DE3537147A1 - Kolbenkuehlung fuer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenkühlung für Brennkraft­ maschinen gemäß Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Nach der DE-PS 9 68 013 ist eine Kolbenkühlung für Brenn­ kraftmaschinen bekannt, bei der aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine Öl abgezweigt und mittels einer Vorrichtung z. B. einer Düse, gegen das Innere des Kolben­ bodens gespritzt wird. Der Vorrichtung ist ein Organ zuge­ ordnet, das derart vom vollen Öldruck in der Schmieröllei­ tung gesteuert wird, daß bei Absinken dieses Druckes unter eine Grenze, z. B. den Leerlaufdruck der Ölpumpe, der Durchfluß des Öls durch die Vorrichtung blockiert ist.

Die Höhe des Öldrucks in der Schmierölleitung ist außer von der Drehzahl der Brennkraftmaschine d. h. der Drehzahl der Ölpumpe noch von der Temperatur und der Viskosität des Öls abhängig. Da bei kaltem Öl ein hoher und bei warmem Öl ein niedriger Druck in der Schmierölleitung herrscht, wer­ den die Kolben bei warmem Öl zu wenig und bei kaltem Öl zu viel gekühlt. Diese Kühlungsmethode ist nachteilig, da bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei jenen mit einem of­ fenen Brennraum, eine direkte Abhängigkeit der Qualität der Abgasemission von der Kolbentemperatur besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Kolbentemperatur so zu regeln, daß der Kolben optimal gekühlt wird und keine durch eine ungenügende Kühlung des Kolbens verursachte hö­ here Abgasemission eintritt.

Dadurch, daß die Vorrichtung aus einem Regelventil be­ steht, welches den Durchgang in Abhängigkeit von der Öl­ temperatur im Schmierölkreislauf steuert, ist der Kolben optimal gekühlt, und es tritt keine, durch eine ungenügen­ de Kühlung des Kolbens verursachte, höhere Abgasemission auf.

Bei kaltem Motor ist auch das Schmieröl kalt, und das Re­ gelventil ist geschlossen, d.h. kein Öl erreicht den Kol­ benboden. Dies ist auch der Fall, wenn die Drehzahl des Motors und damit der Ölpumpe stark steigt. Somit kann der Kolben, ohne unnötig gekühlt zu werden, seine Betriebstem­ peratur erreichen. Erst wenn die Temperatur des Öls einen bestimmten Wert übersteigt, öffnet das Regelventil den Durchgang, und die Kolbenkühlung beginnt.

Vorteilhafterweise ist das Regelventil durch eine Feder gesteuert, wobei die Feder aus einer Memory-Legierung be­ steht. Memory-Legierungen sind allgemein bekannt, z.B. Tautzenberger, P. und Stöckel, D., Zeitschrift für wirt­ schaftliche Fertigung, 78 (10), 1983, S. 486 bis 488. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß sie ihre innere Struktur in Abhängigkeit von der Temperatur ändern, wobei das Gitter der Legierung in eine Hochtemperaturphase und in eine Nie­ dertemperaturphase mit jeweils geordneter Gitterstruktur übergehen kann. Eine Feder aus einer Memory-Legierung kann demnach so hergestellt sein, daß sie bis zu einer gewis­ sen, von der Art und Vorbehandlung der Legierung bestimm­ ten Temperatur unausgelenkt verharrt und oberhalb dieser Temperatur durch Übergang in die Hochtemperaturphase eine Längendehnung zeigt. Der Phasenübergang vollzieht sich da­ bei in einem Temperaturbereich von nur ca. 10-20 K. Da dieser Temperaturbereich bei Erwärmung des Motors sehr schnell durchlaufen wird, geschieht die Längenänderung plötzlich. Die Memory-Feder ist demnach mit einem 2-Punkt­ schalter zu vergleichen, der nur zwei Schaltungszustände aufweist und ohne Zeitverzug von einem in den anderen Zu­ stand wechseln kann. Da dieser Prozeß über hohe Zyklenzah­ len reversibel ist, eignen sich diese Federn bestens für das erfindungsgemäße Regelventil.

Zweckmäßigerweise ist die Feder in geschlossenem und offe­ nem Zustand des Regelventils vom Schmieröl beaufschlagt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß die Feder in allen Stellungen des Regelventils die Temperatur des Schmieröls aufweist.

Ist sinnvollerweise parallel zu dem durch die Feder gere­ gelten Durchgang des Regelventils eine Bypaßleitung ange­ ordnet, wobei die Feder in Strömungsrichtung hinter der Bypaßleitung liegt, so umfließt auch im geschlossenen Zu­ stand des Regelventils eine bestimmte, durch den Quer­ schnitt der Bypaßleitung und der Drehzahl der Ölpumpe vor­ bestimmte Menge Öl die Feder und hält die Temperatur der Feder auf der des Öls.

Es ist von Vorteil, wenn der Durchgang des Regelventils durch eine Kugel als Sperrorgan verschließbar ist, wobei die Kugel durch eine Druckfeder in Schließstellung kraft­ beaufschlagt ist und die Memory-Feder einen Druckkolben so bewegt, daß dieser die Kugel in Offenstellung des Regel­ ventils entgegen der Kraft der Druckfeder aus der Schließ­ stellung hebt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und den Zeichnungen, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kolbenkühlung,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Regelven­ til.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kolbenkühlung, wobei ein Kol­ ben 2 in einem Zylinderrohr 9 geführt ist. Im Kolbenboden ist eine Brennraummulde 10 angeordnet und in der zum Zy­ linderrohr 9 gewandten Fläche des Kolbens liegen drei Ver­ tiefungen 11 zur Aufnahme von Kolbenringen. Am Zylinder­ rohr 9 sind an seiner Außenfläche Kühlrippen 12 ange­ bracht. Der Kolben 2 ist durch eine Pleuelstange 13 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle verbunden. Um das unte­ re, zur Kurbelwelle gewandte Ende des Zylinderrohrs 9 ist ein angenähert U-förmig gebogenes Spritzrohr 14 gelegt, welches den Auslaß 15 (Fig. 2) eines erfindungsgemäßen Re­ gelventils 3 bildet und mit einer Düse 17 versehen ist, die einen Ölstrahl 18 an die zu kühlenden Stellen des Kol­ benbodens lenkt. Das Regelventil 3 ist über eine Leitung 19 mit einer Hauptschmierölleitung 1 der Brennkraftmaschi­ ne verbunden. Dem Regelventil 3 benachbart ist die Nocken­ welle 20 angeordnet, die eine Stößelstange 21 steuert.

Das erfindungsgemäße Regelventil 3 ist in Fig. 2 darge­ stellt und zeigt ein zylinderförmiges Gehäuse, wovon ein Teil 23 im Durchmesser geringer ist als das andere Teil 24. In dem Teil 23 ist ein Hochdruckraum 25 angeordnet, während im anderen Teil 24 ein Niederdruckraum 26 unterge­ bracht ist. Der Niederdruckraum 26 ist über eine Bohrung 27 und eine Bypaßleitung 5 mit geringerem Querschnitt als die Bohrung 27 mit dem Hochdruckraum 25 verbunden. In den Stirnseiten des zylinderförmigen Gehäuses hat der Nieder­ druckraum 26 einen Auslaß 15 und auf der entgegengesetzten Seite der Hochdruckraum 25 einen Einlaß 16. Im Hochdruck­ raum 25 ist eine, vorteilhafterweise aus einem schmieröl­ unempfindlichen Material bestehende, Kugel 6 angeordnet, die von einer Druckfeder 7 auf die Bohrung 27 gedrückt wird und diese verschließt. Der Durchmesser der Kugel 6 ist größer als der Durchmesser der Bohrung 27. Dadurch kann die Kugel 6 nicht in die Bohrung 27 rutschen. Die Druckfeder 7 stützt sich sowohl auf der Stirnseite des Hochdruckraums 25, in der auch der Einlaß 16 angeordnet ist, als auch auf der Kugel 6 ab. Die dem Einlaß 16 abge­ wandte Stirnseite der Druckfeder 7 ist im Durchmesser kleiner als die zum Einlaß 16 gewandte Stirnseite der Druckfeder, wobei der Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der Kugel 6 und damit die Kugel mit unge­ fähr einem Viertel ihres Radius in die Druckfeder 7 hin­ einragt und somit von ihr mit seitlichem Halt geführt wird. Die Druckfeder hat demnach einen pyramidenförmigen Querschnitt.

Im Niederdruckraum 26 ist dem Auslaß 15 benachbart an der Stirnseite des Niederdruckraums 26 ein Ring 28 angeordnet, der die Abstützung für eine innerhalb des Hochdruckraums 26 befindliche Feder 4 aus einer Memory-Legierung bildet. Die Feder 4 ist als Schraubenfeder ausgebildet. An der entgegengesetzten Seite ist die Feder 4 von einem zylin­ derförmigen Druckkolben 8 abgestützt, der im Niederdruck­ raum 26 geführt ist. An der zur Bohrung 27 gewandten Stirnseite des Druckkolbens 8 hat dieser eine Nase 29, die in die Bohrung hineinragt und im unausgelenkten Zustand der Feder 4 an der die Bohrung 27 verschließenden Kugel 6 in etwa anliegt. Im ausgelenkten Zustand der Feder 4 wird der Druckkolben 8 von der Feder 4 in Richtung Bohrung 27 geschoben, und die Nase 29 des Druckkolbens 8 stößt die Kugel 6 im Hochdruckraum 25 entgegen der Kraft der Druck­ feder 7 aus der Bohrung 27 heraus, und der Durchgang durch das Regelventil 3 ist geöffnet. Damit der Druckkolben 8 für das Öl durchlässig ist, sind im Druckkolben Bohrungen 30 angeordnet.

Im geschlossenen Zustand des Regelventils 3 ist die Feder 4 im Niederdruckraum 26 unausgelenkt und die Nase 29 des Druckkolbens 8 liegt in etwa an der die Bohrung 27 ver­ schließenden Kugel 6 an. Im Hochdruckraum 25 wird die Ku­ gel 6 vom Öldruck und von der Druckfeder 7 in die Bohrung gedrückt. Die Bohrung 27 ist demnach geschlossen. Da je­ doch durch die Bypaßleitung 5 immer eine Leckrate an Öl durch das Regelventil 3 fließt, gelangt ständig Öl in den Niederdruckraum 26 und hält damit die Feder 4 auf der Tem­ peratur des Öls im Schmierölkreislauf. Steigt die Tempera­ tur des Öls und die Feder 4 mit der Memory-Legierung hat sich schlagartig, in der Art eines 2-Punktschalters, aus­ gedehnt, so stößt die Feder 4 den Druckkolben 8 und damit die Nase 29 in Richtung Bohrung 27, und die Nase 29 stößt die Kugel 6 entgegen dem Öldruck und der Kraft der Druck­ feder 7 aus der Bohrung 27. Der Durchgang ist für das Öl freigelegt, und die Kolbenkühlung beginnt.

Claims (6)

1. Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen, bei der aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine Öl abge­ zweigt und mittels einer Vorrichtung gegen die zu kühlen­ den Stellen des Kolbens (2) gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Re­ gelventil (3) besteht, welches den Durchgang in Abhängig­ keit von der Öltemperatur im Schmierölkreislauf steuert.

2. Kolbenkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Regelventil (3) durch eine Feder (4) gesteu­ ert ist, wobei die Feder (4) aus einer Memory-Legierung hergestellt ist.

3. Kolbenkühlung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) im ge­ schlossenen und im offenen Zustand des Regelventils (3) vom Schmieröl beaufschlagt ist.

4. Kolbenkühlung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem durch die Feder (4) geregelten Durchgang des Regelventils (3) eine Bypaßleitung (5) angeordnet ist.

5. Kolbenkühlung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang des Regel­ ventils (3) durch eine Kugel (6) als Sperrorgan ver­ schließbar ist, wobei die Kugel (6) durch eine Druckfeder (7) in Schließstellung des Ventils (3) kraftbeaufschlagt ist.

6. Kolbenkühlung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Memory-Feder (4) einen Druckkolben (8) so be­ wegt, daß dieser die Kugel (6) in Offenstellung des Regel­ ventils (3) entgegen der Kraft der Druckfeder (7) aus der Schließstellung hebt.