EP2459861A1 - Method for cooling a piston and a cooled piston - Google Patents

Method for cooling a piston and a cooled piston

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Publication number
EP2459861A1
EP2459861A1 EP10737295A EP10737295A EP2459861A1 EP 2459861 A1 EP2459861 A1 EP 2459861A1 EP 10737295 A EP10737295 A EP 10737295A EP 10737295 A EP10737295 A EP 10737295A EP 2459861 A1 EP2459861 A1 EP 2459861A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
cooling channel
oil
separating element
pressure chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10737295A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Laqua
Volker Lehnert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KS Kolbenschmidt GmbH
Original Assignee
KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KS Kolbenschmidt GmbH filed Critical KS Kolbenschmidt GmbH
Publication of EP2459861A1 publication Critical patent/EP2459861A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/06—Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/08—Cooling of piston exterior only, e.g. by jets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a piston of an internal combustion engine, in which a piston head, which is exposed to at least one fuel steel, is cooled by sprayed oil, and a piston of an internal combustion engine, according to the features of the respective preamble of the two independent claims.
  • WO 2007/110056 A1 discloses a piston for an internal combustion engine, in the circumferential cooling channel of which an annular partition wall arranged parallel to the piston crown is provided.
  • the partition has one or more nozzle-like openings. Oil is used as the cooling medium of the piston.
  • the oil outlet jet of the respective opening is directed against the underside of the piston crown. In this case, the exit jets strike the areas of the underside whose areas lying on the opposite upper side are exposed to at least one combustion jet.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a piston of the type described above, with which the temperature of the piston can be reduced during operation.
  • the object is achieved according to the invention in that the oil is sprayed continuously targeted to the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, which is not directly exposed to the combustion jet.
  • the targeted cooling by means of oil reduces the temperature at the combustion bowl and at the annular grooves in the piston.
  • the reliability of the piston is improved by a reduced operating temperature.
  • the surface temperature of the piston, in particular the piston crown lowered.
  • the cooling reduces the risk of material fatigue of the piston.
  • the material is protected against failure, such as material cracks, material wear and / or material removal.
  • optimum cooling of the piston is achieved. Due to the adapted pressure in the pressure chamber, the oil is sprayed out of it so optimally that an oil carbon buildup on the underside of the piston is prevented.
  • the piston contains at least one interrupted cooling channel, so that the cooling channel itself is not completely circumferential in the piston. It is possible in a further advantageous embodiment of the invention that the piston contains a plurality of cooling channels, which are each interrupted and at a distance from each other in preferably a plane encircling. The respective cooling channels are preferably each arranged at the same distance to the piston central axis in the plane.
  • the cooling channel of the piston can also be in a further advantageous embodiment completely as a cooling channel in the piston circumferentially.
  • the separating element is positioned according to the invention in the cooling channel and divides the cooling channel of the piston in two areas.
  • the one forming region in the cooling channel is a cooling channel which is reduced in volume and the other forming region is a pressure chamber which forms in the former cooling channel and whose volume corresponds approximately to the difference between the volume of the cooling channel and the reduced cooling channel.
  • the separator has at least one opening from which the oil exits continuously and from which the oil is injected onto the underside of the piston crown.
  • the separating element is designed so that it is adapted to the shape of the cooling channel.
  • the separator is suitably positioned in the cooling channel.
  • the separating element is designed as a part.
  • the separating element can also consist of several individual parts and be composed of these into a separating element.
  • the shape of the separator may have a planar shape, a partition, a curved shape, an oblique shape, or any other geometrically possible shape.
  • the dimensions of the separating element are adapted to the use of the piston. Thus, depending on the dimensions of the piston, and thus also on the dimensions of the cooling channel, the partition dimensioned appropriately.
  • the separating element made of a metal or a light metal, preferably made of steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy. Furthermore, it is possible that the separating element consists of a plastic or a hard material.
  • the separating element is preferably produced by means of a primary shaping method, for example casting, by means of a forming process, for example forging or pressing, and / or by means of a machining production method, for example turning, grinding or milling.
  • the pressure chamber in the cooling channel of the piston is formed between a part of the wall of the cooling channel and a part of the wall of the separating element.
  • the pressure chamber is filled according to the invention with oil under pressure. Alternatively, it is also possible that the pressure chamber is filled with any other cooling medium.
  • a part of the surface of the pressure chamber in the piston is preferably processed by means of a manufacturing process, preferably by means of a machining production process, to produce a good surface quality.
  • the good surface quality enables the appropriate introduction of the separating element in the processed by a manufacturing process such as grinding and / or milling cooling channel.
  • the part of the surface of the pressure chamber is preferably processed from the side, that is, tools machined, for example, in a two-piece piston, matching the pressure chamber wall at the contact surfaces of separating element and pressure chamber wall as well as the other surface of the pressure chamber respectively from the Side.
  • a closed pressure chamber can be formed, since the walls of the cooling channel with the separating element form a fit with low tolerance.
  • the pressure chamber formed by the separating element in the cooling channel is sealed in a further advantageous embodiment of the invention via at least one sealing element, preferably by means of at least one sealing ring element and / or at least one hard rubber against the cooling channel in the piston parts of the contact surface of the separating element and the cooling channel to To avoid pressure loss in the pressure chamber.
  • a sealing ring element and / or hard rubber is preferably used.
  • the pressure chamber filled with oil is preferably a pressure of 1, 5 to 10 bar, preferably a pressure of about 3 bar, constructed.
  • a pressure builds up continuously in the pressure space and oil is continuously collected in the pressure space.
  • new oil flows continuously into the pressure chamber at a certain pressure and flow rate, so that it can be used for operation set pressure is maintained.
  • the pressure built up in the oil-filled pressure chamber is preferably generated via connecting rods or bolts by means of pumping action or injection. When the oil is supplied via the bolt, it is possible, for example, for the oil to be supplied via the pin bore.
  • a different pressure which is outside the limits of 1, 5 bar and 10 bar, can be set appropriately.
  • the separating element is attached to the cooling channel by means of a frictional connection, preferably a screw connection or a press connection.
  • a frictional connection preferably a screw connection or a press connection.
  • the separating element is positioned in the cooling channel and preferably secured by at least one screw and at least one thread in the piston to the cooling channel.
  • the press connection the separating element is mounted in the cooling channel so that preferably forms a non-detachable connection between the separating element and the cooling channel.
  • the separating element is attached to the cooling channel by means of a material connection, preferably gluing and / or welding.
  • a material connection preferably gluing and / or welding.
  • the separating element positioned in the cooling channel is preferably glued to it and / or preferably welded thereto. This results in a non-detachable connection between the separating element and the cooling channel.
  • the separating element in the cooling channel by means of a primary molding process, preferably casting, is generated.
  • the piston is also preferably produced by a urformendes process, such as sand casting or chill casting, as a one-piece piston.
  • the cooling channel and the separating element therein are then produced together, for example, during casting by means of sand casting with the lost core technique directly in the piston.
  • the dividing element may also be poured directly into the flask by means of the technique of lost sweeping during casting during casting.
  • the upper part and the lower part can be cast separately from each other, wherein during the casting of the upper part or of the lower part, the separating element is cast with.
  • the piston or the upper and the lower part by means of a forming process, such as forging or pressing, or by means of a machining process, such as turning or milling, are produced.
  • the upper part and the lower part can each also be produced with different production methods.
  • the one-piece piston is preferably made of a metal or light metal, preferably iron, steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy.
  • a two-piece piston having a top and bottom same or different materials are used for the top and bottom.
  • the material for the upper part and the lower part is preferably metal or light metal, in particular iron, steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy used.
  • the pressurized oil used to cool the piston in the pressure space is continuously injected through at least one opening in the separation element towards the bottom of the piston.
  • the oil is preferably continuously sprayed onto the region of the underside of the piston crown which lies opposite the region of the piston crown which is not directly exposed to the combustion jet.
  • exactly the area of the piston is cooled, which is not cooled by at least one combustion jet. It is known from temperature measurements that in the areas where the jet does not impinge in the flask and is not cooled by fuel of the combustion jet, a temperature of 100 0 C and more occurs.
  • a combustion jet is understood to mean a fuel jet introduced into the combustion chamber, which impinges on the surface of the piston crown and is burnt in the combustion chamber.
  • the opening is formed in the partition member itself or is formed by two or more individual parts which are composable together to form a partition member.
  • the separating element is depending on the configuration the cooling channel also formed in the manner of a distribution ring or ring, wherein the oil is injected through the opening of the separating element respectively fitting to the underside of the piston head, based on the circular, annular and / or elliptical circulation of the cooling channel.
  • the cooling channel may also be interrupted in the course of a circular, annular and / or elliptical circulation, so that a complete circle, ring and / or elliptical shape results only when the interrupted areas are connected by thought.
  • the opening in the separating element is preferably designed as a normal bore.
  • the opening in the separating element is not specially processed in terms of production technology with respect to the surface and shape.
  • the opening may also be formed as a Venturi nozzle or in the manner of another type of nozzle.
  • the opening, which is a normal bore be drilled out in the manner of a nozzle, so that a bore results in the manner of a nozzle.
  • the opening is formed as a further advantageous embodiment of the invention is preferably tubular, slit-shaped and / or nozzle-shaped. In one embodiment of the opening as a wide slot results in a slot-shaped opening from which a broad area beam can emerge.
  • the opening is aligned according to the invention in the direction of the region of the underside of the piston crown, that the oil continuously injected selectively on the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, which is not directly exposed to the at least one combustion jet.
  • the opening may be aligned in a further advantageous embodiment in the direction of a region of the underside of the piston crown, so that the oil is sprayed specifically targeted to the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, the at least one Burning jet is exposed directly.
  • the oil is additionally removed and accelerated in a further advantageous embodiment of the invention from the pressure chamber by a stroke movement of the piston through the opening of the separating element in the direction of the underside of the piston. Due to the inertia of the oil in the pressure chamber, the pressure in the pressure chamber is increased by the stroke movement of the piston, especially when the piston moves out of the combustion chamber and the combustion chamber increases.
  • the number of openings in the separator must be coordinated.
  • the diameter of the respective opening must be adapted for optimum cooling.
  • the dimensions of the opening in the separating element is in each case adapted to the dimensions of the separating element and the necessary cooling capacity for the respective piston.
  • a number of openings from 1 to 180 are used for a complete circumferential channel.
  • the number of openings for an interrupted cooling channel results in each case with the help of the factor, which can be calculated from the ratio of the length of the interrupted cooling channel to the length of the complete circumferential cooling channel.
  • the preferred number of openings is 1 to 90 because the resulting ratio is 0.5.
  • the ratio of the number of openings to the diameter of the opening may be between 1: 10 1 / mm (one to ten per millimeter) and 360: 1 1 / mm (360 to one per millimeter).
  • the piston is made of an upper part and a lower part, from which at least one common bearing surface in the assembly of the piston can be formed.
  • the piston contains at least one cooling slot and / or at least one cooling hole.
  • the cooling slot and / or the cooling hole may preferably be arranged in each case between the interrupted cooling channels, so that the cooling of the piston or the piston crown is reinforced by means of the cooling slot and / or the cooling hole.
  • Figure 1 a section of a piston, in the cooling channel of the
  • Separating element is attached by means of stud bolts to the cooling channel
  • Figure 2 and 3 a separating element in a piston neck, with the aid of
  • Figure 4 another embodiment of a separating element in a
  • FIG. 1 a section of a piston 1 is shown for an internal combustion engine.
  • the piston 1 is constructed identically in each case in the three exemplary embodiments and will first be described generally in the following. Subsequently, the three embodiments are each shown in detail. Finally, the piston in the operating state will be described with reference to the three embodiments.
  • the same components are in the four figures with Named the same reference numerals and new reference numerals are used in the figures for different components.
  • the piston 1 for an internal combustion engine is made in the three embodiments of an upper part 2 and a lower part 3.
  • the upper part 2 is manufactured separately from the lower part 3. Between upper part 2 and lower part 3 at least one common support surface is formed. In the three examples, two bearing surfaces 4, 5 are formed in each case.
  • the upper part 2 and the lower part 3 are in the embodiment by means of a frictional connection, in the example by means of a single screw connection, connected to each other (not shown).
  • a pin is used, which positions the two bearing surfaces 4, 5 appropriately.
  • the upper part and the lower part can also be connected to one another by means of a further frictional connection, for example a press connection.
  • the upper part and the lower part can also be connected to each other by means of a cohesive connection, for example gluing and / or welding.
  • the piston 1 contains at least one combustion bowl 6, in the examples in each case a single combustion bowl 6, at least one annular groove 7, in the examples in each case three annular grooves 7 surrounding the entire piston 1, a single piston head 17, at least one cooling channel 9, in the examples two interrupted in the piston 1 cooling channels 9, and at least one outlet opening 10 for discharging the oil from the respective cooling channel 9, in the examples a plurality of outlet openings 10 for the respective interrupted cooling channel 9.
  • the piston 1 for each interrupted cooling channel 9 in the each embodiment of Figure 1 to 3 a single in the respective interrupted cooling channel 9 circumferential sealing ring 8 in a groove and in the Embodiment of Figure 4, two in the respective interrupted cooling channel 9 circumferential sealing rings 8.
  • the respective sealing ring 8 has in the piston 1 primarily the task of sealing the respective interrupted cooling channel 9 with respect to the region of the cylinder liner. At least one burning jet impinges on the upper side of the piston crown 17. In the examples, several firing jets strike the top of the piston crown 17 (not shown in FIGS. 1 to 4).
  • the other interrupted cooling channel 9 is identical.
  • the two interrupted cooling channels 9 are each arranged in the piston 1, that they are arranged in a plane and at the same distance to the piston central axis (in the stroke direction) in the piston 1 at the same distance from each other, so that in the respective embodiments, a symmetrical arrangement results.
  • the two interrupted cooling channels 9 each form an angle of approximately 150 ° due to their dimensions.
  • the piston 1, which has the two interrupted cooling channels 9, may additionally contain at least one cooling slot and / or at least one cooling bore at the locations where the distance between the two interrupted cooling channels 9 exists. In the example, in each case two cooling slots are introduced at these points to further support the cooling.
  • one of the two interrupted cooling channels 9 in the piston 1 is divided in the respective embodiment by a separating element 11 into two areas.
  • the one forming region of the cooling channel 9 is a forming pressure chamber 12 which forms between a part of the wall of the cooling channel 9 and a part of the wall of the separating element 11.
  • the other, second region in the cooling channel 9 is a cooling channel 9a reduced from the volume compared to the original cooling channel 9.
  • the interrupted cooling channel 9 contains only a single separating element 11, which consists of only a single item.
  • the partition element 1 1 runs once in the area of the entire interrupted cooling channel 9 around.
  • the separating element 11 also contains at least one opening 16.
  • the exemplary embodiments each contain a plurality of openings 16, which are each shown in detail in the respective embodiments.
  • the separating element may be composed of a plurality of individual parts to form an entire separating element, wherein the separating element then completely circulates in the region of the interrupted cooling channel.
  • At least one opening can also be formed by at least two separating elements, so that at least one single opening is formed during the assembly of the at least two separating elements.
  • the partition member 11 is made of, for example, an aluminum alloy.
  • the separating element 11 is in the example of Figure 1 in the interrupted cooling channel 9 by means of a frictional connection, in the example by means of a screw connection attached.
  • a stud bolt 13 is used in the interrupted cooling channel 9 of the piston 1 in the example, which is screwed in the lower part 3 of the piston 1 by means of a thread.
  • three stud bolts 13 are preferably used.
  • the stud bolt 13 any other type of screw, such.
  • the lower part 3 contains at the locations where the respective stud bolt 13 is provided, matching threaded holes.
  • the partition element 1 1 further contains at the locations at which the respective stud 13 is positioned below the partition element 1 1, fitting recessed mounting holes 14th
  • one of the stud bolts 13 used, which is shown in FIG. 1, is described below.
  • the partition member 11 is secured to the top of the stud bolt 13, which is screwed with its underside in the lower part 3 by means of a thread, by means of a nut on this, in which the stud bolt 13 is positioned in the mounting hole 14 of the separating element 11.
  • the separating element 11 rests in a region on a surface of the lower part 3, so that a pressure chamber 12 is formed. Another area of the separating element 11 is sealed to the wall of the cooling channel 9 by means of at least one sealing element, preferably by means of at least one sealing ring element 15 and / or at least one hard rubber opposite the reduced cooling channel 9a in the piston 1.
  • a single sealing ring member 15 is used for the partition member 11 that seals the pressure chamber 12 between the partition member 11 and the wall of the cooling channel 9.
  • the sealing ring element 15 is inserted according to Figure 1 in a groove in the separating element 11.
  • the separating element can be sealed against the wall of the cooling channel by means of a hard rubber, which is positioned for example between the separating element and the cooling channel wall in the lower part.
  • the surface of the pressure chamber 12 in the piston 1 is by means of a manufacturing process, preferably by means of a machining production process such. As milling and / or grinding, processed to produce a good surface quality before the onset of the separating element 11 to allow a good sealing of the sealing ring member 15 used in the example and a good concern of the separating element 11 on the lower part 3 in the cooling channel 9.
  • the pressure chamber 12 is first milled and then ground, so that results in a smooth, high-quality surface.
  • the separating element can also be fixed in the cooling channel by means of a further frictional connection, preferably a press connection.
  • the separating elements and the wall of the cooling channel form a frictional connection, in which the separating element is for example inserted or pressed in wedge shape into the lower part.
  • the separating element can also be fastened in the cooling channel by means of a cohesive connection, preferably by means of gluing and / or welding.
  • the separating element is glued to the wall of the cooling channel and / or welded.
  • the pressure chamber 12 is supplied with oil by means of a plurality of oil inlet openings, which are located in the lower part 3 of the piston 1 (not shown in FIG. 1).
  • the separating element 11 according to FIG. 1 has a plurality of openings 16, which are tubular.
  • the separating element 11 has a plurality of tubular attachments which are each arranged at a distance from one another.
  • a tubular opening 16 according to FIG. 1 is introduced.
  • the respective opening 16 in the form of a bore is in each case not specially processed. Due to the shape of the opening 16, it is possible that the oil is sprayable targeted to the underside of the piston head 18.
  • the oil emerging from the pressure chamber 12 is not sprayed into the oil collecting in the reduced cooling channel 9a, since the respective attachment protrudes from the collecting oil in the reduced cooling channel 9a.
  • individual openings can also be nozzle-shaped, z. B. in the manner of a venturi nozzle, be formed.
  • the pressure of the oil emerging from the pressure chamber is further increased or optimized in relation to the pressure in the case of a normal bore.
  • a type of cavity is recessed in the embodiment of Figure 2 and 3, which forms the pressure chamber 12.
  • the separating element 11 rests on a hard rubber 20 which revolves in the region of the interrupted cooling channel 9 and which is fittingly inserted in a recess of the interrupted cooling channel 9 in the lower part 3.
  • the hard rubber 20 adapts to the contour of the cooling channel 9.
  • the cavity is supplied by means of connecting rods or bolts through the lower part 3 and the hard rubber 20 by means of at least one oil inlet opening 21, which passes through both in each case with oil by means of pumping action or injection.
  • the piston 1 has a plurality of oil inlet openings 21. In the cavity, a pressure builds up continuously due to the oil added under pressure from the oil inlet openings 21, whereby the new supplied oil flows continuously under a certain pressure and under a certain volume flow into the pressure chamber 12, ie into the cavity.
  • a cylinder screw 22 is guided through a fastening opening 14 and through a hole of the hard rubber 20 and screwed with a thread according to FIG.
  • the separating element 11 and the hard rubber 20 is firmly connected to the lower part 3 of the piston 1 and a sealed by the hard rubber 20 pressure chamber 12 is formed in the interrupted cooling channel 9.
  • the separating element 11 according to FIGS. 2 and 3 has a plurality of slot-shaped openings 16, only one opening 16 being shown in each case in FIGS. 2 and 3.
  • the Trenneiement 11 has matching slot-shaped attachments, each having a slot-shaped opening 16.
  • the essays each have a depth T.
  • the slot-shaped openings 16 are drilled in the example of Figure 2 and Figure 3 respectively in the separating element 11 and the respective attachment.
  • the slot-shaped opening 16 in Figure 2 is shown briefly below.
  • the slot-shaped opening 16 shown in Figure 2 is in each case with the aid of the article in the interrupted cooling channel 9 with a certain angle section, for example 40 °, in this circumferential.
  • a certain angle section for example 40 °, in this circumferential.
  • the separating element can also be glued to the hard rubber.
  • the hard rubber which adapts to the lower region of the cooling channel can then be glued into the recess in the cooling channel.
  • the separating element 11 is frictionally embedded in the lower part 3 of the piston 1 as a part and secured thereto. Between the lower part 3 and the separating element 11, two joining regions 23 are formed.
  • the pressure chamber 12 of the separating element 11 is sealed according to Figure 4 with respect to the reduced cooling channel 9a and the cylinder liner by means of the two sealing rings 8, which are positioned in a respective groove in the separating element 11 according to FIG 4. Between a portion of the opposite to the annular grooves 7 wall of the upper part 2 and located in the partition member 11 cavity, the pressure chamber 12 is formed from the oil exiting through at least one opening 16 of the separating element 11.
  • the separating element 11 has a plurality of openings 16.
  • the openings 16 are in each case suitably introduced into the separating element 11, so that, for example, an opening 16 according to FIG. 4 results in the upper web of the separating element 11.
  • the openings 16 are bored respectively in the separating element 11. Due to the depth and shape of the respective borehole results in a tubular opening 16, which passes the leaking oil fitting in the direction of the underside of the piston crown 18.
  • the example supplied via connecting rod or bolt under pressure oil by means of pumping or injecting flows through the oil inlet openings 21 into the pressure chamber 12 of the interrupted cooling channel 9. This distributes the oil in the pressure chamber 12.
  • the thereby building pressure, preferably a pressure of about 3 bar, in the pressure chamber 12 can continuously oil from the openings 16 of the separating element 11 in the direction of underside of the piston head 18 exit. From each opening 16 occurs while a single beam 19.
  • the respective steel 19, due to the tubular shape of the respective opening 16 in the form of a bore is an approximately round jet 19.
  • the respective jet 19 is of the type shown in FIG formed a spouting flat oil wall, since the shape of the respective opening 16 according to Figure 2 and 3 is respectively slit-shaped.
  • the oil is also injected onto the areas of the bottom of the piston crown by means of the orientation of the respective opening, which are opposite to the regions of the piston crown which are directly exposed to the combustion jet.
  • the oil When lowering the piston 1, that is, at an increase in the combustion chamber, the oil is at a higher pressure, that is in the three embodiments each with more than 3 bar, by the inertia of the oil the pressure chamber 12 is guided through the respective opening 16 and accelerated from the openings 16 in the direction of the underside of the piston crown 18.
  • the oil that has just been injected into the reduced cooling channel 9a is then removed again via a plurality of outlet openings 10 from the reduced cooling channel 9a.
  • the piston may alternatively be formed in a further possible embodiment of the described embodiments as Einauflagenkolben, that is, the piston requires only a single (inner) support surface.
  • the bearing surface 4 located in FIG. 1 close to the piston center axis
  • the cooling channel in the piston may also be circumferential.
  • the separator is then adapted respectively to the cooling channel in shape and size.
  • six to eight fastening means such as, for example, stud bolts or cylinder screws, with a suitable number of threads are used for fastening the separating element in the circulating cooling channel.
  • the piston may contain only a single cooling channel and the cooling channel of the piston may be interrupted so that the cooling channel forms an angle of less than 360 ° about the piston center axis.
  • the separator is then adapted respectively to the cooling channel in shape and size.
  • the piston consists of a cast upper part and a separately cast lower part.
  • the separating element is also produced by means of a primary molding process, preferably casting, in the respective cooling channel of the respective piston part, in which, for example, the lower part by means of a Casting, for example, sand casting or chill casting, is produced and the separator is cast directly into the base with, for example, the lost core technique.
  • the entire piston consisting of upper part and lower part, is cast as a one-piece piston together with the separating element.

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Abstract

The invention relates to cooling a piston (1) of an internal combustion engine, wherein a piston bottom (17) that is exposed to at least one combustion jet is cooled by sprayed oil, wherein the oil is sprayed from a pressure chamber (12), through at least one opening (16) of a separating element (11) that is positioned in a cooling channel (9) of the piston (1) and thus forms the pressure chamber (12) that can be filled with oil between a part of the wall of the cooling channel (9) and the separating element (11), into the cooling channel (9) directly on at least one region of the bottom side of the piston bottom (18) by pressure created in the pressure chamber (12) filled with oil. According to the invention, the oil is directly sprayed in a continuous manner on the region of the bottom side of the piston bottom (18), which lies opposite the region of the piston bottom (17) and which is not directly exposed to the combustion jet.

Description

B E S C H R E I B U N G  DESCRIPTION
Verfahren zum Kühlen eines Kolbens und ein gekühlter Kolben Method for cooling a piston and a cooled piston
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines Kolbens einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Kolbenboden, der mindestens einem Brennstahl ausgesetzt ist, durch aufgespritztes Öl gekühlt wird, und einen Kolben einer Brennkraftmaschine, gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffs der beiden unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to a method for cooling a piston of an internal combustion engine, in which a piston head, which is exposed to at least one fuel steel, is cooled by sprayed oil, and a piston of an internal combustion engine, according to the features of the respective preamble of the two independent claims.
Bekannt ist aus der WO 2007/110056 A1 ein Kolben für einen Verbrennungsmotor, in dessen umlaufenden Kühlkanal eine parallel zum Kolbenboden angeordnete ringförmige Trennwand vorgesehen ist. Die Trennwand besitzt eine oder mehrere düsenartige Öffnungen. Als Kühlmedium des Kolbens wird Öl verwendet. Der Ölaustrittsstrahl der jeweiligen Öffnung ist dabei gegen die Unterseite des Kolbenbodens gerichtet. Dabei treffen die Austrittsstrahlen auf die Bereiche der Unterseite auf, deren auf der gegenüberliegenden Oberseite liegenden Bereiche mindestens einem Brennstrahl ausgesetzt sind. WO 2007/110056 A1 discloses a piston for an internal combustion engine, in the circumferential cooling channel of which an annular partition wall arranged parallel to the piston crown is provided. The partition has one or more nozzle-like openings. Oil is used as the cooling medium of the piston. The oil outlet jet of the respective opening is directed against the underside of the piston crown. In this case, the exit jets strike the areas of the underside whose areas lying on the opposite upper side are exposed to at least one combustion jet.
Bei dem Betrieb von einem Kolben in einer Brennkraftmaschine entstehen hohe Temperaturen auf der Oberseite des Kolbenbodens wie auch am Kolben selbst durch die Kraftstoffverbrennung. Nachteilig ist, dass der Betrieb unter hohen Temperaturen die Betriebssicherheit des Kolbens einschränkt, da unter anderem der Kolben sich im Zylinder bei hohen Temperaturen ausdehnt und folglich andere Reibverhältnisse am Kolben im Betrieb vorliegen. Auch führt eine hohe Temperaturbelastung an der Oberseite des Kolbenbodens zu einer Materialermüdung des Kolbens und langfristig aufgrund der Überhitzung zu Materialversagen des Kolbens. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und einen Kolben der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem die Temperatur des Kolbens im Betrieb reduziert werden kann. In the operation of a piston in an internal combustion engine, high temperatures are generated on the upper side of the piston crown as well as on the piston itself due to fuel combustion. The disadvantage is that the operation under high temperatures limits the reliability of the piston, as among other things, the piston expands in the cylinder at high temperatures and consequently there are other friction conditions on the piston during operation. Also, a high temperature load on the top of the piston crown leads to material fatigue of the piston and long term due to overheating material failure of the piston. The object of the invention is therefore to provide a method and a piston of the type described above, with which the temperature of the piston can be reduced during operation.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass das Öl gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens kontinuierlich gespritzt wird, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüberliegt, der dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist. The object is achieved according to the invention in that the oil is sprayed continuously targeted to the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, which is not directly exposed to the combustion jet.
Durch die Kühlung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ergeben sich einige Vorteile: By cooling a piston of an internal combustion engine according to the invention, there are some advantages:
Zu einen wird durch die gezielte Kühlung mittels Öl die Temperatur an der Brennraummulde und an den Ringnuten im Kolben reduziert. Zum anderen wird die Betriebssicherheit des Kolbens durch eine verminderte Arbeitstemperatur verbessert. Dabei wird gemäß der Erfindung die Oberflächentemperatur des Kolbens, insbesondere des Kolbenbodens, gesenkt. Daneben wird durch die Kühlung das Risiko einer Materialermüdung des Kolbens reduziert. Auch wird langfristig das Material vor Versagen, wie zum Beispiel vor Materialrissen, Materialverschleiß und/oder Materialabtrag, geschützt. Zusätzlich entsteht durch die angepasste Anzahl an Öffnungen und den angepassten Durchmesser der Öffnungen in dem Trennelement eine optimale Kühlung des Kolbens. Durch den angepassten Druck in dem Druckraum wird das Öl aus diesem so optimal herausgespritzt, dass ein Ölkohleaufbau an der Unterseite des Kolbens verhindert wird. On the one hand, the targeted cooling by means of oil reduces the temperature at the combustion bowl and at the annular grooves in the piston. On the other hand, the reliability of the piston is improved by a reduced operating temperature. In this case, according to the invention, the surface temperature of the piston, in particular the piston crown, lowered. In addition, the cooling reduces the risk of material fatigue of the piston. Also in the long term, the material is protected against failure, such as material cracks, material wear and / or material removal. In addition, due to the adapted number of openings and the adapted diameter of the openings in the separating element, optimum cooling of the piston is achieved. Due to the adapted pressure in the pressure chamber, the oil is sprayed out of it so optimally that an oil carbon buildup on the underside of the piston is prevented.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass der Kolben mindestens einen unterbrochen Kühlkanal enthält, so dass der Kühlkanal selbst nicht in dem Kolben komplett umlaufend ist. Dabei ist es in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass der Kolben mehrere Kühlkanale enthält, die jeweils unterbrochen sind und mit Abstand voneinander in vorzugsweise einer Ebene umlaufend sind. Die jeweiligen Kühlkanäle sind dabei vorzugsweise jeweils mit gleicher Distanz zur Kolbenmittelachse in der Ebene angeordnet. Der Kühlkanal des Kolbens kann auch alternativ in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung komplett als ein Kühlkanal in dem Kolben umlaufend sein. Das Trennelement ist gemäß der Erfindung in dem Kühlkanal positioniert und unterteilt den Kühlkanal des Kolbens in zwei Bereiche. Der eine sich bildende Bereich in dem Kühlkanal ist ein von dem Volumen her reduzierter Kühlkanal und der andere sich bildende Bereich ist ein sich im ehemaligen Kühlkanal bildender Druckraum, der vom Volumen her in etwa der Differenz des Volumens von Kühlkanal und reduziertem Kühlkanal entspricht. In an advantageous embodiment of the invention, it is possible that the piston contains at least one interrupted cooling channel, so that the cooling channel itself is not completely circumferential in the piston. It is possible in a further advantageous embodiment of the invention that the piston contains a plurality of cooling channels, which are each interrupted and at a distance from each other in preferably a plane encircling. The respective cooling channels are preferably each arranged at the same distance to the piston central axis in the plane. The cooling channel of the piston can also be in a further advantageous embodiment completely as a cooling channel in the piston circumferentially. The separating element is positioned according to the invention in the cooling channel and divides the cooling channel of the piston in two areas. The one forming region in the cooling channel is a cooling channel which is reduced in volume and the other forming region is a pressure chamber which forms in the former cooling channel and whose volume corresponds approximately to the difference between the volume of the cooling channel and the reduced cooling channel.
Das Trennelement weist dabei zumindest eine Öffnung auf, aus der das Öl kontinuierlich austritt und aus der das Öl auf die Unterseite des Kolbenbodens gespritzt wird. The separator has at least one opening from which the oil exits continuously and from which the oil is injected onto the underside of the piston crown.
Das Trennelement ist so gestaltet, dass es der Form des Kühlkanals angepasst gestaltet ist. Dadurch ist das Trennelement passend in den Kühlkanal positionierbar. Es ist möglich, dass das Trennelement dabei als ein Teil ausgebildet ist. Alternativ kann das Trennelement auch aus mehreren Einzelteilen bestehen und aus diesen zu einem Trennelement zusammengesetzt werden. Die Form des Trennelementes kann eine ebene Form, nach Art einer Trennwand, eine gebogene Form, eine schräge Form oder eine beliebige andere geometrisch mögliche Form haben. Die Abmessungen des Trennelementes sind dabei der Verwendung des Kolbens angepasst. So ist je nach den Abmessungen des Kolbens, und somit auch nach den Abmessungen des Kühlkanals, das Trennelement passend dimensioniert. The separating element is designed so that it is adapted to the shape of the cooling channel. As a result, the separator is suitably positioned in the cooling channel. It is possible that the separating element is designed as a part. Alternatively, the separating element can also consist of several individual parts and be composed of these into a separating element. The shape of the separator may have a planar shape, a partition, a curved shape, an oblique shape, or any other geometrically possible shape. The dimensions of the separating element are adapted to the use of the piston. Thus, depending on the dimensions of the piston, and thus also on the dimensions of the cooling channel, the partition dimensioned appropriately.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Trennelement aus einem Metall oder einem Leichtmetall, vorzugsweise aus Stahl, aus einer Stahllegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Des Weiteren ist es möglich, dass das Trennelement aus einem Kunststoff oder einem Hartstoff besteht. In a preferred embodiment of the invention, the separating element made of a metal or a light metal, preferably made of steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy. Furthermore, it is possible that the separating element consists of a plastic or a hard material.
Das Trennelement wird vorzugsweise mittels eines Urformverfahrens, beispielsweise Gießen, mittels eines Umformverfahrens, beispielsweise Schmieden oder Pressen, und/oder mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens, beispielsweise Drehen, Schleifen oder Fräsen, hergestellt. Der Druckraum in dem Kühlkanal des Kolbens bildet sich dabei zwischen einem Teil der Wand des Kühlkanals und einem Teil der Wand des Trennelementes. Der Druckraum ist gemäß der Erfindung mit Öl unter Druck befüllt. Alternativ ist es auch möglich, dass der Druckraum mit einem beliebigen anderen Kühlmedium befüllt ist. The separating element is preferably produced by means of a primary shaping method, for example casting, by means of a forming process, for example forging or pressing, and / or by means of a machining production method, for example turning, grinding or milling. The pressure chamber in the cooling channel of the piston is formed between a part of the wall of the cooling channel and a part of the wall of the separating element. The pressure chamber is filled according to the invention with oil under pressure. Alternatively, it is also possible that the pressure chamber is filled with any other cooling medium.
Ein Teil der Oberfläche des Druckraums im Kolben wird bevorzugt mittels eines Fertigungsverfahrens, vorzugsweise mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens, zur Erzeugung einer guten Oberflächenqualität bearbeitet. Die gute Oberflächenqualität ermöglicht die passende Einbringung des Trennelementes in den mittels eines Fertigungsverfahrens wie Schleifen und/oder Fräsen bearbeiteten Kühlkanal. Dabei wird der Teil der Oberfläche des Druckraums bevorzugt von der Seite her bearbeitet, das heißt, dass Werkzeug bearbeitet, beispielsweise bei einem zweiteiligen Kolben, passend die Druckraumwand an den Berührflächen von Trennelement und von Druckraumwand wie aber auch die weitere Oberfläche des Druckraums jeweils von der Seite her. A part of the surface of the pressure chamber in the piston is preferably processed by means of a manufacturing process, preferably by means of a machining production process, to produce a good surface quality. The good surface quality enables the appropriate introduction of the separating element in the processed by a manufacturing process such as grinding and / or milling cooling channel. In this case, the part of the surface of the pressure chamber is preferably processed from the side, that is, tools machined, for example, in a two-piece piston, matching the pressure chamber wall at the contact surfaces of separating element and pressure chamber wall as well as the other surface of the pressure chamber respectively from the Side.
Durch die passende Einbringung des Trennelementes in den Kühlkanal ist ein geschlossener Druckraum bildbar, da die Wände des Kühlkanals mit dem Trennelement eine Passung mit geringer Toleranz bilden. By the proper introduction of the separating element in the cooling channel, a closed pressure chamber can be formed, since the walls of the cooling channel with the separating element form a fit with low tolerance.
Der von dem Trennelement gebildete Druckraum in dem Kühlkanal wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über zumindest ein Dichtelement, vorzugsweise mittels zumindest eines Dichtringelementes und/oder mindestens eines Hartgummis, gegenüber dem Kühlkanal im Kolben an Teilen der Berührfläche von Trennelement und Kühlkanal abgedichtet, um Druckverlust im Druckraum zu vermeiden. Je nach Form und Ausgestaltung der sich berührenden Flächen von Trennelement und Kühlkanal wird vorzugsweise ein Dichtringelement und/oder Hartgummi verwendet. The pressure chamber formed by the separating element in the cooling channel is sealed in a further advantageous embodiment of the invention via at least one sealing element, preferably by means of at least one sealing ring element and / or at least one hard rubber against the cooling channel in the piston parts of the contact surface of the separating element and the cooling channel to To avoid pressure loss in the pressure chamber. Depending on the shape and design of the contacting surfaces of the separating element and the cooling channel, a sealing ring element and / or hard rubber is preferably used.
In dem mit Öl befüllten Druckraum wird dabei bevorzugt ein Druck von 1 ,5 bis 10 bar, vorzugsweise ein Druck von etwa 3 bar, aufgebaut. Dadurch baut sich kontinuierlich ein Druck in dem Druckraum auf und Öl wird kontinuierlich in dem Druckraum gesammelt. Dabei strömt neues Öl jeweils mit einem bestimmten Druck und Volumenstrom in den Druckraum kontinuierlich nach, so dass der für den Betrieb eingestellte Druck erhalten bleibt. Der in dem mit Öl befüllten Druckraum aufgebaute Druck wird bevorzugt über Pleuel oder Bolzen mittels Pumpwirkung oder Einspritzen erzeugt. Bei Zuführung des Öls über den Bolzen ist beispielsweise möglich, dass das Öl über die Bolzenbohrung zugeführt wird. Je nach Verwendung und Größe des Kolbens kann ein anderer Druck, der außerhalb der Grenzen von 1 ,5 bar und 10 bar liegt, passend eingestellt werden. In the pressure chamber filled with oil is preferably a pressure of 1, 5 to 10 bar, preferably a pressure of about 3 bar, constructed. As a result, a pressure builds up continuously in the pressure space and oil is continuously collected in the pressure space. In doing so, new oil flows continuously into the pressure chamber at a certain pressure and flow rate, so that it can be used for operation set pressure is maintained. The pressure built up in the oil-filled pressure chamber is preferably generated via connecting rods or bolts by means of pumping action or injection. When the oil is supplied via the bolt, it is possible, for example, for the oil to be supplied via the pin bore. Depending on the use and size of the piston, a different pressure, which is outside the limits of 1, 5 bar and 10 bar, can be set appropriately.
Als eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird das Trennelement an dem Kühlkanal mittels einer reibschlüssigen Verbindung, vorzugsweise einer Schraubenverbindung oder einer Preßverbindung, befestigt. Bei einer Schraubenverbindung wird dabei das Trennelement in dem Kühlkanal positioniert und vorzugsweise mittels mindestens einer Schraube und mindestens einem Gewinde in dem Kolben an den Kühlkanal befestigt. Bei der Preßverbindung wird das Trennelement in den Kühlkanal so befestigt, dass sich bevorzugt eine nichtlösbare Verbindung zwischen Trennelement und Kühlkanal bildet. As a preferred embodiment of the invention, the separating element is attached to the cooling channel by means of a frictional connection, preferably a screw connection or a press connection. In a screw connection while the separating element is positioned in the cooling channel and preferably secured by at least one screw and at least one thread in the piston to the cooling channel. In the press connection, the separating element is mounted in the cooling channel so that preferably forms a non-detachable connection between the separating element and the cooling channel.
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass das Trennelement an dem Kühlkanal mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise Kleben und/oder Schweißen, befestigt ist. Bei der stoffschlüssigen Verbindung wird das in dem Kühlkanal positionierte Trennelement an diesem vorzugsweise festgeklebt und/oder mit diesem vorzugsweise verschweißt. Dadurch ergibt sich eine nichtlösbare Verbindung zwischen Trennelement und Kühlkanal. Alternatively or additionally, it is possible that the separating element is attached to the cooling channel by means of a material connection, preferably gluing and / or welding. In the cohesive connection, the separating element positioned in the cooling channel is preferably glued to it and / or preferably welded thereto. This results in a non-detachable connection between the separating element and the cooling channel.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es möglich, dass das Trennelement in dem Kühlkanal mittels eines Urformverfahrens, vorzugsweise Gießen, erzeugt wird. Der Kolben wird dabei auch bevorzugt durch ein urformendes Verfahren, beispielsweise Sandguss oder Kokillenguss, als einteiliger Kolben hergestellt. Der Kühlkanal und das darin befindliche Trennelement werden dann zusammen beispielsweise beim Gießen mittels Sandguss mit der Technik des verlorenen Kerns direkt im Kolben mit hergestellt. Alternativ kann das Trennelement beim Kokillenguss auch direkt in den Kolben mittels der Technik des verlorenen Kehrens beim Gießen mit eingegossen werden. Alternativ können das Oberteil und das Unterteil separat voneinander gegossen werden, wobei beim Gießen des Oberteils oder des Unterteils das Trennelement mit eingegossen wird. Alternativ ist es auch möglich, dass der Kolben oder das Ober- und das Unterteil mittels eines Umformverfahrens, wie beispielsweise Schmieden oder Pressen, oder mittels eines spanenden Verfahrens, beispielsweise Drehen oder Fräsen, hergestellt werden. Alternativ kann das das Oberteil und das Unterteil jeweils auch mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren hergestellt werden. In a further advantageous embodiment, it is possible that the separating element in the cooling channel by means of a primary molding process, preferably casting, is generated. The piston is also preferably produced by a urformendes process, such as sand casting or chill casting, as a one-piece piston. The cooling channel and the separating element therein are then produced together, for example, during casting by means of sand casting with the lost core technique directly in the piston. Alternatively, the dividing element may also be poured directly into the flask by means of the technique of lost sweeping during casting during casting. Alternatively, the upper part and the lower part can be cast separately from each other, wherein during the casting of the upper part or of the lower part, the separating element is cast with. Alternatively, it is also possible that the piston or the upper and the lower part by means of a forming process, such as forging or pressing, or by means of a machining process, such as turning or milling, are produced. Alternatively, the upper part and the lower part can each also be produced with different production methods.
Der einteilige Kolben ist bevorzugt aus einem Metall oder Leichtmetall, vorzugsweise aus Eisen, aus Stahl, aus einer Stahllegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Bei einem zweiteiligen Kolben, der ein Oberteil und Unterteil aufweist, werden gleiche oder unterschiedlichen Materialen für das Oberteil und Unterteil verwendet. Als Material für das Oberteil und das Unterteil wird bevorzugt Metall oder Leichtmetall, insbesondere Eisen, Stahl, eine Stahllegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, verwendet. The one-piece piston is preferably made of a metal or light metal, preferably iron, steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy. In a two-piece piston having a top and bottom, same or different materials are used for the top and bottom. The material for the upper part and the lower part is preferably metal or light metal, in particular iron, steel, a steel alloy, aluminum or an aluminum alloy used.
Im Folgenden wird nur die Ausgestaltung einer einzigen Öffnung in dem Trennelement beispielspielhaft beschrieben. Das unter Druck stehende und zur Kühlung des Kolbens verwendete Öl in dem Druckraum wird durch zumindest eine Öffnung in dem Trennelement in Richtung der Unterseite des Kolbens kontinuierlich gespritzt. Das Öl wird bevorzugt gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens kontinuierlich gespritzt, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüber liegend, der dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist. Dadurch wird genau der Bereich des Kolbens gekühlt, der nicht durch mindestens einen Brennstrahl gekühlt wird. Bekannt ist aus Temperaturmessungen, dass in den Bereichen, an denen der Brennstrahl im Kolben nicht auftrifft und nicht durch Kraftstoff des Brennstrahls gekühlt wird, eine Temperatur von 100 0C und mehr auftritt. In dem Bereich, in dem der Brennstrahl im Kolben auftrifft, ist die Temperatur geringer, als in dem Bereich, in dem der Brennstrahl nicht auftritt. Unter einem Brennstrahl ist ein in den Brennraum eingeleiteter Kraftstoffstrahl zu verstehen, der auf der Oberfläche des Kolbenbodens auftrifft und im Brennraum verbrannt wird. In the following, only the embodiment of a single opening in the separating element will be described by way of example. The pressurized oil used to cool the piston in the pressure space is continuously injected through at least one opening in the separation element towards the bottom of the piston. The oil is preferably continuously sprayed onto the region of the underside of the piston crown which lies opposite the region of the piston crown which is not directly exposed to the combustion jet. As a result, exactly the area of the piston is cooled, which is not cooled by at least one combustion jet. It is known from temperature measurements that in the areas where the jet does not impinge in the flask and is not cooled by fuel of the combustion jet, a temperature of 100 0 C and more occurs. In the area where the burning jet impinges in the bulb, the temperature is lower than in the area where the burning jet does not occur. A combustion jet is understood to mean a fuel jet introduced into the combustion chamber, which impinges on the surface of the piston crown and is burnt in the combustion chamber.
Es ist möglich, dass die Öffnung in dem Trennelement selbst ausgebildet ist oder durch zwei oder mehr Einzelteile, die zusammen zu einem Trennelement zusammensetzbar sind, gebildet wird. Das Trennelement ist je nach Ausgestaltung des Kühlkanals auch nach Art eines Verteilrings oder Rings ausgebildet, wobei das Öl durch die Öffnung des Trennelementes jeweils passend auf die Unterseite des Kolbenbodens, bezogen auf den kreis-, ring- und/oder ellipsenförmigen Umlauf des Kühlkanals, gespritzt wird. Der Kühlkanal kann auch bei einem kreis-, ring- und/oder ellipsenförmigen Umlauf im Verlauf unterbrochen sein, so dass sich nur beim gedanklichen Verbinden der unterbrochenen Bereiche eine vollständige Kreis-, Ring- und/oder Ellipsenform ergibt. It is possible that the opening is formed in the partition member itself or is formed by two or more individual parts which are composable together to form a partition member. The separating element is depending on the configuration the cooling channel also formed in the manner of a distribution ring or ring, wherein the oil is injected through the opening of the separating element respectively fitting to the underside of the piston head, based on the circular, annular and / or elliptical circulation of the cooling channel. The cooling channel may also be interrupted in the course of a circular, annular and / or elliptical circulation, so that a complete circle, ring and / or elliptical shape results only when the interrupted areas are connected by thought.
Die Öffnung in dem Trennelement ist bevorzugt als eine normale Bohrung ausgeführt. Dabei ist die Öffnung in dem Trennelement fertigungstechnisch bezogen auf die Oberfläche und Form nicht besonders bearbeitet. Alternativ kann die Öffnung auch als Venturi-Düse oder nach Art eines anderen Düsentyps ausgebildet sein. Dabei kann alternativ auch die Öffnung, die eine normale Bohrung ist, nach Art einer Düse ausgebohrt sein, so dass sich eine Bohrung nach Art einer Düse ergibt. Alternativ ist es möglich, dass die Öffnung schon während des Gießens des Trennelementes selbst in dem Trennelement eingebracht wird. Die Öffnung ist als eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise rohrförmig, schlitzförmig und/oder düsenförmig ausgebildet. Bei einer Ausgestaltung der Öffnung als ein breiter Schlitz ergibt sich eine schlitzförmige Öffnung, aus der ein breiter flächiger Strahl austreten kann. The opening in the separating element is preferably designed as a normal bore. In this case, the opening in the separating element is not specially processed in terms of production technology with respect to the surface and shape. Alternatively, the opening may also be formed as a Venturi nozzle or in the manner of another type of nozzle. In this case, alternatively, the opening, which is a normal bore, be drilled out in the manner of a nozzle, so that a bore results in the manner of a nozzle. Alternatively, it is possible that the opening is introduced even during the casting of the separating element itself in the separating element. The opening is formed as a further advantageous embodiment of the invention is preferably tubular, slit-shaped and / or nozzle-shaped. In one embodiment of the opening as a wide slot results in a slot-shaped opening from which a broad area beam can emerge.
Die Öffnung ist gemäß der Erfindung so in Richtung dem Bereich der Unterseite des Kolbenbodens ausgerichtet, dass das Öl kontinuierlich gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens spritzt, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüberliegt, der dem mindestens einen Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist. Alternativ oder ergänzend kann die Öffnung in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung auch in Richtung einem Bereich des Unterseite des Kolbenbodens ausgerichtet sein, so dass das Öl gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenboden kontinuierlich gespritzt wird, der dem Bereich des Kolbenbodens gegenüberliegt, der dem mindestens einen Brennstrahl direkt ausgesetzt ist. Dadurch ist es möglich, dass Bereiche der Unterseite des Kolbenbodens, die gegenüberliegend Brennstrahlen ausgesetzt sind, und Bereiche der Unterseite des Kolbenbodens, die gegenüberliegend nicht direkt Brennstrahlen ausgesetzt sind, bei Verwendung von mindestens zwei Öffnungen mit Hilfe der jeweiligen Öffnung, beispielsweise mit Zuordnung, angespritzt werden, so dass sowohl der Bereich von der einen Öffnung angespritzt wird, der einem Brennstrahl ausgesetzt ist, als auch der Bereich von der anderen Öffnung angespritzt wird, der keinem Brennstrahl ausgesetzt ist, angespritzt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass Öl durch eine einzige Öffnung auf einen Bereich der Unterseite des Kolbens gespritzt wird, der auf der gegenüberliegenden Seite jeweils in Teilbereichen einem Brennstrahl ausgesetzt ist und in Teilbereichen jeweils keinem Brennstrahl ausgesetzt ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist möglich, dass die Form und Ausgestaltung der Öffnungen in dem Trennelement variiert, so dass verschiedene Öffnungsarten in einem Trennelement vorhanden sind. The opening is aligned according to the invention in the direction of the region of the underside of the piston crown, that the oil continuously injected selectively on the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, which is not directly exposed to the at least one combustion jet. Alternatively or additionally, the opening may be aligned in a further advantageous embodiment in the direction of a region of the underside of the piston crown, so that the oil is sprayed specifically targeted to the region of the underside of the piston crown, which is opposite to the region of the piston crown, the at least one Burning jet is exposed directly. This makes it possible that areas of the underside of the piston head, which are exposed to the opposite combustion jets, and areas of the underside of the piston head, which are not directly exposed to direct burning jets, using at least two openings by means of the respective opening, for example, with assignment, be sprayed so that both the area is sprayed by the one opening, which is exposed to a combustion jet, as well as the area is sprayed from the other opening, which is not exposed to a jet, is injected. Alternatively, it is also possible that oil is injected through a single opening on a region of the underside of the piston, which is exposed on the opposite side in each case in some areas of a combustion jet and is exposed in some areas each no jet. In a further advantageous embodiment, it is possible that the shape and configuration of the openings in the separating element varies, so that different types of opening are present in a separating element.
Das Öl wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus dem Druckraum durch eine Hub-Bewegung des Kolbens durch die Öffnung des Trennelementes zusätzlich in Richtung der Unterseite des Kolbens entnommen und beschleunigt. Durch die Massenträgheit des Öls in dem Druckraum wird durch die Hub-Bewegung des Kolbens der Druck in dem Druckraum vergrößert, vor allem dann, wenn der Kolben sich aus dem Brennraum wieder heraus bewegt und der Brennraum sich dabei vergrößert. The oil is additionally removed and accelerated in a further advantageous embodiment of the invention from the pressure chamber by a stroke movement of the piston through the opening of the separating element in the direction of the underside of the piston. Due to the inertia of the oil in the pressure chamber, the pressure in the pressure chamber is increased by the stroke movement of the piston, especially when the piston moves out of the combustion chamber and the combustion chamber increases.
Um eine optimale Kühlung des Kolbens während des Betriebs des Kolbens zu erreichen, muss die Anzahl der Öffnungen in dem Trennelement aufeinander abgestimmt sein. Auch muss der Durchmesser der jeweiligen Öffnung für eine optimale Kühlung angepasst sein. Die Abmessungen der Öffnung in dem Trennelement wird dabei jeweils den Abmessungen des Trennelementes und der notwendigen Kühlleistung für den jeweiligen Kolben angepasst. Bevorzugt wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eine Anzahl von Öffnungen von 1 bis 180 für einen komplett umlaufenden Kanal verwendet. Die Anzahl der Öffnungen für einen unterbrochenen Kühlkanal ergibt sich jeweils mit Hilfe des Faktors, der sich aus dem Verhältnis von Länge unterbrochener Kühlkanal zu Länge komplett umlaufender Kühlkanal errechnen lässt. So ist bei einem zu 50 % umlaufenden Kühlkanal die bevorzugte Anzahl der Öffnungen 1 bis 90, da das sich ergebende Verhältnis 0,5 ist. Alternativ oder ergänzend kann das Verhältnis von Anzahl der Öffnungen zu Durchmesser der Öffnung zwischen 1 :10 1/mm (eins zu zehn pro Millimeter) und 360:1 1/mm (360 zu eins pro Millimeter) liegen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben aus einem Oberteil und einem Unterteil hergestellt, aus denen mindestens eine gemeinsame Auflagefläche bei dem Zusammenbau des Kolbens bildbar ist. Dadurch ist eine einfache Positionierung und Montage des separaten Trennelementes in den Kolben in dem Bereich der Auflagefläche möglich. In order to achieve optimum cooling of the piston during operation of the piston, the number of openings in the separator must be coordinated. Also, the diameter of the respective opening must be adapted for optimum cooling. The dimensions of the opening in the separating element is in each case adapted to the dimensions of the separating element and the necessary cooling capacity for the respective piston. Preferably, in a further advantageous embodiment, a number of openings from 1 to 180 are used for a complete circumferential channel. The number of openings for an interrupted cooling channel results in each case with the help of the factor, which can be calculated from the ratio of the length of the interrupted cooling channel to the length of the complete circumferential cooling channel. Thus, with a 50% circumferential cooling channel, the preferred number of openings is 1 to 90 because the resulting ratio is 0.5. Alternatively or additionally, the ratio of the number of openings to the diameter of the opening may be between 1: 10 1 / mm (one to ten per millimeter) and 360: 1 1 / mm (360 to one per millimeter). In a further advantageous embodiment of the invention, the piston is made of an upper part and a lower part, from which at least one common bearing surface in the assembly of the piston can be formed. As a result, a simple positioning and mounting of the separate separating element in the piston in the region of the support surface is possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der Kolben mindestens einen Kühlschlitz und/oder mindestens eine Kühlbohrung. Der Kühlschlitz und/oder die Kühlbohrung können bevorzugt jeweils zwischen den unterbochenen Kühlkanälen angeordnet sein, so dass die Kühlung des Kolbens bzw. des Kolbenbodens mit Hilfe des Kühlschlitzes und/oder der Kühlbohrung verstärkt wird. In a further advantageous embodiment of the invention, the piston contains at least one cooling slot and / or at least one cooling hole. The cooling slot and / or the cooling hole may preferably be arranged in each case between the interrupted cooling channels, so that the cooling of the piston or the piston crown is reinforced by means of the cooling slot and / or the cooling hole.
In den vier Zeichnungen sind bevorzugt Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: In the four drawings embodiments of the invention are preferred explained. Show it:
Figur 1 : einen Ausschnitt aus einem Kolben, in dessen Kühlkanal das Figure 1: a section of a piston, in the cooling channel of the
Trennelement mittels Stehbolzen an dem Kühlkanal befestigt ist,  Separating element is attached by means of stud bolts to the cooling channel,
Figur 2 und 3: ein Trennelement in einem Kolbenausschnitt, der mit Hilfe von Figure 2 and 3: a separating element in a piston neck, with the aid of
Hartgummi und mittels Schrauben in dem Kühlkanal des Kolbens fixiert ist und  Hard rubber and is fixed by means of screws in the cooling channel of the piston and
Figur 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trennelementes in einem Figure 4: another embodiment of a separating element in a
Ausschnitt aus einem Kolben.  Detail of a piston.
In den vier Figuren, Figur 1 bis 4, ist ein Ausschnitt aus einem Kolben 1 für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Der Kolben 1 ist in den drei Ausführungsbeispielen jeweils identisch aufgebaut und wird im Folgenden zuerst allgemein beschrieben. Anschließend werden die drei Ausführungsbeispiele jeweils im Detail dargestellt. Abschließend wird der Kolben im Betriebszustand mit Bezug auf die drei Ausführungsbeispiele beschrieben. Gleiche Bauteile sind in den vier Figuren mit gleichen Bezugsziffern benannt und neue Bezugsziffern werden in den Figuren für unterschiedliche Bauteile verwendet. In the four figures, Figure 1 to 4, a section of a piston 1 is shown for an internal combustion engine. The piston 1 is constructed identically in each case in the three exemplary embodiments and will first be described generally in the following. Subsequently, the three embodiments are each shown in detail. Finally, the piston in the operating state will be described with reference to the three embodiments. The same components are in the four figures with Named the same reference numerals and new reference numerals are used in the figures for different components.
Der Kolben 1 für eine Brennkraftmaschine ist in den drei Ausführungsbeispielen aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 hergestellt. The piston 1 for an internal combustion engine is made in the three embodiments of an upper part 2 and a lower part 3.
Das Oberteil 2 ist gegenüber dem Unterteil 3 separat hergestellt. Zwischen Oberteil 2 und Unterteil 3 ist mindestens eine gemeinsame Auflagefläche bildbar. In den drei Beispielen werden jeweils zwei Auflageflächen 4, 5 gebildet. The upper part 2 is manufactured separately from the lower part 3. Between upper part 2 and lower part 3 at least one common support surface is formed. In the three examples, two bearing surfaces 4, 5 are formed in each case.
Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 sind im Ausführungsbeispiel mittels einer reibschlüssigen Verbindung, im Beispiel mittels einer einzigen Schraubenverbindung, miteinander verbunden (nicht dargestellt). Zum Positionieren des Oberteils 2 und des Unterteils 3 wird ein Stift verwendet, der die beiden Auflageflächen 4, 5 passend positioniert. The upper part 2 and the lower part 3 are in the embodiment by means of a frictional connection, in the example by means of a single screw connection, connected to each other (not shown). To position the upper part 2 and the lower part 3, a pin is used, which positions the two bearing surfaces 4, 5 appropriately.
Alternativ oder ergänzend können das Oberteil und das Unterteil auch mittels einer weiteren reibschlüssigen Verbindung, beispielsweise einer Preßverbindung, miteinander verbunden werden. Alternatively or additionally, the upper part and the lower part can also be connected to one another by means of a further frictional connection, for example a press connection.
Alternativ oder ergänzend können das Oberteil und das Unterteil auch mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise Kleben und/oder Schweißen, miteinander verbunden werden. Alternatively or additionally, the upper part and the lower part can also be connected to each other by means of a cohesive connection, for example gluing and / or welding.
Der Kolben 1 enthält mindestens eine Brennraummulde 6, in den Beispielen jeweils eine einzige Brennraummulde 6, mindestens eine Ringnut 7, in den Beispielen jeweils drei um den gesamten Kolben 1 umlaufende Ringnuten 7, einen einzigen Kolbenboden 17, mindestens einen Kühlkanal 9, in den Beispielen jeweils zwei im Kolben 1 unterbrochene Kühlkanale 9, und mindestens eine Auslassöffnung 10 zur Abfuhr des Öls aus dem jeweiligen Kühlkanal 9, in den Beispielen mehrere Auslassöffnungen 10 für den jeweiligen unterbrochenen Kühlkanal 9. Des weiteren weist der Kolben 1 für jeden unterbrochenen Kühlkanal 9 in dem jeweiligen Ausführungsbeispiel nach Figur 1 bis 3 einen einzigen in dem jeweiligen unterbrochenen Kühlkanal 9 umlaufenden Dichtring 8 in einer Nut auf und in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 zwei in dem jeweiligen unterbrochenen Kühlkanal 9 umlaufende Dichtringe 8 auf. Der jeweilige Dichtring 8 hat im Kolben 1 primär die Aufgabe, den jeweiligen unterbrochenen Kühlkanal 9 gegenüber den Bereich der Zylinderbuchse abzudichten. Mindestens ein Brennstrahl trifft auf die Oberseite des Kolbenbodens 17 auf. In den Beispielen treffen mehrere Brennstrahlen auf die Oberseite des Kolbenbodens 17 auf (nicht in den Figuren 1 bis 4 dargestellt). The piston 1 contains at least one combustion bowl 6, in the examples in each case a single combustion bowl 6, at least one annular groove 7, in the examples in each case three annular grooves 7 surrounding the entire piston 1, a single piston head 17, at least one cooling channel 9, in the examples two interrupted in the piston 1 cooling channels 9, and at least one outlet opening 10 for discharging the oil from the respective cooling channel 9, in the examples a plurality of outlet openings 10 for the respective interrupted cooling channel 9. Furthermore, the piston 1 for each interrupted cooling channel 9 in the each embodiment of Figure 1 to 3 a single in the respective interrupted cooling channel 9 circumferential sealing ring 8 in a groove and in the Embodiment of Figure 4, two in the respective interrupted cooling channel 9 circumferential sealing rings 8. The respective sealing ring 8 has in the piston 1 primarily the task of sealing the respective interrupted cooling channel 9 with respect to the region of the cylinder liner. At least one burning jet impinges on the upper side of the piston crown 17. In the examples, several firing jets strike the top of the piston crown 17 (not shown in FIGS. 1 to 4).
Im Folgenden wird beispielhaft einer der beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 im Kolben 1 im Detail beschriebenen. Der andere unterbrochene Kühlkanal 9 ist identisch aufgebaut. Die beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 sind dabei jeweils so im Kolben 1 angeordnet, dass diese in einer Ebene und mit gleicher Entfernung zur Kolbenmittelachse (in Hubrichtung gesehen) im Kolben 1 mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, so dass sich in den jeweiligen Ausführungsbeispielen eine symmetrische Anordnung ergibt. Die beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 bilden dabei jeweils aufgrund ihrer Abmessungen einen Winkel von ca. 150°. Der Kolben 1 , der die beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 aufweist, kann zusätzlich mindestens einen Kühlschlitz und/oder mindestens eine Kühlbohrung an den Stellen enthalten, an denen der Abstand zwischen den beiden unterbrochenen Kühlkanälen 9 existiert. Im Beispiel sind jeweils zwei Kühlschlitze an diesen Stellen zur weiteren Unterstützung der Kühlung mit eingebracht. In the following, one of the two interrupted cooling channels 9 in the piston 1 will be described in detail by way of example. The other interrupted cooling channel 9 is identical. The two interrupted cooling channels 9 are each arranged in the piston 1, that they are arranged in a plane and at the same distance to the piston central axis (in the stroke direction) in the piston 1 at the same distance from each other, so that in the respective embodiments, a symmetrical arrangement results. The two interrupted cooling channels 9 each form an angle of approximately 150 ° due to their dimensions. The piston 1, which has the two interrupted cooling channels 9, may additionally contain at least one cooling slot and / or at least one cooling bore at the locations where the distance between the two interrupted cooling channels 9 exists. In the example, in each case two cooling slots are introduced at these points to further support the cooling.
Der im Folgenden beschriebene eine der beiden unterbrochenen Kühlkanäle 9 im Kolben 1 wird im jeweiligen Ausführungsbeispiel durch ein Trennelement 11 in zwei Bereiche unterteilt. Der eine sich bildende Bereich des Kühlkanals 9 ist ein sich bildender Druckraum 12, der sich zwischen einem Teil der Wand des Kühlkanals 9 und einem Teil der Wand des Trennelementes 11 bildet. Der andere, zweite Bereich in dem Kühlkanal 9 ist ein vom Volumen gegenüber dem ursprünglichen Kühlkanal 9 reduzierter Kühlkanal 9a. The described below one of the two interrupted cooling channels 9 in the piston 1 is divided in the respective embodiment by a separating element 11 into two areas. The one forming region of the cooling channel 9 is a forming pressure chamber 12 which forms between a part of the wall of the cooling channel 9 and a part of the wall of the separating element 11. The other, second region in the cooling channel 9 is a cooling channel 9a reduced from the volume compared to the original cooling channel 9.
In den drei Beispielen enthält der unterbrochene Kühlkanal 9 nur ein einziges Trennelement 11 , das aus nur einem einzigen Einzelteil besteht. Das Trennelement 1 1 läuft einmal in dem Bereich des gesamten unterbrochenen Kühlkanals 9 herum. Das Trennelement 11 enthält in den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 bis Figur 4 auch mindestens eine Öffnung 16. Die Ausführungsbeispiele enthalten jeweils mehrere Öffnungen 16, die in den jeweiligen Ausführungsbeispielen jeweils im Detail dargestellt werden. In the three examples, the interrupted cooling channel 9 contains only a single separating element 11, which consists of only a single item. The partition element 1 1 runs once in the area of the entire interrupted cooling channel 9 around. In the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 4, the separating element 11 also contains at least one opening 16. The exemplary embodiments each contain a plurality of openings 16, which are each shown in detail in the respective embodiments.
Alternativ kann das Trennelement aus mehreren Einzelteilen zu einem gesamten Trennelement zusammen gesetzt sein, wobei das Trennelement dann zusammengesetzt in dem Bereich des unterbrochenen Kühlkanals komplett umläuft. Mindestens eine Öffnung kann dabei auch durch mindestens zwei Trennelemente gebildet werden, so dass sich mindestens eine einzige Öffnung beim Zusammenbau der mindestens zwei Trennelemente bildet. Alternatively, the separating element may be composed of a plurality of individual parts to form an entire separating element, wherein the separating element then completely circulates in the region of the interrupted cooling channel. At least one opening can also be formed by at least two separating elements, so that at least one single opening is formed during the assembly of the at least two separating elements.
In den Beispielen ist das Trennelement 11 beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. In the examples, the partition member 11 is made of, for example, an aluminum alloy.
Im Folgenden werden die drei Ausführungsbeispiele weiter jeweils einzeln im Detail dargestellt. In the following, the three exemplary embodiments are further illustrated individually in detail.
Das Trennelement 11 ist im Beispiel nach Figur 1 in den unterbrochenen Kühlkanal 9 mittels einer reibschlüssigen Verbindung, im Beispiel mittels einer Schraubenverbindung, befestigt. The separating element 11 is in the example of Figure 1 in the interrupted cooling channel 9 by means of a frictional connection, in the example by means of a screw connection attached.
Für die Schraubenverbindung wird in dem unterbrochenen Kühlkanal 9 des Kolbens 1 im Beispiel ein Stehbolzen 13 verwendet, der im Unterteil 3 des Kolbens 1 mit Hilfe eines Gewindes festgeschraubt wird. Zur Befestigung des Trennelementes 11 in dem unterbrochenen Kühlkanal 9 des Kolbens 1 werden bevorzugt drei Stehbolzen 13 verwendet. Alternativ kann statt des Stehbolzens 13 ein beliebig anderer Schraubentyp, wie z. B. eine Zylinderschraube, verwendet werden, um das Trennelement 11 an dem Kolben 1 zu befestigen. Des Weiteren enthält das Unterteil 3 an den Stellen, an denen der jeweilige Stehbolzen 13 vorgesehen ist, passende Gewindebohrungen. For the screw connection, a stud bolt 13 is used in the interrupted cooling channel 9 of the piston 1 in the example, which is screwed in the lower part 3 of the piston 1 by means of a thread. For fixing the separating element 11 in the interrupted cooling channel 9 of the piston 1, three stud bolts 13 are preferably used. Alternatively, instead of the stud bolt 13 any other type of screw, such. As a cylinder screw, used to attach the separating element 11 to the piston 1. Furthermore, the lower part 3 contains at the locations where the respective stud bolt 13 is provided, matching threaded holes.
Das Trennelement 1 1 enthält des Weiteren an den Stellen, an denen der jeweilige Stehbolzen 13 unterhalb des Trennelementes 1 1 positioniert ist, passend eingelassene Befestigungsöffnungen 14. Beispielhaft wird folgend einer der verwendeten Stehbolzen 13 beschrieben, der in Figur 1 dargestellt ist. The partition element 1 1 further contains at the locations at which the respective stud 13 is positioned below the partition element 1 1, fitting recessed mounting holes 14th By way of example, one of the stud bolts 13 used, which is shown in FIG. 1, is described below.
Das Trennelement 11 wird an der Oberseite des Stehbolzens 13, der mit seiner Unterseite in das Unterteil 3 mittels eines Gewindes festgeschraubt ist, mittels einer Mutter an diesem befestigt, in dem der Stehbolzen 13 in der Befestigungsöffnung 14 des Trennelementes 11 positioniert wird. The partition member 11 is secured to the top of the stud bolt 13, which is screwed with its underside in the lower part 3 by means of a thread, by means of a nut on this, in which the stud bolt 13 is positioned in the mounting hole 14 of the separating element 11.
Das Trennelement 11 liegt nach Figur 1 dabei in einem Bereich auf einer Fläche des Unterteils 3 auf, so dass sich ein Druckraum 12 bildet. Ein anderer Bereich des Trennelementes 11 wird mit der Wand des Kühlkanals 9 mittels zumindest eines Dichtelements, vorzugsweise mittels zumindest eines Dichtringelements 15 und/oder mindestens eines Hartgummis gegenüber dem reduzierten Kühlkanals 9a im Kolben 1 abgedichtet. Im Beispiel nach Figur 1 wird für das Trennelement 11 jeweils ein einziges Dichtringelement 15 verwendet, dass den Druckraum 12 zwischen Trennelement 11 und der Wand des Kühlkanals 9 abdichtet. Das Dichtringelement 15 ist dabei gemäß Figur 1 in eine Nut in dem Trennelement 11 eingelassen. According to FIG. 1, the separating element 11 rests in a region on a surface of the lower part 3, so that a pressure chamber 12 is formed. Another area of the separating element 11 is sealed to the wall of the cooling channel 9 by means of at least one sealing element, preferably by means of at least one sealing ring element 15 and / or at least one hard rubber opposite the reduced cooling channel 9a in the piston 1. In the example of Figure 1, a single sealing ring member 15 is used for the partition member 11 that seals the pressure chamber 12 between the partition member 11 and the wall of the cooling channel 9. The sealing ring element 15 is inserted according to Figure 1 in a groove in the separating element 11.
Alternativ kann das Trennelement gegenüber der Wand des Kühlkanals mittels eines Hartgummis abgedichtet werden, dass beispielsweise zwischen dem Trennelement und der Kühlkanalwand im Unterteil positioniert ist. Alternatively, the separating element can be sealed against the wall of the cooling channel by means of a hard rubber, which is positioned for example between the separating element and the cooling channel wall in the lower part.
Die Oberfläche des Druckraums 12 im Kolben 1 wird mittels eines Fertigungsverfahrens, vorzugweise mittels eine spanenden Fertigungsverfahrens wie z. B. Fräsen und/oder Schleifen, zur Erzeugung einer guten Oberflächenqualität vor dem Einsetzen des Trennelementes 11 bearbeitet, um ein gutes Abdichten des im Beispiel verwendeten Dichtringelements 15 und ein gutes Anliegen des Trennelementes 11 auf dem Unterteil 3 in dem Kühlkanal 9 zu ermöglichen. Im Beispiel wird der Druckraum 12 zuerst gefräst und anschließend geschliffen, so dass sich eine glatte, qualitativ hochwertige Oberfläche ergibt. The surface of the pressure chamber 12 in the piston 1 is by means of a manufacturing process, preferably by means of a machining production process such. As milling and / or grinding, processed to produce a good surface quality before the onset of the separating element 11 to allow a good sealing of the sealing ring member 15 used in the example and a good concern of the separating element 11 on the lower part 3 in the cooling channel 9. In the example, the pressure chamber 12 is first milled and then ground, so that results in a smooth, high-quality surface.
Bei bestimmten Ausgestaltungen des Kolbens, wie z. B. bei gegossenen Kolben, kann auch auf diesen Verfahrensschritt verzichtet werden. Alternativ oder ergänzend kann das Trennelement auch in dem Kühlkanal mittels einer weiteren reibschlüssigen Verbindung, vorzugsweise einer Preßverbindung, befestigt werden. Dazu bilden die Trennelemente und die Wand des Kühlkanals eine reibschlüssige Verbindung, in dem das Trennelement zum Beispiel keilförmig in das Unterteil eingesetzt bzw. eingepresst wird. In certain embodiments of the piston, such as. B. in cast pistons, can also be dispensed with this process step. Alternatively or additionally, the separating element can also be fixed in the cooling channel by means of a further frictional connection, preferably a press connection. For this purpose, the separating elements and the wall of the cooling channel form a frictional connection, in which the separating element is for example inserted or pressed in wedge shape into the lower part.
Alternativ oder ergänzend kann das Trennelement auch in dem Kühlkanal mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise mittels Kleben und/oder Schweißen, befestigt werden. Dazu wird das Trennelement mit der Wand des Kühlkanals verklebt und/oder verschweißt. Alternatively or additionally, the separating element can also be fastened in the cooling channel by means of a cohesive connection, preferably by means of gluing and / or welding. For this purpose, the separating element is glued to the wall of the cooling channel and / or welded.
Dem Druckraum 12 wird im Ausführungsbeispiel Öl mittels mehrerer Öleintrittsöffnungen zugeführt, die sich im Unterteil 3 des Kolbens 1 befinden (nicht in Figur 1 dargestellt). In the exemplary embodiment, the pressure chamber 12 is supplied with oil by means of a plurality of oil inlet openings, which are located in the lower part 3 of the piston 1 (not shown in FIG. 1).
Das Trennelement 11 gemäß Figur 1 hat mehrere Öffnungen 16, die rohrförmig ausgebildet sind. Das Trennelement 11 weist dabei gemäß Figur 1 mehrere rohrförmige Aufsätze auf, die jeweils mit Abstand voneinander angeordnet sind. In diese Aufsätze ist beispielsweise mittels Bohren jeweils eine rohrförmige Öffnung 16 gemäß Figur 1 eingebracht. Die jeweilige Öffnung 16 in Form einer Bohrung ist dabei jeweils nicht besonders bearbeitet. Durch die Form der Öffnung 16 ist es möglich, dass das Öl gezielt auf die Unterseite des Kolbenbodens 18 spritzbar ist. The separating element 11 according to FIG. 1 has a plurality of openings 16, which are tubular. In this case, according to FIG. 1, the separating element 11 has a plurality of tubular attachments which are each arranged at a distance from one another. In these essays, for example, by means of drilling, in each case a tubular opening 16 according to FIG. 1 is introduced. The respective opening 16 in the form of a bore is in each case not specially processed. Due to the shape of the opening 16, it is possible that the oil is sprayable targeted to the underside of the piston head 18.
Durch die Abmessungen der Aufsätze gemäß Figur 1 wird das aus dem Druckraum 12 austretende Öl nicht in das sich im reduzierten Kühlkanal 9a sammelnde Öl gespritzt, da der jeweilige Aufsatz aus dem sich sammelnden Öl in dem reduzierten Kühlkanal 9a herausragt. Due to the dimensions of the attachments according to FIG. 1, the oil emerging from the pressure chamber 12 is not sprayed into the oil collecting in the reduced cooling channel 9a, since the respective attachment protrudes from the collecting oil in the reduced cooling channel 9a.
Alternativ können einzelne Öffnungen auch düsenförmig, z. B. nach Art einer Venturi- Düse, ausgebildet sein. Dadurch wird der Druck des aus dem Druckraum austreten Öls gegenüber dem Druck bei einer normalen Bohrung weiter erhöht bzw. optimiert. Alternatively, individual openings can also be nozzle-shaped, z. B. in the manner of a venturi nozzle, be formed. As a result, the pressure of the oil emerging from the pressure chamber is further increased or optimized in relation to the pressure in the case of a normal bore.
Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel aus Figur 2 und Figur 3 im Detail dargestellt. In dem Trennelement 11 ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und 3 eine Art Aushöhlung eingelassen, die den Druckraum 12 bildet. Das Trennelement 11 liegt dabei auf einem in dem Bereich des unterbrochenen Kühlkanals 9 umlaufenden Hartgummi 20 auf, das passend in eine Aussparung des unterbrochenen Kühlkanals 9 im Unterteil 3 eingefügt ist. Das Hartgummi 20 passt sich dabei der Kontur des Kühlkanals 9 an. Die Aushöhlung wird über Pleuel oder Bolzen durch das Unterteil 3 und das Hartgummi 20 mit Hilfe mindestens einer Öleintrittsöffnung 21 , die durch beide jeweils hindurchgeht, mit Öl mittels Pumpwirkung oder Einspritzen versorgt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und 3 weist der Kolben 1 mehrere Öleintrittsöffnungen 21 auf. In der Aushöhlung baut sich durch das unter Druck aus den Öleintrittsöffnungen 21 zugefügte Öl ein Druck kontinuierlich auf, wobei das neue zugeführte Öl unter einen bestimmten Druck und unter einem bestimmten Volumenstrom kontinuierlich in den Druckraum 12, das heißt in die Aushöhlung, nachströmt. In the following, the embodiment of Figure 2 and Figure 3 is shown in detail. In the separator 11, a type of cavity is recessed in the embodiment of Figure 2 and 3, which forms the pressure chamber 12. The separating element 11 rests on a hard rubber 20 which revolves in the region of the interrupted cooling channel 9 and which is fittingly inserted in a recess of the interrupted cooling channel 9 in the lower part 3. The hard rubber 20 adapts to the contour of the cooling channel 9. The cavity is supplied by means of connecting rods or bolts through the lower part 3 and the hard rubber 20 by means of at least one oil inlet opening 21, which passes through both in each case with oil by means of pumping action or injection. In the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3, the piston 1 has a plurality of oil inlet openings 21. In the cavity, a pressure builds up continuously due to the oil added under pressure from the oil inlet openings 21, whereby the new supplied oil flows continuously under a certain pressure and under a certain volume flow into the pressure chamber 12, ie into the cavity.
Durch mindestens eine Befestigungsöffnung 14, im Beispiel vorzugweise drei Befestigungsöffnungen 14, in dem Trennelement 11 und durch mindestens ein Loch, im Beispiel vorzugsweise drei Löcher in dem Hartgummi 20, wird mindestens eine Zylinderschraube 22, im Beispiel vorzugweise drei Zylinderschrauben 22, nach Figur 3 durch das Trennelement 11 und das Hartgummi 20 hindurchgeführt und mit dem Unterteil 3 mittels mindestens eines Gewindes, im Beispiel drei Gewinden, mit diesem fest verschraubt. Dabei ist jeweils eine Zylinderschraube 22 durch eine Befestigungsöffnung 14 und durch ein Loch des Hartgummis 20 geführt und mit einem Gewinde gemäß Figur 3 verschraubt. Dadurch ist das Trennelement 11 und das Hartgummi 20 fest mit dem Unterteil 3 des Kolbens 1 verbunden und ein durch das Hartgummi 20 abgedichteter Druckraum 12 in dem unterbrochenen Kühlkanal 9 entsteht. By at least one mounting hole 14, in the example preferably three mounting holes 14, in the separator 11 and at least one hole, in the example preferably three holes in the hard rubber 20, at least one cylinder screw 22, in the example preferably three cylinder screws 22, according to Figure 3 by the separating element 11 and the hard rubber 20 passed and screwed to the lower part 3 by means of at least one thread, in the example three threads firmly with this. In each case, a cylinder screw 22 is guided through a fastening opening 14 and through a hole of the hard rubber 20 and screwed with a thread according to FIG. Thereby, the separating element 11 and the hard rubber 20 is firmly connected to the lower part 3 of the piston 1 and a sealed by the hard rubber 20 pressure chamber 12 is formed in the interrupted cooling channel 9.
Das Trennelement 11 nach Figur 2 und 3 weist mehrere schlitzförmige Öffnungen 16 auf, wobei in Figur 2 und Figur 3 jeweils nur eine Öffnung 16 dargestellt ist. Das Trenneiement 11 weist passende schlitzförmige Aufsätze auf, die jeweils eine schlitzförmige Öffnung 16 besitzen. Die Aufsätze besitzen dabei jeweils eine Tiefe T. Die schlitzförmigen Öffnungen 16 sind im Beispiel nach Figur 2 und Figur 3 jeweils in das Trennelement 11 bzw. den jeweiligen Aufsatz gebohrt. The separating element 11 according to FIGS. 2 and 3 has a plurality of slot-shaped openings 16, only one opening 16 being shown in each case in FIGS. 2 and 3. The Trenneiement 11 has matching slot-shaped attachments, each having a slot-shaped opening 16. The essays each have a depth T. The slot-shaped openings 16 are drilled in the example of Figure 2 and Figure 3 respectively in the separating element 11 and the respective attachment.
Die schlitzförmige Öffnung 16 in Figur 2 wird im Folgenden kurz dargestellt. Die in Figur 2 dargestellte schlitzförmige Öffnung 16 ist jeweils mit Hilfe des Aufsatzes in dem unterbrochenen Kühlkanal 9 mit einem bestimmten Winkelabschnitt, beispielsweise 40°, in diesem umlaufend. Dadurch ist es mittels der Schlitzform der Öffnung 16 möglich, dass ein flächiger Bereich der Unterseite des Kolbenbodens 18 angespritzt wird, wenn das Öl aus der schlitzförmigen Öffnung 16 der Trennwand 1 1 schlitzförmig ausspritzt. The slot-shaped opening 16 in Figure 2 is shown briefly below. The slot-shaped opening 16 shown in Figure 2 is in each case with the aid of the article in the interrupted cooling channel 9 with a certain angle section, for example 40 °, in this circumferential. Thereby, it is possible by means of the slot shape of the opening 16, that a flat area of the underside of the piston head 18 is molded, when the oil from the slot-shaped opening 16 of the partition wall 1 1 slits out.
Alternativ kann das Trennelement auch an dem Hartgummi angeklebt werden. Das sich an dem unteren Bereich des Kühlkanals anpassende Hartgummi kann anschließend in der Aussparung im Kühlkanal angeklebt werden. Alternatively, the separating element can also be glued to the hard rubber. The hard rubber which adapts to the lower region of the cooling channel can then be glued into the recess in the cooling channel.
Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel aus Figur 4 im Detail beschrieben. In the following, the embodiment of Figure 4 will be described in detail.
Im Beispiel nach Figur 4 ist das Trennelement 11 reibschlüssig in das Unterteil 3 des Kolbens 1 als ein Teil eingelassen und mit diesen befestigt. Zwischen dem Unterteil 3 und dem Trennelement 11 bilden sich dabei zwei Fügebereiche 23 aus. Der Druckraum 12 des Trennelements 11 wird gemäß Figur 4 gegenüber dem reduzierten Kühlkanal 9a und der Zylinderlaufbuchse mittels der beiden Dichtringe 8, die in jeweils einer Nut in dem Trennelement 11 gemäß Figur 4 positioniert sind, abgedichtet. Zwischen einem Teil der gegenüber den Ringnuten 7 liegenden Wand des Oberteils 2 und einer sich in dem Trennelement 11 befindlichen Aushöhlung bildet sich der Druckraum 12 aus, aus dem Öl durch mindestens eine Öffnung 16 des Trennelementes 11 austritt. Im Beispiel weist das Trennelement 11 mehrere Öffnungen 16 auf. Die Öffnungen 16 sind dabei jeweils passend in das Trennelement 11 eingebracht, so dass sich beispielsweise eine Öffnung 16 gemäß Figur 4 in dem oberen Steg des Trennelementes 11 ergibt. Im Beispiel nach Figur 4 sind die Öffnungen 16 jeweils in das Trennelement 11 gebohrt. Durch die Tiefe und Form des jeweiligen Bohrlochs ergibt sich eine rohrförmige Öffnung 16, die das austretende Öl passend in Richtung der Unterseite des Kolbenbodens 18 leitet. Des Weiteren enthält das Trennelement 11 mehrere Öleintrittsöffnungen 21. In Figur 4 ist jeweils nur eine Öffnung 16 und eine Öleintrittsöffnung 21 dargestellt. In the example of Figure 4, the separating element 11 is frictionally embedded in the lower part 3 of the piston 1 as a part and secured thereto. Between the lower part 3 and the separating element 11, two joining regions 23 are formed. The pressure chamber 12 of the separating element 11 is sealed according to Figure 4 with respect to the reduced cooling channel 9a and the cylinder liner by means of the two sealing rings 8, which are positioned in a respective groove in the separating element 11 according to FIG 4. Between a portion of the opposite to the annular grooves 7 wall of the upper part 2 and located in the partition member 11 cavity, the pressure chamber 12 is formed from the oil exiting through at least one opening 16 of the separating element 11. In the example, the separating element 11 has a plurality of openings 16. The openings 16 are in each case suitably introduced into the separating element 11, so that, for example, an opening 16 according to FIG. 4 results in the upper web of the separating element 11. In the example of Figure 4, the openings 16 are bored respectively in the separating element 11. Due to the depth and shape of the respective borehole results in a tubular opening 16, which passes the leaking oil fitting in the direction of the underside of the piston crown 18. Furthermore contains the separating element 11 a plurality of oil inlet openings 21. In Figure 4, only one opening 16 and an oil inlet opening 21 is shown in each case.
Im Folgenden wird der Betrieb des Kolbens 1 in einer Brennkraftmaschine für die drei Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 bis 4 beispielhaft dargestellt. In the following, the operation of the piston 1 in an internal combustion engine for the three embodiments according to Figures 1 to 4 is exemplified.
Das im Beispiel über Pleuel oder Bolzen unter Druck zugeführte Öl mittels Pumpwirkung oder Einspritzen strömt durch die Öleintrittsöffnungen 21 in den Druckraum 12 des unterbrochenen Kühlkanals 9. Dadurch verteilt sich das Öl in dem Druckraum 12. Der sich dabei aufbauende Druck, vorzugsweise ein Druck von etwa 3 bar, in dem Druckraum 12 lässt kontinuierlich Öl aus den Öffnungen 16 des Trennelementes 11 in Richtung Unterseite des Kolbenbodens 18 austreten. Aus jeder Öffnung 16 tritt dabei ein einziger Strahl 19 aus. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 und der Figur 4 ist der jeweilige Stahl 19 aufgrund der rohrförmigen Gestalt der jeweiligen Öffnung 16 in Form einer Bohrung ein etwa runder Strahl 19. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 und 3 ist der jeweilige Strahl 19 nach Art einer ausspritzenden flächigen Ölwand ausgebildet, da die Form der jeweiligen Öffnung 16 gemäß Figur 2 und 3 jeweils schlitzförmig ist. The example supplied via connecting rod or bolt under pressure oil by means of pumping or injecting flows through the oil inlet openings 21 into the pressure chamber 12 of the interrupted cooling channel 9. This distributes the oil in the pressure chamber 12. The thereby building pressure, preferably a pressure of about 3 bar, in the pressure chamber 12 can continuously oil from the openings 16 of the separating element 11 in the direction of underside of the piston head 18 exit. From each opening 16 occurs while a single beam 19. In the exemplary embodiment according to FIG. 1 and FIG. 4, the respective steel 19, due to the tubular shape of the respective opening 16 in the form of a bore, is an approximately round jet 19. In the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3, the respective jet 19 is of the type shown in FIG formed a spouting flat oil wall, since the shape of the respective opening 16 according to Figure 2 and 3 is respectively slit-shaped.
Die auf der Unterseite des Kolbenbodens 18 auftreffenden Strahlen 19 treffen in den drei Ausführungsbeispielen genau auf den Bereichen der Unterseite des Kolbenbodens 18 mit Hilfe der Ausrichtung der jeweiligen Öffnung 16 auf, die den Bereichen des Kolbenbodens 17 gegenüberliegen, die dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt sind. The incident on the underside of the piston head 18 jets 19 strike in the three embodiments exactly on the areas of the underside of the piston head 18 by means of the orientation of the respective opening 16, which are opposite to the areas of the piston head 17, which are not directly exposed to the jet.
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass das Öl auch auf die Bereiche der Unterseite des Kolbenbodens mit Hilfe der Ausrichtung der jeweiligen Öffnung gespritzt wird, die den Bereichen des Kolbenbodens gegenüberliegen, die dem Brennstrahl direkt ausgesetzt sind. Alternatively or additionally, it is possible that the oil is also injected onto the areas of the bottom of the piston crown by means of the orientation of the respective opening, which are opposite to the regions of the piston crown which are directly exposed to the combustion jet.
Bei dem Absenken des Kolbens 1 , das heißt bei einer Vergrößerung des Brennraums, wird durch die Massenträgheit des Öls das Öl unter einem höheren Druck, das heißt in den drei Ausführungsbeispielen jeweils mit mehr als 3 bar, aus dem Druckraum 12 durch die jeweilige Öffnung 16 geführt und aus den Öffnungen 16 in Richtung Unterseite des Kolbenbodens 18 beschleunigt. When lowering the piston 1, that is, at an increase in the combustion chamber, the oil is at a higher pressure, that is in the three embodiments each with more than 3 bar, by the inertia of the oil the pressure chamber 12 is guided through the respective opening 16 and accelerated from the openings 16 in the direction of the underside of the piston crown 18.
Das gerade in den reduzierten Kühlkanal 9a eingespritzte Öl wird anschließend wieder über mehrere Austrittsöffnungen 10 aus dem reduzierten Kühlkanal 9a abgeführt. The oil that has just been injected into the reduced cooling channel 9a is then removed again via a plurality of outlet openings 10 from the reduced cooling channel 9a.
Für Kolben, die mindestens einen Kühlschlitz und/oder mindestens eine Kühlbohrung haben, kann der Kolben alternativ in einer weiteren möglichen Ausführungsform zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen auch als Einauflagenkolben ausgebildet sein, das heißt der Kolben benötigt nur eine einzige (innere) Auflagefläche. Als innere Auflagefläche ist beispielsweise die in Figur 1 innen liegende (nah zur Kolbenmittelachse) Auflagefläche 4 zu sehen. For pistons having at least one cooling slot and / or at least one cooling bore, the piston may alternatively be formed in a further possible embodiment of the described embodiments as Einauflagenkolben, that is, the piston requires only a single (inner) support surface. As an inner bearing surface, for example, the bearing surface 4 located in FIG. 1 (close to the piston center axis) can be seen.
In einer weiteren möglichen Alternative zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Kühlkanal im Kolben auch umlaufend sein. Das Trennelement ist dann jeweils passend an den Kühlkanal in Form und Größe angepasst. Beispielsweise ist es möglich, ein einteiliges, umlaufendes Trennelement zu verwenden. Vorzugsweise werden bei einem umlaufenden Kühlkanal jeweils sechs bis acht Befestigungsmittel, wie beispielsweise Stehbolzen oder Zylinderschrauben, mit passender Anzahl an Gewinden zum Befestigen des Trennelementes in dem umlaufenden Kühlkanal verwendet. In a further possible alternative to the described embodiments, the cooling channel in the piston may also be circumferential. The separator is then adapted respectively to the cooling channel in shape and size. For example, it is possible to use a one-piece circulating separator. Preferably, with a circumferential cooling channel, in each case six to eight fastening means, such as, for example, stud bolts or cylinder screws, with a suitable number of threads are used for fastening the separating element in the circulating cooling channel.
Alternativ kann in einer weiteren alternativen Ausführungsform der Kolben nur einen einzigen Kühlkanal enthalten und dabei der Kühlkanal des Kolbens unterbrochen sein, so dass der Kühlkanal um die Kolbenmittelachse einen Winkel von kleiner als 360 ° bildet. Das Trennelement ist dann jeweils passend an den Kühlkanal in Form und Größe angepasst. Alternatively, in another alternative embodiment, the piston may contain only a single cooling channel and the cooling channel of the piston may be interrupted so that the cooling channel forms an angle of less than 360 ° about the piston center axis. The separator is then adapted respectively to the cooling channel in shape and size.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass der Kolben aus einem gegossenen Oberteil und einem separat gegossen Unterteil besteht. Bei solch einem Kolben ist es möglich, dass das Trennelement auch mittels eines Urformverfahrens, vorzugsweise Gießen, in dem jeweiligen Kühlkanal des jeweiligen Kolbenteils mit hergestellt wird, in dem zum Beispiel das Unterteil mittels eines Gießverfahrens, beispielsweise Sandguss oder Kokillenguss, hergestellt wird und das Trennelement in das Unterteil mit beispielsweise der Technik des verloren Kerns direkt mit gegossen wird. In a further alternative embodiment, it is possible that the piston consists of a cast upper part and a separately cast lower part. In such a piston, it is possible that the separating element is also produced by means of a primary molding process, preferably casting, in the respective cooling channel of the respective piston part, in which, for example, the lower part by means of a Casting, for example, sand casting or chill casting, is produced and the separator is cast directly into the base with, for example, the lost core technique.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass der gesamte Kolben, bestehend aus Oberteil und Unterteil, als ein einteiliger Kolben zusammen mit dem Trennelement gegossen wird. In a further alternative embodiment, it is possible that the entire piston, consisting of upper part and lower part, is cast as a one-piece piston together with the separating element.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass eine beliebige Kombination der drei dargestellten Ausführungsformen aus den Figuren 1 bis 4 in einem Kolben realisiert ist. In a further alternative embodiment, it is possible that any combination of the three illustrated embodiments of Figures 1 to 4 is realized in a piston.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kolben 1 piston
2 Oberteil  2 top part
3 Unterteil  3 lower part
4 Auflagefläche  4 contact surface
5 Auflagefläche  5 contact surface
6 Brennraummulde  6 combustion bowl
7 Ringnut  7 annular groove
8 Dichtring  8 sealing ring
9 Kühlkanal  9 cooling channel
9a reduzierter Kühlkanal  9a reduced cooling channel
10 Auslassöffnung  10 outlet opening
11 Trennelement  11 separating element
12 Druckraum  12 pressure chamber
13 Stehbolzen  13 studs
14 Befestigungsöffnung  14 mounting hole
15 Dichtringelement  15 sealing ring element
16 Öffnung  16 opening
17 Kolbenboden  17 piston bottom
18 Unterseite des Kolbenbodens 18 underside of the piston crown
19 Strahl 19 beam
20 Hartgummi  20 hard rubber
21 Öleintrittsöffnung  21 oil inlet opening
22 Zylinderschraube  22 cylinder screw
23 Fügebereich  23 joining area
T Tiefe (der schlitzförmigen Öffnung)  T depth (the slot-shaped opening)

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. 1.
Verfahren zum Kühlen eines Kolbens (1) einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Kolbenboden (17), der mindestens einem Brennstrahl ausgesetzt ist, durch aufgespritztes Öl gekühlt wird, wobei das Öl aus einem Druckraum (12) durch zumindest eine Öffnung (16) eines Trennelementes (11), das in einem Kühlkanal (9) des Kolbens (1) positioniert ist und dadurch in dem Kühlkanal (9) den mit Öl befüllbaren Druckraum (12) zwischen einem Teil der Wand des Kühlkanals (9) und des Trennelementes (11) bildet, gezielt auf mindestens einen Bereich der Unterseite des Kolbenbodens (18) durch erzeugten Druck in dem mit Öl befüllten Druckraum (12) gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens (18) kontinuierlich gespritzt wird, der dem Bereich des Kolbenbodens (17) gegenüberliegt, der dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist.  A method of cooling a piston (1) of an internal combustion engine, wherein a piston head (17) exposed to at least one jet is cooled by sprayed oil, the oil passing from a pressure chamber (12) through at least one aperture (16) of a separator (11), which is positioned in a cooling channel (9) of the piston (1) and thereby in the cooling channel (9) the oil-filled pressure chamber (12) between a part of the wall of the cooling channel (9) and the separating element (11) forms targeted at least a portion of the underside of the piston crown (18) is injected by pressure generated in the oil-filled pressure chamber (12), characterized in that the oil is sprayed specifically to the region of the underside of the piston head (18) continuously, which is opposite to the region of the piston crown (17) which is not directly exposed to the combustion jet.
2. Second
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem mit Öl befüllten Druckraum (12) ein Druck von 1 ,5 bis 10 bar, vorzugsweise ein Druck von etwa 3 bar, aufgebaut wird.  A method according to claim 1, characterized in that in the oil-filled pressure chamber (12), a pressure of 1, 5 to 10 bar, preferably a pressure of about 3 bar, is constructed.
3. Third
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem mit Öl befüllten Druckraum (12) aufgebaute Druck über Pleuel oder Bolzen mittels Pumpwirkung oder Einspritzen erzeugt wird. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the pressure built up in the oil-filled pressure chamber (12) is generated via connecting rods or bolts by means of pumping action or injection.
4. 4th
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl zusätzlich gezielt auf einen Bereich der Unterseite des Kolbenbodens (18) kontinuierlich gespritzt wird, der dem Bereich des Kolbenbodens (17) gegenüberliegt, der dem Brennstrahl direkt ausgesetzt ist, so dass sowohl der Bereich angespritzt wird, der einem Brennstrahl ausgesetzt ist, als auch der Bereich angespritzt wird, der keinem Brennstrahl ausgesetzt ist.  Method according to one of the preceding claims, characterized in that the oil is additionally sprayed specifically targeted to a region of the underside of the piston head (18), which is opposite to the region of the piston head (17) which is directly exposed to the combustion jet, so that both the Sprayed area is exposed, which is exposed to a jet stream, as well as the area is sprayed, which is not exposed to a jet.
5. 5th
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl aus dem Druckraum (12) durch eine Hub-Bewegung des Kolbens (1) durch die Öffnung (16) des Trennelementes (11) zusätzlich in Richtung der Unterseite des Kolbenbodens (18) entnommen und beschleunigt wird.  Method according to one of the preceding claims, characterized in that the oil from the pressure chamber (12) by a stroke movement of the piston (1) through the opening (16) of the separating element (11) additionally in the direction of the underside of the piston head (18) removed and accelerated.
6. 6th
Kolben (1) einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Kolbenboden (17), der mindestens einem Brennstrahl ausgesetzt ist, und einen Kühlkanal (9), in den ein Trennelement (11) mit zumindest einer Öffnung (16) positioniert ist, wodurch ein Druckraum (12) zwischen einem Teil der Wand des Kühlkanals (9) und des Trennelementes (1 1) entsteht, der mit Öl unter Druck befüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (16) so ausgerichtet ist, dass das Öl kontinuierlich gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens (18) spritzt, der dem Bereich des Kolbenbodens (17) gegenüberliegt, der dem Brennstrahl nicht direkt ausgesetzt ist.  Piston (1) of an internal combustion engine, comprising a piston head (17), which is exposed to at least one combustion jet, and a cooling channel (9), in which a separating element (11) with at least one opening (16) is positioned, whereby a pressure chamber (12 ) between a part of the wall of the cooling channel (9) and the separating element (1 1) is formed, which is filled with oil under pressure, characterized in that the opening (16) is aligned so that the oil continuously targeted to the region of Bottom of the piston head (18) injected, which is opposite to the region of the piston head (17), which is not directly exposed to the combustion jet.
7. 7th
Kolben (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (16) so ausgerichtet ist, dass das Öl kontinuierlich gezielt auf den Bereich der Unterseite des Kolbenbodens (18) spritzt, der dem Bereich des Kolbenbodens (17) gegenüberliegt, der dem Brennstrahl direkt ausgesetzt ist. Piston (1) according to claim 6, characterized in that the opening (16) is aligned so that the oil continuously injected selectively on the region of the underside of the piston head (18), which is opposite to the region of the piston head (17), the Burning jet is exposed directly.
8. 8th.
Kolben (1) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) mindestens einen unterbrochenen Kühlkanal (9) enthält.  Piston (1) according to claim 6 or claim 7, characterized in that the piston (1) contains at least one interrupted cooling channel (9).
9. 9th
Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (11) an dem Kühlkanal (9) mittels einer reibschlüssigen Verbindung, vorzugsweise einer Schraubenverbindung oder einer Preßverbindung, befestigt ist.  Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the separating element (11) on the cooling channel (9) by means of a frictional connection, preferably a screw connection or a press connection, is fixed.
10. 10th
Kolben (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (11) an dem Kühlkanal (9) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise Kleben und/oder Schweißen, befestigt ist.  Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the separating element (11) on the cooling channel (9) by means of a material connection, preferably gluing and / or welding, is fixed.
11. 11th
Kolben (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (11) aus mehreren Einzelteilen besteht.  Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the separating element (11) consists of several individual parts.
12. 12th
Kolben (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Trennelement (11) gebildete Druckraum (12) in dem Kühlkanal (9) über zumindest ein Dichtelement, vorzugsweise mittels zumindest eines Dichtringelements (15) und / oder mindestens eines Hartgummis (20), gegenüber dem Kühlkanal (9) im Kolben (1) abgedichtet ist.  Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure chamber (12) formed by the separating element (11) in the cooling channel (9) via at least one sealing element, preferably by means of at least one sealing ring element (15) and / or at least one Hard rubber (20), opposite the cooling channel (9) in the piston (1) is sealed.
13. 13th
Kolben (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (16) rohrförmig, schlitzförmig und / oder düsenförmig ausgebildet ist. Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the opening (16) is tubular, slit-shaped and / or nozzle-shaped.
14. 14th
Kolben (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) mindestens einen Kühlschlitz und/oder mindestens eine Kühlbohrung enthält.  Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (1) contains at least one cooling slot and / or at least one cooling bore.
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