EP3129618A1 - Baueinheit aus einem kolben und einer olspritzdüse für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Baueinheit aus einem kolben und einer olspritzdüse für einen verbrennungsmotor

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Publication number
EP3129618A1
EP3129618A1 EP15734564.6A EP15734564A EP3129618A1 EP 3129618 A1 EP3129618 A1 EP 3129618A1 EP 15734564 A EP15734564 A EP 15734564A EP 3129618 A1 EP3129618 A1 EP 3129618A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
oil
cooling
spray nozzle
structural unit
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Withdrawn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
EP15734564.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo Linke
Rainer Scharp
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
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 Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP3129618A1 publication Critical patent/EP3129618A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a structural unit with a piston and a Anspritzdüse for cooling oil for an internal combustion engine, wherein the piston has a piston head and a piston skirt, wherein the piston head has a piston crown with a lower surface, a circumferential ring portion and in the region of the ring section a circumferential cooling channel with at least a feed opening for cooling oil, wherein the Olspritzjet nozzle is provided below the piston skirt.
  • the cooling of the piston takes place by injecting cooling oil from the piston shaft end in the direction of the at least one feed opening for cooling oil in the cooling channel.
  • the cooling oil penetrates into the cooling channel and causes there in a conventional manner a cooling of the piston, in particular in the region of the piston head.
  • DE 10 2006 056 01 1 A1 proposes providing three injection nozzles for cooling oil, two of which supply
  • the cooling oil jet for cooling the lower surface of the piston crown is spread wide, so that its cooling effect is insufficient, in particular because the path of the cooling oil jet from the connecting rod or of structures is at least partially blocked in the interior of the piston.
  • German patent application 10 2013 013 962.7 proposes to provide only an oil spray nozzle and a beam splitter in the interior of the piston, which targeted a part of the cooling oil discharged from the Olspritzteilüse on the lower surface of the piston.
  • the object of the present invention is thus to develop a generic piston so that an effective and technically easy oil cooling of both the cooling channel and the lower surface of the piston crown is achieved.
  • the solution consists in that a first nozzle for injecting a first cooling oil jet aligned with the at least one feed opening is provided, that an outer area of the lower surface of the piston head is designed as a guide surface for cooling oil, that a second nozzle for generating a second directed on the guide surface Is provided cooling oil jet, so that the second cooling oil jet meets a defined starting point, such that it is deflected starting from the starting point in the direction of the guide surface and the resulting cooling oil flows along the guide surface in the direction of the lower surface of the piston crown.
  • the inventively provided assembly with causes the amount of cooling oil of both the first and the second cooling oil jet is individually adjustable, so that there is sufficient cooling oil available for both the cooling channel and the lower surface of the piston crown. Due to this optimization of the amount of cooling oil of the two cooling oil jets, a particularly effective cooling of the piston is achieved with technically simple means.
  • the center axis of the first Olspritzdüse is aligned parallel to the central axis of the piston.
  • the center axis of the second nozzle is inclined with respect to the central axis of the piston, so that it encloses an acute angle ⁇ with the first nozzle so that it is ensured that during the process velvet piston stroke reaches the largest possible amount of cooling oil in the cooling channel or directed to the guide surface.
  • the first oil spray nozzle has a larger nozzle cross-section than the second oil spray nozzle, that is, the first cooling oil jet comprises a larger amount of cooling oil than the second cooling oil jet.
  • the cooling channel can absorb a larger amount of cooling oil than can be deflected at the defined starting point of the guide surface in the direction of the lower surface of the piston crown.
  • the distance of the defined starting point of the guide surface from the central axis of the piston is 1, 2 to 1, 6 times the outer radius of a small connecting rod eye of a connecting rod received in the interior of the piston. This ensures that the second cooling oil jet is directed safely past the small connecting rod eye during the entire piston stroke and completely impinges on the guide surface at the defined starting point.
  • the cooling oil from the second cooling oil jet is guided particularly effectively along the guide surface and the lower surface of the piston crown.
  • the lower surface encloses an angle ⁇ with the horizontal, wherein the difference angle ⁇ relative to the angles ⁇ and ⁇ is between 0 angular degree and 15 angular degree, ie. the angle ⁇ should not be more than 15 angular degrees smaller or larger than the angle ß.
  • the guide surface merges at a defined point into the lower surface, in particular continuously, in order to prevent the flow of cooling oil from being prevented by a flow obstacle.
  • the piston according to the invention preferably has a thermally decoupled piston shaft. This measure has the effect that the thermal expansion in the region of the piston skirt facing the piston head is significantly lower than in the case of a piston with a piston skirt connected to the piston head. Furthermore, this type of piston allows a piston fine contour with low crown in the piston head facing the region of the piston skirt. This causes a good leadership behavior of the piston in all temperature ranges during engine operation.
  • a preferred development of the piston according to the invention provides that the piston skirt has two piston hubs which are interconnected via two inner surfaces having treads and that the inner surface is connected exclusively to the tread on the pressure side of the piston via a connecting web with the lower surface of the piston crown.
  • Such a connection of the piston stem to the lower surface of the piston crown on the pressure side leads to a reduction of piston noise during engine operation. Since the piston stem is not connected on the counter-pressure side, it is particularly flexible during engine operation, whereby the seizure safety is improved.
  • the assembly according to the invention can be realized with all common piston types, in particular with one-piece piston, piston from at least two permanently interconnected components, box piston, piston with closed cooling channel and piston with downwardly open, closed with a closure element cooling channel. Pistons of a piston main body and a piston ring element are particularly preferred.
  • Figure 1 shows an embodiment of a piston for a structural unit according to the invention in section
  • Figure 2 is an illustration of the piston of Figure 1, rotated by 90 °;
  • Figure 3 is an illustration of an embodiment of the assembly according to the invention with a piston according to Figures 1 and 2;
  • FIG. 4 shows an enlarged partial view of the assembly according to FIG. 3 with a small connecting rod eye of a connecting rod received in the piston;
  • Figure 5 is a bottom view of the piston of Figure 1 with a representation of the flow of the cooling oil.
  • Figures 1 and 2 show an embodiment of a piston 10 for a structural unit 100 according to the invention.
  • the piston 10 may, as is well known, forged or cast as a one-piece blank, wherein the cooling channel is introduced by machining in the blank.
  • the piston 10 is composed of a piston main body 31 and a piston ring member 32, which may be cast or forged in a conventional manner and which are connected to each other via a weld 33, for example by electron beam welding or laser welding.
  • Weld 33 is arranged in the exemplary embodiment in a wall region of the combustion bowl.
  • the piston body 31 and the piston ring member 32 are made in the embodiment of a steel material. But they can also be made of a light metal material or a combination of both materials.
  • the piston 10 has a piston head 1 1 with a combustion bowl 13 having a piston head 12, a peripheral land 14 and a peripheral ring portion 15 with annular grooves for receiving piston rings (not shown).
  • a circumferential, downwardly open cooling channel 16 is provided which is closed by a closure element 17.
  • the closure element 17 is formed as integral with the piston main body 31, circumferential collar, the free End rests against the inner surface of the piston ring member 32.
  • the closure element 17 is provided with a feed opening 18 for cooling oil.
  • the piston 10 further comprises a piston head 1 1 thermally decoupled piston shaft 21 with piston bosses 22 and hub bores 23 for receiving a piston pin (not shown).
  • the piston bosses 22 are connected via hub connections 24 to the lower surface 12 a of the piston crown 12.
  • the piston hubs 22 are connected to each other via running surfaces 25a, 25b.
  • On the pressure side DS of the piston 10 the inner surface 26a of the tread 25a is connected to the lower surface 12a of the piston crown 12 via a connecting web 27.
  • the inner surface 26b of the tread 25b is not connected to the lower surface 12a of the piston crown 12.
  • the inner surface 26b is spaced from the piston head 12, so that a through opening 28 is formed in the direction of the cooling channel 16.
  • FIGs 3 to 5 show an embodiment of an assembly 100 according to the invention with a piston 10 according to Figures 1 and 2.
  • the cooling of the assembly 100 is indicated by arrows indicating the flow of the cooling oil.
  • a connecting rod 50 is additionally shown, the small connecting rod 51 received in the interior of the piston 10.
  • the piston pin is not shown for reasons of clarity.
  • an outer region of the lower surface 12a of the piston head 12 is formed as a guide surface 37.
  • the lower surface 12a of the piston head 12 at a defined point P in the exemplary embodiment steadily, merges into the guide surface 37.
  • the guide surface 37 is formed opposite the lower surface 12a with respect to the central axis M less steep.
  • the guide surface 37 includes in the embodiment with a perpendicular to the central axis M of the piston 10 extending horizontal H an angle ⁇ of 15 degrees angle to 55 degrees.
  • the lower surface 12a includes with the horizontal H an angle ß, which in the embodiment is greater than the angle ⁇ .
  • the angle ß should also deviate at most 15 degrees from the angle ⁇ .
  • the guide surface 37 and the Base surface 12a together include an angle ⁇ of a maximum of 15 degrees.
  • the guide surface 37 is arcuate.
  • a defined starting point A is formed, at which the imaginary extension of the guide surface 37 bears tangentially.
  • the guide surface 37 starts at the defined starting point A and ends at the defined point P.
  • the distance L of the defined starting point A from the central axis M of the piston 10 is 1, 2 times to 1.6 times the outer radius R of the small connecting rod 51 ,
  • the structural unit 100 has, in addition to the piston 10, two oil spray nozzles 35, 36 which are arranged below the piston shaft 21.
  • the central axis 35a of the first Olspritzdüse 35 is aligned parallel to the central axis M of the piston 10 and the supply port 18 and serves to supply the cooling channel 16 with cooling oil.
  • the center axis 36a of the second oil spray nozzle 36 is inclined with respect to the center axis M of the piston 10 and aligned with the guide surface 37, in the embodiment on the defined starting point A of the guide surface 37, so that it forms an acute angle with the first Olspritzdüse 35 ,
  • the second oil nozzle 36 thus serves to cool the guide surface 37 and the lower surface 12a of the piston head 12 with cooling oil.
  • the first oil spray nozzle 35 has a larger nozzle cross section than the second oil spray nozzle 36, that is, the first cooling oil jet K1 emitted by the first oil spray nozzle comprises a larger amount of cooling oil than the second cooling oil jet K2 emitted by the second oil spray nozzle.
  • the respective optimal amount of cooling oil ⁇ which both the cooling passage 16 on the one hand and the guide surface 37 and the lower surface 12a can.
  • the first cooling oil jet K1 emitted by the first oil injection nozzle 35 impinges on the supply opening 18 for cooling oil formed in the closure element 17 of the cooling channel 16, so that the cooling channel 16 continuously with a sufficient quantity of cooling oil is supplied.
  • the cooling oil can flow out of the cooling channel 16 again via an outlet opening 18 '(see FIG.
  • the second cooling oil jet K2 emitted by the second oil injection nozzle 36 meets the defined starting point. point A of the guide surface 37. Due to the dimensions described above, the second cooling oil jet is deflected in an optimal manner in the direction of the guide surface 37.
  • the cooling oil flow impinging on the guide surface 37 in this manner now flows along the guide surface 37 and subsequently along the lower surface 12a of the piston crown.
  • the flow of cooling oil flows along the entire lower surface 12a of the piston crown 12 until it runs on the inner surface 26a of the running surface 25a in the direction of the crankcase.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baueinheit (100) mit einem Kolben (10) und einer Olspritzdüse (35) für Kühlöl für einen Verbrennungsmotor, wobei der Kolben einen Kolbenkopf (11) und einen Kolbenschaft (21) aufweist, wobei der Kolbenkopf (11) einen Kolbenboden (12) mit einer Unterfläche (12a), eine umlaufende Ringpartie (15) sowie im Bereich der Ringpartie (15) einen umlaufenden Kühlkanal (16) mit mindestens einer Zuführöffnung (18) für Kühlöl aufweist, wobei die Olspritzdüse (35) unterhalb des Kolbenschafts (21) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine erste Olspritzdüse (35) zum Erzeugen eines auf die mindestens eine Zuführöffnung (18) ausgerichteten ersten Kühlölstrahls (K1) vorgesehen ist, dass ein äußerer Bereich der Unterfläche (12a) des Kolbenbodens (12) als Leitfläche (37) für Kühlöl ausgebildet ist, dass eine zweite Olspritzdüse (36) zum Erzeugen eines auf die Leitfläche (37) ausgerichteten zweiten Kühlölstrahls (K2) vorgesehen ist, derart, dass der zweite Kühlölstrahl (K2) auf einen definierten Ausgangspunkt (A) trifft, derart, das er ausgehend vom definierten Ausgangspunkt (A) in Richtung der Leitfläche (37) umgelenkt wird und der resultierende Kühlölstrom entlang der Leitfläche (37) in Richtung der Unterfläche (12a) des Kolbenbodens (12) strömt.

Description

Baueinheit aus einem Kolben und einer Olspritzdüse
für einen Verbrennungsmotor
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baueinheit mit einem Kolben und einer Anspritzdüse für Kühlöl für einen Verbrennungsmotor, wobei der Kolben einen Kolbenkopf und einen Kolbenschaft aufweist, wobei der Kolbenkopf einen Kolbenboden mit einer Unterfläche, eine umlaufende Ringpartie sowie im Bereich der Ringpartie einen umlaufenden Kühlkanal mit mindestens einer Zuführöffnung für Kühlöl aufweist, wobei die Olspritzdüse unterhalb des Kolbenschafts vorgesehen ist.
Bei der gattungsgemäßen Baueinheit handelt es sich um einen Kolben mit einem Kühlkanal, d.h. die Kühlung des Kolbens erfolgt durch das Einspritzen von Kühlöl vom kolbenschaftseiti- gen Ende her in Richtung der mindestens einen Zuführöffnung für Kühlöl im Kühlkanal. Das Kühlöl dringt in den Kühlkanal ein und bewirkt dort in an sich bekannter Weise eine Kühlung des Kolbens insbesondere im Bereich des Kolbenkopfes.
Aufgrund der hohen thermischen Belastung moderner Kolben ist es wünschenswert, auch die Unterfläche des Kolbenbodens, den so genannten„Dom", zu kühlen. Hierzu schlägt die DE 10 2006 056 01 1 AI vor, drei Anspritzdüsen für Kühlöl vorzusehen, von denen zwei der Versorgung des Kühlkanals mit Kühlöl und die dritte zur Kühlung der Unterfläche des Kolbenbodens dienen sollen. Der Kühlölstrahl zur Kühlung der Unterfläche des Kolbenbodens ist jedoch breit gespreizt, so dass seine Kühlwirkung unzureichend ist, insbesondere weil der Weg des Kühl- ölstrahls vom Pleuel bzw. von Strukturen im Inneren des Kolbens zumindest teilweise blockiert wird.
Zur Lösung dieses Problems schlägt die deutsche Patentanmeldung 10 2013 013 962.7 vor, lediglich eine Olspritzdüse sowie einen Strahlteiler im Inneren des Kolbens vorzusehen, der einen Teil des von der Olspritzdüse abgegebenen Kühlölstrahls gezielt auf die Unterfläche des Kol-
BESTÄTIGUNGSKOPIE benbodens lenkt. Jedoch ist die Kühlwirkung nicht optimal, da aufgrund der Teilung des Kühl- ölstrahls sowohl für den Kühlkanal als auch für die Unterfläche des Kolbenbodens eine geringere Kühlölmenge zur Verfügung steht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen gattungsgemäßen Kolben so weiterzuentwickeln, dass eine wirksame und technisch einfache Ölkühlung sowohl des Kühlkanals als auch der Unterfläche des Kolbenbodens erzielt wird.
Die Lösung besteht darin, dass eine erste Olspritzdüse zum Erzeugen eines auf die mindestens eine Zuführöffnung ausgerichteten ersten Kühlölstrahls vorgesehen ist, dass ein äußerer Bereich der Unterfläche des Kolbenbodens als Leitfläche für Kühlöl ausgebildet ist, dass eine zweite Olspritzdüse zum Erzeugen eines auf die Leitfläche ausgerichteten zweiten Kühlölstrahls vorgesehen ist, so dass der zweite Kühlölstrahl auf einen definierten Ausgangspunkt trifft, derart, das er ausgehend vom Ausgangspunkt in Richtung der Leitfläche umgelenkt wird und der resultierende Kühlöl entlang der Leitfläche in Richtung der Unterfläche des Kolbenbodens strömt.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Baueinheit mit bewirkt, dass die Kühlölmenge sowohl des ersten als auch des zweiten Kühlölstrahls individuell einstellbar ist, so dass sowohl für den Kühlkanal als auch für die Unterfläche des Kolbenbodens ausreichend Kühlöl zur Verfügung steht. Aufgrund dieser Optimierung der Kühlölmenge der beiden Kühlölstrahlen wird mit technisch einfachen Mitteln eine besonders wirksame Kühlung des Kolbens erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Besonders bevorzugt ist die Mittelachse der ersten Olspritzdüse parallel zur Mittelachse des Kolbens ausgerichtet. Stattdessen oder zusätzlich ist die Mittelachse der zweiten Olspritzdüse in Bezug auf die Mittelachse des Kolbens geneigt ausgerichtet, so dass sie mit der ersten Olspritzdüse einen spitzen Winkel α einschließt Damit ist gewährleistet, dass während des ge- samten Kolbenhubs eine möglichst große Kühlölmenge in den Kühlkanal gelangt bzw. zur Leitfläche gerichtet wird.
Vorzugsweise weist die erste Ölspritzdüse einen größeren Düsenquerschnitt auf als die zweite Ölspritzdüse, das heißt, der erste Kühlölstrahl umfasst eine größere Kühlölmenge als der zweite Kühlölstrahl. Dies ist zweckmäßig, da der Kühlkanal eine größere Kühlölmenge aufnehmen kann als am definierten Ausgangspunkt der Leitfläche in Richtung der Unterfläche des Kolbenbodens umgelenkt werden kann.
Besonders bevorzugt beträgt der Abstand des definierten Ausgangspunktes der Leitfläche von der Mittelachse des Kolbens das 1 ,2-fache bis 1 ,6-fache des Außenradius eines im Inneren des Kolbens aufgenommenen kleinen Pleuelauges eines Pleuels. Damit ist sichergestellt, dass der zweite Kühlölstrahl während des gesamten Kolbenhubs sicher am kleinen Pleuelauge vorbei gelenkt wird und vollständig am definierten Ausgangspunkt auf der Leitfläche auftrifft.
Wenn die Leitfläche mit einer rechtwinklig zur Mittelachse des Kolbens verlaufenden Horizontalen einen Winkel γ von 15 Winkelgrad bis 55 Winkelgrad einschließt, wird das Kühlöl aus dem zweiten Kühlölstrahl besonders wirksam entlang der Leitfläche und der Unterfläche des Kolbenbodens geführt. Besonders bevorzugt schließt die Unterfläche einen Winkel ß mit der Horizontalen ein, wobei der auf die Winkel ß und γ bezogene Differenzwinkel ε zwischen 0 Winkelgrad und 15 Winkelgrad beträgt, d.h. der Winkel γ sollte nicht mehr als 15 Winkelgrad kleiner oder größer sein als der Winkel ß. Diese Maßnahme bewirkt, dass der zweite Kühlölstrahl am definierten Ausgangspunkt der Leitfläche besonders wirksam in Richtung der Leitfläche abgelenkt wird und besonders wirksam entlang der Leitfläche bzw. der Unterfläche des Kolbenbodens strömt, so dass die Kühlwirkung optimiert wird.
Vorzugsweise geht die Leitfläche an einem definierten Punkt in die Unterfläche über, insbesondere stetig, um zu vermeiden, dass dem strömenden Kühlöl ein Strömungshindernis entgegensteht. Der erfindungsgemäße Kolben weist bevorzugt einen thermisch entkoppelten Kolbenschaft auf. Diese Maßnahme bewirkt, dass die thermische Ausdehnung im dem Kolbenkopf zugewandten Bereich des Kolbenschafts deutlich geringer ist als bei einem Kolben mit einem am Kolbenkopf angebundenen Kolbenschaft. Ferner ermöglicht diese Kolbenbauart eine Kolbenfeinkontur mit geringer Balligkeit im dem Kolbenkopf zugewandten Bereich des Kolbenschafts. Dies bewirkt ein gutes Führungsverhalten des Kolbens in allen Temperaturbereichen während des Motorbetriebs.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kolbens sieht vor, dass der Kolbenschaft zwei Kolbennaben aufweist, die über zwei Innenflächen aufweisende Laufflächen miteinander verbunden sind und dass die Innenfläche ausschließlich der Lauffläche auf der Druckseite des Kolbens über einen Verbindungssteg mit der Unterfläche des Kolbenbodens verbunden ist. Eine derartige Anbindung des Kolbenschafts an die Unterfläche des Kolbenbodens auf der Druckseite führt zu einer Verminderung von Kolbengeräuschen während des Motorbetriebs. Da der Kolbenschaft auf der Gegendruckseite nicht angebunden ist, ist er im Motorbetrieb besonders flexibel, wodurch die Fresssicherheit verbessert wird.
Die erfindungsgemäße Baueinheit kann mit allen üblichen Kolbentypen verwirklicht werden, insbesondere mit einteiligen Kolben, Kolben aus mindestens zwei unlösbar miteinander verbundenen Bauteilen, Kastenkolben, Kolben mit geschlossenem Kühlkanal sowie Kolben mit nach unten offenem, mit einem Verschlusselement verschlossenem Kühlkanal. Besonders bevorzugt sind Kolben aus einem Kolbengrundkörper und einem Kolbenringelement.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Kolbens für eine erfindungsgemäße Baueinheit im Schnitt; Figur 2 eine Darstellung des Kolbens gemäß Figur 1 , um 90° gedreht;
Figur 3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baueinheit mit einem Kolben gemäß den Figuren 1 und 2;
Figur 4 eine vergrößerte Teildarstellung der Baueinheit gemäß Figur 3 mit einem in dem Kolben aufgenommenen kleinen Pleuelauge eines Pleuels;
Figur 5 eine Unteransicht des Kolbens gemäß Figur 1 mit einer Darstellung des Strömungsverlaufs des Kühlöls.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Kolbens 10 für eine erfindungsgemäße Baueinheit 100. Der Kolben 10 kann, wie grundsätzlich bekannt, als einteiliger Rohling geschmiedet oder gegossen werden, wobei der Kühlkanal durch spanabhebende Bearbeitung in den Rohling eingebracht wird. Im Ausführungsbeispiel ist der Kolben 10 aus einem Kolbengrundkörper 31 und einem Kolbenringelement 32 zusammengesetzt, die in an sich bekannter Weise gegossen oder geschmiedet sein können und die über eine Schweißnaht 33 bspw. mittels Elektronenstrahlschweißen oder Laserschweißen miteinander verbunden sind. Die
Schweißnaht 33 ist im Ausführungsbeispiel in einem Wandbereich der Verbrennungsmulde angeordnet. Der Kolbengrundkörper 31 und das Kolbenringelement 32 sind im Ausführungsbeispiel aus einem Stahl Werkstoff hergestellt. Sie können aber auch aus einem Leichtmetallwerkstoff oder einer Kombination beider Werkstoffe hergestellt sein.
Der Kolben 10 weist einen Kolbenkopf 1 1 mit einem eine Verbrennungsmulde 13 aufweisenden Kolbenboden 12, einem umlaufenden Feuersteg 14 und einer umlaufenden Ringpartie 15 mit Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 15 ist ein umlaufender, nach unten offener Kühlkanal 16 vorgesehen, der mit einem Verschlusselement 17 verschlossen ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Verschlusselement 17 als mit dem Kolbengrundkörper 31 einstückiger, umlaufender Kragen ausgebildet, dessen freies Ende an der Innenfläche des Kolbenringelements 32 anliegt. Das Verschlusselement 17 ist mit einer Zuführöffnung 18 für Kühlöl versehen.
Der Kolben 10 weist ferner einen vom Kolbenkopf 1 1 thermisch entkoppelten Kolbenschaft 21 mit Kolbennaben 22 und Nabenbohrungen 23 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Kolbennaben 22 sind über Nabenanbindungen 24 mit der Unterfläche 12a des Kolbenbodens 12 verbunden. Die Kolbennaben 22 sind über Laufflächen 25a, 25b miteinander verbunden. Auf der Druckseite DS des Kolbens 10 ist die Innenfläche 26a der Lauffläche 25a über einen Verbindungssteg 27 mit der Unterfläche12a des Kolbenbodens 12 verbunden. Auf der Gegendruckseite GDS des Kolbens 10 ist die Innenfläche 26b der Lauffläche 25b nicht mit der Unterfläche 12a des Kolbenbodens 12 verbunden. Die Innenfläche 26b ist vom Kolbenboden 12 beabstandet, so dass eine durchgehende Öffnung 28 in Richtung des Kühlkanals 16 ausgebildet ist.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit 100 mit einem Kolben 10 gemäß den Figuren 1 und 2. Die Kühlung der Baueinheit 100 ist mit Pfeilen andeutet, die den Fluss des Kühlöls anzeigen. In den Figuren 3 und 4 ist zusätzlich ein Pleuel 50 dargestellt, dessen kleines Pleuelauge 51 im Inneren des Kolbens 10 aufgenommen. Der Kolbenbolzen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Insbesondere in der vergrößerten Darstellung gemäß Figur 3 ist zu erkennen, dass auf der Gegendruckseite GDS des Kolbens 10 ein äußerer Bereich der Unterfläche 12a des Kolbenbodens 12 als Leitfläche 37 ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel geht die Unterfläche 12a des Kolbenbodens 12 an einem definierten Punkt P, im Ausführungsbeispiel stetig, in die Leitfläche 37 über. Die Leitfläche 37 ist gegenüber der Unterfläche 12a gegenüber der Mittelachse M weniger steil ausgebildet. Die Leitfläche 37 schließt im Ausführungsbeispiel mit einer rechtwinklig zur Mittelachse M des Kolbens 10 verlaufenden Horizontalen H einen Winkel γ von 15 Winkelgrad bis 55 Winkelgrad ein. Die Unterfläche 12a schließt mit der Horizontalen H einen Winkel ß ein, der im Ausführungsbeispiel größer als der Winkel γ. Der Winkel ß soll ferner höchstens 15 Winkelgrade vom Winkel γ abweichen. Das bedeutet, dass die Leitfläche 37 und die Unterfläche 12a miteinander einen Winkel ε von maximal 15 Winkelgrad einschließen. Im Ausführungsbeispiel läuft die Leitfläche 37 bogenförmig aus. Hierbei ist ein definierter Ausgangspunkt A gebildet, an dem die gedachte Verlängerung der Leitfläche 37 tangential anliegt. Somit beginnt die Leitfläche 37 am definierten Ausgangspunkt A und endet am definierten Punkt P. Der Abstand L des definierten Ausgangspunkts A von der Mittelachse M des Kolbens 10 beträgt das 1 ,2-fach bis 1 ,6-fache des Außenradius R des kleinen Pleuelauges 51.
Die erfindungsgemäße Baueinheit 100 weist neben dem Kolben 10 zwei Ölspritzdüsen 35, 36 auf, die unterhalb des Kolbenschaftes 21 angeordnet ist. Die Mittelachse 35a der ersten Olspritzdüse 35 ist parallel zur Mittelachse M des Kolbens 10 sowie zur Zuführöffnung 18 ausgerichtet und dient der Versorgung des Kühlkanals 16 mit Kühlöl. Die Mittelachse 36a der zweiten Olspritzdüse 36 ist in Bezug auf die Mittelachse M des Kolbens 10 geneigt angeordnet und auf die Leitfläche 37, im Ausführungsbeispiel auf den definierten Ausgangspunkt A der Leitfläche 37, ausgerichtet, so dass sie mit der ersten Olspritzdüse 35 einen spitzen Winkel einschließt. Die zweite Olspritzdüse 36 dient somit zum Kühlen der Leitfläche 37 sowie der Unterfläche 12a des Kolbenbodens 12 mit Kühlöl.
Die erste Olspritzdüse 35 weist im Ausführungsbeispiel einen größeren Düsenquerschnitt auf als die zweite Olspritzdüse 36, das heißt, der von der ersten Olspritzdüse abgegebene erste Kühlölstrahl K1 umfasst eine größere Kühlölmenge als der von der zweiten Olspritzdüse abgegebene zweite Kühlölstrahl K2. Damit können sowohl der Kühlkanal 16 einerseits als auch die Leitfläche 37 bzw. die Unterfläche 12a mit der jeweils optimalen Kühlölmenge versorgt wer¬ den.
Wie insbesondere aus den Figuren 4 und 5 zu ersehen ist, trifft der von der ersten Olspritzdüse 35 abgegebene erste Kühlölstrahl K1 auf die Zuführöffnung 18 für Kühlöl, die im Verschlusselement 17 des Kühlkanals 16 ausgebildet ist, so dass der Kühlkanal 16 kontinuierlich mit einer ausreichenden Kühlölmenge versorgt wird. Über eine Ablauföffnung 18' (vgl. Figur 5) kann das Kühlöl wieder aus dem Kühlkanal 16 abfließen. Der von der zweiten Olspritzdüse 36 abgegebene zweite Kühlölstrahl K2 trifft im Ausführungsbeispiel auf den definierten Ausgangs- punkt A der Leitfläche 37. Aufgrund der oben beschriebenen Abmessungen wird der zweite Kühlölstrahl in optimaler Weise in Richtung der Leitfläche 37 umgelenkt. Der auf diese Weise auf die Leitfläche 37 auftreffende Kühlölstrom (durch Pfeile angedeutet) strömt nunmehr entlang der Leitfläche 37 und anschließend entlang der Unterfläche 12a des Kolbenbodens. Wie aus Figur 3 ersichtlich, strömt der Kühlölstrom entlang der gesamten Unterfläche 12a des Kolbenbodens 12, bis er an der Innenfläche 26a der Lauffläche 25a in Richtung Kurbelgehäuse abläuft.

Claims

Patentansprüche
Baueinheit (100) mit einem Kolben (10) und einer Ölspritzdüse (35) für Kühlöl für einen Verbrennungsmotor, wobei der Kolben einen Kolbenkopf (1 1 ) und einen Kolbenschaft (21) aufweist, wobei der Kolbenkopf (1 1) einen Kolbenboden (12) mit einer Unterfläche (12a), eine umlaufende Ringpartie (15) sowie im Bereich der Ringpartie (15) einen umlaufenden Kühlkanal (16) mit mindestens einer Zuführöffnung (18) für Kühlöl aufweist, wobei die Ölspritzdüse (35) unterhalb des Kolbenschafts (21 ) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ölspritzdüse (35) zum Erzeugen eines auf die mindestens eine Zuführöffnung (18) ausgerichteten ersten Kühlölstrahls (K1) vorgesehen ist, dass ein äußerer Bereich der Unterfläche (12a) des Kolbenbodens (12) als Leitfläche (37) für Kühlöl ausgebildet ist, dass eine zweite Ölspritzdüse (36) zum Erzeugen eines auf die Leitfläche (37) ausgerichteten zweiten Kühlölstrahls (K2) vorgesehen ist, derart, dass der zweite Kühlölstrahl (K2) auf einen definierten Ausgangspunkt (A) trifft, derart, dass er ausgehend vom definierten Ausgangspunkt (A) in Richtung der Leitfläche (37) umgelenkt wird und der resultierende Kühlölstrom entlang der Leitfläche (37) in Richtung der Unterfläche (12a) des Kolbenbodens (12) strömt.
Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (35a) der ersten Ölspritzdüse (35) parallel zur Mittelachse (M) des Kolbens (10) ausgerichtet ist.
Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (36a) der zweiten Ölspritzdüse (36) in Bezug auf die Mittelachse (M) des Kolbens (10) geneigt ausgerichtet ist.
Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ölspritzdüse (35) einen größeren Düsenquerschnitt als die zweite Ölspritzdüse (36) aufweist.
Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (L) des Ausgangspunktes (A) von der Mittelachse (M) des Kolbens (10) das 1 ,2-fache bis 1 ,6-fache des Außenradius (R) eines im Inneren des Kolbens (10) aufgenommenen kleinen Pleuelauges (51) eines Pleuels (50) beträgt.
6. Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (37) mit einer rechtwinklig zur Mittelachse (M) des Kolbens (10) verlaufenden Horizontalen (H) einen Winkel (γ) von 15 Winkelgrad bis 55 Winkelgrad einschließt.
7. Baueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterfläche (12a) einen Winkel (ß) mit der Horizontalen (H) einschließt, wobei der auf die Winkel (ß) und (γ) bezogene Differenzwinkel (ε) maximal 15 Winkelgrad beträgt.
8. Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (37) an einem definierten Punkt (P) in die Unterfläche (12a) übergeht.
9. Baueinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (37) stetig in die Unterfläche (12a) übergeht.
10. Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) einen thermisch entkoppelten Kolbenschaft (21 ) aufweist.
1 1. Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschaft (21 ) zwei Kolbennaben (22) aufweist, die über zwei Innenflächen (26a, 26b) aufweisende Laufflächen (25a, 25b) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (26a) ausschließlich der Lauffläche (25a) auf der Druckseite des Kolbens (10) über einen Verbindungssteg (27) mit der Unterfläche (12a) des Kolbenbodens (12) verbunden ist.
12. Baueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) aus mindestens zwei unlösbar miteinander verbundenen Bauteilen (31 , 32) zusammengesetzt ist.
13. Baueinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) einen Kolbengrundkörper (31 ) und ein Kolbenringelement (32) aufweist.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014010528A1 (de) 2014-07-18 2016-02-18 Mahle International Gmbh Pleuel sowie Baueinheit aus einem Kolben und einem Pleuel
JP6439751B2 (ja) * 2016-06-03 2018-12-19 トヨタ自動車株式会社 ピストン冷却装置
JP6780530B2 (ja) * 2017-02-15 2020-11-04 株式会社豊田自動織機 ピストンの冷却装置
DE102018128564A1 (de) * 2018-11-14 2020-05-14 Man Energy Solutions Se Kolben und Zylinder einer Brennkraftmaschine
DE102018220193A1 (de) 2018-11-23 2020-05-28 Mahle International Gmbh Ölzuführelement und Kolben einer Brennkraftmaschine
US10895191B2 (en) * 2019-06-07 2021-01-19 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Fluid compressor and method of operating a fluid compressor to reduce oil carryover by a compressor piston assembly
DE102019122877B4 (de) * 2019-08-27 2021-08-19 Man Energy Solutions Se Kolben einer Brennkraftmaschine

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2539470C2 (de) * 1975-09-05 1984-09-20 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Flüssigkeitsgekühlter Kolben für eine Brennkraftmaschine
DE2543478C2 (de) * 1975-09-30 1983-01-05 Günter 8543 Hilpoltstein Elsbett Kolben für Brennkraftmaschinen, insb. Dieselmotoren
US4206726A (en) * 1977-07-18 1980-06-10 Caterpillar Tractor Co. Double orifice piston cooling nozzle for reciprocating engines
JPS59156114A (ja) 1983-02-23 1984-09-05 株式会社日立製作所 ガス絶縁電気装置の圧力容器
JPS59156114U (ja) * 1983-04-05 1984-10-19 株式会社小松製作所 シエ−カタイプピストンの冷却装置
US4979473A (en) * 1989-10-20 1990-12-25 Cummins Engine Company, Inc. Piston cooling nozzle
US5267534A (en) * 1991-09-09 1993-12-07 Caterpillar Inc. Piston cooling nozzle
JPH0835425A (ja) * 1994-07-25 1996-02-06 Hino Motors Ltd ピストンクーリングノズル
JPH11132101A (ja) * 1997-10-29 1999-05-18 Komatsu Ltd 内燃機関用ピストンの冷却装置
FR2844003B1 (fr) * 2002-09-02 2006-06-16 Bontaz Centre Sa Gicleur a projections multiples pour refroidissement de moteur, et moteurs equipes de tels gicleurs
DE102004056769A1 (de) * 2004-11-24 2006-06-01 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Kolben für einen Verbrennungsmotor und Kombination eines Kolbens mit einer Öleinspritzanordnung
DE102006027810A1 (de) * 2006-06-16 2007-12-20 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Kolbens sowie damit hergestellter Kolben
DE102006056011A1 (de) 2006-11-28 2008-05-29 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kühlkanalvarianten für Kolben
JP4379515B2 (ja) * 2006-12-08 2009-12-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
DE102009056922B4 (de) * 2009-12-03 2019-03-14 Mahle International Gmbh Zulauftrichter für den Kühlkanal eines Kolbens
DE102010056220A1 (de) 2010-12-24 2012-06-28 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE102012017217A1 (de) * 2012-08-31 2014-05-15 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor
FR3004489B1 (fr) * 2013-04-11 2017-04-28 Bontaz Centre R & D Dispositif de refroidissement pour moteur a combustion interne a encombrement reduit et procede de fabrication d'un tel dispositif
JP6148111B2 (ja) * 2013-08-09 2017-06-14 トヨタ自動車株式会社 オイルジェット
DE102013013962A1 (de) 2013-08-23 2015-02-26 Mahle International Gmbh Baueinheit aus einem Kolben und einer Anspritzdüse für einen Verbrennungsmotor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
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DE102014005364A1 (de) 2015-10-29
US10260452B2 (en) 2019-04-16
US20170030292A1 (en) 2017-02-02
WO2015154877A1 (de) 2015-10-15

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