Einrichtung zur Hochdruckschmierung eines Lagers einer Pleuelstange bei einer Kolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Hochdruckschmierung eines Lagers einer Pleuel stange bei einer Kobenmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer in der Pleuel stange angeordneten Schmierpumpe, welche durch Trägheitswirkung betätigt wird.
Lager von Pleuelstangen werden normalerweise durch Drucköl geschmiert, welches von der Kurbel welle durch eine Bohrung in der Pleuelstange oder durch eine in dieser angeordnete Leitung dem Lager zugeführt wird. Infolge der dabei vorhandenen Un- dichtheit, z. B. in den Kurbelwellenlagern, ist dabei die Höhe des dem Lager zugeführten Druckes be grenzt und für gewisse Zwecke z. B. zur Erzielung der hydrostatischen Schmierung unzureichend. Zu dem besteht normalerweise nicht die Absicht, das ganze Schmiersystem unter hohen Druck zu setzen, wegen zu hoher ölpumpenleistung.
Um das Kolbenlager einer Verbrennungskraft maschine mit Schmieröl höheren Druckes als dem des übrigen Schmierölsystems versorgen zu können, ist bereits vorgeschlagen worden, in den einzelnen Kolben der Maschine mechanisch angetriebene Hoch druckpumpen anzuordnen, die das Öl dem Schmier system entnehmen und durch die Relativbewegung zwischen Pleuelstange und Kolben angetrieben wer den. Diese Anordnung ist jedoch kompliziert und insbesondere für Schaltkolben, bei welchen der Kol ben ausser seiner Bewegung in Ach.senrichtung eine fortschreitende Drehbewegung ausführt, ungeeignet.
Es ist auch vorgeschlagen worden, an der Pleuel stange seitlich eine Zahnradpumpe anzuordnen und diese durch die Trägheitswirkung einer auf der Achse eines der Zahnräder an einem Arm befestigten, in der Bewegungsebene der Pleuelstange drehbaren Masse zu betätigen. Die Masse sollte bei der Bewe- gung der Pleuelstange in Drehung versetzt werden und dadurch die Pumpe antreiben. Diese Anordnung ist jedoch kompiziert, schwächt die Kurbelstange und ist zudem infolge der Verwendung einer Zahn radpumpe für die erfindungsgemäss angestrebten hohen Drücke nicht gut geeignet.
Bei einer anderen bekannten Einrichtung ist in einer Längsbohrung der Kolbenstange ein rohr- förmiger Körper geführt, in dessen innerer Bohrung ein Ventil ausgebildet ist und der in axialer Richtung durch Federn in einer Mittellage gehalten wird. Durch die Trägheitswirkung während der Bewegung der Pleuelstange pumpt dieser Körper Öl aus einer nach aussen führenden Leitung zum Kolbenlager. Diese Ausführung ist jedoch nicht für höhere Drücke ge eignet und hat insbesondere den Nachteil, dass bei einem Anstieg des Druckes im Kolbenlager das Öl in die Schmierleitung zurückweichen kann unter Verschiebung des beweglichen Körpers gegen den Federdruck.
Erfindungsgemäss werden die Nachteile der be kannten Einrichtung dadurch beseitigt, dass als Schmierpumpe eine im dem zu schmierenden Lager zugewandten Ende der Pleuelstange angeordnete Kolbenpumpe dient, die durch die Trägheitswirkung eines besonderen, gegenüber der Pleuelstange inner halb bestimmter Grenzen frei beweglichen Teiles betätigt wird.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeich nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt eines Zylinders einer Brenn- kraftmaschine mit Kolben und Pleuelstange, Fig. 2 ein Detail der Fig. 1 in vergrössertem Massstab. In einer Zylinderbüchse 1 einer weiter nicht dar gestellten Brennkarftmaschine ist ein Kolben 2 ge führt, der Lagerschalen 3, 4 mit kugeligen Lager flächen aufweist. Die Lagerschalen 3 und 4 werden durch einen Distanzring 5 in richtigem Abstand voneinander gehalten und sind mit Hilfe eines Be festigungsringes 6 durch Schrauben 7 mit dem Kol ben 2 befestigt.
In den Lagerschalen 3 und 4 ist der Kugelkopf 8 einer Pleuelstange 9 gelagert, deren anderes Ende eine Kurbelwelle 10 drehbar umfasst. Die Kurbelwelle 10 enthält Schmierbohrungen 11, durch welche in bekannter Weise von einer nicht dargestellten Schmierpumpe Drucköl dem mit einer Nut 12 versehenen Kurbelwellenlager zugeführt wird. Der Pleuelstangenkopf enthält eine Bohrung 13 an welche sich eine Bohrung 14 mit grösserem Durch messer anschliesst, in der ein in Längsrichtung be wegliches Rohr 15 geführt ist, das am oberen Ende Öffnungen 16 und ein Verschlussstück 17 (Fig.2) aufweist.
Im Kugelkopf der Pleuelstange ist eine Pumpe 18 angeordnet, welche mit einem Druckventil 19, einem Saugventil 20 und einem Kolben 21 versehen ist. Das Saugventil 20 ist durch einen Kanal 22 mit einem Raum 23 verbunden, der durch. die Öffnungen 16 an den Innenraum des Roh res 15 und den Kanal 14 angeschlossen ist. Der Raum 23 ist mittels einer Bohrung 24 mit einem Raum 25 verbunden, der sich zwischen den beiden Lagerschalen 3 und 4 befindet.
Während des Betriebes gelangt das Schmieröl aus der Kurbelwelle 10 durch die Bohrungen 11 in die Kanäle 12-14 der Pleuelstange und aus diesen in den Raum 23 und zum Saugkanal 22 der Pumpe 18. Das überflüssige Öl gelangt durch die Bohrung 24 in den Raum 25, der während des Betriebes mit Schmieröl gefüllt ist. Aus diesem Raum wird das <B>Öl</B> durch eine Bohrung 26 dem Kolbenboden zuge führt zwecks Kühlung. Der Abfluss des Öles vom Kolbenboden ins Kurbelgehäuse erfolgt in bekannter Weise durch eine nichtdargestellte Bohrung. Ein Teil des Öles entweicht langsam zwischen den Gleit flächen der unteren Lagerschale 4 und des Kugel kopfes der Pleuelstange und schmiert diese.
Während der Hin- und Herbewegung des Kolbens führt das Rohr 15 infolge seiner Trägheit eine Re lativbewegung in axialer Richtung zur Pleuelstange 9 aus und betätigt dabei den Kolben 21 der Pumpe 18. Auf diese Weise wird durch die Pumpe 18 das im Schmiersystem unter dem dort herrschenden Druck befindliche Schmieröl angesaugt und unter erhöhtem Druck in das Kolbenlager gedrückt. Es ist also dadurch möglich, den Schmierdruck zusätzlich noch zu erhöhen. Dieser erhöhte Druck kann ein bedeuten des Mass annehmen und z. B. höher sein als die Flächenpressung im Lager, so dass ein sogenannter hydrostatischer Schmiereffekt erzielbar ist. Der er zielbare Druck hängt hauptsächlich vom Durchmesser des Kolbens 21 und der Masse des Rohres 15 ab.
Der erfindungsgemässe Antrieb hat dabei die Eigen schaft, dass der Druckhub der Pumpe 18, bei welchem das Schmieröl in das Lager ausgestossen wird, bei der Annäherung des Kolbens zum oberen Totpunkt erfolgt, also zu dem Zeitpunkt, wo bei einer Brenn- kraftmaschine das Lager am meisten belastet ist. Anderseits erfolgt der Saughub der Pumpe 18 in der Nähe des unteren Totpunktes, also einer Stelle, wo die Belastung des Kobens und des Kolbenlagers gering ist. Der Schmierdruck sinkt dabei auch wäh rend des Saughubes praktisch kaum unter den im Schmiersystem herrschenden Druck. Das Druckventil 19 verhindert das Zurückweichen des Öles von den Gleitflächen während eines Saughubes des Kol bens 21.
Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, dass sie eine Hochdruckschmierung eines Kolben lagers ohne bewegliche Zuführungsleitungen mit ein fachen Mitteln ermöglicht, was der Zuverlässigkeit der Anordnung beiträgt. Dabei herrscht 'bei einer Beschädigung oder bei Blockieren der Pumpe 18 im Lager immer noch der im Schmiersystem vor handene Schmiermitteldruck weiter.
Dadurch, dass die zusätzliche Schmierpumpe im dem Kolben zugewandten Ende der Pleuelstange angeordnet ist, wird eine besonders kurze Hoch druckleitung zwischen der Pumpe und dem ge schmierten Lager erzielt bzw. eine solche Leitung fällt, wie beim dargestellten Beispiel, überhaupt weg. Das vereinfacht bedeutend die Konstruktion der Ein richtung, und es entfallen praktisch jegliche Leck verluste. Dadurch, dass die Pumpe mit einem in der Pleuelstange fest angeordneten Druckventil aus- gesttatet ist, wird erzielt, dass bei einem Druckanstieg im Kolbenlager, wie dies z. B. bei einer hydrostati schen Schmierung der Fall ist, das Schmieröl nicht in die Pumpe zurückweichen kann.
Unter Umständen kann, wenn ein derartiges Zurückweichen nicht be fürchtet wird, auch das Druckventil weggelassen wer den. Durch die Ausbildung der die Pumpe betätigen- den Masse als einen in einer Längsbohrung der Pleuelstange geführten Teil wird eine Anbringung einer grösstmöglichen Masse erreicht, wobei die Aussenform der Pleuelstange nicht beeinflusst wird und im Gegenteil eine sowieso vorhandene Längs bohrung der Pleuelstange zu diesem Zweck aus genützt wird.
Dabei kann der Pumpenhub ohne konstruktive Schwierigkeiten gross gewählt werden, was bei einer gegebenen Fördermenge einen kleinen Kolbenquerschnitt und entsprechend die Erzielung hoher Drücke, wie sie bei einer hydrostatischen Schmierung erforderlich sind, ermöglicht. Der die Pumpe betätigende Teil könnte dabei einen beliebigen Querschnitt aufweisen, bei dem gewährleistet ist, dass eine Führung in der Öffnung stattfindet und dass gleich zeitig das Schmieröl zur Pumpe 18 vorbeiströmen kann. Die Ausführung in Form eines Rohres hat in dieser Beziehung eine Reihe von Vorteilen. Es wird hauptsächlich bei einfacher Ausführung ein grosser Durchflussquerschnitt für das Öl erzielt.
Obwohl als Beispiel eine erfindungsgemässe An ordnung zur Schmierung eines Kolbenlagers darge- stellt und beschrieben wurde, ist es möglich, im Sinne der Erfindung eine Anordnung zur Schmierung beider Lager einer Pleuelstange zu schaffen. In diesem Falle müsste noch zusätzlich zur Schmierpumpe im oberen Ende eine solche im unteren Ende der Pleuelstange angeordnet werden. Dabei könnte der Teil 15 beide Schmierpumpen nacheinander betätigen. In einem solchen Falle kann vorzugsweise die Zuführung des Schmieröls zu den Pumpen durch bekannte, in die Bohrung 14 direkt mündende, bewegliche Gelenk rohre erfolgen.
Da bei der erfindungsgemässen Ausführung eine relativ grosse Freiheit in der Wahl des die Kolben pumpe betätigenden Teiles und des Querschnittes sowie des Hubes des Pumpenkolbens besteht, können damit mühelos Drücke erzielt werden, die über die durch den Zünddruck bei Dieselmotoren verursachte Belastung der Kolbenlager hinausgehen. Bei der Dimensionierung ist es zwar nicht notwendig, auf derart hohe Drücke zu gehen, da es meistens genügt, nur jeweils während des Kompressionshubes eine bestimmte Ölmenge zwischen die Lagerflächen des betreffenden Lagers zu bringen.
Es wird jedoch vor zugsweise das Verhältnis der Masse des die Kolben pumpe betätigenden Teiles zum Querschnitt des Pumpenkolbens so gewählt, dass bei normaler Ar beitsdrehzahl, für welche der Motor ausgelegt ist, der durch die Schmierpumpe entwickelte Druck ein Abheben des betreffenden Lagers gegen den auf den Motorkolben wirkenden Kompressionsdruck mit Si cherheit gewährleistet.
Device for high-pressure lubrication of a bearing of a connecting rod in a piston engine The invention relates to a device for high-pressure lubrication of a bearing of a connecting rod in a piston machine, in particular an internal combustion engine, with a lubricating pump arranged in the connecting rod and actuated by inertia.
Bearings of connecting rods are normally lubricated by pressure oil, which is fed from the crankshaft through a bore in the connecting rod or through a line arranged in this to the bearing. As a result of the existing leak, z. B. in the crankshaft bearings, the amount of pressure supplied to the bearing is be limited and for certain purposes z. B. insufficient to achieve hydrostatic lubrication. In addition, there is usually no intention to put the entire lubrication system under high pressure because the oil pump output is too high.
In order to be able to supply the piston bearing of an internal combustion engine with lubricating oil higher pressure than that of the rest of the lubricating oil system, it has already been proposed to arrange mechanically driven high pressure pumps in the individual pistons of the machine, which remove the oil from the lubricating system and through the relative movement between the connecting rod and Pistons driven who the. However, this arrangement is complicated and unsuitable, in particular, for switching pistons in which the piston executes a progressive rotary movement in addition to its movement in the axial direction.
It has also been proposed to arrange a gear pump laterally on the connecting rod and to actuate this by the inertia of a mass attached to an arm on the axis of one of the gears and rotatable in the plane of movement of the connecting rod. When the connecting rod moves, the mass should be set in rotation and thereby drive the pump. However, this arrangement is complicated, weakens the connecting rod and, in addition, due to the use of a gear pump, is not well suited for the high pressures desired according to the invention.
In another known device, a tubular body is guided in a longitudinal bore of the piston rod, in the inner bore of which a valve is formed and which is held in a central position in the axial direction by springs. Due to the inertia effect during the movement of the connecting rod, this body pumps oil from an outward line to the piston bearing. However, this design is not suitable for higher pressures and has the particular disadvantage that when the pressure in the piston bearing rises, the oil can recede into the lubrication line, displacing the movable body against the spring pressure.
According to the invention, the disadvantages of the known device are eliminated in that a piston pump arranged in the end of the connecting rod facing the bearing to be lubricated serves as the lubricating pump, which is actuated by the inertia of a special part that is freely movable relative to the connecting rod within certain limits.
The invention is explained using an embodiment shown schematically in the drawing tion.
1 shows a section of a cylinder of an internal combustion engine with piston and connecting rod, FIG. 2 shows a detail of FIG. 1 on an enlarged scale. In a cylinder liner 1 of a further not provided Brennkarftmaschine is a piston 2 ge leads, the bearing shells 3, 4 with spherical bearing surfaces. The bearing shells 3 and 4 are held at the correct distance from each other by a spacer ring 5 and are fastened with the help of a fastening ring 6 by screws 7 with the Kol ben 2.
In the bearing shells 3 and 4, the ball head 8 of a connecting rod 9 is mounted, the other end of which comprises a crankshaft 10 rotatably. The crankshaft 10 contains lubrication bores 11 through which, in a known manner, pressurized oil is supplied to the crankshaft bearing provided with a groove 12 by a lubrication pump (not shown). The connecting rod end contains a bore 13 to which a bore 14 with a larger diameter connects, in which a longitudinally movable tube 15 is guided, which has openings 16 and a closure piece 17 (FIG. 2) at the upper end.
A pump 18, which is provided with a pressure valve 19, a suction valve 20 and a piston 21, is arranged in the ball head of the connecting rod. The suction valve 20 is connected by a channel 22 with a space 23, which through. the openings 16 are connected to the interior of the raw 15 and the channel 14. The space 23 is connected by means of a bore 24 to a space 25 which is located between the two bearing shells 3 and 4.
During operation, the lubricating oil from the crankshaft 10 passes through the bores 11 into the channels 12-14 of the connecting rod and from these into the space 23 and to the suction channel 22 of the pump 18. The excess oil passes through the bore 24 into the space 25, which is filled with lubricating oil during operation. The <B> oil </B> is supplied from this space through a bore 26 to the piston crown for the purpose of cooling. The oil is drained from the piston crown into the crankcase in a known manner through a bore, not shown. Part of the oil slowly escapes between the sliding surfaces of the lower bearing shell 4 and the ball head of the connecting rod and lubricates it.
During the reciprocating movement of the piston, the tube 15 performs a relative movement in the axial direction to the connecting rod 9 due to its inertia and actuates the piston 21 of the pump 18. In this way, the pump 18 is the prevailing in the lubrication system under there Lubricating oil under pressure is sucked in and pressed into the piston bearing under increased pressure. It is therefore possible to additionally increase the lubricating pressure. This increased pressure can take a mean of the measure and z. B. be higher than the surface pressure in the bearing, so that a so-called hydrostatic lubricating effect can be achieved. The pressure he can target depends mainly on the diameter of the piston 21 and the mass of the tube 15.
The drive according to the invention has the property that the pressure stroke of the pump 18, during which the lubricating oil is expelled into the bearing, takes place when the piston approaches top dead center, i.e. at the point in time when the bearing in an internal combustion engine is at most burdened. On the other hand, the suction stroke of the pump 18 takes place in the vicinity of the bottom dead center, that is to say a point where the load on the piston and the piston bearing is low. The lubrication pressure hardly drops below the pressure prevailing in the lubrication system, even during the suction stroke. The pressure valve 19 prevents the oil from receding from the sliding surfaces during a suction stroke of the piston 21.
The arrangement described has the advantage that it enables a high-pressure lubrication of a piston bearing without moving supply lines with a multiple means, which contributes to the reliability of the arrangement. When the pump 18 is damaged or blocked in the bearing, the lubricant pressure present in the lubrication system continues to prevail.
Because the additional lubrication pump is arranged in the end of the connecting rod facing the piston, a particularly short high-pressure line between the pump and the lubricated bearing is achieved or such a line is omitted, as in the example shown. This significantly simplifies the construction of the device, and practically all leakage losses are eliminated. The fact that the pump is equipped with a pressure valve that is fixedly arranged in the connecting rod ensures that when there is a pressure increase in the piston bearing, as is the case, for example, in the piston bearing. B. is the case with a hydrostatic lubrication rule, the lubricating oil cannot recede into the pump.
Under certain circumstances, if such a backward movement is not feared, the pressure valve can also be omitted. By designing the mass that actuates the pump as a part guided in a longitudinal bore in the connecting rod, the greatest possible mass is attached, whereby the external shape of the connecting rod is not influenced and, on the contrary, a longitudinal bore in the connecting rod is used for this purpose becomes.
The pump stroke can be selected to be large without constructional difficulties, which enables a small piston cross-section for a given delivery rate and, accordingly, the achievement of high pressures, as are necessary with hydrostatic lubrication. The part actuating the pump could have any cross-section in which it is ensured that guidance takes place in the opening and that at the same time the lubricating oil can flow past to the pump 18. The design in the form of a tube has a number of advantages in this regard. A large flow cross-section for the oil is mainly achieved with a simple design.
Although an arrangement according to the invention for lubricating a piston bearing has been illustrated and described as an example, it is possible within the meaning of the invention to create an arrangement for lubricating both bearings of a connecting rod. In this case, in addition to the lubricating pump in the upper end, one would have to be arranged in the lower end of the connecting rod. The part 15 could operate both lubrication pumps one after the other. In such a case, the lubricating oil can preferably be supplied to the pumps through known, movable joint pipes opening directly into the bore 14.
Since there is relatively great freedom in the choice of the piston-pump actuating part and the cross-section and stroke of the pump piston in the embodiment according to the invention, pressures can easily be achieved that go beyond the load on the piston bearings caused by the ignition pressure in diesel engines. When dimensioning it is not necessary to go to such high pressures, since it is usually sufficient to bring a certain amount of oil between the bearing surfaces of the bearing in question only during the compression stroke.
However, it is preferably the ratio of the mass of the piston pump actuating part to the cross section of the pump piston selected so that at normal Ar work speed, for which the engine is designed, the pressure developed by the lubricating pump lifts the bearing in question against the Engine piston acting compression pressure guaranteed with safety.