Pleuelstangenlager im Kolben einer Tauchkolbenbrennkraftmaschine mit aufwärtsgerichteter Zylinderachse Bei Pleuelstangenlagern in Kolben und Kreuz- kopflagern von Kolbenmaschinen bestehen allgemein Schwierigkeiten bezüglich der Schmierung, da sie periodisch hohe Drücke aufnehmen müssen und nur geringe Bewegungen ausführen, so dass sich ein dyna mischer Schmierfilm nicht ausbilden kann.
Bei Zwei taktmotoren kommt der Umstand hinzu, dass diese Lager dauernd :unter gleichgerichteter Belastung stehen. Ei tritt bei diesen Motoren nicht die bei Viertaktmotoren während des Saughubes eintretende Belastungsumkehrung auf, welche das Eindringen von Schmieröl zwischen die Lagerflächen begünstigt. Die Schwierigkeiten sind derart, dass z. B. bei auf geladenen Tauchkolbenmotoren die Belastung des Pleuellagers einer sonst vorteilhaften Erhöhung des Lade- und damit des Zünddruckes Grenzen setzt.
Es sind andererseits sogenannte hydrostatische Lager bekannt, bei welchen unabhängig von der gegenseitigen Bewegung der Lagerteile zwischen den Flächen ein Schmicrmittedpolster aufrechterhalten wird, so dass eine Berührung dieser Flächen ver mieden wird. Diese Lager weisen minimale Reibung und praktisch keine Abnützung auf. Der erwähnte hydrostatische Effekt wird bei einer Ausführungsart dieser Lager auf die Weise erzielt, dass dem betref fenden Lager Schmieröl mit einem Druck zugeführt wird, der höher ist als die höchste auftretende Lager belastung.
Es ist aber auch bereits vorgeschlagen worden, bei periodisch mit Druckspitzen belasteten Lagern, wie dies bei Brennkraftmaschinen der Fall ist, diesen Effekt dadurch zu erzielen, dass das Lager mit einer Dichtung und einem den Ölabfluss aus dem Lager sperrenden Rückschlagventil in der Schmier leitung versehen ist.
Bei Kolbenmaschinen mit aufwärtsgerichteter, z. B. vertikaler, oder, wie bei V-Motoren, schräger Zylinderachse besteht bei beiden diesen Lageraus- führungen die Gefahr, dass nach einem längeren Still stand der Maschine bei abgeschalteter Schmierpumpe Luft in das Lager eintreten kann, welche beim Wie deranfahren nicht sofort entweichen kann,
einen Luftpolster bildet und durch ihre Kompressibilität die Funktion des Lagers beeinträchtigt. Bei grösseren Motoren ist es zudem bekannt, die Kolben während des Betriebes durch ein Ö41 zu kühlen. Ausserdem werden in der Regel vor der Inbetriebsetzung die beweglichen Teile des Motors mittels einer soge- nannten Vorschmierpumpe geschmiert.
Die Erfindung beseitigt die Gefahr der Ent stehung eines Luftpolsters in einem Pleuelstangen lager mit hydrostatischem Schmiereffekt im Kolben einer Tauchkolbenmaschine mit aufwärtsgerichteter Zylinderachse, mit Flüssigkeitskühlung des Kolbens und mit einer separat angetriebenen Schmierpumpe dadurch,
dass an der höchsten Stelle des Lagers ein durch eine Feder in offener Stellung gehaltenes Ent lüftungsventil angeordnet ist, das mit einem druck- empfindlichen Organ versehen ist, welches nach ein setzender Kühlmittelzufuhr durch Einwirkung des Kühlmitteddruckes eine Schliessung des Entlüftungs ventils herbeiführt.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeich nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
In einem Kolben 1, der in einem vertikal ange ordneten Zylinder 2 geführt ist, ist der Kugelkopf 3 einer Pleuelstange 4 in einer Lagerschale 5 gelagert. Die Pleuelstange 4 ist mit einer Bohrung 6 versehen, in welcher ein Rohr 7 angeordnet ist. Das Rohr 7 ist nach aussen dichtend mit einem Kanal 8 ver bunden, welcher zur Lagerschale 5 führt und mit einem Rückschlagventil <B>10</B> versehen ist.
Das Rück- schlagventil 10 gibt die Schmierölströmung aus dem Rohr 7 zur Lagerschale 5 frei, sperrt jedoch in umge kehrter Richtung. Die Lagerschale 5 ist am äusseren Rand mit einem dichtenden metallischen Ring 11 versehen, der durch einen Ring 12 aus gummi elastischem Material gegen den Kugelkopf 2, und zwar in der Figur in der Richtung nach unten, gedrückt wird.
Die Bohrung 6 der Pleuelstange 4 ist im Kugelkopf 3 mit Bohrungen 13 verbunden, die nach aussen führen und in einen Ringraum 14 im Kolben 1 münden. Der Ringraum 14 ist durch eine oder mehrer Bohrungen 15 mit einem im Kol- benboden ausgebildeten Hohlraum 16 verbunden. Aus dem Hohlraum 16 führen Bohrungen 17 nach aussen, die an ihrem Ende mit Drosselstellen 18 versehen sind.
An der obersten Stelle des durch die Lagerschalle 5 gebildeten Kolbenlagers ist eine Öffnung 20 vor gesehen, die mit einem Kanal 21 mit dem Hohlraum 16 verbunden und durch ein Ventil 22 verschliessbar ist. Das Ventil 22 ist mit einem in einer zylindrischen Ausnehmung 23 beweglichen Hilfskolben 24 ver bunden, der durch eine Feder 25 im Bilde in. seiner unteren Stellung gehalten wird.
Die Ausnehmung 23 ist durch einen Kanal 26 mit der Atmosphäre ver bunden.
Die Bohrung 6 der Kolbenstange ist in an sich bekannter Weise mit einer eine grosse öllmenge mit niedrigerem Druck fördernden Kühlpumpe verbun den, die vom Motor direkt angetrieben wird.
Dem Rohr 7 wird in ebenfalls bekannter Weise Schmieröl mit höherem Druck für das Kolbenlager von einer Schmierpumpe zugeführt, wobei jedoch nur geringe Mengen erforderlich sind. Diese Schmierpumpe ist in bekannter Weise mit selbständigem Antrieb ver sehen und kann auch bei Stillstand des Motors als sogenannte Vorschmierpumpe in Betrieb gesetzt werden.
Nach einem Stillstand des Motors, wobei zu er warten ist, dass sich im Kolbenlager zwischen dem Kugelkopf 3 und der Lagerschale 5 Luft befindet, wird zuerst die Schmierpumpe in Betrieb gesetzt.
Aus der Schmierpumpe gelangt das Schmieröl durch das Rohr 7, das Rückschlagventil 10 in das Kolbenlager und aus diesem durch das offene Ventil 22 und die Bohrung 21 in den Raum 16, aus welchem es durch die Bohrung 17 abfliesst. Die im Kolbenlager befind liche Luft entweicht dabei ebenfalls durch das Ventil 22 und die Bohrung 21.
Diese Schmierölmenge ist so gering, dass beim Abfluss durch die entsprechend bemessene Drosselöffnung 18 keine Stauung auftritt, so dass sich auf der Unterseite des Kolbens 24 kein Druck aufbauen kann. Beginnt jedoch bei dem darauffolgenden Anlaufen des Motors die Kolben kühlpumpe zu fördern, so gelangt durch die Bohrun gen 6, 13, 15 in den Hohlraum 16 eine grosse Öl menge, deren Abfluss 18 gestaut wird.
Im Hohlraum 16 entsteht somit ein überdruck, welcher durch die Bohrung 21 unter den Kolben 24 gelangt, die Kraft der Feder 25 überwindet und das Ventil 2.2 schliesst. Die im Hohlraum 16 befindliche Luft wird während des folgenden Betriebes grösstenteils mit dem Kühlöl mitgerissen und gelangt durch die Bohrung 17 ins Freie.
Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine ein wandfreie Entlüftung eines hydrostatisch geschmier ten Pleuellagers im Kolben einer Kolbenmaschine. Dabei ist es belanglos, ob der hydrostatische Schmiereffekt des Lagers auf die beschriebene Weise durch Dichtung und Rückschlagventil erzielt wird, oder auf die bekannte Art mit durch eine zusätzliche Hochdruckpumpe erhöhtem Schmierdruck.
Connecting rod bearings in the piston of a plunger piston internal combustion engine with an upward cylinder axis In the case of connecting rod bearings in pistons and crosshead bearings in piston machines, there are generally difficulties with regard to lubrication, as they periodically have to absorb high pressures and only perform small movements, so that a dynamic lubricating film cannot form.
In the case of two-stroke engines, there is also the fact that these bearings are constantly under the same load. In these engines, the load reversal that occurs in four-stroke engines during the suction stroke does not occur, which favors the penetration of lubricating oil between the bearing surfaces. The difficulties are such that e.g. B. on loaded plunger engines the load on the connecting rod bearing an otherwise advantageous increase in the charging and thus the ignition pressure limits.
On the other hand, so-called hydrostatic bearings are known in which, independently of the mutual movement of the bearing parts between the surfaces, a lubricant cushion is maintained, so that contact with these surfaces is avoided. These bearings have minimal friction and practically no wear. The aforementioned hydrostatic effect is achieved in one embodiment of these bearings in such a way that the bearing in question is supplied with lubricating oil at a pressure which is higher than the highest bearing load occurring.
However, it has also already been proposed, in the case of bearings that are periodically loaded with pressure peaks, as is the case with internal combustion engines, to achieve this effect in that the bearing is provided with a seal and a check valve in the lubricating line that blocks the oil drain from the bearing .
In piston machines with upward, z. B. vertical, or, as in V-engines, inclined cylinder axis, with both of these bearing designs there is a risk that after a long standstill of the machine with the lubricating pump switched off, air can enter the bearing, which cannot escape immediately when it is restarted ,
forms an air cushion and its compressibility affects the function of the bearing. In larger engines it is also known to use an Ö41 to cool the pistons during operation. In addition, the moving parts of the motor are usually lubricated by means of a so-called prelubrication pump before it is started up.
The invention eliminates the risk of the formation of an air cushion in a connecting rod bearing with a hydrostatic lubricating effect in the piston of a plunger piston machine with an upwardly directed cylinder axis, with liquid cooling of the piston and a separately driven lubricating pump,
that at the highest point of the bearing a vent valve held in the open position by a spring is arranged, which is provided with a pressure-sensitive element which, after a coolant supply is set, closes the vent valve by the action of the coolant pressure.
The invention is explained using an embodiment shown schematically in the drawing tion.
In a piston 1, which is guided in a vertically arranged cylinder 2, the ball head 3 of a connecting rod 4 is mounted in a bearing shell 5. The connecting rod 4 is provided with a bore 6 in which a tube 7 is arranged. The pipe 7 is sealingly connected to the outside with a channel 8 which leads to the bearing shell 5 and is provided with a check valve <B> 10 </B>.
The check valve 10 releases the flow of lubricating oil from the pipe 7 to the bearing shell 5, but blocks in the opposite direction. The bearing shell 5 is provided on the outer edge with a sealing metallic ring 11 which is pressed by a ring 12 made of rubber-elastic material against the ball head 2, namely in the downward direction in the figure.
The bore 6 of the connecting rod 4 is connected in the ball head 3 to bores 13 which lead to the outside and open into an annular space 14 in the piston 1. The annular space 14 is connected by one or more bores 15 to a cavity 16 formed in the piston head. Bores 17 lead out of the cavity 16 and are provided with throttle points 18 at their end.
At the top of the piston bearing formed by the bearing shell 5, an opening 20 is seen, which is connected to a channel 21 with the cavity 16 and can be closed by a valve 22. The valve 22 is connected to a movable auxiliary piston 24 in a cylindrical recess 23 which is held in its lower position by a spring 25 in the picture.
The recess 23 is ver through a channel 26 connected to the atmosphere.
The bore 6 of the piston rod is verbun in a manner known per se with a cooling pump which promotes a large amount of oil at a lower pressure and which is driven directly by the engine.
Lubricating oil at a higher pressure for the piston bearing is fed to the tube 7 by a lubricating pump in a likewise known manner, but only small quantities are required. This lubrication pump is seen in a known manner with an independent drive and can be put into operation as a so-called pre-lubrication pump even when the engine is stopped.
After the engine has come to a standstill, it is to be expected that there is air in the piston bearing between the ball head 3 and the bearing shell 5, the lubricating pump is first put into operation.
From the lubricating pump, the lubricating oil passes through the pipe 7, the check valve 10 into the piston bearing and from there through the open valve 22 and the bore 21 into the space 16, from which it flows through the bore 17. The air in the piston bearing also escapes through the valve 22 and the bore 21.
This amount of lubricating oil is so small that no stagnation occurs when it drains through the correspondingly dimensioned throttle opening 18, so that no pressure can build up on the underside of the piston 24. If, however, the piston starts to promote the cooling pump when the engine is subsequently started, a large amount of oil passes through the bores 6, 13, 15 into the cavity 16, the outflow 18 of which is blocked.
In the cavity 16 there is thus an overpressure which passes through the bore 21 under the piston 24, overcomes the force of the spring 25 and closes the valve 2.2. The air in the cavity 16 is for the most part entrained with the cooling oil during the subsequent operation and passes through the bore 17 into the open.
The arrangement described enables a flawless venting of a hydrostatically lubricated connecting rod bearing in the piston of a piston engine. It is irrelevant whether the hydrostatic lubricating effect of the bearing is achieved in the manner described by means of a seal and check valve, or in the known manner with an additional high-pressure pump increasing the lubricating pressure.