EP1629182A1 - Spritzdüse zur kolbenkühlung bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

Spritzdüse zur kolbenkühlung bei einer brennkraftmaschine

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EP1629182A1
EP1629182A1 EP04731186A EP04731186A EP1629182A1 EP 1629182 A1 EP1629182 A1 EP 1629182A1 EP 04731186 A EP04731186 A EP 04731186A EP 04731186 A EP04731186 A EP 04731186A EP 1629182 A1 EP1629182 A1 EP 1629182A1
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EP
European Patent Office
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spray nozzle
webs
cooling fluid
nozzle
cross
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EP04731186A
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English (en)
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EP1629182B1 (de
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Stefan Gehrig
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SchmitterGroup AG
Original Assignee
SchmitterGroup AG
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Publication date
Application filed by SchmitterGroup AG filed Critical SchmitterGroup AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1629182B1 publication Critical patent/EP1629182B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F01P3/10—Cooling by flow of coolant through pistons
    • 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 spray nozzle for piston cooling of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine.
  • the 5 outlet orifice for cooling fluid is designed with an outlet geometry or an outlet cross section, which prevents the outlet of cooling fluid into an inner region which lies within an imaginary extension of the outlet mouth and is surrounded by the otherwise sprayed-out cooling fluid.
  • Cooling water or engine oil are used as cooling media and passed through channels.
  • the internal combustion engine components are also wetted with cooling medium on their surfaces. In the case of the internal combustion engine, this applies in particular to the piston crown.
  • the 5 wetting can take place with engine oil via a cooling channel of the piston.
  • the applied oil absorbs the heat and flows back into the oil circuit, which is constantly cooled.
  • a large diameter spray tube is required to apply oil.
  • a bundled cooling medium jet with common nozzle shapes cannot be realized with these.
  • the cross-shaped surfaces of the guide piece standing transversely in the oil flow would restrict the passage of the feed bore in the nozzle for dirt particles so considerably that the nozzle could easily become completely blocked.
  • the oil jet outlet end of this nozzle is realized at the front by a simple, cylindrical muzzle.
  • the bundling of the cooling oil jet is only promoted by the physical effect of the cohesion between the individual oil particles in the jet.
  • EP-B-0 825 335 also addresses the problem of achieving a targeted, concentrated action on the piston and thus effective cooling by preventing the oil jet from fanning out prematurely.
  • PORSCHE use is made of a plurality of outlet channels which run in a nozzle end piece and which run parallel to one another.
  • the promotion of the bundling should serve a targeted dimensioning of the mouth channel diameters and the distances of the mouth channels from one another.
  • one is dependent on the physical effect of cohesion in order to bundle the emerging partial beams into a full beam.
  • the proposed, relatively small distance between the mouth channels also serves this purpose.
  • EP-B-0 057 790 (CATERPILLAR) is based on a similar principle of action, according to which, in the case of a coolant nozzle, a first cooling oil outlet of larger diameter is surrounded by a ring of 5 rows of cooling oil outlets of smaller diameter.
  • a vacuum zone is created which is curved by the curved beam cross-sectional profile.
  • a dome for the plastic deformation of a tube-like blank is proposed.
  • the tube walls have to be pressed against the mandrel in order to adapt to the cross section of the dome. After that, it may be difficult to separate the mandrel and the plastically deformed nozzle tube piece.
  • the invention has for its object to avoid and eliminate the disadvantages arising from the prior art in a generic 5 spray nozzle to simplify and simplify the manufacture and to further optimize the beam.
  • To solve the spray nozzle specified in claim 1 is proposed.
  • Optional, advantageous embodiments of this invention result from the dependent claims.
  • the cooling fluid flow inside the nozzle is broken down into a plurality of individual partial jets by means of the webs, these can be grouped in a common row around the (vacuum) zone kept free of cooling fluid and thus shield the vacuum zone even better from ambient pressure , As a result, an even greater reduction 5 in the (negative) pressure compared to ambient atmospheric pressure is achieved in the negative pressure zone, with the further consequence that the individual jets are “sucked” even more strongly into the negative pressure inner region and thus converge.
  • the invention opens up the further advantageous embodiment that the thickness of the 5 webs can be minimized in relation to the thickness or the “diameter” of the individual partial beams, as a result of which the distances between adjacent partial beams are also minimized.
  • the advantage achieved in this way is an even denser shielding of the negative pressure inner region from atmospheric pressure, with the resultant further lowering of the inner region pressure.
  • a simplification of the construction and manufacturing method can usually be achieved by means of structures that are as uniform or symmetrical as possible.
  • An advantageous embodiment consists in the fact that the webs - starting from the transformation surrounding the outlet mouth - extend towards the center of the outlet cross-section, in particular with a cylindrical basic shape, extend radially o and meet or intersect there. Alternatively, the webs can meet a particularly pronounced, for example disc-like inner part, via which the webs are connected. This creates an easily manageable or mountable fragmentation insert, which can be inserted quickly into the nozzle outlet mouth, preferably in a cross or star shape.
  • the inner part sufficiently large with a diameter or an extension which exceed the thickness of the webs and at least one fifth of the thickness, of the Diameter or the otherwise cross-sectional extent that the outer contour or 0 conversion of the nozzle outlet mouth takes.
  • a particularly inexpensive method of manufacture results when the beam fragmentation insert is produced as a single piece, for example in plastic injection molding or the like and / or from sintered steel or from an otherwise heat and / or Oil-resistant and abrasion-resistant material is produced, the inner part and the webs being connected to one another in one piece or otherwise integrated.
  • the webs do not need, or at least not all, to run to the inside of the cross section of the exit mouth;
  • the webs it is also conceivable for the webs to run like straight or curved chords of a circular or other round arc and thus to delimit circular segments or other round segments.
  • the vacuum inner region / intrinsic zone is delimited by a series of partial beams lying next to one another in a circular segment shape in the form of a circle. Since the associated tendons formed by the webs can meet in their concave corners, this special design makes it possible to achieve a particularly effective shielding of the vacuum inner zone / inner region.
  • the invention is not only limited to supporting the possible inner part by means of the webs against the inner wall of the nozzle.
  • the inner part in particular in an elongated mandrel or stem shape, could be held from the inside of the nozzle, for example from the inlet of the nozzle, by means of a soldered-in wire or the like.
  • Figure 1 schematically shows an arrangement of a spray nozzle for wetting a
  • An internal combustion engine piston connected to a crankshaft or the like via a connecting rod;
  • Figure 2 shows an embodiment of the spray nozzle according to the invention in
  • Figure 3 shows the spray nozzle in longitudinal section along line III-III in Figure 2;
  • FIG. 4 shows a representation corresponding to FIG. 3 with a radiation
  • FIG. 5 shows a longitudinal view of the spray nozzle according to FIGS. 2-4.
  • a piston 2 is linearly guided in an engine block 1 for carrying out lifting movements.
  • the piston strokes are coupled out to a crankshaft or the like via connecting rod devices 3 or the like.
  • an inlet pipe 4 for cooling fluid for example motor oil, extends from the engine block 1 and runs in alignment with the reciprocating piston 2.
  • the inlet pipe 4 has in its end facing the piston 2 the spray nozzle 5 according to the invention, of which a composite total cooling fluid jet 6 is injected directly to the nozzle outlet vacuum region 7.
  • the spray nozzle 5 is realized in the free end region of the feed pipe 4 with a tapered pipe section 8, in which a cross-shaped fragmentation insert 9 is located.
  • this can be structured according to the cross shape into four radial webs 10 and a central inner part 11, into which the webs 10 merge.
  • the outer contour of the inner part 11 between two respective webs 10 is designed with a radius of, for example, 0.2 mm, whereby the inner part 11 is approximately given a disk shape.
  • the rounded inner part 11 has a diameter of approximately 2 mm, while the inner diameter of the tapered tube section 8 is approximately 4.3 mm. This results in an exit area for the remainder of the tapered • pipe section 8 by flowing in the direction of flow 12 cooling medium of from about 7.63 mm 2.
  • FIGS. 2 and 3 Further, purely exemplary dimensions are given in FIGS. 2 and 3.
  • a tube section taper 8 in the cooling fluid flow direction 12 to an inner diameter of approximately 4.2 mm results in a conversion of the potential pressure energy in the tube section with a larger diameter into additional kinetic energy.
  • the outlet sectors 13 are delimited by the rounded outer contour of the inner part 11, respective adjacent webs 10 and the hollow cylindrical inner wall 14 of the nozzle outlet mouth 15.
  • the central axis 16 of the nozzle tube section 8 runs approximately congruently with the position
  • the thickness of the web is approximately 0.8 mm and thus makes up less than one fifth of the diameter of the outlet cross section or the outlet mouth 15 of the spray nozzle 5.
  • the distances between the individual cooling fluid outlet sectors 13 in the circumferential direction of the tube are kept sufficiently small by the
  • the cooling fluid flow is thus initially divided into the individual partial jets 17 by means of the fragmentation insert 9 when the nozzle exits.
  • a bulge 18 of the outer is also marked Radiation contour, which can be attributed to diverging beam spreading tendencies that exist per se. These are compensated for by the vacuum inner region 7, which gives rise to stronger forces on the cooling fluid jet directed into the jet interior.
  • the individual partial beams are not drawn in the longitudinal view of FIG. 5 because they would also not be visible to the human eye in reality.

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Abstract

Spritzdüse für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine, deren Kühlfluid-Ausgangsmündung mit einer Austrittsgeometrie gestaltet ist, die den Austritt von Kühlfluid in einen Innenbereich verhindert, der innerhalb einer gedachten Verlängerung der Ausgangsmündung liegt und vom sonst heraus gespritzten Kühlfluid umgeben ist, durch eine Mehrzahl von den Austrittsquerschnitt der Ausgangsmündung (15) derart durchsetzenden Stegen (10), dass eine Fragmentlerung des austretenden KühlfluidDüsentroms (12) in einzelne Teilstrahlen (17) erfolgt, die um den von Kühlfluid freigehaltenen Innenbereich (7) herum angeordnet sind.

Description

Spritzdüse zur Kolbenkühlung bei einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Spritzdüse für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors. Bei dieser Spritzdüse ist die 5 Ausgangsmünduπg für Kühlfluid mit einer Austrittsgeometrie bzw. einem Austrittsquerschnitt gestaltet, die bzw. der den Austritt von Kühlfluid in einen Innenbereich verhindert, der innerhalb einer gedachten Verlängerung der Ausgaπgsmündung liegt und vom sonst herausgespritzten Kühlfluid umgeben ist.
0 Bei hohen thermischen Belastungen von Bauteilen in oder an Verbrennungsmotoren ist der Einsatz von Kühlsystemen notwendig. Als Kühlmedien werden zum Beispiel Kühlwasser oder Motorenöl eingesetzt und durch Kanäle geleitet. Die Verbrennungsmotor-Bauteile werden auch an ihren Oberflächen mit Kühlmedium benetzt. Dies gilt beim Verbrennungsmotor insbesondere für den Kolbenboden. Die 5 Benetzung kann mit Motorenöl über einen Kühlkanal des Kolbens stattfinden. Das aufgebrachte Öl nimmt die Wärme auf und fließt in den Ölkreislauf zurück, der ständig gekühlt wird.
Um eine gezielte Kühlung am richtigen Ort mit einer minimalen Öimenge zu erreichen, o muss sehr genau ein Zielort und mit dem Kühlmedium getroffen werden. Speziell bei
Verwendung von Kühlkanälen ist ein gebündelter Strahl mit Kühlmedium notwendig.
Dies lässt sich mit kleinen Düsendurchmessern und einer speziell geformten
Düsengeometrie bei üblichen Verbrennungsmotoren realisieren, in deren Ölkreislauf ein Druck von ca. 2,5 - 5 bar vorherrscht. Bei hohen thermischen Belastungen wird 5 eine Öimenge von bis zu 10 kg Kühlöl pro Minute je Kolben benötigt. Um diese
Öimenge aufzubringen, ist ein Spritzrohr mit einem großen Durchmesser notwendig.
Bei diesen ist ein gebündelter Kühlmediumsstrahl mit gängigen Düsenformen nicht realisierbar.
0 Auch nach der Patentschrift DE 23 43 655 (Motoren- und Turbinen-Union Friedrichshafen GmbH) ist bei der Zuführung von Öl zum Kühlraum im Kolben durch eine am Zylinder-Kurbelgehäuse befestigte Freistrahl-Düse darauf zu achten, dass im Sinne eines hohen Kühlöl-Durchsatzes von der Freistrahl-Düse ein möglichst gebündelter Ölstrahl erzeugt wird, der eine Fangöffnung am Kolben erreicht, damit auch in der oberen Totpunktstellung des Kolbens ein ausreichender Kühlöldurchsatz im Kolben erreicht wird. Zur Förderung der Bündelung des Ölstrahls wird der Einsatz eines als Kreuz ausgebildeten Führungsstücks am in Strömungsrichtung hinteren Eingangsende der Düse angesprochen, aber sogleich wieder verworfen. Die quer im 5 Ölstrom stehenden, kreuzförmigen Flächen des Führungsstücks würden die Durchgängigkeit der Zuführungsbohrung in der Düse für Schmutzteilchen so erheblich einschränken, dass es leicht zur totalen Verstopfung der Düse kommen könnte. Das Ölstrahl-Austrittsende dieser Düse ist stirnseitig durch eine einfache, zylindrische Mündungsbohrung realisiert. Die Bündelung des Kühlölstrahls wird hier nur durch den 0 physikalischen Effekt der Kohäsion zwischen den einzelnen Ölteilchen im Strahl gefördert.
Auch in EP-B-0 825 335 (PORSCHE) wird das Problem angegangen, eine gezielte, gebündelte Beaufschlagung des Kolbens und damit eine wirksame Kühlung durch 5 Verhinderung einer frühzeitigen Auffächerung des Ölstrahls zu erreichen. Dafür wird von mehreren, in einem Düsenendstück verlaufenden Mündungskanälen Gebrauch gemacht, welche parallel zueinander verlaufen. Der Förderung der Bündelung soll eine gezielte Dimensionierung der Müπdungskanal-Durchmesser und der Abstände der Mündungskaπäle voneinander dienen. Letztendlich ist man auch hier auf den o physikalischen Effekt der Kohäsion angewiesen, um eine Bündelung der austretenden Teilstrahlen zu einem Vollstrahl zu erreichen. Dem dient auch der vorgeschlagene, relativ geringe Abstand der Mündungskanäle voneinander. Auf einem gleichartigen Wirkungsprinzip beruht auch die Lehre aus EP-B-0 057 790 (CATERPILLAR), wonach bei einer Kühlmittel-Düse ein erster Kühlöl-Auslass größeren Durchmessers von einer 5 Reihe Kühlöl-Auslässen geringeren Durchmessers ringartig umgeben ist.
In WO-A-01/14699 (SCANIA) ist eine Kühlmittel-Düse zur Kolbenkühlung beschrieben, wobei das frühzeitige Fragmentieren des Kühlmittelstrahls in Frage gestellt wird, weil damit von der angestrebten Kreiszyliπder-Form des Strahles abgewichen und o stattdessen ein sich konisch spreizender Strahl ergeben würde. Zur Abhilfe wird am Düsenausgang eine Kühlmittel-Auslassöffnung in der Form eines einzigen, gekrümmten Öffnungsschlitzes mit U- oder C-Profil vorgeschlagen, um eine Fragmentierung des Strahles zu verhindern. Dieser soll durch die vorgeschlagene Form für eine weite Entfernung in einem kompakten Zustand gehalten werden. Dies soll darauf beruhen, dass eine Expansion des Strahles nach innen, gegen den Mittelbereich des gekrümmten Querschnittes, ermöglicht wird, wobei Verbreiterungskräfte auf den Strahl reduziert werden würden. Mittels einer inneren Zwischenwandung, welche gegenüberliegende Schenkel oder Abschnitte des U- bzw. 5 C-Öffnungsschlitzes voneinander trennt, wird nämlich eine Unterdruck-Zone geschaffen, die von dem gekrümmten Strahl-Querschnittsprofil umkurvt wird. Zur Herstellung einer solchen Düse wird der Einsatz eines Domes zur plastischen Verformung eines rohrartigen Rohteiles vorgeschlagen. Die Rohrwände müssen dabei gegen den Dorn gepresst werden, um eine Anpassung an den Dom-Querschnitt zu 0 erreichen. Danach dürfte es schwierig sein, Dorn und plastisch verformtes Düsenrohrstück voneinander zu lösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung bzw. Beseitigung der sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile bei einer gattungsgemäßen 5 Spritzdüse die Herstellbarkeit zu erleichtern und zu vereinfachen sowie die Strahlbündelung weiter zu optimieren. Zur Lösung wird die im Patentanspruch 1 angegebene Spritzdüse vorgeschlagen. Optionale, vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
0 Indem erfiπdungsgemäß der Kühlfluid-Strom innerhalb der Düse mittels der Stege in eine Mehrzahl einzelner Teilstrahlen zerlegt wird, können diese in einer gemeinsamen Reihe um die von Kühlfluid-strahlenfrei gehaltene (Unterdruck-) Zone herumgruppiert sein und somit die Unterdruckzone noch besser gegenüber Umgebungsdruck abschirmen. Dadurch wird in der Unterdruck-Zone eine noch stärkere Herabsetzung 5 des (Unter-) Druckes gegenüber Atmosphären-Umgebungsdruck erreicht mit der weiteren Folge, dass die einzelnen Strahlen noch stärker in den Unterdruck- Innenbereich „gesaugt,, werden und damit konvergieren. Diese zum Unterdruck- Innenbereich gerichteten, erfindungsgemäß effektiv verstärkten Kräfte ergeben eine spürbare Beschleunigung der Bündelung der Teilstrahlen bzw. deren o Wiedervereinigung zu einem Gesamtstrahl, mit dem präzise der Boden oder dergleichen eines Verbrennungsmotorkolbens an spezifizierter Stelle benetzt und gekühlt werden kann. Durch den erfindungsgemäßen Düsenaustritt wird also der Kühlstrahl zunächst gezielt zerteilt. Durch die genannten physikalischen Gegebenheiten werden die einzelnen Teilstrahlen nach dem Austritt wieder zu einem sehr stabilen Strahl zusammen geführt. Mit dieser Methode lässt sich der Anforderung „großer Volumenstrom und kleines Zielfeld,, Rechnung tragen.
Die Erfindung eröffnet die weitere vorteilhafte Ausgestaltung, dass sich die Dicke der 5 Stege im Verhältnis zur Dicke bzw. zum „Durchmesser,, der einzelnen Teilstrahlen minimieren lässt, wodurch auch die Abstände zwischen benachbarten Teilstrahlen minimal werden. Der dabei erzielte Vorteil besteht in einer noch dichteren Abschirmung des Unterdruck-Innenbereichs gegenüber Atmosphärendruck mit einer daraus resultierenden, weiteren Absenkung des Innenbereich-Druckes. Über die 0 erfindungsgemäß eröffnete Möglichkeit, in Relation zur Querschnittsdicke der Teilstrahlen außerordentlich dünn dimensionierte Stege einsetzen zu können, lässt sich die anzustrebende Idealstruktur für den Kühlfluid-Gesamtstrahl - ringförmig geschlossener Strahleπquerschnitt - recht gut annähern.
5 Eine Vereinfachung der Konstruktions- und Herstellungsweise lässt sich in der Regel durch möglichst gleichmäßige bzw. symmetrische Strukturen erreichen. So besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass die Stege - ausgehend von der die Ausgaπgsmündung umgrenzenden Umwanduπg - sich zur Mitte des Austrittsquerschnitts hin erstrecken, insbesondere bei zylindrischer Grundform radial o verlaufen und sich dort miteinander treffen oder kreuzen. Alternativ können die Stege auf ein besonders ausgeprägtes, beispielsweise scheibeπartiges Inneπteil treffen, über den die Stege verbunden sind. Dabei entsteht ein leicht handhabbarer bzw. montierbarer und schnell in die Düsen-Ausgangsmündung einsetzbarer Fragmentierungseinsatz vorzugsweise in Kreuz- oder Sternform. Um den Austritt von 5 Kühlfluid im von den Teilstrahlen begrenzten Innenbereich in möglichst effektiven Umfang zu verhindern, ist es zweckmäßig, den Innenteil ausreichend groß mit einem Durchmesser oder einer Erstreckung zu gestalten, welche die Dicke der Stege übersteigen und wenigstens ein Fünftel der Dicke, des Durchmessers oder der sonst querschnittlichen Erstreckung ausmachen, den bzw. die die Außenkontur oder 0 Umwandung der Düsen-Ausgangsmündung einnimmt.
Eine besonders billige Herstellungsweise ergibt sich dann, wenn der Strahl- Fragmentierungseinsatz als ein einziges Stück beispielsweise in Kunststoff-Spritzguss oder dergleichen und/oder aus Sinterstahl oder aus einem sonst hitze- und/oder ölbeständigem und abriebfesten Material hergestellt ist, wobei der Iπnenteil und die Stege miteinander einstückig verbunden oder sonst wie integriert sind. Alternativ liegt es im Rahmen der Erfindung, ein separates Innenteil gesondert herzustellen und dann durch die gegen die Innenwandung der Austrittsmündung abgestützten Stege zu halten.
Gemäß einer alternativen Ausbildung der Erfindung brauchen die Stege nicht, oder wenigstens nicht alle, zum Innern des Querschnitts der Ausgangsmünduπg zu verlaufen; zur Erzieluπg der erfindungsgemaß angestrebten Wirkungen ist es auch denkbar, dass die Stege wie geradlinige oder gekrümmte Sehnen eines Kreis- oder sonst rundlichen Bogens verlaufen und so Kreissegmente oder sonstige rundliche Segmente begrenzen. So ist es denkbar, dass der Unterdruck-Innenbereich/Iππenzone von einer Reihe von ringartig nebeneinander liegenden Teilstrahlen in Kreissegmentform begrenzt ist. Da die zugehörigen, durch die Stege gebildeten Sehnen sich in ihren konkave Ecken bildenden Ecken treffen können, lässt sich mit dieser speziellen Ausbildung eine besonders wirksame Abschirmung der Unterdruck- Innenzone/Iπnenbereich erzielen.
Die Erfindung ist nicht nur darauf beschränkt, den etwaigen Innenteil mittels der Stege gegenüber der Düsen-Innenwandung abzustützen. Alternativ oder zusätzlich könnte der Innenteil, insbesondere in länglicher Dorn- oder Stielform, vom Düseπinneren her, beispielsweise vom Eingang der Düse her, mittels eines eingelöteten Drahts oder dergleichen gehalten sein.
Die Stege in der Düsen-Ausgangsmündung ergeben unvermeidlich eine gewisse Drosselung der Kühlfluid-Strömung in der Düse, wobei auch Turbulenzen innerhalb der Strömung entstehen können. Um gleichwohl dem aus der Düse austretenden Kühlfluid in den Teilstrahleπ ausreichende Bewegungsenergie zu verleihen, ist nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung vorgesehen, den Stegen in Strömungsrichtung Mittel vorzuschalten, welche das Kühlfluid beschleunigen bzw. dessen Strömungsgeschwindigkeit erhöhen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen, Effekte und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
Figur 1 schematisch eine Anordnung einer Spritzdüse zum Benetzen eines
Verbrennungsmotor-Kolbens, der über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle oder dergleichen verbunden ist;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spritzdüse in
Stirnansicht gemäß Richtung II in Figur 3;
Figur 3 die Spritzdüse im Längsschnitt gemäß Linie lll-lll in Figur 2;
Figur 4 eine Figur 3 entsprechende Darstellung mit einem Strahlen-
Längsschnitt; und
Figur 5 eine Längsansicht auf die Spritzdüse gemäß Figuren 2-4.
Gemäß Figur 1 ist in an sich bekannter Weise in einem Motorblock 1 ein Kolben 2 zur Ausführung von Hubbewegungen linear geführt. Die Kolbenhübe werden, wie an sich bekannt, über Pleueleinrichtungen 3 oder dergleichen an eine Kurbelwelle oder dergleichen ausgekoppelt. Zur Kolbenkühlung geht vom Motorblock 1 ein Zuleitungsrohr 4 für Kühlfluid, beispielsweise Motorenöl, aus und verläuft in Ausrichtung zum Hubkolbeπ 2. Das Zuleitungsrohr 4 weist in seinem dem Kolben 2 zugewandten Ende die erfindungsgemäße Spritzdüse 5 auf, von der ein zusammengesetzter Kühlfluid-Gesamtstrahl 6 mit unmittelbar an den Düsenausgang anschließenden Unterdruckbereich 7 herausgespritzt wird.
Gemäß Figuren 2 und 3 ist im freien Endbereich des Zuleitungsrohres 4 die erfindungsgemäße Spritzdüse 5 mit einem verjüngten Rohrabschnitt 8 realisiert, in welchem sich ein kreuzförmiger Fragmentierungseinsatz 9 befindet. Dieser lässt sich, wie insbesondere aus Figur 2 erkennbar, entsprechend der Kreuzform in vier radiale Stege 10 und einem zentralen Innenteil 11 strukturieren, in welchen die Stege 10 übergehen. Die Außenkontur des Innenteils 11 zwischen zwei jeweiligen Stegen 10 ist mit einem Radius von beispielsweise 0,2 mm gestaltet, wodurch dem Innenteil 11 näherungsweise eine Scheibeπform verliehen wird. Gemäß gezeichnetem Ausführungsbeispiel besitzt der rundliche Inπenteil 11 einen Durchmesser von etwa 2 mm, während der Innendurchmesser des verjüngten Rohrabschnitts 8 etwa 4,3 mm beträgt. Dadurch ergibt sich eine Austritts-Restfläche für das in Strömungsrichtung 12 den • verjüngten Rohrabschnitt 8 durchfließende Kühlmedium von etwa 7,63 mm2.
5 Weitere, rein beispielhafte Maße sind in Figur 2 und 3 angegeben. Durch eine in Kühlfluid-Strömungsrichtung 12 erfolgende Rohrabschnitt-Verjüngung 8 auf etwa 4,2 mm Innendurchmesser ergibt sich eine Umwandlung der potentiellen Druckenergie im Rohrabschnitt mit größerem Durchmesser in zusätzliche Bewegungsenergie. Dadurch wird dem Kühlfluid, das innerhalb der vier Austrittssektoren 13 in entsprechenden ιo Teilstrahlen herausgespritzt wird, eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. zusätzliche Beschleunigung verliehen. Die Austrittssektoren 13 sind von der rundlichen Außenkontur des Inπenteils 11 , jeweiligen, benachbarten Stegen 10 und der hohlzylindrischen Innenwaπduπg 14 der Düsen-Austrittssmündung 15 begrenzt. Die Mittelachse 16 des Düsen-Rohrabschnitts 8 verläuft etwa deckungsgleich mit der Lage
15 des Mittelpunkts des Fragmentierungseinsatzes 9. Gemäß Ausführungsbeispiel der Figur 2 beträgt die Dicke des Stegs etwa 0,8 mm und macht damit weniger als ein Fünftel des Durchmessers des Austrittsquerschnitts bzw. der Austrittsmündung 15 der Spritzdüse 5 aus. Dadurch werden die Abstände der einzelnen aus Kühlfluid- Austrittssektoreπ 13 in Rohr-Umfangsrichtuπg ausreichend kleingehalten, um den
20 Unterdruck-Innenbereich 7 gegenüber der Umgebung mit Atmospharendruck ausreichend abzugrenzen.
Die Bildung des vereinigten Gesamtstrahles 6 aus einzelnen Teilstrahlen 17 entsprechend den Austrittssektoren 13 ist in Figur 4 veranschaulicht. Die Teilstrahlen
25 17 sind um den von Kühlfluid freigehaltenen Innenbereich 7 mit Unterdruck herum angeordnet und konvergieren mit zunehmender Entfernung von der Spritzdüse 5 bzw. deren Fragmentierungseinsatz 9, bis die Vereinigung der Teilstrahlen 17 zum Gesamtstrahl 6 stattfindet. Dies erfolgt in Strömungsrichtuπg 12 gesehen nach dem Unterdruck-Innenbereich 7, der mit Beginn der Teilstrahleπ-Vereinigung endet.
30 Erfindungsgemäß wird also beim Düsenaustritt der Kühlfluid-Strom mittels des Fragmentierungseinsatzes 9 zunächst in die einzelnen Teilstrahlen 17 gezielt zerteilt. Durch den von Kühlfluid freigehaltenen, mittleren Unterdruck-Innenbereich 7 werden die einzelnen Teilstrahlen nach dem Austritt wieder zu dem sehr stabilen Gesamtstrahl 6 zusammengeführt. Markiert ist noch eine Ausbauchung 18 der äußeren Strahlenkontur, was auf an sich vorhandene, divergierende Strahlausbreitungstendenzen zurückzuführen ist. Diese werden durch den Unterdruck- Innenbereich 7 kompensiert, welcher stärkere, in das Strahl-Innere gerichtete Kräfte auf den Kühlfluid-Strahl entstehen lässt. In der Längsansicht der Figur 5 sind die einzelnen Teilstrahlen nicht gezeichnet, weil diese in der Realität mit menschlichem Auge auch nicht sichtbar wären.
Bezugszeichenliste
1 Motorblock
2 Kolben
3 Pleueleinrichtung
4 Zuleitungsrohr
5 Spritzdüse
6 Kühlfluid-Gesamtstrahl
7 Unterdruckzonet-bereich
8 verjüngter Rohrabschnitt
9 Fragmentieruπgseinsatz
10 Stege
11 Innenteil
12 Strömungsrichtung
13 Austrittssektoreπ
14 Innenwandung
15 Austrittsmündung
16 Mittelachse
17 Teilstrahl
18 Ausbauchung

Claims

Patentansprüche
1. Spritzdüse (5) für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine, deren Kühlfluid- Ausgangsmündung (15) mit einer Austrittsgeometrie gestaltet ist, die den Austritt von Kühlfluid in einen Inπenbereich (7) verhindert, der innerhalb einer gedachten Verlängerung der Ausgangsmündung (15) liegt und vom sonst heraus gespritzten Kühlfluid umgeben ist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von den Austrittsquerschnitt der Ausgangsmündung (15) derart durchsetzenden Stegen (10), dass eine Fragmentierung des austretenden Kühlfluid-Düsentroms
(12) in einzelne Teilstrahlen (17) erfolgt, die um den von Kühlfluid freigehaltenen Inneπbereich (7) herum angeordnet sind.
2. Spritzdüse (5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10) geradlinig verlaufen.
3. Spritzdüse (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Stege (10) derart minimiert dimensioniert ist, dass die nebeneinander verlaufenden Kühlfluid-Teilstrahlen (17) eine Annäherung an einen Gesamtstrahl-Querschnitt mit geschlossener Ringform ergeben.
4. Spritzdüse (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Stegs (10) maximal ein Viertel der Dicke, des Durchmessers oder der sonst querschnittlichen Erstreckung ausmacht, den beziehungsweise die die Außenkontur oder Umwaπdung (14) der Düsen-Ausgangsmündung (15) einnimmt.
5. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10) sich zur Mitte des Austrittsquerschnitts hin erstrecken und sich dort treffen oder kreuzen.
6. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stege (10) zur Mitte des Austrittsquerschnitts erstrecken und dort auf einen Innenteil (11 ) treffen, der die Stege (10) unter Bildung oder Anordnung eines kreuz- oder sternförmigen Strahl - Fragmentierungseinsatzes (9) verbindet.
7. Spritzdüse (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil (11) mit einem Durchmesser oder einer Erstreckung gestaltet ist, die die Dicke der Stege (10) übersteigen.
8. Spritzdüse (5) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Inπenteil (11) mit einem Durchmesser oder einer Erstreckung gestaltet ist, die mindestens ein Fünftel, mindestens ein Viertel oder mindestens ein Drittel der
Dicke, des Durchmessers oder der sonst querschnittlicheπ Erstreckung ausmacht, den beziehungsweise die die Außeπkontur oder Umwanduπg der Düsen-Ausgangsmündung (15) einnimmt.
9. Spritzdüse (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Strahl-Fragmentierungseinsatz (9) der Inneπteil (11) und die Stege (10) einstückig miteinander integriert oder verbunden sind.
10. Spritzdüse (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (11 ) separat hergestellt und und von den gegen die
Austrittsmündung (15) abgestützten Stegen (10) gehalten ist.
11. Spritzdüse (5) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege und/oder der Fragmentierungseinsatz im Öffnungsende eines Düsen-Rohrteils aufgenommen sind, dessen Mittelachse deckungsgleich mit dem Innenteil oder dem Treff- oder Kreuzpunkt der Stege liegt.
12. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem rundlichen Düsen-Rohrteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege als Begrenzungen von freien Kreissektoren und/oder -Segmenten des Austrittsquerschnitts angeordnet sind.
13. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Stegen (10) in Strömungsrichtung (12) vorgeordnete Mittel zur Beschleunigung des Kuhlfluids beziehungsweise zur Erhöhung der Kühlfluid- Strömungsgeschwindigkeit.
14. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Düsen-Rohrteil, das sich in Strömungsrichtung (12) des Kuhlfluids verjüngt und am Ende dieses verjüngten Rohrabschnitts (8) die Stege (10) aufweist.
15. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10), gegebenenfalls der
Fragmentierungseinsatz (9), und/oder gegebenenfalls der oder das Innenteil (11 ) aus Metall, insbesondere Sinterstahl, und/oder Kunststoff hergestellt sind.
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