DE2831566C2

DE2831566C2 -

Info

Publication number: DE2831566C2
Application number: DE2831566A
Authority: DE
Inventors: John Leonard Brimfield Ill. Us Johnson Jun.; Noel Delbert Chillicothe Ill. Us Wiggins; Robert Michael Moline Ill. Us Vize
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1988-04-07
Also published as: DE2831566A1; GB1571674A; US4206726A; JPS5422039A; CA1089731A; JPS6123369B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenspritzkühlung für einen Kolben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, umfassend einen Kolben mit einem Ringkanal im Kolben und mit einem Ein laß, in den eine Spritzvorrichtung einen kompakten Ölstrahl richtet, wobei die Spritzvorrichtung am Kurbelgehäuse 10 mit ihrem Zulaufabschnitt mit einem Ölverteilungskanal verbunden ist.

Aus der DE-OS 19 56 121 ist bereits eine Kolbenspritzkühlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei der Öl nach oben in den Kolben gespritzt wird, um so diesen in der Nähe der Kolbenringe zu kühlen. Infolgedessen bildet sich ein dicker Ölfilm an der Grenzfläche zwischen den Ringen und der Zylinderwand, was bessere Schmiereigenschaften ergibt. Da die Spritzvorrichtung bei dieser bekannten Kolbenspritzkühlung stationär ist, ist eine genaue Ausrichtung erforderlich, damit das Öl stets zum Ringkanal gelangen kann. Es ist ferner be reits bekannt einen Ölstrahl einfach ins Innere des Kolbens zu leiten, wobei allerdings Vorsprünge zur Aufnahme des Kolben bolzens oder auch der Kolbenbolzen selbst dann stören können, wenn der Kolben innerhalb des Zylinders nach oben vom Strahl weg bewegt wird. Auch die Kolbenstange kann das Sprühmuster behindern, so daß zu unterschiedlichen Zeiten nicht sämtliche Innenoberflächen des Kolbens erreicht werden, was örtlich zu Überhitzungen führen kann, die ein Reißen des Kolbens verursachen können.

Speziell ist es aus der SU 5 04 883 bekannt, zur Kolbenkühlung Spritzvorrichtungen mit mehreren Spritzöffnungen vorzusehen, die mehrere Strahlen gegen den Kolbenboden richten, um eine gleichförmige Besprühung der gesamten Kolbenbodenoberfläche zu erreichen. Aus DE-AS 21 26 499 ist es ferner bekannt, Verun reinigungen im Spritzöl, die zu Verstopfungen der Spritzlöcher führen können, dadurch zurückzuhalten, daß das Spritzöl einen Ringspalt passieren muß, der enger als die Öffnung der Spritzlöcher ist. Der Ringspalt wirkt somit als Ölreiniger.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenspritzkühlung für einen Kolben einer Hubkolben-Brenn kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß die Wärmeabfuhr vom Kolben verbessert die Kühlölzufuhr vereinfacht und somit ein zuverlässiger Betrieb erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei der Kolben spritzkühlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Motors mit hin- und her gehendem Kolben;

Fig. 2 eine Ansicht eines Zylinders des Motors mit darinnen angeordnetem Kolben, und zwar gesehen von unten;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Motors;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht einer Düse;

Fig. 5 eine Teildraufsicht auf die Düsenspitzen der Düse; und

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Teils des Äußeren des Motor blocks, wobei ein Halter für die Düse dargestellt ist.

Ein Ausführungsbeispiel eines Motors mit hin- und hergehendem Kolben ist in Fig. 1 gezeigt, und man erkennt, daß ein Kurbelgehäuse (Motor block) 10 vorgesehen ist, der eine Zylinderauskleidung 12 zur Bildung eines Zylinders 14 aufnimmt. Das obere Ende des Zylinders 14 ist in üblicher Weise durch einen Kopf 16 abgeschlossen, und ein Kolben 20 ist hin- und hergehend innerhalb des Zylinders 14 ange ordnet.

Der Kolben 20 weist einen Boden 22 auf, und zwar aus gestattet mit einer üblichen Mulde 24. Vom Boden 22 ragt ein Schaft 26 nach unten, der in der Nähe des Bodens 22 mit Dichtungs- oder Ring-Aufnahmenuten 28 ausgestattet ist. Der Kolben 20 weist einen Innenhohlraum 30, definiert durch Seitenwände 32 im Schaft sowie eine obere Wand 34 benachbart zum Boden 22 auf.

In dichter Nachbarschaft zu den Nuten 28 ist eine ringförmige Kühlmittelaufnahmekammer (Ringkanal) 36 vorgesehen.

Innerhalb des Hohlraums 30 befinden sich nach unten ragende Bolzenaufnahmevorsprünge 38, die einen Bolzen 40 aufnehmen, durch den eine Kolbenstange 42 drehbar mit dem Kolben 20 verbunden ist. Einer der Vorsprünge 38 weist einen sich nach oben erstreckenden Kühlmitteleinlaß 44 auf, durch den Kühlmittel in der Form von Öl zum Ringkanal 36 geleitet werden kann. Annähernd um 180° um den Kolben 20 herum gegenüber dem Einlaß 44 versetzt befindet sich ein gleichartiger Durchlaß 46 (Fig. 2) im anderen Vorsprung 38, durch den das Öl vom Ringkanal 36 ablaufen kann.

Im Block 10 ist an einer Stelle unmittelbar unterhalb des unteren Endes der Zylinderauskleidung 12 eine Düse (Spritzvorrichtung) 50 vorgesehen, die erste und zweite Düsenspitzen 52 und 54 aufweist. Die Düsenspitze 52 sprüht ein Kühlmittel, wie beispielsweise Schmieröl, in den Hohlraum 30 in einer noch im einzelnen zu beschreibenden Weise, wohingegen die zweite Düsenspitze 54 mit dem Einlaß 44 ausgerich tet ist und Kühlmittel durch diesen Einlaß 44 zum Ringkanal 36 lei tet.

Um sicherzustellen, daß ausreichend Kühlmittel in den Ringkanal 36 bei sämtlichen Positionen des Kolbens 20 innerhalb des Zylinders 14 geleitet wird, ist die zweite Düsenspitze 54 in der im folgen den zu beschreibenden Weise geformt, um einen kompakten Kühlstrahl längs einer Linie im ganzen parallel zur Längachse des Kolbens 20 zu leiten, und der Einlaß 44 ist in gleicher Weise bezüglich die ser Achse orientiert.

Wie man aus den Fig. 1-5 erkennt, ist die erste Düsenspitze 52 unter einem spitzen Winkel bezüglich der Düsenspitze 54 angeord net und befindet sich daher unter einem spitzen Winkel bezüglich der Längsachse des Kolbens 20. Die erste Düsenspitze 52 befindet sich auch radial nach außen gegenüber der zweiten Düsenspitze 54 bezüglich des Zylinders 14 angeordnet und liegt daher näher an der Seitenwand 32 des Hohlraums 30. Infolge des vorstehend er läuterten Aufbaus wird das aus der ersten Düsenspitze 52 austre tende Kühlmittel gemäß einem etwas spiralförmigen oder schrauben linienförmigem Muster nach oben und längs der Seitenwand 32 zum Ende 34 des Hohlraums 30 hin streichen. Weil der Kühlmittel strahl längs der Seitenwand 32 geleitet ist, stört das Vorhanden sein der Vorsprünge 38, des Bolzens 40 oder der Kolbenstange 42 nicht den freien Fluß zum Ende 34 des Hohlraums 30, wodurch eine Störung hinsichtlich der Kühlwirkung an verschiedenen Punkten im Betriebszyklus verhindert wird.

Der spezielle verwendete spitze Winkel hängt größtenteils von der Hublänge des Motors und der tatsächlichen Anordnung der Düsen spitzen 52 und 54 bezüglich des Kolbens ab, wenn dieser sich am unteren in Fig. 1 gezeigten Totpunkt befindet. Im allgemeinen gilt, daß je länger der Hub des Motors ist, der Winkel um so klei ner ist. Bei einem Motor ausgebildet gemäß dem Maßstab der Fig. 1 hat sich ein spitzer Winkel von ungefähr 19° als zufriedenstellend herausgestellt.

Jede der Düsenspitzen 52 und 54, vgl. Fig. 3-5, wird durch eine geradlinige Spritzbohrung 60 bzw. 62 definiert. Die Bohrungen 60 und 62 enden in Zumeßöffnungen 64 bzw. 66, die in Ebenen senkrecht zur Achse der entsprechenden Bohrung liegen. Zudem besitzt jede Bohrung 60 und 62 eine identische Querschnittsform entlang ihrer Länge und ihr Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis an der Zumeßöffnung 64 oder 66 liegt im Bereich von 13 : 1 bis 15 : 1. Infolgedessen tritt ein kompakter Kühlstrahl aus jeder Zumeßöffnung 64 und 66 aus, um sicherzustellen, daß er nicht aufbricht, bevor er auf den entsprechenden Teil des Kolbens 20 zu dessen Kühlung auftrifft.

Die Düse 50 einschließlich der Düsenspitzen 52 und 54 sind inte gral aus einem ellenbogenförmigen Gußstück ausgebildet, wie dies in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, wobei sich ein Innendurchlaß 70 längs dieses Gußstücks erstreckt. Das Ende des Durchlasses 70 benachbart zu den Düsenspitzen 52 und 54 nimmt einen Stopfen 72 auf. Das entgegengesetzte Ende der Düse 50 ist in einer Bohrung 74 im Block 10 aufgenommen, die sich von der Innenwand 76 des Blocks 10 zur Außenwand 78 des Blocks 10 erstreckt. Die Bohrung 74 ist, wie gezeigt, zum Zylinder hin etwas nach unten gerichtet. Im allgemeinen wird sie etwas unterhalb des untersten Endes der Zylinderauskleidung 12 angeordnet sein.

Der Block 10 weist eine Ölsammelleitung (Ölverteilungskanal) 80 auf, die unter Druck stehendes Öl von der nicht gezeigten Motorölpumpe aufnimmt und die Bohrung 74 schneidet. Die Spritzvorrichtung 50 weist benachbart zu ihrem in der Bohrung 74 aufgenommenen Ende einen einen verminderten Durchmesser aufweisenden Abschnitt (Zulaufabschnitt) 82 auf und eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Öffnungen (Bohrungen) 84 tritt am einen verminder ten Durchmesser aufweisenden Abschnitt 82 aus und steht in Strö mungsmittelverbindung mit dem Durchlaß 70. Man erkennt, daß die Querschnittsfläche der Öffnungen 84 kleiner ist als die des Durch lasses 70 oder die der Bohrungen 60 und 62. Infolgedessen bilden die Öffnungen 84 ein Filter, welches verhindert, daß die vom Öl mitgeführten Teilchen mit einer hinreichend großen Größe, ge eignet zur Verstopfung von entweder der Bohrung 60 oder der Bohrung 62, davon abgehalten werden, dorthin zu gelangen. Die Verwendung einer Vielzahl von Öffnungen 84 stellt sicher, daß hinreichend viel Öl unter Druck zu den Düsenspitzen 52 und 54 geliefert wird, obwohl eine oder mehrere der Öffnungen 84 durch solche Teilchen verstopft werden können.

Die Spritzvorrichtung 50 ist am Block 10 mittels eines Bolzens 86 befestigt, der in das Ende des Durchlasses 70 benachbart zur Sammelleitung 80 eingeschraubt ist, wobei der Bolzen 86 auch zur Abdichtung dieses Endes des Durchlasses dient.

Wie man in Fig. 3 erkennt, ist der Kopf des Bolzens 86 an der Außenoberfläche 78 des Blocks 10 vorgesehen und daher leicht zugänglich. Der Bolzen 86 erstreckt sich durch eine Öffnung 88 in einer Halteplatte (Halter) 90 (Fig. 6). Wie man in Fig. 4 erkennt, weist die Halteplatte 90 zwei zusätzliche Öffnungen 92 und 94 auf, so daß insgesamt drei Öffnungen vorgesehen sind. Ein Bolzen 96 erstreckt sich durch die Öffnung 92 und wird in den Block 10 eingeschraubt, um die Halteplatte 90 an ihrem Platz zu halten, wohingegen die Öffnung 94 einen Haltestift 96 haltert, der gleitend in einer Bohrung 100 im Block 10 aufgenommen ist. Der Haltestift 98 und der Bolzen 96 orientieren die Halteplatte 90 in ordnungsgemäßer Weise am Block aus noch zu beschreibenden Gründen.

Wie in den Fig. 3, 4 und 6 gezeigt ist, weist die Halteplatte 90 einen Teil 102 auf, der über der Bohrung 74 liegt, und der Teil 102 ist mit zwei entgegengesetzt angeordneten Eingriffsmitteln (Vorsprüngen) 104 ausgestattet, die aus der Platte 90 auf entgegengesetzten Seiten der Öffnungen 88 herausgeschlagen sind. Die Eingriffsmittel 104 erstrecken sich nach innen in die Bohrung 74, um in einem Schlitz 106 im Ende der Spritzvorrichtung 50 aufgenommen zu werden, die in der Bohrung 74 sitzt. Die Vorsprünge 104 sind der art bemessen, daß sie engpassend innerhalb des Schlitzes 106 aufgenommen werden, um die Relativdrehung zwischen der Halte platte 90 und der Spritzvorrichtung 50 zu verhindern. Weil die Lage der Halte platte 90 auf dem Block genau durch den Anordnungsstift 98 be stimmt ist, dienen die Eingriffsmittel 104 zur richtigen Orientierung der Düsenspitzen 52 und 54, so daß ihre entsprechenden Kühlmittel strahlen in der obenerwähnten Weise lenken.

Auf diese Weise wird die Spritzvorrichtung 50 in einfacher Weise richtig beim anfänglichen Einbau positioniert. Man erkennt ferner, daß die oben beschriebene Anordnung das leichte Warten der Spritzvorrichtung 50 gestattet. Es ist lediglich erforderlich, die Seitenabdeckung für den Motor und den Bolzen 86 zu entfernen. Zu diesem Zeit punkt kann die Spritzvorrichtung 50 leicht aus der Bohrung 74 für diese Wartung herausgezogen werden. Der Wiedereinbau ist in gleicher Weise vereinfacht, da die Spritzvorrichtung 50 nur mit ihrem Ende in die Bohrung 74 eingesetzt zu werden braucht und so weit verdreht wird, bis die Eingriffsmittel 104 in den Schlitz 106 eintreten. Sodann kann der Bolzen 86 angebracht und angezogen werden, was zur Folge hat, daß die Winkelpositionen der Düsenspitzen 52 und 54 und auch ihre Radialpositionen in ordnungsgemäßer Weise fest gelegt sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt wo man erkennt, daß der Einlaß 44 und der Auslaß 46 zum Durch laß 36 die entsprechenden Enden einer Bohrung 110 in den Vor sprüngen 38 schneiden, in denen der Bolzen 40 aufgenommen ist. Auf diese Weise dient das Ölkühlmittel im Einlaß 44 und Auslaß 46 auch zur Schmierung des Bolzens 40.

Claims

1. Kolbenspritzkühlung für einen Kolben einer Hub kolben-Brennkraftmaschine, umfassend einen Kolben mit einem Ringkanal (36) im Kolben und mit einem Einlaß (44), in den eine Spritzvor richtung (50) einen kompakten Ölstrahl richtet, wobei die Spritzvorrichtung am Kurbelgehäuse (10) mit ihrem Zulaufabschnitt (82) mit einem Ölverteilungskanal (80) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spritz vorrichtung (50) einen weiteren Ölstrahl in den Hohl raum (30) unter dem Kolbenboden richtet,
daß im Zulaufabschnitt (82) mehrere über den Umfang verteilte Bohrungen (84) vorgesehen sind, welche den Ölverteilungskanal (80) mit dem Innendurchlaß (70) der Spritzvorrichtung (50) verbinden,
und daß die Querschnittsfläche jeder der Bohrungen (84) kleiner ist als der Querschnitt des Innendurchlasses (70) und kleiner als der Querschnitt jeder Spritzbohrung (60, 62), um als Filter zu wirken.

2. Kolbenspritzkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Außendurchmesser des Zulaufabschnitts (82) im Bereich der Bohrungen (84) vermindert ist.

3. Kolbenspritzkühlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter (90) am Kurbelgehäuse (10) befestigbar ist und Eingriffsmittel (104) aufweist, die mit der Spritzvorrichtung (50) zusammenwirken und diese drehfest halten.

4. Kolbenspritzkühlung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spritzvorrichtung (50) gegen Längs verschiebung durch Haltemittel (86) gesichert ist, die sich durch den Halter (90) in die Spritzvorrichtung (50) erstrecken.