Vorrichtung zur Kühlung und/oder Schmierung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung der Kolben 16 einer Brennkraftmaschine mittels einer Pumpe 11, die Öl aus dem Schmierölkreis mittels einer Pumpe über eine Austrittsöffnung 5 aufweisende Zuführleitung 4 dem Kolben zuführt, wobei die Ölzufuhr über ein in Abhängigkeit von Motorparametern gesteuertes Ventil 17 geregelt und das Öl zumindest gegen die Unterseite des Kolbens 18 gespritzt wird und zum Schmierölkreis zumindest eine Hauptversorgungsleitung 27 gehört, an die mehrere Zuführleitungen 4 mit je einer Austrittsöffnung 5 angeschlossen sind, wobei nur ein Ventil 17 in der Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung der Kolben einer Brennkraftmaschine mittels einer Pumpe, die Öl aus dem Schmierölkreis mittels einer Pumpe über eine Austrittsöffnung aufweisende Zuführleitung dem Kolben zuführt, wobei die Ölzufuhr über ein in Abhängigkeit von Motorparametern gesteuertes Ventil geregelt und das Öl zumindest gegen die Unterseite des Kolbens gespritzt wird.

[0002] Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art bekannt (DE 42 43 571 C2), bei der die Kolbenkühlung unmittelbar in das Kurbelgehäuse im Bereich der Lagerstühle eingesetzt ist und mit einer Schmiermittelversorgung in Verbindung steht, so daß auf der Kolbenunterseite Öl über Ölspritzdüsen ausgetragen werden kann. Die Ölspritzdüsen sind in Verbindung mit den vorgeschalteten Druckventilen so ausgelegt, daß im Leerlaufbetrieb der Maschine die Ölspritzdüsen von der Schmierversorgung abgeschaltet sind. Ferner sind die Ölspritzdüsen in die im Lagerstuhl vorgesehenen Ausnehmungen eingesetzt. Hierdurch sollen zusätzliche Schmierölkanäle für die übrigen Ölspritzventile eingespart werden.

[0003] Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, eine Vorrichtung zur Kühlung der Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem Schmierölkreis so auszubilden und anzuordnen, daß nur bei bestimmten Parametern eine Kühlung der Brennkraftmaschine erfolgt.

[0004] Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zum Schmierölkreis zumindest eine Hauptversorgungsleitung gehört, an die mehrere Zuführleitungen mit je einer Austrittsöffnung angeschlossen sind, wobei nur ein Ventil in der Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist. Hierdurch wird auf einfache, bauliche Weise erreicht, daß die Kolbenkühlung der Brennkraftmaschine nur dann erfolgt, wenn bestimmte Temperaturwerte in der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden, so daß insbesondere bei Kaltstartbetrieb eine Kolbenkühlung unterbleibt, da diese in diesem Betriebszustand nicht erforderlich ist. Eine Kolbenkühlung wirkt sich insbesondere beim Kaltstart sowie im Teillastbereich negativ auf Emissionen, Geräuschverhalten und Brenastoffverhalten aus. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und für das gezielte Zuschalten der Kolbenkühlung wird eine deutliche Verbesserung geschaffen.

[0005] Ferner ist es vorteilhaft, daß das Ventil als druckunabhängiges, schaltbares Ventil ausgebildet und im Bereich eines Endes der Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist.

[0006] Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß das Ventil als elektromagnetisches Ventil ausgebildet und von Motorparametern, wie Öltemperatur, Wassertemperatur oder Öldruck, steuerbar ist. Da das Ventil als elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist, laßt es sich ohne weiteres über die Motorparameter, wie beispielsweise Öltemperatur, Wassertemperatur oder auch Öldruck, schalten, so daß es ganz gezielt bei dem gewünschten Betriebszustand öffnet und die Kühlmittelversorgung des Kolbens sicherstellt.

[0007] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß das Ventil mit Sensoren des Motors und/oder mit dem Motorsteuergerät wirkungsmäßig verbunden ist, in dem die einzelnen Motorparameter abgelegt sind.

[0008] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die Zuführleitung mit ihrer als Ölspritzen ausgebildeten Austrittsöffnung mit Abstand zu mindestens einer im Kolben vorgesehenen Einlaßöffnung angeordnet ist und in Durchflußverbindung steht.

[0009] Ferner ist es vorteilhaft, daß die Zuführleitung mit ihrer Austrittsöffnung konzentrisch zu der im Kolben vorgesehenen Einlaßöffnung angeordnet ist. Durch die vorteilhafte Plazierung der Austrittsöffnung der Ölspritze im Bereich des Kolbens wird in jeder beliebigen Stellung des Kolbens eine optimale Kühlmittelversorgung des Kolbens gewährleistet, da auch über eine lange Wegstrecke zwischen der Austrittsöffnung der Zuführleitungen und der Einlaßöffnung im Kolben ein Transport zum Kolben sichergestellt wird, so daß das Kühlmittel gezielt in die Einlaßöffnung im Kolben eintreten und an einer anderen Stelle im Kolben wieder austreten kann.

[0010] Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß die Zuführleitung mit ihrer Austrittsöffnung in einer bestimmten Stellung des Kolbens in die Einlaßöffnung des Kolbens hineinragt. Hierdurch wird erreicht, daß in jeder beliebigen Stellung des Kolbens keine Beschädigung der Zuführleitung eintreten kann, da selbst in der untersten Stellung des Kolbens (UT) die Austrittsöffnung bzw. das Auslaßende der Zuführleitung der Ölmittelversorgung in die Öffnung des Kolbens eintreten kann.

[0011] Vorteilhaft ist es ferner, daß im Kolben ein oder mehrere Ölkanäle vorgesehen sind, wobei zumindest einer davon mit der Austrittsöffnung der Zuführleitung des Ölkreislaufs in Durchflußverbindung steht, die zumindest teilweise in einem Motorblock bzw. Zylindergehäuse verläuft.

[0012] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Kühlmittelversorgung für einen Kolben,

Fig. 2 einen Ölkühlkreislauf zur Kühlmittelversorgung des Kolbens,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlmittelversorgung für einen Kolben.

[0013] In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Kühlung oder auch zur Schmierung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem im Querschnitt dargestellten Zylinder 2 und einem Kurbelgehäuse 12 veranschaulicht, dem ein Brennraum 1 zugeordnet ist.

[0014] Ein Kolben 18 ist über einem Kolbenbolzen 16 mittels einer Pleuelstange 15 im Kurbelgehäuse 12 gelagert. Der Kolben 18 weist einen Kolbenboden 20 und einen Kolbenschaft 21 sowie im oberen Bereich zahlreiche Ringnuten 22 zur Aufnahme von Kolbenringen 23 auf.

[0015] Der Kolben 18 wird von dem Kolbenboden 20 und einer oberen Kolbenoberfläche bzw. Kolbenmulde 24 sowie einer Kolbenmantelfläche 25 begrenzt.

[0016] Im Bereich der Kolbenmantelfläche 25 befindet sich ein umlaufender Ölkanal 19, der einmal mit einer Einlaßöffnung 6, 6' und andererseits mit einer Austrittsöffnung 7, 7' verbunden sein kann. In der Zeichnung ist der Ölkanal 19 in gestrichelten Linien angedeutet.

[0017] Der Ölkanal 19 gehört zu einen Ölkreislauf, zu dem auch eine in einem Motorblock 10 vorgesehene Zuführleitung 4 gehört. Die Zuführleitung 4 ist an eine Hauptversorgungsleitung 27 angeschlossen. Die Hauptversorgungsleitung 27 dient auch zur Druckmittelversorgung weiterer in der Zeichnung nicht dargestellter Zuführleitungen für weitere Zylinder der Brennkraftmaschine und wird über eine Pumpe 11 versorgt.

[0018] Wie aus der Zeichnung hervorgeht, steht die Zuführleitung bzw. der Zuführkanal 4 jeweils mit dem entsprechenden Kurbelgehäuse 12 in Verbindung. Hierzu weist die Zuführleitung 4 im Bereich ihrer Austrittsöffnung 5 eine Ölspritzdüse 26 auf, die mit einem ausreichenden Abstand zum Kolbenboden 20 angeordnet ist, so daß bei der Stellung des Kolbens 18 in der Position UT keine Beschädigung der Zuführleitung 4 eintreten kann. Hierzu ist in vorteilhafter Weise die Zuführleitung 4 bzw. die Ölspritzdüse 26 konzentrisch zu der im Kolben 18 vorgesehenen Einlaßöffnung 6 des Ölkanals 19 angeordnet, so daß in der Stellung UT des Kolbens 18 ein Teil der Ölspritzdüse 26 bzw. die zugehörige Zuführleitung 4 in die sich an die Einlaßöffnung 6, 6' anschließende Bohrung kurzfristig eintreten kann.

[0019] In der Stellung UT des Kolbens 18 weist jedoch die Ölspritzdüse 26 eine freie Wegstrecke L auf, so daß das aus der Ölspritzdüse 26 austretende Öl über diese Wegstrecke L in die Einlaßöffnung 6 gelangt. Je nach Ausgestaltung der Ölspritzdüse 26 kann auch ein Teil des Kühlmittels an die Kolbenwände bzw. den Kolbenboden 20 aufgespritzt werden und somit auch eine Kühlung des Kolbens 18 von außen gewährleisten. Durch diese Anordnung wird auf jeden Fall sichergestellt, daß in jeder beliebigen Stellung des Kolbens 18 eine Ölversorgung des Ölkanals 19 sichergestellt ist. Ferner kann der Kolben auch ohne Ölkanal ausgestattet sein.

[0020] In vorteilhafter Weise befindet sich hinter der Pumpe 11 ein schaltbares Ventil 17, das als elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist und von Motorparametern, wie beispielsweise Öltemperatur, Wassertemperatur oder auch Öldruck, gesteuert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, gezielt die Kühlkanäle bzw. Ölkanäle 19 mit dem gewünschten Kühlmittel bzw. dem Motoröl zu beaufschlagen, wenn ein bestimmter Betriebszustand erreicht ist. Eine Kühlmittelversorgung beim Kaltstart bzw. beim Schubbetrieb kann sich negativ auf Laufverhalten, Geräusche, Emissionen und Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors auswirken. Durch die gezielte Kühlung und/oder auch getaktete Kühlung wird eine wesentliche Verbesserung der Kennzahlen des Motors bzw. des Gesamtwirkungsgrads erreicht.

[0021] Das schaltbare Ventil 17 ist mit in der Zeichnung nicht dargestellten Sensoren des Motors und/oder eines in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten Motorsteuergeräts wirkungsmäßig verbunden, in dem die einzelnen Motorparameter abgelegt sind. Mit dieser Anordnung ist es ferner möglich, Ventile innerhalb des Bereichs der Ölspritze einzusparen. Außerdem ist es nach einer anderen Ausführungsform möglich, anstelle eines separaten Ölkanals bzw. einer separaten Zuführleitung 4 den Durchfluß jeder einzelnen Ölspritzdüse 26 in Abhängigkeit der Betriebsparameter durch jeweils ein gesondertes Ventil zu steuern.

[0022] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung und/oder Schmierung des Kolbens 18 bzw. der Hubkolbenbrennkraftmaschine kann die Schmierung bzw. Kühlung erst nach dem Kaltstart des Motors eingesetzt werden, so daß auch eine schnelle Brennraumerwärmung erfolgen kann, die durch eine zu frühe Kühlung verzögert würde. Um einer Abkühlung des Brennraums entgegenzuwirken, ist es vorteilhaft, insbesondere im Teillastbereich oder Schubbetrieb eine Kühlkanalbeaufschlagung zu vermeiden bzw. zu reduzieren.

[0023] In Fig. 2 sind an die Hauptversorgungsleitung 27 mehrere Zuführleitungen bzw. Zuführkanäle 4 mit Ölspritzdüsen 26 angeschlossen, die Austrittsöffnungen 5 aufweisen, über die das Kühlöl dem Kolben 18 zugeführt wird. Ein Motorsteuergerät 28 kann gemäß Fig. 2, 3 mit dem Ventil 17 wirkungsmäßig verbunden sein, wobei das Ventil 17 zwischen der Pumpe 11 und dem ersten Zuführkanal 4 oder der Ölspritzdüse 26 (Fig. 3) oder zwischen einer Ölwanne 30 des Kurbelgehäuses 12 und einer Ölspritzdüse 26 bzw. einem Zuführkanal 4 vorgesehen ist (Fig. 3).

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Kühlung der Kolben (18) einer Brennkraftmaschine mittels einer Pumpe (11), die Öl aus dem Schmierölkreis mittels einer Pumpe über eine Austrittsöffnung (5) aufweisende Zuführleitung (4) dem Kolben zuführt, wobei die Ölzufuhr über ein in Abhängigkeit von Motorparametern gesteuertes Ventil (17) geregelt und das Öl zumindest gegen die Unterseite des Kolbens (18) gespritzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Schmierölkreis zumindest eine Hauptversorgungsleitung (27) gehört, an die mehrere Zuführleitungen (4) mit je einer Austrittsöffnung (5) angeschlossen sind, wobei nur ein Ventil (17) in der Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (17) als druckunabhängiges, schaltbares Ventil ausgebildet und im Bereich eines Endes der Hauptversorgungsleitung (27) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (17) als elektromagnetisches Ventil ausgebildet und von Motorparametern, wie Öltemperatur, Wassertemperatur oder Öldruck, steuerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (17) mit Sensoren des Motors und/oder mit dem Motorsteuergerät wirkungsmäßig verbunden ist, in dem die einzelnen Motorparameter abgelegt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführleitung (4) mit ihrer als Ölspritzen ausgebildeten Austrittsöffnung (5) mit Abstand zu mindestens einer im Kolben (18) vorgesehenen Einlaßöffnung (6) angeordnet ist und in Durchflußverbindung steht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführleitung (4) mit ihrer Austrittsöffnung (5) konzentrisch zu der im Kolben (18) vorgesehenen Einlaßöffnung (6) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführleitung (4) mit ihrer Austrittsöffnung (5) in einer bestimmten Stellung des Kolbens (18) in die Einlaßöffnung (6) des Kolbens hineinragt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Kolben (18) ein oder mehrere Ölkanäle (19) vorgesehen sind, wobei zumindest einer davon mit der Austrittsöffnung (5) der Zuführleitung (4) des Ölkreislaufs in Durchflußverbindung steht, die zumindest teilweise in einem Motorblock bzw. Zylindergehäuse (10) verläuft.

Zeichnung