DE19933363A1

DE19933363A1 - Device for cooling and / or lubricating a reciprocating piston internal combustion engine

Info

Publication number: DE19933363A1
Application number: DE1999133363
Authority: DE
Inventors: Ruediger Pfaff; Harald Pfeffinger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2001-02-01
Also published as: EP1070836A2; EP1070836A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine 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 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.The invention relates to a device for cooling the pistons 18 of an internal combustion engine by means of a pump 11, which supplies oil from the lubricating oil circuit to the piston by means of a pump via an inlet line 4 having an outlet opening 5, the oil inlet being controlled via a valve 17 controlled as a function of engine parameters regulated and the oil is sprayed at least against the underside of the piston 18 and the lubricating oil circuit includes at least one main supply line 27 to which a plurality of supply lines 4, each with an outlet opening 5, are connected, only one valve 17 being provided in the main supply line.

Description

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 Austrittsöff nung aufweisende Zuführleitung dem Kolben zuführt, wobei die Ölzufuhr über ein in Abhängigkeit von Motorparametern gesteuer tes Ventil geregelt und das Öl zumindest gegen die Unterseite des Kolbens gespritzt wird.The invention relates to a device for cooling the Piston of an internal combustion engine by means of a pump, the oil out the lubricating oil circuit by means of a pump via an outlet opening supply line feeds the piston, the Oil supply via a control depending on engine parameters valve regulated and the oil at least against the bottom the piston is injected.

Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art bekannt (DE 42 43 571 C2), bei der die Kolbenkühlung unmittel bar in das Kurbelgehäuse im Bereich der Lagerstühle eingesetzt ist und mit einer Schmiermittelversorgung in Verbindung steht, so daß auf der Kolbenunterseite Öl über Ölspritzdüsen ausgetra gen werden kann. Die Ölspritzdüsen sind in Verbindung mit den vorgeschalteten Druckventilen so ausgelegt, daß im Leerlaufbe trieb der Maschine die Ölspritzdüsen von der Schmierversorgung abgeschaltet sind. Ferner sind die Ölspritzdüsen in die im La gerstuhl vorgesehenen Ausnehmungen eingesetzt. Hierdurch sollen zusätzliche Schmierölkanäle für die übrigen Ölspritzventile eingespart werden. It is already a device of the type listed at the beginning known (DE 42 43 571 C2), in which the piston cooling immediately bar in the crankcase in the area of the storage chairs and is connected to a lubricant supply, so that oil is spilled on the underside of the piston via oil spray nozzles can be gen. The oil spray nozzles are in connection with the upstream pressure valves designed so that in idle drove the machine's oil spray nozzles from the lubrication supply are switched off. Furthermore, the oil spray nozzles in the La recesses provided. This is supposed to additional lubrication oil channels for the other oil spray valves be saved.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, eine Vorrichtung zur Kühlung der Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem Schmierölkreis so auszubilden und anzuordnen, daß nur bei be stimmten Parametern eine Kühlung der Brennkraftmaschine er folgt.Accordingly, the object of the invention is a device for cooling the pistons of an internal combustion engine with a Train and arrange the lubricating oil circuit so that only at be agreed parameters of cooling the engine follows.

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 Hauptversor gungsleitung vorgesehen ist. Hierdurch wird auf einfache, bau liche Weise erreicht, daß die Kolbenkühlung der Brennkraftma schine 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 Kolben kühlung wirkt sich insbesondere beim Kaltstart sowie im Teil lastbereich negativ auf Emissionen, Geräuschverhalten und Brennstoffverhalten aus. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und für das gezielte Zuschalten der Kolbenkühlung wird eine deutliche Verbesserung geschaffen.The object is achieved in that Lubricating oil circuit belongs to at least one main supply line, to the several supply lines, each with an outlet opening are connected, with only one valve in the main supply supply line is provided. This will make building simple Liche achieved that the piston cooling of the internal combustion engine machine only occurs when certain temperature values in the Internal combustion engine can be achieved, so that in particular Piston cooling does not occur during cold start operation, as this is not required in this operating state. A piston Cooling is particularly effective during cold starts and in parts load range negative on emissions, noise behavior and Fuel behavior. By the device according to the invention and for the targeted switching on of the piston cooling one significant improvement created.

Ferner ist es vorteilhaft, daß das Ventil als druckunab hängiges, schaltbares Ventil ausgebildet und im Bereich eines Endes der Hauptversorgungsleitung vorgesehen ist.It is also advantageous that the valve as pressure independent hanging, switchable valve designed and in the area of a End of the main supply line is provided.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß das Ventil als elektromagne tisches Ventil ausgebildet und von Motorparametern, wie Öltem peratur, Wassertemperatur oder Öldruck, steuerbar ist. Da das Ventil als elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist, läßt 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. According to a further development, an additional possibility is the Device according to the invention that the valve as an electromagnetic table valve and engine parameters such as oil temperature, water temperature or oil pressure, is controllable. Since that Valve is designed as an electromagnetic valve, it leaves easily about the engine parameters, such as Switch oil temperature, water temperature or oil pressure, see above that it opens very specifically at the desired operating state and ensures the coolant supply to the piston.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß das Ventil mit Sensoren des Motors und/oder mit dem Motorsteu ergerät wirkungsmäßig verbunden ist, in dem die einzelnen Mo torparameter abgelegt sind.In a further embodiment of the invention, it is advantageous that the valve with sensors of the engine and / or with the engine control device is operatively connected in which the individual Mo gate parameters are stored.

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 ange ordnet ist und in Durchflußverbindung steht.According to a preferred embodiment of the invention Solution is finally provided that the supply line with their outlet opening designed as oil splashes at a distance to at least one inlet opening provided in the piston is arranged and in flow connection.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Zuführleitung mit ihrer Aus trittsöffnung konzentrisch zu der im Kolben vorgesehenen Ein laßöffnung angeordnet ist. Durch die vorteilhafte Plazierung der Austrittsöffnung der Ölspritze im Bereich des Kolbens wird in jeder beliebigen Stellung des Kolbens eine optimale Kühlmit telversorgung des Kolbens gewährleistet, da auch über eine lan ge Wegstrecke zwischen der Austrittsöffnung der Zuführleitungen und der Einlaßöffnung im Kolben ein Transport zum Kolben si chergestellt wird, so daß das Kühlmittel gezielt in die Einlaß öffnung im Kolben eintreten und an einer anderen Stelle im Kol ben wieder austreten kann.It is also advantageous that the supply line with its off opening concentric to the one provided in the piston let opening is arranged. Due to the advantageous placement the outlet of the oil syringe in the area of the piston an optimal coolant in any position of the piston ensures the piston is supplied with power, as it also has a lan ge distance between the outlet opening of the feed lines and the inlet opening in the piston a transport to the piston si Is made so that the coolant is targeted into the inlet Enter the opening in the piston and at another point in the piston ben can exit again.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anord nung ist es von Vorteil, daß die Zuführleitung mit ihrer Aus trittsöffnung 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 Ausla ßende der Zuführleitung der Ölmittelversorgung in die Öffnung des Kolbens eintreten kann. In connection with the training and arrangement according to the invention It is advantageous that the supply line with its off opening in a certain position of the piston in the Intake opening of the piston protrudes. This ensures that no damage in any position of the piston the supply line can enter because even in the lowest Position of the piston (UT) the outlet or outlet End of the oil supply line into the opening of the piston can enter.

Vorteilhaft ist es ferner, daß im Kolben ein oder mehrere Ölka näle vorgesehen sind, wobei zumindest einer davon mit der Aus trittsöffnung der Zuführleitung des Ölkreislaufs in Durchfluß verbindung steht, die zumindest teilweise in einem Motorblock bzw. Zylindergehäuse verläuft.It is also advantageous that one or more Ölka in the piston channels are provided, at least one of them with the off opening of the supply line of the oil circuit in flow connection that is at least partially in an engine block or cylinder housing.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Pa tentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Fi guren dargestellt. Es zeigt:Further advantages and details of the invention are in the Pa claims and explained in the description and in the Fi shown. It shows:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Kühlmittelversorgung für einen Kolben, Fig. 1, an internal combustion engine with a coolant supply for a piston,

Fig. 2 einen Ölkühlkreislauf zur Kühlmittelversorgung des Kolbens, Fig. 2 is an oil cooling circuit for the coolant supply of the piston,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungs beispiel einer Kühlmittelversor gung für einen Kolben. Fig. 3 shows another embodiment example of a coolant supply for a piston.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Kühlung oder auch zur Schmierung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem im Quer schnitt dargestellten Zylinder 2 und einem Kurbelgehäuse 12 veranschaulicht, dem ein Brennraum 1 zugeordnet ist.In the drawing, a device for cooling or for lubricating a reciprocating internal combustion engine is illustrated with a cylinder 2 shown in cross section and a crankcase 12 to which a combustion chamber 1 is assigned.

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 Kolben ringen 23 auf.A piston 18 is mounted in the crankcase 12 above a piston pin 16 by means of a connecting rod 15 . The piston 18 has a piston crown 20 and a piston skirt 21 and in the upper region numerous ring grooves 22 for receiving piston rings 23 .

Der Kolben 18 wird von dem Kolbenboden 20 und einer oberen Kol benoberfläche bzw. Kolbenmulde 24 sowie einer Kolbenmantelflä che 25 begrenzt. The piston 18 is delimited by the piston crown 20 and an upper piston surface or piston recess 24 and a piston jacket surface 25 .

Im Bereich der Kolbenmantelfläche 25 befindet sich ein umlau fender 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 Li nien angedeutet.In the area of the piston jacket surface 25 there is an umlau fender oil channel 19 which can be connected to an inlet opening 6 , 6 'and on the other hand to an outlet opening 7 , 7 '. In the drawing, the oil channel 19 is indicated in dashed lines.

Der Ölkanal 19 gehört zu einem Ölkreislauf, zu dem auch eine in einem Motorblock 10 vorgesehene Zuführleitung 4 gehört. Die Zu führleitung 4 ist an eine Hauptversorgungsleitung 27 ange schlossen. Die Hauptversorgungsleitung 27 dient auch zur Druck mittelversorgung weiterer in der Zeichnung nicht dargestellter Zuführleitungen für weitere Zylinder der Brennkraftmaschine und wird über eine Pumpe 11 versorgt.The oil channel 19 belongs to an oil circuit, which also includes a supply line 4 provided in an engine block 10 . The lead line 4 is connected to a main supply line 27 . The main supply line 27 is also used for pressure medium supply of further supply lines, not shown in the drawing, for further cylinders of the internal combustion engine and is supplied by a pump 11 .

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, steht die Zuführleitung bzw. der Zuführkanal 4 jeweils mit dem entsprechenden Kurbelgehäu se 12 in Verbindung. Hierzu weist die Zuführleitung 4 im Be reich 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 Öl spritzdüse 26 konzentrisch zu der im Kolben 18 vorgesehenen Einlaßöffnung 6 des Ölkanals 19 angeordnet, so daß in der Stel lung 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.As can be seen from the drawing, the feed line or the feed channel 4 is in each case connected to the corresponding crankcase 12 . For this purpose, the feed line 4 in the loading area 5 has an oil spray nozzle 26 which is arranged at a sufficient distance from the piston crown 20 so that no damage to the feed line 4 can occur when the piston 18 is in the UT position. For this purpose, the supply line 4 or the oil spray nozzle 26 is arranged concentrically to the inlet opening 6 provided in the piston 18 of the oil channel 19 , so that in the Stel development UT of the piston 18 part of the oil spray nozzle 26 or the associated supply line 4 in the hole adjoining the inlet opening 6 , 6 'can occur briefly.

In der Stellung UT des Kolbens 18 weist jedoch die Ölspritzdü se 26 eine freie Wegstrecke L auf, so daß das aus der Ölspritz düse 26 austretende Öl über diese Wegstrecke L in die Einlaß öffnung 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 si chergestellt ist. Ferner kann der Kolben auch ohne Ölkanal aus gestattet sein.In the UT position of the piston 18 , however, the Öl Spritzdü se 26 has a free path L, so that the oil emerging from the oil spray nozzle 26 passes through this path L into the inlet opening 6 . Depending on the design of the oil spray nozzle 26 , part of the coolant can also be sprayed onto the piston walls or the piston crown 20 and thus also ensure cooling of the piston 18 from the outside. This arrangement ensures in any case that an oil supply to the oil channel 19 is provided in any position of the piston 18 . Furthermore, the piston can also be permitted without an oil channel.

In vorteilhafter Weise befindet sich hinter der Pumpe 11 ein schaltbares Ventil 17, das als elektromagnetisches Ventil aus gebildet ist und von Motorparametern, wie beispielsweise Öltem peratur, 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 Motor öl zu beaufschlagen, wenn ein bestimmter Betriebszustand er reicht ist. Eine Kühlmittelversorgung beim Kaltstart bzw. beim Schubbetrieb kann sich negativ auf Laufverhalten, Geräusche, Emissionen und Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors aus wirken. Durch die gezielte Kühlung und/oder auch getaktete Küh lung wird eine wesentliche Verbesserung der Kennzahlen des Mo tors bzw. des Gesamtwirkungsgrads erreicht.Advantageously, there is a switchable valve 17 behind the pump 11 , which is formed as an electromagnetic valve and can be controlled by engine parameters such as oil temperature, water temperature or oil pressure. In this way, it is possible to selectively apply the desired coolant or the engine oil to the cooling channels or oil channels 19 when a certain operating state is sufficient. A coolant supply during cold start or overrun can have a negative impact on the running behavior, noise, emissions and fuel consumption of the internal combustion engine. The targeted cooling and / or clocked cooling significantly improves the key figures of the engine and the overall efficiency.

Das schaltbare Ventil 17 ist mit in der Zeichnung nicht darge stellten 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 je der einzelnen Ölspritzdüse 26 in Abhängigkeit der Betriebspara meter durch jeweils ein gesondertes Ventil zu steuern.The switchable valve 17 is operatively connected to sensors of the engine and / or an engine control unit, also not shown in the drawing, in which the individual engine parameters are stored. With this arrangement it is also possible to save valves within the range of the oil syringe. In addition, it is possible according to another embodiment, instead of a separate oil channel or a separate feed line 4 to control the flow rate of the individual oil spray nozzle 26 as a function of the operating parameters by means of a separate valve.

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 Brennraum erwärmung erfolgen kann, die durch eine zu frühe Kühlung verzö gert würde. Um einer Abkühlung des Brennraums entgegenzuwirken, ist es vorteilhaft, insbesondere im Teillastbereich oder Schub betrieb eine Kühlkanalbeaufschlagung zu vermeiden bzw. zu redu zieren.With the device according to the invention for cooling and / or lubricating the piston 18 or the reciprocating piston internal combustion engine, the lubrication or cooling can only be used after the cold start of the engine, so that rapid combustion chamber heating can also take place, which delays due to early cooling would. In order to counteract cooling of the combustion chamber, it is advantageous to avoid or reduce cooling channel loading, particularly in the partial-load range or overrun mode.

In Fig. 2 sind an die Hauptversorgungsleitung 27 mehrere Zu führleitungen bzw. Zuführkanäle 4 mit Ölspritzdüsen 26 ange schlossen, 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 Ölspritzdü se 26 bzw. einem Zuführkanal 4 vorgesehen ist (Fig. 3).In Fig. 2 are to the main supply line 27 to supply lines or supply channels 4 with oil spray nozzles 26 is closed, which have outlet openings 5 through which the cooling oil is supplied to the piston 18 . An engine control unit 28 can according to FIG. 2, may be 3 operatively connected to the valve 17, the valve 17 between the pump 11 and the first supply passage 4 or the oil spray nozzle 26 (Fig. 3) or between an oil pan 30 of the crankcase 12 and a Oil spray nozzle 26 or a feed channel 4 is provided ( FIG. 3).

Claims

1. Device for cooling the pistons ( 18 ) of an internal combustion engine by means of a pump ( 11 ) which supplies oil to the piston from the lubricating oil circuit by means of a pump via an outlet opening ( 5 ) having a feed line ( 4 ), the oil supply being dependent on controlled by engine parameters valve ( 17 ) and the oil is sprayed at least against the underside of the Kol bens ( 18 ), characterized in that at least one main supply line device ( 27 ) belongs to the lubricating oil circuit, to which several supply lines ( 4 ) each with egg ner Outlet opening ( 5 ) are connected, only one Ven valve ( 17 ) is provided in the main supply line.

2. Device according to claim 1, characterized in that the valve ( 17 ) is designed as a pressure-independent, switchable valve and is provided in the region of one end of the main supply line ( 27 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the valve ( 17 ) is designed as an electromagnetic valve and can be controlled by engine parameters such as oil temperature, water temperature or oil pressure.

4. The device according to claim 1, characterized in that the valve ( 17 ) with sensors of the engine and / or with the engine control unit is operatively connected, in which the individual engine parameters are stored.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the supply line (4) at a distance from an opening provided in the piston (18) inlet opening (6) is arranged with its having formed as an oil spraying th exit opening (5) at least and is in flow communication.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the supply line (4) is arranged with its outlet opening (5) con centric to the provided in the piston (18) inlet opening (6).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the feed line ( 4 ) with its outlet opening ( 5 ) in egg ner certain position of the piston ( 18 ) protrudes into the inlet opening ( 6 ) of the piston.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more oil channels ( 19 ) are provided in the piston ( 18 ), at least one of which is in flow connection with the outlet opening ( 5 ) of the feed line ( 4 ) of the oil circuit, which at least partially in an engine block or cylinder housing ( 10 ).