DE2505019A1

DE2505019A1 - Kolbenkuehlvorrichtung fuer verbrennungskraftmaschinen und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2505019A1
Application number: DE19752505019
Authority: DE
Inventors: William Findlay Stewart
Original assignee: Perkins Engines Ltd
Current assignee: Perkins Ltd
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1975-08-07
Also published as: US4010718A; FR2259981A1; GB1475181A; PL105241B1; ES434482A1; FR2259981B1

Description

Die Erfindung betrifft das Kühlen der Kolben von Verbrennungskraftmaschinen mit Hilfe von durch Düsen erzeugter ölströme.

Es ist bekannt, die Kolben von Verbrennungsmotoren dadurch zu kühlen, daß man während des Betriebs eines solchen Motors Ströme von Schmieröl auf die Kolben leitet. Ferner
ist es bekannt, einen ölstrom einem Kanal in dem betreffenden Kolben zuzuführen, an den sich ein Durchlaß anschließt.

Bis jetzt ist es jedoch schwierig, den Ölstrom genau ■ zu richten, ohne zu diesem Zweck kostspielige Maßnahmen zu
treffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. -.""■■;

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ORIGINAL INSPECTED

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung, ein Verbrennungsmotor der Kolbenbauart geschaffen worden, der einen Zylinderblock mit mindestens einem Zylinder aufweist, wobei in (jedem Zylinder ein Kolben hin- und herbewegbar geführt ist, ferner ein Kurbelgehäuse, eine in mindestens einem Lager in dem Kurbelgehäuse drehbar gelagerte Kurbelwelle, Pleuelstangen, die jeweils einen Kolben mit einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle verbinden, einen in dem Kurbelgehäuse ausgebildeten Schmierölkanal, eine in dem Kurbelgehäuse zwischen dem betreffenden Lager und dem zugehörigen Kolben ausgebildete Bohrung, die mit dem Schmierölkanal zusammentrifft, sowie eine rohrförmige Düsenbaugruppe, die in eine Bohrung des Zylinderblocks in einer genau vorbestimmten Lage fest eingebaut ist, einen Hohlraum besitzt, der in Verbindung mit dem Schmierölkanal steht, und einen Düsenkanal aufweist, der vor dem Einbauen der Baugruppe in die Bohrung mit hoher Genauigkeit in einer vorbestimmten Lage ausgebildet wird,

Ferner ist durch die Erfindung zur Anwendung bei einem Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock, einem Kurbelgehäuse und mindestens einem hin- und herbewegbaren Kolben ein Verfahren zum Herstellen einer Kolbenkühleinrichtung geschaffen worden, das Maßnahmen umfaßt, um eine rohrförmige Baugruppe mit einem inneren Hohlraum herzustellen, um an dieser Baugruppe eine Lagebestimmungsfläche auszubilden, um die Wand der Baugruppe mit einem Zuführungskanal und einem Düsenkanal zu versehen, der sich gegenüber der Baugruppe in einer vorbestimmten Richtung erstreckt, um eine Wand des

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Kurbelgehäuses in der Nähe des betreffenden Zylinders mit einer Bohrung zu versehen, die sich quer zu der Wand erstreckt, so daß sie einen Kanal zum Zuführen von Schmieröl durchdringt, und um schließlich die rohrförmige Baugruppe in der zugehörigen Bohrung so anzuordnen und zu befestigen, daß sie eine genau vorbestimmten Lage zu dem betreffenden Zylin*- der einnimmt, wobei diese Lage durch die Lagebestimmungsfläche und ein Lagebestimmungswerkzeug bestimmt wird.

Die rohrförmige Baugruppe weist vorzugsweise zwei Düsenkanäle auf, und die Baugruppe ragt über eine durchgehende Bohrung einer Trennwand des Kurbelgehäuses nach beiden Seiten hinaus, so daß sich die betreffenden Düsenkanäle zwei einander benachbarten Zylindern gegenüberstellen lassen.

Die Baugruppe wird in die zugehörige Bohrung vorzugsweise mit einem Preßsitz eingebaut.

Vorzugsweise und insbesondere bei einem Dieselmotor wird Jeder Düsenkanal so ausgerichtet, daß er einen ölstrom auf denjenigen Teil der Unterseite des Kolbenbodens richtet, der in axialer Fluchtung mit dem Verbrennungsraum steht.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

. 1 einen vereinfachten ^eilschnitt längs der Mittelebene eines Verbrennungsmotors einer Hubkolbenbauart mit einem Zylinderblock und einem Kurbelgehäuse, in dem nur zwei Zylinder dargestellt sind;

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Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, in dem die Pleuelstange fortgelassen ist;

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 bei Betrachtung derselben in Richtung des Pfeils III in Fig. 2;

Fig. 4a, 4b, 4c und 4d jeweils das linke Ende bzw. eine Seite bzw. das rechte Ende bzw. einen Längsschnitt der öldüsenbaugruppe; und

Fig. 5a und 5b zwei Ansichten von SpezialWerkzeugen, mittels welcher sich eine Öldüsenbaugruppe von der linken Seite her in den Zylinderblock oder das Kurbelgehäuse in der gewünschten Lage einbauen und festlegen läßt.

In Fig. 1, 2 und 3 ist bruchstückweise ein Motor 1 dargestellt, der einen Zylinderblock 2 aufweist, welcher im vorliegenden Fall mit einem Kurbelgehäuse 3 zusammenhängt und mit mehreren Zylindern 4 versehen ist. Der Deutlichkeit halber sind in Fig. 1 bis 3 der Zylinderkopf, der Öl sumpf und weitere Bauteile fortgelassen; es ist j'edoch zu bemerken, daß sich die Erfindung auf die gesamte Arbeitsweise des Motors, j'edoch nicht der fortgelassenen Teile, bezieht. In den Zylindern 4 sind Kolben 5 gleitend geführt, die mit Pleuelstangen 6 verbunden sind, welche ihrerseits auf Kurbelzapfen 7 einer Kurbelwelle 8 gelagert sind. Die Kurbelwelle ist in dem Kurbelgehäuse 3 in Hauptlagern 9 gelagert.

Von den Hauptlagern 9 ist j'e eines an jedem Ende des Kurbelgehäuses 3 sowie je eines zwischen jeweils zwei einander benachbarten Zylindern 4 angeordnet. Die Hauptlager an den Enden sind in die Stirnwände 10 des.Kurbelgehäuses

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eingebaut, während die dazwischen angeordneten Hauptlager in zugehörige Unterstützungen 11 eingebaut sind.

Gemäß Fig. 1 sind die Stirnwände 10 und die Lagerunterstützungen 11 mit genau bemessenen, gleichachsig angeordneten Bohrungen 12 versehen. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß jede Lagerunterstützung 11 mit Verstärkungsrippen 13 versehen ist, und daß eine Verstärkungsrippe 13a der zugehörigen Bohrung 12 nahe benachbart ist.

Ferner ist in Fig. 2 ein Hauptschmierölkanal 16 zu erkennen, der durch einen gebohrten Kanal 17 mit der Bohrung 12 verbunden ist.

In Fig. 4a bis 4d ist eine Düsenbaugruppe 18 dargestellt, zu der ein allgemein zylindrisches Bauteil 19 aus Metall gehört, das konische Endabschnitte 20 und 21 und einen zylindrischen mittleren Abschnitt 22 aufweist, Der mittlere Abschnitt 22 ist so bemessen, daß er sich mit einem Preßsitz in die zugehörige Bohrung 12 einbauen läßt, Der eine Endabschnitt 20 ist gemäß Fig. 4a und 4b mit einer zur Lagebestimmung dienenden Fläche 25 versehen. Der Zylinder 19 kann aus einem rohrförmigen Material hergestellt werden, doch ist es gemäß Fig. 4a, 4-b und 4c auch möglich, ein massives Werkstück mit einer axialen Sackbohrung 27 zu versehen, deren Öffnung durch Einpressen einer Lagerkugel 28 geschlossen wird. Die Wand des zylindrischen Abschnitts 22 weist eine Quer— bohrung 29 auf, die in Verbindung mit der axialen Bohrung 27 steht.

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Um das Bauteil 18 mit Cldüsenkanälen JO und 31 zu versehen, wird das Werkstück in eine Bohrvorrichtung eingespannt und dann mit Hilfe eines dünnen Bohrers mit den Kanälen 30 und 31 versehen. Die Bohrvorrichtung ist so eingerichtet, daß sie das werkstück 18 in einer solchen Lage hält, daß gemäß Fig. 4a die gewünschten Winkel χ und gemäß Fig. 4b die gewünschten Winkel y im Bereich des sich verjüngenden Endabschnitts 20 eingehalten werden. Das Vorhandensein, der Anflächung 25 an dem genannten Endabschnitt ist deshalb von Bedeutung, weil die Anflächung dazu dient, die Lage des Werkstücks in der Bohrvorrichtung zu bestimmen. Die aus Fig. 4c und 4b ersichtlichen Winkel w und ζ können sich von den Winkeln χ und y unterscheiden, und man könnte eine andere Bohrvorrichtung benutzen, um die Bohrung 31 zu erzeugen, doch würden die Bohrungen 30 und 31 in der Praxis wahrscheinlich den gleichen Durchmesser haben.

Nach ihrer Herstellung wird die Öldüsenbaugruppe 18 in das Werkzeug 23 nach Fig. 5a und 5b eingesetzt. Eine zu der Anflächung 25 passende Anflächung 32 im Inneren des Werkzeugs 23 gewährleistet, daß die Baugruppe 18 gegenüber dem Werkzeug die richtige Lage einnimmt. Eine zum Ausrichten dienende Lehre 33> die die aus Fig. 5a und 5b ersichtliche Form haben kann, gewährleistet, daß die Düsenbaugruppe in die zugehörige Bohrung 12 in der richtigen Winkelstellung nach Fig. 2 eingebaut wird. Zu dieser Lehre 33 gehört ein Tragstück 34, das mit dem eigentlichen Werkzeug 23 verschweißt ist.und ein halb.^ylindrisches Bauteil 35 trägt, das zu dem Hauptlager 9 für die Kurbelwelle 8 paßt. Somit wird .die

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Düsenbaugruppe 18 gegenüber dem Werkzeug 23 festgehalten, und sie kann mit Hilfe des Werkzeugs in der richtigen Winkelstellung in die Bohrung 12 eingebaut werden. Bringt man auf das Werkzeug 23 inacialer Richtung eine Druckkraft auf, wird die Baugruppe 18 in die Bohrung 12 eingepreßt, bis sie die richtige axiale Lage erreicht hat, was dann der Fall ist, wenn" die vordere Stirnfläche 36 des Werkzeugs an der Trennwand des Zylinderblocks bzw. Kurbelgehäuses anliegt.

Nachdem die Baugruppe 18 in der soeben beschriebenen Weise eingebaut worden ist, sind die Düsenkanäle J>0 und 31 so angeordnet, daß sie das austretende Öl genau auf die gewünschte Fläche an der Unterseite der zugehörigen Kolben 5 spritzen. Außerdem steht nach dem Einbau die radiale Bohrung 29 in Fluchtung mit dem Verbindungskanal 17 > der gemäß Fig. mit dem Kanal 16 verbunden ist.

Ein Werkzeug, das demjenigen nach Fig. 5s. und ^b ähnelt, kann benutzt werden, um die Baugruppe 18 in die Bohrung 12 von der entgegengesetzten Seite der Trennwand 11 aus einzubauen. Es kann erforderlich sein, die Bohrung 12 in der Stirnwand zu erweitern, damit sich ein Werkzeug mit einer davon aufgenommenen Baugruppe von außen her einführen läßt* Alternativ könnte man verschiedene andere Ausführungsformen von Lehren zum Ausrichten der Baugruppe 18 benutzen.

Die Notwendigkeit, den Kühlölstrahl genau auf einen bestimmten Punkt auf der Unterseite des betreffenden Kolbens 5 zu richten, geht aus Fig. 3 hervor, wo die Wirkungsweise der Düsenbaugruppe nur für den Zylinder auf der rechten Seite

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dargestellt ist; im vorliegenden Pail handelt es sich um einen Dieselmotor, in dessen Zylinderkopf eine Vorkammer 40 ausgebildet ist, aus der ein heißer Gasstrom austritt, der auf den Boden des Kolbens an einem Punkt 41 auftrifft, bevor sich das Gas verteilt. Der durch den Punkt 41 bezeichnete Teil des Kolbenbodens wird äußerst heiß, und es wirkt sich auf die Betriebssicherheit und Haltbarkeit des Kolbens sehr günstig aus, wenn ein Schmierölstrom 39 mit hoher Genauigkeit auf einen Punkt geleitet wird, der auf der Unterseite des Kolbenbodens dem Punkt 41 gegenüberliegt. Alternativ könnte man den Strahl oder Strom 39 auch auf eine Öffnung richten, die zu einem Kühlkanal innerhalb des Kolbens führt.

Zwar ist es möglich, jedem Kolben zwei Kühlölstrahlen zuzuführen, und zwar mit Hilfe der beiden Düsenbaugruppen, die in den betreffenden Zylinder hineinragen, doch kann es ausreichend sein, wenn in jeden Zylinder an den beiden Enden der Zylinderreihe nur eine Düsenbaugruppe hineinragt. Eine weitere Alternative besteht darin, daß man jede Düsenbaugruppe mit mehreren Paaren von Düsenbohrungen versieht, so daß es möglich ist, mehrere Olstrahlen von einer Düsenbaugruppe aus auf verschiedene Teile des zugehörigen Kolbens zu leiten.

Die Lehre 33 zum Ausrichten der Düsenbaugruppen stellt lediglich ein Beispiel für verschiedene mögliche Ausführungsformen dar.

Die Erfindung ermöglicht es, die Düsenbaugruppen vor ihrem Einbau mit hoher Genauigkeit herzustellen und dafür zu sorgen, daß die Kühlölstrahlen nicht auf die Kolbenbolzenaugen 42 oder andere Teile der Kolben treffen. Ferner ermög-

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licht es die Erfindung, Kühlöldüsen an Stellen einzubauen, wo es mit Hilfe bekannter Einrichtungen nicht möglich ist, eine Kühlung mit Hilfe von Öl strahlen zu bewirken. Als Beispiel für einen Fall, in dem es sich als äußerst schwierig erweisen würde, mit Hilfe bekannter Maßnahmen eine Kühlung mit Hilfe von Ölstrahlen zu bewirken, sei ein Verbrennungsmotor genannt, bei dem der Zylinderkopf und der Zylinderblock einstückig ausgebildet sind. Weiterhin ermöglicht es die Erfindung, an ein und demselben Motor zahlreiche Versuche durchzuführen, da es zu diesem Zweck nur erforderlich ist, unterschiedliche öldusenbaugruppen einzubauen. Schließlich bietet die Erfindung den Vorteil, daß es möglich ist, gleichartige Dusenbaugruppen bei allen Motoren einer bestimmten Typenreihe zu verwenden, wobei sich diese Baugruppen nur durch die gewählten Winkel w, x, y und ζ und/oder die Durchmesser der Düsenbohrungen und/oder die Anzahl der Düsenbohrungen unterscheiden.

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, v/erden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.

Ansprüche:

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Claims

Verbrennungskraftmaschine der Kolbenbauart mit einem mindestens einen Zylinder enthaltenden Zylinderblock, mindestens einem im zugehörigen Zylinder auf- und abbewegbaren Kolben, einem Kurbelgehäuse, einer in dem Kurbelgehäuse in mindestens einem Lager drehbar gelagerten Kurbelwelle sowie mit mindestens einer Pleuelstange zum Verbinden der Kurbelwelle mit dem zugehörigen Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (2) mit einem Schmierölkanal (17) versehen ist, daß das Kurbelgehäuse jeweils zwischen einem Hauptlager (9) und dem zugehörigen Kolben (5) mit einer in Verbindung mit dem Schmierölkanal stehenden Bohrung (12) versehen ist, und daß eine rohrförmige Düsenbaugruppe (18) in einer genau vorbestimmten Lage fest in die Bohrung des Kurbelgehäuses eingebaut ist, wobei die Düsenbaugruppe einen inneren Hohlraum (27) aufweist, der in Verbindung mit dem Schmierölkanal steht, sowie mindestens einen Düsenkanal (JO, 31)» der vor dem Einbauen der Düsenbaugruppe in die zugehörige Bohrung an der Düsenbaugruppe in einer genau vorbestimmten Lage ausgebildet worden ist·

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2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die rohrförmige Düsenbaugruppe (18) zwei Düsenkanäle (30, 31) aufweist, und daß die Düsenbaugruppe mit beiden Enden aus einer durchgehenden Bohrung (12) einer Trennwand (11) des Kurbelgehäuses (3) herausragt, um zu ermöglichen, daß (jeder Düsenkanal jeweils auf einen von zwei einander benachbarten Zylindern (4) gerichtet wird, die durch die Trennwand voneinander getrennt sind.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die rohrförmige Düsenbau— gruppe (18) mit Preßsitz in die zugehörige Bohrung (12) eingebaut ist.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadur'ch gekennzeichnet, daß für jeden Kolben (5) mindestens zwei Düsenbaugruppen (18) zum Zuführen von Kühlöl vorhanden sind.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düsenbaugruppe (18) mindestens drei Düsenkanäle (30, 31) aufweist, und daß die von mindestens zwei der Düsenkanäle abgegebenen Ölstrahlen (39) auf einen Kolben (5) gerichtet werden.
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, insbesondere in Form eines Dieselmotors, dadurch g e k e η η -zeichnet , daß der bzw. jeder Düsenkanal (30, 31) so orientiert ist, daß er einen Ölstrahl (39) auf denjenigen Teil der Unterseite des zugehörigen Kolbens (5) richtet, welcher in axialer Fluchtung mit dem Verbrennungsraum steht.

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7· Verbrennungskraftmascliine nach Anspruch. 3j dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Baugruppe (18) eine Lagebestimmungseinrichtung (25) aufweist, die es ermöglicht, die Düsenbaugruppe in einer genau vorbestimmten Lage in die "Verbrennungskraftmaschine einzubauen.
8. Verfahren zum Herstellen einer Kolbenkühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Zylinderblock, einem Kurbelgehäuse und mindestens einem auf- und abbewegbaren Kolben, dadurch gekennzeichnet , daß eine rohrförmige Düsenbaugruppe hergestellt wird, die im Inneren einen Hohlraum aufweist, daß die Düsenbaugruppe mit einer Lagebestimmungsfläche versehen wird, daß eine Wand der Düsenbaugruppe mit einem Zuführungskanal und mindestens einem Düsenkanal versehen wird, wobei der bzw. jeder Düsenkanal gegenüber der Düsenbaugruppe auf vorbestimmte Weise orientiert ist, daß eine Wand des Kurbelgehäuses in unmittelbarer Nähe eines Zylinders mit einer Querbohrung derart versehen wird, daß diese Querbohrung mit einem Schmierölzuführungskanal verbunden wird, und daß mit Hilfe der Lagebestimmungsfläche und unter Benutzung eines Lagebestimmungswerkzeugs die Düsenbaugruppe in der Querbohrung in einer genau vorbestimmten Lage gegenüber dem zugehörigen Zylinder angeordnet und befestigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine einen Bestandteil des Lagebestimmung swerk ζ eugs bildende Lehre benutzt wird, um die Düsenbaugruppe in der erforderlichen Weise zu orientieren.

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