EP1156198B1 - Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1156198B1
EP1156198B1 EP01106078A EP01106078A EP1156198B1 EP 1156198 B1 EP1156198 B1 EP 1156198B1 EP 01106078 A EP01106078 A EP 01106078A EP 01106078 A EP01106078 A EP 01106078A EP 1156198 B1 EP1156198 B1 EP 1156198B1
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EP
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piston
spray nozzles
bore
spray
cylinder
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EP01106078A
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EP1156198A3 (de
EP1156198A2 (de
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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 for internal combustion engines.
  • a spray nozzle made of a bent tube is positioned by means of a bracket and a screw on the inside of a crankcase so that a certain area of the piston crown is molded.
  • the invention has for its object to make the production and assembly of the spray nozzles rational.
  • the turned part can be produced fully automatically by machining cost-effectively and in consistent quality.
  • Figure 1 shows in cross section a crankcase 1 with oil supply holes 2a, 2b which are integrated in a pressure circulation lubrication and which penetrate the crankcase 1 in the longitudinal direction.
  • About holes 3a, 3b is the crankshaft bearings Lubricating oil supplied.
  • the lubricating oil is also used for piston cooling.
  • the piston cooling takes place in a known manner by spray nozzles 4 which are arranged in L Lucassbohrept5 the bulkheads 6, which are located between the crank chambers.
  • the supply of the oil to the spray nozzle 4 takes place from the oil supply bore 2b via the bore 3a for the bearing lubrication and a bore 7.
  • the holes 3a and 7 are interconnected by a recess 8.
  • the spray nozzle 4 generates an 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 made as a turned part.
  • the spray nozzle 4 has a central blind bore 10, which is closed by a plug 11.
  • the supply of cooling oil via a central oil supply hole 12. This is after installation in the longitudinal bore 5 in coincidence with the bore 7 in the bulkhead 6. (Fig. 1)
  • the cooling oil is sprayed by means of the injection holes 13a, 13b.
  • the advantage of the spray nozzles 4 according to the invention is to be seen in the fact that they can be produced solely by machining, ie by means of automatic lathes. In the manufacture of mass-produced vehicles, which undoubtedly represent vehicle engines, the cost issue is crucial.
  • FIG. 3 shows a view of the crankcase 1 from the oil pan side.
  • Each of the bulkheads 6 has a longitudinal bore 5. These longitudinal bores 5 penetrate the bulkhead walls 6 coaxially and run parallel to the center line of a crankshaft.
  • the spray nozzles 4 are installed oriented so that the ejected from the spray holes 13a, 13b oil jets 9 (Fig. 1) meet the intended target.
  • the tool consists essentially of a hydraulic piston-cylinder unit (KZE) 14.
  • the cylinder 15 is rigidly connected to a positioning arm 16 - for example a robot - connected.
  • two axially freely movable piston 17 a, 17 b are arranged in the cylinder 15 .
  • the piston 17a has an end piece 18 which engages over the spray nozzle 4a already installed in a bulkhead wall 6a in order to support itself.
  • a pressure can build up in the cylinder 15 which moves the second piston 17b, which presses the spray nozzle 4b into the bore of the second bulkhead 6b, so that it is reliably protected against displacement and rotation.
  • Due to the freely movable piston 17a, 17b in the cylinder 15, the positioning arm 16 can be held torque-free despite the very high forces for pressing in the spray nozzles 4a, 4b.
  • the installation can thus be fully automatic by means of robots.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen.
  • Zur Kolbenkühlung von Brennkraftmaschinen ist es bekannt mit Spritzdüsen gegen die Unterseite eines Kolbenbodens zu spritzen. Als Kühlmedium dient Schmieröl aus der Druckumlaufschmierung. Bei einer 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.
  • Weiterhin ist aus der US-A-4 010 718 eine Anordnung bekannt, bei der als Drehteile ausgebildete Spritzdüsen in den Schottwänden des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, wobei die Ölzufuhr mittels in den Schottwänden verlaufender Ölversorgungsbohrungen erfolgt und die Spritzdüsen gegen die Unterseiten der Kolben gerichtet sind. Die Montage der Spritzdüsen erfolgt mittels eines Werkzeuges.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung und die Montage der Spritzdüsen rationeller zu gestalten.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1.
  • Dadurch, dass die Spritzdüsen als kompaktes Drehteil vorgefertigt werden, entfallen zeitraubende Arbeiten.
  • Das Drehteil kann vollautomatisch rein durch spanabhebende Bearbeitung kostengünstig und in gleich bleibender Qualität hergestellt werden.
  • Eine vorteilhafte Verwendung eines Werkzeugs bei der Herstellung der Kolbenkühlung nach Anspruch 1 ist dem Anspruch 3 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
  • 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. Die Kolbenkühlung erfolgt in bekannter Weise durch Spritzdüsen 4 die in Längsbohrungen5 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 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 Drehteil hergestellt. Die Spritzdüse 4 weist eine zentrale Sackbohrung 10 auf, welche durch einen Stopfen 11 verschlossen wird. 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-ZylinderEinheit (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.

Claims (3)

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