WO2017133949A1 - Piston of an internal combustion engine - Google Patents

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WO2017133949A1
WO2017133949A1 PCT/EP2017/051549 EP2017051549W WO2017133949A1 WO 2017133949 A1 WO2017133949 A1 WO 2017133949A1 EP 2017051549 W EP2017051549 W EP 2017051549W WO 2017133949 A1 WO2017133949 A1 WO 2017133949A1
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WO
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piston
cooling
channel elements
channel
dome
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PCT/EP2017/051549
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Inventor
Rainer Scharp
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Mahle International Gmbh
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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
    • 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
    • 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
    • F02F3/18—Pistons  having cooling means the means being a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in piston

Definitions

  • the present invention relates to a piston of an internal combustion engine with a piston skirt and a piston head, in which a cooling channel for
  • Receiving a cooling medium is provided, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an internal combustion engine with at least one such piston.
  • outgoing oblique bore can be made.
  • this it is, for example.
  • the present invention therefore deals with the problem of an improved or at least one piston of the generic type specify alternative embodiment, which avoids the disadvantages of the prior art in particular.
  • G thinkkerns which in particular also allows a non-linear course of the individual channel elements.
  • the dome not only two but, for example, three or more channel elements are provided, which can subsequently be closed with only a single, common closure element , This makes it possible to significantly reduce the cost of closing compared to the piston known from the prior art, since in this all channel elements had to be closed separately.
  • Provision of a plurality of starting in the region of the cathedral channel elements can also be fluidly connected to each other and thereby allow an exchange of the cooling medium disposed therein through the recess with each other.
  • the piston according to the invention usually in a reciprocating internal combustion engine is used, it has in a known manner a piston skirt with a peripheral annular part having piston head, in which an at least partially encircling cooling channel is provided for receiving a cooling medium.
  • the piston head itself has a combustion bowl with the particular central dome. According to the invention, the at least two channel elements which are provided by the dome are now provided
  • Closing closure element together whereby the provision of a number of the channel elements corresponding number of closure elements is no longer required.
  • the convergence of the at least two channel elements in the area of the dome and the arrangement of their filling openings in the region of the dome they can also be filled together and therefore much easier.
  • the dome has a recess into which the at least two channel elements open.
  • a recess offers the great advantage that on the one hand the filling of the cooling medium significantly simplified (if it is a closed cooling system) and on the other hand by a corresponding closure element also allows a fluid exchange between the individual channel elements in the operating state.
  • Closure element can thus be designed alternatively such that it in the assembled state in the region of the dome a fluidic separation of the individual Channel elements causes each other, or allows a fluidic connection between the individual channel elements in the region of the dome, thereby enabling a particularly uniform and homogeneous additional cooling.
  • the at least two channel elements run obliquely to the longitudinal axis of the piston, in particular even along a combustion bowl trough.
  • a particularly targeted cooling of the combustion bowl trough bottom can be made possible.
  • the course of the individual channel elements is usually linear, wherein, of course, curvy courses are conceivable, especially if the individual channel elements are not made by drilling, but by a casting core.
  • the closure element is welded to the dome or an inner wall of the recess arranged in the region of the dome, for example by friction welding, MIG welding or laser welding.
  • the closure element is soldered to the dome.
  • the welding offers the great advantage that this could be done simultaneously with the welding, for example.
  • a first piston part with a second piston part.
  • Piston according to the invention can thus be formed not only in one piece or in one piece, but also in several parts, for example, with a first piston part forming the piston crown and a second piston part forming at least one region of the piston skirt.
  • the piston can be forged or assembled from forged piston parts. Also another
  • the choice of material for the piston according to the invention is not limited, so that this example. Can be made of steel or aluminum.
  • the cooling channel and the at least two channel elements form a closed one
  • Cooling system with sodium and / or potassium as cooling medium For example, sodium has a melting point of just below 100 ° C. and thus becomes liquid during operation of the internal combustion engine, as a result of which the sodium absorbed in the channel elements sloshes back and forth and thus by means of the so-called
  • Shaker effect can cause the cooling of the piston.
  • Potassium melts already at approx. 63 ° C, so that by enriching the cooling medium with potassium, its melting point can be lowered compared to pure sodium.
  • sodium / potassium and lithium instead of sodium / potassium and lithium or
  • Lithium nitride can be used as a cooling medium.
  • cooling channel and the at least two channel elements an open cooling system with cooling oil as
  • cooling oil is sprayed into an inlet of the cooling channel, circulates in it, and is additionally shaken to and fro in the channel elements by means of the shaker effect. Subsequently, the now heated cooling oil leaves the cooling channel via an outlet.
  • the at least two channel elements run along one
  • combustion chamber trough (which can be achieved by an extension of the channel elements into the piston skirt a further improved cooling).
  • the cooling channel would be extended locally downwards (into the piston skirt), so that the heat in this
  • FIGURE 1 shows a sectional view through a piston according to the invention.
  • an inventive piston 1 of an only indicated internal combustion engine 2 a piston shaft 3 and a, a circumferential ring section 4 having piston head 5, in which,
  • cooling channel 6 is provided for receiving a cooling medium.
  • the piston head 5 has a
  • Burner trough 7 with a central Dom 8 may be arranged in a purely theoretical way decentralized.
  • at least two channel elements 9 are now provided, which are fluidically connected to the cooling channel 7 and in which the same cooling medium is received for cooling the piston 1.
  • the at least two channel elements 9 go there
  • a closure element 10 According to the invention from the dome 8 and are closed in the region of the dome 8 by a closure element 10. If you look at the dome 8 in more detail, it can be seen according to FIG. 1 that there is a recess 1 1 is provided, in which the at least two channel elements 9 open or from the at least two channel elements 9 go out. If one looks at the closure element 10 according to FIG. 1, it can be seen that this allows a fluidic connection between the individual channel elements 9 in the region of the recess 11 even in the mounted state, so that in theory also an exchange of the cooling medium between the individual channel elements 9 during operation of the internal combustion engine 2 is possible. Alternatively, of course, it is also conceivable that the closure element 10 is formed such that it completely fills the recess 11 and thereby fluidly separates and closes the individual channel elements 9 in the area of the dome 8 in the assembled state.
  • the cooling channel 6 and the at least two channel elements 9 form a closed cooling system with sodium and / or potassium as the cooling medium.
  • Sodium for example, has a melting point of just below 100 ° C. and thus becomes liquid during operation of the internal combustion engine 2, as a result of which in the channel elements 9
  • the piston 1 itself can be made of steel or aluminum and be made in one piece or in several parts. In a multipart
  • the piston 1 can be forged or made
  • cooling channel 6 and the at least two channel elements 9 an open cooling system with cooling oil as
  • cooling medium Form cooling medium.
  • cooling oil is injected into an inlet, not shown in FIG. 1, of the cooling channel 6, circulates in it and is additionally shaken to and fro in the channel elements 9 by means of the shaker effect. Subsequently, the now heated cooling oil leaves the cooling channel 6 via a likewise not shown output.
  • the cooling channel 6 is deeper in the peripheral region between the hubs 18, wherein in these areas the channel elements 9 open into the cooling channel 6. In the area of the hubs 18, the cooling channel 6 is not so deep. This means that the cooling channel 6 in the hub connection to the piston shaft 3, that is, away from the hubs 18, further in the axial direction extends as in the remaining area, that is, as in the circumferentially intermediate area.
  • the at least two channel elements 9 run along one
  • the piston 1 is produced, for example, as follows: First, the piston 1 is produced, either as a one-piece component or by two separate piston parts 15, 16.
  • the channel elements 9 can either be drilled subsequently from the recess 11 or already together with the piston 1, that is to say in particular produced together with the second piston part 16, in particular provided that a channel core 9 free-retaining casting core is provided for this purpose.
  • the channel elements 9 in a closed cooling system with the cooling medium, eg. Sodium and / or potassium, filled and then the closure member 10 is placed and in particular the edge tightly with the recess 1 connected, for example, soldered or welded.
  • the soldering or welding can simultaneously with, for example, the welding of the other
  • Burner trough bottom 17 made by turning, so that the
  • Closing element 10 starting from the shape shown in FIG. 1 with broken line drawn occupies the drawn according to FIG. 1 with a solid line shape.
  • the piston 1 according to the invention it is possible for the first time to provide a cooling additionally supporting channel elements 9 centrally from the dome 8 and closed by a single, common closure element 10, whereby the closing of the channel elements 9 clearly compared to known from the prior art channel elements can be simplified.
  • no separate machining of a piston skirt surface must be carried out in order to be able to reliably introduce the channel elements previously forming bores.

Abstract

The present invention relates to a piston (1) of an internal combustion engine (2), comprising a piston shaft (3) and a piston head (5), in which a cooling channel (6) is provided for receiving a cooling medium, wherein the piston head (5) has a combustion bowl (7) with a dome (8). It is essential to the invention that at least two channel elements (9) are provided, which extend from the dome (8) and are closed in the area of the dome (8) by a common closing element (10) and that the at least two channel elements (9) are fluidically connected with the cooling channel (6).

Description

Kolben einer Brennkraftmaschine  Piston of an internal combustion engine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem Kolbenschaft und einem Kolbenkopf, in dem ein Kühlkanal zum The present invention relates to a piston of an internal combustion engine with a piston skirt and a piston head, in which a cooling channel for
Aufnehmen eines Kühlmediums vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Kolben. Receiving a cooling medium is provided, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an internal combustion engine with at least one such piston.
Aus der DE 10 2013 002 895 A1 ist ein gattungsgemäßer Kolben mit einem Kolbenschaft und einem Kolbenkopf bekannt, wobei in dem Kolbenkopf eine Brennraummulde mit einem zentralen Dom angeordnet ist. Ebenfalls vorgesehen ist wenigstens ein sich zumindest im Kolbenkopf erstreckendes Kanalelement, welches fluidisch vom Kühlkanal getrennt ist und in dem ein zweites, vom ersten Kühlmedium unterschiedliches Kühlmedium zum zumindest vergleichsweisen Kühlen des Kolbens aufgenommen ist. Hierdurch soll insbesondere eine verbesserte Kühlung erreicht werden können. From DE 10 2013 002 895 A1 discloses a generic piston with a piston skirt and a piston head is known, wherein in the piston head, a combustion chamber trough is arranged with a central dome. Also provided is at least one channel element which extends at least in the piston head and which is fluidically separated from the cooling channel and in which a second cooling medium different from the first cooling medium is received for at least comparatively cooling the piston. As a result, in particular improved cooling can be achieved.
Nachteilig bei dem aus dem Stand der Technik bekannten, gattungsgemäßen Kolben ist jedoch, dass das zumindest eine Kanalelement nur vergleichsweise aufwendig, bspw. durch eine von einer Schaftwand des Kolbenschafts A disadvantage of the known from the prior art, generic piston, however, that the at least one channel element only comparatively expensive, eg. By one of a skirt wall of the piston skirt
ausgehenden Schrägbohrung hergestellt werden kann. Hierzu ist es bspw. outgoing oblique bore can be made. For this it is, for example.
erforderlich, die Außenfläche des Kolbenschaftes zuerst spanend zu bearbeiten, um ein Abrutschen des Bohrers vermeiden zu können. In gleicher Weise schwierig ist bei derartig hergestellten Kanalelementen deren Befüllen sowie deren Verschließen. required to machine the outer surface of the piston skirt first to avoid slipping of the drill can. In the same way is difficult in such channel elements prepared their filling and their closure.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet. The present invention therefore deals with the problem of an improved or at least one piston of the generic type specify alternative embodiment, which avoids the disadvantages of the prior art in particular.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des This problem is inventively achieved by the subject matter of
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind independent claim 1 solved. Advantageous embodiments are
Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest zwei Kanalelemente, welche mit einem Kühlkanal eines Kolbens fluidisch verbunden sind, als von einem Dom im Bereich einer Brennraummulde The present invention is based on the general idea, at least two channel elements, which are fluidically connected to a cooling channel of a piston, as of a dome in the region of a combustion bowl
ausgehend auszubilden und anschließend durch ein Verschlusselement zu verschließen, was den großen Vorteil bietet, dass insbesondere ein bislang erforderliches, aufwendiges, spanendes Bearbeiten des Kolbenschaftes zum Einbringen der das Kanalelement bildenden Bohrung entfallen kann. Dabei ist selbstverständlich klar, dass die Kanalelemente durch Bohren hergestellt werden können, oder aber alternativ durch das Vorsehen eines entsprechenden starting auszubilden and then closed by a closure element, which offers the great advantage that in particular a hitherto required, consuming, machining the piston skirt for introducing the channel element forming bore can be omitted. It is of course clear that the channel elements can be made by drilling, or alternatively by the provision of a corresponding
Gießkerns, was insbesondere auch einen nicht linearen Verlauf der einzelnen Kanalelemente ermöglicht. Besonders das Herstellen der Kanalelemente mittels Bohren stellt jedoch eine besonders bevorzugte, da kostengünstige Variante dar. Zugleich werden üblicherweise ausgehend von dem Dom nicht nur zwei, sondern bspw. drei oder mehr Kanalelemente vorgesehen, die anschließend mit lediglich einem einzigen, gemeinsamen Verschlusselement verschlossen werden können. Hierdurch ist es möglich, auch den Aufwand des Verschließens im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Kolben deutlich zu reduzieren, da bei diesem alle Kanalelemente separat verschlossen werden mussten. Beim Gießkerns, which in particular also allows a non-linear course of the individual channel elements. At the same time, however, starting from the dome, not only two but, for example, three or more channel elements are provided, which can subsequently be closed with only a single, common closure element , This makes it possible to significantly reduce the cost of closing compared to the piston known from the prior art, since in this all channel elements had to be closed separately. At the
Vorsehen von mehreren im Bereich des Doms startenden Kanalelementen können diese zudem auch fluidisch miteinander verbunden sein und dadurch einen Austausch des darin angeordneten Kühlmediums über die Ausnehmung untereinander ermöglichen. Der erfindungsgemäße Kolben, der üblicherweise in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine eingesetzt wird, weist dabei in bekannter Weise einen Kolbenschaft mit einem eine umlaufende Ringpartie aufweisenden Kolbenkopf auf, in dem ein zumindest teilweise umlaufender Kühlkanal zum Aufnehmen eines Kühlmediums vorgesehen ist. Der Kolbenkopf selbst besitzt eine Brennraummulde mit dem insbesondere zentralen Dom. Erfindungsgemäß vorgesehen sind nun die zumindest zwei Kanalelemente, die vom Dom Provision of a plurality of starting in the region of the cathedral channel elements can also be fluidly connected to each other and thereby allow an exchange of the cooling medium disposed therein through the recess with each other. The piston according to the invention, usually in a reciprocating internal combustion engine is used, it has in a known manner a piston skirt with a peripheral annular part having piston head, in which an at least partially encircling cooling channel is provided for receiving a cooling medium. The piston head itself has a combustion bowl with the particular central dome. According to the invention, the at least two channel elements which are provided by the dome are now provided
ausgehen, fluidisch mit dem Kühlkanal verbunden und im Bereich des Doms von einem gemeinsamen Verschlusselement verschlossen sind. In den zumindest zwei Kanalelementen und dem Kühlkanal ist dabei dasselbe Kühlmedium aufgenommen. Wie eingangs erwähnt, kann durch die zentrale Anordnung der Eingänge der Kanalelemente im Bereich des Doms ein Bohren derselben von oben durch die Brennraummulde erfolgen, was nicht nur deutlich einfacher ist, sondern auch die Möglichkeit eröffnet, diese durch ein einziges go out, fluidly connected to the cooling channel and are closed in the region of the dome of a common closure element. In the at least two channel elements and the cooling channel while the same cooling medium is added. As mentioned above, can be done from above through the combustion chamber trough by the central arrangement of the inputs of the channel elements in the region of the dome, which is not only much easier, but also opens up the possibility of this by a single
Verschlusselement gemeinsam zu verschließen, wodurch das Vorsehen einer der Anzahl der Kanalelemente entsprechenden Anzahl an Verschlusselementen nicht mehr erforderlich ist. Durch das Zusammenlaufen der zumindest zwei Kanalelemente im Bereich des Doms und das Anordnen deren Einfüllöffnungen im Bereich des Doms, können diese auch gemeinsam und damit deutlich einfacher befüllt werden. Closing closure element together, whereby the provision of a number of the channel elements corresponding number of closure elements is no longer required. As a result of the convergence of the at least two channel elements in the area of the dome and the arrangement of their filling openings in the region of the dome, they can also be filled together and therefore much easier.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Dom eine Ausnehmung auf, in welche die zumindest zwei Kanalelemente münden. Eine derartige Ausnehmung bietet dabei den großen Vorteil, dass diese zum einen das Einfüllen des Kühlmediums deutlich vereinfacht (sofern es sich um ein geschlossenes Kühlsystem handelt) und zum anderen durch ein entsprechendes Verschlusselement auch einen Fluidaustausch zwischen den einzelnen Kanalelementen im Betriebszustand ermöglicht. Das In an advantageous development of the solution according to the invention, the dome has a recess into which the at least two channel elements open. Such a recess offers the great advantage that on the one hand the filling of the cooling medium significantly simplified (if it is a closed cooling system) and on the other hand by a corresponding closure element also allows a fluid exchange between the individual channel elements in the operating state. The
Verschlusselement kann somit alternativ derart ausgebildet sein, dass es in montiertem Zustand im Bereich des Doms eine fluidische Trennung der einzelnen Kanalelemente voneinander bewirkt, oder aber eine fluidische Verbindung zwischen den einzelnen Kanalelementen im Bereich des Doms zulässt und dadurch eine besonders gleichmäßige und homogene Zusatzkühlung ermöglicht. Closure element can thus be designed alternatively such that it in the assembled state in the region of the dome a fluidic separation of the individual Channel elements causes each other, or allows a fluidic connection between the individual channel elements in the region of the dome, thereby enabling a particularly uniform and homogeneous additional cooling.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung verlaufen die zumindest zwei Kanalelemente schräg zur Längsachse des Kolbens, insbesondere sogar entlang eines Brennraummuldenbodens. Hierdurch kann eine besonders gezielte Kühlung des Brennraummuldenbodens ermöglicht werden. Der Verlauf der einzelnen Kanalelemente ist dabei üblicherweise linear, wobei selbstverständlich auch kurvige Verläufe denkbar sind, insbesondere sofern die einzelnen Kanalelemente nicht durch Bohren, sondern durch einen Gießkern hergestellt sind. In an advantageous development of the solution according to the invention, the at least two channel elements run obliquely to the longitudinal axis of the piston, in particular even along a combustion bowl trough. In this way, a particularly targeted cooling of the combustion bowl trough bottom can be made possible. The course of the individual channel elements is usually linear, wherein, of course, curvy courses are conceivable, especially if the individual channel elements are not made by drilling, but by a casting core.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Verschlusselement mit dem Dom bzw. einer Innenwandung der im Bereich des Doms angeordneten Ausnehmung verschweißt, bspw. mittels Reibschweißen, MIG-Schweißen oder Laserschweißen. Alternativ ist auch denkbar, dass das Verschlusselement mit dem Dom verlötet ist. Das Verschweißen bietet dabei den großen Vorteil, dass dieses gleichzeitig mit dem Verschweißen bspw. eines ersten Kolbenteils mit einem zweiten Kolbenteil erfolgen könnte. Der In an advantageous development of the solution according to the invention, the closure element is welded to the dome or an inner wall of the recess arranged in the region of the dome, for example by friction welding, MIG welding or laser welding. Alternatively, it is also conceivable that the closure element is soldered to the dome. The welding offers the great advantage that this could be done simultaneously with the welding, for example. A first piston part with a second piston part. Of the
erfindungsgemäße Kolben kann somit nicht nur einteilig bzw. einstückig, sondern auch mehrteilig ausgebildet sein, bspw. mit einem den Kolbenboden bildenden ersten Kolbenteil und einem zumindest einen Bereich des Kolbenschafts bildenden zweiten Kolbenteil. Der Kolben kann dabei geschmiedet oder aus geschmiedeten Kolbenteilen zusammengesetzt sein. Auch eine andere Piston according to the invention can thus be formed not only in one piece or in one piece, but also in several parts, for example, with a first piston part forming the piston crown and a second piston part forming at least one region of the piston skirt. The piston can be forged or assembled from forged piston parts. Also another
Herstellung ist selbstverständlich denkbar. Auch die Materialauswahl für den erfindungsgemäßen Kolben ist nicht beschränkt, so dass dieser bspw. aus Stahl oder aus Aluminium ausgebildet sein kann. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung bilden der Kühlkanal und die zumindest zwei Kanalelemente ein geschlossenes Of course, production is conceivable. The choice of material for the piston according to the invention is not limited, so that this example. Can be made of steel or aluminum. In an advantageous embodiment of the solution according to the invention, the cooling channel and the at least two channel elements form a closed one
Kühlsystem mit Natrium und/oder Kalium als Kühlmedium. Natrium hat bspw. einen Schmelzpunkt von knapp unter 100 °C und wird somit im Betrieb der Brennkraftmaschine flüssig, wodurch das in den Kanalelementen aufgenommene Natrium hin und her schwappen und dadurch mittels des so genannten Cooling system with sodium and / or potassium as cooling medium. For example, sodium has a melting point of just below 100 ° C. and thus becomes liquid during operation of the internal combustion engine, as a result of which the sodium absorbed in the channel elements sloshes back and forth and thus by means of the so-called
Shakereffekts die Kühlung des Kolbens bewirken kann. Kalium schmilzt bereits bei ca. 63 °C, so dass durch das Anreichern des Kühlmediums mit Kalium dessen Schmelzpunkt im Vergleich zu reinem Natrium gesenkt werden kann. Selbstverständlich kann anstelle von Natrium/Kalium auch Lithium bzw. Shaker effect can cause the cooling of the piston. Potassium melts already at approx. 63 ° C, so that by enriching the cooling medium with potassium, its melting point can be lowered compared to pure sodium. Of course, instead of sodium / potassium and lithium or
Lithiumnitrid als Kühlmedium verwendet werden. Lithium nitride can be used as a cooling medium.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass der Kühlkanal und die zumindest zwei Kanalelemente ein offenes Kühlsystem mit Kühlöl als Alternatively, it can also be provided that the cooling channel and the at least two channel elements an open cooling system with cooling oil as
Kühlmedium bilden. In diesem Fall wird wie bei bekannten Kolben Kühlöl in einen Eingang des Kühlkanals gespritzt, läuft in diesem um und wird zusätzlich in den Kanalelementen mittels des Shakereffekts hin und her geschüttelt. Anschließend verlässt das nun aufgeheizte Kühlöl den Kühlkanal über einen Ausgang. Form cooling medium. In this case, as in the case of known pistons, cooling oil is sprayed into an inlet of the cooling channel, circulates in it, and is additionally shaken to and fro in the channel elements by means of the shaker effect. Subsequently, the now heated cooling oil leaves the cooling channel via an outlet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung verlaufen die zumindest zwei Kanalelemente entlang eines In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the at least two channel elements run along one
Brennraummuldenbodens und enden in einem unteren Bereich des Kühlkanals. Durch den Verlauf entlang eines Brennraummuldenbodens kann insbesondere eine besonders effektive Kühlung des dem Brennraum ausgesetzten Burner trough bottom and ends in a lower region of the cooling channel. Due to the course along a combustion bowl trough, in particular a particularly effective cooling of the furnace exposed to the combustion chamber
Brennraummuldenbodens erreicht werden, (wobei durch eine Erstreckung der Kanalelemente bis in den Kolbenschaft eine nochmals verbesserte Kühlung erreicht werden kann). In diesem Fall würde der Kühlkanal lokal nach unten (in den Kolbenschaft) erweitert werden, sodass die Wärme in diesem Be achieved combustion chamber trough, (which can be achieved by an extension of the channel elements into the piston skirt a further improved cooling). In this case, the cooling channel would be extended locally downwards (into the piston skirt), so that the heat in this
vergleichsweise kälteren Gebiet besonders effektiv abgeführt werden könnte. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen comparatively colder area could be dissipated particularly effectively. Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and the accompanying
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung. Description of the figures with reference to the drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.
Die einzige Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben. The sole FIGURE 1 shows a sectional view through a piston according to the invention.
Entsprechend der Fig. 1 , weist ein erfindungsgemäßer Kolben 1 einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 2 einen Kolbenschaft 3 und einen, eine umlaufende Ringpartie 4 aufweisenden Kolbenkopf 5 auf, in dem ein, 1, an inventive piston 1 of an only indicated internal combustion engine 2, a piston shaft 3 and a, a circumferential ring section 4 having piston head 5, in which,
insbesondere zumindest teilweise umlaufender, Kühlkanal 6 zum Aufnehmen eines Kühlmediums vorgesehen ist. Der Kolbenkopf 5 besitzt eine In particular, at least partially encircling, cooling channel 6 is provided for receiving a cooling medium. The piston head 5 has a
Brennraummulde 7 mit einem zentralen Dom 8. Selbstverständlich kann der Dom 8 rein theoretisch auch dezentral angeordnet sein. Erfindungsgemäß sind nun zumindest zwei Kanalelemente 9 vorgesehen, die fluidisch mit dem Kühlkanal 7 verbunden sind und in denen dasselbe Kühlmedium zum Kühlen des Kolbens 1 aufgenommen ist. Die zumindest zwei Kanalelemente 9 gehen dabei Burner trough 7 with a central Dom 8. Of course, the dome 8 may be arranged in a purely theoretical way decentralized. According to the invention, at least two channel elements 9 are now provided, which are fluidically connected to the cooling channel 7 and in which the same cooling medium is received for cooling the piston 1. The at least two channel elements 9 go there
erfindungsgemäß von dem Dom 8 aus und sind im Bereich des Doms 8 von einem Verschlusselement 10 verschlossen. Betrachtet man dabei den Dom 8 genauer, so kann man gemäß der Fig. 1 erkennen, dass dort eine Ausnehmung 1 1 vorgesehen ist, in welche die zumindest zwei Kanalelemente 9 münden bzw. von der die zumindest zwei Kanalelemente 9 ausgehen. Betrachtet man dabei das Verschlusselement 10 gemäß der Fig. 1 , so kann man erkennen, dass dieses auch im montierten Zustand eine fluidische Verbindung zwischen den einzelnen Kanalelementen 9 im Bereich der Ausnehmung 1 1 ermöglicht, so dass rein theoretisch auch ein Austausch des Kühlmediums zwischen den einzelnen Kanalelementen 9 im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 möglich ist. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass das Verschlusselement 10 derart ausgebildet ist, dass es die Ausnehmung 1 1 komplett ausfüllt und dadurch in montiertem Zustand die einzelnen Kanalelemente 9 im Bereich des Doms 8 fluidisch voneinander trennt und verschließt. According to the invention from the dome 8 and are closed in the region of the dome 8 by a closure element 10. If you look at the dome 8 in more detail, it can be seen according to FIG. 1 that there is a recess 1 1 is provided, in which the at least two channel elements 9 open or from the at least two channel elements 9 go out. If one looks at the closure element 10 according to FIG. 1, it can be seen that this allows a fluidic connection between the individual channel elements 9 in the region of the recess 11 even in the mounted state, so that in theory also an exchange of the cooling medium between the individual channel elements 9 during operation of the internal combustion engine 2 is possible. Alternatively, of course, it is also conceivable that the closure element 10 is formed such that it completely fills the recess 11 and thereby fluidly separates and closes the individual channel elements 9 in the area of the dome 8 in the assembled state.
Betrachtet man die zumindest zwei Kanalelemente 9 gemäß der Fig. 1 , so kann man erkennen, dass diese schräg zur Längsachse 12 des Kolbens 1 verlaufen, wobei sich die einzelnen Längsachsen 13 der Kanalelemente 9 im Bereich der Längsachse 12 des Kolbens 1 treffen. Insgesamt sind dabei vorzugsweise vier Kanalelemente 9 vorgesehen. If one considers the at least two channel elements 9 according to FIG. 1, it can be seen that they run obliquely to the longitudinal axis 12 of the piston 1, wherein the individual longitudinal axes 13 of the channel elements 9 meet in the region of the longitudinal axis 12 of the piston 1. Overall, four channel elements 9 are preferably provided.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung bilden der Kühlkanal 6 und die zumindest zwei Kanalelemente 9 ein geschlossenes Kühlsystem mit Natrium und/oder Kalium als Kühlmedium. Natrium hat bspw. einen Schmelzpunkt von knapp unter 100 °C und wird somit im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 flüssig, wodurch das in den Kanalelementen 9 In an advantageous embodiment of the solution according to the invention, the cooling channel 6 and the at least two channel elements 9 form a closed cooling system with sodium and / or potassium as the cooling medium. Sodium, for example, has a melting point of just below 100 ° C. and thus becomes liquid during operation of the internal combustion engine 2, as a result of which in the channel elements 9
aufgenommene Natrium hin und her schwappen und dadurch mittels des so genannten Shakereffekts die Kühlung des Kolbens 1 bewirken kann. Kalium schmilzt bereits bei ca. 63 °C, so dass durch das Anreichern des Kühlmediums mit Kalium dessen Schmelzpunkt im Vergleich zu reinem Natrium gesenkt werden kann. Das Verschlusselement 10 kann nach dem Befüllen der einzelnen Kanalelemente 9 mit dem Kühlmedium, bspw. mit Natrium und/oder Kalium, in der Ausnehmung 1 1 des Doms 8 fixiert werden, bspw. mit dem Dom 8 verlötet oder verschweißt werden. Ein Verschweißen kann dabei insbesondere durch ein Laserschweißen, ein M IG-Schweißen oder ein Reibschweißen erfolgen. Der Kolben 1 selbst kann dabei aus Stahl oder aus Aluminium ausgebildet sein und einteilig bzw. mehrteilig ausgeführt werden. Bei einer mehrteiligen Sampled sodium slosh back and forth and thus can cause the cooling of the piston 1 by means of the so-called Shaker effect. Potassium melts already at approx. 63 ° C, so that by enriching the cooling medium with potassium, its melting point is lowered compared to pure sodium can be. After filling the individual channel elements 9 with the cooling medium, for example with sodium and / or potassium, the closure element 10 can be fixed in the recess 11 of the mandrel 8, for example soldered or welded to the mandrel 8. Welding can be carried out in particular by laser welding, MIG welding or friction welding. The piston 1 itself can be made of steel or aluminum and be made in one piece or in several parts. In a multipart
Ausführungsform, wie diese bspw. gemäß der Fig. 1 dargestellt ist, ist sogar denkbar, dass die einzelnen Verbindungsstellen 14 zwischen einem ersten Kolbenteil 15 und einem zweiten Kolbenteil 16 in einem Arbeitsschritt mit den Verbindungstellen 14' zwischen dem Verschlusselement 10 und dem Dom 8, das heißt im vorliegenden Fall dem zweiten Kolbenteil 16 verbunden, bspw. 1, it is even conceivable that the individual connection points 14 between a first piston part 15 and a second piston part 16 in one step with the connection points 14 'between the closure element 10 and the dome 8, that is connected to the second piston part 16 in the present case, for example.
verschweißt werden. Der Kolben 1 kann dabei geschmiedet oder aus be welded. The piston 1 can be forged or made
geschmiedeten Kolbenteilen 15, 16 zusammengesetzt sein. Auch eine andere Herstellung ist selbstverständlich denkbar. be forged piston parts 15, 16 composed. Another production is of course conceivable.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass der Kühlkanal 6 und die zumindest zwei Kanalelemente 9 ein offenes Kühlsystem mit Kühlöl als Alternatively, it can also be provided that the cooling channel 6 and the at least two channel elements 9 an open cooling system with cooling oil as
Kühlmedium bilden. In diesem Fall wird wie bei bekannten Kolben Kühlöl in einen in Fig. 1 nicht gezeigten Eingang des Kühlkanals 6 gespritzt, läuft in diesem um und wird zusätzlich in den Kanalelementen 9 mittels des Shakereffekts hin und her geschüttelt. Anschließend verlässt das nun aufgeheizte Kühlöl den Kühlkanal 6 über einen ebenfalls nicht gezeichneten Ausgang. Unabhängig von der gewählten Ausführungsform ist der Kühlkanal 6 im Umfangsbereich zwischen den Naben 18 tiefer, wobei in diesen Bereichen die Kanalelemente 9 in den Kühlkanal 6 münden. Im Bereich der Naben 18 ist der Kühlkanal 6 nicht so tief. Dies bedeutet, dass sich der Kühlkanal 6 im Bereich der Nabenanbindung an den Kolbenschaft 3, das heißt abseits der Naben 18, weiter in axialer Richtung erstreckt als im übrigen Bereich, das heißt als im in Umfangsrichtung dazwischen liegenden Bereich. Form cooling medium. In this case, as in the case of known pistons, cooling oil is injected into an inlet, not shown in FIG. 1, of the cooling channel 6, circulates in it and is additionally shaken to and fro in the channel elements 9 by means of the shaker effect. Subsequently, the now heated cooling oil leaves the cooling channel 6 via a likewise not shown output. Regardless of the chosen embodiment, the cooling channel 6 is deeper in the peripheral region between the hubs 18, wherein in these areas the channel elements 9 open into the cooling channel 6. In the area of the hubs 18, the cooling channel 6 is not so deep. This means that the cooling channel 6 in the hub connection to the piston shaft 3, that is, away from the hubs 18, further in the axial direction extends as in the remaining area, that is, as in the circumferentially intermediate area.
Um eine besonders effektive Kühlung der Brennraummulde 7 erreichen zu können, verlaufen die zumindest zwei Kanalelemente 9 entlang eines In order to be able to achieve a particularly effective cooling of the combustion chamber trough 7, the at least two channel elements 9 run along one
Brennraummuldenbodens 17, wobei der Kühlkanal 6 tiefer ausgebildet ist und dadurch bis in den Bereich des Kolbenschaftes 3 ragt, wodurch eine besonders effektive Wärmeabfuhr aus dem Bereich des Brennraummuldenbodens 17 erreicht werden kann. Combustor trough bottom 17, wherein the cooling channel 6 is formed deeper and thereby extends into the region of the piston skirt 3, whereby a particularly effective heat dissipation from the region of the combustion bowl trough 17 can be achieved.
Hergestellt wird der erfindungsgemäße Kolben 1 bspw. wie folgt: Zunächst wird der Kolben 1 hergestellt, entweder als einstückiges Bauteil oder durch zwei separate Kolbenteile 15, 16. Die Kanalelemente 9 können dabei entweder anschließend von der Ausnehmung 1 1 ausgehend gebohrt werden oder aber bereits zusammen mit dem Kolben 1 , das heißt insbesondere zusammen mit dem zweiten Kolbenteil 16 hergestellt werden, insbesondere sofern hierfür ein die Kanalelemente 9 freihaltender Gießkern vorgesehen wird. Nach dem Herstellen der Kanalelemente 9 bzw. dem Entfernen des diese bildenden Gießkerns werden die Kanalelemente 9 bei einem geschlossenen Kühlsystem mit dem Kühlmedium, bspw. Natrium und/oder Kalium, befüllt und anschließend das Verschlusselement 10 aufgesetzt und insbesondere randseitig dicht mit der Ausnehmung 1 1 verbunden, bspw. verlötet oder verschweißt. Das Verlöten bzw. Verschweißen kann dabei gleichzeitig mit bspw. dem Verschweißen der anderen The piston 1 according to the invention is produced, for example, as follows: First, the piston 1 is produced, either as a one-piece component or by two separate piston parts 15, 16. The channel elements 9 can either be drilled subsequently from the recess 11 or already together with the piston 1, that is to say in particular produced together with the second piston part 16, in particular provided that a channel core 9 free-retaining casting core is provided for this purpose. After the production of the channel elements 9 or the removal of this forming core, the channel elements 9 in a closed cooling system with the cooling medium, eg. Sodium and / or potassium, filled and then the closure member 10 is placed and in particular the edge tightly with the recess 1 connected, for example, soldered or welded. The soldering or welding can simultaneously with, for example, the welding of the other
Verbindungsstellen 14 zwischen dem ersten und zweiten Kolbenteil 15, 16 erfolgen. Abschließend wird nun endgültig die Kontur des Connecting points 14 between the first and second piston part 15, 16 take place. Finally, the contour of the
Brennraummuldenbodens 17 durch Drehen hergestellt, so dass das Burner trough bottom 17 made by turning, so that the
Verschlusselement 10 ausgehend von der gemäß der Fig. 1 mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellten Gestalt die gemäß der Fig. 1 mit durchgehender Linie gezeichnete Gestalt einnimmt. Mit dem erfindungsgemäßen Kolben 1 ist es erstmals möglich, eine Kühlung zusätzlich unterstützende Kanalelemente 9 zentral vom Dom 8 ausgehend vorzusehen und durch ein einziges, gemeinsames Verschlusselement 10 zu verschließen, wodurch das Verschließen der Kanalelemente 9 im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Kanalelementen deutlich vereinfacht werden kann. Insbesondere muss auch kein separates spanendes Bearbeiten einer Kolbenschaftfläche erfolgen, um die Kanalelemente bislang bildenden Bohrungen zuverlässig einbringen zu können. Closing element 10, starting from the shape shown in FIG. 1 with broken line drawn occupies the drawn according to FIG. 1 with a solid line shape. With the piston 1 according to the invention, it is possible for the first time to provide a cooling additionally supporting channel elements 9 centrally from the dome 8 and closed by a single, common closure element 10, whereby the closing of the channel elements 9 clearly compared to known from the prior art channel elements can be simplified. In particular, no separate machining of a piston skirt surface must be carried out in order to be able to reliably introduce the channel elements previously forming bores.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Kolben (1 ) einer Brennkraftmaschine (2), 1 . Piston (1) of an internal combustion engine (2),
- mit einem Kolbenschaft (3) und einem Kolbenkopf (5), in welchem ein Kühlkanal (6) zum Aufnehmen eines Kühlmediums vorgesehen ist, - With a piston shaft (3) and a piston head (5), in which a cooling channel (6) is provided for receiving a cooling medium,
- wobei der Kolbenkopf (5) eine Brennraummulde (7) mit einem Dom (8) aufweist, - wherein the piston head (5) has a combustion bowl (7) with a dome (8),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
- dass zumindest zwei von dem Dom (8) ausgehende und im Bereich des Doms (8) von einem gemeinsamen Verschlusselement (10)  - That at least two of the dome (8) outgoing and in the region of the dome (8) by a common closure element (10)
verschlossene Kanalelemente (9) vorgesehen sind,  sealed channel elements (9) are provided,
- dass die zumindest zwei Kanalelemente (9) fluidisch mit dem Kühlkanal (6) verbunden sind.  - That the at least two channel elements (9) are fluidly connected to the cooling channel (6).
2. Kolben nach Anspruch 1 , 2. Piston according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Dom (8) eine Ausnehmung (1 1 ) aufweist, von welcher die zumindest zwei Kanalelemente (9) ausgehen.  in that the dome (8) has a recess (1 1) from which the at least two channel elements (9) emerge.
3. Kolben nach Anspruch 2, 3. Piston according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die zumindest zwei Kanalelemente (9) im Bereich der Ausnehmung (1 1 ) miteinander fluidisch verbunden sind.  in that the at least two channel elements (9) are fluidically connected to one another in the region of the recess (11).
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Piston according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Verschlusselement (10) in montiertem Zustand die zumindest zwei Kanalelemente (9) im Bereich des Doms (8) fluidisch voneinander trennt oder derart ausgestaltet ist, dass eine fluidische Verbindung zwischen den zumindest zwei Kanalelementen (9) im Bereich des Doms (8) bestehen bleibt. the closure element (10) in the assembled state fluidly separates the at least two channel elements (9) in the area of the dome (8) from one another or is designed such that a fluidic connection between the at least two channel elements (9) in the region of the dome (8) remains.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Piston according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die zumindest zwei Kanalelemente (9) schräg zur Längsachse (12) des Kolbens (1 ) verlaufen.  in that the at least two channel elements (9) run obliquely to the longitudinal axis (12) of the piston (1).
6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Piston according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass insgesamt vier Kanalelemente (9) vorgesehen sind.  that a total of four channel elements (9) are provided.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Piston according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Verschlusselement (10) mit dem Dom (8) verschweißt oder verlötet ist.  the closure element (10) is welded or soldered to the dome (8).
8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Piston according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
- dass der Kolben (1 ) als Stahl- oder als Aluminiumkolben ausgebildet ist, und/oder  - That the piston (1) is designed as a steel or aluminum piston, and / or
- dass der Kolben (1 ) einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist.  - That the piston (1) is formed in one or more parts.
9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. Piston according to one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
- dass der Kolben (1 ) geschmiedet ist, oder  - that the piston (1) is forged, or
- dass zumindest ein Kolbenteil (15, 16) geschmiedet ist. - That at least one piston part (15, 16) is forged.
10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Piston according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
- dass der Kühlkanal (6) und die zumindest zwei Kanalelemente (9) ein geschlossenes Kühlsystem mit Natrium und/oder Kalium als Kühlmedium bilden, oder  - That the cooling channel (6) and the at least two channel elements (9) form a closed cooling system with sodium and / or potassium as the cooling medium, or
- dass der Kühlkanal (6) und die zumindest zwei Kanalelemente (9) ein offenes Kühlsystem mit Kühlöl als Kühlmedium bilden.  - That the cooling channel (6) and the at least two channel elements (9) form an open cooling system with cooling oil as the cooling medium.
1 1 . Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 1 1. Piston according to one of claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die zumindest zwei Kanalelemente (9) entlang eines  in that the at least two channel elements (9) run along one
Brennraummuldenbodens (17) verlaufen und in einem unteren Bereich des Kühlkanals (6) enden.  Burner trough bottom (17) extend and end in a lower region of the cooling channel (6).
12. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , 12. Piston according to one of claims 1 to 1 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass sich der Kühlkanal (6) im Bereich der Nabenanbindung an den Kolbenschaft (3) weiter in axialer Richtung erstreckt als im übrigen Bereich.  that the cooling channel (6) extends further in the axial direction in the region of the hub connection to the piston shaft (3) than in the remaining region.
13. Brennkraftmaschine (2) mit zumindest einem Kolben (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12. 13. Internal combustion engine (2) with at least one piston (1) according to one of claims 1 to 12.
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