DE102016012632A1

DE102016012632A1 - A method of manufacturing a piston and piston for a reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE102016012632A1
Application number: DE102016012632.9A
Authority: DE
Inventors: Holger Szattat
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten: Herstellen oder Erstellen eines Modells eines Kolbens (1); Ermitteln einer räumlichen Temperaturverteilung für das Modell des Kolbens (1) im Volllastbetrieb einer mit dem Modell des Kolbens (1) ausgerüsteten Brennkraftmaschine, und Herstellen eines Kolbens (1) mit im Vergleich zu dem Modell verstärkter Wandstärke zumindest in den lokal kühlsten Bereich der ermittelten räumlichen Temperaturverteilung. Die Erfindung betrifft weiter einen Kolben für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for producing a piston of a reciprocating internal combustion engine, comprising the steps of: producing or creating a model of a piston (1); Determining a spatial temperature distribution for the model of the piston (1) in full load operation of an equipped with the model of the piston (1) internal combustion engine, and producing a piston (1) with respect to the model reinforced wall thickness at least in the locally coolest region of the determined spatial temperature distribution. The invention further relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens sowie einen Kolben für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for producing a piston and a piston for a reciprocating internal combustion engine.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 386 687 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchem ein Muldenrand eines Kolbens aufgeschmolzen wird, wobei der Kolben aus einer Legierung mit einem Hauptlegierungselement und zumindest einem Legierungselement besteht, und wobei bei einem Lichtbogen-Schweißverfahren das Hauptlegierungselement als Zusatzwerkstoff eingebracht wird. Dabei entsteht ein Bereich, der verglichen mit anderen Bereichen eine feinere Struktur aufweist, wobei in dem Bereich mit einer feineren Struktur Partikel vorhanden sind, die kleiner als 10^–6 m sind. Die Behandlung mittels des Lichtbogen-Schweißverfahrens erfolgt auf einer einem Brennraum der Hubkolben-Brennkraftmaschine bestimmungsgemäß zugewandten Seite des Kolbens. Generell zeigt sich, dass solche Kolben, insbesondere Stahlkolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, grundsätzlich auf Festigkeit hin ausgelegt sind, sodass deren Wandstärke insbesondere unterhalb einer in einer Stirnfläche des Kolbens angeordneten Kolbenmulde konstant ist. Insbesondere bei modernen Dieselbrennverfahren ergibt sich aufgrund der Strahllagen von Injektoren eine inhomogene Temperaturverteilung an der dem Brennraum zugewandten Kolbenoberseite, wobei in kühleren Bereichen ungünstigere Bedingungen für die Verbrennung insbesondere in Hinblick auf die Partikelentstehung bei der Verbrennung und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine herrschen.From the European patent application EP 1 386 687 A1 For example, there is known a method for manufacturing a piston for internal combustion engines, in which a bowl rim of a piston is melted, wherein the piston consists of an alloy with a main alloying element and at least one alloying element, and wherein in an arc welding process the main alloying element is introduced as a filler material. This results in a region which has a finer structure compared to other regions, with particles smaller than 10 ^-6 m being present in the region with a finer structure. The treatment by means of the arc welding process takes place on a combustion chamber of the reciprocating internal combustion engine intended facing side of the piston. In general, it is found that such pistons, in particular steel pistons for reciprocating internal combustion engines, are fundamentally designed for strength, so that their wall thickness is constant, in particular below a piston depression arranged in an end face of the piston. In particular, in modern diesel combustion results due to the jet positions of injectors an inhomogeneous temperature distribution at the combustion chamber facing the piston top, which prevail in cooler areas unfavorable conditions for combustion in particular with regard to the particle formation during combustion and fuel consumption of the internal combustion engine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens sowie einen Kolben für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention has for its object to provide a method for producing a piston and a piston for a reciprocating internal combustion engine, said disadvantages do not occur.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird ein Modell eines Kolbens hergestellt oder erstellt. Es wird eine räumliche Temperaturverteilung für das Modell des Kolbens im Volllastbetrieb einer mit dem Modell des Kolbens ausgerüsteten Brennkraftmaschine ermittelt. Ein Kolben wird mit zumindest in den lokal kühlsten Bereichen der ermittelten räumlichen Temperaturverteilung im Vergleich zu dem Modell bereichsweise verstärkter oder aufgedickter Wandstärke hergestellt. Diese lokale Aufdickung führt insbesondere zu einem Temperaturanstieg des Kolbens selbst, insbesondere in den zuvor ermittelten, lokal kühlsten Bereichen, wobei die derart erhöhte Bauteiltemperatur des Kolbens einen positiven Einfluss auf die Verbrennung, insbesondere in Hinblick auf die Partikelentstehung und den Kraftstoffverbrauch, hat. Dies erweist sich als besonders günstig bei Dieselbrennverfahren, insbesondere aufgrund der ohnehin höheren Gefahr einer Partikelbildung, und zum anderen aufgrund der durch die Ausrichtung der Injektorstrahlen notwendig inhomogenen Temperaturverteilung, die sich ohne die lokale Aufdickung in besonders starker Ausprägung einstellt.The object is achieved in particular by providing a method for producing a piston for a reciprocating internal combustion engine, which comprises the following steps: A model of a piston is produced or created. It is determined a spatial temperature distribution for the model of the piston in full load operation of an equipped with the model of the piston engine. A piston is produced with at least in the locally coolest regions of the determined spatial temperature distribution in comparison to the model partially reinforced or thickened wall thickness. This local thickening leads, in particular, to an increase in temperature of the piston itself, in particular in the previously determined, locally coolest regions, whereby the component temperature of the piston thus increased has a positive influence on the combustion, in particular with regard to particle formation and fuel consumption. This proves to be particularly favorable in diesel combustion, in particular due to the already higher risk of particle formation, and on the other hand due to the inhomogeneous due to the alignment of the injector radiation temperature distribution, which sets without the local thickening in particularly strong expression.

Im Rahmen des Verfahrens wird daher besonders bevorzugt ein Kolben für eine als Dieselmotor ausgebildete Hubkolben-Brennkraftmaschine hergestellt. Dabei wird unter einem Dieselmotor eine Brennkraftmaschine verstanden, welche eingerichtet ist zur Durchführung eines Diesel-Brennverfahrens, das heißt insbesondere eines Brennverfahrens mit Selbst- oder Kompressionszündung.In the context of the method, therefore, a piston for a reciprocating internal combustion engine designed as a diesel engine is particularly preferably produced. Here, a diesel engine is understood to mean an internal combustion engine which is set up to carry out a diesel combustion process, that is to say in particular to a combustion process with self-ignition or compression ignition.

Dass das Modell eines Kolbens hergestellt oder erstellt wird, kann zum einen bedeuten, dass ein physisches Modell des Kolbens hergestellt wird, welches in einer realen Brennkraftmaschine, beispielsweise auf einem Prüfstand, betrieben wird, um die räumliche Temperaturverteilung zu ermitteln. Es ist aber auch möglich, dass das Modell des Kolbens virtuell erstellt wird, insbesondere als Rechenmodell, wobei die räumliche Temperaturverteilung rechnerisch, insbesondere durch Simulation, an dem virtuellen Modell ermittelt wird.The fact that the model of a piston is manufactured or created may mean, on the one hand, that a physical model of the piston is produced, which is operated in a real internal combustion engine, for example on a test bench, in order to determine the spatial temperature distribution. But it is also possible that the model of the piston is created virtually, in particular as a computer model, wherein the spatial temperature distribution is calculated, in particular by simulation, is determined on the virtual model.

Als Kolben wird besonders bevorzugt ein Stahlkolben hergestellt, mithin ein Kolben, der Stahl aufweist oder aus Stahl besteht.As a piston, a steel piston is particularly preferably produced, thus a piston having steel or made of steel.

Die Wandstärke des Kolbens wird im Vergleich zu dem Modell bevorzugt auf einer brennraumabgewandten Seite des Kolbens verstärkt. Es erfolgt also bevorzugt keine Veränderung einer Kolbenmuldengeometrie an der Stirnseite des Kolbens, welche bei bestimmungsgemäßer Einbaulage desselben in einer Brennkraftmaschine einem Brennraum zugewandt ist, sondern vielmehr eine lokale Verstärkung auf der dem Brennraum abgewandten und insbesondere einem Kurbelgehäuse sowie einem Pleuel und einer Kurbelwelle zugewandten Seite.The wall thickness of the piston is preferably reinforced on a combustion chamber side facing away from the piston compared to the model. It is thus preferred that there is no change in a piston recess geometry on the end face of the piston, which faces a combustion chamber in an internal combustion engine in the intended installation position, but rather a local reinforcement on the side facing away from the combustion chamber and in particular a crankcase and a connecting rod and a crankshaft.

Die durch die lokale Aufdickung der Wandstärke bewirkte Massenzunahme des Kolbens im Vergleich zu dem Modell und gegebenenfalls auch zu einem herkömmlichen Kolben wird durch die positive Auswirkung auf das Verbrennungsverhalten überkompensiert.The increase in mass of the piston caused by the local thickening of the wall thickness compared to the model and possibly also to a conventional piston is overcompensated by the positive effect on the combustion behavior.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die lokale Verstärkung der Wandstärke für den Kolben so gewählt wird, dass sich im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine eine im Vergleich zu dem Modell vergleichmäßigte räumliche Temperaturverteilung an dem Kolben einstellt. Die Temperaturverteilung wird bevorzugt für eine bestimmungsgemäß dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandte Stirnseite des Kobens ermittelt, wobei bevorzugt diese stirnseitige Temperaturverteilung an dem Kolben durch die lokale Verstärkung der Wandstärke vergleichmäßigt wird. Dadurch liegen an dem Kolben insgesamt homogenere Wandtemperaturen für die Verbrennung im Brennraum vor, was Vorteile auf den Verbrennungsverlauf insbesondere in Hinblick auf die Partikelentstehung und den Kraftstoffverbrauch hat. Dabei wird bevorzugt die lokale Wandstärke für den Kolben so gewählt, dass eine weitgehend homogene, vorzugsweise homogene räumliche Temperaturverteilung an dem Kolben eingestellt wird. Der Kolben wird also durch die in bestimmten Bereichen vorgesehene Aufdickung insbesondere auf eine vergleichmäßigte, vorzugsweise homogenisierte, räumliche Temperaturverteilung getrimmt. According to one embodiment of the invention, it is provided that the local reinforcement of the wall thickness for the piston is selected such that, in full load operation of the internal combustion engine, a spatial temperature distribution which is uniform in comparison to the model is established on the piston. The temperature distribution is preferably determined for a purpose intended for the combustion chamber of the internal combustion engine end face of the Kobens, wherein preferably this end-side temperature distribution on the piston is made uniform by the local reinforcement of the wall thickness. As a result, there are more homogeneous wall temperatures for the combustion in the combustion chamber on the piston, which has advantages on the course of combustion, in particular with regard to particle formation and fuel consumption. In this case, the local wall thickness for the piston is preferably selected so that a substantially homogeneous, preferably homogeneous spatial temperature distribution is set on the piston. The piston is thus trimmed by the thickening provided in certain areas, in particular to a uniform, preferably homogenized, spatial temperature distribution.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren iterativ durchgeführt wird. Dies bedeutet insbesondere, dass die lokale Verstärkung der Wandstärke für den Kolben iterativ ermittelt wird. Es ist also insbesondere möglich, dass aufgrund der an einem ersten Modell ermittelten räumlichen Temperaturverteilung eine lokale Aufdickung der Wandstärke für den Kolben bestimmt wird, wobei auf dieser Grundlage ein zweites Modell hergestellt oder erstellt wird, welches die entsprechende lokale Aufdickung aufweist, wobei an diesem zweiten Modell wiederum eine räumliche Temperaturverteilung ermittelt wird, aus der dann wiederum zumindest eine weitere lokale Verstärkung der Wandstärke abgeleitet wird, wobei diese Vorgehensweise bevorzugt solange fortgesetzt wird, bis ein Abbruchkriterium im Hinblick auf eine gewünschte Homogenität der räumlichen Temperaturverteilung erreicht ist.According to one embodiment of the invention, it is provided that the method is carried out iteratively. This means, in particular, that the local reinforcement of the wall thickness for the piston is determined iteratively. It is thus possible, in particular, that a local thickening of the wall thickness for the piston is determined on the basis of the spatial temperature distribution determined on a first model, on which basis a second model is produced or produced having the corresponding local thickening, wherein the second Model in turn a spatial temperature distribution is determined, from which in turn at least one further local gain of the wall thickness is derived, this approach is preferably continued until a termination criterion is achieved in view of a desired homogeneity of the spatial temperature distribution.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandstärke des Kolbens entlang aller Koordinaten lokal verstärkt wird. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Wandstärke des Kolbens sowohl entlang einer Umfangslinie, das heißt insbesondere eines Azimutwinkels, als auch entlang einer radialen Linie, also eines Radius des bevorzugt in Zylinderkoordinaten beschriebenen Kolbens, variiert wird. Auf diese Weise ist eine besonders flexible Anpassung der lokalen Wandstärke an die räumliche Temperaturverteilung des Kolbens möglich.According to one embodiment of the invention, it is provided that the wall thickness of the piston is locally reinforced along all the coordinates. This may in particular mean that the wall thickness of the piston is varied both along a circumferential line, that is to say in particular an azimuth angle, and along a radial line, that is to say a radius of the piston, which is preferably described in cylindrical coordinates. In this way, a particularly flexible adaptation of the local wall thickness to the spatial temperature distribution of the piston is possible.

Alternativ ist es insbesondere bei einer vereinfachten Version des Verfahrens aber auch möglich, dass die Wandstärke des Kolbens in Umfangsrichtung gesehen homogen, das heißt gleichmäßig und entlang einer Umfangslinie in gleicher Weise, jedoch in radialer Richtung gesehen lokal verschieden, verstärkt wird. Die Wandstärke variiert also in diesem Fall nicht entlang einer azimutalen Winkelkoordinate, während sie entlang des Radius variieren kann. Die Aufdickung kann also umlaufend, jedoch über den Querschnitt gesehen variierend vorgenommen werden.Alternatively, however, it is also possible, in particular in a simplified version of the method, for the wall thickness of the piston to be homogenously homogeneous, that is to say uniform and along a circumferential line in the same way but locally different as viewed in the radial direction. The wall thickness in this case does not vary along an azimuthal angular coordinate while it can vary along the radius. The thickening can thus be made circumferentially, but seen varying over the cross section.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandstärke des Kolbens an einem Muldengrund, insbesondere an einem Muldengrund einer Omega-Kolbenmulde, an einem Muldendom, insbesondere einem Muldendom einer Omega-Kolbenmulde, und/oder im Bereich eines Muldenrands, insbesondere eines Muldenrands einer Omega-Kolbenmulde, verstärkt wird. Die Verstärkung erfolgt dabei insbesondere im Vergleich zu dem Modell des Kolbens und/oder im Vergleich zu anderen Bereichen des Kolbens und/oder der Kolbenmulde, wobei in diesen anderen Bereichen keine Verstärkung erfolgt. Typischerweise herrschen am Muldengrund, im Bereich des Muldendoms, und/oder im Bereich des Muldenrands kühlere Temperaturen während der Verbrennung, sodass sich hier die lokale Wandverstärkung besonders positiv auswirkt.According to one embodiment of the invention, it is provided that the wall thickness of the piston on a trough bottom, in particular on a trough base of an omega-piston recess on a Muldendom, in particular a Muldendom an omega-piston recess, and / or in the region of a Muldenrands, in particular a Muldenrands a Omega piston recess, is reinforced. The reinforcement takes place in particular in comparison to the model of the piston and / or in comparison to other areas of the piston and / or the piston recess, wherein in these other areas no reinforcement takes place. Typically, cooler temperatures prevail during combustion at the bottom of the trough, in the area of the trough dome, and / or in the area of the trough edge, so that the local wall reinforcement has a particularly positive effect here.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolben mit einer Wandstärke von mindestens 4 mm bis höchstens 5 mm hergestellt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die lokale Verstärkung der Wandstärke mit einer zusätzlichen Stärke von mindestens 20% bis höchstens 150% einer Wandstärke in einem nicht verstärkten Bereich des Kolbens oder der Kolbenmulde vorgenommen wird. Insbesondere diese Werte ermöglichen durch lokale Aufdickung und hierdurch lokale Temperaturerhöhung des Kolbens in bestimmten Bereichen eine insgesamt homogenere und bevorzugt zumindest weitgehend homogene Temperaturverteilung an der dem Brennraum zugewandten Stirnseite des Kolbens während der Verbrennung.According to one embodiment of the invention, it is provided that the piston is produced with a wall thickness of at least 4 mm to a maximum of 5 mm. Alternatively or additionally, it is possible that the local reinforcement of the wall thickness is made with an additional thickness of at least 20% to at most 150% of a wall thickness in a non-reinforced area of the piston or the piston recess. In particular, these values allow a locally more homogeneous and preferably at least substantially homogeneous temperature distribution at the end face of the piston facing the combustion chamber during local combustion and thus local temperature increase of the piston in certain regions during combustion.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Kolben für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine geschaffen wird, der – insbesondere im Bereich einer Kolbenmulde – eine inhomogene Wandstärke aufweist. Bevorzugt ist dabei insbesondere wenigstens eine lokale Aufdickung an dem Kolben, insbesondere im Bereich der Kolbenmulde, vorgesehen. In Zusammenhang mit dem Kolben verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Die wenigstens eine lokale Aufdickung ist bevorzugt insbesondere in Bereichen vorgesehen, die – beispielsweise aufgrund einer Strahllage eines Injektors – während einer Verbrennung, insbesondere im Volllastbetrieb einer mit dem Kolben ausgerüsteten Brennkraftmaschine – thermisch weniger belastet sind, die also insbesondere ohne die lokale Aufdickung eine geringere Temperatur aufweisen würden als andere Bereiche des Kolbens.The object is also achieved by providing a piston for a reciprocating internal combustion engine, which - in particular in the region of a piston recess - has an inhomogeneous wall thickness. In this case, at least one local thickening on the piston, in particular in the region of the piston recess, is preferably provided. In particular, the advantages which have already been explained in connection with the method are realized in connection with the piston. The at least one local thickening is preferably provided in particular in areas which - for example due to a jet position of an injector - during combustion, in particular in full-load operation equipped with a piston Internal combustion engine - are thermally less stressed, so would have a lower temperature than other areas of the piston, in particular without the local thickening.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolben hergestellt ist gemäß einem Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Merkmale des Kolbens, die dabei explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Kolbens. Dieser zeichnet sich insbesondere durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.According to one embodiment of the invention, it is provided that the piston is produced according to a method according to one of the embodiments described above. Characteristics of the piston, which have been explained explicitly or implicitly in connection with the method, are preferably individually or combined with one another Features of a preferred embodiment of the piston. This is characterized in particular by at least one feature, which is due to at least one step of an embodiment of the method according to the invention.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:

1 eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kolbens im Längsschnitt; 1 a schematic partial view of an embodiment of a piston in longitudinal section;

2 eine Teildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Kolbens im Längsschnitt, und 2 a partial view of a second embodiment of the piston in longitudinal section, and

3 eine Teildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Kolbens im Längsschnitt. 3 a partial view of a third embodiment of the piston in longitudinal section.

1 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Kolbens 1 für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine im Längsschnitt. Der Kolben 1 weist eine inhomogene Wandstärke auf, insbesondere mit einer lokalen Aufdickung 3, die hier schematisch durch eine Zusatzlinie in eine unter Hinwegdenkung der lokalen Aufdickung 3 konventionelle Geometrie eines Kolbens 1 eingezeichnet ist. 1 shows a schematic partial view of a piston 1 for a reciprocating internal combustion engine in longitudinal section. The piston 1 has an inhomogeneous wall thickness, in particular with a local thickening 3 , which here schematically by an additional line into a consideration of the local thickening 3 conventional geometry of a piston 1 is drawn.

Dabei zeigt sich, dass der Kolben 1 hier eine Kolbenmulde 5 aufweist, die als Omega-Mulde – also mit einem im Längsschnitt gesehen Omega-förmigen Profil – ausgebildet ist, wobei die Kolbenmulde 5 hier insbesondere sogar als Doppel-Omega-Mulde ausgebildet ist.It turns out that the piston 1 here a piston recess 5 which is formed as an omega trough - that is, with an omega-shaped profile seen in longitudinal section -, wherein the piston recess 5 here in particular even as a double-Omega-trough is formed.

Die Kolbenmulde 5 weist dabei einen in dem Kolben 1 zentral angeordneten Muldendom 7 auf, wobei die lokale Aufdickung 3 bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Kolbens 1 gemäß 1 im Bereich des Muldendoms 7 angeordnet ist.The piston recess 5 has one in the piston 1 centrally located Muldendom 7 on, with the local thickening 3 in the first embodiment of the piston 1 according to 1 in the area of the Muldendoms 7 is arranged.

Der Kolben 1 wird insbesondere hergestellt, indem zunächst ein Modell für den Kolben 1 hergestellt oder erstellt wird, wobei eine räumliche Temperaturverteilung für das Modell des Kolbens 1 im Volllastbetrieb einer mit dem Modell des Kolbens 1 ausgerüsteten Brennkraftmaschine ermittelt wird, und wobei der Kolben 1 mit im Vergleich zu dem Modell verstärkter Wandstärke zumindest in den lokal kühlsten Bereichen der ermittelten räumlichen Temperaturverteilung hergestellt wird. Dabei zeigt sich, dass insbesondere der Muldendom 7 – gerade bei einem Dieselbrennverfahren aufgrund der Ausrichtung von Injektionsstrahlen eines Injektors – eine besonders niedrige Temperatur aufweist.The piston 1 is made in particular by first designing a model for the piston 1 manufactured or created, with a spatial temperature distribution for the model of the piston 1 in full load operation one with the model of the piston 1 equipped internal combustion engine is determined, and wherein the piston 1 is made at least in the locally coolest regions of the determined spatial temperature distribution compared to the model reinforced wall thickness. It turns out that especially the Muldendom 7 - Especially in a diesel combustion method due to the alignment of injection jets of an injector - has a particularly low temperature.

Die lokale Aufdickung 3 wird insbesondere an einer brennraumabgewandten Seite des Kolbens 1 angeordnet.The local thickening 3 In particular, on a combustion chamber side facing away from the piston 1 arranged.

Bei dem Kolben 1 handelt es sich bevorzugt um einen Stahlkolben.At the piston 1 it is preferably a steel piston.

Die Wandstärke für den Kolben 1 wird bevorzugt so gewählt, dass sich im Volllastbetrieb eine im Vergleich zu dem Modell vergleichmäßigte, insbesondere weitgehend homogene räumliche Temperaturverteilung an dem Kolben 1 einstellt.The wall thickness for the piston 1 is preferably chosen so that in comparison to the model uniformed, in particular substantially homogeneous spatial temperature distribution on the piston during full load operation 1 established.

Das Herstellverfahren wird bevorzugt iterativ durchgeführt, wobei die lokale Verstärkung der Wandstärke für den Kolben 1 iterativ ermittelt wird.The manufacturing method is preferably carried out iteratively, wherein the local gain of the wall thickness for the piston 1 iteratively determined.

Es ist möglich, dass die Wandstärke des Kolbens 1 lokal, oder in Umfangsrichtung homogen, aber in radialer Richtung gesehen variierend verstärkt wird.It is possible that the wall thickness of the piston 1 locally, or in the circumferential direction homogeneous, but seen varying in the radial direction is amplified.

Der Kolben 1 kann mit einer Wandstärke von 4 bis 5 mm hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die lokale Aufdickung 3 mit +20% bis +150% einer Wandstärke in einem nicht verstärkten Bereich des Kolbens 1, insbesondere der Kolbenmulde 5, hier beispielsweise in einem der lokalen Aufdickung 3 benachbarten Bereich 9, vorgenommen wird.The piston 1 can be made with a wall thickness of 4 to 5 mm. Alternatively or additionally, it is possible that the local thickening 3 with + 20% to + 150% wall thickness in a non-reinforced area of the piston 1 , in particular the piston recess 5 here for example in one of the local thickening 3 adjacent area 9 , is made.

2 zeigt eine Teildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Kolbens 1 im Längsschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die lokale Aufdickung 3 ist hier an einem Muldengrund 11 der Kolbenmulde 5 angeordnet, die typischerweise auch eine vergleichsweise geringe Temperatur bei der Verbrennung aufweist. 2 shows a partial view of a second embodiment of the piston 1 in longitudinal section. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. The local thickening 3 is here on a trough bottom 11 the piston recess 5 arranged, which also typically has a comparatively low temperature during combustion.

3 zeigt eine Teildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Kolbens 1 im Längsschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist die lokale Aufdickung 3 hier im Bereich eines Muldenrands 13 der Kolbenmulde 5 angeordnet. 3 shows a partial view of a third embodiment of the piston 1 in longitudinal section. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. Here is the local thickening 3 here in the area of a Muldenrands 13 the piston recess 5 arranged.

Insgesamt zeigt sich, dass mittels der lokalen Aufdickung 3 ein Temperaturanstieg des Kolbens 1 erreicht werden kann, wobei die derart höhere Bauteiltemperatur einen positiven Einfluss auf die Verbrennung, insbesondere in Hinblick auf eine Partikelentstehung und einen Kraftstoffverbrauch einer mit dem Kolben 1 ausgerüsteten Brennkraftmaschine hat.Overall, it shows that by means of local thickening 3 a temperature rise of the piston 1 can be achieved, the like Higher component temperature has a positive effect on combustion, especially with regard to particle formation and fuel consumption with the piston 1 equipped internal combustion engine has.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1386687 A1 [0002]

Claims

A method of manufacturing a piston of a reciprocating internal combustion engine, comprising the steps of: - making or creating a model of a piston ( 1 ); Determining a spatial temperature distribution for the model of the piston ( 1 ) in full load operation with the model of the piston ( 1 ) equipped internal combustion engine, and - producing a piston ( 1 ) with reinforced compared to the model wall thickness at least in the locally coolest region of the determined spatial temperature distribution.

Method according to claim 1, characterized in that the wall thickness for the piston ( 1 ) is selected such that, in full load operation, a spatial temperature distribution on the piston which is uniform compared to the model (FIG. 1 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out iteratively, wherein the local reinforcement of the wall thickness for the piston ( 1 ) is determined iteratively.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the wall thickness of the piston locally or homogeneously in the circumferential direction, but is seen in the radial direction varying amplified.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the wall thickness of the piston ( 1 ) a) on a trough bottom ( 11 ), in particular an omega-piston recess ( 5 b) at a Muldendom ( 7 ), in particular an omega-piston recess ( 5 ), and / or c) in the region of a trough edge ( 13 ), in particular an omega-piston recess ( 5 ) is strengthened.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the piston ( 1 ) with a wall thickness of at least 4 mm to at most 5 mm, and / or that the local reinforcement of the wall thickness with at least 20% to at most 150% of a wall thickness in an unreinforced area of the piston ( 1 ) is present.

Piston ( 1 ) for a reciprocating internal combustion engine, characterized in that the piston ( 1 ) in particular in the region of a piston recess ( 5 ) an inhomogeneous wall thickness, in particular with at least one local thickening ( 3 ), having.

Piston ( 1 ) according to claim 7, prepared according to a method according to any one of claims 1 to 6.