DE4331649A1

DE4331649A1 - Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4331649A1
Application number: DE19934331649
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Wahnschaffe
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder bewegbarer Kolben über ein Pleuel angelenkt ist, wobei der Kol ben durch in einen an der Kolbenunterseite eingelassenen Kühlkanal eingespritztes Öl kühlbar ist.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 25 32 132 bekannt. Dabei wird das Öl durch eine Spritzdüse in den Kühlkanal eingespritzt. Die Spritzdüse ist unterhalb des Zylinders an diesem befestigt und weist im wesentlichen ein an der Wand be festigtes Winkelstück auf, in dessen ersten Schenkel eine Spritzdüse eingeschraubt und an dessen zweiten Schenkel eine Ölversorgungsleitung angeschraubt ist. Zur genauen Ausrichtung der Spritzdüse zu der Öffnung des Kühlkanals ist ein spezielles Werkzeug nötig, das die Spritzdüse, die zudem eine biegsame Stelle haben muß, zu der Öffnung des Kühlkanals ausrichtet. Dazu sind dann noch weitere Hilfsmittel wie zum Beispiel eine Lichtquelle und ein Spiegel notwendig. Zudem muß das Kurbelgehäuse der Brennkraft maschine eine seitlich in das Kurbelgehäuse eingelassene Öffnung aufweisen, durch die das Werkzeug und die Hilfsgeräte eingeführt werden können. Diese Öffnung muß selbstverständlich nach dem Ausrichten durch eine geeignete Verschlußwand ver schlossen werden. Somit ist diese Einrichtung durch die Vielzahl der benötigten Teile und des Montage- und Ausrichtaufwandes aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die eine wirksame Kühlkanal-Kolbenkühlung aufweist, bei der der bauliche Aufwand gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Öl durch mindestens eine Spritzöffnung aus einer unterhalb des Kolbenstandortes im unteren Totpunkt gelegenen Wand austritt, wobei die Spritzöffnung direkt in die Wand eingelassen ist und daß die Eintrittsöffnung in den Kühlkanal einen geometrisch an den Spritzstrahl angepaßten Fangtrichter aufweist. Durch diese Ausbildung wird einerseits eine zusätzlich zu montie rende Spritzdüse mit all ihren Bauteilen sowie der notwendigen Ölversorgungsleitung komplett eingespart, da die Spritzöffnung direkt in die Wand eingelassen ist und ent sprechend über in der Wand eingelassene - beispielsweise beim Gießvorgang des Kur belgehäuses - Kanäle mit Öl versorgt wird, andererseits entfällt durch den geometrisch an den Spritzstrahl angepaßten Fangtrichter ein aufwendiges Justieren der Spritzöffnung beziehungsweise von in dieser eingelassenen Spritzdüsen. Dadurch wird nicht nur die Kolbenkühlung als solche vereinfacht, sondern darüber hinaus kann auch das Kurbel gehäuse durch den Entfall der Justieröffnung kostengünstiger hergestellt werden. Zudem sind bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbenkühlung Montier- und Justierfehler ausgeschlossen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Spritzöffnung direkt in ein Zylinderrohr einge lassen. Diese Ausbildung bietet sich insbesondere dann an, wenn das Kurbelgehäuse einstückig mit den Zylinderrohren gegossen wird und die entsprechenden Kanäle und Öffnungen direkt mit eingegossen werden können. Dabei ist dann lediglich nach dem Gießvorgang bei dem Bearbeitungsvorgang des Kurbelgehäuses die Einspritzöffnung entsprechend den geometrischen Anforderungen aufzubohren. Bei Brennkraftmaschi nen, bei denen keine Kolbenkühlung benötigt wird, können diese Öffnungen durch einfa che Verschlußstopfen verschlossen werden. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch vorgesehen, die Öffnungen beim Gießvorgang nicht vollständig durch die Zylinderwand durchzuführen, sondern eine Verschlußwand vorzusehen, die dann gegebenenfalls auf gebohrt werden kann. Dabei ist dieser Bohrvorgang nicht aufwendiger als der Aufbohr vorgang der schon vorhandenen Öffnung.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Spritzöffnung in eine Wand eines Kurbelwellen- Lagerstuhls eingelassen. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß gegebenenfalls nur ein kurzer Verbindungskanal von der Spritzöffnung zu der Ölversorgungsleitung der Kurbel wellenlager erforderlich ist, die problemlos in das Kurbelgehäuse eingießbar ist. Zudem kann je nach der Ausbildung des Kurbelgehäuses die Anordnung der Spritzöffnung in der Wand eines Kurbelwellen-Lagerstuhls bezogen auf den Fangtrichter in der Kolben unterseite geometrisch und insbesondere spritztechnisch günstiger sein als in einem Zy linderrohr. Dabei ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, Spritzöffnungen so in den Kurbelwellen-Lagerstühlen anzuordnen, daß in jedes Zylinderrohr zwei Spritzöffnungen münden, wodurch eine wirkungsvolle Kühlung ermöglicht ist. Denkbar ist auch eine Kombination in beliebiger Ausgestaltung von Spritzöffnungen in einem Kurbelwellen-La gerstuhl und in einem Zylinderrohr.

Eine Weiterbildung der Brennkraftmaschine sieht vor, daß die Spritzöffnung in der Be wegungsachsrichtung des Kolbens versetzt zu dem Fangtrichter angeordnet ist. Wenn auch im allgemeinen eine genau in der Bewegungsachsrichtung des Kolbens unterhalb des Fangtrichters angeordnete Spritzöffnung für eine problemlose Kühlölversorgung der Kühlkanäle in dem Kolben vorteilhaft ist, kann durch die geometrische Versetzung der Spritzöffnung einerseits gegebenen baulichen Eigenheiten des Kurbelgehäuses besser Rechnung getragen werden und darüber hinaus noch eine - im nachfolgenden näher erläuterte - gezielte Ölversorgung des Kühlkanals erreicht werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Fangtrichter so zu der Spritzöffnung ausgerichtet, daß er zumindest über eine Teilstrecke des Kolbenbewegungshubes zwischen dem un teren Totpunkt und dem oberen Totpunkt mit Öl beschickt wird. Durch diese Ausbildung, die zusammen mit der Versetzung der Spritzöffnung zu der Bewegungsachsrichtung des Kolbens erreicht wird, kann eine gezielte Steuerung der Kühlung des Kolbens erreicht werden. So ist es durch diese Ausbildung möglich, daß über einen ersten Bewegungs hubbereich des Kolbens das Öl "nur" an die Unterseite des Kolbens gespritzt wird, was zu einer geringeren Kühlleistung führt, und über den restlichen Kolbenhubbereich in den Fangtrichter und somit in den Kühlkanal eintritt, was zu einer erhöhten Kühlleistung führt. Dabei ist in Weiterbildung der Erfindung der Fangtrichter so zu der Spritzöffnung ausge richtet, daß er zumindest im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbenbewegungshu bes und/oder des Abwärtsbewegungshubes des Kolbens mit Öl beschickt wird. Dies hat den Vorteil, daß insbesondere dann, wenn die Temperaturentwicklung in dem Brenn raum durch entzündendes Verbrennungsgemisch am höchsten ist, eine intensivere Kühlung des Kolbens gewährleistet ist, als in den anderen Phasen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Geometrie des Fangtrichters in Abhängigkeit der Lagekoordinaten der Spritzöffnung und des Fangtrichters sowie des Abstandes zwischen Spritzöffnung und Fangtrichter bestimmt. Dadurch kann im Konstruktionsstadium der Brennkraftmaschine leicht und zuverlässig die genaue Dauer der unterschiedlichen Kol benkühlintensitäten, die durch das Auftreffen des Spritzöls auf die Kolbenunterseite und in den Fangtrichter bestimmt sind, festgelegt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrie ben ist.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kolben entlang der Kolbenbolzenachse und mit einer in die Zylinderwand eingelassen Spritzöffnung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Kolbens nach Fig. 1 mit zugeordneter Spritzöff nung,

Fig. 3 eine Ansicht des Kolbens auf die Kolbenunterseite mit der zugeordneten Spritzöffnung,

Fig. 4 eine Detailansicht der Fangöffnung in der Kolbenunterseite in der X-Achse gemäß Fig. 1 und

Fig. 5 eine entsprechende Ansicht in der Y-Achse gemäß Fig. 2.

Ein Kolben 1 beispielsweise für eine selbstzündende Brennkraftmaschine weist eine Kolbenoberseite 2 auf, in die gegebenenfalls eine im Ausführungsbeispiel nicht darge stellte Brennraummulde eingelassen sein kann. Der Kolben 1 weist auf seinem Außen umfang Ringnuten 3 auf, in die entsprechend den Erfordernissen ein Ölabstreifring und ein oder mehrere Kolbenringe eingesetzt werden. Weiterhin weist der Kolben im Bereich des Kolbenschaftes 4 ein Bolzenauge 5 auf, in das ein Kolbenbolzen einsetzbar ist, der ein Pleuel gelenkig mit dem Kolben 1 verbindet. In den Kolbenboden 6 ist ein Kühlkanal 7 eingelassen, der mit Öl aus dem Schmierölkreislauf oder einem separaten Kühlölkreis lauf der Brennkraftmaschine mit Öl versorgbar ist. Dazu ist eine Eintrittsöffnung in die Kolbenunterseite eingelassen, die als Fangtrichter 8 (Fig. 3) ausgebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Fangtrichter 8 ist eine Abflußöffnung 9 zum Austritt des Kühlöls vorgesehen. Die Bewegungsachsrichtung des Kolbens ist im übrigen durch die mit a gekennzeichneten Pfeile dargestellt.

In der Zylinderwand 10 ist eine Spritzöffnung 11 eingelassen, aus der das Öl - dargestellt über den Pfeil 11a - austritt. Dabei sind die Spritzwinkel für den Ölstrahl in X-, Y-, Z-Richtung gemäß den Fig. 1 bis 3 mit den entsprechenden Winkelbezeich nungen α, β, γ bezeichnet.

In den Fig. 4 und 5 ist die Ausbildung des Fangtrichters 8 - wiederum bezogen zur X-Achse und Y-Achse - entsprechend den Fig. 1 und 2 dargestellt. Bezogen zu der Kolbenbewegungsachsrichtung a ist die Geometrie des Fangtrichters 8 durch die Winkel δ, ε dargestellt, während die Winkel in der Y-Ebene wiederum bezogen zu der Bewe gungsachsrichtung a durch die Winkel ξ, η bestimmt sind. Die Winkel α, β, γ, δ, ε, ξ, η werden konstruktiv in Abhängigkeit von insbesondere der gewünschten in den Fangtrich ter 8 einzuspritzenden Ölmenge unter Berücksichtigung des sich im Laufe der Kolben bewegung von dessen unteren Totpunkt zu dessen oberen Totpunkt ändernden Abstan des von der Spritzöffnung 11 bis zu dem Fangtrichter 8 festgelegt. Dabei handelt es sich um eine einfache geometrische Beziehung mit einer Variablen während der Kolbenbe wegung, nämlich der Bewegungskoordinate Z′. Durch entsprechende Festlegung der einzelnen Winkel kann über die Bewegungskoordinate Z′ einfach festgelegt werden, bis zu welchem Bewegungspunkt das aus der Spritzöffnung 11 gemäß dem Pfeil 11a austre tende Spritzöl auf die Kolbenunterseite oder in den Fangtrichter 8 eintritt.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder bewegbarer Kolben über ein Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben durch in einen in der Kolbenunterseite eingelassenen Kühlkanal eingespritztes Öl kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl durch mindestens eine Spritzöffnung (11) aus einer unterhalb des Kolbenstandortes im unteren Totpunkt gelegenen Wand austritt, wobei die Spritzöffnung (11) direkt in die Wand eingelassen ist und daß die Eintrittsöffnung in den Kühlkanal (7) einen geometrisch an den Spritzstrahl (11a) angepaßten Fangtrichter (8) aufweist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzöffnung (11) in eine Zylinderrohrwand einge lassen ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzöffnung (11) in eine Wand eines Kurbelwellen- Lagerstuhls eingelassen ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzöffnung (11) in der Bewegungsachsrichtung a des Kolbens (1) versetzt zu dem Fangtrichter (8) angeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangtrichter (8) so zu der Spritzöffnung (11) ausge richtet ist, daß er zumindest über eine Teilstrecke des Kolbenbewegungshubes zwischen unterem Totpunkt und oberen Totpunkt mit Öl beschickt wird.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangtrichter (8) so zu der Spritzöffnung (11) ausge richtet ist, daß er im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbenbewegungshubes und/oder des Abwärtsbewegungshubes des Kolbens (1) mit Öl beschickt wird.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie des Fangtrichters (8) in Abhängigkeit der Lagekoordinaten der Spritzöffnung (11) und des Fangtrichters (8) sowie des Abstandes zwischen Spritzöffnung (11) und Fangtrichter (8) bestimmt ist.