EP1231374A2 - Piston for an internal combustion engine - Google Patents
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- EP1231374A2 EP1231374A2 EP01130054A EP01130054A EP1231374A2 EP 1231374 A2 EP1231374 A2 EP 1231374A2 EP 01130054 A EP01130054 A EP 01130054A EP 01130054 A EP01130054 A EP 01130054A EP 1231374 A2 EP1231374 A2 EP 1231374A2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02F2200/00—Manufacturing
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Definitions
- the invention relates to a piston, in particular for an internal combustion engine a piston head, a piston skirt, which comprises piston pin hubs and in Area of these piston pin hubs is in each case set back in such a way that a segment portion of the piston head has the recessed piston skirt area overhangs.
- Such a piston is known from DE 197 47 746 C1.
- This piston is in an oil injection opening in the area of the piston head projecting over the piston skirt educated.
- the introduction of the oil into this oil injection opening takes place by means of an oil jet which is directed towards the oil injection opening and which extends in an intermediate space between the piston skirt and the cylinder wall.
- the oil injected into the oil injection opening flows through an annular channel which extends in the area of the piston ring grooves, and thereby comes to a Outlet.
- the manufacture of this piston proves to be a technical one Considerations as comparatively complex.
- the object of the invention is to produce an inexpensive one To create pistons, especially for an internal combustion engine, in which one Sufficient heat dissipation guaranteed with a favorable temperature profile is.
- a piston with a Piston head a piston skirt that includes a pair of piston pin hubs and in Area of the piston pin hubs is formed so that the Piston head the recessed piston skirt in the area of the piston pin hubs cantilevered in the radial direction, one of the piston skirt and the piston head limited piston interior with an oil guide wall provided therein, the includes an oil jet impact zone and at least one through channel that starting from the interior of the piston extends in such a way that the Through-channel oil flowing into the piston head in its over the piston skirt outflowing area.
- Oil guide wall formed such that this in the region of an oil flow path merges into the inner wall of the through-channel. This will in addition to an effective feed of the deflected oil jet into the through-channel an improved heat transfer to the oil is also achieved.
- the entrance area of the through-channel is preferably widened like a funnel formed and arranged in an inner corner area.
- a particularly high mechanical strength of the piston is advantageous Way achieved by the through-channel on the piston pin hubs is passed. This will weaken the transition area avoided between the hub area of the piston skirt and the piston head.
- the passage channel preferably extends to the piston edge area Bulging sideways, crescent-like past the piston pin hubs.
- a particularly effective heat transfer to the oil is preferred achieved in that the through-channel through the piston skirt through the Piston head runs through.
- the through-channel through the piston skirt through the Piston head runs through.
- its thermal load be reduced effectively.
- the oil guide surface is advantageously through the inner wall of the Piston shaft in interaction with the underside of the piston head and preferably comprises a channel zone which extends from the jet impact zone in extends into the through channel. This makes it possible to spray the Lead the oil almost completely into the through-channel.
- the one projecting radially above the piston skirt is preferred Sections of the piston head provided at least one through channel. This makes it possible to use the piston head provided on both sides cool evenly formed piston ring balconies. In a particularly advantageous way However, two through-channels are assigned to each piston pin hub, bulging out to the side of the piston rim, the piston pin hub through the Run around the piston skirt and / or the piston head.
- the jet impact zone is preferably on the thermally higher loaded piston side. With even thermal load on the piston top the beam impact zone is preferably in the interior half of the Piston skirt of the piston skirt wall that is on a working stroke on a Supports the cylinder wall.
- a particularly high cooling effect is according to a special aspect of Present invention achieved in that in the interior of the piston skirt a second beam impact zone is formed.
- the cross section of the through channels is preferably at least 15% of the Cross-sectional area of the piston pin bore.
- a particularly effective one Heat transfer is achieved when the cross-section of the through channels is such is dimensioned so that this is at least the quotient from the side of one Oil spray nozzle hosed oil flow and an average oil jet velocity, equivalent.
- the piston is preferably made as a cast piston.
- the through channel be trained in a technically favorable manner.
- the surface of the through-channel can be essentially cast-gray. It is also possible to manufacture the piston by a forging process.
- the through channel is then preferably in the context of machining post-processing educated.
- the oil jet impact zone is preferably designed such that this one Division of the oil jet into at least two partial flows. Preferably one of the two partial flows to one of the two piston head protrusions directed.
- the piston head protrusion the invention seen from the axial direction essentially one Circular segment-like shape, with the through channel directed in this way that the piston head protrusion from one of the segment tips adjacent area, directed towards the segment axis, loaded with oil.
- the oil guide wall, the passage channel and the deflection zone in the area of the Piston head protrusion preferably form an oil route with a large Oil contact surface.
- the oil contact is preferably by multiple deflection of the Oil intensifies especially with deflection zones with increasing curvature.
- the piston 1 shown in sections in FIG. 1 from below comprises one, here only visible with regard to its underside, piston head 2 and one hereby integral piston skirt 3.
- the piston skirt 3 comprises two piston pin hubs 4, 5 with aligned ones Piston pin bores 6.
- the piston shaft 3 is in the area of the piston pin hubs 4, 5 formed so reset that the piston head 2 the Piston shaft 3 protrudes outwards in the radial direction.
- the piston skirt 3 projecting area of the piston head 2 has, seen from the axial direction essentially circular segment shape. A corresponding one in this View of the piston pin axis X is largely symmetrical, circular segment is here shown as a sketch.
- This piston ring balcony 7 comprises in its Piston pin axis X facing, lower area one of the cooling oil Cooling zone 8.
- the cooling oil is supplied to the cooling zone 8 through one, into one Interior of the piston skirt 3 directed oil jet 9.
- This oil jet 9 is aligned in such a way that it is in the inner region of the piston skirt 3 formed beam impact zone 10 hits.
- the jet impact zone 10 is located here near the edge region of the piston 1 and is through an inner surface portion of the piston skirt 3 and through lower inner surface of the piston head 2 is formed.
- the oil jet is deflected and divided into at least two Partial streams 11, 12, 13.
- the two partial streams 11, 12 are by the as Inner wall of the piston 1 acting on the oil guide surface to inlet openings 14, 15 guided by through channels 16, 17.
- the contact between the flowing Oil and the wall of the piston are maintained by the oil path is so curved that the oil becomes effective due to the radial forces is pushed against the oil guide wall.
- the through channels 16, 17 extend in a crescent shape at the root region of the Piston pin hubs 4, 5 pass into a heat exchange zone K (see circle segment sketch) of the piston ring balcony 7.
- the loading of the lower area of the Piston ring balconies 7 take place from the area of the circular segment tips S1, S2 Piston pin axis X directed towards.
- outlet openings 18, 19, 20, 21 In the area of the heat exchange zone K there are a number of outlet openings 18, 19, 20, 21 intended. By webs formed between the outlet openings 18, 19, 20, 21 the area available for heat exchange is increased.
- the Outlet openings 18, 19 serve to discharge the oil of the partial oil flow 12. Die Outlet openings 20, 21 are used to discharge oil through another Through channel 22 is supplied by a second oil jet (not shown).
- the passage channel 17 is guided such that it passes through the piston skirt 3 passes under the piston head 2.
- the curvature is chosen that the oil is primarily the hotter wall zones of the through-channel sweeps.
- FIG. 2 shows a bottom view of a second embodiment of a piston 1 shown.
- the piston skirt 3 is in the region of the Piston pin hubs 4, 5 reset to form piston ring balconies 7 educated.
- Beam impact zones 12, 24 are formed. Through these beam impact zones 12, 24, the oil jets 9, 9 'directed in pairs into the inner area of the piston divided and as corresponding partial flows to the through channels 17, 16, 22, 22 'performed.
- the through channels 17, 16, 22, 22 ' also run around this Embodiment the respective hub area of the piston skirt 3 sickle-like and in a laterally bulging manner.
- the heat exchange zone K On the underside of the circular piston ring balcony 7 is the Heat exchange zone K.
- the heat exchange zone K comprises three outlet openings 18, 19 'and 21.
- the outlet openings 18, 19' and 21 essentially have one circular cross section and communicate with both neighboring ones Through channels 17, 22 so that in particular through the central outlet opening 19 'Oil can escape through the through channel 17 or the through channel 22 is supplied.
- the course of the through channels 17, 22 is through Dashed lines indicated. Through the arched here and into the Piston head 2 penetrating course of the through channels 17, 22 is next to one Cooling the piston ring balconies 7 also dissipates heat from the adjacent ones Piston ring zones reached.
- the inlet openings 14, 15 are placed in a corner area through the Inner wall of the piston skirt 3, its inwardly projecting hub areas 4, 5 and the underside of the piston head 2 is defined. This will create a Funnel effect achieved. This funnel effect is achieved in the assembled state further supports the upper area of a connecting rod.
- the piston 1 also shown in sections from below in FIG. 3 corresponds with regard to the design of the piston skirt 3 and piston head 2 limited Inner area, essentially the piston according to Fig. 2.
- the comments on Fig. 2 apply, apart from the differences set out below, analogous.
- piston acc. 3 is a trough-like in the area of the piston ring balcony 7 recessed and downwardly open oil track 25 provided.
- This oil track 25 will Oil is applied to both sides of the corner area of the heat exchange zone K. that through the passage channels 17, 22 from the inner piston area to the Piston pin hub 4, 5 is passed around.
- the geometry of the oil track 25, in particular an outer peripheral edge 26 of the trough-like depression is set such that the oil supplied in the thrown down essentially parallel to the direction of oscillation of the piston becomes. It is possible to make this oil track so large in terms of volume dimensioned that a drop of the oil - at least for the most part - only in a bottom dead center position of the piston.
- the depth of the oil track 25 is approximately 8 mm.
- the width of the oil path measured in the radial direction of the piston lies preferably in the range of 4 to 6mm. This information relates to one Piston with a diameter of approx. 80mm. The measured in the circumferential direction The length of the oil path 25 essentially corresponds to at least the width b of the Piston pin hub 4.
- FIG 4 is a detailed view of a piston interior with a particular designed beam impact zone 10 shown.
- the beam impact zone 10 is located in a transition area between the inner wall of the piston skirt 3 and the Bottom of the piston head 2.
- the wall sections that come into contact with the oil form an oil guide surface G which is formed like a channel and merges into the inner surface of the through channels 17, 16.
- the oil guide surface G causes not only a guidance of the oil but also a heat transfer to the oil and enables cooling of the adjacent piston edge area.
- the channel effect of the oil guide surface G is defined by a bead zone 27 supported.
- the oil guiding surface G shown here means that it hits the jet impact zone 10 incident beam on the inner edges of the piston pin bosses 4, 5 led past to a funnel-like corner area.
- FIG. 5 shows a further embodiment of the heat exchange zone K of the piston ring balcony 7 shown.
- Oil path 25 bulging slightly towards the side of the piston.
- This Oil path 25 ends in a deflection zone 30 in which the incoming oil flow to Crankshaft of an internal combustion engine is deflected.
- the through channel 17 is in this embodiment in one, a piston pressure side 31 facing piston half. This will result in an improved lubricating film build-up reached during an expansion stroke.
- FIG 6 is another embodiment of a piston with one side a through-flow channel 17 ', the underside of a piston ring balcony 7, shown.
- the oil jet 32 is in the Piston shaft 3 molded in recess 33 past the piston pin bore 6 diverted.
- the deflection trough 33 is designed such that the deflected Oil jet 32, essentially parallel to the cylinder wall, to the crankshaft bearing is radiated out.
- the oil is fed into the passage 17 ' is also carried out in this embodiment by an inside of the Piston shaft 3 provided oil guide wall, as in the previous described embodiments.
- FIGS. 7 and 8 Another exemplary embodiment of a piston 1 is shown in FIGS. 7 and 8 a piston shaft 3 shown in the area of the piston pin hubs 4, 5 is laterally retracted.
- the piston head 2 of the piston 1 overhangs here the piston skirt 3 in the radial direction.
- Piston ring balconies 7 are bulging outwards and open at the bottom Oil tracks 25 formed.
- the combustion chamber, which is strongly profiled here facing piston head surface is shown rotated by 90 °.
- each piston ring balcony 7 oil tracks 25 Via through channels 16, 17 fed with oil, which on a near the piston rim Beam impact zone 10 through a nozzle 34 in the area of a crankshaft bearing in the interior of the piston skirt 3 is irradiated.
- the irradiated oil is supplied to the through-channels 16, 17 here, too, through an oil guide wall that extends up to the through-channels 16, 17 extends.
- the oil path in the interior of the piston skirt 3 runs in the area near the piston rim so that effective cooling of the entire Edge area of the piston head is reached.
- the oil path extends radially Bulging sideways, sickle-like around the piston pin hubs 4, 5.
- the entire face downward Inner surface of the piston head a tapering to the through-channels Oil guide surface.
- the piston according to the invention is suitable because of its improved Temperature profile and its low weight in a particularly advantageous Way for GDI engines.
- the invention is not based on the exemplary embodiments described above limited.
- the oil spray nozzle can also be arranged on the connecting rod itself his.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf, einem Kolbenschaft, der Kolbenbolzennaben umfasst und im Bereich dieser Kolbenbolzennaben jeweils derart zurückgesetzt ausgebildet ist, dass ein Segmentabschnitt des Kolbenkopfes den zurückgesetzten Kolbenschaftbereich überkragt.The invention relates to a piston, in particular for an internal combustion engine a piston head, a piston skirt, which comprises piston pin hubs and in Area of these piston pin hubs is in each case set back in such a way that a segment portion of the piston head has the recessed piston skirt area overhangs.
Ein derartiger Kolben ist aus DE 197 47 746 C1 bekannt. Bei diesem Kolben ist in dem den Kolbenschaft überkragenden Bereich des Kolbenkopfes eine Öl-Einspritzöffnung ausgebildet. Die Einbringung des Öles in diese Öl-Einspritzöffnung erfolgt durch einen auf die Öl-Einspritzöffnung gerichtet abgestrahlten Ölstrahl,der sich in einem Zwischenraum zwischen Kolbenschaft und Zylinderwand erstreckt. Das in die Öl-Einspritzöffnung eingespritzte Öl durchströmt einen Ringkanal, der sich im Bereich der Kolbenringnuten erstreckt, und gelangt hierbei zu einer Austrittsöffnung. Die Herstellung dieses Kolbens erweist sich unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten als vergleichsweise aufwendig.Such a piston is known from DE 197 47 746 C1. This piston is in an oil injection opening in the area of the piston head projecting over the piston skirt educated. The introduction of the oil into this oil injection opening takes place by means of an oil jet which is directed towards the oil injection opening and which extends in an intermediate space between the piston skirt and the cylinder wall. The oil injected into the oil injection opening flows through an annular channel which extends in the area of the piston ring grooves, and thereby comes to a Outlet. The manufacture of this piston proves to be a technical one Considerations as comparatively complex.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig herstellbaren Kolben, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, zu schaffen, bei welchem eine ausreichende Wärmeableitung bei einem günstigen Temperaturprofil gewährleistet ist.The object of the invention is to produce an inexpensive one To create pistons, especially for an internal combustion engine, in which one Sufficient heat dissipation guaranteed with a favorable temperature profile is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kolben mit einem Kolbenkopf, einem Kolbenschaft, der ein Paar Kolbenbolzennaben umfasst und im Bereich der Kolbenbolzennaben zurückgesetzt ausgebildet ist, so dass der Kolbenkopf den zurückgesetzten Kolbenschaft im Bereich der Kolbenbolzennaben in radialer Richtung überkragt, einem von dem Kolbenschaft und dem Kolbenkopf begrenzten Kolbeninnenraum mit einer darin vorgesehenen Ölführungswandung, die eine Ölstrahlauftreffzone einschließt, und wenigstens einem Durchgangskanal, der von dem Kolbeninnenraum ausgehend derart gerichtet verläuft, dass das durch den Durchgangskanal strömende Öl den Kolbenkopf in seinem über den Kolbenschaft hinauskragenden Bereich anströmt.This object is achieved by a piston with a Piston head, a piston skirt that includes a pair of piston pin hubs and in Area of the piston pin hubs is formed so that the Piston head the recessed piston skirt in the area of the piston pin hubs cantilevered in the radial direction, one of the piston skirt and the piston head limited piston interior with an oil guide wall provided therein, the includes an oil jet impact zone and at least one through channel that starting from the interior of the piston extends in such a way that the Through-channel oil flowing into the piston head in its over the piston skirt outflowing area.
Dadurch wird es auf fertigungstechnisch vorteilhafte Weise möglich, einen mechanisch und thermisch hochbelastbaren und vergleichsweise leichten Kolben zu schaffen, bei welchem eine zuverlässige Kühlung im Randbereich des Kolbenkopfes, insbesondere im Bereich des nachfolgend als Kolbenringbalkon bezeichneten Überstandes über den Kolbenschaft, gewährleistet ist. Im Hinblick darauf, dass das den Kolbenringbalkonen zugeleitete Öl bereits unmittelbar nach dem Auftreffen auf die Strahlauftreffzone eine den Kolbenringen benachbarte Innenwandungzone des Kolbens überstreicht und zudem auch in den Durchgangskanälen kolbenringnah geführt ist, ergibt sich im Bereich des Kolbenkopfes ein vergleichmäßigtes Temperaturprofil.This makes it possible in an advantageous manner in terms of production technology mechanically and thermally highly resilient and comparatively light pistons create reliable cooling in the edge area of the piston head, especially in the area of the piston ring balcony referred to below Protrusion over the piston skirt is guaranteed. In view of that Oil supplied to the piston ring balconies immediately after impact the jet impact zone is an inner wall zone of the piston rings adjacent to the Piston sweeps and also in the through-channels close to the piston ring is guided, there is a more uniform in the area of the piston head Temperature profile.
Im Hinblick auf das verbesserte Temperaturprofil des Kolbens können höhere Verdichtungsverhältnisse zugelassen werden. Auch im Hinblick auf eine Erhöhung der Lebensdauer einer Brennkraftmaschine erweist sich die erfindungsgemäße Ölführung als besonders vorteilhaft.In view of the improved temperature profile of the piston can be higher Compression ratios are allowed. Also with a view to an increase the service life of an internal combustion engine proves to be the invention Oil guidance as particularly advantageous.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ölführungswandung derart ausgebildet, dass diese im Bereich eines Ölströmungspfades in die Innenwandung des Durchgangskanals übergeht. Hierdurch wird neben einer effektiven Einspeisung des umgelenkten Ölstrahles in den Durchgangskanal auch ein verbesserter Wärmeübergang auf das Öl erreicht. Der Eintrittsbereich des Durchgangskanals ist vorzugsweise trichterartig erweitert ausgebildet und in einem Inneneckbereich angeordnet.According to a particularly preferred embodiment of the invention Oil guide wall formed such that this in the region of an oil flow path merges into the inner wall of the through-channel. This will in addition to an effective feed of the deflected oil jet into the through-channel an improved heat transfer to the oil is also achieved. The The entrance area of the through-channel is preferably widened like a funnel formed and arranged in an inner corner area.
Eine besonders hohe mechanische Festigkeit des Kolbens wird in vorteilhafter Weise erreicht, indem der Durchgangskanal an den Kolbenbolzennaben vorbeigeführt ist. Hierdurch wird eine Schwächung des Übergangsbereiches zwischen dem Nabenbereich des Kolbenschaftes und dem Kolbenkopf vermieden. A particularly high mechanical strength of the piston is advantageous Way achieved by the through-channel on the piston pin hubs is passed. This will weaken the transition area avoided between the hub area of the piston skirt and the piston head.
Der Durchgangskanal erstreckt sich hierzu vorzugsweise zum Kolbenrandbereich hin seitlich ausbauchend, sichelartig an den Kolbenbolzennaben vorbei.For this purpose, the passage channel preferably extends to the piston edge area Bulging sideways, crescent-like past the piston pin hubs.
Ein besonders wirkungsvoller Wärmeübergang auf das Öl wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der Durchgangskanal den Kolbenschaft durch den Kolbenkopf hindurch unterläuft. Hierbei kann insbesondere im Bereich der brennraumnahen Wandung des Kolbenkopfes dessen thermische Belastung wirkungsvoll vermindert werden.A particularly effective heat transfer to the oil is preferred achieved in that the through-channel through the piston skirt through the Piston head runs through. Here, in particular in the area of Wall of the piston head near the combustion chamber, its thermal load be reduced effectively.
Die Ölführungsfläche wird in vorteilhafter Weise durch die Innenwandung des Kolbenschaftes im Zusammenspiel mit der Unterseite des Kolbenkopfes gebildet und umfasst vorzugsweise eine Rinnenzone, die sich von der Strahlauftreffzone in den Durchgangskanal hinein erstreckt. Hierdurch wird es möglich, das aufgespritzte Öl nahezu vollständig in den Durchgangskanal hinein zu führen.The oil guide surface is advantageously through the inner wall of the Piston shaft in interaction with the underside of the piston head and preferably comprises a channel zone which extends from the jet impact zone in extends into the through channel. This makes it possible to spray the Lead the oil almost completely into the through-channel.
Vorzugsweise ist für jeden der radial über den Kolbenschaft überstehenden Abschnitte des Kolbenkopfes wenigstens ein Durchgangskanal vorgesehen. Hierdurch wird es möglich, die beidseitig vorgesehenen und durch den Kolbenkopf gebildeten Kolbenringbalkone gleichmäßig zu kühlen. In besonders vorteilhafter Weise sind jedoch jeder Kolbenbolzennabe zwei Durchgangskanäle zugeordnet, die seitlich zum Kolbenrand hin ausbauchend, die Kolbenbolzennabe durch den Kolbenschaft und/oder den Kolbenkopf hindurch umlaufen.For each one, the one projecting radially above the piston skirt is preferred Sections of the piston head provided at least one through channel. This makes it possible to use the piston head provided on both sides cool evenly formed piston ring balconies. In a particularly advantageous way However, two through-channels are assigned to each piston pin hub, bulging out to the side of the piston rim, the piston pin hub through the Run around the piston skirt and / or the piston head.
Die Strahlauftreffzone befindet sich vorzugsweise auf der thermisch höher belasteten Kolbenseite. Bei gleichmäßiger thermischer Belastung der Kolbenoberseite befindet sich die Strahlauftreffzone vorzugsweise in der Innenraumhälfte des Kolbenschaftes jener Kolbenschaftwandung die sich bei einem Arbeitshub an einer Zylinderwandung abstützt.The jet impact zone is preferably on the thermally higher loaded piston side. With even thermal load on the piston top the beam impact zone is preferably in the interior half of the Piston skirt of the piston skirt wall that is on a working stroke on a Supports the cylinder wall.
Eine besonders hohe Kühlwirkung wird gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass im Innenbereich des Kolbenschaftes eine zweite Strahlauftreffzone ausgebildet ist. Vorzugsweise sind hierbei insgesamt vier Durchgangskanäle vorgesehen, die sich um die Kolbenbolzennaben herum zu einem Mittenbereich der Kolbenringbalkone hin gerichtet erstrecken. A particularly high cooling effect is according to a special aspect of Present invention achieved in that in the interior of the piston skirt a second beam impact zone is formed. Overall, preferably four through channels are provided, which extend around the piston pin hubs extend towards the center of the piston ring balconies.
Der Querschnitt der Durchgangskanäle beträgt vorzugsweise wenigstens 15% der Querschnittsfläche der Kolbenbolzenbohrung. Ein besonders wirkungsvoller Wärmeübergang wird erreicht, wenn der Querschnitt der Durchgangskanäle derart bemessen ist, dass dieser im wenigstens dem Quotienten aus dem seitens einer Ölspritzdüse abgespritzten Ölstrom und einer mittleren Öl-Strahlauftreffgeschwindigkeit, entspricht.The cross section of the through channels is preferably at least 15% of the Cross-sectional area of the piston pin bore. A particularly effective one Heat transfer is achieved when the cross-section of the through channels is such is dimensioned so that this is at least the quotient from the side of one Oil spray nozzle hosed oil flow and an average oil jet velocity, equivalent.
Der Kolben ist vorzugsweise als Gusskolben gefertigt. Hierbei kann der Durchgangskanal auf fertigungstechnisch günstige Weise ausgebildet werden. Die Oberfläche des Durchgangskanals kann im wesentlichen gussrau sein. Es ist auch möglich, den Kolben durch einen Schmiedevorgang zu fertigen. Der Durchgangskanal wird dann vorzugsweise im Rahmen einer spanabhebenden Nachbearbeitung ausgebildet.The piston is preferably made as a cast piston. Here, the through channel be trained in a technically favorable manner. The The surface of the through-channel can be essentially cast-gray. It is also possible to manufacture the piston by a forging process. The through channel is then preferably in the context of machining post-processing educated.
Die Ölstrahlauftreffzone ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese eine Aufteilung des Ölstrahles in wenigstens zwei Teilströme bewirkt. Vorzugsweise wird jeweils einer der beiden Teilströme zu einem der beiden Kolbenkopfüberstände geleitet.The oil jet impact zone is preferably designed such that this one Division of the oil jet into at least two partial flows. Preferably one of the two partial flows to one of the two piston head protrusions directed.
Der Kolbenkopfüberstand weist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus axialer Richtung gesehen eine im wesentlichen kreissegmentartige Gestalt auf, wobei der Durchgangskanal derart gerichtet verläuft, dass dieser den Kolbenkopfüberstand aus einem den Segmentspitzen benachbarten Bereich, zur Segmentachse hin gerichtet, mit Öl beaufschlagt.According to a particularly preferred embodiment, the piston head protrusion the invention seen from the axial direction essentially one Circular segment-like shape, with the through channel directed in this way that the piston head protrusion from one of the segment tips adjacent area, directed towards the segment axis, loaded with oil.
Die Ölführungswandung, der Durchgangskanal und die Umlenkzone im Bereich des Kolbenkopfüberstandes, bilden vorzugsweise einen Ölführungsweg mit großer Ölkontaktfläche. Der Ölkontakt wird vorzugsweise durch mehrfache Umlenkung des Öles insbesondere durch Umlenkzonen mit zunehmender Krümmung intensiviert.The oil guide wall, the passage channel and the deflection zone in the area of the Piston head protrusion, preferably form an oil route with a large Oil contact surface. The oil contact is preferably by multiple deflection of the Oil intensifies especially with deflection zones with increasing curvature.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht des Innenbereiches eines Kolbens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit angedeutetem Ölführungsweg;
- Fig.2
- eine perspektivische Ansicht eines Kolbens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel - ebenfalls von unten;
- Fig.3
- eine perspektivische Ansicht eines Kolbens gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung von unten, mit einem wannenartig ausgebildeten Ölauslassbereich;
- Fig.4
- eine perspektivische Detailansicht der Ölstrahlauftreffzone gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit einer rinnenartig gewölbten und bogenförmig zum Kolbenrand ausbauchenden, zu den Durchgangskanälen führenden Ölführungswandung;
- Fig.5
- eine perspektivische Ansicht des Kolbenbolzen-Nabenbereiches des Kolbenschaftes von außen gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
- Fig.6
- eine perspektivische Ansicht des Kolbenringbalkons einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens;
- Fig.7
- eine Axialschnittansicht einer siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens mit angedeutetem, schräg in den Kolbeninnenbereich gerichtetem, Ölstrahl;
- Fig. 8
- eine Radialschnittansicht des Kolbens nach Fig.7 auf Höhe der Kolbenbolzenachse;
- Fig. 1
- a perspective view of the interior of a piston according to a first embodiment of the invention with indicated oil route;
- Fig.2
- a perspective view of a piston according to a second embodiment - also from below;
- Figure 3
- a perspective view of a piston according to a third embodiment of the invention from below, with a trough-shaped oil outlet area;
- Figure 4
- a detailed perspective view of the oil jet impact zone according to a fourth embodiment of the invention with a channel-like arched and bulging to the piston rim bulging, leading to the through channels oil guide wall;
- Figure 5
- a perspective view of the piston pin hub area of the piston skirt from the outside according to a fifth embodiment of the invention;
- Figure 6
- a perspective view of the piston ring balcony of a sixth embodiment of a piston according to the invention;
- Figure 7
- an axial sectional view of a seventh embodiment of a piston according to the invention with indicated, obliquely directed into the piston interior, oil jet;
- Fig. 8
- a radial sectional view of the piston of Figure 7 at the level of the piston pin axis;
Der in Fig.1 abschnittsweise von unten dargestellte Kolben 1 umfasst einen, hier
nur hinsichtlich seiner Unterseite sichtbaren, Kolbenkopf 2 und einen hiermit
integral ausgebildeten Kolbenschaft 3. The
Der Kolbenschaft 3 umfasst zwei Kolbenbolzennaben 4, 5 mit fluchtenden
Kolbenbolzenbohrungen 6. Der Kolbenschaft 3 ist im Bereich der Kolbenbolzennaben
4, 5 derart zurückgesetzt ausgebildet, dass der Kolbenkopf 2 den
Kolbenschaft 3 in radialer Richtung nach außen überkragt. Der den Kolbenschaft 3
überkragende Bereich des Kolbenkopfes 2 hat, aus axialer Richtung gesehen, eine
im wesentlichen kreissegmentförmige Gestalt. Ein entsprechendes, in dieser
Ansicht zur Kolbenbolzenachse X weitgehend symmetrisches, Kreissegment ist hier
skizzenartig dargestellt.The
Der den Kolbenschaft 3 radial überkragende Bereich des Kolbenkopfes 2 bildet
einen Kolbenringbalkon 7. Dieser Kolbenringbalkon 7 umfasst in seinem der
Kolbenbolzenachse X zugewandten, unteren Bereich eine von Kühlöl beaufschlagte
Kühlzone 8.The region of the
Die Zuleitung des Kühlöles zu der Kühlzone 8 erfolgt durch einen, in einen
Innenbereich des Kolbenschaftes 3 gerichteten Ölstrahl 9. Dieser Ölstrahl 9 ist
derart ausgerichtet, dass dieser auf eine im Innenbereich des Kolbenschaftes 3
gebildete Strahlauftreffzone 10 trifft.The cooling oil is supplied to the cooling zone 8 through one, into one
Interior of the
Die Strahlauftreffzone 10 befindet sich hier nahe dem Randbereich des Kolbens 1
und ist durch einen Innenflächenabschnitt des Kolbenschaftes 3 sowie durch die
untere Innenfläche des Kolbenkopfes 2 gebildet. Im Bereich der Strahlauftreffzone
10 erfolgt eine Umlenkung und Aufteilung des Ölstrahles in wenigstens zwei
Teilströme 11, 12, 13. Die beiden Teilströme 11, 12 werden durch die als
Ölführungsfläche wirkende Innenwandung des Kolbens 1 zu Eintrittsöffnungen 14,
15 von Durchgangskanälen 16, 17 geführt. Der Kontakt zwischen dem fließenden
Öl und der Wandung des Kolbens wird dadurch aufrecht erhalten, dass die Ölbahn
derart gekrümmt verläuft, dass das Öl durch hierbei wirksam werdende Radialkräfte
gegen die Ölführungswandung gedrängt wird.The
Die Durchgangskanäle 16, 17 erstrecken sich sichelförmig am Wurzelbereich der
Kolbenbolzennaben 4, 5 vorbei in eine Wärmetauschzone K (siehe Kreissegmentskizze)
des Kolbenringbalkons 7. Die Beaufschlagung des unteren Bereiches des
Kolbenringbalkons 7 erfolgt aus dem Bereich der Kreissegmentspitzen S1, S2 zur
Kolbenbolzenachse X hin gerichtet.The through
Im Bereich der Wärmetauschzone K sind mehrere Auslassöffnungen 18, 19, 20, 21
vorgesehen. Durch zwischen den Auslassöffnungen 18, 19, 20, 21 gebildete Stege
wird die zum Wärmetausch zur Verfügung stehende Fläche vergrößert. Die
Auslassöffnungen 18, 19 dienen der Ableitung des Öls des Ölteilstromes 12. Die
Auslassöffnungen 20, 21 dienen der Ableitung von Öl das über einen weiteren
Durchgangskanal 22 von einem zweiten Ölstrahl (nicht dargestellt) zugeleitet wird.In the area of the heat exchange zone K there are a number of
Der Durchgangskanal 17 ist derart geführt, dass dieser den Kolbenschaft 3 durch
den Kolbenkopf 2 hindurch unterläuft. Der Krümmungsverlauf ist derart gewählt,
dass das Öl primär die heißeren Wandungszonen des Durchgangskanals
überstreicht.The
Im Bereich des Kolbenringbalkons 7 wird das über die Durchgangskanäle 17, 22
zugeführte Öl derart abgelenkt, dass dieses im wesentlichen parallel zur
Kolbenhubachse oder zur zurückgesetzten Wandung des Kolbenschaftes 3 hin
abgestrahlt wird. Es ist möglich, die Geometrie der ölbeaufschlagten Zone des
Kolbenringbalkons 7 - und damit die Abstrahlcharakteristik - derart abzustimmen,
dass eine definierte Schmierung der Zylinderwandung erreicht wird.In the area of the
In Fig.2 ist eine Unteransicht einer zweiten Ausführungsform eines Kolbens 1
dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Kolbenschaft 3 im Bereich der
Kolbenbolzennaben 4, 5 unter Bildung von Kolbenringbalkonen 7, zurückgesetzt
ausgebildet.2 shows a bottom view of a second embodiment of a
In dem gemeinsam von Kolbenschaft 3 und Kolbenkopf 2 begrenzten Kolbeninnenraum
sind im Übergangsbereich zwischen Kolbenschaft 3 und Kolbenkopf 2 zwei
Strahlauftreffzonen 12, 24 ausgebildet. Durch diese Strahlauftreffzonen 12, 24,
werden die paarweise in den Kolbeninnenbereich gerichteten Ölstrahlen 9, 9'
aufgeteilt und als entsprechende Teilströme zu den Durchgangskanälen 17, 16, 22,
22' geführt. Die Durchgangskanäle 17, 16, 22, 22' umlaufen auch bei diesem
Ausführungsbeispiel den jeweiligen Nabenbereich des Kolbenschaftes 3 sichelartig
und in seitlich ausbauchender Weise.In the piston interior jointly delimited by
Auf der Unterseite des kreissegmentförmigen Kolbenringbalkons 7 befindet sich die
Wärmetauschzone K. Die Wärmetauschzone K umfasst drei Auslassöffnungen 18,
19' und 21. Die Auslassöffnungen 18, 19' und 21 weisen einen im wesentlichen
kreisförmigen Querschnitt auf und kommunizieren mit beiden benachbarten
Durchgangskanälen 17, 22 so dass insbesondere über die mittlere Auslassöffnung
19' Öl austreten kann das über den Durchgangskanal 17 oder den Durchgangskanal
22 zugeführt wird. Der Verlauf der Durchgangskanäle 17, 22 ist durch
Strichlinien angedeutet. Durch den hier getroffenen bogenförmigen und in den
Kolbenkopf 2 eindringenden Verlauf der Durchgangskanäle 17, 22 wird neben einer
Kühlung der Kolbenringbalkone 7 auch eine Wärmeableitung aus den angrenzenden
Kolbenringzonen erreicht.On the underside of the circular
Die Eintrittsöffnungen 14, 15 sind in einem Eckbereich plaziert der durch die
Innenwandung des Kolbenschaftes 3, dessen nach innen vordringende Nabenbereiche
4, 5 und die Unterseite des Kolbenkopfes 2 definiert ist. Hierdurch wird eine
Trichterwirkung erreicht. Diese Trichterwirkung wird im montierten Zustand durch
den oberen Bereich eines Pleuels noch weiter unterstützt.The
Der in Fig.3 ebenfalls von unten abschnittsweise dargestellte Kolben 1 entspricht
hinsichtlich der Gestaltung des von Kolbenschaft 3 und Kolbenkopf 2 begrenzten
Innenbereiches, im wesentlichen dem Kolben nach Fig.2. Die Ausführungen zu
Fig.2 gelten, von den nachfolgend dargelegten Unterschieden abgesehen,
sinngemäß.The
Bei dem Kolben gem. Fig.3 ist im Bereich des Kolbenringbalkons 7 eine muldenartig
vertiefte und nach unten offene Ölbahn 25 vorgesehen. Diese Ölbahn 25 wird
beidseitig, aus dem Eckbereich der Wärmetauschzone K heraus, mit Öl beaufschlagt
das über die Durchgangskanäle 17, 22 aus dem Kolbeninnenbereich um die
Kolbenbolzennaben 4, 5 herumgeführt ist. With the piston acc. 3 is a trough-like in the area of the
Die Geometrie der Ölbahn 25 insbesondere einer äußeren Umfangskante 26 der
muldenartigen Vertiefung ist derart festgelegt, dass das zugeführte Öl im
wesentlichen parallel zur Oszillationsrichtung des Kolbens nach unten abgeworfen
wird. Es ist möglich, diese Ölbahn hinsichtlich ihres Volumens derart groß zu
bemessen, dass ein Abwurf des Öles - zumindest zum überwiegenden Teil - erst in
einer unteren Totpunktposition des Kolbens erfolgt.The geometry of the
Bei der hier gezeigten Ausführungsform beträgt die Tiefe der Ölbahn 25 ca. 8mm.
Die in radialer Richtung des Kolbens gemessene Breite der Ölbahn liegt
vorzugsweise im Bereich von 4 bis 6mm. Diese Angaben beziehen sich auf einen
Kolben mit einem Durchmesser von ca. 80mm. Die in Umfangsrichtung gemessene
Länge der Ölbahn 25 entspricht im wesentlichen wenigstens der Breite b der
Kolbenbolzennabe 4.In the embodiment shown here, the depth of the
In Fig.4 ist eine Detailansicht eines Kolbeninnenbereiches mit einer besonders
gestalteten Strahlauftreffzone 10 dargestellt. Die Strahlauftreffzone 10 befindet sich
in einem Übergangsbereich zwischen der Innenwand des Kolbenschaftes 3 und der
Unterseite des Kolbenkopfes 2. Die mit dem Öl in Kontakt tretenden Wandungsabschnitte
bilden eine Ölführungsfläche G die rinnenartig gewölbt ausgebildet ist und
in die Innenfläche der Durchgangskanäle 17, 16 übergeht. Die Ölführungsfläche G
bewirkt neben einer Führung des Öles auch einen Wärmeübergang auf das Öl und
ermöglicht dabei eine Kühlung des benachbarten Kolbenrandbereiches.In Figure 4 is a detailed view of a piston interior with a particular
designed
Die Rinnenwirkung der Ölführungsfläche G wird durch eine Wulstzone 27
unterstützt. Durch die hier gezeigte Ölführungsfläche G wird der auf die Strahlauftreffzone
10 auftreffende Strahl an den Innenkanten der Kolbenbolzennaben 4, 5
vorbei zu einem trichterartigen Eckbereich geführt.The channel effect of the oil guide surface G is defined by a
In Fig.5 ist eine weitere Ausführungsform der Wärmetauschzone K des Kolbenringbalkons
7 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt eine lediglich einseitige
Anströmung der Wärmetauschzone K durch einen aus dem Durchgangskanal
17'gerichtet gerichtet abgestrahlten - hier durch ein Pfeilsymbol angedeuteten -
Ölstrom. In der Wärmetauschzone K ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine
schwach zum Kolbenrand hin seitlich ausbauchende Ölbahn 25 ausgebildet. Diese
Ölbahn 25 endet in einer Umlenkzone 30 in welcher der ankommende Ölstrom zur
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine hin abgelenkt wird. Der Durchgangskanal 17
befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel in einer, einer Kolbendruckseite 31
abgewandten Kolbenhälfte. Hierdurch wird ein verbesserter Schmierfilmaufbau
während eines Expansionshubes erreicht.5 shows a further embodiment of the heat exchange zone K of the
In Fig.6 ist eine weitere Ausführungsform eines Kolbens mit einer einseitig durch
einen Durchgangskanal 17' angeströmten Unterseite eines Kolbenringbalkons 7,
dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird der Ölstrahl 32 über eine in den
Kolbenschaft 3 eingeformte Umlenkmulde 33 an der Kolbenbolzenbohrung 6 vorbei
umgelenkt. Die Umlenkmulde 33 ist derart ausgebildet, dass der umgelenkte
Ölstrahl 32, im wesentlichen parallel zur Zylinderwandung, zur Kurbelwellenlagerung
hin abgestrahlt wird. Die Einspeisung des Öles in den Durchgangskanal 17'
erfolgt auch bei dieser Ausführungsform durch eine im Innenbereich des
Kolbenschaftes 3 vorgesehene Ölführungswandung, wie bei den vorangehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen.In Figure 6 is another embodiment of a piston with one side
a through-flow channel 17 ', the underside of a
In den Figuren 7 und 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kolbens 1 mit
einem Kolbenschaft 3 dargestellt, der im Bereich der Kobenbolzennaben 4, 5
seitlich eingezogen ausgebildet ist. Der Kolbenkopf 2 des Kolbens 1 überkragt
hierbei in radialer Richtung den Kolbenschaft 3. Im Bereich der so gebildeten
Kolbenringbalkone 7 sind nach außen ausbauchende und nach unten offene
Ölbahnen 25 ausgebildet. Der hier stark profiliert ausgebildete, dem Brennraum
zugewandte Kolbenkopffläche ist hier um 90° gedreht dargestellt.Another exemplary embodiment of a
Diese im Bereich jedes Kolbenringbalkons 7 vorgesehenen Ölbahnen 25 werden
über Durchgangskanäle 16, 17 mit Öl gespeist, welches auf eine kolbenrandnahe
Strahlauftreffzone 10 durch eine Düse 34 im Bereich einer Kurbelwellenlagerung in
den Innenbereich des Kolbenschaftes 3 eingestrahlt wird.These are provided in the region of each
Die Zuleitung des aufgestrahlten Öles zu den Durchgangskanälen 16, 17 erfolgt
auch hier durch eine Ölführungswandung die sich bis zu den Durchgangskanälen
16, 17 erstreckt. Der Ölpfad im Innenbereich des Kolbenschaftes 3 verläuft im
kolbenrandnahen Bereich so daß eine wirkungsvolle Kühlung des gesamten
Randbereiches des Kolbenkopfes erreicht wird. Der Ölpfad erstreckt sich in radialer
Richtung seitlich ausbauchend, sichelartig um die Kolbenbolzennaben 4, 5 herum.
Im Grunde bildet bei dieser Ausführungsform die gesamte nach unten weisende
Innenfläche des Kolbenkopfes eine zu den Durchgangskanälen auslaufende
Ölführungsfläche. Durch den kolbenringnahen und - von den Abschnitten innerhalb
der Durchgangskanäle abgesehen - offenen Ölstrom ergibt sich auf fertigungstechnisch
vorteilhafte Weise eine große Wärmetauschfläche.The irradiated oil is supplied to the through-
Der erfindungsgemäße Kolben eignet sich aufgrund seines verbesserten Temperaturprofiles und seines geringen Eigengewichtes in besonders vorteilhafter Weise für GDI-Motoren.The piston according to the invention is suitable because of its improved Temperature profile and its low weight in a particularly advantageous Way for GDI engines.
Die Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, das auf die Ölführungsfläche abgespritzte Öl aus mehreren, bezüglich ihrer Strahlachse schräg zur Zylinderachse ausgerichteten Ölspritzdüsen abzustrahlen. In Abhängigkeit von der Position des Kolbens kann der Abstand des Strahlauftreffpunktes relativ zu dem Durchgangskanal variieren. Die Ölspritzdüse kann auch am Pleuel selbst angeordnet sein.The invention is not based on the exemplary embodiments described above limited. For example, it is also possible to use the oil guide surface hosed oil from several, with respect to their jet axis oblique to the cylinder axis aligned oil spray nozzles. Depending on the position of the piston can be the distance of the beam impact point relative to the through-channel vary. The oil spray nozzle can also be arranged on the connecting rod itself his.
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