DE2853280B2 - Vollstrahldüse zur Kühlung hochbelasteter Maschinenteile, insbesondere Kolben in Hubkolbenmotoren - Google Patents

Description

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Die Ef findung bezieht sich auf eine Vollstrahldöse zur Kühlung hochbelasteter Maschinenteile, insbesondere Kolben in Hubkolbenmotoren, 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 Dflsenmundstück, das am Ende der Sacklochbohrung im rechten Winkel zu derselben bzw, zum Gehäuse an diesem befestigt ist

Düsen zur Kolbenkühlung werden in thermisch und mechanisch hochbelasteten Motoren (hauptsächlich Dieselmotoren) eingesetzt Hierbei ist es wichtig, daß demKoJben — 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 Oberfluten des Kolbenspaltes, was zu einer Leistungsminderung des Motors führt Wird durch einen aufgerissenen Kühlflüssigkeitsstrahl das öl im Kolbengehäuse vernebelt, so kann beim Entlüften des Kurbelgehäuses Ul 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 eingsogsseitig erwähnte federbelastete Durchflußventil bei im Leerlauf absinkendem Kühlflüssigkeitsdruck die Kühlflüssigkeitszufuhr zum Düsenmundstück ab. Gleichzeitig wird hierdurch ein bestimmter Öldruck im Schmiermittelsystem aufrechterhalten, so daß die auch im Leerlauf erforderliche ausreichende Schmierung der Lagerstellen des Motors immer gewährleistet bleibt

Durch die US-PS 37 09 109 ist bereits eine Düse der eingangs bezeichne» an Art bekannt geworden, welche die oben angedeuteten Anforderungen nicht in befriedigendem Maße erfüllt Die bekannte Düse liefert einmal keinen geschlossenen VollstrahL Sie besitzt ferner den wesentlichen Nachteil, 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 Umlenkungen überhaupt, zumindest aber enge und scharfe Umlenkungen, zu vermeiden. Im vorliegenden Fall erlauben die Wer vorgegebenen räumlichen engen Verhältnisse nicht die Anwendung dieser nach dem Stand der Technik üblichen Konstruktionsrichtlinien. Zwangsläufige Anpassung der Düsenkonstruktion an die vorliegenden Verhältnisse nach allgemeinen Gesichtspunkten führte zu der oben erwähnten bekannten Düse, deren Funktion nicht befriedigt

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist 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. Hierdurch soll ein Verlust von Kühlflüssigkeit (Öl) vermieden, zumindest aber auf ein Minimum reduziert werden.

Zur Lösung des Problems werden erfindungsgemäß folgende Maßnahmen vorgeschlagen:

a) Das düsenseitige Ende der Sacklochbohrung ist als ebene Fläche ausgebildet;

b) das Düsenmundstück ragt bis etwa zur Mittelachse der Sacklochbohrung in diese hinein;

c) das in die Sacklochbohrung hineinragende Ende der Bohrung des Düsenmundstücks ist in an sich bekannter Weise angefast oder abgerundet ausgebildet;

d) Per Durchmesser der Dflsenaustrittsbohrung verhält sich zum Abstand der Mltte/Dösensustrittsbohrung vom ebenen Ende der Saeklochbobrung Wie1:3,lbisl;3,5,

Durch die US-PS 40 67 307 ist es zwar an sich bekannt, einen Düseneinlauf mit einer allmählichen Verengung (Fase) zu verseben. Die bekannte Düse gemäß US-PS 40 67 307 weicht jedoch schon gattungsmäßig vom Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ab; außerdem fehlen bei der bekannten Düse die übrigen Merkmale der erfindungsgemäßen Merkmalskombination.

Durch die erfindungsgemäße Düse wird die Treffsicherheit, mit der die Kühlflüssigkeit (Öl) in die dafür is vorgesehene Bohrung 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 Kühlflüssigkeitsstrahl sehr sauber und geschlossen. Der Ölverlust wird hierdurch auf ein Minimum verringert. Dies bedeutet folgende wesentliche Vorteile:

1. Für die Kühlflüssigkeit (öl) ist nur eine verhältnismäßig kleine Umwälzpumpe erforderlich;

2. kein überschüssiges Öl kommt auf die Zylinderwand, das verbrennen würde.

3. die Schmierung des Kolbenbolzens wird wesentlich verbessert

4. Der Druckabfall im ölsystem ist geringer. ^⁰

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen aufgeführt — die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung veranschaulicht und in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Düse nach der Erfindung, teilweise in Ansicht, teilweise im Längsschnitt (Schnitt M in F i g. 2),

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in F i g. 1 und

Fig.3 einen Zylinder eines Hubkolbenmotors (schematisch) im Vertikalschnitt, mit eingebauter Düse nach der Erfindung.

Das längliche, im wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Gehäuse einer Vollstrahldüse 100 zur Kühlung von Kolben in Dieselmotoren ist mit 10 bezeichnet Es besitzt eine bei 11 und 12 abgesetzt? Sacklochbohrung 13, deren vorderes Ende 14 ebenflächig ausgebildet ist Am vorderen Ende des Düsengehäuses 10 und im rechten Winkel zu diesem ist ein Düsenmundstück 15 angeordnet, welches ein?, durchgehende Bohrung 16 besitzt An ihrem rückwärtigen Ende besitzt das Gehäuse to ein Innengewinde 17, welches zum Anschluß einer nicht gezeigten Leitung für die zu versprühende Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Öl, vorgesehen ist Die Kühlflüssigkeit wird also in Pfeilrichtung 18 durch das Düsengehäuse 10 bzw. die Sacklochbolirung 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 DOsengehäuses 10 eine l'üchse 19 mit einer gegenüber der Sacklochbohrung 13 verengten Bohrung 20 angeordnet Die Büchse 19 bzw. die Durchgangsbohrung 20 derselben bildet den Ventilsitz für ein als Rückschlagventil 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 Absatz 12 der Sacklochbohrwng

13 abstützt Bei der Ut F i g, I gezeigten Ventilsteliung ist das Durchilußventil verschlossen, drh, es kann keinu Kühlflüssigkeit zu dem Dßsenmundstück 15 gelangen. Die Druckfeder 22 des Ventils ist so ausgelegt, daß der Druck der dem Düsengehäuse 10 zugeleiteten Kühlflüssigkeit mindestens 1,5 bar beiragen muß, um die Ventilkugel 21 gegen den Widerstand der Druckfeder 22 vom Ventilsitz 19 abzuheben und damit den Durchgang für die Kühlflüssigkeit zu dem Düsenmundstück 15 freizugeben. Da das als Kühlflüssigkeit verwendete öl gleichzeitig auch zur Schmierung der Lagerstellen des Motors verwendet wird, wird durch die vorerwähnte Auslegimg des Ventils 19, 21 bzw. der Ventilfeder 22 ein zur Schmierung der Gleitlagerstellen des Motors erforderlicher ausreichender Öldruck aufrechterhalten.

Aus F i g. 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 de-· Sacklochbohrung 13 liegt Das Zapfenteil 24 ragt hierbei bis zur Höhe dieser Mittelachse 26 in die Sacklochbohru.ng 13 hinein. Fig.2 macht weiterhin deutlich, daß das innere Ende cLr Bohrung 16 des Düsenmundstücks 15 unter einem Winkel von 45 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 Relationen der mit den großen Buchstaben A bis G bezeichneten Maße sehr wesentlich an. Mit B ist in F i g. 2 der Durchmesser der Bohrung 16 im LTüsenmundstück 15 bezeichnet D bezeichnet den Durchmesser der Sacklochbohrung 13 an deren engster Stelle, wohingegen der Durchmesser der Sacklochbohrung hinter dein Absatz 12 durch das Maß 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 Maß A schließlich kennzeichnet den Abstand der Mittelachse der Bohrung 16 des Düsenmundstücks 16 von dem vorderen ebenflächigen Ende

14 der Saeklochbobrung 13.

Versuche haben gezeigt, daß durch folgende Relationen optimale Ergebnisse des Kühlflüssigkeitsstrahles erziele v/erden können:

B : A = 1 :3,! bis 1 :3,5

C:D = 1 :1,1 bis 1 :1,5

B:E = 1 : 7,0 bis 1 :8,0

F : C = 1 :0,9 bis 1 :037 und

F:G = 1 :l,;bisl : 1,8.

Selbstverständlich 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 einen Zylinder 28 einer Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselmotors, ist 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 Koibenbohrung 30 eingespritzt, wobei dies während der gesamten Kolben bewegung 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 Zylinders 28 hinein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vollstrahldüse zur Kühlung hochbelasteter Maschinenteile, insbesondere Kolben in Hubkolbenmotoren, 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 Düsen- ι ο mundstück, das am Ende der Sacklochbohrung im rechten Winkel zu derselben bzw. zum Gehäuse an diesem befestigt ist, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:

a) Das düsenseitige Ende (14) der Sacklochbohrung (13) ist als ebene Fläche ausgebildet;

b) das Düsenmundstück (15) ragt bis etwa zur Mittelachse (26) der Sacklochbohrung (13) in diese hinein;

c) das in die Sacklochbohrung (13) hineinragende Ende ,(27) der Bohrung (16) des Düsenmundstücks fl5) ist in an sich bekannter Weise angefast oder abgerundet ausgebildet

d) der Durchmesser (B) der Düsenaustrittsbohrung (16) verhält sich zum Abstand (A) der Mitte/Düsenaustrittsbohrung (16) vom ebenen Ende (14) der Sacklochbohrung (13) wie 1 :3,1 bis 1:3,5.

2. Vollstrahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (27) einen Fasenwinkel von etwa 30° oder etwa 45° und eine "Hefe von etwa 0,5 mm aufweist

3. Vollstranldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß «üe Abru/idung an der Kante (27) des in die Sacklochbohrung (13) hineinragenden Endes (27) der Bohrung (16) de, Düsenmundstücks (15) einen Radius von 03 bis 1,5 mm aufweist

4. Vollstrahldüse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (C : D) der Bohrung (20) im Ventilsitz (19) und der Sacklochbohrung (13) im Gehäuse (10) 1 :1,1 bis 1 :1,5 beträgt

5. 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.

6. Vollstrahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (F: C) der Ventilku- so gel (21) zur Bohrung (20) im Ventilsitz (19) 1 :0,9 bis 1 : 0^7 beträgt

7. Vollstrahldiwe 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 bisl : 1,8 beträgt