DE19834138C1 - Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem an einer Kurbelwelle befestigten und zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt in einem Zylinder alternierend verschiebbar geführten Kolben. Dabei bildet der der Kurbelwelle abgewandte, vom Kolben begrenzte Raum des Zylinders eine Brennkammer. In dem Kolben ist ein Kühlraum ausgebildet, der einen Zufluß zum Zuführen eines unter Überdruck stehenden Kühlmediums und einen Abfluß zum Abführen des Kühlmedium aufweist. Im Bereich der unteren Totpunktposition des Kolbens ist der Zufluß mit einem Zuführanschluß und der Abfluß mit einem Abführanschluß (11) verbindbar, so daß ein geschlossener Kühlkreislauf des Kühlmediums gebildet ist. Außerhalb des Bereichs der unteren Totpunktposition des Kolbens ist der Kühlkreislauf unterbrochen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine der im Ober
begriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Bei derartigen Brennkraftmaschinen wird durch das Kühlme
dium zumindest ein Großteil der während der Verbrennung im
Kolben induzierten Wärmemenge abgeführt.
Aus der DE 10 86 949 B ist eine Brennkraftmaschine der
oben genannten Art bekannt, bei der dem Kühlraum ein per
manenter Ölstrom als Kühlmedium über den Zufluß zugeführt
wird. Der Abfluß weist ein Überdruckventil auf und mündet
in das Kurbelgehäuse. Dabei bildet das Motoröl gleichzeitig
das Kühlmittel. Da das Motoröl in seinem Kühl- und Schmier
umlauf zwar durch einen Ölfilter gereinigt wird, nimmt
trotzdem sein Verschmutzungsgrad permanent zu, so daß in
bestimmten Abständen sowohl ein Ölaustausch als auch ein
Filteraustausch erfolgen müssen. Die Verschmutzung des Öls
führt aber auch zu Ablagerungen im Kühlraum des oder der
Kolben sowie in den zu den Kühlräumen führenden bzw. von
den Kühlräumen wegführenden Leitungen, so daß mit zunehmen
der Betriebszeit des Motors die Kühlfähigkeit der Kolben
abnimmt.
Aus der DE 7 33 931 A ist ein für eine Brennkraftmaschine
vorgesehener Kolben der eingangs genannten Art bekannt,
dessen Kühlraum über einen Zufluß Kühlmedium zugeführt
wird. Über einen Abfluß im Kolben wird das Kühlmedium frei
in das Gehäuse der Brennkraftmaschine abgeführt, von wo es
über eine Rückkühlvorrichtung in einem ständigen Kreislauf
wieder dem Zufluß des Kolbens zugeführt wird.
Da das Kühlmedium durch das Gehäuse der Brennkraftmaschine
geführt wird, verschmutzt es schnell, was zu Ablagerungen
im Kühlraum des Kolbens sowie in den zu dem Kühlraum hin-
und von dem Kühlraum wegführenden Leitungen führt. Dadurch
wird mit zunehmender Betriebszeit die Kühlfähigkeit des
Kolbens reduziert.
Aus der DE 28 17 515 A1 ist ebenfalls eine Brennkraftma
schine der eingangs genannten Art bekannt, bei der eben
falls Motoröl als Kühlmedium verwendet wird. Dabei wird das
Motoröl mittels einer Spritzdüse permanent gegen das
Schließglied eines im Zufluß angeordneten Ventils geför
dert, das drehzahlabhängig und/oder temperaturabhängig
öffnet und den Ölstrahl in den Kühlraum eintreten läßt.
Über eine Abführbohrung kann das Öl aus dem Kühlraum dann
in das Kurbelgehäuse ablaufen. Auch hier besteht das Pro
blem, daß durch Verschmutzung des Kühlraums und seines Zu
flusses und Abflusses die Kühlfähigkeit abnimmt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brenn
kraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art zu schaffen, die eine dauerhaft gleichmäßig gute Küh
lung des oder der Kolben gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine solche Ausbildung ermöglicht einen exakt steuerbaren
Austausch des Kühlmediums in einem separaten geschlossenen
Kühlkreislauf, der nicht durch Ablagerungen von verschmutz
tem Motoröl seine Kühlwirkung verringert.
Ein Austritt des Kühlmediums in das Kurbelgehäuse findet
nicht mehr statt.
Zwar ist der Kühlkreislauf nur im Bereich des unteren Tot
punkts des Kolbens geschlossen, der Druck, mit dem dann das
Kühlmittel durch den Kühlraum des Kolbens fließt, gewähr
leistet aber eine zur Kühlung des Kolbens ausreichende
Durchflußmenge des Kühlmittels.
Vorzugsweise ist dabei das Kühlmittel Öl.
Ein einfacher Aufbau wird dadurch erreicht, daß der Zufluß
und/oder der Abfluß zu der der Kurbelwelle zugewandten
Seite gerichtet aus dem Kolben münden und der Zuführan
schluß und/oder der Abführanschluß zu dem Zufluß und/oder
Abfluß hin gerichtet in dem der Kurbelwelle nahen Endbe
reich des Zylinders angeordnet sind.
Zur strömungsleitenden Kopplung der Anschlüsse können in
einfacher Weise der Zuführanschluß und/oder der Abführan
schluß mit ihren Mündungsöffnungen dem Kolben zugewandte
Rohrstutzen sein, die im Bereich der unteren Totpunkt
position des Kolbens mit den als Bohrungsmündungen ausge
bildeten Zufluß und/oder Abfluß in strömungsleitendem Ein
griff sind.
Um einen Verlust an Kühlmittel zu vermeiden, können der Zu
fluß und/oder der Zuführanschluß bei Trennung des Zuflusses
vom Zuführanschluß absperrbar sein sowie der Abfluß und/-
oder der Abführanschluß bei Trennung des Abflusses vom Ab
führanschluß absperrbar sein.
Vorzugsweise sind dabei der Zufluß und/oder Zuführanschluß
und/oder Abfluß und/oder Abführanschluß durch Ventile ab
sperrbar.
Die Ventile können mechanisch und/oder hydraulisch und/oder
elektrisch ansteuerbare Ventile sein.
Eine mechanische Ansteuerung erfolgt auf einfache Weise da
durch, daß das Ventil im Zuführanschluß und/oder im Abführ
anschluß ein Schließglied aufweist, das im Bereich der
unteren Totpunktposition des Kolbens von einem Stößel in
Öffnungsrichtung beaufschlagbar ist, der etwa koaxial zu
Zuführanschluß und/oder Abführanschluß am Kolben zur Kur
belwelle hin hervorstehend angeordnet ist.
Ist der Zuführanschluß vom Kühlmedium zwischen Überdruck
und drucklos intermittierend beaufschlagbar, wobei die
Überdruckbeaufschlagung bei mit dem Zuführanschluß verbun
denem Zufluß erfolgt, so werden die Ventile allein durch
die Druckbeaufschlagung oder Nichtdruckbeaufschlagung von
dem Kühlmedium angesteuert. Zusätzliche Einrichtungen zum
Öffnen der Ventile sind nicht erforderlich. Vorzugsweise
ist dabei die Zufuhr des Kühlmediums zum Zuführanschluß
durch ein abhängig vom Hub des Kolbens zwangsgesteuertes
Ventil intermittierend steuerbar.
Eine weitere Form der Ansteuerung der Ventile besteht
darin, daß das Ventil im Zuführanschluß und/oder im Abführ
anschluß ein elektromagnetisch ansteuerbares Ventil ist.
Um einen guten Kühlmittelstrom zu erzeugen, durch den die
Wärme des Kolbens sowohl gut aufgenommen als auch gut abge
führt werden kann, ist der Kühlraum ein im Kolben als Ring
kanal ausgebildeter Kühlkanal.
Sind im Kolben Verbindungen geringen Querschnitts zwischen
dem Kühlraum und der zylindrischen Kolbenwand ausgebildet,
kann von dem Kühlmedium gleichzeitig eine Schmierung der
zylindrischen Kolbenwand im Zylinder erfolgen. Vorzugsweise
münden die Verbindungen in in der Kolbenwand radial umlau
fend ausgebildete Kolbenringnuten, so daß insbesondere im
Bereich der Kolbenringe eine gute Schmierung erfolgt.
Um eine gleichmäßige Schmierung am ganzen Umfang des Kol
bens zu erreichen, sind vorzugsweise die Verbindungen
gleichmäßig am Umfang des Kolbens verteilt angeordnet. Da
bei können die Verbindungen Kanäle geringen Querschnitts
oder poröse Verbindungsbereiche sein.
Sind die Verbindungen auf der Druckseite und der Gegen
druckseite des Kolbens verteilt angeordnet, so erfolgt eine
Schmierung besonders intensiv an den verschleißträchtigen
Bereichen des Kolbens.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt im Bereich eines Kolbens und Zy
linders einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 ein Diagramm eines Hubs eines Kolbens über der Win
kelposition einer Kurbelwelle.
In Fig. 1 ist in einem als Buchse ausgebildeten Zylinder 1
ein Kolben 2 axial verschiebbar angeordnet. Quer durch den
Kolben 2 erstreckt sich eine Bolzenbohrung 3, in der ein
Kolbenbolzen 4 angeordnet ist. Auf dem mittleren Bereich
des Kolbenbolzens 4 ist mittels eines Lagerauges 5 ein Ende
eines Pleuels 6 schwenkbar gelagert. Das andere Ende des
Pleuels 6 ragt an der Unterseite des Kolbens 2 aus dem Kol
ben 2 heraus in ein Kurbelgehäuse 7 und ist dort mittels
eines zweiten Lagerauges schwenkbar auf einer Kurbelwelle 9
gelagert. Die hin- und hergehende Bewegung des durch Ver
brennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs verschiebbar ange
triebenen Kolbens 2 wird durch den Pleuel 6 auf die Kurbel
welle 9 diese drehend antreibend übertragen. Dabei führt
der Kolben 2, wie Fig. 2 zeigt, eine sinusartige Bewegung
zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Tot
punkt OT während einer Umdrehung der Kurbelwelle 9 durch.
In Fig. 1 ist der Kolben 2 in seiner oberen Totpunkt
position OT dargestellt. Befindet sich der Kolben 2 im Be
reich seiner unteren Totpunktposition UT, die durch eine
unterbrochene Linie der unteren Kontur des Kolbens 2 darge
stellt ist, so gelangt er in den Bereich eines geschlosse
nen Kühlkreislaufs KG.
Dieser Kühlkreislauf weist einen Zuführanschluß 10 und
einen Abführanschluß 11 auf, die als parallel zur Längs
achse des Kolbens 2 ausgerichtete Rohrstutzen ausgebildet
sind und mit ihren Mündungen zur Unterseite des Kolbens 2
zeigen.
In der nicht dargestellten Verbindung zwischen dem Zuführ
anschluß 10 und dem Abführanschluß 11 ist ein Druckerzeuger
wie zum Beispiel eine Pumpe angeordnet, durch die Kühl
medium, zum Beispiel Öl, unter Druck dem Zuführanschluß 10
zugeführt wird. Weiterhin können in dieser Verbindung noch
ein Kühler und ein Filter angeordnet sein.
Befindet sich der Kolben 2 in seiner unteren Totpunkt
position UT, so gelangen der Zuführanschluß 10 mit einem im
Kolben 2 ausgebildeten Zufluß 12 und der Abführanschluß 11
mit einem ebenfalls im Kolben 2 ausgebildeten Abfluß 13 in
strömungsleitenden Ringriff. Der Zufluß 12 ist fluchtend
mit dem Zuführanschluß 10 und der Abfluß 13 fluchtend mit
dem Abführanschluß 11 ausgebildet. Zufluß 12 und Abfluß 13
führen von ihren, dem Kurbelgehäuse 7 zugewandten Mündungs
öffnungen zu einem im oberen Bereich des Kolbens 2 radial
umlaufend als Ringkanal ausgebildeten Kühlkanal 14.
Dadurch kann dann, wenn der Kolben 2 sich im Bereich der
unteren Totpunktposition UT und somit im Bereich des ge
schlossenen Kühlkreislaufs KG befindet, das Kühlmedium
unter Druck über den Zuführanschluß 10 und den Zufluß 12 in
den Kühlkanal 14 strömen, dort die Wärme des Kolbens 2 auf
nehmen und über den Abfluß 13 und den Abführanschluß 11
wieder aus dem Kolben 2 fließen.
Damit kein Kühlmedium aus dem Kühlkanal 14 des Kolbens 2 in
das Kurbelgehäuse 7 austreten sondern die Wärme des Kolbens
2 gut aufnehmen kann, wenn Zufluß 12 und Abfluß 13 außer
Eingriff von Zuführanschluß 10 und Abführanschluß 11 sind,
sind in Zufluß 12 und Abfluß 13 entgegen der Strömungs
richtung schließende Ventile 15 und 16 angeordnet.
In gleicher Weise sind im Zuführanschluß 10 und im Abführ
anschluß 11 entgegen der Strömungsrichtung schließende
Ventile 17 und 18 angeordnet, so daß auch dort bei unter
brochenem Kühlkreislauf und der momentanen Nichtdruck
beaufschlagungsphase am Zuführanschluß 10 kein Kühlmedium
austreten kann.
Die Darstellung der Ventile 15 bis 18 ist symbolhaft. Jede
die Funktion erfüllende Ventilart kann dazu verwendet wer
den.
Von dem Kühlkanal 14 führen etwa radial gerichtet Kanäle 19
geringen Querschnitts in den Bodenbereich von Kolbenring
nuten 20, die radial umlaufend in der zylindrischen Kolben
wand des Kolbens 2 ausgebildet sind und Kolbenringe 20 auf
nehmen, die mit ihrer aus der Kolbenringnut 20 herausragen
den, radial umlaufenden Stirnseite an der Wand des Zylin
ders 1 anliegen. Damit erfolgt von dem Kühlkanal 14 her
eine Schmierung des im Zylinder 1 axial bewegten Kolbens 2.
Anstelle der Kanäle 19 kann auch eine entsprechende Poro
sität zwischen dem Kühlkanal 14 und den Kolbenringnuten
vorgesehen sein, durch die die zur Schmierung benötigte
Menge des Öls in den Bereich der Kolben/Laufbuchsenpaarung
treten kann.
Claims (18)
1. Brennkraftmaschine mit einem an einer Kurbelwelle (9)
befestigten und zwischen einem oberen Totpunkt und ei
nem unteren Totpunkt in einem Zylinder (1) alternierend
verschiebbar geführten Kolben (2), wobei der der Kur
belwelle (9) abgewandte, vom Kolben (2) begrenzte Raum
des Zylinders (1) eine Brennkammer bildet, mit einem im
Kolben (2) ausgebildeten Kühlraum, der einen Zufluß
(12) zum Zuführen eines unter Überdruck stehenden Kühl
mediums und einen Abfluß (13) zum Abführen des Kühlme
diums aufweist, die zu einem Kühlkreislauf miteinander
verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der unteren Tot
punktposition (UT) des Kolbens (2) der Zufluß (12) mit
einem Zuführanschluß (10) und der Abfluß (13) mit einem
Abführanschluß (11) verbindbar ist, wobei der Abführan
schluß (11) in Strömungsrichtung des Kühlmediums über
einen Druckerzeuger mit dem Zuführanschluß (10) verbun
den ist und bei mit dem Zuführanschluß (10) verbundenem
Zufluß (12) sowie mit dem Abführanschluß (11) verbunde
nem Abfluß (13) ein geschlossener Kühlkreislauf des
Kühlmediums gebildet ist und außerhalb des Bereichs der
unteren Totpunktposition (UT) des Kolbens (2) der Kühl
kreislauf unterbrochen ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium ein tempe
raturbeständiges Öl vorgesehen ist.
3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß (12) und/oder
der Abfluß (13) zu der der Kurbelwelle (9) zugewandten
Seite gerichtet aus dem Kolben (2) münden und der Zu
führanschluß (10) und/oder der Abführanschluß (11) zu
dem Zufluß (12) und/oder Abfluß (13) hin gerichtet in
dem der Kurbelwelle (9) nahen Endbereich des Zylinders
(1) angeordnet sind.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführanschluß (10)
und/oder der Abführanschluß (11) mit ihren Mündungs
öffnungen dem Kolben (2) zugewandte Rohrstutzen sind,
die im Bereich der unteren Totpunktposition (UT) des
Kolbens (2) mit den als Bohrungsmündungen ausgebildeten
Zufluß (12) und/oder Abfluß (13) in strömungsleitendem
Eingriff sind.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß (12) und/oder
der Zuführanschluß (10) bei Trennung des Zuflusses (12)
vom Zuführanschluß (10) absperrbar sind.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß (13) und/oder
der Abführanschluß (11) bei Trennung des Abflusses (13)
vom Abführanschluß (11) absperrbar sind.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß Zufluß (12) und/oder Zu
führanschluß (10) und/oder Abfluß (13) und/oder Abführ
anschluß (11) durch Ventile (15 bis 18) absperrbar
sind.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile mechanisch
und/oder hydraulisch und/oder elektrisch ansteuerbare
Ventile sind.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil im Zuführan
schluß (10) und/oder im Abführanschluß (13) ein
Schließglied aufweist, das im Bereich der unteren Tot
punktposition (UT) des Kolbens (2) von einem Stößel in
Öffnungsrichtung beaufschlagbar ist, der etwa koaxial
zum Zuführanschluß (10) und/oder Abführanschluß (13) am
Kolben (2) zur Kurbelwelle (9) hin hervorstehend ange
ordnet ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführanschluß (10) vom
Kühlmedium zwischen Überdruck und drucklos inter
mittierend beaufschlagbar ist, wobei die Überdruck
beaufschlagung bei mit dem Zuführanschluß (10) verbun
denem Zufluß (12) erfolgt.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Kühlmediums
zum Zuführanschluß (10) durch ein abhängig vom Hub des
Kolbens (2) zwangsgesteuertes Ventil intermittierend
steuerbar ist.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil im Zufuhr
anschluß (10) und/oder im Abführanschluß (13) ein
elektromagnetisch ansteuerbares Ventil ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlraum ein im Kolben
(2) als Ringkanal ausgebildeter Kühlkanal (14) ist.
14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben (2) Verbindungen
geringen Querschnitts zwischen dem Kühlraum und der zy
lindrischen Kolbenwand ausgebildet sind.
15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen in an der
Kolbenwand radial umlaufend ausgebildete Kolbenring
nuten (20) münden.
16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen gleich
mäßig am Umfang des Kolbens (2) verteilt angeordnet
sind.
17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen auf der
Druckseite und der Gegendruckseite des Kolbens (2) ver
teilt angeordnet sind.
18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen Kanäle
(19) geringen Querschnitts oder poröse Verbindungs
bereiche sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998134138 DE19834138C1 (de) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998134138 DE19834138C1 (de) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | Brennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19834138C1 true DE19834138C1 (de) | 1999-11-11 |
Family
ID=7875706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998134138 Expired - Fee Related DE19834138C1 (de) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | Brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19834138C1 (de) |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
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