DE102017201741B4

DE102017201741B4 - Piston connecting rod device for direct piston lubrication and cooling

Info

Publication number: DE102017201741B4
Application number: DE102017201741.4A
Authority: DE
Inventors: Hans Günther Quix; Herbert Ernst; Antonio Farina
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2037-02-04
Also published as: DE102017201741A1

Abstract

Kolben-Pleuel-Vorrichtung (10) zur direkten Kolbenschmierung und -kühlung, aufweisend einen Kolben (42) einer Verbrennungskraftmaschine, eine Pleuelstange (12) zur Anlenkung des Kolbens (42) an eine Kurbelwelle (68) und einen ersten von einem Pleuelfuß (22) der Pleuelstange (12) zum Kolben (42) führenden Kanal (30) zur Leitung eines Fluids zur Schmierung des Kolbens (42), gekennzeichnet durch einen zweiten vom Pleuelfuß (22) zum Kolben (42) führenden Kanal (36) zur Leitung eines Fluids zur Kühlung des Kolbens (42), wobei der erste Kanal (30) und der zweite Kanal (36) innerhalb der Kolben-Pleuel-Vorrichtung (10) strömungstechnisch voneinander getrennt sind, wobei ein Eingang (38) des zweiten Kanals (36) in einem Bereich des Pleuelfußes (22) an einer Seitenfläche (28) des großen Pleuelauges (20) angeordnet ist, und wobei der Eingang (38) des zweiten Kanals (36) dort von einer um das große Pleuelauge (20) umlaufenden Nut gebildet ist.Piston-connecting-rod device (10) for direct piston lubrication and cooling, having a piston (42) of an internal combustion engine, a connecting rod (12) for articulating the piston (42) on a crankshaft (68) and a first connecting rod foot (22 ) the connecting rod (12) leading to the piston (42) channel (30) for conducting a fluid for lubricating the piston (42), characterized by a second from the big end (22) to the piston (42) leading channel (36) for conducting a Fluids for cooling the piston (42), the first channel (30) and the second channel (36) being fluidically separated from one another within the piston-connecting rod device (10), an inlet (38) of the second channel (36) in a region of the connecting rod foot (22) on a side surface (28) of the large connecting rod eye (20), and wherein the inlet (38) of the second channel (36) is formed there by a groove running around the large connecting rod eye (20). .

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Pleuel-Vorrichtung zur direkten Kolbenschmierung und -kühlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piston-connecting rod device for direct piston lubrication and cooling according to the preamble of claim 1.

Die dem Gegenstand der Erfindung nächst kommende JP 2000- 54 816 A1 beschreibt eine Kolbenkühl-/Schmiervorrichtung eines Kolbens, die einen Ölförderweg aufweist, der zur Herstellung einer fluidtechnischen Verbindung zwischen einem Kurbelzapfen, über eine Pleuelstange und einen Kolbenbolzen, zu dem Kolben zum Kühlen und Schmieren vorgesehen ist. Das Öl tritt in die Öleintrittsrille ein und wird unter stetigem Druck durch einen einzigen innerhalb der Pleuelstange angeordneten Kanal zum Kolbenbolzen geführt.The closest to the object of the invention JP 2000-54 816 A1 describes a piston cooling/lubricating device of a piston which has an oil supply path which is provided for establishing a fluid connection between a crank pin, via a connecting rod and a piston pin, to the piston for cooling and lubrication. The oil enters the oil entry groove and is fed under constant pressure to the piston pin through a single channel located inside the connecting rod.

Die FR 838 632 A beschreibt eine Kolben-Pleuel-Vorrichtung mit einer an einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle angelenkten Pleuelstange und einem Kolben einer Verbrennungskraftmaschine, an den die Pleuelstange mit einem Kolbenbolzen angelenkt ist. Im Inneren der Pleuelstange sind zwei vom Pleuelfuß zum Kolben führende Kanäle parallel angeordnet, die strömungstechnisch miteinander verbunden sind und einen einzigen strömungstechnischen Pfad für ein Fluid zur Kühlung des Kolbens bilden.the FR 838 632 A describes a piston-connecting-rod device with a connecting rod articulated on a crank pin of a crankshaft and a piston of an internal combustion engine, on which the connecting rod is articulated with a piston pin. Inside the connecting rod, two channels leading from the connecting rod foot to the piston are arranged in parallel, which are fluidically connected to one another and form a single fluidic path for a fluid for cooling the piston.

Die JP 2012 - 67 820 A beschreibt eine Kolbenbewegungseinrichtung zum Bewegen eines Kolbens eines Verbrennungsmotors in einer Richtung nahezu senkrecht zu einer axialen Linienrichtung der Zylinderbohrung derart, dass ein Ölring in Verbindung mit einer Umdrehung einer Kurbelwelle alternativ auf die eine Seite und die andere Seite in der axialen Linienrichtung der Kurbelwelle zu der Zylinderbohrung abgelenkt ist. Dadurch soll ein Rückfluss des Schmiermittels von der Zylinderwand verbessert werden.the JP 2012 - 67 820 A describes a piston moving device for moving a piston of an internal combustion engine in a direction almost perpendicular to an axial line direction of the cylinder bore such that an oil ring in connection with one revolution of a crankshaft alternately to one side and the other side in the axial line direction of the crankshaft to the cylinder bore is distracted. This is intended to improve the return flow of the lubricant from the cylinder wall.

Die JP 2014-190 293 A beschreibt einen Kolben einer Verbrennungskraftmaschine mit einstellbarem Kompressionsverhältnis. Der Kolben weist ein Kolbenbasisteil mit einem Kolbenbolzenauge und ein Kolbenbewegungsteil mit einem Kolbenkopf auf. Das Kolbenbewegungsteil ist in Bezug auf das Kolbenbasisteil in Hubrichtung bewegbar. Eine Magnetkraft-Einstellvorrichtung weist zwei Magnete auf, die an dem Kolbenbasisteil bzw. an dem Kolbenbewegungsteil einander beabstandet gegenüberstehend angeordnet sind. Durch eine relative Anordnung der beiden Magnete kann eine abstoßende Kraft und somit ein Abstand zwischen dem Kolbenbasisteil und dem Kolbenbewegungsteil eingerichtet werden. Der Magnet im Kolbenbasisteil ist um eine quer zur Hubrichtung angeordnete Achse drehbar gelagert und kann mittels eines doppelt wirkenden Zylinders mit Trennwand um diese Achse gedreht werden, indem ein Druck eines Fluids in entsprechender Weise eingestellt wird, das in zwei strömungstechnisch getrennt voneinander durch die Kurbelwelle und die Pleuelstange zum Kolbenbasisteil verlaufenden Kanälen bis zur Trennwand geführt wird.the JP 2014-190 293 A describes a piston of an internal combustion engine with an adjustable compression ratio. The piston has a piston base part with a piston pin boss and a piston moving part with a piston head. The piston moving part is movable in the stroke direction with respect to the piston base part. A magnetic force adjusting device has two magnets which are arranged opposite to each other at a distance from one another on the piston base part and on the piston moving part. A repelling force and thus a distance between the piston base part and the piston moving part can be set up by a relative arrangement of the two magnets. The magnet in the piston base part is rotatably mounted about an axis arranged transversely to the stroke direction and can be rotated about this axis by means of a double-acting cylinder with a partition wall by adjusting a pressure of a fluid in a corresponding manner, which is divided into two fluidically separated from each other by the crankshaft and the connecting rod is guided to the piston base part running channels up to the partition.

In der DE 17 03 590 A ist ein mit einer Pleuelstange verbundener Kolben für langsam laufende hydrostatische Motoren, insbesondere für den Antrieb von Bergbau-Gewinnungsmaschinen und Förderern offenbart, wobei der mit der Pleuelstange fest verbundene Kolbenbolzen mit Druckölkanälen versehen ist, die während der größten seitlichen Auslenkungen der Pleuelstange aus der senkrechten Mittelebene des Kolbens eine Verbindung zwischen der Kolbenoberseite und der der Auslenkrichtung der Pleuelstange jeweils entgegengesetzten Kolbenseitenfläche herstellen.In the DE 17 03 590 A discloses a piston connected to a connecting rod for slow-running hydrostatic motors, in particular for driving mining extraction machines and conveyors, the piston pin firmly connected to the connecting rod being provided with pressure oil channels which remain open during the greatest lateral deflections of the connecting rod from the vertical center plane of the piston establish a connection between the top side of the piston and the side surface of the piston opposite the deflection direction of the connecting rod.

Die EP 2 672 082 A1 offenbart eine Kolben-Zylinder Einheit für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Grossmotor oder Kompressor umfassend einen Zylinder sowie einen Kolben, wobei der Zylinder einen Zylindermantel aufweist, der einen Zylinderinnenraum begrenzt, wobei der Kolben eine Kolbenmantelfläche, eine Kolbenoberseite und eine Kolbenunterseite aufweist, wobei der Kolben eine Schmiermittelsammelvorrichtung enthält, die im Kolbenkörper angeordnet ist. Die Schmiermittelsammelvorrichtung weist eine Ausnehmung an der Kolbenmantelfläche und einen Kanal zur Aufnahme von schmiermittelhaltigem Gas auf, wobei sich der Kanal im Kolbenkörper an die Ausnehmung anschließt, so dass das schmiermittelhaltige Gas im Betriebszustand durch den Kanal hindurch in ein Reservoir einleitbar ist.the EP 2 672 082 A1 discloses a piston-cylinder unit for an internal combustion engine, in particular a large engine or compressor, comprising a cylinder and a piston, the cylinder having a cylinder jacket that delimits a cylinder interior, the piston having a piston jacket surface, a piston top side and a piston bottom side, the piston includes a lubricant collection device disposed in the piston body. The lubricant collection device has a recess on the piston skirt surface and a channel for receiving lubricant-containing gas, the channel in the piston body adjoining the recess so that the lubricant-containing gas can be introduced through the channel into a reservoir in the operating state.

Für die erforderliche Schmierung einer Bewegung eines Kolbens, insbesondere eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor, und von an den Kolben angelegte Komponenten sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, die einer Vereinfachung einer Zufuhr und/oder einer verbesserten Ausnutzung eines Schmiermittels dienen.Devices are known from the prior art for the necessary lubrication of a movement of a piston, in particular a piston of an internal combustion engine such as an internal combustion engine, and of components applied to the piston, which serve to simplify the supply and/or improve utilization of a lubricant.

So wird bereits in der DE 344 269 A eine Schmiervorrichtung für Kolben und Kolbenzapfen von Verbrennungskraftmaschinen vorgeschlagen, bei der auf der Außenfläche des Kolbens eingearbeitete Nuten, die aus einer Zylinderwandung an Stellen eines größten zwischen Kolben und Zylinderwand auftreten Flächendrucks austretendes Schmieröl aufnehmen und nach dem Kolbenzapfen leiten, seitlich nur an denjenigen Stellen ausgeführt sind, an denen ein fester Schluss zwischen Kolben und Zylinderwand besteht.So is already in the DE 344 269 A a lubricating device for pistons and piston pins of internal combustion engines is proposed, in which grooves worked into the outer surface of the piston, which take up lubricating oil escaping from a cylinder wall at points of greatest surface pressure between the piston and cylinder wall and direct it to the piston pin, are only executed laterally at those points where there is a tight fit between the piston and the cylinder wall.

In der DE 23 18 113 A ist eine Einrichtung an einem Kolben zur Beeinflussung des Schmiermittelumlaufes, insbesondere bei Kolbenmaschinen bzw. Kolbenverdichtern, beschrieben. Dort wird vorgeschlagen, dass mit Ringnuten in der Außenwandung des Kolbens in Verbindung stehende Bohrungen in einer Pleuelstange und im Kolben vorgesehen sind. Die Verbindung zwischen einem im Kolben vorhandenen Reservoir für das Schmiermittel und den unmittelbar zu den Ringnuten führenden Bohrungen ist über gerollte Zapfen hergestellt. Die Zapfen ragen aus der inneren Oberfläche der Wandung des Kolbens heraus und in das Reservoir hinein.In the DE 23 18 113 A is a device on a piston to influence the lubricant circulation, in particular in piston machines or piston compressors. It is proposed there that bores in connection with annular grooves in the outer wall of the piston be provided in a connecting rod and in the piston. The connection between a reservoir for the lubricant in the piston and the bores leading directly to the ring grooves is established via rolled pins. The pegs protrude from the inner surface of the wall of the piston and into the reservoir.

In der GB 2 047 843 A ist ein Schmiersystem für den Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, bei dem Schmiermittel durch einen sich in dem Zylinder bewegenden Kolben gegen die Zylinderwand des Zylinders geleitet wird. Der Kolben weist einen Kolbenbolzen auf, oberhalb dessen eine Vielzahl von Kolbenringen einen Verbrennungsraum an der Oberseite des Kolbens abdichtet. An einer äußeren Mantelfläche des Kolbens ist eine Schmiernut zwischen dem Kolbenbolzen und zumindest einer Mehrheit der Kolbenringe angeordnet. Die Schmiernut ist in einer von dem Kolben nach außen gerichteten Richtung offen. Schmiermittelzuführungskanäle sind von einem Inneren des Kolbens mit der Schmiernut verbunden. Das Schmiermittel wird zu den Schmiermittelzuführungskanälen durch einen Kanal in dem Pleuel, durch Kanäle in dem Kolbenbolzen und durch einen Kanal im Kolben zugeführt. Diese Kanäle können auch als Zufuhrkanäle für ein Kolbenkopf-Kühlsystem dienen, bei dem Öl in einen Sammelhohlraum im Kolben geleitet wird. Die Schmiermittelzuführungskanäle sind einem ständigen Überdruck ausgesetzt, wenn die Maschine ständig läuft.In the GB 2 047 843 A describes a lubrication system for the cylinder of an internal combustion engine, in which lubricant is directed against the cylinder wall of the cylinder by a piston moving in the cylinder. The piston has a piston pin above which a plurality of piston rings seal a combustion chamber at the top of the piston. A lubrication groove is arranged on an outer lateral surface of the piston between the piston pin and at least a majority of the piston rings. The lubrication groove is open in a direction outward from the piston. Lubricant supply passages are connected to the lubrication groove from an inside of the piston. The lubricant is supplied to the lubricant supply channels through a channel in the connecting rod, through channels in the gudgeon pin and through a channel in the piston. These passages can also serve as feed passages for a piston head cooling system, directing oil to a plenum in the piston. The lubricant supply channels are subject to constant overpressure when the machine is constantly running.

Zudem beschreibt die DE 27 56 424 A1 einen Kolben für eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Stufenkolben eines Stufenkolben-Kompressors, mit einer Öl-Durchführung durch einen hohlen Kolbenbolzen, wobei das Öl zur Schmierung und/oder zur Kühlung vorgesehen sein kann. Der Kolbenbolzen ist in eine absatzlose, quere Durchgangsbohrung des Kolbens eingesetzt und weist eine an seine ölführende Höhlung anschließende, radiale Bohrung auf. Die Ölzufuhr erfolgt durch ein Pleuel mit einer von einem zu einem anderen Auge verlaufenden Ölbohrung. Dabei wird vorgeschlagen, dass in die radiale Bohrung des Kolbenbolzens auf einem nicht zur Ölführung benötigten Teil ihrer Länge ein Zapfen eingesetzt ist, der den Kolbenbolzen im Kolben axial und gegen Drehung sichert.In addition, the DE 27 56 424 A1 a piston for a working machine, in particular a stepped piston of a stepped piston compressor, with an oil passage through a hollow gudgeon pin, the oil being able to be provided for lubrication and/or cooling. The gudgeon pin is inserted into a shoulder-free, transverse through-bore of the piston and has a radial bore adjoining its oil-carrying cavity. Oil is supplied through a connecting rod with an oil hole running from one eye to another. It is proposed that a pin be inserted into the radial bore of the piston pin on a part of its length that is not required for oil guidance, which pin secures the piston pin in the piston axially and against rotation.

Des Weiteren ist in der DE 41 35 237 A1 eine Kolben-Pleuel-Anordnung beschrieben mit einem gekühlten Kolben, an dem über einen Kolbenbolzen ein Pleuel angelenkt ist. Dem kleinen Pleuelauge wird über eine zentrale Ölbohrung im Pleuelschaft Schmieröl zugeführt, das gleichzeitig zur Kühlung des Kolbenkopfes dient. Hierzu ist zwischen dem Pleuelauge und dem Kolbenkopf eine Öl-Verteileinrichtung vorgesehen, die das Schmieröl in einen Ring-Kühlraum des Kolbenkopfes leitet. In einer Ausführungsform ist die zentrale Ölbohrung über eine Ringnut im Pleuelauge mit einer radialen Bohrung verbunden, die in die Öl-Verteileinrichtung einmündet, welche mit dem Ring-Kühlraum im Kolbenkopf in Verbindung steht.Furthermore, in the DE 41 35 237 A1 describes a piston-connecting rod arrangement with a cooled piston to which a connecting rod is articulated via a piston pin. The small connecting rod eye is supplied with lubricating oil via a central oil hole in the connecting rod shaft, which is also used to cool the piston head. For this purpose, an oil distribution device is provided between the connecting rod eye and the piston head, which directs the lubricating oil into an annular cooling chamber of the piston head. In one embodiment, the central oil bore is connected to a radial bore via an annular groove in the connecting rod eye, which opens into the oil distribution device, which is connected to the annular cooling chamber in the piston head.

Die DE 42 09 827 A1 beschreibt ein Kolbenschmiersystem für einen doppelt wirkenden Kolben in Verbrennungskraftmaschinen mit vertikaler Kanalführung in der Kolbenstange und Anschluss des Kanalsystems an den Schmiermittelvorratsbehälter und an eine Ölpumpe. Das Kolbenschmiersystem löst die Aufgabe, ein Kolbenschmiersystem für einen doppelt wirkenden Kolben zu schaffen, welches als Einkanalsystem ausgelegt ist, dennoch die Zu- und Abführung des Schmiermittels realisiert, eine gleichmäßige Schmiermittelverteilung garantiert, wobei sowohl die Fließrichtung als auch die Fließgeschwindigkeit des Schmiermittels frei wählbar sind und keine Abhängigkeit zur Kolbendimensionierung besteht. Dazu wird vorgeschlagen, dass die Kanalführung einen zum Teil in der Kolbenwand spiralförmig verlaufenden Kanalabschnitt beinhaltet, welcher in regelmäßigen Abständen hintereinander angeordnete und an der Kolbenaußenwand mündende Schmierschlitze aufweist, durch welche der Schmiermittelaustrag an der Kolbenaußenwand erfolgt. Bei Verwendung besserer Schmiermittelqualitäten kann bei hohen Fließgeschwindigkeiten des Schmiermittels dieses vorteilhafterweise gleichzeitig als zusätzliche Kühlung des Kolbens verwendet werden.the DE 42 09 827 A1 describes a piston lubrication system for a double-acting piston in internal combustion engines with a vertical channel guide in the piston rod and connection of the channel system to the lubricant reservoir and an oil pump. The piston lubrication system solves the task of creating a piston lubrication system for a double-acting piston, which is designed as a single-channel system, yet realizes the supply and removal of the lubricant, guarantees an even distribution of the lubricant, with both the flow direction and the flow rate of the lubricant being freely selectable and there is no dependency on the piston dimensioning. To this end, it is proposed that the channel guide includes a channel section running spirally in part in the piston wall, which has lubricating slots arranged at regular intervals one behind the other and opening on the outer wall of the piston, through which the lubricant is discharged on the outer wall of the piston. When using better lubricant qualities, this can advantageously be used at the same time as additional cooling of the piston at high flow rates of the lubricant.

Die DE 10 2013 225 063 A1 beschreibt eine Pleuelstange für eine Verbrennungskraftmaschine. Die Pleuelstange umfasst ein großes Pleuelauge, ein kleines Pleuelauge, wobei in dem kleinen Pleuelauge ein Exzenter mit einer exzentrisch zu seinem Außendurchmesser angeordneten Lagerbohrung für einen Kolbenbolzen ausgebildet ist, und Mittel, die zum Abstützen des Exzenters zur Verhinderung einer Drehbewegung des Exzenters relativ zu der Pleuelstange vorgesehen sind. Die Mittel zum Abstützen umfassen einen Zahnstangentrieb und einen mit dem Zahnstangentrieb gekoppelten doppelwirkenden Hydraulikzylinder. Ein erster Kanal in der Pleuelstange ist zur Versorgung der oberen Stützkammer des doppelwirkenden Hydraulikzylinders mit einem Hydraulikfluid ausgebildet, und ein zweiter Kanal in der Pleuelstange ist zur Versorgung der unteren Stützkammer vorgesehen. Je nachdem, welcher der beiden Kanäle mit Schmieröl aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine versorgt wird, vergrößert sich die untere Stützkammer oder die obere Stützkammer, und in Folge dessen bewegt sich der Kolben in Richtung des kleinen Pleuelauges oder in Richtung des großen Pleuelauges. Dadurch ändern sich auch die wirksame Länge der Pleuelstange und das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine.the DE 10 2013 225 063 A1 describes a connecting rod for an internal combustion engine. The connecting rod comprises a large connecting rod eye, a small connecting rod eye, an eccentric with a bearing bore for a piston pin arranged eccentrically to its outer diameter being formed in the small connecting rod eye, and means for supporting the eccentric to prevent rotational movement of the eccentric relative to the connecting rod are provided. The means for supporting include a rack and pinion and a double-acting hydraulic cylinder coupled to the rack and pinion. A first passage in the connecting rod is provided for supplying hydraulic fluid to the upper support chamber of the double-acting hydraulic cylinder, and a second passage in the connecting rod is provided for supplying the lower support chamber. Depending on which of the two channels is supplied with lubricating oil from the oil circuit of the internal combustion engine, the lower support chamber or the upper support chamber enlarges, and as a result the piston moves in the direction of the small connecting rod eye or in the direction of the big connecting rod eye. This also changes the effective length of the connecting rod and the compression ratio of the internal combustion engine.

In heutigen Verbrennungsmotoren wird verbreitet auch die sogenannte Kolbenboden-Spritzölkühlung eingesetzt, bei der die Unterseite des Kolbens über eine mit einem Ölkreislauf verbundene Ölspritzdüse (auch Kolbenkühldüse) von unten mit Motoröl bespritzt wird, das neben der Schmierung des Kolbens auch eine Kühlung bewirkt. Die Kombination der zwei Funktionen führt zwangsläufig zu einem Kompromiss. Insbesondere bei neuesten Typen von Verbrennungsmotoren, bei denen beispielsweise während einer Warmlaufphase die Kolbenboden-Spritzölkühlung abgeschaltet wird, um möglichst rasch zu einer optimalen Motortemperatur zu gelangen, kann es zu Beeinträchtigungen bei der Schmierfunktion kommen.In today's internal combustion engines, so-called piston crown spray oil cooling is also widely used, in which the underside of the piston is sprayed with engine oil from below via an oil spray nozzle (also piston cooling nozzle) connected to an oil circuit, which not only lubricates the piston but also has a cooling effect. The combination of the two functions inevitably leads to a compromise. In the latest types of internal combustion engines in particular, in which the piston crown splash oil cooling is switched off during a warm-up phase, for example, in order to reach an optimal engine temperature as quickly as possible, the lubricating function can be impaired.

Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet das Gebiet der Kolben-Pleuel-Vorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen noch Raum für Verbesserungen.In view of the state of the art indicated, the field of piston-connecting rod devices for internal combustion engines still has room for improvement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Pleuel-Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten hinsichtlich der Schmierung und Kühlung der Kolben bereitzustellen.The object of the invention is to provide a piston-connecting-rod device with improved properties and possible uses with regard to the lubrication and cooling of the pistons.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Kolben-Pleuel-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a piston-connecting rod device having the features of claim 1.

Aufgezeigt wird eine Kolben-Pleuel-Vorrichtung zur direkten Kolbenschmierung und - kühlung, aufweisend einen Kolben einer Verbrennungskraftmaschine, eine Pleuelstange zur Anlenkung des Kolbens an eine Kurbelwelle und einen ersten von einem Pleuelfuß der Pleuelstange zum Kolben führenden Kanal zur Leitung eines Fluids zur Schmierung des Kolbens, und die gekennzeichnet ist durch einen zweiten vom Pleuelfuß zum Kolben führenden Kanal zur Leitung eines Fluids zur Kühlung des Kolbens, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal innerhalb der Kolben-Pleuel-Vorrichtung strömungstechnisch voneinander getrennt sind, wobei ein Eingang des zweiten Kanals in einem Bereich des Pleuelfußes an einer Seitenfläche des großen Pleuelauges angeordnet ist, und wobei der Eingang des zweiten Kanals dort von einer um das große Pleuelauge umlaufenden Nut gebildet ist.A piston-connecting-rod device for direct piston lubrication and cooling is shown, having a piston of an internal combustion engine, a connecting rod for articulating the piston on a crankshaft, and a first channel leading from a big-end of the connecting rod to the piston for conducting a fluid for lubricating the piston , and which is characterized by a second channel leading from the connecting rod foot to the piston for conducting a fluid for cooling the piston, the first channel and the second channel being fluidically separated from one another within the piston-connecting rod device, with an inlet of the second channel in an area of the connecting rod foot on a side surface of the large connecting rod eye, and wherein the entrance of the second channel is formed there by a groove running around the large connecting rod eye.

Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.Further, particularly advantageous configurations of the invention are disclosed in the dependent subclaims.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be pointed out that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically meaningful way and show further refinements of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.

Die erfindungsgemäße Kolben-Pleuel-Vorrichtung mit direkter Kolbenschmierung und -kühlung weist einen Kolben einer Verbrennungskraftmaschine auf, insbesondere eines Verbrennungsmotors, eine Pleuelstange zur Anlenkung des Kolbens an eine Kurbelwelle, und einen ersten von einem Pleuelfuß der Pleuelstange zum Kolben führenden Kanal zur Leitung eines Fluids zur Schmierung des Kolbens. Die Kolben-Pleuel-Vorrichtung weist ferner einen zweiten vom Pleuelfuß zum Kolben führenden Kanal zur Leitung eines Fluids zur Kühlung des Kolbens auf, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal innerhalb der Kolben-Pleuel-Vorrichtung strömungstechnisch voneinander getrennt sind.The piston-connecting rod device according to the invention with direct piston lubrication and cooling has a piston of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine, a connecting rod for articulating the piston on a crankshaft, and a first channel leading from a big end of the connecting rod to the piston for conducting a fluid to lubricate the piston. The piston-connecting-rod device also has a second channel leading from the big-end to the piston for conducting a fluid for cooling the piston, the first channel and the second channel being fluidically separated from one another within the piston-connecting-rod device.

Unter dem Begriff „strömungstechnisch voneinander getrennt“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere verstanden werden, dass keinerlei Austausch der Fluide zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal vorgesehen ist.In the context of the invention, the term “separated from one another in terms of flow” should be understood in particular to mean that no exchange of fluids is provided between the first channel and the second channel.

Die in dieser Anmeldung verwendeten Begriffe „erster“, „zweiter“, usw. dienen nur zum Zwecke der Unterscheidung. Insbesondere soll durch ihre Verwendung keine Reihenfolge oder Priorität der im Zusammenhang mit diesen Begriffen genannten Objekte impliziert werden.The terms "first", "second", etc. used in this application are for the purpose of distinction only. In particular, no order or priority of the objects mentioned in connection with these terms should be implied by their use.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass Schmierung und Kühlung des Kolbens unabhängig voneinander ausgeführt werden können. Dadurch kann beispielsweise während einer Warmlaufphase eines Verbrennungsmotors die Kühlung des Kolbens unterbleiben, um möglichst rasch eine optimale Motortemperatur zu erreichen, während die Schmierung des Kolbens in optimaler Weise aufrechterhalten bleibt. Während des Betriebs des Kolbens können eine optimale Menge des Fluids zur Kühlung des Kolbens und, unabhängig davon, eine optimale Menge des Fluids zur Schmierung des Kolbens zugeführt werden.An advantage of the invention is that the piston can be lubricated and cooled independently of one another. As a result, for example, during a warm-up phase of an internal combustion engine, the piston cannot be cooled in order to reach an optimal engine temperature as quickly as possible, while the lubrication of the piston is maintained in an optimal manner. During operation of the piston, an optimal amount of fluid to cool the piston and, independently, an optimal amount of fluid to lubricate the piston can be supplied.

Des Weiteren können durch die unabhängige Zuführung optimaler Mengen eines Fluids zur Schmierung und Kühlung des Kolbens eine übermäßige Zufuhr und ein Verschleiß, also auch Verbrauch des Fluids verringert werden.Furthermore, by independently supplying optimal quantities of a fluid for lubricating and cooling the piston, excessive supply and wear, ie also consumption of the fluid can be reduced.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind in einem Inneren der Pleuelstange ein erstes Teilstück des ersten Kanals und ein erstes Teilstück des zweiten Kanals ausgebildet. Dabei sind ein Eingang des Teilstücks des ersten Kanals und ein Eingang des Teilstücks des zweiten Kanals in einem Bereich des Pleuelfußes der Pleuelstange und ein Ende des ersten Teilstücks des ersten Kanals und ein Ende des ersten Teilstücks des zweiten Kanals in einem Bereich des kleinen Pleuelauges angeordnet.In an embodiment of the invention, a first section of the first channel and a first section are in an interior of the connecting rod of the second channel formed. An inlet of the section of the first channel and an inlet of the section of the second channel are arranged in an area of the big end of the connecting rod and an end of the first section of the first channel and an end of the first section of the second channel are arranged in an area of the small connecting rod eye.

Dadurch können in konstruktiv besonders einfacher Weise Mittel zur Leitung des Fluids vom Pleuelfuß zum Pleuelkopf bereitgestellt werden.As a result, means for conducting the fluid from the big end to the big end can be provided in a structurally particularly simple manner.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Eingang des zweiten Kanals von einer um das große Pleuelauge umlaufenden Nut gebildet ist. Dadurch kann während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine das Fluid zur Kühlung des Kolbens auf zuverlässige und konstruktiv einfache Weise zugeführt werden.Furthermore, it is proposed that the entrance of the second channel is formed by a groove running around the large connecting rod eye. As a result, the fluid for cooling the piston can be supplied in a reliable and structurally simple manner during operation of the internal combustion engine.

Zudem wird vorgeschlagen, dass der Kolben einen an sich bekannten Kolbenbolzen aufweist, in dem ein erster erweiterter Hohlraum als zweites, mit dem ersten Teilstück des ersten Kanals strömungstechnisch verbundenes Teilstück des ersten Kanals und ein zweiter erweiterter Hohlraum als zweites, mit dem ersten Teilstück des zweiten Kanals strömungstechnisch verbundenes Teilstück des zweiten Kanals ausgebildet sind.In addition, it is proposed that the piston has a gudgeon pin, which is known per se, in which a first enlarged cavity as a second section of the first channel, fluidically connected to the first section of the first channel, and a second enlarged cavity as a second section, connected to the first section of the second Channel fluidically connected portion of the second channel are formed.

Unter dem Begriff „erweiterter Hohlraum“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere verstanden werden, dass der Hohlraum eine Querschnittsfläche aufweist, die gegenüber einer Querschnittsfläche des betreffenden Kanals vergrößert ist.In the context of the invention, the term “expanded cavity” should be understood in particular to mean that the cavity has a cross-sectional area that is larger than a cross-sectional area of the relevant channel.

Die mit Fluid gefüllten Hohlräume können vorteilhaft als Reservoire zur Bereitstellung des Fluids zur Schmierung des Kolbens und des Fluids zur Kühlung des Kolbens bei kurzfristigen, dynamischen Betriebsänderungen der Verbrennungskraftmaschine dienen.The cavities filled with fluid can advantageously serve as reservoirs for providing the fluid for lubricating the piston and the fluid for cooling the piston during short-term, dynamic operating changes of the internal combustion engine.

In einer Ausführungsform der Kolben-Pleuel-Vorrichtung ist im Kolben als Teilstücke des ersten Kanals eine Vielzahl von im Inneren des Kolbens verlaufenden Kolbenschmierkanälen und als Teilstück des zweiten Kanals zumindest ein im Inneren des Kolbens verlaufender Kolbenkühlkanal vorgesehen. Der erste erweiterte Hohlraum ist mit den Kolbenschmierkanälen der Vielzahl von Kolbenschmierkanälen strömungstechnisch verbunden, und der zweite erweiterte Hohlraum ist mit dem zumindest einen Kolbenkühlkanal strömungstechnisch verbunden. Dadurch können das Fluid zur Kühlung des Kolbens und das Fluid zur Schmierung des Kolbens dem Kolben auf zuverlässige und konstruktiv einfache Weise zugeführt werden.In one embodiment of the piston-connecting-rod device, a plurality of piston lubrication channels running inside the piston are provided in the piston as sections of the first channel, and at least one piston cooling channel running inside the piston is provided as section of the second channel. The first expanded cavity is in fluid communication with the piston lubrication passages of the plurality of piston lubrication passages and the second expanded cavity is in fluid communication with the at least one piston cooling passage. As a result, the fluid for cooling the piston and the fluid for lubricating the piston can be supplied to the piston in a reliable and structurally simple manner.

Unter dem Begriff „Vielzahl“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine Anzahl von zumindest zwei verstanden werden. Unter dem Begriff „dazu vorgesehen“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere speziell dafür programmiert, ausgelegt oder angeordnet verstanden werden.In the context of the invention, the term “plurality” is to be understood in particular as meaning a number of at least two. In the context of the invention, the term “provided for this purpose” should be understood to mean in particular programmed, designed or arranged specifically for this purpose.

Bevorzugt kann der Kolbenkühlkanal zumindest teilweise umlaufend ausgebildet sein.The piston cooling duct can preferably be designed to be at least partially circumferential.

Mit Vorteil ist ein Ausgang des ersten Kanals von einer Vielzahl von an der Außenseite des Kolbens angeordneten Schmieröffnungen gebildet, und die Kolbenschmierkanäle der Vielzahl von Kolbenschmierkanälen sind mit der Vielzahl von Schmieröffnungen strömungstechnisch verbunden, wodurch das Fluid zur Schmierung des Kolbens besonders gleichmäßig an der Außenseite des Kolbens verteilt werden kann.An outlet of the first channel is advantageously formed by a large number of lubrication openings arranged on the outside of the piston, and the piston lubrication channels of the large number of piston lubrication channels are fluidically connected to the large number of lubrication openings, as a result of which the fluid for lubricating the piston is distributed particularly evenly on the outside of the piston Piston can be distributed.

In einer weiteren Ausführungsform der Kolben-Pleuel-Vorrichtung ist ein Ventil zur Steuerung eines Volumenstroms des Fluids durch den zweiten Kanal vorgesehen. Dadurch kann der Volumenstrom des Fluids zur Kühlung des Kolbens auf einfache und effektive Weise und unabhängig von einem Volumenstrom des Fluids durch den ersten Kanal gesteuert werden.In a further embodiment of the piston-connecting-rod device, a valve is provided for controlling a volume flow of the fluid through the second channel. As a result, the volume flow of the fluid for cooling the piston can be controlled in a simple and effective manner and independently of a volume flow of the fluid through the first channel.

Das Ventil kann beispielsweise als Absperrventil mit einem Eingang und einem Ausgang ausgebildet sein, das eine Leitung des Fluids durch den zweiten Kanal freigibt oder sperrt. Das Ventil kann aber auch als Stetigventil ausgebildet sein, das dazu vorgesehen ist, den Volumenstrom des Fluids durch den zweiten Kanal stetig, insbesondere von einem Volumenstrom von Null bis zu einem maximalen Volumenstrom zu verändern.The valve can be designed, for example, as a shut-off valve with an inlet and an outlet, which releases or blocks a line of the fluid through the second channel. However, the valve can also be in the form of a continuous valve which is intended to continuously change the volume flow of the fluid through the second channel, in particular from a volume flow of zero to a maximum volume flow.

Wenn das Ventil eingangsseitig mit einer Ölversorgungsquelle zur Bereitstellung des Fluids zur Schmierung des Kolbens verbunden ist, kann eine besonders einfache Lösung für eine Kolben-Pleuel-Vorrichtung mit voneinander unabhängiger Schmierung und Kühlung des Kolbens bereitgestellt werden.If the valve is connected on the inlet side to an oil supply source for providing the fluid for lubricating the piston, a particularly simple solution for a piston-connecting rod device with independent lubrication and cooling of the piston can be provided.

Beispielsweise kann die Ölversorgungsquelle zur Bereitstellung des Fluids zur Schmierung des Kolbens von einer konventionellen Ölversorgungsquelle eines Kurbeltriebs einer Verbrennungskraftmaschine gebildet sein.For example, the oil supply source for providing the fluid for lubricating the piston can be formed by a conventional oil supply source of a crank mechanism of an internal combustion engine.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Kolben-Pleuel-Vorrichtung weist das Ventil einen mechanisch oder elektrisch durch Fernsteuerung betätigbaren Stellantrieb auf. Dadurch kann der Volumenstrom des Fluids zur Kühlung des Kolbens abhängig von vorbestimmten Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine gesteuert werden.In an advantageous embodiment of the piston-connecting rod device, the valve has an actuator that can be actuated mechanically or electrically by remote control. As a result, the volume flow of the fluid for cooling the piston can be controlled as a function of predetermined operating parameters of the internal combustion engine.

Beispielsweise kann das Ventil einen mechanisch betätigbaren Stellantrieb aufweisen, der mit einem Thermostat gekoppelt ist, so dass das Ventil dazu vorgesehen ist, die Leitung des Fluids durch den zweiten Kanal in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine freizugeben.For example, the valve can have a mechanically actuable actuator that is coupled to a thermostat, so that the valve is provided to release the line of fluid through the second channel depending on an operating temperature of the internal combustion engine.

Beispielsweise kann das Ventil einen elektrisch durch Fernsteuerung betätigbaren Stellantrieb aufweisen, der mit einer elektronischen Kontrolleinheit eines Fahrzeugs, das mit der Kolben-Pleuel-Vorrichtung ausgestattet ist, elektrisch verbindbar ist, wodurch sich eine besonders komfortable Steuerung des Volumenstroms des Fluids zur Kühlung des Kolbens in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine erreichen lässt.For example, the valve can have an actuator that can be actuated electrically by remote control, which can be electrically connected to an electronic control unit of a vehicle that is equipped with the piston-connecting rod device, resulting in a particularly convenient control of the volume flow of the fluid for cooling the piston in Depending on predetermined operating parameters of the internal combustion engine can be achieved.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kurbeltrieb einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, bereitgestellt. Der Kurbeltrieb umfasst eine Kurbelwelle und eine Vielzahl der offenbarten Kolben-Pleuel-Vorrichtungen, die mit dem Pleuel an der Kurbelwelle angelenkt sind. Die im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kolben-Pleuel-Vorrichtung beschriebenen Vorteile sind in vollem Umfang auf den Kurbeltrieb anwendbar.In a further aspect of the invention, a crank drive of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine, is provided. The crank mechanism comprises a crankshaft and a multiplicity of the disclosed piston-connecting rod devices which are articulated to the connecting rod on the crankshaft. The advantages described in connection with the various embodiments of the piston-connecting-rod device according to the invention are fully applicable to the crank mechanism.

Besonders bevorzugt umfasst der Kurbeltrieb eines Verbrennungsmotors eine Vielzahl von zwei, vier, fünf, sechs oder acht oder mehr Kolben-Pleuel-Vorrichtungen.The crank mechanism of an internal combustion engine particularly preferably comprises a multiplicity of two, four, five, six or eight or more piston-connecting rod devices.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Kolben-Pleuel-Vorrichtung zur direkten Kolbenschmierung und -kühlung in einer schematisierten Vorderansicht,
2 die erfindungsgemäße Kolben-Pleuel-Vorrichtung gemäß 1 in einer schematisierten Seitenansicht,
3 ein Detail der erfindungsgemäßen Kolben-Pleuel-Vorrichtung gemäß 1 in einer schematisierten Vorderansicht, und
4 eine schematisierte Darstellung eines Kurbeltriebs eines Verbrennungsmotors mit erfindungsgemäßen Kolben-Pleuel-Vorrichtungen gemäß 1 in einer schematisierten Vorderansicht.

Further advantageous configurations of the invention are disclosed in the dependent claims and the following description of the figures. Show it:

1 a piston-connecting rod device according to the invention for direct piston lubrication and cooling in a schematic front view,
2 according to the piston-connecting rod device according to the invention 1 in a schematic side view,
3 a detail of the piston-connecting rod device according to the invention 1 in a schematic front view, and
4 a schematic representation of a crank mechanism of an internal combustion engine with piston-connecting-rod devices according to the invention 1 in a schematic front view.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numbers, which is why they are usually only described once.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 zur direkten Kolbenschmierung und -kühlung in einer schematisierten Vorderansicht. In 2 ist die erfindungsgemäße Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 in einer schematisierten Seitenansicht dargestellt. 3 zeigt den oberen Bereich der erfindungsgemäßen Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 in einer schematisierten Vorderansicht. Im Folgenden wird die Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 anhand der 1 bis 3 beschrieben. 1 shows a piston-connecting-rod device 10 according to the invention for direct piston lubrication and cooling in a schematic front view. In 2 the piston-connecting rod device 10 according to the invention is shown in a schematic side view. 3 shows the upper area of the piston-connecting-rod device 10 according to the invention in a schematic front view. In the following, the piston-connecting rod device 10 based on the 1 until 3 described.

Die Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 umfasst einen Kolben 42 einer von einem Verbrennungsmotor gebildeten Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) und eine Pleuelstange 12 zur Anlenkung des Kolbens 42 an eine Kurbelwelle. Der Kolben 42 weist in bekannter Weise einen Kolbenkopf 44 mit einem Kolbenboden 46 (2) auf, der in bekannter Weise mit einer Verbrennungsmulde ausgestattet ist. Ferner umfasst der Kolbenkopf 44 Ringnuten 48 (2) zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt).The piston-connecting-rod device 10 comprises a piston 42 of an internal combustion engine formed by an internal combustion engine (not shown) and a connecting rod 12 for articulating the piston 42 on a crankshaft. In a known manner, the piston 42 has a piston head 44 with a piston crown 46 ( 2 ), which is equipped in a known manner with a combustion bowl. Furthermore, the piston head 44 includes annular grooves 48 ( 2 ) to accommodate piston rings (not shown).

Die Pleuelstange 12 umfasst in an sich bekannter Weise einen Pleuelschaft 14, ein am kolbennahen Ende des Pleuelschaftes 14 angeformtes kleines Pleuelauge 16 (Pleuelkopf) und ein am kolbenfernen Ende des Pleuelschaftes 14 angeformtes großes Pleuelauge 20 (geteilt, mit Pleuelfuß 22 und Pleueldeckel 26). Die Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 weist einen Kolbenbolzen 50 auf, der durch das kleine Pleuelauge 16 und eine Durchgangsbohrung des Kolbens 42 gesteckt ist und mittels dessen der Kolben 42 an die Pleuelstange 12 angelenkt ist. Das große Pleuelauge 20 dient zur Anlenkung der Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 an eine Kurbelwelle 68 (4).The connecting rod 12 comprises, in a manner known per se, a connecting rod shank 14, a small connecting rod eye 16 (conrod head) formed on the end of the connecting rod shank 14 near the piston, and a large connecting rod eye 20 (split, with connecting rod foot 22 and connecting rod cap 26) formed on the end of the connecting rod shank 14 remote from the piston. The piston-connecting-rod device 10 has a piston pin 50 which is inserted through the small connecting-rod eye 16 and a through bore of the piston 42 and by means of which the piston 42 is articulated on the connecting rod 12 . The large connecting rod eye 20 serves to articulate the piston-connecting rod device 10 on a crankshaft 68 ( 4 ).

Wie am besten aus der 1 ersichtlich weist die Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 zwei von Bohrungen gebildete Kanäle 30, 36 auf. Ein erster Kanal 30 der beiden Kanäle 30, 36 führt vom Pleuelfuß 22 zum Kolben 42 und dient zur Leitung eines Fluids zur Schmierung des Kolbens 42. Ein zweiter Kanal 36 der beiden Kanäle 30, 36 führt ebenfalls vom Pleuelfuß 22 zum Kolben 42 und dient zur Leitung eines Fluids zur Kühlung des Kolbens 42. Die beiden Kanäle 30, 36 sind innerhalb der Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 strömungstechnisch voneinander getrennt.How best from the 1 As can be seen, the piston-connecting-rod device 10 has two channels 30, 36 formed by bores. A first channel 30 of the two channels 30, 36 leads from the big end 22 to the piston 42 and is used to conduct a fluid for lubricating the piston 42. A second channel 36 of the two channels 30, 36 also leads from the big end 22 to the piston 42 and is used for Line of a fluid for cooling the piston 42. The two channels 30, 36 are fluidically separated from each other within the piston-connecting rod device 10.

In einem Inneren der Pleuelstange 12 sind ein erstes Teilstück 34 des ersten Kanals 30 und ein erstes Teilstück 40 des zweiten Kanals 36 ausgebildet. Ein Eingang 32 des ersten Kanals 30 ist in einem Bereich des Pleuelfußes 22, nämlich an einer Innenfläche 24 des Pleuelfußes 22 und in einem Einbauzustand der Kurbelwelle 68 zugewandt, angeordnet. Ein Eingang 38 des zweiten Kanals 36 ist ebenfalls in einem Bereich des Pleuelfußes 22 angeordnet, nämlich an einer Seitenfläche 28 des großen Pleuelauges 20. Dort ist der Eingang 38 des zweiten Kanals 36 von einer um das große Pleuelauge 20 umlaufenden Nut gebildet. Ein Ende des ersten Teilstücks 34 des ersten Kanals 30 und ein Ende des ersten Teilstücks 40 des zweiten Kanals 36 sind in einem Bereich des kleinen Pleuelauges 16, nämlich an einer Innenfläche 18 des kleinen Pleuelauges 16, angeordnet (3).A first portion 34 of the first channel 30 and a first portion 40 of the second channel 36 are formed in an interior of the connecting rod 12 . An entrance 32 of the first channel 30 is in a region of the big end 22, namely on an inner surface 24 of the big end 22 and in an installation stood facing the crankshaft 68. An entrance 38 of the second channel 36 is also arranged in a region of the connecting rod bottom 22, namely on a side face 28 of the large connecting rod eye 20. There, the entrance 38 of the second channel 36 is formed by a groove running around the large connecting rod eye 20. One end of the first section 34 of the first channel 30 and one end of the first section 40 of the second channel 36 are arranged in a region of the small connecting rod eye 16, namely on an inner surface 18 of the small connecting rod eye 16 ( 3 ).

Im Kolbenbolzen 50 ist ein erster erweiterter Hohlraum 52 ausgebildet, der als zweites, mit dem ersten Teilstück 34 des ersten Kanals 30 strömungstechnisch verbundenes Teilstück des ersten Kanals 30 dient. Ferner ist im Kolbenbolzen 50 ein zweiter erweiterter Hohlraum 54 ausgebildet, der als zweites Teilstück des zweiten Kanals 36 mit dem ersten Teilstück 40 des zweiten Kanals 36 strömungstechnisch verbunden ist. Die erweiterten Hohlräume 52, 54 sind zylindrisch ausgebildet.A first enlarged cavity 52 is formed in the piston pin 50 and serves as a second portion of the first passage 30 in fluid communication with the first portion 34 of the first passage 30 . Furthermore, a second expanded cavity 54 is formed in the piston pin 50 and is fluidically connected as the second section of the second channel 36 to the first section 40 of the second channel 36 . The expanded cavities 52, 54 are cylindrical.

Der Kolben 42 ist mit einer Vielzahl von im Inneren des Kolbens 42 verlaufenden Kolbenschmierkanälen 56 ausgestattet, die Teilstücke des ersten Kanals 30 bilden (2 und 3). In 2 ist lediglich der erste Kanal 30 dargestellt. Auf eine Darstellung des zweiten Kanals 36 wurde aus Übersichtgründen verzichtet. Der erste erweiterte Hohlraum 52 ist mit den Kolbenschmierkanälen 56 der Vielzahl von Kolbenschmierkanälen 56 strömungstechnisch verbunden. Die Kolbenschmierkanäle 56 der Vielzahl von Kolbenschmierkanälen 56 sind mit einer Vielzahl von Schmieröffnungen 58 strömungstechnisch verbunden. Ein Ausgang des ersten Kanals 30 ist somit von der Vielzahl von an der Außenseite des Kolbens 42 angeordneten Schmieröffnungen 58 gebildet.The piston 42 is provided with a plurality of piston lubrication channels 56 running inside the piston 42, which form portions of the first channel 30 ( 2 and 3 ). In 2 only the first channel 30 is shown. The second channel 36 has not been shown for reasons of clarity. The first expanded cavity 52 is in fluid communication with the piston lubrication passages 56 of the plurality of piston lubrication passages 56 . The piston lubrication passages 56 of the plurality of piston lubrication passages 56 are in fluid communication with a plurality of lubrication ports 58 . An exit of the first channel 30 is thus formed by the plurality of lubrication openings 58 arranged on the outside of the piston 42 .

Das an der Innenfläche 24 des Pleuelfußes 22 in den ersten Kanal 30 eintretende Fluid zur Schmierung des Kolbens 42 tritt an den Schmieröffnungen 58 der Vielzahl von an der Außenseite des Kolbens 42 angeordneten Schmieröffnungen 58 aus. Die Versorgung mit dem Fluid ist aufgrund des herrschenden Druckes gewährleistet.The fluid for lubricating the piston 42 entering the first passage 30 on the inner surface 24 of the big end 22 exits at the lubricating openings 58 of the plurality of lubricating openings 58 arranged on the outside of the piston 42 . The supply of the fluid is guaranteed due to the prevailing pressure.

Als Teilstück des zweiten Kanals 36 ist ein im Inneren des Kolbens 42 verlaufender und umlaufender Kolbenkühlkanal 60 vorgesehen (3). Der zweite erweiterte Hohlraum 54 ist mit einer Eintrittsöffnung des Kolbenkühlkanals 60 strömungstechnisch verbunden. Möglich ist eine Ausgestaltung bei der als Teilstück des zweiten Kanals 36 im Inneren des Kolbens 42 zwei Kolbenkühlkanäle vorgesehen sind. Der zweite erweiterte Hohlraum 54 ist wie zuvor mit einer Eintrittsöffnung des jeweiligen Kolbenkühlkanals strömungstechnisch verbunden. Die beiden Kolbenkühlkanäle erstrecken sich in Umfangsrichtung gesehen um ca. 180° so dass eine Zirkulation entsteht, wobei die beiden Kolbenkühlkanäle eine gemeinsame Eintrittsöffnung aufweisen. Das Fluid strömt aus einer Öffnung des Kolbenkühlkanals 60 schwerkraftbedingt in die Ölwanne zurück. Die Kolbenkühlkanäle können auch so ausgeführt sein, dass diese sich in unterschiedlichen Umfangswinkeln erstrecken. So könnte einer der Kolbenkühlkanäle einen Betrag von 270°, und der andere einen Betrag von 90° aufweisen. Möglich ist natürlich auch eine Ausgestaltung, welche sich nicht um den gesamten Umfang erstreckt.As part of the second channel 36 there is a piston cooling channel 60 running and encircling inside the piston 42 ( 3 ). The second expanded cavity 54 is fluidically connected to an inlet opening of the piston cooling channel 60 . An embodiment is possible in which two piston cooling channels are provided as part of the second channel 36 in the interior of the piston 42 . As before, the second expanded cavity 54 is fluidically connected to an inlet opening of the respective piston cooling channel. The two piston cooling ducts extend by approximately 180° as seen in the circumferential direction, so that a circulation is created, with the two piston cooling ducts having a common inlet opening. The fluid flows back into the oil pan from an opening in the piston cooling channel 60 due to the force of gravity. The piston cooling channels can also be designed in such a way that they extend at different circumferential angles. For example, one of the piston cooling channels could have an angle of 270° and the other an angle of 90°. Of course, an embodiment that does not extend around the entire circumference is also possible.

4 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Kurbeltriebs 66 eines Verbrennungsmotors mit erfindungsgemäßen Kolben-Pleuel-Vorrichtungen 10 gemäß der 1 in einer schematisierten Vorderansicht, wobei auf eine Darstellung des ersten Kanals verzichtet wurde. 4 shows a schematic representation of a crank mechanism 66 of an internal combustion engine with piston-connecting-rod devices 10 according to the invention according to FIG 1 in a schematic front view, the first channel not being shown.

Der Kurbeltrieb 66 weist eine Kurbelwelle 68 auf, die mit Hauptlagern 70 im Kurbelgehäuse (nicht dargestellt) gelagert ist. Jede Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 der Vielzahl von vier Kolben-Pleuel-Vorrichtungen (zwei davon sind in 4 dargestellt) ist in an sich bekannter Weise mit dem großen Pleuelauge 20 an einem Hubzapfen 72 der Kurbelwelle 68 angelenkt und mit den oberen Lagerschalen 74 und unteren Lagerschalen 76 an dem jeweiligen Hubzapfen 72 gelagert. Die Seitenflächen 28 des Pleuelfußes 22 jeder Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 befinden sich in dem in 4 gezeigten, installierten Zustand der Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 jeweils in Anlage mit Kurbelwangen 78 der Kurbelwelle 68.The crank drive 66 has a crankshaft 68 which is mounted with main bearings 70 in the crankcase (not shown). Each piston-rod assembly 10 of the plurality of four piston-rod assemblies (two of which are shown in 4 shown) is articulated in a manner known per se with the large connecting rod eye 20 on a crank pin 72 of the crankshaft 68 and is mounted with the upper bearing shells 74 and lower bearing shells 76 on the respective crank pin 72. The side surfaces 28 of the big end 22 of each piston-connecting rod device 10 are located in the 4 shown, installed state of the piston connecting rod device 10 each in contact with crank webs 78 of the crankshaft 68.

Zur Versorgung des Kurbeltriebs 66 mit einem von Schmieröl gebildeten Fluid zur Schmierung der Kolben 42 sind in an sich bekannter Weise eine Ölversorgungsquelle 62 in Form einer Schmieröl-Hauptgalerie und von der Schmieröl-Hauptgalerie abgehende Versorgungsleitungen zu den Hauptlagern 70 vorgesehen. Von den Hauptlagern 70 wird das Schmieröl über Nuten und Durchgangsöffnungen in den Kurbelwangen 78 zu den Hubzapfen 72 geleitet (in 4 zur Verdeutlichung durch gestrichelte Leitungen symbolisiert). An der Innenfläche 24 des großen Pleuelauges 20 wird das Schmieröl in den ersten Kanal 30 eingeleitet (1).To supply the crank mechanism 66 with a fluid formed by lubricating oil for lubricating the pistons 42, an oil supply source 62 in the form of a lubricating oil main gallery and supply lines leading from the lubricating oil main gallery to the main bearings 70 are provided in a manner known per se. The lubricating oil is routed from the main bearings 70 via grooves and through openings in the crank webs 78 to the crank pins 72 (in 4 symbolized by dashed lines for clarification). The lubricating oil is introduced into the first channel 30 on the inner surface 24 of the large connecting rod eye 20 ( 1 ).

Zur Versorgung des Kurbeltriebs 66 mit einem von Schmieröl gebildeten Fluid zur Kühlung der Kolben ist ein Ventil 64 vorgesehen, das eingangsseitig mit der Ölversorgungsquelle 62 zur Bereitstellung des Fluids zur Schmierung der Kolben 42 verbunden ist. Das Ventil 64 ist zur Steuerung eines Volumenstroms des Schmieröls durch den zweiten Kanal 36 jeder der Kolben-Pleuel-Vorrichtungen 10 vorgesehen.To supply the crank drive 66 with a fluid formed by lubricating oil for cooling the pistons, a valve 64 is provided, which is connected on the input side to the oil supply source 62 for providing the fluid for lubricating the pistons 42 . The valve 64 is provided for controlling a volume flow of the lubricating oil through the second channel 36 of each of the piston-connecting rod devices 10 .

In der 4 ist das Ventil 64 schematisiert als in der Nähe der Kurbelwelle 68 angeordnet dargestellt. Tatsächlich ist das Ventil 64 an einer Außenseite des Kurbelkastens positioniert, und Leitungen von und zum Ventil 64 sind durch im Kurbelkasten angebrachte Durchführungen hindurchgeführt. Das Ventil 64 ist als Stetigventil, und insbesondere als Regelventil ausgebildet und weist einen elektrisch durch Fernsteuerung, beispielsweise durch eine elektronische Steuereinheit eines Fahrzeugs, in dem der Verbrennungsmotor installiert ist, betätigbaren Stellantrieb auf. Mithilfe des Ventils 64 kann der Volumenstrom des Fluids durch den zweiten Kanal 36 jeder der Kolben-Pleuel-Vorrichtungen 10 in stetiger Weise, nämlich von einem Volumenstrom von Null bis zu einem maximalen Volumenstrom, der von einem Fördervermögen der Ölversorgungsquelle 62 bestimmt ist, verändert werden.In the 4 1, the valve 64 is shown schematically as being located near the crankshaft 68. FIG. In fact, the valve 64 is positioned on an outside of the crankcase and lines to and from the valve 64 are routed through bushings mounted in the crankcase. The valve 64 is designed as a continuous valve, and in particular as a control valve, and has an actuator that can be actuated electrically by remote control, for example by an electronic control unit of a vehicle in which the internal combustion engine is installed. With the help of the valve 64, the volume flow of the fluid through the second channel 36 of each of the piston-connecting-rod devices 10 can be changed in a continuous manner, namely from a volume flow of zero to a maximum volume flow, which is determined by a capacity of the oil supply source 62 .

Von einem Ausgang des Ventils 64 wird das Schmieröl über eine Versorgungsleitung an eine Stichleitung in einem der Hauptlager 70 der Kurbelwelle 68 zugeführt. Die Stichleitung führt mittels einer quer geführten Durchgangsöffnung im Hauptlager 70 zu umlaufenden Ringnuten 80 an den Seitenflächen des Hauptlagers 70, die sich in Anlage mit den Kurbelwangen 78 befinden. Über die Ringnuten 80 der Hauptlager 70 und Durchgangsöffnungen in den Kurbelwangen 78 (in 4 zur Verdeutlichung durch gestrichelte Leitungen symbolisiert) gelangt das Schmieröl zu den Eingängen 38 der zweiten Kanäle 36 der Kolben-Pleuel-Vorrichtungen 10, in denen es wie bereits zuvor beschrieben vom Pleuelfuß 22 der Pleuelstange 12 bis zum Kolbenkühlkanal 60 der jeweiligen Kolben-Pleuel-Vorrichtung 10 geführt wird.The lubricating oil is supplied from an outlet of the valve 64 via a supply line to a branch line in one of the main bearings 70 of the crankshaft 68 . By means of a transverse through-opening in the main bearing 70, the branch line leads to circumferential annular grooves 80 on the side faces of the main bearing 70, which are in contact with the crank cheeks 78. Via the annular grooves 80 of the main bearings 70 and through openings in the crank webs 78 (in 4 symbolized by dashed lines for clarification), the lubricating oil reaches the inputs 38 of the second channels 36 of the piston-connecting rod devices 10, in which, as already described above, it flows from the big end 22 of the connecting rod 12 to the piston cooling channel 60 of the respective piston-connecting rod device 10 is performed.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Kolben-Pleuel-VorrichtungPiston connecting rod device
1212: Pleuelstangeconnecting rod
1414: Pleuelschaftconnecting rod
1616: kleines Pleuelauge (Pleuelkopf)small connecting rod eye (rod head)
1818: InnenflächeInner surface
2020: großes Pleuelaugebig connecting rod eye
2222: Pleuelfußbig end
2424: InnenflächeInner surface
2626: Pleueldeckelconnecting rod cap
2828: Seitenflächeside face
3030: erster Kanalfirst channel
3232: EingangEntry
3434: erstes Teilstückfirst part
3636: zweiter Kanalsecond channel
3838: EingangEntry
4040: erstes Teilstückfirst part
4242: KolbenPistons
4444: Kolbenkopfpiston head
4646: Kolbenbodenpiston crown
4848: Ringnutring groove
5050: Kolbenbolzengudgeon pin
5252: erster erweiterter Hohlraum (zweites Teilstück des ersten Kanals)first enlarged cavity (second section of the first canal)
5454: zweiter erweiterter Hohlraum (zweites Teilstück des ersten Kanals)second extended cavity (second section of the first canal)
5656: Kolbenschmierkanälepiston lubrication channels
5858: Schmieröffnungenlubrication ports
6060: Kolbenkühlkanalpiston cooling channel
6262: Ölversorgungsquelleoil supply source
6464: VentilValve
6666: Kurbeltriebcrank drive
6868: Kurbelwellecrankshaft
7070: Hauptlagermain camp
7272: Hubzapfen crank pin
7474: obere Lagerschaleupper bearing shell
7676: untere Lagerschalelower bearing shell
7878: Kurbelwangecrank web
8080: Ringnutring groove

Claims

Piston-connecting-rod device (10) for direct piston lubrication and cooling, having a piston (42) of an internal combustion engine, a connecting rod (12) for articulating the piston (42) on a crankshaft (68) and a first connecting rod foot (22 ) the connecting rod (12) leading to the piston (42) channel (30) for conducting a fluid for lubricating the piston (42), characterized by a second from the big end (22) to the piston (42) leading channel (36) for conducting a Fluids for cooling the piston (42), the first channel (30) and the second channel (36) being fluidically separated from one another within the piston-connecting rod device (10), an inlet (38) of the second channel (36) in a region of the connecting rod foot (22) on a side surface (28) of the large connecting rod eye (20), and wherein the inlet (38) of the second channel (36) is formed there by a groove running around the large connecting rod eye (20). .

Piston connecting rod device (10). claim 1 , characterized in that in a first section (34) of the first channel (30) and a first section (40) of the second channel (36) are formed on an interior of the connecting rod (12), an entrance (32) of the section (34) of the first channel ( 30) and an end of the first section (34) of the first channel (30) and an end of the first section (40) of the second channel (36) are arranged in an area of the small connecting rod eye (16).

Piston-connecting rod device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (42) has a piston pin (50) in which a first enlarged cavity (52) as a second, with the first section (34) of the first passage (30) fluidly connected portion of the first passage (30) and a second enlarged cavity (54) are formed as a second fluidly connected to the first portion (40) of the second passage (36) portion of the second passage (36).

Piston connecting rod device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that - in the piston (42) as sections of the first channel (30) a plurality of piston lubrication channels (56) running inside the piston (42) and as a section of the second channel (36) at least one piston cooling channel (60) running inside the piston (42) is provided, and - a first expanded cavity (52) is fluidically connected to the piston lubrication channels (56) of the plurality of piston lubrication channels and a second expanded cavity (54) is fluidically connected to the at least one piston cooling channel (60).

Piston connecting rod device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet of the first channel (30) is formed by a large number of lubrication openings (58) arranged on the outside of the piston (42) and that the piston lubrication channels ( 56) the plurality of piston lubrication passages are in fluid communication with the plurality of lubrication ports.

Piston-connecting-rod device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a valve (64) is provided for controlling a volume flow of the fluid through the second channel (36).

Piston connecting rod device (10). claim 6 , characterized in that the valve (64) is connected on the input side to an oil supply source (62) for providing the fluid for lubricating the piston (42).

Piston connecting rod device (10). claim 6 or 7 , characterized in that the valve (64) has an actuator which can be actuated mechanically or electrically by remote control.

Crank mechanism (66) of an internal combustion engine, having a crankshaft (68) and a plurality of piston-connecting rod devices (10) according to one of the preceding claims, wherein in the connecting rod (12) for articulating a piston (42) on the crankshaft (68 ) a first channel (30) leading from a big end (22) of the connecting rod (12) to the piston (42) for conducting a fluid for lubricating the piston (42) and a second channel leading from the big end (22) to the piston (42). (36) for conducting a fluid for cooling the piston (42), the first channel (30) and the second channel (36) being fluidically separated from one another within the piston-connecting rod device (10), an inlet ( 38) of the second channel (36) is arranged in a region of the connecting rod foot (22) on a side surface (28) of the large connecting rod eye (20), and the entrance (38) of the second channel (36) there from one around the large Connecting rod eye (20) circumferential groove is formed.