AT523279B1

AT523279B1 - Brennkraftmaschine mit Kolbenkühleinrichtung

Info

Publication number: AT523279B1
Application number: ATA50504/2020A
Authority: AT
Inventors: Machold Dipl Ing Daniel; Pöschl Dr Robert; Ennemoser Dipl Ing Andreas; Häusl Günter
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2021-07-15
Also published as: AT523279A4; DE102021114978A1; DE102021114978B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (100) mit zumindest einem Zylinder (2), einem Kolben (3) und einer Kolbenkühleinrichtung (4) mit einem in den Zylinder (2) hineinragenden Ölführungselement (7) und einem Düsenelement (9) mit zumindest einer Düseneintrittsöffnung (91, 91‘) und einer strömungsverbundenen Düsenaustrittsöffnung (92). Im Ölführungselement (7) ist zur Zuführung eines Kühlmediums eine Sacklochausnehmung (8) mit einer durch eine Mittelachse (8a) der Sacklochausnehmung (8) verlaufenden Mittelebene (10) ausgeführt, mit einer ersten Ausnehmungshälfte (81) auf einer dem Kolben (3) zugewandten Seite der Mittelebene (10) und einer zweiten Ausnehmungshälfte (82) auf der abgewandten Seite. Erfindungsgemäß ragt das Düsenelement (9) zumindest so weit in die Sacklochausnehmung (8) hinein, dass sich die zumindest eine Düseneintrittsöffnung (91, 91‘) in der zweiten Ausnehmungshälfte (82) befindet und das Düsenelement (9) einen Düsenabstand (A1) von einem zylinderseitigen Ende (11) der Sacklochausnehmung (8) entfernt angeordnet ist, wobei der Düsenabstand (A1) zumindest gleich groß ist wie ein maximaler Innendurchmesser (D1) der Sacklochausnehmung (8).

Description

Beschreibung

BRENNKRAFTMASCHINE MIT KOLBENKÜHLEINRICHTUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, in dem zumindest ein Kolben hin- und herbewegbar angeordnet ist, wobei zur Kühlung des zumindest einen Kolbens zumindest eine Kolbenkühleinrichtung mit zumindest einem in den Zylinder hineinragendem Ölführungselement und zumindest einem Düsenelement vorgesehen ist, wobei innerhalb des Olführungselements zur Zuführung eines Kühlmediums zum Düsenelement eine Sacklochausnehmung mit einer durch eine Mittelachse der Sacklochausnehmung und normal zu einer Zylinderachse verlaufenden Mittelebene ausgeführt ist und die Sacklochausnehmung eine erste Ausnehmungshälfte auf einer dem Kolben zugewandten Seite der Mittelebene und eine zweite Ausnehmungshälfte auf einer vom Kolben abgewandten Seite der Mittelebene aufweist, und das Düsenelement zumindest eine innerhalb der Sacklochausnehmung angeordnete DüseneintrittsÖffnung und zumindest eine mit der Düseneintrittsöffnung strömungsverbundene, auf eine einem Kurbelraum zugewandte Kolbenunterseite gerichtete Düsenaustrittsöffnung aufweist.

[0002] Kolbenkühleinrichtungen mit Düsenelementen werden zur Kühlung und Schmierung von Kolben in Brennkraftmaschinen eingesetzt. Dabei wird üblicherweise Motoröl als Kühlmedium verwendet und es ist eine Olspritzdüse vorgesehen, die ortsfest im Kurbelgehäuse angeordnet ist und von unten (bzw. aus Richtung der Kurbelwelle in Richtung des Zylinderkopfes) in den Bereich des Kolbenbodens Ol einbringt. Das Ol kühlt die Kolbenkrone und den Kolben und läuft dann im Inneren des Kolbens in Richtung der Pleuelstange in einen Kurbelraum zurück an einem Kolbenbolzenlager vorbei, das dadurch geschmiert und ebenfalls gekühlt wird. Dabei ist es unabdingbar, dass das Kühlmedium möglichst vollständig von dem Düsenelement zu dem bzw. in den Kolben gelangt, damit maximale Kühl- und Schmierwirkung erzielt wird.

[0003] Eine derartige Kolbenspritzdüse kann der JPS 60173620 U entnommen werden. In der DE 2343655 A1 ist eine Freistrahl-Düse zum Erzwingen einer drallfreien Strömung beschrieben. GB 1037228 A offenbart eine Kolbenspritzdüse, die durch die Bewegung des Kolbens betätigbar ist.

[0004] Die DE 28 53 280 A1 beschreibt dazu eine Vollstrahldüse zur Kühlung eines Kolbens in einer Brennkraftmaschine. Diese Vollstrahldüse weist ein Gehäuse mit einer Sacklochausnehmung auf, an deren Ende ein Düsenmundstück in das Gehäuse quer zur Sacklochausnehmung in diese hineinragend eingesteckt ist. Das Düsenmundstück ist auf eine Kolbenbohrung im Kolben gerichtet, über die das als Kühlflüssigkeit verwendete Ol in den Kolben gelangt. Nachteilig an dieser Variante ist, dass durch eine derartige Anordnung Druckschwankungen und Verwirbelungen beim Eintritt eines Kühlmediums aus der Sacklochausnehmung in das Düsenmundstück entstehen. Die Störungen der Strömung durch dieses Düsenmundstück wirken sich in weiterer Folge stromabwärts des Düsenmundstücks negativ auf die Strömung und die Zielgenauigkeit des aus der Düse austretenden Kühlmediumstrahls aus. Zusätzlich wird bei Erhöhung des Drucks des Kühlmittels oder bei Erhöhung der Temperatur die Viskosität des Kühlmittels derart negativ beeinflusst, dass der Anteil des Kühlmittels, der seinen Zielort erreicht durch Verbreiterung des Strahls von einem Vollstrahl in Richtung eines Sprühstahls signifikant verringert wird.

[0005] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit einer verbesserten Kolbenkühlung bereitzustellen, bei der das Kühlmedium möglichst vollständig den Kolben erreicht.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die eingangs genannte Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Düsenelement zumindest so weit in die Sacklochausnehmung hineinragt, dass sich die zumindest eine Düseneintrittsöffnung in der zweiten Ausnehmungshälfte befindet und das Düsenelement einen Düsenabstand von einem zylinderseitigen Ende der Sacklochausnehmung entfernt angeordnet ist, wobei der Düsenabstand zumindest gleich groß bemessen ist wie ein maximaler Innendurchmesser der Sacklochausnehmung. Die Düsenachse, also die Längsachse des Düsenelements, ist normal orientiert zur Mittelachse der Sacklochaus-

nehmung bzw. zur Mittelebene.

[0007] Durch die erfindungsgemäße Ausführung kann das Kühlmedium in der Sacklochausnehmung das Düsenelement umströmen und möglichst störungsfrei in dieses eintreten, so dass sich ein fokussierter Strahl mit hohem „Targeting“ ergibt, das Kühlmedium also praktisch vollständig den Kolben an den vorgesehenen Stellen erreicht. Dabei konnten die Erfinder überraschenderweise feststellen, dass dieses vorteilhafte Verhalten mit mehr als 80 Prozent Zielgenauigkeit über ein weites Temperaturspektrum bzw. bei variierenden ÖOldruckniveaus erzielbar ist. Dadurch ist eine optimale, gezielte Kühlung möglich.

[0008] Günstigerweise entspricht dabei der Düsenabstand zwischen Düsenelement und zylinderseitigem Ende der Sacklochausnehmung zumindest dem 1,25-Fachen des maximalen Innendurchmessers der Sacklochausnehmung, vorzugsweise dem 1,36-Fachen. Auf diese Weise werden eine ausreichende Umströmung und verwirbelungsfreies Eintreten in das Düsenelement erreicht.

[0009] Der Düsenabstand erstreckt sich dabei insbesondere zwischen dem zylinderseitigen Ende der Sacklochausnehmung und der Düsenachse des Düsenelements.

[0010] In einer Variante ragt das Düsenelement so weit in die Sacklochausnehmung hinein, dass die zumindest eine innerhalb der Sacklochausnehmung angeordnete Düseneintrittsöffnung von der in Richtung einer Düsenachse der Düseneintrittsöffnung gegenüberliegenden Innenwandung der Sacklochausnehmung einen Eintrittsöffnungsabstand entfernt angeordnet ist, wobei der Eintrittsöffnungsabstand kleiner ist als die Hälfte des maximalen Innendurchmessers der Sacklochausnehmung. Dabei ist günstigerweise der Eintrittsöffnungsabstand so gewählt, dass die Querschnittsfläche des zwischen Düseneintrittsöffnung und Innenwandung der Sacklochausnehmung verbleibenden Spalts im Wesentlichen der Querschnittsfläche im Inneren des Düsenelements entspricht. Mit anderen Worten entspricht die Querschnittsfläche des zwischen Düseneintrittsöffnung und Innenwandung der Sacklochausnehmung verbleibenden Spalts im Wesentlichen dem Durchflussquerschnitt des Düsenelements. Insbesondere entspricht der Eintrittsöffnungsabstand etwa einem Siebentel des maximalen Innendurchmessers der Sacklochausnehmung und/oder zwischen 60 Prozent und 80 Prozent eines maximalen Düseninnendurchmessers des Düsenelements.

[0011] Durch das Vorsehen des Eintrittsöffnungsabstands wird eine weitere Reduktion möglicher Verwirbelungen beim Eintreten des Kühlmediums in das Düsenelement erreicht, da der Großteil des in der Sacklochausnehmung strömenden Kühlmediums in geodätischer Sicht oberhalb der Düseneintrittsöffnung vorbeiströmt und damit gleichmäßig von allen Seiten in die DüseneintrittsÖffnung geführt wird. Durch das Abgleichen des Spalts mit der Querschnittsfläche im Inneren des Düsenelements können Druckverluste im Düsenelement und damit eine nachteilige Beeinflussung der Strahlqualität nach der Düsenaustrittsöffnung verhindert werden.

[0012] In einer weiteren Variante der Erfindung entspricht eine Düsenlänge der Düse zumindest dem 1,8-fachen, vorzugsweise dem 2-fachen des maximalen Innendurchmessers der Sacklochausnehmung. Durch diese Ausführung der Düsenlänge können etwaige am eingangsseitigen Ende des Düsenelements noch vorhandene Turbulenzen und Verwirbelungen des Kühlmediums beruhigt und ein möglichst störungsfreies Austreten aus der Düsenaustrittsöffnung erreicht werden.

[0013] Vorteilhafterweise ist das Düsenelement im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und die Düseneintrittsöffnung und die Düsenaustrittsöffnung sind an gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Düsenelements angeordnet. Unter rohrförmig ist hier insbesondere eine im Wesentlichen zylindrische Ausführung zu verstehen, mit überwiegend konstantem Innendurchmesser. Das gegenüberliegende Anordnen von Düseneintritts- und -austrittsöffnung bedeutet, dass die Flächennormalen der Öffnungen im Wesentlichen parallel zur Düsenachse sind bzw. mit dieser zusammenfallen. Ein solches Düsenelement ist einfach in der Fertigung und kann ohne großen Aufwand in dem OÖlführungselement montiert werden. Beispielsweise kann es in eine zur Sacklochausnehmung reichende Öffnung eingesteckt, eingepresst, eingeklebt oder eingeschraubt

werden oder in ein Trägerelement eingepresst oder geklebt werden, das seinerseits in der Öffnung im Olführungselement montiert wird.

[0014] In einer weiteren Ausführungsform ist das Düsenelement im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet, wobei das der Düsenaustrittsöffnung gegenüberliegende Ende der rohrförmigen Düse verschlossen und die zumindest eine Düseneintrittsöffnung in der Seitenwand des Düsenelements ausgeführt ist. Mit anderen Worten ist hier die Düsenaustrittsöffnung an einem Ende des Düsenelements angeordnet und deren Flächennormale ist im Wesentlichen parallel zu der Düsenachse bzw. fällt mit dieser zusammen, während die Düseneintrittsöffnung nicht am gegenüberliegenden Ende des Düsenelements ausgeführt ist. Vielmehr ist die zumindest eine Düseneintrittsöffnung in einer Art ausgeführt, bei der die Flächennormale der Öffnung geneigt, insbesondere normal zur Düsenachse verläuft.

[0015] Günstigerweise ragt bei dieser Ausführungsform das Düsenelement so weit in die Sacklochausnehmung hinein, dass das der Düsenaustrittsöffnung gegenüberliegende Ende der rohrförmigen Düse an der Innenwandung der Sacklochausnehmung aufliegt, wobei vorzugsweise das der Düsenaustrittsöffnung gegenüberliegende Ende der rohrförmigen Düse durch die Innenwandung der Sacklochausnehmung verschlossen wird. Dadurch ist insbesondere eine einfache Montage möglich, da das Düsenelement einfach so weit in das Olführungselement hineingesteckt wird, bis es an der Innenwandung der Sacklochausnehmung ansteht.

[0016] In einer Variante weist dabei die Düse mehrere über ihren Umfang gleichmäßig verteilte Düseneintrittsöffnungen auf. Vorteilhafterweise sind sechs Düseneintrittsöffnungen vorgesehen. Diese können dabei hinsichtlich der Düsenachse auf gleicher Höhe liegen oder höhenmäßig versetzt zueinander angeordnet sein. Günstigerweise entspricht dabei die Summe der Querschnittsflächen der Düseneintrittsöffnungen im Wesentlichen der Querschnittsfläche im Inneren des Düsenelements. Dabei ist die eine bzw. sind die mehreren Düseneintrittsöffnungen in einem Bereich des Düsenelements ausgeführt, der sich in der zweiten Ausnehmungshälfte befindet.

[0017] In einer weiteren Variante der Erfindung weist das Düsenelement in seinem Verlauf zwischen der zumindest einen Düseneintrittsöffnung und der Düsenaustrittsöffnung zumindest eine Verengungsstelle mit einem Verengungsdurchmesser auf, wobei der Verengungsdurchmesser kleiner ist als der Düseninnendurchmessers, wobei vorzugsweise der Verengungsdurchmesser zwischen 60 Prozent und 80 Prozent des Düseninnendurchmessers beträgt. Günstigerweise bildet die Düsenaustrittsöffnung die Verengungsstelle, wobei vorzugsweise das Düsenelement entlang der Düsenachse in Richtung der Düseneintrittsöffnung vom Düseninnendurchmesser zum Verengungsdurchmesser konisch zusammenlaufend ausgeführt ist. Durch diese Variante lässt sich eine Strömungsbeeinflussung, insbesondere -beschleunigung, im Bereich der Düsenaustrittsöffnung erreichen, die je nach Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung von Vorteil sein kann.

[0018] In noch einer weiteren Variante ist zur zusätzlichen Beeinflussung der Strömungsverhältnisse des Kühlmediums innerhalb des Düsenelements zwischen der zumindest einen Düseneintrittsöffnung und der Düsenaustrittsöffnung zumindest ein Strömungsgleichrichterelement angeordnet. Vorteilhafterweise ist dabei das Strömungsgleichrichterelement konzentrisch zur Düsenaustrittsöffnung innerhalb des Düsenelements angeordnet - mit anderen Worten fällt eine Mittelbzw. Symmetrieachse des Strömungsgleichrichterelements mit dem Mittelpunkt der Düsenaustrittsöffnung und/oder der Düsenachse zusammen.

[0019] In weiterer Folge wird die Erfindung anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen:

[0020] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;

[0021] Fig. 2 eine Schnittansicht eines Zylinders der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Kolben und einer Kolbenkühleinrichtung;

[0022] Fig. 3a eine Schnittansicht einer ersten Ausführung einer Kolbenkühleinrichtung; [0023] Fig. 3b eine Schnittansicht der ersten Ausführung entlang einer Linie Q-Q in Fig. 3a;

[0024] Fig. 4a eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung der Kolbenkühleinrichtung; [0025] Fig. 49 ein Detail aus der zweiten Ausführung in Fig. 4a in perspektivischer Ansicht;

[0026] Fig. 5 ein Düsenelement in einer Variante mit Strömungsgleichrichter in einer Draufsicht; und

[0027] Fig. 6 eine Variante eines Düsenelements mit Verengungsstelle.

[0028] In den nachfolgenden Ausführungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit gleiche Elemente in verschiedenen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.

[0029] Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 100 mit einem Zylinderblock 101 und einem darauf aufgesetzten Zylinderkopf 102. Im Zylinderblock 101 sind vier Zylinder 2 ausgebildet, in denen je ein Kolben 3 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Zur Kühlung der Kolben 3 ist je Zylinder 2 eine Kolbenkühleinrichtung 4 vorgesehen. Die Versorgung der Kolbenkühleinrichtungen 4 mit Kühlmedium - hier beispielsweise Motoröl aus dem Olsystem der Brennkraftmaschine 100 - ist nicht dargestellt. Während Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit vier Zylindern 2 zeigt ist die Erfindung auch auf Brennkraftmaschinen 100 mit mehr oder weniger Zylindern 2 anwendbar. Auch muss nicht jeder Zylinder 2 mit einer Kolbenkühleinrichtung 4 versehen sein.

[0030] Fig. 2 zeigt einen Schnitt eines Zylinders 2 im Zylinderblock 101 in etwas genauerer Ansicht. Der Zylinderblock 101 ist ohne Zylinderkopf 102 dargestellt. Der Kolben 3 ist entlang einer Zylinderachse 2a hin- und herbewegbar, wobei eine Kolbenunterseite 6 dem Kurbelraum 5 zugewandt ist. Die Kolbenkühleinrichtung 4 weist ein in den Zylinder 2 hineinragendes Olführungselement 7 und ein Düsenelement 9 auf, wobei das Kühlmedium durch das Olführungselement 7 zu dem Düsenelement 9 transportiert wird, was durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Das Düsenelement 9 ist im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse 2a orientiert, ein aus dem Düsenelement 9 austretender Kühlmediumstrahl So, ist auf die Kolbenunterseite 6 gerichtet. Im Kolben 3 vorgesehen Kühlstrukturen bzw. Ölgalerien sind aus Gründen der UÜbersichtlichkeit nicht dargestellt.

[0031] Fig. 3a zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführung der Kolbenkühleinrichtung 4, wobei in Fig. 3b ein weiterer Schnitt entlang der Linie Q-Q in Fig. 3a dargestellt ist. In dem Olführungselement 7 ist eine Sacklochausnehmung 8 ausgeführt, die an einem zylinderseitigen Ende 11 verschlossen ist. Die Sacklochausnehmung 8 kann beispielsweise als Bohrung ausgeführt werden. Die dem zylinderseitigen Ende 11 gegenüberliegende Öffnung der Sacklochausnehmung 8 ist mit dem Olsystem der Brennkraftmaschine 100 verbunden und nicht weiter dargestellt. Nahe dem zylinderseitigen Ende 11 befindet sich das Düsenelement 9, das über ein Trägerelement 95 im Olführungselement 7 montiert ist. Das Düsenelement 9 kann dabei im Trägerelement 95 eingepresst, eingeklebt oder verschraubt sind und das Trägerelement 95 kann auch gleiche Weise im Ölführungselement 7 montiert sein. Natürlich kann das Düsenelement 9 auch direkt in dem Olführungselement 7 montiert sein.

[0032] Eine der Längsachse entsprechende Düsenachse 9a des Düsenelements 9, die paralle! zur Zylinderachse 2a verläuft, ist im Wesentlichen normal zu einer Mittelachse 8a der Sacklochausnehmung 8 orientiert. Der Abstand zwischen dem Düsenelement 9 und dem zylinderseitigen Ende 11 der Sacklochausnehmung 8 wird als Düsenabstand A1 bezeichnet und ist zumindest gleich groß bemessen wie der maximale Innendurchmesser D1 der Sacklochausnehmung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Düsenabstand A1 größer als das 1,25-fache des Innendurchmessers D1 bemessen und beträgt das 1,36-fache des Innendurchmessers D1.

[0033] Die Sacklochausnehmung 8 wird durch eine durch die Mittelachse 8a und normal zur Zylinderachse 2a verlaufende Mittelebene 10 in eine erste 81 und eine zweite Ausnehmungshälfte 82 unterteilt. Die erste Ausnehmungshälfte 81 befindet sich dabei auf einer dem Kolben 3 zugewandten Seite der Mittelebene 10 während sich die zweite Ausnehmungshälfte 82 auf einer vom Kolben 3 abgewandten Seite der Mittelebene 10 befindet.

[0034] Gemäß dem in Fig. 3b dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Düsenelement 9 rohrför-

mig ausgebildet, wobei an gegenüberliegenden Enden eine Düseneintritts- 91 und eine Düsenaustrittsöffnung 92 angeordnet sind. Der Querschnitt des Düseninneren ist dabei entlang der Düsenachse 9a konstant ausgeführt. An der Düseneintrittsöffnung 91 strömt das Kühlmedium aus der Sacklochausnehmung 8 in das Düsenelement 9, an der Düsenaustrittsöffnung 92 tritt das Kühlmedium in Richtung Kolben 3 aus dem Düsenelement 9 aus. Zwischen Düseneintritts- 91 und Düsenaustrittsöffnung 92 ist eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 93 ausgeführt. Die Düsenlänge L2 des Düsenelements 9 entspricht zumindest dem 1,8-fachen, vorzugsweise dem 2-fachen des maximalen Innendurchmessers D1 der Sacklochausnehmung 8. Der maximale Düseninnendurchmessers D2 des Düsenelements 9 beträgt zumindest ein Viertel des Innendurchmessers D1 der Sacklochausnehmung 8.

[0035] Das Düsenelement 9 ragt so weit in die Sacklochausnehmung 8 hinein, dass sich die Düseneintrittsöffnung 91 in der zweiten Ausnehmungshälfte 82 befindet. Wie in den Fig. 3a und 3b erkennbar ist verbleibt zwischen der innerhalb der Sacklochausnehmung 8 angeordneten Düseneintrittsöffnung 91 und der in Richtung der Düsenachse 9a der Düseneintrittsöffnung 91 gegenüberliegenden Innenwandung der Sacklochausnehmung 8 ein Abstand, der Eintrittsöffnungsabstand A2. Dieser Eintrittsöffnungsabstand A?2 ist kleiner als die Hälfte des Innendurchmessers D1 des Sacklochausnehmung 8 und entspricht insbesondere einem Siebentel des maximalen Innendurchmessers D1 der Sacklochausnehmung 8 und/oder zwischen 60 Prozent und 80 Prozent eines maximalen Düseninnendurchmessers D2 des Düsenelements 9.

[0036] Um einen Druckverlust innerhalb des Ölführungselements 4 bzw. des Düsenelements 9 möglichst gering zu halten ist es von Vorteil, wenn zusätzlich oder stattdessen die Querschnittsfläche des zwischen Düseneintrittsöffnung 91 und Innenwandung der Sacklochausnehmung 8 verbleibenden Spalts im Wesentlichen der Querschnittsfläche im Inneren des Düsenelements 9 entspricht. Der Spalt, der also rund um die Düsenachse 9a zwischen der Düsenwand 93 und der Innenwandung der Sacklochausnehmung 8 verbleibt, bzw. dessen Fläche, durch die Kühlmedium in das Düsenelement 9 eintritt, entspricht also dem Strömungsquerschnitt des Düsenelements 9.

[0037] Fig. 4a zeigt eine Variante, bei der das Düsenelement 9 zwar ebenfalls rohrförmig ausgebildet ist, das der Düsenaustrittsöffnung 92 gegenüberliegende Ende des rohrförmigen Düsenelements 9 aber verschlossen ist und sich die zumindest eine Düseneintrittsöffnung 91 in der Seitenwand 93 des Düsenelements 9 im Bereich der der zweiten Ausnehmungshälfte 82 befindet. Fig. 4b zeigt ein derartiges Düsenelement 9, bei dem mehrere über ihren Umfang gleichmäßig verteilte Düseneintrittsöffnungen 91, 91° vorgesehen sind. Während nur zwei Düseneintrittsöffnungen 91, 91‘ in der Figur sichtbar sind können auch mehr, beispielsweise sechs derartige Offnungen, vorgesehen sein. Die Düseneintrittsöffnungen 91, 91‘ sind hier auf einer Umfangslinie angeordnet, die in einer normal zur Düsenachse 9a verlaufenden Ebene liegt. Die DüseneintrittsÖffnungen 91, 91° können auch entlang der Düsenachse 9a gegeneinander versetzt angeordnet sein.

[0038] Die Summe der mit Öffnungsdurchmesser D4 ausgeführten Eintrittsöffnungsflächen entspricht dabei wieder im Wesentlichen dem Strömungsquerschnitt des Düsenelements 9, um bestmöglichen Mediumtransport durch das Düsenelement 9 zu ermöglichen. Mit anderen Worten entspricht die Summe der Querschnittsflächen der Düseneintrittsöffnungen 91, 91‘ im Wesentlichen der Querschnittsfläche im Inneren des Düsenelements 9. Fig. 4b zeigt zwar Düseneintrittsöffnungen 91, 91‘ mit im Wesentlichen identischen Öffnungsgrößen, die Querschnittsflächen können aber auch unterschiedlich gewählt werden.

[0039] Das der Düsenaustrittsöffnung 92 gegenüberliegende Ende des rohrförmigen Düsenelements 9 kann durch ein entsprechendes Deckelelement (nicht dargestellt) verschlossen sein. In der in Fig. 4a dargestellten Variante ragt das Düsenelement 9 so weit in die Sacklochausnehmung 8 hinein, dass es an der Innenwandung der Sacklochausnehmung 8 aufliegt, so dass das der Düsenaustrittsöffnung 92 gegenüberliegende Ende des rohrförmigen Düsenelements 9 durch die Innenwandung der Sacklochausnehmung 8 verschlossen wird. Es muss also kein zusätzlicher Verschluss mehr vorgesehen werden.

[0040] Varianten zur Beeinflussung des Strömungsverlaufs sind in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt.

[0041] Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf ein Düsenelement 9, in dem ein Strömungsgleichrichterelement 14 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Strömungsgleichrichterelement 14 um ein Doppelrohr mit einem Querschnitt in Form einer liegenden Acht, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser D2 entspricht. Das Strömungsgleichrichterelement 14 ist dabei so angeordnet, dass es konzentrisch zum Düsenelement 8 positioniert ist, sein Mittelpunkt bzw. seine Mittelachse also mit der Düsenachse 9a (in Fig. 5 nicht eingezeichnet) zusammenfällt. Die Längserstreckung des Strömungsgleichrichterelements 14 kann im Prinzip beliebig gewählt werden, beträgt aber vorzugsweise zumindest 10 Prozent bis 20 Prozent der Düsenlänge L2.

[0042] In einer Variante, von der Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel zeigt, weist das Düsenelement 9 in seinem Verlauf zwischen der Düseneintritts- 91 und Düsenaustrittsöffnung 92 zumindest eine Verengungsstelle 94 auf, an der der Querschnitt kleiner ist als im Rest des Düsenelements 9. Die Verengungsstelle 94 weist einen Verengungsdurchmesser D5 auf, der zwischen 60 Prozent und 80 Prozent des Düseninnendurchmessers D2 beträgt. In Fig. 6 bildet nun die Düsenaustrittsöffnung 92 die Verengungsstelle 94, wobei das Düsenelement 9 entlang der Düsenachse 9a in Richtung der Düseneintrittsöffnung 92 vom Düseninnendurchmesser D2 zum Verengungsdurchmesser D5 konisch zusammenlaufend ausgeführt ist.

[0043] Allen erläuterten Ausführungsbeispiel ist gemeint, dass eine bestmögliche Versorgung eines Kolbens 3 einer Brennkraftmaschine 100 mit einem Kühlmedium dadurch erreicht wird, dass ein normal zu einer Mittelachse 8a einer Sacklochausnehmung 8 eines Ölführungselements 4 orientiertes Düsenelement 9 einen Düsenabstand A1 von einem zylinderseitigen Ende 11 der Sacklochausnehmung 8 entfernt ist, der zumindest gleich groß bemessen ist wie der maximale Innendurchmesser D1 der Sacklochausnehmung 8. Ergebnis ist ein kompakter, fokussierter Kühlmediumstrahl, der zu 80 Prozent oder mehr den Zielbereich im Kolben 3 erreicht.

Claims

Patentansprüche

1. Brennkraftmaschine (100) mit zumindest einem Zylinder (2), in dem zumindest ein Kolben (3) hin- und herbewegbar angeordnet ist, wobei zur Kühlung des zumindest einen Kolbens (3) zumindest eine Kolbenkühleinrichtung (4) mit zumindest einem in den Zylinder (2) hineinragendem Ölführungselement (7) und zumindest einem Düsenelement (9) vorgesehen ist, wobei » innerhalb des Ölführungselements (7) zur Zuführung eines Kühlmediums zum Düsenele-

ment (9) eine Sacklochausnehmung (8) mit einer durch eine Mittelachse (8a) der Sacklochausnehmung (8) und normal zu einer Zylinderachse (2a) verlaufenden Mittelebene (10) ausgeführt ist und die Sacklochausnehmung (8) eine erste Ausnehmungshälfte (81) auf einer dem Kolben (3) zugewandten Seite der Mittelebene (10) und eine zweite Ausnehmungshälfte (82) auf einer vom Kolben (3) abgewandten Seite der Mittelebene (10) aufweist, und * das Düsenelement (9) zumindest eine innerhalb der Sacklochausnehmung (8) angeordnete Düseneintrittsöffnung (91, 91°) und zumindest eine mit der Düseneintrittsöffnung (91, 91‘) strömungsverbundene, auf eine einem Kurbelraum (5) zugewandte Kolbenunterseite (6) gerichtete Düsenaustrittsöffnung (92) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (9) zumindest so weit in die Sacklochausnehmung (8) hineinragt, dass sich die zumindest eine Düseneintrittsöffnung (91, 91°) in der zweiten Ausnehmungshälfte (82) befindet und das Düsenelement (9) einen Düsenabstand (A1) von einem zylinderseitigen Ende (11) der Sacklochausnehmung (8) entfernt angeordnet ist, wobei der Düsenabstand (A1) zumindest gleich groß bemessen ist wie ein maximaler Innendurchmesser (D1) der Sacklochausnehmung (8).

2. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenabstand (A1) zwischen Düsenelement (9) und zylinderseitigem Ende (11) der Sacklochausnehmung (8) zumindest dem 1,25-fachen des maximalen Innendurchmessers (D1) der Sacklochausnehmung (8) entspricht, vorzugsweise dem 1,36-fachen.

3. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (9) so weit in die Sacklochausnehmung (8) hineinragt, dass die zumindest eine innerhalb der Sacklochausnehmung (8) angeordnete Düseneintrittsöffnung (91) von der in Richtung einer Düsenachse (9a) der Düseneintrittsöffnung (91) gegenüberliegenden Innenwandung der Sacklochausnehmung (8) einen Eintrittsöffnungsabstand (A2) entfernt angeordnet ist, wobei der Eintrittsöffnungsabstand (A2) kleiner ist als die Hälfte des maximalen Innendurchmessers (D1) der Sacklochausnehmung (8).

4. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der EintrittsÖffnungsabstand (A2) so gewählt ist, dass die Querschnittsfläche des zwischen Düseneintrittsöffnung (91) und Innenwandung der Sacklochausnehmung (8) verbleibenden Spalts im Wesentlichen der Querschnittsfläche im Inneren des Düsenelements (9) entspricht.

5. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsöffnungsabstand (A2) etwa einem Siebentel des maximalen Innendurchmessers (D1) der Sacklochausnehmung (8) und/oder zwischen 60 Prozent und 80 Prozent eines maximalen Düseninnendurchmessers (D2) des Düsenelements (9) entspricht.

6. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsenlänge (L2) des Düsenelements (9) zumindest dem 1,8-fachen, vorzugsweise dem 2-fachen des maximalen Innendurchmessers (D1) der Sacklochausnehmung (8) entspricht.

7. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (9) im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und die Düseneintrittsöffnung (91) und die Düsenaustrittsöffnung (92) an gegenüberliegenden Enden der rohrförmigen Düse (9) angeordnet sind.

8. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (9) im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, wobei das der Düsenaustrittsöffnung (92) gegenüberliegende Ende der rohrförmigen Düse (9) verschlossen ist und die zumindest eine Düseneintrittsöffnung (91) in der Seitenwand (93) des Düsenelements (9) ausgeführt ist.

9. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (9) so weit in die Sacklochausnehmung (8) hineinragt, dass das der DüsenaustrittsÖffnung (92) gegenüberliegende Ende der rohrförmigen Düse (9) an der Innenwandung der Sacklochausnehmung (8) aufliegt, wobei vorzugsweise das der Düsenaustrittsöffnung (92) gegenüberliegende Ende der rohrförmigen Düse (9) durch die Innenwandung der Sacklochausnehmung (8) verschlossen wird.

10. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (9) mehrere über ihren Umfang gleichmäßig verteilte Düseneintrittsöffnungen (91, 91‘) aufweist.

11. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Querschnittsflächen der Düseneintrittsöffnungen (91, 91°) im Wesentlichen der Querschnittsfläche im Inneren des Düsenelements (9) entspricht.

12. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (9) in ihrem Verlauf zwischen der zumindest einen DüseneintrittsÖffnung (91, 91°) und der Düsenaustrittsöffnung (92) zumindest eine Verengungsstelle (94) mit einem Verengungsdurchmesser (D5) aufweist, wobei der Verengungsdurchmesser (D5) kleiner ist als der Düseninnendurchmessers (D2), wobei vorzugsweise der Verengungsdurchmesser (D5) zwischen 60 Prozent und 80 Prozent des Düseninnendurchmessers (D2) beträgt.

13. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenaustrittsöffnung (92) die Verengungsstelle (94) bildet, wobei vorzugsweise das Düsenelement (9) entlang der Düsenachse (9a) in Richtung der Düseneintrittsöffnung (92) vom Düseninnendurchmesser (D2) zum Verengungsdurchmesser (D5) konisch zusammenlaufend ausgeführt ist.

14. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Düsenelements (9) zwischen der zumindest einen Düseneintrittsöffnung (91, 91°) und der Düsenaustrittsöffnung (92) zumindest ein Strömungsgleichrichterelement (14) angeordnet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen