AT514641A2 - Kolben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Kolben einer Brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
AT514641A2
AT514641A2 ATA9146/2013A AT91462013A AT514641A2 AT 514641 A2 AT514641 A2 AT 514641A2 AT 91462013 A AT91462013 A AT 91462013A AT 514641 A2 AT514641 A2 AT 514641A2
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
piston
recess
recesses
height
over
Prior art date
Application number
ATA9146/2013A
Other languages
English (en)
Other versions
AT514641B1 (de
AT514641A5 (de
Original Assignee
Caterpillar Energy Solutions Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Energy Solutions Gmbh filed Critical Caterpillar Energy Solutions Gmbh
Publication of AT514641A2 publication Critical patent/AT514641A2/de
Publication of AT514641A5 publication Critical patent/AT514641A5/de
Application granted granted Critical
Publication of AT514641B1 publication Critical patent/AT514641B1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/28—Other pistons with specially-shaped head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0621—Squish flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0624—Swirl flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0627—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion having additional bores or grooves machined into the piston for guiding air or charge flow to the piston bowl
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • 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 
    • F02F3/26—Pistons  having combustion chamber in piston head
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben (1) für eine Brennkraftmaschine eines Otto-Motors mit externer Gemischbildung mit einem eine Mittelachse M aufweisenden Kolbenmantel (1.1) und einem den Kolbenmantel (1.1) nach oben begrenzenden Kolbenboden 2 mit einem Durchmesser D, wobei der Kolbenboden (2) gebildet ist aus einem sich in Umfangsrichtung U erstreckenden Kolbenbodenrand (2.1) der Breite b und einer Kolbenmulde (2.2) mit einer Tiefe t, wobei die Kolbenmulde (2.2) eine Kolbenmuldenwand (2.2a) mit einem Grunddurchmesser d aufweist, wobei innerhalb der Kolbenmuldenwand (2.2a) mindestens eine Ausnehmung (4.1) mit einer Höhe h vorgesehen ist, wobei die Höhe h mit Bezug zur Richtung der Mittelachse M folgen de Bedingung erfüllt: 0,2 t <= h <= t. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Motor mit einem solchen Kolben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben einer Brennkraftmaschine, wie eines Otto-Motors mit externer Gemischbildung mit einem eine Mittelachse M aufweisenden Kolbenmantel und einem den Kolbenmantel nach oben begrenzenden Kolbenboden mit einem Durchmesser D, wobei der Kolbenboden gebildet ist aus einem sich in Umfangsrichtung U erstreckenden Kolbenbodenrand der Breite b und einer Kolbenmulde mit einer Tiefe t, wobei die Kolbenmulde eine Kolbenmuldenwand mit einem Grunddurchmesser d aufweist. Die Kolbenmulde ist der Grundform nach meistens zylindrisch.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Motor mit einem solchen Kolben. Hintergrund
Aus der DE 1 029 613 A sind verschiedene Kolbenbodenformen für selbstzündende Motoren bekannt, die eine geräuscharme Verbrennung durch optimale Zufuhr und Einmischung des eingespritzten Brennstoffs möglich machen sollen. Hierzu wird beschrieben, die Kolbenmuldenwand mit achsparallelen oder spiralförmigen Ablösekanten zu versehen, damit der Brennstoff in die mittig vorherrschende, günstige Drallströmung geführt wird.
Beim Otto-Gasmotor werden Kolben mit verschiedenen Kolbenmuldenformen eingesetzt. In der Regel wird zwischen den folgenden, üblichen Varianten unterschieden: A) Kolben mit dachförmigem Kolbenboden. Der Kolbenboden ist für Brennverfahren mit gasgespülter Vorkammer so gestaltet, dass die Fackelstrahlen möglichst spät auf die Brennraumwände treffen. B) Kolben mit wannenförmigem Kolbenboden. Der Kolbenboden ist so gestaltet, dass eine einlassseitig generierte Tumbleströmung erhalten bleibt. C) Kolben mit Omega-Kolbenmulde. Der Kolbenboden ist für den Dieselbetrieb für optimale Direkteinspritzung ausgelegt und wird aus Kostengründen und der Einfachheit halber auch beim Gas-Ottomotor eingesetzt. Letzteres jedoch ungeachtet eines womöglich schlechteren Verbrennungsverlaufs. D) Kolben mit Topf-Kolbenmulde. Der Kolbenboden ist so gestaltet, dass zwischen Kolbenrand und Zylinderkopf eine Quetsch-Strömung (Squish-Strömung) in radialer Richtung entsteht. Außerdem wird die Drallströmung in der Topf-Kolbenmulde verstärkt. Für Motoren mit Drall-Einlasskänalen und Kammerkerzen sind Kolben mit Topf-Kolbenmulden sehr gut geeignet. Während des Kompressionstaktes wird das Gemisch über dem Kolbenbodenrand (Squish-Rand) des Kolbens in die Topf-Kolbenmulde verdrängt. Während des Expansionstaktes wird das Gemisch wieder aus der Topf-Kolbenmulde gesaugt. Dieser Vorgang führt, insbesondere in der Nähe des oberen Totpunkts, zu starken Quetsch-Strömungen.
Ergänzend zu der Quetsch-Strömung führt die Topf-Kolbenmulde auch zu einer Beschleunigung der einlassseitig generierten Drallströmung. Aufgrund der Drehimpulserhaltung erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit der Drallströmung, wenn das Gemisch nach innen in die Topf-Kolbenmulde verdrängt wird.
Die Erfindung ist zumindest teilweise darauf gerichtet, einen oder mehrere Aspekte der bekannten Systeme zu verbessern oder zu überwinden.
Zusammenfassung der Offenbarung
In einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gerichtet. Der Kolben kann einen Kolbenmantel mit einer Mittelachse M und einen Kolbenboden aufweisen, der den Kolbenmantel nach oben mit einem Durchmesser D begrenzt. Der Kolbenboden kann von einem sich in Umfangsrichtung U erstreckenden Kolbenbodenrand und einer Kolbenmulde mit einer Tiefe t gebildet sein. Die Kolbenmulde kann eine Kolbenmuldenwand mit einem Grunddurchmesser d und mindestens einer Ausnehmung mit einer Höhe h enthalten, die innerhalb der Kolbenmuldenwand vorgesehen ist. Die Höhe h kann mit Bezug zur Richtung der Mittelachse M folgende Bedingung erfüllen: 0,2 t &lt;= h &lt;= t, insbesondere 0,3 t &lt;= h oder 0,4 t &lt;= h und h &lt;= t.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Diesel-Motor oder Otto-Motor oder Otto-Gasmotor mit einem darin geführten Kolben der vorgehend beschriebenen
Art. Bei dem Otto-Motor bzw. dem Otto-Gasmotor kann es sich um einen Motor mit externer oder interner Gemischbildung handeln.
Andere Merkmale und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Kurzbeschreibuna der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt; es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Kolbens mit Ausnehmungen;
Figur 2 eine Schnittdarstellung des Kolbens nach Fig. 1;
Figur 3 eine Prinzipskizze eines Motors.
Detaillierte Beschreibung
Ein in Fig. 1 dargestellter Kolben 1 weist einen eine Mittelachse M aufweisenden Kolbenmantel 1.1 und einen den Kolbenmantel 1.1 nach oben begrenzten Kolbenboden 2 mit einem Durchmesser D auf. Der Kolbenboden 2 ist gebildet aus einem Kolbenbodenrand 2.1 der Breite b und einer zentral und koaxial zur Mittelachse M angeordneten Kolbenmulde 2.2. Die Kolbenmulde 2.2 weist eine im Wesentlichen zylinderförmige Kolbenmuldenwand 2.2a mit einem Grund(Basis)durchmesser d und einen Kolbenmuldenboden 2.2b auf.
Innerhalb des Kolbenbodenrandes 2.1 sind vier über den Umfang U verteilt angeordnete Ventiltaschen 5.1-5.4 vorgesehen. Die Ventiltaschen 5.1-5.4 dienen einem ausreichenden Freigang der Ein- bzw. Auslassventile während des Betriebs des dargestellten Kolbens 1.
Zudem sind innerhalb der Kolbenmuldenwand 2.2a mehrere über den Umfang U verteilt angeordnete Ausnehmungen 4.1-4.6 vorgesehen. Die jeweilige Ausnehmung 4.1-4.6 erstreckt sich dabei über eine Höhe h, die etwa 75 % einer Tiefe t der Kolbenmulde 2.2 entspricht. Ferner weist die jeweilige Ausnehmung 4.1-4.6 eine maximale Breite B auf, die mit Bezug auf eine Umfangsrichtung U eine Erstreckung der jeweiligen Ausnehmung 4.1-4.6 um einen Winkel (3 etwa 40
Grad ergibt. Die jeweilige Ausnehmung 4.1-4.6 weist eine Symmetrieachse S auf, die einen Winkel a von etwa 22 Grad mit der Mittelachse M einschließt. Somit ergibt sich mit Bezug zur Mittelachse M eine radiale Ausdehnung r der Ausnehmung 4.1-4.6 die mit der Höhe h der Ausnehmung 4.1-4.6 variiert. Die radiale Ausdehnung r ist im Bereich des Kolbenbodenrandes 2.1 maximal und verjüngt sich über die Höhe h bis auf 0. Ein Mindestmaß an radialer Ausdehnung r ist notwendig, um effektiv Turbulenz eintragen zu können. Die radiale Ausdehnung r ist aufgrund der teilzylindrischen Form der Ausnehmung 4.1-4.6 einerseits und der Anstellung im Winkel α andererseits über mehr als 95 % der Höhe h größer als 0,5 mm.
Fig. 2 zeigt die Schnittdarstellung des Schnittes ll-ll, der sich, ausgehend von der Ausnehmung 4.1, über die Mittelachse M hin zur Ausnehmung 4.6 erstreckt. Dadurch kommt es betreffend die Darstellung der Ausnehmung 4.3, 4.4 zu einer Überschneidung gemäß Fig. 2. Aufgrund der Anstellung der Symmetrieachse S im Winkel α zur Mittelachse M, wird eine ausreichende Wandstärke zwischen der Kolbenmulde 2.2 und dem Kühlkanal 7 gewährleistet.
Nach der Ausführungsform von Fig. 1 sind pro Ventiltasche 5.1-5.4 jeweils zwei Ausnehmungen 4.1-4.6 im Bereich der jeweiligen Ventiltasche 5.1-5.4 vorgesehen. Die während des Auf- und Abbewegens des Kolbens 1 entstehende Quetsch-Strömung in die Kolbenmulde 2.2 und aus der Kolbenmulde 2.2 heraus ist in diesem Bereich aufgrund der Ventiltasche 5.1-5.4 ohnehin etwas gestört. Durch die Anordnung der jeweiligen Ausnehmungen 4.1-4.6, insbesondere im Bereich der jeweiligen Ventiltasche 5.1-5.4, wird die ohnehin schon beeinflusste Quetsch-Strömung weiter beeinflusst. Dem gegenüber verbleibt es aber in den Bereichen zwischen den Ventiltaschen 5.1-5.4 bei einer Ausbildung einer vollständigen Quetsch-Strömung zwischen dem Kolbenbodenrand 2.1 und der Kolbenmulde 2.2.
Aufgrund der Ausnehmungen 4.1-4.6 wird, insbesondere im Bereich der Kolbenmuldenwand 2.2a, die innerhalb der Kolbenmulde 2.2 entstehende Drallströmung, insbesondere im Bereich der jeweiligen Kante der jeweiligen Ausnehmungen 4.1-4.6, verwirbelt, sodass insgesamt ein erhöhter Turbulenzeintrag erreicht wird.
Nach der Ausführungsform gemäß Fig. 3 findet ein Kolben 1, 1' wie nach Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben, auch Anwendung innerhalb eines Motors bzw. Motorblocks 6 eines Otto-Motors mit externer Gemischbildung.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Kolben für eine Brennkraftmaschine derart ausgebildet, dass eine verbesserte Verbrennung erreicht werden kann. Die Erzeugung der Quetsch-Strömung und die Verstärkung der Drallströmung haben einen positiven Effekt auf die Verbrennung. Es könnte jedoch noch positiver sein, wenn diese gerichteten Strömungen gezielt in eine Turbulenz umgewandelt werden könnten, da dies die Verbrennung noch weiter verbessern würde.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist innerhalb der Kolbenmuldenwand ausgehend vom Kolbenbodenrand zumindest eine Ausnehmung mit einer Höhte h vorgesehen, wobei die Höhe h im Bezug auf die Richtung der Mittelachse M die folgende Bedingung erfüllt: 0,2 t &lt;= h &lt;= t.
Als Ausnehmung ist anzusehen, wenn der Grunddurchmesser d der Kolbenmuldenwand bzw. die Kolbenmuldenwand eine Kavität aufweist, die in radialer Richtung zur Mittelachse M mindestens z.B. 2 mm tief ist. D.h. mit Bezug zur radialen Richtung zur Mittelachse M kann die Ausnehmung eine Vertiefung innerhalb der Kolbenmuldenwand bilden. Die Ausnehmung beginnt vorzugsweise am oberen Rand der Kolbenmuldenwand, also am Kolbenbodenrand, und erstreckt sich nach unten zum Kolbenmuldenboden hin. Die Breite b des Kolbenbodenrandes wird hierdurch im Bereich der Ausnehmung entsprechend reduziert. Aufgrund der Ausnehmung kann die in der Kolbenmulde vorherrschende Drallströmung zumindest im Bereich der Kolbenmuldenwand aufgebrochen werden, sodass insbesondere an den Kanten der Ausnehmung Verwirbelungen entstehen, die einen turbulenten Strömungsanteil begründen. Die Verwirbelungen können über die Höhe h entstehen, sodass mit erhöhter Höhe h mehr Turbulenz erzeugt werden kann. Die erhöhte Turbulenz kann zu einer beschleunigten Verbrennung und zu einem schnelleren und besseren Ausbrand im Zylinder führen. Dadurch können sich der Wirkungsgrad und der Klopfabstand des Motors erhöhen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Durchmesser D des Kolbenbodens dabei dem Kolbendurchmesser entsprechen. Der Kolbendurchmesser kann ebenfalls dem Durchmesser d des Öffnungsquerschnitts der Kolbenmulde zuzüglich der zweifachen Breite b des Kolbenbodenrandes entsprechen.
Das Verhältnis von dem Durchmesser d des Öffnungsquerschnitts bzw. dem Muldendurchmesser zu dem Durchmesser D des Kolbenbodens bzw. des Kolbendurchmessers erfüllt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorzugsweise folgende Bedingung: d/D = 0,4 - 0,6.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel erfüllt das Verhältnis von der Tiefe t der Kolbenmulde zu dem Durchmesser D des Kolbenbodens bzw. des
Kolbendurchmessers vorzugsweise folgende Bedingung: t/D = 0,15 - 0,35.
Vorteilhaft kann es hierzu gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch sein, wenn sich die Ausnehmung mit Bezug zur Umfangsrichtung U an der maximalen Breite B über einen Winkel ß erstreckt, mit ß &lt;= 180° oder 3° &lt;= ß &lt;= 90° oder 5° &lt;= ß &lt;= 45° oder 10° &lt;= ß &lt;= 40°. Aufgrund der Ausnehmung kann die in der Kolbenmulde vorherrschende Drallströmung im Bereich der Kolbenmuldenwand aufgebrochen werden, sodass insbesondere an den Kanten der Ausnehmung Verwirbelungen entstehen, die einen turbulenten Strömungsanteil begründen. Die Art und die Intensität der Verwirbelung kann von der Ausdehnung der Ausnehmung in Umfangsrichtung, mitin dem Winkel ß und der maximalen Breite B der Ausnehmung im Bereich der Kolbenmuldenwand abhängen. Wenn diese zu klein wird, reduziert sich der turbulenzeintragende Effekt. Wenn sie zu breit wird, kann nur eine sehr begrenzte Anzahl an Vertiefungen realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es ferner vorteilhaft sein, wenn mehrere über den Umfang U verteilt angeordnete Ausnehmungen vorgesehen sind. Wie oben bereits ausgeführt muss die Ausnehmung eine gewisse Größe haben, damit sie die gewünschte Wirkung, also ein wirkungsvolles Aufbrechen der in der Kolbenmulde vorherrschenden Drallströmung, bewirkt. Mehrere solcher Ausnehmungen, die über den Umfang U verteilt angeordnet sind, können diese Wirkung erhöhen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Ausnehmung mit Bezug zur Mittelachse M eine radiale Ausdehnung r über den Grunddurchmesser d der Kolbenmulde hinaus aufweisen, wobei die radiale Ausdehnung r über mindestens 50 % der Höhe h mindestens 0,5 mm bis 2 mm groß ist. Der Grad der eintragbaren Turbulenz kann zum Teil abhängig von dem Maß der radialen Ausdehnung sein. Ein Mindestmaß an radialer Ausdehnung r kann notwendig sein, um effektiv Turbulenz eintragen zu können. Dieses Mindestmaß kann gegeben sein, wenn die radiale Ausdehnung r über mindestens 50 % der Höhe h der Ausnehmung vorgesehen ist und die folgende Bedingung erfüllt: 0,02 &lt;= r/D &lt;= 0,1. Die radiale Ausdehnung r kann jedoch mindestens 2 mm groß bzw. tief sein, um einen nachhaltigen Effekt auf den Turbulenzeintrag zu begründen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Ausnehmung eine Symmetrieachse S aufweisen, wobei die Symmetrieachse S gegenüber der Mittelachse M in einem Winkel a angestellt ist, mit 0° &lt;= a &lt;= 30 oder 5° &lt;= α &lt;= 25°. Mit der Anstellung der Symmetrieachse S zur Mittelachse M hin kann eine Verjüngung der Ausnehmung nach unten hin erreicht werden. Durch das
Verjüngen der Ausnehmungen zum Kolbenmuldenboden hin, wird die Festigkeit des Kolbens in diesem Bereich nur geringfügig beeinflusst. Die Symmetrieachse S kann sich dabei auch nur auf einen wesentlichen Teil der Ausnehmung beziehen. Sofern sich die Symmetrieachse S stetig ändert, wie bspw. bei einer parabelförmigen Ausnehmung, ist auf eine mittlere bzw. gemittelte
Symmetrieachse S abzustellen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann im Kolbenbodenrand mindestens eine Ventiltasche eingelassen sein und können die Ausnehmungen ausschließlich oder zumindest teilweise im Bereich mindestens einer Ventiltasche vorgesehen sein. Unter Umständen kann der Kolben, der mit den Ausnehmungen versehen ist, Ventiltaschen aufweisen, die für sich eine Aussparung innerhalb der Kolbenmuldenwand mit geringer Höhe h bilden. Wenn die Ausnehmung mit Bezug zur Umfangsrichtung U auf der Höhe der Ventiltaschen angebracht ist, kann die Squish-Strömung in den Bereichen zwischen den Ventiltaschen unbeeinflusst bleiben. Lediglich dort wo ohnehin Ventiltaschen vorgesehen sind, wo also die Squish-Strömung schon beeinflusst wird, kommt es aufgrund der Ausnehmung zu einer weiterführenden Abnahme der Squish-Strömung zu Gunsten der generierbaren Turbulenz.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn pro Ventiltasche eine, zwei, drei, vier oder mehr Ausnehmungen vorgesehen sind. Die Anzahl der Ausnehmungen richtet sich zum einen nach dem Verhältnis ihrer Größe zur Größe der jeweiligen Ventiltasche. Zum anderen wird die Anzahl entsprechend der damit jeweils erreichbaren Wirkung auf die Drallströmung bestimmt.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Ausnehmungen symmetrisch über den Umfang U verteilt angeordnet sein. Die Verteilung kann dabei symmetrisch oder aber, den jeweils vorliegenden Strömungsverhältnissen nach, asymmetrisch sein. Grundsätzlich ist auch eine unregelmäßige Verteilung der Ventiltaschen über den Umfang denkbar. Es kann von Vorteil sein, nur im Bereich einer Umfangszone Turbulenz zu erzeugen, während in einer anderen Umfangszone ausreichend Turbulenz durch die vorherrschenden Strömungsverhältnisse gegeben ist. In dieser Zone wird dann die Quetsch-Strömung nicht durch Turbulenztaschen beeinflusst.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Kolben (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Mittelachse M aufweisenden Kolbenmantel (1.1) und einem den Kolbenmantel (1.1) nach oben begrenzenden Kolbenboden (2) mit einem Durchmesser D, wobei der Kolbenboden (2) gebildet ist aus einem sich in Umfangsrichtung U erstreckenden Kolbenbodenrand (2.1) und einer Kolbenmulde (2.2) mit einer Tiefe t, wobei die Kolbenmulde (2.2) eine Kolbenmuldenwand (2.2a) mit einem Grunddurchmesser d aufweist, und innerhalb der Kolbenmuldenwand (2.2a) mindestens eine Ausnehmung (4.1) mit einer Höhe h vorgesehen ist, wobei die Höhe h mit Bezug zur Richtung der Mittelachse M folgende Bedingung erfüllt: 0,2 t &lt;= h &lt;= t.
  2. 2. Kolben (1) nach Anspruch 1, wobei sich die Ausnehmung (4.1) mit Bezug zur Umfangsrichtung U über einen Winkel ß erstreckt, mit ß &lt;= 180° oder 3° &lt;= p &lt; = 90°.
  3. 3. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung (4.1) mit Bezug zur Mittelachse M eine radiale Ausdehnung r über den Grunddurchmesser d der Kolbenmulde (2.2) hinaus aufweist, wobei die radiale Ausdehnung r über mindestens 50 % der Höhe h vorgesehen ist und die folgende Bedingung erfüllt: 0,02 &lt;= r/D &lt;= 0,1.4.
  4. 4. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere über den Umfang U verteilt angeordnete Ausnehmungen (4.1, 4.2, 4.3) vorgesehen sind.
  5. 5. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung (4) eine Symmetrieachse S aufweist, und die Symmetrieachse S gegenüber der Mittelachse M in einem Winkel α angestellt ist, mit 0° &lt;= α &lt;= 30 oder °5° &lt;= α &lt;= 25°.
  6. 6. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Kolbenbodenrand (2.2a) mindestens eine Ventiltasche (5.1) eingelassen ist und die Ausnehmungen (4.1. 4.2) ausschließlich im Bereich mindestens einer Ventiltasche (5) vorgesehen sind.
  7. 7. Kolben (1) nach Anspruch 6, wobei pro Ventiltasche (5.1, 5.2. 5.3) eine, zwei, drei, vier oder mehr Ausnehmungen (4.1 4.2) vorgesehen sind.
  8. 8. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmungen (4, 4', 4&quot;) über den Umfang U symmetrisch verteilt angeordnet sind.
  9. 9. Diesel-Motor (6) oder Otto-Motor (6) oder Otto-Gasmotor (6) mit einem darin geführten Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
ATA9146/2013A 2012-04-13 2013-04-12 Kolben einer Brennkraftmaschine AT514641B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012103206.8A DE102012103206B4 (de) 2012-04-13 2012-04-13 Kolben einer Brennkraftmaschine
PCT/EP2013/001087 WO2013152870A1 (en) 2012-04-13 2013-04-12 Piston of an internal combustion engine

Publications (3)

Publication Number Publication Date
AT514641A2 true AT514641A2 (de) 2015-02-15
AT514641A5 AT514641A5 (de) 2015-05-15
AT514641B1 AT514641B1 (de) 2016-03-15

Family

ID=48170415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA9146/2013A AT514641B1 (de) 2012-04-13 2013-04-12 Kolben einer Brennkraftmaschine

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9476381B2 (de)
CN (1) CN104254679B (de)
AT (1) AT514641B1 (de)
DE (1) DE102012103206B4 (de)
WO (1) WO2013152870A1 (de)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6100916B2 (ja) * 2012-12-18 2017-03-22 ボルボ トラック コーポレイション 内燃機関のシリンダのためのピストン
DE102015219895A1 (de) * 2015-10-14 2017-04-20 Ford Global Technologies, Llc Direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Kolben und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens einer derartigen Brennkraftmaschine
WO2017108103A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Volvo Truck Corporation A piston crown for a piston in an internal combustion arrangement
US10072561B2 (en) 2016-07-25 2018-09-11 Caterpillar Inc. Piston
US9909489B1 (en) 2016-10-05 2018-03-06 Caterpillar Inc. Piston fluid passages for reduced soot
US10087882B2 (en) * 2016-10-31 2018-10-02 Caterpillar Inc. Piston design for splitting jets
US9869270B1 (en) * 2016-10-31 2018-01-16 Caterpillar Inc. Piston design for jet placement
JPWO2018096592A1 (ja) * 2016-11-22 2019-10-17 マツダ株式会社 ディーゼルエンジン
EP3577325B1 (de) * 2017-02-06 2023-10-25 Cummins Inc. Motorsystem zur emissionsverminderung ohne nachbehandlung
JP6477750B2 (ja) * 2017-03-10 2019-03-06 マツダ株式会社 ディーゼルエンジン
US10619594B2 (en) 2017-03-31 2020-04-14 Caterpillar Inc. Combustion system for an internal combustion engine
DE102017123136A1 (de) * 2017-10-05 2019-04-11 Man Truck & Bus Ag Brennkraftmaschine mit Ventiltaschen
DE102018116348A1 (de) 2018-03-16 2019-09-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Kolbenmulden und Zündkammerformen, insbesondere für ein durch eine Zündkammer gezündetes mageres Erdgasbrennverfahren
US10774782B2 (en) * 2018-06-07 2020-09-15 Caterpillar Inc. Piston design for flow re-direction
US10876464B2 (en) * 2018-09-25 2020-12-29 Caterpillar Inc. Piston design for flow re-direction
KR20200069920A (ko) * 2018-12-07 2020-06-17 현대자동차주식회사 엔진의 피스톤 연소실구조
CN114991943A (zh) * 2021-03-01 2022-09-02 比亚迪股份有限公司 一种发动机及具有该发动机的车辆
JP2025521632A (ja) * 2022-07-04 2025-07-10 ボルボトラックコーポレーション ピストンと内燃機関システム
US11959436B2 (en) 2022-09-20 2024-04-16 Tenneco Inc. Piston including spiral features to increase in-cylinder swirl
CN116696541B (zh) * 2023-07-27 2023-11-17 潍柴动力股份有限公司 一种发动机的燃烧装置及活塞的设计方法

Family Cites Families (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR801538A (fr) 1935-02-09 1936-08-06 Moteur à combustion interne à quatre temps à soupapes commandées
CH183532A (de) 1935-02-09 1936-04-15 Buechi Alfred Ventilgesteuerte Viertaktbrennkraftmaschine.
GB522313A (en) 1938-12-08 1940-06-14 Crossley Motors Ltd Improvements relating to compression ignition type oil engines
US2172170A (en) 1939-06-17 1939-09-05 Megroot John Peter Internal combustion engine
DE1029613B (de) * 1956-07-18 1958-05-08 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Selbstzuendende Brennkraftmaschine
DE1526289A1 (de) 1966-10-11 1970-04-02 Daimler Benz Ag Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung
US3508531A (en) 1968-05-31 1970-04-28 Int Harvester Co Arrangement of cylinder and piston in engine
JPS5297009A (en) 1976-02-09 1977-08-15 Riyuuzou Tsukamoto Internal combustion engine
GB1540457A (en) 1976-09-23 1979-02-14 Lister & Co Ltd R Piston for an internal combustion engine
JPS5949407B2 (ja) 1976-11-15 1984-12-03 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃焼室
US4114518A (en) 1977-04-07 1978-09-19 Caterpillar Tractor Co. Piston valve pocket relief
FR2451458A2 (fr) * 1979-03-15 1980-10-10 Chrysler France Moteur a combustion interne a chambre principale de combustion et chambre de turbulence
GB2019936A (en) * 1978-03-31 1979-11-07 Chrysler France Internal combustion engine combustion chambers
DE2828237C3 (de) 1978-06-28 1983-03-24 Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln Luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE2945490A1 (de) * 1978-11-16 1980-05-22 List Hans Luftverdichtende, direkt einspritzende brennkraftmaschine
GB2074231A (en) * 1980-04-01 1981-10-28 Coates B F Improvements in or relating to reciprocating internal combustion engines
US4440125A (en) 1981-05-18 1984-04-03 General Motors Corporation Diesel engine combustion chamber
JPS5910734A (ja) 1982-07-09 1984-01-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 圧縮着火式直接噴射内燃機関
JPS59158317A (ja) * 1983-02-28 1984-09-07 Hino Motors Ltd ピストン
GB8317453D0 (en) * 1983-06-28 1983-08-03 Massey Ferguson Perkins Ltd Ic engine
GB2173254B (en) 1984-02-15 1988-04-07 Mitsubishi Motors Corp Combustion chamber structure for diesel engines
US4635597A (en) * 1985-01-16 1987-01-13 Yanmar Diesel Engine Co., Ltd. Structure of a main combustion chamber of a diesel engine of a direct injection type
IT8548542A0 (it) 1985-09-10 1985-09-10 Cola Umberto Dispositivo per aumentare la potenza, la velocita' e il rendimento del motore a scoppio e del motore diesel
JP2778685B2 (ja) 1985-09-27 1998-07-23 三菱重工業株式会社 デイーゼル機関の燃焼装置
JPS62113822A (ja) 1985-11-12 1987-05-25 Nippon Clean Engine Res 内燃機関の燃焼方式
JPS631710A (ja) 1986-06-19 1988-01-06 Nippon Clean Engine Lab Co Ltd 火花点火方式燃料噴射層状給気燃焼方式並びに多種燃料高圧縮層状燃焼機関
DE3632579A1 (de) 1986-09-25 1988-04-07 Man Nutzfahrzeuge Gmbh Fremdgezuendete, luftverdichtende brennkraftmaschine
JPH0193779A (ja) * 1987-10-06 1989-04-12 Canon Inc 画像形成装置
US5065715A (en) * 1990-02-07 1991-11-19 The University Of British Columbia Squish jet combustion chamber
US5103784A (en) * 1990-02-07 1992-04-14 The Univeristy Of British Columbia Squish jet combustion chamber
US5329902A (en) 1991-02-02 1994-07-19 Sanshin Kogyo Kabushiki Kaisha Cylinder fuel injection type two-cycle internal combustion engine
US5285755A (en) 1993-03-08 1994-02-15 Chrysler Corporation Open chamber diesel engine having a piston with recesses therein
JP3315484B2 (ja) 1993-07-07 2002-08-19 正 村山 ディ−ゼル機関
DE4415073A1 (de) 1994-04-29 1995-11-02 Fev Motorentech Gmbh & Co Kg Hubkolbenmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzeinrichtung und Funkenzündung, insbesondere für den Betrieb mit Alkoholkraftstoff
DE29515308U1 (de) * 1995-09-25 1996-01-04 Lipa, Peter, 44577 Castrop-Rauxel Kolben für Verbrennungsmotoren, vorzugsweise mit Direkteinspritzung, mit radialen Entlastungskerben um die Brennraummulde herum
JPH0996241A (ja) 1995-10-02 1997-04-08 Mitsubishi Motors Corp ディーゼルエンジンの燃焼装置
JPH09228838A (ja) 1996-02-26 1997-09-02 Shin A C Ii:Kk 直接噴射式ディーゼル機関
JPH1193779A (ja) * 1997-09-26 1999-04-06 Kubota Corp 筒内噴射式ガスエンジン
AT3135U1 (de) 1998-06-18 1999-10-25 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer mit sowohl fremd-, als auch selbstzündbarem kraftstoff, insbesondere benzin betriebenen brennkraftmaschine
DE19829384A1 (de) 1998-07-01 2000-01-05 Man Nutzfahrzeuge Ag Kolben für eine Diesel-Brennkraftmaschine
JP2001227346A (ja) 2000-02-18 2001-08-24 Honda Motor Co Ltd 燃料直噴式ディーゼルエンジン
DE10296726B4 (de) 2001-04-27 2013-09-19 Electro-Motive Diesel Inc. Diesellokomotiven-Brennkraftmaschine mit niedriger Emission und geringem Kraftstoffverbrauch, mit einem Kolben mit einer torusförmigen Fläche
US6708666B2 (en) 2001-10-10 2004-03-23 Southwest Research Institute Multi-zone combustion chamber for combustion rate shaping and emissions control in premixed-charge combustion engines
SE524347C2 (sv) 2002-02-01 2004-07-27 Scania Cv Abp Förbränningsmotor
US6745745B2 (en) 2002-02-22 2004-06-08 General Motors Corporation Combustion chamber for reverse tumble spark ignition direct injection engine
US7210448B2 (en) 2002-06-11 2007-05-01 Cummins, Inc. Internal combustion engine producing low emissions
US6705273B1 (en) 2002-09-30 2004-03-16 International Engine Intellectual Property Company, Llc Combustion chamber
DE10261185A1 (de) * 2002-12-20 2004-07-15 Daimlerchrysler Ag Direkteinspritzende Otto-Brennkraftmaschine
JP4384945B2 (ja) 2004-07-09 2009-12-16 ヤンマー株式会社 直噴式ディーゼル機関の燃焼室形状
US6971365B1 (en) 2004-07-12 2005-12-06 General Motors Corporation Auto-ignition gasoline engine combustion chamber and method
US7185614B2 (en) 2004-10-28 2007-03-06 Caterpillar Inc Double bowl piston
DE102005002389B4 (de) 2005-01-19 2009-04-23 Fev Motorentechnik Gmbh Fahrzeug-Kolben-Brennkraftmaschine mit angepasster Mulde
FR2884284A1 (fr) 2005-04-12 2006-10-13 Renault Sas Piston a reserve d'air
US7458358B2 (en) 2006-05-10 2008-12-02 Federal Mogul World Wide, Inc. Thermal oxidation protective surface for steel pistons
FR2927121B1 (fr) 2008-02-06 2010-02-12 Renault Sas Moteur a combustion interne comportant un bol de combustion a double cavite pour un injecteur ultrasonore
US20100108044A1 (en) 2008-11-06 2010-05-06 International Engine Intellectual Property Company, Llc Combustion Chamber with Double Convex Surfaces and Double Concave Surfaces
JP2010112347A (ja) 2008-11-10 2010-05-20 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 直接噴射式ディーゼル内燃機関用のピストン
DE102009025063A1 (de) 2009-06-10 2010-12-30 Ks Kolbenschmidt Gmbh Leichtmetallkolben mit Mehrfach-Omega-Brennraummulde
US8459229B2 (en) * 2010-04-20 2013-06-11 Southwest Research Institute Piston bowl with spray jet targets
US9279361B2 (en) * 2010-04-20 2016-03-08 Southwest Research Institute Piston bowl with spray jet targets
JP2012021429A (ja) 2010-07-13 2012-02-02 Daihatsu Motor Co Ltd 内燃機関
DE102010027637A1 (de) * 2010-07-19 2012-01-19 Mtu Friedrichshafen Gmbh Kolben für Brennkraftmaschinen, sowie Brennkraftmaschine hierzu
US8683974B2 (en) 2011-08-29 2014-04-01 Electro-Motive Diesel, Inc. Piston

Also Published As

Publication number Publication date
US20150107543A1 (en) 2015-04-23
DE102012103206A1 (de) 2013-10-17
US9476381B2 (en) 2016-10-25
DE102012103206B4 (de) 2017-08-03
CN104254679B (zh) 2018-09-28
WO2013152870A1 (en) 2013-10-17
CN104254679A (zh) 2014-12-31
AT514641B1 (de) 2016-03-15
AT514641A5 (de) 2015-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012103206B4 (de) Kolben einer Brennkraftmaschine
AT514635A2 (de) Kolben einer Brennkraftmaschine
AT514637B1 (de) Kolben einer Brennkraftmaschine
DE69907793T3 (de) Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
DE102012111776A1 (de) Gegenkolbenmotor mit ringförmiger Brennkammer mit Seiteneinspritzung
WO2006077019A1 (de) Fahrzeug-kolben-brennkraftmaschine mit angepasster mulde
DE2234561A1 (de) Dieselmotor mit einspritzduese und im kolben vorgesehener verbrennungskammer
DE10303721B4 (de) Motor mit Fremdzündung mit flacher Kolbenmuldengeometrie
AT514638A2 (de) Kolben einer Brennkraftmaschine
DE102005061300A1 (de) Brennraumstruktur eines Verbrennungsmotors
DE2934615A1 (de) Selbstzuendende 4-takt-hubkolbenbrennkraftmaschine.
DE102015016920B4 (de) Brennraumstruktur für einen Motor und Verbrennungsmotor
EP2489848B1 (de) Gasottomotor
EP1034366B1 (de) Kolben für eine kolbenbrennkraftmaschine
DE19621635B4 (de) Diesel-Brennkraftmaschine
DE102015005469A1 (de) Kolbenkrone mit kolbenbodenmulde
DE1915531A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kraftstoffverbrennung im Zylinder einer Brennkraftmaschine
DD234998A3 (de) Zylinderkopf mit einlassdrallkanal
DE102015004357A1 (de) Kolbenkrone für Brennkraftmaschinen
EP1792065B1 (de) Brennkraftmaschine
DE1212350B (de) Selbstzuendende luftverdichtende Brennkraftmaschine
DD207399A1 (de) Luftverdichtende, direkteinspritzende brennkraftmaschine
EP4222360B1 (de) Ottomotorische brennkraftmaschine mit tumblebasiertem gas-brennverfahren
DE967269C (de) Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit Einspritzung des Brennstoffes
DE102011106803A1 (de) Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
MM01 Lapse because of not paying annual fees

Effective date: 20180412