EP1629182B1 - Spritzdüse zur kolbenkühlung bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

Spritzdüse zur kolbenkühlung bei einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1629182B1
EP1629182B1 EP04731186A EP04731186A EP1629182B1 EP 1629182 B1 EP1629182 B1 EP 1629182B1 EP 04731186 A EP04731186 A EP 04731186A EP 04731186 A EP04731186 A EP 04731186A EP 1629182 B1 EP1629182 B1 EP 1629182B1
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EP
European Patent Office
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webs
cooling fluid
spray nozzle
nozzle
discharge
Prior art date
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EP04731186A
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English (en)
French (fr)
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EP1629182A1 (de
Inventor
Stefan Gehrig
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SchmitterGroup AG
Original Assignee
SchmitterGroup AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/06Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/10Cooling by flow of coolant through pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/06Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/08Cooling of piston exterior only, e.g. by jets

Definitions

  • the invention relates to a spray nozzle for the piston cooling of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine.
  • the exit orifice for cooling fluid is designed with an exit geometry or exit area that prevents the escape of cooling fluid into an interior area that is within an imaginary extension of the exit mouth and surrounded by the otherwise sprayed cooling fluid.
  • cooling media for example, cooling water or engine oil are used and passed through channels.
  • the internal combustion engine components are also wetted on their surfaces with cooling medium. This applies to the internal combustion engine, in particular for the piston crown. The 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.
  • the transversely in the flow of oil, cross-shaped surfaces of the guide piece would restrict the continuity of the supply hole in the nozzle for dirty particles so much that it could easily come to total blockage of the nozzle.
  • the oil jet outlet end of this nozzle is realized on the front side by a simple, cylindrical orifice bore.
  • the bundling of the cooling radiation is promoted here only by the physical effect of the cohesion between the individual elements in the beam.
  • US-A-1 744 250 describes a cooling device for reciprocating pistons of internal combustion engines.
  • An inlet tube arranged in a displacement chamber receives coolant from an externally and spaced supply line via a free coolant jet.
  • the supply line has at the output a mouthpiece, which is preceded by a cross-shaped throttle at some distance, which extends along a central portion of the supply line. This is to stabilize the coolant flow within the supply line before it reaches the nozzle-like exit orifice.
  • the invention has for its object, while avoiding or eliminating the resulting from the prior art disadvantages in a generic spray nozzle to simplify manufacturing and simplify the beam bundling and further.
  • To solve the spraying nozzles specified in claim 1 and 2 are proposed.
  • Optional, advantageous embodiments of this invention will become apparent from the dependent claims.
  • the cooling jet is initially divided in a targeted manner. Due to the physical conditions mentioned, the individual partial beams become one again after the exit very stable beam together. With this method, the requirement of large volume flow and small target field can be taken into account.
  • the invention opens up the further advantageous embodiment that the thickness of the webs can be minimized in relation to the thickness or to the "diameter" of the individual partial beams, as a result of which the distances between adjacent partial beams also become minimal.
  • the advantage achieved in this case is an even denser shielding of the negative pressure inner region from atmospheric pressure with a resulting further reduction of the inner-region pressure.
  • About the inventively opened way to use extraordinarily thin webs in relation to the cross-sectional thickness of the sub-beams can summarizes the desired ideal structure for the cooling fluid Gothesestrahl - annularly closed beam cross-section - still approach well.
  • an inventive feature is that the webs - starting from the exit orifice umgrerzenden the outlet - extend to the center of the exit cross section, in particular run radially in a cylindrical basic shape and there meet or intersect.
  • the webs can meet a particularly pronounced, for example, Schelben-like réelletall over which the webs are connected. This creates an easily manageable or mountable and quickly deployable into the nozzle exit orifice Fragment istseinsalz preferably in a cross or Stem form.
  • the inner part In order to prevent the escape of cooling fluid in the inner region delimited by the partial beams to the most effective extent possible, it is expedient to make the inner part sufficiently large with a diameter or extension which exceeds the thickness of the webs and at least one fifth of the thickness of the diameter or make up the otherwise cross-sectional extension that occupies the outer contour or conversion of the nozzle exit orifice.
  • a particularly inexpensive method of production results when the jet fragmentation use as a single piece, for example in plastic injection molding or the like and / or sintered steel or from an otherwise heat and / or made of oil-resistant and abrasion-resistant material, wherein the inner part and the webs are integrally connected or otherwise integrated.
  • the invention is not limited only to support the possible inner part by means of the victories against the nozzle inner wall.
  • the inner part in particular in an elongated dome or stem shape, could be held from the nozzle interior, for example from the inlet of the nozzle, by means of a soldered-in wire or the like.
  • the webs in the nozzle exit orifice undoubtedly give some throttling of the cooling fluid flow in the nozzle, which may also cause turbulence within the flow.
  • a piston 2 is linearly guided for the purpose of performing lifting movements.
  • the piston strokes are, as is known, coupled via connecting rods 3 or the like to a crankshaft or the like.
  • a supply pipe 4 for cooling fluid such as engine oil, and extends in alignment with the reciprocating piston 2.
  • the supply pipe 4 has in its the piston 2 end facing the spray nozzle according to the invention 5, of which a composite cooling fluid total beam 6 with is injected directly adjacent to the nozzle outlet subsequent vacuum area 7.
  • the spray nozzle 5 in the free end region of the feed pipe 4, is realized with a tapered pipe section 8, in which a cross-shaped fragmentation insert 9 is located.
  • this can be structured according to the shape of the cross 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 given approximately a disc shape.
  • the roundish inner part 11 has a diameter of about 2 mm, while the inner diameter of the tapered tube section 8 is about 4.3 mm.
  • the central axis 16 of the nozzle tube section 8 extends approximately congruent with the position of the center of the Fragment michsstenes 9.
  • the thickness of the web is about 0.8 mm, making it less than one fifth of the diameter of the outlet cross-section and the outlet orifice 15 of the spray nozzle 5 off.
  • the formation of the combined total beam 6 from individual partial beams 17 corresponding to the outlet sectors 13 is illustrated in FIG.
  • the partial beams 17 are arranged around the kept free from cooling fluid inner region 7 with negative pressure around and converge with increasing distance from the spray nozzle 5 and their Fragment michsprin 9 until the unification of the partial beams 17 takes place to the total beam 6. This is done in the flow direction 12 after the negative pressure inner region 7, which ends with the beginning of the partial beam combination.
  • the cooling fluid flow is thus initially divided into the individual partial beams 17 at the nozzle exit by means of the fragmentation insert 9.
  • mean negative pressure inner region 7, the individual partial beams are brought together again after the exit to the very stable total beam 6.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Spritzdüse für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors. Bei dieser Spritzdüse ist die Ausgangsmündung 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 Ausgangsmündung liegt und vom sonst herausgespritzten Kühlfluid umgeben ist.
  • 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 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 Ölmenge zu erreichen, 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 Düsendurchmessem 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 eine Ölmenge von bis zu 10 kg Kühlöl pro Minute je Kolben benötigt. Um diese Ölmenge aufzubringen, ist ein Spritzrohr mit einem großen Durchmesser notwendig. Bei diesen ist ein gebündelter Kühlmediumsstrahl mit gängigen Düsenformen nicht realisierbar.
  • 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 hinieiren Eingangsende der Düse angesprochen, aber sogleich wieder verworfen. Die quer im Ölstrom stehenden, kreuzförmigen Flächen des Führungsstücks würden die Durchgängigkeit der Zuführungsbohrung in der Düse für Schmutztellchen 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 Kühlöstrahls wird hier nur durch den physikalischen Effekt der Kohäsion zwischen den einzelnen Öttlichen 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 Verhinderung einer frühzoitigon Auffächorung 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 Mündungskanal-Durchmesser und der Abstände der Mündungskanäle voneinander dienen. Letztendlich ist man auch hier auf den physikalischen Effekt der Kohäsion angewiesen, um eine Bündelung der austretenden Teilstrahlen zu einem Vollstrahl zu erreichen. Dom dient auch der vorgeschlagene, relativ geringe Abstand der Mündungskanäle voneinander. Auf einem gleichartigen Wirkungsprinzip beruht auch die Lehre aus US-A-4 408 575, wonach bei einer Kühlmittel-Düse ein erster Kühlöl-Auslass größeren Durchmessers von einer Reihe Kühlöl-Auslässen geringeren Durchmessers ringartig umgeben ist.
  • In WO-A-01/14699 (SCANIA) ist eine Kühlmittel-Düse zur Kolbenkühlung beschrieben, wobei das frühzeilige Fragmentieren des Kühlmittelstrahls in Frage gestellt wird, weil damit von der angestrebten Kreiszylinder-Form des Strahles abgewichen und stattdessen ein sich konisch sprelzender 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 kompakien 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. C-Öffnungsschlitzes voneinander trennt, wird nämlich eine Unterdruck-Zone geschaffen, die von dem gekrümmten Strahl-Querschnittsprofil umkurvt wird. Zur Herstollung einer solchen Düse wird der Einsatz eines Domes zur plastischen Verformung eines rohrartigen Rohtelles vorgeschlagen. Die Rohrwände müssen dabei gegen den Dom gepresst werden, um eine Anpassung an den Dom-Querschnitt, zu erreichen. Danach dürfte es schwierig sein, Dom und plastisch verformtes Düsenrohrstück voneinander zu lösen.
  • US-A-1 744 250 beschreibt eine Kühleinrichtung für Hubkolben von Brennkraftmaschinen. Ein in einem Hubraum angeordnetes Einlassrohr erhält von einer extern und im Abstand angeordneten Versorgungsleitung über einen freien Kühlflüssigkeitsstrahl Kühlmittel. Die Versorgungsleitung besitzt am Ausgang ein Mundstück, dem in einigem Abstand eine kreuzförmige Drossel vorgelagert ist, die sich entlang eines Mittelabschnitts der Versorgungsleitung erstreckt. Damit soll der Kühlflüssigkeitsfluss innerhalb der Versorgungsleitung stabilisiert werden, bevor er das düsenartige Ausgangsmundstück erreicht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung bzw. Beseitigung der sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile bei einer gattungsgemäßen Spritzdüse die Herstellbarkelt zu erleichtern und zu vereinfachen sowie die Strahlbündelung weiter zu optimieren. Zur Lösung werden die im Patentanspruch 1 und 2 angegebenen Spritzdüsen vorgeschlagen. Optionale, vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Indem erfindungsgemäß der Kühlfluid-Strom Innerhalb der Düse mittels der Stege in eine Mehrzahl einzeiner Tellstrahlen zerlegt wird, können diese in einer gemeinsamen Reihe um die von Kühlfluidstrahlenfrel gehaltene (Unterdruck-) Zone herumgrupplert sein und somit die Unterdruckzone noch besser gegenüber Umgebungsdruck abschirmen. Dadurch wird in der Unterdruck-Zone eine noch stärkere Herabsetzung des (Unter-) Druckes gegenüber Atmosphären-Umgebungsdruck erreicht mit der weiteren Folge, dass die einzeinen 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 Wiedervereinigung zu einem Gesamtstrahl, mit dem präzise der Boden oder dergleichen eines Vorbrennungsmotorkolbens 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 einzeinen 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 eröffnel die weitere vorteilhafte Ausgestallung, dass sich die Dicke der 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 Absonkung des Innenbereich-Druckes. Über die erfindungsgemäß eröffnete Möglichkeit, in Relation zur Querschnittsdicke der Teilstrahlen außerordentlilch dünn dimensionierte Stege einsetzen zu können, fasst sich die anzustrebende idealstruktur für den Kühfluid-Gosamtstrahl - ringförmig geschlossener Strahlenquerschnitt - nocht gut annähern.
  • Eine Vereinfachung der Konstruktions- und Herstellungsweise lässt sich in der Regel durch möglichst gleichmäßige bzw. symmetrische Strukturen erreichen. So besteht eine Erfindungsmerkmal darin, dass die Stege - ausgehend von der die Ausgangsmündung umgrerzenden Umwandung - sich zur Mitte des Austrittsquerscttnitts hin erstrecken, insbesondere bei zylindrischer Grundform radial verlaufen und sich dort miteinander treffen oder kreuzen. Alternativ können die Stege auf ein besonders ausgeprägtes, beispielsweise schelbenartiges Innentall treffen, über den die Stege verbunden sind. Dabei entsteht ein leicht handhabbarer bzw. montierbarer und schnell in die Düsen-Ausgangsmündung einsetzbarer Fragmentierungseinsalz vorzugsweise in Kreuz- oder Stemform. Um den Austritt von 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 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 Innenteil 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.
  • Die Erfindung ist nicht nur darauf beschränkt, den etwaigen Innenteil mittels der Siege gegenüber der Düsen-Innenwandung abzustützen. Alternativ oder zusätzlich könnte der Innenteil, insbesondere in länglicher Dom- oder Stielform, vom Düseninneren her, beispielsweise vom Eingang der Düse her, mittels eines eingelötelen Drahls oder dergleichen gehalten sein.
  • Die Stege in der Düsen-Ausgangsmündung ergeben unvermeldlich 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 Teilstrahlen 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 Einzelheilen, 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 III-III 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 Hubkolben 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 Scheibenform verliehen wird. Gemäß gezeichnetem Ausführungsbeispiel besitzt der rundliche Innenteil 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. 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 Teilstrahlen herausgespritzt wird, eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. zusätzliche Beschleunigung verliehen. Die Austrittssektoren 13 sind von der rundlichen Außenkontur des Innenteils 11, jeweiligen, benachbarten Stegen 10 und der hohlzylindrischen Innenwandung 14 der Düsen-Austrittssmündung 15 begrenzt. Die Mittelachse 16 des Düsen-Rohrabschnitts 8 verläuft etwa deckungsgleich mit der Lage 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-Austrittssektoren 13 in Rohr-Umfangsrichtung ausreichend kleingehalten, um den Unterdruck-Innenbereich 7 gegenüber der Umgebung mit Atmosphärendruck ausreichend abzugrenzen.
  • Die Bildung des vereinigten Gesamtstrahles 6 aus einzelnen Teilstrahlen 17 entsprechend den Austrittssektoren 13 ist in Figur 4 veranschaulicht. Die Teilstrahlen 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 Strömungsrichtung 12 gesehen nach dem Unterdruck-Innenbereich 7, der mit Beginn der Teilstrahlen-Vereinigung endet. 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
    Unterdruckzone/-bereich
    8
    verjüngter Rohrabschnitt
    9
    Fragmentierungseinsatz
    10
    Stege
    11
    Innenteil
    12
    Strömungsrichtung
    13
    Austrittssektoren
    14
    Innenwandung
    15
    Austrittsmündung
    16
    Mittelachse
    17
    Teilstrahl
    18
    Ausbauchung

Claims (13)

  1. Spritzdüse (5) für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine, deren Kühlfluid-Ausgangsmündung (15) mit einer Austrittsgeometrie gestaltet ist, die den Austritt von Kühlfluid in einen Innenbereich (7) verhindert, der innerhalb einer gedachten Verlängerung der Ausgangsmündung (15) liegt und vom sonst heraus gespritzten Kühlfluid umgeben ist, mit einer 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 Innenbereich (7) herum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10) sich zur Mitte des Austrittsquerschnitts hin erstrecken und sich dort treffen oder kreuzen.
  2. Spritzdüse (5) für die Kolbenkühlung einer Brennkraftmaschine, deren Kühlfluid-Ausgangsmündung (15) mit einer Austrittsgeometrie gestaltet ist, die den Austritt von Kühlfluid in einen Innenbereich (7) verhindert, der innerhalb einer gedachten Verlängerung der Ausgangsmündung (15) liegt und vom sonst heraus gespritzten Kühlfluid umgeben ist, mit einer 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 Innenbereich (7) herum angeordnet sind, 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.
  3. Spritzdüse (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil (11) mit einem Durchmesser oder einer Erstreckung gestaltet ist, die die Dicke der Stege (10) übersteigen.
  4. Spritzdüse (5) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil (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 querschnittlichen Erstreckung ausmacht, den beziehungsweise die die Außenkontur oder Umwandung der Düsen-Ausgangsmündung (15) einnimmt.
  5. Spritzdüse (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Strahl-Fragmentierungseinsatz (9) der Innenteil (11) und die Stege (10) einstückig miteinander integriert oder verbunden sind.
  6. Spritzdüse (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (11) separat hergestellt und von den gegen die Austrittsmündung (15) abgestützten Stegen (10) gehalten ist.
  7. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (10) geradlinig verlaufen.
  8. Spritzdüse (5) 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.
  9. Spritzdüse (5) nach Anspruch 8, 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 Umwandung (14) der Düsen-Ausgangsmündung (15) einnimmt.
  10. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 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.
  11. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem rundlichen Düsen-Rohrteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege als Begrenzungen von freien Kreissektoren des Austrittsquerschnitts angeordnet sind.
  12. Spritzdüse (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Düsen-Rohrteil, das sich in Strömungsrichtung (12) des Kühlfluids verjüngt und am Ende dieses verjüngten Rohrabschnitts (8) die Stege (10) aufweist.
  13. 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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