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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit mindestens in einem Zylinder beweglich angeordneten Kolben und im Bereich des Kurbelgehäuses angeordneten Düsen, die dazu ausgebildet sind, Öl zur Kühlung und zur Schmierung von unten in den Kolben zu spritzen.
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bekannt, der von unten her durch eine Spritzdüse mit Öl versorgt wird. Bei einem solchen Kolben wird es im allgemeinen nicht erforderlich sein, in allen Betriebszuständen Öl zuzuführen. Wenn im Leerlaufbetrieb eine solche zusätzliche Kühlung nicht benötigt wird, können die Spritzdüsen abgeschaltet werden, wodurch die Ölpumpenkapazität klein gehalten werden kann, und wodurch ein schnellerer Aufbau des Öldrucks beim Start erreicht werden kann.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es mit einem solchen Kolben nicht möglich ist, bei hochbelasteten Brennkraftmaschinen eine gleichmässige Kühlung zu erzielen. Weiters bleibt die Schmierung des kleinen Pleuellagers problematisch.
Eine gleichmässigere Kühlung des Kolbens kann erreicht werden, indem ein Kühlkanal vorgesehen ist, der sich ringförmig um die Brennraummulde herum erstreckt. Auf diese Weise wird nicht nur der Kolbenboden wirksam gekühlt, sondern auch der Bereich seitlich des Brennraums. Durch eine entsprechende Öffnung wird Öl in diesen Kühlkanal eingespritzt, und durch die Massenkräfte der Kolbenbewegung als Ölnebel verteilt. Ohne Durchführung besonderer Massnahmen ist jedoch die Kühlung des Kolbenbodens bei solchen Lösungen problematisch. Ebenso ist die Schmierung des kleinen Pleuellagers nicht in allen Betriebszuständen des Motors in ausreichendem Masse gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der eine optimale Kühlung des Kolbens bei gleichzeitiger Schmierung des kleinen Pleuellagers gewährleistet ist. Weiters soll dies bei möglichst geringem Ölverbrauch, d. h., bei möglichst geringem Leistungsbedarf der Ölpumpe, erreicht werden.
Erfindungsgemäss ist pro Kolben eine erste Düse und eine zweite Düse vorgesehen, wobei der Kolben weiters aufweist : eine Brennraummulde ; - einen Kühlkanal, der ringförmig um die Brennraummulde angeordnet ist ; - eine Eintrittsöffnung in den Kühlkanal, durch die das Öl aus der ersten Düse in den
Kühlkanal eingespritzt werden kann ; - mindestens eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal ; und - eine Umlenkfläche, die dazu ausgebildet ist, das aus der zweiten Düse ausgespritzte Öl im Innenraum des Kolbens zu verteilen.
Durch das Vorsehen von zwei Düsen pro Kolben kann nicht nur eine räumlich optimale Aufteilung der Kühlwirkung erreicht werden, sondern es kann auch entsprechend den
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Betriebszuständen des Motors die Kühlung und Schmierung dem Bedarf entsprechend angepasst werden.
Eine besonders effiziente Ausnützung des zur Verfügung stehenden Öls wird dadurch erreicht, dass die erste Düse mit einer Ölversorgungseinrichtung in Verbindung steht, die erst ab einer vorbestimmten Mindestdrehzahl Öl zur ersten Düse zuführt, und dass die zweite Düse mit einer Ölversorgungseinrichtung in Verbindung steht, die beim Betrieb des Motors stets Öl zur zweiten Düse zuführt. Auch im Leerlaufbetrieb wird eine gewisse Kühlung des Kolbenbodens und eine Schmierung des kleinen Pleuellagers benötigt. Daher wird aus der zweiten Düse stets Öl auf die Umlenkfläche gespritzt, wodurch ein Ölnebel erzeugt wird, der einerseits den Kolbenboden kühlt und andererseits für die Schmierung des kleinen Pleuellagers sorgt. Ab einer bestimmten Drehzahl wird auch aus der ersten Düse Öl ausgespritzt.
Die erste Düse, die auf die Eintrittsöffnung des Kühlkanals gerichtet ist, dient somit primär zur Versorgung des Randbereichs des Kolbens. Das aus dem Kühlkanal austretende Öl kann jedoch auf das kleine Pleuelauge oder andere Bauteile auftreffen, und die Kühlwirkung im Bereich des Kolbenbodens sowie die Schmierung des kleinen Pleuellagers verstärken. Durch die auf diese Weise besonders wirksame Kühlung des Kolbenbodens bei Vollast kann eine Verringerung der NOxEmission erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Durchmesser der ersten Düse grösser ist als der Durchmesser der zweiten Düse. Da die zweite Düse stets in Betrieb ist, wird durch sie die Öl- pwnpenkapazität im Leerlauf nicht stark erhöht. Die grössere erste Düse wird erst zugeschaltet, wenn die Drehzahl über einen vorbestimmten Wert angestiegen ist. Zu diesem Zeitpunkt steht dann bereits ein ausreichender Öldruck zur Verfügung.
Die Schmierung des kleinen Pleuellagers kann in einer besonders günstigen Art dadurch erreicht werden, dass im kleinen Pleuellager Öffnungen zum Eintritt von Schmieröl vorgesehen sind, die vorzugsweise schräg nach oben hin gerichtet sind.
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen :
Die Fig. l einen Längsschnitt durch einen Kolben einer Brennkraftmaschine gemäss der Erfindung ; die Fig. 2 einen Schnittpunkt nach Linie II-II von Fig. l ; die Fig. 3 eine An- sicht eines erfindungsgemässen Kolbens von unten ; die Fig. 4 ein Detail von Fig. 3 im Schnitt ; die Fig. 5 ein weiteres Detail von Fig. 3 in einem Teilschnitt und die Fig. 6 das Detail in einer
Draufsicht.
Der erfindungsgemässe Kolben l besitzt einen im wesentlichen torusförmigen Brennraum 2. Ausserhalb und unterhalb des Brennraums 2 ist ein Kühlkanal 3 vorgesehen, der zur
Kühlung des Kolbens 1 dient. Eine Bohrung 4 im Kolben 1 nimmt in bekannter Weise einen
Kolbenbolzen auf, der aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt ist. Ein Pleuel 5 ist an dem Kolbenbolzen schwenkbar gelagert, wobei die Innenfläche des Pleuelauges das kleine Pleuellager 5a bildet. In der vorliegenden Ausführungsvariante ist das kleine Pleuelauge im
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Schnitt trapezförmig ausgebildet, die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise auf andere, z. B. rechtwinkelig ausgebildete Pleuel anwendbar.
Im Bereich des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine ist eine Ölversorgungseinrichtung 26 angeordnet. Diese besteht aus einer Hauptleitung 27 und pro Zylinder aus einer ersten Düse 6a und aus einer zweiten Düse 6b. Die zweite Düse 6b steht mit der Hauptleitung 27 direkt über eine Bohrung 25 in Verbindung. Die erste Düse 6a hingegen ist mit der Hauptleitung 27 über ein Ventil 28 verbunden, das erst ab einem bestimmten Öldruck, beispielsweise 2, 5 bar, öffnet. Erst bei höheren Motordrehzahlen und damit bei höherer thermischer Belastung des Kolbens 1 öffnet das Ventil 28, wodurch die erste Düse 6a mit Öl versorgt wird.
Der aus der ersten Düse 6a ausgespritzte Ölstrahl 7a tritt durch eine Düse 9 in den Kühlkanal 3 ein. Die Düse 9 ist aus Blech in eine entsprechende Bohrung gepresst, so dass die Herstellung einfach und kostengünstig ist. Durch das Auftreffen an den Wänden des Kühlkanals 3 bildet sich ein Sprühnebel, der sich in dem Kühlkanal 3 ausbreitet. Durch die hin und her gehende Bewegung des Kolbens 1 entsteht dabei ein grosses Mass an Turbulenz. Auf diese Weise wird der Kolben 1 im Bereich des Kühlkanals 3 intensiv gekühlt. Der Ölnebel kann den Kühlkanal 3 durch die Austrittsöffnung 10 verlassen.
Der aus der zweiten Düse 6b ausgespritzte Ölstrahl 7b trifft auf eine Umlenkfläche 29, die als Ölverteilnut ausgebildet ist. Durch die Umlenkfläche 29 wird Öl in den Bereich des Kolbenbodens 2a umgelenkt. In diesem Bereich sind weiters im kleinen Pleuelauge zwei Bohrungen 14 und 15 vorgesehen, die schräg nach oben hin gerichtet sind. An der Aussenseite der Bohrungen 14 und 15 sind Fangkegel angeordnet, um möglichst viel Öl aufzufangen.
Durch die Massenkräfte des Kolbens 1 erweitert sich der Lagerspalt des kleinen Pleuellagers 5a im Bereich der Bohrungen 14 und 15 in der Nähe des unteren Totpunkts, wodurch Öl durch die Bohrungen 14 und 15 angesaugt wird. Über eine Ölverteilnut 21 wird dieses Öl im kleinen Pleuellager 5a verteilt.
In den Fig. 5 und 6 ist die Ölversorgungseinrichtung 26 detailliert dargestellt. An einer Hauptleitung 27 ist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Düsenhalterung vorgesehen. Darin ist eine zweite Bohrung 25b gebildet, die die zweite Düse 6b direkt mit der Hauptleitung 27 verbindet. Weiters geht von der Hauptleitung 27 eine weitere Bohrung 30 aus, die über ein Ventil 28 und eine erste Bohrung 25a mit der ersten Düse 6a verbunden ist.
Das Ventil 28 besteht aus einem Kolben 31, der von einer Feder 32 gegen die Bohrung 30 gedrückt wird, um diese zu verschliessen. Ab einem vorbestimmten Öldruck in der Hauptleitung 27 bewegt sich der Kolben 31 nach unten, und steuert eine Steuerbohrung auf, die mit der ersten Düse 6a verbunden ist. Somit wird die erste Düse 6a erst ab einem vorbestimmten Öldruck mit Öl versorgt.
Durch die Ausbildung entsprechend der vorliegenden Erfindung wird in allen Be- tnebszuständen des Motors eine gleichmässige und ausreichende Kühlung und Schmierung er- reicht. Wenn jedoch in Zuständen höchster Last eine noch stärkere Kühlung des
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Kolbenbodens erforderlich ist, so kann dies durch Anbringen eines entsprechenden Rückhalteblechs im unteren Bereich des Kolbens erzielt werden.