DE2853280A1

DE2853280A1 - Vollstrahlduese zur kuehlung hochbelasteter maschinenteile, insbesondere kolben in hubkolbenmotoren

Info

Publication number: DE2853280A1
Application number: DE19782853280
Authority: DE
Inventors: Dieter Kroeger
Original assignee: Lechler GmbH and Co KG
Current assignee: Lechler GmbH and Co KG
Priority date: 1978-12-09
Filing date: 1978-12-09
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2853280C3; DE2853280B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollstrahldüse zur
Kühlung hochbelasteter Maschinenteile, insbesondere Kolben in Hubkolbenmotoren, bestehend aus einem Gehäuse mit abgesetzter Sacklochbohrung zur Zuführung der Kühlflüssigkeit zum Düsenaustritt, einem federbelasteten Durchfluaventil innerhalb des Gehäuses und einem als gesondertes Bauteil ausgebildeten Düsenmundstück, das am Ende der Sacklochbohrung im rechten Winkel zu derselben bzw. zum Gehäuse an diesem befestiyt ist.
Düsen zur Kolbenkühlung werden in thermisch und mechanisch hochbelasteten Motoren (hauptsächlich Dieselmotoren) eingesetzt. Hierbei ist es wichtig, daß dem Kolben - abhängig von der jeweiligen Belastung - stets eine genau dosierte Kühlmittelmenge zugeführt wird. Bei nicht ausreichender Kühlflüssigkeitsmenge wird der Kolben nicht genügend gekühlt. Zuviel Kühlflüssigkeit bewirkt dagegen ein überfluten des Kolbenspaltes, was zu einer Leistungsminderung des Motors führt. Wird durch einen aufgerissenen Kühlflüssigkeitsstrahl das öl im Kolbengehäuse vernebelt, so kann beim Entfluten des Kurbelgehäuses öl mitgerissen werden. Die nachteilige Folge hiervon wäre eine sogenannte "tropfende Entlüftung".
Da die Kühlung des Kolbens nur bei Lastbetrieb des Motors notwendig ist, sperrt das eingangs erwähnte federbelastete Durchflußventil bei im Leerlauf absinkendem Kühlflüssigkeitsdruck die Kühlflüssigkeitszufuhr zum Düsenmundstück ab. Gleichzeitig wird hierdurch ein bestimmter Öldruck im Schmiermittelsystem aufrecht erhalten, so daß die auch im Leerlauf erforderliche ausreichende Schmierung der Lagerstellen des Motors immer gewährleistet bleibt.
Es ist bereits eine Düse der eingangs bezeichneten Art bekannt geworden (Hersteller: Klöckner Humboldt Deutz), welche die oben angedeuteten Anforderungen nicht in befriedigendem Maße erfüllt. Die bekannte Düse liefert einmal keinen geschlossenen Vollstrahl. Sie besitzt ferner den wesentlichen 1 achteil, daß mehr als die Hälfte des Sprühmittels nicht optimal und nicht vollständig die dafür vorgesehene Bohrung des Kolbens erreicht.
Zur Erzielung eines geschlossenen und gezielten Vollstrahles ist es bekanntermaßen erforderlich, Störungen der Flüssigkeitsströmung in der Düse zu vermeiden, daher große Düsenquerschnitte und lange Düsenbohrungen zu wählen und Umlenkunden überhaupt, zumindest aber enge und sciiarfe Umlenkungen zu vermeiden. Im vorliegenden Fall erlauben die hier vorgegebenen räumlichen engen Verhältnisse nicht die Anwendung dieser nach dem Stand der Technik üblichen Konstruktionsrichtlinien. Die zwangsläufige Anpassung der Düsenkonstruktion an die vorliegenden Verhältnisse nach allgemeinen Gesichtspunkten führte zu cl er oben erwähnten bekannten Düse, deren funktion nicht befriedigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung is Ü es, eine Düse der eingangs bezeichneten Art unter den geschilderten Einbauverhältnissen so auszugestalten, daß eine gezielte Kühlung der betreffenden Maschinenteile, insbesondere Kolben von Dieselmotoren, erreicht wird, ohne daß zuviel Kühlflüssigkeit (z.B. Öl) außerhalb der Bohrung im Maschinenteil versprüht wird. ljierdurch soll ein Verlust von Kühlflüssigkeit (Öl) vermieden, zumindest aber auf ein Minimum reduziert werden.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird das Problem im wesentlichen dadurch gelöst, daß das düsenaustrittsseitige Ende der Sacklochbohrung als ebene Fläche ausgebildet ist und das Düsenmundstück bis etwa zur Mittelachse der Sacklochbohrung in diese hineinragt.
Durch die erfindungsgemäße Düse wird. die Treffsicherheit, mit der die Kühlflüssigkeit (öl) in die dafür vorgesehene Eohrung des Maschinenteils (Kolbens) gelangt, auf 95 % erhöht (gegenüber nur 35 bei bisher bekannten Düsen der hier in Rede stehenden Art). Auch auf der geforderten Länge von 200 mm bleibt der mit der erfindungsgemäßen Düse erzielte Künlflüssigkeitsstrahl sehr sauber und geschlossen. Der ölverlust wird hierdurch auf ein minimum verringert. Dies bedeutet folgende wesentliche Vorteile: 1. Für die t;ühlflüssigkeit (Öl) ist nur eine verhältnismäßig kleine Umwälzpumpe erforderlich.
2. Kein überschüssiges Öl hemmt auf die Zylinderwand, das verbrennen wird.
3. Die Schmierung des Kolbenbolzens wird wesentlich verbessert.
F. Der Druckabfall im ölsystem ist geringer.
In praktischer Verwirklichung des Grundgedankens der -rfindung wird weiterhin vorgeschlagen, daß das Düsenmundstück eine durchgehend zylindrische Austrittsbohrung und ein abgesetztes zylindrisches Zapfenteil mit kleinerem Durchmesser aufweist, mit dem es in eine im rechten Winkel zur Sacklochbohrung in diese einmündende Gehäusebohrung eingreift.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können den Ansprüchen und - an Hand eines Ausführungsbeispieles - aus der Zeichnung und der nachstehenden Beschreibung entnommen werden. Es zeigt: Fig. 1 eine Ausführungsform einer Düse nach der Erfindung, teilweise in Ansicht, teilweise im Längsschnitt (Schnitt I-I in Fig. 2), Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen Zylinder eines Hubkolbenmotors (schematisch ) im Vertikalschnitt, mit eingebauter Düse nach der Erfindung.
Das längliche, im wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Gehause einer Vollstrahldüse 100 zur Kühlung von Kolben in Dieselmotoren ist mit 10 bezeichnet. Es besitzt eine bei 11 und 12 abgesetzte Sacklochbohrung 13, deren vorderes Ende 14 ebenflächig ausgebildet ist. Am vorderer Ende des Düsengehauses 10 und im rechten Winkel zu diesem ist ein Düsenmundstück 15 angeordnet, welches eine durchgehende Bohrung 165 besitzt. An ihrem rückwärtigen Ende besitzt das Gehause 10 ein Innengewinde 17, welches zwn Anschluß einer nicht gezeigten Leitung für die zu versprühende K-ühlflüssigkeit, vorzugsweise öl, vorgesehen ist. Die Kühlflüssigkeit wird also in Pfeilrichtung 18 durch das Düsengehäuse 10 bzw.
die Sacklochbohrung 13 hindurchgeleitet, an deren Ende sie - nach Umlenkung im rechten Winkel - in die Bohrung 16 des Düsenmundstücks 15 und von dort ins Freie gelangt.
Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, ist innerhalb des Düsengehäuses 10 eine Büchse 19 mit einer gegenüber der Sacklochbohrung 13 verengten Bohrung 20 angeordnet. Die Büchse 19 bzw. die Durchgangsbohrung 20 derselben bildet den Ventilsitzfür ein als ltückschlagventil ausgebildetes Durchflußventil, dessen Ventilkörper durch eine Kugel 21 gebildet wird. Die Ventilkugel 21 ist von einer als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder 22 beaufschlagt, die sich am hinteren Ende an dem Ab-satz 12 der Sacklochbohrung 13 abstützt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ventilstellung ist das Durchflußventil verschlossen, d.h. es kann keine Kühlflüssigkeit zu dem Düsenmundstück 15 gelangen.
Die Druckfeder 22 des Ventils ist so ausgelegt, daß der Druck der dem Düsengehäuse 10 zugeleiteten Kühlflüssigkeit mindestens 1,5 Bar betragen muß, urn die Ventilkugel 21 gegen den Widerstand der Druckfeder 22 vom Ventilsitz 19 abzuheben und damit den Durchgang für die Kühlflüssigkeit zu der. Düsenmundstücl 15 freizugeben. Da das als Kühlflüssigkeit verwendete Öl gleichzeitig aach zur Schmierung der Lagerstellen des | Motors verwendet wird, wird durch die vorerwähnte Auslegung des Ventils 19, 21 bzw. der Ventil feder 22 ein zur Schmierung der Gleitlagerstellen des Motors erforderlicher ausreichender (ildruck aufrecht erhalten.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Düsenmundstück 15 ein bei 23 abgesetztes zylindrisches Zapfenteil 24 mit kleinerem Durchmesser aufweist, mit dem es in eine hierfür vorgesehene Bohrung' 25 eingreift, die im rechten Winkel zu der Mittelachse 26 der Sacklochbohrung 13 liegt. Das Zapfenteil 24 ragt hierbei bis zur Jiöhe dieser Mittelachse 26 in die Sancklochbohrung 13 hinein. Fig. 2 macht weiterhin deutlich, daß das innere Ende der Bohrung 16 des Düsenmundstücks 15 unter einer Winkel von 4-5 Grad angefast ist.
Die mit 27 bezeichnete Fase besitzt eine Tiefe von etwa 0,5 mm.
Alternativ ist es aber auch möglich, das innere Ende der Bohrung 16 unter einem Winkel von 30 Grad anzufasen oder die Bohrungskante abzurunden, wobei die Abrundung Radien zwischen 0,3 und 1,5 mm aufweisen kann.
Bei der Qualität des durch die in der Zeichnung gezeigte und im Vorstehenden beschriebene Düse erzeugten Kühlflüssigkeitsstrahles kommt es aber auch auf die k'elationen der mit den großen Buchstaben h bis G bezeichneten f.aße sehr wesentlich an. Mit B ist in Fig. 2 der Durchmesser der Bohrung 16 im Düsenmundstück 15 bezeichnet. D bezeichnet den Durchmesser der Sacklochbohrung 13 an deren engster Stelle, wohingegen der Durchmesser der Sacklochbohrung hinter dem Absatz 12 durch das faß G gekennzeichnet ist. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 20 in der den Ventilsitz bildenden Büchse 19 ist mit C beziffert, wohingegen die Ventilkugel 21 den Durchmesser F besitzt. Mit E ist die gesamte Länge der Düsenbohrung 16 bezeichnet. Das d aß A schließlich kennzeichnet den Abstand der Mittelachse der Bohrung 16 des Düsenmundstücks 15 von dem vorderen ebenflächigen Ende 14 der Sacklochbohrung 13.
Versuche haben gezeigt, daß durch folgende Relationen optimale Ergebnisse des Kühlflüssigkeitsstrahles erzielt werden können: B:A = 1:3,1 bis 1:3,5 C:D = 1:1,1 bis 1:1,5 B:E = 1:7,0 bis 1:8,0 B:C = 1:0,9 bis 1:0,97 und F:G = 1:1,4 bis 1:1,8.
Selbstverstandlich handelt es sich bei den im Vorstehenden angegebenen Verhältnissen nur um bevorzugte Ausführungsformen. Sicher sind auch etwas hiervon abweichende Verhältnisse der Maße A bis G denkbar, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
In Fig. 3 ist nun ein Einbaubeispiel der im Vorstehenden beschriebenen Düse gezeigt. Die Düse ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Im einem Zylinder 28 einer V erbrennungskraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselmotors, is-t ein Kolben 29 auf- und abbewegbar angeordnet. Hierbei kennzeichnet 29 die obere und 29" die untere Totpunktstellung des kolbens, Der Kolben 29 besitzt eine axiale Bohrung 30, die in einen Raum 31 mündet. Die Bohrung 30 dient zur Zuführung von Kühlflüssigkeit (vorzugsweise Öl) in das Innere des Kolbens 29.
Die Kühlflüssigkeit wird durch die erfindungsgemäße Düse 100 in Pfeilrichtung 32 in die Kolbenbohrung 30 eingespritzt, wobei dies während der gesamten Kolbenbewegung bis hin zur oberen Totpunktstellung 29' erfolgen kann. Die Düse 100 ist zu diesem Zweck in einer Bohrung 33 des andeutungsweise gezeigten und mit 34 bezifferten Kurbelgehäuses des Motors angeordnet. Mit ihrem Mundstück 15 ragt die Düse hierbei in das offene untere Ende des Zylinder 28 hinein. L e e r s e i t e

Claims

Volistrahidüse zur Kehlung hoohbelasteter Maschinenteile, insbesondere Kolben in Hubkolbenmotoren Anspruche 1. Volistrahidüse zur Kühlung hochbelasteter Maschinenteile, insbesondere Kolben in Bubkolbenmotoren, bestehend aus einem Gehäuse mit abgesetzter Sacklochbohrung zur Zuführung der Kühlflüssigkeit zum Düsenaustritt, einem federbelasteten Durchflußventil innerhalb des Gehäuses und einem als gesondertes Bauteil ausgebildeten Düsenmundstück, das am Ende der Sacklochbohrung im rechten Winkel zu derselben bzw. zum Gehäuse an diesem befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das düsenaustrittsseitige Ende (14) der Sacklochbohrung (13) als ebene Fläche ausgebildet ist und das Düsenmundstück (15) bis etwa zur Mittelachse (26) der Sacklochbohrung (13) in diese hineinragt.
2. Vollstrahldüse nach Anspruch -1, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenmundstück (15) eine durchgehend zylindrische Austrittsbohrung (16) und ein abgesetztes zylindrisches Zapfenteil (24) mit kleinerem Durchmesser aufweist, mit dem es in eine im rechten Winkel zur Sacklochbohrung (133 in diese einmündende Gehäusebohrung (25) eingreift.
3. Vollstrahldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Sachlochbohrung <13) hineinragende Ende (27) der Bohrung (16) des Düsenmundstücks (15) unter einem Winkel von etwa 45 Grad angefast ist.
4. Vollstrahldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Sachlochbohrung (13) hineinragende Ende (27) der Bohrung (16) des Düsenmundstücks (15) unter einem Winkel von etwa 30 Grad angefast ist.
5. Vollstrahldüse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (27) eine Tiefe von etwa 0,5 mm hat.
6. Vollstrahldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Sacklochbohrung (13) hineinragende Ende (27) der Bohrung (16) des Düsenmundstücks (15) an der Kante (27) abgerundet ausgebildet ist, wobei die Abrundung einen Radius von 0,3 bis 1,5 mm aufweisen kann.
7. Volls-trahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (B) der Düsenaustrittsbohrung (16) sich zum Abstand (A) der Nitte/ Düsenaustrittsbohrung (16) vom ebenen Ende (14) der wacklochbohrung (13) wie 1 : 3,1 bis 1 : 3,5 verhält.
8. Vollstrahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (C:D) der Bohrung (20) im Ventilsitz (19) und der &acklochbohrung (13) im Gehäuse (10) 1:1,1 bis 1:1,5 beträgt.
9. Vollstrahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser (B) der Düsenaustrittsbohrung (16) zur Länge (E) derselben wie 1:7,0 bis 1:8,0 verhält.
10. Vollstrahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (F:C) der Ventilkugel (21) zur Bohrung (20) im Ventilsitz (19) 1:0,9 bis 1:0,97 beträgt.
11. Vollstrahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (F:G) der Ventilkugel (21) zur Sacklochbohrung (13) im Gehäuse (10) 1*1,4 bis 1:1,8 beträgt.