-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kolbenkrone für Verbrennungsmotoren sowie einen Verbrennungsmotor.
-
Hintergrund
-
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.
-
Die Kolbenkrone weist eine äußere Seitenoberfläche auf, die an ihrem oberen Ende vom Kolbenboden begrenzt wird. Ein Kolbenbodenrand und eine Kolbenbodenmulde können den Kolbenboden ausbilden. Die Kolbenbodenmulde formt zumindest teilweise die Verbrennungskammer.
-
Zum Beispiel können Kolben mit verschiedenen Designs der Kolbenbodenmulde in Ottomotoren eingesetzt werden. Es gibt es mit Bezug zu Verbrennungsmotoren 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 Omegaförmigen 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.
-
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.
-
Zusätzlich zur Quetschströmung führt die topfförmige Kolbenbodenmulde auch zu einer Beschleunigung der Wirbelströmung, die am Einlass erzeugt wird. Aufgrund der Impulserhaltung kann sich die Rotationsgeschwindigkeit der Wirbelströmung erhöhen, wenn das Gemisch nach innen in die topfförmige Kolbenbodenmulde gebracht wird.
-
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 kann das Verbrennungsgemisch selbstzündend sein oder mit einer Zündkerze gezündet werden. 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 ihrerseits das Verbrennungsgemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft.
-
Die vorliegende Offenbarung ist darauf ausgerichtet, zumindest teilweise einen oder mehrere Aspekte früherer Systeme zu verbessern oder zu überwinden.
-
Zusammenfassung der Offenbarung
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Kolbenkrone für Verbrennungsmotoren offenbart. Die 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 Kolbenbodenmulde kann einen Kolbenbodenmuldenboden und eine Kolbenbodenmuldenwand neben dem Kolbenbodenmuldenboden aufweisen. Die offenbarte Kolbenkrone kann ferner eine längliche Kolbenbodenmuldenrippe aufweisen, die von dem Kolbenbodenmuldenboden hervorsteht.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Verbrennungsmotor eine Zylindereinheit, mindestens ein zu der Zylindereinheit gehörendes Einlassventil, mindestens ein zu der Zylindereinheit gehörendes Auslassventil und einen in der Zylindereinheit angeordneten Kolben mit einer Kolbenkrone gemäß der vorliegenden Offenbarung und einem Kolbenhemd aufweisen. Die Kolbenkrone kann an dem Kolbenhemd befestigt sein.
-
Weitere Merkmale und Aspekte der Offenbarung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen hervor.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die begleitenden Zeichnungen, welche hierin aufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der Offenbarung. In den Figuren zeigt
-
1 eine Draufsicht einer Kolbenkrone eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor,
-
2 eine Schnittansicht durch den Kolben entlang der Linie II-II der 1,
-
3 eine Draufsicht einer anderen Kolbenkrone eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor und
-
4 eine Schnittansicht durch den Kolben entlang der Linie IV-IV der 3.
-
Detaillierte Beschreibung
-
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.
-
Die vorliegende Offenbarung kann zumindest zum Teil auf der Erkenntnis basieren, dass das Bereitstellen einer mindestens teilweise länglichen Rippe in einem Kolbenbodenboden das Vorsehen einer effizienteren und vollständigeren Verbrennung unterstützen kann und ein Vermischen des Verbrennungsgemisches in der Verbrennungskammer verbessern kann. Insbesondere kann die längliche Rippe eine Verwirbelung in das gasförmige Fluid, welches über das mindestens eine Einlassventil in die Verbrennungskammer eingeführt wird, bewirken.
-
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine längliche Kolbenbodenmuldenrippe, in einer Aufsicht auf die Kolbenbodenmulde, eine erste Ausdehnung in eine erste Richtung und eine zweite Ausdehnung in eine zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung aufweisen, wobei die erste Ausdehnung wesentlich größer sein kann als die zweite Richtung.
-
Ein beispielhaft offenbarter 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 oder ein mit z. B. Schweröl, Dieselöl oder gasförmigem Kraftstoff betreibbarer Dreistoffmotor sein.
-
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 ist. Die Kolbenbodenmulde 120 weist einen Kolbenbodenmuldenboden 122, der die Kolbenbodenmulde 120 an ihrem Bodenende begrenzt, und eine Kolbenbodenmuldenwand 124 neben dem Kolbenbodenmuldenboden 122 auf. Die Kolbenbodenmulde 120 weist eine Tiefe T, die sich von dem Kolbenbodenrand 118 zum Kolbenbodenmuldenboden 122 erstreckt, auf. Die Tiefe T der Kolbenbodenmulde 120 kann im Bereich von z. B. ungefähr 5 mm bis ungefähr 50 mm liegen. Die Kolbenbodenmulde 120 formt einen Teil einer Verbrennungskammer. Insbesondere für große Verbrennungsmotoren kann die Tiefe T in dem Bereich von beispielsweise ungefähr 25 mm bis ungefähr 50 mm liegen.
-
Der Kolben 100 gemäß den Figuren der vorliegenden Offenbarung ist dazu ausgebildet, in Verbrennungsmotoren mit zwei Einlassventilen 12, 14 pro Zylinder, wie z. B. Einlasstellerventile (mit gestrichelten Linien in 1 angedeutet) und zwei Auslassventilen 16, 18 pro Zylinder, wie z. B. Auslasstellerventile (mit gestrichelten Linien in 1 angedeutet) verwendet zu werden. Entsprechend kann in einigen Ausführungsformen der Kolbenboden 116 eine Ventilsitztascheneinheit (nicht in den Zeichnungen dargestellt) mit mindestens einer Ventilsitztasche für jedes Einlass- und Auslassventil 12, 14, 16, 18 aufweisen. In einigen weiteren Ausführungsformen kann der Verbrennungsmotor mehr oder weniger als vier Einlass- und Auslassventile 12, 14, 16, 18 aufweisen. Jede Ventilsitztasche kann dazu ausgebildet sein, wenn der Kolben 100 am oberen Totpunkt ist, zumindest teilweise ein zugeordnetes Ventil 12, 14, 16, 18 aufzunehmen.
-
Die Kolbenkrone 110 weist ferner eine Kolbenkronenmuldenrippe 130, die von dem Kolbenbodenmuldenboden 122 hervorragt, auf. Die Kolbenbodenmuldenrippe 130 hat eine längliche Form, die sich von einem ersten Ende 132 zu einem zweiten Ende 134 erstreckt. Insbesondere hat die Kolbenbodenmuldenrippe 130 eine Länge L, die sich von dem ersten Ende 132 zu dem zweiten Ende 134 erstreckt. Wie in den Frisuren 1 und 2 gezeigt ist, ist die Kolbenbodenmuldenrippe 130 im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der zentralen Achse 112 angeordnet.
-
Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, ist die Kolbenbodenmuldenrippe 130 eine gerade Rippe, die sich entlang einer Rippenachse 133 erstreckt und eine konstante Dicke W bis zu einer abgerundeten Kolbenbodenmuldenrippenspitze 131 aufweist. Die Dicke kann z. B. von ungefähr 5% bis ungefähr 50% eines Durchmessers d der Kolbenbodenmulde reichen. In einigen Fällen kann die Dicke W der Kolbenbodenmuldenrippe 130 in einem Bereich von z. B. 20 mm bis ungefähr 150 mm, insbesondere von ungefähr 40 mm bis ungefähr 100 mm, liegen.
-
In einigen weiteren Ausführungsformen kann z. B. die längliche Kolbenbodenmuldenrippe 130 einen teilweise nicht-geraden oder einen teilweise gekrümmten Abschnitt, der sich jeweils entlang einer nicht-geraden oder gekrümmten Rippenachse erstreckt, haben. In einigen weiteren Ausführungsformen kann z. B. die Kolbenbodenmuldenrippe 130 eine Dicke W aufweisen, die zwischen dem ersten Ende 132 und dem zweiten Ende 134 variiert und/oder von einem ersten Basisabschnitt der Kolbenbodenmuldenrippe 130 zu der Kolbenbodenmuldenrippenspitze 131 hin variiert. Zum Beispiel kann in Aufsicht die Kolbenbodenmuldenrippe 130 eine ovale Form, eine gewellte Form oder jede andere Form mit einer variierenden Dicke W aufweisen.
-
Wie in der Aufsicht der 1 gezeigt wird, weisen jede der ersten und zweiten Enden 132, 134 abgerundete Formen mit entsprechenden vorbestimmten Radien R1, R2 auf, welche im Bereich von z. B. ungefähr 1 mm bis ungefähr 50 mm sein können. In einigen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Enden 132, 134 eine rechteckige, dreieckige, ovale oder jede andere geeignete Form aufweisen.
-
Die Länge L der länglichen Kolbenbodenmuldenrippe 130 kann in dem Bereich von z. B. ungefähr 20% bis ungefähr 100% des Durchmessers d der Kolbenbodenmulde 120 sein. Insbesondere bei großen Verbrennungsmotoren kann die Länge L der länglichen Kolbenbodenmuldenrippe 130 in dem Bereich von z. B. ungefähr 40% bis ungefähr 80% des Durchmessers d der Kolbenbodenmulde 120 sein. Zum Beispiel kann die Länge L der Kolbenbodenmuldenrippe 130 in einem Bereich von ungefähr 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere von ungefähr 200 mm bis ungefähr 320 mm, sein.
-
In einigen weiteren Ausführungsformen kann die Kolbenbodenmuldenrippe 130 eine Mehrzahl von Kolbenbodenmuldenrippenabschnitten aufweisen, die voneinander entlang der Rippenachse 133 beabstandet sind. Zum Beispiel kann, wie in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt, die Kolbenbodenmuldenrippe 133 zwei Kolbenbodenmuldenrippenabschnitte aufweisen, die nacheinander angeordnet sind, voneinander beabstandet sind und runde, aufeinander gerichtete Enden haben.
-
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Kolbenbodenmuldenrippe 130 eine Höhe H, die sich von dem Kolbenbodenmuldenboden 122 bis zu der Kolbenbodenmuldenrippenspitze 131 entfernt von dem Kolbenbodenmuldenboden 122 hin erstreckt, auf. Die Höhe H der Kolbenbodenmuldenrippe 130 kann in dem Bereich von z. B. ungefähr 30% bis ungefähr 95% einer Tiefe T der Kolbenbodenmulde 120 sein. In einigen Fällen kann die Höhe H der Kolbenbodenmuldenrippe 130 im Wesentlichen gleich der Tiefe T der Kolbenbodenmulde 120 sein. Zum Beispiel kann die Höhe H in dem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 50 mm sein. Die Kolbenbodenmuldenrippenspitze 131 hat eine abgerundete Form mit einem Radius R3 von z. B. ungefähr 1 mm bis ungefähr 50 mm. In einigen Fällen kann der Radius R3 bis ungefähr 100 mm sein. In einigen Ausführungsformen kann die Kolbenbodenmuldenrippenspitze 131 eine rechteckige, dreieckige, ovale oder jede andere geeignete Form haben.
-
Wie in 2 gezeigt ist, erstreckt sich die Kolbenbodenmuldenrippe 130 im Wesentlichen senkrecht bezüglich des Kolbenbodenmuldenbodens 122. In einigen Ausführungsformen kann die Kolbenbodenmuldenrippe 130 sich im Wesentlichen angewinkelt mit Bezug zum Kolbenbodenmuldenboden 122 erstrecken.
-
Die Kolbenbodenmuldenrippe 130 kann integral mit dem Kolbenbodenmuldenboden 122 ausgebildet sein und sie kann in den Kolbenbodenmuldenboden 122 mit abgerundeten Rändern mit zugehörigen Radien R4, R5 übergehen. In einigen Ausführungsformen kann die Kolbenbodenmuldenrippe 130 an dem Kolbenbodenmuldenboden 120 mittels z. B. Schweißen, Löten oder jeder anderen geeigneten Art und Weise befestigt sein. Ähnlich kann zum Bereitstellen einer glatten Strömung des Verbrennungsgemisches die Kolbenbodenmulde 120 gerundete Ränder mit Radien R6, R7 aufweisen.
-
Ein Verhältnis der Tiefe T der Kolbenbodenmulde 120 mit Bezug zu einem Durchmesser D des Kolbenbodens 116 oder des Kolbens 100 kann in dem Bereich von z. B. ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,2 sein, wobei der Durchmesser D in dem Bereich von z. B. ungefähr 180 mm bis ungefähr 500 mm liegen kann. Ein Verhältnis des Durchmessers d der Kolbenbodenmulde 120 mit Bezug zu dem Durchmesser D des Kolbenbodens 116 kann in dem Bereich von z. B. ungefähr 0,3 bis ungefähr 0,8 sein. Die Radien R4 bis R7 können in dem Bereich von z. B. ungefähr 1 mm bis ungefähr 50 mm sein.
-
Wie in den 1 und 2 gezeigt wird, ist die Kolbenbodenmuldenrippe 130 symmetrisch bezüglich der zentralen Achse 112 angeordnet. Insbesondere schneidet die Rippenachse 133 der Kolbenbodenmuldenrippe 130 der 1 und 2 die zentrale Achse 112. Ferner, wie beispielhaft in 1 gezeigt, erstreckt sich die Rippenachse 133 im befestigten Zustand des Kolbens 100 im Zylinder oder in der Zylinderbuchse parallel zu einer Achse 10, die z. B. definiert wird durch eine virtuelle Verbindungslinie zwischen dem Einlassventil 12 und dem benachbarten Auslassventil 18.
-
Da die Kolbenbodenmuldenrippe 130 sich zumindest teilweise quer zur Kolbenbodenmulde 120 erstreckt, ist die Kolbenbodenmulde 120 in einen ersten Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 und einen zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitt 128 unterteilt. Der erste Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 definiert einen ersten Abschnitt der Verbrennungskammer, der ein erstes Verbrennungskammervolumen aufweist. Ähnlich definiert der zweite Kolbenbodenmuldenabschnitt 128 einen Abschnitt der Verbrennungskammer, der ein zweites Verbrennungskammervolumen aufweist. In 2 sind der erste und der zweite Kolbenbodenmuldenabschnitt 126, 128 mit dem ersten und dem zweiten Verbrennungskammervolumen jeweils mit gestrichelten Linien angedeutet.
-
Da die Kolbenmuldenrippe 130 symmetrisch bezüglich der zentralen Achse 112 angeordnet ist, ist das erste Verbrennungskammervolumen im Wesentlichen gleich dem zweiten Verbrennungskammervolumen.
-
In der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind das Einlassventil 14 und benachbarte Auslassventil 16 mit dem ersten Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 assoziiert, wobei das Einlassventil 12 und das benachbarte Auslassventil 18 mit dem zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitt 128 assoziiert sind. Das heißt, wenn der Kolben im oberen Totpunkt ist, sind das Einlassventil 14 und das Auslassventil 16 näher an dem ersten Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 und das Einlassventil 12 und das Auslassventil 16 sind näher an dem zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitt 128.
-
Bezug nehmend auf die 3 und 4 ist eine weitere beispielhafte Kolbenkrone 110 gezeigt. In den 3 und 4 werden die gleichen Elemente der 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen beschriftet.
-
Wie in 3 erkannt werden kann, ist die Kolbenbodenmuldenrippe 130 bezüglich der zentralen Achse 112 versetzt, so dass die Kolbenbodenmuldenrippe 130 sich außerzentrisch quer zur Kolbenbodenmulde 120 erstreckt. Wie in der 3 gezeigt, sind das erste und das zweite Ende 132, 134 der Kolbenbodenmuldenrippe 130 jeweils mit der Kolbenbodenmuldenwand 124 verbunden.
-
Jedoch können andere Ausführungsformen eines der ersten und zweiten Enden 132, 134 der Kolbenbodenmuldenrippe 130 mit dem Kolbenbodenmuldenwand 124 verbunden sein, wobei das andere Ende 132, 134 nicht mit der Kolbenbodenmuldenwand 124 verbunden sein kann und daher eine geeignete Endform haben kann, wie in Zusammenhang mit 1 gezeigt und beschrieben wurde.
-
Wie ferner in 3 dargestellt wird, erstreckt sich die Rippenachse 133 unter einem vorbestimmten Winkel α bezüglich der Achse 10. Der Winkel α kann einen Bereich von z. B. ungefähr 0° (wie beispielhaft in 1 gezeigt) und 180° sein. Wie beispielhaft in 3 gezeigt ist, erstreckt sich die Rippenachse 133 senkrecht bezüglich der Achse 10. In einigen weiteren Ausführungsformen kann der Winkel α in dem Bereich von z. B. ungefähr 30° und 120° sein.
-
Wie in 4 gezeigt wird, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV der 3 zeigt, weist der Kolbenbodenmuldenboden 122 einen ersten Kolbenbodenmuldenbodenabschnitt 122A, der bezüglich der zentralen Achse 112 an einer ersten axialen Position vorgesehen ist, und einen zweiten Kolbenbodenmuldenbodenabschnitt 122B, der bezüglich der zentralen Achse 112 an einer zweiten axialen Position vorgesehen ist, auf. Die erste axiale Position unterscheidet sich von der zweiten axialen Position. Daher weist der erste Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 eine erste Tiefe T1 und der zweite Kolbenbodenmuldenabschnitt 128 eine zweite Tiefe T2, die sich von der ersten Tiefe T1 unterscheidet, auf.
-
Die Kolbenbodenmuldenrippe 130 ist an einem Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Kolbenbodenmuldenbodenabschnitt 122A, 122B vorgesehen, wodurch jeweils der erste und der zweite Kolbenbodenmuldenabschnitt 126, 128 definiert werden. Der erste Kolbenbodenmuldenbodenabschnitt 122A gehört zu dem ersten Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 und der zweite Kolbenbodenmuldenbodenabschnitt 122B gehört zu dem zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitt 128. Die erste und die zweite Tiefe T1, T2 werden von der Kolbenbodenmuldenriüpenspitze 131 bis zu jeweils dem ersten und dem zweiten Kolbenbodenmuldenbodenabschnitt 122A, 122B gemessen.
-
In der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind die Einheitsventile 12, 14 mit dem ersten Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 assoziiert, und die Auslassventile 16, 18 sind mit dem zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitt 128 assoziiert.
-
Da die Kolbenbodenmuldenrippe 138 asymmetrisch bezüglich der zentralen Achse 112 angeordnet ist und unterschiedliche Tiefen des ersten und des zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitts 126, 128 vorliegen, sind das erste Verbrennungskammervolumen und das zweite Verbrennungskammervolumen nicht gleich.
-
Wie in 2 gezeigt, kann die Kolbenkrone 110 mindestens einen Abschnitt eines äußeren Kühlkanals 142 des Kolbens 100 und mindestens einen Abschnitt einer inneren Kühlkammer 144 des Kolbens 100 aufweisen. 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 Kolbenbodenrandes 118 angeordnet und dazu ausgebildet, zumindest teilweise den Kolbenbodenrand 118 zu kühlen.
-
Die innere Kühlkammer 144 weist einen Rippenkühlabschnitt 145 auf, der sich zumindest teilweise in die Kolbenbodenmuldenrippe 130 von unten her erstreckt. Die innere Kühlkammer 133 ist im Wesentlichen unterhalb des Kolbenbodenmuldenbodens 122 angeordnet und dazu ausgebildet, den Kolbenbodenmuldenboden 122 und die Kolbenbodenmuldenrippe 130 über den Rippenkühlabschnitt 145 zu kühlen. Der äußere Kühlkanal 142 kann als äußerer Shaker-Kammer und die innere Kühlkammer 144 kann als innere Shaker-Kammer bezeichnet werden.
-
In weiteren Ausführungsformen kann der Kühlkanal 142 mit Kühlbohrungen vorgesehen werden, die zu einem bohrungsgekühlten Kolben führen.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Mit Bezug auf die Zeichnungen kann während eines Kompressionstakts eines z. B. gasförmigen Kraftstoff-Verbrennungsmotors das im Zylinder oder in der Zylinderbuchse vorgesehene Kraftstoffgemisch komprimiert werden. Beim Annähern an den oberen Totpunkt während des Kompressionstakts kann das Verbrennungsgemisch eine verbesserte Mischung aufgrund der Anordnung der Kolbenbodenmuldenrippe 130 erfahren. Im Speziellen kann wegen der becherförmig geformten Kolbenbodenmulde 120 das Verbrennungsgemisch in einen Zentralbereich der Kolbenbodenmulde 120 gelenkt werden. Dort kann das Verbrennungsgemisch zumindest teilweise in Richtung des Zylinderkopfes abgelenkt werden. Bezüglich z. B. den 2 und 4 kann wegen der Anordnung der Kolbenbodenmuldenrippe 130 eine Verwirbelung in einer linksdrehenden Richtung auf das Verbrennungsgemisch in dem ersten Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 bewirkt werden, wobei eine Verwirbelung in eine rechtsdrehende Richtung auf das Verbrennungsgemisch in dem zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitt 128 bewirkt werden kann. In einigen weiteren Ausführungsformen kann eine Verwirbelung in eine rechtsdrehende Richtung auf das Verbrennungsgemisch in dem ersten Kolbenbodenmuldenabschnitt 126 bewirkt werden, wobei eine Verwirbelung in eine linksdrehende Richtung auf das Verbrennungsgemisch in dem zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitt 128 bewirkt werden kann.
-
Die Kolbenbodenmuldenrippe 130 kann dafür entworfen und ausgebildet sein, die Strömung des Verbrennungsgemisches innerhalb der Verbrennungskammer, insbesondere während des Kompressionstakts kurz vor der Verbrennung, zu beeinflussen. Entsprechend kann in einigen Bereichen des ersten und des zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitts 126, 128 die Kolbenbodenmuldenrippe 130 die Verbrennungsgemischströmung beschleunigen und in einigen anderen Bereichen des ersten und des zweiten Kolbenbodenmuldenabschnitts 126, 128 kann sie die Verbrennungsgemischströmung verlangsamen, um eine verbesserte Verbrennung bezüglich z. B. einer Effizienz zu erreichen.
-
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hierin beschrieben wurden, können Verbesserungen und Modifikationen ohne Abweichen vom Umfang der nachfolgenden Ansprüche umgesetzt werden.
