DE3537147A1

DE3537147A1 - Piston cooling for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE3537147A1
Application number: DE19853537147
Authority: DE
Inventors: Hubert Emmerich
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1987-04-23

Abstract

The invention relates to piston cooling for internal combustion engines, oil being sprayed by means of a device against those parts of the piston to be cooled and the device comprising a control valve (3), which controls the passage through the control valve as a function of the oil temperature in the lubricating oil circuit. As a result the piston is optimally cooled and increased exhaust emission, caused by inadequate cooling of the piston, does not occur (Fig. 2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenkühlung für Brennkraft maschinen gemäß Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to piston cooling for internal combustion machines according to the preamble of the first claim.

Nach der DE-PS 9 68 013 ist eine Kolbenkühlung für Brenn kraftmaschinen bekannt, bei der aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine Öl abgezweigt und mittels einer Vorrichtung z. B. einer Düse, gegen das Innere des Kolben bodens gespritzt wird. Der Vorrichtung ist ein Organ zuge ordnet, das derart vom vollen Öldruck in der Schmieröllei tung gesteuert wird, daß bei Absinken dieses Druckes unter eine Grenze, z. B. den Leerlaufdruck der Ölpumpe, der Durchfluß des Öls durch die Vorrichtung blockiert ist.According to DE-PS 9 68 013 is a piston cooling for burning known engines, from the lubricating oil circuit the engine branches off oil and by means of a Device z. B. a nozzle against the inside of the piston is sprayed on the floor. The device is an organ arranges that from the full oil pressure in the lubricating oil shop tion is controlled that when this pressure drops below a limit, e.g. B. the idle pressure of the oil pump, the Flow of the oil through the device is blocked.

Die Höhe des Öldrucks in der Schmierölleitung ist außer von der Drehzahl der Brennkraftmaschine d. h. der Drehzahl der Ölpumpe noch von der Temperatur und der Viskosität des Öls abhängig. Da bei kaltem Öl ein hoher und bei warmem Öl ein niedriger Druck in der Schmierölleitung herrscht, wer den die Kolben bei warmem Öl zu wenig und bei kaltem Öl zu viel gekühlt. Diese Kühlungsmethode ist nachteilig, da bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei jenen mit einem of fenen Brennraum, eine direkte Abhängigkeit der Qualität der Abgasemission von der Kolbentemperatur besteht. The level of oil pressure in the lubricating oil line is excluded the speed of the internal combustion engine d. H. the speed the oil pump still on the temperature and viscosity of the Oil dependent. Because with cold oil a high and with warm oil a low pressure in the oil line prevails who the pistons too little with warm oil and with cold oil much chilled. This cooling method is disadvantageous because Internal combustion engines, especially those with an open open combustion chamber, a direct dependence of the quality the exhaust gas emission from the piston temperature.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Kolbentemperatur so zu regeln, daß der Kolben optimal gekühlt wird und keine durch eine ungenügende Kühlung des Kolbens verursachte hö here Abgasemission eintritt.The object of the invention is so the piston temperature regulate that the piston is optimally cooled and none caused by insufficient cooling of the piston Exhaust emission occurs here.

Dadurch, daß die Vorrichtung aus einem Regelventil be steht, welches den Durchgang in Abhängigkeit von der Öl temperatur im Schmierölkreislauf steuert, ist der Kolben optimal gekühlt, und es tritt keine, durch eine ungenügen de Kühlung des Kolbens verursachte, höhere Abgasemission auf.The fact that the device from a control valve be which is the passage depending on the oil temperature in the lubricating oil circuit is the piston optimally cooled, and none occurs due to insufficient de Cooling the piston caused higher exhaust emissions on.

Bei kaltem Motor ist auch das Schmieröl kalt, und das Re gelventil ist geschlossen, d.h. kein Öl erreicht den Kol benboden. Dies ist auch der Fall, wenn die Drehzahl des Motors und damit der Ölpumpe stark steigt. Somit kann der Kolben, ohne unnötig gekühlt zu werden, seine Betriebstem peratur erreichen. Erst wenn die Temperatur des Öls einen bestimmten Wert übersteigt, öffnet das Regelventil den Durchgang, und die Kolbenkühlung beginnt.When the engine is cold, the lubricating oil is cold and the Re gel valve is closed, i.e. no oil reaches the col benboden. This is also the case when the speed of the Motors and thus the oil pump rises sharply. Thus, the Piston, without being cooled unnecessarily, its operating temperature reach temperature. Only when the temperature of the oil is one the control valve opens the Passage, and piston cooling begins.

Vorteilhafterweise ist das Regelventil durch eine Feder gesteuert, wobei die Feder aus einer Memory-Legierung be steht. Memory-Legierungen sind allgemein bekannt, z.B. Tautzenberger, P. und Stöckel, D., Zeitschrift für wirt schaftliche Fertigung, 78 (10), 1983, S. 486 bis 488. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß sie ihre innere Struktur in Abhängigkeit von der Temperatur ändern, wobei das Gitter der Legierung in eine Hochtemperaturphase und in eine Nie dertemperaturphase mit jeweils geordneter Gitterstruktur übergehen kann. Eine Feder aus einer Memory-Legierung kann demnach so hergestellt sein, daß sie bis zu einer gewis sen, von der Art und Vorbehandlung der Legierung bestimm ten Temperatur unausgelenkt verharrt und oberhalb dieser Temperatur durch Übergang in die Hochtemperaturphase eine Längendehnung zeigt. Der Phasenübergang vollzieht sich da bei in einem Temperaturbereich von nur ca. 10-20 K. Da dieser Temperaturbereich bei Erwärmung des Motors sehr schnell durchlaufen wird, geschieht die Längenänderung plötzlich. Die Memory-Feder ist demnach mit einem 2-Punkt schalter zu vergleichen, der nur zwei Schaltungszustände aufweist und ohne Zeitverzug von einem in den anderen Zu stand wechseln kann. Da dieser Prozeß über hohe Zyklenzah len reversibel ist, eignen sich diese Federn bestens für das erfindungsgemäße Regelventil.The control valve is advantageously by a spring controlled, the spring made of a memory alloy be stands. Memory alloys are well known, e.g. Tautzenberger, P. and Stöckel, D., magazine for hosts scientific production, 78 (10), 1983, pp. 486 to 488. Sie are characterized by the fact that they have their inner structure in Change depending on the temperature, the grid the alloy into a high temperature phase and never the temperature phase with an ordered grid structure can pass over. A spring made of a memory alloy can therefore be made so that they up to a certain the type and pretreatment of the alloy temperature remains undeflected and above this Temperature by transition into the high temperature phase Elongation shows. The phase transition takes place there at a temperature range of only approx. 10-20 K. Da this temperature range when the engine heats up a lot the length changes quickly suddenly. The memory pen is therefore with a 2-point to compare switches of only two circuit states and without delay from one to the other can change state. Since this process has a high number of cycles len is reversible, these springs are ideal for the control valve according to the invention.

Zweckmäßigerweise ist die Feder in geschlossenem und offe nem Zustand des Regelventils vom Schmieröl beaufschlagt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß die Feder in allen Stellungen des Regelventils die Temperatur des Schmieröls aufweist.The spring is expediently closed and open lubrication oil acts on the control valve. This measure ensures that the spring in all positions of the control valve the temperature of the Has lubricating oil.

Ist sinnvollerweise parallel zu dem durch die Feder gere gelten Durchgang des Regelventils eine Bypaßleitung ange ordnet, wobei die Feder in Strömungsrichtung hinter der Bypaßleitung liegt, so umfließt auch im geschlossenen Zu stand des Regelventils eine bestimmte, durch den Quer schnitt der Bypaßleitung und der Drehzahl der Ölpumpe vor bestimmte Menge Öl die Feder und hält die Temperatur der Feder auf der des Öls.It makes sense to be parallel to the one by the spring pass through the control valve, a bypass line is attached arranges, the spring in the flow direction behind the Bypass line is, so flows around in the closed Zu the control valve stood a certain, through the cross cut the bypass line and the speed of the oil pump certain amount of oil the spring and maintains the temperature of the Feather on that of the oil.

Es ist von Vorteil, wenn der Durchgang des Regelventils durch eine Kugel als Sperrorgan verschließbar ist, wobei die Kugel durch eine Druckfeder in Schließstellung kraft beaufschlagt ist und die Memory-Feder einen Druckkolben so bewegt, daß dieser die Kugel in Offenstellung des Regel ventils entgegen der Kraft der Druckfeder aus der Schließ stellung hebt. It is advantageous if the passage of the control valve can be closed by a ball as a blocking member, wherein force the ball into the closed position by a compression spring is acted upon and the memory spring so a pressure piston moves that the ball in the open position of the rule valve against the force of the compression spring from the closing position lifts.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den Zeichnungen, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigt:Further features of the invention result from the Be writing and the drawings showing an embodiment show the invention and described in more detail below are. It shows:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kolbenkühlung, Fig. 1 shows a detail of an internal combustion engine with an inventive piston cooling,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Regelven til. Fig. 2 shows a section through an inventive Regelven valve.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kolbenkühlung, wobei ein Kol ben 2 in einem Zylinderrohr 9 geführt ist. Im Kolbenboden ist eine Brennraummulde 10 angeordnet und in der zum Zy linderrohr 9 gewandten Fläche des Kolbens liegen drei Ver tiefungen 11 zur Aufnahme von Kolbenringen. Am Zylinder rohr 9 sind an seiner Außenfläche Kühlrippen 12 ange bracht. Der Kolben 2 ist durch eine Pleuelstange 13 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle verbunden. Um das unte re, zur Kurbelwelle gewandte Ende des Zylinderrohrs 9 ist ein angenähert U-förmig gebogenes Spritzrohr 14 gelegt, welches den Auslaß 15 (Fig. 2) eines erfindungsgemäßen Re gelventils 3 bildet und mit einer Düse 17 versehen ist, die einen Ölstrahl 18 an die zu kühlenden Stellen des Kol benbodens lenkt. Das Regelventil 3 ist über eine Leitung 19 mit einer Hauptschmierölleitung 1 der Brennkraftmaschi ne verbunden. Dem Regelventil 3 benachbart ist die Nocken welle 20 angeordnet, die eine Stößelstange 21 steuert. Fig. 1 shows a section of an internal combustion engine with a piston cooling according to the invention, wherein a Kol ben 2 is guided in a cylinder tube 9 . In the piston crown, a combustion chamber trough 10 is arranged and in the surface of the piston facing the cylinder tube 9 there are three recesses 11 for receiving piston rings. On the cylinder tube 9 cooling fins 12 are introduced on its outer surface. The piston 2 is connected by a connecting rod 13 to a crankshaft, not shown. Around the bottom right, facing the crankshaft end of the cylinder tube 9 , an approximately U-shaped bent spray tube 14 is placed, which forms the outlet 15 ( FIG. 2) of a re gel valve 3 according to the invention and is provided with a nozzle 17 which has an oil jet 18th directs to the areas of the piston crown to be cooled. The control valve 3 is connected via a line 19 to a main lubricating oil line 1 of the internal combustion engine ne. The control valve 3 is adjacent to the cam shaft 20 which controls a push rod 21 .

Das erfindungsgemäße Regelventil 3 ist in Fig. 2 darge stellt und zeigt ein zylinderförmiges Gehäuse, wovon ein Teil 23 im Durchmesser geringer ist als das andere Teil 24. In dem Teil 23 ist ein Hochdruckraum 25 angeordnet, während im anderen Teil 24 ein Niederdruckraum 26 unterge bracht ist. Der Niederdruckraum 26 ist über eine Bohrung 27 und eine Bypaßleitung 5 mit geringerem Querschnitt als die Bohrung 27 mit dem Hochdruckraum 25 verbunden. In den Stirnseiten des zylinderförmigen Gehäuses hat der Nieder druckraum 26 einen Auslaß 15 und auf der entgegengesetzten Seite der Hochdruckraum 25 einen Einlaß 16. Im Hochdruck raum 25 ist eine, vorteilhafterweise aus einem schmieröl unempfindlichen Material bestehende, Kugel 6 angeordnet, die von einer Druckfeder 7 auf die Bohrung 27 gedrückt wird und diese verschließt. Der Durchmesser der Kugel 6 ist größer als der Durchmesser der Bohrung 27. Dadurch kann die Kugel 6 nicht in die Bohrung 27 rutschen. Die Druckfeder 7 stützt sich sowohl auf der Stirnseite des Hochdruckraums 25, in der auch der Einlaß 16 angeordnet ist, als auch auf der Kugel 6 ab. Die dem Einlaß 16 abge wandte Stirnseite der Druckfeder 7 ist im Durchmesser kleiner als die zum Einlaß 16 gewandte Stirnseite der Druckfeder, wobei der Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der Kugel 6 und damit die Kugel mit unge fähr einem Viertel ihres Radius in die Druckfeder 7 hin einragt und somit von ihr mit seitlichem Halt geführt wird. Die Druckfeder hat demnach einen pyramidenförmigen Querschnitt.The control valve 3 according to the invention is shown in Fig. 2 Darge and shows a cylindrical housing, of which a part 23 is smaller in diameter than the other part 24th In the part 23 , a high-pressure chamber 25 is arranged, while in the other part 24, a low-pressure chamber 26 is housed. The low-pressure chamber 26 is a bypass conduit 5 is connected via a bore 27 and with a smaller cross section than the bore 27 with the high pressure chamber 25th In the end faces of the cylindrical housing, the low pressure chamber 26 has an outlet 15 and on the opposite side of the high pressure chamber 25 an inlet 16 . In the high-pressure space 25 , a ball 6 , advantageously made of a material that is insensitive to lubricating oil, is arranged, which is pressed by a compression spring 7 onto the bore 27 and closes it. The diameter of the ball 6 is larger than the diameter of the bore 27 . As a result, the ball 6 cannot slide into the bore 27 . The compression spring 7 is supported both on the end face of the high-pressure chamber 25 , in which the inlet 16 is also arranged, and on the ball 6 . The abge facing the inlet 16 end of the compression spring 7 is smaller in diameter than the end of the compression spring facing the inlet 16 , the diameter being slightly smaller than the diameter of the ball 6 and thus the ball with approximately a quarter of its radius in the compression spring 7 protrudes and is guided by it with a lateral hold. The compression spring therefore has a pyramid-shaped cross section.

Im Niederdruckraum 26 ist dem Auslaß 15 benachbart an der Stirnseite des Niederdruckraums 26 ein Ring 28 angeordnet, der die Abstützung für eine innerhalb des Hochdruckraums 26 befindliche Feder 4 aus einer Memory-Legierung bildet. Die Feder 4 ist als Schraubenfeder ausgebildet. An der entgegengesetzten Seite ist die Feder 4 von einem zylin derförmigen Druckkolben 8 abgestützt, der im Niederdruck raum 26 geführt ist. An der zur Bohrung 27 gewandten Stirnseite des Druckkolbens 8 hat dieser eine Nase 29, die in die Bohrung hineinragt und im unausgelenkten Zustand der Feder 4 an der die Bohrung 27 verschließenden Kugel 6 in etwa anliegt. Im ausgelenkten Zustand der Feder 4 wird der Druckkolben 8 von der Feder 4 in Richtung Bohrung 27 geschoben, und die Nase 29 des Druckkolbens 8 stößt die Kugel 6 im Hochdruckraum 25 entgegen der Kraft der Druck feder 7 aus der Bohrung 27 heraus, und der Durchgang durch das Regelventil 3 ist geöffnet. Damit der Druckkolben 8 für das Öl durchlässig ist, sind im Druckkolben Bohrungen 30 angeordnet.In the low-pressure space 26 to the outlet 15 adjacent to the end face of the low pressure chamber 26 is arranged a ring 28 which forms the support for a located within the high-pressure chamber 26 the spring 4 made of a memory alloy. The spring 4 is designed as a helical spring. On the opposite side, the spring 4 is supported by a cylinder-shaped pressure piston 8 , which is guided in the low pressure chamber 26 . On the end face of the pressure piston 8 facing the bore 27, the pressure piston 8 has a nose 29 which projects into the bore and, in the undeflected state of the spring 4, abuts approximately on the ball 6 closing the bore 27 . In the deflected state of the spring 4 , the pressure piston 8 is pushed by the spring 4 in the direction of the bore 27 , and the nose 29 of the pressure piston 8 pushes the ball 6 in the high-pressure chamber 25 against the force of the pressure spring 7 out of the bore 27 , and the passage through the control valve 3 is opened. So that the pressure piston 8 is permeable to the oil, bores 30 are arranged in the pressure piston.

Im geschlossenen Zustand des Regelventils 3 ist die Feder 4 im Niederdruckraum 26 unausgelenkt und die Nase 29 des Druckkolbens 8 liegt in etwa an der die Bohrung 27 ver schließenden Kugel 6 an. Im Hochdruckraum 25 wird die Ku gel 6 vom Öldruck und von der Druckfeder 7 in die Bohrung gedrückt. Die Bohrung 27 ist demnach geschlossen. Da je doch durch die Bypaßleitung 5 immer eine Leckrate an Öl durch das Regelventil 3 fließt, gelangt ständig Öl in den Niederdruckraum 26 und hält damit die Feder 4 auf der Tem peratur des Öls im Schmierölkreislauf. Steigt die Tempera tur des Öls und die Feder 4 mit der Memory-Legierung hat sich schlagartig, in der Art eines 2-Punktschalters, aus gedehnt, so stößt die Feder 4 den Druckkolben 8 und damit die Nase 29 in Richtung Bohrung 27, und die Nase 29 stößt die Kugel 6 entgegen dem Öldruck und der Kraft der Druck feder 7 aus der Bohrung 27. Der Durchgang ist für das Öl freigelegt, und die Kolbenkühlung beginnt.In the closed state of the control valve 3 , the spring 4 in the low-pressure chamber 26 is not deflected and the nose 29 of the pressure piston 8 lies approximately on the ball 6 which closes the bore 27 . In the high pressure chamber 25 , the Ku gel 6 is pressed by the oil pressure and the compression spring 7 into the bore. The bore 27 is therefore closed. Since ever a leak rate of oil flows through the control valve 3 through the bypass line 5 , oil constantly enters the low-pressure chamber 26 and thus keeps the spring 4 at the temperature of the oil in the lubricating oil circuit. Increases the temperature of the oil and the spring 4 with the memory alloy has suddenly expanded, in the manner of a 2-point switch, the spring 4 pushes the pressure piston 8 and thus the nose 29 in the direction of bore 27 , and the Nose 29 pushes the ball 6 against the oil pressure and the force of the pressure spring 7 from the bore 27 . The passage is exposed to the oil and piston cooling begins.

Claims

1. Piston cooling for internal combustion engines, in which oil branches off from the lubricating oil circuit of the internal combustion engine and is sprayed by means of a device against the areas of the piston ( 2 ) to be cooled, characterized in that the device consists of a re gel valve ( 3 ), which controls the passage depending on the oil temperature in the lubricating oil circuit.

2. Piston cooling according to claim 1, characterized in that the control valve ( 3 ) is controlled by a spring ( 4 ), the spring ( 4 ) being made from a memory alloy.

3. Piston cooling according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the spring ( 4 ) in the closed and in the open state of the control valve ( 3 ) is acted upon by the lubricating oil.

4. Piston cooling according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that a bypass line ( 5 ) is arranged parallel to the passage of the control valve ( 3 ) controlled by the spring ( 4 ).

5. Piston cooling according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the passage of the control valve ( 3 ) by a ball ( 6 ) as a locking member can be closed ver, the ball ( 6 ) by a compression spring ( 7 ) in the closed position of the valve ( 3 ) is powered.

6. Piston cooling according to claim 5, characterized in that the memory spring ( 4 ) moves a pressure piston ( 8 ) so that the ball ( 6 ) in the open position of the control valve ( 3 ) against the force of the compression spring ( 7th ) from the closed position.