DE102016010363B3

DE102016010363B3 - Internal combustion engine with piston cooling by piston injection nozzles

Info

Publication number: DE102016010363B3
Application number: DE102016010363.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Riedl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2036-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einem Zylinder, in dem ein Kolben linear verlagerbar angeordnet ist, wobei dem Zylinder zur Kühlung des Kolbens eine Kolbenspritzdüse (2) zugeordnet ist, die strömungstechnisch über ein Steuerventil (3) an eine Kühlmittelquelle angeschlossen ist, die Kühlmittel mit einem bestimmten Kühlmitteldruck bereitstellt, wobei das Steuerventil (3) bei einem Kühlmitteldruck, der kleiner ist als ein Druckschwellenwert, eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse (2) unterbricht und bei einem Kühlmitteldruck, der größer oder gleich dem Druckschwellenwert ist, mit einem bestimmten Durchströmungsquerschnitt freigibt. Dabei ist ein weiteres Steuerventil (13) vorgesehen, das bei einem Kühlmitteldruck, der größer ist als ein weiterer Druckschwellenwert, eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse (2) mit einem Durchströmungsquerschnitt freigibt, der größer ist als der bestimmte Durchströmungsquerschnitt, wobei der weitere Druckschwellenwert größer ist als der Druckschwellenwert.The invention relates to an internal combustion engine (1) with at least one cylinder, in which a piston is arranged linearly displaceable, wherein the cylinder for cooling the piston is associated with a piston nozzle (2), which is fluidly connected via a control valve (3) to a coolant source which provides coolant at a certain coolant pressure, wherein the control valve (3) interrupts fluid communication between the coolant source and the piston spray nozzle (2) at a coolant pressure less than a pressure threshold and at a coolant pressure greater than or equal to the pressure threshold , with a certain flow area releases. In this case, a further control valve (13) is provided which, at a coolant pressure which is greater than a further pressure threshold, releases a flow connection between the coolant source and the piston injection nozzle (2) with a flow cross-section which is greater than the determined flow cross-section, the further one Pressure threshold is greater than the pressure threshold.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, in dem ein Kolben linear verlagerbar angeordnet ist, wobei dem Zylinder zur Kühlung des Kolbens eine Kolbenspritzdüse zugeordnet ist, die strömungstechnisch über ein erstes Steuerventil an eine Kühlmittelquelle angeschlossen ist, die Kühlmittel mit einem bestimmten Kühlmitteldruck bereitstellt, wobei das erste Steuerventil bei einem Kühlmitteldruck, der kleiner ist als ein erster Druckschwellenwert, eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse unterbricht und bei einem Kühlmitteldruck, der größer oder gleich dem ersten Druckschwellenwert ist, mit einem bestimmten ersten Durchströmungsquerschnitt freigibt, und wobei ein zweites Steuerventil vorliegt, das bei einem Kühlmitteldruck, der größer ist als ein zweiter Druckschwellenwert, eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse mit einem zweiten Durchströmungsquerschnitt freigibt, der größer ist als der erste Durchströmungsquerschnitt, wobei der zweite Druckschwellenwert größer ist als der erste Druckschwellenwert.The invention relates to an internal combustion engine with at least one cylinder, in which a piston is arranged linearly displaceable, wherein the cylinder for cooling the piston is associated with a piston nozzle, which is fluidly connected via a first control valve to a coolant source, which provides coolant with a certain coolant pressure wherein the first control valve interrupts fluid communication between the coolant source and the piston spray nozzle at a coolant pressure less than a first pressure threshold and releases at a coolant pressure greater than or equal to the first pressure threshold with a particular first flow area; second control valve is present at a coolant pressure which is greater than a second pressure threshold, a flow connection between the coolant source and the piston nozzle with a second flow cross-section f greater than the first flow area, the second pressure threshold being greater than the first pressure threshold.

Die Brennkraftmaschine dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insoweit also einem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Die Brennkraftmaschine weist den wenigstens einen Zylinder auf, wobei vorzugsweise mehrere Zylinder vorliegen. In dem Zylinder beziehungsweise in jedem der Zylinder ist ein Kolben linear verlagerbar angeordnet. Der Kolben kann insoweit in dem Zylinder eine Hubbewegung durchführen. Die lineare Bewegung des Kolbens wird mittels eines Kurbeltriebs beispielsweise in eine Drehbewegung umgesetzt. Bevorzugt ist der Kolben über eine Pleuelstange des Kurbeltriebs an einen Hubzapfen einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeschlossen.The internal combustion engine is used, for example, to drive a motor vehicle, in this respect, therefore, to provide a torque directed to driving the motor vehicle. The internal combustion engine has the at least one cylinder, wherein preferably there are a plurality of cylinders. In the cylinder or in each of the cylinders, a piston is arranged to be linearly displaceable. The piston can perform a lifting movement in the cylinder so far. The linear movement of the piston is converted by means of a crank mechanism, for example, into a rotational movement. Preferably, the piston is connected via a connecting rod of the crank mechanism to a crank pin of a crankshaft of the internal combustion engine.

Die Brennkraftmaschine verfügt über einen Kühlmittelkreislauf, welcher der Kühlung der Brennkraftmaschine dient. Beispielsweise umfasst der Kühlmittelkreislauf wenigstens einen Kühlmittelkanal, der in einem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine ausgebildet ist. In dem Zylinderkurbelgehäuse liegt ebenfalls der Zylinder vor. Wird der Kühlmittelkanal von Kühlmittel durchströmt, welches beispielsweise mithilfe der Kühlmittelquelle bereitgestellt wird, so werden das Zylinderkurbelgehäuse und indirekt auch der Kolben gekühlt.The internal combustion engine has a coolant circuit which serves to cool the internal combustion engine. For example, the coolant circuit comprises at least one coolant channel, which is formed in a cylinder crankcase of the internal combustion engine. The cylinder is also present in the cylinder crankcase. If the coolant channel flows through coolant, which is provided for example by means of the coolant source, then the cylinder crankcase and indirectly also the piston are cooled.

Es kann jedoch vorkommen, dass eine zusätzliche Kühlung des Kolbens notwendig ist, insbesondere eine direkte Kühlung des Kolbens. Diese wird mithilfe der Kolbenspritzdüse realisiert, mittels welcher Kühlmittel in Richtung des Kolbens ausbringbar ist. Das aus der Kolbenspritzdüse austretende Kühlmittel wird insoweit in Richtung des Kolbens ausgebracht. Beispielsweise ist die Kolbenspritzdüse in einem Kurbelraum der Brennkraftmaschine angeordnet, in welchem auch der Kurbeltrieb, insbesondere die Kurbelwelle, angeordnet ist. Die Kolbenspritzdüse kann insoweit den Kolben auf seiner einem Brennraum des Zylinders abgewandten Seite mit dem Kühlmittel beaufschlagen.However, it may happen that an additional cooling of the piston is necessary, in particular a direct cooling of the piston. This is realized by means of the piston spray nozzle, by means of which coolant can be discharged in the direction of the piston. The exiting from the piston nozzle coolant is so far deployed in the direction of the piston. For example, the piston nozzle is arranged in a crank chamber of the internal combustion engine, in which also the crank mechanism, in particular the crankshaft, is arranged. In this respect, the piston injection nozzle can act on the piston on its side facing away from a combustion chamber of the cylinder with the coolant.

Die Kolbenspritzdüse ist an die Kühlmittelquelle angeschlossen, nämlich über das erste Steuerventil. Mithilfe des ersten Steuerventils kann der Kühlmittelmassenstrom des der Kolbenspritzdüse zugeführten Kühlmittels beeinflusst werden. Beispielsweise ist das erste Steuerventil derart ausgestaltet, dass es die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse unterbricht, wenn der Kühlmitteldruck, insbesondere der an ihm anliegende Kühlmitteldruck, kleiner ist als der erste Druckschwellenwert.The piston spray nozzle is connected to the coolant source, namely via the first control valve. By means of the first control valve, the coolant mass flow of the coolant supplied to the piston nozzle can be influenced. For example, the first control valve is designed such that it interrupts the flow connection between the coolant source and the piston nozzle when the coolant pressure, in particular the coolant pressure applied to it, is smaller than the first pressure threshold value.

Entspricht der Kühlmitteldruck dagegen dem ersten Druckschwellenwert oder überschreitet diesen sogar, so soll die Strömungsverbindung freigegeben werden, sodass das Kühlmittel nachfolgend durch die Kolbenspritzdüse in Richtung des Kolbens zu dessen Kühlung ausgebracht wird.On the other hand, if the coolant pressure corresponds to or even exceeds the first pressure threshold value, then the flow connection should be released, so that the coolant is subsequently discharged through the piston injection nozzle in the direction of the piston for cooling thereof.

Aus der Druckschrift DE 10 2005 022 460 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Betreiben einer Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine mit einer mit einer Ölversorgung in Verbindung stehenden Ölspritzdüse mit einem Düsenventil bekannt, das über einen Öldruck geöffnet wird, wobei Schmieröl mittels einer Ölpumpe in einen Ölkanal gepumpt und die Ölspritzdüse mit Schmieröl versorgt wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Ölspritzdüse bedarfsabhängig über eine Änderung des Öldrucks in der Ölversorgung deaktiviert wird.From the publication DE 10 2005 022 460 A1 For example, a method of operating a piston cooling of an internal combustion engine with an oil supply associated oil spray nozzle with a nozzle valve is known, which is opened via an oil pressure, wherein lubricating oil pumped by an oil pump into an oil passage and the oil spray nozzle is supplied with lubricating oil. It is envisaged that the oil spray nozzle is deactivated depending on demand via a change in the oil pressure in the oil supply.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise die Druckschriften JP 2013-133732 A und JP H07-317 519 A bekannt, welche die Kühlung von Brennkraftmaschinen mittels Spritzdüsen beschreiben.For example, the publications are from the prior art JP 2013-133732 A and JP H07-317 519 A known, which describe the cooling of internal combustion engines by means of spray nozzles.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Brennkraftmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere einen verringerten Schmiermittelverbrauch und entsprechend einen geringeren Kraftstoffverbrauch aufweist.It is an object of the invention to propose an internal combustion engine which has advantages over known internal combustion engines, in particular a reduced lubricant consumption and correspondingly has a lower fuel consumption.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das erste Steuerventil an einen ersten Austrittsquerschnitt der Kolbenspritzdüse und das zweite Steuerventil an einen den ersten Austrittsquerschnitt ringförmig umgreifenden zweiten Austrittsquerschnitt der Kolbenspritzdüse strömungstechnisch angeschlossen ist.This is inventively achieved with an internal combustion engine with the features of claim 1. It is provided that the first control valve to a first outlet cross-section of the piston nozzle and the second control valve to a first outlet cross-section annular encompassing second outlet cross section of the piston nozzle is fluidly connected.

Mithilfe des ersten Steuerventils und des zweiten Steuerventils wird ein mehrstufiges Schalten der Kolbenspritzdüse realisiert. Während das erste Steuerventil die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse bei Unterschreiten des ersten Druckschwellenwerts durch den Kühlmitteldruck unterbricht und ansonsten freigibt, wird die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse mithilfe des zweiten Steuerventils freigegeben, wenn der Kühlmitteldruck größer oder gleich dem zweiten Druckschwellenwert ist. Der zweite Druckschwellenwert ist dabei größer als der erste Druckschwellenwert. Mithilfe des zweiten Steuerventils wird dabei ein Durchströmungsquerschnitt zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse realisiert, welcher größer ist als der bestimmte Durchströmungsquerschnitt, welcher mithilfe des ersten Steuerventils freigebbar ist.By means of the first control valve and the second control valve, a multi-stage switching of the piston injection nozzle is realized. While the first control valve interrupts the flow connection between the coolant source and the piston spray nozzle when the pressure drops below the coolant pressure and releases otherwise, the flow connection between the coolant source and the piston spray nozzle is released by means of the second control valve when the coolant pressure is greater than or equal to the second pressure threshold value , The second pressure threshold value is greater than the first pressure threshold value. With the aid of the second control valve, a throughflow cross section between the coolant source and the piston injection nozzle is realized, which is larger than the specific flow cross section, which can be released by means of the first control valve.

In anderen Worten ist ein mehrstufiges Schalten der Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse vorgesehen, wobei die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kolbenspritzdüse bei dem Unterschreiten des ersten Druckschwellenwerts durch den Kühlmitteldruck vollständig unterbrochen, bei einem Kühlmitteldruck, der größer oder gleich dem ersten Druckschwellenwert und kleiner als der zweite Druckschwellenwert ist, mit dem ersten Durchströmungsquerschnitt hergestellt und bei Überschreiten des zweiten Druckschwellenwerts durch den Kühlmitteldruck mit dem größeren zweiten Durchströmungsquerschnitt freigegeben ist.In other words, a multi-stage switching of the flow connection between the coolant source and the piston nozzle is provided, wherein the flow connection between the coolant source and the piston nozzle completely below the first pressure threshold value by the coolant pressure, at a coolant pressure which is greater than or equal to the first pressure threshold and is smaller than the second pressure threshold, is made with the first flow cross section and is released when the second pressure threshold value is exceeded by the coolant pressure with the larger second flow cross section.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Steuerventil mit dem ersten Steuerventil strömungstechnisch in Reihe geschaltet ist. Beispielsweise liegt das zweite Steuerventil stromabwärts des ersten Steuerventils vor, sodass das zweite Steuerventil erst bei Überschreiten des ersten Druckschwellenwerts durch den Kühlmitteldruck über das nun geöffnete erste Steuerventil mit der Kühlmittelquelle in Strömungsverbindung steht. Selbstverständlich ist jedoch auch eine andere Anordnung des zweiten Steuerventils bezüglich des ersten Steuerventils realisierbar, beispielsweise strömungstechnisch parallel zu diesem.A further embodiment of the invention provides that the second control valve is fluidically connected in series with the first control valve. For example, the second control valve is located downstream of the first control valve, so that the second control valve is only in fluid communication with the coolant source via the now opened first control valve when the first pressure threshold value is exceeded by the coolant pressure. Of course, however, another arrangement of the second control valve with respect to the first control valve can be realized, for example fluidically parallel to this.

Die Erfindung sieht vor, dass das erste Steuerventil an einen ersten Austrittsquerschnitt der Kolbenspritzdüse und das zweite Steuerventil an einen zweiten Austrittsquerschnitt der Kolbenspritzdüse strömungstechnisch angeschlossen ist. Die Kolbenspritzdüse verfügt insoweit über mehrere Austrittsquerschnitte, nämlich den ersten Austrittsquerschnitt und den zweiten Austrittsquerschnitt. Beispielsweise ist der erste Austrittsquerschnitt ausschließlich über das erste Steuerventil und der zweite Austrittsquerschnitt über sowohl das erste Steuerventil als auch das zweite Steuerventil mit der Kühlmittelquelle verbunden beziehungsweise verbindbar. Die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Austrittsquerschnitt und der Kühlmittelquelle verläuft insoweit über das erste Steuerventil, nicht jedoch über das zweite Steuerventil, während die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Austrittsquerschnitt und der Kühlmittelquelle sowohl über das erste Steuerventil als auch das zweite Steuerventil verläuft.The invention provides that the first control valve is fluidically connected to a first outlet cross section of the piston nozzle and the second control valve to a second outlet cross section of the piston nozzle. In this respect, the piston injection nozzle has several outlet cross sections, namely the first outlet cross section and the second outlet cross section. For example, the first outlet cross section is connected or connectable exclusively via the first control valve and the second outlet cross section via both the first control valve and the second control valve to the coolant source. The flow connection between the first outlet cross section and the coolant source extends in this respect via the first control valve, but not via the second control valve, while the flow connection between the second outlet cross section and the coolant source extends both via the first control valve and the second control valve.

Zudem ist vorgesehen, dass der zweite Austrittsquerschnitt den ersten Austrittsquerschnitt ringförmig umgreift. Der erste Austrittsquerschnitt ist insoweit beispielsweise als Spritzdüse ausgestaltet, die in dem zweiten Austrittsquerschnitt angeordnet ist. Vorzugsweise sind der zweite Austrittsquerschnitt und der erste Austrittsquerschnitt koaxial zueinander angeordnet. Sie können bezüglich einer Mittelachse des ersten Austrittsquerschnitts beziehungsweise des zweiten Austrittsquerschnitts an derselben Axialposition oder in axialer Richtung versetzt zueinander vorliegen. Beispielsweise steht der erste Austrittsquerschnitt über den zweiten Austrittsquerschnitt in Richtung des Kolbens über. Bevorzugt sind der erste Austrittsquerschnitt und der zweite Austrittsquerschnitt parallel zueinander angeordnet.In addition, it is provided that the second outlet cross-section annularly surrounds the first outlet cross-section. In this respect, the first outlet cross section is designed, for example, as a spray nozzle which is arranged in the second outlet cross section. Preferably, the second outlet cross section and the first outlet cross section are arranged coaxially with one another. With regard to a center axis of the first outlet cross section or of the second outlet cross section, they can be present at the same axial position or in the axial direction offset from one another. By way of example, the first outlet cross section projects beyond the second outlet cross section in the direction of the piston. Preferably, the first outlet cross section and the second outlet cross section are arranged parallel to one another.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass strömungstechnisch zwischen dem ersten Steuerventil und der Kolbenspritzdüse eine Kühlmittelsammelkammer vorliegt, aus der eine an den ersten Austrittsquerschnitt angeschlossene erste Kühlmittelleitung ausmündet. Die Kühlmittelsammelkammer liegt insoweit strömungstechnisch auf der der Kühlmittelquelle abgewandten Seite des ersten Steuerventils vor. Die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelsammelkammer und der Kühlmittelquelle wird analog zu der Strömungsverbindung zwischen der Kolbenspritzdüse und der Kühlmittelquelle unterbrochen und freigegeben. An die Kühlmittelsammelkammer ist strömungstechnisch die erste Kühlmittelleitung angeschlossen. Auf der der Kühlmittelsammelkammer strömungstechnisch abgewandten Seite der ersten Kühlmittelleitung liegt der erste Austrittsquerschnitt der Kolbenspritzdüse vor. Vorzugsweise liegt über die erste Kühlmittelleitung eine permanente Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelsammelkammer und dem ersten Austrittsquerschnitt vor.Within the scope of a further embodiment of the invention, it can be provided that, in terms of flow, there is a coolant-collecting chamber between the first control valve and the piston-spraying nozzle, from which a first coolant line connected to the first outlet cross-section opens. The coolant collection chamber is so far fluidly on the side facing away from the coolant source of the first control valve. The flow connection between the coolant collection chamber and the coolant source is interrupted and released analogously to the flow connection between the piston injection nozzle and the coolant source. The first coolant line is fluidically connected to the coolant collecting chamber. On the side of the first coolant line facing away from the coolant collecting chamber, the first outlet cross section of the piston injection nozzle is present. Preferably, there is a permanent flow connection between the coolant collecting chamber and the first outlet cross section via the first coolant line.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Steuerventil strömungstechnisch zwischen der Kühlmittelsammelkammer und dem zweiten Austrittsquerschnitt vorliegt. Das zweite Steuerventil wird insoweit lediglich dann mit Kühlmittel beaufschlagt, wenn dies auch für den ersten Austrittsquerschnitt der Kolbenspritzdüse gilt. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen.A development of the invention provides that the second control valve is fluidly between the coolant collecting chamber and the second outlet cross section. The second control valve is so far only charged with coolant, if this also applies to the first outlet cross-section of the piston nozzle. This has already been pointed out above.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das zweite Steuerventil, insbesondere ein Ventilkörper des zweiten Steuerventils, die erste Kühlmittelleitung umgreift. Das zweite Steuerventil beziehungsweise dessen Ventilkörper ist ringförmig ausgebildet und auf der ersten Kühlmittelleitung angeordnet. Beispielsweise dient die erste Kühlmittelleitung einer Führung des Ventilkörpers des zweiten Steuerventils in radialer Richtung bezüglich einer Verlagerungsrichtung des Ventilkörpers. Beispielsweise ist ein Ventilsitz des zweiten Steuerventils, mit welchem der Ventilkörper zum Unterbrechen und Freigeben der Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und dem zweiten Austrittsquerschnitt zusammenwirkt, an der ersten Kühlmittelleitung befestigt beziehungsweise ist einstückig mit dieser ausgebildet. In a further embodiment of the invention can be provided that the second control valve, in particular a valve body of the second control valve, surrounds the first coolant line. The second control valve or its valve body is annular and arranged on the first coolant line. For example, the first coolant line serves to guide the valve body of the second control valve in the radial direction with respect to a displacement direction of the valve body. For example, a valve seat of the second control valve, with which the valve body for interrupting and releasing the flow connection between the coolant source and the second outlet cross section cooperates, is attached to the first coolant line or is formed integrally therewith.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Steuerventil über eine zweite Kühlmittelleitung an den zweiten Austrittsquerschnitt strömungstechnisch angeschlossen ist. Auf der der Kühlmittelsammelkammer abgewandten Seite des zweiten Steuerventils liegt insoweit die zweite Kühlmittelleitung vor. Die zweite Kühlmittelleitung ist in anderen Worten über das zweite Steuerventil strömungstechnisch an die Kühlmittelsammelkammer angeschlossen. Auf ihrer dem zweiten Steuerventil abgewandten Seite ist die zweite Kühlmittelleitung strömungstechnisch an den zweiten Austrittsquerschnitt angeschlossen.A further embodiment of the invention provides that the second control valve is fluidly connected via a second coolant line to the second outlet cross-section. On the side facing away from the coolant collecting chamber side of the second control valve so far the second coolant line is present. In other words, the second coolant line is fluidly connected to the coolant collecting chamber via the second control valve. On its side facing away from the second control valve, the second coolant line is fluidly connected to the second outlet cross section.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Kühlmittelleitung in der zweiten Kühlmittelleitung verläuft. Die erste Kühlmittelleitung ist koaxial zu der zweiten Kühlmittelleitung angeordnet und wird von dieser aufgenommen. Auf diese Art und Weise ist eine besonders bauraumsparende Ausgestaltung der Kolbenspritzdüse sowie der ersten Kühlmittelleitung beziehungsweise der zweiten Kühlmittelleitung möglich.A preferred embodiment of the invention provides that the first coolant line runs in the second coolant line. The first coolant line is arranged coaxially with the second coolant line and is received by the latter. In this way, a particularly space-saving design of the piston nozzle and the first coolant line and the second coolant line is possible.

Schließlich kann eine weitere Ausführungsform der Erfindung vorsehen, dass eine weitere Kolbenspritzdüse einem weiteren Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, die über das erste Steuerventil und ein anderes zweites Steuerventil strömungstechnisch an die Kühlmittelquelle angeschlossen ist. Die weitere Kolbenspritzdüse ist vorzugsweise analog zu der vorstehend beschriebenen Kolbenspritzdüse ausgestaltet. Dies gilt ebenso für den weiteren Zylinder hinsichtlich des Zylinders und/oder das andere zweite Steuerventil hinsichtlich des zweiten Steuerventils.Finally, a further embodiment of the invention can provide that a further piston injection nozzle is assigned to a further cylinder of the internal combustion engine, which is fluidly connected to the coolant source via the first control valve and another second control valve. The further piston injection nozzle is preferably configured analogously to the piston injection nozzle described above. This also applies to the further cylinder with respect to the cylinder and / or the other second control valve with respect to the second control valve.

Beispielsweise sind das zweite Steuerventil und das andere zweite Steuerventil beide an dieselbe Kühlmittelsammelkammer angeschlossen. Insbesondere ist hierzu die Kühlmittelsammelkammer ringförmig ausgebildet. Bevorzugt liegen das zweite Steuerventil und das andere zweite Steuerventil auf gegenüberliegenden Seiten der Kühlmittelsammelkammer vor beziehungsweise münden von gegenüberliegenden Seiten in diese ein. Selbstverständlich können das zweite Steuerventil und das andere zweite Steuerventil jedoch auch in separat voneinander ausgebildeten Kühlmittelsammelkammern angeordnet sein.For example, the second control valve and the other second control valve are both connected to the same coolant collecting chamber. In particular, for this purpose, the coolant collecting chamber is annular. Preferably, the second control valve and the other second control valve are on opposite sides of the coolant collecting chamber or open from opposite sides in this one. Of course, the second control valve and the other second control valve, however, may also be arranged in separately formed coolant collecting chambers.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzigeThe invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings, without any limitation of the invention. The only one shows

Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine, wobei zwei Kolbenspritzdüsen, ein erstes Steuerventil sowie zwei zweite Steuerventile zu erkennen sind.FIG. 1 shows a schematic representation of a region of an internal combustion engine, wherein two piston injection nozzles, a first control valve and two second control valves can be seen.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, die über wenigstens einen hier nicht dargestellten Zylinder mit einem darin linear verlagerbar angeordneten Kolben verfügt. Dem Zylinder ist zur Kühlung des Kolbens eine Kolbenspritzdüse 2 zugeordnet. Die Kolbenspritzdüse 2 ist über ein erstes Steuerventil 3 an eine hier nicht dargestellte Kühlmittelquelle strömungstechnisch angeschlossen. Das erste Steuerventil 3 verfügt über einen Ventilkörper 4, welcher in Richtung eines Ventilsitzes 5 federkraftbeaufschlagt ist, beispielsweise mithilfe eines Federelements 6. Das erste Steuerventil 3 ist derart ausgestaltet, dass es bei einem von der Kühlmittelquelle bereitgestellten Kühlmitteldruck, welcher kleiner ist als ein erster Druckschwellenwert, eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und einer Kühlmittelsammelkammer 7 unterbricht.The figure shows a schematic representation of a portion of an internal combustion engine 1 , which has at least one cylinder, not shown here, with a piston arranged linearly displaceable therein. The cylinder is a piston nozzle for cooling the piston 2 assigned. The piston nozzle 2 is via a first control valve 3 fluidly connected to a coolant source, not shown here. The first control valve 3 has a valve body 4 , which in the direction of a valve seat 5 is spring-loaded, for example by means of a spring element 6 , The first control valve 3 is configured such that at a coolant pressure provided by the coolant source, which is smaller than a first pressure threshold value, a flow connection between the coolant source and a coolant collecting chamber 7 interrupts.

In die Kühlmittelsammelkammer 7 mündet eine erste Kühlmittelleitung 8 ein, die auf ihrem der Kühlmittelsammelkammer 7 abgewandten Ende an einen ersten Austrittsquerschnitt 9 der Kolbenspritzdüse 2 angeschlossen ist. Der erste Austrittsquerschnitt 9 weist eine Mittelachse 10 auf, bezüglich welcher er zentral angeordnet ist. Zusätzlich zu dem ersten Austrittsquerschnitt 9 verfügt die Kolbenspritzdüse 2 über einen zweiten Austrittsquerschnitt 11. Dieser umgibt den ersten Austrittsquerschnitt 9 ringförmig.Into the coolant collection chamber 7 opens a first coolant line 8th one on top of their coolant collection chamber 7 opposite end to a first outlet cross-section 9 the piston nozzle 2 connected. The first outlet cross section 9 has a central axis 10 with respect to which it is centrally located. In addition to the first outlet cross section 9 has the piston nozzle 2 via a second outlet cross section 11 , This surrounds the first outlet cross-section 9 annular.

Dabei kann er – wie hier dargestellt – in axialer Richtung bezüglich der Mittelachse 10 bezüglich des ersten Austrittsquerschnitts 9 versetzt, insbesondere zurückversetzt sein. Das bedeutet, dass der erste Austrittsquerschnitt 9 näher an dem Kolben liegt als der zweite Austrittsquerschnitt 11. Die Austrittsquerschnitte 9 und 11 können jedoch auch bezüglich der Mittelachse 11 an derselben Axialposition liegen oder umgekehrt der zweite Austrittsquerschnitt 11 näher an dem Kolben liegen als der erste Austrittsquerschnitt 9. Der zweite Austrittsquerschnitt 11 ist bezüglich der Mittelachse 10 kreisringförmig ausgestaltet. Die Austrittsquerschnitte 9 und 11 liegen bevorzugt parallel zueinander, weisen also dieselbe Ausrichtung auf, sodass das aus ihnen in Richtung des Kolbens austretende Kühlmittel in dieselbe Richtung ausgebracht wird.He can - as shown here - in the axial direction with respect to the central axis 10 with respect to the first outlet cross-section 9 offset, in particular, be set back. This means that the first outlet cross section 9 closer to the piston than the second outlet cross-section 11 , The outlet cross sections 9 and 11 however, they can also be relative to the central axis 11 lie at the same axial position or, conversely, the second outlet cross-section 11 closer to the piston than the first outlet cross-section 9 , The second outlet cross-section 11 is with respect to the central axis 10 designed annular. The outlet cross sections 9 and 11 are preferably parallel to each other, so have the same orientation, so that the emerging from them in the direction of the piston coolant is discharged in the same direction.

Der zweite Austrittsquerschnitt 11 ist über eine zweite Kühlmittelleitung 12 strömungstechnisch an die Kühlmittelsammelkammer 7 angeschlossen. Dabei ist die erste Kühlmittelleitung 8 vorzugsweise in der zweiten Kühlmittelleitung 12 angeordnet, insbesondere koaxial. Zwischen der zweiten Kühlmittelleitung 12 und der Kühlmittelsammelkammer 7 ist strömungstechnisch ein zweites Steuerventil 13 angeordnet. Dieses verfügt über einen Ventilkörper 14, der in Richtung eines Ventilsitzes 15 federkraftbeaufschlagt ist, vorzugsweise mithilfe eines Federelements 16. Der Ventilsitz 15 ist vorzugsweise an der ersten Kühlmittelleitung 8 angeordnet beziehungsweise befestigt. Hierzu ist das zweite Steuerventil 13 beziehungsweise sein Ventilkörper 14 beispielsweise ringförmig ausgestaltet und umgibt die erste Kühlmittelleitung 8. Beispielsweise dient die erste Kühlmittelleitung 8 einer Führung des Ventilkörpers 14 in radialer Richtung bezüglich seiner Verlagerungsrichtung.The second outlet cross-section 11 is via a second coolant line 12 fluidically to the coolant collection chamber 7 connected. Here is the first coolant line 8th preferably in the second coolant line 12 arranged, in particular coaxial. Between the second coolant line 12 and the coolant collection chamber 7 is fluidically a second control valve 13 arranged. This has a valve body 14 pointing in the direction of a valve seat 15 Federkraftbeaufschlagt is, preferably by means of a spring element 16 , The valve seat 15 is preferably at the first coolant line 8th arranged or attached. For this purpose, the second control valve 13 or its valve body 14 for example, designed annular and surrounds the first coolant line 8th , For example, the first coolant line is used 8th a guide of the valve body 14 in the radial direction with respect to its displacement direction.

Es ergibt sich folgende Funktion: Die Kühlmittelquelle stellt das Kühlmittel mit einem bestimmten Kühlmitteldruck bereit. Ist der Kühlmitteldruck kleiner als ein erster Druckschwellenwert, so schließt das erste Steuerventil 3 beziehungsweise bleibt geschlossen, sodass eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kühlmittelsammelkammer 7 unterbrochen ist. Entsprechend kann das Kühlmittel nicht aus der Kolbenspritzdüse 2 in Richtung des Kolbens austreten. Entspricht dagegen der Kühlmitteldruck dem ersten Druckschwellenwert oder überschreitet ihn sogar, so öffnet das erste Steuerventil 3. Entsprechend ist die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der Kühlmittelsammelkammer 7, und folglich zwischen der Kühlmittelquelle und einem Teil der Kolbenspritzdüse 2, nämlich dem ersten Austrittsquerschnitt 9, hergestellt. Das Kühlmittel kann nun durch den ersten Austrittsquerschnitt 9 aus der Kolbenspritzdüse 2 austreten, wobei ein erster Durchströmungsquerschnitt vorliegt.The result is the following function: The coolant source provides the coolant with a certain coolant pressure. If the coolant pressure is less than a first pressure threshold value, then the first control valve closes 3 or remains closed, so that a flow connection between the coolant source and the coolant collecting chamber 7 is interrupted. Accordingly, the coolant can not escape from the piston nozzle 2 emerge in the direction of the piston. If, on the other hand, the coolant pressure corresponds to the first pressure threshold or even exceeds it, then the first control valve opens 3 , Accordingly, the flow connection between the coolant source and the coolant collecting chamber 7 , and thus between the coolant source and a part of the piston spray nozzle 2 namely, the first outlet section 9 , produced. The coolant can now through the first outlet cross section 9 from the piston nozzle 2 emerge, wherein a first flow cross-section is present.

Ist der Kühlmitteldruck größer als der erste Druckschwellenwert, jedoch kleiner als ein zweiter Druckschwellenwert, der größer ist als der erste Druckschwellenwert, so bleibt das zweite Steuerventil 13 geschlossen oder schließt. Entsprechend ist die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelsammelkammer 7 und dem zweiten Austrittsquerschnitt 11 der Kolbenspritzdüse 2 unterbrochen. Erreicht dagegen der Kühlmitteldruck den zweiten Druckschwellenwert oder überschreitet ihn sogar, so öffnet das zweite Steuerventil 13 und gibt entsprechend die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und dem zweiten Austrittsquerschnitt 11 der Kolbenspritzdüse frei.If the coolant pressure is greater than the first pressure threshold, but less than a second pressure threshold, which is greater than the first pressure threshold, the second control valve remains 13 closed or closed. Accordingly, the flow connection between the coolant collecting chamber 7 and the second outlet section 11 the piston nozzle 2 interrupted. If, on the other hand, the coolant pressure reaches or even exceeds the second pressure threshold, the second control valve opens 13 and correspondingly provides the flow connection between the coolant source and the second outlet cross-section 11 the piston nozzle free.

In diesem Zustand kann das von der Kühlmittelquelle bereitgestellte Kühlmittel sowohl aus dem ersten Austrittsquerschnitt 9 als auch aus dem zweiten Austrittsquerschnitt 11 austreten, sodass insgesamt ein von dem ersten Durchströmungsquerschnitt des ersten Austrittsquerschnitts 9 verschiedener zweiter Durchströmungsquerschnitt vorliegt, welcher größer ist. Ist also das zweite Steuerventil 13 geöffnet, so kann der Kolben mit einem größeren Kühlmittelmassenstrom beaufschlagt werden als bei geöffnetem erstem Steuerventil 3, jedoch geschlossenem zweitem Steuerventil 13.In this state, the coolant provided by the coolant source can be both from the first outlet cross section 9 as well as from the second outlet cross-section 11 emerge, so that a total of the first flow cross-section of the first outlet cross-section 9 different second flow area is present, which is larger. So is the second control valve 13 open, the piston can be acted upon with a larger coolant mass flow than when the first control valve is open 3 but closed second control valve 13 ,

In der hier dargestellten Ausführungsform liegt eine weitere Kolbenspritzdüse 17 vor, welche analog zu der Kolbenspritzdüse 2 ausgebildet ist. Es wird daher auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Der Kolbenspritzdüse 17 ist ein anderes zweites Steuerventil 18 zugeordnet, welches ebenso wie das zweite Steuerventil 13 strömungstechnisch an die Kühlmittelsammelkammer 7 angeschlossen ist. Grundsätzlich wird insoweit hinsichtlich der weiteren Kolbenspritzdüse 17 auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Die Kolbenspritzdüse 17 ist beispielsweise einem weiteren Zylinder der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet. Selbstverständlich können jedoch auch die Kolbenspritzdüse 2 und die Kolbenspritzdüse 17 demselben Zylinder zugeordnet sein und insoweit einer Kühlung desselben Kolbens dienen. Es sei explizit darauf hingewiesen, dass die weitere Kolbenspritzdüse 17 rein optional ist.In the embodiment shown here is another piston nozzle 17 before, which analogous to the piston nozzle 2 is trained. Reference is therefore made to the above statements. The piston nozzle 17 is another second control valve 18 associated, which as well as the second control valve 13 fluidically to the coolant collection chamber 7 connected. Basically, in this respect, with regard to the further piston injection nozzle 17 referred to the above statements. The piston nozzle 17 is for example another cylinder of the internal combustion engine 1 assigned. Of course, but also the piston nozzle 2 and the piston nozzle 17 be associated with the same cylinder and serve as far as a cooling of the same piston. It should be noted explicitly that the additional piston nozzle 17 purely optional.

Claims

Internal combustion engine ( 1 ) with at least one cylinder, in which a piston is arranged linearly displaceable, wherein the cylinder for cooling the piston, a piston nozzle ( 2 ), which is fluidically connected via a first control valve ( 3 ) is connected to a coolant source, which provides coolant with a certain coolant pressure, wherein the first control valve ( 3 ) at a coolant pressure which is less than a first pressure threshold, a flow connection between the coolant source and the piston nozzle ( 2 ) and at a coolant pressure which is greater than or equal to the first pressure threshold, with a certain first flow cross-section releases, and wherein a second control valve ( 13 ) is present at a coolant pressure which is greater than a second pressure threshold, a flow connection between the coolant source and the piston nozzle ( 2 ) with a second flow cross-section which is larger than the first flow cross-section, wherein the second Pressure threshold value is greater than the first pressure threshold value, characterized in that the first control valve ( 3 ) to a first outlet cross-section ( 9 ) of the piston injection nozzle ( 2 ) and the second control valve ( 13 ) to a first outlet cross-section ( 9 ) annularly encompassing second outlet cross-section ( 11 ) of the piston injection nozzle ( 2 ) is fluidically connected.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the second control valve ( 13 ) with the first control valve ( 3 ) is connected in series in terms of flow.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that fluidically between the first control valve ( 3 ) and the piston nozzle ( 2 ) a coolant collection chamber ( 7 ) is present, from the one to the outlet cross section ( 9 ) connected first coolant line ( 8th ).

Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the second control valve ( 13 ) fluidically between the coolant collecting chamber ( 7 ) and the second outlet cross-section ( 11 ) is present.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second control valve ( 13 ) the coolant line ( 8th ) surrounds.

Internal combustion engine according to any one of the preceding claims, characterized in that the second control valve ( 13 ) via a second coolant line ( 12 ) to the second outlet cross-section ( 11 ) is fluidically connected.

Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the first coolant line ( 8th ) in the second coolant line ( 12 ) runs.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a further piston injection nozzle ( 17 ) another cylinder of the internal combustion engine ( 1 ) associated with the first control valve ( 3 ) and another second control valve ( 18 ) is fluidically connected to the coolant source.