EP1156198A2 - Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1156198A2
EP1156198A2 EP01106078A EP01106078A EP1156198A2 EP 1156198 A2 EP1156198 A2 EP 1156198A2 EP 01106078 A EP01106078 A EP 01106078A EP 01106078 A EP01106078 A EP 01106078A EP 1156198 A2 EP1156198 A2 EP 1156198A2
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spray nozzles
piston
spray
cylinder
bore
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Heribert Dipl.-Ing. Möller
Josef Ing. Winter
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MAN Truck and Bus SE
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MAN Nutzfahrzeuge AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/06—Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/08—Cooling of piston exterior only, e.g. by jets

Definitions

  • the invention relates to a piston cooling system for internal combustion engines the generic term of claim 1.
  • the invention is therefore based on the object, the manufacture and assembly of the To make spray nozzles more efficient.
  • the spray nozzles are prefabricated as a compact turned part time-consuming work such as pipe bending, soldering, etc. Furthermore, the spray nozzles Use a tool, for example a robot, to insert it slightly into the longitudinal hole.
  • the orientation of the spray jet is clearly defined by the oriented installation Damage due to insufficient piston cooling can be excluded. At a bent pipe as a spray nozzle, this precision can not be guaranteed.
  • the manual installation can be carried out for mass products such as vehicle engines no longer be represented.
  • the turned part can be fully automatically inexpensive by machining and be produced in consistent quality.
  • Figure 1 shows in cross section a crankcase 1 with oil supply holes 2a, 2b are integrated in a pressure lubrication system and which the crankcase 1 in Penetrate lengthwise.
  • the crankshaft bearings are connected via bores 3a, 3b Lubricating oil supplied.
  • the lubricating oil is also used for piston cooling.
  • the piston is cooled by spray nozzles 4 in longitudinal bores 5 of the bulkheads 6 are arranged, which are located between the crank rooms.
  • the oil is supplied to the spray nozzle 4 from the oil supply hole 2b via the Bore 3a for the bearing lubrication and a bore 7.
  • the bores 3a and 7 are interconnected by a recess 8.
  • the spray nozzle 4 produces one Oil jet 9 which is directed against an underside of a piston crown.
  • a spray nozzle 4 is shown in detail in FIG.
  • the spray nozzle 4 is as pure Turned part manufactured.
  • the spray nozzle 4 has a central blind bore 10, which we closed it with a stopper 11.
  • the cooling oil is supplied via a central oil supply bore 12. After installation in the longitudinal bore 5 in Cover with the bore 7 in the bulkhead 6. (Fig. 1)
  • the spraying of the cooling oil takes place by means of the spray holes 13a, 13b.
  • the advantage of the spray nozzles according to the invention 4 can be seen in the fact that they are processed solely by machining, that is by means of Automatic lathes that can be created. When manufacturing mass-produced items like this Representing vehicle engines without a doubt, the cost issue is critical.
  • FIG 3 shows a view of the crankcase 1 from the oil pan side.
  • Each of the Bulkhead 6 has a longitudinal bore 5. Penetrate these longitudinal bores 5 the bulkheads 6 coaxial and parallel to the center line of a crankshaft.
  • the spray nozzles 4 are installed in such a way that the oil jets 9 (FIG. 1) sprayed from the spray holes 13a, 13b target the Hit the target.
  • These spray nozzles 4 are installed using a tool as shown in FIG. 4 is.
  • the tool essentially consists of a hydraulic piston-cylinder unit (KZE) 14.
  • the cylinder 15 is rigid with a positioning arm 16 - for example of a robot - connected.
  • the piston 17a has an end piece 18, which is already in a bulkhead 6a built-in spray nozzle 4a over to support.
  • a cylinder 15 can be inserted Build up pressure that moves the second piston 17b, which drives the spray nozzle 4b presses into the bore of the second bulkhead 6b so that it prevents displacement and torsion is reliably protected.
  • Pistons 17a, 17b can be used to press in the spray nozzles 4a, despite the very high forces. 4b, the positioning arm 16 is kept torque-free. Installation can thus fully automated using robots.
  • FIG. 5 shows a spray nozzle according to the prior art.
  • the spray nozzle is there from a bent tube, which is connected to a console by a solder connection is.
  • the console in turn is screwed onto a machined surface, so that the spray jet is directed against the piston crown.
  • Disadvantage of this device it is that the tube is connected to the console via a solder connection.
  • This Solder connection is not automatically possible.
  • the screwing of the Console also eludes automatic assembly, and is also an exact one Positioning very difficult to reach.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen. Die Kolben von Brennkraftmaschinen werden in der Regel durch Spritzdüsen gekühlt, welche Öl aus der Umlaufschmierung gegen den Kolbenboden spritzen. Der Einbau solcher Spritzdüsen 4 in ein Kurbelgehäuse ist relativ aufwendig, da die Positionierung stimmen muß, um den Ölstrahl zielgerecht gegen den Kolbenboden zu lenken. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß jede der Spritzdüsen 4 als kompaktes Drehteil ausgebildet ist, daß die Spritzdüsen 4 mittels Werkzeug orientiert in Längsbohrungen 5 der Schottwände 6 eingesetzt werden, wobei die Längsbohrungen 5 die zwischen den Zylinderräumen angeordneten Schottwände 6 koaxial und parallel zur Kurbelwelle durchdringen und jede der Spritzdüsen 4 über eine Bohrung 7 in der Schottwand 6 an die Druckumlaufschmierung angeschlossen ist. Da die als Drehteil vorgefertigte Spritzdüse 4 präzise gefertigt ist, ist der orientierte Einbau in Längsbohrungen 5 der Schottwände 6 kein Problem. Die Montage ist somit wesentlich zeit- und kostengünstiger auszuführen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Zur Kolbenkühlung von Brennkraftmaschinen ist es bekannt mit Spritzdüsen gegen die Unterseite eines Kolbenbodens zu spritzen. Als Kühlmedium dient Schmieröl aus der Druckumlaufschmierung. Bei der bekannten Lösung wird eine aus einem gebogenen Rohr bestehende Spritzdüse mittels einer Konsole und einer Schraube auf der Innenseite eines Kurbelgehäuses so positioniert, daß ein bestimmter Bereich des Kolbenbodens angespritzt wird.
Ein Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß die aus dem Rohr gebildete Spritzdüse zunächst mittels Lötung mit der Konsole verbunden wird. Anschließend wird diese Konsole mit einer Schraube an der Innenseite des Kurbelgehäuses befestigt. Diese Montagearbeit läßt sich aber wegen der schweren Zugänglichkeit nur von Hand erledigen und ist folglich sehr kostspielig, ebenso wie die Lötverbindung von Konsole und Spritzdüse.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung und die Montage der Spritzdüsen rationeller zu gestalten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.
Dadurch, daß die Spritzdüsen als kompaktes Drehteil vorgefertigt werden entfallen zeitraubende Arbeiten wie Rohrbiegen, Löten etc.. Ferner lassen sich die Spritzdüsen mittels Werkzeug, beispielsweise Roboter, leicht in die Längsbohrung orientiert einsetzen.
Durch den orientierten Einbau ist die Lage des Spritzstrahles eindeutig definiert und Schäden durch mangelhafte Kolbenkühlung können ausgeschlossen werden. Bei einem gebogenen Rohrstück als Spritzdüse kann diese Präzision nicht garantiert werden. Der manuelle Einbau kann bei Massenprodukten, wie sie Fahrzeugmotoren darstellen, nicht mehr vertreten werden.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Drehteils kann Anspruch 2 entnommen werden.
Das Drehteil kann vollautomatisch rein durch spanabhebende Bearbeitung kostengünstig und in gleichbleibender Qualität hergestellt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen 3 und 4 zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine vorteilhafte Ausführung des Werkzeuges zum Einbau der Spritzdüsen ist in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1
einen Querschnitt I-I durch ein Kurbelgehäuse mit Längsbohrung und Bohrung für die Zufuhr des Spritzöls
Fig. 2
einen Schnitt durch eine als Drehteil ausgebildete Spritzdüse
Fig. 3
eine Ansicht des Kurbelgehäuses von der Ölwanne her gesehen mit eingebauten Spritzdüsen
Fig. 4
ein Werkzeug zum positionierten Einbau der Spritzdüsen in die Längsbohrungen
Fig. 5
einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse mit rohrförmigen Spritzdüsen nach dem Stand der Technik
Figur 1 zeigt im Querschnitt ein Kurbelgehäuse 1 mit Ölzufuhrbohrungen 2a, 2b welche in eine Druckumlaufschmierung integriert sind und welche das Kurbelgehäuse 1 in Längsrichtung durchdringen. Über Bohrungen 3a, 3b wird den Kurbelwellenlagern Schmieröl zugeführt. Das Schmieröl wird auch zur Kolbenkühlung herangezogen. Erfindungsgemäß erfolgt die Kolbenkühlung durch Spritzdüsen 4 die in Längsbohrungen 5 der Schottwände 6 angeordnet sind, welche sich zwischen den Kurbelräumen befinden. Die Zufuhr des Öls zur Spritzdüse 4 erfolgt von der Ölzufuhrbohrung 2b über die Bohrung 3a für die Lagerschmierung und eine Bohrung 7. Die Bohrungen 3a und 7 sind durch eine Ausnehmung 8 untereinander verbunden. Die Spritzdüse 4 erzeugt einen Ölstrahl 9 der gegen eine Unterseite eines Kolbenbodens gerichtet ist. Durch den erfindungsgemäßen Einbau der Spritzdüsen 4 läßt sich die Richtung der Ölstrahlen 9 genau festlegen.
Eine Spritzdüse 4 ist in Figur 2 im Detail dargestellt. Die Spritzdüse 4 ist als reines Drehteil hergestellt. Die Spritzdüse 4 weist eine zentrale Sackbohrung 10 auf, welche durch einen Stopfen 11 verschlossen wir. Die Zufuhr des Kühlöls erfolgt über eine mittige Ölzufuhrbohrung 12. Diese ist nach dem Einbau in die Längsbohrung 5 in Deckung mit der Bohrung 7 in der Schottwand 6. ( Fig. 1 ) Das Abspritzen des Kühlöls erfolgt mittels der Spritzlöcher 13a, 13b. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Spritzdüsen 4 ist darin zu sehen, daß sie allein durch spanabhebende Bearbeitung, also mittels Drehautomaten, erstellbar sind. Bei der Herstellung von Massenartikeln wie sie Fahrzeugmotoren ohne Zweifel darstellen ist die Kostenfrage entscheidend.
Figur 3 zeigt eine Ansicht des Kurbelgehäuses 1 von der Ölwannenseite her. Jede der Schottwände 6 weist eine Längsbohrung 5 auf. Diese Längsbohrungen 5 durchdringen die Schottwände 6 koaxial und verlaufen parallel zur Mittellinie einer Kurbelwelle.
In diese Längsbohrungen 5 werden die Spritzdüsen 4 derart orientiert eingebaut, daß die von den Spritzlöchern 13a, 13b abgespritzten Ölstrahlen 9 ( Fig. 1 ) das anvisierte Ziel treffen.
Der Einbau dieser Spritzdüsen 4 erfolgt mittels eines Werkzeuges wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Das Werkzeug besteht im wesentlichen aus einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (KZE) 14. Der Zylinder 15 ist starr mit einem Positionierarm 16 - beispielsweise eines Roboters - verbunden. Im Zylinder 15 sind zwei axial freibewegliche Kolben 17a, 17b angeordnet. Der Kolben 17a verfügt über ein Endstück 18, welches die schon in eine Schottwand 6a eingebaute Spritzdüse 4a übergreift, um sich abzustützen. Sobald das Endstück 18 an der Schottwand 6 anliegt kann sich im Zylinder 15 ein Druck aufbauen, welcher den zweiten Kolben 17b bewegt, welcher die Spritzdüse 4b in die Bohrung der zweiten Schottwand 6b einpreßt, so daß diese gegen Verschiebung und Verdrehung zuverlässig geschützt ist. Durch die im Zylinder 15 frei beweglichen Kolben 17a, 17b kann trotz der sehr hohen Kräfte zum Einpressen der Spritzdüsen 4a, 4b der Positionierarm 16 drehmomentfrei gehalten werden. Der Einbau kann somit mittels Roboter vollautomatisch erfolgen.
Figur 5 zeigt eine Spritzdüse gemäß dem Stand der Technik. Die Spritzdüse besteht aus einem gebogenen Rohr, welches mit einer Konsole durch eine Lötverbindung verbunden ist. Die Konsole wiederum wird auf einer bearbeiteten Fläche angeschraubt, so daß der Spritzstrahl gegen den Kolbenboden gerichtet ist. Nachteil dieser Vorrichtung ist es, daß das Rohr über eine Lötverbindung mit der Konsole verbunden ist. Diese Lötverbindung ist nicht ohne weiteres automatisch herstellbar. Die Verschraubung der Konsole entzieht sich ebenfalls der automatischen Montage, zudem ist eine exakte Positionierung sehr schwer erreichbar.

Claims (4)

  1. Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen, bei der von einer in eine Druckumlaufschmierung integrierten Schmierölbohrung im Kurbelgehäuse ausgehende Spritzdüsen gegen die Kolbenunterseite gerichtet sind und die Spritzdüsen orientiert ans Kurbelgehäuse angebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spritzdüsen (4) als kompaktes Drehteil ausgebildet ist, daß die Spritzdüsen (4) mittels Werkzeug orientiert in Längsbohrungen (5) der Schottwände (6) eingesetzt werden, wobei die Längsbohrungen (5) die zwischen den Zylinderräumen angeordneten Schottwände (6) koaxial und parallel zur Kurbelwelle durchdringen und jede der Spritzdüsen (4) über eine Bohrung (7) in der Schottwand (6) an die Druckumlaufschmierung angeschlossen ist.
  2. Kolbenkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzdüse (4) als vollzylindrisches Drehteil mit zentraler Sackbohrung (10) ausgebildet ist, deren freies Ende mit einem Stopfen (11) verschlossen ist, daß die Spritzdüse (4) mindestens zwei zur Mitte symmetrische Spritzlöcher (13a, 13b ) aufweist, und daß eine mittige Ölzufuhrbohrung (12) vorgesehen ist die beim Einbau mit der Bohrung (7) in der Schottwand (6) fluchtet.
  3. Kolbenkühlung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzdüsen (4) zur Fixierung mit Preßsitz in die Längsbohrungen (5) eingesetzt werden.
  4. Kolbenkühlung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug zum Einbau der Spritzdüsen (4) als eine hydraulische Kolbenzylindereinheit (14) (KZE) ausgebildet ist, wobei der Zylinder (15) dieser KZE (14) mit einem Positionierarm (16), beispielsweise eines Roboters, starr verbunden ist und im Zylinder (15) nach beiden Seiten axial bewegliche Kolben (17a, 17b) vorgesehen sind, daß dabei einer der Kolben (17b) die zum Einbau vorgesehene Spritzdüse (4b) aufnimmt, während der andere Kolben (17a) so geformt ist, daß er eine schon eingebaute Spritzdüse (4a) übergreift und sich gegen die Schottwand (6) abstützt, und daß der Zylinder (15) noch erfolgter Positionierung der KZE (14) mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird.
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