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Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Hubkolbenmaschine für einen Kraftwagen ist beispielsweise der
DE 10 2009 006 963 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Hubkolbenmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, wobei der Kraftwagen, welcher beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist, mittels der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Dabei umfasst die Hubkolbenmaschine wenigstens einen Zylinder, welcher eine erste Laufbahn aufweist. Die erste Laufbahn wird auch als Zylinderlaufbahn bezeichnet. Die Hubkolbenmaschine umfasst ferner wenigstens einen Kolben, welcher eine zweite Laufbahn aufweist. Die zweite Laufbahn wird auch als Kolbenlaufbahn bezeichnet. Der Kolben ist dabei translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordnet und stützt sich beispielsweise bei seinen translatorischen Bewegungen über seine zweite Laufbahn an der ersten Laufbahn ab. Dies bedeutet, dass der Kolben über die zweite Laufbahn an der ersten Laufbahn abgleitet, wenn sich der Kolben translatorisch in dem Zylinder auf- und ab- beziehungsweise hin- und herbewegt. Darüber hinaus ist wenigstens eine Spritzeinrichtung zum Ausspritzen von Schmieröl vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolbenmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolbenmaschine realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. Um eine Hubkolbenmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolbenmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spritzeinrichtung dazu ausgebildet ist, gegen wenigstens eine der Laufbahnen Schmieröl zum Dämpfen eines Anpralls der zweiten Laufbahn gegen die erste Laufbahn gezielt zu spritzen. Mit anderen Worten ist die Spritzeinrichtung dazu ausgebildet, gegen wenigstens eine der Laufbahnen Schmieröl gezielt zu spritzen, um dadurch ein Anprallen der zweiten Laufbahn gegen die erste Laufbahn zu dämpfen. Die Spritzeinrichtung ist somit beispielsweise ein Ölspritzdüse zur Beölung der wenigstens einen Laufbahn. Durch diese Beölung der als Kolbenlaufbahn oder Zylinderlaufbahn ausgebildeten, wenigstens einen Laufbahn ist eine Optimierung eines Kolbengeräusches realisierbar, da durch die Beölung der wenigstens einen Laufbahn ein Anprallen des Kolbens gegen die erste Laufbahn gedämpft werden kann.
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Unter dem Kolbengeräusch ist ein Geräusch zu verstehen, welches bei herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen entstehen kann, wenn der Kolben, insbesondere dessen zweite Laufbahn, gegen die erste Laufbahn prallt. Durch die Beölung der wenigstens einen Laufbahn kann dieses Kolbengeräusch nun vermieden oder zumindest gering gehalten werden, sodass die Entstehung von unerwünschten Geräuschen während des Betriebs der Hubkolbenmaschine vermieden oder zumindest gering gehalten werden kann. Daraus resultiert ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolbenmaschine, welche beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und/oder zum Antreiben des beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens ausgebildet ist. Die jeweilige Laufbahn wird auch als Lauffläche bezeichnet, wobei die erste Laufbahn auch als Zylinderlaufbahn oder Zylinderlauffläche bezeichnet wird. Die zweite Laufbahn wird beispielsweise als Kolbenlaufbahn oder Kolbenlauffläche bezeichnet.
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Die Spritzeinrichtung ist somit eine Laufbahnspritze zur Beölung der wenigstens einen Laufbahn. Durch eine geschickte Anordnung der Spritzeinrichtung kann Schmieröl, welches auch als Öl bezeichnet wird, gezielt auf die wenigstens eine Laufbahn gespritzt werden. Dadurch wird beispielsweise eine Kolbenanlagefläche, über welche sich der Kolben am Zylinder abstützt, mit Schmieröl versorgt, sodass diese Kolbenanlagefläche zum Zeitpunkt des Anpralls des Kolbens gegen den Zylinder beziehungsweise gegen die erste Laufbahn mit Schmieröl benetzt ist. Dadurch kann der Kraftstoß im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungshubkolbenmaschinen reduziert werden. Das zwischen den Laufbahnen beziehungsweise Laufflächen befindliche Schmieröl hat eine dämpfende Wirkung auf den Kolbenanprall, sodass die Entstehung eines übermäßigen Anschlag-Geräusches des Kolbens vermieden oder zumindest gering gehalten werden kann.
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Dadurch kann ein optimiertes Kolbengeräusch realisiert werden. Ein im Vergleich zu herkömmlichen Hubkolbenmaschinen geringeres Kolbengeräusch beziehungsweise Kolbenanschlaggeräusch ermöglicht den Einsatz von gegenüber herkömmlichen Hubkolbenmaschine geringeren Dämmungsmaßnahmen an der Hubkolbenmaschine und im Kraftwagen insgesamt, um ein akzeptables Motor-Klangbild im Fahrzeuginnen- und -außengeräusch zu erzeugen, sodass die Teilanzahl, das Gewicht und die Kosten des Kraftwagens insgesamt gering gehalten werden können. Dabei können Änderungen an Triebwerksteilen wie Pleuel und Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine vermieden werden.
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Der Erfindung liegen insbesondere folgende Erkenntnisse zugrunde: Durch eine druckseitige Kolbenbolzen-Desachsierung kann ein besonders weicher Anprall des Kolbens mit seiner offenen und insbesondere weicheren Kolben-Unterkante auf der Druckseite des Kolbens und somit der Zylinderlauffläche bewirkt werden. Unter der Kolbenbolzen-Desachsierung ist zu verstehen, dass die Kolbenbolzen-Achse zur Druckseite des Kolbens hin verschoben ist, wobei die Kolbenbolzen-Desachsierung auch als Geräusch-Desachsierung bezeichnet wird. Dadurch kann der Kraftstoß, der beim Anprallen des Kolbens gegen die erste Laufbahn entsteht, besonders gering gehalten werden. Diese Maßnahme der Kolbenbolzen-Desachsierung ist aber vor allem bei Dieselmotoren nicht immer ausreichend, um ein akzeptables Motor-Klangbild zu realisieren.
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Eine seitliche Spritzölbohrung am druckölversorgten Pleuel ermöglicht eine intermittierende Beölung der Lauffläche. Für den Einsatz an einem bestehenden Motor ist hierzu jedoch eine besonders aufwendige Überarbeitung und Dauerhaltbarkeitsabsicherung von Pleuel und gegebenenfalls Kurbelwelle notwendig.
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Im Nutzfahrzeugbereich ist eine Ölversorgungsbohrung in der Zylinderlaufbahn im Kurbelgehäuse umgesetzt. Für den Einsatz an einem bestehenden Motor ist hierzu jedoch eine besonders aufwendige Überarbeitung und Dauerhaltbarkeitsabsicherung des Kurbelgehäuses erforderlich. Die Ölversorgungsbohrung muss dabei unterhalb der tiefsten Position des untersten Kolbenrings liegen. Üblicherweise besitzen aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen beziehungsweise Motoren eine Kolbenkühlung. Der jeweilige Kolben wird mit Schmieröl, welches auch als Motoröl bezeichnet wird, bespritzt. Hierzu ist beispielsweise eine zusätzlich zur Spritzeinrichtung vorgesehen, weitere Spritzeinrichtung vorgesehen, mittels welcher Schmieröl in wenigstens einen von der zweiten Laufbahn unterschiedlichen Bereich des Kolbens zu spritzen ist. Durch dieses Anspritzen des Kolbens mit Hilfe der weiteren Spritzeinrichtung kann die zuvor beschriebene Kolbenkühlung realisiert werden. Dabei nimmt das mittels der weiteren Spritzeinrichtung ausgespritzte Schmieröl Wärme auf, fließt ab und der Kolben wird dadurch gekühlt. Ölnebel im Kurbelraum benetzt dabei jedoch eher zufällig und unkontrolliert die jeweilige Laufbahn und sorgt für einen akustischen Effekt zur Dämpfung des Kolbenanpralls. Die aus akustischen Gründen aktivierte, weitere Spritzeinrichtung, welche auch als Kolbenkühlspritze bezeichnet wird, hat einen hohen Öldurchsatz, welcher zu CO2- und Abgasnachteilen führen kann, wenn die Kolbenkühlung bei niedriger Leistung und Drehzahl nicht benötigt, jedoch trotzdem betrieben wird.
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Mittels der ersten Spritzeinrichtung wird nun gezielt gegen die wenigstens eine Laufbahn Schmieröl gespritzt, um dadurch den Kolben und den Zylinder beziehungsweise die erste Laufbahn zu benetzen und in der Folge die Entstehung von übermäßigen Geräuschen zu vermeiden. Im Gegensatz zur Kolbenkühlspritze ist die erste Spritzeinrichtung, welche auch als Laufbahnspritze bezeichnet wird, beispielsweise ständig druckölversorgt, sodass vorgesehen sein kann, dass die weitere Spritzeinrichtung (Kolbenkühlspritze) in wenigstens einem Betriebszustand der Hubkolbenmaschine deaktiviert ist, während die erste Spritzeinrichtung (Laufbahnspritze) aktiviert ist. Unter dem deaktivierten Zustand ist zu verstehen, dass ein mittels der jeweiligen Spritzeinrichtung bewirktes Ausspritzen von Öl unterbleibt. Im aktivierten Zustand wird Schmieröl mittels der jeweiligen Spritzeinrichtung ausgespritzt. Ist somit die Laufbahnspritze aktiviert, während die Kolbenkühlspritze deaktiviert ist, so wird mittels der Laufbahnspritze Schmieröl gegen die wenigstens eine Laufbahn gespritzt, während ein durch die Kolbenkühlspritze bewirktes Ausspritzen von Schmieröl unterbleibt.
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Die Ölmenge zur Beölung der wenigstens einen Laufbahn ist deutlich geringer als der Durchfluss durch die Kolbenkühlspritze, welche auch als Kolbenkühlspritzdüse bezeichnet und beispielsweise in einem unteren Last- und Drehzahlbereich deaktiviert wird, um CO2-Emissionen gering zu halten. Dabei ist die Laufbahnspritze aktiviert, während die Kolbenkühlspritze deaktiviert ist. Somit ist es möglich, in Betriebsbereichen, in denen keine Kolbenkühlung notwendig ist, die Kolbenkühlung beziehungsweise die Kolbenkühlspritze zu deaktivieren und gleichzeitig ein optimiertes Kolbengeräusch aufrecht zu erhalten, in dem die Laufbahnspritze aktiviert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Schnittansicht einer Hubkolbenmaschine für einen Kraftwagen, mit einer Spritzeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, gegen wenigstens eine Laufbahn Schmieröl zu spritzen, um dadurch einen Anprall eines Kolbens gegen eine Zylinderwand zu dämpfen.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Hubkolbenmaschine für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Die Hubkolbenmaschine ist dabei als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst ein in der Figur ausschnittsweise erkennbares Zylindergehäuse 10, durch welches wenigstens ein Brennraum in Form eines Zylinders 12 gebildet ist. Ferner umfasst die Hubkolbenmaschine wenigstens ein in der Fig. nicht dargestelltes Gehäuseelement in form eines Kurbelhäuses. Das Kurbelgehäuse ist beispielsweise einstückig mit dem Zylindergehäuse 10 ausgebildet. Alternativ dazu ist es denkbar, dass das Kurbelgehäuse als separat von dem Zylindergehäuse 10 ausgebildetes und mit dem Zylindergehäuse 10 verbundenes Gehäuseteil ausgebildet ist. Die Hubkolbenmaschine umfasst ferner eine in der Fig. nicht dargestellte Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle, welche an dem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Über die Kurbelwelle stellt die Hubkolbenmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftwagens bereit, sodass der Kraftwagen mittels der Hubkolbenmaschine antreibbar ist.
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Der Zylinder 12 weist eine erste Laufbahn 14 auf, welche auch als Lauffläche, Zylinderlaufbahn oder Zylinderlauffläche bezeichnet wird und beispielsweise durch eine Zylinderwand gebildet ist. Die Hubkolbenmaschine umfasst ferner wenigstens einen Kolben 16, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder 12 aufgenommen ist. Die translatorische Bewegbarkeit des Kolbens 16 im Zylinder 12 ist in der Fig. durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht. Somit kann sich der Kolben 16 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt translatorisch in dem Zylinder 12 hin- und herbewegen. Dabei weist der Kolben 16 eine zweite Laufbahn 20 auf, welche auch als zweite Lauffläche, Kolbenlauffläche oder Kolbenlaufbahn bezeichnet wird. Beispielsweise ist die Laufbahn 20 durch ein Kolbenhemd des Kolbens 16 gebildet. Dabei ist vorliegend die Laufbahn 20 auf der sogenannten Druckseite des Kolbens 16 angeordnet. Der Kolben 16 weist auch eine der Druckseite gegenüberliegende Seite auf. Unter der Druckseite ist die unter dem Verbrennungsdruck nach dem oberen Totpunkt an der Laufbahn 14 zur Anlage kommende Schaftfläche des Kolbens 16 zu verstehen. Die der Druckseite gegenüberliegende Seite wird auch als Gegendruckseite bezeichnet. Bei seinen translatorischen Bewegungen stützt sich der Kolben 16 beispielsweise zumindest vorübergehend über die Laufbahn 20 an der Laufbahn 14 ab, wobei die Laufbahnen 14 und 20 beispielsweise aneinander abgleiten.
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Darüber hinaus umfasst die Hubkolbenmaschine wenigstens eine Spritzeinrichtung 22 zum Ausspritzen von Schmieröl, welches auch als Öl bezeichnet wird. Das Schmieröl ist ein Schmiermittel, mittels welchem der Kolben 16 geschmiert und/oder gekühlt wird.
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Um nun ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Hubkolbenmaschine zu realisieren, ist die Spritzeinrichtung 22 dazu ausgebildet, gegen wenigstens eine der Laufbahnen 14 und 20 Schmieröl gezielt zu spritzen, um dadurch einen Anprall der zweiten Laufbahn 20 gegen die erste Laufbahn 14 (Zylinderwand) zu dämpfen. Dadurch, dass mittels der Spritzeinrichtung 22, welche auch als Laufbahnspritze bezeichnet wird, Schmieröl gegen die wenigstens eine Laufbahn gezielt gespritzt wird, wird die wenigstens eine Laufbahn mit Schmieröl beziehungsweise Öl benetzt. Dadurch kommt Schmieröl zwischen die Laufbahnen 14 und 20 auf der Druckseite, insbesondere bevor die Laufbahn 20 gegen die Laufbahn 14 auf der Druckseite prallt. Somit ist die wenigstens eine Laufbahn, gegen welche mittels der Spritzeinrichtung 22 (Laufbahnspritze) Schmieröl gespritzt wird, auf der Druckseite des Kolbens 16 angeordnet.
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Die Hubkolbenmaschine umfasst ferner eine zusätzlich zur Spritzeinrichtung 22 vorgesehene, zweite Spritzeinrichtung 24, welche auch als Kolbenkühlspritze bezeichnet wird. Mittels der Kolbenkühlspritze wird Schmieröl in wenigstens einen von der zweiten Laufbahn 20 unterschiedlichen Bereich des Kolbens gespritzt, sodass dieser Bereich des Kolbens mit dem Schmieröl, welches aus der Spritzeinrichtung 24 ausgespritzt wird, versorgt wird. Durch das aus der Spritzeinrichtung 24 ausgespritzte Schmieröl wird der Kolben 16 gekühlt. Den Spritzeinrichtungen 22 und 24 kommen somit unterschiedliche Aufgaben zu. Die Spritzeinrichtung 22 wird genutzt, um den Anprall des Kolbens 16 gegen die Laufbahn 14 zu dämpfen, sodass übermäßige Geräusche vermieden werden können. Im Gegensatz dazu wird die Spritzeinrichtung 24 zum Kühlen des Kolbens 16 genutzt. Dabei ist die Spritzeinrichtung 22 derart ausgerichtet, dass mittels der Spritzeinrichtung 22 Schmieröl gezielt gegen die wenigstens eine Laufbahn gespritzt wird. Die Spritzeinrichtung 24 ist beispielsweise dazu ausgebildet, bezogen auf dieselbe Zeitspanne eine wesentlich höhere Menge des Schmieröls auszuspritzen als die Spritzeinrichtung 22, sodass der Kolben 16 besonders effektiv gekühlt werden kann.
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Beispielsweise im Gegensatz zur Spritzeinrichtung 24 ist die Spritzeinrichtung 22 ständig druckölversorgt, sodass vorgesehen sein kann, dass in wenigstens einem Betriebszustand der Hubkolbenmaschine die Spritzeinrichtung 24 deaktiviert ist, während die Spritzeinrichtung 22 aktiviert ist. Die vorliegend ständig druckölversorgte Laufbahnspritze ist vorliegend separat von Spritzeinrichtung 24 angeordnet. Dabei sind den Spritzeinrichtungen 22 und 24 jeweilige, separate Zuführkanäle 26 und 28 zugeordnet, über welche die Spritzeinrichtungen 22 und 24 mit Schmieröl versorgbar sind. Dabei ist der Zuführkanal 26 der Spritzeinrichtung 22 zugeordnet, um die Spritzeinrichtung 22 über den Zuführkanal 26 mit Schmieröl zu versorgen. Der Zuführkanal 28 ist der Spritzeinrichtung 24 zugeordnet, um dadurch die Spritzeinrichtung 24 über den Zuführkanal 28 mit Schmieröl zu versorgen. Alternativ zu der in der Fig. gezeigten, separaten Ausgestaltung der Spritzeinrichtung 22 und 24 ist denkbar, die Spritzeinrichtung 22 in die Spritzeinrichtung 24 zu integrieren, sodass beide Spritzeinrichtungen 22 und 24 in ein gemeinsames Bauteil integriert sind.
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Bei einer solchen Integration in ein Bauteil ist es beispielsweise vorgesehen, den Ölfluss durch die Kolbenkühlspritze über ein integriertes Ventil oder eine separate Ölzufuhr einzustellen, insbesondere schalten zu können. Insbesondere ist es denkbar, dass der Spritzeinrichtung 22 und/oder 24 wenigstens ein Ventilelement zugeordnet ist, mittels welchem eine Versorgung der Spritzeinrichtung 22 beziehungsweise 24 mit Schmieröl einstellbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Spritzeinrichtung 24 zu deaktivieren, während die Spritzeinrichtung 22 noch aktiviert ist. Dadurch kann auch bei deaktivierter Kolbenkühlung der Kolbenanprall gedämpft werden, da die wenigstens eine Laufbahn bei deaktivierter Kolbenkühlung mit Schmieröl über die aktivierte Spritzeinrichtung 22 benetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylindergehäuse
- 12
- Zylinder
- 14
- erste Laufbahn
- 16
- Kolben
- 18
- Doppelpfeil
- 20
- zweite Laufbahn
- 22
- Spritzeinrichtung
- 24
- Spritzeinrichtung
- 26
- Zuführkanal
- 28
- Zuführkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009006963 A1 [0002]
