EP2729689A1 - Piston for an internal combustion engine - Google Patents

Piston for an internal combustion engine

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Publication number
EP2729689A1
EP2729689A1 EP12755778.3A EP12755778A EP2729689A1 EP 2729689 A1 EP2729689 A1 EP 2729689A1 EP 12755778 A EP12755778 A EP 12755778A EP 2729689 A1 EP2729689 A1 EP 2729689A1
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EP
European Patent Office
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cooling channel
piston
constriction
piston according
ceiling
Prior art date
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Application number
EP12755778.3A
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP2729689B1 (en
Inventor
Ulrich Bischofberger
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.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP2729689A1 publication Critical patent/EP2729689A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2729689B1 publication Critical patent/EP2729689B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • 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
    • F01P3/10—Cooling by flow of coolant through 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 present invention relates to a piston for an internal combustion engine having a piston head and a piston skirt, wherein the piston head has a circumferential annular portion and in the region of the annular part a circumferential cooling channel and the piston shaft each having a pressure side and a counter-pressure associated tread.
  • the object of the present invention is to further develop a generic piston so that the cooling in the region of the piston crown is further improved.
  • the solution is that the cooling channel has a constriction.
  • the present invention is based on the continuity equation of the fluid dynamics, according to which a narrowing of the flow cross-section leads to an increase of the flow velocity with flowing fluids.
  • the constriction provided according to the invention in cooperation with the shaker effect, causes the coolant circulating in the cooling channel not only to be mixed, but also specifically accelerated by the constriction and guided in the direction of the piston crown. This causes the mixed and thus cooled coolant is passed much more efficiently and more frequently per piston stroke than in the previously known piston on the particularly hot wall sections of the cooling channel in the region of the piston crown.
  • the inventively provided constriction has a distance from the cooling channel bottom, which corresponds to at least one third of the axial height and / or at most two thirds of the axial height of the cooling channel.
  • a particularly effective acceleration of the coolant flow in the direction of the cooling duct ceiling can be achieved.
  • the constriction preferably has substantially the same distance from the cooling channel bottom and from the cooling channel ceiling.
  • constriction is expediently designed as a circumferential constriction in order to bring about the acceleration effect along the entire cooling channel.
  • a preferred embodiment provides that the constriction is formed by exactly one increase in material on a cooling passage wall, and that the cooling passage ceiling is formed substantially dome-shaped. This ensures that the coolant is forced in the region of the cooling duct ceiling in a circular circulating flow, so that interacts with the wall of the cooling channel several times per piston stroke. In this case, coolant of lower temperature is always accelerated and replenished by the constriction. This effect is particularly effective when the radial dimension of the substantially dome-shaped cooling duct ceiling at its widest point is at least equal to twice the radial extent of the constriction. In this case, less hot coolant may flow downwardly so that the flow of lower temperature coolant through the throat toward the cooling gallery ceiling is not significantly hindered.
  • a further preferred embodiment of the present invention is that the constriction is formed by exactly two opposing increases in material on two cooling channel walls. This refinement is particularly particular in multi-piece friction welded pistons when the weld passes through the cooling channel, so that the Sch undulste form the opposing material increases, which cause the constriction.
  • the cooling channel ceiling has a flow divider in its zenith, which is arranged centrally to the constriction.
  • the coolant flowing through the constriction accelerated in the region of the cooling duct ceiling is forced into two oppositely rotating flows which can interact with the wall of the cooling passage several times per piston stroke.
  • coolant of lower temperature is always accelerated and replenished by the constriction.
  • This effect is particularly effective when the radial dimension of the cooling duct ceiling at its widest point is at least equal to twice the radial extent of the constriction. In this case, less hot coolant may flow down so that the flow of lower temperature coolant through the restriction is not significantly impeded.
  • the areas of the cooling duct ceiling, which adjoin the flow divider may be arcuate or circular in cross-section. Further, it is particularly useful to form the flow divider in cross-section V-shaped or conical.
  • the cooling channel wall adjacent to the ring section may be designed to be inclined perpendicularly or obliquely inwards.
  • a further preferred embodiment of the present invention is that the constriction is formed by exactly two axially offset from each other material increases on two cooling channel walls.
  • This refinement leads to an outer expansion adjacent to the ring section and / or to the top land in the area of the cooling channel ceiling and, in the region of the cooling channel bottom, to a center of the piston bottom oriented, in particular to an optionally present connection. combustion cavity adjacent, inner expansion is formed.
  • the cooling effect can, for example, be influenced by the fact that the two material elevations have a different thickness, so that the two extensions are formed with radii of different sizes.
  • the expansion with the larger radius can then be arranged in the region of the largest thermal load of the piston head.
  • the present invention is suitable for all piston types and all piston types and can be realized with any piston material.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a piston according to the invention in a partial view in section
  • Figure 2 shows another embodiment of a piston according to the invention in a perspective partial view in section
  • Figure 3 shows another embodiment of a piston according to the invention in a partial view in section.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a piston 10 according to the invention.
  • the piston 10 may be a one-piece or multi-piece piston.
  • the piston 10 may be made of a steel material and / or a light metal material.
  • FIG. 1 shows, by way of example, a one-part piston head 11 of a piston 10 according to the invention.
  • the piston head 11 has a piston crown 12, which has a combustion bowl 13, a circumferential top land 14 and a piston head 11 Ring section 15 for receiving piston rings (not shown).
  • a circumferential cooling channel 16 is provided with a cooling channel bottom 17 and a cooling channel ceiling 18.
  • the piston 10 also has, in a known manner, a piston shaft, which may be formed integrally with the piston head 11 or as a separate component that is fixedly connected to the piston head 11 in a manner known per se or, for example, in the manner of a pendulum piston (not shown) ).
  • the cooling channel 16 has a circumferential constriction 20.
  • the constriction 20 is formed in this embodiment by exactly one increase in material 21 in the combustion bowl 13 adjacent cooling channel wall.
  • the cooling duct wall 22 adjacent to the ring section 15 is substantially vertical in this exemplary embodiment. It can also be slightly inclined inwards, i. in the direction of the combustion bowl 13, be formed inclined.
  • the cooling channel ceiling 18 of the cooling channel 16 is substantially dome-shaped.
  • the constriction 20 has in this embodiment at its narrowest point substantially the same distance A from the cooling channel bottom 17 and from the cooling channel ceiling 18.
  • the coolant is forced in the region of the cooling channel ceiling 18 in a circular circulating flow, as indicated by the circular arrows, so that the coolant can interact with the wall of the cooling channel in the region of the piston head 12 and the combustion bowl 13 several times per piston stroke.
  • coolant of lower temperature is always accelerated by the constriction 20 and re-supplied.
  • the radial dimension B of the substantially dome-shaped cooling channel ceiling 18 at its widest point at least equal to twice the radial dimension b of the constriction 20, ie B> 2xb.
  • less hot coolant may flow down so that the flow of lower temperature coolant through the throat 20 is not significantly impeded toward the cooling channel ceiling 18.
  • the piston 10 according to the invention or the piston upper part 11 can be produced in a manner known per se by casting, forging, sintering, etc.
  • the inventively designed cooling channel can be prepared in a conventional manner by casting with a salt core.
  • Figure 2 shows another embodiment of a piston 110 according to the invention.
  • the piston 110 may be a one-piece or multi-piece piston.
  • the piston 110 may be a one-piece or multi-piece piston.
  • FIG. 2 shows by way of example a one-part piston head 111 of a piston 110 according to the invention.
  • the piston head 111 has a piston bottom 112 having a combustion bowl 113, a circumferential top land
  • a circumferential cooling channel 116 is provided with a cooling channel bottom 117 and a cooling channel ceiling 118.
  • the piston 110 also has, in a manner known per se, a piston shaft which is connected to the piston head
  • piston head 111 be integrally formed or as a separate component that with the piston head 111 in a conventional manner fixed or, for example, in the manner of a pendulum piston connected (not shown).
  • the cooling channel 116 has a circumferential restriction 120.
  • the constriction 120 is formed in this embodiment by exactly two opposing material increases 121 in the two adjacent to the combustion bowl 113 and the ring section 115 cooling channel walls.
  • the cooling channel ceiling 118 of the cooling channel 116 has in this embodiment in its zenith a flow divider 123, which is arranged centrally to the constriction 120.
  • the distance between the constriction 120 and the cooling channel bottom 117 in this exemplary embodiment is approximately the same as the distance between the constriction 120 and the cooling channel ceiling 118.
  • the radial dimension B of the cooling channel ceiling 118 at its widest point at least equal to twice the radial dimension b of the constriction 120, ie B> 2xb. In this case, less hot coolant may flow downwardly so that the flow of lower temperature coolant through the restriction 120 toward the cooling gallery deck 118 is not significantly impeded.
  • the areas 118a, 118b of the cooling duct ceiling 118, which connect to the flow divider 123, in cross-section arcuate or circular and the flow divider 123 in cross-section V-shaped.
  • the piston 110 according to the invention or the piston upper part 111 can be produced in a manner known per se by casting, forging, sintering, etc.
  • the cooling channel 116 designed according to the invention can be produced in a manner known per se by casting with a salt core.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a piston 210 according to the invention.
  • the piston 210 may be a one-part or multi-part piston.
  • the piston 210 may be made of a steel material and / or a light metal material.
  • FIG. 3 shows by way of example a one-piece piston head 211 of an inventive To the piston according to the invention 210.
  • the piston head 211 has a with a combustion bowl 213 having a piston head 212, a peripheral land 214 and a ring portion 215 for receiving piston rings (not shown).
  • a circumferential cooling channel 216 is provided with a cooling channel bottom 217 and a cooling channel ceiling 218.
  • the piston 210 also has, in a manner known per se, a piston shaft which may be formed integrally with the piston head 211 or as a separate component that is fixedly connected to the piston head 211 in a manner known per se or, for example, in the manner of a pendulum piston (not shown) ).
  • the cooling channel 216 has a circumferential restriction 220.
  • the constriction 220 is formed in this embodiment by exactly two axially offset from each other material increases 221a, 221b in the two adjacent to the combustion bowl 213 and the ring section 215 cooling channel walls.
  • an inner extension 224 extending to the combustion recess 213 is formed in the region of the cooling channel bottom 217.
  • an outer extension 225 extending to the uppermost annular groove of the annular portion 215 and to the land land 214 is formed.
  • these regions of the piston head 211 which are subject to particularly high thermal loads, namely the piston head 212 in the region of the combustion bowl 213 and the land land 214, are cooled very effectively during engine operation.
  • This cooling effect is also influenced in this embodiment in that the material increase 221a has a thickness D1 that is greater than the thickness D2 of the material increase 221b. Consequently, the inner extension 224 has a larger radius on the outer extension 225.
  • the region of the combustion bowl is particularly effectively cooled.
  • the material increase 221b may have a greater thickness than the material increase 221a, so that in this case the outer extension 225 has a larger radius than the inner extension 224 and consequently the area of the piston crown 213 and the land 214 is cooled particularly effectively (not shown).
  • the expansions 224, 225 may extend as far as possible in the radial direction inwards or outwards, as indicated by dash-dotted lines in FIG.
  • the cooling channel bottom 217 and the cooling channel cover 218 of the cooling channel 216 are substantially dome-shaped.
  • the constriction 220 has at its narrowest point substantially the same distance A from the cooling channel bottom 217 and from the cooling channel ceiling 218.
  • the coolant in the region of the cooling channel bottom 217 and in the region of the cooling channel cover 218 is forced into a counterclockwise circular flow, as indicated by the circular arrows.
  • the coolant can interact several times per piston stroke with the wall of the cooling channel in the region of the piston head 212 and the combustion bowl 213. In this case, coolant of lower temperature is always accelerated by the constriction 220 and re-supplied.
  • the radial dimension B of the inner widening 224 or the outer widening 225 at their respective widest points is at least twice the radial dimension b of the constriction 20, ie B> 2xb, as shown in FIG the outer widening 225 is shown.
  • less hot coolant may flow down so that the flow of lower temperature coolant through the throat 220 does not substantially obstruct the direction of the cooling gallery ceiling 218 and the area of the piston head 212 is effectively cooled.
  • the piston 210 according to the invention or the piston upper part 211 can be produced in a manner known per se by casting, forging, sintering, etc.
  • an integral piston upper part 211 as shown in FIG. 3, the invented According to the design designed cooling channel 216 are prepared in a conventional manner by casting with a salt core.

Abstract

The invention relates to a piston (10, 110, 210) for an internal combustion engine, comprising a piston head (11, 111, 211) and a piston skirt, said piston head (11, 111, 211) having a circumferential ring section (15, 115, 215) and a circumferential cooling channel (16, 116, 216) in the region of the ring section (15, 115, 215). The cooling channel has a cooling channel floor (17, 117, 217) and a cooling channel ceiling (18, 118, 218). According to the invention, the cooling channel (16, 116, 216) has a narrowing (20, 120, 220).

Description

Kolben für einen Verbrennungsmotor  Piston for an internal combustion engine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, wobei der Kolbenkopf eine umlaufende Ringpartie sowie im Bereich der Ringpartie einen umlaufenden Kühlkanal aufweist und der Kolbenschaft jeweils eine seiner Druckseite und eine seiner Gegendruckseite zugeordnete Lauffläche aufweist. The present invention relates to a piston for an internal combustion engine having a piston head and a piston skirt, wherein the piston head has a circumferential annular portion and in the region of the annular part a circumferential cooling channel and the piston shaft each having a pressure side and a counter-pressure associated tread.
Gattungsgemäße Kolben sind in modernen Verbrennungsmotoren hohen mechanischen und insbesondere thermischen Belastungen ausgesetzt. Daher besteht ein grundsätzlicher Bedarf, die Kühlung der Kolben mittels Zufuhr von Kühlmittel in den Kühlkanal, insbesondere im Bereich des Kolbenbodens, stets zu optimieren. Generic pistons are exposed in modern internal combustion engines high mechanical and especially thermal loads. There is therefore a fundamental need to always optimize the cooling of the pistons by supplying coolant into the cooling channel, in particular in the region of the piston crown.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Kolben so weiterzuentwickeln, dass die Kühlung im Bereich des Kolbenbodens weiter verbessert wird. The object of the present invention is to further develop a generic piston so that the cooling in the region of the piston crown is further improved.
Die Lösung besteht darin, dass der Kühlkanal eine Verengung aufweist. The solution is that the cooling channel has a constriction.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Kontinuitätsgleichung der Fluiddynamik, wonach bei strömenden Fluiden eine Verengung des Strömungsquerschnitts zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit führt. Im erfindungsgemäßen Kolben bewirkt die erfindungsgemäß vorgesehene Verengung in Zusammenwirkung mit dem Shaker-Effekt, dass das im Kühlkanal umlaufende Kühlmittel nicht nur durchmischt, sonders durch die Verengung gezielt beschleunigt und in Richtung Kolbenboden geführt wird. Dies bewirkt, dass das durchmischte und damit abgekühlte Kühlmittel wesentlich effizienter und häufiger pro Kolbenhub als in den bisher bekannten Kolben an den besonders heißen Wandabschnitten des Kühlkanals im Bereich des Kolbenbodens vorbeigeführt wird. Somit wird der Wärmeübergangskoeffi- The present invention is based on the continuity equation of the fluid dynamics, according to which a narrowing of the flow cross-section leads to an increase of the flow velocity with flowing fluids. In the piston according to the invention, the constriction provided according to the invention, in cooperation with the shaker effect, causes the coolant circulating in the cooling channel not only to be mixed, but also specifically accelerated by the constriction and guided in the direction of the piston crown. This causes the mixed and thus cooled coolant is passed much more efficiently and more frequently per piston stroke than in the previously known piston on the particularly hot wall sections of the cooling channel in the region of the piston crown. Thus, the heat transfer coefficient
|Bestätigungskopie| zient zwischen Kühlkanalwand und Kühlmittel erhöht und damit die Kühlung des erfindungsgemäßen Kolbens wesentlich verbessert. | Confirmation copy | zient increases between the cooling channel wall and coolant and thus significantly improves the cooling of the piston according to the invention.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous developments emerge from the subclaims.
Zweckmäßigerweise weist die erfindungsgemäß vorgesehene Verengung einen Abstand vom Kühlkanalboden aufweist, der mindestens einem Drittel der axialen Höhe und/oder höchsten zwei Dritteln der axialen Höhe des Kühlkanals entspricht. Damit kann eine besonders wirksame Beschleunigung des Kühlmittelstromes in Richtung der Kühlkanaldecke erzielt werden. Zur Optimierung der Beschleunigung weist die Verengung vorzugsweise im Wesentlichen den gleichen Abstand vom Kühlkanalboden und von der Kühlkanaldecke auf. Advantageously, the inventively provided constriction has a distance from the cooling channel bottom, which corresponds to at least one third of the axial height and / or at most two thirds of the axial height of the cooling channel. Thus, a particularly effective acceleration of the coolant flow in the direction of the cooling duct ceiling can be achieved. To optimize the acceleration, the constriction preferably has substantially the same distance from the cooling channel bottom and from the cooling channel ceiling.
Die Verengung ist zweckmäßigerweise als umlaufende Verengung ausgebildet, um den Beschleunigungseffekt entlang des gesamten Kühlkanals zu bewirken. The constriction is expediently designed as a circumferential constriction in order to bring about the acceleration effect along the entire cooling channel.
Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Verengung durch genau eine Materialerhöhung an einer Kühlkanalwand gebildet ist, und dass die Kühlkanaldecke im Wesentlichen kuppeiförmig ausgebildet ist. Damit wird erreicht, dass das Kühlmittel im Bereich der Kühlkanaldecke in eine kreisförmig umlaufende Strömung gezwungen wird, so dass mehrmals pro Kolbenhub mit der Wand des Kühlkanals wechselwirkt. Dabei wird stets Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung beschleunigt und nachgeliefert. Dieser Effekt ist dann besonders wirkungsvoll, wenn das radiale Maß der im Wesentlichen kuppeiförmigen Kühlkanaldecke an ihrer breitesten Stelle mindestens gleich dem zweifachen radialen Maß der Verengung ist. In diesem Fall kann weniger heißes Kühlmittel nach unten strömen, so dass der Fluss von Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung hindurch in Richtung der Kühlkanaldecke nicht wesentlich behindert wird. A preferred embodiment provides that the constriction is formed by exactly one increase in material on a cooling passage wall, and that the cooling passage ceiling is formed substantially dome-shaped. This ensures that the coolant is forced in the region of the cooling duct ceiling in a circular circulating flow, so that interacts with the wall of the cooling channel several times per piston stroke. In this case, coolant of lower temperature is always accelerated and replenished by the constriction. This effect is particularly effective when the radial dimension of the substantially dome-shaped cooling duct ceiling at its widest point is at least equal to twice the radial extent of the constriction. In this case, less hot coolant may flow downwardly so that the flow of lower temperature coolant through the throat toward the cooling gallery ceiling is not significantly hindered.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verengung durch genau zwei einander gegenüberliegende Materialerhöhungen an zwei Kühlkanalwänden gebildet ist. Diese Ausgestaltung bietet sich ins- besondere bei mehrteiligen reibgeschweißten Kolben an, wenn die Schweißnaht durch den Kühlkanal verläuft, so dass die Schweißwulste die einander gegenüberliegenden Materialerhöhungen bilden, welche die Verengung bewirken. A further preferred embodiment of the present invention is that the constriction is formed by exactly two opposing increases in material on two cooling channel walls. This refinement is particularly particular in multi-piece friction welded pistons when the weld passes through the cooling channel, so that the Schweißwulste form the opposing material increases, which cause the constriction.
Bei dieser Ausgestaltung ist es von besonderem Vorteil, wenn die Kühlkanaldecke in ihrem Zenith einen Strömungsteiler aufweist, der mittig zur Verengung angeordnet ist. In diesem Fall wird das beschleunigt durch die Verengung strömende Kühlmittel im Bereich der Kühlkanaldecke in zwei entgegengesetzt drehende Strömungen gezwungen, die mehrmals pro Kolbenhub mit der Wand des Kühlkanals wechselwirken können. Dabei wird stets Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung beschleunigt und nachgeliefert. Dieser Effekt ist dann besonders wirkungsvoll, wenn das radiale Maß der Kühlkanaldecke an ihrer breitesten Stelle mindestens gleich dem zweifachen radialen Maß der Verengung ist. In diesem Fall kann weniger heißes Kühlmittel nach unten strömen, so dass der Fluss von Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung hindurch nicht wesentlich behindert wird. In this embodiment, it is particularly advantageous if the cooling channel ceiling has a flow divider in its zenith, which is arranged centrally to the constriction. In this case, the coolant flowing through the constriction accelerated in the region of the cooling duct ceiling is forced into two oppositely rotating flows which can interact with the wall of the cooling passage several times per piston stroke. In this case, coolant of lower temperature is always accelerated and replenished by the constriction. This effect is particularly effective when the radial dimension of the cooling duct ceiling at its widest point is at least equal to twice the radial extent of the constriction. In this case, less hot coolant may flow down so that the flow of lower temperature coolant through the restriction is not significantly impeded.
Zur Optimierung dieses Effekts können zusätzlich die Bereiche der Kühlkanaldecke, die an den Strömungsteiler anschließen, im Querschnitt bogenförmig oder kreisförmig ausgebildet sein. Ferner ist es besonders zweckmäßig, den Strömungsteiler im Querschnitt V-förmig oder kegelförmig auszubilden. To optimize this effect, in addition, the areas of the cooling duct ceiling, which adjoin the flow divider, may be arcuate or circular in cross-section. Further, it is particularly useful to form the flow divider in cross-section V-shaped or conical.
Zur weiteren Optimierung der Strömungsverhältnisse im Kühlkanal kann die der Ringpartie benachbarte Kühlkanalwand senkrecht oder schräg nach innen geneigt ausgebildet sein. In order to further optimize the flow conditions in the cooling channel, the cooling channel wall adjacent to the ring section may be designed to be inclined perpendicularly or obliquely inwards.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verengung durch genau zwei axial versetzt zueinander angeordnete Materialerhöhungen an zwei Kühlkanalwänden gebildet ist. Diese Ausgestaltung führt dazu, dass im Bereich der Kühlkanaldecke eine zur Ringpartie und/oder zum Feuersteg benachbarte äußere Ausweitung und im Bereich des Kühlkanalbodens eine zur Kolbenbodenmitte orientierte, insbesondere zu einer ggf. vorhandenen Ver- brennungsmulde benachbarte, innere Ausweitung ausgebildet wird. Damit werden diese thermisch besonders hoch belasteten Bereiche des Kolbenkopfs sehr wirksam gekühlt.. A further preferred embodiment of the present invention is that the constriction is formed by exactly two axially offset from each other material increases on two cooling channel walls. This refinement leads to an outer expansion adjacent to the ring section and / or to the top land in the area of the cooling channel ceiling and, in the region of the cooling channel bottom, to a center of the piston bottom oriented, in particular to an optionally present connection. combustion cavity adjacent, inner expansion is formed. Thus, these thermally highly stressed areas of the piston head are cooled very effectively.
Die Kühlwirkung kann bei dieser Ausgestaltung bspw. dadurch beeinflusst werden, dass die beiden Materialerhöhungen eine unterschiedliche Dicke aufweisen, so dass die beiden Ausweitungen mit unterschiedlich großen Radien ausgebildet werden. Die Ausweitung mit dem größeren Radius kann dann im Bereich der größten thermischen Belastung des Kolbenkopfes angeordnet sein. In this embodiment, the cooling effect can, for example, be influenced by the fact that the two material elevations have a different thickness, so that the two extensions are formed with radii of different sizes. The expansion with the larger radius can then be arranged in the region of the largest thermal load of the piston head.
Die vorliegende Erfindung ist für alle Kolbentypen und alle Kolbenbauarten geeignet und mit jedem Kolbenwerkstoff realisierbar. The present invention is suitable for all piston types and all piston types and can be realized with any piston material.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung: Embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. In a schematic, not to scale representation:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens in einer Teildarstellung im Schnitt; Figure 1 shows a first embodiment of a piston according to the invention in a partial view in section;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens in einer perspektivischen Teildarstellung im Schnitt; Figure 2 shows another embodiment of a piston according to the invention in a perspective partial view in section;
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens in einer Teildarstellung im Schnitt. Figure 3 shows another embodiment of a piston according to the invention in a partial view in section.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der Kolben 10 kann aus einem Stahlwerkstoff und/oder einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt sein. Figur 1 zeigt beispielhaft einen einteiligen Kolbenkopf 11 eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolbenkopf 11 weist einen mit einer Verbrennungsmulde 13 aufweisenden Kolbenboden 12, einem umlaufenden Feuersteg 14 und eine Ringpartie 15 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 15 ist ein umlaufender Kühlkanal 16 mit einem Kühlkanalboden 17 und einer Kühlkanaldecke 18 vorgesehen. Der Kolben 10 weist ferner in an sich bekannter Weise einen Kolbenschaft auf, der mit dem Kolbenkopf 11 einstückig oder als separates Bauteil ausgebildet sein, dass mit dem Kolbenkopf 11 in an sich bekannter Weise fest oder bspw. nach Art eines Pendelschaftkolbens verbunden ist (nicht dargestellt). Figure 1 shows a first embodiment of a piston 10 according to the invention. The piston 10 may be a one-piece or multi-piece piston. The piston 10 may be made of a steel material and / or a light metal material. FIG. 1 shows, by way of example, a one-part piston head 11 of a piston 10 according to the invention. The piston head 11 has a piston crown 12, which has a combustion bowl 13, a circumferential top land 14 and a piston head 11 Ring section 15 for receiving piston rings (not shown). In the amount of the ring section 15, a circumferential cooling channel 16 is provided with a cooling channel bottom 17 and a cooling channel ceiling 18. The piston 10 also has, in a known manner, a piston shaft, which may be formed integrally with the piston head 11 or as a separate component that is fixedly connected to the piston head 11 in a manner known per se or, for example, in the manner of a pendulum piston (not shown) ).
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Kühlkanal 16 eine umlaufende Verengung 20 auf. Die Verengung 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch genau eine Materialerhöhung 21 in der der Verbrennungsmulde 13 benachbarten Kühlkanalwand gebildet. Die der Ringpartie 15 benachbarte Kühlkanalwand 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht ausgebildet. Sie kann auch leicht schräg nach innen, d.h. in Richtung der Verbrennungsmulde 13, geneigt ausgebildet sein. In this embodiment of the present invention, the cooling channel 16 has a circumferential constriction 20. The constriction 20 is formed in this embodiment by exactly one increase in material 21 in the combustion bowl 13 adjacent cooling channel wall. The cooling duct wall 22 adjacent to the ring section 15 is substantially vertical in this exemplary embodiment. It can also be slightly inclined inwards, i. in the direction of the combustion bowl 13, be formed inclined.
Die Kühlkanaldecke 18 des Kühlkanals 16 ist im Wesentlichen kuppeiförmig ausgebildet. Die Verengung 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel an ihrer engsten Stelle im Wesentlichen den gleichen Abstand A vom Kühlkanalboden 17 und von der Kühlkanaldecke 18 auf. Im Ergebnis wird das Kühlmittel im Bereich der Kühlkanaldecke 18 in eine kreisförmig umlaufende Strömung gezwungen, wie sie durch die kreisförmigen Pfeile angedeutet wird, so dass das Kühlmittel mehrmals pro Kolbenhub mit der Wand des Kühlkanals im Bereich des Kolbenbodens 12 und der Verbrennungsmulde 13 wechselwirken kann. Dabei wird stets Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung 20 beschleunigt und nachgeliefert. Zur Optimierung dieses Effekts ist bei diesem Ausführungsbeispiel das radiale Maß B der im Wesentlichen kuppeiförmigen Kühlkanaldecke 18 an ihrer breitesten Stelle mindestens gleich dem zweifachen radialen Maß b der Verengung 20, also B > 2xb. In diesem Fall kann weniger heißes Kühlmittel nach unten strömen, so dass der Fluss von Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung 20 hindurch in Richtung der Kühlkanaldecke 18 nicht wesentlich behindert wird. Der erfindungsgemäße Kolben 10 bzw. das Kolbenoberteil 11 kann in an sich bekannter Weise durch Gießen, Schmieden, Sintern etc hergestellt sein. In einem einstückigen Kolbenoberteil 11 , wie es in Figur 1 dargestellt ist, kann der erfindungsgemäß ausgestaltete Kühlkanal in an sich bekannter Weise durch Gießen mit einem Salzkern hergestellt werden. The cooling channel ceiling 18 of the cooling channel 16 is substantially dome-shaped. The constriction 20 has in this embodiment at its narrowest point substantially the same distance A from the cooling channel bottom 17 and from the cooling channel ceiling 18. As a result, the coolant is forced in the region of the cooling channel ceiling 18 in a circular circulating flow, as indicated by the circular arrows, so that the coolant can interact with the wall of the cooling channel in the region of the piston head 12 and the combustion bowl 13 several times per piston stroke. In this case, coolant of lower temperature is always accelerated by the constriction 20 and re-supplied. To optimize this effect, in this embodiment, the radial dimension B of the substantially dome-shaped cooling channel ceiling 18 at its widest point at least equal to twice the radial dimension b of the constriction 20, ie B> 2xb. In this case, less hot coolant may flow down so that the flow of lower temperature coolant through the throat 20 is not significantly impeded toward the cooling channel ceiling 18. The piston 10 according to the invention or the piston upper part 11 can be produced in a manner known per se by casting, forging, sintering, etc. In a one-piece upper piston part 11, as shown in Figure 1, the inventively designed cooling channel can be prepared in a conventional manner by casting with a salt core.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 110. Der Kolben 110 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der KolbenFigure 2 shows another embodiment of a piston 110 according to the invention. The piston 110 may be a one-piece or multi-piece piston. The piston
110 kann aus einem Stahlwerkstoff und/oder einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt sein. Figur 2 zeigt beispielhaft einen einteiligen Kolbenkopf 111 eines erfindungsgemäßen Kolbens 110. Der Kolbenkopf 111 weist einen mit einer Verbrennungsmulde 113 aufweisenden Kolbenboden 112, einem umlaufenden Feuersteg110 may be made of a steel material and / or a light metal material. FIG. 2 shows by way of example a one-part piston head 111 of a piston 110 according to the invention. The piston head 111 has a piston bottom 112 having a combustion bowl 113, a circumferential top land
114 und eine Ringpartie 115 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 115 ist ein umlaufender Kühlkanal 116 mit einem Kühlkanalboden 117 und einer Kühlkanaldecke 118 vorgesehen. Der Kolben 110 weist ferner in an sich bekannter Weise einen Kolbenschaft auf, der mit dem Kolbenkopf114 and a ring portion 115 for receiving piston rings (not shown). In the amount of the ring section 115, a circumferential cooling channel 116 is provided with a cooling channel bottom 117 and a cooling channel ceiling 118. The piston 110 also has, in a manner known per se, a piston shaft which is connected to the piston head
111 einstückig oder als separates Bauteil ausgebildet sein, dass mit dem Kolbenkopf 111 in an sich bekannter Weise fest oder bspw. nach Art eines Pendelschaftkolbens verbunden ist (nicht dargestellt). 111 be integrally formed or as a separate component that with the piston head 111 in a conventional manner fixed or, for example, in the manner of a pendulum piston connected (not shown).
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Kühlkanal 116 eine umlaufende Verengung 120 auf. Die Verengung 120 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch genau zwei einander gegenüberliegende Materialerhöhungen 121 in den beiden zur Verbrennungsmulde 113 bzw. zur Ringpartie 115 benachbarten Kühlkanalwänden gebildet. In this embodiment of the present invention, the cooling channel 116 has a circumferential restriction 120. The constriction 120 is formed in this embodiment by exactly two opposing material increases 121 in the two adjacent to the combustion bowl 113 and the ring section 115 cooling channel walls.
Die Kühlkanaldecke 118 des Kühlkanals 116 weist in diesem Ausführungsbeispiel in ihrem Zenith einen Strömungsteiler 123 auf, der mittig zur Verengung 120 angeordnet ist. Der Abstand der Verengung 120 zum Kühlkanalboden 117 ist in diesem Ausführungsbeispiel etwa genau so groß wie der Abstand der Verengung 120 zur Kühlkanaldecke 118. Im Ergebnis wird das beschleunigt durch die Verengung 120 strömende Kühlmittel im Bereich der Kühlkanaldecke 118 in zwei entgegengesetzt drehende Strömungen gezwungen, wie sie durch die gegenläufig kreisförmigen Pfeile angedeutet werden, so dass das Kühlmittel mehrmals pro Kolbenhub mit der Wand des Kühlkanals 116 im Bereich des Kolbenbodens 112 und der Verbrennungsmulde 113 wechselwirken kann. Dabei wird stets Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung 120 beschleunigt und nachgeliefert. Zur Optimierung dieses Effekts ist bei diesem Ausführungsbeispiel das radiale Maß B der Kühlkanaldecke 118 an ihrer breitesten Stelle mindestens gleich dem zweifachen radialen Maß b der Verengung 120, also B > 2xb. In diesem Fall kann weniger heißes Kühlmittel nach unten strömen, so dass der Fluss von Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung 120 hindurch in Richtung der Kühlkanaldecke 118 nicht wesentlich behindert wird. The cooling channel ceiling 118 of the cooling channel 116 has in this embodiment in its zenith a flow divider 123, which is arranged centrally to the constriction 120. The distance between the constriction 120 and the cooling channel bottom 117 in this exemplary embodiment is approximately the same as the distance between the constriction 120 and the cooling channel ceiling 118. As a result, the coolant flowing through the constriction 120 in the region of the cooling channel ceiling 118 is opposed in two forced rotating currents, as indicated by the counter-circular arrows, so that the coolant several times per piston stroke with the wall of the cooling channel 116 in the region of the piston head 112 and the combustion bowl 113 can interact. In this case, coolant of lower temperature is always accelerated by the constriction 120 and re-supplied. To optimize this effect, in this embodiment, the radial dimension B of the cooling channel ceiling 118 at its widest point at least equal to twice the radial dimension b of the constriction 120, ie B> 2xb. In this case, less hot coolant may flow downwardly so that the flow of lower temperature coolant through the restriction 120 toward the cooling gallery deck 118 is not significantly impeded.
Zur Optimierung dieses Effekts sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Bereiche 118a, 118b der Kühlkanaldecke 118, die an den Strömungsteiler 123 anschließen, im Querschnitt bogenförmig oder kreisförmig und der Strömungsteiler 123 im Querschnitt V-förmig ausgebildet. To optimize this effect, in this embodiment, the areas 118a, 118b of the cooling duct ceiling 118, which connect to the flow divider 123, in cross-section arcuate or circular and the flow divider 123 in cross-section V-shaped.
Der erfindungsgemäße Kolben 110 bzw. das Kolbenoberteil 111 kann in an sich bekannter Weise durch Gießen, Schmieden, Sintern etc hergestellt sein. In einem einstückigen Kolbenoberteil 111 , wie es in Figur 2 dargestellt ist, kann der erfindungsgemäß ausgestaltete Kühlkanal 116 in an sich bekannter Weise durch Gießen mit einem Salzkern hergestellt werden. Wenn das Kolbenoberteil 111 zweiteilig ausgebildet und die beiden Teile durch Reibschweißen miteinander verbunden sind, kann die Reibschweißnaht durch den Kühlkanal 116 gelegt werden, so dass einander gegenüberliegenden Materialerhöhungen 121 , welche die Verengung 120 bewirken, durch Reibschweißwulste gebildet werden können, wie sich in an sich bekannter Weise während des Reibschweißvorgangs entstehen. The piston 110 according to the invention or the piston upper part 111 can be produced in a manner known per se by casting, forging, sintering, etc. In a one-piece piston upper part 111, as shown in FIG. 2, the cooling channel 116 designed according to the invention can be produced in a manner known per se by casting with a salt core. When the piston top 111 is formed in two parts and the two parts are joined together by friction welding, the friction weld can be placed through the cooling channel 116, so that opposing material increases 121 which cause the constriction 120 can be formed by Reibschweißwulste, as in itself known manner arise during the friction welding.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 210. Der Kolben 210 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der Kolben 210 kann aus einem Stahlwerkstoff und/oder einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt sein. Figur 3 zeigt beispielhaft einen einteiligen Kolbenkopf 211 eines erfin- dungsgemäßen Kolbens 210. Der Kolbenkopf 211 weist einen mit einer Verbrennungsmulde 213 aufweisenden Kolbenboden 212, einem umlaufenden Feuersteg 214 und eine Ringpartie 215 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 215 ist ein umlaufender Kühlkanal 216 mit einem Kühlkanalboden 217 und einer Kühlkanaldecke 218 vorgesehen. Der Kolben 210 weist ferner in an sich bekannter Weise einen Kolbenschaft auf, der mit dem Kolbenkopf 211 einstückig oder als separates Bauteil ausgebildet sein, dass mit dem Kolbenkopf 211 in an sich bekannter Weise fest oder bspw. nach Art eines Pendelschaftkolbens verbunden ist (nicht dargestellt). FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a piston 210 according to the invention. The piston 210 may be a one-part or multi-part piston. The piston 210 may be made of a steel material and / or a light metal material. FIG. 3 shows by way of example a one-piece piston head 211 of an inventive To the piston according to the invention 210. The piston head 211 has a with a combustion bowl 213 having a piston head 212, a peripheral land 214 and a ring portion 215 for receiving piston rings (not shown). At the level of the ring section 215, a circumferential cooling channel 216 is provided with a cooling channel bottom 217 and a cooling channel ceiling 218. The piston 210 also has, in a manner known per se, a piston shaft which may be formed integrally with the piston head 211 or as a separate component that is fixedly connected to the piston head 211 in a manner known per se or, for example, in the manner of a pendulum piston (not shown) ).
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Kühlkanal 216 eine umlaufende Verengung 220 auf. Die Verengung 220 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch genau zwei axial versetzt zueinander angeordnete Materialerhöhungen 221a, 221b in den beiden zur Verbrennungsmulde 213 bzw. zur Ringpartie 215 benachbarten Kühlkanalwänden gebildet. Dadurch wird im Bereich des Kühlkanalbodens 217 eine sich zur Verbrennungsmulde 213 erstreckende innere Ausweitung 224 ausgebildet. Ferner wird im Bereich der Kühlkanaldecke 218 eine sich zur obersten Ringnut der Ringpartie 215 und zum Feuersteg 214 erstreckende äußere Ausweitung 225 ausgebildet. Dies führt dazu, dass im Motorbetrieb diese thermisch besonders hoch belasteten Bereiche des Kolbenkopfs 211, nämlich der Kolbenboden 212 im Bereich der Verbrennungsmulde 213 und des Feuerstegs 214 sehr wirksam gekühlt werden. Diese Kühlwirkung wird bei diesem Ausführungsbeispiel auch dadurch beeinflusst, dass die Materialerhöhung 221a eine Dicke D1 aufweist, die größer ist als die Dicke D2 der Materialerhöhung 221b. Folglich weist die innere Ausweitung 224 einen größeren Radius auf die äußere Ausweitung 225. Demnach wird bei diesem Ausführungsbeispiel im Motorbetrieb der Bereich der Verbrennungsmulde besonders wirksam gekühlt. Selbstverständlich kann auch die Materialerhöhung 221b eine größere Dicke aufweisen als die Materialerhöhung 221a, so dass in diesem Fall die äußere Ausweitung 225 einen größeren Radius als die innere Ausweitung 224 aufweist und folglich der Bereich des Kolbenbodens 213 und des Feuerstegs 214 besonders wirksam gekühlt wird (nicht dargestellt). Die Ausweitungen 224, 225 können im Rahmen des konstruktiv Möglichen sich in radialer Richtung nach innen bzw. nach außen beliebig weit erstrecken, wie es in Figur 3 strichpunktiert angedeutet ist. In this embodiment of the present invention, the cooling channel 216 has a circumferential restriction 220. The constriction 220 is formed in this embodiment by exactly two axially offset from each other material increases 221a, 221b in the two adjacent to the combustion bowl 213 and the ring section 215 cooling channel walls. As a result, an inner extension 224 extending to the combustion recess 213 is formed in the region of the cooling channel bottom 217. Furthermore, in the region of the cooling channel cover 218, an outer extension 225 extending to the uppermost annular groove of the annular portion 215 and to the land land 214 is formed. As a result, these regions of the piston head 211, which are subject to particularly high thermal loads, namely the piston head 212 in the region of the combustion bowl 213 and the land land 214, are cooled very effectively during engine operation. This cooling effect is also influenced in this embodiment in that the material increase 221a has a thickness D1 that is greater than the thickness D2 of the material increase 221b. Consequently, the inner extension 224 has a larger radius on the outer extension 225. Thus, in this embodiment, in the engine operation, the region of the combustion bowl is particularly effectively cooled. Of course, the material increase 221b may have a greater thickness than the material increase 221a, so that in this case the outer extension 225 has a larger radius than the inner extension 224 and consequently the area of the piston crown 213 and the land 214 is cooled particularly effectively (not shown). The expansions 224, 225 may extend as far as possible in the radial direction inwards or outwards, as indicated by dash-dotted lines in FIG.
Der Kühlkanalboden 217 und die Kühlkanaldecke 218 des Kühlkanals 216 sind im Wesentlichen kuppeiförmig ausgebildet. Die Verengung 220 weist in diesem Ausführungsbeispiel an ihrer engsten Stelle im Wesentlichen den gleichen Abstand A vom Kühlkanalboden 217 und von der Kühlkanaldecke 218 auf. Im Ergebnis wird das Kühlmittel im Bereich des Kühlkanalbodens 217 und im Bereich der Kühlkanaldecke 218 in eine im Gegenuhrzeigersinn kreisförmig umlaufende Strömung gezwungen, wie sie durch die kreisförmigen Pfeile angedeutet wird. Somit kann das Kühlmittel mehrmals pro Kolbenhub mit der Wand des Kühlkanals im Bereich des Kolbenbodens 212 und der Verbrennungsmulde 213 wechselwirken. Dabei wird stets Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung 220 beschleunigt und nachgeliefert. Zur Optimierung dieses Effekts ist bei diesem Ausführungsbeispiel das radiale Maß B der inneren Aufweitung 224 bzw. der äußeren Aufweitung 225 an ihrer jeweils breitesten Stelle mindestens gleich dem zweifachen radialen Maß b der Verengung 20, also B > 2xb, wie es in Figur 1 am Beispiel der äußeren Aufweitung 225 dargestellt ist. In diesem Fall kann weniger heißes Kühlmittel nach unten strömen, so dass der Fluss von Kühlmittel niedrigerer Temperatur durch die Verengung 220 hindurch in Richtung der Kühlkanaldecke 218 nicht wesentlich behindert und der Bereich des Kolbenbodens 212 wirksam gekühlt wird. Da zugleich ein Teil des frischen Kühlmittels niedrigerer Temperatur im Bereich des Kühlkanalbodens in einer kreisförmigen Strömung umläuft, anstatt durch die Verengung 220 nach oben zu fließen, wobei dieses Kühlmittel nicht durch zurückströmendes heißes Kühlmittel aus dem Bereich der Kühlkanaldecke 218 übermäßig erwärmt wird, wird auch der Bereich der Verbrennungsmulde wirksam gekühlt. The cooling channel bottom 217 and the cooling channel cover 218 of the cooling channel 216 are substantially dome-shaped. In this exemplary embodiment, the constriction 220 has at its narrowest point substantially the same distance A from the cooling channel bottom 217 and from the cooling channel ceiling 218. As a result, the coolant in the region of the cooling channel bottom 217 and in the region of the cooling channel cover 218 is forced into a counterclockwise circular flow, as indicated by the circular arrows. Thus, the coolant can interact several times per piston stroke with the wall of the cooling channel in the region of the piston head 212 and the combustion bowl 213. In this case, coolant of lower temperature is always accelerated by the constriction 220 and re-supplied. In order to optimize this effect, in this exemplary embodiment the radial dimension B of the inner widening 224 or the outer widening 225 at their respective widest points is at least twice the radial dimension b of the constriction 20, ie B> 2xb, as shown in FIG the outer widening 225 is shown. In this case, less hot coolant may flow down so that the flow of lower temperature coolant through the throat 220 does not substantially obstruct the direction of the cooling gallery ceiling 218 and the area of the piston head 212 is effectively cooled. At the same time, since a portion of the fresh, lower temperature coolant in the region of the cooling gallery bottom circulates in a circular flow rather than flowing upwardly through the restriction 220, and this coolant is not excessively heated by backflowing hot coolant from the region of the cooling gallery cover 218, the coolant will also become Area of the combustion well effectively cooled.
Der erfindungsgemäße Kolben 210 bzw. das Kolbenoberteil 211 kann in an sich bekannter Weise durch Gießen, Schmieden, Sintern etc hergestellt sein. In einem einstückigen Kolbenoberteil 211 , wie es in Figur 3 dargestellt ist, kann der erfin- dungsgemäß ausgestaltete Kühlkanal 216 in an sich bekannter Weise durch Gießen mit einem Salzkern hergestellt werden. The piston 210 according to the invention or the piston upper part 211 can be produced in a manner known per se by casting, forging, sintering, etc. In an integral piston upper part 211, as shown in FIG. 3, the invented According to the design designed cooling channel 216 are prepared in a conventional manner by casting with a salt core.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kolben (10, 110, 210) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenkopf (11 , 111, 211) und einem Kolbenschaft, wobei der Kolbenkopf (11 , 111 , 211) eine umlaufende Ringpartie (15, 115, 215) sowie im Bereich der Ringpartie (15, 115, 215) einen umlaufenden Kühlkanal (16, 116, 216) mit einem Kühlkanalboden (17, 117, 217) und einer Kühlkanaldecke (18, 118, 218) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (16, 116, 216) eine Verengung (20, 120, 220) aufweist. 1. piston (10, 110, 210) for an internal combustion engine with a piston head (11, 111, 211) and a piston skirt, wherein the piston head (11, 111, 211) has a circumferential ring portion (15, 115, 215) and in the area the annular part (15, 115, 215) has a circumferential cooling channel (16, 116, 216) with a cooling channel bottom (17, 117, 217) and a cooling channel cover (18, 118, 218), characterized in that the cooling channel (16, 116, 216) has a constriction (20, 120, 220).
2. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (20, 120, 220) einen Abstand vom Kühlkanalboden (17, 117, 217) aufweist, der mindestens einem Drittel der axialen Höhe des Kühlkanals (20, 120, 220) entspricht. 2. Piston according to claim 1, characterized in that the constriction (20, 120, 220) has a distance from the cooling channel bottom (17, 117, 217) which corresponds to at least one third of the axial height of the cooling channel (20, 120, 220) ,
3. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (20, 120, 220) einen Abstand vom Kühlkanalboden (17, 117, 217) aufweist, der höchstens zwei Dritteln der axialen Höhe des Kühlkanals (20, 120, 220) entspricht. 3. Piston according to claim 1, characterized in that the constriction (20, 120, 220) has a distance from the cooling channel bottom (17, 117, 217) which corresponds at most two thirds of the axial height of the cooling channel (20, 120, 220) ,
4. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (20, 120, 220) im Wesentlichen den gleichen Abstand (A) vom Kühlkanalboden (17, 117, 217) und von der Kühlkanaldecke (18, 118, 218) aufweist. 4. Piston according to claim 1, characterized in that the constriction (20, 120, 220) has substantially the same distance (A) from the cooling channel bottom (17, 117, 217) and from the cooling channel ceiling (18, 118, 218).
5. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (20, 120, 220) als umlaufende Verengung (20, 120, 220) ausgebildet ist. 5. Piston according to claim 1, characterized in that the constriction (20, 120, 220) as a circumferential constriction (20, 120, 220) is formed.
6. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (20) durch genau eine Materialerhöhung (21) an einer Kühlkanalwand gebildet ist, und dass die Kühlkanaldecke (18) im Wesentlichen kuppeiförmig ausgebildet ist. 6. Piston according to claim 1, characterized in that the constriction (20) by exactly one material increase (21) is formed on a cooling channel wall, and that the cooling channel ceiling (18) is formed substantially dome-shaped.
7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Maß (B) der im Wesentlichen kuppeiförmigen Kühlkanaldecke (18) an ihrer breitesten Stelle mindestens gleich dem zweifachen radialen Maß (b) der Verengung (20) ist. 7. Piston according to claim 6, characterized in that the radial dimension (B) of the substantially dome-shaped cooling channel ceiling (18) at its widest point at least equal to twice the radial dimension (b) of the constriction (20).
8. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (16) eine der Ringpartie (15) benachbarte Kühlkanalwand (22) aufweist, die vertikal oder schräg nach innen geneigt ausgebildet ist. 8. Piston according to claim 6, characterized in that the cooling channel (16) has one of the ring part (15) adjacent the cooling channel wall (22) which is formed vertically or obliquely inclined inwards.
9. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (120) durch genau zwei einander gegenüberliegende Materialerhöhungen (121) an zwei Kühlkanalwänden gebildet ist. 9. Piston according to claim 1, characterized in that the constriction (120) by exactly two opposing increases in material (121) is formed on two cooling channel walls.
10. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanaldecke (118) in ihrem Zenith einen Strömungsteiler (123) aufweist, der mittig zur Verengung (120) angeordnet ist. 10. Piston according to claim 8, characterized in that the cooling channel cover (118) has in its zenith a flow divider (123), which is arranged centrally to the constriction (120).
11. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (118a, 1 18b) der Kühlkanaldecke (118), die an den Strömungsteiler (123) anschließen, im Querschnitt bogenförmig oder kreisförmig ausgebildet sind. 11. Piston according to claim 9, characterized in that the regions (118a, 18b) of the cooling channel ceiling (118), which adjoin the flow divider (123), are arcuate or circular in cross section.
12. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (123) im Querschnitt V-förmig oder kegelförmig ausgebildet ist. 12. Piston according to claim 9, characterized in that the flow divider (123) is formed in cross-section V-shaped or conical.
13. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Maß (B) der Kühlkanaldecke (118) an ihrer breitesten Stelle mindestens gleich dem zweifachen radialen Maß (b) der Verengung (120) ist. 13. Piston according to claim 8, characterized in that the radial dimension (B) of the cooling channel ceiling (118) at its widest point at least equal to twice the radial dimension (b) of the constriction (120).
14. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (220) durch genau zwei axial versetzt zueinander angeordnete Materialerhöhungen (221a, 221b) an zwei Kühlkanalwänden gebildet ist. Kolben nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Materialerhöhungen (221a, 221b) eine unterschiedliche Dicke aufweisen. 14. Piston according to claim 1, characterized in that the constriction (220) by exactly two axially staggered material increases (221a, 221b) is formed on two cooling channel walls. Piston according to claim 14, characterized in that the two material elevations (221a, 221b) have a different thickness.
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