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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ölzuführelement zum Zuführen von Öl in einen Kühlkanal eines Kolbens einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Kolben mit einem Kühlkanal und einem solchen Ölzuführelement sowie eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Kolben.
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Die Kühlung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine erfolgt üblicherweise über einen Kühlkanal, der entweder als geschlossener Kühlkanal oder als offener Kühlkanal ausgebildet ist. Ist dieser als offener Kühlkanal ausgebildet, so wird üblicherweise Öl von unten in eine Ölzulaufbohrung eingespritzt und verteilt sich danach in Umfangsrichtung im Kühlkanal. Hierbei nimmt das Öl Wärme auf und kühlt den Kolben. Ein derartiger Kühlkanal ist üblicherweise ringförmig ausgebildet und zwischen einer äußeren Ringpartie und einem Rand einer Brennraummulde angeordnet. Die Brennraummulde umfasst jedoch des Weiteren den sogenannten Kolbenboden, der ebenfalls gekühlt werden sollte. Dies kann bei aus dem Stand der Technik bekannten Kolben beispielsweise durch eine Teilung eines Kühlölstrahls erfolgen.
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Aus der
DE 2013 013 962 A1 ist eine Baueinheit aus einem Kolben und einer Anspritzdüse für Kühlöl bekannt, wobei der Kolben einen Kolbenkopf und einen Kolbenschaft aufweist. Der Kolbenkopf besitzt einen Kolbenboden mit einer Unterseite, eine umlaufende Ringpartie sowie im Bereich der Ringpartie einen umlaufenden Kühlkanal mit zumindest einer Zuführöffnung für Kühlöl. Eine Anspritzdüse ist unterhalb des Kolbenschafts angeordnet und versorgt den Kolben mit Kühlöl. Um neben einem Einspritzen von Kühlöl in den Kühlkanal auch eine Kühlung der Unterseite des Kolbenbodens erreichen zu können, weist der Kolben an der Unterseite des Kolbenbodens benachbart zur zumindest einen Zuführöffnung für Kühlöl einen Strahlteiler für Kühlöl auf, der von der Anspritzdüse mit Kühlöl angespritzt wird. Je nach Stellung des Kolbens zwischen oberem und unterem Totpunkt, teilt sich dabei der Kühlölstrahl unterschiedlich zwischen der Unterseite und dem Kühlkanal auf.
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Aus der
DE 10 2014 005 364 A1 ist ebenfalls eine Baueinheit mit einem Kolben und einer Ölspritzdüse für Kühlöl bekannt, wobei der Kolben wiederum einen umlaufenden Kühlkanal mit zumindest einer Zuführöffnung für Kühlöl aufweist. Um dabei sowohl Kühlöl in den Kühlkanal als auch an die Unterseite des Kolbenbodens spritzen zu können, sind zwei Ölspritzdüsen vorgesehen. Hierdurch soll insbesondere eine verstärkte Kühlung der Unterseite des Kolbenbodens erreicht werden können.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist jedoch, dass sich eine Aufteilung eines Kühlölstrahls in einen in den Kühlkanal eintretenden Kühlölstrahl und in einen zur Unterseite des Kolbenbodens gelangenden Teilölstrahl nicht oder nur schwer quantifizieren lässt. Um nirgends eine Mangelversorgung befürchten zu müssen, wird üblicherweise mehr Öl verspritzt, als erforderlich ist, was jedoch eine erhöhte Pumpenleistung erfordert und einen Kraftstoffverbrauch ansteigen lässt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Ölzuführelement der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine zuverlässige und zugleich einschätzbare Aufteilung eines Kühlölstrahls in einen in einen Kühlkanal eines Kolbens eintretenden Kühlölteilstrahl und in einen an eine Unterseite eines Kolbenbodens, an eine Nabe oder einen Kolbeninnenraum des Kolbens spritzenden Kühlölteilstrahl nicht mehr durch beispielsweise zwei unterschiedliche Ölspritzdüsen oder einen in den Kolben integrierten Strahlteiler zu realisieren, sondern durch ein speziell ausgestaltetes Ölzuführelement. Das erfindungsgemäße Ölzuführelement zum Zuführen von Öl in den Kühlkanal des Kolbens einer Brennkraftmaschine besitzt dabei einen Kanal zum Zuführen von Öl in den Kühlkanal des Kolbens, wobei an diesem Kanal eine seitliche Öffnung mit einem Ölausleitelement vorgesehen ist, so dass ein Teilölstrom über das Ölausleitelement und die seitliche Öffnung an eine Unterseite des Kolbenbodens, die Nabe, oder den Kolbeninnenraum des Kolbens geleitet werden kann. Das erfindungsgemäße Ölzuführelement ermöglicht somit einen Entfall einer bislang erforderlichen zweiten Ölspritzdüse zum Anspritzen der Unterseite des Kolbenbodens, ebenso wie einen in den Kolben selbst integrierten Strahlteiler. Ein derartiges Ölzuführelement kann dabei kostengünstig hergestellt und mit nahezu sämtlichen Kolbentypen mit entsprechenden Kühlkanälen kombiniert werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Ölzuführelement einen Eingangstrichter auf. Eine derartige Trichterform oder auch Trompetenform ermöglicht ein besseres Einfangen eines Kühlölstrahls und bewirkt zugleich eine Konzentration und damit auch eine Vergleichmäßigung des Ölstrahls in dem enger werdenden Querschnitt. In einer bevorzugten Ausführung ist der Kanalquerschnitt zumindest in einem Abschnitt unmittelbar vor dem Ölausleitelement vorzugsweise nahezu vollständig mit Kühlöl gefüllt, so dass eine genau definierte Teilmenge an Öl ausgeleitet wird. Hierdurch ist es insbesondere möglich, den über das Ölausleitelement ausgeleiteten Teilölstrom besser, insbesondere hinsichtlich Menge und Strömungsgeschwindigkeit, bestimmen zu können. Über einen derartigen Eingangstrichter lassen sich darüber hinaus Fertigungstoleranzen sowie Ausrichttoleranzen einer Ölspritzdüse kompensieren.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Ölzuführelement im Bereich des Kanals einen Durchmesser d1 von ca. 4 mm und im Einlassbereich, das heißt im Bereich des Eingangstrichters, einen Durchmesser d2 von ca. 10 mm auf. Hierdurch lässt sich eine besonders optimierte Strömung im Kanal bzw. auch über das Ölausleitelement an den Kolbenboden, die Nabe oder den Kolbeninnenraum erzwingen. Von besonderem Vorteil hierbei wäre, dass durch den Eingangstrichter und den sich in Richtung des Kühlkanals verringernden Querschnitt des Ölzuführelements eine erforderliche Ölmenge zum zuverlässigen Kühlen des Kolbens reduziert werden kann, wodurch auch eine hierfür erforderliche Leistung einer Ölpumpe und ein damit zumindest indirekt zusammenhängender Kraftstoffverbrauch gesenkt werden können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Ölzuführelement als einstückiges Blechformteil ausgebildet, wodurch das Ölzuführelement nicht nur kostengünstig, sondern auch qualitativ hochwertig fertigbar ist. Ein derartiges Blechelement kann beispielsweise zunächst aus einem ebenen Bandblech ausgestanzt und anschließend umgeformt werden. Die beiden Enden des ringförmig umgeformten Ölzuführelements können dabei miteinander verklebt, verlötet, verschweißt oder anderweitig verbunden sein. Rein theoretisch ist sogar denkbar, dass die beiden Ränder nicht miteinander verbunden sind, wobei in diesem Fall ein Durchmesser des Kanals des Ölzuführelements zumindest geringfügig größer sein kann als eine Ölzuführöffnung in den Kühlkanal, so dass durch ein Zusammendrücken des Ölzuführelements dieses in die Ölzuführöffnung des Kühlkanals eingesetzt und anschließend durch ein Loslassen darin verspannt werden kann. Dies stellt eine besonders kostengünstige Möglichkeit der Fixierung des Ölzuführelements dar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Ölausleitelement als nach innen eingedrückte offene Tasche ausgebildet. Eine derartige nach innen eingedrückte und offene Tasche lässt sich fertigungstechnisch vergleichsweise einfach und dennoch höchst präzise herstellen. Sie kann beispielsweise nach dem Ausstanzen des als Blechformteils ausgebildeten Ölzuführelements beim anschließenden Umformen mit hergestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Kolben mit einem Kühlkanal und einem Kolbenboden mit einem solchen Ölzuführelement auszustatten und dieses derart anzuordnen, dass in das Ölzuführelement mittels einer Ölspritzdüse eingespritztes Öl teilweise in den Kühlkanal und teilweise an die Unterseite des Kolbenbodens, die Nabe oder den Kolbeninnenraum gelenkt wird. Ein Hauptölstrom gelangt dabei vorzugsweise durch den Kanal in den Kühlkanal, während ein Teilölstrom über das Ölausleitelement aus dem Kanal ausgeleitet und zur Unterseite des Kolbenbodens, der Nabe und/oder dem Kolbeninnenraum befördert wird. Mittels eines derartigen Kolbens lässt sich eine zuverlässige Kühlung desselben erreichen, bei gleichzeitiger Reduzierung einer Ölfördermenge. Hierdurch lässt sich insbesondere ein Kraftstoffverbrauch einer mittels einem solchen Kolben ausgestatteten Brennkraftmaschine reduzieren.
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Zweckmäßig ist eine Kühlkanalabdeckung vorgesehen, an welcher das Ölzuführelement befestigt ist. Der Kühlkanal bei dem Kolben kann beispielsweise als nach unten, das heißt zu einem Schaft hin, offener Kühlkanal ausgebildet sein, der mittels einer entsprechenden Kühlkanalabdeckung abgedeckt ist. Eine derartige Kühlkanalabdeckung wird beispielsweise als Teilkreissegment aus Blech ausgebildet. Mit entsprechenden Flügeln, die beispielsweise am Ölzuführelement angeordnet sind, lässt sich dieses an zwei Rändern zweier benachbarter Kühlkanalabdeckungen einclipsen. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass der Kühlkanal eine Zulaufbohrung bzw. eine Zuführöffnung aufweist und ansonsten durch Material des Kolbens geschlossen ist, wobei in diesem Fall das Ölzuführelement in die Zulaufbohrung hineinragt und im Bereich derselben bzw. im Bereich einer Schaftwand mit dem Kolben verbunden, insbesondere an diesem fixiert ist. Selbstverständlich weist in diesem Fall der Kühlkanal auch noch eine Ablaufbohrung bzw. eine Abführöffnung auf. Ein Befestigen des Ölzuführelements in der Zulaufbohrung kann beispielsweise durch ein federndes Verspannen desselben erfolgen, oder alternativ auch durch ein Verkleben, Verlöten oder Verschweißen.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Kolben auszustatten, wobei diese Brennkraftmaschine eine Ölspritzdüse aufweist, welche Öl in das Ölzuführelement einspritzt und dadurch einen zugehörigen Kolben sowohl im Bereich eines Kühlkanals als auch im Bereich der Unterseite des Kolbenbodens, der Nabe und/oder des Kolbeninnenraums zuverlässig kühlt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Ölzuführelement,
- 2 eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Ölzuführelement entlang der Schnittebene A-A,
- 3 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben mit einem solchen Ölzuführelement.
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Entsprechend den 1 und 3, weist ein erfindungsgemäßes Ölzuführelement 1 zum Zuführen von Öl 2 in einen Kühlkanal 3 eines Kolbens 4 einer Brennkraftmaschine 5 einen Kanal 6 zum Zuführen von Öl 2 in den Kühlkanal 3 auf, wobei an diesem Kanal 6 eine seitliche Öffnung 7 mit einem Ausleitelement 8 vorgesehen ist, so dass ein Teilölstrom 9 über das Ölausleitelement 8 und die seitliche Öffnung 7 an eine Unterseite 10 eines Kolbenbodens 11, eine Nabe 16 und/oder einen Kolbeninnenraum 21 des Kolbens 4 leitbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen Ölzuführelement 1 ist es somit erstmals möglich, ohne das Vorsehen von zwei separaten Ölspritzdüsen 12 oder eines am Kolben 4 direkt angebundenen Strahlteilers eine Aufteilung des Öls 2 in einen den Kolbenboden 11 kühlenden Teilölstrahl 9 und einen in den Kühlkanal 3 gelangenden Ölstrahl 13 aufzuteilen.
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Gemäß der 3 ist dabei zur besseren Übersichtlichkeit halber das Ölzuführelement 1 stark vergrößert dargestellt. Das Ölzuführelement 1 weist vorzugsweise einen Eingangstrichter 14 auf, der dem Ölzuführelement 1 eine trichterartige bzw. trompetenartige Gestalt verleiht. Im Bereich des Kanals 6 weist dabei das Ölzuführelement 1 einen Durchmesser d1 von ca. 4 mm auf, während ein Durchmesser d2 in einem Einlassbereich 15, das heißt an einem freien Ende des Eingangstrichters 14, einen Durchmesser d2 von ca. 10 mm besitzt. Hierdurch ist ein deutlich verbessertes Einfangen von Öl 2 möglich, so dass auch Fertigungstoleranzen vergleichsweise einfach kompensiert werden können. Das Ölzuführelement 1 ist vorzugsweise als einstückiges Blechformteil ausgebildet und kann dadurch kostengünstig hergestellt werden, beispielsweise durch ein Ausstanzen einer entsprechenden Geometrie mit einem anschließenden Aufrollen bzw. Umformen zur Trichterform.
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Der Teilölstrahl 9 kann dabei zusätzlich oder alternativ zur Kühlung der Nabe 16 bzw. generell einer Innenform des Kolbens 4 dienen. Im Vergleich zu einem Strahlteiler, der beispielsweise integral mit dem Kolben 4 ausgebildet ist, bietet das erfindungsgemäße Ölzuführelement 1 zusätzlich den großen Vorteil, dass eine deutlich genauere Quantifizierung und auch Bestimmung des ausleitbaren Teilölstroms 9 möglich ist, wodurch die bisherige aufgrund von solchen Ungenauigkeiten erforderliche Ölmehrmenge reduziert werden kann, was zu einer Reduzierung einer Förderleistung einer Ölpumpe und damit auch zu einer Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine 5 führt.
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Betrachtet man das Ölausleitelement 8 näher, insbesondere gemäß der 2, so kann man erkennen, dass dies als nach innen eingedrückte und offene Tasche ausgebildet ist, die zum Eingangstrichter 14 hin geöffnet ist. Die Herstellung einer derartigen Tasche ist dabei vergleichsweise einfach möglich, da lediglich zunächst ein Schnitt orthogonal zur Achse 17 des Ölzuführelements 1 an dessen Mantelfläche am Kanal 6 eingebracht werden muss und anschließend die Tasche, das heißt das Ölausleitelement 8 eingedrückt wird. Von weiterem großem Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Ölzuführelement 1 ist, dass dieses auch bei bislang aus dem Stand der Technik bekannten Kolben einsetzbar ist, ohne dass hierfür größere Modifikationen erforderlich sind.
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Der gemäß der 3 dargestellte Kolben 4 ist Teil der Brennkraftmaschine 5 und besitzt den zwischen einer äußeren Ringpartie und einer Brennraummulde 18 verlaufenden Kühlkanal 3. Dieser ist nach unten mittels einer Kühlkanalabdeckung 19 abgedeckt, wobei das Ölzuführelement 1 an der Kühlkanalabdeckung 19, insbesondere im Bereich einer Ölzulauföffnung desselben angeordnet ist. Eine Befestigung des Ölzuführelements 1 an der Kühlkanalabdeckung 19 kann beispielsweise durch ein Verkleben, Verstemmen, Verspannen, Verlöten oder Verschweißen erfolgen. Rein theoretisch ist es selbstverständlich auch denkbar, dass das Ölzuführelement 1 über eine entsprechende, nicht gezeigte Fahne, am Kolben 4 selbst, beispielsweise an einer Schaftwand 20 desselben, angebunden ist.
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Insgesamt kann mit dem erfindungsgemäßen Ölzuführelement 1 und einem damit ausgestatteten Kolben 4 ein deutlich verbessertes Kühlen, beispielsweise einer Nabe 16 oder einer Unterseite 10 des Kolbenbodens 11 erfolgen, insbesondere auch mittels reduzierter Ressourcen, da durch das erfindungsgemäße Ölausleitelement 8 der aus dem Ölzuführelement 1 ausgeleitete Teilölstrom 9 äußerst exakt quantifizierbar ist. Eine Bereitstellung einer Mehrmenge, wie dies bislang erforderlich war, ist deshalb nicht mehr nötig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2013013962 A1 [0003]
- DE 102014005364 A1 [0004]
