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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
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Die Druckschrift
DE 35 08 405 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Ölkanal, an welchem Ölspritzer angeordnet sind.
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Die Druckschrift
DE 38 21 302 C1 zeigt ein Schmiersystem mit Spritzkühlung der Kolben einer Brennkraftmaschine, wobei Schmieröl über einen Schmiermittelkanal zu den Nockenwellen zu den Spritzdüsen gelangen kann.
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Im Stand der Technik ist aus der Druckschrift
DE 10 2013 113 217 A1 weiterhin eine Vorrichtung bekannt, welche entweder nur eine Schmierung oder eine Spritzölkühlung samt Schmierung von Kolben einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines Öl-Druckniveaus eines Spritzölkühlkreises bewirkt, welches über eine Ölpumpe unter Berücksichtigung der aktuellen Motortemperatur eingestellt wird. Hierbei erfolgt die Schmierung, falls das Öl-Druckniveau unter einer Schaltschwelle eines druckgesteuerten Schaltventils rangiert, insoweit insbesondere bei relativ niedriger Motortemperatur, eine Kühlung über Spritzöl weiterhin dann, wenn das Öl-Druckniveau eine Schaltschwelle überschreitet, insoweit bei relativ höherer Motortemperatur. Eine solche Ausgestaltung ist jedoch in nachteiliger Weise aufwändig in Hinsicht z.B. auf die Ölpumpensteuerung, daneben problematisch in Hinblick auf Federdegeneration am Schaltventil, d.h. bezüglich eines Verschiebens der Schaltschwellen über die Zeit, und weiterhin in Hinsicht auf etwaige Fehlfunktion der Temperatursensorik. Zudem ist mit dieser Ausgestaltung in nachteiliger Weise nurmehr eine kontinuierliche Kühlung über Spritzöl gegeben, solange jene Motortemperatur überschritten ist, ab welcher die Spritzölkühlung einsetzt. Dies wiederum führt aufgrund der resultierenden, erheblichen Menge freigesetzten Spritzöls im Motor jedoch zu nachteilig hohen Reibleistungsverlusten an demselben, weiterhin zu einem hohen Spritzölbedarf, welcher wiederum eine nachteilig leistungsstarke und damit teure Ölpumpe erfordert.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 107 078 A1 offenbart ferner eine Kolben-Ölspritzeinrichtung für ein Kolben-Ölspritzsystem, im Rahmen derer auch eine mechanische Verteileinrichtung vorgesehen werden kann, um die Zeiteinstellung und/oder die Geschwindigkeit des Ölsprühstrahls zu steuern, der aus der Kolben-Ölspritzeinrichtung austritt. Z.B. kann der Kolben-Ölspitzeinrichtung Öl über zumindest eine Vertiefung einer rotierenden Welle zugeführt werden. Ferner kann alternativ ein Kurbelwellen-Gegengewicht zur Betätigung eines mechanischen Ventilzapfens verwendet werden, um Öl zu der zumindest einen Kolben-Ölspritzeinrichtung zu schicken.
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Ausgehend vom bekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren anzugeben, im Rahmen derer eine mechanisch gesteuerte Ölspritzstrahlerzeugung bei vorteilhaft geringer Pumpenleistung für den Spritzölkreis ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, weiterhin insbesondere in Form eines Großmotors, zum Beispiel für ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Schiff, einen Triebwagen oder eine Lok, für ein Nutz- oder Sonderfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung, z.B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, z.B. auch für Industrieanwendungen. Die Brennkraftmaschine kann nach dem Selbst- und/oder Fremdzünderprinzip arbeiten, z.B. eine Zylinderanzahl zwischen 6 bis 24 Zylinder aufweisen, weiterhin z.B. als Reihenmotor oder V-Motor ausgestaltet sein.
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Die Brennkraftmaschine umfasst eine Nockenwelle, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine untenliegende (innenliegende) Nockenwelle ist, auf an sich übliche Weise insbesondere mit einer Anzahl an Nocken bereitgestellt. Weiterhin bevorzugt ist die Nockenwelle an der Brennkraftmaschine dazu vorgesehen, wenigstens ein Einlass- und/oder Auslassventil der Brennkraftmaschine zu betätigen, zum Beispiel direkt oder indirekt, insbesondere über die vorgenannten Nocken. Die Nockenwelle dreht im Rahmen der Anordnung in der Brennkraftmaschine bevorzugt mit der halben Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
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Die Brennkraftmaschine umfasst weiterhin eine Ölspritzkühleinrichtung, welche eingerichtet ist, Ölspritzstrahlen für die Kühlung wenigstens eines Kolbens der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Vorzugsweise spritzt die Ölspritzkühleinrichtung Spritzöl bzw. die erzeugten Ölspritzstrahlen in Richtung einer Kolbenunterseite, d.h. von unten gegen den jeweiligen zu kühlenden Kolben. Hierbei kann ein jeweiliger Kolben bevorzugt einen Ölkanal bzw. Kühlkanal aufweisen, hin zu welchem ein jeweiliger erzeugter Ölspritzstrahl gerichtet ist, i.e. um (Spritz-)Öl zur Kühlung des Kolbens über den Ölkanal in den Kolben (auffangen und) einbringen zu können. Vorzugsweise ist der Kolben hierbei ferner so ausgestaltet, dass sich das über den Ölkanal eingetretene Spritzöl sodann im Kolben (über geeignete Leitungswege) verteilen kann, das heißt bis zu einem Austreten (z.B. über Auslasskanäle). Die Ausdüsung der Ölspritzstrahlen zur Kühlung des jeweiligen Kolbens kann vorzugsweise über eine Ölspritzdüse der Ölspritzkühleinrichtung erfolgen.
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Vorzugsweise ist die Ölspritzkühleinrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingerichtet, eine Anzahl von Kolben der Brennkraftmaschine je mittels erzeugter Ölspritzstrahlen (Öl-Jets) zu kühlen, das heißt wie vorstehend erörtert. Insoweit weist die Ölspritzkühleinrichtung je zu kühlendem Kolben vorzugsweise wenigstens eine Ölspritzdüse auf.
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Die Brennkraftmaschine ist nunmehr weiterhin eingerichtet, die Ölspritzstrahlerzeugung via die Ölspritzkühleinrichtung mechanisch über die Nockenwelle zu steuern, insbesondere mittels deren Nocken. Hierbei wird die Ölspritzkühleinrichtung zur Ölspritzstrahlerzeugung vorzugsweise über die Nockenwelle, insbesondere über deren Nocken, auch betätigt, weiterhin vorzugsweise unmittelbar bzw. direkt.
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Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass jene - oben bereits erwähnte - Nocken der Nockenwelle, welche auch zur Steuerung der Einlass- und/oder Auslassventile, insbesondere z.B. der Einlassventile, der Brennkraftmaschine bereitgestellt sind, auch die mechanische Steuerung der Ölspritzstrahlerzeugung via die Ölspritzkühleinrichtung leisten bzw. bewirken, insbesondere auch die Betätigung derselben im Rahmen der Ölspritzstrahlerzeugung, woneben jedoch auch separat bzw. zusätzlich an der Nockenwelle bereitgestellte Nocken vorgesehen werden können.
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Mit dieser Ausgestaltung der Brennkraftmaschine lässt sich die Ölspritzstrahlerzeugung robust und zuverlässig mechanisch steuern, woneben auch die Vorteile erzielt werden können, die Reibleistungsverluste im Motor sowie die Kosten zu minimieren. Das deshalb, als mit der Nockenwellensteuerung eine Ölspritzstrahlausbringung für einen jeweiligen zu kühlenden Kolben - in einem jeweiligen Arbeitsspiel - nur noch zeitweilig bzw. diskontinuierlich (phasenweise) und ferner vorteilhaft bedarfsangepasst erfolgen kann. Hierdurch wird in der Folge der Ölbedarf verringert, mithin auch der Leistungsbedarf der Ölpumpe für die Ölspritzkühleinrichtung, weiterhin auch die ausgebrachte Ölmenge und somit vorteilhaft wiederum die Reibleistungsverluste.
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In erfindungsgemäßer Weise ist die Ölspritzkühleinrichtung eingerichtet, im Rahmen der mechanisch durch die Nockenwelle gesteuerten Ölspritzstrahlerzeugung über die Nockenwelle eine Hydraulikdruckerhöhung am Spritzöl für die Erzeugung eines jeweiligen Ölspritzstrahles zu bewirken, d.h. mittels einer geeigneten Aktuierungsvorrichtung. Zum Beispiel kann eine solche Ausgestaltung nach dem bekannten Prinzip Pumpe-Düse arbeiten, wobei eine über die Ölspritzdüse auszubringende Spritzölmenge im Rahmen der mechanischen Nockenwellensteuerung auch eine Druckbeaufschlagung erfährt. Einher geht hiermit die Möglichkeit, eine Ausdüsung mit einem höheren Druckniveau als dem Öl-Versorgungsdruck am Druckraum zu bewirken. Folglich kann hierbei die Pumpenleistung für den Spritzölkreis vorteilhaft gering ausfallen.
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Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass die Brennkraftmaschine eingerichtet ist, im Rahmen der mechanischen Steuerung der Ölspritzstrahlerzeugung über die Nockenwelle dann einen Ölspritzstrahl zur Kühlung des wenigstens einen bzw. des jeweiligen Kolbens via die Ölspritzkühleinrichtung zu erzeugen, wenn sich der wenigstens eine Kolben der Brennkraftmaschine im Bereich des unteren Totpunkts befindet, insbesondere am Ende des Verbrennungstakts, ansonsten (im jeweiligen Arbeitsspiel) insbesondere keinen Ölspritzstrahl zur Kühlung dieses Kolbens via die Ölspritzkühleinrichtung zu erzeugen.
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In Weiterbildung kann die Brennkraftmaschine vorzugsweise auch eingerichtet sein, im Rahmen der mechanischen Steuerung der Ölspritzstrahlerzeugung über die Nockenwelle einen Ölspritzstrahl in einem Bereich des Kolbenhubs des wenigstens einen bzw. jeweiligen Kolbens via die Ölspritzkühleinrichtung zu erzeugen, welcher Bereich mit Bewegung des betreffenden Kolbens hin zu dem unteren Totpunkt bei etwa oder in Hubmitte beginnt, insbesondere im Verbrennungstakt (mit Bezug auf den Kolben), und mit Bewegung des Kolbens in Richtung oberer Totpunkt bei etwa oder in Hubmitte endet, insbesondere im Ausstoßtakt (des Kolbens). Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine eingerichtet ist, im Rahmen der mechanischen Steuerung der Ölspritzstrahlerzeugung über die Nockenwelle einen Ölspritzstrahl in diesem gesamten, vorgenannten Bereich oder alternativ z.B. nur in einem Ausschnitt daraus via die Ölspritzkühleinrichtung zu erzeugen (insoweit vorzugsweise auch die Ölspritzkühleinrichtung über die Nockenwelle zu betätigen). Weiterhin bevorzugt ist die Brennkraftmaschine hierbei auch eingerichtet, die Ölspritzstrahlerzeugung für den Kolben via die Ölspritzkühleinrichtung ansonsten über die Nockenwelle gesteuert auszusetzen (keine Spritzölausdüsung an den Kolben).
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Mit den vorgenannten Ausführungsformen, welche insoweit eine Ölspritzstrahlausbringung im Bereich des unteren Totpunkts (UT) bzw. um denselben herum vorsehen, kann die Kolbenkühlung über die erzeugten Ölspritzstrahlen mit der vorgesehenen Spritzölbeaufschlagung von unten insoweit besonders vorteilhaft erfolgen, als der Kolben in diesem Bereich der jeweiligen Ölspritzdüse stark bis maximal (vorzugsweise UT) angenähert ist. Hierdurch kann das freigesetzte Spritzöl in vorteilhaft hohem Maße durch den Kolben aufgenommen werden, d.h. ein vorteilhaft hoher Fanggrad realisiert werden. Da außerhalb dieses Bereichs daneben keine Spritzölausbringung vorgesehen ist, wird vermieden, dass mit zunehmender Entfernung des Kolbens von der Ölspritzdüse, mithin mit deutlich abnehmendem Fanggrad, unnötig Spritzöl aufgewendet wird.
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Dadurch, dass die mechanisch nockenwellengesteuerte Ölspritzstrahlerzeugung für den jeweiligen Kolben weiterhin vorzugsweise nur im Zeitfenster beginnend mit der jeweiligen zweiten Hälfte des Verbrennungstakts und endend nach der jeweilig nachfolgenden ersten Hälfte des Ausstoßtakts des Kolbens vorgesehen ist, kann weiterhin vorteilhaft die Kühlung bedarfsgerecht immer dann erfolgen, wenn der Kolben nach der Verbrennung gerade stark erwärmt ist. Außerhalb dieses Zeitfensters ist eine Spritzölkühlung insoweit folgerichtig somit nicht vorgesehen.
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Vorteilhaft einfach realisierbare Ausgestaltungen der Brennkraftmaschine gehen nunmehr zum Beispiel dahin, dass die Ölspritzkühleinrichtung einen vorzugsweise umgrenzten Ölraum aufweist, insbesondere einen Druckölraum, welcher unterhalb der Nockenwelle angeordnet ist. Der Ölraum, zum Beispiel kanalförmig ausgebildet, ist hierbei zentral für die Versorgung von Spritzöl an die Gesamtzahl der Ölspritzdüsen vorgesehen, d.h. im Rahmen der mechanisch nockenwellengesteuerten Ölspritzstrahlerzeugung.
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Bei weiterhin bevorzugten Ausführungsformen kann die Ölspritzkühleinrichtung wenigstens eine Aktuierungsvorrichtung, z.B. wenigstens ein Ventil aufweisen, welche bzw. welches für die mechanisch über die Nockenwelle gesteuerte Ölspritzstrahlerzeugung durch die Nockenwelle, insbesondere einen Nocken derselben, mechanisch betätigbar ist (d.h. vorzugsweise durch Eingriff des Nockens am Ventil). Das Ventil kann z.B. ein Linearventil sein, wobei z.B. ein Teller oder Rollenstößel des Ventils in Eingriff am Nocken ist, z.B. auch ein Drehschieberventil, ein Tulpenventil oder ein davon verschiedenes Ventil.
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Mit Betätigung kann das wenigstens eine Ventil eine Strömungsverbindung zwischen einem wie zum Beispiel oben erläuterten Druckölraum und einer Ölspritzdüse je der Ölspritzkühleinrichtung freigeben, woraufhin der Ölspritzstrahl mechanisch nockenwellengesteuert (und hierbei auch nockenwellenbetätigt) erzeugt wird. Vorzugsweise weist die Ölspritzkühleinrichtung bei einer solchen Ausgestaltung eine Anzahl von Ventilen auf, welche jeweils Ölspritzdüsen zugeordnet sind. Angemerkt sei, dass das Spritzöl bwz. ein Ölvolumen hierbei vorzugsweise mit dem im Druckölraum vorherrschenden Öldruckniveau ausgedüst wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Durchführung mit einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche zur Kolbenkühlung über Ölspritzstrahlen eingerichtet ist, insbesondere wie vorstehend erörtert. Mit dem Verfahren ist vorgesehen, dass mit der Brennkraftmaschine eine Ölspritzstrahlerzeugung für die Kolbenkühlung über eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine mechanisch gesteuert erfolgt, wobei im Rahmen der mechanisch durch die Nockenwelle gesteuerten Ölspritzstrahlerzeugung über die Nockenwelle eine Hydraulikdruckerhöhung am Spritzöl für die Erzeugung eines jeweiligen Ölspritzstrahles bewirkt wird. Hierbei kann im Rahmen der mechanischen Steuerung über die Nockenwelle eine Ölspritzstrahlausbringung für einen zu kühlenden Kolben zeitlich - und vorzugsweise ausschließlich - im (zusammenhängenden) Bereich ab Mitte des Verbrennungstakts bis Mitte des Ausstoßtakts des Kolbens erfolgen, insbesondere um den unteren Totpunkt herum.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 exemplarisch und schematisch in einer abgebrochenen Schnittansicht eine Brennkraftmaschine gemäß einer möglichen Ausführungsform.
- 2 exemplarisch und schematisch eine Ansicht gerichtet auf eine Aktuierungsvorrichtung der Ölspritzkühleinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform.
- 3 exemplarisch und schematisch eine Ansicht einer Ölspritzkühleinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform, einen zentralen Ölkanal mit daran angeordneten Ölspritzdüsen und Betätigungspositionen veranschaulichend.
- 4 exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht einer Ölspritzkühleinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß noch einer weiteren möglichen Ausführungsform, mit einem Ölkanal gemäß 3 und einer Aktuierungsvorrichtung.
- 5 exemplarisch und schematisch eine Ansicht einer Ölspritzkühleinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer noch weiteren möglichen Ausführungsform, gerichtet auf die Aktuierungsvorrichtung.
- 6 exemplarisch und schematisch eine Ansicht der Ölspritzkühleinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform, wobei die Aktuierungsvorrichtung nach dem Drehschieberprinzip arbeitet.
- 7 exemplarisch und schematisch eine Ansicht einer Ölspritzkühleinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, wobei die Aktuierungsvorrichtung zur Druckerhöhung eingerichtet ist.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, insbesondere eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, welche vorliegend exemplarisch als V-Motor ausgestaltet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist eine - untenliegende - Nockenwelle 3 auf, welche von einer Kurbelwelle angetrieben wird, zum Beispiel über einen Zahnriemen oder einen Zahnrädersatz (nicht dargestellt), insbesondere mit halber Drehzahl der Kurbelwelle. An der Nockenwelle 3 sind Nocken 5 angeordnet, welche zur Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine 1 bereitgestellt sind, das heißt zur Steuerung der Einlass- und/oder Auslassventile (Gaswechselventile).
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiterhin eine Anzahl von Kolben 7 (jeweiliger Zylinder), welche in einem Kurbelgehäuse 9 der Brennkraftmaschine 1 hubbeweglich aufgenommen sind, zum Beispiel in Zylinderlaufbuchsen 11. Zu deren Antrieb sind die Kolben 7 auf an sich bekannte Weise mit der Kurbelwelle verbunden, insbesondere über Pleuel 13.
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Wie 1 weiterhin veranschaulicht, umfasst die Brennkraftmaschine 1 auch eine Ölspritzkühleinrichtung 15, welche eingerichtet ist, Ölspritzstrahlen (Pfeil A) für die Kühlung der Kolben 7 der Brennkraftmaschine 1 zu erzeugen. Die mit der Ölspritzkühleinrichtung 15 erzeugten Ölspritzstrahlen A werden hierbei gegen eine jeweilige Kolbenunterseite gerichtet, insbesondere ausgerichtet auf die Einlassöffnung eines Ölkanals 17, welcher an einem jeweiligen Kolben 7 gebildet ist. Über den Ölkanal 17 kann das (Spritz-)Öl vom Kolben 7 aufgenommen bzw. gefangen werden und sich sodann im Kolbeninneren über darin vorgesehene Leitungswege verteilen. Derart kann eine verlässliche Kolbenkühlung bewirkt werden. Über einen Auslasskanal (nicht dargestellt) kann das Öl sodann wieder austropfen.
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Für die Ausdüsung des Spritzöls bzw. die Ölspritzstrahlerzeugung weist die Ölspritzkühleinrichtung 15 Ölspritzdüsen 19 auf, insbesondere je eine Ölspritzdüse 19 je zu kühlendem Kolben 7, welche von einem (Druck-)Ölraum 21 der Ölspritzkühleinrichtung 15 abmünden. Der Druckölraum 21 ist hierbei für die Vielzahl von Ölspritzdüsen 19 bereitgestellt, insoweit als zentraler (Versorgungs-)Kanal in einem Gehäuse 23 gebildet und mit diesem gleichsam eines Rails ausgestaltet bzw. wirkend. Der Druckölraum 21 erstreckt sich vorzugsweise achsparallel zur Nockenwelle 3 und weiterhin in einer Anordnung unterhalb derselben, insbesondere nahe darunter. Drucköl für die Erzeugung der Ölspritzstrahlen A wird vorzugsweise über eine Ölpumpe 25 (der Ölspritzkühleinrichtung 15) an den Druckölraum 21 versorgt, das heißt mit vorbestimmtem Druckniveau.
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Die in 1 aufgezeigte Brennkraftmaschine 1 ist weiterhin eingerichtet, die Ölspritzstrahlerzeugung via die Ölspritzkühleinrichtung 15 mechanisch über die Nockenwelle 3 zu steuern. Im Rahmen dieser Steuerung werden die Ölspritzstrahlen A insbesondere in Abhängigkeit der Drehstellung der Nockenwelle 3 bzw. der Nockenstellung erzeugt (in einem jeweiligen Arbeitsspiel). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geht hiermit vorzugsweise weiterhin auch die Betätigung der Ölspritzkühleinrichtung 15 zur Ölspritzstrahlerzeugung durch die Nockenwelle 3 bzw. deren Nocken 5 einher, insbesondere unmittelbar durch dieselbe und vorzugsweise mittels Eingriffnahme der Nockenwelle 3 (über deren Nocken 5) an wenigstens einer Aktuierungsvorrichtung 27 der Ölspritzkühleinrichtung 15.
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Bevorzugt weist die Ölspritzkühleinrichtung 15 eine Anzahl an Aktuierungsvorrichtungen 27 auf, z.B. in Form von Ventilen 29, welche z.B. je wenigstens einer Ölspritzdüse 19 zugeordnet sind und vorzugsweise auf vorbezeichnete Weise durch Eingriffnahme der Nocken 5 der Nockenwelle 3 betätigt werden, das heißt in Abhängigkeit der Drehstellung desselben. Neben einem unmittelbaren Eingriff eines Nockens 5 an einer jeweiligen Aktuierungsvorrichtung 27 kann aber auch ein mittelbarer Eingriff erwogen werden, zum Beispiel über ein Gestänge.
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Bei der in 1 exemplarisch dargestellten Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 umfasst eine jeweilige als (Linear-)Ventil 29 ausgestaltete Aktuierungsvorrichtung 27 ein Eingriffselement 31, vorliegend zum Beispiel mit einem (Rollen-)Stößel 33, welcher z.B. dauerhaft in Eingriff gegen einen zugeordneten Nocken 5 der Nockenwelle 3 gedrängt ist, zum Beispiel mittels einer Federlast 35 (Druckfeder). Das Eingriffselement 31 ist hubverschieblich in einer (Axial-)Führung am Kurbelgehäuse 9 aufgenommen und kann einerseits durch den Nocken 5 und andererseits durch die Federlast 35 verschoben werden, d.h. axial in Richtung +B weg vom Nocken 5 bzw. in Richtung -B hin zum Nocken 5.
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Mit einer Verschiebung des Eingriffselements 31 in Richtung des Druckölraums 21 (+B), d.h. bewirkt durch einen das Eingriffselement 31 zeitweilig überstreichenden Exzenterabschnitt 37 des Nockens 5, wird hierbei ein Ventilkörper 39 des Ventils 29 mitverschoben, mit der Folge, dass eine Ausströmöffnung 41 bzw. -Mündung aus dem Druckölraum 21 freigegeben wird und Drucköl (Spritzöl) aus dem Druckölraum 21 hin zur Ölspritzdüse 19 entweichen kann, mithin ein Ölspritzstrahl A erzeugt wird. Eine Rückstellung des Ventilkörpers 39 samt Eingriffselement 31, einhergehend mit einem Verschluss der Ausströmöffnungen 41 und Enden der Ölspritzstrahlerzeugung, wird sodann über die Federlast 35 bewirkt, das heißt sobald der das Eingriffselement 31 auslenkende bzw. verschiebende Exzenterabschnitt des Nockens 5 das Eingriffselement 31 überstrichen hat. Auf vorteilhaft raumsparende Weise können die Ventilkomponenten Eingriffselement 31, Federlast 35 und Ventilkörper 39 hierbei ersichtlich in oder am Gehäuse 23 des Ölraums 21 angeordnet sein.
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Mit dieser Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 wird ein Ölspritzstrahl A je zu kühlendem Kolben 7 insoweit einmal je Nockenwellen-Umdrehung erzeugt, das heißt einmal je Arbeitsspiel. Hierbei ist beachtlich, dass das Zeitfenster in welchem ein Ölspritzstrahl A je Kolben 7 erzeugt wird, im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so auf den Kolbenhub und die Kolbentemperatur abgestimmt ist, das heißt durch Wahl einer geeigneten Nockenkurve, dass zum einen eine große Ölmenge des Ölspritzstrahls A durch den Kolben 7 aufgenommen werden kann und zum anderen die Ölspritzstrahl-Ausbringung dann erfolgt, wenn die Kolbentemperatur stark erhöht ist. Mit anderen Worten wird der Ölspritzstrahl A somit vorzugsweise dann erzeugt, wenn sich der Kolben 7 nach der Verbrennung der Ölspritzdüse 19 relativ deutlich angenähert hat, insbesondere also in UT.
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Mit Vorteil ist die Brennkraftmaschine 1 insoweit vorzugsweise eingerichtet, einen Ölspritzstrahl A nur in einem Kolbenhubbereich eines jeweiligen Arbeitsspiels zu erzeugen, welcher Bereich mit Bewegung des Kolbens 7 hin zu dem unteren Totpunkt (UT) etwa in Hubmitte beginnt, insbesondere im Verbrennungstakt, und mit Bewegung des Kolbens 7 in Richtung oberer Totpunkt (OT) etwa bei Hubmitte endet, insbesondere im Ausstoßtakt.
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Zur Bereitstellung dieser Funktionalität bzw. einer geeigneten Nockenkurve können - bei baulicher Eignung der Brennkraftmaschine 1 - auf einfache Weise zum Beispiel die Nocken 5 jeweiliger Einlassventile der Brennkraftmaschine 1 auch für die Steuerung der Ölspritzstrahlerzeugung vorgesehen werden. Allgemein kann auch erwogen werden, separate Nocken 5 für die Steuerung der Ölspritzstrahlerzeugung bereitzustellen, z.B. alternativ oder zusätzlich zu Nocken 5 der Ventilsteuerung.
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2 zeigt nunmehr beispielhaft eine alternativ mögliche Aktuierungsvorrichtung 27 einer Brennkraftmaschine 1, welche wiederum einen Stößel 33 (Tassenstößel) am Eingriffselement 31 für den Nocken 5 vorsieht, weiterhin zum Beispiel ein Gehäuse 23, welches sowohl den Druckölraum 21 (kanalförmig) ausbildet als auch Ventilgehäuse der jeweiligen Aktierungsvorrichtungen 27 (der auch hierbei als Ventil 29 gebildeten Aktuierungsvorrichtung 27).
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Bei dieser Ausgestaltung ist der Tassenstößel 33 über eine zwischen Tassenstößel 33 und Gehäuse 23 gefangene Federlast 35 (Druckfeder) gegen den Nocken 5 in Eingriff gedrängt. Über eine Stößelstange 43 kann hierbei ein Ventilkörper 39 der Aktuierungsvorrichtung 27 verschoben werden, welcher in Abhängigkeit seiner Steuerstellung einen Strömungsweg vom Druckölraum 21 zur Ölspritzdüse 19 öffnet (via den verjüngten Abschnitt 45) oder versperrt (via den Korrespondenzabschnitt 47 zur Ventilbohrung 49). Aus der gezeigten Sperrstellung kann der Ventilkörper 39 in die Offenstellung verschoben werden, sobald der Exzenterabschnitt 37 des Nockens 5 den Tassenstößel 33 samt Stößelstange 41 und Ventilkörper 39 gegen die Federlast 35 nach unten drängt, die Rückstellung erfolgt wiederum über die Federlast 35. Die Aktuierungsvorrichtung 27 kann zum Beispiel über Abstandshalter 51 und Schraubverbindungen 53 unter der Nockenwelle 3 geeignet befestigt werden, insbesondere am Kurbelgehäuse 9.
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3 zeigt, insbesondere analog zu 2, ein Gehäuse 23 einer Ölspritzkühleinrichtung 15 einer weiteren möglichen Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 1, in welchem wiederum ein Druckölraum 21 bereitgestellt ist, wobei ferner eine Anzahl Ölspritzdüsen 19 veranschaulicht ist, welche an dem Gehäuse 23 aufgenommen sind. Weiterhin sind die Positionen 55 dargestellt, an welchen in Übereinstimmung mit den Positionen der die Ölspritzstrahlerzeugung steuernden Nocken 5 die Eingriffselemente 31 der Aktuierungsvorrichtungen 27 anordenbar sind. Mit einer solchen Ausführung mit einem gemeinsamen Gehäuse 23 kann eine einfache Vormontage der Ölspritzkühleinrichtungs-Komponenten erfolgen, welche sodann über das Gehäuse 23 als Einheit sämtlich unterhalb der Nockenwelle 3 montierbar sind, d.h, insbesondere am Kurbelgehäuse 9. Eine Anordnung der Ölspritzdüsen 19 am Gehäuse 23 kann zum Beispiel auch die Zündfolge der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 berücksichtigen.
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4 zeigt nunmehr eine Ansicht einer Ölspritzkühleinrichtung 15 wie diese z.B. mit einem Gehäuse 23 nach 3 bildbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Druckölraum 21 zum Beispiel unterhalb des jeweiligen Ventilkörpers 39 angeordnet sein, welcher bei Auslenkung über den Nocken 5 und eine Stößelstange 43 eines zum Beispiel Rollenstößels 33 in den Druckölraum 21 eintaucht (gestrichelt veranschaulicht) und somit (über den verjüngten Abschnitt 45) einen Strömungsweg hin zur Ölspritzdüse 19 freigibt, mithin ein Ölspritzstrahl A mechanisch über den Nocken 5 gesteuert erzeugt wird.
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Ein Stößelbecher 57 des Rollenstößels 33 ist hierbei schwimmend an einem Kopf 59 der Stößelstange 43 angelagert, wodurch etwaige Toleranzen vorteilhaft einfach ausgeglichen werden können. Eine Druckfeder 35 sorgt nach Überstreichen des Rollenstößels 33 durch die Nockenexzentrität 37 wieder für die Rückstellung des Ventilkörpers 39 in die gezeigte Sperrstellung.
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5 zeigt eine Aktuierungsvorrichtung 27 einer Brennkraftmaschine 1, bei welcher die Aktuierungsvorrichtung 27 z.B. als Tulpenventil 29 bereitgestellt ist. Ein Gehäuse 23 kann hierbei modular zusammengesetzt sein, zum Beispiel mittels einer den Druckölraum 21 ausbildenden Schiene samt Verschlussleiste (Deckel) 61 und Dichtung 63, wobei ein Ventilgehäuse 65 auf das derart gebildete Gehäuse 23 aufgesetzt ist. Ein über den Nocken 5 betätigbarer bzw. verschiebbarer Ventilkörper 39 kann hierbei in Abhängigkeit seiner Steuerstellung ein Überströmen vom Druckölraum 21 in einen Stichkanal 67 zur Ölspritzdüse 19 ermöglichen oder verhindern. Die derart gebildete Anordnung kann eine Verschraubung der Gehäusekomponenten mitsamt dem Kurbelgehäuse 9 vorsehen. Eine Abdichtung am Eingriffselement 31 gegen eine Korrespondenzbohrung 49 am Ventilgehäuse 65 kann z.B. mit einem Dichtring 31a erfolgen.
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6 zeigt beispielhaft eine Ansicht einer Ölspritzkühleinrichtung 15 einer weiteren möglichen Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 1, wobei zur mechanischen Steuerung der Ölspritzstrahlerzeugung über die Nockenwelle 3 eine Aktuierungsvorrichtung 27 vorgesehen ist, welche nach dem Drehschieberprinzip arbeitet. Über eine Gestängeverbindung 69 mit Andruckrolle 71 wird hierbei ein Schlitzkörper 73 mit einer (Blenden-)Öffnung in Abhängigkeit der Stellung der Nockenwelle 3 betätigt, d.h. rotiert, mithin ein Strömungsweg seitens des Druckölraums 21 hin zur Ölspritzdüse 19 freigegeben oder versperrt. Der Schlitzkörper 73 kann hierbei im Druckölraum 21 aufgenommen und geführt sein.
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7 zeigt nunmehr beispielhaft eine Ölspritzkühleinrichtung 15 einer Brennkraftmaschine 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Aktuierungsvorrichtung 27 nach dem Prinzip Pumpe-Düse arbeitet. Hierbei wirkt der Nocken 5 (über das Eingriffselement 31) auf ein Kolbenelement 75 (im Sinne eines Pumpenkolbens) der Aktuierungsvorrichtung 27, welches mit Überstreichen durch den Exzenterabschnitt 37 des Nockens 5 in Richtung zu einer Ölkammer 77 (im Sinne eines Pumpenarbeitsraums) verschoben wird, und nach Überstreichen durch die Exzentrizität 37 sodann über eine Federlast 35 wieder zurückverlagert wird (z.B über eine Druckfeder 35 in der Ölkammer 77 oder z.B. eine (gestrichelt dargestellte) Zugfeder 35 zwischen dem Kolbenelement 75 und einem Lager (am Kurbelgehäuse 9)).
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In die Ölkammer 77 kann Öl hierbei seitens des (Druck-)Ölraums 21 über einen Strömungsweg (Stichleitung 79) eingebracht werden, in welchem ein Rückschlagventil 81 aufgenommen ist. Die Sperrrichtung des Rückschlagventils 81 weist hierbei von der Ölkammer 77 hin zum Ölraum 21. Weiterhin ist die Ölkammer 77 mit der Ölspritzdüse 19 kommunizierend verbunden.
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Mit dieser Ausgestaltung kann ein Ölspritzstrahl A mechanisch über den Nocken 5 gesteuert erzeugt werden, sobald das Kolbenelement 75 eine in der Ölkammer 77 aufgenommene Ölmenge infolge einer Verlagerung in Richtung der Ölkammer 77 (+B) druckbeaufschlagt. Das Rückschlagventil 81 wird hierbei infolge der Druckerhöhung in der Ölkammer 77 in Sperrstellung gedrängt, und ein Ölspritzstrahl A damit einhergehend über die Ölspritzdüse 19 freigesetzt.
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Mit Rückverlagerung des Kolbenelements 75 durch die Federlast 33 (nach Überstreichen durch den Exzenterabschnitt 37) sinkt der Druck in der Ölkammer 77, dass Rückschlagventil 81 öffnet in der Folge und Öl aus dem Ölraum 21 strömt in die Ölkammer 77 dieselbe nachbefüllend über. Mit der nächsten nockengesteuerten Verlagerung des Kolbenelements 75 in Richtung Ölkammer 77 wird sodann ein neuer Ölspritzstrahl A wie vorstehend erörtert erzeugt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ersichtlich möglich, einen jeweiligen Kolben 7 vorteilhaft bedarfsgerecht zu kühlen und daneben die Kosten für die Kolbenkühlung signifikant zu reduzieren. Letzteres wird nachfolgend beispielhaft dargelegt für eine Brennkraftmaschine 1 aus dem Stand der Technik mit 20 Zylindern und einem Ölvolumenstrom über die Ölspritzdüsen von 390 1/min für die Kolbenkühlung, weiterhin für eine Ölpumpe mit 12,7bar Druck. Die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Öleinspritzung einmal pro Arbeitstakt führt hierbei zu einer Reduktion der benötigten Ölmenge auf 25 %, wodurch die Ölpumpenleistung um 6 KW reduziert werden kann. Bei angenommenen 4000 Betriebsstunden pro Jahr können hiermit 4,8t Kraftstoff gespart werden.
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Letztlich sei noch angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung ein vorteilhaft robuster Motorbetrieb sicherstellbar ist. Darüber hinaus ergeben sich im Rahmen der Erfindung weitere Optimierungsmöglichkeiten, wie z.B. die Absenkung des Öldrucks vor Ölspritzdüse im Motorkennfeld.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 3
- Nockenwelle
- 5
- Nocken
- 7
- Kolben
- 9
- Kurbelgehäuse
- 11
- Zylinderlaufbuchse
- 13
- Pleuel
- 15
- Ölspritzkühleinrichtung
- 17
- Ölkanal
- 19
- Ölspritzdüse
- 21
- (Druck-)Ölraum
- 23
- Gehäuse
- 25
- Ölpumpe
- 27
- Aktuierungsvorrichtung
- 29
- Ventil
- 31
- Eingriffselement
- 31a
- Dichtring
- 33
- Stößel
- 35
- Federlast
- 37
- Exzenterabschnitt
- 39
- Ventilkörper
- 41
- Ausströmöffnung
- 43
- Stößelstange
- 45
- verjüngter Abschnitt
- 47
- Korrespondenzabschnitt
- 49
- Bohrung
- 51
- Abstandselement
- 53
- Schraubverbindung
- 55
- Positionen
- 57
- Stößelbecher
- 59
- Kopf
- 61
- Deckel
- 63
- Dichtung
- 65
- Ventilgehäuse
- 67
- Stichkanal
- 69
- Gestängeverbindung
- 71
- Andruckrolle
- 73
- Schlitzkörper
- 75
- Kolbenelement
- 77
- Ölkammer
- 79
- Stichleitung
- 81
- Rückschlagventil
- A
- Ölspritzstrahl
- B
- Richtung
