DE102019130706B4 - Motoranordnung mit einer Kolbenkühldüsenanordnung - Google Patents

Motoranordnung mit einer Kolbenkühldüsenanordnung Download PDF

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Abstract

Motoranordnung (11), welche einen Kolben (12) und eine Kolbenkühldüsenanordnung (20) zur Zufuhr eines Kühlmittels (50) zum Kolben (12) aufweist, welcher Kolben (12) einen Kolbenboden (14) und mindestens einen Kanal (16) mit einer Eintrittsöffnung (17) und einer Austrittsöffnung (18) aufweist, welche Kolbenkühldüsenanordnung (20) einen ersten Einlass (21), eine erste Auslassdüse (31), eine zweite Auslassdüse (32) und eine erste Verzweigung (25) aufweist, welche erste Auslassdüse (31) und welche zweite Auslassdüse (32) jeweils über die erste Verzweigung (25) in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass (21) stehen, welche Kolbenkühldüsenanordnung (20) im Bereich zwischen der ersten Verzweigung (25) und der zweiten Auslassdüse (32) auf der der ersten Auslassdüse (31) zugewandten Seite eine zumindest bereichsweise konkav gekrümmte Oberfläche aufweist, welcher erste Einlass (21) einen größeren Querschnitt aufweist als die erste Auslassdüse (31) und als die zweite Auslassdüse (32), und welche Kolbenkühldüsenanordnung (20) durch additive Fertigung hergestellt ist, welche Kolbenkühldüsenanordnung (20) derart zum Kolben (12) ausgerichtet ist, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen eine Kühlmittelzufuhr von der ersten Auslassdüse (31) und von der zweiten Auslassdüse (32) zum Kolben (12) hin möglich ist, bei welcher Motoranordnung (11) eine von der ersten Auslassdüse (31) oder der zweiten Auslassdüse (32) derart positioniert ist, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen über die Kolbenkühldüsenanordnung (20) eine Kühlmittelzufuhr zur Eintrittsöffnung (17) des Kanals (16) möglich ist, und bei welcher Motoranordnung die andere von der ersten Auslassdüse (31) oder der zweiten Auslassdüse (32) derart positioniert ist, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen über die Kolbenkühldüsenanordnung (20) eine Kühlmittelzufuhr zum Kolbenboden (14) möglich ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Motoranordnung mit einer Kolbenkühldüsenanordnung.
  • Bei Verbrennungskraftmaschinen kann es im oberen Leistungsbereich zu einer starken Erhitzung des Kolbens kommen. Dies kann zu einem Versagen des Kolbens führen, indem der Kolben bspw. lokal zu weich wird. Durch die Zuführung des Kühlmittels über die Kolbenkühldüsenanordnung wird das Kühlmittel auf den Kolbenboden und in die Eintrittsöffnung gespritzt, und hierdurch wird eine Kühlung des Kolbens ermöglicht.
  • Die DE 10 2017 202 389 A1 zeigt eine Öl-Kühl-Vorrichtung umfassend ein Schmiermittel- oder Ölverteilerrohr mit wenigstens einem davon abzweigenden Spritzrohr zur Förderung des Schmiermittels oder des Öls an die jeweiligen Komponenten des Getriebes oder Motors, welches Spritzrohr aus einem Kunststoff hergestellt ist.
  • Die DE 10 2013 021 891 A1 zeigt eine Vorrichtung für 3D-Druckverfahren.
  • Die JP S50-66 052 U zeigt eine Kühl- und Schmiervorrichtung mit zwei Düsen und einem Düsenkörper.
  • Die DE 10 2017 201 905 A1 zeigt ein Steuerventil zur Versorgung von Düsen mit einem Druckfluid.
  • Die JP 2016-014 373 A zeigt ein Pleuel mit einer Fluidleitung und Düsen.
  • Die DE 10 2017 120 418 A1 zeigt eine Pleuelstange mit einer Fluidleitung.
  • Die US 2017 / 0 350 275 A1 zeigt eine Spritzdüse für ein Schmiermittel.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Kolbenkühldüsenanordnung, eine neue Motoranordnung und ein neues Verfahren zur Herstellung der Kolbenkühldüsenanordnung bereit zu stellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
  • Eine Motoranordnung hat einen Kolben und eine Kolbenkühldüsenanordnung zur Zufuhr eines Kühlmittels zum Kolben. Die Kolbenkühldüsenanordnung weist einen ersten Einlass, eine erste Auslassdüse, eine zweite Auslassdüse und eine erste Verzweigung auf, welche erste Auslassdüse und welche zweite Auslassdüse jeweils über die erste Verzweigung in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass stehen, und welche Kolbenkühldüsenanordnung durch additive Fertigung hergestellt ist. Das Vorsehen der ersten und zweiten Auslassdüse ermöglicht eine zielgerichtete Kühlmittelzufuhr zum Kolben, und durch die additive Fertigung kann die Kolbenkühldüsenanordnung auch eine komplizierte Struktur haben. Bevorzugt weist die Kolbenkühldüsenanordnung mindestens einen weiteren Einlass auf. Bevorzugt weist die Kolbenkühldüsenanordnung mindestens eine weitere Auslassdüse auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kolbenkühldüsenanordnung im Bereich zwischen der ersten Verzweigung und der ersten Auslassdüse zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet. Dies ermöglicht einen fluidtechnisch günstigen Fluidfluss zur ersten Auslassdüse.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kolbenkühldüsenanordnung im Bereich zwischen der ersten Verzweigung und der zweiten Auslassdüse zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet. Dies ermöglicht einen fluidtechnisch günstigen Fluidfluss zur zweiten Auslassdüse.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kolbenkühldüsenanordnung im Bereich zwischen der ersten Verzweigung und dem ersten Einlass zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet. Durch die Krümmung kann der Motorraum vorteilhaft ausgenutzt werden, und die Kolbenkühldüsenanordnung kann sich durch enge oder verwinkelte Bereiche erstrecken.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die additive Fertigung als Laserstrahlschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, Lasersintern, Metall-Pulver-Auftragsverfahren, 3D-Siebdruck oder als selektives Lasersintern ausgeführt. Diese Fertigungsmöglichkeiten können zu stabilen und gut geeigneten Kolbenkühldüsenanordnungen führen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kolbenkühldüsenanordnung mindestens einen Werkstoff auf aus der Gruppe bestehend aus:
    • - Metall,
    • - Keramik, und
    • - Kunststoff.
  • Diese Werkstoffe haben sich als vorteilhaft erwiesen, sowohl für die Verarbeitung als auch im Hinblick auf die Hitzebeständigkeit und Stabilität. Es ist auch möglich, mehrere der genannten Werkstoffe bei der Kolbenkühldüsenanordnung vorzusehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Auslassdüse und die zweite Auslassdüse nicht parallel zueinander ausgerichtet. Durch eine solche Ausrichtung ist es möglich, gezielt geeignete Bereiche mit dem Kühlmittel zu versorgen, und die Erstreckung der Kolbenkühldüsenanordnung quer zur Förderrichtung kann vergleichsweise gering gehalten werden.
  • Der erste Einlass weist einen größeren Querschnitt auf als die erste Auslassdüse und als die zweite Auslassdüse. Dies ist vorteilhaft, da der Bereich zwischen der ersten Verzweigung und den Auslassdüsen vergleichsweise dünn ausgebildet werden kann, und der größere Querschnitt im Bereich des Einlasses führt zu einem geringeren fluidtechnischen Widerstand.
  • Die Kolbenkühldüsenanordnung weist im Bereich zwischen der ersten Verzweigung und der zweiten Auslassdüse auf der der ersten Auslassdüse zugewandten Seite eine zumindest bereichsweise konkav gekrümmte Oberfläche auf. Hierdurch kann im Bereich der ersten Verzweigung der Abstand zwischen den Kanälen vergrößert werden, und trotzdem können die Auslassdüsen zum Kolben hin gerichtet sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kolbenkühldüsenanordnung mindestens einen zweiten Einlass auf, welcher in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass steht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kolbenkühldüsenanordnung mindestens eine dritte Auslassdüse auf, welche in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass steht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kolbenkühldüsenanordnung mindestens eine zweite Verzweigung auf, welche in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass steht.
  • Eine Motoranordnung weist einen Kolben und eine Kolbenkühldüsenanordnung auf, und die Kolbenkühldüsenanordnung ist derart zum Kolben ausgerichtet, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen eine Kühlmittelzufuhr von der ersten Auslassdüse und von der zweiten Auslassdüse zum Kolben hin möglich ist. Die Kolbenkühldüsenanordnung kann hierdurch zielgerichtet Kühlmittel zuführen.
  • Der Kolben weist einen Kanal mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung auf, und die erste Auslassdüse oder die zweite Auslassdüse ist derart positioniert, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen über die Kolbenkühldüsenanordnung eine Kühlmittelzufuhr zur Eintrittsöffnung des Kanals möglich ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kanal mehr als eine Eintrittsöffnung und/oder mehr als eine Austrittsöffnung auf. Die Kolbenkühldüsenanordnung kann hierdurch das Kühlmittel direkt der Eintrittsöffnung zuführen, und die ermöglicht einen guten Fluidfluss im Kanal.
  • Der Kolben weist einen Kolbenboden auf, und die erste Auslassdüse oder die zweite Auslassdüse ist derart positioniert, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen über die Kolbenkühldüsenanordnung eine Kühlmittelzufuhr zum Kolbenboden möglich ist. Der vergleichsweise großflächige Kolbenboden eignet sich gut für die Kühlung durch das Kühlmittel.
  • Bei einem beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Kolbenkühldüsenanordnung wird durch eine additive Fertigung eine Kolbenkühldüsenanordnung mit einem ersten Einlass, einer ersten Auslassdüse, einer zweiten Auslassdüse und einer ersten Verzweigung hergestellt, welche erste Auslassdüse und welche zweite Auslassdüse jeweils über die erste Verzweigung in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass stehen. Die additive Fertigung ermöglicht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Kolbenkühldüsenanordnung mit einer an den vorhandenen Motorraum angepassten Form. Durch die additive Fertigung können alle genannten Ausgestaltungen und Eigenschaften der Kolbenkühldüsenanordnung verwirklicht werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens wird die additive Fertigung durch Laserstrahlschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, Lasersintern, Metall-Pulver-Auftragsverfahren, 3D-Siebdruck oder selektives Lasersintern ausgeführt wird. Diese Verfahren sind gut geeignet zur Herstellung der Kolbenkühldüsenanordnung.
  • Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend 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. Es zeigt:
    • 1 in raumbildlicher Darstellung einen Kolben eines Verbrennungsmotors und eine Kolbenkühldüsenanordnung,
    • 2 in raumbildlicher Darstellung die Kolbenkühldüsenanordnung von 1, und
    • 3 in schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit einem Kolben und einer Kolbenkühldüsenanordnung.
  • 1 zeigt einen Kolben 12 mit einem Kolbenhemd 13, welches auch als Kolbenwand oder Kolbenschaft bezeichnet wird. Das Kolbenhemd 13 ist der Bereich, der mit geringem Spiel in die - nicht dargestellte - Zylinderbohrung passt. Ein geschnitten dargestellter Pleuel 15 ist mit dem Kolben 12 drehbar verbunden. Ein Kolbenboden 14 ist der von der - nicht dargestellten - Zylinderbrennkammer abgewandte Teil des Kolbens 12, und am Kolbenboden 14 sind ein Kanal 16 mit einer Eintrittsöffnung 17 und einer Austrittsöffnung 18 vorgesehen. Der Kanal 16 verläuft im Ausführungsbeispiel im Inneren des Kolbens 12 in Form eines Ringkanals. Über die Eintrittsöffnung 17 kann Kühlmittel 50 in den Kanal 16 eintreten und über die Austrittsöffnung 18 wieder austreten. Es können auch mehrere Kanäle 16 im Kolben 12 vorgesehen sein, die auch voneinander getrennt ausgebildet sein können.
  • Eine Kolbenkühldüsenanordnung 20 ist vorgesehen, über welche das Kühlmittel 50 der Eintrittsöffnung 17 und dem Kolbenboden 14 zugeführt werden kann. Die Kolbenkühldüsenanordnung 20 hat einen ersten Einlass 21, eine Verzweigung 25, eine erste Auslassdüse 31 und eine zweite Auslassdüse 32.
  • Im Betrieb wird der Kolben 12 durch den Pleuel 15 bewegt. Die Kolbenkühldüsenanordnung 20 ist dagegen bevorzugt an einer festen Position im Motor vorgesehen. Daher ändert sich der Abstand zwischen dem Kolben 12 und der Kolbenkühldüsenanordnung 20 im Betrieb. Anstelle einer festen, z.B. flexiblen Verbindung zwischen der Kolbenkühldüsenanordnung 20 und dem Kolben 12 sind diese bevorzugt voneinander beabstandet, und das Kühlmittel 50 wird von der ersten Auslassdüse 31 und der zweiten Auslassdüse 32 zum Kolben 12 gespritzt.
  • Sofern durch zwei Auslassdüsen 31, 32 bestimmte Bereiche des Kolbens 12 nicht ausreichend mit Kühlmittel 50 versorgt werden können oder beispielsweise zusätzliche Eintrittsöffnungen 17 mit Kühlmittel versorgt werden müssen, können an der Kolbenkühldüsenanordnung 20 zusätzliche Auslassdüsen vorgesehen werden. Dies kann ebenfalls vorteilhaft sein, wenn die Kolbenkühldüsenanordnung 20 zur Kühlmittelzufuhr für mehr als einen Kolben 12 ausgebildet ist. In einem solchen Fall sind zusätzliche Auslassdüsen ebenfalls vorteilhaft.
  • Der Kanal bzw. die Kanäle zwischen dem ersten Einlass 21 und den Auslassdüsen 31, 32 können auch ringförmig oder halbringförmig um den Bereich des Pleuels 15 herum geführt werden, um die Kühlmittelzufuhr an einem größeren Bereich des Kolbens 12 zu ermöglichen. Die Kolbenkühldüsenanordnung 20 kann auch einen geraden Bereich aufweisen, der sich zwischen mindestens zwei Kolben 12 erstreckt und entsprechende Auslassdüsen 31, 32 aufweist, die auf die mindestens zwei Kolben 12 gerichtet sind. Durch die additive Fertigung sind auch komplizierte Strukturen der Kolbenkühldüsenanordnung 20 mit einer größeren Anzahl von Auslassdüsen 31, 32 möglich.
  • Für eine gleichmäßigere Druckverteilung innerhalb der Kolbenkühldüsenanordnung 20 ist es vorteilhaft, mehrere Einlässe 21 vorzusehen.
  • Als Kühlmittel 50 wird bevorzugt Motoröl verwendet, und die Zufuhr über die Kolbenkühldüsenanordnung 20 muss nicht kontinuierlich erfolgen, sondern sie kann bspw. bei vorgegebenen Kolbenstellungen aktiviert und bei anderen Kolbenstellungen deaktiviert werden.
  • 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Kolbenkühldüsenanordnung 20 von 1 mit dem ersten Einlass 21, der ersten Auslassdüse 31 und der zweiten Auslassdüse 32. Zwischen dem ersten Einlass 21 und den Auslassdüsen 31, 32 ist die erste Verzweigung 25 vorgesehen, und die Auslassdüsen 31, 32 stehen jeweils über die erste Verzweigung 25 in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass 21. Die Kolbenkühldüsenanordnung 20 ist durch additive Fertigung hergestellt, und die sich hierdurch bei der Formgebung ergebenden Freiheiten ermöglichen eine vergleichsweise komplizierte Ausgestaltung der Kolbenkühldüsenanordnung 20.
  • Im Ausführungsbeispiel ist die Kolbenkühldüsenanordnung 20 im Bereich zwischen der ersten Verzweigung 25 und der ersten Auslassdüse 31 bereichsweise gekrümmt ausgebildet, im Bereich zwischen der ersten Verzweigung 25 und der zweiten Auslassdüse 32 ist sie auch gekrümmt ausgebildet, und im Bereich zwischen der ersten Verzweigung 25 und dem ersten Einlass 21 ist sie ebenfalls gekrümmt ausgebildet. Die gekrümmten Oberflächen sind mit 23, 33 und 34 gekennzeichnet.
  • Die erste Auslassdüse 31 und die zweite Auslassdüse 32 sind bevorzugt nicht parallel zueinander ausgerichtet. Hierdurch lässt sich die Erstreckung der Kolbenkühldüsenanordnung 20 quer zum Kühlmittelfluss verringern, da das Kühlmittel in einem größeren Bereich verteilt werden kann.
  • Bevorzugt ist die erste Auslassdüse 31 parallel zur Hubrichtung des Kolbens 12 ausgerichtet und auf die Eintrittsöffnung 17 gerichtet (vgl. 1), da hierdurch zum einen bei unterschiedlichen Kolbenstellungen eine Kühlmittelzufuhr zur Eintrittsöffnung möglich ist und zum anderen ein definierter Einfallswinkel des Kühlmittels 50 vorgegeben ist, der eine gleichmäßige Verteilung innerhalb des Kanals 16 ermöglicht, vgl. 1. Die zweite Auslassdüse 32 ist dagegen bevorzugt schräg zur ersten Auslassdüse 31 angeordnet, um eine Kühlmittelzufuhr zum zentralen Bereich des Kolbenbodens 14 zu bewirken.
  • Der Durchmesser 51 des ersten Einlasses 21, der Durchmesser 52 der ersten Auslassdüse 31 und der Durchmesser 53 der zweiten Auslassdüse 32 sind eingezeichnet. Der Durchmesser 51 ist größer als der Durchmesser 52, und er ist auch größer als der Durchmesser 53. Bei einem jeweils kreisrunden Querschnitt und auch bei einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt weist der erste Einlass 21 einen größeren Querschnitt auf als die erste Auslassdüse 31 und auch als die zweite Auslassdüse 32. Die grundlegenden Querschnittsformen des ersten Einlasses 21 und der Auslassdüsen 31, 32 können beliebig gewählt werden, und sie können auch unterschiedlich sein. Hierbei ist jedoch der Querschnitt des ersten Einlasses 21 bevorzugt größer als der Querschnitt der ersten Auslassdüse 31 bzw. als der Querschnitt der zweiten Auslassdüse 32.
  • Der Querschnitt des Einlasses 21, der Auslassdüsen 31, 32 und/oder der die Fluidverbindung erzeugenden Kanäle kann mindestens einen Querschnitt aufweisen aus der Gruppe bestehend aus:
    • - ovaler Querschnitt,
    • - kreisrunder Querschnitt,
    • - rechteckiger Querschnitt,
    • - quadratischer Querschnitt,
    • - tropfenförmiger Querschnitt.
  • Grundsätzlich sind beliebige Querschnitte möglich, die sich beispielsweise aus einer strömungstechnischen Simulierung als vorteilhaft ergeben.
  • Die Kolbenkühldüsenanordnung 20 hat bevorzugt im Bereich zwischen der ersten Verzweigung 25 und der zweiten Auslassdüse 32 auf der der ersten Auslassdüse 31 zugewandten Seite eine zumindest bereichsweise konkav gekrümmte Oberfläche 34. Hierdurch kann sich die Kolbenkühldüsenanordnung 20 im Bereich zwischen der Verzweigung 25 und der ersten Auslassdüse 31 bzw. der zweiten Auslassdüse 32 verbreitern, und trotzdem können die Auslassdüsen 31, 32 in eine ähnliche Richtung zum Kolben 12 hin gerichtet sein.
  • In gleicher Weise hat die Kolbenkühldüsenanordnung 20 bevorzugt im Bereich zwischen der ersten Verzweigung 25 und der ersten Auslassdüse 31 auf der der zweiten Auslassdüse 32 zugewandten Seite eine zumindest bereichsweise konkav gekrümmte Oberfläche 33.
  • Die Kolbenkühldüsenanordnung ist durch additive Fertigung hergestellt. Additive Fertigung wird auch als 3D-Druck bezeichnet. Bevorzugte Beispiele für additive Fertigung sind Laserstrahlschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, Lasersintern, Metall-Pulver-Auftragsverfahren, 3D-Siebdruck und selektives Lasersintern.
  • Bevorzugt weist die Kolbenkühldüsenanordnung 20 mindestens einen Werkstoff auf aus der Gruppe bestehend aus:
    • - Metall,
    • - Keramik, und
    • - Kunststoff.
  • Diese Werkstoffe können mit additiven Fertigungsverfahren verarbeitet werden. Zudem sind insbesondere Keramik und einige Metalle sehr hitzebeständig, und auch Kunststoff kann mit ausreichender Hitzebeständigkeit genutzt werden. Da die Kolbenkühldüsenanordnung 20 einerseits nicht zwingend einen festen Kontakt zum Kolben 12 hat und andererseits auch durch das Kühlmittel 50 gekühlt wird, ist die thermische Beanspruch geringer als beim Kolben 12 selbst.
  • Die additive Fertigung ist bei der Kolbenkühldüsenanordnung 20 sehr vorteilhaft, da auch komplizierte Formen realisierbar sind, ohne aufwändige, von der Prozesssicherheit her kritische Fügevorgänge zwischen unterschiedlichen Segmenten durchzuführen, beispielsweise Fügung durch einen Lötprozess.
  • Zudem kann durch die weitgehende Formgebungsfreiheit der vorhandene Bauraum gut ausgenutzt werden, und eine aufwändige Umgestaltung anderer Bauteile wie beispielsweise im Bereich des Kurbelgehäuses, des Lagerstuhls, des Kurbelwellengegengewichtsradius oder der Länge des Kolbenhemds kann vermieden werden oder zuminderst reduziert werden.
  • Durch die mögliche komplexe Ausgestaltung der Kolbenkühldüsenanordnung 20 kann die Belastungsgrenze und damit auch die mögliche Leistung des Motors nach oben verschoben werden.
  • Die in der Beschreibung genannten Ausformungsvarianten der Kolbenkühldüsenanordnung 20 können alle mittels der additiven Fertigung hergestellt werden.
  • 3 zeigt in schematischer Darstellung ein Fahrzeug 10 mit einem Motor 11. Im Motor 11 sind schematisch der Kolben 12 und ein Zylinder 19 eingezeichnet. Die Kolbenkühldüsenanordnung 20 ist zum Kolben 12 hin gerichtet.
  • Ein Kühlmittelbehälter 61 ist vorgesehen, bspw. eine Ölwanne im Motor 11. Der Kühlmittelbehälter 61 ist über eine Leitung 62 mit einer Pumpe 63 verbunden, und die Pumpe 63 ist über eine Leitung 64 mit einem Ventil 65 verbunden. Das Ventil 65 ist über eine Leitung 66 mit der Kolbenkühldüsenanordnung 20 verbunden.
  • Über die Pumpe 63 kann das Kühlmittel unter Druck gesetzt werden, und über das Ventil 65 kann beeinflusst werden, unter welcher Voraussetzung (bspw. Kolbenstellung und aktuelle Motorleistung) Kühlmittel auf den Kolben 12 gespritzt wird. Hierzu kann beispielsweise ein elektromechanisches Ventil 65 verwendet werden.
  • An Stelle des steuerbaren Ventils 65 kann beispielsweise auch ein Kugel-Feder-Ventil 65 verwendet werden, das erst ab einem durch die Feder vorgegebenen Grenzdruck öffnet. Bei niedriger Drehzahl ist die thermische Belastung geringer, und eine Kühlmittelzufuhr ist nicht zwingend erforderlich. In einer einfachen Variante kann auch ohne ein Ventil gearbeitet werden.
  • Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
  • Die Kolbenkühldüsenanordnung 20 kann alternativ beweglich angeordnet sein, so dass die Auslassdüsen 31, 32 der Bewegung des Kolbens zumindest teilweise folgen. Dies ist beispielsweise mit einer flexiblen Kolbenkühldüsenanordnung 20 oder mit einer zumindest teilweise beweglich gelagerten Kolbenkühldüsenanordnung möglich.
  • Neben dem ersten Einlass 21 kann die Kolbenkühldüsenanordnung 20 einen zweiten Einlass oder auch weitere Einlässe aufweisen, die in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass 21 und damit auch mit den Auslassdüsen 31, 32 stehen.
  • Zusätzlich zur ersten Auslassdüse 31 und zweiten Auslassdüse 32 kann die Kolbenkühldüsenanordnung 20 eine dritte Auslassdüse oder auch weitere Auslassdüsen aufweisen, die in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass 21 und ggf. den weiteren Einlässen stehen.
  • Sofern im Motor Engstellen vorhanden sind oder weitere Bereiche des Kolbens angespritzt werden sollen, können neben der ersten Verzweigung 25 eine oder mehrere weitere Verzweigungen an der Kolbenkühldüsenanordnung 20 vorgesehen sein, um eine großflächigere bzw. zielgerichtete Verteilung des Kühlmittels 50 zu erzielen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Fahrzeug
    11
    Motor
    12
    Kolben
    13
    Kolbenhemd
    14
    Kolbenboden
    15
    Pleuel
    16
    (Ring-)Kanal
    17
    Kanal Eintrittsöffnung
    18
    Kanal Austrittsöffnung
    19
    Zylinder
    20
    Kolbenkühldüsenanordnung
    21
    erster Einlass
    23
    gekrümmte Fläche des ersten Einlasses
    25
    Verzweigung
    31
    erste Auslassdüse
    32
    zweite Auslassdüse
    33
    gekrümmte Oberfläche der ersten Auslassdüse
    34
    gekrümmte Oberfläche der zweiten Auslassdüse
    50
    Kühlmittel
    51
    Durchmesser des ersten Einlasses
    52
    Durchmesser der ersten Auslassdüse
    53
    Durchmesser der zweiten Auslassdüse
    61
    Kühlmittelbehälter
    62, 64, 66
    Leitung
    63
    Pumpe
    65
    Ventil

Claims (11)

  1. Motoranordnung (11), welche einen Kolben (12) und eine Kolbenkühldüsenanordnung (20) zur Zufuhr eines Kühlmittels (50) zum Kolben (12) aufweist, welcher Kolben (12) einen Kolbenboden (14) und mindestens einen Kanal (16) mit einer Eintrittsöffnung (17) und einer Austrittsöffnung (18) aufweist, welche Kolbenkühldüsenanordnung (20) einen ersten Einlass (21), eine erste Auslassdüse (31), eine zweite Auslassdüse (32) und eine erste Verzweigung (25) aufweist, welche erste Auslassdüse (31) und welche zweite Auslassdüse (32) jeweils über die erste Verzweigung (25) in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass (21) stehen, welche Kolbenkühldüsenanordnung (20) im Bereich zwischen der ersten Verzweigung (25) und der zweiten Auslassdüse (32) auf der der ersten Auslassdüse (31) zugewandten Seite eine zumindest bereichsweise konkav gekrümmte Oberfläche aufweist, welcher erste Einlass (21) einen größeren Querschnitt aufweist als die erste Auslassdüse (31) und als die zweite Auslassdüse (32), und welche Kolbenkühldüsenanordnung (20) durch additive Fertigung hergestellt ist, welche Kolbenkühldüsenanordnung (20) derart zum Kolben (12) ausgerichtet ist, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen eine Kühlmittelzufuhr von der ersten Auslassdüse (31) und von der zweiten Auslassdüse (32) zum Kolben (12) hin möglich ist, bei welcher Motoranordnung (11) eine von der ersten Auslassdüse (31) oder der zweiten Auslassdüse (32) derart positioniert ist, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen über die Kolbenkühldüsenanordnung (20) eine Kühlmittelzufuhr zur Eintrittsöffnung (17) des Kanals (16) möglich ist, und bei welcher Motoranordnung die andere von der ersten Auslassdüse (31) oder der zweiten Auslassdüse (32) derart positioniert ist, dass zumindest bei vorgegebenen Kolbenstellungen über die Kolbenkühldüsenanordnung (20) eine Kühlmittelzufuhr zum Kolbenboden (14) möglich ist.
  2. Motoranordnung (11) nach Anspruch 1, bei welcher die Kolbenkühldüsenanordnung (20) im Bereich zwischen der ersten Verzweigung (25) und der ersten Auslassdüse (31) zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist.
  3. Motoranordnung (11) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Kolbenkühldüsenanordnung (20) im Bereich zwischen der ersten Verzweigung (25) und der zweiten Auslassdüse (32) zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist.
  4. Motoranordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kolbenkühldüsenanordnung (20) im Bereich zwischen der ersten Verzweigung (25) und dem ersten Einlass (21) zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist.
  5. Motoranordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die additive Fertigung der Kolbenkühldüsenanordnung (20) als Laserstrahlschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen oder als 3D-Siebdruck ausgeführt ist.
  6. Motoranordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die additive Fertigung der Kolbenkühldüsenanordnung (20) als Lasersintern, Metall-Pulver-Auftragsverfahren oder als selektives Lasersintern ausgeführt ist.
  7. Motoranordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kolbenkühldüsenanordnung (20) mindestens einen Werkstoff aufweist aus der Gruppe bestehend aus: - Metall, und - Keramik.
  8. Motoranordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kolbenkühldüsenanordnung (20) mindestens einen Werkstoff aufweist aus der Gruppe bestehend aus: - Kunststoff.
  9. Motoranordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die erste Auslassdüse (31) und die zweite Auslassdüse (32) nicht parallel zueinander ausgerichtet sind.
  10. Motoranordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kolbenkühldüsenanordnung (20) mindestens eine dritte Auslassdüse aufweist, welche in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass (21) steht.
  11. Motoranordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Kolbenkühldüsenanordnung (20) mindestens einen zweiten Einlass aufweist, welcher in Fluidverbindung mit dem ersten Einlass (21) steht.
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