DE19634742A1 - Kolbenspritzdüse für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelge­ häuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumin­ dest ein einen in einem Zylinder bewegbaren Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Ölsystem zur Schmierung und/oder Kühlung aufweist, an dem zumindest eine rohr­ förmige und zumindest zwei Austritte aufweisende Kolbenspritzdüse angeschlossen ist, die auf die Kolbenbodenunterseite ausgerichtet im Kurbelgehäuse angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auslegung einer dementsprechenden Kolbenspritzdüse.

Aus der DD 89286 ist eine Kolbenspritzdüse bekannt, die beispiels­ weise in der Zylinderwand einer Brennkraftmaschine durch Ein­ drücken oder Kleben befestigt ist. Diese Kolbenspritzdüse weist zwei auf einer Seitenwand der Kolbenspritzdüse angeordnete Austrittsöff­ nungen auf, die zu verschiedenen Stellen der Kolbenbodenunterseite ausgerichtet sind. Die Spritzstrahlen weiten sich von der Austrittsöff­ nung aus der Spritzdüse bis zu der naheliegenden Kolbenbodenunter­ seite stark auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kolbenspritzdüse be­ reitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aus­ tritte als Austrittskanäle ausgebildet sind, deren Durchmesser und Länge einen laminaren Strahlaufbau des die Kolbenspritzdüse durchströmenden Öls ermöglichen. Es sind insbesondere zwei Aus­ trittskanäle vorgesehen, wobei aber auch drei oder mehr Austrittska­ näle vorhanden sein können. Durch die Ausbildung als Austrittskanäle wird erreicht, daß jeder einzelne Spritzstrahl als gebündelter Strahl aus der Kolbenspritzdüse bzw. dem jeweiligen Austrittskanal austritt und ganz gezielt auf eine Stelle der Kolbenbodenunterseite ausge­ richtet bzw. geleitet werden kann. Dabei ist dann diese spezielle Stelle der Kolbenbodenunterseite inbesondere die Eintrittsöffnung in einen in den Kolbenboden eingelassenen Kühlkanal. Hierbei ist ins­ besondere bei thermisch hochbelasteten Brennkraftmaschinen zu be­ rücksichtigen, daß der Öleintritt in diesen Kühlkanal während des Ge­ samtbetriebs der Brennkraftmaschine sichergestellt sein muß. Es ist dann so, daß während des Aufenthalts des Kolbens im Bereich des oberen Totpunktes in dem entsprechenden Zylinder - dann also wenn die größte Entfernung zu den Kolbenspritzdüsen gegeben ist - infolge der dann bestehenden höchsten thermischen Belastungen eine zuver­ lässige Beschickung des Kühlkanals mit Öl sichergestellt sein muß. Dies wird eben dadurch erreicht, daß jeder Spritzstrahl einen lamina­ ren Strahlaufbau durch die Auslegung der Austrittskanäle aufweist, weil dadurch eine scharfe Bündelung der einzelnen Spritzstrahlen erfolgt.

In Weiterbildung der Erfindung beträgt bei einer Baulänge der Kol­ benspritzdüse von bis zu 60 mm, vorzugsweise von 30 mm die Länge der Austrittskanäle zwischen 30% und 90%, insbesondere 60% der Baulänge der jeweiligen Kolbenspritzdüse. Dabei beträgt in Weiter­ bildung bei einem Durchmesser der Kolbenspritzdüse von bis zu 10 mm, vorzugsweise von 5,9 mm, der Durchmesser jedes Austritts­ kanals zwischen 10% und 40%, insbesondere 22,5% des Durchmes­ sers. Es hat sich herausgestellt, daß mit diesen Werten auch für un­ terschiedliche Baulängen und Durchmesser von Kolbenspritzdüsen Austrittskanäle darstellbar sind, die einen laminaren Strahlaufbau er­ möglichen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Kolbenspritzdüse aus einem Kunststoffwerkstoff gefertigt. Dabei ist dann in Weiterbildung vorge­ sehen, daß die Austrittskanäle gebohrt sind. Zum einen ist die Kol­ benspritzdüse aus einem Kunststoffwerkstoff preiswert und einfach herstellbar, wobei darüberhinaus die Befestigung einer derartigen Kolbenspritzdüse einfach möglich ist, da sie unter Ausnutzung der elastischen Eigenschaften des Kunststoffs beispielsweise in eine zu­ geordnete Ausnehmung oder Bohrung im Kurbelgehäuse dauerhaft fest eingesteckt werden kann. Die Herstellung von Bohrungen in der­ artigen Kunststoffspritzdüsen ist ebenfalls leicht möglich und bietet den Vorteil, daß die entsprechenden Bohrungen sehr genau ausgebil­ det sind und auch glatte Oberflächen aufweisen. Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen und möglich, die Aus­ trittskanäle schon während des Spritzgießens zu erzeugen. Hierbei kann auch die gesamte Kolbenspritzdüse bei Bedarf aus einem ande­ ren Werkstoff als Kunststoff hergestellt sein.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Austrittskanäle parallel zuein­ ander ausgerichtet. Dadurch werden zwei direkt nebeneinander lie­ gende Spritzstrahlen erzeugt, die problemlos von einer einzigen Öff­ nung des Kühlkanals in dem Kolbenboden aufgefangen werden kön­ nen. Würde man anstelle der zwei Austrittskanäle bei gleichen Rand­ bedingungen (gleicher Öldruck, gleiche Ölfördermenge und gleichen Gesamtquerschnitt) nur einen Austrittskanal vorsehen, wäre der Spritzstrahl bei weitem nicht so scharf und gebündelt und würde zu­ mindest nicht in der Menge in die Öffnung eingeleitet werden. Gege­ benenfalls kann es aber auch vorgesehen sein, die Austrittskanäle mit unterschiedlichen Strahlrichtungen anzuordnen - wobei hier natür­ lich Grenzen wegen der Länge der auf alle Fälle geradlinigen Aus­ trittskanäle gesetzt sind - um unterschiedliche Öffnungen und/oder Auftrittspunkte an der Kolbenbodenunterseite zu beschicken.

In Weiterbildung der Erfindung ist zumindest einem Austrittskanal ein Druckventil zugeordnet. Dabei ist dann vorgesehen, daß dieses Druckventil unterhalb einer vorherbestimmten Fördermenge bzw. bei Unterschreiten eines gewissen Förderdrucks den zugeordneten Aus­ trittskanal absperrt. Dadurch wird sichergestellt, daß der zweite Aus­ trittskanal in jedem Falle mit einer derartigen Ölmenge beschickt wird, daß ein scharfer Spritzstrahl aufgebaut wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist gemäß dem Verfahren zur Ausle­ gung einer Kolbenspritzdüse vorgesehen, daß die Austrittskanäle so bezüglich Durchmesser und Länge bemessen sind, daß jeder austre­ tende Spritzstrahl in einem Abstand von mindestens ca. 100 mm, vor­ zugsweise ca. 250 mm zu dem Austritt aus dem Austrittskanal in eine konzentrisch zu dessen Mündungsöffnung angeordnete Öffnung mit einem Durchmesser von 400%, insbesondere 750% des Durchmes­ sers des Austrittskanals mit einem Fangrad von mindestens 75% insbesondere mindestens 85% trifft. Bei einem konkreten Durchmes­ ser des Austrittskanals von 1,32 mm und einer Länge des Austrittska­ nals von 30 mm bedeutet dies, daß die Öffnung einen Durchmesser von 10 mm aufweist und mindestens 85% der Gesamtölmenge in diese Öffnung eintreten. Diese Werte geben praxisnahe Bedingungen wieder, die direkt auf eine entsprechende Brennkraftmaschine über­ tragen werden können. Dabei ist es so, daß die Viskosität des Prüföls 16 ± 2 mm pro Sekunde und der Prüfdruck 4 ± 0,1 bar beträgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeich­ nungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Fig. 1a und 1b dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrie­ ben ist.

In den Fig. 1a und 1b sind jeweils erfindungsgemäße Kolben­ spritzdüsen 1a, 1b dargestellt. Die Kolbenspritzdüsen 1a, 1b sind mit ihrem unteren, aufgeweiteten Ende in dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine befestigbar und an ein Ölsystem zur Schmierung und/oder Kühlung anschließbar. Die Kolbenspritzdüsen 1a, 1b weisen in ihrem unteren, aufgeweitetem Bereich zunächst eine Rundausneh­ mung 2a, 2b auf. Dabei entspricht der Durchmesser dieser Rundaus­ nehmungen 2a, 2b dem Durchmesser der Kolbenspritzdüse 1a, 1b abzüglich der Wandstärke. Von dieser Rundausnehmung 2a, 2b zweigen jeweils Austrittskanäle 3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂ ab. Diese Austritts­ kanäle 3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂ münden an dem oberen Ende der jeweiligen Kolbenspritzdüse 1a, 1b. Der austretende Ölstrahl 4a, 4b ist jeweils stark gebündelt und trifft zielgenau auf entsprechende Auftrittspunkte an der Kolbenbodenunterseite 5a, 5b des jeweiligen Kolbens 6a, 6b auf. Dies wird dadurch erreicht, daß in den Austrittskanälen 3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂ ein laminarer Strahlaufbau durch die entsprechende Ausge­ staltung der Austrittskanäle 3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂ gewährleistet ist. Dabei ist es in dem Ausführungsbeispiel so, daß bei einer Gesamtlänge der Kolbenspritzdüse 1a, 1b von 30 mm die Austrittskanäle 3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂ eine Länge von angenähert 18 mm aufweisen. Gleichzeitig be­ trägt der Durchmesser der Kolbenspritzdüse 1a, 1b in dem nicht auf­ geweiteten Bereich 5,9 mm, während der Durchmesser der Austritts­ kanäle 3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂ 1,3 mm beträgt und die Wandstärke im Be­ reich der Rundausnehmung 1 mm beträgt.

Die Austrittskanäle 3a₁, 3a₂ gemäß Fig. 1a sind parallel zueinander angeordnet und treffen auf direkt nebeneinanderliegende Punkte an der Kolbenbodenunterseite 5a auf. Dagegen sind gemäß Fig. 1b die Austrittskanäle 3b₁, 3b₂ zueinander unter einem Winkel von ca. 15° angeordnet.

Claims (9)

1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kur­ belwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen in einem Zylinder bewegbaren Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Ölsystem zur Schmierung und/oder Küh­ lung aufweist, an dem zumindest eine rohrförmige und zumindest zwei Austritte aufweisende Kolbenspritzdüse angeschlossen ist, die auf die Kolbenbodenunterseite ausgerichtet im Kurbelgehäuse ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Austritte als Austrittskanäle (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) ausgebildet sind, deren Durchmesser und Länge einen laminaren Strahlaufbau des die Kolbenspritzdüse (1a, 1b) durchströ­ menden Öls ermöglichen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Baulänge der Kolbenspritz­ düse (1a, 1b) von bis zu 60 mm, vorzugsweise von 30 mm die Länge der Austrittskanäle (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) zwischen 30% und 90%, ins­ besondere 60% der Baulänge der Kolbenspritzdüse (1a, 1b) beträgt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Durchmesser der Kolben­ spritzdüse (1a, 1b) von bis zu 10 mm der Durchmesser jedes Aus­ trittskanals (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) zwischen 10% und 40%, insbesondere 22,5% des Durchmessers jedes Austrittskanals (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) beträgt.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenspritzdüse (1a, 1b) aus ei­ nem Kunststoffwerkstoff gefertigt ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskanäle (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) gebohrt sind.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskanäle (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) parallel zueinander ausgerichtet sind.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem Austrittskanal (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) ein Druckventil zugeordnet ist.

8. Verfahren zur Auslegung einer Kolbenspritzdüse für eine Brenn­ kraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen in einem Zylinder bewegbaren Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei die Brenn­ kraftmaschine ein Ölsystem zur Schmierung und/oder Kühlung auf­ weist, an dem zumindest eine rohrförmige und zumindest zwei Aus­ tritte aufweisende Kolbenspritzdüse angeschlossen ist, die auf die Kolbenbodenunterseite ausgerichtet im Kurbelgehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Austritte als Austrittskanäle (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) ausgebildet sind, deren Durchmesser und Länge so bemessen sind, daß jeder austretende Spritzstrahl eine in einem Ab­ stand von mindestens ca. 100 mm, vorzugsweise ca. 250 mm zu dem Austritt aus dem Austrittskanal (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) konzentrisch zu dessen Mündungsöffnung angeordnete Öffnung mit einem Durchmes­ ser von mindestens 400%, insbesondere 750% des Durchmessers des Austrittskanals (3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂) mit einem Fanggrad von min­ destens 75%, insbesondere mindestens 85% trifft.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des Prüföls 16 +/- 2 mm²/s und der Prüfdruck 4 +/- 0.1 bar beträgt.