DE19634742A1

DE19634742A1 - Internal combustion engine with piston lubricating and cooling oil injector

Info

Publication number: DE19634742A1
Application number: DE1996134742
Authority: DE
Inventors: Ulrich Craemer; Kurt Hoffmann; Anton Kleinschmidt
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1998-03-05

Abstract

The outlets of the injector are formed as passages (3a), the diameter and length of which enable a laminar jet build-up of the oil flowing through the injector (1a). With an overall length of the injector of up to 60 mm, and preferably 30 mm, the length of the outlet passage comes to between 30 and 90 per cent, and preferably 60 per cent, of the length of the injector. With an injector diameter of 10 mm, the diameter of the outlet passage comes to between 10 and 40 per cent, and preferably 22.5 per cent, of the diameter of each outlet passage.

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.The invention relates to an internal combustion engine with a crank housing in which a crankshaft is rotatably mounted on the at least one carrying a piston movable in a cylinder Connecting rod is articulated, the internal combustion engine using an oil system Has lubrication and / or cooling on the at least one pipe shaped and at least two exits piston spray nozzle is connected, which is aligned with the piston crown underside Crankcase is arranged. The invention further relates to a Process for designing a corresponding piston spray nozzle.

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.From the DD 89286 a piston spray nozzle is known, for example as in the cylinder wall of an internal combustion engine by a press or glue is attached. This piston spray nozzle has two outlet opening arranged on a side wall of the piston spray nozzle on the various positions on the underside of the piston crown are aligned. The spray jets widen from the outlet opening from the spray nozzle to the nearby piston crown page strongly on.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kolbenspritzdüse be reitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.The invention has for its object a piston spray nozzle be to ride, which is improved compared to the prior art.

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.This object is achieved in that the off treads are designed as outlet channels, their diameter and Length of a laminar jet structure of the piston spray nozzle allow flowing oil. There are two offs in particular provided passage channels, but also three or more exit channels channels may exist. Through the training as exit channels is achieved that each individual spray jet as a bundled jet emerges from the piston spray nozzle or the respective outlet channel and specifically aimed at a point on the underside of the piston crown can be directed or directed. Then this is special Place the bottom of the piston crown in particular the inlet opening in a cooling channel embedded in the piston crown. Here is ins especially with thermally highly loaded internal combustion engines take into account that the oil entry into this cooling channel during the Ge operation of the internal combustion engine must be ensured. It is then in such a way that during the piston 's stay in the area of the top dead center in the corresponding cylinder - then if the greatest distance to the piston spray nozzles is given - as a result the then existing highest thermal loads a verver casual loading of the cooling channel with oil must be ensured. This is achieved in that each spray jet has a lamina ren beam construction by the design of the outlet channels, because it sharpens the individual spray jets he follows.

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 a further development of the invention the Kol Spray nozzle of up to 60 mm, preferably 30 mm in length the exit channels between 30% and 90%, in particular 60% of the Overall length of the respective piston spray nozzle. Thereby in Next formation with a diameter of the piston spray nozzle of up to 10 mm, preferably 5.9 mm, the diameter of each outlet channel between 10% and 40%, in particular 22.5% of the diameter sers. It has been found that with these values also for un Different lengths and diameters of piston spray nozzles Exit channels can be represented, which he a laminar beam construction possible.

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 a development of the invention, the piston spray nozzle is made of one Plastic material made. It is then featured in further training see that the outlet channels are drilled. For one, the Kol Spray nozzle made of a plastic material inexpensive and simple producible, with the attachment of such Piston spray nozzle is easily possible because it takes advantage of the elastic properties of the plastic, for example, in a orderly recess or bore in the crankcase permanently can be firmly inserted. The production of holes in the like plastic spray nozzles is also easily possible and offers the advantage that the corresponding holes are trained very precisely are det and also have smooth surfaces. Of course is also provided and possible within the scope of the invention to generate treads already during injection molding. Here can also change the entire piston spray nozzle if necessary ren material as a plastic.

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 a further development of the invention, the outlet channels are parallel to one another other aligned. This will cause two to lie next to each other Generating spray jets that can be easily from a single public tion of the cooling channel can be caught in the piston crown nen. Would one instead of the two outlet channels with the same edge conditions (same oil pressure, same oil flow and the same Overall cross section) would only provide one outlet channel, that would be Spray jet is nowhere near as sharp and focused and would be too at least not be introduced into the opening in the amount. Opp if necessary, it can also be provided, the outlet channels to be arranged with different beam directions - here, of course Limits because of the length of the straight line in any case tunnels are set - around different openings and / or Feed the points of occurrence on the underside of the piston crown.

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 a development of the invention, at least one outlet channel is one Pressure valve assigned. It is then provided that this Pressure valve below a predetermined flow rate or at Fall below a certain delivery pressure the assigned Aus access channel blocked. This ensures that the second off tread channel in any case loaded with such an amount of oil is that a sharp spray jet is built up.

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.In a development of the invention is according to the method for Ausle supply a piston spray nozzle provided that the outlet channels so are dimensioned in terms of diameter and length so that everyone leaves spray jet at a distance of at least approx. 100 mm preferably about 250 mm to the exit from the outlet channel in a opening arranged concentrically with its mouth opening a diameter of 400%, in particular 750% of the diameter outlet channel with a catch wheel of at least 75% especially at least 85%. With a concrete diameter water of the outlet channel of 1.32 mm and a length of the outlet channel nals of 30 mm, this means that the opening has a diameter of 10 mm and at least 85% of the total oil quantity in enter this opening. These values give practical conditions again, the direct to an appropriate internal combustion engine can be worn. It is the case that the viscosity of the test oil 16 ± 2 mm per second and the test pressure is 4 ± 0.1 bar.

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. Further advantageous embodiments of the invention can be found in the drawing, in which an embodiment of the invention shown in FIGS . 1a and 1b is described in more detail ben.

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.In FIGS. 1a and 1b are each piston according to the invention injection nozzle 1 a, 1 b shown. The piston, spray nozzles 1 a, 1 b can be fastened with their lower, widened end in the crankcase of an internal combustion engine and can be connected to an oil system for lubrication and / or cooling. The piston spray nozzles 1 a, 1 b have in their lower, widened area first a Rundausneh tion 2 a, 2 b. The diameter of this Rundaus recesses 2 a, 2 b corresponds to the diameter of the piston spray nozzle 1 a, 1 b minus the wall thickness. From this circular recess 2 a, 2 b each exit channels 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂ from. This outlet channels 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂ open at the upper end of the respective piston spray nozzle 1 a, 1 b. The emerging oil jet 4 a, 4 b is in each case strongly bundled and precisely hits corresponding points of occurrence on the underside of the piston crown 5 a, 5 b of the respective piston 6 a, 6 b. This is achieved in that in the outlet channels 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂ a laminar beam structure is ensured by the appropriate configuration of the outlet channels 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂. It is in the embodiment that in a total length of the piston spray nozzle 1 a, 1 b of 30 mm, the outlet channels 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂ have a length of approximately 18 mm. At the same time, the diameter of the piston spray nozzle 1 a, 1 b in the non-widened area is 5.9 mm, while the diameter of the outlet channels is 3 a 1 , 3 a 2, 3 b 1, 3 b 2, 1.3 mm and the wall thickness in the loading range of the round recess is 1 mm.

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.The outlet channels 3 a₁, 3 a₂ according to FIG. 1a are arranged parallel to one another and meet directly adjacent points on the piston crown underside 5 a. In contrast, according to Fig. 1b, the outlet channels 3 b₁, 3 b₂ to each other at an angle of approximately 15 °.

Claims

1. Internal combustion engine with a crankcase in which a Kur belwelle is rotatably mounted, on which at least one connecting rod movable in a cylinder-bearing connecting rod is articulated, the internal combustion engine having an oil system for lubrication and / or cooling, on which at least one tubular and at least two outlets having a piston spray nozzle is connected, which is aligned with the piston crown underside in the crankcase, characterized in that the outlets are designed as outlet channels ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂), the diameter and length of which are laminar Allow jet build-up of the oil flowing through the piston spray nozzle ( 1 a, 1 b).

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that with a length of the piston spray nozzle ( 1 a, 1 b) of up to 60 mm, preferably 30 mm, the length of the outlet channels ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂ ) is between 30% and 90%, in particular 60% of the overall length of the piston spray nozzle ( 1 a, 1 b).

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that with a diameter of the piston spray nozzle ( 1 a, 1 b) of up to 10 mm the diameter of each outlet channel ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂) between 10 % and 40%, in particular 22.5% of the diameter of each outlet channel ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂).

4. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the piston spray nozzle ( 1 a, 1 b) is made of egg nem plastic material.

5. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet channels ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂) are drilled.

6. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet channels ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂) are aligned parallel to one another.

7. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one outlet channel ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂) is assigned a pressure valve.

8. A method of designing a piston spray nozzle for an internal combustion engine with a crankcase in which a crankshaft is rotatably mounted, on which at least one connecting rod is pivotally connected to a piston movable in a cylinder, the internal combustion engine being an oil system for lubrication and / or cooling on, at least one tubular and at least two steps from the piston spray nozzle is connected, which is arranged on the piston bottom underside in the crankcase, characterized in that the outlets are designed as outlet channels ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂) are, whose diameter and length are dimensioned such that each emerging spray jet was at a distance of at least about 100 mm, preferably about 250 mm from the outlet channel ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂) opening arranged concentrically to its mouth opening with a diameter of at least 400%, in particular 750% of the diameter of the outlet channel ( 3 a₁, 3 a₂, 3 b₁, 3 b₂) with a catch degree of at least 75%, in particular at least 85%.

9. The method according to claim 8, characterized in that the viscosity of the test oil is 16 +/- 2 mm² / s and the test pressure is 4 +/- 0.1 bar.