DE2817515A1 - Piston for fuel injected IC engine - has cooling oil flow to piston combustion space liner regulated by piston temp. dependent ball valve - Google Patents

Piston for fuel injected IC engine - has cooling oil flow to piston combustion space liner regulated by piston temp. dependent ball valve

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Abstract

The piston (1) has a recess (2) in the crown which forms the combustion chamber. The wall of the recess is formed by a liner (3) which leaves a gap (5) between itself and the mass of the piston. Oil to cool the combustion chamber flows through the gap. A nozzle (13) sprays it in through a regulating valve (14) and openings (14) release it back into the crankcase. The valve has a ball (10) loaded by two springs (11, 12). One of these (12) is made from a bimetal strip so that the spring force and therefore the valve opening varies according to the piston temp.

Description

Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung Internal combustion engine with direct fuel injection

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstqffeinspritzung und einem im Kolben angeordneten Brennraum, dessen Wandungen von der Unterseite des Kolbens durch Spritzöl gekühlt werden, wobei die Kühlölmenge in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine geregelt wird.The invention relates to an internal combustion engine with direct fuel injection and a combustion chamber arranged in the piston, the walls of which from the underside of the piston can be cooled by spray oil, the amount of cooling oil depending on is regulated by the load on the internal combustion engine.

Bei Brennkraftmaschinen mit direkter Kraftstoffeinspritzung, insbesondere mit wandnaher Gemischbildung oder niedrigem Verdichtungsverhältnis, treten während der Kaltlaufphase hohe Kohlenwasserstoffemissionen sowie Kaltrauchbildung auf, die zum Teil auf die noch zu niedrigen Wand temperaturen des Kolbenbrennraums zurückgeführt werden. Höhere Wandtemperaturen vermindern die Kondensation des Kraftstoffs auf der Brennraumwand und erleichtern das Abdampfen. Betriebsæust2nde der Brennkraftmaschine, in denen erhöhte Kaltrauchbildung auftritt, sind insbesondere während der Warmlaufphase unmittelbar nach dem Kaltstart gegeben9 sowie beim niedrigen Leerlauf.In internal combustion engines with direct fuel injection, in particular with mixture formation close to the wall or low compression ratio, occur during during the cold running phase, high hydrocarbon emissions and cold smoke are generated partly attributed to the still too low wall temperatures of the piston combustion chamber will. Higher wall temperatures reduce the condensation of the fuel the combustion chamber wall and facilitate evaporation. Operating states of the internal combustion engine, in which increased cold smoke occurs, are especially during the warm-up phase given immediately after a cold start9 and at low idle.

Es sind Brennkraftmaschinen mit einer Spritzölkühlung bekannt (DE-PS 12 19 283), bei denen ein Kühlölstrahl gegen die untere Kolbenseite gerichtet ist und dessen Stärke durch eine außerhalb des Kolbens befindliche Drosselvorrichtung so zu regeln ist, daß eine günstige Temperatur des Kolbenbodens an den Auftreffstellen des Kraftstoffs auch während des Betriebes leicht reguliert werden kann.Internal combustion engines with spray oil cooling are known (DE-PS 12 19 283), in which a jet of cooling oil is directed against the lower side of the piston and its strength by a throttle device located outside the piston is to be regulated so that a favorable temperature of the piston crown at the point of impact the fuel can be easily regulated even during operation.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Unterbrechen des Kolbenkühlmittellaufes im Leerlauf bekannt (DE-GM 17 66 329), bei der im Leerlauf der Brennkraftmaschine der Kühlölstrom durch eine hydraulische Stelleinrichtung in Abhängigkeit von der Leerlaufstellung eines Drehzahlreglers unterbrochen wird. Die bekannten Brennkraftmaschinen und Einrichtungen sind in ihrem Aufbau kompliziert und aufwendig und ermöglichen keine sich den Temperatur- und Drehzahlverhältnissen schnell anpassende Regelung.It is also a device for interrupting the flow of piston coolant known at idle (DE-GM 17 66 329), when idling the internal combustion engine the cooling oil flow through a hydraulic Adjusting device depending on is interrupted by the idle position of a speed controller. The known Internal combustion engines and devices are complicated and expensive to build and do not allow the temperature and speed conditions to adapt quickly Regulation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art derart zu gestalten, daß in Abhängigkeit der Drehzahl oder der Brennraumtemperatur die Spritzölkühlung möglichst verzögerungsfrei verstärkt bzw. vermindert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,-daß der Brennraum von einem dünnwandigen Einsatz gebildet wird, der mit seiner äußeren Oberfläche einen im Kolben liegenden Kühlraum begrenzt, in den das Kühlöl über eine von einem Regelventil beherrschten Öffnung mittels einer Spritzdüse gefördert wird.The invention is based on the object with simple means Piston cooling of an internal combustion engine of the type described above in such a way design that the spray oil cooling as a function of the speed or the combustion chamber temperature is increased or decreased as quickly as possible. This object is achieved according to the invention solved by the fact that the combustion chamber is formed by a thin-walled insert, which delimits a cooling space lying in the piston with its outer surface, in the cooling oil via an opening controlled by a control valve by means of a Spray nozzle is promoted.

Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung liegt das Regelventil unmittelbar im Kolben. Es beansprucht daher keinen zusätzlichen Bauraum.In the design according to the invention, the control valve is directly in the piston. It therefore does not take up any additional space.

Ferner sind die Verbindungswege zwischen den Temperaturmeßwertgebern und dem Ventilkörper sehr kurz, so daß das Regelventil auf Betriebszustandsänderungen sehr schnell reagiert. Gleichzeitig wird durch den dünnwandigen Einsatz schnell eine günstige Wandtemperatur erreicht.Furthermore, there are the connecting paths between the temperature sensors and the valve body very short, so that the control valve on changes in operating conditions responded very quickly. At the same time, the thin-walled insert makes it quick reaches a favorable wall temperature.

In vorteilhafter Weise wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Schließkörper des Regelventils von einer Bimetallfeder belastet.Advantageously, according to one embodiment of the invention the closing body of the control valve is loaded by a bimetal spring.

Diese nimmt verzogerungsarm sehr schnell die Temperatur des Kolbens im Bereich des Brennraums an und öffnet mit steigender Temperatur das Regelventil und damit den Zufluß des Kühlöls zum Kühlraum.This takes the temperature of the piston very quickly with little delay in the area of the combustion chamber and opens the control valve as the temperature rises and thus the flow of cooling oil to the cooling space.

In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der Schließkörper in einer Bohrung in Bewegungsrichtung des Kolbens geführt ist und von einer Feder belastet ist, die auf die Masse des Schließkörpers so abgestimmt ist, daß das Regelventil von einer bestimmten vorgeblaren Drehzahl an öffnet. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln eine drehzahlabhängige Betätigung des Regelventils erzielt, ohne daß der beanspruchte Bauraum und der Bauaufwand sich wesentlich vergrößern. Die Feder kann auch mit der Bimetallfeder kombiniert, angewendet werden.In a further embodiment it is proposed that the closing body is guided in a bore in the direction of movement of the piston and by a spring is loaded, which is matched to the mass of the closing body so that the control valve opens from a certain preset speed. This is with simple Means a speed-dependent actuation of the control valve achieved without the required installation space and the construction costs increase significantly. The spring can can also be used in combination with the bimetal spring.

Normalerweise wird man den gesamten Brennraum als dünnwandige Schale ausbilden, es kann jedoch für bestimmte Einsatzfälle vorteilhaft sein, daß der Kühlraum nur im Bereich der Auftreffstellen der Brennstoffstrahlen angeordnet ist, da für das Betriebsverhalten die Regelung der Temperatur in diesem Bereich von ausschlaggebender Bedeutung ist.Usually you will see the entire combustion chamber as a thin-walled shell train, but it can be advantageous for certain applications that the cooling space is only arranged in the area of the impact points of the fuel jets, as for the operating behavior the regulation of the temperature in this area of crucial Meaning is.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Abb. 1 einen Längsschnitt durch einen Kolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem eingesetzten Brennraum, Abb. 2 einen Längsschnitt durch einen Kolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, bei der der Kühlraum nur im Bereich der Auftreffstellen der Kraftstoffstrahlen angeordnet ist, Abb. 3 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele eines Regelventils mit entsprechenden Schaubildern des Regelverhaltens in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Temperatur.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. They show: FIG. 1 a longitudinal section through a piston of a piston according to the invention Internal combustion engine with an inserted combustion chamber, Fig. 2, a longitudinal section through a piston of an internal combustion engine according to the invention, in which the cooling chamber only is arranged in the area of the impact points of the fuel jets, Fig. 3 bis 7 different exemplary embodiments of a control valve with corresponding diagrams the control behavior depending on the speed and the temperature.

Die Abbildung 1 zeigt einen Kolben 1 mit einem Brennraum 2, der von einem dünnwandigen Einsatz 3 gebildet wird. Dieser ist in den Kolben -1 eingeschweißt und begrenzt mit seiner äußeren Oberfläche 4 einen Kühlraum 5. Der Kühlraum 5 ist über eine Zuflußbohrung 6 und Abflußbohrungen 7 mit dem inneren Hohlraum 8 des Kolbens 1 verbunden. In der Zuflußbohrung 6 ist ein Regelventil angeordnet, bestehend aus einem Ventilsitzkörper 9, einem Schließkörper 10 und Regelfedern 11 und 12. Die Regelfeder 12 ist eine Bimetallfeder, während die Feder 11 so auf die Masse des Schließkörpers 10 abgestimmt ist, daß das Regelventil von einer bestimmten vorgebbaren Drehzahl an öffnet. Das Kühlöl wird von einer Spritzdüse 13 in die Öffnung 14 der Zuflußbohrung 6 gefördert.Figure 1 shows a piston 1 with a combustion chamber 2, which is from a thin-walled insert 3 is formed. This is welded into the piston -1 and delimits a cooling space 5 with its outer surface 4. The cooling space 5 is Via an inflow bore 6 and outflow bores 7 with the inner cavity 8 of the piston 1 connected. In the inflow bore 6 a control valve is arranged, consisting of a valve seat body 9, a closing body 10 and control springs 11 and 12. The Control spring 12 is a bimetal spring, while the spring 11 is so on the mass of the Closing body 10 is coordinated that the control valve of a certain predeterminable Speed on opens. The cooling oil is from a spray nozzle 13 into the opening 14 of the Inflow hole 6 promoted.

Die Ausführung nach Abbildung 2 unterscheidet sich von der nach Abbildung 1 dadurch, daß ein Kühlraum 15 nur im Bereich von Auftreffstellen 16 der Kraftstoffstrahlen 17 einer Einspritzdüse 18 angeordnet ist.The version according to Figure 2 differs from that according to Figure 1 in that a cooling chamber 15 is only in the area of impact points 16 of the fuel jets 17 of an injection nozzle 18 is arranged.

Die Abbildung 3 zeigt ein Regelventil, bei dem der Schließkörper 10 nur durch eine Regelfeder 11 belastet ist. Das Ventil öffnet dementsprechend - wie im Diagramm dargestellt - unabhängig von der Temperatur von einer vorgebbaren Drehzahl an.Figure 3 shows a control valve in which the closing body 10 is only loaded by a control spring 11. The valve opens accordingly - how shown in the diagram - regardless of the temperature of a specifiable speed at.

Bei der Ausführung gemäß Abbildung 4 wird der Schließkörper des Regelventils nur von einer Bimetallfeder belastet, so daß das Regelventil unabhängig von der Motordrehzahl von einer bestimmten Temperatur ab öffnet.In the design according to Figure 4, the closing body of the control valve loaded only by a bimetal spring, so that the control valve is independent of the Engine speed from a certain temperature opens.

Bei der Ausführung nach Abbildung 5 sind die Feder 11 und die Bimetallfeder 12 in Reihe angeordnet. Die Regelcharakteristik ergibt sich aus dem darüberstehenden Schaubild.In the embodiment according to Figure 5, the spring 11 and the bimetallic spring are 12 arranged in series. The control characteristic results from the above Graph.

Eine Parallelschaltung der Feder 11 und 12 unter Verwendung zweier Schließkörper 10 und 19 ergibt eine Regelcharakteristik gemäß Abbildung 6, bei der das Regelventil von einer bestimmten Drehzahl ab und oberhalb einer vorgebbaren Temperatur öffnet. Die Abbildung 7 zeigt eine Ausführungsform mit drei Regelfedern und zwei Schließkörpern 10 und 19, wobei der Schließkörper 10 von einer Feder 11 und einer Bimetallfeder 12, die in Reihe geschaltet sind, belastet wird, während der Schließkörper 19 nur mit einer zweiten Bimetallfeder 12 zusammenarbeitet.A parallel connection of the springs 11 and 12 using two Closing body 10 and 19 results in a control characteristic according to Figure 6, in which the control valve from a certain speed and above a predeterminable speed Temperature opens. Figure 7 shows an embodiment with three control springs and two closing bodies 10 and 19, the closing body 10 being supported by a spring 11 and a bimetal spring 12 connected in series is loaded while the closing body 19 only cooperates with a second bimetal spring 12.

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Claims (4)

Patentansprüche Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung und einem im Kolben angeordneten Brennraum, dessen Wandungen von der Unterseite des Kolbens durch Spritzöl gekühlt werden, wobei die Kühlölmenge in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (2) von einem dünnwandigen Einsatz (3) gebildet wird, der mit seiner äußeren Oberfläche (4) einen im Kolben (1) liegenden Kühlraum (5) begrenzt, in den das Kühlöl über eine von einem Regelventil (9, 10, 11, 12) beherrschten Öffnung (14) mittels einer Spritzdüse (18) gefördert wird. Internal combustion engine with direct fuel injection and a combustion chamber arranged in the piston, the walls of which from the underside of the piston can be cooled by spray oil, the amount of cooling oil depending on is regulated by the load on the internal combustion engine, characterized in that that the combustion chamber (2) is formed by a thin-walled insert (3) with its outer surface (4) delimits a cooling space (5) located in the piston (1), into which the cooling oil via an opening controlled by a control valve (9, 10, 11, 12) (14) is conveyed by means of a spray nozzle (18). 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (10) des Regelventils von einer Bimetallfeder (12) belastet ist.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the closing body (10) of the control valve is loaded by a bimetal spring (12). 3. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (10) in einer Bohrung (6) in Bewegungsrichtung des Kolbens (1) geführt und von einer ?eder (11) belastet ist, die auf die Masse des Schließkörpers (10) so abgestimmt ist, daß das Regelventil von einer bestimmten vorgebbaren Drehzahl an öffnet.3. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the closing body (10) in a bore (6) in the direction of movement of the piston (1) and is loaded by an? eder (11), which is on the mass of the closing body (10) is coordinated so that the control valve of a certain specifiable speed opens. 4. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlraum (15) nur im Bereich der Auftreffstellen (16) der Kraftstoffstrahlen (17) angeordnet ist.4. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the cooling space (15) only in the area of the impact points (16) of the Fuel jets (17) is arranged.
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