DE202014009051U1

DE202014009051U1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verbrennungsmotor mit einem solchen Kolben

Info

Publication number: DE202014009051U1
Application number: DE202014009051.3U
Authority: DE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-11-15
Filing date: 2014-11-15
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2024-11-16

Abstract

Kolben (2) für einen Verbrennungsmotor mit einer Kolbenoberseite, die einen Einlassabschnitt (16), der einem Gaseinlass zuzuordnen ist, einen dem Einlassabschnitt (16) in Längenrichtung (8, 10) gegenüberliegenden Auslassabschnitt (18), der einem Gasauslass zuzuordnen ist, und einen in Längenrichtung (8, 10) zwischen dem Einlassabschnitt (16) und dem Auslassabschnitt (18) angeordneten Mittelabschnitt (20) aufweist, wobei die Kolbenoberseite eine Vertiefung (50) aufweist, die sich in dem Auslassabschnitt (18) und ausgehend von dem Auslassabschnitt (18) in Richtung des Einlassabschnitts (16) zumindest bis in den Mittelabschnitt (20) erstreckt.

Description

Technisches Gebiet
Das technische Gebiet betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor sowie einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Kolben.
Hintergrund
Aus der Praxis sind Kolben für Verbrennungsmotoren bekannt, die eine im Wesentlichen ebene, dem Brennraum zugewandte Kolbenoberseite aufweisen. Die bekannten Kolben sind innerhalb des Verbrennungsmotors in einem Zylinder angeordnet, wobei der Zylinder mindestens einen Gaseinlass und einen Gasauslass aufweist. Der von dem Kolben und dem Zylinder begrenzte Brennraum wird über den Gaseinlass mit einer Ladung, also beispielsweise einem Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt. Im Anschluss an die Komprimierung der Ladung wird die Ladung mittels einer Zündkerze gezündet. Bei den bekannten Kolben kommt es beim Komprimieren der Ladung bis zum Zündzeitpunkt zu einer starken Ladungsbewegung, die Turbulenzen verursacht, wobei sich die Turbulenzen positiv auf die Brenndauer auswirken. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die starken Turbulenzen oder Ladungsbewegungen zu höheren Geschwindigkeiten im Zündfunkenbereich der Zündkerze führen, was eine asymmetrische Flammenausbreitung, eine erhöhte Klopfneigung und eine verstärkte Erosion der Zündkerze nach sich ziehen kann. Bislang wurde diesem negativen Effekt dadurch begegnet, dass Kompromisse beim Design der Gaseinlässe eingegangen werden mussten, um eine starke Ladungsbewegung bis zum Zündzeitpunkt auszuschließen und somit die höhere Geschwindigkeit der Ladung im Zündfunkenbereich der Zündkerze zu reduzieren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Neuerung, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der einerseits starke Ladungsbewegungen oder -verwirbelungen ermöglicht, um einen erhöhten Vermischungsgrad der Ladung, eine kürzere Brenndauer, eine reduzierte Emission und das Auftreten von Vorentflammungen zu vermeiden, und andererseits eine geringe Strömungsgeschwindigkeit im Zündfunkenbereich einer Zündkerze sicherstellt, um eine asymmetrische Flammenausbreitung, eine erhöhte Klopfneigung und eine verstärkte Erosion der Zündkerze weitgehend auszuschließen. Der vorliegenden Neuerung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor mit einem derart vorteilhaften Kolben zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Schutzansprüchen 1 bzw. 15 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Neuerung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform der Neuerung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor. Bei dem Kolben handelt es sich vorzugsweise um einen im Wesentlichen zylindrischen Kolben. Der Kolben weist eine Kolbenoberseite auf, die innerhalb eines Verbrennungsmotors einem Brennraum innerhalb eines Zylinders zuzuordnen ist. Die Kolbenoberseite ist in verschiedene Abschnitte unterteilt. So weist die Kolbenoberseite einen Einlassabschnitt, der einem Gaseinlass eines Zylinders zuzuordnen ist, einen dem Einlassabschnitt in Längenrichtung gegenüberliegenden Auslassabschnitt, der einem Gasauslass des Zylinders zuzuordnen ist, und einen in Längenrichtung zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt angeordneten Mittelabschnitt auf. Darüber hinaus weist die Kolbenoberseite eine Vertiefung auf. Die Vertiefung erstreckt sich zum einen in dem Auslassabschnitt und zum anderen ausgehend von dem Auslassabschnitt in Richtung des Einlassabschnitts zumindest bis in den Mittelabschnitt, wobei sich die Vertiefung grundsätzlich auch bis in den Einlassabschnitt erstrecken kann. Dank der Vertiefung erfolgt bei einer Komprimierung des Gases innerhalb des Zylinders bis zum Zündzeitpunkt eine Rückströmung des Gases von dem Auslassbereich über die Vertiefung in Richtung des Mittelabschnitts bzw. in Richtung des Einlassabschnitts. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch einerseits eine starke Ladungsbewegung möglich ist, die den Vermischungsgrad des Kraftstoff-Luft-Gemischs erhöht, die Brenndauer verkürzt, die Emissionen reduziert und das Auftreten von Vorentflammungen vermeidet, während andererseits eine relativ geringe Strömungsgeschwindigkeit im Zündfunkenbereich der Zündkerze erzielt werden kann, um eine asymmetrische Flammausbreitung, ein Klopfen und eine Erosion der Zündkerze zu vermeiden. Mithin können die dem Kolben zuzuordnenden Gaseinlässe für eine starke Ladungsbewegung ausgelegt sein, ohne dass es dabei zu den eingangs genannten Problemen einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit im Zündfunkenbereich kommt.
Es hat sich gezeigt, dass bei den nachstehend näher beschriebenen Ausführungsformen der Neuerung die genannten Vorteile des Kolbens mitunter erheblich verstärkt werden können.
So ist die Vertiefung in einer vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens als eine in Längenrichtung langgestreckte Vertiefung ausgebildet. Man kann hierbei auch von einer länglich ausgebildeten Vertiefung sprechen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens ist die Länge der Vertiefung größer als die größte Breite der Vertiefung ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft herausgestellt, wenn die größte Breite der Vertiefung maximal 80%, gegebenenfalls maximal 70%, der Länge der Vertiefung in Längenrichtung beträgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens beträgt die größte Breite der Vertiefung maximal 60%, vorzugsweise maximal 45%, des Kolbendurchmessers.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens beträgt die größte Breite der Vertiefung mindestens 30% des Kolbendurchmessers, zumal es sich gezeigt hat, dass bei einer Vertiefung mit einer größten Breite, die weniger als 30% des Kolbendurchmessers beträgt, die eingangs genannten Vorteile zwar noch gegeben, jedoch weniger stark ausgeprägt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens verringert sich die Breite der Vertiefung in Richtung des Auslassabschnitts oder/und in Richtung des Einlassabschnitts, um eine geringe Strömungsgeschwindigkeit im Zündfunkenbereich einer Zündkerze sicherzustellen, ohne dass auf eine starke Ladungsbewegung innerhalb eines Brennraums bis zum Zündzeitpunkt verzichtet werden müsste.
Die vorstehend genannten Vorteile der Neuerung sind bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens besonders ausgeprägt, bei der sich die Vertiefung ausgehend von dem Auslassabschnitt über einen mit dem Zündfunkenbereich einer Zündkerze in Höhenrichtung fluchtend anzuordnenden Fluchtpunkt an der Kolbenoberseite oder/und über eine sich in Höhenrichtung erstreckende Mittelachse des Kolbens hinaus in Richtung des Einlassabschnitts erstreckt. Im Falle einer sich über die in Höhenrichtung erstreckende Mittelachse des Kolbens hinaus in Richtung des Einlassabschnitts erstreckende Vertiefung ist es überdies bevorzugt, wenn die Mittelachse mit dem Zündfunkenbereich einer Zündkerze in Höhenrichtung fluchtend angeordnet ist, der vorstehend genannte Fluchtpunkt mithin auf der Mittelachse angeordnet wäre.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens weist die Vertiefung einen Vertiefungsboden auf. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Vertiefungsboden in Längenrichtung oder/und in Breitenrichtung betrachtet einen stetigen oder bogenförmigen Verlauf aufweist, um die zuvor genannten Vorteile der Neuerung zu verstärken. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Vertiefungsboden in Längenrichtung oder/und Breitenrichtung betrachtet sowohl einen stetigen als auch einen bogenförmigen Verlauf aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens ist der Fluchtpunkt an dem Vertiefungsboden angeordnet. Alternativ oder ergänzend erstreckt sich die Mittelachse durch den Vertiefungsboden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens weist der Vertiefungsboden bezogen auf die Höhenrichtung eine tiefste Stelle auf. Bei der tiefsten Stelle muss es sich mithin nicht um diejenige Stelle handeln, an der die Vertiefung am tiefsten ist, die tiefste Stelle bezieht sich vielmehr auf den Vertiefungsboden und dessen Anordnung in Höhenrichtung. Selbstverständlich kann die tiefste Stelle des Vertiefungsbodens auch der tiefsten Stelle der Vertiefung entsprechen. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die tiefste Stelle an dem zuvor erwähnten Fluchtpunkt angeordnet oder in Richtung des Auslassabschnitts gegenüber dem Fluchtpunkt versetzt ist, um die Strömungsgeschwindigkeit an dem Zündfunkenbereich einer Zündkerze zu reduzieren und die damit einhergehenden, zuvor genannte Vorteile zu erzielen. Alternativ oder ergänzend ist die tiefste Stelle auf der Mittelachse des Kolbens angeordnet oder gegenüber der Mittelachse in Richtung des Auslassabschnitts versetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens ist die Vertiefung bezogen auf die Breitenrichtung mittig an dem Kolben vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist es überdies bevorzugt, wenn die Vertiefung im Hinblick auf eine sich in Längenrichtung erstreckende Mittelachse symmetrisch ausgebildet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens steht der Mittelabschnitt in Höhenrichtung nach oben über den Einlass- und Auslassabschnitt hervor. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Ausführungsform die zuvor genannten Vorteile der Neuerung, insbesondere die Rückströmung der Ladung von dem Auslassabschnitt über die Vertiefung zu dem Mittelabschnitt und gegebenenfalls dem Einlassabschnitt, besonders stark ausgeprägt sind, wenn die Ladung innerhalb des Zylinders bis zum Zündzeitpunkt verdichtet wird, wobei eine besonders geringe Strömungsgeschwindigkeit im Zündfunkenbereich der Zündkerze erzielt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens ist der Vertiefungsboden zumindest teilweise in Höhenrichtung tiefer als eine Oberseite des Einlass- und Auslassabschnitts angeordnet. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Vertiefungsboden zumindest teilweise im Bereich des Mittelabschnitts in Höhenrichtung tiefer als eine Oberseite des Einlass- und Auslassabschnitts angeordnet ist.
Eine weitere positive Beeinflussung des Strömungsverhaltens der Ladung innerhalb des dem Kolben zugeordneten Zylinders wird durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens erzielt, bei der der Mittelabschnitt jeweils eine dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt zugewandte, schräggestellte Flanke aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens weist der Mittelabschnitt eine ebene Oberseite auf, die vorzugsweise in einer von den Breiten- und Längenrichtungen aufgespannten Ebene verläuft.
Wie bereits vorangehend angedeutet, könnte sich die Vertiefung grundsätzlich bis in den Einlassabschnitt erstrecken. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens endet die Vertiefung jedoch unter Ausbildung einer Erhöhung in Längenrichtung zwischen der Vertiefung und dem Einlassabschnitt vor dem Einlassabschnitt, um das Strömungsverhalten innerhalb des dem Kolben zugeordneten Brennraums positiv zu beeinflussen. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Vertiefung in oder an der dem Einlassabschnitt zugewandten Flanke des in Höhenrichtung nach oben über den Einlassabschnitt hervorstehenden Mittelabschnitts endet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens sind in der Oberseite des Einlassabschnitts oder/und des Auslassabschnitts zwei Ventiltaschen vorgesehen. Diese Ventiltaschen ermöglichen das Eintauchen eines Ventils in den Brennraum, selbst wenn sich der Kolben im Bereich des oberen Totpunktes befindet, zumal die Ventile oder deren Ventilteller einfach in die entsprechenden Ventiltaschen eintauchen können. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn die Ventiltaschen Ventiltaschenböden aufweisen, die schräggestellt angeordnet sind. Auch ist es bevorzugt, wenn die schräggestellten Ventiltaschenböden in einer Ebene mit der jeweiligen schräggestellten Flanke des Mittelabschnitts angeordnet sind, wobei die schräggestellten Ventiltaschenböden vorzugsweise unmittelbar in die jeweilige schräggestellte Flanke des Mittelabschnitts übergehend ausgebildet sind. So konnte ein positiver Effekt auf das Strömungsverhalten festgestellt werden, wenn die Flanke des Mittelabschnitts sinngemäß durch den Ventiltaschenboden auf die zuvor beschriebene Weise verlängert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens sind zumindest die beiden Ventiltaschen in der Oberseite des Auslassabschnitts unter Ausbildung eines zwischenliegenden, erhabenen Teilabschnitts des Auslassabschnitts in der Oberseite des Auslassabschnitts vorgesehen. Entsprechendes kann auch für die beiden Ventiltaschen in dem Einlassabschnitt gelten. Bei dieser Ausführungsform ist es überdies bevorzugt, wenn sich die Vertiefung in den erhabenen Teilabschnitt des Auslassabschnitts erstreckt, zumal dies das zuvor erwähnte Zurückströmen der Ladung aus dem Auslassabschnitt über die Vertiefung in den Mittelabschnitt oder darüber hinaus begünstigt.
Um das Zurückströmen der Ladung von dem Auslassabschnitt über die Vertiefung in den Mittelabschnitt oder darüber hinaus weiter zu fördern, ist ein dem Einlassabschnitt in Längenrichtung abgewandtes Ende der Vertiefung von dem Außendurchmesser des Kolbens beabstandet in dem Auslassabschnitt angeordnet.
Eine weitere Ausführungsform der Neuerung betrifft einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor weist einen Zylinder und einen in dem Zylinder angeordneten Kolben der neuerungsgemäßen Art auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des neuerungsgemäßen Verbrennungsmotors ist dem Einlassabschnitt des Kolbens mindestens ein Gaseinlass des Zylinders zugeordnet. Hierbei ist es bevorzugt, wenn mindestens zwei Gaseinlässe vorgesehen sind. Es ist bei dieser Ausführungsform überdies bevorzugt, wenn der jeweilige Gaseinlass jeweils mittels eines Ventils verschließbar ist. Darüber hinaus ist bei dieser Ausführungsform dem Auslassabschnitt des Kolbens mindestens ein Gasauslass zugeordnet, wobei auch hier vorzugsweise zwei Gasauslässe vorgesehen sind. Auch der oder die Gasauslässe ist/sind vorzugsweise mittels eines Ventils verschließbar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des neuerungsgemäßen Verbrennungsmotors ist der Fluchtpunkt oder/und die Mittelachse in Höhenrichtung fluchtend mit dem Zündfunkenbereich einer Zündkerze des Zylinders angeordnet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Neuerung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens,
2 eine Querschnittsansicht des Kolbens von 1 entlang der Schnittlinie A-A in 1,
3 eine Querschnittsansicht des Kolbens aus 1 entlang der Schnittlinie B-B in 1 und
4 eine perspektivische Darstellung des Kolbens aus den 1 bis 3.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform des neuerungsgemäßen Kolbens 2 für einen Verbrennungsmotor in unterschiedlichen Ansichten. In den Figuren sind die einander entgegengesetzten Höhenrichtungen 4, 6, die einander entgegengesetzten Längenrichtung 8, 10 und die einander entgegengesetzten Breitenrichtungen 12, 14 des Kolbens 2 anhand entsprechender Pfeile angedeutet, wobei der Kolben 2 eine in Höhenrichtung 4 weisende Kolbenoberseite aufweist, die im Einbauzustand des Kolbens 2 einem Brennraum innerhalb eines nicht näher dargestellten Zylinders eines Verbrennungsmotors zugewandt ist.
Die Kolbenoberseite weist einen Einlassabschnitt 16, der einem Gaseinlass der Kolben-Zylinder-Anordnung zuzuordnen oder zugeordnet ist, einen dem Einlassabschnitt 16 in Längenrichtung 8, 10 gegenüberliegenden Auslassabschnitt 18, der einem Gasauslass der Kolben-Zylinder-Anordnung innerhalb des Verbrennungsmotors zuzuordnen oder zugeordnet ist, und einen in Längenrichtung 8, 10 zwischen dem Einlassabschnitt 16 und dem Auslassabschnitt 18 angeordneten Mittelabschnitt 20 auf. Wie insbesondere aus 1 ersichtlich, erstrecken sich die gedachten Trennlinien 22 zwischen dem Einlassabschnitt 16 und dem Mittelabschnitt 20 sowie zwischen dem Mittelabschnitt 20 und dem Auslassabschnitt 18 parallel zueinander und parallel zu einer sich in den Breitenrichtungen 12, 14 erstrecken Geraden. Überdies weist der Kolben 2 eine sich in den Höhenrichtungen 4, 6 erstreckende Mittelachse 24 auf.
Der Mittelabschnitt 20 steht in Höhenrichtung 4 nach oben über den Einlassabschnitt 16 und den Auslassabschnitt 18 hervor. So weist der Mittelabschnitt 20 eine in Höhenrichtung 4 nach oben weisende Oberseite 26 auf, die in Höhenrichtung 4 oberhalb einer Oberseite 28 des Einlassabschnitts 16 und oberhalb einer Oberseite 30 des Auslassabschnitts 18 angeordnet ist. Die Oberseite 26 des Mittelabschnitts 20 erstreckt sich in einer von den Längenrichtungen 8, 10 und den Breitenrichtungen 12, 14 aufgespannten Ebene. Auch die beiden Oberseiten 28, 30 des Einlassabschnitts 16 und des Auslassabschnitts 18 erstrecken sich in einer von den Längenrichtungen 8, 10 und den Breitenrichtungen 12, 14 aufgespannten Ebene, jedoch in Höhenrichtung 6 unterhalb der Oberseite 26 des Mittelabschnitts 20. auch sind die Oberseiten 28, 30 des Einlass- und Auslassabschnitts 16, 18 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Überdies weist der Mittelabschnitt 20 bzw. die den Mittelabschnitt 20 ausbildende Erhöhung eine dem Einlassabschnitt 16 zugewandte, schräggestellte Flanke 32 und eine dem Auslassabschnitt 18 zugewandte, schräggestellte Flanke 34 auf.
In der Oberseite 28 des Einlassabschnitts 16 sind zwei einander in Breitenrichtung 12, 14 benachbart angeordnete Ventiltaschen 36, 38 vorgesehen. In entsprechender Weise sind in der Oberseite 30 des Auslassabschnitts 18 zwei einander in Breitenrichtung 12, 14 benachbart angeordnete Ventiltaschen 40, 42 vorgesehen. Die Ventiltaschen 36 bis 42 weisen jeweils einen Ventiltaschenboden 44 auf, wobei der Ventiltaschenboden 44 schräggestellt ist. Wie insbesondere aus den 2 und 4 ersichtlich, sind die Ventiltaschenböden 44 jeweils in einer Ebene mit der jeweiligen bzw. benachbart angeordneten schräggestellten Flanke 32, 34 des Mittelabschnitts 20 angeordnet, wobei die Ventiltaschenböden 44 unmittelbar in die jeweilige benachbart angeordnete schräggestellte Flanke 32 oder 34 des Mittelabschnitts 20 übergehend ausgebildet sind. Es kann auch davon gesprochen werden, dass die Schrägstellung der der Flanke 32 benachbarten Ventiltaschenboden 44 der Schrägstellung der Flanke 32 entspricht, während die Schrägstellung der der Flanke 34 benachbarten Ventiltaschenböden 44 der Schrägstellung der Flanke 34 entspricht.
Die beiden Ventiltaschen 36, 38 sind unter Ausbildung eines zwischenliegenden, erhabenen Teilabschnitts 46 des Einlassabschnitts 16 in der Oberseite 28 des Einlassabschnitts 16 vorgesehen. In entsprechender Weise sind die beiden Ventiltaschen 40, 42 unter Ausbildung eines zwischenliegenden, erhabenen Teilabschnitts 48 des Auslassabschnitts 18 in der Oberseite 30 des Auslassabschnitts 18 vorgesehen.
Die in Höhenrichtung 4 nach oben weisende Kolbenoberseite weist ferner eine Vertiefung 50 auf. Die Vertiefung 50 erstreckt sich in den Auslassabschnitt 18 und ausgehend von dem Auslassabschnitt 18 in Richtung des Einlassabschnitts 16, hier in Längenrichtung 8, zumindest bis in den Mittelabschnitt 20. Dabei ist die Vertiefung 50 als längliche Vertiefung 50 ausgebildet, wobei die Vertiefung 50 in Längenrichtung 8, 10 langgestreckt ausgebildet ist. Die bezogen auf die Breitenrichtungen 12, 14 mittig an dem Kolben 2 bzw. der Kolbenoberseite vorgesehene Vertiefung 50 weist eine größte Breite b_max in Breitenrichtung 12, 14 und eine Länge l in Längenrichtung 8, 10 auf. So ist die Länge l der Vertiefung 50 größer als die größte Breite b_max der Vertiefung 50 ausgebildet. Auch beträgt die größte Breite b_max der Vertiefung 50 maximal 80%, gegebenenfalls maximal 70%, der Länge l der Vertiefung 50. Auch hat es sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft herausgestellt, wenn die größte Breite b_max der Vertiefung 50 maximal 60%, vorzugsweise maximal 45%, des Kolbendurchmessers d beträgt, um eine relativ geringe Breite der Vertiefung 50 in Breitenrichtung 12, 14 zu erzielen. Dennoch hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die größte Breite b_max der Vertiefung 50 mindestens 30% des Kolbendurchmessers d beträgt. Aus den 1 und 4 ist ferner ersichtlich, dass sich die Breite der Vertiefung 50 in Richtung des Auslassabschnitts 18, hier in Längenrichtung 10, und in Richtung des Einlassabschnitts 16, hier in Längenrichtung 8, verringert, wobei auch von einer sich in Richtung des Auslassabschnitts 18 und in Richtung des Einlassabschnitts 16 verjüngenden Vertiefung 50 gesprochen werden kann.
Die Vertiefung 50 erstreckt sich in Längenrichtung 8 bis zu einem Vertiefungsende 52 und in Längenrichtung 10 bis zu einem Vertiefungsende 54. Dabei erstreckt sich die Vertiefung 50 in Längenrichtung 10 in den erhabenen Teilabschnitt 48 des Auslassabschnitts 18, wobei das dem Einlassabschnitt 16 in Längenrichtung 10 abgewandte Ende der Vertiefung 50, hier das Vertiefungsende 54, von dem Außendurchmesser des Kolbens 2 beabstandet in dem Auslassabschnitt 18, hier dem Teilabschnitt 48 des Auslassabschnitts 18, angeordnet ist. Das Vertiefungsende 52 der Vertiefung 50 ist hingegen in dem Mittelabschnitt 20 der Kolbenoberseite angeordnet, wenngleich das Vertiefungsende 52 grundsätzlich auch in dem Einlassabschnitt 16 angeordnet sein könnte, so dass sich die Vertiefung 50 ausgehend von dem Auslassabschnitt 18 bis in den Einlassabschnitt 16 erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform endet die Vertiefung 50 jedoch in Längenrichtung 8 in dem Mittelabschnitt 20, wobei die Vertiefung 50 unter Ausbildung einer Erhöhung 56, die insbesondere in 2 zu erkennen ist, in Längenrichtung 8, 10 zwischen der Vertiefung 50 und dem Einlassabschnitt 16 vor dem Einlassabschnitt 16 endet. Auch endet die Vertiefung 50 in der dem Einlassabschnitt 16 zugewandten Flanke 32 des Mittelabschnitts 20.
Die Vertiefung 50 weist einen die Vertiefung 50 begrenzenden Vertiefungsboden 58 auf. Wie aus 2 ersichtlich, weist der Vertiefungsboden 58 in Längenrichtung 8, 10, also in Breitenrichtung 12 betrachtet, einen stetigen und bogenförmigen Verlauf auf, wobei der bogenförmige Verlauf in Höhenrichtung 6 nach unten gebogen oder hervorgewölbt ist. Auch ist aus 3 ersichtlich, dass der Vertiefungsboden 58 ebenso in Breitenrichtung 12, 14, also in Längenrichtung 10 betrachtet, einen stetigen und bogenförmigen Verlauf aufweist, der wiederum in Höhenrichtung 6 nach unten gebogen oder gewölbt ist. Auch weist der Vertiefungsboden 58 bezogen auf die Höhenrichtungen 4, 6 eine tiefste Stelle 60 auf, die insbesondere in den 1, 2 und 4 gezeigt ist. Bei der tiefsten Stelle 60 handelt es sich demzufolge um diejenige Stelle des Vertiefungsbodens 58, die gegenüber den anderen Stellen des Vertiefungsbodens 58 am weitesten in Höhenrichtung 6 nach unten versetzt ist. Auch ist aus 2 ersichtlich, dass der Vertiefungsboden 58 zumindest teilweise, hier im Bereich des Mittelabschnitts 20, in Höhenrichtung 6 tiefer als die Oberseiten 28, 30 des Einlass- und Auslassabschnitts 16, 18 angeordnet ist.
Wie bereits zuvor beschrieben, erstreckt sich die Vertiefung 50 ausgehend von dem Vertiefungsende 54 in dem Auslassabschnitt 18 in Richtung des Einlassabschnitts 16 bzw. in Längenrichtung 8 in den Mittelabschnitt 20. Dabei erstreckt sich die Vertiefung 50 über einen mit einem Zündfunkenbereich 62 einer nicht näher dargestellten Zündkerze in Höhenrichtung 4 fluchtend anzuordnenden oder angeordneten Fluchtpunkt 64, der an dem Vertiefungsboden 58 angeordnet ist, hinaus. In der dargestellten Ausführungsform ist der Fluchtpunkt 64 an derjenigen Stelle des Vertiefungsbodens 58 angeordnet, an der sich die bereits zuvor erwähnte Mittelachse 24 durch den Vertiefungsboden 58 erstreckt. Mithin kann auch von einer Vertiefung 50 gesprochen werden, die sich ausgehend von dem Auslassabschnitt 18 über die sich in Höhenrichtung 4, 6 erstreckende Mittelachse 24 des Kolbens 2, die mit dem Zündfunkenbereich 62 einer nicht näher dargestellten Zündkerze in Höhenrichtung 4 fluchtend angeordnet oder anzuordnen ist, hinaus in Richtung des Einlassabschnitts 16, hier in Längenrichtung 8, erstreckt.
Bei der Anordnung der tiefsten Stelle 60 des Vertiefungsbodens 58 hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die tiefste Stelle 60 an dem Fluchtpunkt 64 bzw. auf der Mittelachse 24 angeordnet oder in Richtung des Auslassabschnitts 18, hier in Längenrichtung 10, gegenüber dem Fluchtpunkt 64 bzw. der Mittelachse 24 versetzt ist, wie dies in den Figuren anhand des Versatzes a angedeutet ist.
Der zuvor beschriebene Kolben 2 kommt vorzugsweise in einem Verbrennungsmotor zum Einsatz, bei dem dem Einlassabschnitt 16 des Kolbens 2 zwei Gaseinlässe zugeordnet sind, die jeweils vorzugsweise mittels eines Ventils verschließbar sind. In entsprechender Weise kommt der Kolben 2 vorzugsweise in einem Verbrennungsmotor zum Einsatz, bei dem dem Auslassabschnitt 18 zwei Gasauslässe zugeordnet sind, die vorzugsweise mittels jeweils eines Ventils verschließbar sind. Auch ist der Kolben 2 – wie bereits zuvor angedeutet – derart innerhalb eines Verbrennungsmotors angeordnet, dass der Fluchtpunkt 64 oder/und die Mittelachse 24 in Höhenrichtung 4 fluchtend mit dem Zündfunkenbereich 62 einer Zündkerze des Zylinders angeordnet ist.
Da vorstehend lediglich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass grundsätzlich eine Vielzahl von Variationen und Abweichungen möglich sind. Es sei ferner klargestellt, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder den Aufbau nicht einschränken. Vielmehr stellen die Zusammenfassung und die beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine praktische Anleitung für den Fachmann dar, auf deren Grundlage der Fachmann zu zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gelangen kann. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen betreffend die Funktion und die Anordnung der unter Bezugnahme auf die in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass von dem Bereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

2: Kolben
4: Höhenrichtung
6: Höhenrichtung
8: Längenrichtung
10: Längenrichtung
12: Breitenrichtung
14: Breitenrichtung
16: Einlassabschnitt
18: Auslassabschnitt
20: Mittelabschnitt
22: Trennlinie
24: Mittelachse
26: Oberseite
28: Oberseite
30: Oberseite
32: Flanke
34: Flanke
36: Ventiltasche
38: Ventiltasche
40: Ventiltasche
42: Ventiltasche
44: Ventiltaschenboden
46: Teilabschnitt
48: Teilabschnitt
50: Vertiefung
52: Vertiefungsende
54: Vertiefungsende
56: Erhöhung
58: Vertiefungsboden
60: tiefste Stelle
62: Zündfunkenbereich
64: Fluchtpunkt
a: Versatz
b_max: größte Breite
d: Kolbendurchmesser
l: Länge

Claims

Kolben (2) für einen Verbrennungsmotor mit einer Kolbenoberseite, die einen Einlassabschnitt (16), der einem Gaseinlass zuzuordnen ist, einen dem Einlassabschnitt (16) in Längenrichtung (8, 10) gegenüberliegenden Auslassabschnitt (18), der einem Gasauslass zuzuordnen ist, und einen in Längenrichtung (8, 10) zwischen dem Einlassabschnitt (16) und dem Auslassabschnitt (18) angeordneten Mittelabschnitt (20) aufweist, wobei die Kolbenoberseite eine Vertiefung (50) aufweist, die sich in dem Auslassabschnitt (18) und ausgehend von dem Auslassabschnitt (18) in Richtung des Einlassabschnitts (16) zumindest bis in den Mittelabschnitt (20) erstreckt.
Kolben (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (50) als eine in Längenrichtung (8, 10) langgestreckte Vertiefung (50) ausgebildet ist, wobei die Länge (l) der Vertiefung (50) vorzugsweise größer als die größte Breite (b_max) der Vertiefung (50) ausgebildet ist und die größte Breite (b_max) der Vertiefung (50) besonders bevorzugt maximal 80%, gegebenenfalls maximal 70%, der Länge (l) der Vertiefung (50) beträgt.
Kolben (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Breite (b_max) der Vertiefung (50) maximal 60%, vorzugsweise maximal 45%, oder/und mindestens 30% des Kolbendurchmessers (d) beträgt oder/und sich die Breite der Vertiefung (50) in Richtung des Auslassabschnitts (18) oder/und in Richtung des Einlassabschnitts (16) verringert.
Kolben (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (50) ausgehend von dem Auslassabschnitt (18) über einen mit dem Zündfunkenbereich (62) einer Zündkerze in Höhenrichtung (4, 6) fluchtend anzuordnenden Fluchtpunkt (64) an der Kolbenoberseite oder/und über eine sich in Höhenrichtung (4, 6) erstreckende Mittelachse (24) des Kolbens (2), die vorzugsweise mit dem Zündfunkenbereich (62) einer Zündkerze in Höhenrichtung (4, 6) fluchtend anzuordnen ist, hinaus in Richtung des Einlassabschnitts (16) erstreckt.
Kolben (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (50) einen Vertiefungsboden (58) aufweist, wobei der Vertiefungsboden (58) in Längenrichtung (8, 10) oder/und Breitenrichtung (12, 14) betrachtet vorzugsweise einen stetigen oder/und bogenförmigen Verlauf aufweist.
Kolben (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluchtpunkt (64) an dem Vertiefungsboden (58) angeordnet ist oder/und sich die Mittelachse (24) durch den Vertiefungsboden (58) erstreckt.
Kolben (2) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertiefungsboden (58) bezogen auf die Höhenrichtung (6) eine tiefste Stelle (60) aufweist, wobei die tiefste Stelle (60) vorzugsweise an dem Fluchtpunkt (64) angeordnet oder in Richtung des Auslassabschnitts (18) gegenüber dem Fluchtpunkt (64) versetzt ist oder/und auf der Mittelachse (24) angeordnet oder gegenüber der Mittelachse (24) in Richtung des Auslassabschnitts (18) versetzt ist.
Kolben (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (50) bezogen auf die Breitenrichtung (12, 14) mittig an dem Kolben (2) vorgesehen ist.
Kolben (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (20) in Höhenrichtung (4) nach oben über den Einlass- und Auslassabschnitt (16, 18) hervorsteht, wobei der Vertiefungsboden (58) vorzugsweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt im Bereich des Mittelabschnitts (20), in Höhenrichtung (6) tiefer als eine Oberseite (28, 30) des Einlass- und Auslassabschnitts (16, 18) angeordnet ist.
Kolben (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (20) jeweils eine dem Einlassabschnitt (16) und dem Auslassabschnitt (18) zugewandte, schräggestellte Flanke (32; 34) oder/und eine in einer von den Breiten- und Längenrichtungen (12, 14; 8, 10) aufgespannten Ebene verlaufende Oberseite (26) aufweist.
Kolben (2) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (50) unter Ausbildung einer Erhöhung (56) in Längenrichtung (8, 10) zwischen der Vertiefung (50) und dem Einlassabschnitt (16) vor dem Einlassabschnitt (16) endet, wobei die Vertiefung (50) vorzugsweise in oder an der dem Einlassabschnitt (16) zugewandten Flanke (32) endet.
Kolben (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberseite (28; 30) des Einlassabschnitts (16) oder/und des Auslassabschnitts (18) zwei Ventiltaschen (36, 38; 40, 42) vorgesehen sind, wobei die Ventiltaschenböden (44) vorzugsweise schräggestellt und besonders bevorzugt in einer Ebene mit der jeweiligen schräggestellten Flanke (32; 34) des Mittelabschnitts (20) angeordnet, gegebenenfalls unmittelbar in die jeweilige schräggestellte Flanke (32; 34) des Mittelabschnitts (20) übergehend ausgebildet, sind.
Kolben (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die beiden Ventiltaschen (40, 42) in der Oberseite (30) des Auslassabschnitts (18) unter Ausbildung eines zwischenliegenden, erhabenen Teilabschnitts (48) des Auslassabschnitts (18) in der Oberseite (30) des Auslassabschnitts (18) vorgesehen sind, wobei sich die Vertiefung (50) vorzugsweise in den erhabenen Teilabschnitt (48) erstreckt.
Kolben (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Einlassabschnitt (16) in Längenrichtung (10) abgewandtes Ende (54) der Vertiefung (50) von dem Außendurchmesser des Kolbens (2) beabstandet in dem Auslassabschnitt (18) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder angeordneten Kolben (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einlassabschnitt (16) des Kolbens (2) mindestens ein Gaseinlass, vorzugsweise zwei Gaseinlässe, zugeordnet ist, der besonders bevorzugt mittels eines Ventils verschließbar ist, und dem Auslassabschnitt (18) des Kolbens (2) mindestens ein Gasauslass, vorzugsweise zwei Gasauslässe, zugeordnet ist, der besonders bevorzugt mittels eines Ventils verschließbar ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluchtpunkt (64) oder/und die Mittelachse (24) in Höhenrichtung (4) fluchtend mit dem Zündfunkenbereich (62) einer Zündkerze des Zylinders angeordnet ist.