EP0825335A1 - Spray nozzle for piston cooling of an internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a spray nozzle for the piston cooling of an internal combustion engine according to the genus of the main claim.
- the pistons In highly loaded internal combustion engines, the pistons often have to be cooled in order to Avoid too high piston temperatures. An excessively high piston temperature has a negative effect on the fatigue strength, especially with light metal materials of the piston. In addition, sometimes occur at very high piston temperatures Problems due to thermal carbon build-up and deposits in the Piston ring grooves on. Further increase with the increase in Piston temperature due to thermal expansion the deviations from the original piston geometry. The areas of highest temperatures of the The piston crown depends on the position of the spark plug, the valve geometry and the ignition timing. The range of highest temperatures is mostly in Exhaust valve area.
- DE 31 25 835 C2 also discloses a spray nozzle for piston cooling an internal combustion engine is known in which the mouth channel by folding a Tube is formed, the shape of the mouth channel of the circular shape deviates.
- a spray nozzle is known with which two or more Oil jets are generated that cover different areas of the piston crown act upon.
- the invention is based on the object of a spray nozzle for the Piston cooling to improve an internal combustion engine so that over the entire Operating temperature range of the internal combustion engine and the lubricating oil and A targeted, bundled one, especially at high lubricating oil temperatures Actuation of the piston and thus effective cooling is achieved.
- a such spray nozzle should be simple and inexpensive to manufacture and without structural changes to the internal combustion engine instead of the generic Spray nozzles can be used.
- the distance between which is less than twice Diameter of the larger mouth channel is targeted and safe It is also possible to apply pressure to the piston crown at high oil temperatures.
- the mouth channels according to the invention form at the same Total flow rate compared to a conventional spray nozzle even at high Oil temperatures and high pressures laminar flows within the channel that prevent the oil jet from fanning out prematurely. It has been shown that through the formation of two closely adjacent mouth channels a jet pattern is achieved in which already about 10 mm to 30 mm after the nozzle mouth Bundling into a full jet takes place. A concomitant improvement in Piston cooling can be achieved without structural changes to the internal combustion engine.
- nozzle holder or in the corresponding receiving bore of the internal combustion engine used nozzle holder can be designed just like conventional spray nozzles.
- a particularly good and sharp bundling of the oil jet results when the The diameter of the muzzle channels is between 0.8 mm and 1.5 mm.
- a particularly favorable flow pattern within the mouth channel and one associated sharp bundling of the emerging oil jet results if the entrance area into the mouth channel is expanded conically.
- the spray nozzle 1 shown in Fig. 1 for the piston cooling of an internal combustion engine consists essentially of a support member 2 and an associated Nozzle end piece 3.
- the carrier component 2 has a bottom section 4 and one of them outgoing sleeve-shaped section 5.
- In the bottom section 4 are a Inlet bore 6 and an adjoining valve seat 7 are formed.
- In the built-in State of the spray nozzle 1 is the supply bore 6 with the lubricating oil circuit Internal combustion engine connected.
- Inside the sleeve-shaped section 5 is a with the valve seat 7 cooperating valve member 8, which in this Embodiment is designed as a valve ball.
- the valve member 8 is against Effect of the oil flowing through the supply bore 6 by a spring 9 against the Valve seat 7 pressed and acts as a check valve.
- the spring 9 is supported on the one hand on the valve member 8 and on the other hand on a circumferential shoulder 10 of the Nozzle end piece 3.
- the nozzle end piece 3 consists of two cylindrical sections, a first one Section 11 of larger diameter and a second section 12 smaller Diameter. Between the two cylindrical sections 11 and 12 is a conical transition area 13 formed. The nozzle end piece 3 is so in that Carrier component 2 used that the free end face 14 of the first section 11 abuts a circumferential shoulder 15 of the support member 2. By flanging the free edge 16 of the support member, the nozzle end piece is held. The free edge or the flanged section of the free edge 16 is then on the conical Transition 13 at. Starting from the free end face 14 runs in the first cylindrical section 11 a bore 17 which is conical up to the shoulder 10 tapered towards. Two parallel outlet channels 19 extend from the bottom 18 of this bore, 20, which extend into and penetrate the second section 12. The entry area 21, 22 of the two outlet channels 19, 20 is towards the bore 17 expanded conically. The cone angle is approximately in this embodiment 45 °.
- the two outlet channels 19 and 20 have the in this embodiment same dimensions, i.e. Length and diameter d are the same.
- the diameter d of the two mouth channels is 1.2 mm in this embodiment. However, it is easily possible to change the diameter depending on the oil pressure, Nozzle length and distance of the piston crown between 0.8 mm and 1.5 mm vary.
- the distance a between the two outlet channels 19, 20 is in this Embodiment 1.5 mm, but can range between about 1.0 mm and 2.0 mm can be varied. To bundle the two as early as possible to achieve partial beams emerging in a full jet, the distance a should both mouth channels are kept relatively small, i.e. the distance a should be smaller than twice the mouth channel diameter d.
- valve member 8 is designed as a valve cone. Through this Training can be compared to the spherical design of the valve member 8 achieve a significant reduction in switching hysteresis.
- the nozzle end piece in Depends on the required oil throughput the available one Oil pressure and the distance of the nozzle end piece from the one to be charged Piston plate also more than two outlet channels can be provided.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Spritzdüse für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches.The invention relates to a spray nozzle for the piston cooling of an internal combustion engine according to the genus of the main claim.
In hochbelasteten Brennkraftmaschinen müssen häufig die Kolben gekühlt werden, um zu hohe Kolbentemperaturen zu vermeiden. Eine übermäßig hohe Kolbentemperatur wirkt sich insbesondere bei Leichtmetallwerkstoffen negativ auf die Dauerfestigkeit des Kolbens aus. Darüber hinaus treten bei sehr hohen Kolbentemperaturen mitunter Probleme durch thermisch bedingten Ölkohleaufbau und durch Ablagerungen in den Kolbenringnuten auf. Weiterhin vergrößern sich mit der Zunahme der Kolbentemperatur aufgrund der Wärmedehnung die Abweichungen von der ursprünglichen Kolbengeometrie. Die Bereiche höchster Temperaturen des Kolbenbodens sind abhängig von der Lage der Zündkerze, der Ventilgeometrie und dem Zündzeitpunkt. Dabei liegt der Bereich höchster Temperaturen zumeist im Bereich der Auslaßventile.In highly loaded internal combustion engines, the pistons often have to be cooled in order to Avoid too high piston temperatures. An excessively high piston temperature has a negative effect on the fatigue strength, especially with light metal materials of the piston. In addition, sometimes occur at very high piston temperatures Problems due to thermal carbon build-up and deposits in the Piston ring grooves on. Further increase with the increase in Piston temperature due to thermal expansion the deviations from the original piston geometry. The areas of highest temperatures of the The piston crown depends on the position of the spark plug, the valve geometry and the ignition timing. The range of highest temperatures is mostly in Exhaust valve area.
Eine wirksame und relativ preisgünstige Lösung zur Senkung der Kolbenbodentemperaturen ist die Anspritzung des Kolbenbodens mit Schmieröl aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine. Dazu werden im Bereich des Kurbelgehäuses bzw. des Kurbeltriebes Spritzdüsen angeordnet, die mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden sind und deren Ölstrahl auf die Unterseite des Kolbenbodens gerichtet ist. Eine derartige Spritzdüse ist beispielsweise in der DE 40 12 475 C2 beschrieben. Bei derartigen Kolbendüsen zur Ausbildung eines Vollstrahls hat sich gezeigt, daß mit zunehmender Temperatur des Öls und damit einhergehender Verringerung der Ölviskosität bei gleichzeitig höheren Öldrücken eine Auffächerung des Ölstrahls erfolgt, so daß kein gezielter, gebündelter Ölstrahl mehr an den Kolbenboden gelangt.An effective and relatively inexpensive solution to reduce the Piston plate temperatures is the injection of the piston plate with lubricating oil the oil circuit of the internal combustion engine. This will be done in the area of the crankcase or the crank mechanism spray nozzles arranged with the lubricating oil circuit Internal combustion engine are connected and their oil jet to the bottom of the Piston head is directed. Such a spray nozzle is for example in the DE 40 12 475 C2 described. In such piston nozzles to form a Full jet has been shown to increase with the temperature of the oil and thus associated reduction in oil viscosity with higher oil pressures The oil jet is fanned out so that there is no longer a targeted, concentrated oil jet reaches the piston crown.
Aus der DE 31 25 835 C2 ist darüber hinaus eine Spritzdüse für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Mündungskanal durch Faltung eines Rohres gebildet wird, wobei die Form des Mündungskanals von der Kreisform abweicht.DE 31 25 835 C2 also discloses a spray nozzle for piston cooling an internal combustion engine is known in which the mouth channel by folding a Tube is formed, the shape of the mouth channel of the circular shape deviates.
Aus der DE 25 05 019 A1 ist eine Spritzdüse bekannt, mit der zwei oder mehr Ölstrahlen erzeugt werden, die unterschiedliche Bereiche des Kolbenbodens beaufschlagen.From DE 25 05 019 A1 a spray nozzle is known with which two or more Oil jets are generated that cover different areas of the piston crown act upon.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Spritzdüse für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine so zu verbessern, daß über den gesamten Betriebstemperaturbereich der Brennkraftmaschine und des Schmieröls und insbesondere bei hohen Schmieröltemperaturen eine gezielte, gebündelte Beaufschlagung des Kolbens und damit eine wirksame Kühlung erreicht wird. Eine derartige Spritzdüse soll dabei einfach und kostengünstig herzustellen sein und ohne bauliche Änderungen an der Brennkraftmaschine anstelle der gattungsgemäßen Spritzdüsen eingesetzt werden können.The invention is based on the object of a spray nozzle for the Piston cooling to improve an internal combustion engine so that over the entire Operating temperature range of the internal combustion engine and the lubricating oil and A targeted, bundled one, especially at high lubricating oil temperatures Actuation of the piston and thus effective cooling is achieved. A such spray nozzle should be simple and inexpensive to manufacture and without structural changes to the internal combustion engine instead of the generic Spray nozzles can be used.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved with the characterizing features of Main claim solved.
Durch die Ausbildung mindestens zweier zumindest annähernd paralleler Mündungskanäle in der Spritzdüse, deren Abstand kleiner ist als der zweifache Durchmesser des größeren Mündungskanals, ist eine gezielte und sichere Beaufschlagung des Kolbenbodens auch bei hohen Öltemperaturen möglich. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Mündungskanäle bilden sich bei gleicher Gesamtdurchflußmenge gegenüber einer herkömmlichen Spritzdüse auch bei hohen Temperaturen des Öls und hohen Drücken laminare Strömungen innerhalb des Kanals aus, die eine frühzeitige Auffächerung des Ölstrahls verhindern. Dabei hat sich gezeigt, daß durch die Ausbildung zweier eng benachbarter Mündungskanäle ein Strahlbild zu erzielen ist, bei dem bereits etwa 10 mm bis 30 mm nach der Düsenmündung eine Bündelung zu einem Vollstrahl erfolgt. Eine damit einhergehende Verbesserung der Kolbenkühlung ist ohne bauliche Änderungen an der Brennkraftmaschine zu erzielen. Es braucht gegenüber herkömmlichen Spritzdüsen nur das mit den Mündungskanälen versehene Endstück gegen ein Endstück mit zwei oder mehr parallelen Mündungskanälen ausgetauscht werden. Der Düsenträger bzw. der in die entsprechende Aufnahmebohrung der Brennkraftmaschine eingesetzte Düsenträger kann genau wie bei herkömmlichen Spritzdüsen ausgebildet werden.By forming at least two at least approximately parallel Mouth channels in the spray nozzle, the distance between which is less than twice Diameter of the larger mouth channel is targeted and safe It is also possible to apply pressure to the piston crown at high oil temperatures. Through the Formation of the mouth channels according to the invention form at the same Total flow rate compared to a conventional spray nozzle even at high Oil temperatures and high pressures laminar flows within the channel that prevent the oil jet from fanning out prematurely. It has been shown that through the formation of two closely adjacent mouth channels a jet pattern is achieved in which already about 10 mm to 30 mm after the nozzle mouth Bundling into a full jet takes place. A concomitant improvement in Piston cooling can be achieved without structural changes to the internal combustion engine. Compared to conventional spray nozzles, only the one with the muzzle channels is required provided end piece against an end piece with two or more parallel Mouth channels are exchanged. The nozzle holder or in the corresponding receiving bore of the internal combustion engine used nozzle holder can be designed just like conventional spray nozzles.
Eine besonders gute und scharfe Bündelung des Ölstrahls ergibt sich, wenn der Druchmesser der Mündungskanäle etwa zwischen 0,8 mm und 1,5 mm liegt.A particularly good and sharp bundling of the oil jet results when the The diameter of the muzzle channels is between 0.8 mm and 1.5 mm.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Bündelung des sich ergebenden Vollstrahls besonders gut und die Auffächerung besonders gering sind, wenn der Abstand der Mündungskanäle im Bereich zwischen 1 mm und 2 mm beträgt.It has also been shown that the bundling of the resulting full jet are particularly good and the fanning out is particularly small if the distance of the Mouth channels in the range between 1 mm and 2 mm.
Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Durchmesser der zwei oder mehr Mündungskanäle gleich ist. Dadurch ergibt sich ein besonders gleichmäßig ausgebildeter Vollstrahl, der sehr genau auf den Kolbenboden des zu kühlenden Kolbens ausgerichtet werden kann.It is also particularly advantageous if the diameter of the two or more Muzzle channels is the same. This results in a particularly even result trained full jet, which very precisely on the piston crown of the to be cooled Piston can be aligned.
Ein besonders günstiger Strömungsverlauf innerhalb des Mündungskanals und eine damit einhergehende scharfe Bündelung des austretenden Ölstrahls ergibt sich, wenn der Eingangsbereich in den Mündungskanal kegelförmig erweitert ist.A particularly favorable flow pattern within the mouth channel and one associated sharp bundling of the emerging oil jet results if the entrance area into the mouth channel is expanded conically.
Ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau einer derartigen Spritzdüse wird erreicht, wenn diese ein Düsenendstück mit den darin ausgebildeten Mündungskanälen aufweist, das in ein hülsenartiges Trägerbauteil eingesetzt ist. In diesem trägerartigen Hülsenbauteil kann dann beispielsweise ein Rückschlagventil integriert sein.A particularly simple and inexpensive construction of such a spray nozzle will achieved when this a nozzle end piece with the mouth channels formed therein has, which is inserted into a sleeve-like carrier component. In this strap-like A check valve can then be integrated into the sleeve component, for example.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.Further advantages and advantageous developments of the invention result from the Subclaims and the description.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. An embodiment of the invention is in the following description and Drawing explained in more detail.
Letztere zeigt in
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spritzdüse,
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch ein Düsenendstück dieser Spritzdüse,
- Fig. 3
- eine Draufsicht auf die Austrittsseite des Düsenendstückes und
- Fig. 4
- eine Abwandlung des Trägerbauteils nach Fig. 1.
- Fig. 1
- 2 shows a longitudinal section through a spray nozzle according to the invention,
- Fig. 2
- a longitudinal section through a nozzle end piece of this spray nozzle,
- Fig. 3
- a plan view of the outlet side of the nozzle end piece and
- Fig. 4
- a modification of the support member of FIG. 1st
Die in Fig. 1 dargestellte Spritzdüse 1 für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine
besteht im wesentlichen aus einem Trägerbauteil 2 und einem damit verbundenen
Düsenendstück 3. Das Trägerbauteil 2 hat einen Bodenabschnitt 4 und ein davon
ausgehenden hülsenförmigen Abschnitt 5. Im Bodenabschnitt 4 sind eine
Zulaufbohrung 6 und ein daran angrenzender Ventilsitz 7 ausgebildet. Im eingebauten
Zustand der Spritzdüse 1 ist die Zuführbohrung 6 mit dem Schmierölkreislauf der
Brennkraftmaschine verbunden. Im Inneren des hülsenförmigen Abschnittes 5 ist ein
mit dem Ventilsitz 7 zusammenwirkendes Ventilglied 8 geführt, das in diesem
Ausführungsbeispiel als Ventilkugel ausgebildet ist. Das Ventilglied 8 wird gegen die
Wirkung des über die Zuführbohrung 6 strömenden Öls durch eine Feder 9 gegen den
Ventilsitz 7 gepreßt und wirkt als Rückschlagventil. Die Feder 9 stützt sich einerseits
am Ventilglied 8 und andererseits an einer umlaufenden Schulter 10 des
Düsenendstückes 3 ab.The
Das Düsenendstück 3 besteht aus zwei zylindrischen Abschnitten, einem ersten
Abschnitt 11 größeren Durchmessers und einem zweiten Abschnitt 12 kleineren
Durchmessers. Zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten 11 und 12 ist ein
kegelförmiger Übergangsbereich 13 ausgebildet. Das Düsenendstück 3 ist so in das
Trägerbauteil 2 eingesetzt, daß die freie Stirnseite 14 des ersten Abschnittes 11 an
einer umlaufenden Schulter 15 des Trägerbauteils 2 anliegt. Durch Umbördeln des
freien Randes 16 des Trägerbauteils wird das Düsenendstück gehalten. Der freie Rand
bzw. der umgebördelte Abschnitt des freien Randes 16 liegt dann am kegelförmigen
Übergang 13 an. Von der freien Stirnseite 14 ausgehend verläuft im ersten
zylindrischen Abschnitt 11 eine Bohrung 17, die sich kegelförmig bis zur Schulter 10
hin verjüngt. Vom Boden 18 dieser Bohrung gehen zwei parallele Mündungskanäle 19,
20 aus, die sich bis in den zweiten Abschnitt 12 erstrecken und diesen durchdringen.
Der Eintrittsbereich 21, 22 der beiden Mündungskanäle 19, 20 ist zur Bohrung 17 hin
kegelförmig erweitert. Der Kegelwinkel beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa
45°.The
Die beiden Mündungskanäle 19 und 20 haben in diesem Ausführungsbeispiel die
gleichen Abmessungen, d.h. Länge und Durchmesser d sind gleich. Der Durchmesser
d der beiden Mündungskanäle beträgt in diesem Ausführungsbeispiel jeweils 1,2 mm.
Es ist jedoch ohne weiteres möglich, den Durchmesser in Abhängigkeit von Öldruck,
Düsenlänge und Abstand des Kolbenbodens zwischen 0,8 mm und 1,5 mm zu
variieren. Der Abstand a der beiden Mündungskanäle 19, 20 beträgt in diesem
Ausführungsbeispiel 1,5 mm, kann jedoch im Bereich zwischen etwa 1,0 mm und
2,0 mm variiert werden. Um eine möglichst frühzeitige Bündelung der beiden
austretenden Teilstrahle in einen Vollstrahl zu erreichen, sollte der Abstand a der
beiden Mündungskanäle relativ klein gehalten werden, d.h. der Abstand a sollte kleiner
als der zweifache Mündungskanaldurchmesser d sein.The two
In Fig. 4 ist eine Abwandlung des in Fig. 1 beschriebenen Trägerbauteils 2 dargestellt,
das sich durch die Ausbildung des Rückschlagventils von diesem unterscheidet. In
dieser Abwandlung ist das Ventilglied 8 als Ventilkegel ausgebildet. Durch diese
Ausbildung läßt sich gegenüber der kugeligen Ausbildung des Ventilgliedes 8 eine
deutliche Verringerung der Schalthysterese erzielen.4 shows a modification of the
Es hat sich im Zusammenhang mit Untersuchungen der erfindungsgemäßen Düse gegenüber herkömmlichen Spritzdüsen mit nur einem Mündungskanal gezeigt, das sich bei gleichbleibender Durchflußmenge gegenüber einer Bohrung mit größerem Durchmesser die Reynoldszahlen und die laminaren Anlaufstrecken deutlich reduzieren lassen. Die kleineren Reynoldszahlen bei der erfindungsgemäßen Spritzdüse mit zwei oder mehr Mündungskanälen stellen sicher, daß die Strömung auch noch bei hohen Temperaturen und damit geringeren Viskositäten und auch bei höheren Drücken und damit höheren Strömungsgeschwindigkeiten laminar bleibt und nicht in den Bereich turbulenter Strömungen gerät. Aufgrund der Drosselwirkung der relativ kleinen Durchmesser der Mündungskanäle stellt sich zusätzlich innerhalb des Trägerbauteils ein höherer Gegendruck ein, der sich positiv auf die Hysterese zwischen Öffnungs- und Schließdruck des Rückschlagventiles auswirkt. Damit ist ein sicheres und definiertes Öffnungs- und Schließverhalten des Rückschlagventils innerhalb eines sehr engen Druckbereiches möglich.It has been found in connection with investigations of the nozzle according to the invention compared to conventional spray nozzles with only one orifice, the with a constant flow rate compared to a hole with a larger one Diameter significantly reduce the Reynolds numbers and the laminar start-up sections to let. The smaller Reynolds numbers in the spray nozzle according to the invention with two or more mouth channels ensure that the flow is still high Temperatures and thus lower viscosities and also at higher pressures and so that higher flow velocities remain laminar and not in the range turbulent flows. Due to the throttling effect of the relatively small The diameter of the outlet channels is also within the support component a higher back pressure, which has a positive effect on the hysteresis between opening and Closing pressure of the check valve affects. This is a safe and defined one Opening and closing behavior of the check valve within a very narrow Pressure range possible.
Im Gegensatz zum hier dargestellten Ausführungsbeispiel können im Düsenendstück in Abhängigkeit von dem erforderlichen Öldurchsatz, dem zur Verfügung stehenden Öldruck und der Entfernung des Düsenendstückes vom zu beaufschlagenden Kolbenboden auch mehr als zwei Mündungskanäle vorgesehen werden. Dabei ist eine symmetrische Anordnung der Düsenkanäle vorteilhaft. So können beispielsweise drei Mündungskanäle so angeordnet werden, daß ihre Achsen ein gleichseitiges Dreieck bilden.In contrast to the exemplary embodiment shown here, the nozzle end piece in Depends on the required oil throughput, the available one Oil pressure and the distance of the nozzle end piece from the one to be charged Piston plate also more than two outlet channels can be provided. There is one symmetrical arrangement of the nozzle channels advantageous. For example, three Mouth channels are arranged so that their axes form an equilateral triangle form.
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Family Applications (1)
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| EP97110179A Expired - Lifetime EP0825335B1 (en) | 1996-08-17 | 1997-06-21 | Spray nozzle for piston cooling of an internal combustion engine |
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