DE102020007484A1

DE102020007484A1 - Pistons for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102020007484A1
Application number: DE102020007484.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Pfund
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Kolbenschaft (12), mit einem Kolbenboden (14), mit einem teilweise durch den Kolbenschaft (12) und teilweise durch den Kolbenboden (14) begrenzten Innenraum (16), in welchen von wenigstens einer Ölspritze der Verbrennungskraftmaschine ausgespritztes Öl einspritzbar ist, mit wenigstens einem in dem Kolbenboden (14) verlaufenden und von dem Öl durchströmbaren Kühlkanal (18), welcher in Umfangsrichtung des Kolbens (10) zumindest teilweise umläuft, und mit wenigstens einer Eintrittsöffnung (20), über welche zumindest ein Teil des aus der Ölspritze ausgespritzten Öls dem Kühlkanal (18) zuführbar ist, wobei eine in dem Innenraum (16) in radialer Richtung des Kolbens (10) von dessen Kolbenbodenmitte (30) beabstandete und in radialer Richtung weiter außen als die Eintrittsöffnung (20) angeordnete Prallfläche (32) vorgesehen ist, gegen welche das von der Ölspritze ausgespritzte Öl direkt zu spritzen ist, welches mittels der Prallfläche (32) gezielt in Richtung der Kolbenbodenmitte (30) umzulenkbar ist.The invention relates to a piston (10) for an internal combustion engine, with a piston skirt (12), with a piston head (14), with an interior space (16) delimited partly by the piston skirt (12) and partly by the piston head (14), in which oil ejected by at least one oil syringe of the internal combustion engine can be injected, with at least one cooling channel (18) running in the piston crown (14) and through which the oil can flow, which at least partially runs around the piston (10) in the circumferential direction, and with at least one inlet opening ( 20) via which at least part of the oil sprayed out of the oil syringe can be supplied to the cooling channel (18), one in the interior space (16) being spaced in the radial direction of the piston (10) from the center (30) of the piston crown and further in the radial direction outside as the inlet opening (20) arranged impact surface (32) is provided, against which the ejected from the oil sprayer oil is to spray directly, welc hes can be deflected in a targeted manner in the direction of the center of the piston crown (30) by means of the impact surface (32).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a piston for an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to an internal combustion engine.

Ein solcher Kolben ist aus der DE 10 2006 056 011 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Kolben weist einen Kolbenschaft, einen Kolbenboden, einen teilweise durch den Kolbenschaft und teilweise durch den Kolbenboden begrenzten Innenraum, in welchen von wenigstens einer Ölspritze der Verbrennungskraftmaschine ausgespritztes Öl einspritzbar ist, wenigstens einen in dem Kolbenboden verlaufenden und von dem Öl durchströmbaren Kühlkanal, welcher in Umfangsrichtung des Kolbens zumindest teilweise umläuft, und wenigstens eine einenends in den Innenraum und andernends in den Kühlkanal mündende Eintrittsöffnung auf, über welche zumindest ein Teil des aus der Ölspritze ausgespritzten Öls dem Kühlkanal zuführbar ist.Such a piston is from DE 10 2006 056 011 A1 to be taken as known. The piston has a piston skirt, a piston crown, an interior space delimited partly by the piston skirt and partly by the piston crown, into which oil ejected by at least one oil syringe of the internal combustion engine can be injected, at least one cooling channel running in the piston crown and through which the oil can flow, which in Circumferential direction of the piston at least partially encircles, and at least one opening into the interior at one end and into the cooling duct at the other end, through which at least part of the oil sprayed out of the oil sprayer can be fed to the cooling duct.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2015 008 932 A1 eine Ölspritzvorrichtung zum Anspritzen eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine mit Öl, mit wenigstens einem Kanalelement zum Führen von Öl, mit wenigstens einer ersten Austrittsöffnung zum Spritzen von Öl aus dem Kanalelement, und mit wenigstens einem Ventilelement, welches zwischen wenigstens einer die erste Austrittsöffnung freigebenden Offenstellung und wenigstens einer die erste Austrittsöffnung fluidisch versperrenden Schließstellung verstellbar ist.Furthermore, the DE 10 2015 008 932 A1 an oil spray device for spraying a piston of an internal combustion engine with oil, with at least one channel element for guiding oil, with at least one first outlet opening for spraying oil out of the channel element, and with at least one valve element, which is positioned between at least one open position releasing the first outlet opening and at least a closed position fluidically blocking the first outlet opening.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine und eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, so dass der Kolben besonders vorteilhaft gekühlt werden kann.The object of the present invention is to create a piston for an internal combustion engine and an internal combustion engine so that the piston can be cooled in a particularly advantageous manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by a piston for an internal combustion engine having the features of patent claim 1 and by an internal combustion engine with such a piston having the features of patent claim 5 . Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Kolben der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Um den Kolben besonders vorteilhaft kühlen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine in dem Innenraum in radialer Richtung des Kolbens von dessen Kolbenbodenmitte beabstandete und in radialer Richtung des Kolbens weiter außen als die Eintrittsöffnung angeordnete Prallfläche vorgesehen ist, gegen welche das von der Ölspritze ausgespritzte Öl direkt zu spritzen ist, welches mittels der Prallfläche gezielt in Richtung der Kolbenbodenmitte umzulenkbar ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist eine insbesondere als Rohkontur bezeichnete Kontur des Kolbens, insbesondere des Kolbenbodens, in dem Innenraum als Prallfläche ausgeführt, welche in der radialen Richtung weiter von der Kolbenbodenmitte beabstandet ist als die Eintrittsöffnung, wobei das von der Ölspritze ausgespritzte und auf die Prallfläche auftreffende Öl mittels der Prallfläche in Richtung der Kolbenbodenmitte abgelenkt wird, wodurch das Öl der Kolbenbodenmitte zuführbar ist. Die Prallfläche kann seitlich versetzt zu der Einlassöffnung angeordnet sein. Als Kolbenbodenmitte kann insbesondere ein zentraler, in radialer Richtung mittiger Bereich des Kolbenbodens bezeichnet werden. Das von der Ölspritze ausgespritzte Öl kann insbesondere als Ölstrahl, Spritzöl oder Kühlöl bezeichnet werden. Der Ölstrahl kann eine Spritzrichtung in axialer Richtung des Kolbens aufweisen oder die Spritzrichtung kann schräg zu der axialen Richtung verlaufen.A first aspect of the invention relates to a piston of the type specified in the preamble of claim 1. In order to be able to cool the piston in a particularly advantageous manner, it is provided according to the invention that a Piston is provided further outside than the inlet opening arranged baffle against which the ejected from the oil sprayer oil is to spray directly, which can be specifically deflected by means of the baffle in the direction of the center of the piston crown. In other words, a contour of the piston, in particular the rough contour, in particular of the piston head, is designed in the interior as an impact surface, which is spaced further from the center of the piston head in the radial direction than the inlet opening, with the oil sprayed out by the oil sprayer and onto the Oil striking the baffle is deflected by means of the baffle in the direction of the center of the piston crown, whereby the oil can be fed to the center of the piston crown. The impact surface can be arranged laterally offset to the inlet opening. In particular, a central region of the piston crown that is central in the radial direction can be referred to as the center of the piston crown. The oil sprayed out by the oil sprayer can be referred to in particular as an oil jet, spray oil or cooling oil. The oil jet may have a spraying direction in the axial direction of the piston, or the spraying direction may be oblique to the axial direction.

In einem vollständig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist der Kolben beispielsweise translatorisch bewegbar in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen. Der Kolben ist gelenkig mit einem Pleuel der Verbrennungskraftmaschine verbunden, wobei das Pleuel über einen Kolbenbolzen mit einer Kolbennabe des Kolbens gelenkig verbunden und um eine Drehachse des Kolbenbolzens relativ zu dem Kolben verdrehbar ist. Mittels des Pleuels kann eine translatorische in Richtung einer Zylinderhochachse des Zylinders verlaufende Bewegung des Kolbens in eine rotatorische Bewegung beziehungsweise Drehung einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine umgewandelt werden. Der Kühlkanal kann insbesondere als Kolbenkühlkanal bezeichnet werden. Mittels des den Kühlkanal durchströmenden Öls kann der Kolben, insbesondere der Kolbenboden, gekühlt werden. In a fully manufactured state of the internal combustion engine, the piston is accommodated in a cylinder of the internal combustion engine so that it can move in a translatory manner, for example. The piston is connected in an articulated manner to a connecting rod of the internal combustion engine, the connecting rod being connected in an articulated manner to a piston boss of the piston via a piston pin and being rotatable about an axis of rotation of the piston pin relative to the piston. By means of the connecting rod, a translational movement of the piston running in the direction of a cylinder vertical axis of the cylinder can be converted into a rotary movement or rotation of an output shaft of the internal combustion engine. The cooling channel can be referred to in particular as a piston cooling channel. The piston, in particular the piston head, can be cooled by means of the oil flowing through the cooling channel.

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Ein herkömmlicher Kolben kann eine direkte Anspritzkühlung aufweisen, bei welcher der Kolbenboden, insbesondere eine Kolbenbodenunterseite, mittels des Ölstrahls, insbesondere mittels des schräg zu der axialen Richtung des Kolbens verlaufenden Ölstrahls, angespritzt wird. Dabei erweist sich als nachteilig, dass insgesamt eine geringere Kühlwirkung des Kolbens erzielt werden kann als mittels des Kühlkanals, wohingegen lokal im Auftreffpunkt, in welchem der Ölstrahl auf den Kolbenboden auftrifft, eine besonders hohe Kühlwirkung des Kolbens erzielt werden kann. Zudem kann der Ölstrahl nicht direkt auf die insbesondere als Bodenmitte bezeichnete Kolbenbodenmitte gerichtet werden, da das Pleuel im Weg ist. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass das Pleuel die Kolbenbodenmitte gegenüber dem Ölstrahl abschirmt. Dies kann sich besonders unvorteilhaft auswirken, wenn das Öl zur Kühlung nur auf der insbesondere als kalten Seite bezeichneten Kolbenbodenunterseite zur Verfügung gestellt werden kann. Des Weiteren kann bei einem herkömmlichen Kolben die Kühlung des Kolbens mittels des Kühlkanals erfolgen, der durch die senkrecht und damit in Richtung der axialen Richtung des Kolbens ausgerichtete Ölspritzdüse mit Öl versorgt wird. Dabei kann es sich als nachteilig erweisen, dass besonders wenig Öl für die Kühlung der Kolbenbodenmitte und zur Kühlung beziehungsweise zu einer Ölversorgung der Kolbennabe zur Verfügung steht. Zudem kann eine besonders hohe Kühlölmenge beziehungsweise ein besonders hoher Massenstrom an Kühlöl in dem Kühlkanal zu keiner wesentlichen Verbesserung einer Kühlwirkung beitragen. Darüber hinaus kann bei einem herkömmlichen Kolben für die direkte Anspritzkühlung der, bezogen auf die axiale Richtung des Kolbens, schräge Ölstrahl erforderlich sein beziehungsweise von Vorteil sein, so dass der Ölstrahl den Kolbenboden möglichst mittig trifft. Für eine Befüllung eines Kühlölkanals mit dem Öl kann jedoch eine senkrechte und somit in der axialen Richtung des Kolbens ausgerichtete Ölspritze erforderlich sein beziehungsweise von Vorteil sein, wobei der Ölstrahl in die Einlassöffnung an einem äußeren Umfang beziehungsweise möglichst weit außen trifft. Somit kann bei einem herkömmlichen Kolben eine Ölversorgung des Kolbens nicht mittels einer einzigen, einstrahligen Ölspritzdüse erfolgen.The invention is based in particular on the following findings and considerations: A conventional piston can have direct injection cooling, in which the piston crown, in particular an underside of the piston crown, is sprayed on by means of the oil jet, in particular by means of the oil jet running at an angle to the axial direction of the piston. The disadvantage here is that overall a lower cooling effect of the piston can be achieved than by means of the cooling channel, whereas a particularly high cooling effect of the piston can be achieved locally at the point of impact at which the oil jet impinges on the piston head. In addition, the oil jet cannot be aimed directly at the center of the piston crown, which is referred to in particular as the center of the crown, since the connecting rod is in the way. This can be understood in particular that the connecting rod, the piston head center against the oil jet shields. This can have a particularly disadvantageous effect if the oil for cooling can only be made available on the underside of the piston crown, which is referred to in particular as the cold side. Furthermore, in a conventional piston, the piston can be cooled by means of the cooling channel, which is supplied with oil by the oil spray nozzle, which is aligned vertically and thus in the direction of the axial direction of the piston. It can prove to be disadvantageous that very little oil is available for cooling the center of the piston crown and for cooling or supplying oil to the piston boss. In addition, a particularly high quantity of cooling oil or a particularly high mass flow of cooling oil in the cooling channel cannot contribute to any significant improvement in a cooling effect. In addition, with a conventional piston for direct injection cooling, the oil jet that is inclined relative to the axial direction of the piston may be necessary or advantageous, so that the oil jet hits the piston crown as centrally as possible. For filling a cooling oil channel with the oil, however, a vertical oil sprayer aligned in the axial direction of the piston may be necessary or advantageous, with the oil jet hitting the inlet opening on an outer circumference or as far outside as possible. Thus, with a conventional piston, the piston cannot be supplied with oil by means of a single, single-jet oil spray nozzle.

Demgegenüber kann bei dem erfindungsgemäßen Kolben das mittels der Prallfläche abgelenkte Öl großflächig in einem besonders flachen Winkel auf den Kolbenboden auftreffen, wodurch das Öl besonders umfangreich an Stellen gelangt, die durch einen direkt auf die Kolbenbodenmitte gerichteten Ölstrahl nicht erreicht werden können. Dies ist besonders von Vorteil, wenn das Öl nur auf der kalten Seite bereitgestellt werden kann. Dies kann insbesondere als indirekte Anspritzkühlung bezeichnet werden. Das in dem besonders flachen Winkel auf den Kolbenboden, insbesondere die Kolbenbodenmitte, auftreffende Öl kann sich besonders vorteilhaft auf die Kühlung des Kolbens, insbesondere des Kolbenbodens, auswirken. Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Kolben das von der Ölspritze ausgespritzte Öl dem Kühlkanal und der Prallfläche zuführbar ist, können Vorteile der Anspritzkühlung, insbesondere direkte oder indirekte Kühlung der Kolbenbodenmitte und die Ölversorgung der Kolbennabe, mit Vorteilen der Kühlung mittels des Kühlkanals, insbesondere besonders intensive Kühlung des gesamten Kolbens, mittels insbesondere der einzigen Ölspritze vereint werden. Nachteile der Kühlung mittels des Kühlkanals, wie beispielsweise eine besonders geringe zur Verfügung stehende Spritzölmenge zur Kühlung des Kolbenbodens, insbesondere bei besonders hohem Fanggrad, und/oder ein zunehmender Sättigungseffekt bei steigender Ölmenge, können durch die Anspritzkühlung kompensiert werden. Nachteile der direkten Anspritzkühlung liegen nicht vor beziehungsweise können besonders vermindert werden, da die Kühlung mittels der Prallfläche durch den abgelenkten Ölstrahl großflächig und zentral erfolgen kann und/oder die Kühlung mittels des Kühlkanals insgesamt besonders erhöht werden kann. Somit kann insbesondere der gesamte Kolben besonders vorteilhaft gekühlt werden.In contrast, in the piston according to the invention, the oil deflected by means of the baffle surface can hit the piston crown over a large area at a particularly flat angle, as a result of which the oil reaches particularly extensively places that cannot be reached by an oil jet directed directly at the center of the piston crown. This is particularly advantageous when the oil can only be made available on the cold side. In particular, this can be referred to as indirect injection cooling. The oil impinging on the piston crown, in particular the middle of the piston crown, at the particularly flat angle can have a particularly advantageous effect on the cooling of the piston, in particular the piston crown. Because the oil sprayed out by the oil syringe can be fed to the cooling channel and the impact surface in the piston according to the invention, the advantages of injection cooling, in particular direct or indirect cooling of the center of the piston crown and the oil supply to the piston boss, can be combined with the advantages of cooling by means of the cooling channel, in particular particularly intensively Cooling of the entire piston, in particular by means of the single oil syringe. Disadvantages of cooling by means of the cooling channel, such as a particularly small amount of spray oil available for cooling the piston crown, especially with a particularly high degree of catching, and/or an increasing saturation effect with increasing oil quantity, can be compensated for by spray cooling. Disadvantages of direct injection cooling do not exist or can be particularly reduced, since cooling by means of the deflected oil jet can take place over a large area and centrally by means of the impact surface and/or cooling by means of the cooling channel can be particularly increased overall. Thus, in particular the entire piston can be cooled in a particularly advantageous manner.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, welche einen erfindungsgemäßen Kolben gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, ein Kraftfahrzeug anzutreiben, das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet sein kann.A second aspect of the invention relates to an internal combustion engine which has a piston according to the invention according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa. The internal combustion engine according to the invention can be provided, for example, to drive a motor vehicle, which can preferably be designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens; und
2 eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens in einem oberen Totpunkt; und
3 eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens in einem unteren Totpunkt.

show:

1 a schematic partial sectional view of a piston according to the invention; and
2 a schematic partial sectional view of a piston according to the invention in a top dead center; and
3 a schematic partial sectional view of a piston according to the invention in a bottom dead center.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt eine schematische Teilschnittansicht eines Kolbens 10 für eine Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, ein Kraftfahrzeug anzutreiben, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Zylinder auf, in welchem in vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine der Kolben 10 translatorisch in Richtung einer Zylinderhochachse des Zylinders bewegbar aufgenommen ist. Der Zylinder und der Kolben 10 begrenzen einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine teilweise. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt und einen von einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt. Im Brennraum finden Verbrennungsvorgänge statt, die insbesondere als Verbrennung bezeichnet werden können, wobei ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird, woraus das Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. 1 shows a schematic partial sectional view of a piston 10 for an internal combustion engine. The internal combustion engine can be provided, for example, to drive a motor vehicle, which is preferably used as a force dare, in particular as a passenger car or truck, is designed. The internal combustion engine has at least one cylinder, in which, when the internal combustion engine is completely manufactured, the piston 10 is accommodated so that it can move in a translatory manner in the direction of a cylinder vertical axis of the cylinder. The cylinder and the piston 10 partially delimit a combustion chamber of the internal combustion engine. The internal combustion engine comprises an intake tract through which air can flow and an exhaust tract through which an exhaust gas of the internal combustion engine can flow. Combustion processes take place in the combustion chamber, which can in particular be referred to as combustion, with a fuel-air mixture being burned, resulting in the exhaust gas of the internal combustion engine.

Der Kolben 10 weist einen insbesondere als Kolbenhemd bezeichneten Kolbenschaft 12 und einen Kolbenboden 14 auf. Der Kolben 10 umfasst einen teilweise durch den Kolbenschaft 12 und teilweise durch den Kolbenboden 14 begrenzten Innenraum 16, in welchen von einer Ölspritze der Verbrennungskraftmaschine ausgespritztes Öl zur Kühlung des Kolbens 10 einspritzbar ist. Das von der Ölspritze ausgespritze Öl kann insbesondere als Ölstrahl bezeichnet werden. Der Kolben 10 weist wenigstens einen in dem Kolbenboden 14 verlaufenden und von dem Öl durchströmbaren Kühlkanal 18 auf, welcher in Umfangsrichtung des Kolbens 10 zumindest teilweise umläuft, wobei der Kolben 10, insbesondere der Kolbenboden 14, mittels des den Kühlkanal 18 durchströmenden Öls gekühlt werden kann. Der Kolben 10 umfasst wenigstens eine einenends in den Innenraum 16 und andernends in den Kühlkanal 18 mündende Eintrittsöffnung 20, über welche zumindest ein Teil des aus der Ölspritze ausgespritzten Öls dem Kühlkanal 18 zuführbar ist, wodurch der Kühlkanal 18 mit dem Öl versorgt werden kann. Die Eintrittsöffnung 20 kann beispielsweise kreisrund ausgeführt sein und kann insbesondere als Einlassöffnung bezeichnet werden.The piston 10 has a piston skirt 12 , referred to in particular as a piston skirt, and a piston head 14 . The piston 10 includes an interior space 16, which is delimited partially by the piston skirt 12 and partially by the piston crown 14, into which interior space 16, ejected by an oil syringe of the internal combustion engine, can be injected to cool the piston 10. The oil sprayed out by the oil sprayer can be referred to in particular as an oil jet. The piston 10 has at least one cooling channel 18 which runs in the piston crown 14 and through which the oil can flow, which at least partially runs around the circumference of the piston 10, it being possible for the piston 10, in particular the piston crown 14, to be cooled by means of the oil flowing through the cooling channel 18 . The piston 10 comprises at least one inlet opening 20, which opens into the interior space 16 at one end and into the cooling duct 18 at the other end, via which at least part of the oil sprayed out of the oil sprayer can be fed to the cooling duct 18, as a result of which the cooling duct 18 can be supplied with the oil. The inlet opening 20 can be circular, for example, and can in particular be referred to as an inlet opening.

Der Kolben weist drei Ringnuten 22 auf, in welchen Kolbenringe angeordnet werden können. Mittels der Kolbenringe kann eine Abdichtung des Brennraums gegenüber einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine erfolgen. Zudem kann über die Kolbenringe Wärme des Kolbens 10 abgeführt werden, wodurch der Kolben 10, insbesondere an einer seitlichen Außenseite 24, gekühlt werden kann.The piston has three ring grooves 22 in which piston rings can be arranged. The combustion chamber can be sealed off from a crankcase of the internal combustion engine by means of the piston rings. In addition, heat from the piston 10 can be dissipated via the piston rings, as a result of which the piston 10 can be cooled, in particular on a lateral outer side 24 .

In dem Innenraum 16 des Kolbens 10 ist ein Pleuel 26 der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen und mit dem Kolben 10 gelenkig verbunden, wobei das Pleuel 26 mittels eines Kolbenbolzens in einer Kolbennabe 28 des Kolbens 10 drehbar gelagert ist. Das Pleuel 26 ist dabei gegenüber dem Kolben 10 um eine Drehachse verdrehbar, welche durch den Kolbenbolzen verläuft.A connecting rod 26 of the internal combustion engine is accommodated in the interior space 16 of the piston 10 and is connected in an articulated manner to the piston 10 , the connecting rod 26 being rotatably mounted in a piston boss 28 of the piston 10 by means of a piston pin. The connecting rod 26 can be rotated relative to the piston 10 about an axis of rotation which runs through the piston pin.

Um nun den Kolben 10 besonders vorteilhaft kühlen zu können, ist in den Innenraum 16 eine in radialer Richtung des Kolbens 10 von dessen Kolbenbodenmitte 30 beabstandete und in radialer Richtung des Kolbens 10 weiter außen als die Eintrittsöffnung 20 angeordnete Prallfläche 32 vorgesehen, gegen welche das von der Ölspritze ausgespritzte Öl direkt zu spritzen ist, welches mittels der Prallfläche 32 gezielt in Richtung der Kolbenbodenmitte 30 umzulenkbar ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Kolben 10, insbesondere der Kolbenboden 14, in dem Innenraum 16 als die Prallfläche 32 ausgeführt, welche in der radialen Richtung weiter von der Kolbenbodenmitte 30 beabstandet ist als die Eintrittsöffnung 20, wobei das von der Ölspritze ausgespritzte und auf die Prallfläche 32 auftreffende Öl mittels der Prallfläche 32 in Richtung der Kolbenbodenmitte 30 abgelenkt wird, wodurch das Öl der Kolbenbodenmitte 30 zuführbar ist. Das Öl kann dabei mittels der Prallfläche 32 von einer ersten Seite 34 des Innenraums 16, wobei die Prallfläche 32 auf der ersten Seite 34 angeordnet ist, zu einer, bezogen auf eine Kolbenmitte, von der ersten Seite 34 verschiedene, zweite Seite 36 des Innenraums 16 geführt werden, wobei das Öl einen von dem Kolbenboden 14, insbesondere der Kolbenbodenmitte 30, und der Kolbennabe 28 gebildeten Spalt 38 durchströmt. Vorzugsweise ist die Prallfläche 32 in einem Randbereich des Innenraums 16 angeordnet, was bedeutet, dass die Prallfläche 32 in dem Innenraum 16 in radialer Richtung des Kolbens 10 besonders weit außen angeordnet ist.In order to be able to cool the piston 10 in a particularly advantageous manner, an impact surface 32 is provided in the interior space 16, which is spaced in the radial direction of the piston 10 from the center 30 of the piston head and is arranged further outward in the radial direction of the piston 10 than the inlet opening 20, against which the the oil spray ejected oil is to be sprayed directly, which can be deflected in a targeted manner in the direction of the center 30 of the piston crown by means of the impact surface 32 . In other words, the piston 10, in particular the piston crown 14, is designed as the impact surface 32 in the interior space 16, which is spaced further from the center of the piston crown 30 in the radial direction than the inlet opening 20, the oil sprayed out by the oil sprayer and on the oil striking the impact surface 32 is deflected by means of the impact surface 32 in the direction of the center of the piston crown 30, as a result of which the oil can be fed to the center of the piston crown 30. By means of the impact surface 32, the oil can flow from a first side 34 of the interior space 16, with the impact surface 32 being arranged on the first side 34, to a second side 36 of the interior space 16, which is different from the first side 34 in relation to a piston center are guided, the oil flowing through a gap 38 formed by the piston crown 14 , in particular the middle of the piston crown 30 , and the piston boss 28 . The impact surface 32 is preferably arranged in an edge region of the interior space 16, which means that the impact surface 32 is arranged particularly far to the outside in the interior space 16 in the radial direction of the piston 10.

Vorzugsweise weist der von der Ölspritze ausgespritzte Ölstrahl eine Spritzrichtung auf, welche schräg zur axialen Richtung des Kolbens 10 verläuft. Dadurch kann in einer als oberer Totpunkt bezeichneten ersten Stellung des Kolbens 10 die Prallfläche 32 von dem Ölstrahl getroffen werden und in einer als unterer Totpunkt bezeichneten zweiten Stellung des Kolbens, welche von der ersten Stellung verschieden ist, die Eintrittsöffnung 20 von dem Ölstrahl getroffen werden. 2 zeigt in einer schematischen Teilschnittansicht den Kolben 10 in dem oberen Totpunkt, wobei die auf die Prallfläche 32 auftreffende Ölstrahlen mittels ersten Pfeilen 40 skizziert sind und das mittels der Prallfläche 32 umgelenkte und zu der Kolbenbodenmitte 30 geführte Öl mittels zweiten Pfeilen 42 veranschaulicht ist. 3 zeigt eine schematische Teilschnittansicht des Kolbens 10 in dem unteren Totpunkt, wobei die in die Eintrittsöffnung 20 eintretenden und somit dem Kühlkanal 18 zugeführten Ölstrahlen mittels dritten Pfeilen 44 skizziert sind. Somit kann bezogen auf ein Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine jeweils zu verschiedenen Zeitpunkten, insbesondere dem oberen Totpunkt beziehungsweise dem unteren Totpunkt, das Öl dem Kühlkanal 18 beziehungsweise der Prallfläche 32 zugeführt werden. Dies kann insbesondere als zweiphasige Kolbenkühlung bezeichnet werden. Eine Einleitung von Öl in den Kühlkanal 18, während sich der Kolben 10 in dem unteren Totpunkt befindet, ist von Vorteil, da eine Aufweitung des Ölstrahls im unteren Totpunkt besonders gering sein kann, denn ein Abstand zwischen dem Kolben 10 und der Ölspritze ist im unteren Totpunkt besonders gering. Dadurch kann während einer Füllphase des Kühlkanals 18 der Fanggrad besonders erhöht werden. Durch Variation der insbesondere als Strahlwinkel oder Spritzwinkel bezeichneten Spritzrichtung und/oder durch Variation, insbesondere Erhöhung einer Größe der Eintrittsöffnung 20, kann die Füllphase besonders verlängert werden und damit der Teil des Öls, welcher in den Kühlkanal 18 eingeleitet wird, besonders erhöht werden. Insbesondere da der Kolben 10 in dem Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine in dem oberen Totpunkt und in dem unteren Totpunkt jeweils eine besonders lange Verweildauer aufweist, kann ein Großteil einer von der Ölspritze bereitgestellten Ölmenge bestimmungsgemäß für die Kühlung des Kolbens 10 genutzt werden. Der obere Totpunkt und der untere Totpunkt können zusammenfassend insbesondere als Umkehrpunkte bezeichnet werden.The oil jet sprayed out by the oil sprayer preferably has a spraying direction which runs at an angle to the axial direction of the piston 10 . As a result, in a first position of the piston 10 referred to as top dead center, the impact surface 32 can be hit by the oil jet and in a second position of the piston referred to as bottom dead center, which differs from the first position, the inlet opening 20 can be hit by the oil jet. 2 shows the piston 10 in a schematic partial sectional view at the top dead center, the oil jets impinging on the impact surface 32 being sketched by means of first arrows 40 and the oil deflected by means of the impact surface 32 and guided to the center of the piston crown 30 being illustrated by means of second arrows 42. 3 shows a schematic partial sectional view of the piston 10 in the bottom dead center, the oil jets entering the inlet opening 20 and thus being fed to the cooling channel 18 being sketched by means of third arrows 44 . Thus, based on a working cycle of the internal combustion engine at different points in time, in particular the top dead center or the bottom Dead center, the oil to the cooling channel 18 and the impact surface 32 are supplied. In particular, this can be referred to as two-phase piston cooling. Introducing oil into the cooling channel 18 while the piston 10 is in the bottom dead center is advantageous, since the oil jet can be particularly small at bottom dead center because there is a distance between the piston 10 and the oil syringe at the bottom Dead center particularly low. As a result, the degree of capture can be particularly increased during a filling phase of the cooling channel 18 . By varying the spraying direction, referred to in particular as the jet angle or spraying angle, and/or by varying, in particular increasing the size of the inlet opening 20, the filling phase can be particularly lengthened and thus the part of the oil which is introduced into the cooling channel 18 can be particularly increased. In particular, since the piston 10 has a particularly long dwell time in the working cycle of the internal combustion engine in the top dead center and in the bottom dead center, a large part of the oil quantity provided by the oil syringe can be used as intended for cooling the piston 10 . The top dead center and the bottom dead center can be collectively referred to as reversal points.

Die zweiphasige Kolbenkühlung vereint Vorteile einer Anspritzkühlung, insbesondere direkte oder indirekte Kühlung der Kolbenbodenmitte 30 und eine Ölversorgung der Kolbennabe 28, mit Vorteilen der Kühlung mittels des Kühlkanals 18, insbesondere besonders intensive Kühlung des gesamten Kolbens 10, mittels insbesondere der einzigen Ölspritze. Nachteile der Kühlung mittels des Kühlkanals 18, wie beispielsweise eine besonders geringe zur Verfügung stehende Spritzölmenge zur Kühlung des Kolbenbodens 14, insbesondere bei besonders hohem Fanggrad, und/oder ein zunehmender Sättigungseffekt bei steigender Ölmenge, können durch die Anspritzkühlung kompensiert werden. Nachteile einer direkten Anspritzkühlung liegen nicht vor beziehungsweise können besonders vermindert werden, da die Kühlung mittels der Prallfläche 32 durch den abgelenkten Ölstrahl großflächig und zentral erfolgen kann und/oder die Kühlung mittels der Füllphase insgesamt besonders erhöht werden kann.The two-phase piston cooling combines the advantages of injection cooling, in particular direct or indirect cooling of the center of the piston crown 30 and an oil supply to the piston boss 28, with the advantages of cooling by means of the cooling channel 18, in particular particularly intensive cooling of the entire piston 10, in particular by means of the single oil syringe. Disadvantages of cooling by means of the cooling channel 18, such as a particularly small amount of spray oil available for cooling the piston crown 14, in particular with a particularly high degree of catching, and/or an increasing saturation effect with an increasing amount of oil, can be compensated for by spray cooling. Disadvantages of direct injection cooling do not exist or can be particularly reduced, since cooling by means of the deflected oil jet can take place over a large area and centrally by means of the impact surface 32 and/or cooling by means of the filling phase can be particularly increased overall.

In einer bevorzugten Ausführungsform endet die Prallfläche in radialer Richtung des Kolbens 10 nach innen hin an einer die Eintrittsöffnung 20 in Umfangsrichtung der Eintrittsöffnung 20 zumindest teilweise umlaufend direkt begrenzenden Kante 46. Mit anderen Worten ausgedrückt grenzt die Eintrittsöffnung 20 unmittelbar an die Prallfläche 32 an. Dadurch kann das von der Ölspritze ausgespritzt Öl besonders vorteilhaft in die Eintrittsöffnung 20 und/oder auf die Prallfläche 32 gespritzt werden.In a preferred embodiment, the impact surface ends in the radial direction of the piston 10 inwards at an edge 46 that at least partially surrounds the inlet opening 20 in the circumferential direction of the inlet opening 20. In other words, the inlet opening 20 is directly adjacent to the impact surface 32. As a result, the oil sprayed out by the oil sprayer can be sprayed particularly advantageously into the inlet opening 20 and/or onto the impact surface 32 .

In weiterer Ausgestaltung ist die Prallfläche 32 konkav. Mit anderen Worten ausgedrückt weist die Prallfläche 32 eine Krümmung auf, welche konkav ausgeführt ist. Dadurch kann eine bei einer Umlenkung des Ölstrahls mittels der Prallfläche 32 auftretende Aufweitung des Ölstrahls nach dem Auftreffen auf die Prallfläche 32 besonders gering gehalten werden und somit reguliert werden.In a further embodiment, the impact surface 32 is concave. In other words, the impact surface 32 has a curvature that is concave. As a result, a widening of the oil jet that occurs when the oil jet is deflected by means of the impact surface 32 after it hits the impact surface 32 can be kept particularly small and thus regulated.

In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Prallfläche 32 in radialer Richtung des Kolbens 10 von außen unten nach oben innen hin zur Kolbenmitte. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Prallfläche 32 schräg zur axialen Richtung des Kolbens 10 ausgeführt, wobei ein erster Bereich der Prallfläche 32, bezogen auf die axiale Richtung, höher als ein von dem ersten Bereich verschiedener, zweiter Bereich der Prallfläche 32 angeordnet ist, und wobei der zweite Bereich, bezogen auf die radiale Richtung des Kolbens 10, weiter von der Kolbenmitte beabstandet ist als der erste Bereich.In a further embodiment, the impact surface 32 extends in the radial direction of the piston 10 from the outside below upwards inside towards the center of the piston. In other words, the impact surface 32 is designed obliquely to the axial direction of the piston 10, with a first area of the impact surface 32, based on the axial direction, being arranged higher than a second area of the impact surface 32 that is different from the first area, and where the second area is spaced farther from the center of the piston with respect to the radial direction of the piston 10 than the first area.

BezugszeichenlisteReference List

1010: KolbenPistons
1212: Kolbenschaftpiston skirt
1414: Kolbenbodenpiston crown
1616: Innenrauminner space
1818: Kühlkanalcooling channel
2020: Eintrittsöffnungentry opening
2222: Ringnutenring grooves
2424: Außenseiteoutside
2626: Pleuelconnecting rod
2828: Kolbennabepiston hub
3030: Kolbenbodenmittecenter of the piston crown
3232: Prallflächebaffle
3434: Erste SeiteFirst page
3636: Zweite SeiteSecond page
3838: Spaltgap
4040: erste Pfeilefirst arrows
4242: zweite Pfeilesecond arrows
4444: dritte Pfeilethird arrows
4646: Kanteedge

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102006056011 A1 [0002]
DE 102015008932 A1 [0003]

Claims

Pistons (10) for an internal combustion engine, with a piston skirt (12), with a piston crown (14), with an interior space (16) delimited partially by the piston skirt (12) and partially by the piston crown (14), in which at least one oil spray of the internal combustion engine can be injected, with at least one cooling channel (18) running in the piston head (14) and through which the oil can flow, which at least partially runs around the circumference of the piston (10), and with at least one at one end into the interior (16 ) and at the other end opening into the cooling channel (18) inlet opening (20), via which at least part of the oil ejected from the oil sprayer can be supplied to the cooling channel (18), characterized by an in the interior (16) in the radial direction of the piston (10 ) from the piston crown center (30) spaced and in the radial direction of the piston (10) further outside than the inlet opening (20) arranged impact surface (32), against which the oil squirted out by the oil sprayer is to be sprayed directly, which can be deflected in a targeted manner in the direction of the center of the piston crown (30) by means of the baffle surface (32).

Piston (10) after claim 1 , characterized in that the impact surface (32) ends in the radial direction inwards at an edge (46) directly delimiting the inlet opening (20) at least partially circumferentially in the circumferential direction of the inlet opening (20).

Piston (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the impact surface (32) is concave.

Piston (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the impact surface (32) extends in the radial direction of the piston (10) from the outside below upwards towards the center of the piston.

Internal combustion engine with at least one piston (10) according to one of the preceding claims.