DE19933363A1 - Vorrichtung zur Kühlung und/oder Schmierung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur Kühlung und/oder Schmierung einer HubkolbenbrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung der Kolben 18 einer Brennkraftmaschine mittels einer Pumpe 11, die Öl aus dem Schmierölkreis mittels einer Pumpe über eine Austrittsöffnung 5 aufweisende Zuführleitung 4 dem Kolben zuführt, wobei die Ölzufuhr über ein in Abhängigkeit von Motorparametern gesteuertes Ventil 17 geregelt und das Öl zumindest gegen die Unterseite des Kolbens 18 gespritzt wird und zum Schmierölkreis zumindest eine Hauptversorgungsleitung 27 gehört, an die mehrere Zuführleitungen 4 mit je einer Austrittsöffnung 5 angeschlossen sind, wobei nur ein Ventil 17 in der Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung der
Kolben einer Brennkraftmaschine mittels einer Pumpe, die Öl aus
dem Schmierölkreis mittels einer Pumpe über eine Austrittsöff
nung aufweisende Zuführleitung dem Kolben zuführt, wobei die
Ölzufuhr über ein in Abhängigkeit von Motorparametern gesteuer
tes Ventil geregelt und das Öl zumindest gegen die Unterseite
des Kolbens gespritzt wird.
Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art
bekannt (DE 42 43 571 C2), bei der die Kolbenkühlung unmittel
bar in das Kurbelgehäuse im Bereich der Lagerstühle eingesetzt
ist und mit einer Schmiermittelversorgung in Verbindung steht,
so daß auf der Kolbenunterseite Öl über Ölspritzdüsen ausgetra
gen werden kann. Die Ölspritzdüsen sind in Verbindung mit den
vorgeschalteten Druckventilen so ausgelegt, daß im Leerlaufbe
trieb der Maschine die Ölspritzdüsen von der Schmierversorgung
abgeschaltet sind. Ferner sind die Ölspritzdüsen in die im La
gerstuhl vorgesehenen Ausnehmungen eingesetzt. Hierdurch sollen
zusätzliche Schmierölkanäle für die übrigen Ölspritzventile
eingespart werden.
Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, eine Vorrichtung
zur Kühlung der Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem
Schmierölkreis so auszubilden und anzuordnen, daß nur bei be
stimmten Parametern eine Kühlung der Brennkraftmaschine er
folgt.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zum
Schmierölkreis zumindest eine Hauptversorgungsleitung gehört,
an die mehrere Zuführleitungen mit je einer Austrittsöffnung
angeschlossen sind, wobei nur ein Ventil in der Hauptversor
gungsleitung vorgesehen ist. Hierdurch wird auf einfache, bau
liche Weise erreicht, daß die Kolbenkühlung der Brennkraftma
schine nur dann erfolgt, wenn bestimmte Temperaturwerte in der
Verbrennungskraftmaschine erreicht werden, so daß insbesondere
bei Kaltstartbetrieb eine Kolbenkühlung unterbleibt, da diese
in diesem Betriebszustand nicht erforderlich ist. Eine Kolben
kühlung wirkt sich insbesondere beim Kaltstart sowie im Teil
lastbereich negativ auf Emissionen, Geräuschverhalten und
Brennstoffverhalten aus. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
und für das gezielte Zuschalten der Kolbenkühlung wird eine
deutliche Verbesserung geschaffen.
Ferner ist es vorteilhaft, daß das Ventil als druckunab
hängiges, schaltbares Ventil ausgebildet und im Bereich eines
Endes der Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß das Ventil als elektromagne
tisches Ventil ausgebildet und von Motorparametern, wie Öltem
peratur, Wassertemperatur oder Öldruck, steuerbar ist. Da das
Ventil als elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist, läßt es
sich ohne weiteres über die Motorparameter, wie beispielsweise
Öltemperatur, Wassertemperatur oder auch Öldruck, schalten, so
daß es ganz gezielt bei dem gewünschten Betriebszustand öffnet
und die Kühlmittelversorgung des Kolbens sicherstellt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß
das Ventil mit Sensoren des Motors und/oder mit dem Motorsteu
ergerät wirkungsmäßig verbunden ist, in dem die einzelnen Mo
torparameter abgelegt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die Zuführleitung mit
ihrer als Ölspritzen ausgebildeten Austrittsöffnung mit Abstand
zu mindestens einer im Kolben vorgesehenen Einlaßöffnung ange
ordnet ist und in Durchflußverbindung steht.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die Zuführleitung mit ihrer Aus
trittsöffnung konzentrisch zu der im Kolben vorgesehenen Ein
laßöffnung angeordnet ist. Durch die vorteilhafte Plazierung
der Austrittsöffnung der Ölspritze im Bereich des Kolbens wird
in jeder beliebigen Stellung des Kolbens eine optimale Kühlmit
telversorgung des Kolbens gewährleistet, da auch über eine lan
ge Wegstrecke zwischen der Austrittsöffnung der Zuführleitungen
und der Einlaßöffnung im Kolben ein Transport zum Kolben si
chergestellt wird, so daß das Kühlmittel gezielt in die Einlaß
öffnung im Kolben eintreten und an einer anderen Stelle im Kol
ben wieder austreten kann.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anord
nung ist es von Vorteil, daß die Zuführleitung mit ihrer Aus
trittsöffnung in einer bestimmten Stellung des Kolbens in die
Einlaßöffnung des Kolbens hineinragt. Hierdurch wird erreicht,
daß in jeder beliebigen Stellung des Kolbens keine Beschädigung
der Zuführleitung eintreten kann, da selbst in der untersten
Stellung des Kolbens (UT) die Austrittsöffnung bzw. das Ausla
ßende der Zuführleitung der Ölmittelversorgung in die Öffnung
des Kolbens eintreten kann.
Vorteilhaft ist es ferner, daß im Kolben ein oder mehrere Ölka
näle vorgesehen sind, wobei zumindest einer davon mit der Aus
trittsöffnung der Zuführleitung des Ölkreislaufs in Durchfluß
verbindung steht, die zumindest teilweise in einem Motorblock
bzw. Zylindergehäuse verläuft.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Pa
tentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Fi
guren dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine
mit einer Kühlmittelversorgung
für einen Kolben,
Fig. 2 einen Ölkühlkreislauf zur
Kühlmittelversorgung des Kolbens,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungs
beispiel einer Kühlmittelversor
gung für einen Kolben.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Kühlung oder auch zur
Schmierung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem im Quer
schnitt dargestellten Zylinder 2 und einem Kurbelgehäuse 12
veranschaulicht, dem ein Brennraum 1 zugeordnet ist.
Ein Kolben 18 ist über einem Kolbenbolzen 16 mittels einer
Pleuelstange 15 im Kurbelgehäuse 12 gelagert. Der Kolben 18
weist einen Kolbenboden 20 und einen Kolbenschaft 21 sowie im
oberen Bereich zahlreiche Ringnuten 22 zur Aufnahme von Kolben
ringen 23 auf.
Der Kolben 18 wird von dem Kolbenboden 20 und einer oberen Kol
benoberfläche bzw. Kolbenmulde 24 sowie einer Kolbenmantelflä
che 25 begrenzt.
Im Bereich der Kolbenmantelfläche 25 befindet sich ein umlau
fender Ölkanal 19, der einmal mit einer Einlaßöffnung 6, 6' und
andererseits mit einer Austrittsöffnung 7, 7' verbunden sein
kann. In der Zeichnung ist der Ölkanal 19 in gestrichelten Li
nien angedeutet.
Der Ölkanal 19 gehört zu einem Ölkreislauf, zu dem auch eine in
einem Motorblock 10 vorgesehene Zuführleitung 4 gehört. Die Zu
führleitung 4 ist an eine Hauptversorgungsleitung 27 ange
schlossen. Die Hauptversorgungsleitung 27 dient auch zur Druck
mittelversorgung weiterer in der Zeichnung nicht dargestellter
Zuführleitungen für weitere Zylinder der Brennkraftmaschine und
wird über eine Pumpe 11 versorgt.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, steht die Zuführleitung bzw.
der Zuführkanal 4 jeweils mit dem entsprechenden Kurbelgehäu
se 12 in Verbindung. Hierzu weist die Zuführleitung 4 im Be
reich ihrer Austrittsöffnung 5 eine Ölspritzdüse 26 auf, die
mit einem ausreichenden Abstand zum Kolbenboden 20 angeordnet
ist, so daß bei der Stellung des Kolbens 18 in der Position UT
keine Beschädigung der Zuführleitung 4 eintreten kann. Hierzu
ist in vorteilhafter Weise die Zuführleitung 4 bzw. die Öl
spritzdüse 26 konzentrisch zu der im Kolben 18 vorgesehenen
Einlaßöffnung 6 des Ölkanals 19 angeordnet, so daß in der Stel
lung UT des Kolbens 18 ein Teil der Ölspritzdüse 26 bzw. die
zugehörige Zuführleitung 4 in die sich an die Einlaßöffnung 6,
6' anschließende Bohrung kurzfristig eintreten kann.
In der Stellung UT des Kolbens 18 weist jedoch die Ölspritzdü
se 26 eine freie Wegstrecke L auf, so daß das aus der Ölspritz
düse 26 austretende Öl über diese Wegstrecke L in die Einlaß
öffnung 6 gelangt. Je nach Ausgestaltung der Ölspritzdüse 26
kann auch ein Teil des Kühlmittels an die Kolbenwände bzw. den
Kolbenboden 20 aufgespritzt werden und somit auch eine Kühlung
des Kolbens 18 von außen gewährleisten. Durch diese Anordnung
wird auf jeden Fall sichergestellt, daß in jeder beliebigen
Stellung des Kolbens 18 eine Ölversorgung des Ölkanals 19 si
chergestellt ist. Ferner kann der Kolben auch ohne Ölkanal aus
gestattet sein.
In vorteilhafter Weise befindet sich hinter der Pumpe 11 ein
schaltbares Ventil 17, das als elektromagnetisches Ventil aus
gebildet ist und von Motorparametern, wie beispielsweise Öltem
peratur, Wassertemperatur oder auch Öldruck, gesteuert werden
kann. Auf diese Weise ist es möglich, gezielt die Kühlkanäle
bzw. Ölkanäle 19 mit dem gewünschten Kühlmittel bzw. dem Motor
öl zu beaufschlagen, wenn ein bestimmter Betriebszustand er
reicht ist. Eine Kühlmittelversorgung beim Kaltstart bzw. beim
Schubbetrieb kann sich negativ auf Laufverhalten, Geräusche,
Emissionen und Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors aus
wirken. Durch die gezielte Kühlung und/oder auch getaktete Küh
lung wird eine wesentliche Verbesserung der Kennzahlen des Mo
tors bzw. des Gesamtwirkungsgrads erreicht.
Das schaltbare Ventil 17 ist mit in der Zeichnung nicht darge
stellten Sensoren des Motors und/oder eines in der Zeichnung
ebenfalls nicht dargestellten Motorsteuergeräts wirkungsmäßig
verbunden, in dem die einzelnen Motorparameter abgelegt sind.
Mit dieser Anordnung ist es ferner möglich, Ventile innerhalb
des Bereichs der Ölspritze einzusparen. Außerdem ist es nach
einer anderen Ausführungsform möglich, anstelle eines separaten
Ölkanals bzw. einer separaten Zuführleitung 4 den Durchfluß je
der einzelnen Ölspritzdüse 26 in Abhängigkeit der Betriebspara
meter durch jeweils ein gesondertes Ventil zu steuern.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung und/oder
Schmierung des Kolbens 18 bzw. der Hubkolbenbrennkraftmaschine
kann die Schmierung bzw. Kühlung erst nach dem Kaltstart des
Motors eingesetzt werden, so daß auch eine schnelle Brennraum
erwärmung erfolgen kann, die durch eine zu frühe Kühlung verzö
gert würde. Um einer Abkühlung des Brennraums entgegenzuwirken,
ist es vorteilhaft, insbesondere im Teillastbereich oder Schub
betrieb eine Kühlkanalbeaufschlagung zu vermeiden bzw. zu redu
zieren.
In Fig. 2 sind an die Hauptversorgungsleitung 27 mehrere Zu
führleitungen bzw. Zuführkanäle 4 mit Ölspritzdüsen 26 ange
schlossen, die Austrittsöffnungen 5 aufweisen, über die das
Kühlöl dem Kolben 18 zugeführt wird. Ein Motorsteuergerät 28
kann gemäß Fig. 2, 3 mit dem Ventil 17 wirkungsmäßig verbunden
sein, wobei das Ventil 17 zwischen der Pumpe 11 und dem ersten
Zuführkanal 4 oder der Ölspritzdüse 26 (Fig. 3) oder zwischen
einer Ölwanne 30 des Kurbelgehäuses 12 und einer Ölspritzdü
se 26 bzw. einem Zuführkanal 4 vorgesehen ist (Fig. 3).
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Kühlung der Kolben (18) einer Brennkraftma
schine mittels einer Pumpe (11), die Öl aus dem Schmierölkreis
mittels einer Pumpe über eine Austrittsöffnung (5) aufweisende
Zuführleitung (4) dem Kolben zuführt, wobei die Ölzufuhr über
ein in Abhängigkeit von Motorparametern gesteuertes Ventil (17)
geregelt und das Öl zumindest gegen die Unterseite des Kol
bens (18) gespritzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Schmierölkreis zumindest eine Hauptversorgungslei
tung (27) gehört, an die mehrere Zuführleitungen (4) mit je ei
ner Austrittsöffnung (5) angeschlossen sind, wobei nur ein Ven
til (17) in der Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (17) als druckunabhängiges, schaltbares Ventil
ausgebildet und im Bereich eines Endes der Hauptversorgungslei
tung (27) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (17) als elektromagnetisches Ventil ausgebildet
und von Motorparametern, wie Öltemperatur, Wassertemperatur
oder Öldruck, steuerbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (17) mit Sensoren des Motors und/oder mit dem
Motorsteuergerät wirkungsmäßig verbunden ist, in dem die ein
zelnen Motorparameter abgelegt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführleitung (4) mit ihrer als Ölspritzen ausgebilde
ten Austrittsöffnung (5) mit Abstand zu mindestens einer im
Kolben (18) vorgesehenen Einlaßöffnung (6) angeordnet ist und
in Durchflußverbindung steht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführleitung (4) mit ihrer Austrittsöffnung (5) kon
zentrisch zu der im Kolben (18) vorgesehenen Einlaßöffnung (6)
angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführleitung (4) mit ihrer Austrittsöffnung (5) in ei
ner bestimmten Stellung des Kolbens (18) in die Einlaßöff
nung (6) des Kolbens hineinragt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Kolben (18) ein oder mehrere Ölkanäle (19) vorgesehen
sind, wobei zumindest einer davon mit der Austrittsöffnung (5)
der Zuführleitung (4) des Ölkreislaufs in Durchflußverbindung
steht, die zumindest teilweise in einem Motorblock bzw. Zylin
dergehäuse (10) verläuft.
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