DE102015009568B4 - Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung zur gezielten Ansteuerung einer Kolbenkühldüse oder eines Kolbenkühlkanals sowie Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung zur gezielten Ansteuerung einer Kolbenkühldüse oder eines Kolbenkühlkanals sowie Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem Zylinder (2), mit einem in dem Zylinder (2) längsbeweglich angeordneten Kolben (5) sowie mit einer Kolbenkühldüse (10) zur Ausbringung von Kühlmittel in Richtung des Kolbens (5) und/oder mit wenigstens einem in dem Kolben (5) ausgebildeten Kolbenkühlkanal (11), wobei der Kolbenkühldüse (10) und/oder dem Kolbenkühlkanal (11) eine Steuereinrichtung (16) zugeordnet ist, die eine Steuerwelle (17) sowie ein die Steuerwelle (17) zumindest bereichsweise umgreifendes Steuerelement (18) aufweist, wobei in der Steuerwelle (17) ein erster Kühlmittelkanal (21,22) vorliegt, der eine Mantelfläche (23) der Steuerwelle (17) unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung (24,25) durchgreift, und in dem Steuerelement (18) für jeden Zylinder (2) jeweils wenigstens ein zweiter Kühlmittelkanal (27,28,29,30) ausgebildet ist, der eine der Steuerwelle (17) zugewandte Innenumfangsfläche (31) des Steuerelements (18) unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung (32,33,34,35) durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einer Kühlmittelquelle und der Kolbenkühldüse (10) und/oder dem Kolbenkühlkanal (11) nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung (24,25) und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung (32,33,34,35) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwelle (17) als Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (1) oder als drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelte Kühlmittelpumpenwelle oder Hilfswelle vorliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, mit einem in dem Zylinder längsbeweglich angeordneten Kolben sowie mit einer Kolbenkühldüse zur Ausbringung von Kühlmittel in Richtung des Kolbens und/oder mit wenigstens einem in dem Kolben ausgebildeten Kolbenkühlkanal, wobei der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, die eine Steuerwelle sowie ein die Steuerwelle zumindest bereichsweise umgreifendes Steuerelement aufweist, wobei in der Steuerwelle ein erster Kühlmittelkanal vorliegt, der eine Mantelfläche der Steuerwelle unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, und in dem Steuerelement für jeden Zylinder jeweils wenigstens ein zweiter Kühlmittelkanal ausgebildet ist, der eine der Steuerwelle zugewandte Innenumfangsfläche des Steuerelements unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einer Kühlmittelquelle und der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
  • Die Brennkraftmaschine dient dem Bereitstellen eines Drehmoments, beispielsweise eines auf das Antreiben eines Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. In diesem Fall ist die Brennkraftmaschine dem Kraftfahrzeug zugeordnet beziehungsweise bildet einen Bestandteil von diesem. Die Brennkraftmaschine verfügt über den wenigstens einen Zylinder, in welchem der Kolben längsbeweglich angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder mit jeweils einem Kolben auf. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird dieser Kraftstoff zugeführt, welcher in dem Zylinder beziehungsweise einem in dem Zylinder vorliegenden Brennraum verbrannt wird.
  • Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird teilweise in ein Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine sowie teilweise in den Kolben eingetragen. Es kann daher notwendig sein, den Kolben zu kühlen. Hierzu ist die Kolbenkühldüse vorgesehen, mittels welcher Kühlmittel in Richtung des Kolbens ausgebracht werden kann. Die Kolbenkühldüse ist insoweit dem Zylinder beziehungsweise dem Kolben zugeordnet. Insbesondere ist sie auf der dem Brennraum abgewandten Seite des Kolbens angeordnet. Die Kolbenkühldüse ist derart ausgerichtet, dass aus ihr austretendes Kühlmittel in zumindest einer Stellung des Kolbens während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine unmittelbar auf den Kolben trifft, vorzugsweise auf eine Kolbenunterseite, welche auf der dem Brennraum abgewandten Seite des Kolbens vorliegt. Bevorzugt ist jedem Kolben der Brennkraftmaschine jeweils eine separate Kolbenkühldüse zugeordnet.
  • Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift DE 10 2005 010 234 A1 bekannt. Diese betrifft eine Kolbenkühlung für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus einer Ölspritzdüse, die mit einem im Kurbelgehäuse in einer Gehäusewand vorgesehenen Ölverteilerkanal verbunden ist, der einen Anschluss an einen Schmierölkanal hat, aus dem von einem Schaltventil in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuert Schmieröl in den Ölverteilkanal eingespeist wird. Um eine Kolbenkühlung mit einem verringerten Fertigungsaufwand zu erreichen wird vorgeschlagen, dass der Anschluss zwischen Ölverteilerkanal und Schmierölkanal als Aufnahmebohrung für das Schaltventil ausgebildet ist.
  • Außerdem beschreibt die Druckschrift DE 10 2004 047 549 A1 eine Vorrichtung zum Regeln einer Kolbenkühlung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die eine Hauptdruckölleitung aufweist, von der Schmierölkanäle zu Hauptlagern einer Kurbelwelle und Spritzölkanäle zu Spritzdüsen für die Kolbenkühlung abzweigen.
  • Weiterhin sind aus dem Stand der Technik die Druckschriften US 2014 / 0 034 008 A1 , US 5 819 692 A , DE 34 25 228 A1 , DE 10 2004 043 720 A1 , DE 102 51 943 B3 , DE 196 21 894 A1 und DE 42 43 571 A1 bekannt.
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Brennkraftmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine gezielte periodische Kühlung des Kolbens bei geringem Kühlmittelverbrauch ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuerwelle als Kurbelwelle der Brennkraftmaschine oder als drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelte Kühlmittelpumpenwelle oder Hilfswelle vorliegt.
  • Die Steuereinrichtung dient der gezielten Ansteuerung der Kolbenkühldüse und/oder des Kolbenkühlkanals. So soll die Kolbenkühldüse beziehungsweise der Kolbenkühlkanal beispielsweise lediglich dann betrieben werden, wenn sich der Kolben in einer bestimmten Position beziehungsweise in einem bestimmten Positionsbereich befindet. Dabei ist es vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die Kolbenkühldüse beziehungsweise den Kolbenkühlkanal aktiviert, dieser/diesem also Kühlmittel zuführt, wenn sich eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in einer bestimmten Drehwinkelstellung beziehungsweise in einem bestimmten Drehwinkelstellungsbereich befindet.
  • Die Steuereinrichtung weist die Steuerwelle sowie das Steuerelement auf. Die Steuerwelle ist um eine Drehachse drehbar angeordnet, insbesondere in dem Steuerelement. Das Steuerelement umgreift insoweit die Steuerwelle in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig. Vorzugsweise ist die Steuerwelle mittels des Steuerelements drehbar gelagert, sodass also das Steuerelement als Drehlager, insbesondere als Gleitlager, für die Steuerwelle dient. Selbstverständlich kann jedoch in dem Steuerelement ein Wälzlager zur Lagerung der Steuerwelle bezüglich des Steuerelements angeordnet sein.
  • Die Steuerwelle weist den ersten Kühlmittelkanal auf, während das Steuerelement über den zweiten Kühlmittelkanal verfügt. Der erste Kühlmittelkanal durchgreift die Mantelfläche der Steuerwelle, sodass die erste Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Unter der Mantelfläche der Steuerwelle ist insbesondere eine Außenumfangsfläche der Steuerwelle zu verstehen. Der zweite Kühlmittelkanal, welcher in dem Steuerelement vorliegt, durchgreift die Innenumfangsfläche des Steuerelements, sodass die zweite Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Die Innenumfangsfläche ist der Steuerwelle zugewandt und liegt insbesondere an dieser an.
  • Die Steuereinrichtung ist nun derart ausgestaltet, dass die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle, beispielsweise einer Kühlmittelpumpe beziehungsweise einem Kühlmittelkreislauf, und der Kolbenkühldüse beziehungsweise dem Kolbenkühlanal lediglich dann vorliegt, wenn die erste Kühlmittelschaltöffnung und die Kühlmittelschaltöffnung zumindest teilweise in Überdeckung vorliegen, sodass Kühlmittel aus dem ersten Kühlmittelkanal in den zweiten Kühlmittelkanal oder umgekehrt gelangen kann. Vorzugsweise sind die Steuerwelle und das Steuerelement derart ausgebildet, dass die erste Kühlmittelschaltöffnung in jeder Drehwinkelstellung der Steuerwelle an der Innenumfangsfläche des Steuerelements anliegt. Zusätzlich oder alternativ ist es vorgesehen, dass die zweite Kühlmittelschaltöffnung in jeder Drehwinkelstellung der Steuerwelle an der Mantelfläche der Steuerwelle anliegt.
  • Insoweit ist die jeweilige Kühlmittelschaltöffnung dicht verschlossen, sofern die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung versetzt zueinander vorliegen, sich also nicht in Überdeckung zueinander befinden beziehungsweise außer Überdeckung sind. Lediglich bei wenigstens teilweiser Überdeckung der beiden Kühlmittelschaltöffnungen kann das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung strömen. Beispielsweise sind die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung derart angeordnet, dass sie zumindest teilweise in Überdeckung miteinander vorliegen, wenn sich der Kolben in seinem unteren Totpunkt befindet oder die Entfernung des Kolbens von seinem unteren Totpunkt einen bestimmten Wert unterschreitet. Beispielsweise können auch unterschiedliche Werte für unterschiedliche Bewegungsrichtungen des Kolbens vorgegeben werden. Beispielsweise ist der Wert bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens, also bei einer Bewegung des Kolbens in Richtung seines unteren Totpunkts, größer als ein Wert, welcher bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens, mithin also einer Bewegung des Kolbens von dem unteren Totpunkt fort, verwendet wird.
  • Es ist insoweit vorgesehen, dass mittels der Steuereinrichtung der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal nur dann Kühlmittel zugeführt wird, wenn der Kolben einen bestimmten Abstand zu seinem unteren Totpunkt unterschreitet. Die Steuereinrichtung ist hierzu entsprechend ausgebildet. Bezogen auf einen Gesamtabstand zwischen dem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt des Kolbens ist es beispielsweise vorgesehen, der Kolbenkühldüse beziehungsweise dem Kolbenkühlkanal nur dann Kühlmittel zuzuführen, wenn der Abstand des Kolbens zu dem unteren Totpunkt bezogen auf den Gesamtabstand höchstens 10 %, höchstens 20 %, höchstens 30 %, höchstens 40 % oder höchstens 50 % beträgt, also lediglich einen Teil des Gesamtabstands.
  • Eingangs wurde bereits erwähnt, dass die Brennkraftmaschine vorzugsweise mehrere Zylinder und entsprechend mehrere Kolben aufweist. Vorzugsweise weist das Steuerelement nun mehrere zweite Kühlmittelkanäle auf, wobei insbesondere jedem Zylinder ein separater zweiter Kühlmittelkanal und entsprechend eine separate zweite Kühlmittelschaltöffnung zugeordnet sind. Die erste Kühlmittelschaltöffnung kann nun während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine die wenigstens eine zweite Kühlmittelschaltöffnung beziehungsweise mehrere der zweiten Kühlmittelschaltöffnungen überstreichen, sodass sie mit der jeweiligen zweiten Kühlmittelschaltöffnung in Überdeckung vorliegt und die dem jeweiligen Kolben zugeordnete Kolbenkühldüse beziehungsweise der jeweilige Kolbenkühlkanal mit Kühlmittel beaufschlagt wird, sodass dieses in Richtung des Kolbens ausgebracht wird. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wird eine bedarfsgerechte Versorgung der Kolbenkühldüse beziehungsweise der Kolbenkühldüsen und/oder des Kolbenkühlkanals beziehungsweise der Kolbenkühlkanäle mit Kühlmittel sichergestellt. Die Kolbenkühldüse beziehungsweise der Kolbenkühlkanal wird insoweit nicht permanent mit Kühlmittel beaufschlagt, sondern lediglich zeitweise.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerwelle und/oder das Steuerelement zur Einstellung eines bestimmten Kühlmittelmassenstroms durch die Kolbenkühldüse in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse der Steuerwelle verlagerbar sind/ist. Die Steuerwelle und das Steuerelement sind insoweit in axialer Richtung gegeneinander verlagerbar. Durch die Verlagerung kann die maximale Überdeckung zwischen der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine eingestellt werden. So liegt beispielsweise bei einer bestimmten Axialrelativstellung zwischen Steuerwelle und Steuerelement eine größere maximale Überdeckung vor als bei einer von der ersten Axialrelativstellung verschiedenen zweiten Axialrelativstellung. Entsprechend stellen sich unterschiedliche Kühlmittelmassenströme durch die Kolbenkühldüse beziehungsweise den Kolbenkühlkanal ein.
  • Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, die Steuerwelle und das Steuerelement derart relativ zueinander anzuordnen, dass die Kühlmittelschaltöffnungen in keiner Drehwinkelstellung der Steuerwelle in Überdeckung zueinander vorliegen, sodass die Kolbenkühldüse beziehungsweise der Kolbenkühlkanal vollständig deaktiviert ist. Die relative Verlagerung der Steuerwelle und des Steuerelements zueinander kann grundsätzlich auf beliebige Art und Weise realisiert werden. Beispielsweise ist die Steuerwelle in axialer Richtung verlagerbar oder alternativ das Steuerelement. Hierzu sind entsprechende Mittel vorgesehen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Kühlmittelkanal konusförmig ist, insbesondere sich in Richtung der Steuerwelle aufweitet. Durch eine von der Zylinderform abweichende Formgebung des zweiten Kühlmittelkanals kann der Drehwinkelbereich der Steuerwelle beeinflusst werden, in welchem die erste Kühlmittelschaltöffnung in wenigstens teilweiser Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Besonders bevorzugt weitet sich der zweite Kühlmittelkanal in Richtung der Steuerwelle auf, sodass die zweite Kühlmittelschaltöffnung größer ist als bei einer zylinderförmigen Ausführung des zweiten Kühlmittelkanals.
  • Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die erste Kühlmittelschaltöffnung in Form einer die Mantelfläche der Steuerwelle durchgreifenden, also randlos in dieser ausgebildeten, Kühlmittelschaltnut vorliegt. Die Kühlmittelschaltnut beziehungsweise ihre Längsmittelachse verläuft bezogen auf die Drehachse der Steuerwelle vorzugsweise ausschließlich in Umfangsrichtung. Beispielsweise erstreckt sie sich in Umfangsrichtung bezogen auf die Drehachse der Steuerwelle über mindestens 15°, mindestens 30°, mindestens 45°, mindestens 60°, mindestens 75°, mindestens 90°, mindestens 105°, mindestens 120°, mindestens 135°, mindestens 150°, mindestens 165° oder mindestens 180°. Die Kühlmittelschaltnut ist derart an der Steuerwelle ausgebildet, dass sie unabhängig von der Drehwinkelstellung der Steuerwelle entweder an der Innenumfangsfläche des Steuerelements anliegt oder mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung in Überdeckung vorliegt. Durch die Ausgestaltung der Kühlmittelschaltöffnung als Kühlmittelschaltnut kann der Zeitraum, in welchem die Überdeckung zwischen der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt, äußerst elegant eingestellt werden.
  • Die Erfindung sieht vor, dass die Steuerwelle als Kurbelwelle der Brennkraftmaschine oder als drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelte Kühlmittelpumpenwelle oder Hilfswelle vorliegt. Die Steuerwelle kann also von der Kurbelwelle selbst ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Welle notwendig ist. Alternativ kann die Steuerwelle jedoch auch als Kühlmittelpumpenwelle einer Kühlmittelpumpe vorliegen, wobei diese mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung steht, also von dieser angetrieben wird. Weiterhin kann die Steuerwelle in Form der Hilfswelle vorliegen, welche bevorzugt als Ausgleichswelle, insbesondere zur Reduzierung oder Eliminierung freier Massenkräfte, ausgestaltet ist. Sowohl für die Kühlmittelpumpenwelle als auch für die Hilfswelle ist eine Wirkverbindung mit der Kurbelwelle vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Kühlmittelpumpenwelle beziehungsweise die Hilfswelle drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelt, wobei zwischen den Wellen grundsätzlich eine beliebige Übersetzung vorgesehen sein kann. Die Übersetzung kann gleich eins sein oder von eins abweichen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem Kolben der wenigstens eine Kolbenkühlkanal ausgebildet ist, der mit einer ein Kolbenhemd des Kolbens durchgreifenden ersten Kühlmittelübergangsöffnung strömungsverbunden ist, insbesondere über ein in dem Kolben ausgebildete Steigleitung. Der Kolbenkühlkanal durchgreift den Kolben wenigstens bereichsweise. Er kann zur Kühlung des Kolbens mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Zu diesem Zweck ist die erste Kühlmittelübergangsöffnung vorgesehen, welche das Kolbenhemd des Kolbens durchgreift. Unter dem Kolbenhemd ist insbesondere eine Mantelfläche des Kolbens zu verstehen.
  • Sind mehrere Kolbenkühlkanäle vorgesehen, so können diese mit derselben ersten Kühlmittelübergangsöffnung strömungsverbunden sein oder jeweils an eine separate erste Kühlmittelübergangsöffnung angeschlossen sein, wobei jede der ersten Kühlmittelübergangsöffnungen vorzugsweise beabstandet voneinander jeweils das Kolbenhemd durchgreifen. Beispielsweise sind die Kühlmittelübergangsöffnungen bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens in axialer Richtung an derselben Position angeordnet und/oder weisen dieselbe Erstreckung in axialer Richtung auf. Sie können in Umfangsrichtung zueinander beabstandet sein, insbesondere sind die Kühlmittelübergangsöffnungen in Umfangsrichtung gleichmäßig über den Umfang des Kolbens verteilt angeordnet.
  • Der Kolbenkühlkanal steht mit der ersten Kühlmittelübergangsöffnung in unmittelbarer und permanenter Strömungsverbindung. Wird also durch die erste Kühlmittelübergangsöffnung Kühlmittel zugeführt, so gelangt dieses in den Kolbenkühlkanal. Die Strömungsverbindung zwischen dem Kolbenkühlkanal und der ersten Kühlmittelübergangsöffnung ist vorzugsweise über die Steigleitung ausgebildet, welche zumindest teilweise in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse des Kolbens verläuft. Bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens gesehen liegt insoweit der Kolbenkühlkanal näher an dem Brennraum des Zylinders als die erste Kühlmittelübergangsöffnung, während diese wiederum näher an der Kurbelwelle liegt als der Kolbenkühlkanal. Dies hat den Vorteil, dass einerseits mittels des Kolbenkühlkanals die thermisch hoch belasteten, dem Brennraum zugewandten Bereiche des Kolbens gekühlt werden können. Andererseits besteht aufgrund der dem Brennraum abgewandten Anordnung der ersten Kühlmittelübergangsöffnung nicht die Gefahr, dass ein übermäßiges Maß an Kühlmittel in den Brennraum gelangt und dort verbrannt wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kolbenkühlkanal den Kolben in Umfangsrichtung vollständig oder lediglich teilweise umgreift, und/oder dass mehrere Kolbenkühlkanäle den Kolben in Umfangsrichtung gemeinsam vollständig oder lediglich teilweise umgreifen. Der Kolbenkühlkanal weist beispielsweise über seine gesamte Erstreckung in Richtung seiner Längsmittelachse eine konstante Position in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens auf. Er ist jedoch bevorzugt bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens gekrümmt angeordnet, sodass also die Längsmittelachse des Kolbenkühlkanals in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise gekrümmt ist. Vorzugsweise ist die Krümmung der Längsmittelachse des Kolbenkühlkanals über seine gesamte Längserstreckung konstant. Dabei kann er den Kolben beziehungsweise dessen Längsmittelachse in Umfangsrichtung vollständig oder lediglich teilweise umgreifen.
  • Zusätzlich oder alternativ sind mehrere Kolbenkühlkanäle in dem Kolben vorgesehen, wobei jeder der Kolbenkühlkanäle gemäß den vorstehenden Ausführungen für den Kolbenkühlkanal ausgebildet sein kann. Die Kolbenkühlkanäle umgreifen den Kolben in ihrer Gesamtheit in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens vorzugsweise vollständig oder zumindest teilweise, insbesondere größtenteils, beispielsweise zu mindestens 80%, mindestens 85%, mindestens 90% oder mindestens 95%.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Kolbenkühlkanal oder ein mit dem Kolbenkühlkanal strömungsverbundener Auslasskanal auf seiner der ersten Kühlmittelübergangsöffnung strömungstechnisch abgewandten Seite unter Ausbildung einer Auslassöffnung eine einem Brennraum abgewandte Wand des Kolbens durchgreift oder an eine Schmiervorrichtung eines Kolbenbolzens des Kolbens strömungstechnisch angeschlossen ist. Dem Kolben wird das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelübergangsöffnung zugeführt. Beispielsweise gelangt es über die Steigleitung in den Kolbenkühlkanal und durchströmt diesen anschließend. Um das Kühlmittel aus dem Kolbenkühlkanal abzuführen, ist die Auslassöffnung vorgesehen. Diese ist beispielsweise dadurch ausgebildet, dass der Kolbenkühlkanal die dem Brennraum abgewandte Wand des Kolbens durchgreift, sodass das Kühlmittel durch die Auslassöffnung austreten kann, insbesondere in einen Kurbelraum der Brennkraftmaschine.
  • Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Kolbenkühlkanal in den Auslasskanal übergeht, dass also der Auslasskanal auf der der ersten Kühlmittelübergangsöffnung strömungstechnisch abgewandten Seite des Kolbenkühlkanals an diesen angeschlossen ist. Auf der dem Kolbenkühlkanal beziehungsweise der ersten Kühlmittelübergangsöffnung abgewandten Seite des Auslasskanals durchgreift der Auslasskanal die Wand des Kolbens unter Ausbildung der Auslassöffnung. Sind mehrere Kolbenkühlkanäle in dem Kolben vorgesehen, so ist vorzugsweise jedem dieser Kolbenkühlkanäle eine separate Auslassöffnung zugeordnet beziehungsweise ist jeder der Kolbenkühlkanäle an jeweils eine separate Auslassöffnung angeschlossen.
  • Zudem kann es zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass der Kolbenkühlkanal beziehungsweise der Auslasskanal an die Schmiervorrichtung des Kolbenbolzens angeschlossen ist. Mittels des Kolbenbolzens ist eine Kolbenpleuelstange schwenkbar an dem Kolben gelagert. Hierzu weist der Kolben wenigstens eine Lagerstelle auf. Dieser ist zur Schmierung und/oder Kühlung die Schmiervorrichtung zugeordnet, welche nun mit Kühlmittel beaufschlagt wird, wenn dies auch für den Kolbenkühlkanal zutrifft. Somit wird bei gleichzeitig hervorragender Kühlung des Kolbenbolzens beziehungsweise der Lagerstelle die Menge des verbrauchten Kühlmittels deutlich verringert. Beispielsweise mündet der Kolbenkühlkanal beziehungsweise der Auslasskanal unmittelbar in die Lagerstelle oder eine Lagerbuchse der Lagerstelle ein.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Normalenvektor der Auslassöffnung bezüglich einer Längsmittelachse des Kolbens in Umfangsrichtung oder in axialer Richtung verläuft. Der Normalenvektor der Auslassöffnung beschreibt die Richtung, in welcher das Kühlmittel aus der Auslassöffnung austritt. Der Normalenvektor entspricht dabei vorzugsweise der Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels durch die Auslassöffnung oder liegt zumindest parallel zu dieser vor. Der Normalenvektor kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise weist er bezogen auf die Längsmittelachse des Kolbens wenigstens eine Komponente in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung auf. Beispielsweise erstreckt sich der Normalenvektor ausschließlich in Umfangsrichtung oder ausschließlich in axialer Richtung.
  • Liegen mehrere Kolbenkühlkanäle und entsprechend mehrere Auslassöffnung vor und verläuft der Normalenvektor der Auslassöffnung jeweils in Umfangsrichtung, so kann es vorkommen, dass die Auslassöffnungen beziehungsweise deren Normalenvektoren aufeinander zu weisen. Bei einer derartigen Ausführung trifft das aus einer der Auslassöffnungen austretende Kühlmittel auf das aus der jeweils anderen Auslassöffnung austretende Kühlmittel. Während eine derartige Ausführungsform selbstverständlich vorgesehen sein kann, ist sie grundsätzlich nachteilig. Entsprechend kann es vorgesehen sein, die Kolbenkühlkanäle derart auszugestalten beziehungsweise anzuordnen, dass ihre Auslassöffnungen bezüglich der Längsmittelachse in radialer Richtung und/oder in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, also in der jeweiligen Richtung einander nicht überlappen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Kühlmittelübergangsöffnung in wenigstens einer Stellung des Kolbens zumindest teilweise in Überdeckung mit einer in einer Zylinderwand ausgebildeten zweiten Kühlmittelübergangsöffnung steht. Die zweite Kühlmittelübergangsöffnung liegt in der Zylinderwand des Zylinders vor. Sie arbeitet mit der ersten Kühlmittelübergangsöffnung zusammen, um dem Kolbenkühlkanal Kühlmittel zuzuführen. So liegt eine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung und dem Kolbenkühlkanal vor, wenn die erste Kühlmittelübergangsöffnung wenigstens teilweise mit der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung in Überdeckung steht.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung oder einer weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung oder bei wenigstens teilweiser Überdeckung einer weiteren ersten Kühlmittelschaltöffnung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung oder der weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die Kolbenkühldüse mit Kühlmittel beaufschlagt werden kann beziehungsweise wird, wenn die erste Kühlmittelschaltöffnung in wenigstens teilweiser Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung steht. Zusätzlich ist es nun vorgesehen, dass auch die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung gesteuert hergestellt und unterbrochen wird.
  • Zu diesem Zweck ist ebenso wie für die Kolbenkühldüse die Steuereinrichtung vorgesehen. So liegt beispielsweise die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung vor, wenn die Kolbenkühldüse ebenfalls mit Kühlmittel beaufschlagt wird, also wenn die erste Kühlmittelschaltöffnung in wenigstens teilweiser Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung steht. Auch kann die Strömungsverbindung alternativ zu der Beaufschlagung der Kolbenkühldüse hergestellt werden. Selbstverständlich kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich oder alternativ wenigstens eine weitere zweite Kühlmittelschaltöffnung analog zu der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Ebenso kann eine weitere erste Kühlmittelschaltöffnung vorgesehen sein, die zur Herstellung der Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung in wenigstens teilweise Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung oder der weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung tritt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die weitere zweite Kühlmittelschaltöffnung an derselben Axialposition vorliegt wie die zweite Kühlmittelschaltöffnung und/oder die weitere erste Kühlmittelschaltöffnung an derselben Axialposition vorliegt wie die erste Kolbenkühldüsenschaltöffnung. Die weitere erste Kühlmittelschaltöffnung liegt in der Mantelfläche der Steuerwelle vor und zwar bevorzugt an derselben Axialposition bezüglich einer Längsmittelachse der Steuerwelle wie die zweite Kolbenkühldüsenschaltöffnung. Zusätzlich oder alternativ ist die weitere erste Kühlmittelschaltöffnung in der Innenumfangsfläche des Steuerelements ausgebildet. Auch hier ist die bezüglich der Längsmittelachse an derselben Axialposition wie die erste Kühlmittelschaltöffnung vorgesehen. Bei derselben Axialrelativstellung der Steuerwelle bezüglich des Steuerelements werden insoweit sowohl die Kolbenkühldüse als auch der Kolbenkühlkanal jeweils mit Kühlmittel beaufsch lagt.
  • Schließlich kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Kühlmittelübergangsöffnung und/oder die zweite Kühlmittelübergangsöffnung als Langloch ausgestaltet sind, wobei ihre im Querschnitt größte Erstreckung parallel zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens liegt. Durch die Ausbildung der entsprechenden Kühlmittelübergangsöffnung als Langloch liegt die Überdeckung zwischen den beiden Kühlmittelübergangsöffnungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine über einen längeren Zeitraum vor als bei einer Ausgestaltung als Rundloch. Insoweit kann das Kühlmittel auch dann mit einem hinreichend hohen Massenstrom in den Kolbenkühlkanal eingebracht werden, wenn sich die Kühlmittelübergangsöffnungen nicht in vollständiger Überdeckung befinden.
  • Beispielsweise ist die erste Kühlmittelübergangsöffnung als Langloch und die zweite Kühlmittelübergangsöffnung als Rundloch ausgebildet oder umgekehrt. Selbstverständlich können auch sowohl die erste Kühlmittelübergangsöffnung als auch die zweite Kühlmittelübergangsöffnung als Langloch ausgestaltet sein. Im Falle des Langlochs liegt die größte Erstreckung des Langlochs parallel zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens beziehungsweise parallel zu einer Längsmittelachse des Kolbens vor. Beispielsweise erstreckt sich das Langloch bezogen auf eine maximale Erstreckung des Kolbens in axialer Richtung bezüglich seiner Längsmittelachse über wenigstens 25 %, wenigstens 50 % oder wenigstens 75 % des Kolbens.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens einen Zylinder, einen in dem Zylinder längsbeweglich angeordneten Kolben sowie eine Kolbenkühldüse zur Ausbringung von Kühlmittel in Richtung des Kolbens und/oder wenigstens einen in dem Kolben ausgebildeten Kolbenkühlkanal aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, die eine Steuerwelle sowie ein die Steuerwelle zumindest bereichsweise umgreifendes Steuerelement aufweist, wobei in der Steuerwelle ein erster Kühlmittelkanal vorliegt, der eine Mantelfläche der Steuerwelle unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, und in dem Steuerelement für jeden Zylinder jeweils wenigstens ein zweiter Kühlmittelkanal ausgebildet ist, der eine der Steuerwelle zugewandte Innenumfangsfläche des Steuerelements unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einer Kühlmittelquelle und der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt.
  • Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass mittels der Steuereinrichtung der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal nur dann Kühlmittel zugeführt wird, wenn der Kolben einen bestimmten Abstand zu seinem unteren Totpunkt unterschreitet. Die Steuereinrichtung ist hierzu entsprechend ausgestaltet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
    • 1 eine Schnittdarstellung durch einen Bereich einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinder sowie einem in dem Zylinder angeordneten Kolben,
    • 2 eine Längsschnittdarstellung durch eine Steuereinrichtung zur gezielten Beaufschlagung einer Kolbenkühldüse und/oder eines Kolbenkühlkanals mit Kühlmittel,
    • 3 eine Querschnittsdarstellung der Steuereinrichtung,
    • 4 eine schematische Darstellung mehrerer in dem Kolben angeordneter Kolbenkühlkanäle in einer ersten Ausführungsform, sowie
    • 5 eine schematische Darstellung mehrerer Kolbenkühlkanäle in einer zweiten Ausführungsform.
  • Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über wenigstens einen Zylinder 2, der von einer Zylinderwand 3 in radialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse 4 des Zylinders 2 begrenzt wird und in welchem ein Kolben 5 längsbeweglich angeordnet ist. Der Zylinder 2 liegt in einem Zylinderkurbelgehäuse 6 der Brennkraftmaschine 1 vor. Die Zylinderwand 3 bildet bevorzugt einen Teil des Zylinderkurbelgehäuses 6. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier gezeigte Darstellung lediglich schematisch ist, wobei Teile der Brennkraftmaschine 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
  • Der Kolben 5 weist eine randoffene Radialvertiefung 7 auf, in welcher wenigstens ein Kolbenring 8 angeordnet sein kann. Der Kolbenring 8 dient der Abdichtung eines Brennraums 9, welcher von der Zylinderwand 3 und dem Kolben 5 gemeinsam begrenzt wird und einen Teil des Zylinders 2 darstellt. Auf der dem Brennraum 9 abgewandten Seite des Kolbens 5 ist eine Kolbenkühldüse 10 vorgesehen, mittels welcher Kühlmittel in Richtung des Kolbens 5 ausgebracht werden kann. Weiterhin ist erkennbar, dass in dem Kolben 5 wenigstens ein Kolbenkühlkanal 11 ausgebildet ist. Der Kolbenkühlkanal liegt vorzugsweise randgeschlossen in dem Kolben 5 vor.
  • Er steht zum Beispiel über eine Steigleitung 12 in Strömungsverbindung mit einer ersten Kühlmittelübergangsöffnung 13, die in einem Kolbenhemd 14 des Kolbens 5 vorliegt.
  • In der Zylinderwand 3 liegt eine zweite Kühlmittelübergangsöffnung 15 vor. Diese steht in wenigstens einer Stellung des Kolbens 5 zumindest teilweise in Überdeckung mit der ersten Kühlmittelübergangsöffnung 13. Diese Überdeckung ist hier angedeutet. Wird die zweite Kühlmittelübergangsöffnung 15 mit Kühlmittel beaufschlagt, so kann dieses bei vorliegender Überdeckung durch die erste Kühlmittelübergangsöffnung 13 in die Steigleitung 12 und über diese in den Kolbenkühlkanal 11 eintreten. Der Kolbenkühlkanal 11 liegt in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 4 näher an dem Brennraum 9 als die erste Kühlmittelübergangsöffnung 13.
  • Die 2 zeigt eine Steuereinrichtung 16, mittels welcher die Kolbenkühldüse 10 und/oder der Kolbenkühlkanal 11 beziehungsweise die zweite Kühlmittelübergangsöffnung 15 gezielt mit Kühlmittel beaufschlagt werden können. Hierzu weist die Steuereinrichtung 16 eine Steuerwelle 17 sowie ein Steuerelement 18 auf. Das Steuerelement 18 umgreift die Steuerwelle 17 in Umfangsrichtung bezüglich einer Längsmittelachse 19 der Steuerwelle 17 vorzugsweise vollständig. Die Längsmittelachse 19 entspricht besonders bevorzugt einer Drehachse der Steuerwelle 17. Die Drehrichtung der Steuerwelle 17 ist beispielhaft durch den Pfeil 20 angedeutet.
  • In der Steuerwelle 17 liegen erste Kolbenkühlkanäle 21 und 22 vor. Der erste Kolbenkühlkanal 1 ist dem Zylinder 2 zugeordnet, während der erste Kolbenkühlkanal 22 einem weiteren Zylinder zugeordnet ist. Die ersten Kolbenkühlkanäle 21 und 22 durchgreifen eine Mantelfläche 23 der Steuerwelle 17 unter Ausbildung von ersten Kühlmittelschaltöffnungen 24 und 25. Die ersten Kolbenkühlkanäle 21 und 22 sind mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung 26 strömungsverbunden, welche zumindest bereichsweise in der Steuerwelle 17 vorliegt. Über die Versorgungsleitung 26 können die ersten Kolbenkühlkanäle 21 und 22 mit Kühlmittel beaufschlagt werden.
  • In dem Steuerelement 18 liegen zweite Kolbenkühlkanäle 27, 28, 29 und 30 vor. Diese durchgreifen jeweils eine Innenumfangsfläche 31 des Steuerelements 18, welche der Steuerwelle 17 zugewandt ist, unter Ausbildung jeweils einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung 32, 33, 34 beziehungsweise 35. Bezüglich der Längsmittelachse 19 befinden sich die zweiten Kühlmittelschaltöffnungen 32 und 33 einerseits und 34 und 35 andererseits jeweils an derselben Position in Umfangsrichtung. Das bedeutet, dass sie bei derselben Drehwinkelstellung der Steuerwelle 17 bezüglich des Steuerelements 18 mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Aus diesem Grund sind die Kühlmittelschaltöffnungen 32 und 33 einerseits sowie die Kühlmittelschaltöffnungen 34 und 35 andererseits bevorzugt jeweils Zylindern zugeordnet, deren Kolben sich gleichzeitig in einem unteren Totpunkt befinden.
  • Die vorstehend beschrieben Kolbenkühldüse 10 wird mit Hilfe der hier dargestellten Steuereinrichtung 16 nur dann mit einer Kühlmittelquelle (hier nicht dargestellt) strömungsverbunden, wenn sich die erste Kühlmittelschaltöffnung 24 in wenigstens teilweisen Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung 32 befindet. Liegt diese wenigstens teilweise Überdeckung vor, so kann das Kühlmittel aus der Versorgungsleitung 26 durch den Kolbenkühlkanal 21 und den Kolbenkühlkanal 27 in Richtung der Kolbenkühldüse 10 strömen. Den Kolbenkühlkanälen 28, 29 und 30 sind analog hierzu Kolbenkühldüsen anderer Zylinder zugeordnet.
  • Selbstverständlich ist jedoch die Anzahl der hier dargestellten Kühlmittelkanäle 21 und 22 sowie 27, 28, 29 und 30 rein beispielhaft.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerwelle 17 und das Steuerelement 18 in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 19 gegeneinander verlagerbar sind. Beispielsweise ist hierzu die Steuerwelle 17 beweglich gelagert. Die Verlagerungsrichtung ist durch den Doppelpfeil 36 angedeutet. Durch die Verlagerung der Steuerwelle 17 und des Steuerelements 18 gegeneinander kann eine gewünschte Überdeckung zwischen den Kühlmittelschaltöffnungen 24 und 25 einerseits sowie dem Kühlmittelschaltöffnungen 32, 33, 34 und 35 andererseits eingestellt werden, sodass die jeweilige Kolbenkühldüse, beispielsweise die Kolbenkühldüse 10, mit einem bestimmten Kühlmittelmassenstrom beaufschlagt wird.
  • Die 3 zeigt einen Querschnitt durch die Steuereinrichtung 16. Es wird deutlich, dass der zweite Kolbenkühlkanal 27 konusförmig ist und sich dabei in Richtung der Steuerwelle 17 aufweitet. Weiterhin ist erkennbar, dass neben dem ersten Kolbenkühlkanal 21 ein weiterer erster Kolbenkühlkanal 37 mit einer ersten Kühlmittelschaltöffnung 38 vorgesehen ist. Hierzu korrespondierend liegt ein weiterer zweiter Kolbenkühlkanal 39 mit einer weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung 40 vor. Die Kühlmittelschaltöffnungen 24 und 38 sowie die Kühlmittelschaltöffnung 32 und 40 sind derart zueinander angeordnet, dass sie bei derselben Drehwinkelstellung der Steuerwelle 17 bezüglich des Steuerelements 18 in Überdeckung miteinander stehen.
  • Wie bereits erläutert ist dabei der zweite Kolbenkühlkanal 27 an die Kolbenkühldüse 10 angeschlossen, während der zweite Kolbenkühlkanal 39 in permanenter Strömungsverbindung mit der ersten Kühlmittelübergangsöffnung 13 steht. Selbstverständlich ist auch eine versetzte Anordnung der Kühlmittelschaltöffnung 24 und 38 sowie 32 und 40 möglich, um die Kolbenkühldüse 10 und den Kolbenkühlkanal 11 bei unterschiedlichen Drehwinkelstellungen der Steuerwelle 17 bezüglich des Steuerelements 18 mit Kühlmittel zu beaufschlagen.
  • Mit Hilfe der hier vorgestellten Brennkraftmaschine 1 ist eine bedarfsgerechte Kühlung des Kolbens 5 möglich. Hierzu ist beispielsweise die Steuerwelle 17 mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 unmittelbar wirkverbunden, sodass die beiden Wellen dieselbe Drehzahl aufweisen. Selbstverständlich kann die Steuerwelle 17 auch in Form der Kurbelwelle selbst vorliegen.
  • Die 4 zeigt eine schematische Darstellung mehrerer Kolbenkühlkanäle 11, welche beide an die Steigleitung 12 angeschlossen sind. Beide Kolbenkühlkanäle 11 können insoweit über die Steigleitung 12 mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Alternativ können die Kolbenkühlkanäle 11 selbstverständlich jeweils an separate Steigleitungen 12 angeschlossen sein. Auf ihrer jeweils der Steigleitung 12 abgewandten Seite weist jeder der Kolbenkühlkanäle 11 eine Auslassöffnung 41 auf. Die Auslassöffnungen 41 sind beispielsweise dadurch ausgebildet, dass der jeweilige Kolbenkühlkanal 11 eine hier nicht dargestellte Wand des Kolbens 5 durchgreift, wobei die Wand auf der dem Brennraum 9 abgewandten Seite des Kolbens 5 vorliegt.
  • Es wird deutlich, dass die beiden Kolbenkühlkanäle 11 den Kolben 5 in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse 4 nahezu vollständig umgreifen. Dies hat zur Folge, dass die Auslassöffnungen 41 einander gegenüberliegen, sodass aus diesen austretendes Kühlmittel aufeinander trifft beziehungsweise aufeinander treffen kann. Um dies zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass einer der Kühlmittelkanäle 11 den durch das Bezugszeichen 11' angedeuteten alternativen Verlauf aufweist. In diesem Fall ist eine Auslassöffnung 41' des Kolbenkühlkanals 11' gegenüber der Auslassöffnung 41 des anderen Kolbenkühlkanals 11 versetzt angeordnet, beispielsweise in radialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 4 des Kolbens 5.
  • Die 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Kolbenkühlkanäle 11. Dabei weist der Kolben 5 mehrere Steigleitungen 12 (hier: zwei Steigleitungen 12) auf, durch welche Schmiermittel zuführbar ist. Entsprechend weist der Kolben 5 mehrere erste Kühlmittelübergangsöffnungen 13 (hier nicht dargestellt) auf. An jede der Steigleitungen 12 sind nun jeweils zwei Kolbenkühlkanäle 11 angeschlossen, welche jeweils eine Auslassöffnung 41 aufweisen. Die mehreren Kolbenkühlkanäle 11 umgreifen die Längsmittelachse 4 in Umfangsrichtung gesehen nahezu vollständig, sodass ein großer Teil des Kolbens 5 mittels des durch die Kolbenkühlkanäle 11 strömenden Kühlmittels gekühlt werden kann. Im Vergleich zu der vorher beschriebenen Ausgestaltung der Kolbenkühlkanäle 11 sind die hier vorliegenden Kolbenkühlkanäle 11 deutlich kürzer. Zudem sind sie über zwei Steigleitungen 12 und mithin zwei erste Kühlmittelübergangsöffnungen 15 strömungstechnisch angeschlossen.
  • Das bedeutet, dass in derselben Zeit eine größere Menge an Kühlmittel den Kolben 5 durchströmen kann. Die hier angedeuteten Auslassöffnungen 41 der Kolbenkühlkanäle 11 sind wiederum gegenüberliegend angeordnet, nämlich vorzugsweise jeweils paarweise. Um das vorstehend bereits erläuterte Problem des aufeinandertreffenden Kühlmittels zu vermindern, kann auch hier ein alternativer Verlauf der Kolbenkühlkanäle 11 vorgesehen sein, welcher durch das Bezugszeichen 11' hervorgehoben ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Zylinder
    3
    Zylinderwand
    4
    Längsmittelachse
    5
    Kolben
    6
    Zylinderkurbelgehäuse
    7
    Radialvertiefung
    8
    Kolbenring
    9
    Brennraum
    10
    Kolbgenkühldüse
    11
    Kolbenkühlkanal
    12
    Steigleitung
    13
    1. Kolbenkühlkanalschaltöffnung
    14
    Kolbenhemd
    15
    2. Kolbenkühlkanalschaltöffnung
    16
    Steuereinrichtung
    17
    Steuerwelle
    18
    Steuerelement
    19
    Längsmittelachse
    20
    Pfeil
    21
    1. Kühlmittelkanal
    22
    1. Kühlmittelkanal
    23
    Mantelfläche
    24
    1. Kolbenkühldüsenschaltöffnung
    25
    1. Kolbenkühldüsenschaltöffnung
    26
    Versorgungsleitung
    27
    2. Kühlmittelkanal
    28
    2. Kühlmittelkanal
    29
    2. Kühlmittelkanal
    30
    2. Kühlmittelkanal
    31
    Innenumfangsfläche
    32
    2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung
    33
    2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung
    34
    2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung
    35
    2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung
    36
    Doppelpfeil
    37
    1. Kühlmittelkanal
    38
    1. Kolbenkühldüsenschaltöffnung
    39
    2. Kühlmittelkanal
    40
    2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung
    41
    Auslassöffnung

Claims (10)

  1. Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem Zylinder (2), mit einem in dem Zylinder (2) längsbeweglich angeordneten Kolben (5) sowie mit einer Kolbenkühldüse (10) zur Ausbringung von Kühlmittel in Richtung des Kolbens (5) und/oder mit wenigstens einem in dem Kolben (5) ausgebildeten Kolbenkühlkanal (11), wobei der Kolbenkühldüse (10) und/oder dem Kolbenkühlkanal (11) eine Steuereinrichtung (16) zugeordnet ist, die eine Steuerwelle (17) sowie ein die Steuerwelle (17) zumindest bereichsweise umgreifendes Steuerelement (18) aufweist, wobei in der Steuerwelle (17) ein erster Kühlmittelkanal (21,22) vorliegt, der eine Mantelfläche (23) der Steuerwelle (17) unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung (24,25) durchgreift, und in dem Steuerelement (18) für jeden Zylinder (2) jeweils wenigstens ein zweiter Kühlmittelkanal (27,28,29,30) ausgebildet ist, der eine der Steuerwelle (17) zugewandte Innenumfangsfläche (31) des Steuerelements (18) unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung (32,33,34,35) durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einer Kühlmittelquelle und der Kolbenkühldüse (10) und/oder dem Kolbenkühlkanal (11) nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung (24,25) und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung (32,33,34,35) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwelle (17) als Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (1) oder als drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelte Kühlmittelpumpenwelle oder Hilfswelle vorliegt.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwelle (17) und/oder das Steuerelement (18) zur Einstellung eines bestimmten Kühlmittelmassenstroms durch die Kolbenkühldüse (10) in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse (19) der Steuerwelle (17) verlagerbar sind/ist.
  3. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kolben (5) der wenigstens eine Kolbenkühlkanal (11) ausgebildet ist, der mit einer ein Kolbenhemd (14) des Kolbens (5) durchgreifenden ersten Kühlmittelübergangsöffnung (13) strömungsverbunden ist, insbesondere über eine in dem Kolben (5) ausgebildete Steigleitung (12).
  4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kolbenkühlkanal (11) oder ein mit dem Kolbenkühlkanal (11) strömungsverbundener Auslasskanal auf seiner der ersten Kühlmittelübergangsöffnung (13) strömungstechnisch abgewandten Seite unter Ausbildung einer Auslassöffnung eine einem Brennraum (9) abgewandte Wand des Kolbens (5) durchgreift oder an eine Schmiervorrichtung eines Kolbenbolzens des Kolbens strömungstechnisch angeschlossen ist.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Normalenvektor der Auslassöffnung bezüglich einer Längsmittelachse des Kolbens (5) in Umfangsrichtung oder in axialer Richtung verläuft.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlmittelübergangsöffnung (13) in wenigstens einer Stellung des Kolbens (5) zumindest teilweise in Überdeckung mit einer in einer Zylinderwand (3) ausgebildeten zweiten Kühlmittelübergangsöffnung (15) steht.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung (15) nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung (24) mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung (32) oder einer weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung (40) oder bei wenigstens teilweiser Überdeckung einer weiteren ersten Kühlmittelschaltöffnung (38) mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung (32) oder der weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung (40) vorliegt.
  8. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlmittelübergangsöffnung (13) und/oder die zweite Kühlmittelübergangsöffnung (15) als Langloch ausgestaltet sind, wobei ihre im Querschnitt größte Erstreckung parallel zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens (5) liegt.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (16) der Kolbenkühldüse (10) und/oder dem Kolbenkühlkanal (11) nur dann Kühlmittel zugeführt wird, wenn der Kolben (5) einen bestimmten Abstand zu seinem unteren Totpunkt unterschreitet.
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