fuel, smooth leads. In particular, the combustion chamber has a substantially convex shape with few undercuts. In addition, the edges at the junctions between the injector pocket and the piston bottom edge and between the piston bottom recess and the piston bottom edge may be provided with curves and / or bevels for further smoothing of the combustion chamber.

Durch Vorsehen einer glatten und im Wesentlichen konvexen Verbrennungskammer können jedwede Turbulenzen und Verwirbelungen, die von scharfen Kanten beeinträchtigt werden würden, reduziert werden, was zu einem homogeneren Verbrennungsgemisch in der Verbrennungskammer führen kann. Entsprechend können Emissionen reduziert und die Effizienz des Verbrennungsvorgangs verbessert werden.By providing a smooth and substantially convex combustion chamber, any turbulence and turbulence that would be affected by sharp edges can be reduced, which can lead to a more homogeneous combustion mixture in the combustion chamber. Accordingly, emissions can be reduced and the efficiency of the combustion process improved.

Ein beispielhafter Kolben 100 für Verbrennungsmotoren wird in den 1 und 2 gezeigt. Der Kolben 100 weist eine Kolbenkrone 110 und ein Kolbenhemd 140 auf. Die Kolbenkrone 110 ist entfernbar an dem Kolbenhemd 140 mit mindestens einer Schraube 102 angebracht. Der Kolben 100 ist dazu ausgebildet, in einem Zylinder oder einer Zylinderbuchse eines Verbrennungsmotors hin und her geführt zu werden. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor ein gasförmiger Kraftstoff-Ottomotor, ein Dieselmotor, ein mit Flüssigkraftstoff und gasförmigem Kraftstoff betreibbarer Zweistoffmotor und ein mit z. B. Schweröl, Dieselkraftstoff oder gasförmigem Kraftstoff betreibbarer Dreistoffmotor sein. An exemplary piston 100 for internal combustion engines is in the 1 and 2 shown. The piston 100 has a piston crown 110 and a piston shirt 140 on. The piston crown 110 is removable on the piston skirt 140 with at least one screw 102 appropriate. The piston 100 is adapted to be guided in a cylinder or a cylinder liner of an internal combustion engine back and forth. For example, the internal combustion engine may include a gaseous fuel gasoline engine, a diesel engine, a dual-fuel engine operable with liquid fuel and gaseous fuel, and an engine having e.g. B. heavy oil, diesel fuel or gaseous fuel operable ternary engine.

Die Kolbenkrone 110 weist eine Kolbenmantelfläche 114, die sich umlaufend um eine zentrale Achse 112 erstreckt, und einen Kolbenboden 116, der die Kolbenmantelfläche 114 an seiner Oberseite begrenzt, auf. Der Kolbenboden 116 ist aus einem Kolbenbodenrand 118 und einer Kolbenbodenmulde 120 geformt, die koaxial mit Bezug zur zentralen Achse 112 angeordnet sind. Die Kolbenbodenmulde 120 weist einen Kolbenbodenmuldensteg 122, der die Kolbenbodenmulde 120 an ihrem Bodenende begrenzt, und eine Kolbenbodenmuldenwand 124 neben dem Kolbenbodenmuldensteg 122 auf. Die Kolbenbodenmulde 120 formt zumindest teilweise eine Verbrennungskammer.The piston crown 110 has a piston skirt surface 114 , which revolve around a central axis 112 extends, and a piston crown 116 , the piston skirt surface 114 bounded on its top, on. The piston bottom 116 is from a piston bottom edge 118 and a piston bottom tray 120 shaped coaxially with respect to the central axis 112 are arranged. The piston bottom recess 120 has a Kolbenbodenmuldensteg 122 holding the piston bottom 120 bounded at its bottom end, and a piston bottom trough wall 124 next to the piston crown well web 122 on. The piston bottom recess 120 at least partially forms a combustion chamber.

Der Kolben 100 gemäß den Zeichnungen der vorliegenden Offenbarungen ist dazu ausgebildet, in einem Verbrennungsmotor mit zwei Einlasstellerventilen 12, 14 (mit gestrichelten Linien angedeutet) pro Zylinder und zwei Auslasstellerventilen 16, 18 (mit gestrichelten Linien angedeutet) pro Zylinder verwendet zu werden. Entsprechend kann in einigen Ausführungsformen der Kolbenboden 116 eine Ventilsitztascheneinheit (nicht in den Zeichnungen gezeigt) mit mindestens einer Ventilsitztasche für jedes Einlass- und Auslasstellerventil 12, 14, 16, 18 aufweisen. In einigen weiteren Ausführungsformen kann der Verbrennungsmotor mehr oder weniger als vier Tellerventile 12, 14, 16, 18 aufweisen.The piston 100 According to the drawings of the present disclosure, it is configured to be in an internal combustion engine having two inlet valve valves 12 . 14 (indicated by dashed lines) per cylinder and two Auslassstellerventilen 16 . 18 (indicated by dashed lines) to be used per cylinder. Accordingly, in some embodiments, the piston crown 116 a valve seat unit (not shown in the drawings) with at least one valve seat pocket for each inlet and outlet actuator valve 12 . 14 . 16 . 18 exhibit. In some other embodiments, the internal combustion engine may include more or less than four poppet valves 12 . 14 . 16 . 18 exhibit.

Jede Ventilsitztasche ist dazu ausgebildet, wenn der Kolben 100 am oberen Totpunkt ist, zumindest teilweise ein zugeordnetes Tellerventil 12, 14, 16, 18 aufzunehmen.Each valve seat pocket is adapted when the piston 100 at top dead center, at least partially an associated poppet valve 12 . 14 . 16 . 18 take.

Die Kolbenkrone 110 weist ferner eine Injektortasche 132 auf, die im Kolbenbodenrand 118 geformt ist. Die Injektortasche 132 geht in die Kolbenbodenmulde 120 über und ist derart ausgebildet, dass sie zumindest teilweise einen Bereich einer Verbrennungskammer formt. Wie in 1 gezeigt ist die Injektortasche 132 zentral zwischen zwei benachbarten Tellerventilen 12, 18 angeordnet. Jedoch können in weiteren Ausführungsformen die Injektortaschen 132 näher an einem der beiden benachbarten Tellerventilen 12, 18 positioniert sein.The piston crown 110 also has an injector pocket 132 on that in the piston bottom edge 118 is shaped. The injector bag 132 goes into the piston bottom recess 120 and is configured to at least partially form an area of a combustion chamber. As in 1 shown is the injector pocket 132 centrally between two adjacent poppet valves 12 . 18 arranged. However, in other embodiments, the injector pockets may be 132 closer to one of the two adjacent poppet valves 12 . 18 be positioned.

Mit Bezug zur 2 ist eine Schnittansicht des Kolbens 100 entlang einer Linie II-II der 1 gezeigt. In 2 ist ein Bereich eines Zylinderkopfes 11 (mit gestrichelten Linien angedeutet) gezeigt. Ein Hauptkraftstoffinjektor 150 (mit gestrichelten Linien angedeutet) und ein Zündkraftstoffinjektor 152 (mit gestrichelten Linien angedeutet) sind am Zylinderkopf 11 befestigt. Der Hauptkraftstoffinjektor 150 ist dazu ausgebildet, eine vorbestimmte Kraftstoffmenge, wie z. B. Schweröl, in die Verbrennungskammer, die zumindest teilweise von der Kolbenbodenmulde 120 geformt wird, einzuspritzen. Der Hauptkraftstoffinjektor 150 ist dazu ausgebildet, den Kraftstoff entlang einer Zylinderachse 10, die im Wesentlichen mit der zentralen Achse 112 ausgerichtet ist, einzuspritzen.With reference to 2 is a sectional view of the piston 100 along a line II-II of 1 shown. In 2 is an area of a cylinder head 11 (indicated by dashed lines) shown. A main fuel injector 150 (indicated by dashed lines) and a Zündkraftstoffinjektor 152 (indicated by dashed lines) are on the cylinder head 11 attached. The main fuel injector 150 is adapted to a predetermined amount of fuel, such. As heavy oil, in the combustion chamber, at least partially from the piston crown 120 is shaped to inject. The main fuel injector 150 is adapted to the fuel along a cylinder axis 10 which is essentially the central axis 112 is aimed to inject.

Der Zündkraftstoffinjektor 152 ist dazu ausgebildet, eine vorbestimmte Menge eines Kraftstoffs in die Verbrennungskammer, wie z. B. einen selbstzündenden Kraftstoff wie Dieselkraftstoff einzuspritzen. Der Zündkraftstoffinjektor 152 ist ferner dazu ausgebildet, den Zündkraftstoff entlang eines Kraftstoffjetpfads 154 (mit gestrichelten Linien angedeutet) einzuspritzen, der sich im Wesentlichen entlang einer Achse 156 erstreckt. Wie in 2 gezeigt ist die Achse 156 bezüglich der zentralen Achse 112 um einen Winkel α geneigt.The pilot fuel injector 152 is adapted to a predetermined amount of a fuel in the combustion chamber, such as. B. inject a self-igniting fuel such as diesel fuel. The pilot fuel injector 152 is further adapted to ignite the pilot fuel along a fuel jet path 154 (indicated by dashed lines) inject substantially along an axis 156 extends. As in 2 shown is the axis 156 with respect to the central axis 112 inclined by an angle α.

Um zu gewährleisten, dass die vorbestimmte Menge an von dem Zündkraftstoffinjektor 152 eingespritzten Zündkraftstoffs ungehindert in die Verbrennungskammer eintreten kann, ist die Injektortasche 132 an einer Position vorgesehen, die im Wesentlichen der Position des Zündkraftstoffinjektors 152 entspricht. Insbesondere ist die Injektortasche 132 dazu ausgebildet, einen vergrößerten Raum für den Kraftstoffjetpfad 154 vorzusehen. In der beispielhaften in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform weist die Injektortasche 132 eine seitliche Oberfläche 133 und einen im Wesentlichen planen Injektortaschensteg 134 auf, der senkrecht zur zentralen Achse 112 ist.To ensure that the predetermined amount of from the pilot fuel injector 152 injected ignition fuel can enter the combustion chamber unhindered, the injector pocket 132 provided at a position substantially the position of the pilot fuel injector 152 equivalent. In particular, the injector pocket 132 designed to increase the space for the fuel jet path 154 provided. In the exemplary in the 1 and 2 embodiment shown has the injector pocket 132 a lateral surface 133 and a substantially planar injector tab 134 up, perpendicular to the central axis 112 is.

Wie in 1 gezeigt geht die seitliche Oberfläche 133 an ihren beiden Enden in die Kolbenkronenmuldenwand 124 mit gerundeten Kanten 135, 136 über. Die gerundeten Kanten l35, 136 verbinden die Kolbenbodenmuldenwand 124 und die seitliche Oberfläche 133 glatt. Zum Beispiel können die gerundeten Kanten 135, 136 vorbestimmte Radien aufweisen.As in 1 shown is the lateral surface 133 at its two ends in the Kolbenkronenmuldenwand 124 with rounded edges 135 . 136 above. The rounded edges l35 . 136 connect the piston bottom well wall 124 and the side surface 133 smooth. For example, the rounded edges 135 . 136 have predetermined radii.

Ferner geht der Injektortaschensteg 134 in die Kolbenbodenmuldenwand 124 über eine gerundete Kante 137 über. Die gerundete Kante 137 verbindet die Kolbenbodenmuldenwand 124 und den Injektortaschensteg 134 glatt. Entsprechend geht die Injektortasche 132 in die Kolbenbodenmulde 120 über die gerundeten Kanten 135, 136, 137 mit vorbestimmten Radien über.Furthermore, the Injektortaschensteg goes 134 into the piston bottom cupboard 124 over a rounded edge 137 above. The rounded edge 137 connects the piston bottom well wall 124 and the Injektortaschensteg 134 smooth. Accordingly, the injector bag goes 132 into the piston bottom recess 120 over the rounded edges 135 . 136 . 137 with predetermined radii over.

In einer weiteren Ausführungsform kann in einer Schnittebene senkrecht zur zentralen Achse 112 eine Schnittlinie der Injektortasche 132 tangential in eine Schnittlinie der Kolbenbodenmulde 120 übergehen. Bei einer derartigen Geometrie der Injektortasche 132 mit Bezug zur Kolbenbodenmulde 120 kann gewährleistet werden, dass die Verbrennungskammer keine Hinterschneidungen aufweist und daher in einer runden und konvexen Form zur Verringerung von Turbulenzen und Verwirbelungen, die auf das Verbrennungsgemisch übergehen, vorgesehen ist. In einem derartigen Fall weist in einer Draufsicht die Injektortasche 132 zusammen mit der Kolbenbodenmulde 120 eine Nockenform auf, bei der die Injektortasche 132 die Nocke formen kann.In a further embodiment, in a sectional plane perpendicular to the central axis 112 a section line of the injector pocket 132 tangential in a section line of the piston crown 120 pass. With such a geometry of the injector pocket 132 with reference to the piston bottom recess 120 It can be ensured that the combustion chamber has no undercuts and therefore is provided in a round and convex shape to reduce turbulence and turbulence, which are transferred to the combustion mixture. In such a case, in a plan view, the injector pocket 132 together with the piston bottom recess 120 a cam shape in which the injector pocket 132 can form the cam.

Wie ferner in den 1 und 2 gesehen werden kann, weisen die Injektortasche 132 und die Kolbenbodenmulde 120 runde Kanten mit Radien R1 bis R6 auf. Die Radien R1 bis R6 können in einem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 15 mm liegen. Alternativ, anstelle eines Bereitstellens von gerundeten Kanten, können die Kanten bei den Übergängen zwischen dem Kolbenbodenrand 118, der Kolbenbodenmulde 120 und der Injektortasche 132 mit Schrägen zum Glätten der Übergänge vorgesehen werden.As further in the 1 and 2 can be seen have the injector pocket 132 and the piston bottom tray 120 round edges with radii R1 to R6. The radii R1 to R6 may range from about 5 mm to about 15 mm. Alternatively, instead of providing rounded edges, the edges at the transitions between the piston bottom edge 118 , the piston bottom recess 120 and the injector pocket 132 be provided with slopes for smoothing the transitions.

Wie in 2 gezeigt weist die Kolbenbodenmulde 120 eine Höhe h im Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 40 mm auf. Ferner weist die Injektortasche 132 eine Tiefe T im Bereich von ungefähr 10% bis ungefähr 80% der Höhe h der Kolbenbodenmulde 120 auf. Ein Verhältnis der Höhe h der Kolbenbodenmulde 120 mit Bezug zu einem Durchmesser D des Kolbenbodens 116 oder des Kolbens 100 ist im Bereich von ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,2, wobei der Durchmesser D im Bereich von ungefähr 180 mm bis ungefähr 500 mm liegt. Ein Verhältnis eines Durchmessers d der Kolbenbodenmulde 120 mit Bezug zum Durchmesser D des Kolbenbodens 116 liegt im Bereich von ungefähr 0,3 bis ungefähr 0,8. Die Radien R1 und R2 liegen in der Größe von ungefähr 10% bis ungefähr 40% des Durchmessers D des Kolbenbodens 116.As in 2 shows the piston crown 120 a height h in the range of about 5 mm to about 40 mm. Furthermore, the injector pocket 132 a depth T ranging from about 10% to about 80% of the height h of the piston crown 120 on. A ratio of the height h of the piston crown 120 with respect to a diameter D of the piston crown 116 or the piston 100 is in the range of about 0.03 to about 0.2, wherein the diameter D is in the range of about 180 mm to about 500 mm. A ratio of a diameter d of the piston crown 120 with respect to the diameter D of the piston crown 116 is in the range of about 0.3 to about 0.8. The radii R1 and R2 are in the size of about 10% to about 40% of the diameter D of the piston crown 116 ,

Die Injektortasche 132 kann ein vorbestimmtes Volumen von ungefähr 1% bis ungefähr 20% eines Volumens der Kolbenbodenmulde 120 aufweisen. In einem derartigen Fall kann die Injektortasche 132 relativ klein im Vergleich zur Kolbenbodenmulde 120 sein. Zum Beispiel kann die Injektortasche 132 ein Ausschnitt in der Kolbenbodenmuldenwand 124 zur lokalen Vergrößerung des Kraftstoffjetpfads 154 sein.The injector bag 132 may have a predetermined volume of from about 1% to about 20% of a volume of the piston crown 120 exhibit. In such a case, the injector pocket 132 relatively small in comparison to the piston bottom tray 120 be. For example, the injector pocket 132 a section in the piston bottom cupboard wall 124 for local enlargement of the fuel jet path 154 be.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Injektortasche 132. Demgemäß kann der Injektortaschensteg 134 eine Normale aufweisen, die in einem Winkel β bezüglich der zentralen Achse 112 geneigt ist. Der Winkel β kann in einem Bereich von ungefähr 1° bis ungefähr 25° liegen, wobei die Tiefe T mit Fortschreiten der Kolbenbodenmulde 120 zunimmt. Statt einen Injektortaschensteg 134 vorzusehen, der im Wesentlichen planar und/oder geneigt mit Bezug zur zentralen Achse 112 ist, kann der Injektortaschensteg 134 in einer gerundeten Form vorgesehen sein, vorzugsweise durch ein Abrunden zum Vorsehen einer konvexen Verbrennungskammer. Das heißt, dass der abgerundete Injektortaschensteg 134 nach außen mit Bezug zur zentralen Achse 112 gekrümmt ist. 3 shows a further embodiment of the injector pocket 132 , Accordingly, the Injektortaschensteg 134 have a normal at an angle β with respect to the central axis 112 is inclined. The angle β may be in a range of about 1 ° to about 25 °, the depth T with the progress of the piston crown 120 increases. Instead of an injector tab 134 to be provided, which is substantially planar and / or inclined with respect to the central axis 112 is, the injector tab can 134 be provided in a rounded shape, preferably by a rounding to provide a convex combustion chamber. That means that the rounded injector tab web 134 outward with respect to the central axis 112 is curved.

Wie zuvor beschrieben kann die Injektortasche 132 flach, konkav, konvex oder alle Kombinationen derselben sein. Die Normale des Injektortaschenstegs 134 stellt mindestens einen Abschnitt oder nur einen Punkt des Injektortaschenstegs 134 dar.As previously described, the injector pocket 132 flat, concave, convex or all combinations thereof. The normals of the injector tab 134 represents at least a portion or only one point of the injector tab web 134 represents.

Wie in den 2 und 3 gezeigt weist die Kolbenkrone 110 mindestens einen Abschnitt eines äußeren Kühlkanals 142 des Kolbens 100 und mindestens einen Abschnitt einer inneren Kühlkammer 144 des Kolbens 100 auf. Die innere Kühlkammer 144 ist mit dem äußeren Kühlkanal 142 über eine Mehrzahl von Kühlbohrungen 146 fluidverbunden. Der Abschnitt des äußeren Kühlkanals 142 ist zumindest teilweise unterhalb des Kolbenbodenrands 118 und zumindest teilweise unterhalb des Injektortaschenstegs 134 vorgesehen und dazu ausgebildet, zumindest teilweise den Kolbenbodenrand 118 und den Injektortaschensteg 134 zu kühlen. Die innere Kühlkammer 144 ist unterhalb des Kolbenbodenmuldenstegs 122 angeordnet und dazu ausgebildet, den Kolbenbodenmuldensteg 122 zu kühlen. Der äußere Kühlkanal 142 kann als äußerer Shaker, und die innere Kühlkammer 144 kann als innerer Shaker bezeichnet werden.As in the 2 and 3 shows the piston crown 110 at least a portion of an outer cooling channel 142 of the piston 100 and at least a portion of an inner cooling chamber 144 of the piston 100 on. The inner cooling chamber 144 is with the outer cooling channel 142 over a plurality of cooling holes 146 fluidly connected. The section of the outer cooling channel 142 is at least partially below the piston bottom edge 118 and at least partially below the Injektortaschenstegs 134 provided and adapted, at least partially, the piston bottom edge 118 and the injector tab 134 to cool. The inner cooling chamber 144 is below the piston crown well web 122 arranged and adapted to the Kolbenbodenmuldensteg 122 to cool. The outer cooling channel 142 Can be used as an outer shaker, and the inner cooling chamber 144 can be called an inner shaker.

In weiteren Ausführungsformen kann der äußere Kühlkanal 142 mit Kühlbohrungen vorgesehen werden, die zu einem bohrungsgekühlten Kolben führen.In further embodiments, the outer cooling channel 142 be provided with cooling holes leading to a bore cooled piston.

Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability

Zum Beispiel spritzt der Zündkraftstoffinjektor 152 während eines gasförmigen Kraftstoffmodus eines Zweistoffverbrennungsmotors eine vorbestimmte Menge an Zündkraftstoff, wie z. B. Dieselkraftstoff, in die Verbrennungskammer. Bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks in der Verbrennungskammer während des Kompressionstakts zündet der Zündkraftstoff, was anschließend ein über die Einlasstellerventile 12, 14, in die Verbrennungskammer zugeführtes Verbrennungsgemisch zündet.For example, the ignition fuel injector injects 152 during a gaseous fuel mode of a dual-fuel internal combustion engine, a predetermined amount of ignition fuel, such. As diesel fuel, in the combustion chamber. Upon reaching a predetermined pressure in the combustion chamber during the compression stroke ignites the pilot fuel, which then a on the Inlet poppet valves 12 . 14 , ignited in the combustion chamber supplied combustion mixture.

Durch Vorsehen von abgerundeten Kanten 135, 136, 137 mit vorbestimmten Radien R2 bis R6 können die Stromlinien des Verbrennungsgemisches, wie z. B. ein Gemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft, entlang den Oberflächen der Injektortasche 132 und der Kolbenbodenmulde 120 ohne Abriss geführt werden, wodurch im Wesentlichen eine laminare Strömung beibehalten wird. So würden Turbulenzen und Verwirbelungen, die durch scharfe Kanten beeinflusst werden würden, abnehmen, so dass das Verbrennungsgemisch durch das Bereitstellen von abgerundeten Kanten 135, 136, 137 homogener sein kann.By providing rounded edges 135 . 136 . 137 with predetermined radii R2 to R6, the streamlines of the combustion mixture, such as. As a mixture of gaseous fuel and air, along the surfaces of the injector pocket 132 and the piston bottom tray 120 run without demolition, whereby substantially a laminar flow is maintained. Thus, turbulence and turbulence that would be affected by sharp edges would decrease, such that the combustion mixture would decrease by providing rounded edges 135 . 136 . 137 can be more homogeneous.

Mit der beispielhaft offenbarten Kolbenkrone kann ein höheres Kompressionsverhältnis erreicht werden, wie z. B. ein Kompressionsverhältnis bis zu 20. Aufgrund der abgerundeten Kanten mit den vorbestimmten Radien können lokale Hot Spots vermieden werden und das Risiko von Klopfen kann reduziert werden, was zu einer effizienteren und vollständigeren Verbrennung führt.With the exemplified piston crown, a higher compression ratio can be achieved, such. Due to the rounded edges with the predetermined radii, local hot spots can be avoided and the risk of knocking can be reduced, resulting in more efficient and complete combustion.

Ferner kann durch Vorsehen von glatten Übergängen zwischen der Injektortasche und der Kolbenbodenmulde die optimale Verwirbelung des gasförmigen Verbrennungsgemischs nur etwas beeinflusst werden und kann im Wesentlichen seine laminare Strömung behalten. Dies kann zu einer optimierten und vollständigeren Verbrennung führen, was dann zu geringeren Eimissionen und einer höheren Verbrennungseffizienz führen kann.Further, by providing smooth transitions between the injector pocket and the piston crown, the optimal turbulence of the gaseous combustion mixture can only be somewhat affected and can essentially retain its laminar flow. This can lead to optimized and more complete combustion, which can then lead to lower emissions and higher combustion efficiency.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hierin beschrieben wurden, können Verbesserungen und Modifikationen ohne Abweichungen vom Umfang der nachfolgenden Ansprüche umgesetzt werden.Although the preferred embodiments of the invention have been described herein, improvements and modifications may be practiced without departing from the scope of the following claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 4370958 A [0010] US Pat. No. 4,370,958 A [0010]

Claims (10)

Kolbenkrone (110) für Verbrennungsmotoren mit einem Flüssigkraftstoffinjektor (152), der von einer Zylinderachse (10) beabstandet und mit einem vorbestimmten Winkel (α) bezüglich der Zylinderachse (10) angeordnet ist, wobei der Flüssigkraftstoffinjektor (152) dazu ausgebildet ist, eine vorbestimmte Menge von Flüssigkraftstoff entlang eines Kraftstoffjetpfads (154) einzuspritzen, mit einer Kolbenmantelfläche (114) mit einer zentralen Achse (112), einem die Kolbenmantelfläche (114) begrenzenden Kolbenboden (116), wobei der Kolbenboden (116) mit einem Kolbenbodenrand (118) und einer Kolbenbodenmulde (120) geformt ist, und einer Injektortasche (132), die in dem Kolbenbodenrand (118) geformt ist, wobei die Injektortasche (132) in die Kolbenbodenmulde (120) übergeht, und dazu ausgebildet ist, einen vergrößerten Kraftstoffjetpfad (154) für den Flüssigkraftstoffinjektor (152) bereitzustellen, wobei die Injektortasche (132) in den Kolbenbodenrand (120) über abgerundete Kanten (135, 136, 137) mit vorbestimmten Radien (R2, R3, R4, R5) übergeht.Piston crown ( 110 ) for internal combustion engines with a liquid fuel injector ( 152 ), which depends on a cylinder axis ( 10 ) spaced apart and at a predetermined angle (α) with respect to the cylinder axis ( 10 ), wherein the liquid fuel injector ( 152 ) is adapted to a predetermined amount of liquid fuel along a Kraftstoffjetpfads ( 154 ), with a piston skirt surface ( 114 ) with a central axis ( 112 ), the piston skirt surface ( 114 ) limiting piston crown ( 116 ), the piston crown ( 116 ) with a piston bottom edge ( 118 ) and a piston bottom trough ( 120 ) and an injector pocket ( 132 ), which in the piston bottom edge ( 118 ), wherein the injector pocket ( 132 ) in the piston bottom cavity ( 120 ), and is adapted to an enlarged fuel jet path ( 154 ) for the liquid fuel injector ( 152 ), the injector pocket ( 132 ) in the piston bottom edge ( 120 ) over rounded edges ( 135 . 136 . 137 ) merges with predetermined radii (R2, R3, R4, R5). Kolbenkrone (110) nach Anspruch 1, wobei in einer Schnittebene senkrecht zu der zentralen Achse (112) eine Schnittlinie der Injektortasche (132) tangential in eine Schnittlinie der Kolbenbodenmulde (120) übergeht.Piston crown ( 110 ) according to claim 1, wherein in a sectional plane perpendicular to the central axis ( 112 ) a section line of the injector pocket ( 132 ) tangentially in a line of intersection of the piston crown ( 120 ) passes over. Kolbenkrone (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit mindestens einer Ventilsitztasche, die in dem Kolbenbodenrand (118) geformt ist und dazu ausgebildet ist, wenn der Kolben (100) am oberen Totpunkt ist, zumindest teilweise ein Tellerventil (12, 14, 16, 18) des Verbrennungsmotors aufzunehmen.Piston crown ( 110 ) according to one of the preceding claims, further comprising at least one valve seat pocket which is located in the piston bottom edge ( 118 ) is formed and is formed when the piston ( 100 ) at top dead center, at least partially a poppet valve ( 12 . 14 . 16 . 18 ) of the internal combustion engine. Kolbenkrone (110) nach Anspruch 3, wobei die Injektortasche (132) zwischen zwei benachbarten Ventilsitztaschen, bevorzugt zentral zwischen zwei benachbarten Ventilsitztaschen angeordnet, angeordnet ist.Piston crown ( 110 ) according to claim 3, wherein the injector pocket ( 132 ) is arranged between two adjacent valve seat pockets, preferably arranged centrally between two adjacent valve seat pockets. Kolbenkrone (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Injektortasche (132) ein Volumen im Bereich von ungefähr 1% bis ungefähr 20% eines Volumens der Kolbenbodenmulde (120) aufweist.Piston crown ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the injector pocket ( 132 ) has a volume in the range of about 1% to about 20% of a volume of the piston crown ( 120 ) having. Kolbenkrone (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Schnittebene senkrecht zu der zentralen Achse (112) eine Schnittlinie der Injektortasche (132) mindestens einen Abschnitt einer kreisförmigen Schnittlinie aufweist.Piston crown ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein in a sectional plane perpendicular to the central axis ( 112 ) a section line of the injector pocket ( 132 ) has at least a portion of a circular section line. Kolbenkrone (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Injektortasche (132) einen Injektortaschensteg (134) aufweist, der mindestens einen Abschnitt hat, der sich senkrecht zu der zentralen Achse (112) erstreckt.Piston crown ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the injector pocket ( 132 ) an injector tab ( 134 ) having at least one portion perpendicular to the central axis ( 112 ). Kolbenkrone (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Injektortasche (132) einen Injektortaschensteg (134) aufweist, der mindestens einen Abschnitt hat, der sich unter einem vorbestimmten Winkel (β) bezüglich der zentralen Achse (112) erstreckt.Piston crown ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the injector pocket ( 132 ) an injector tab ( 134 ) having at least one portion extending at a predetermined angle (β) with respect to the central axis ( 112 ). Kolbenkrone (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Durchmesser (D) des Kolbenbodens (116) in einem Bereich von ungefähr 180 mm bis ungefähr 50 mm ist.Piston crown ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein a diameter (D) of the piston crown ( 116 ) is in a range of about 180 mm to about 50 mm. Kolben (100) für Verbrennungsmotoren mit einem Kolbenhemd (140) und einer Kolbenkrone (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kolbenkrone (110) an dem Kolbenhemd (140) befestigt ist.Piston ( 100 ) for internal combustion engines with a piston skirt ( 140 ) and a piston crown ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the piston crown ( 110 ) on the piston skirt ( 140 ) is attached.
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