DE102015009568B4

DE102015009568B4 - Internal combustion engine with a control device for the targeted control of a piston cooling nozzle or a piston cooling duct and a method for operating an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102015009568B4
Application number: DE102015009568.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Rausch; Andreas Amann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: DE102015009568A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem Zylinder (2), mit einem in dem Zylinder (2) längsbeweglich angeordneten Kolben (5) sowie mit einer Kolbenkühldüse (10) zur Ausbringung von Kühlmittel in Richtung des Kolbens (5) und/oder mit wenigstens einem in dem Kolben (5) ausgebildeten Kolbenkühlkanal (11), wobei der Kolbenkühldüse (10) und/oder dem Kolbenkühlkanal (11) eine Steuereinrichtung (16) zugeordnet ist, die eine Steuerwelle (17) sowie ein die Steuerwelle (17) zumindest bereichsweise umgreifendes Steuerelement (18) aufweist, wobei in der Steuerwelle (17) ein erster Kühlmittelkanal (21,22) vorliegt, der eine Mantelfläche (23) der Steuerwelle (17) unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung (24,25) durchgreift, und in dem Steuerelement (18) für jeden Zylinder (2) jeweils wenigstens ein zweiter Kühlmittelkanal (27,28,29,30) ausgebildet ist, der eine der Steuerwelle (17) zugewandte Innenumfangsfläche (31) des Steuerelements (18) unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung (32,33,34,35) durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einer Kühlmittelquelle und der Kolbenkühldüse (10) und/oder dem Kolbenkühlkanal (11) nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung (24,25) und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung (32,33,34,35) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwelle (17) als Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (1) oder als drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelte Kühlmittelpumpenwelle oder Hilfswelle vorliegt.Internal combustion engine (1) with at least one cylinder (2), with a piston (5) arranged to be longitudinally movable in the cylinder (2) and with a piston cooling nozzle (10) for discharging coolant in the direction of the piston (5) and / or with at least a piston cooling channel (11) formed in the piston (5), the piston cooling nozzle (10) and / or the piston cooling channel (11) being assigned a control device (16) which includes a control shaft (17) and a control shaft (17) at least in some areas encompassing control element (18), a first coolant channel (21, 22) being present in the control shaft (17), which passes through a lateral surface (23) of the control shaft (17) to form at least one first coolant switching opening (24, 25), and in the control element (18) for each cylinder (2) at least one second coolant channel (27,28,29,30) is formed, the one of the control shaft (17) facing inner peripheral surface (31) of the control element (18) forming at least one second coolant switching opening (32,33,34,35) reaches through so that a flow connection between a coolant source and the piston cooling nozzle (10) and / or the piston cooling channel (11) is only possible when the first coolant switching opening (24,25) and the second coolant switching opening are at least partially covered (32,33,34,35) is present, characterized in that the control shaft (17) is present as a crankshaft of the internal combustion engine (1) or as a coolant pump shaft or auxiliary shaft coupled non-rotatably to the crankshaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, mit einem in dem Zylinder längsbeweglich angeordneten Kolben sowie mit einer Kolbenkühldüse zur Ausbringung von Kühlmittel in Richtung des Kolbens und/oder mit wenigstens einem in dem Kolben ausgebildeten Kolbenkühlkanal, wobei der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, die eine Steuerwelle sowie ein die Steuerwelle zumindest bereichsweise umgreifendes Steuerelement aufweist, wobei in der Steuerwelle ein erster Kühlmittelkanal vorliegt, der eine Mantelfläche der Steuerwelle unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, und in dem Steuerelement für jeden Zylinder jeweils wenigstens ein zweiter Kühlmittelkanal ausgebildet ist, der eine der Steuerwelle zugewandte Innenumfangsfläche des Steuerelements unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einer Kühlmittelquelle und der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine with at least one cylinder, with a piston arranged longitudinally movable in the cylinder and with a piston cooling nozzle for discharging coolant in the direction of the piston and / or with at least one piston cooling channel formed in the piston, the piston cooling nozzle and / or the piston cooling channel a control device is assigned which has a control shaft and a control element which at least partially encompasses the control shaft, a first coolant channel being present in the control shaft which extends through a lateral surface of the control shaft to form at least one first coolant switching opening, and in the control element for each cylinder at least one second coolant channel is formed, which extends through one of the control shaft facing inner peripheral surface of the control element while forming at least one second coolant switching opening, so that a flow connection between a Kühlmittelque lle and the piston cooling nozzle and / or the piston cooling channel is only present when the first coolant switching opening and the second coolant switching opening are at least partially covered. The invention also relates to a method for operating an internal combustion engine.

Die Brennkraftmaschine dient dem Bereitstellen eines Drehmoments, beispielsweise eines auf das Antreiben eines Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. In diesem Fall ist die Brennkraftmaschine dem Kraftfahrzeug zugeordnet beziehungsweise bildet einen Bestandteil von diesem. Die Brennkraftmaschine verfügt über den wenigstens einen Zylinder, in welchem der Kolben längsbeweglich angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder mit jeweils einem Kolben auf. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird dieser Kraftstoff zugeführt, welcher in dem Zylinder beziehungsweise einem in dem Zylinder vorliegenden Brennraum verbrannt wird.The internal combustion engine is used to provide a torque, for example a torque aimed at driving a motor vehicle. In this case, the internal combustion engine is assigned to the motor vehicle or forms part of it. The internal combustion engine has the at least one cylinder in which the piston is arranged to be longitudinally movable. The internal combustion engine preferably has several cylinders, each with one piston. During operation of the internal combustion engine, this fuel is supplied which is burned in the cylinder or a combustion chamber present in the cylinder.

Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird teilweise in ein Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine sowie teilweise in den Kolben eingetragen. Es kann daher notwendig sein, den Kolben zu kühlen. Hierzu ist die Kolbenkühldüse vorgesehen, mittels welcher Kühlmittel in Richtung des Kolbens ausgebracht werden kann. Die Kolbenkühldüse ist insoweit dem Zylinder beziehungsweise dem Kolben zugeordnet. Insbesondere ist sie auf der dem Brennraum abgewandten Seite des Kolbens angeordnet. Die Kolbenkühldüse ist derart ausgerichtet, dass aus ihr austretendes Kühlmittel in zumindest einer Stellung des Kolbens während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine unmittelbar auf den Kolben trifft, vorzugsweise auf eine Kolbenunterseite, welche auf der dem Brennraum abgewandten Seite des Kolbens vorliegt. Bevorzugt ist jedem Kolben der Brennkraftmaschine jeweils eine separate Kolbenkühldüse zugeordnet.The heat generated during combustion is partly introduced into a cylinder crankcase of the internal combustion engine and partly into the piston. It may therefore be necessary to cool the flask. For this purpose, the piston cooling nozzle is provided, by means of which coolant can be discharged in the direction of the piston. The piston cooling nozzle is assigned to the cylinder or the piston. In particular, it is arranged on the side of the piston facing away from the combustion chamber. The piston cooling nozzle is oriented in such a way that coolant emerging from it strikes the piston directly in at least one position of the piston during a work cycle of the internal combustion engine, preferably on a piston underside, which is on the side of the piston facing away from the combustion chamber. A separate piston cooling nozzle is preferably assigned to each piston of the internal combustion engine.

Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift DE 10 2005 010 234 A1 bekannt. Diese betrifft eine Kolbenkühlung für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus einer Ölspritzdüse, die mit einem im Kurbelgehäuse in einer Gehäusewand vorgesehenen Ölverteilerkanal verbunden ist, der einen Anschluss an einen Schmierölkanal hat, aus dem von einem Schaltventil in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuert Schmieröl in den Ölverteilkanal eingespeist wird. Um eine Kolbenkühlung mit einem verringerten Fertigungsaufwand zu erreichen wird vorgeschlagen, dass der Anschluss zwischen Ölverteilerkanal und Schmierölkanal als Aufnahmebohrung für das Schaltventil ausgebildet ist.The document is from the prior art DE 10 2005 010 234 A1 known. This relates to a piston cooling system for an internal combustion engine, consisting of an oil spray nozzle which is connected to an oil distribution channel provided in the crankcase in a housing wall, which has a connection to a lubricating oil channel from which lubricating oil is fed into the oil distribution channel controlled by a switching valve depending on operating parameters . In order to achieve piston cooling with reduced manufacturing outlay, it is proposed that the connection between the oil distribution channel and the lubricating oil channel be designed as a receiving bore for the switching valve.

Außerdem beschreibt die Druckschrift DE 10 2004 047 549 A1 eine Vorrichtung zum Regeln einer Kolbenkühlung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die eine Hauptdruckölleitung aufweist, von der Schmierölkanäle zu Hauptlagern einer Kurbelwelle und Spritzölkanäle zu Spritzdüsen für die Kolbenkühlung abzweigen.The document also describes DE 10 2004 047 549 A1 a device for regulating piston cooling of a reciprocating internal combustion engine, which has a main pressure oil line from which lubricating oil channels branch off to main bearings of a crankshaft and spray oil channels branch off to spray nozzles for piston cooling.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik die Druckschriften US 2014 / 0 034 008 A1 , US 5 819 692 A , DE 34 25 228 A1 , DE 10 2004 043 720 A1 , DE 102 51 943 B3 , DE 196 21 894 A1 und DE 42 43 571 A1 bekannt.The publications are also from the prior art US 2014/0 034 008 A1 , U.S. 5,819,692 A , DE 34 25 228 A1 , DE 10 2004 043 720 A1 , DE 102 51 943 B3 , DE 196 21 894 A1 and DE 42 43 571 A1 known.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Brennkraftmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine gezielte periodische Kühlung des Kolbens bei geringem Kühlmittelverbrauch ermöglicht.It is the object of the invention to propose an internal combustion engine which has advantages over known internal combustion engines, in particular enables targeted periodic cooling of the piston with low coolant consumption.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuerwelle als Kurbelwelle der Brennkraftmaschine oder als drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelte Kühlmittelpumpenwelle oder Hilfswelle vorliegt.According to the invention, this is achieved with an internal combustion engine having the features of claim 1. It is provided that the control shaft is present as a crankshaft of the internal combustion engine or as a coolant pump shaft or auxiliary shaft coupled in a rotationally fixed manner to the crankshaft.

Die Steuereinrichtung dient der gezielten Ansteuerung der Kolbenkühldüse und/oder des Kolbenkühlkanals. So soll die Kolbenkühldüse beziehungsweise der Kolbenkühlkanal beispielsweise lediglich dann betrieben werden, wenn sich der Kolben in einer bestimmten Position beziehungsweise in einem bestimmten Positionsbereich befindet. Dabei ist es vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die Kolbenkühldüse beziehungsweise den Kolbenkühlkanal aktiviert, dieser/diesem also Kühlmittel zuführt, wenn sich eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in einer bestimmten Drehwinkelstellung beziehungsweise in einem bestimmten Drehwinkelstellungsbereich befindet.The control device is used for the targeted control of the piston cooling nozzle and / or the piston cooling channel. For example, the piston cooling nozzle or the piston cooling channel should only be operated when the piston is in a specific position or in a specific position range. It is provided that the control device activates the piston cooling nozzle or the piston cooling channel, that is to say, supplies coolant to this / this when a crankshaft of the internal combustion engine is in a specific angular position or is located in a certain angle of rotation position range.

Die Steuereinrichtung weist die Steuerwelle sowie das Steuerelement auf. Die Steuerwelle ist um eine Drehachse drehbar angeordnet, insbesondere in dem Steuerelement. Das Steuerelement umgreift insoweit die Steuerwelle in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig. Vorzugsweise ist die Steuerwelle mittels des Steuerelements drehbar gelagert, sodass also das Steuerelement als Drehlager, insbesondere als Gleitlager, für die Steuerwelle dient. Selbstverständlich kann jedoch in dem Steuerelement ein Wälzlager zur Lagerung der Steuerwelle bezüglich des Steuerelements angeordnet sein.The control device has the control shaft and the control element. The control shaft is arranged so as to be rotatable about an axis of rotation, in particular in the control element. In this respect, the control element engages around the control shaft in the circumferential direction with respect to the axis of rotation at least in some areas, in particular completely. The control shaft is preferably rotatably mounted by means of the control element, so that the control element thus serves as a rotary bearing, in particular as a slide bearing, for the control shaft. Of course, however, a roller bearing for mounting the control shaft with respect to the control element can be arranged in the control element.

Die Steuerwelle weist den ersten Kühlmittelkanal auf, während das Steuerelement über den zweiten Kühlmittelkanal verfügt. Der erste Kühlmittelkanal durchgreift die Mantelfläche der Steuerwelle, sodass die erste Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Unter der Mantelfläche der Steuerwelle ist insbesondere eine Außenumfangsfläche der Steuerwelle zu verstehen. Der zweite Kühlmittelkanal, welcher in dem Steuerelement vorliegt, durchgreift die Innenumfangsfläche des Steuerelements, sodass die zweite Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Die Innenumfangsfläche ist der Steuerwelle zugewandt und liegt insbesondere an dieser an.The control shaft has the first coolant channel, while the control element has the second coolant channel. The first coolant channel extends through the jacket surface of the control shaft, so that the first coolant switching opening is present. The lateral surface of the control shaft is to be understood in particular as an outer circumferential surface of the control shaft. The second coolant channel, which is present in the control element, extends through the inner circumferential surface of the control element, so that the second coolant switching opening is present. The inner circumferential surface faces the control shaft and in particular rests on it.

Die Steuereinrichtung ist nun derart ausgestaltet, dass die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle, beispielsweise einer Kühlmittelpumpe beziehungsweise einem Kühlmittelkreislauf, und der Kolbenkühldüse beziehungsweise dem Kolbenkühlanal lediglich dann vorliegt, wenn die erste Kühlmittelschaltöffnung und die Kühlmittelschaltöffnung zumindest teilweise in Überdeckung vorliegen, sodass Kühlmittel aus dem ersten Kühlmittelkanal in den zweiten Kühlmittelkanal oder umgekehrt gelangen kann. Vorzugsweise sind die Steuerwelle und das Steuerelement derart ausgebildet, dass die erste Kühlmittelschaltöffnung in jeder Drehwinkelstellung der Steuerwelle an der Innenumfangsfläche des Steuerelements anliegt. Zusätzlich oder alternativ ist es vorgesehen, dass die zweite Kühlmittelschaltöffnung in jeder Drehwinkelstellung der Steuerwelle an der Mantelfläche der Steuerwelle anliegt.The control device is now designed in such a way that the flow connection between the coolant source, for example a coolant pump or a coolant circuit, and the piston cooling nozzle or the piston cooling channel is only present when the first coolant switching opening and the coolant switching opening are at least partially in overlap, so that coolant from the first coolant channel can get into the second coolant channel or vice versa. The control shaft and the control element are preferably designed in such a way that the first coolant switching opening rests against the inner circumferential surface of the control element in every rotational angle position of the control shaft. In addition or as an alternative, it is provided that the second coolant switching opening rests against the lateral surface of the control shaft in every rotational angle position of the control shaft.

Insoweit ist die jeweilige Kühlmittelschaltöffnung dicht verschlossen, sofern die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung versetzt zueinander vorliegen, sich also nicht in Überdeckung zueinander befinden beziehungsweise außer Überdeckung sind. Lediglich bei wenigstens teilweiser Überdeckung der beiden Kühlmittelschaltöffnungen kann das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung strömen. Beispielsweise sind die erste Kühlmittelschaltöffnung und die zweite Kühlmittelschaltöffnung derart angeordnet, dass sie zumindest teilweise in Überdeckung miteinander vorliegen, wenn sich der Kolben in seinem unteren Totpunkt befindet oder die Entfernung des Kolbens von seinem unteren Totpunkt einen bestimmten Wert unterschreitet. Beispielsweise können auch unterschiedliche Werte für unterschiedliche Bewegungsrichtungen des Kolbens vorgegeben werden. Beispielsweise ist der Wert bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens, also bei einer Bewegung des Kolbens in Richtung seines unteren Totpunkts, größer als ein Wert, welcher bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens, mithin also einer Bewegung des Kolbens von dem unteren Totpunkt fort, verwendet wird.To this extent, the respective coolant switching opening is tightly closed if the first coolant switching opening and the second coolant switching opening are offset from one another, that is, they are not in overlap with one another or are out of overlap. The coolant can flow through the first coolant switch opening and the second coolant switch opening only when the two coolant switching openings are at least partially covered. For example, the first coolant switch opening and the second coolant switch opening are arranged in such a way that they are at least partially overlapping with one another when the piston is in its bottom dead center or the distance of the piston from its bottom dead center falls below a certain value. For example, different values can also be specified for different directions of movement of the piston. For example, the value for a downward movement of the piston, i.e. a movement of the piston in the direction of its bottom dead center, is greater than a value which is used for an upward movement of the piston, i.e. a movement of the piston away from the bottom dead center.

Es ist insoweit vorgesehen, dass mittels der Steuereinrichtung der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal nur dann Kühlmittel zugeführt wird, wenn der Kolben einen bestimmten Abstand zu seinem unteren Totpunkt unterschreitet. Die Steuereinrichtung ist hierzu entsprechend ausgebildet. Bezogen auf einen Gesamtabstand zwischen dem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt des Kolbens ist es beispielsweise vorgesehen, der Kolbenkühldüse beziehungsweise dem Kolbenkühlkanal nur dann Kühlmittel zuzuführen, wenn der Abstand des Kolbens zu dem unteren Totpunkt bezogen auf den Gesamtabstand höchstens 10 %, höchstens 20 %, höchstens 30 %, höchstens 40 % oder höchstens 50 % beträgt, also lediglich einen Teil des Gesamtabstands.It is provided in this respect that coolant is only fed to the piston cooling nozzle and / or the piston cooling channel by means of the control device when the piston falls below a certain distance from its bottom dead center. The control device is designed accordingly for this purpose. In relation to a total distance between the bottom dead center and a top dead center of the piston, it is provided, for example, to supply coolant to the piston cooling nozzle or the piston cooling channel only if the distance of the piston to the bottom dead center in relation to the total distance is at most 10%, at most 20%, at most 30%, at most 40% or at most 50%, i.e. only part of the total distance.

Eingangs wurde bereits erwähnt, dass die Brennkraftmaschine vorzugsweise mehrere Zylinder und entsprechend mehrere Kolben aufweist. Vorzugsweise weist das Steuerelement nun mehrere zweite Kühlmittelkanäle auf, wobei insbesondere jedem Zylinder ein separater zweiter Kühlmittelkanal und entsprechend eine separate zweite Kühlmittelschaltöffnung zugeordnet sind. Die erste Kühlmittelschaltöffnung kann nun während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine die wenigstens eine zweite Kühlmittelschaltöffnung beziehungsweise mehrere der zweiten Kühlmittelschaltöffnungen überstreichen, sodass sie mit der jeweiligen zweiten Kühlmittelschaltöffnung in Überdeckung vorliegt und die dem jeweiligen Kolben zugeordnete Kolbenkühldüse beziehungsweise der jeweilige Kolbenkühlkanal mit Kühlmittel beaufschlagt wird, sodass dieses in Richtung des Kolbens ausgebracht wird. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wird eine bedarfsgerechte Versorgung der Kolbenkühldüse beziehungsweise der Kolbenkühldüsen und/oder des Kolbenkühlkanals beziehungsweise der Kolbenkühlkanäle mit Kühlmittel sichergestellt. Die Kolbenkühldüse beziehungsweise der Kolbenkühlkanal wird insoweit nicht permanent mit Kühlmittel beaufschlagt, sondern lediglich zeitweise.It was already mentioned at the beginning that the internal combustion engine preferably has several cylinders and correspondingly several pistons. The control element now preferably has a plurality of second coolant channels, in particular each cylinder being assigned a separate second coolant channel and correspondingly a separate second coolant switching opening. The first coolant switching opening can now sweep over the at least one second coolant switching opening or several of the second coolant switching openings during a work cycle of the internal combustion engine so that it overlaps the respective second coolant switching opening and the piston cooling nozzle assigned to the respective piston or the respective piston cooling channel is acted upon with coolant so that this is deployed in the direction of the piston. Such a configuration of the internal combustion engine ensures that the piston cooling nozzle or the piston cooling nozzles and / or the piston cooling duct or the piston cooling ducts are supplied with coolant as required. The piston cooling nozzle or the piston cooling channel is not permanently acted upon with coolant, but only temporarily.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerwelle und/oder das Steuerelement zur Einstellung eines bestimmten Kühlmittelmassenstroms durch die Kolbenkühldüse in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse der Steuerwelle verlagerbar sind/ist. Die Steuerwelle und das Steuerelement sind insoweit in axialer Richtung gegeneinander verlagerbar. Durch die Verlagerung kann die maximale Überdeckung zwischen der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine eingestellt werden. So liegt beispielsweise bei einer bestimmten Axialrelativstellung zwischen Steuerwelle und Steuerelement eine größere maximale Überdeckung vor als bei einer von der ersten Axialrelativstellung verschiedenen zweiten Axialrelativstellung. Entsprechend stellen sich unterschiedliche Kühlmittelmassenströme durch die Kolbenkühldüse beziehungsweise den Kolbenkühlkanal ein.In a further development of the invention it is provided that the control shaft and / or the control element can / is displaceable in the axial direction with respect to an axis of rotation of the control shaft in order to set a specific coolant mass flow through the piston cooling nozzle. The control shaft and the control element can be displaced relative to one another in the axial direction. As a result of the displacement, the maximum overlap between the first coolant switching opening and the second coolant switching opening can be set during a working cycle of the internal combustion engine. For example, with a certain axial relative position between the control shaft and the control element, there is a greater maximum overlap than with a second axial relative position different from the first axial relative position. Accordingly, different coolant mass flows are established through the piston cooling nozzle or the piston cooling channel.

Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, die Steuerwelle und das Steuerelement derart relativ zueinander anzuordnen, dass die Kühlmittelschaltöffnungen in keiner Drehwinkelstellung der Steuerwelle in Überdeckung zueinander vorliegen, sodass die Kolbenkühldüse beziehungsweise der Kolbenkühlkanal vollständig deaktiviert ist. Die relative Verlagerung der Steuerwelle und des Steuerelements zueinander kann grundsätzlich auf beliebige Art und Weise realisiert werden. Beispielsweise ist die Steuerwelle in axialer Richtung verlagerbar oder alternativ das Steuerelement. Hierzu sind entsprechende Mittel vorgesehen.It can also be provided, for example, to arrange the control shaft and the control element relative to one another in such a way that the coolant switching openings are not in overlap in any rotational angle position of the control shaft, so that the piston cooling nozzle or the piston cooling channel is completely deactivated. The relative displacement of the control shaft and the control element to one another can in principle be implemented in any desired manner. For example, the control shaft can be displaced in the axial direction or, alternatively, the control element. Appropriate means are provided for this.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Kühlmittelkanal konusförmig ist, insbesondere sich in Richtung der Steuerwelle aufweitet. Durch eine von der Zylinderform abweichende Formgebung des zweiten Kühlmittelkanals kann der Drehwinkelbereich der Steuerwelle beeinflusst werden, in welchem die erste Kühlmittelschaltöffnung in wenigstens teilweiser Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Besonders bevorzugt weitet sich der zweite Kühlmittelkanal in Richtung der Steuerwelle auf, sodass die zweite Kühlmittelschaltöffnung größer ist als bei einer zylinderförmigen Ausführung des zweiten Kühlmittelkanals.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the second coolant channel is conical, in particular widens in the direction of the control shaft. The rotational angle range of the control shaft in which the first coolant switching opening is at least partially overlapping with the second coolant switching opening can be influenced by a shape of the second coolant channel deviating from the cylindrical shape. The second coolant channel particularly preferably widens in the direction of the control shaft, so that the second coolant switching opening is larger than in the case of a cylindrical design of the second coolant channel.

Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die erste Kühlmittelschaltöffnung in Form einer die Mantelfläche der Steuerwelle durchgreifenden, also randlos in dieser ausgebildeten, Kühlmittelschaltnut vorliegt. Die Kühlmittelschaltnut beziehungsweise ihre Längsmittelachse verläuft bezogen auf die Drehachse der Steuerwelle vorzugsweise ausschließlich in Umfangsrichtung. Beispielsweise erstreckt sie sich in Umfangsrichtung bezogen auf die Drehachse der Steuerwelle über mindestens 15°, mindestens 30°, mindestens 45°, mindestens 60°, mindestens 75°, mindestens 90°, mindestens 105°, mindestens 120°, mindestens 135°, mindestens 150°, mindestens 165° oder mindestens 180°. Die Kühlmittelschaltnut ist derart an der Steuerwelle ausgebildet, dass sie unabhängig von der Drehwinkelstellung der Steuerwelle entweder an der Innenumfangsfläche des Steuerelements anliegt oder mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung in Überdeckung vorliegt. Durch die Ausgestaltung der Kühlmittelschaltöffnung als Kühlmittelschaltnut kann der Zeitraum, in welchem die Überdeckung zwischen der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt, äußerst elegant eingestellt werden.In addition or as an alternative, it can be provided that the first coolant switching opening is in the form of a coolant switching groove that extends through the lateral surface of the control shaft, that is, it is formed without edges in it. The coolant switching groove or its longitudinal center axis preferably runs exclusively in the circumferential direction in relation to the axis of rotation of the control shaft. For example, it extends in the circumferential direction based on the axis of rotation of the control shaft over at least 15 °, at least 30 °, at least 45 °, at least 60 °, at least 75 °, at least 90 °, at least 105 °, at least 120 °, at least 135 °, at least 150 °, at least 165 ° or at least 180 °. The coolant switching groove is formed on the control shaft in such a way that it either rests against the inner circumferential surface of the control element or overlaps the second coolant switching opening, regardless of the rotational angle position of the control shaft. By designing the coolant switching opening as a coolant switching groove, the period in which the overlap between the first coolant switching opening and the second coolant switching opening is present can be set extremely elegantly.

Die Erfindung sieht vor, dass die Steuerwelle als Kurbelwelle der Brennkraftmaschine oder als drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelte Kühlmittelpumpenwelle oder Hilfswelle vorliegt. Die Steuerwelle kann also von der Kurbelwelle selbst ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Welle notwendig ist. Alternativ kann die Steuerwelle jedoch auch als Kühlmittelpumpenwelle einer Kühlmittelpumpe vorliegen, wobei diese mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung steht, also von dieser angetrieben wird. Weiterhin kann die Steuerwelle in Form der Hilfswelle vorliegen, welche bevorzugt als Ausgleichswelle, insbesondere zur Reduzierung oder Eliminierung freier Massenkräfte, ausgestaltet ist. Sowohl für die Kühlmittelpumpenwelle als auch für die Hilfswelle ist eine Wirkverbindung mit der Kurbelwelle vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Kühlmittelpumpenwelle beziehungsweise die Hilfswelle drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelt, wobei zwischen den Wellen grundsätzlich eine beliebige Übersetzung vorgesehen sein kann. Die Übersetzung kann gleich eins sein oder von eins abweichen.The invention provides that the control shaft is present as a crankshaft of the internal combustion engine or as a coolant pump shaft or auxiliary shaft coupled to the crankshaft in a rotationally fixed manner. The control shaft can therefore be formed by the crankshaft itself. This has the advantage that no additional shaft is necessary. Alternatively, however, the control shaft can also be present as a coolant pump shaft of a coolant pump, this being in operative connection with the crankshaft, that is to say being driven by the latter. Furthermore, the control shaft can be in the form of the auxiliary shaft, which is preferably designed as a balancing shaft, in particular for reducing or eliminating free inertia forces. An operative connection with the crankshaft is provided for both the coolant pump shaft and the auxiliary shaft. According to the invention, the coolant pump shaft or the auxiliary shaft is coupled to the crankshaft in a rotationally fixed manner, it being possible in principle to provide any translation between the shafts. The translation can be equal to one or differ from one.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem Kolben der wenigstens eine Kolbenkühlkanal ausgebildet ist, der mit einer ein Kolbenhemd des Kolbens durchgreifenden ersten Kühlmittelübergangsöffnung strömungsverbunden ist, insbesondere über ein in dem Kolben ausgebildete Steigleitung. Der Kolbenkühlkanal durchgreift den Kolben wenigstens bereichsweise. Er kann zur Kühlung des Kolbens mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Zu diesem Zweck ist die erste Kühlmittelübergangsöffnung vorgesehen, welche das Kolbenhemd des Kolbens durchgreift. Unter dem Kolbenhemd ist insbesondere eine Mantelfläche des Kolbens zu verstehen.A further advantageous embodiment of the invention provides that the at least one piston cooling channel is formed in the piston, which is flow-connected to a first coolant transition opening extending through a piston skirt of the piston, in particular via a riser line formed in the piston. The piston cooling channel extends through the piston at least in some areas. Coolant can be applied to it to cool the piston. For this purpose, the first coolant transition opening is provided, which extends through the piston skirt of the piston. The piston skirt is to be understood in particular as a jacket surface of the piston.

Sind mehrere Kolbenkühlkanäle vorgesehen, so können diese mit derselben ersten Kühlmittelübergangsöffnung strömungsverbunden sein oder jeweils an eine separate erste Kühlmittelübergangsöffnung angeschlossen sein, wobei jede der ersten Kühlmittelübergangsöffnungen vorzugsweise beabstandet voneinander jeweils das Kolbenhemd durchgreifen. Beispielsweise sind die Kühlmittelübergangsöffnungen bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens in axialer Richtung an derselben Position angeordnet und/oder weisen dieselbe Erstreckung in axialer Richtung auf. Sie können in Umfangsrichtung zueinander beabstandet sein, insbesondere sind die Kühlmittelübergangsöffnungen in Umfangsrichtung gleichmäßig über den Umfang des Kolbens verteilt angeordnet.If several piston cooling channels are provided, they can be flow-connected to the same first coolant transition opening or each connected to a separate first coolant transition opening, each of the first coolant transition openings preferably spaced apart from one another in each case the piston skirt take action. For example, the coolant transition openings are arranged at the same position in the axial direction with respect to the longitudinal center axis of the piston and / or have the same extent in the axial direction. They can be spaced apart from one another in the circumferential direction, in particular the coolant transition openings are arranged distributed uniformly in the circumferential direction over the circumference of the piston.

Der Kolbenkühlkanal steht mit der ersten Kühlmittelübergangsöffnung in unmittelbarer und permanenter Strömungsverbindung. Wird also durch die erste Kühlmittelübergangsöffnung Kühlmittel zugeführt, so gelangt dieses in den Kolbenkühlkanal. Die Strömungsverbindung zwischen dem Kolbenkühlkanal und der ersten Kühlmittelübergangsöffnung ist vorzugsweise über die Steigleitung ausgebildet, welche zumindest teilweise in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse des Kolbens verläuft. Bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens gesehen liegt insoweit der Kolbenkühlkanal näher an dem Brennraum des Zylinders als die erste Kühlmittelübergangsöffnung, während diese wiederum näher an der Kurbelwelle liegt als der Kolbenkühlkanal. Dies hat den Vorteil, dass einerseits mittels des Kolbenkühlkanals die thermisch hoch belasteten, dem Brennraum zugewandten Bereiche des Kolbens gekühlt werden können. Andererseits besteht aufgrund der dem Brennraum abgewandten Anordnung der ersten Kühlmittelübergangsöffnung nicht die Gefahr, dass ein übermäßiges Maß an Kühlmittel in den Brennraum gelangt und dort verbrannt wird.The piston cooling channel is in direct and permanent flow connection with the first coolant transition opening. Thus, if coolant is supplied through the first coolant transition opening, then this passes into the piston cooling channel. The flow connection between the piston cooling channel and the first coolant transition opening is preferably formed via the riser line, which runs at least partially in the axial direction with respect to a longitudinal center axis of the piston. With regard to the longitudinal center axis of the piston, the piston cooling duct is closer to the combustion chamber of the cylinder than the first coolant transition opening, while this in turn is closer to the crankshaft than the piston cooling duct. This has the advantage that, on the one hand, the regions of the piston facing the combustion chamber, which are subject to high thermal loads, can be cooled by means of the piston cooling channel. On the other hand, due to the arrangement of the first coolant transition opening facing away from the combustion chamber, there is no risk of an excessive amount of coolant entering the combustion chamber and being burned there.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kolbenkühlkanal den Kolben in Umfangsrichtung vollständig oder lediglich teilweise umgreift, und/oder dass mehrere Kolbenkühlkanäle den Kolben in Umfangsrichtung gemeinsam vollständig oder lediglich teilweise umgreifen. Der Kolbenkühlkanal weist beispielsweise über seine gesamte Erstreckung in Richtung seiner Längsmittelachse eine konstante Position in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens auf. Er ist jedoch bevorzugt bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens gekrümmt angeordnet, sodass also die Längsmittelachse des Kolbenkühlkanals in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise gekrümmt ist. Vorzugsweise ist die Krümmung der Längsmittelachse des Kolbenkühlkanals über seine gesamte Längserstreckung konstant. Dabei kann er den Kolben beziehungsweise dessen Längsmittelachse in Umfangsrichtung vollständig oder lediglich teilweise umgreifen.A development of the invention provides that the piston cooling channel completely or only partially surrounds the piston in the circumferential direction, and / or that several piston cooling channels jointly completely or only partially surround the piston in the circumferential direction. The piston cooling channel has, for example, a constant position in the axial direction with respect to the longitudinal center axis of the piston over its entire extent in the direction of its longitudinal center axis. However, it is preferably arranged in a curved manner with respect to the longitudinal center axis of the piston, so that the longitudinal center axis of the piston cooling channel is curved at least in some areas in the circumferential direction. The curvature of the longitudinal center axis of the piston cooling channel is preferably constant over its entire longitudinal extent. He can completely or only partially encompass the piston or its longitudinal center axis in the circumferential direction.

Zusätzlich oder alternativ sind mehrere Kolbenkühlkanäle in dem Kolben vorgesehen, wobei jeder der Kolbenkühlkanäle gemäß den vorstehenden Ausführungen für den Kolbenkühlkanal ausgebildet sein kann. Die Kolbenkühlkanäle umgreifen den Kolben in ihrer Gesamtheit in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse des Kolbens vorzugsweise vollständig oder zumindest teilweise, insbesondere größtenteils, beispielsweise zu mindestens 80%, mindestens 85%, mindestens 90% oder mindestens 95%.Additionally or alternatively, several piston cooling channels are provided in the piston, wherein each of the piston cooling channels can be designed for the piston cooling channel in accordance with the above explanations. The piston cooling channels encompass the piston in its entirety in the circumferential direction with respect to the longitudinal center axis of the piston, preferably completely or at least partially, in particular largely, for example at least 80%, at least 85%, at least 90% or at least 95%.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Kolbenkühlkanal oder ein mit dem Kolbenkühlkanal strömungsverbundener Auslasskanal auf seiner der ersten Kühlmittelübergangsöffnung strömungstechnisch abgewandten Seite unter Ausbildung einer Auslassöffnung eine einem Brennraum abgewandte Wand des Kolbens durchgreift oder an eine Schmiervorrichtung eines Kolbenbolzens des Kolbens strömungstechnisch angeschlossen ist. Dem Kolben wird das Kühlmittel durch die erste Kühlmittelübergangsöffnung zugeführt. Beispielsweise gelangt es über die Steigleitung in den Kolbenkühlkanal und durchströmt diesen anschließend. Um das Kühlmittel aus dem Kolbenkühlkanal abzuführen, ist die Auslassöffnung vorgesehen. Diese ist beispielsweise dadurch ausgebildet, dass der Kolbenkühlkanal die dem Brennraum abgewandte Wand des Kolbens durchgreift, sodass das Kühlmittel durch die Auslassöffnung austreten kann, insbesondere in einen Kurbelraum der Brennkraftmaschine.A preferred embodiment of the invention provides that the at least one piston cooling channel or an outlet channel fluidly connected to the piston cooling channel, on its side facing away from the first coolant transition opening in terms of flow technology, passes through a wall of the piston facing away from a combustion chamber, forming an outlet opening, or is fluidically connected to a lubricating device of a piston pin of the piston is. The coolant is supplied to the piston through the first coolant transfer opening. For example, it reaches the piston cooling duct via the riser and then flows through it. The outlet opening is provided in order to discharge the coolant from the piston cooling channel. This is designed, for example, in that the piston cooling duct reaches through the wall of the piston facing away from the combustion chamber, so that the coolant can exit through the outlet opening, in particular into a crank chamber of the internal combustion engine.

Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Kolbenkühlkanal in den Auslasskanal übergeht, dass also der Auslasskanal auf der der ersten Kühlmittelübergangsöffnung strömungstechnisch abgewandten Seite des Kolbenkühlkanals an diesen angeschlossen ist. Auf der dem Kolbenkühlkanal beziehungsweise der ersten Kühlmittelübergangsöffnung abgewandten Seite des Auslasskanals durchgreift der Auslasskanal die Wand des Kolbens unter Ausbildung der Auslassöffnung. Sind mehrere Kolbenkühlkanäle in dem Kolben vorgesehen, so ist vorzugsweise jedem dieser Kolbenkühlkanäle eine separate Auslassöffnung zugeordnet beziehungsweise ist jeder der Kolbenkühlkanäle an jeweils eine separate Auslassöffnung angeschlossen.Alternatively, it can be provided that the piston cooling channel merges into the outlet channel, that is to say that the outlet channel is connected to the piston cooling channel on the side of the piston cooling channel facing away from the first coolant transition opening in terms of flow technology. On the side of the outlet channel facing away from the piston cooling channel or the first coolant transition opening, the outlet channel extends through the wall of the piston to form the outlet opening. If a plurality of piston cooling channels are provided in the piston, a separate outlet opening is preferably assigned to each of these piston cooling channels or each of the piston cooling channels is connected to a separate outlet opening.

Zudem kann es zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass der Kolbenkühlkanal beziehungsweise der Auslasskanal an die Schmiervorrichtung des Kolbenbolzens angeschlossen ist. Mittels des Kolbenbolzens ist eine Kolbenpleuelstange schwenkbar an dem Kolben gelagert. Hierzu weist der Kolben wenigstens eine Lagerstelle auf. Dieser ist zur Schmierung und/oder Kühlung die Schmiervorrichtung zugeordnet, welche nun mit Kühlmittel beaufschlagt wird, wenn dies auch für den Kolbenkühlkanal zutrifft. Somit wird bei gleichzeitig hervorragender Kühlung des Kolbenbolzens beziehungsweise der Lagerstelle die Menge des verbrauchten Kühlmittels deutlich verringert. Beispielsweise mündet der Kolbenkühlkanal beziehungsweise der Auslasskanal unmittelbar in die Lagerstelle oder eine Lagerbuchse der Lagerstelle ein.In addition, it can additionally or alternatively be provided that the piston cooling channel or the outlet channel is connected to the lubricating device of the piston pin. A piston connecting rod is pivotably mounted on the piston by means of the piston pin. For this purpose, the piston has at least one bearing point. This is assigned to the lubrication device for lubrication and / or cooling, to which coolant is now applied, if this also applies to the piston cooling channel. In this way, the amount of coolant consumed is significantly reduced while at the same time providing excellent cooling of the piston pin or the bearing point. For example, the piston cooling channel or the outlet channel opens directly into the bearing point or a bearing bush of the bearing point.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Normalenvektor der Auslassöffnung bezüglich einer Längsmittelachse des Kolbens in Umfangsrichtung oder in axialer Richtung verläuft. Der Normalenvektor der Auslassöffnung beschreibt die Richtung, in welcher das Kühlmittel aus der Auslassöffnung austritt. Der Normalenvektor entspricht dabei vorzugsweise der Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels durch die Auslassöffnung oder liegt zumindest parallel zu dieser vor. Der Normalenvektor kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise weist er bezogen auf die Längsmittelachse des Kolbens wenigstens eine Komponente in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung auf. Beispielsweise erstreckt sich der Normalenvektor ausschließlich in Umfangsrichtung oder ausschließlich in axialer Richtung.In a development of the invention it is provided that a normal vector of the outlet opening runs in the circumferential direction or in the axial direction with respect to a longitudinal center axis of the piston. The normal vector of the outlet opening describes the direction in which the coolant emerges from the outlet opening. The normal vector preferably corresponds to the main flow direction of the coolant through the outlet opening or is at least parallel to it. The normal vector can in principle have any design. For example, it has at least one component in the circumferential direction and / or in the axial direction in relation to the longitudinal center axis of the piston. For example, the normal vector extends exclusively in the circumferential direction or exclusively in the axial direction.

Liegen mehrere Kolbenkühlkanäle und entsprechend mehrere Auslassöffnung vor und verläuft der Normalenvektor der Auslassöffnung jeweils in Umfangsrichtung, so kann es vorkommen, dass die Auslassöffnungen beziehungsweise deren Normalenvektoren aufeinander zu weisen. Bei einer derartigen Ausführung trifft das aus einer der Auslassöffnungen austretende Kühlmittel auf das aus der jeweils anderen Auslassöffnung austretende Kühlmittel. Während eine derartige Ausführungsform selbstverständlich vorgesehen sein kann, ist sie grundsätzlich nachteilig. Entsprechend kann es vorgesehen sein, die Kolbenkühlkanäle derart auszugestalten beziehungsweise anzuordnen, dass ihre Auslassöffnungen bezüglich der Längsmittelachse in radialer Richtung und/oder in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, also in der jeweiligen Richtung einander nicht überlappen.If there are several piston cooling channels and correspondingly several outlet openings and the normal vector of the outlet opening runs in the circumferential direction, it can happen that the outlet openings or their normal vectors point to one another. In such an embodiment, the coolant emerging from one of the outlet openings meets the coolant emerging from the respective other outlet opening. While such an embodiment can of course be provided, it is fundamentally disadvantageous. Accordingly, provision can be made for the piston cooling channels to be designed or arranged in such a way that their outlet openings are offset from one another in the radial direction and / or in the axial direction with respect to the longitudinal center axis, that is to say do not overlap in the respective direction.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Kühlmittelübergangsöffnung in wenigstens einer Stellung des Kolbens zumindest teilweise in Überdeckung mit einer in einer Zylinderwand ausgebildeten zweiten Kühlmittelübergangsöffnung steht. Die zweite Kühlmittelübergangsöffnung liegt in der Zylinderwand des Zylinders vor. Sie arbeitet mit der ersten Kühlmittelübergangsöffnung zusammen, um dem Kolbenkühlkanal Kühlmittel zuzuführen. So liegt eine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung und dem Kolbenkühlkanal vor, wenn die erste Kühlmittelübergangsöffnung wenigstens teilweise mit der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung in Überdeckung steht.In a further embodiment of the invention it is provided that the first coolant transition opening is at least partially in overlap with a second coolant transition opening formed in a cylinder wall in at least one position of the piston. The second coolant transition opening is in the cylinder wall of the cylinder. It works together with the first coolant transfer opening in order to supply coolant to the piston cooling channel. There is thus a flow connection between the second coolant transition opening and the piston cooling duct when the first coolant transition opening is at least partially in overlap with the second coolant transition opening.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung oder einer weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung oder bei wenigstens teilweiser Überdeckung einer weiteren ersten Kühlmittelschaltöffnung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung oder der weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die Kolbenkühldüse mit Kühlmittel beaufschlagt werden kann beziehungsweise wird, wenn die erste Kühlmittelschaltöffnung in wenigstens teilweiser Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung steht. Zusätzlich ist es nun vorgesehen, dass auch die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung gesteuert hergestellt und unterbrochen wird.A further preferred embodiment of the invention provides that a flow connection between the coolant source and the second coolant transfer opening is only possible when the first coolant switching opening is at least partially covered by the second coolant switching opening or a further second coolant switching opening or when a further first coolant switching opening is at least partially covered by the second coolant switching opening or the further second coolant switching opening is present. It has already been explained above that the piston cooling nozzle can or will be acted upon by coolant when the first coolant switching opening is at least partially overlapping with the second coolant switching opening. In addition, it is now provided that the flow connection between the coolant source and the second coolant transition opening is also established and interrupted in a controlled manner.

Zu diesem Zweck ist ebenso wie für die Kolbenkühldüse die Steuereinrichtung vorgesehen. So liegt beispielsweise die Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung vor, wenn die Kolbenkühldüse ebenfalls mit Kühlmittel beaufschlagt wird, also wenn die erste Kühlmittelschaltöffnung in wenigstens teilweiser Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung steht. Auch kann die Strömungsverbindung alternativ zu der Beaufschlagung der Kolbenkühldüse hergestellt werden. Selbstverständlich kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich oder alternativ wenigstens eine weitere zweite Kühlmittelschaltöffnung analog zu der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt. Ebenso kann eine weitere erste Kühlmittelschaltöffnung vorgesehen sein, die zur Herstellung der Strömungsverbindung zwischen der Kühlmittelquelle und der zweiten Kühlmittelübergangsöffnung in wenigstens teilweise Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung oder der weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung tritt.The control device is provided for this purpose as well as for the piston cooling nozzle. For example, there is a flow connection between the coolant source and the second coolant transition opening when the piston cooling nozzle is also acted upon with coolant, i.e. when the first coolant switching opening is at least partially overlapping with the second coolant switching opening. The flow connection can also be established as an alternative to the action on the piston cooling nozzle. It can of course be provided that, in addition or as an alternative, there is at least one further second coolant switching opening analogous to the second coolant switching opening. A further first coolant switching opening can also be provided which, in order to establish the flow connection between the coolant source and the second coolant transfer opening, at least partially overlaps the second coolant switching opening or the further second coolant switching opening.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die weitere zweite Kühlmittelschaltöffnung an derselben Axialposition vorliegt wie die zweite Kühlmittelschaltöffnung und/oder die weitere erste Kühlmittelschaltöffnung an derselben Axialposition vorliegt wie die erste Kolbenkühldüsenschaltöffnung. Die weitere erste Kühlmittelschaltöffnung liegt in der Mantelfläche der Steuerwelle vor und zwar bevorzugt an derselben Axialposition bezüglich einer Längsmittelachse der Steuerwelle wie die zweite Kolbenkühldüsenschaltöffnung. Zusätzlich oder alternativ ist die weitere erste Kühlmittelschaltöffnung in der Innenumfangsfläche des Steuerelements ausgebildet. Auch hier ist die bezüglich der Längsmittelachse an derselben Axialposition wie die erste Kühlmittelschaltöffnung vorgesehen. Bei derselben Axialrelativstellung der Steuerwelle bezüglich des Steuerelements werden insoweit sowohl die Kolbenkühldüse als auch der Kolbenkühlkanal jeweils mit Kühlmittel beaufsch lagt.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the further second coolant switching opening is in the same axial position as the second coolant switching opening and / or the further first coolant switching opening is in the same axial position as the first piston cooling nozzle switching opening. The further first coolant switching opening is located in the jacket surface of the control shaft, preferably at the same axial position with respect to a longitudinal center axis of the control shaft as the second piston cooling nozzle switching opening. Additionally or alternatively, the further first coolant switching opening is formed in the inner circumferential surface of the control element. Here, too, the one with respect to the longitudinal center axis is provided at the same axial position as the first coolant switching opening. With the same axial relative position of the control shaft with respect to the control element, both the piston cooling nozzle and the piston cooling duct are each acted upon with coolant.

Schließlich kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Kühlmittelübergangsöffnung und/oder die zweite Kühlmittelübergangsöffnung als Langloch ausgestaltet sind, wobei ihre im Querschnitt größte Erstreckung parallel zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens liegt. Durch die Ausbildung der entsprechenden Kühlmittelübergangsöffnung als Langloch liegt die Überdeckung zwischen den beiden Kühlmittelübergangsöffnungen während des Betriebs der Brennkraftmaschine über einen längeren Zeitraum vor als bei einer Ausgestaltung als Rundloch. Insoweit kann das Kühlmittel auch dann mit einem hinreichend hohen Massenstrom in den Kolbenkühlkanal eingebracht werden, wenn sich die Kühlmittelübergangsöffnungen nicht in vollständiger Überdeckung befinden.Finally, in a further preferred embodiment of the invention, it can be provided that the first coolant transition opening and / or the second coolant transition opening are designed as an elongated hole, their largest extent in cross section being parallel to a direction of movement of the piston. By designing the corresponding coolant transition opening as an elongated hole, the overlap between the two coolant transition openings is present for a longer period of time during operation of the internal combustion engine than in the case of a configuration as a round hole. In this respect, the coolant can also be introduced into the piston cooling duct with a sufficiently high mass flow if the coolant transition openings are not completely covered.

Beispielsweise ist die erste Kühlmittelübergangsöffnung als Langloch und die zweite Kühlmittelübergangsöffnung als Rundloch ausgebildet oder umgekehrt. Selbstverständlich können auch sowohl die erste Kühlmittelübergangsöffnung als auch die zweite Kühlmittelübergangsöffnung als Langloch ausgestaltet sein. Im Falle des Langlochs liegt die größte Erstreckung des Langlochs parallel zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens beziehungsweise parallel zu einer Längsmittelachse des Kolbens vor. Beispielsweise erstreckt sich das Langloch bezogen auf eine maximale Erstreckung des Kolbens in axialer Richtung bezüglich seiner Längsmittelachse über wenigstens 25 %, wenigstens 50 % oder wenigstens 75 % des Kolbens.For example, the first coolant transition opening is designed as an elongated hole and the second coolant transition opening as a round hole, or vice versa. Of course, both the first coolant transition opening and the second coolant transition opening can also be designed as an elongated hole. In the case of the elongated hole, the greatest extent of the elongated hole is parallel to a direction of movement of the piston or parallel to a longitudinal center axis of the piston. For example, the elongated hole extends over at least 25%, at least 50% or at least 75% of the piston in relation to a maximum extent of the piston in the axial direction with regard to its longitudinal center axis.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens einen Zylinder, einen in dem Zylinder längsbeweglich angeordneten Kolben sowie eine Kolbenkühldüse zur Ausbringung von Kühlmittel in Richtung des Kolbens und/oder wenigstens einen in dem Kolben ausgebildeten Kolbenkühlkanal aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, die eine Steuerwelle sowie ein die Steuerwelle zumindest bereichsweise umgreifendes Steuerelement aufweist, wobei in der Steuerwelle ein erster Kühlmittelkanal vorliegt, der eine Mantelfläche der Steuerwelle unter Ausbildung wenigstens einer ersten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, und in dem Steuerelement für jeden Zylinder jeweils wenigstens ein zweiter Kühlmittelkanal ausgebildet ist, der eine der Steuerwelle zugewandte Innenumfangsfläche des Steuerelements unter Ausbildung wenigstens einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung durchgreift, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einer Kühlmittelquelle und der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal nur bei wenigstens teilweiser Überdeckung der ersten Kühlmittelschaltöffnung und der zweiten Kühlmittelschaltöffnung vorliegt.The invention further relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine according to the preceding statements, wherein the internal combustion engine has at least one cylinder, a piston arranged longitudinally movable in the cylinder and a piston cooling nozzle for discharging coolant in the direction of the piston and / or at least one in having the piston formed piston cooling channel. It is provided that the piston cooling nozzle and / or the piston cooling channel is assigned a control device which has a control shaft and a control element which at least partially encompasses the control shaft, a first coolant channel being present in the control shaft which forms a lateral surface of the control shaft forming at least one first coolant switching opening and at least one second coolant channel is formed in the control element for each cylinder, said coolant channel reaching through an inner peripheral surface of the control element facing the control shaft to form at least one second coolant switching opening, so that a flow connection between a coolant source and the piston cooling nozzle and / or the piston cooling channel is only possible at least partial overlap of the first coolant switching opening and the second coolant switching opening is present.

Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass mittels der Steuereinrichtung der Kolbenkühldüse und/oder dem Kolbenkühlkanal nur dann Kühlmittel zugeführt wird, wenn der Kolben einen bestimmten Abstand zu seinem unteren Totpunkt unterschreitet. Die Steuereinrichtung ist hierzu entsprechend ausgestaltet.The advantages of such a design of the internal combustion engine or such a procedure have already been pointed out. Both the internal combustion engine and the method can be developed in accordance with the above explanations, so that reference is made to them in this respect. For example, it can be provided that coolant is only supplied to the piston cooling nozzle and / or the piston cooling channel by means of the control device when the piston falls below a certain distance from its bottom dead center. The control device is designed accordingly for this purpose.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine Schnittdarstellung durch einen Bereich einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinder sowie einem in dem Zylinder angeordneten Kolben,
2 eine Längsschnittdarstellung durch eine Steuereinrichtung zur gezielten Beaufschlagung einer Kolbenkühldüse und/oder eines Kolbenkühlkanals mit Kühlmittel,
3 eine Querschnittsdarstellung der Steuereinrichtung,
4 eine schematische Darstellung mehrerer in dem Kolben angeordneter Kolbenkühlkanäle in einer ersten Ausführungsform, sowie
5 eine schematische Darstellung mehrerer Kolbenkühlkanäle in einer zweiten Ausführungsform.

The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing, without restricting the invention. It shows:

1 a sectional view through a region of an internal combustion engine with a cylinder and a piston arranged in the cylinder,
2 a longitudinal sectional view through a control device for targeted application of coolant to a piston cooling nozzle and / or a piston cooling channel,
3 a cross-sectional view of the control device,
4th a schematic representation of a plurality of piston cooling channels arranged in the piston in a first embodiment, as well as
5 a schematic representation of several piston cooling channels in a second embodiment.

Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über wenigstens einen Zylinder 2, der von einer Zylinderwand 3 in radialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse 4 des Zylinders 2 begrenzt wird und in welchem ein Kolben 5 längsbeweglich angeordnet ist. Der Zylinder 2 liegt in einem Zylinderkurbelgehäuse 6 der Brennkraftmaschine 1 vor. Die Zylinderwand 3 bildet bevorzugt einen Teil des Zylinderkurbelgehäuses 6. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier gezeigte Darstellung lediglich schematisch ist, wobei Teile der Brennkraftmaschine 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.The 1 shows a sectional view through a region of an internal combustion engine 1 . The internal combustion engine 1 has at least one cylinder 2 by a cylinder wall 3 in the radial direction with respect to a longitudinal center axis 4th of the cylinder 2 is limited and in which a piston 5 Is arranged to be longitudinally movable. The cylinder 2 lies in a cylinder crankcase 6th the internal combustion engine 1 in front. The cylinder wall 3 preferably forms part of the cylinder crankcase 6th . It should be noted that the illustration shown here is only schematic, with parts of the internal combustion engine 1 are not shown for reasons of clarity.

Der Kolben 5 weist eine randoffene Radialvertiefung 7 auf, in welcher wenigstens ein Kolbenring 8 angeordnet sein kann. Der Kolbenring 8 dient der Abdichtung eines Brennraums 9, welcher von der Zylinderwand 3 und dem Kolben 5 gemeinsam begrenzt wird und einen Teil des Zylinders 2 darstellt. Auf der dem Brennraum 9 abgewandten Seite des Kolbens 5 ist eine Kolbenkühldüse 10 vorgesehen, mittels welcher Kühlmittel in Richtung des Kolbens 5 ausgebracht werden kann. Weiterhin ist erkennbar, dass in dem Kolben 5 wenigstens ein Kolbenkühlkanal 11 ausgebildet ist. Der Kolbenkühlkanal liegt vorzugsweise randgeschlossen in dem Kolben 5 vor. The piston 5 has an open-edged radial recess 7th on, in which at least one piston ring 8th can be arranged. The piston ring 8th serves to seal a combustion chamber 9 which from the cylinder wall 3 and the piston 5 together is limited and part of the cylinder 2 represents. On the combustion chamber 9 remote side of the piston 5 is a piston cooling nozzle 10 provided, by means of which coolant in the direction of the piston 5 can be applied. It can also be seen that in the piston 5 at least one piston cooling channel 11 is trained. The piston cooling channel is preferably closed at the edge in the piston 5 in front.

Er steht zum Beispiel über eine Steigleitung 12 in Strömungsverbindung mit einer ersten Kühlmittelübergangsöffnung 13, die in einem Kolbenhemd 14 des Kolbens 5 vorliegt.For example, it is above a riser 12 in flow connection with a first coolant transition opening 13 that is in a piston skirt 14th of the piston 5 present.

In der Zylinderwand 3 liegt eine zweite Kühlmittelübergangsöffnung 15 vor. Diese steht in wenigstens einer Stellung des Kolbens 5 zumindest teilweise in Überdeckung mit der ersten Kühlmittelübergangsöffnung 13. Diese Überdeckung ist hier angedeutet. Wird die zweite Kühlmittelübergangsöffnung 15 mit Kühlmittel beaufschlagt, so kann dieses bei vorliegender Überdeckung durch die erste Kühlmittelübergangsöffnung 13 in die Steigleitung 12 und über diese in den Kolbenkühlkanal 11 eintreten. Der Kolbenkühlkanal 11 liegt in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 4 näher an dem Brennraum 9 als die erste Kühlmittelübergangsöffnung 13.In the cylinder wall 3 is a second coolant transfer opening 15th in front. This is in at least one position of the piston 5 at least partially in overlap with the first coolant transition opening 13 . This overlap is indicated here. Becomes the second coolant transition opening 15th acted upon by coolant, then this can, if there is an overlap, through the first coolant transition opening 13 in the riser 12 and via this into the piston cooling channel 11 enter. The piston cooling channel 11 lies in the axial direction with respect to the longitudinal center axis 4th closer to the combustion chamber 9 as the first coolant transfer port 13 .

Die 2 zeigt eine Steuereinrichtung 16, mittels welcher die Kolbenkühldüse 10 und/oder der Kolbenkühlkanal 11 beziehungsweise die zweite Kühlmittelübergangsöffnung 15 gezielt mit Kühlmittel beaufschlagt werden können. Hierzu weist die Steuereinrichtung 16 eine Steuerwelle 17 sowie ein Steuerelement 18 auf. Das Steuerelement 18 umgreift die Steuerwelle 17 in Umfangsrichtung bezüglich einer Längsmittelachse 19 der Steuerwelle 17 vorzugsweise vollständig. Die Längsmittelachse 19 entspricht besonders bevorzugt einer Drehachse der Steuerwelle 17. Die Drehrichtung der Steuerwelle 17 ist beispielhaft durch den Pfeil 20 angedeutet.The 2 shows a control device 16 , by means of which the piston cooling nozzle 10 and / or the piston cooling channel 11 or the second coolant transition opening 15th can be targeted with coolant. To this end, the control device 16 a control shaft 17th as well as a control 18th on. The control 18th embraces the control shaft 17th in the circumferential direction with respect to a longitudinal central axis 19th the control shaft 17th preferably completely. The longitudinal central axis 19th particularly preferably corresponds to an axis of rotation of the control shaft 17th . The direction of rotation of the control shaft 17th is exemplified by the arrow 20th indicated.

In der Steuerwelle 17 liegen erste Kolbenkühlkanäle 21 und 22 vor. Der erste Kolbenkühlkanal 1 ist dem Zylinder 2 zugeordnet, während der erste Kolbenkühlkanal 22 einem weiteren Zylinder zugeordnet ist. Die ersten Kolbenkühlkanäle 21 und 22 durchgreifen eine Mantelfläche 23 der Steuerwelle 17 unter Ausbildung von ersten Kühlmittelschaltöffnungen 24 und 25. Die ersten Kolbenkühlkanäle 21 und 22 sind mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung 26 strömungsverbunden, welche zumindest bereichsweise in der Steuerwelle 17 vorliegt. Über die Versorgungsleitung 26 können die ersten Kolbenkühlkanäle 21 und 22 mit Kühlmittel beaufschlagt werden.In the steering shaft 17th are the first piston cooling channels 21st and 22nd in front. The first piston cooling channel 1 is the cylinder 2 assigned while the first piston cooling channel 22nd is assigned to another cylinder. The first piston cooling channels 21st and 22nd reach through a lateral surface 23 the control shaft 17th with the formation of the first coolant switching openings 24 and 25th . The first piston cooling channels 21st and 22nd are with a common supply line 26th flow-connected, which at least partially in the control shaft 17th present. Via the supply line 26th can use the first piston cooling channels 21st and 22nd be charged with coolant.

In dem Steuerelement 18 liegen zweite Kolbenkühlkanäle 27, 28, 29 und 30 vor. Diese durchgreifen jeweils eine Innenumfangsfläche 31 des Steuerelements 18, welche der Steuerwelle 17 zugewandt ist, unter Ausbildung jeweils einer zweiten Kühlmittelschaltöffnung 32, 33, 34 beziehungsweise 35. Bezüglich der Längsmittelachse 19 befinden sich die zweiten Kühlmittelschaltöffnungen 32 und 33 einerseits und 34 und 35 andererseits jeweils an derselben Position in Umfangsrichtung. Das bedeutet, dass sie bei derselben Drehwinkelstellung der Steuerwelle 17 bezüglich des Steuerelements 18 mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Aus diesem Grund sind die Kühlmittelschaltöffnungen 32 und 33 einerseits sowie die Kühlmittelschaltöffnungen 34 und 35 andererseits bevorzugt jeweils Zylindern zugeordnet, deren Kolben sich gleichzeitig in einem unteren Totpunkt befinden.In the control 18th there are second piston cooling channels 27 , 28 , 29 and 30th in front. These each reach through an inner circumferential surface 31 of the control 18th which of the control shaft 17th is facing, with the formation of a second coolant switching opening 32 , 33 , 34 respectively 35 . With regard to the longitudinal center axis 19th the second coolant switch openings are located 32 and 33 on the one hand and 34 and 35 on the other hand, each at the same position in the circumferential direction. This means that they are at the same angle of rotation of the control shaft 17th regarding the control 18th be charged with coolant. For this reason, the coolant switching ports are 32 and 33 on the one hand as well as the coolant switch openings 34 and 35 on the other hand, each cylinder is preferably assigned whose pistons are at the same time in a bottom dead center.

Die vorstehend beschrieben Kolbenkühldüse 10 wird mit Hilfe der hier dargestellten Steuereinrichtung 16 nur dann mit einer Kühlmittelquelle (hier nicht dargestellt) strömungsverbunden, wenn sich die erste Kühlmittelschaltöffnung 24 in wenigstens teilweisen Überdeckung mit der zweiten Kühlmittelschaltöffnung 32 befindet. Liegt diese wenigstens teilweise Überdeckung vor, so kann das Kühlmittel aus der Versorgungsleitung 26 durch den Kolbenkühlkanal 21 und den Kolbenkühlkanal 27 in Richtung der Kolbenkühldüse 10 strömen. Den Kolbenkühlkanälen 28, 29 und 30 sind analog hierzu Kolbenkühldüsen anderer Zylinder zugeordnet. The piston cooling nozzle described above 10 with the help of the control device shown here 16 Flow-connected to a coolant source (not shown here) only when the first coolant switching opening is 24 in at least partial overlap with the second coolant switching opening 32 is located. If this is at least partially covered, the coolant can be released from the supply line 26th through the piston cooling channel 21st and the piston cooling channel 27 in the direction of the piston cooling nozzle 10 stream. The piston cooling channels 28 , 29 and 30th are similarly assigned to piston cooling nozzles of other cylinders.

Selbstverständlich ist jedoch die Anzahl der hier dargestellten Kühlmittelkanäle 21 und 22 sowie 27, 28, 29 und 30 rein beispielhaft.However, the number of coolant channels shown here is a matter of course 21st and 22nd such as 27 , 28 , 29 and 30th purely exemplary.

Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerwelle 17 und das Steuerelement 18 in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 19 gegeneinander verlagerbar sind. Beispielsweise ist hierzu die Steuerwelle 17 beweglich gelagert. Die Verlagerungsrichtung ist durch den Doppelpfeil 36 angedeutet. Durch die Verlagerung der Steuerwelle 17 und des Steuerelements 18 gegeneinander kann eine gewünschte Überdeckung zwischen den Kühlmittelschaltöffnungen 24 und 25 einerseits sowie dem Kühlmittelschaltöffnungen 32, 33, 34 und 35 andererseits eingestellt werden, sodass die jeweilige Kolbenkühldüse, beispielsweise die Kolbenkühldüse 10, mit einem bestimmten Kühlmittelmassenstrom beaufschlagt wird.It can be provided that the control shaft 17th and the control 18th in the axial direction with respect to the longitudinal center axis 19th are mutually displaceable. For example, this is the control shaft 17th movably mounted. The direction of displacement is indicated by the double arrow 36 indicated. By shifting the control shaft 17th and the control 18th a desired overlap between the coolant switching openings can be achieved against one another 24 and 25th on the one hand as well as the coolant switching openings 32 , 33 , 34 and 35 on the other hand, are set so that the respective piston cooling nozzle, for example the piston cooling nozzle 10 , is applied with a certain coolant mass flow.

Die 3 zeigt einen Querschnitt durch die Steuereinrichtung 16. Es wird deutlich, dass der zweite Kolbenkühlkanal 27 konusförmig ist und sich dabei in Richtung der Steuerwelle 17 aufweitet. Weiterhin ist erkennbar, dass neben dem ersten Kolbenkühlkanal 21 ein weiterer erster Kolbenkühlkanal 37 mit einer ersten Kühlmittelschaltöffnung 38 vorgesehen ist. Hierzu korrespondierend liegt ein weiterer zweiter Kolbenkühlkanal 39 mit einer weiteren zweiten Kühlmittelschaltöffnung 40 vor. Die Kühlmittelschaltöffnungen 24 und 38 sowie die Kühlmittelschaltöffnung 32 und 40 sind derart zueinander angeordnet, dass sie bei derselben Drehwinkelstellung der Steuerwelle 17 bezüglich des Steuerelements 18 in Überdeckung miteinander stehen.The 3 shows a cross section through the control device 16 . It becomes clear that the second piston cooling channel 27 is conical and is in the direction of the control shaft 17th expands. It can also be seen that in addition to the first piston cooling channel 21st another first piston cooling channel 37 with a first coolant switching opening 38 is provided. A further second piston cooling channel is located corresponding to this 39 with a further second coolant switching opening 40 in front. The Coolant switch openings 24 and 38 as well as the coolant switch opening 32 and 40 are arranged to one another in such a way that they are at the same angle of rotation position of the control shaft 17th regarding the control 18th are in overlap with each other.

Wie bereits erläutert ist dabei der zweite Kolbenkühlkanal 27 an die Kolbenkühldüse 10 angeschlossen, während der zweite Kolbenkühlkanal 39 in permanenter Strömungsverbindung mit der ersten Kühlmittelübergangsöffnung 13 steht. Selbstverständlich ist auch eine versetzte Anordnung der Kühlmittelschaltöffnung 24 und 38 sowie 32 und 40 möglich, um die Kolbenkühldüse 10 und den Kolbenkühlkanal 11 bei unterschiedlichen Drehwinkelstellungen der Steuerwelle 17 bezüglich des Steuerelements 18 mit Kühlmittel zu beaufschlagen.As already explained, the second piston cooling channel is here 27 to the piston cooling nozzle 10 connected, while the second piston cooling channel 39 in permanent flow connection with the first coolant transition opening 13 stands. An offset arrangement of the coolant switching opening is of course also possible 24 and 38 such as 32 and 40 possible to use the piston cooling nozzle 10 and the piston cooling channel 11 at different angles of rotation of the control shaft 17th regarding the control 18th to apply coolant.

Mit Hilfe der hier vorgestellten Brennkraftmaschine 1 ist eine bedarfsgerechte Kühlung des Kolbens 5 möglich. Hierzu ist beispielsweise die Steuerwelle 17 mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 unmittelbar wirkverbunden, sodass die beiden Wellen dieselbe Drehzahl aufweisen. Selbstverständlich kann die Steuerwelle 17 auch in Form der Kurbelwelle selbst vorliegen.With the help of the internal combustion engine presented here 1 is a needs-based cooling of the piston 5 possible. For this purpose, for example, the control shaft 17th with the crankshaft of the internal combustion engine 1 directly operatively connected so that the two shafts have the same speed. Of course, the control shaft 17th also exist in the form of the crankshaft itself.

Die 4 zeigt eine schematische Darstellung mehrerer Kolbenkühlkanäle 11, welche beide an die Steigleitung 12 angeschlossen sind. Beide Kolbenkühlkanäle 11 können insoweit über die Steigleitung 12 mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Alternativ können die Kolbenkühlkanäle 11 selbstverständlich jeweils an separate Steigleitungen 12 angeschlossen sein. Auf ihrer jeweils der Steigleitung 12 abgewandten Seite weist jeder der Kolbenkühlkanäle 11 eine Auslassöffnung 41 auf. Die Auslassöffnungen 41 sind beispielsweise dadurch ausgebildet, dass der jeweilige Kolbenkühlkanal 11 eine hier nicht dargestellte Wand des Kolbens 5 durchgreift, wobei die Wand auf der dem Brennraum 9 abgewandten Seite des Kolbens 5 vorliegt.The 4th shows a schematic representation of several piston cooling channels 11 both of which are attached to the riser 12 are connected. Both piston cooling channels 11 can in this respect via the riser 12 be charged with coolant. Alternatively, the piston cooling channels 11 of course, each to separate risers 12 be connected. On their respective risers 12 facing away from each of the piston cooling channels 11 an outlet port 41 on. The outlet openings 41 are formed, for example, in that the respective piston cooling channel 11 a wall of the piston, not shown here 5 goes through, with the wall on top of the combustion chamber 9 remote side of the piston 5 present.

Es wird deutlich, dass die beiden Kolbenkühlkanäle 11 den Kolben 5 in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse 4 nahezu vollständig umgreifen. Dies hat zur Folge, dass die Auslassöffnungen 41 einander gegenüberliegen, sodass aus diesen austretendes Kühlmittel aufeinander trifft beziehungsweise aufeinander treffen kann. Um dies zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass einer der Kühlmittelkanäle 11 den durch das Bezugszeichen 11' angedeuteten alternativen Verlauf aufweist. In diesem Fall ist eine Auslassöffnung 41' des Kolbenkühlkanals 11' gegenüber der Auslassöffnung 41 des anderen Kolbenkühlkanals 11 versetzt angeordnet, beispielsweise in radialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 4 des Kolbens 5.It becomes clear that the two piston cooling channels 11 the piston 5 in the circumferential direction with respect to the longitudinal center axis 4th almost completely embrace. This has the consequence that the outlet openings 41 are opposite one another, so that coolant emerging from these meets or can meet. In order to avoid this, it can be provided that one of the coolant channels 11 has the alternative course indicated by the reference numeral 11 '. In this case, an outlet opening 41 'of the piston cooling channel 11' is opposite the outlet opening 41 of the other piston cooling channel 11 arranged offset, for example in the radial direction with respect to the longitudinal center axis 4th of the piston 5 .

Die 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Kolbenkühlkanäle 11. Dabei weist der Kolben 5 mehrere Steigleitungen 12 (hier: zwei Steigleitungen 12) auf, durch welche Schmiermittel zuführbar ist. Entsprechend weist der Kolben 5 mehrere erste Kühlmittelübergangsöffnungen 13 (hier nicht dargestellt) auf. An jede der Steigleitungen 12 sind nun jeweils zwei Kolbenkühlkanäle 11 angeschlossen, welche jeweils eine Auslassöffnung 41 aufweisen. Die mehreren Kolbenkühlkanäle 11 umgreifen die Längsmittelachse 4 in Umfangsrichtung gesehen nahezu vollständig, sodass ein großer Teil des Kolbens 5 mittels des durch die Kolbenkühlkanäle 11 strömenden Kühlmittels gekühlt werden kann. Im Vergleich zu der vorher beschriebenen Ausgestaltung der Kolbenkühlkanäle 11 sind die hier vorliegenden Kolbenkühlkanäle 11 deutlich kürzer. Zudem sind sie über zwei Steigleitungen 12 und mithin zwei erste Kühlmittelübergangsöffnungen 15 strömungstechnisch angeschlossen.The 5 shows a further embodiment of the piston cooling channels 11 . The piston points 5 several risers 12 (here: two risers 12 ) through which lubricant can be supplied. The piston points accordingly 5 several first coolant transfer openings 13 (not shown here). To each of the risers 12 are now two piston cooling channels 11 connected, each having an outlet port 41 exhibit. The multiple piston cooling channels 11 encompass the longitudinal center axis 4th seen in the circumferential direction almost completely, so that a large part of the piston 5 by means of through the piston cooling channels 11 flowing coolant can be cooled. Compared to the previously described configuration of the piston cooling channels 11 are the piston cooling channels available here 11 significantly shorter. They are also accessible via two risers 12 and therefore two first coolant transfer openings 15th fluidically connected.

Das bedeutet, dass in derselben Zeit eine größere Menge an Kühlmittel den Kolben 5 durchströmen kann. Die hier angedeuteten Auslassöffnungen 41 der Kolbenkühlkanäle 11 sind wiederum gegenüberliegend angeordnet, nämlich vorzugsweise jeweils paarweise. Um das vorstehend bereits erläuterte Problem des aufeinandertreffenden Kühlmittels zu vermindern, kann auch hier ein alternativer Verlauf der Kolbenkühlkanäle 11 vorgesehen sein, welcher durch das Bezugszeichen 11' hervorgehoben ist.This means that in the same time a larger amount of coolant hits the piston 5 can flow through. The outlet openings indicated here 41 the piston cooling channels 11 are in turn arranged opposite one another, namely preferably in pairs. In order to reduce the problem of the colliding coolant already explained above, an alternative course of the piston cooling channels can also be used here 11 be provided, which is highlighted by the reference numeral 11 '.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22: Zylindercylinder
33: ZylinderwandCylinder wall
44th: LängsmittelachseLongitudinal central axis
55: Kolbenpiston
66: ZylinderkurbelgehäuseCylinder crankcase
77th: RadialvertiefungRadial recess
88th: KolbenringPiston ring
99: BrennraumCombustion chamber
1010: KolbgenkühldüsePiston cooling nozzle
1111: KolbenkühlkanalPiston cooling channel
1212: SteigleitungRiser
1313: 1. Kolbenkühlkanalschaltöffnung1. Piston cooling duct switching opening
1414th: KolbenhemdPiston skirt
1515th: 2. Kolbenkühlkanalschaltöffnung2. Piston cooling channel switching opening
1616: SteuereinrichtungControl device
1717th: SteuerwelleControl shaft
1818th: SteuerelementControl
1919th: LängsmittelachseLongitudinal central axis
2020th: Pfeilarrow
2121st: 1. Kühlmittelkanal1. coolant duct
2222nd: 1. Kühlmittelkanal1. coolant duct
2323: MantelflächeOuter surface
2424: 1. Kolbenkühldüsenschaltöffnung1. Piston cooling nozzle switching opening
2525th: 1. Kolbenkühldüsenschaltöffnung1. Piston cooling nozzle switching opening
2626th: Versorgungsleitungsupply line
2727: 2. Kühlmittelkanal2. coolant duct
2828: 2. Kühlmittelkanal2. coolant duct
2929: 2. Kühlmittelkanal2. coolant duct
3030th: 2. Kühlmittelkanal2. coolant duct
3131: InnenumfangsflächeInner peripheral surface
3232: 2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung2. Piston cooling nozzle switching opening
3333: 2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung2. Piston cooling nozzle switching opening
3434: 2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung2. Piston cooling nozzle switching opening
3535: 2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung2. Piston cooling nozzle switching opening
3636: DoppelpfeilDouble arrow
3737: 1. Kühlmittelkanal1. coolant duct
3838: 1. Kolbenkühldüsenschaltöffnung1. Piston cooling nozzle switching opening
3939: 2. Kühlmittelkanal2. coolant duct
4040: 2. Kolbenkühldüsenschaltöffnung2. Piston cooling nozzle switching opening
4141: AuslassöffnungOutlet opening

Claims

Internal combustion engine (1) with at least one cylinder (2), with a piston (5) arranged to be longitudinally movable in the cylinder (2) and with a piston cooling nozzle (10) for discharging coolant in the direction of the piston (5) and / or with at least a piston cooling channel (11) formed in the piston (5), the piston cooling nozzle (10) and / or the piston cooling channel (11) being assigned a control device (16) which includes a control shaft (17) and a control shaft (17) at least in some areas encompassing control element (18), a first coolant channel (21, 22) being present in the control shaft (17), which passes through a lateral surface (23) of the control shaft (17) to form at least one first coolant switching opening (24, 25), and in the control element (18) for each cylinder (2) at least one second coolant channel (27,28,29,30) is formed, the one of the control shaft (17) facing inner peripheral surface (31) of the control element (18) forming at least one second coolant switching opening (32,33,34,35) reaches through so that a flow connection between a coolant source and the piston cooling nozzle (10) and / or the piston cooling channel (11) is only possible when the first coolant switching opening (24,25) and the second coolant switching opening are at least partially covered (32,33,34,35) is present, characterized in that the control shaft (17) is present as a crankshaft of the internal combustion engine (1) or as a coolant pump shaft or auxiliary shaft coupled non-rotatably to the crankshaft.

Internal combustion engine after Claim 1 , characterized in that the control shaft (17) and / or the control element (18) for setting a specific coolant mass flow through the piston cooling nozzle (10) are / is displaceable in the axial direction with respect to an axis of rotation (19) of the control shaft (17).

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piston cooling channel (11) is formed in the piston (5) and is in flow connection with a first coolant transition opening (13) passing through a piston skirt (14) of the piston (5), in particular via a riser line (12) formed in the piston (5).

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piston cooling duct (11) or an outlet duct which is flow-connected to the piston cooling duct (11) is on its side facing away from the first coolant transition opening (13) in terms of flow, forming an outlet opening facing away from a combustion chamber (9) The wall of the piston (5) extends through or is fluidically connected to a lubricating device of a piston pin of the piston.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a normal vector of the outlet opening runs in the circumferential direction or in the axial direction with respect to a longitudinal center axis of the piston (5).

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the first coolant transition opening (13) is at least partially in overlap with a second coolant transition opening (15) formed in a cylinder wall (3) in at least one position of the piston (5).

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a flow connection between the coolant source and the second coolant transition opening (15) is only possible when the first coolant switching opening (24) is at least partially covered by the second coolant switching opening (32) or a further second coolant switching opening (40) or at there is at least partial overlap of a further first coolant switch opening (38) with the second coolant switch opening (32) or the further second coolant switch opening (40).

Internal combustion engine according to the Claims 3 and 6th , characterized in that the first coolant transition opening (13) and / or the second coolant transition opening (15) are designed as an elongated hole, their largest extent in cross section being parallel to a direction of movement of the piston (5).

Method for operating an internal combustion engine (1) according to one or more of the Claims 1 to 8th .

Procedure according to Claim 9 , characterized in that by means of the control device (16) the piston cooling nozzle (10) and / or the piston cooling channel (11) is only supplied with coolant when the piston (5) falls below a certain distance from its bottom dead center.