DE102018208898A1 - Reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine and use of a reciprocating piston in a reciprocating internal combustion engine - Google Patents

Reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine and use of a reciprocating piston in a reciprocating internal combustion engine Download PDF

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Paulo Ivan Urzua Torres
Martin Bier
Alexander Lehnen
Henning Roggenkamp
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/16Pistons  having cooling means
    • F02F3/20Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Grundkörper (12) und einer Brennraumfläche (16), wobei innerhalb des Grundkörpers (12) mindestens ein Kühlkanalnetz (32) vorgesehen ist, wobei das Kühlkanalnetz (32) mindestens einen - in radialer Richtung des Grundkörpers (12) betrachtet - innenseitig angeordneten Einströmbereich (34) und eine Vielzahl von sich - ausgehend von dem Einströmbereich (34) - in radialer Richtung jeweils nach außen erstreckenden Mini-Kühlkanälen (42) aufweist, wobei die Mini-Kühlkanäle (42) eine maximale Querschnittsweite von 3 mm aufweisen. Dabei umfasst der Einströmbereich (34) einen Ringkanal (40) oder ein zentrales Reservoir und die Mini-Kühlkanäle (42) erstrecken sich ausgehend von diesem Ringkanal (40) oder dem zentralen Reservoir in radialer Richtung betrachtet nach außen, wobei der Ringkanal (40) oder das zentrale Reservoir nach Art eines Kühlmittelsammelraums ausgebildet ist und dazu eine Querschnittsfläche aufweist, die mindestens dem 1,5-fachen der größten Querschnittsfläche des größten Mini-Kühlkanals (42) entspricht.The invention relates to a reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine having a base body (12) and a combustion chamber surface (16), wherein within the base body (12) at least one cooling duct network (32) is provided, wherein the cooling duct network (32) at least one - in the radial direction of the Viewed base body (12) - arranged on the inside inflow region (34) and a plurality of - starting from the inflow region (34) - in the radial direction in each case outwardly extending mini-cooling channels (42), wherein the mini-cooling channels (42) a maximum cross-sectional width of 3 mm. In this case, the inflow region (34) comprises an annular channel (40) or a central reservoir and the mini-cooling channels (42) extend outwardly from this annular channel (40) or the central reservoir in the radial direction, wherein the annular channel (40) or the central reservoir is designed in the manner of a coolant collecting space and has a cross-sectional area corresponding to at least 1.5 times the largest cross-sectional area of the largest mini-cooling channel (42).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines solchen Hubkolbens in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.The invention relates to a reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine according to the preamble of claim 1. The invention also relates to the use of such a reciprocating piston in a reciprocating internal combustion engine.

Aus DE 34 44 661 A1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Kolben für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Kolben im Bereich unterhalb eines Kolbenbodens sternförmig angeordnete, im Wesentlichen radial verlaufende Kühlkanäle aufweist. Die Kühlkanäle sind mit einem am äußeren Umfang des Kolbens, radial hinter einem Kolbenmantel angeordneten Ringkanal verbunden, wobei Kühlmittel mittels einer Kühlmittelspritzdüse über eine Kühlmittelzuführung und den Ringkanal in die Kühlkanäle gelangt. Zur Abführung des Kühlmittels ist eine kolbenaxiale Kühlmittelabführung vorgesehen, wobei die Kühlmittelabführung unmittelbar in den unterhalb des Kolbenbodens angeordneten Kurbelraum mündet.Out DE 34 44 661 A1 a liquid-cooled piston for an internal combustion engine is known, wherein the piston in the region below a piston crown arranged in a star shape, has substantially radially extending cooling channels. The cooling channels are connected to a ring channel disposed radially on the outer circumference of the piston, radially behind a piston skirt, with coolant entering the cooling channels by means of a coolant injection nozzle via a coolant supply and the annular channel. For discharging the coolant, a piston-axial coolant discharge is provided, wherein the coolant discharge discharges directly into the crank chamber arranged below the piston crown.

Aus US 2017/0298862 A1 ist ein Kolben bekannt, welcher einen ringförmigen Kühlkanal aufweist. Kühlmittel wird über ein Pleuel und ein das Pleuel und den Kolben verbindenden Bolzen im Bereich der Kolbenbolzennabe in den Kolben geleitet. Der ringförmige Kühlkanal ist mit der Kolbenbolzennabe über einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungskanal verbunden. Ferner ist ein Ausströmkanal vorgesehen, über welchen das Kühlmittel in den Bereich unmittelbar unterhalb eines Kolbenbodens ausströmen kann.Out US 2017/0298862 A1 a piston is known, which has an annular cooling channel. Coolant is fed into the piston via a connecting rod and a bolt connecting the connecting rod and the piston in the area of the piston pin hub. The annular cooling passage is connected to the piston pin hub via a connecting passage extending in the axial direction. Furthermore, an outflow channel is provided, via which the coolant can flow out into the region immediately below a piston crown.

Aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2018 201 556.2 ist ein Hubkolben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Versuche haben gezeigt, dass ein solcher Hubkolben nicht mit einer Standard-Ölversorgung verwendbar ist, weil es dazu kommen kann, dass in bestimmten Betriebszuständen die Kühlmittelmenge für eine ausreichende Durchströmung aller Kühlkanäle nicht ausreicht.From the not yet published patent application DE 10 2018 201 556.2 is a reciprocating piston according to the preamble of claim 1 is known. Experiments have shown that such a reciprocating piston can not be used with a standard oil supply, because it can happen that in certain operating conditions, the amount of coolant for sufficient flow through all the cooling channels is insufficient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Kühlung von Hubkolben sowie eine die Kühlung weiter verbessernde Verwendung in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ermöglichen, insbesondere wenn dieser Hubkolben mit Hilfe einer Standard-Ölversorgung gekühlt werden soll.The invention has for its object to provide a reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine available that allow improved cooling of reciprocating and cooling further improving use in a reciprocating internal combustion engine, especially when this reciprocating piston to be cooled by means of a standard oil supply.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are described in connection with the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine weist einen Grundkörper mit einer Brennraumfläche auf. Als Brennraumfläche wird diejenige Fläche bezeichnet, welche bei der Anordnung eines solchen Hubkolbens in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zu einem Brennraum orientiert ist und den Brennraum in axialer Richtung betrachtet in eine Richtung (in der Regel nach unten) dynamisch begrenzt. Die Brennraumfläche wird teilweise auch als oberer Kolbenboden bezeichnet. In den meisten Fällen weist die Brennraumfläche eine Kolbenmulde in Form einer Vertiefung in einem - in radialer Richtung des Kolbens betrachtet - mittleren Bereich auf. Innerhalb des Grundkörpers des Hubkolbens ist bei dem erfindungsgemäßen Hubkolben mindestens ein Kühlkanalnetz vorgesehen, d.h. ein solches Kühlkanalnetz ist entweder als separat ausgebildetes Element angeordnet und/oder einstückig ausgebildet. Wenn beide Varianten realisiert sind, d.h. die „und“-Kombination des vorstehenden Satzes realisiert ist, ist das Kühlkanalnetz teilweise separat ausgebildet und in dem Hubkolben angeordnet und teilweise einstückig in dem Hubkolben ausgebildet. Unter einem Kühlkanalnetz im Sinne der Erfindung wird eine Gestaltung von Kühlkanälen verstanden, bei welcher ausgehend von einem Eintrittsbereich in das Kühlkanalnetz alle zu diesem Kühlkanalnetz gehörenden Kanäle strömungsleitend miteinander verbunden sind. Über ein Kühlkanalnetz wird insoweit eingeströmte Flüssigkeit innerhalb des „Netzes“ verteilt. Das Kühlkanalnetz weist mindestens einen - in radialer Richtung des Grundkörpers betrachtet - innenseitig angeordneten Einströmbereich und eine Vielzahl von sich - ausgehend von dem Einströmbereich - in radialer Richtung jeweils nach außen erstreckende Mini-Kühlkanäle auf. Die Mini-Kühlkanäle weisen dabei eine maximale Querschnittsweite von 3 mm auf. Dabei umfasst der Einströmbereich einen Ringkanal oder ein zentrales Reservoir, und die Mini-Kühlkanäle erstrecken sich ausgehend von diesem Ringkanal oder dem zentralen Reservoir in radialer Richtung betrachtet nach außen, wobei der Ringkanal oder das zentrale Reservoir nach Art eines Kühlmittelsammelraums ausgebildet ist und dazu eine Querschnittsfläche aufweist, die mindestens dem 1,5-fachen der größten Querschnittsfläche des größten Mini-Kühlkanals entspricht. Bevorzugt entspricht die Querschnittsfläche dem 1,8-fachen, dem 2,0-fachen, dem 2,5-fachen, dem 3,0-fachen oder mehr, verglichen mit der größten Querschnittsfläche des größten Mini-Kühlkanals. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Ringkanal oder das zentrale Reservoir so gestaltet, dass unabhängig von dem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine stets eine ausreichende Kühlmittelmenge, insbesondere Öl, in dem Ringkanal oder dem zentralen Reservoir vorgehalten werden kann, um die Mini-Kühlkanäle in allen Richtungen ausreichend mit Kühlmittel bzw. Öl zu versorgen bzw. zu durchströmen.An inventive reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine has a base body with a combustion chamber surface. As a combustion chamber surface that surface is referred to, which is oriented in the arrangement of such a reciprocating piston in a reciprocating internal combustion engine to a combustion chamber and the combustion chamber viewed in the axial direction in one direction (usually down) dynamically limited. The combustion chamber surface is sometimes referred to as upper piston crown. In most cases, the combustion chamber surface has a piston recess in the form of a depression in a middle region, viewed in the radial direction of the piston. Within the base body of the reciprocating piston is provided in the reciprocating piston according to the invention at least one cooling duct network, i. such a cooling duct network is arranged either as a separately formed element and / or formed in one piece. If both variants are realized, i. the "and" combination of the above sentence is realized, the cooling duct network is partially formed separately and arranged in the reciprocating piston and partially formed integrally in the reciprocating piston. A cooling duct network in the sense of the invention is understood to mean a design of cooling ducts in which, starting from an entry region into the cooling duct network, all the ducts belonging to this cooling duct network are connected to one another in a flow-conducting manner. About a cooling duct network so far flowed liquid is distributed within the "network". The cooling duct network has at least one inflow region, which is arranged on the inside in the radial direction of the main body, and a multiplicity of mini-cooling passages extending outwardly in the radial direction, starting from the inflow region. The mini-cooling channels have a maximum cross-sectional width of 3 mm. In this case, the inflow region comprises an annular channel or a central reservoir, and the mini-cooling channels extend outwardly from this annular channel or the central reservoir in the radial direction, wherein the annular channel or the central reservoir is designed in the manner of a coolant collecting space and a cross-sectional area which is at least 1.5 times the largest cross-sectional area of the largest mini-cooling channel. Preferably, the cross-sectional area is 1.8 times, 2.0 times, 2.5 times, 3.0 times or more compared to the largest cross-sectional area of the largest mini-cooling channel. In other words, the annular channel or the central reservoir is designed so that regardless of the operating condition of an internal combustion engine always a sufficient amount of coolant, in particular oil, can be kept in the annular channel or the central reservoir to the mini-cooling channels in all directions sufficient to supply with coolant or oil or to flow through.

Der Begriff zentrales Reservoir ist in diesem Zusammenhang weit auszulegen. Darunter ist insoweit nicht nur ein tankartig ausgebildeter Hohlraum zu verstehen, sondern auch kreisbogenförrmige oder geometrisch anders gestaltete Kanäle mit ausreichend großer Querschnittsfläche, mittels welchen die damit fluidal verbundenen Mini-Kühlkanäle ausreichend mit Kühlmittel versorgt werden können, die in verschiedene radiale Richtungen verlaufen. Vorzugsweise ist ein Reservoir so gestaltet und direkt mit Mini-Kühlkanälen fluidal verbunden, dass ein sich schirmartig erstreckendes Mini-Kühlkanalnetz von diesem Reservoir aus versorgt werden kann. The term central reservoir should be interpreted broadly in this context. In this respect, not only a tank-like cavity is to be understood, but also kreisbogenförrmige or geometrically differently shaped channels with sufficiently large cross-sectional area, by means of which the fluidly connected thereto mini-cooling channels can be sufficiently supplied with coolant, which extend in different radial directions. Preferably, a reservoir is designed and fluidly connected directly to mini-cooling channels that a mini-channel duct extending like an umbrella can be supplied from this reservoir.

Wenn als Kühlmittel eine Kühlflüssigkeit in Form von Öl, eingesetzt wird, kann der Begriff Kühlmittelsammelraum auch durch Ölsammelraum ersetzt werden.When a cooling fluid in the form of oil is used as the coolant, the term coolant-collecting space can also be replaced by oil-collecting space.

Bei einer Verwendung von Hubkolben in Hubkolbenbrennkraftmaschinen erhitzt sich der Grundkörper des Hubkolbens insbesondere brennraumseitig stark, wobei die höchste Temperatur in radialer Richtung betrachtet zentral bzw. mittig der Brennraumfläche auftritt, d.h. dort, wo in vielen Fällen eine Kolbenmulde ausgebildet ist. Die Temperatur der Brennraumfläche bzw. des Grundkörpers nimmt - insbesondere bei ungekühlten Kolben - in radialer Richtung betrachtet von radial innen nach außen ab. Bei dem erfindungsgemäßen Hubkolben ist es vorgesehen, durch einen innenseitig angeordneten Einströmbereich Kühlmittel möglichst direkt zu dem Bereich des Grundkörpers mit der maximalen Temperatur zu fördern und von dort aus radial nach außen weiterzufördern. Durch eine Vielzahl von sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Mini-Kühlkanälen wird die Kühlflüssigkeit darüber hinaus fein verästelt und die zu kühlende Fläche mit vielen Einzelkanälen durchdringend radial nach außen geleitet, um auch die in radialer Richtung betrachtet weiter außen liegenden Abschnitte des Grundkörpers zu kühlen. Die Kühlflüssigkeit strömt damit von einem radial inneren Bereich in Richtung eines radial äußeren Bereiches. So kann die Kühlflüssigkeit optimal zur Kühlung genutzt werden, denn die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit ist damit an den Temperaturgradienten des Grundkörpers während des Betriebes einer Hubkolbenbrennkraftmaschine angepasst.When using reciprocating piston in reciprocating internal combustion engines, the base body of the reciprocating heated, in particular the combustion chamber side strong, the highest temperature viewed in the radial direction centrally or centrally of the combustion chamber surface occurs, i. where, in many cases, a piston recess is formed. The temperature of the combustion chamber surface or the body decreases - in particular in uncooled piston - viewed in the radial direction from radially inward to outside. In the case of the reciprocating piston according to the invention, it is provided to convey coolant through a inflow region arranged on the inside as directly as possible to the region of the main body with the maximum temperature and to convey it radially outward therefrom. By a plurality of outwardly extending in the radial direction mini-cooling channels, the cooling liquid is also finely ramified and passed the surface to be cooled with many individual channels penetrating radially outwards, to cool even more radially outward portions of the body , The cooling liquid thus flows from a radially inner region in the direction of a radially outer region. Thus, the cooling liquid can be used optimally for cooling, because the flow direction of the cooling liquid is thus adapted to the temperature gradient of the base body during operation of a reciprocating internal combustion engine.

Die Ausbildung von Mini-Kühlkanälen mit einer maximalen Querschnittsweite von 3 mm, ermöglicht es, eine besonders große, zur Kühlung zur Verfügung stehende Oberfläche bereitzustellen, so dass sich eine besonders effiziente Kühlung des Grundkörpers ergibt. Als Querschnittsweite der Mini-Kühlkanäle wird dabei die größte Weite senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der Kühlflüssigkeit durch die Mini-Kühlkanäle bezeichnet. Die Mini-Kühlkanäle weisen insbesondere eine maximale Querschnittsweite von 2,5 mm auf und vorzugsweise beträgt die Querschnittsweite der Mini-Kühlkanäle mindestens 1 mm. Die Mini-Kühlkanäle sind im Querschnitt insbesondere kreisförmig ausgebildet. Alternativ können die Mini-Kühlkanäle im Querschnitt auch polygonförmig ausgebildet sein oder eine sonstige Querschnittsform aufweisen.The formation of mini-cooling channels with a maximum cross-sectional width of 3 mm, makes it possible to provide a particularly large, available for cooling surface, so that there is a particularly efficient cooling of the body. As the cross-sectional width of the mini-cooling channels, the largest distance perpendicular to the main flow direction of the cooling liquid is designated by the mini-cooling channels. In particular, the mini-cooling channels have a maximum cross-sectional width of 2.5 mm and preferably the cross-sectional width of the mini-cooling channels is at least 1 mm. The mini-cooling channels are formed in cross-section, in particular circular. Alternatively, the mini-cooling channels may also be polygonal in cross-section or have a different cross-sectional shape.

Durch die Ausbildung von Mini-Kühlkanälen und sich von innen nach außen erstreckenden Kühlkanälen kann auch der Bildung von sogenannten „Hot-Spots“, d.h. besonders heißen Bereichen, an dem Grundkörper des Hubkolbens gezielt und effizient entgegengewirkt werden, insbesondere durch Anordnung der Mini-Kühlkanäle so, dass sich bei Volllast oder einem anderen definierten Lastzustand eine möglichst gleichmäßige Temperarturverteilung auf der Brennraumfläche ergibt. So kann auch das Risiko von Vorentflammungen - insbesondere bei Ottomotoren - reduziert werden.Due to the formation of mini-cooling channels and cooling channels extending from the inside to the outside, the formation of so-called "hot spots", i. particularly hot areas, are targeted and efficiently counteracted on the base body of the reciprocating piston, in particular by arranging the mini-cooling channels so that at full load or other defined load condition results in a uniform temperature Temperarturverteilung on the combustion chamber surface. This also reduces the risk of pre-ignition - especially in gasoline engines.

In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens ist in dem Einströmbereich, in dem Ringkanal und/oder in dem zentralen Reservoir eine Rückströmsicherung vorgesehen. Unter einer solchen Rückströmsicherung sind allgemein alle Mittel zu verstehen, die einer Rückströmung von Kühlmittel, welches einmal unmittelbar vor oder in den Ringkanal bzw. unmittelbar vor oder in das zentrale Reservoir gelangt ist, vollständig oder zumindest teilweise entgegenwirken.In a practical embodiment of a reciprocating piston according to the invention, a backflow safety device is provided in the inflow region, in the annular channel and / or in the central reservoir. Under such a backflow are generally all means to understand, which completely or at least partially counteract a backflow of coolant, which is once directly in front of or in the annular channel or directly before or in the central reservoir.

Nur beispielhaft wird diesbezüglich auf die Ausbildung eines Höhensprunges (z.B. mittels einer stufenartigen, senkrechten und/oder schrägen Stauwand), ein Ventil und einen nach oben gekrümmten Kanalverlauf (umgekehrter Siphon) verwiesen.By way of example only, reference will be made to the formation of a vertical jump (e.g., by means of a step-like, vertical and / or oblique dam wall), a valve, and an upwardly curved passageway (reverse siphon).

Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein nach oben gekrümmter Kanalverlauf häufig aufgrund einer nur begrenzten Höhe des Kolbenbodens nicht nur in geringem Umfang realisierbar ist.It should be noted that an upwardly curved channel course is often due to a limited height of the piston crown not only to a small extent feasible.

Der Einsatz eines Ventils ist mit zusätzlichen Kosten und zusätzlichem Gewicht verbunden.The use of a valve is associated with additional costs and weight.

Besonders bevorzugt ist es insoweit, einen Höhensprung derart vorzusehen, dass eine Rückströmung nur nach Überwindung eines gewissen Höhenniveaus möglich ist und auch nur dann, wenn temporär kein weiteres Kühlmittel oder nur Kühlmittel mit einem nicht ausreichend großen Druck in den Einströmbereich nachströmt.It is particularly preferred in this respect to provide a vertical jump such that a return flow is possible only after overcoming a certain height level and only if temporarily no further coolant or only coolant flows with a not sufficiently large pressure in the inflow region.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens ist die Querschnittsweite und/oder die Querschnittsform und/oder die Querschnittsfläche der Mini-Kühlkanäle abhängig von deren Abstand vom Einströmbereich - in Strömungsrichtung betrachtet - unterschiedlich groß ausgebildet. Diese Gestaltungsvariante kann insbesondere vorteilhaft genutzt werden, um die Massenströme bzw. Volumenströme durch die einzelnen Mini-Kühlkanäle auf eine gewünschte Art und Weise zu steuern, beispielsweise um eine gleichmäßige Durchströmung aller Mini-Kühlkanäle anzustreben und/oder um durch Auslegung der entsprechenden Teilströmungen eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Kolbenboden zu erreichen.In a further practical embodiment of a reciprocating piston according to the invention, the cross-sectional width and / or the cross-sectional shape and / or the cross-sectional area of the mini-cooling channels is formed differently depending on their distance from the inflow region - viewed in the flow direction. This design variant can be particularly advantageously used to control the mass flow or volume flow through the individual mini-cooling channels in a desired manner, for example, to strive for a uniform flow through all mini-cooling channels and / or by design of the corresponding partial flows a uniform temperature distribution in the piston crown to reach.

Alternativ oder in Ergänzung zu der vorstehend genannten Auslegungsmöglichkeit einzelner Mini-Kühlkanäle kann das Anschluss-Höhenniveau der Mini-Kühlkanäle an den Ringkanal oder das zentrale Reservoir abhängig von deren Abstand vom Einströmbereich - in Strömungsrichtung betrachtet - unterschiedlich hoch gewählt sein. So kann das Anschluss-Höhenniveau beispielsweise auf null gesetzt werden, indem ein Mini-Kühlkanal sich von dem untersten Niveau eines Ringkanals oder zentralen Reservoirs aus erstreckt. Oder das Höhenniveau kann durch eine Stufe mit der Höhe H auf ein höheres Anschluss-Höhenniveau gehoben werden, um die Menge des in einen Mini-Kühlkanal einströmenden Kühlmittels zu reduzieren, wobei mit zunehmendem Anschluss-Höhenniveau die Menge des in den entsprechenden Mini-Kühlkanals einströmenden Kühlmittels reduziert wird.Alternatively or in addition to the above-mentioned design possibility individual mini-cooling channels, the connection height level of the mini-cooling channels to the annular channel or the central reservoir depending on their distance from the inflow - viewed in the direction of flow - be chosen differently high. For example, the port height level may be set to zero by extending a mini-cooling channel from the lowest level of an annular channel or central reservoir. Or, the height level may be raised to a higher connection height level by a step of height H to reduce the amount of refrigerant flowing into a mini-cooling channel, and as the connection height level increases, the amount of air flowing into the corresponding mini-cooling channel Coolant is reduced.

Alternativ oder in Ergänzung dazu kann auch in mindestens einem Mini-Kühlkanal in einem sich an den Ringkanal oder das zentrale Reservoir anschließenden Anfangsabschnitt ein Höhensprung vorgesehen sein, um die Menge des einströmenden Kühlmittels in diesen Mini-Kühlkanal gegenüber einem anderen Mini-Kühlkanal ohne Höhensprung oder mit einem geringeren Höhensprung und/oder Höhen-Anschlussniveau zu reduzieren.Alternatively or in addition, in at least one mini-cooling channel in an adjoining the annular channel or the central reservoir initial portion may be provided a height jump to the amount of inflowing coolant in this mini-cooling channel with respect to another mini-cooling channel without a jump or with a lower height jump and / or height connection level to reduce.

Die Kühlung eines erfindungsgemäßen Hubkolbens kann weiter verbessert werden, wenn die Mini-Kühlkanäle zu einer radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnung oder zu mehreren radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnungen führen. Dabei ist diese eine Ausströmöffnung oder die mehreren Ausströmöffnungen sind insbesondere zumindest teilweise derart ausgerichtet, dass durch die Ausströmöffnung austretende Kühlflüssigkeit unmittelbar oder mittelbar auf eine Außenseite eines Kolbenhemdes gelangt. Als Kolbenhemd wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein Abschnitt des Grundkörpers verstanden, welcher in axialer Richtung betrachtet beabstandet - insbesondere unterhalb - eines Kolbenbodens und der Brennraumfläche angeordnet ist und in der Regel eine oder mehrere Führungsflächen zur Führung des Hubkolbens entlang einer Zylinderwand aufweist. Die Kühlflüssigkeit gelangt damit - wenn überhaupt - erst mittelbar (d.h. nicht unmittelbar) in den Kurbelraum unterhalb des Kolbenhemdes. Durch die von außen auf das Kolbenhemd gelangende Kühlflüssigkeit wird das Kolbenhemd außenseitig gekühlt. Auch einer Bildung von Ölablagerungen und Verkorkungen auf dem Kolbenhemd durch zu hohe Temperaturen kann so wirksam entgegengewirkt werden. Die Kühlflüssigkeit verbessert auch die Schmierung des Kolbenhemdes und verringert dessen Reibung gegenüber der Zylinderwand.The cooling of a reciprocating piston according to the invention can be further improved if the mini-cooling channels lead to a radially outwardly arranged outflow opening or to a plurality of radially outwardly arranged outflow openings. In this case, this one outflow opening or the plurality of outflow openings are in particular at least partially aligned such that coolant exiting through the outflow opening passes directly or indirectly on an outer side of a piston skirt. In this context, a piston skirt is understood to mean, in particular, a section of the base body which is spaced apart-in particular below-a piston crown and the combustion chamber surface and generally has one or more guide surfaces for guiding the piston along a cylinder wall. The cooling liquid thus reaches - if at all - only indirectly (i.e., not directly) into the crankcase below the piston skirt. By reaching from the outside of the piston skirt cooling liquid, the piston skirt is cooled on the outside. Also, a formation of oil deposits and corking on the piston skirt by excessive temperatures can be counteracted so effectively. The coolant also improves the lubrication of the piston skirt and reduces its friction with the cylinder wall.

Die Ausströmöffnungen sind insbesondere derart ausgerichtet, dass die Kühlflüssigkeit direkt und somit unmittelbar von oben auf die radiale Außenseite des Kolbenhemdes strömt. Alternativ können die Ausströmöffnungen auch derart ausgerichtet sein, dass die Kühlflüssigkeit zunächst gegen die Zylinderwand prallt und von dort in Richtung des Kolbenhemdes zurückprallt. Vorzugsweise erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle bzw. der mindestens eine Mini-Kühlkanal in dem unmittelbar an die Ausströmöffnung angrenzenden Bereich überwiegend horizontal, d.h. im Wesentlichen in einem Winkel zur Horizontalen von maximal 30° und bevorzugt von maximal 20° und weiter bevorzugt von maximal 10°. Als Horizontalebene wird in diesem Zusammenhang die Richtung senkrecht zur Zylinderachse bezeichnet, entlang welcher sich der Kolben in der Hubkolbenbrennkraftmaschine bewegt.The outflow openings are in particular aligned such that the cooling liquid flows directly and thus directly from above onto the radial outer side of the piston skirt. Alternatively, the outflow openings can also be aligned such that the cooling liquid initially collides against the cylinder wall and rebounds from there in the direction of the piston skirt. Preferably, the mini-cooling channels or the at least one mini-cooling channel in the region immediately adjacent to the outflow opening extend predominantly horizontally, i. essentially at an angle to the horizontal of at most 30 ° and preferably of not more than 20 ° and more preferably of not more than 10 °. In this context, the horizontal plane is the direction perpendicular to the cylinder axis, along which the piston moves in the reciprocating internal combustion engine.

Ebenfalls möglich ist es, die Ausströmöffnungen im inneren Kolbenbereich nach unten oder anders orientiert so auszurichten, dass das austretende Öl die Zylinderwand nicht zusätzlich schmiert und/oder kühlt, insbesondere um ein Ölüberangebot zu vermeiden.It is also possible to orient the outflow openings in the inner piston area downwards or otherwise orientated so that the escaping oil does not additionally lubricate and / or cool the cylinder wall, in particular in order to avoid excessive oil supply.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens ist an dem Grundkörper zumindest über einen Teil des Umfangs ein Spalt zwischen einem radial äußeren Abschnitt des Kolbenhemdes und einem radial äußeren Abschnitt eines Kolbenbodens ausgebildet, und mindestens ein Mini-Kühlkanal führt in den Bereich des Spaltes zwischen dem Kolbenhemd und dem Kolbenboden. Mit dem vorstehend genannten Bereich ist der in axialer Richtung auf der einen Seite durch das Kolbenhemd und auf der anderen Seite durch den unteren Kolbenboden begrenzte Bereich gemeint. Bei der oben erwähnten Gestaltung eines Hubkolbens mit einem Spalt zwischen Kolbenhemd und Kolbenboden ist eine thermische Entkopplung des Kolbenhemdes von dem Kolbenboden realisiert. Diese Gestaltung eignet sich aus konstruktiven Aspekten besonders dazu, die Kühlflüssigkeit unmittelbar auf das Kolbenhemd zu leiten.In a further practical embodiment of a reciprocating piston according to the invention, a gap between a radially outer portion of the piston skirt and a radially outer portion of a piston crown formed on the body at least over part of the circumference, and at least one mini-cooling channel leads into the region of the gap between the Piston shirt and the piston crown. By the above-mentioned range is meant that in the axial direction on the one side by the piston skirt and on the other side by the lower piston crown limited area. In the above-mentioned design of a reciprocating piston with a gap between the piston skirt and the piston crown, thermal decoupling of the piston skirt from the piston crown is realized. This design is particularly suitable for constructive aspects to direct the coolant directly to the piston skirt.

Eine besonders effiziente Kühlung des erfindungsgemäßen Kolbens wird erzielt, wenn in dem Grundkörper mindestens acht (und vorzugsweise mindestens neun, mindestens zehn oder mehr) sich in radialer Richtung erstreckende Mini-Kühlkanäle ausgebildet sind, denn dann ergibt sich bereits ein relativ engmaschiges Verteilnetz mit guter Flächendurchdringung. Insbesondere erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle von dem Einströmbereich zu acht, neun, zehn oder mehr korrespondierenden Ausströmöffnungen. Es ist ebenfalls möglich, die Mini-Kühlkanäle so auszubilden, dass sie sich nach radial außen hin noch ein oder mehrmals zusätzlich verzweigen, beispielsweise indem sich zunächst von einem radial innen angeordneten Bereich 10 Mini-Kühlkanäle nach radial außen bis in einen radial mittleren Bereich erstrecken und sich diese Mini-Kühlkanäle dann ausgehend von diesem mittleren Bereich in jeweils zwei oder mehr weitere Kanäle verästeln. Dabei kann die Querschnittsweite so angepasst sein, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Verästelungen möglichst nicht ändert.A particularly efficient cooling of the piston according to the invention is achieved if in the base body at least eight (and preferably at least nine, at least ten or more) are formed in the radial direction extending mini-cooling channels, because then there is already a relatively close-meshed distribution network with good area penetration. In particular, the mini-cooling channels extend from the inflow region to eight, nine, ten or more corresponding outflow openings. It is also possible to design the mini-cooling channels in such a way that they additionally branch out one or more times radially outwards, for example by initially being located from a region arranged radially inward 10 Mini-cooling channels radially outward extend into a radially central region and then branch out these mini-cooling channels, starting from this central region in each case two or more further channels. In this case, the cross-sectional width can be adjusted so that the flow velocity in the region of the branches does not change as much as possible.

Je kleiner die maximale Querschnittsweite gewählt wird, desto feiner können die „Äste“ des Kühlkanalnetzes ausgebildet sein. Umgekehrt steigen die sich ergebenden Druckverluste in den „Ästen“ bzw. Mini-Kühlkanälen mit sich verringernder Querschnittsweite an. Die maximale Querschnittsweite liegt nach derzeitigen Erkenntnissen aus diesem Grund zwischen 1 mm und 4 mm, bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm.The smaller the maximum cross-sectional width is selected, the finer the "branches" of the cooling duct network can be formed. Conversely, the resulting pressure losses in the "branches" or mini-cooling channels increase with decreasing cross-sectional width. For this reason, the maximum cross-sectional width is between 1 mm and 4 mm, preferably between 1 mm and 3 mm.

Es ist bevorzugt, wenn die projizierte Fläche der Kühlkanäle bezogen auf die Querschnittsfläche des Kolbens mindestens 20 Prozent beträgt, bevorzugt mindestens 25 Prozent und weiter bevorzugt mindestens 30 Prozent.It is preferred if the projected area of the cooling channels, based on the cross-sectional area of the piston, is at least 20 percent, preferably at least 25 percent and more preferably at least 30 percent.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens umfasst der Einströmbereich einen Ringkanal oder ein zentrales Reservoir, und die Kühlkanäle erstrecken sich ausgehend von diesem Ringkanal oder dem zentralen Reservoir in radialer Richtung betrachtet nach außen. Mit „Ring“ sind in diesem Zusammenhang vorzugsweise eine geschlossene, aber auch nur teilringförmige Gestaltungen gemeint, d.h. auch halbringförmige oder andere bogenförmige Ringkanalgestaltungen. Mittels solcher, vorzugsweise zumindest halbkreisförmig ausgebildeter Ringkanäle kann eine gute und homogenere Verteilung der Kühlflüssigkeit in die einzelnen Kühlkanäle erzielt werden, die eine - in Umfangsrichtung betrachtet - gleichmäßige Kolbenbodenkühlung ermöglicht. Mit einem zentralen Reservoir sind beispielsweise hohlkugelförmige oder anders geformte hohlförmige, kammerartige Strukturen gemeint, von deren Außenseiten aus sich die Mini-Kühlkanäle in radialer Richtung nach außen erstrecken.In a further practical embodiment of a reciprocating piston according to the invention, the inflow region comprises an annular channel or a central reservoir, and the cooling channels extend outwardly from this annular channel or the central reservoir in the radial direction. By "ring" is meant in this context preferably a closed, but also only part-ring-shaped designs, i. also semi-annular or other arcuate annular channel designs. By means of such, preferably at least semicircular trained annular channels a good and homogeneous distribution of the cooling liquid can be achieved in the individual cooling channels, which allows a - considered in the circumferential direction - uniform piston crown cooling. By a central reservoir, for example, hollow-spherical or otherwise shaped hollow-shaped, chamber-like structures are meant, from the outer sides of which the mini-cooling channels extend in the radial direction outwards.

Eine konstruktiv besonders einfache Gestaltung ergibt sich, wenn in dem Grundkörper mindestens zwei, strömungsleitend nicht - oder zumindest nur bis zu einer radial innen angeordneten Netz-Verteilstelle - miteinander verbundene Kühlkanalnetze ausgebildet sind.A structurally particularly simple design results if at least two, flow-conducting not - or at least only up to a radially inwardly disposed network distribution point - interconnected cooling channel networks are formed in the body.

Insbesondere können zwei oder mehr Kühlkanalnetze so angeordnet sein, dass der Kolbenboden weitestgehend gleichmäßig von Kanälen der Kühlkanalnetze durchdrungen ist. Beispielsweise können sich ein erstes Kühlkanalnetz und ein zweites Kühlkanalnetz über zwei Hälften der Querschnittsfläche des Grundkörpers erstrecken.In particular, two or more cooling duct nets can be arranged so that the piston crown is largely penetrated evenly by channels of the cooling duct nets. For example, a first cooling duct network and a second cooling duct network may extend over two halves of the cross-sectional area of the main body.

In einer besonders praktischen Ausführungsform sind die Kühlkanalnetze spiegelbildlich zueinander ausgebildet. Die zwei strömungsleitend nicht miteinander verbundenen Kühlkanalnetze weisen weiter bevorzugt zwei voneinander separierte Einströmbereiche auf, die unabhängig voneinander gespeist werden können. Die Ausbildung von solchen separierten Einströmbereichen und Kühlkanalnetzen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Ausbildung des Einströmbereiches in dem Grundkörper in einer zentralen Position, d.h. radial mittig der Brennraumfläche (im Bereich der Zylinder-Mittelachse) bauraumtechnisch und/oder konstruktiv nicht oder nur mit hohem Aufwand zu realisieren ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Einspritzung über eine Kolbenspritzdüse erfolgt (dies wird im Weiteren noch näher erläutert), da diese aufgrund des Pleuels nicht mittig unterhalb des Kolbenbodens angeordnet werden kann.In a particularly practical embodiment, the cooling channel networks are mirror images of each other. The two cooling channel networks which are not connected to one another in a flow-conducting manner preferably further comprise two inflow regions which are separated from one another and which can be fed independently of one another. The formation of such separated inflow regions and cooling channel networks is particularly advantageous if the formation of the inflow region in the main body in a central position, i. radially center of the combustion chamber surface (in the region of the cylinder center axis) space engineering and / or constructive not or only with great effort to realize. This is the case, in particular, when the injection takes place via a piston injection nozzle (this will be explained in more detail below), since it can not be arranged centrally below the piston crown due to the connecting rod.

Insbesondere in Verbindung mit einer Einspritzung von Kühlmittel über eine Kolbenspritzdüse kann es auch vorteilhaft sein, nur einen Ringkanal oder ein zentrales Reservoir zur Verfügung zu stellen, das einen im Verhältnis zum Kolbendurchmesser großen Durchmesser bzw. eine große maximale Querschnittsweite aufweist, beispielsweise mindestens 20 Prozent, mindestens 30 Prozent mindestens 40 Prozent oder sogar mindestens 50 Prozent des Kolbendurchmessers. In diesem Fall können sich die Mini-Kühlkanäle ausgehend von einem solchen, relativ großen Ringkanal oder zentralen Reservoir dementsprechend nur innerhalb des verbleibenden Bereichs außenseitig des Ringkanals bzw. zentralen Reservoirs, d.h. beispielsweise über einen radial gemessenen Bereich von maximal 50 Prozent des Kolbendurchmessers, falls sich das zentrale Reservoir oder der Ringkanal bereits über etwa 5p Prozent erstreckt.In particular, in conjunction with an injection of coolant via a piston nozzle, it may also be advantageous to provide only an annular channel or a central reservoir, which has a diameter in relation to the piston diameter or a large maximum cross-sectional width, for example at least 20 percent. at least 30 percent at least 40 percent or even at least 50 percent of the piston diameter. In this case, the mini-cooling channels can, starting from such a relatively large annular channel or central reservoir accordingly only within the remaining area outside the annular channel or central reservoir, i. For example, over a radially measured range of a maximum of 50 percent of the piston diameter, if the central reservoir or the annular channel already extends over about 5p percent.

Der mindestens eine Einströmbereich kann sich in einer weiteren praktischen Ausführungsform ausgehend von einer Einströmöffnung erstrecken, welche in der Mantelfläche einer Kolbenbolzennabe ausgebildet ist. Eine solche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens eignet sich insbesondere für die Versorgung des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit über ein mit dem Hubkolben funktional verbundenes Pleuel. Insbesondere ist es dann vorgesehen, zwei strömungsleitend nicht miteinander verbundene Kühlkanalnetze auszubilden, wobei die Einströmöffnungen auf unterschiedlichen Seiten des Pleuels in der Mantelfläche der Kolbenbolzennabe ausgebildet sind. Wenn das Pleuel innen hohl ausgebildet ist, kann Kühlflüssigkeit innerhalb des Pleuels in Richtung des Hubkolbens geführt werden. Der Hubkolben und das Pleuel sind vorzugsweise mittels eines Bolzens verbunden, wobei der Bolzen insbesondere derart ausgebildet ist, dass Kühlflüssigkeit durch den Bolzen zu der mindestens einen Einströmöffnung gefördert werden kann. Dazu kann insbesondere mindestens ein - insbesondere trichterartiger - Kanal in dem Bolzen so ausgebildet sein, dass unabhängig von einer Schwenkbewegung zwischen Pleuel, Bolzen und Kolben permanent ausreichend Kühlflüssigkeit in Richtung Kolben gefördert werden kann.In a further practical embodiment, the at least one inflow region can extend starting from an inflow opening which is formed in the lateral surface of a piston pin hub. Such an embodiment of a reciprocating piston according to the invention is particularly suitable for supplying the cooling duct network with cooling liquid via a connecting rod functionally connected to the piston. In particular, it is provided to form two flow channels not interconnected cooling channel networks, wherein the inflow openings are formed on different sides of the connecting rod in the lateral surface of the piston pin hub. If the connecting rod is hollow inside, cooling fluid can be guided within the connecting rod in the direction of the reciprocating piston. The reciprocating piston and the connecting rod are preferably connected by means of a bolt, wherein the bolt is in particular designed such that cooling fluid can be conveyed through the bolt to the at least one inflow opening. For this purpose, in particular at least one - in particular funnel-like - channel in the bolt be designed so that regardless of a pivotal movement between the connecting rod, pin and piston permanently sufficient coolant can be conveyed in the direction of the piston.

Die mindestens eine Einströmöffnung erstreckt sich dazu insbesondere über einen Winkelbereich des Umfangs der Mantelfläche der Kolbenbolzennabe. Der Winkelbereich entspricht mindestens dem Winkelbereich, über welchen der Bolzen während der Bewegung des Pleuels relativ zu dem Hubkolben verschwenkt wird. Der Bolzen ist insbesondere mittels Presspassung mit dem Pleuel verbunden und rotiert gegenüber dem Hubkolben. Insbesondere erstreckt sich die Einströmöffnung über mindestens 20° und vorzugsweise über mindestens 30° des Umfangs der Mantelfläche der Kolbenbolzennabe.The at least one inflow opening extends in particular over an angular range of the circumference of the lateral surface of the piston pin hub. The angular range corresponds at least to the angular range over which the bolt is pivoted during movement of the connecting rod relative to the reciprocating piston. The bolt is connected in particular by means of press fit with the connecting rod and rotates relative to the reciprocating piston. In particular, the inflow opening extends over at least 20 ° and preferably over at least 30 ° of the circumference of the lateral surface of the piston pin hub.

Zur Förderung der Kühlflüssigkeit durch das Pleuel in den Grundkörper des Hubkolbens kann optional in einer Variante des erfindungsgemäßen Hubkolbens eine Pumpe vorgesehen sein, mit welcher ein ausreichend hoher Druck erzeugt wird, um während des Betriebes der Hubkolbenbrennkraftmaschine mindestens 20 Prozent des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit füllen zu können. Als eine solche Pumpe kann eine auch für andere Zwecke genutzte Standard-Ölpumpe einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen sein, es kann aber auch eine zusätzliche Pumpe für einen oder mehrere erfindungsgemäße Hubkolben vorgesehen sein, die ausschließlich oder primär für die Versorgung des Kühlkanalnetzes genutzt wird. Ebenfalls möglich ist es, die Versorgung des Kühlkanalnetzes auf beliebige andere Art und Weise sicherzustellen.To promote the cooling liquid through the connecting rod in the base body of the reciprocating piston, a pump may optionally be provided in a variant of the reciprocating piston according to the invention, with which a sufficiently high pressure is generated to fill at least 20 percent of the cooling duct network with cooling liquid during operation of the reciprocating internal combustion engine , As such a pump, a standard oil pump used for other purposes of a reciprocating internal combustion engine may be provided, but it may also be provided an additional pump for one or more reciprocating piston according to the invention, which is used exclusively or primarily for the supply of the cooling duct network. It is also possible to ensure the supply of the cooling duct network in any other way.

Bevorzugt sind mindestens 25 Prozent, mindestens 30 Prozent oder mindestens 40 Prozent, 50 Prozent oder sogar 75 Prozent des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Das Kühlkanalnetz kann auch vollständig (d.h. zu 100 Prozent) mit Kühlflüssigkeit gefüllt sein, so dass sich eine besonders effiziente Kühlung aufgrund einer maximalen Durchströmung des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit ergibt. Durch Erhöhung des mit der Pumpe erzeugten Drucks und der daraus resultierenden Strömungsgeschwindigkeit kann die Kühlleistung dann bedarfsweise angepasst werden, sofern die Pumpe steuerbar und/oder regelbar ist. Wenn Kühlflüssigkeit in den Grundkörper über ein Pleuel eingebracht wird, kann Kühlflüssigkeit kontinuierlich, mit hohem Druck und optional auch durchflussgesteuert oder durchflussgeregelt aktiv in den Grundkörper des Hubkolbens gefördert werden. Die vorliegende Erfindung betrifft allerdings primär Anwendungsfälle, in welchen die Kühlflüssigkeit mit Umgebungsdruck, aber beaufschlagt mit kinetischer Energie, in den Hubkolben gelangt.Preferably, at least 25 percent, at least 30 percent or at least 40 percent, 50 percent or even 75 percent of the cooling duct network is filled with coolant. The cooling duct network can also be completely (i.e., 100 percent) filled with cooling fluid, resulting in particularly efficient cooling due to maximum flow through the cooling duct network with cooling fluid. By increasing the pressure generated by the pump and the resulting flow rate, the cooling capacity can then be adjusted as needed, provided that the pump is controllable and / or regulated. If cooling liquid is introduced into the main body via a connecting rod, cooling liquid can be conveyed continuously, with high pressure and optionally also flow-controlled or flow-controlled active into the main body of the reciprocating piston. The present invention, however, primarily relates to applications in which the cooling fluid reaches the reciprocating piston at ambient pressure but applied with kinetic energy.

Die Erfindung betrifft insoweit vor allem solche Ausführungsformen, bei welchen sich der Einströmbereich von einem Bereich des unteren Kolbenbodens erstreckt, der beabstandet von der Kolbenbolzennabe ist. Ein solcher Bereich ist insbesondere benachbart zu der Kolbenbolzennabe vorgesehen und insbesondere möglichst - in radialer Richtung betrachtet - zentral im Grundkörper angeordnet, beispielsweise innerhalb eines Radius, der maximal dem halben Radius des Kolbens entspricht. In dieser Ausführungsform erfolgt die Versorgung des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit insbesondere über mindestens eine Kolbenspritzdüse. Dabei wird die Kolbenspritzdüse vorzugsweise unterhalb des unteren Kolbenbodens derart angeordnet, dass Kühlflüssigkeit nach oben in das Kühlkanalnetz eingespritzt werden kann. Es ist auch bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn zwei oder mehr strömungsleitend nicht miteinander verbundene Kühlkanalnetze in dem Grundkörper ausgebildet sind. Weiter bevorzugt ist dabei pro Kühlkanalnetz jeweils mindestens eine separate Kolbenspritzdüse vorgesehen. Die Einbringung von Kühlflüssigkeit in den Grundkörper über eine Kolbenspritzdüse ist konstruktiv sehr einfach zu realisieren, insbesondere weil die Kühlflüssigkeit nicht durch relativ zueinander bewegte Elemente geführt werden muss.In this respect, the invention relates in particular to those embodiments in which the inflow region extends from a region of the lower piston crown, which is spaced from the piston pin hub. Such an area is provided in particular adjacent to the piston pin hub and in particular as possible - as viewed in the radial direction - arranged centrally in the body, for example within a radius corresponding to a maximum of half the radius of the piston. In this embodiment, the supply of the cooling duct network with coolant takes place in particular via at least one piston injection nozzle. In this case, the piston injection nozzle is preferably arranged below the lower piston crown in such a way that cooling liquid can be injected upwards into the cooling duct network. It is also preferred in this embodiment if two or more cooling channel networks, which are not connected to one another in terms of flow, are formed in the base body. More preferably, at least one separate piston spray nozzle is provided per cooling channel network. The introduction of cooling liquid into the base body via a piston injection nozzle is structurally very easy to implement, in particular because the cooling liquid does not have to be guided by elements moving relative to one another.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist die Kontur der Mini-Kühlkanäle zumindest teilweise an die Kontur der Brennraumfläche derart angepasst, dass der axiale Abstand der Mini-Kühlkanäle zur Brennraumfläche innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters liegt. Insbesondere ist die Kontur der Mini-Kühlkanäle an eine Brennraumfläche mit einer Kolbenmulde angepasst, so dass die Mini-Kühlkanäle ebenfalls eine muldenartige Kontur aufweisen. Vorzugsweise liegt sowohl der axiale Abstand der Mini-Kühlkanäle zu der Brennraumfläche als auch zu dem unteren Kolbenboden innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters. „Innerhalb des vorgegebenen Toleranzfensters“ meint hier insbesondere, dass die Abstandsabweichung zwischen der Brennraumfläche und/oder des unteren Kolbenbodens nicht mehr als 20 Prozent, bevorzugt nicht mehr als 15 Prozent und besonders bevorzugt nicht mehr als 10 Prozent beträgt. Die Mini-Kühlkanäle erstrecken sich vorzugsweise über mindestens 20 Prozent, bevorzugt mindestens 25 Prozent und insbesondere mindestens 30 Prozent des Durchmessers des Kolbenbodens im Wesentlichen horizontal. Als Bereich ist eine radiale Erstreckung der Mini-Kühlkanäle zwischen 20 und 70 Prozent des Kolbendurchmessers besonders geeignet, insbesondere ein Bereich zwischen 20 und 50 Prozent. Damit sind insbesondere die radial innenseitigen Bereiche des Kolbenbodens gemeint. Weiter bevorzugt sind die Mini-Kühlkanäle zumindest teilweise an die Kontur der Brennraumfläche angepasst, d.h. der Abstand zwischen Brennraumfläche und den jeweiligen Mini-Kühlkanälen ist zumindest über einen Teilbereich ungefähr konstant, vorzugsweise über den gesamten Radial-Erstreckungsbereich der Mini-Kühlkanäle.In a further practical embodiment, the contour of the mini-cooling channels is at least partially adapted to the contour of the combustion chamber surface such that the axial distance of the mini-cooling channels to the combustion chamber surface is within a predetermined tolerance window. In particular, the contour of the mini-cooling channels is adapted to a combustion chamber surface with a piston recess, so that the mini-cooling channels also have a trough-like contour. Preferably, both the axial distance of the mini-cooling channels to the combustion chamber surface and to the lower piston crown within a predetermined tolerance window. "Within the specified tolerance window" means here in particular that the distance deviation between the combustion chamber surface and / or the lower piston crown is not more than 20 percent, preferably not more than 15 percent and particularly preferably not more than 10 percent. The mini-cooling channels preferably extend over at least 20 percent, preferably at least 25 percent and in particular at least 30 percent of the diameter of the piston head substantially horizontally. As a range, a radial extension of the mini-cooling channels between 20 and 70 percent of the piston diameter is particularly suitable, in particular a range between 20 and 50 percent. This means in particular the radially inward regions of the piston crown. More preferably, the mini-cooling channels are at least partially adapted to the contour of the combustion chamber surface, ie, the distance between the combustion chamber surface and the respective mini-cooling channels is approximately constant over at least a partial area, preferably over the entire radial extent of the mini-cooling channels.

Insbesondere ist der Einströmbereich gebildet durch eine Einströmöffnung, welche über einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungskanal mit dem Ringkanal verbunden ist. Ausgehend von dem Ringkanal erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle in radialer Richtung nach außen, wobei die Kontur der Kühlkanäle an die Kontur der Brennraumfläche mit einer Kolbenmulde angepasst ist. In einem radial äußeren Bereich erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle zunächst in einem Axialabschnitt im Wesentlichen in axialer Richtung und münden dann insbesondere überwiegend horizontal in einem Horizontalabschnitt in einen Bereich zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbenhemd. Alternativ können sich die Mini-Kühlkanäle auch nur teilweise horizontal oder auch abschnittsweise in rein axialer Richtung des Kolbens erstrecken. Die Orientierung kann beliebig an den Kühlbedarf und die jeweilige Geometrie des Kolbens, insbesondere im Bereich des Kolbenbodens, angepasst werden.In particular, the inflow region is formed by an inflow opening, which is connected to the annular channel via a connecting channel extending in the axial direction. Starting from the annular channel, the mini-cooling channels extend in the radial direction to the outside, wherein the contour of the cooling channels is adapted to the contour of the combustion chamber surface with a piston recess. In a radially outer region, the mini-cooling passages initially extend in an axial section substantially in the axial direction and then in particular lead predominantly horizontally in a horizontal section into a region between the piston crown and the piston skirt. Alternatively, the mini-cooling channels may extend only partially horizontally or in sections in the purely axial direction of the piston. The orientation can be arbitrarily adapted to the cooling requirements and the respective geometry of the piston, in particular in the region of the piston crown.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen Hubkolbens in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Die Kühlflüssigkeit wird dabei über einen radial innenseitig angeordneten Einströmbereich in den Hubkolben eingebracht und durch eine Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden Kühlkanälen in radialer Richtung nach außen abgeleitet. Es wird durch diese Verwendung eine besonders effiziente Kühlung des Hubkolbens bewirkt, da die Kühlflüssigkeit zunächst den besonders heißen, in radialer Richtung zentralen Bereich der Brennraumfläche kühlt und von dort aus nach außen zu den kälteren Randbereichen strömt.The invention also relates to the use of a reciprocating piston as described above in a reciprocating internal combustion engine. In this case, the cooling liquid is introduced into the lifting piston via an inflow region arranged radially on the inside and is discharged outward in the radial direction through a multiplicity of cooling channels extending in the radial direction. It is caused by this use a particularly efficient cooling of the reciprocating piston, since the cooling liquid first cools the particularly hot, radially central region of the combustion chamber surface and flows from there to the outside to the colder edge regions.

Wie bereits vorstehend erwähnt, wird die Kühlflüssigkeit vorzugsweise derart eingebracht, dass das mindestens eine Kühlkanalnetz zu mindestens 20 Prozent mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Bevorzugt ist das Kühlkanalnetz zu mindestens 30 Prozent oder mindestens 40 Prozent, 50 Prozent oder sogar mindestens 75 Prozent und besonders bevorzugt zu 100 Prozent mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Das heißt, die Kühlflüssigkeit wird mit einem ausreichend hohen Druck und/oder einer ausreichend großen Geschwindigkeit in den Grundkörper eingebracht, um die Kühlflüssigkeit vollständig durch die Mini-Kühlkanäle zu fördern. Insgesamt wird so eine effiziente Kühlung unabhängig von einer Shakerwirkung erzielt.As already mentioned above, the cooling liquid is preferably introduced such that the at least one cooling channel network is filled to at least 20 percent with cooling liquid. Preferably, the cooling duct network is at least 30 percent or at least 40 percent, 50 percent or even at least 75 percent, and more preferably 100 percent filled with coolant. That is, the cooling liquid is introduced into the body at a sufficiently high pressure and / or speed to completely convey the cooling fluid through the mini-cooling channels. Overall, such an efficient cooling is achieved independently of a shaker effect.

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens in einer Seitenansicht,
  • 2 den Hubkolben aus 1 in einer Draufsicht,
  • 3 eine Hälfte des Hubkolbens aus 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben,
  • 4 den Hubkolben aus den 1 bis 3, wobei ein Kolbenhemd in einem Längsschnitt gemäß Linie IV-IV aus 2 dargestellt ist, und der in 4 mit B gekennzeichnete Bereich teilweise weggeschnitten ist,
  • 5 den Hubkolben aus den 1 bis 4 in einem Längsschnitt gemäß Linie V-V aus 3,
  • 6 nur das isoliert dargestellte Kühlkanalnetz des Hubkolbens gemäß den 1 bis 5 in einer perspektivischen Ansicht,
  • 7 eine schematische Darstellung der Kühlmittelversorgung des Kühlkanalnetzes aus 6 mit einer Kolbenspritzdüse,
  • 8 das Kühlkanalnetz aus 6 in einer Ansicht von oben mit Strömungspfeilen,
  • 9 nur einen Teil des Kühlkanalnetzes aus 6 mit einer Detaildarstellung des Einströmbereichs mit Strömungspfeilen in einer Seitenansicht,
  • 10 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben und
  • 11 den Hubkolben aus 10 ohne den Kolbenboden in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben.
Further practical embodiments of the invention are described below in conjunction with the drawings. Show it:
  • 1 A first embodiment of a reciprocating piston according to the invention in a side view,
  • 2 the reciprocating piston 1 in a plan view,
  • 3 one half of the reciprocating 1 and 2 in a perspective view obliquely from above,
  • 4 the piston from the 1 to 3 , wherein a piston skirt in a longitudinal section along line IV-IV out 2 is shown, and the in 4 Part B is partially cut away,
  • 5 the piston from the 1 to 4 in a longitudinal section along the line VV out 3 .
  • 6 only the isolated cooling duct network of the reciprocating piston according to the 1 to 5 in a perspective view,
  • 7 a schematic representation of the coolant supply of the cooling duct network 6 with a piston nozzle,
  • 8th the cooling duct network off 6 in a top view with flow arrows,
  • 9 only a part of the cooling duct network 6 with a detailed representation of the inflow region with flow arrows in a side view,
  • 10 a further embodiment of a reciprocating piston according to the invention in a perspective view obliquely from above and
  • 11 the reciprocating piston 10 without the piston crown in a perspective view obliquely from above.

In Verbindung mit den 1 bis 9 wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens 10 beispielhaft erläutert. Dabei sind die meisten erfindungsrelevanten Details in den 6, 8 und 9 zu erkennen und werden in Verbindung mit diesen Figuren erläutert.In conjunction with the 1 to 9 is an embodiment of a reciprocating piston according to the invention 10 exemplified. Here are the most relevant to the invention details in the 6 . 8th and 9 and will be explained in connection with these figures.

Der Hubkolben 10 dient der bekannten Anordnung in einer nicht dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine. In solchen Hubkolbenbrennkraftmaschinen bewegt sich der Hubkolben 10 in Axialrichtung betrachtet in dem Brennraum entlang des in 1 dargestellten Doppelpfeils auf und ab, um das Volumen eines mit dem Hubkolben 10 abgegrenzten Brennraumes zu verändern und so insbesondere Kompressionsphasen und Dekompressionsphasen zu ermöglichen.The reciprocating piston 10 serves the known arrangement in a reciprocating internal combustion engine, not shown. In reciprocating internal combustion engines, the reciprocating piston moves 10 viewed in the axial direction in the combustion chamber along the in 1 shown double arrow up and down to the volume of one with the reciprocating piston 10 To change the bounded combustion chamber and thus in particular to enable compression phases and decompression phases.

Der Hubkolben 10 umfasst einen Grundkörper 12 mit einem Kolbenboden 14. Die zum Brennraum gerichtete Fläche wird nachfolgend Brennraumfläche 16 genannt und kann auch als oberer Kolbenboden 16 bezeichnet werden. In dieser gezeigten Ausführungsform umfasst die Brennraumfläche 16 eine radial zentral angeordnete Kolbenmulde18. Die dem Brennraum abgewandte Seite des Kolbenbodens 14 wird im Folgenden als unterer Kolbenboden 20 bezeichnet.The reciprocating piston 10 includes a main body 12 with a piston bottom 14 , The surface directed towards the combustion chamber subsequently becomes the combustion chamber surface 16 called and can also as upper piston crown 16 be designated. In this illustrated embodiment, the combustion chamber surface comprises 16 a radially centrally arranged piston recess 18 , The side facing away from the combustion chamber of the piston crown 14 is hereinafter referred to as the lower piston crown 20 designated.

Ferner umfasst der Grundkörper 12 ein Kolbenhemd 22, welches in Axialrichtung betrachtet unterhalb des Kolbenbodens 14 angeordnet ist. Vorliegend ist das Kolbenhemd 22 über eine Kolbenbolzennabe 24 mit dem Kolbenboden 14 verbunden. Die Kolbenbolzennabe 24 dient zur verschwenkbaren Verbindung des Hubkolbens 10 mit einem Pleuel (nicht dargestellt) mittels eines Bolzens (ebenfalls nicht dargestellt). In einem radial äußeren Bereich ist ein sich in axialer Richtung erstreckender Spalt 30 zwischen dem unteren Kolbenboden 20 und dem Kolbenhemd 22 ausgebildet (vgl. 1 und 4), so dass das Kolbenhemd 22 weitestgehend thermisch von dem Kolbenboden 14 entkoppelt ist. Der Spalt 30 erstreckt sich vorliegend über den gesamten Bereich zwischen dem oberen Kolbenboden 16 und dem Kolbenhemd 22.Furthermore, the basic body comprises 12 a piston shirt 22 which viewed in the axial direction below the piston crown 14 is arranged. In the present case is the piston skirt 22 via a piston pin hub 24 with the piston bottom 14 connected. The piston pin hub 24 serves for the pivotable connection of the reciprocating piston 10 with a connecting rod (not shown) by means of a bolt (also not shown). In a radially outer region is an axially extending gap 30 between the lower piston crown 20 and the piston shirt 22 trained (cf. 1 and 4 ), so the piston shirt 22 largely thermally from the piston crown 14 is decoupled. The gap 30 In this case extends over the entire area between the upper piston crown 16 and the piston shirt 22 ,

Wie in 2 gut erkennbar ist, sind in dem Grundkörper 12 des Hubkolbens 10 zwei strömungsleitend nicht miteinander verbundene Kühlkanalnetze 32 ausgebildet, wobei sich die Kühlkanalnetze 32 jeweils über eine Hälfte des Kolbenbodens 14 erstrecken.As in 2 are clearly recognizable, are in the main body 12 of the reciprocating piston 10 two flow channel non-interconnected cooling duct networks 32 formed, wherein the cooling channel networks 32 each over half of the piston crown 14 extend.

Ein Kühlkanalnetz 32 umfasst jeweils einen - in radialer Richtung betrachtet - innenseitig angeordneten Einströmbereich 34.A cooling duct network 32 each includes a - viewed in the radial direction - arranged on the inside inflow 34 ,

7 zeigt eine schematische Darstellung der Versorgung des Kühlkanalnetzes 32 mit Kühlflüssigkeit mittels einer Kolbenspritzdüse 52, über welche die Kühlflüssigkeit in den Grundkörper 12 eingebracht wird. Die Kolbenspritzdüse 52 ist beabstandet zu der jeweiligen Einströmöffnung 36 so angeordnet, dass Kühlflüssigkeit als Strahl in Richtung der Einströmöffnung 36 geleitet wird. Die Kühlflüssigkeit tritt dementsprechend so aus der Kolbenspritzdüse 52 aus, dass sie zumindest teilweise - möglichst überwiegend oder sogar vollständig - in die Einströmöffnung 36 gefördert wird. 7 shows a schematic representation of the supply of the cooling duct network 32 with coolant by means of a piston spray nozzle 52 , about which the cooling liquid in the main body 12 is introduced. The piston nozzle 52 is spaced from the respective inflow opening 36 arranged so that cooling liquid as a jet in the direction of the inflow opening 36 is directed. The coolant accordingly emerges from the piston nozzle 52 that they at least partially - as predominantly or even completely - in the inflow opening 36 is encouraged.

Für eine solche Ausführungsform mit Kolbenspritzdüse 52 können die Kühlkanalnetze 32 gegenüber den in 2 gezeigten Kühlkanalnetzen 32 alternativ auch um 90° um die Zylinderachse gedreht angeordnet sein, so dass eine Einspritzung von unterhalb des unteren Kolbenbodens 20 in radialer Richtung betrachtet weiter außen und beabstandet von der Kolbenbolzennabe 24 erfolgt. Es wird hierbei in Kauf genommen, dass die Einspritzung beabstandet von der Mitte der Brennraumfläche 16 erfolgt. Gegebenenfalls kann die Geometrie des Kühlkanalnetzes 32 derart angepasst werden, dass Kühlflüssigkeit von einer radial etwas weiter außen liegenden Einströmöffnung 36 zunächst in einen zentralen Bereich der Brennraumfläche 16 befördert wird und von dort aus - ggf. nach weiterer Förderung in Richtung Brennraumfläche 16 - über die Mini-Kühlkanäle 42 in radialer Richtung nach außen strömt.For such an embodiment with piston spray nozzle 52 can the cooling duct nets 32 opposite the in 2 shown cooling channel networks 32 Alternatively, be arranged rotated by 90 ° about the cylinder axis, so that an injection from below the lower piston crown 20 viewed in the radial direction further outward and spaced from the piston pin hub 24 he follows. It is accepted that the injection is spaced from the center of the combustion chamber surface 16 he follows. Optionally, the geometry of the cooling duct network 32 be adjusted so that cooling fluid from a radially slightly further inlet opening 36 first into a central area of the combustion chamber surface 16 and from there - possibly after further promotion towards the combustion chamber area 16 - via the mini cooling channels 42 flows in the radial direction to the outside.

Der Einströmbereich 34 der Kühlkanalnetze 32 wird jeweils über eine Einströmöffnung 36 und einen sich von der Einströmöffnung 36 in axialer Richtung nach oben erstreckenden Verbindungskanal 38 und einen sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Ringkanal 40 gebildet. Ausgehend von dem Ringkanal 40 erstreckt sich in radialer Richtung nach außen eine Vielzahl von Mini-Kühlkanälen 42. Vorliegend sind pro Kühlkanalnetz 32 zehn, sich in radialer Richtung erstreckende Mini-Kühlkanäle 42 ausgebildet (vgl. 2 und 3). Die Querschnittsweite der Mini-Kühlkanäle 42 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 2,5 mm.The inflow area 34 the cooling duct nets 32 is in each case via an inflow opening 36 and a from the inflow opening 36 in the axial direction upwardly extending connecting channel 38 and a substantially horizontally extending annular channel 40 educated. Starting from the ring channel 40 extends radially outward a plurality of mini-cooling channels 42 , In the present case are per cooling duct network 32 ten, extending in the radial direction mini-cooling channels 42 trained (cf. 2 and 3 ). The cross-sectional width of the mini-cooling channels 42 is 2.5 mm in the embodiment shown.

Wie aus einer Zusammenschau der 1, 2, 5 und 6 gut erkennbar ist, erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle 42 zu radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnungen 44. Die Ausströmöffnungen 44 sind vorliegend in axialer Richtung betrachtet im Bereich des Spaltes 30 zwischen dem Kolbenhemd 22 und dem unteren Kolbenboden 20 angeordnet, d.h. die Mini-Kühlkanäle 42 münden in den Bereich des Spaltes 30 zwischen dem unteren Kolbenboden 20 und dem Kolbenhemd 22. Die durch die Mini-Kühlkanäle 42 strömende Kühlflüssigkeit wird dadurch derart geführt, dass sie durch die Ausströmöffnungen 44 unmittelbar auf die Außenseite des Kolbenhemdes 22 gelangt.As if from a synopsis of 1 . 2 . 5 and 6 clearly visible, extend the mini-cooling channels 42 to radially outwardly arranged outflow openings 44 , The outflow openings 44 are in the present case viewed in the axial direction in the region of the gap 30 between the piston skirt 22 and the lower piston crown 20 arranged, ie the mini-cooling channels 42 open into the area of the gap 30 between the lower piston crown 20 and the piston shirt 22 , The through the mini-cooling channels 42 flowing cooling liquid is thereby guided such that they pass through the outflow openings 44 directly on the outside of the piston skirt 22 arrives.

Die jeweilige geometrische Gestaltung und die jeweiligen Richtungen der einzelnen Mini-Kühlkanäle 42 sind insbesondere in 5 und 6 gut erkennbar. Ausgehend von dem Ringkanal 40 erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle 42 zunächst weitestgehend horizontal nach außen. Die Kontur der Mini-Kühlkanäle 42 ist dabei an die Kontur der Brennraumfläche 16 mit der Kolbenmulde 18 angepasst. Insbesondere ist der Abstand zwischen den Mini-Kühlkanälen 42 und der Brennraumfläche 16 mit der Kolbenmulde 18 innerhalb eines radial inneren Bereiches, in welchem sich die Mini-Kühlkanäle 42 radial nach außen erstrecken konstant, weil die Mini-Kühlkanäle 42 in der gleichen geringen Krümmung nach radial außen und nach oben verlaufen wie die Brennraumfläche 16.The respective geometric design and the respective directions of the individual mini-cooling channels 42 are in particular in 5 and 6 good to see. Starting from the ring channel 40 extend the mini-cooling channels 42 initially largely horizontally outward. The contour of the mini-cooling channels 42 is the contour of the combustion chamber surface 16 with the piston recess 18 customized. In particular, the distance between the mini-cooling channels 42 and the combustion chamber area 16 with the piston recess 18 within a radially inner region in which the mini-cooling channels 42 radially to outside extend constantly because of the mini-cooling channels 42 in the same small curvature radially outward and upward as the combustion chamber surface 16 ,

In dieser Ausführungsform ist auch der Abstand der Mini-Kühlkanäle 42 zu dem unteren Kolbenboden 20 in einem radial inneren Bereich konstant, wo dieser parallel zur Brennraumfläche 16 verläuft.In this embodiment, the distance of the mini-cooling channels 42 to the lower piston crown 20 in a radially inner region constant, where this parallel to the combustion chamber surface 16 runs.

In der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle 42 in radialer Richtung betrachtet über ca. 80 Prozent der sich in radialer Richtung erstreckenden Breite (d.h. des Durchmessers) der Brennraumfläche 16. Betrachtet man nur den Bereich, in welchem sich die Mini-Kühlkanäle 42 in etwa parallel zur Brennraumfläche 16 in überwiegend radialer Richtung erstrecken, erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle 42 in radialer Richtung über ca. 60 Prozent der Breite der Brennraumfläche 16.In the embodiment shown, the mini-cooling channels extend 42 viewed in the radial direction about 80 percent of the radially extending width (ie, the diameter) of the combustion chamber surface 16 , Looking only at the area in which the mini-cooling channels 42 approximately parallel to the combustion chamber surface 16 extend in a predominantly radial direction, extend the mini-cooling channels 42 in the radial direction over about 60 percent of the width of the combustion chamber surface 16 ,

In einem sich an den überwiegend radial nach außen orientierten Abschnitt der Mini-Kühlkanäle 42 anschließenden Bereich sind die Mini-Kühlkanäle 42 in einem Axialabschnitt 46 überwiegend in axialer Richtung orientiert, bevor sie in einen weiteren Horizontalabschnitt 48 oberhalb des Kolbenhemdes 22 übergehen und dort außenseitig jeweils zu einer Ausströmöffnung 44 führen.In one of the predominantly radially outwardly oriented portion of the mini-cooling channels 42 subsequent area are the mini-cooling channels 42 in an axial section 46 oriented predominantly in the axial direction, before moving into a further horizontal section 48 above the piston skirt 22 go over there and on the outside each to a discharge opening 44 to lead.

Die Einströmöffnungen 36 sind vorzugsweise jeweils trichterartig ausgebildet, d.h. deren Querschnittsfläche vergrößert sich in Richtung der Kolbenspritzdüse 52.The inflow openings 36 are preferably each funnel-shaped, ie, the cross-sectional area increases in the direction of the piston injection nozzle 52 ,

Wie aus einer Zusammenschau der 6, 8 und 9 ersichtlich ist, ist die Querschnittsfläche des Ringkanals (Ringkanal-Querschnittsfläche) AR erkennbar größer als die Querschnittsfläche der Mini-Kühlkanäle AK (Mini-Kühlkanal-Querschnittsfläche). Die Ringkanal-Querschnittsfläche AR entspricht hier in etwa dem 5-fachen der Mini-Kühlkanal-Querschnittsfläche AK .As if from a synopsis of 6 . 8th and 9 can be seen, the cross-sectional area of the annular channel (annular channel cross-sectional area) A R recognizable larger than the cross-sectional area of the mini-cooling channels A K (Mini cooling channel cross-sectional area). The annular channel cross-sectional area A R here corresponds approximately to 5 times the mini-cooling channel cross-sectional area A K ,

In 9 ist erkennbar, dass in dem sich in radialer Richtung zum Ringkanal 40 hinführenden Einströmbereich 34 als eine Rückströmsicherung 28 ein Höhensprung 56 in Form einer Stauwand 58 ausgebildet ist. Die Stauwand 58 weist einen schräg ansteigenden Verlauf auf und erstreckt sich über die Höhe h (vgl. 9). Mit dieser Stauwand 58 wird verhindert, dass Kühlflüssigkeit, die in den mit dem Pfeil E gekennzeichneten Einströmbereich 34 gelangt ist, gemäß dem gestrichelten Pfeil R zurückströmt, solange die Kühlflüssigkeit in dem Einströmbereich 34 nicht ein Höhenniveau erreicht, das über der Höhe h liegt.In 9 It can be seen that in the radial direction to the annular channel 40 leading inflow area 34 as a backflow protection 28 a height jump 56 in the form of a stowage wall 58 is trained. The stowage wall 58 has an obliquely rising course and extends over the height h (see. 9 ). With this dam wall 58 prevents coolant that in the marked with the arrow E inflow 34 has passed, flows back according to the dashed arrow R, as long as the cooling liquid in the inflow 34 does not reach a height level that is above the height h.

Um einen ausreichend großen Kühlmittelstrom in den Ringkanal 40 einleiten zu können, ist die Querschnittsfläche des Einströmbereichs 34 deutlich größer gewählt als die größte Mini-Kühlkanal-Querschnittsfläche AK .To a sufficiently large flow of coolant in the annular channel 40 to initiate, is the cross-sectional area of the inflow 34 chosen to be significantly larger than the largest mini-cooling channel cross-sectional area A K ,

Wie in 8 gut erkennbar ist, wird die Strömung ausgehend über den Einströmbereich 34 in den Ringkanal 40 und dort in Richtung der Pfeile R1 , R2 und R3 geleitet. Die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der Pfeile R1 , R2 und R3 kann als Steuerungsparameter für die Menge des jeweils in die Mini-Kühlkanäle 42 einströmenden Kühlmittels eingesetzt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Weg in Richtung der Pfeile R1 , R2 und R3 abnimmt.As in 8th is clearly recognizable, the flow is proceeding over the inflow area 34 in the ring channel 40 and there in the direction of the arrows R 1 . R 2 and R 3 directed. The flow velocity in the direction of the arrows R 1 . R 2 and R 3 can be used as a control parameter for the amount of each in the mini-cooling channels 42 inflowing coolant can be used. It should be noted that the flow velocity increases with increasing distance in the direction of the arrows R 1 . R 2 and R 3 decreases.

Um dennoch eine gleichmäßige Durchströmung und insbesondere einen gleichmäßigen Massenstrom und/oder Volumenstrom durch die Mini-Kühlkanäle 42 in radialer Richtung nach außen und somit eine gleichmäßige Wärmeabfuhr zu erzielen, sind optional ein oder mehrere der folgenden Gestaltungen realisiert:

  1. a) Die Querschnittsweite und/oder die Querschnittsform und/oder die Querschnittsfläche der Mini-Kühlkanäle 42 ist abhängig von deren Abstand vom Einströmbereich 34 (d.h. einer Mündungsstelle 60 in einen Ringkanal 40 oder ein zentrales Reservoir) unterschiedlich groß ausgebildet, wobei vorzugsweise die Querschnittsfläche mit zunehmendem Abstand von einer Mündungsstelle 60 zunimmt.
  2. b) Das Anschluss-Höhenniveau der Mini-Kühlkanäle 42 an den Ringkanal 40 oder an das zentrale Reservoir ist abhängig von dem Abstand einer Mündungsstelle 60 unterschiedlich hoch gewählt, wobei vorzugsweise das Anschluss-Höhenniveau mit zunehmendem Abstand von einer Mündungsstelle 60 abnimmt.
  3. c) In mindestens einem Mini-Kühlkanal 42 ist in einem sich an den Ringkanal 40 oder das zentrale Reservoir anschließenden Anfangsabschnitt ein Höhensprung vorgesehen, wobei insbesondere die Höhe solcher Höhensprünge mit zunehmendem Abstand von einer Mündungsstelle 60 abnimmt.
Nevertheless, a uniform flow and in particular a uniform mass flow and / or flow through the mini-cooling channels 42 In the radial direction outwards and thus to achieve a uniform heat dissipation, one or more of the following configurations are optionally implemented:
  1. a) The cross-sectional width and / or the cross-sectional shape and / or the cross-sectional area of the mini-cooling channels 42 depends on their distance from the inflow area 34 (ie an estuarine site 60 in a ring channel 40 or a central reservoir) of different sizes, wherein preferably the cross-sectional area with increasing distance from an orifice 60 increases.
  2. b) The connection height level of the mini-cooling channels 42 to the ring channel 40 or to the central reservoir is dependent on the distance of a confluence point 60 chosen different high, preferably the connection height level with increasing distance from an orifice 60 decreases.
  3. c) In at least one mini cooling channel 42 is in a to the ring channel 40 or the central reservoir subsequent initial section provided a height jump, in particular the height of such height jumps with increasing distance from an orifice 60 decreases.

In den 10 und 11 ist eine weitere Ausführungsform eines Hubkolbens 10 dargestellt. Diese Ausführungsform des Hubkolbens 10 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass das Kolbenhemd 22 außenseitig mit dem unteren Kolbenboden 20 verbunden ist. Es ist folglich kein Spalt 30 zwischen dem unteren Kolbenboden 20 und dem Kolbenhemd 22 ausgebildet. Die Ausströmöffnungen 44 sind derart ausgebildet, dass sie durch das Kolbenhemd 22 hindurchführen, so dass Kühlflüssigkeit auf die Außenseite des Kolbenhemdes 22 gelangen kann.In the 10 and 11 is another embodiment of a reciprocating piston 10 shown. This embodiment of the reciprocating piston 10 differs from the first embodiment in particular in that the piston skirt 22 on the outside with the lower piston crown 20 connected is. It is therefore not a gap 30 between the lower piston crown 20 and the piston shirt 22 educated. The outflow openings 44 are formed so that they through the piston skirt 22 Pass the coolant over the outside of the piston skirt 22 can get.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any desired combinations for the realization of the invention in its various embodiments. The invention may be varied within the scope of the claims and in consideration of the knowledge of the person skilled in the art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Hubkolbenreciprocating
1212
Grundkörperbody
1414
Kolbenbodenpiston crown
1616
Brennraumfläche = oberer KolbenbodenCombustion chamber surface = upper piston crown
1818
Kolbenmuldepiston bowl
2020
unterer Kolbenbodenlower piston bottom
2222
Kolbenhemdskirt
2424
Kolbenbolzennabepiston pin
2828
Rückströmsicherungreturn valve
3030
Spaltgap
3232
KühlkanalnetzCooling channel network
3434
Einströmbereichinflow
3636
Einströmöffnunginflow
3838
Verbindungskanalconnecting channel
4040
Ringkanalannular channel
4242
Mini-KühlkanalMini cooling channel
4444
Ausströmöffnungoutflow
4646
Axialabschnittaxial
4848
HorizontalabschnittHorizontal section
5050
Kanalchannel
5252
Kolbenspritzdüsepiston spray nozzle
5454
Mantelflächelateral surface
5656
Höhensprungjump in height
5858
Stauwandretaining wall
6060
Mündungsstelleopening point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102018201556 [0004]DE 102018201556 [0004]

Claims (10)

Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Grundkörper (12) und einer Brennraumfläche (16), wobei innerhalb des Grundkörpers (12) mindestens ein Kühlkanalnetz (32) vorgesehen ist, wobei das Kühlkanalnetz (32) mindestens einen - in radialer Richtung des Grundkörpers (12) betrachtet - innenseitig angeordneten Einströmbereich (34) und eine Vielzahl von sich - ausgehend von dem Einströmbereich (34) - in radialer Richtung jeweils nach außen erstreckenden Mini-Kühlkanälen (42) aufweist, wobei die Mini-Kühlkanäle (42) eine maximale Querschnittsweite von 3 mm aufweisen, wobei der Einströmbereich (34) einen Ringkanal (40) oder ein zentrales Reservoir umfasst und sich die Mini-Kühlkanäle (42) ausgehend von diesem Ringkanal (40) oder dem zentralen Reservoir in radialer Richtung betrachtet nach außen erstrecken. dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (40) oder das zentrale Reservoir nach Art eines Kühlmittelsammelraums ausgebildet ist und dazu eine Querschnittsfläche aufweist, die mindestens dem 1,5-fachen der größten Querschnittsfläche des größten Mini-Kühlkanals (42) entspricht.Reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine having a base body (12) and a combustion chamber surface (16), wherein inside the base body (12) at least one cooling channel network (32) is provided, wherein the cooling channel network (32) at least one - in the radial direction of the base body (12) considered - arranged on the inside inflow region (34) and a plurality of - starting from the inflow region (34) - in the radial direction in each case outwardly extending mini-cooling channels (42), wherein the mini-cooling channels (42) has a maximum cross-sectional width of mm, wherein the inflow region (34) comprises an annular channel (40) or a central reservoir and the mini-cooling channels (42) extending outwardly from this annular channel (40) or the central reservoir viewed in the radial direction. characterized in that the annular channel (40) or the central reservoir is designed in the manner of a coolant collecting space and has a cross-sectional area corresponding to at least 1.5 times the largest cross-sectional area of the largest mini-cooling channel (42). Hubkolben nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einströmbereich (34), in dem Ringkanal (40) und/oder in dem zentralen Reservoir eine Rückströmsicherung vorgesehen ist.Reciprocating piston according to the preceding claim, characterized in that in the inflow region (34), in the annular channel (40) and / or in the central reservoir a return flow is provided. Hubkolben nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückströmsicherung ein Höhensprung (56), ein Ventil oder ein nach oben gekrümmter Kanalverlauf vorgesehen ist.Reciprocating piston according to the preceding claim, characterized in that a height jump (56), a valve or an upwardly curved channel course is provided as backflow protection. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsweite und/oder die Querschnittsform und/oder die Querschnittsfläche der Mini-Kühlkanäle (42) abhängig von deren Abstand vom Einströmbereich (34) unterschiedlich groß ausgebildet ist.Lifting piston according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional width and / or the cross-sectional shape and / or the cross-sectional area of the mini-cooling channels (42) is designed differently depending on their distance from the inflow region (34). Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschluss-Höhenniveau der Mini-Kühlkanäle (42) an den Ringkanal (40) oder das zentrale Reservoir abhängig von deren Abstand vom Einströmbereich (34) unterschiedlich hoch gewählt ist.Lifting piston according to one of the preceding claims, characterized in that the connection height level of the mini-cooling channels (42) to the annular channel (40) or the central reservoir depending on their distance from the inflow region (34) is selected to be different. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Mini-Kühlkanal (42) in einem sich an den Ringkanal (40) oder das zentrale Reservoir anschließenden Anfangsabschnitt ein Höhensprung (56) vorgesehen ist, um die Menge des in diesen Mini-Kühlkanal (42) gegenüber einem anderen Mini-Kühlkanal ohne Höhensprung (56) oder mit einem geringeren Höhensprung (56) zu reduzieren.Reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one mini-cooling channel (42) in a subsequent to the annular channel (40) or the central reservoir initial portion of a height jump (56) is provided to the amount of in this mini -Kühlkanal (42) compared to another mini cooling channel without height jump (56) or with a smaller height jump (56) to reduce. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mini-Kühlkanäle (42) zu einer radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnung (44) oder zu mehreren radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnungen (44) führen, wobei diese Ausströmöffnung (44) oder diese mehreren Ausströmöffnungen (44) zumindest teilweise derart ausgerichtet sind, dass durch die Ausströmöffnung (44) austretende Kühlflüssigkeit unmittelbar oder mittelbar auf die Außenseite eines Kolbenhemdes (22) gelangt.Reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that the mini-cooling channels (42) lead to a radially outwardly arranged outflow opening (44) or to a plurality of radially outwardly arranged outflow openings (44), this outflow opening (44) or these multiple outflow openings (44). 44) are at least partially aligned such that through the outflow opening (44) exiting cooling fluid passes directly or indirectly on the outside of a piston skirt (22). Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (12) zumindest über einen Teil des Umfangs ein Spalt (30) zwischen einem radial äußeren Abschnitt des Kolbenhemdes (22) und einem radial äußeren Abschnitt eines Kolbenbodens (14) ausgebildet ist und mindestens ein Mini-Kühlkanal (42) in den Bereich des Spaltes (30) zwischen Kolbenhemd (22) und unterem Kolbenboden (20) führt.Lifting piston according to one of the preceding claims, characterized in that on the base body (12) at least over part of the circumference, a gap (30) between a radially outer portion of the piston skirt (22) and a radially outer portion of a piston head (14) is formed and at least one mini-cooling channel (42) in the region of the gap (30) between the piston skirt (22) and the lower piston head (20) leads. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (12) mindestens acht sich in radialer Richtung erstreckende Mini-Kühlkanäle (42) ausgebildet sind und/oder dass in dem Grundkörper (12) mindestens zwei, strömungsleitend nicht miteinander verbundene Kühlkanalnetze (32) ausgebildet sind.Reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that in the base body (12) at least eight extending in the radial direction mini-cooling channels (42) are formed and / or that in the base body (12) at least two, not conductively interconnected cooling channel networks (32) are formed. Verwendung eines Hubkolbens (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9 in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlflüssigkeit über einen radial innenseitig angeordneten Einströmbereich (34) in den Hubkolben (10) eingebracht wird und unter Umgebungsdruck durch eine Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckende Mini-Kühlkanäle (42) in radialer Richtung nach außen abgeleitet wird.Use of a reciprocating piston (10) according to one of the preceding Claims 1 to 9 in a reciprocating internal combustion engine, characterized in that coolant is introduced via a radially inwardly arranged inflow region (34) in the reciprocating piston (10) and discharged under ambient pressure by a plurality of radially extending mini-cooling channels (42) in the radial direction to the outside becomes.
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