WO2019149598A1 - Reciprocating piston for a reciprocating piston internal combustion engine, and use of a reciprocating piston in a reciprocating piston internal combustion engine - Google Patents

Reciprocating piston for a reciprocating piston internal combustion engine, and use of a reciprocating piston in a reciprocating piston internal combustion engine Download PDF

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WO2019149598A1
WO2019149598A1 PCT/EP2019/051649 EP2019051649W WO2019149598A1 WO 2019149598 A1 WO2019149598 A1 WO 2019149598A1 EP 2019051649 W EP2019051649 W EP 2019051649W WO 2019149598 A1 WO2019149598 A1 WO 2019149598A1
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WO
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piston
cooling
reciprocating piston
reciprocating
cooling channels
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Application number
PCT/EP2019/051649
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German (de)
French (fr)
Inventor
Paulo Ivan URZUA TORRES
Martin Bier
Alexander Lehnen
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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Publication date
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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

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to the use of such a reciprocating piston in a reciprocating internal combustion engine.
  • a liquid-cooled piston for an internal combustion engine wherein the piston in the region below a piston crown arranged in a star shape, has substantially radially extending cooling channels.
  • the cooling channels are connected to a ring channel disposed radially on the outer circumference of the piston, radially behind a piston skirt, with coolant entering the cooling channels by means of a coolant injection nozzle via a coolant supply and the annular channel.
  • a piston-axial coolant discharge is provided, wherein the coolant discharge discharges directly into the crank chamber arranged below the piston crown.
  • a piston which has an annular cooling channel. Coolant is fed into the piston via a connecting rod and a bolt connecting the connecting rod and the piston in the area of the piston pin hub.
  • the annular cooling passage is connected to the piston pin hub via a connecting passage extending in the axial direction. Furthermore, an outflow channel is provided, via which the coolant can flow out into the region immediately below a piston crown.
  • the invention has for its object to provide a reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine available, the improved cooling of the reciprocating piston as well as a further use of the cooling in one
  • An inventive reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine has a
  • Reciprocating internal combustion engine is oriented to a combustion chamber and the combustion chamber in the axial direction in one direction (usually down) dynamically limited.
  • the combustion chamber surface is sometimes referred to as upper piston crown.
  • the combustion chamber surface has a piston recess in the form of a depression in a middle region, viewed in the radial direction of the piston.
  • At least one cooling duct network i. such a cooling duct network is arranged either as a separately formed element and / or formed in one piece. If both variants are realized, i. the "and" combination of the above sentence is realized, the cooling duct network is partially formed separately and arranged in the reciprocating piston and partially in one piece in the
  • the cooling duct network has at least one inflow region, which is arranged on the inside in the radial direction of the main body, and a multiplicity of mini-cooling passages extending outwardly in the radial direction, starting from the inflow region.
  • the mini-cooling channels have a maximum cross-sectional width of 3 mm.
  • Combustor chamber surface or the body decreases - in particular in uncooled piston - viewed in the radial direction from radially inward to outside.
  • the reciprocating piston according to the invention it is provided by an inflow region arranged on the inside
  • the cooling liquid is also finely ramified and passed the surface to be cooled with many individual channels penetrating radially outwards, to cool even more radially outward portions of the body ,
  • the cooling liquid thus flows from a radial inner region in the direction of a radially outer region.
  • the cooling liquid can be used optimally for cooling, because the flow direction of the cooling liquid is thus at the temperature gradient of the body during operation of a
  • mini-cooling channels with a maximum cross-sectional width of 3 mm, makes it possible to provide a particularly large, available for cooling surface, so that there is a particularly efficient cooling of the body.
  • a cross-sectional size of the mini-cooling channels while the largest width is perpendicular to
  • the mini-cooling channels have in particular a maximum cross-sectional width of 2.5 mm and preferably the cross-sectional width of the cooling channels is at least 1 mm.
  • the cooling channels are formed in cross-section in particular circular. Alternatively, the cooling channels may also be polygonal in cross-section or have a different cross-sectional shape.
  • mini-cooling channels and cooling channels extending from the inside to the outside, the formation of so-called "hot spots", i. particularly hot areas, are targeted and efficiently counteracted on the base body of the reciprocating piston, in particular by arranging the mini-cooling channels so that at full load or other defined load condition results in a uniform temperature Temperarturver whatsoever on the combustion chamber surface. This also reduces the risk of pre-ignition - especially in gasoline engines.
  • the cooling of a reciprocating piston according to the invention can be further improved if the cooling channels lead to a radially outwardly arranged outflow opening or to a plurality of radially outwardly arranged outflow openings.
  • this one outflow opening or the plurality of outflow openings are in particular at least partially aligned such that coolant exiting through the outflow opening passes directly or indirectly on an outer side of a piston skirt.
  • a piston skirt is understood to mean, in particular, a section of the base body which is spaced apart-in particular below-a piston crown and the combustion chamber surface and generally has one or more guide surfaces for guiding the piston along a cylinder wall.
  • the coolant thus reaches - if at all - only indirectly (ie not directly) into the crankcase below the piston skirt.
  • cooling fluid is the Piston shirt cooled on the outside.
  • the coolant also improves the lubrication of the piston skirt and reduces its friction with the cylinder wall.
  • the outflow openings are in particular aligned such that the cooling liquid flows directly and thus directly from above onto the radial outer side of the piston skirt.
  • the outflow openings can also be aligned such that the cooling liquid initially collides against the cylinder wall and rebounds from there in the direction of the piston skirt.
  • the cooling channels or the at least one cooling channel in the region immediately adjacent to the outflow opening extend predominantly horizontally, i. essentially at an angle to the horizontal of at most 30 ° and preferably of not more than 20 ° and more preferably of not more than 10 °.
  • the horizontal plane is the direction perpendicular to the cylinder axis, along which the piston moves in the reciprocating internal combustion engine.
  • a gap between a radially outer portion of the piston skirt and a radially outer portion of a piston crown is formed on the body at least over part of the circumference, and at least one cooling channel leads into the region of the gap between the piston skirt and the piston bottom.
  • at least one cooling channel leads into the region of the gap between the piston skirt and the piston bottom.
  • a particularly efficient cooling of the piston according to the invention is achieved if in the base body at least eight (and preferably at least nine, at least ten or more) extending in the radial direction cooling channels are formed, because then there is already a relatively close-meshed distribution network with good surface penetration.
  • the cooling channels extend from the inflow region to eight, nine, ten or more corresponding outflow openings. It is also possible, the cooling channels so
  • Branching for example, by first of a radially inwardly arranged area 10 extend radially outward into a radially central region and these cooling channels then branch out starting from this central region in each case two or more further channels.
  • the cross-sectional width can be adjusted so that the
  • the maximum cross-sectional width is between 1 mm and 4 mm, preferably between 1 mm and 3 mm.
  • the projected area of the cooling channels is at least 20 percent, preferably at least 25 percent and more preferably at least 30 percent.
  • the inflow region comprises an annular channel or a central reservoir, and the cooling channels extend outwardly from this annular channel or the central reservoir in the radial direction.
  • ring is meant in this context preferably a closed, but also only part-ring-shaped designs, i. also semi-annular or other arcuate annular channel designs.
  • a good and homogeneous distribution of the cooling liquid can be achieved in the individual cooling channels, which allows a - considered in the circumferential direction - uniform piston crown cooling.
  • a central reservoir for example, hollow-spherical or otherwise shaped hollow-shaped, chamber-like structures are meant, from the outer sides of which the mini-cooling channels extend in the radial direction outwards.
  • a structurally particularly simple design results if at least two, flow-conducting not - or at least only up to a radially inwardly disposed network distribution point - interconnected cooling channel networks are formed in the body.
  • two or more cooling duct nets may be arranged so that the
  • Piston bottom is largely uniformly penetrated by channels of the cooling duct networks.
  • a first cooling duct network and a second cooling duct network may extend over two halves of the cross-sectional area of the main body.
  • the cooling channel networks are mirror images of each other. The two flow-conducting not interconnected
  • Cooling channel networks furthermore preferably have two flow areas which are separated from one another and can be fed independently of one another.
  • the formation of such separated inflow regions and cooling channel networks is particularly advantageous if the formation of the inflow region in the main body in a central position, i. radially center of the combustion chamber surface (in the region of the cylinder center axis) space engineering and / or constructive not or only with great effort to realize. This is the case in particular if the injection takes place via a piston injection nozzle (this will be explained in more detail below), since this can not be arranged centrally below the piston crown due to the connecting rod.
  • the at least one inflow region can extend starting from an inflow opening, which in the lateral surface of a
  • Piston pin hub is formed.
  • Such an embodiment of a reciprocating piston according to the invention is particularly suitable for the supply of the cooling duct network
  • Coolant via a connecting rod functionally connected to the reciprocating piston is then provided to form two flow channel non-interconnected cooling duct networks, wherein the inflow openings are formed on different sides of the connecting rod in the lateral surface of the piston pin hub.
  • the connecting rod is hollow inside, cooling fluid can be guided within the connecting rod in the direction of the reciprocating piston.
  • the reciprocating piston and the connecting rod are preferably connected by means of a bolt, wherein the bolt is in particular designed such that cooling fluid can be conveyed through the bolt to the at least one inflow opening.
  • at least one - in particular funnel-like - channel in the bolt be designed so that regardless of a pivotal movement between the connecting rod, pin and piston permanently sufficient coolant can be conveyed in the direction of the piston.
  • the at least one inflow opening extends in particular via a
  • Angular range of the circumference of the lateral surface of the piston pin hub corresponds at least to the angular range over which the bolt is pivoted during movement of the connecting rod relative to the reciprocating piston.
  • the bolt is connected in particular by means of press fit with the connecting rod and rotates relative to the reciprocating piston.
  • the inflow opening extends over at least 20 ° and preferably over at least 30 ° of the circumference of the lateral surface of the piston pin hub.
  • a pump may optionally be provided in a variant of the reciprocating piston according to the invention, with which a sufficiently high pressure is generated to during operation of the
  • Hubkolbenbrennkraftmaschine to fill at least 20 percent of the cooling duct network with coolant.
  • a pump can also be used for other purposes used standard oil pump a reciprocating internal combustion engine, but it can also be provided an additional pump for one or more reciprocating piston according to the invention, which is used exclusively or primarily for the supply of the cooling duct network. It is also possible to ensure the supply of the cooling duct network in any other way.
  • At least 25 percent, at least 30 percent or at least 40 percent, 50 percent or even 75 percent of the cooling duct network is filled with coolant.
  • Cooling duct network can also be completely (i.e., 100 percent) filled with cooling fluid, so that a particularly efficient cooling results due to a maximum flow through the cooling duct network with cooling fluid.
  • the cooling capacity can then be adjusted as needed, provided that the pump is controllable and / or regulated. If cooling liquid is introduced into the main body via a connecting rod, cooling liquid can be conveyed continuously, with high pressure and optionally also flow-controlled or flow-controlled active into the main body of the reciprocating piston.
  • the inflow region may in another embodiment of a region of the lower
  • Piston bottom extending, which is spaced from the piston pin hub.
  • Such an area is provided in particular adjacent to the piston pin hub and in particular as possible - as viewed in the radial direction - arranged centrally in the body, for example within a radius corresponding to a maximum of half the radius of the piston.
  • the supply of the cooling duct network with coolant takes place in particular via at least one piston injection nozzle.
  • the piston injection nozzle is preferably arranged below the lower piston crown in such a way that cooling liquid can be injected upwards into the cooling duct network.
  • two or more cooling channel networks, which are not connected to one another in terms of flow, are formed in the base body. More preferably, at least one separate piston spray nozzle is provided per cooling channel network.
  • the contour of the cooling channels is at least partially adapted to the contour of the combustion chamber surface such that the axial distance of the cooling channels to the combustion chamber surface is within a predetermined tolerance window.
  • the contour of the cooling channels is adapted to a combustion chamber surface with a piston recess, so that the cooling channels also have a trough-like contour.
  • both the axial distance of the cooling channels to the combustion chamber surface and to the lower piston crown lies within a predetermined tolerance window.
  • “Within the specified tolerance window” means here in particular that the distance deviation between the combustion chamber surface and / or the lower piston crown does not exceed 20 percent, preferably not more than 15 percent and more preferably not more than 10 percent.
  • the cooling channels preferably extend over at least 50 percent, preferably at least 65 percent and in particular at least 80 percent of the diameter of the piston head substantially horizontally. This means in particular the radially inward regions of the piston crown. More preferably, the cooling channels are at least partially adapted to the contour of the combustion chamber surface, i. the distance between the combustion chamber surface and the respective cooling channels is approximately constant at least over a partial region, preferably over the entire radial extension region of the cooling channels.
  • the inflow region is formed by an inflow opening, which is connected to the annular channel via a connecting channel extending in the axial direction.
  • the mini-cooling channels extend in the radial direction to the outside, wherein the contour of the cooling channels to the contour of the combustion chamber surface with a
  • Flask trough is adjusted.
  • the cooling channels initially extend in an axial section substantially in the axial direction and then open horizontally in a horizontal section into a region between the piston head and the piston skirt.
  • the invention also relates to the use of a reciprocating piston as described above in a reciprocating internal combustion engine.
  • the cooling liquid is introduced into the lifting piston via an inflow region arranged radially on the inside and is discharged outward in the radial direction through a multiplicity of cooling channels extending in the radial direction. It is caused by this use a particularly efficient cooling of the reciprocating piston, since the cooling liquid initially cools the particularly hot, radially central region of the combustion chamber surface and flows from there to the outside to the colder edge regions.
  • the cooling liquid is preferably introduced such that the at least one cooling channel network is filled to at least 20 percent with cooling liquid.
  • the cooling duct network is at least 30 percent or at least 40 percent, 50 percent or even at least 75 percent, and more preferably 100 percent filled with coolant. That is, the cooling liquid is introduced into the body at a sufficiently high pressure and / or speed to completely convey the cooling fluid through the mini-cooling channels. Overall, such an efficient cooling is achieved independently of a shaker effect.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a reciprocating piston according to the invention in one
  • FIG. 2 shows the reciprocating piston of FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 3 is a half of the reciprocating piston of Fig. 1 and 2 in a perspective view obliquely from above,
  • FIG. 4 shows the reciprocating piston of FIGS. 1 to 3, wherein a piston skirt is shown in a longitudinal section according to line IV-IV of FIG. 2, and the region marked B in FIG. 4 is partially cut away, FIG.
  • Fig. 5 shows the reciprocating piston of FIGS. 1 to 4 in a longitudinal section along line V-V
  • FIG. 6 shows a cooling duct network shown in isolation in a perspective view
  • Fig. 7 shows the reciprocating piston of FIGS. 1 to 5 with a connecting rod and a bolt in one
  • Longitudinal section analogous to line VII-VII of FIG. 2, 8 shows a further embodiment with the cooling duct network from FIG. 6 and with a piston injection nozzle in a schematic illustration,
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a reciprocating piston according to the invention in one
  • Fig. 10 the reciprocating piston of Fig. 9 without the piston crown in a perspective view obliquely from above.
  • the reciprocating piston 10 serves the known arrangement in a reciprocating internal combustion engine, not shown.
  • the reciprocating piston 10 viewed in the axial direction, moves up and down in the combustion chamber along the double arrow shown in FIG. 1, to the volume of one with the reciprocating piston
  • combustion chamber directed surface is referred to below combustion chamber surface 16 and may also be referred to as the upper piston crown.
  • the combustion chamber surface 16 comprises a radially centrally arranged piston recess 18.
  • the combustion chamber facing away from the side of the piston head 14 is referred to below as the lower piston head 20.
  • the main body 12 comprises a piston skirt 22 which, viewed in the axial direction, is arranged below the piston crown 14.
  • the piston skirt 22 is connected to the piston crown 14 via a piston pin hub 24.
  • the piston pin hub 24 serves for the pivotable connection of the lifting piston 10 with a connecting rod 26 by means of a bolt 28 (see Fig. 7).
  • a gap 30 extending in the axial direction is formed between the lower piston head 20 and the piston skirt 22 (cf., FIGS. 1 and 4), so that the piston skirt 22 is largely thermally decoupled from the piston crown 14.
  • the gap 30 extends over the entire area between the upper piston head 20 and the piston skirt 22.
  • two cooling channel networks 32 are formed, with the cooling channel networks 32 each extending over one half of the piston crown 14.
  • a cooling duct network 32 in each case comprises an inflow region 34 arranged on the inside as viewed in the radial direction.
  • the inflow region 34 is present, as can be seen in FIGS. 4 and 6, through an inflow opening 36 and upwardly from the inflow opening 36 in the axial direction extending connecting channel 38 and a in the
  • Substantially horizontally extending annular channel 40 is formed. Starting from the annular channel 40 extends in the radial direction outwardly a plurality of mini-cooling channels 42nd
  • mini-cooling channels 42 per cooling channel network 32, ten, in the radial direction extending mini-cooling channels 42 are formed (see Fig. 2 and Fig. 3).
  • the cross-sectional width of the mini-cooling channels 42 in the embodiment shown is 2.5 mm.
  • the cooling channels 42 extend to radially outwardly disposed outflow openings 44.
  • the outflow openings 44 are presently arranged in the region of the gap 30 between the piston skirt 22 and the lower piston crown 20, viewed in the axial direction.
  • the cooling channels 42 open into the region of the gap 30 between the lower piston crown 20 and the piston skirt 22. The coolant flowing through the cooling channels 42 is thereby guided such that it passes through the outflow openings 44 directly on the outside of the piston skirt 22.
  • cooling channels 42 The respective geometric design and respective directions of the individual cooling channels 42 can be clearly seen in particular in FIGS. 5 and 6.
  • the cooling channels 42 Starting from the annular channel 40, the cooling channels 42 initially extend largely horizontally outward.
  • the contour of the cooling channels 42 is adapted to the contour of the combustion chamber surface 16 with the piston recess 18. In particular, the distance between the cooling channels 42 and the
  • the cooling channels 42 extend over approximately 80 percent of the radially extending width (ie, diameter) of the combustion chamber surface 16 as viewed in the radial direction. Considering only the region in which the cooling channels 42 are approximately parallel to the Extend combustion chamber surface 16 in predominantly radial direction, the cooling channels 42 extend in the radial direction over about 60 percent of the width of the combustion chamber surface 16th
  • the cooling channels 42 are oriented in an axial section 46 mainly in the axial direction, before they pass into a further horizontal section 48 above the piston skirt 22 and there on each side to an outflow opening 44 to lead.
  • the inlet openings 36 are each funnel-shaped and extend over an angular range of the circumference of the lateral surface 54 of the piston pin hub 24, which permanently allows an inflow even when the connecting rod 26 pivots relative to the reciprocating piston 12 is.
  • the inflow openings 36 of the two cooling channel networks 32 are formed in the lateral surface 54 on respectively different sides of a connecting rod 26 connected to the reciprocating piston 10 (compare, see FIG. 2 and FIG.
  • FIG. 7 an arrangement of a reciprocating piston 10 according to the invention with a connecting rod 26 and a connecting rod 26 and the reciprocating piston 10 connecting pin 28 is shown.
  • the bolt 28 is here designed as a hollow cylindrical component with a support pin, which can be regarded as a partial element of the bolt and therefore has not received a separate reference numeral.
  • the connecting rod 26 is hollow in the present case, so that coolant through the interior of the
  • Pleuels 26 can be directed or actively pumped.
  • the bolt 28 has two at least partially extending in the axial direction channels 50, which lead to the inlet openings 36 of the respective cooling channel networks 32.
  • the bolt 28 rotates relative to the piston pin hub 24 by about 30 °.
  • the inflow openings 36 likewise extend over this angular range, so that an inflow of cooling liquid from the connecting rod 26 via the pin 28 into the respective cooling channel network 32 is made possible over the entire range of movement.
  • Fig. 8 shows another embodiment of a reciprocating piston according to the invention.
  • cooling liquid can also be introduced into the base body 12 by means of a piston injection nozzle 52.
  • the piston nozzle 52 is spaced from the respective inflow opening 36 so arranged that cooling liquid as a jet in the direction of
  • the cooling channel nets 32 may be opposite those shown in FIG.
  • Cooling channel networks 32 may be arranged rotated by 90 ° about the cylinder axis, so that an injection from below the lower piston crown 20 in the radial direction, as viewed farther outward and spaced from the piston pin hub 24 takes place. It is hereby accepted that the injection takes place at a distance from the center of the combustion chamber surface 16.
  • the geometry of the cooling duct network 32 can be adapted such that coolant is first conveyed from a radially outer inlet opening 36 into a central region of the combustion chamber surface 16 and from there - possibly after further promotion in the direction of the combustion chamber surface 16 - via the cooling channels 42 flows in the radial direction to the outside.
  • FIGS. 9 to 10 show a further embodiment of a reciprocating piston 10.
  • This embodiment of the reciprocating piston 10 differs from the first embodiment in particular in that the piston skirt 22 is externally connected to the lower piston crown 20. Consequently, no gap 30 is formed between the lower piston crown 20 and the piston skirt 22.
  • the outflow openings 44 are formed such that they pass through the piston skirt 22, so that cooling liquid to the outside of the
  • Piston shirt 22 can get.
  • the features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be used individually as well as in any desired manner

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Abstract

The invention relates to a reciprocating piston for a reciprocating piston internal combustion engine with a main body (12) and a combustion chamber surface (16), wherein at least one cooling duct network (32) is provided within the main body (12), wherein the cooling duct network (32) has at least one inflow region (34) which is arranged on the inner side (as viewed in the radial direction of the main body (12)) and a multiplicity of cooling mini-ducts (42) which, starting from the inflow region (34), extend in the radial direction in each case to the outside, wherein the cooling mini-ducts (42) have a maximum cross-sectional width of 3 mm. The invention also relates to the use of a reciprocating piston (10) in a reciprocating piston internal combustion engine.

Description

Beschreibung  description
Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie Verwendung eines Hubkolbens in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine Reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine and use of a reciprocating piston in a reciprocating internal combustion engine
Die Erfindung betrifft einen Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines solchen Hubkolbens in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. The invention relates to a reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine according to the preamble of claim 1. The invention also relates to the use of such a reciprocating piston in a reciprocating internal combustion engine.
Aus DE 34 44 661 A1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Kolben für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Kolben im Bereich unterhalb eines Kolbenbodens sternförmig angeordnete, im Wesentlichen radial verlaufende Kühlkanäle aufweist. Die Kühlkanäle sind mit einem am äußeren Umfang des Kolbens, radial hinter einem Kolbenmantel angeordneten Ringkanal verbunden, wobei Kühlmittel mittels einer Kühlmittelspritzdüse über eine Kühlmittelzuführung und den Ringkanal in die Kühlkanäle gelangt. Zur Abführung des Kühlmittels ist eine kolbenaxiale Kühlmittelabführung vorgesehen, wobei die Kühlmittelabführung unmittelbar in den unterhalb des Kolbenbodens angeordneten Kurbelraum mündet. From DE 34 44 661 A1 discloses a liquid-cooled piston for an internal combustion engine is known, wherein the piston in the region below a piston crown arranged in a star shape, has substantially radially extending cooling channels. The cooling channels are connected to a ring channel disposed radially on the outer circumference of the piston, radially behind a piston skirt, with coolant entering the cooling channels by means of a coolant injection nozzle via a coolant supply and the annular channel. For discharging the coolant, a piston-axial coolant discharge is provided, wherein the coolant discharge discharges directly into the crank chamber arranged below the piston crown.
Aus US 2017/0298862 A1 ist ein Kolben bekannt, welcher einen ringförmigen Kühlkanal aufweist. Kühlmittel wird über ein Pleuel und ein das Pleuel und den Kolben verbindenden Bolzen im Bereich der Kolbenbolzennabe in den Kolben geleitet. Der ringförmige Kühlkanal ist mit der Kolbenbolzennabe über einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungskanal verbunden. Ferner ist ein Ausströmkanal vorgesehen, über welchen das Kühlmittel in den Bereich unmittelbar unterhalb eines Kolbenbodens ausströmen kann. From US 2017/0298862 A1 a piston is known, which has an annular cooling channel. Coolant is fed into the piston via a connecting rod and a bolt connecting the connecting rod and the piston in the area of the piston pin hub. The annular cooling passage is connected to the piston pin hub via a connecting passage extending in the axial direction. Furthermore, an outflow channel is provided, via which the coolant can flow out into the region immediately below a piston crown.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hubkolben für eine Hubkolben- brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Kühlung von Hubkolben sowie eine die Kühlung weiter verbessernde Verwendung in einer The invention has for its object to provide a reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine available, the improved cooling of the reciprocating piston as well as a further use of the cooling in one
Hubkolbenbrennkraftmaschine ermöglichen. Enable reciprocating internal combustion engine.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are in
Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Connection with the dependent claims.
l Ein erfindungsgemäßer Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine weist einen l An inventive reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine has a
Grundkörper mit einer Brennraumfläche auf. Als Brenn raumfläche wird diejenige Fläche bezeichnet, welche bei der Anordnung eines solchen Hubkolbens in einer Basic body with a combustion chamber surface. As a focal space area that surface is referred to, which in the arrangement of such a reciprocating piston in a
Hubkolbenbrennkraftmaschine zu einem Brennraum orientiert ist und den Brennraum in axialer Richtung betrachtet in eine Richtung (in der Regel nach unten) dynamisch begrenzt. Die Brennraumfläche wird teilweise auch als oberer Kolbenboden bezeichnet. In den meisten Fällen weist die Brennraumfläche eine Kolbenmulde in Form einer Vertiefung in einem - in radialer Richtung des Kolbens betrachtet - mittleren Bereich auf. Innerhalb des Grundkörpers des Hubkolbens ist bei dem erfindungsgemäßen Hubkolben mindestens ein Kühlkanalnetz vorgesehen, d.h. eine solches Kühlkanalnetz ist entweder als separat ausgebildetes Element angeordnet und/oder einstückig ausgebildet. Wenn beide Varianten realisiert sind, d.h. die „und“-Kombination des vorstehenden Satzes realisiert ist, ist das Kühlkanalnetz teilweise separat ausgebildet und in dem Hubkolben angeordnet und teilweise einstückig in dem Reciprocating internal combustion engine is oriented to a combustion chamber and the combustion chamber in the axial direction in one direction (usually down) dynamically limited. The combustion chamber surface is sometimes referred to as upper piston crown. In most cases, the combustion chamber surface has a piston recess in the form of a depression in a middle region, viewed in the radial direction of the piston. Within the base body of the reciprocating piston is provided in the reciprocating piston according to the invention at least one cooling duct network, i. such a cooling duct network is arranged either as a separately formed element and / or formed in one piece. If both variants are realized, i. the "and" combination of the above sentence is realized, the cooling duct network is partially formed separately and arranged in the reciprocating piston and partially in one piece in the
Hubkolben ausgebildet. Unter einem Kühlkanalnetz im Sinne der Erfindung wird eine Lifting piston formed. Under a cooling duct network in the context of the invention is a
Gestaltung von Kühlkanälen verstanden, bei welcher ausgehend von einem Eintrittsbereich in das Kühlkanalnetz alle zu diesem Kühlkanalnetz gehörenden Kanäle strömungsleitend miteinander verbunden sind. Über ein Kühlkanalnetz wird insoweit eingeströmte Flüssigkeit innerhalb des„Netzes“ verteilt. Das Kühlkanalnetz weist mindestens einen - in radialer Richtung des Grundkörpers betrachtet - innenseitig angeordneten Einströmbereich und eine Vielzahl von sich - ausgehend von dem Einströmbereich - in radialer Richtung jeweils nach außen erstreckende Mini-Kühlkanäle auf. Die Mini-Kühlkanäle weisen dabei eine maximale Querschnittsweite von 3 mm auf. Design of cooling channels understood in which, starting from an inlet region into the cooling duct network all belonging to this cooling duct network channels are connected to each other flow-conducting. About a cooling duct network so far flowed liquid is distributed within the "network". The cooling duct network has at least one inflow region, which is arranged on the inside in the radial direction of the main body, and a multiplicity of mini-cooling passages extending outwardly in the radial direction, starting from the inflow region. The mini-cooling channels have a maximum cross-sectional width of 3 mm.
Bei einer Verwendung von Hubkolben in Hubkolbenbrennkraftmaschinen erhitzt sich der Grundkörper des Hubkolbens insbesondere brennraumseitig stark, wobei die höchste When using reciprocating piston in reciprocating internal combustion engines, the main body of the reciprocating heated, especially the combustion chamber side strong, the highest
Temperatur in radialer Richtung betrachtet zentral bzw. mittig der Brennraumfläche auftritt, d.h. dort, wo in vielen Fällen eine Kolbenmulde ausgebildet ist. Die Temperatur der Temperature in the radial direction viewed centrally of the combustion chamber surface occurs, i. E. where, in many cases, a piston recess is formed. The temperature of the
Brennraumfläche bzw. des Grundkörpers nimmt - insbesondere bei ungekühlten Kolben - in radialer Richtung betrachtet von radial innen nach außen ab. Bei dem erfindungsgemäßen Hubkolben ist es vorgesehen, durch einen innenseitig angeordneten Einströmbereich Combustor chamber surface or the body decreases - in particular in uncooled piston - viewed in the radial direction from radially inward to outside. In the reciprocating piston according to the invention, it is provided by an inflow region arranged on the inside
Kühlwasser möglichst direkt zu dem Bereich des Grundkörpers mit der maximalen Temperatur zu fördern und von dort aus radial nach außen weiterzufördern. Durch eine Vielzahl von sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Mini-Kühlkanälen wird die Kühlflüssigkeit darüber hinaus fein verästelt und die zu kühlende Fläche mit vielen Einzelkanälen durchdringend radial nach außen geleitet, um auch die in radialer Richtung betrachtet weiter außen liegenden Abschnitte des Grundkörpers zu kühlen. Die Kühlflüssigkeit strömt damit von einem radial inneren Bereich in Richtung eines radial äußeren Bereiches. So kann die Kühlflüssigkeit optimal zur Kühlung genutzt werden, denn die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit ist damit an den Temperaturgradienten des Grundkörpers während des Betriebes einer To promote cooling water as directly as possible to the region of the body with the maximum temperature and from there to promote radially outward. By a plurality of outwardly extending in the radial direction mini-cooling channels, the cooling liquid is also finely ramified and passed the surface to be cooled with many individual channels penetrating radially outwards, to cool even more radially outward portions of the body , The cooling liquid thus flows from a radial inner region in the direction of a radially outer region. Thus, the cooling liquid can be used optimally for cooling, because the flow direction of the cooling liquid is thus at the temperature gradient of the body during operation of a
Hubkolbenbrennkraftmaschine angepasst. Reciprocating internal combustion engine adapted.
Die Ausbildung von Mini-Kühlkanälen mit einer maximalen Querschnittsweite von 3 mm, ermöglicht es, eine besonders große, zur Kühlung zur Verfügung stehende Oberfläche bereitzustellen, so dass sich eine besonders effiziente Kühlung des Grundkörpers ergibt. Als Querschnittsweite der Mini-Kühlkanäle wird dabei die größte Weite senkrecht zur The formation of mini-cooling channels with a maximum cross-sectional width of 3 mm, makes it possible to provide a particularly large, available for cooling surface, so that there is a particularly efficient cooling of the body. As a cross-sectional size of the mini-cooling channels while the largest width is perpendicular to
Hauptströmungsrichtung der Kühlflüssigkeit durch die Mini-Kühlkanäle bezeichnet. Die Mini- Kühlkanäle weisen insbesondere eine maximale Querschnittsweite von 2,5 mm auf und vorzugsweise beträgt die Querschnittsweite der Kühlkanäle mindestens 1 mm. Die Kühlkanäle sind im Querschnitt insbesondere kreisförmig ausgebildet. Alternativ können die Kühlkanäle im Querschnitt auch polygonförmig ausgebildet sein oder eine sonstige Querschnittsform aufweisen. Main flow direction of the cooling liquid denoted by the mini-cooling channels. The mini-cooling channels have in particular a maximum cross-sectional width of 2.5 mm and preferably the cross-sectional width of the cooling channels is at least 1 mm. The cooling channels are formed in cross-section in particular circular. Alternatively, the cooling channels may also be polygonal in cross-section or have a different cross-sectional shape.
Durch die Ausbildung von Mini-Kühlkanälen und sich von innen nach außen erstreckenden Kühlkanälen kann auch der Bildung von sogenannten„Hot-Spots“, d.h. besonders heißen Bereichen, an dem Grundkörper des Hubkolbens gezielt und effizient entgegengewirkt werden, insbesondere durch Anordnung der Mini-Kühlkanäle so, dass sich bei Volllast oder einem anderen definierten Lastzustand eine möglichst gleichmäßige Temperarturverteilung auf der Brennraumfläche ergibt. So kann auch das Risiko von Vorentflammungen - insbesondere bei Ottomotoren - reduziert werden. Due to the formation of mini-cooling channels and cooling channels extending from the inside to the outside, the formation of so-called "hot spots", i. particularly hot areas, are targeted and efficiently counteracted on the base body of the reciprocating piston, in particular by arranging the mini-cooling channels so that at full load or other defined load condition results in a uniform temperature Temperarturverteilung on the combustion chamber surface. This also reduces the risk of pre-ignition - especially in gasoline engines.
Die Kühlung eines erfindungsgemäßen Hubkolbens kann weiter verbessert werden, wenn die Kühlkanäle zu einer radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnung oder zu mehreren radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnungen führen. Dabei ist diese eine Ausströmöffnung oder die mehreren Ausströmöffnungen sind insbesondere zumindest teilweise derart ausgerichtet, dass durch die Ausströmöffnung austretende Kühlflüssigkeit unmittelbar oder mittelbar auf eine Außenseite eines Kolbenhemdes gelangt. Als Kolbenhemd wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein Abschnitt des Grundkörpers verstanden, welcher in axialer Richtung betrachtet beabstandet - insbesondere unterhalb - eines Kolbenbodens und der Brennraumfläche angeordnet ist und in der Regel eine oder mehrere Führungsflächen zur Führung des Hubkolbens entlang einer Zylinderwand aufweist. Die Kühlflüssigkeit gelangt damit - wenn überhaupt - erst mittelbar (d.h. nicht unmittelbar) in den Kurbelraum unterhalb des Kolbenhemdes. Durch die von außen auf das Kolbenhemd gelangende Kühlflüssigkeit wird das Kolbenhemd außenseitig gekühlt. Auch einer Bildung von Ölablagerungen und Verkorkungen auf dem Kolbenhemd durch zu hohe Temperaturen kann so wirksam entgegengewirkt werden. Die Kühlflüssigkeit verbessert auch die Schmierung des Kolbenhemdes und verringert dessen Reibung gegenüber der Zylinderwand. The cooling of a reciprocating piston according to the invention can be further improved if the cooling channels lead to a radially outwardly arranged outflow opening or to a plurality of radially outwardly arranged outflow openings. In this case, this one outflow opening or the plurality of outflow openings are in particular at least partially aligned such that coolant exiting through the outflow opening passes directly or indirectly on an outer side of a piston skirt. In this context, a piston skirt is understood to mean, in particular, a section of the base body which is spaced apart-in particular below-a piston crown and the combustion chamber surface and generally has one or more guide surfaces for guiding the piston along a cylinder wall. The coolant thus reaches - if at all - only indirectly (ie not directly) into the crankcase below the piston skirt. By reaching from the outside on the piston skirt cooling fluid is the Piston shirt cooled on the outside. Also, a formation of oil deposits and corking on the piston skirt by excessive temperatures can be counteracted so effectively. The coolant also improves the lubrication of the piston skirt and reduces its friction with the cylinder wall.
Die Ausströmöffnungen sind insbesondere derart ausgerichtet, dass die Kühlflüssigkeit direkt und somit unmittelbar von oben auf die radiale Außenseite des Kolbenhemdes strömt. Alternativ können die Ausströmöffnungen auch derart ausgerichtet sein, dass die Kühlflüssigkeit zunächst gegen die Zylinderwand prallt und von dort in Richtung des Kolbenhemdes zurückprallt. The outflow openings are in particular aligned such that the cooling liquid flows directly and thus directly from above onto the radial outer side of the piston skirt. Alternatively, the outflow openings can also be aligned such that the cooling liquid initially collides against the cylinder wall and rebounds from there in the direction of the piston skirt.
Vorzugsweise erstrecken sich die Kühlkanäle bzw. der mindestens eine Kühlkanal in dem unmittelbar an die Ausströmöffnung angrenzenden Bereich überwiegend horizontal, d.h. im Wesentlichen in einem Winkel zur Horizontalen von maximal 30° und bevorzugt von maximal 20° und weiter bevorzugt von maximal 10°. Als Horizontalebene wird in diesem Zusammenhang die Richtung senkrecht zur Zylinderachse bezeichnet, entlang welcher sich der Kolben in der Hubkolbenbrennkraftmaschine bewegt. Preferably, the cooling channels or the at least one cooling channel in the region immediately adjacent to the outflow opening extend predominantly horizontally, i. essentially at an angle to the horizontal of at most 30 ° and preferably of not more than 20 ° and more preferably of not more than 10 °. In this context, the horizontal plane is the direction perpendicular to the cylinder axis, along which the piston moves in the reciprocating internal combustion engine.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens ist an dem Grundkörper zumindest über einen Teil des Umfangs ein Spalt zwischen einem radial äußeren Abschnitt des Kolbenhemdes und einem radial äußeren Abschnitt eines Kolbenbodens ausgebildet, und mindestens ein Kühlkanal führt in den Bereich des Spaltes zwischen dem Kolbenhemd und dem Kolbenboden. Mit dem vorstehend genannten Bereich ist der in axialer Richtung auf der einen Seite durch das Kolbenhemd und auf der anderen Seite durch den unteren Kolbenboden begrenzte Bereich gemeint. Bei der oben erwähnten Gestaltung eines Hubkolbens mit einem Spalt zwischen Kolbenhemd und Kolbenboden ist eine thermische Entkopplung des Kolbenhemdes von dem Kolbenboden realisiert. Diese Gestaltung eignet sich aus konstruktiven Aspekten besonders dazu, die Kühlflüssigkeit unmittelbar auf das In a further practical embodiment of a reciprocating piston according to the invention a gap between a radially outer portion of the piston skirt and a radially outer portion of a piston crown is formed on the body at least over part of the circumference, and at least one cooling channel leads into the region of the gap between the piston skirt and the piston bottom. By the above-mentioned range is meant that in the axial direction on the one side by the piston skirt and on the other side by the lower piston crown limited area. In the above-mentioned design of a reciprocating piston with a gap between the piston skirt and the piston crown, thermal decoupling of the piston skirt from the piston crown is realized. This design is particularly suitable for constructive aspects, the cooling liquid directly on the
Kolbenhemd zu leiten. To conduct piston shirt.
Eine besonders effiziente Kühlung des erfindungsgemäßen Kolbens wird erzielt, wenn in dem Grundkörper mindestens acht (und vorzugsweise mindestens neun, mindestens zehn oder mehr)sich in radialer Richtung erstreckende Kühlkanäle ausgebildet sind, denn dann ergibt sich bereits ein relativ engmaschiges Verteilnetz mit guter Flächendurchdringung. Insbesondere erstrecken sich die Kühlkanäle von dem Einströmbereich zu acht, neun, zehn oder mehr korrespondierenden Ausströmöffnungen. Es ist ebenfalls möglich, die Kühlkanäle so A particularly efficient cooling of the piston according to the invention is achieved if in the base body at least eight (and preferably at least nine, at least ten or more) extending in the radial direction cooling channels are formed, because then there is already a relatively close-meshed distribution network with good surface penetration. In particular, the cooling channels extend from the inflow region to eight, nine, ten or more corresponding outflow openings. It is also possible, the cooling channels so
auszubilden, dass sie sich nach radial außen hin noch ein oder mehrmals zusätzlich form, that they radially outward one or more times in addition
verzweigen, beispielsweise indem sich zunächst von einem radial innen angeordneten Bereich 10 Kühlkanäle nach radial außen bis in einen radial mittleren Bereich erstrecken und sich diese Kühlkanäle dann ausgehend von diesem mittleren Bereich in jeweils zwei oder mehr weitere Kanäle verästeln. Dabei kann die Querschnittsweite so angepasst sein, dass sich die Branching, for example, by first of a radially inwardly arranged area 10 extend radially outward into a radially central region and these cooling channels then branch out starting from this central region in each case two or more further channels. In this case, the cross-sectional width can be adjusted so that the
Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Verästelungen möglichst nicht ändert. Flow velocity in the region of the branches as possible does not change.
Je kleiner die maximale Querschnittsweite gewählt wird, desto feiner können die„Äste“ des Kühlkanalnetzes ausgebildet sein. Umgekehrt steigen die sich ergebenden Druckverluste in den „Ästen“ bzw. Mini-Kühlkanälen mit sich verringernder Querschnittsweite an. Die maximale Querschnittsweite liegt nach derzeitigen Erkenntnissen aus diesem Grund zwischen 1 mm und 4 mm, bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm. The smaller the maximum cross-sectional width is selected, the finer the "branches" of the cooling duct network can be formed. Conversely, the resulting pressure losses in the "branches" or mini-cooling channels increase with decreasing cross-sectional width. For this reason, the maximum cross-sectional width is between 1 mm and 4 mm, preferably between 1 mm and 3 mm.
Es ist bevorzugt, wenn die projizierte Fläche der Kühlkanäle bezogen auf die Querschnittsfläche des Kolbens mindestens 20 Prozent beträgt, bevorzugt mindestens 25 Prozent und weiter bevorzugt mindestens 30 Prozent. It is preferred if the projected area of the cooling channels, based on the cross-sectional area of the piston, is at least 20 percent, preferably at least 25 percent and more preferably at least 30 percent.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens umfasst der Einströmbereich einen Ringkanal oder ein zentrales Reservoir, und die Kühlkanäle erstrecken sich ausgehend von diesem Ringkanal oder dem zentralen Reservoir in radialer Richtung betrachtet nach außen. Mit„Ring“ sind in diesem Zusammenhang vorzugsweise eine geschlossene, aber auch nur teilringförmige Gestaltungen gemeint, d.h. auch halbringförmige oder andere bogenförmige Ringkanalgestaltungen. Mittels solcher, vorzugsweise zumindest halbkreisförmig ausgebildeter Ringkanäle kann eine gute und homogenere Verteilung der Kühlflüssigkeit in die einzelnen Kühlkanäle erzielt werden, die eine - in Umfangsrichtung betrachtet - gleichmäßige Kolbenbodenkühlung ermöglicht. Mit einem zentralen Reservoir sind beispielsweise hohlkugelförmige oder anders geformte hohlförmige, kammerartige Strukturen gemeint, von deren Außenseiten aus sich die Mini-Kühlkanäle in radialer Richtung nach außen erstrecken. In a further practical embodiment of a reciprocating piston according to the invention, the inflow region comprises an annular channel or a central reservoir, and the cooling channels extend outwardly from this annular channel or the central reservoir in the radial direction. By "ring" is meant in this context preferably a closed, but also only part-ring-shaped designs, i. also semi-annular or other arcuate annular channel designs. By means of such, preferably at least semicircular trained annular channels a good and homogeneous distribution of the cooling liquid can be achieved in the individual cooling channels, which allows a - considered in the circumferential direction - uniform piston crown cooling. By a central reservoir, for example, hollow-spherical or otherwise shaped hollow-shaped, chamber-like structures are meant, from the outer sides of which the mini-cooling channels extend in the radial direction outwards.
Eine konstruktiv besonders einfache Gestaltung ergibt sich, wenn in dem Grundkörper mindestens zwei, strömungsleitend nicht - oder zumindest nur bis zu einer radial innen angeordneten Netz-Verteilstelle - miteinander verbundene Kühlkanalnetze ausgebildet sind. A structurally particularly simple design results if at least two, flow-conducting not - or at least only up to a radially inwardly disposed network distribution point - interconnected cooling channel networks are formed in the body.
Insbesondere können zwei oder mehr Kühlkanalnetze so angeordnet sein, dass der In particular, two or more cooling duct nets may be arranged so that the
Kolbenboden weitestgehend gleichmäßig von Kanälen der Kühlkanalnetze durchdrungen ist. Beispielsweise können sich ein erstes Kühlkanalnetz und ein zweites Kühlkanalnetz über zwei Hälften der Querschnittsfläche des Grundkörpers erstrecken. In einer besonders praktischen Ausführungsform sind die Kühlkanalnetze spiegelbildlich zueinander ausgebildet. Die zwei strömungsleitend nicht miteinander verbundenen Piston bottom is largely uniformly penetrated by channels of the cooling duct networks. For example, a first cooling duct network and a second cooling duct network may extend over two halves of the cross-sectional area of the main body. In a particularly practical embodiment, the cooling channel networks are mirror images of each other. The two flow-conducting not interconnected
Kühlkanalnetze weisen weiter bevorzugt zwei voneinander separierte Einströmbereiche auf, die unabhängig voneinander gespeist werden können. Die Ausbildung von solchen separierten Einströmbereichen und Kühlkanalnetzen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Ausbildung des Einströmbereiches in dem Grundkörper in einer zentralen Position, d.h. radial mittig der Brennraumfläche (im Bereich der Zylinder-Mittelachse) bauraumtechnisch und/oder konstruktiv nicht oder nur mit hohem Aufwand zu realisieren ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Einspritzung über eine Kolbenspritzdüse erfolgt (dies wird im weiteren noch näher erläutert), da diese aufgrund des Pleuels nicht mittig unterhalb des Kolbenbodens angeordnet werden kann. Cooling channel networks furthermore preferably have two flow areas which are separated from one another and can be fed independently of one another. The formation of such separated inflow regions and cooling channel networks is particularly advantageous if the formation of the inflow region in the main body in a central position, i. radially center of the combustion chamber surface (in the region of the cylinder center axis) space engineering and / or constructive not or only with great effort to realize. This is the case in particular if the injection takes place via a piston injection nozzle (this will be explained in more detail below), since this can not be arranged centrally below the piston crown due to the connecting rod.
Der mindestens eine Einströmbereich kann sich in einer weiteren praktischen Ausführungsform ausgehend von einer Einströmöffnung erstrecken, welche in der Mantelfläche einer In a further practical embodiment, the at least one inflow region can extend starting from an inflow opening, which in the lateral surface of a
Kolbenbolzennabe ausgebildet ist. Ein solche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens eignet sich insbesondere für die Versorgung des Kühlkanalnetzes mit Piston pin hub is formed. Such an embodiment of a reciprocating piston according to the invention is particularly suitable for the supply of the cooling duct network
Kühlflüssigkeit über ein mit dem Hubkolben funktional verbundenes Pleuel. Insbesondere ist es dann vorgesehen, zwei strömungsleitend nicht miteinander verbundene Kühlkanalnetze auszubilden, wobei die Einströmöffnungen auf unterschiedlichen Seiten des Pleuels in der Mantelfläche der Kolbenbolzennabe ausgebildet sind. Wenn das Pleuel innen hohl ausgebildet ist, kann Kühlflüssigkeit innerhalb des Pleuels in Richtung des Hubkolbens geführt werden. Der Hubkolben und das Pleuel sind vorzugsweise mittels eines Bolzens verbunden, wobei der Bolzen insbesondere derart ausgebildet ist, dass Kühlflüssigkeit durch den Bolzen zu der mindestens einen Einströmöffnung gefördert werden kann. Dazu kann insbesondere mindestens ein - insbesondere trichterartiger - Kanal in dem Bolzen so ausgebildet sein, dass unabhängig von einer Schwenkbewegung zwischen Pleuel, Bolzen und Kolben permanent ausreichend Kühlflüssigkeit in Richtung Kolben gefördert werden kann. Coolant via a connecting rod functionally connected to the reciprocating piston. In particular, it is then provided to form two flow channel non-interconnected cooling duct networks, wherein the inflow openings are formed on different sides of the connecting rod in the lateral surface of the piston pin hub. If the connecting rod is hollow inside, cooling fluid can be guided within the connecting rod in the direction of the reciprocating piston. The reciprocating piston and the connecting rod are preferably connected by means of a bolt, wherein the bolt is in particular designed such that cooling fluid can be conveyed through the bolt to the at least one inflow opening. For this purpose, in particular at least one - in particular funnel-like - channel in the bolt be designed so that regardless of a pivotal movement between the connecting rod, pin and piston permanently sufficient coolant can be conveyed in the direction of the piston.
Die mindestens eine Einströmöffnung erstreckt sich dazu insbesondere über einen The at least one inflow opening extends in particular via a
Winkelbereich des Umfangs der Mantelfläche der Kolbenbolzennabe. Der Winkelbereich entspricht mindestens dem Winkelbereich, über welchen der Bolzen während der Bewegung des Pleuels relativ zu dem Hubkolben verschwenkt wird. Der Bolzen ist insbesondere mittels Presspassung mit dem Pleuel verbunden und rotiert gegenüber dem Hubkolben. Insbesondere erstreckt sich die Einströmöffnung über mindestens 20° und vorzugsweise über mindestens 30° des Umfangs der Mantelfläche der Kolbenbolzennabe. Zur Förderung der Kühlflüssigkeit durch das Pleuel in den Grundkörper des Hubkolbens kann optional in einer Variante des erfindungsgemäßen Hubkolbens eine Pumpe vorgesehen sein, mit welcher ein ausreichend hoher Druck erzeugt wird, um während des Betriebes der Angular range of the circumference of the lateral surface of the piston pin hub. The angular range corresponds at least to the angular range over which the bolt is pivoted during movement of the connecting rod relative to the reciprocating piston. The bolt is connected in particular by means of press fit with the connecting rod and rotates relative to the reciprocating piston. In particular, the inflow opening extends over at least 20 ° and preferably over at least 30 ° of the circumference of the lateral surface of the piston pin hub. To promote the cooling liquid through the connecting rod in the main body of the reciprocating piston, a pump may optionally be provided in a variant of the reciprocating piston according to the invention, with which a sufficiently high pressure is generated to during operation of the
Hubkolbenbrennkraftmaschine mindestens 20 Prozent des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit füllen zu können. Als eine solche Pumpe kann eine auch für andere Zwecke genutzte Standard- Ölpumpe einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen sein, es kann aber auch eine zusätzliche Pumpe für einen oder mehrere erfindungsgemäße Hubkolben vorgesehen sein, die ausschließlich oder primär für die Versorgung des Kühlkanalnetzes genutzt wird. Ebenfalls möglich ist es, die Versorgung des Kühlkanalnetzes auf beliebige andere Art und Weise sicherzustellen. Hubkolbenbrennkraftmaschine to fill at least 20 percent of the cooling duct network with coolant. As such a pump can also be used for other purposes used standard oil pump a reciprocating internal combustion engine, but it can also be provided an additional pump for one or more reciprocating piston according to the invention, which is used exclusively or primarily for the supply of the cooling duct network. It is also possible to ensure the supply of the cooling duct network in any other way.
Bevorzugt sind mindestens 25 Prozent, mindestens 30 Prozent oder mindestens 40 Prozent, 50 Prozent oder sogar 75 Prozent des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Das Preferably, at least 25 percent, at least 30 percent or at least 40 percent, 50 percent or even 75 percent of the cooling duct network is filled with coolant. The
Kühlkanalnetz kann auch vollständig (d.h. zu 100 Prozent) mit Kühlflüssigkeit gefüllt sein, so dass sich eine besonders effiziente Kühlung aufgrund einer maximalen Durchströmung des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit ergibt. Durch Erhöhung des mit der Pumpe erzeugten Drucks und der daraus resultierenden Strömungsgeschwindigkeit kann die Kühlleistung dann bedarfsweise angepasst werden, sofern die Pumpe steuerbar und/oder regelbar ist. Wenn Kühlflüssigkeit in den Grundkörper über ein Pleuel eingebracht wird, kann Kühlflüssigkeit kontinuierlich, mit hohem Druck und optional auch durchflussgesteuert oder durchflussgeregelt aktiv in den Grundkörper des Hubkolbens gefördert werden. Cooling duct network can also be completely (i.e., 100 percent) filled with cooling fluid, so that a particularly efficient cooling results due to a maximum flow through the cooling duct network with cooling fluid. By increasing the pressure generated by the pump and the resulting flow rate, the cooling capacity can then be adjusted as needed, provided that the pump is controllable and / or regulated. If cooling liquid is introduced into the main body via a connecting rod, cooling liquid can be conveyed continuously, with high pressure and optionally also flow-controlled or flow-controlled active into the main body of the reciprocating piston.
Alternativ oder in Ergänzung zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann sich der Einströmbereich in einer anderen Ausführungsform von einem Bereich des unteren Alternatively or in addition to the embodiment described above, the inflow region may in another embodiment of a region of the lower
Kolbenbodens erstrecken, der beabstandet von der Kolbenbolzennabe ist. Ein solcher Bereich ist insbesondere benachbart zu der Kolbenbolzennabe vorgesehen und insbesondere möglichst - in radialer Richtung betrachtet - zentral im Grundkörper angeordnet, beispielsweise innerhalb eines Radius, der maximal dem halben Radius des Kolbens entspricht. In dieser Piston bottom extending, which is spaced from the piston pin hub. Such an area is provided in particular adjacent to the piston pin hub and in particular as possible - as viewed in the radial direction - arranged centrally in the body, for example within a radius corresponding to a maximum of half the radius of the piston. In this
Ausführungsform erfolgt die Versorgung des Kühlkanalnetzes mit Kühlflüssigkeit insbesondere über mindestens eine Kolbenspritzdüse. Dabei wird die Kolbenspritzdüse vorzugsweise unterhalb des unteren Kolbenbodens derart angeordnet, dass Kühlflüssigkeit nach oben in das Kühlkanalnetz eingespritzt werden kann. Es ist auch bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn zwei oder mehr strömungsleitend nicht miteinander verbundene Kühlkanalnetze in dem Grundkörper ausgebildet sind. Weiter bevorzugt ist dabei pro Kühlkanalnetz jeweils mindestens eine separate Kolbenspritzdüse vorgesehen. Die Einbringung von Kühlflüssigkeit in den Grundkörper über eine Kolbenspritzdüse ist konstruktiv sehr einfach zu realisieren, insbesondere weil die Kühlflüssigkeit nicht durch relativ zueinander bewegte Elemente geführt werden muss. Embodiment, the supply of the cooling duct network with coolant takes place in particular via at least one piston injection nozzle. In this case, the piston injection nozzle is preferably arranged below the lower piston crown in such a way that cooling liquid can be injected upwards into the cooling duct network. It is also preferred in this embodiment if two or more cooling channel networks, which are not connected to one another in terms of flow, are formed in the base body. More preferably, at least one separate piston spray nozzle is provided per cooling channel network. The introduction of cooling liquid into the body via a piston nozzle is structurally very easy to implement, especially because the cooling liquid does not have to be guided by relatively moving elements.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist die Kontur der Kühlkanäle zumindest teilweise an die Kontur der Brennraumfläche derart angepasst, dass der axiale Abstand der Kühlkanäle zur Brennraumfläche innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters liegt. In a further practical embodiment, the contour of the cooling channels is at least partially adapted to the contour of the combustion chamber surface such that the axial distance of the cooling channels to the combustion chamber surface is within a predetermined tolerance window.
Insbesondere ist die Kontur der Kühlkanäle an eine Brennraumfläche mit einer Kolbenmulde angepasst, so dass die Kühlkanäle ebenfalls eine muldenartige Kontur aufweisen. In particular, the contour of the cooling channels is adapted to a combustion chamber surface with a piston recess, so that the cooling channels also have a trough-like contour.
Vorzugsweise liegt sowohl der axiale Abstand der Kühlkanäle zu der Brennraumfläche als auch zu dem unteren Kolbenboden innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters.„Innerhalb des vorgegebenen Toleranzfensters“ meint hier insbesondere, dass die Abstandsabweichung zwischen der Brennraumfläche und/oder des unteren Kolbenbodens nicht mehr als 20 Prozent, bevorzugt nicht mehr als 15 Prozent und besonders bevorzugt nicht mehr als 10 Prozent beträgt. Die Kühlkanäle erstrecken sich vorzugsweise über mindestens 50 Prozent, bevorzugt mindestens 65 Prozent und insbesondere mindestens 80 Prozent des Durchmessers des Kolbenbodens im Wesentlichen horizontal. Damit sind insbesondere die radial innenseitigen Bereiche des Kolbenbodens gemeint. Weiter bevorzugt sind die Kühlkanäle zumindest teilweise an die Kontur der Brennraumfläche angepasst, d.h. der Abstand zwischen Brennraumfläche und den jeweiligen Kühlkanälen ist zumindest über einen Teilbereich ungefähr konstant, vorzugsweise über den gesamten Radial-Erstreckungsbereich der Kühlkanäle. Preferably, both the axial distance of the cooling channels to the combustion chamber surface and to the lower piston crown lies within a predetermined tolerance window. "Within the specified tolerance window" means here in particular that the distance deviation between the combustion chamber surface and / or the lower piston crown does not exceed 20 percent, preferably not more than 15 percent and more preferably not more than 10 percent. The cooling channels preferably extend over at least 50 percent, preferably at least 65 percent and in particular at least 80 percent of the diameter of the piston head substantially horizontally. This means in particular the radially inward regions of the piston crown. More preferably, the cooling channels are at least partially adapted to the contour of the combustion chamber surface, i. the distance between the combustion chamber surface and the respective cooling channels is approximately constant at least over a partial region, preferably over the entire radial extension region of the cooling channels.
Insbesondere ist der Einströmbereich gebildet durch eine Einströmöffnung, welche über einen sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungskanal mit dem Ringkanal verbunden ist. Ausgehend von dem Ringkanal erstrecken sich die Mini-Kühlkanäle in radialer Richtung nach außen, wobei die Kontur der Kühlkanäle an die Kontur der Brennraumfläche mit einer In particular, the inflow region is formed by an inflow opening, which is connected to the annular channel via a connecting channel extending in the axial direction. Starting from the annular channel, the mini-cooling channels extend in the radial direction to the outside, wherein the contour of the cooling channels to the contour of the combustion chamber surface with a
Kolbenmulde angepasst ist. In einem radial äußeren Bereich erstrecken sich die Kühlkanäle zunächst in einem Axialabschnitt im Wesentlichen in axialer Richtung und münden dann horizontal in einem Horizontalabschnitt in einen Bereich zwischen dem Kolbenboden und dem Kolbenhemd. Flask trough is adjusted. In a radially outer region, the cooling channels initially extend in an axial section substantially in the axial direction and then open horizontally in a horizontal section into a region between the piston head and the piston skirt.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen Hubkolbens in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Die Kühlflüssigkeit wird dabei über einen radial innenseitig angeordneten Einströmbereich in den Hubkolben eingebracht und durch eine Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden Kühlkanälen in radialer Richtung nach außen abgeleitet. Es wird durch diese Verwendung eine besonders effiziente Kühlung des Hubkolbens bewirkt, da die Kühlflüssigkeit zunächst den besonders heißen, in radialer Richtung zentralen Bereich der Brennraumfläche kühlt und von dort aus nach außen zu den kälteren Randbereichen strömt. The invention also relates to the use of a reciprocating piston as described above in a reciprocating internal combustion engine. In this case, the cooling liquid is introduced into the lifting piston via an inflow region arranged radially on the inside and is discharged outward in the radial direction through a multiplicity of cooling channels extending in the radial direction. It is caused by this use a particularly efficient cooling of the reciprocating piston, since the cooling liquid initially cools the particularly hot, radially central region of the combustion chamber surface and flows from there to the outside to the colder edge regions.
Wie bereits vorstehend erwähnt, wird die Kühlflüssigkeit vorzugsweise derart eingebracht, dass das mindestens eine Kühlkanalnetz zu mindestens 20 Prozent mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Bevorzugt ist das Kühlkanalnetz zu mindestens 30 Prozent oder mindestens 40 Prozent, 50 Prozent oder sogar mindestens 75 Prozent und besonders bevorzugt zu 100 Prozent mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Das heißt, die Kühlflüssigkeit wird mit einem ausreichend hohen Druck und/oder einer ausreichend großen Geschwindigkeit in den Grundkörper eingebracht, um die Kühlflüssigkeit vollständig durch die Mini-Kühlkanäle zu fördern. Insgesamt wird so eine effiziente Kühlung unabhängig von einer Shakerwirkung erzielt. As already mentioned above, the cooling liquid is preferably introduced such that the at least one cooling channel network is filled to at least 20 percent with cooling liquid. Preferably, the cooling duct network is at least 30 percent or at least 40 percent, 50 percent or even at least 75 percent, and more preferably 100 percent filled with coolant. That is, the cooling liquid is introduced into the body at a sufficiently high pressure and / or speed to completely convey the cooling fluid through the mini-cooling channels. Overall, such an efficient cooling is achieved independently of a shaker effect.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Further practical embodiments of the invention are described below in conjunction with the drawings. Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens in einer Fig. 1 shows a first embodiment of a reciprocating piston according to the invention in one
Seitenansicht,  Side View,
Fig. 2 den Hubkolben aus Fig. 1 in einer Draufsicht, 2 shows the reciprocating piston of FIG. 1 in a plan view,
Fig. 3 eine Hälfte des Hubkolbens aus Fig. 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben, 3 is a half of the reciprocating piston of Fig. 1 and 2 in a perspective view obliquely from above,
Fig. 4 den Hubkolben aus den Fig. 1 bis 3, wobei ein Kolbenhemd in einem Längsschnitt gemäß Linie IV-IV aus Fig. 2 dargestellt ist, und der in Fig. 4 mit B gekennzeichnete Bereich teilweise weggeschnitten ist, 4 shows the reciprocating piston of FIGS. 1 to 3, wherein a piston skirt is shown in a longitudinal section according to line IV-IV of FIG. 2, and the region marked B in FIG. 4 is partially cut away, FIG.
Fig. 5 den Hubkolben aus den Fig. 1 bis 4 in einem Längsschnitt gemäß Linie V-V aus Fig. 5 shows the reciprocating piston of FIGS. 1 to 4 in a longitudinal section along line V-V
Fig. 3,  3,
Fig. 6 ein isoliert dargestelltes Kühlkanalnetz in einer perspektivischen Ansicht, 6 shows a cooling duct network shown in isolation in a perspective view,
Fig. 7 den Hubkolben aus den Fig. 1 bis 5 mit einem Pleuel und einem Bolzen in einem Fig. 7 shows the reciprocating piston of FIGS. 1 to 5 with a connecting rod and a bolt in one
Längsschnitt analog zu Linie Vll-Vll aus Fig. 2, Fig. 8 eine weitere Ausführungsform mit dem Kühlkanalnetz aus Fig. 6 und mit einer Kolbenspritzdüse in einer schematischen Darstellung, Longitudinal section analogous to line VII-VII of FIG. 2, 8 shows a further embodiment with the cooling duct network from FIG. 6 and with a piston injection nozzle in a schematic illustration,
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens in einer 9 shows a further embodiment of a reciprocating piston according to the invention in one
perspektivischen Ansicht von schräg oben, und  perspective view from diagonally above, and
Fig. 10 den Hubkolben aus Fig. 9 ohne den Kolbenboden in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben. Fig. 10 the reciprocating piston of Fig. 9 without the piston crown in a perspective view obliquely from above.
In Verbindung mit den Fig. 1 bis 7 wird eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens 10 erläutert. Der Hubkolben 10 dient der bekannten Anordnung in einer nicht dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine. In solchen Hubkolbenbrennkraftmaschinen bewegt sich der Hubkolben 10 in Axialrichtung betrachtet in dem Brennraum entlang des in Fig. 1 dargestellten Doppelpfeils auf und ab, um das Volumen eines mit dem Hubkolben In connection with FIGS. 1 to 7, a first embodiment of a reciprocating piston 10 according to the invention will be explained. The reciprocating piston 10 serves the known arrangement in a reciprocating internal combustion engine, not shown. In such reciprocating internal combustion engines, the reciprocating piston 10, viewed in the axial direction, moves up and down in the combustion chamber along the double arrow shown in FIG. 1, to the volume of one with the reciprocating piston
abgegrenzten Brennraumes zu verändern und so insbesondere Kompressionsphasen und Dekompressionsphasen zu ermöglichen. To change the bounded combustion chamber and thus in particular to enable compression phases and decompression phases.
Der Hubkolben 10 umfasst einen Grundkörper 12 mit einem Kolbenboden 14. Die zum The reciprocating piston 10 comprises a base body 12 with a piston head 14. Die zum
Brennraum gerichtete Fläche wird nachfolgend Brennraumfläche 16 genannt und kann auch als oberer Kolbenboden bezeichnet werden. In dieser gezeigten Ausführungsform umfasst die Brennraumfläche 16 eine radial zentral angeordnete Kolbenmulde18. Die dem Brennraum abgewandte Seite des Kolbenbodens 14 wird im Folgenden als unterer Kolbenboden 20 bezeichnet. A combustion chamber directed surface is referred to below combustion chamber surface 16 and may also be referred to as the upper piston crown. In this embodiment shown, the combustion chamber surface 16 comprises a radially centrally arranged piston recess 18. The combustion chamber facing away from the side of the piston head 14 is referred to below as the lower piston head 20.
Ferner umfasst der Grundkörper 12 ein Kolbenhemd 22, welches in Axialrichtung betrachtet unterhalb des Kolbenbodens 14 angeordnet ist. Vorliegend ist das Kolbenhemd 22 über eine Kolbenbolzennabe 24 mit dem Kolbenboden 14 verbunden. Die Kolbenbolzennabe 24 dient zur verschwenkbaren Verbindung des Hubkolbens 10 mit einem Pleuel 26 mittels eines Bolzens 28 (vgl. Fig. 7). In einem radial äußeren Bereich ist ein sich in axialer Richtung erstreckender Spalt 30 zwischen dem unteren Kolbenboden 20 und dem Kolbenhemd 22 ausgebildet (vgl. Fig. 1 und Fig. 4), so dass das Kolbenhemd 22 weitestgehend thermisch von dem Kolbenboden 14 entkoppelt ist. Der Spalt 30 erstreckt sich vorliegend über den gesamten Bereich zwischen dem oberen Kolbenboden 20 und dem Kolbenhemd 22. Wie in Fig. 2 gut erkennbar ist, sind in dem Grundkörper 12 des Hubkolbens 10 zwei strömungsleitend nicht miteinander verbundene Kühlkanalnetze 32 ausgebildet, wobei sich die Kühlkanalnetze 32 jeweils über eine Hälfte des Kolbenbodens 14 erstrecken. Furthermore, the main body 12 comprises a piston skirt 22 which, viewed in the axial direction, is arranged below the piston crown 14. In the present case, the piston skirt 22 is connected to the piston crown 14 via a piston pin hub 24. The piston pin hub 24 serves for the pivotable connection of the lifting piston 10 with a connecting rod 26 by means of a bolt 28 (see Fig. 7). In a radially outer region, a gap 30 extending in the axial direction is formed between the lower piston head 20 and the piston skirt 22 (cf., FIGS. 1 and 4), so that the piston skirt 22 is largely thermally decoupled from the piston crown 14. In the present case, the gap 30 extends over the entire area between the upper piston head 20 and the piston skirt 22. As can be clearly seen in FIG. 2, in the base body 12 of the reciprocating piston 10, two cooling channel networks 32, not connected to one another in terms of flow, are formed, with the cooling channel networks 32 each extending over one half of the piston crown 14.
Ein Kühlkanalnetz 32 umfasst jeweils einen - in radialer Richtung betrachtet - innenseitig angeordneten Einströmbereich 34. Der Einströmbereich 34 wird vorliegend, wie in Fig. 4 und Fig. 6 erkennbar, durch eine Einströmöffnung 36 und ein sich von der Einströmöffnung 36 in axialer Richtung nach oben erstreckenden Verbindungskanal 38 und einen sich im A cooling duct network 32 in each case comprises an inflow region 34 arranged on the inside as viewed in the radial direction. The inflow region 34 is present, as can be seen in FIGS. 4 and 6, through an inflow opening 36 and upwardly from the inflow opening 36 in the axial direction extending connecting channel 38 and a in the
Wesentlichen horizontal erstreckenden Ringkanal 40 gebildet. Ausgehend von dem Ringkanal 40 erstreckt sich in radialer Richtung nach außen eine Vielzahl von Mini-Kühlkanälen 42. Substantially horizontally extending annular channel 40 is formed. Starting from the annular channel 40 extends in the radial direction outwardly a plurality of mini-cooling channels 42nd
Vorliegend sind pro Kühlkanalnetz 32 zehn, sich in radialer Richtung erstreckende Mini- Kühlkanäle 42 ausgebildet (vgl. Fig. 2 und Fig. 3). Die Querschnittsweite der Mini-Kühlkanäle 42 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 2,5 mm. In the present case, per cooling channel network 32, ten, in the radial direction extending mini-cooling channels 42 are formed (see Fig. 2 and Fig. 3). The cross-sectional width of the mini-cooling channels 42 in the embodiment shown is 2.5 mm.
Wie in Fig. 1 und 5 gut erkennbar ist, erstrecken sich die Kühlkanäle 42 zu radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnungen 44. Die Ausströmöffnungen 44 sind vorliegend in axialer Richtung betrachtet im Bereich des Spaltes 30 zwischen dem Kolbenhemd 22 und dem unteren Kolbenboden 20 angeordnet, d.h. die Kühlkanäle 42 münden in den Bereich des Spaltes 30 zwischen dem unteren Kolbenboden 20 und dem Kolbenhemd 22. Die durch die Kühlkanäle 42 strömende Kühlflüssigkeit wird dadurch derart geführt, dass sie durch die Ausströmöffnungen 44 unmittelbar auf die Außenseite des Kolbenhemdes 22 gelangt. As can be clearly seen in FIGS. 1 and 5, the cooling channels 42 extend to radially outwardly disposed outflow openings 44. The outflow openings 44 are presently arranged in the region of the gap 30 between the piston skirt 22 and the lower piston crown 20, viewed in the axial direction. the cooling channels 42 open into the region of the gap 30 between the lower piston crown 20 and the piston skirt 22. The coolant flowing through the cooling channels 42 is thereby guided such that it passes through the outflow openings 44 directly on the outside of the piston skirt 22.
Die jeweilige geometrische Gestaltung und jeweiligen Richtungen der einzelnen Kühlkanäle 42 sind insbesondere in Fig. 5 und 6 gut erkennbar. Ausgehend von dem Ringkanal 40 erstrecken sich die Kühlkanäle 42 zunächst weitestgehend horizontal nach außen. Die Kontur der Kühlkanäle 42 ist dabei an die Kontur der Brennraumfläche 16 mit der Kolbenmulde 18 angepasst. Insbesondere ist der Abstand zwischen den Kühlkanälen 42 und der The respective geometric design and respective directions of the individual cooling channels 42 can be clearly seen in particular in FIGS. 5 and 6. Starting from the annular channel 40, the cooling channels 42 initially extend largely horizontally outward. The contour of the cooling channels 42 is adapted to the contour of the combustion chamber surface 16 with the piston recess 18. In particular, the distance between the cooling channels 42 and the
Brennraumfläche 16 mit der Kolbenmulde 18 innerhalb eines radial inneren Bereiches, in welchem sich die Kühlkanäle 42 radial nach außen erstrecken konstant, weil die Kühlkanäle 24 in der gleichen geringen Krümmung nach radial außen und nach oben verlaufen wie die Brennraumfläche 16. Combustion chamber surface 16 with the piston recess 18 within a radially inner region in which the cooling channels 42 extend radially outwardly constant because the cooling channels 24 in the same small curvature radially outwardly and upwardly extending as the combustion chamber surface 16th
In dieser Ausführungsform ist auch der Abstand der Kühlkanäle 42 zu dem unteren In this embodiment, the distance of the cooling channels 42 to the lower
Kolbenboden 20 in einem radial inneren Bereich konstant, wo dieser parallel zur Piston bottom 20 in a radially inner region constant, where this parallel to
Brennraumfläche 16 verläuft. In der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Kühlkanäle 42 in radialer Richtung betrachtet über ca. 80 Prozent der sich in radialer Richtung erstreckenden Breite (d.h. des Durchmessers) der Brennraumfläche 16. Betrachtet man nur den Bereich, in welchem sich die Kühlkanäle 42 in etwa parallel zur Brennraumfläche 16 in überwiegend radialer Richtung erstrecken, erstrecken sich die Kühlkanäle 42 in radialer Richtung über ca. 60 Prozent der Breite der Brennraumfläche 16. Brennraumfläche 16 extends. In the embodiment shown, the cooling channels 42 extend over approximately 80 percent of the radially extending width (ie, diameter) of the combustion chamber surface 16 as viewed in the radial direction. Considering only the region in which the cooling channels 42 are approximately parallel to the Extend combustion chamber surface 16 in predominantly radial direction, the cooling channels 42 extend in the radial direction over about 60 percent of the width of the combustion chamber surface 16th
In einem sich an den überwiegend radial nach außen orientierten Abschnitt der Kühlkanäle 42 anschließenden Bereich sind die Kühlkanäle 42 in einem Axialabschnitt 46 überwiegend in axialer Richtung orientiert, bevor sie in einen weiteren Horizontalabschnitt 48 oberhalb des Kolbenhemdes 22 übergehen und dort außenseitig jeweils zu einer Ausströmöffnung 44 führen. In an area adjoining the predominantly radially outward-oriented section of the cooling channels 42, the cooling channels 42 are oriented in an axial section 46 mainly in the axial direction, before they pass into a further horizontal section 48 above the piston skirt 22 and there on each side to an outflow opening 44 to lead.
Aus den Fig. 4 und 6 ist ersichtlich, dass die Einströmöffnungen 36 jeweils trichterartig ausgebildet sind und sich über einen Winkelbereich des Umfangs der Mantelfläche 54 der Kolbenbolzennabe 24 erstrecken, der ein Einströmen permanent auch dann erlaubt, wenn das Pleuel 26 gegenüber dem Hubkolben 12 verschwenkt ist. Die Einströmöffnungen 36 der beiden Kühlkanalnetze 32 sind dabei in der Mantelfläche 54 auf jeweils unterschiedlichen Seiten eines mit dem Hubkolben 10 verbundenen Pleuels 26 ausgebildet (vgl. Zusammenschau der Fig. 2 und Fig. 7). 4 and 6 it can be seen that the inlet openings 36 are each funnel-shaped and extend over an angular range of the circumference of the lateral surface 54 of the piston pin hub 24, which permanently allows an inflow even when the connecting rod 26 pivots relative to the reciprocating piston 12 is. In this case, the inflow openings 36 of the two cooling channel networks 32 are formed in the lateral surface 54 on respectively different sides of a connecting rod 26 connected to the reciprocating piston 10 (compare, see FIG. 2 and FIG.
In Fig. 7 ist eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Hubkolbens 10 mit einem Pleuel 26 und einem das Pleuel 26 und den Hubkolben 10 verbindenden Bolzen 28 dargestellt. Der Bolzen 28 ist hier als hohlzylindrisches Bauteil mit einem Stützdorn ausgebildet, der als Teilelement des Bolzens betrachtet werden kann und daher kein separates Bezugszeichen erhalten hat. Das Pleuel 26 ist vorliegend hohl ausgebildet, so dass Kühlflüssigkeit durch das Innere des In Fig. 7, an arrangement of a reciprocating piston 10 according to the invention with a connecting rod 26 and a connecting rod 26 and the reciprocating piston 10 connecting pin 28 is shown. The bolt 28 is here designed as a hollow cylindrical component with a support pin, which can be regarded as a partial element of the bolt and therefore has not received a separate reference numeral. The connecting rod 26 is hollow in the present case, so that coolant through the interior of the
Pleuels 26 geleitet bzw. aktiv gepumpt werden kann. Der Bolzen 28 weist zwei sich zumindest teilweise in axialer Richtung erstreckende Kanäle 50 auf, welche zu den Einströmöffnungen 36 der jeweiligen Kühlkanalnetze 32 führen. Bei einem Verschwenken des Pleuels 26 und des Bolzens 28 relativ zu dem Hubkolben 10, vorliegend in die Blattebene hinein und aus dieser hinaus, verdreht sich der Bolzen 28 gegenüber der Kolbenbolzennabe 24 um etwa 30°. Über diesen Winkelbereich erstrecken sich ebenfalls die Einströmöffnungen 36, so dass über den gesamten Bewegungsbereich ein Einströmen von Kühlflüssigkeit von dem Pleuel 26 über den Bolzen 28 in das jeweilige Kühlkanalnetz 32 ermöglicht ist. Pleuels 26 can be directed or actively pumped. The bolt 28 has two at least partially extending in the axial direction channels 50, which lead to the inlet openings 36 of the respective cooling channel networks 32. Upon pivoting of the connecting rod 26 and the bolt 28 relative to the reciprocating piston 10, in this case in the leaf level and out of this addition, the bolt 28 rotates relative to the piston pin hub 24 by about 30 °. The inflow openings 36 likewise extend over this angular range, so that an inflow of cooling liquid from the connecting rod 26 via the pin 28 into the respective cooling channel network 32 is made possible over the entire range of movement.
Insgesamt erfolgt die Strömung von Kühlflüssigkeit von einem radial inneren Bereich durch den Einströmbereich 34 und die Kühlkanäle 42 nach radial außen entlang des Pfeils S. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Brennraumfläche 16 in der Mitte üblicherweise höhere Temperaturen aufweist, als in radial weiter außen liegenden Bereichen. Overall, the flow of cooling liquid takes place from a radially inner region through the inflow region 34 and the cooling channels 42 radially outward along the arrow S. This is account for the fact that the combustion chamber surface 16 in the middle usually has higher temperatures than in radially outer regions.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubkolbens. Zur Fig. 8 shows another embodiment of a reciprocating piston according to the invention. to
Beschreibung dieser Ausführungsform und weiterer Ausführungsformen werden im Folgenden für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet wie zur Beschreibung der ersten Ausführungsform. Im Folgenden wird im Description of this embodiment and further embodiments will be used in the following for identical or at least functionally identical elements, the same reference numerals as for the description of the first embodiment. The following is in the
Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu der bereits beschriebenen Ausführungsform eingegangen. Essentially, only the differences to the already described embodiment.
Wie in Fig. 8 dargestellt, kann Kühlflüssigkeit auch mittels einer Kolbenspritzdüse 52 in den Grundkörper 12 eingebracht werden. Die Kolbenspritzdüse 52 ist beabstandet zu der jeweiligen Einströmöffnung 36 so angeordnet, dass Kühlflüssigkeit als Strahl in Richtung der As shown in FIG. 8, cooling liquid can also be introduced into the base body 12 by means of a piston injection nozzle 52. The piston nozzle 52 is spaced from the respective inflow opening 36 so arranged that cooling liquid as a jet in the direction of
Eintrittsöffnung geleitet wird. Die Kühlflüssigkeit tritt dementsprechend so aus der Entrance opening is passed. Accordingly, the cooling liquid emerges from the
Kolbenspritzdüse 52 aus, dass sie zumindest teilweise - möglichst überwiegend oder sogar vollständig - in die Einströmöffnung 36 gefördert wird. Für eine solche Ausführungsform mit Kolbenspritzdüse 52 können die Kühlkanalnetze 32 gegenüber den in Fig. 2 gezeigten Kolbenspritzdüse 52 that it is at least partially - as predominantly or even completely - is conveyed into the inflow opening 36. For such an embodiment with piston nozzle 52, the cooling channel nets 32 may be opposite those shown in FIG
Kühlkanalnetzen 32 um 90° um die Zylinderachse gedreht angeordnet sein, so dass eine Einspritzung von unterhalb des unteren Kolbenbodens 20 in radialer Richtung betrachtet weiter außen und beabstandet von der Kolbenbolzennabe 24 erfolgt. Es wird hierbei in Kauf genommen, dass die Einspritzung beabstandet von der Mitte der Brennraumfläche 16 erfolgt. Gegebenenfalls kann die Geometrie des Kühlkanalnetzes 32 derart angepasst werden, dass Kühlflüssigkeit von einer radial etwas weiter außen liegenden Einströmöffnung 36 zunächst in einen zentralen Bereich der Brennraumfläche 16 befördert wird und von dort aus - ggf. nach weiterer Förderung in Richtung Brennraumfläche 16 - über die Kühlkanäle 42 in radialer Richtung nach außen strömt. Cooling channel networks 32 may be arranged rotated by 90 ° about the cylinder axis, so that an injection from below the lower piston crown 20 in the radial direction, as viewed farther outward and spaced from the piston pin hub 24 takes place. It is hereby accepted that the injection takes place at a distance from the center of the combustion chamber surface 16. Optionally, the geometry of the cooling duct network 32 can be adapted such that coolant is first conveyed from a radially outer inlet opening 36 into a central region of the combustion chamber surface 16 and from there - possibly after further promotion in the direction of the combustion chamber surface 16 - via the cooling channels 42 flows in the radial direction to the outside.
In den Fig. 9 bis 10 ist eine weitere Ausführungsform eines Hubkolbens 10 dargestellt. Diese Ausführungsform des Hubkolbens 10 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass das Kolbenhemd 22 außenseitig mit dem unteren Kolbenboden 20 verbunden ist. Es ist folglich kein Spalt 30 zwischen dem unteren Kolbenboden 20 und dem Kolbenhemd 22 ausgebildet. Die Ausströmöffnungen 44 sind derart ausgebildet, dass sie durch das Kolbenhemd 22 hindurchführen, so dass Kühlflüssigkeit auf die Außenseite des FIGS. 9 to 10 show a further embodiment of a reciprocating piston 10. This embodiment of the reciprocating piston 10 differs from the first embodiment in particular in that the piston skirt 22 is externally connected to the lower piston crown 20. Consequently, no gap 30 is formed between the lower piston crown 20 and the piston skirt 22. The outflow openings 44 are formed such that they pass through the piston skirt 22, so that cooling liquid to the outside of the
Kolbenhemdes 22 gelangen kann. Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Piston shirt 22 can get. The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be used individually as well as in any desired manner
Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. Combinations for the realization of the invention in its various embodiments essential. The invention may be varied within the scope of the claims and in consideration of the knowledge of the person skilled in the art.
Bezugszeichenliste Hubkolben List of reference reciprocating piston
Grundkörper body
Kolbenboden piston crown
Brennraumfläche Combustion chamber surface
Kolbenmulde piston bowl
unterer Kolbenboden lower piston bottom
Kolbenhemd skirt
Kolbenbolzennabe piston pin
Pleuel pleuel
Bolzen bolt
Spalt gap
Kühlkanalnetz Cooling channel network
Einströmbereich inflow
Einströmöffnung inflow
Verbindungskanal connecting channel
Ringkanal annular channel
Mini-Kühlkanal Mini cooling channel
Ausströmöffnung outflow
Axialabschnitt axial
Horizontalabschnitt Horizontal section
Kanal channel
Kolbenspritzdüse piston spray nozzle
Mantelfläche lateral surface

Claims

Patentansprüche claims
1. Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Grundkörper (12) und einer Brennraumfläche (16), wobei innerhalb des Grundkörpers (12) mindestens ein 1. reciprocating piston for a reciprocating internal combustion engine having a base body (12) and a combustion chamber surface (16), wherein within the base body (12) at least one
Kühlkanalnetz (32) vorgesehen ist,  Cooling duct network (32) is provided,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Kühlkanalnetz (32) mindestens einen - in radialer Richtung des Grundkörpers (12) betrachtet - innenseitig angeordneten Einströmbereich (34) und eine Vielzahl von sich - ausgehend von dem Einströmbereich (34) - in radialer Richtung jeweils nach außen erstreckenden Mini-Kühlkanälen (42) aufweist, wobei die Mini-Kühlkanäle (42) eine maximale Querschnittsweite von 3 mm aufweisen.  in that the cooling channel network (32) has at least one inflow region (34) arranged on the inside in the radial direction of the main body (12) and a multiplicity of mini-cooling passages (in each case extending outward from the inflow region (34)) in the radial direction ( 42), wherein the mini-cooling channels (42) have a maximum cross-sectional width of 3 mm.
2. Hubkolben nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Reciprocating piston according to the preceding claim, characterized in that the
Kühlkanäle (42) zu einer radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnung (44) oder zu mehreren radial außenseitig angeordneten Ausströmöffnungen (44) führen, wobei diese Ausströmöffnung (44) oder diese mehreren Ausströmöffnungen (44) zumindest teilweise derart ausgerichtet sind, dass durch die Ausströmöffnung (44) austretende Kühlflüssigkeit unmittelbar oder mittelbar auf die Außenseite eines Kolbenhemdes (22) gelangt.  Cooling channels (42) lead to a radially outwardly arranged outflow opening (44) or to a plurality of radially outwardly arranged outflow openings (44), wherein these outflow opening (44) or these several outflow openings (44) are at least partially aligned such that through the outflow opening (44 ) exiting coolant directly or indirectly reaches the outside of a piston skirt (22).
3. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (12) zumindest über einen Teil des Umfangs ein Spalt (30) zwischen einem radial äußeren Abschnitt des Kolbenhemdes (22) und einem radial äußeren Abschnitt eines Kolbenbodens (14) ausgebildet ist und mindestens ein Kühlkanal (42) in den Bereich des Spaltes (30) zwischen Kolbenhemd (22) und Kolbenboden (20) führt. 3. Reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that on the base body (12) at least over part of the circumference, a gap (30) between a radially outer portion of the piston skirt (22) and a radially outer portion of a piston head (14) is formed and at least one cooling channel (42) in the region of the gap (30) between the piston skirt (22) and the piston head (20) leads.
4. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (12) mindestens acht sich in radialer Richtung erstreckende Kühlkanäle (42) ausgebildet sind. 4. Reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that in the base body (12) at least eight extending in the radial direction cooling channels (42) are formed.
5. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmbereich (34) einen Ringkanal (40) oder ein zentrales Reservoir umfasst und sich die Kühlkanäle (42) ausgehend von diesem Ringkanal (40) oder dem zentralen Reservoir in radialer Richtung betrachtet nach außen erstrecken. 5. Reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow region (34) comprises an annular channel (40) or a central reservoir and the cooling channels (42) starting from this annular channel (40) or the central reservoir viewed in the radial direction extend to the outside.
6. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (12) mindestens zwei, strömungsleitend nicht miteinander verbundene Kühlkanalnetze (32) ausgebildet sind. 6. A reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that in the base body (12) at least two, not flow-connected interconnected cooling channel networks (32) are formed.
7. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens eine Einströmbereich (34) ausgehend von einer Einströmöffnung (36) erstreckt, welche in der Mantelfläche (54) einer Kolbenbolzennabe (24) ausgebildet ist. 7. A reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one inflow region (34), starting from an inflow opening (36) which is formed in the lateral surface (54) of a piston pin hub (24).
8. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einströmbereich (34) von einem Bereich des Kolbenbodens (14) erstreckt, der beabstandet von der Kolbenbolzennabe (24) ist. 8. A reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow region (34) extends from a region of the piston head (14) which is spaced from the piston pin hub (24).
9. Hubkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Kühlkanäle (42) zumindest teilweise an die Kontur der Brennraumfläche (16) derart angepasst ist, dass der axiale Abstand der Kühlkanäle (42) zu der 9. A reciprocating piston according to one of the preceding claims, characterized in that the contour of the cooling channels (42) is at least partially adapted to the contour of the combustion chamber surface (16) such that the axial distance of the cooling channels (42) to the
Brennraumfläche (16) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters liegt.  Combustor space (16) is within a predetermined tolerance window.
10. Verwendung eines Hubkolbens (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9 in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlflüssigkeit über einen radial innenseitig angeordneten Einströmbereich (34) in den Hubkolben (12) eingebracht wird und durch eine Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckende Kühlkanäle (42) in radialer Richtung nach außen abgeleitet wird. 10. Use of a reciprocating piston (10) according to any one of the preceding claims 1 to 9 in a reciprocating internal combustion engine, characterized in that coolant is introduced via a radially inwardly arranged inflow region (34) in the reciprocating piston (12) and by a plurality of in the radial Direction extending cooling channels (42) is discharged in the radial direction to the outside.
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