DE102019112903B4

DE102019112903B4 - Spritzdüsenanordnung zur Kolbenkühlung eines Motors

Info

Publication number: DE102019112903B4
Application number: DE102019112903.6A
Authority: DE
Inventors: Max Schilling
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: DE102019112903A1

Abstract

Spritzdüsenanordnung (1), eingerichtet zur Kolbenkühlung eines Motors (4), mit einem kanalartigen Spritzdüsenträger (5) und mit einer Anzahl von Spritzdüsen (2), wobei die Spritzdüsen (2) mit dem Spritzdüsenträger (5) mechanisch verbunden sind und entlang dem Spritzdüsenträger (5) angeordnet sind und von ihm getragen sind und die Spritzdüsen (2) mit dem Spritzdüsenträger (5) fluidverbunden sind, um mit einem Fluid versorgt zu werden, wobei der Spritzdüsenträger (5) mit einer Fluidversorgung (6) fluidverbunden ist und wobei zwischen dem Spritzdüsenträger (5) und der Fluidversorgung (6) zumindest ein Steuerventil (7) zur Steuerung des Fluids angeordnet ist, wobei der Spritzdüsenträger (5) einen Hohlkanal (8) ausbildet und der Spritzdüsenträger (5) als geschlossenes Ringelement ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzdüsenanordnung zur Kolbenkühlung eines Motors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird zur Erzielung höherer Leistungen, insbesondere bei Hochleistungsmotoren, eine Kolbenkühlung durchgeführt, um die thermische Belastung zu reduzieren. Dazu werden im Stand der Technik Kolbenspritzdüsen eingesetzt, die einen Ölstrahl aus Richtung der Kurbelwelle entlang des Pleuels unter den Kolben oder in einen Ringkanal des Kolbens spritzen, um den Kolben verbessert zu kühlen. Zur Steuerung des Ölstrahls sind im Stand der Technik die Spritzdüsen mit vorgeschalteten federbelasteten Ventilen ausgerüstet, die bei Erreichen eines definierten Öldrucks die Spritzdüsen aktivieren, um das Öl in Richtung des Kolbens zu spritzen.
Diese Bauform erfordert jedoch je einzelner Spritzdüse einen Ölkanal und Befestigungselemente, um die Spritzdüse bzw. das Ventil zu befestigen. Die Ventile sind auch nicht bedarfsgerecht bzw. genau genug steuerbar.
Da bei zukünftig steigenden Motorleistungen und auch aufgrund ansteigender Erfordernisse aufgrund der Abgasgesetzgebungen die thermische Belastung der Kolben steigen wird, wird der Aufwand der Kolbenkühlung zukünftig weiter steigen, was zu steigenden Kosten aufgrund einer zunehmenden Anzahl von Spritzdüsen und Ventilen führen wird. Eine externe Regelbarkeit bzw. Steuerbarkeit scheint zwingend erforderlich, um die Kolbenkühlung zu verbessern.
Durch die DE 10 2005 006 808 A1 , DE 103 36 740 A1 und die EP 1 517 014 B1 sind verschiedene Spritzdüsenträger bekannt geworden.
Die DE 10 2005 006 808 A1 offenbart ein Ölspritzeinrichtungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Spritzdüsenanordnung zur Kolbenkühlung des Verbrennungsmotors, mit einem kanalartigen Spritzdüsenträger und mit einer Anzahl von Spritzdüsen, wobei die Spritzdüsen mit dem Spritzdüsenträger mechanisch verbunden sind und entlang dem Spritzdüsenträger angeordnet sind und von ihm getragen sind und die Spritzdüsen mit dem Spritzdüsenträger fluidverbunden sind, um mit einem Fluid versorgt zu werden, wobei der Spritzdüsenträger mit einer Fluidversorgung fluidverbunden ist.
Die DE 10 2013 205 244 A1 offenbart ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils und ein Bauteil beispielsweise als Fluidkanal oder als Ölfiltereinrichtung, welches durch das additive Verfahren hergestellt ist.
Die US 2015/0 233 279 A1 offenbart eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Versorgung von Kühlöl eines Verbrennungsmotors.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spritzdüsenanordnung zur Kolbenkühlung eines Motors, wie Verbrennungsmotor, zu schaffen, welche einfach und kostengünstig realisierbar ist. Auch ist es die Aufgabe einen entsprechenden Motor zu schaffen, der bezüglich der Kolbenkühlung verbessert ist.
Die Aufgabe zur Spritzdüsenanordnung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Spritzdüsenanordnung zur Kolbenkühlung eines Motors, mit einem kanalartigen Spritzdüsenträger und mit einer Anzahl von Spritzdüsen, wobei die Spritzdüsen mit dem Spritzdüsenträger mechanisch verbunden sind und entlang dem Spritzdüsenträger angeordnet sind und von ihm getragen sind und die Spritzdüsen mit dem Spritzdüsenträger fluidverbunden sind, um mit einem Fluid versorgt zu werden, wobei der Spritzdüsenträger mit einer Fluidversorgung fluidverbunden ist und wobei zwischen dem Spritzdüsenträger und der Fluidversorgung zumindest ein Steuerventil zur Steuerung des Fluids angeordnet ist. Damit lässt sich die Anordnung der Spritzdüsen in vereinfachter Art gestalten, je nach Anforderung, und es ist eine kostengünstige Gestaltung möglich. Mittels des Steuerventils kann das Fluid für alle Spritzdüsen gezielt bereitgestellt werden, so dass die im Stand der Technik benötigten einzelnen Steuerventile je Spritzdüse entfallen können und durch das gemeinschaftlich versorgende Steuerventil ersetzt werden.
Erfindungsgemäß bildet der Spritzdüsenträger einen Hohlkanal aus. Damit wird das zu verteilende Fluid auf alle Spritzdüsen durch den Hohlkanal des Spritzdüsenträgers verteilt.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Spritzdüsenträger aus einem Rohr, wie einem innenhochdruckumgeformten Rohr, oder aus einer Schalenanordnung zumindest zweier miteinander abgedichtet verbundener Schalen gebildet ist. Dadurch kann eine den räumlichen Verhältnissen angepasste Gestaltung erzeugt werden, auch vorteilhaft unter Ausnutzung gebogener Geometrien. Auch können so geringe Änderungskosten erreicht werden.
Erfindungsgemäß ist der Spritzdüsenträger als geschlossenes Ringelement ausgebildet. Dadurch kann der Spritzdüsenträger gut innerhalb des Kurbelgehäuses eines Motors, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, angeordnet werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Spritzdüsenträger eine wellenförmige Modulation aufweist. Damit kann eine Anpassung an die Wandstruktur des Kurbelgehäuses vorgenommen werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch zweckmäßig, wenn der Spritzdüsenträger einen Fluideinlassanschluss und eine Vielzahl von Spritzdüsen aufweist. Damit kann jede der Spritzdüsen durch den vorzugsweise einzigen Fluideinlassanschluss mit dem zu spritzenden Fluid, wie beispielsweise Öl, versorgt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn die Spritzdüsen von dem Spritzdüsenträger unabhängig ausgebildet und mit dem Spritzdüsenträger verbunden sind. Damit kann je nach Bedarf die Lage und Anzahl der Spritzdüsen an dem Spritzdüsenträger gewählt werden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Spritzdüsen durch 3D-Druck, durch Fräsen und/oder aus einem Rohrteil hergestellt sind. Damit kann eine einfache Geometrie gewählt werden, die einfach herstellbar ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn die Spritzdüsen mit dem Spritzdüsenträger durch Löten und/oder Schweißen und/oder Kleben verbunden sind. Damit kann je nach Bedarf die Lage und Anzahl der Spritzdüsen an dem Spritzdüsenträger festgelegt und befestigt werden.
Die Aufgabe zu dem Motor wird mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Motor, wie Verbrennungsmotor, mit einem Kurbelgehäuse mit zumindest einem beweglichen Kolben und mit einer Spritzdüsenanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Spritzdüsenträgers von der Unterseite,
2 eine Schnittdarstellung des Spritzdüsenträgers in einem Kurbelgehäuse eines Motors, und
3 eine perspektivische Darstellung des Spritzdüsenträgers in einem Kurbelgehäuse eines Motors.

Die 1 bis 3 zeigen eine Spritzdüsenanordnung 1 zur Kolbenkühlung eines Motors 4, wie eines Verbrennungsmotors. Dazu wird mittels der Spritzdüsen 2 der Spritzdüsenanordnung 1 ein Fluid zur Kühlung hin zu einem Kolben 3 bzw. zu den zu kühlenden Kolben 3 gespritzt oder in einen Ringkanal des Kolbens 3 bzw. der Kolben 3. Der bzw. die Kolben 3 sind Kolben 3 eines Motors 4, wie eines Verbrennungsmotors.
Die Spritzdüsenanordnung 1 weist dabei einen kanalartigen Spritzdüsenträger 5 auf, wobei weiterhin eine Anzahl von Spritzdüsen 2 vorgesehen sind, wobei die Spritzdüsen 2 mit dem Spritzdüsenträger 5 mechanisch verbunden sind und entlang dem Spritzdüsenträger 5 angeordnet sind und von ihm getragen sind. Dabei sind auch die Spritzdüsen 2 mit dem Spritzdüsenträger 5 fluidverbunden, um mittels des Spritzdüsenträgers 5 mit einem Fluid versorgt zu werden.
Hierzu ist der Spritzdüsenträger 5 mit einer Fluidversorgung 6 fluidverbunden, welche ein Fluid unter vordefiniertem Fluiddruck zur Verfügung stellt, welches mittels des Spritzdüsenträgers 5 an die Spritzdüsen 2 weitergeleitet wird, um das Fluid auf den bzw. die Kolben 3 zu spritzen.
Zwischen dem Spritzdüsenträger 5 und der Fluidversorgung 6 ist zumindest ein Steuerventil 7 zur Steuerung des Fluids angeordnet. Dabei kann das Steuerventil ein elektrisch oder elektronisch steuerbares Ventil sein, welches insbesondere von einer elektronischen Steuereinheit steuerbar ist. Mittels des Steuerventils 7 kann das Fluid für alle Spritzdüsen 2 gezielt bereitgestellt werden.
In den 1 bis 3 ist der Spritzdüsenträger 5 als ein Hohlkanal 8 ausgebildet bzw. weist einen solchen Hohlkanal 8 auf. Mit dem Hohlkanal 8 wird das zu verteilende Fluid auf alle Spritzdüsen 2 durch den Hohlkanal 8 des Spritzdüsenträgers 5 verteilt. Der Spritzdüsenträger 5 dient dabei auch der Fluidleitung und der Fluidführung.
Vorteilhaft besteht der Spritzdüsenträger 5 aus einem Rohr, wie einem innenhochdruckumgeformten Rohr, oder aus einer Schalenanordnung zumindest zweier miteinander abgedichtet verbundener Schalen. Dadurch kann eine den räumlichen Verhältnissen angepasste Gestaltung des Spritzdüsenträgers erreicht werden, auch vorteilhaft unter Ausnutzung gebogener Geometrien, siehe die 1 und 3.
Die 1 zeigt, dass der Spritzdüsenträger 5 erfindungsgemäß als geschlossenes Ringelement ausgebildet ist, wobei alternativ der Spritzdüsenträger 5 auch nicht erfindungsgemäß als offenes Ringelement und/oder als U-Element ausgebildet sein kann. Dadurch kann der Spritzdüsenträger gut innerhalb des Kurbelgehäuses eines Motors, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, angeordnet werden. Die 1 und 3 zeigen auch, dass der Spritzdüsenträger 5 eine wellenförmige Modulation aufweisen kann, so dass er beispielsweise eine Anpassung an Wandstruktur des Kurbelgehäuses 9 aufweist.
Die 1 zeigt auch, dass der Spritzdüsenträger 5 einen Fluideinlassanschluss 10 und eine Vielzahl von Spritzdüsen 2 aufweist. Damit kann jede der Spritzdüsen 2 durch den vorzugsweise einzigen Fluideinlassanschluss 10 mit dem zu spritzenden Fluid, wie beispielsweise Öl, versorgt werden.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spritzdüsen 2 von dem Spritzdüsenträger 5 unabhängig ausgebildet und sind mit dem Spritzdüsenträger 5 verbunden. Dadurch ist es möglich, dass je nach Bedarf der Kühlung die Lage und Anzahl der Spritzdüsen 2 relativ zu dem Spritzdüsenträger 5 gewählt werden kann. So kann der Spritzdüsenträger 5 dort Öffnungen 11 aufweisen, wo die Spritzdüsen 2 angeordnet sein sollen und die Spritzdüsen 2 können dann in die Öffnung 11 eingesetzt und abgedichtet verbunden sein.
So können die Spritzdüsen 2 durch 3D-Druck, durch Fräsen aus einem Metallteil oder aus Kunststoff und/oder aus einem Rohrteil hergestellt sein. So kann beispielsweise eine einfache Geometrie gewählt werden, die einfach herstellbar ist.
Weiterhin kann es bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch vorteilhaft sein, wenn die Spritzdüsen 2 mit dem Spritzdüsenträger 5 durch Löten und/oder Schweißen und/oder Kleben verbunden sind.
Vorteilhaft kann der Motor ein Verbrennungsmotor in Boxer-Bauweise oder in einer anderen Bauweise sein, beispielsweise als Reihenmotor, V-Motor etc.
Weiterhin zeigt die 1, dass an dem Spritzdüsenträger 5 Haltelaschen 12 angeordnet sind, welche den Spritzdüsenträger in dem Kurbelgehäuse 9 halten. Dazu sind an lateralen Endbereichen des Spritzdüsenträgers 5 jeweils zwei benachbart angeordnete Haltelaschen 12 vorgesehen, welche den Spritzdüsenträger 5 an einer Struktur im Kurbelgehäuse 9 halten, siehe auch die 3.
Bezugszeichenliste

1: Spritzdüsenanordnung
2: Spritzdüse
3: Kolben
4: Motor, Verbrennungsmotor
5: Spritzdüsenträger
6: Fluidversorgung
7: Steuerventil
8: Hohlkanal
9: Kurbelgehäuse
10: Fluideinlassanschluss
11: Öffnung
12: Haltelasche

Claims

Spritzdüsenanordnung (1), eingerichtet zur Kolbenkühlung eines Motors (4), mit einem kanalartigen Spritzdüsenträger (5) und mit einer Anzahl von Spritzdüsen (2), wobei die Spritzdüsen (2) mit dem Spritzdüsenträger (5) mechanisch verbunden sind und entlang dem Spritzdüsenträger (5) angeordnet sind und von ihm getragen sind und die Spritzdüsen (2) mit dem Spritzdüsenträger (5) fluidverbunden sind, um mit einem Fluid versorgt zu werden, wobei der Spritzdüsenträger (5) mit einer Fluidversorgung (6) fluidverbunden ist und wobei zwischen dem Spritzdüsenträger (5) und der Fluidversorgung (6) zumindest ein Steuerventil (7) zur Steuerung des Fluids angeordnet ist, wobei der Spritzdüsenträger (5) einen Hohlkanal (8) ausbildet und der Spritzdüsenträger (5) als geschlossenes Ringelement ausgebildet ist.
Spritzdüsenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzdüsenträger (5) aus einem Rohr, wie einem innenhochdruckumgeformten Rohr, oder aus einer Schalenanordnung zumindest zweier miteinander abgedichtet verbundener Schalen gebildet ist.
Spritzdüsenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzdüsenträger (5) eine wellenförmige Modulation aufweist.
Spritzdüsenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzdüsenträger (5) einen Fluideinlassanschluss (10) und eine Vielzahl von Spritzdüsen (2) aufweist.
Spritzdüsenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüsen (2) von dem Spritzdüsenträger (5) unabhängig ausgebildet und mit dem Spritzdüsenträger (5) verbunden sind.
Spritzdüsenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüsen (2) durch 3D-Druck, durch Fräsen und/oder aus einem Rohrteil hergestellt sind.
Spritzdüsenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüsen (2) mit dem Spritzdüsenträger (5) durch Löten und/oder Schweißen und/oder Kleben verbunden sind.
Motor (4), wie beispielsweise Verbrennungsmotor, mit einem Kurbelgehäuse (9) mit zumindest einem beweglichen Kolben (3) und mit einer Spritzdüsenanordnung (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.