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Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Kolbens in einem Zylinder einer Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Anordnung eines Kolbens in einem Zylinder einer Hubkolbenmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2004 048 672 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei der Anordnung weist der Kolben einen Kolbenboden, ein Kolbenhemd und wenigstens einen Innenraum auf, welcher jeweils zumindest teilweise durch den Kolbenboden und das Kolbenhemd begrenzt ist. Der Innenraum ist beispielsweise in axialer Richtung des Kolbens durch den Kolbenboden begrenzt, wobei der Innenraum in radialer Richtung des Kolbens zumindest teilweise durch das Kolbenhemd begrenzt ist. Bei der Anordnung ist wenigstens eine zum Ausspritzen von Öl ausgebildete Spritzöffnung vorgesehen. Mit anderen Worten kann die Spritzöffnung von Öl durchströmt werden und das Öl, welches die Ausspritzöffnung durchströmt, ausspritzen. Mittels der Spritzöffnung ist das die Spritzöffnung durchströmende Öl in wenigstens einer Stellung des Kolbens in den Innenraum einspritzbar. Der Zylinder ist dabei durch eine Zylinderwand begrenzt, welche beispielsweise auch als Laufbahn oder Zylinderlaufbahn bezeichnet wird und beispielsweise durch ein Zylindergehäuse der Hubkolbenmaschine begrenzt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger Betrieb der Hubkolbenmaschine realisierbar ist, ist erfindungsgemäß wenigstens eine von der Ausspritzöffnung getrennte weitere Ausspritzöffnung vorgesehen, mittels welcher zumindest in der wenigstens einen Stellung des Kolbens Öl ausspritzbar und gegen die Zylinderwand spritzbar ist.
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Mit anderen Worten, während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine wird beispielsweise die erste Ausspritzöffnung von Öl durchströmt, welches mittels der ersten Ausspritzöffnung ausgespritzt wird. Ferner wird während des Betriebs die weitere Ausspritzöffnung von Öl durchströmt, welches mittels der weiteren Ausspritzöffnung ausgespritzt wird. In der wenigstens einen Stellung des Kolbens wird das die erste Ausspritzöffnung durchströmende Öl mittels der ersten Ausspritzöffnung in den Innenraum eingespritzt, und das die weitere Ausspitzöffnung durchströmende Öl wird mittels der weiteren Ausspritzöffnung gegen die Zylinderwand gespritzt. Somit werden sowohl der Innenraum als auch die Zylinderwand, insbesondere gleichzeitig, mit Öl bespritzt und somit beölt, sodass die innere Reibung und somit die Reibleistung der beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden können. In der Folge können der Kraftstoffverbrauch und somit die CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Insbesondere bilden der Kolben, insbesondere das Kolbenhemd, und die Zylinderwand einen sogenannten Tribokontakt, da sich der Kolben beispielsweise während des Betriebs der Hubkolbenmaschine zumindest vorübergehend in radialer Richtung des Kolbens an der Zylinderwand abstützt. Bewegt sich dabei beispielsweise der Kolben zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt, so kann es zu Reibung zwischen dem Kolben, insbesondere dem Kolbenhemd, und der Zylinderwand kommen. Diese Reibung kann nun dadurch, dass der Tribokontakt insbesondere mittels der weiteren Ausspritzöffnung besonders vorteilhaft mit Öl versorgt werden, besonders gering gehalten werden, sodass die Reibleistung der Hubkolbenmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
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Des Weiteren kann der Kolben besonders vorteilhaft und insbesondere aktiv mit Öl versorgt und dadurch beispielsweise gekühlt werden, indem mittels der ersten Ausspritzöffnung das Öl aktiv in den Innenraum eingespritzt werden kann.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass bei herkömmlichen Hubkolbenmaschinen eine Versorgung des genannten Tribokontakts mit Öl, welches auch als Schmieröl bezeichnet wird, durch einen Ölnebel und gegebenenfalls durch eine Kolbenspritze erfolgt. Dabei wird ein Nebeneffekt der üblicherweise zur Kühlung des Kolbens entwickelten Kolbenspritze genutzt. Jedoch aufgrund von Maßnahmen, um die CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine gering zu halten, wird die Kolbenspritze zunehmend in weiten Fahrbereichen abgeschaltet, was - falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind - zu einer Mangelschmierung führen kann. Eine solche Mangelschmierung kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden werden, da durch den Einsatz der weiteren Ausspritzöffnung eine hinreichende Versorgung des Tribokontakts mit Öl gewährleistet werden kann. Insbesondere über die weitere Ausspritzöffnung kann eine aktive Schmierung der auch als Laufbahn oder Zylinderlaufbahn bezeichneten Zylinderwand realisiert werden.
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Die weitere Ausspritzöffnung und die erste Ausspritzöffnung sind beispielsweise durch eine den Ausspritzöffnungen gemeinsame Ölspritze gebildet, sodass beispielsweise die weitere Ausspritzöffnung in eine Ölspritze integriert ist, durch welche auch die erste Ausspritzöffnung gebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass die Ausspritzöffnungen durch jeweilige, separat voneinander ausgebildete Ölspritzen gebildet sind, um dadurch eine besonders vorteilhafte Schmierölversorgung gewährleisten zu können. Dadurch, dass eine hinreichende Beölung der Zylinderwand gewährleistet werden kann, kann die Zuschaltung von Kolbenspritzen vermieden oder in einem geringen Rahmen gehalten werden. Eine zur Schmierung erforderliche beziehungsweise vorteilhafte Menge an Öl ist dabei wesentlich geringer als ein zur Kühlung des Kolbens vorteilhafter beziehungsweise erforderlicher Volumenstrom, sodass einerseits eine Mangelschmierung vermieden und andererseits ein besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger Betrieb der Hubkolbenmaschine realisiert werden kann.
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Herkömmlicherweise wird eine Mangelschmierung vermieden, indem Kolbenspritzer aktiviert werden. Dies führt jedoch zu einer zusätzlichen Förderleistung von typischerweise 200 Watt bei Teillast, was nun jedoch bei der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden werden kann. Ferner kann eine übermäßig starke Kühlung des Kolbens vermieden werden, sodass ein hoher thermodynamischer Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine realisiert werden kann. Ferner kann vermieden werden, dass einem im Zylinder ablaufenden Verbrennungsprozess übermäßig Wärme entzogen wird, sodass eine vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisiert werden kann.
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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. ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Kolbens in einem Zylinder einer Hubkolbenmaschine.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Anordnung 10 eines Kolbens 12 in einem Zylinder 14 einer Hubkolbenmaschine, welche beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ist. Dabei ist das Kraftfahrzeug mittels der Hubkolbenmaschine antreibbar. Der Zylinder 14 ist durch eine Zylinderwand 16 eines Zylindergehäuses 18 der Hubkolbenmaschine begrenzt, wobei der Kolben 12 translatorisch bewegbar in dem Zylinder 14 angeordnet ist. Somit ist der Kolben 12 zwischen seinem unteren Totpunkt und seinem oberen Totpunkt relativ zu dem Zylindergehäuse 18 im Zylinder 14 bewegbar. Auf seinem Weg von dem unteren Totpunkt in den oberen Totpunkt und umgekehrt kommt der Kolben 12 in jeweilige Stellungen, zu denen der obere Totpunkt und der untere Totpunkt gehören. Aus der Fig. ist besonders gut erkennbar, dass der Kolben 12 einen Kolbenboden 20 und ein Kolbenhemd 22 aufweist, durch welche jeweils zumindest teilweise ein Innenraum 24 des Kolbens 12 begrenzt ist.
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Des Weiteren ist bei der Anordnung 10 wenigstens eine Kolbenspritze 25 vorgesehen, welche wenigstens eine erste Ausspritzöffnung 26 aufweist. Die erste Ausspritzöffnung 26 ist von Öl 28 durchströmbar, welches auch als Schmieröl bezeichnet wird. Das die erste Ausspritzöffnung 26 durchströmende Öl 28 wird mittels der Ausspritzöffnung 26 und somit mittels der Kolbenspritze 25, welche auch als Ölspritze bezeichnet wird, ausgespritzt. Die Ausspritzöffnung 26 ist dabei derart relativ zu dem Kolben 12 ausgerichtet, dass mittels der Ausspritzöffnung 26 in wenigstens einer der Stellungen des Kolbens 12 das die Ausspritzöffnung 26 durchströmende Öl 28, insbesondere direkt, in den Innenraum 24 eingespritzt wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass in jeder Stellung des Kolbens 12 das Öl 28 mittels der Ausspritzöffnung 26 in den Innenraum 24 eingespritzt wird beziehungsweise einspritzbar ist.
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Um nun einen besonders effizienten und somit wirkungsgradgünstigen Betrieb der Hubkolbenmaschine realisieren zu können, ist bei der Anordnung 10 wenigstens eine von der Ausspritzöffnung 26 getrennte, zusätzlich zur Ausspritzöffnung 26 vorgesehene weitere Ausspritzöffnung 30 vorgesehen, welche von Öl 32 durchströmbar ist. Das die Ausspritzöffnung 30 durchströmende Öl 32 wird mittels der Ausspritzöffnung 30 ausgespritzt. Dabei ist die Ausspritzöffnung 30 derart ausgerichtet, dass das die Ausspritzöffnung 30 durchströmende Öl 32 mittels der Ausspritzöffnung 30 in der zuvor genannten, wenigstens einen Stellung des Kolbens 12 gegen die Zylinderwand 16 gespritzt wird. Insbesondere wird mittels der weiteren Ausspritzöffnung 30 in jeder Stellung des Kolbens 12 das Öl 32 gegen die Zylinderwand 16 gespritzt.
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Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Ausspritzöffnung 30 in die Kolbenspritze 25 integriert, sodass beide Ausspritzöffnungen 26 und 30 durch die den Ausspritzöffnungen 26 und 30 gemeinsame Kolbenspritze 25 gebildet sind. Somit ist beispielsweise wenigstens eine den Ausspritzöffnungen 26 und 30 gemeinsame und beispielsweise zumindest teilweise in der Kolbenspritze 25 verlaufende Versorgungsleitung vorgesehen, über welche beide Ausspritzöffnungen 26 und 30 mit dem jeweiligen Öl 28 beziehungsweise 32 versorgbar sind beziehungsweise versorgt werden.
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Auf seinem Weg von dem oberen Totpunkt in den unteren Totpunkt und/oder umgekehrt stützt sich der Kolben 12 in seiner radialen Richtung zumindest vorübergehend an der Zylinderwand 16 ab, sodass die Zylinderwand 16 und der Kolben 12, insbesondere das Kolbenhemd 22, einen sogenannten Tribokontakt bilden. Insbesondere mittels des die Ausspritzöffnung 30 durchströmenden und somit mittels der Ausspritzöffnung 30 ausgespritzten Öls 32, welches gegen die Zylinderwand 16 gespritzt wird, kann eine besonders vorteilhafte Versorgung der Zylinderwand 16 mit dem Öl, das heißt eine besonders vorteilhafte Laufbahnbeölung, realisiert werden, sodass die innere Reibung und somit die Reibleistung der Hubkolbenmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Insbesondere kann eine aktive Schmierung der auch als Laufbahn bezeichneten Zylinderwand 16 gewährleistet werden. Da zum Beölen des Kolbens 12 die Ausspritzöffnung 26 und zum Beölen der Zylinderwand 16 die Ausspritzöffnung 30 zum Einsatz kommt, kann eine getrennte Beölung von Kolben 12 und Zylinderwand 16 realisiert werden, sodass eine besonders vorteilhafte Schmierölversorgung darstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004048672 A1 [0002]
