CH654377A5

CH654377A5 - Cylinder and piston lubrication device on an internal combustion engine

Info

Publication number: CH654377A5
Application number: CH746681A
Authority: CH
Inventors: Gabor Lonkai; Karl Ehm
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1980-11-25
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1986-02-14
Also published as: DE3044255A1; JPS57113918A; DK151143C; DE3044255C2; BR8107626A; DK151143B; DK509981A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinder- und Kolben-Schmiervorrichtung an einer Brennkraftmaschine, mit einer Schmierölpumpe, die Öl aus einem Reservoir in eine Sammelleitung pumpt, an die zur Öldruckregulierung ein verstellbares Überströmventil angeschlossen ist und von der Ölzufuhrleitungen abzweigen, in welch jede eine Ölzufuhrsteuereinrichtung eingeschaltet ist, die an eine vom Zylinderraum abzweigende Gasdruckübertragungsleitung angeschlossen ist und ein in einem Gehäuse bewegbares Ventil aufweist, das durch Gasdruckbeaufschlagung entgegen einer an ihm angreifenden Schliesskraft aus einer Schliesslage in eine Öldurchlassstellung verschiebbar ist, in der die vorher blok- ■ kierte Ölzufuhr in Ölaustrittskanäle freigegeben und Schmieröl in den Raum zwischen Zylinderinnenwand sowie einem Kolbenringe tragenden Kolben während dessen Vorbeibewegung an den zylinderseitigen Mündungen der Ölaustrittskanäle aus diesen ausstossbar ist.

Eine derartige Schmiervorrichtung ist aus der DE-PS 1 050 595 bekannt. Diese bekannte gasdruckgesteuerte Schmiervorrichtung lässt wohl die Einspritzung von Öl in den Raum zwischen der Zylinderwand und dem Kolben während dessen Vorbeibewegung an den Mündungen der Ölzufuhrleitung zu; sie ermöglicht einerseits aber keine exakte Einspritzung von Schmieröl in den räumlich sehr eng begrenzten Bereich zwischen jeweils zwei Kolbenringen, mithin in den für eine Zuführung von Schmieröl günstigsten Ort; andererseits ist es erwiesen, dass die bekannte Schmiervorrichtung aufgrund ihrer Konstruktion nicht in der Lage ist, die maschinenseitig vorgegebenen kurzen Schmierintervalle zu steuern.

Darüber hinaus ist in der Praxis das Prinzip der sogenannten «Fosby-Schmierung» bekannt - siehe die diesbezüglichen norwegischen Patentschriften 70 498 und 70 607 -, bei der Schmieröl infolge einer Gasdruckdifferenz zwischen der Oberseite und Unterseite eines Kolbenringes durch einen Kanal in den Raum zwischen zwei Kolbenringen einbringbar ist. Das Fosby-Schmierprinzip basiert jedoch auf einer drucklosen Schmierung, die bei Hochleistungsmotoren deshalb nicht anwendbar ist, weil nur eine unzureichende Menge an die Gleitpartner abgebbar und dadurch die Gefahr des Trok-kenlaufens gegeben ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schmiervorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass Schmieröl in exakt dosierten Mengen unter Druck exakt in den für eine Schmierung der Gleitpartner günstigsten Raum zwischen Kolben und Zylinderlauffläche einspritzbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch Merkmale entsprechend dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Lösung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsge-mässen Schmiervorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Darstellung von Fig. 1 entlang der dort eingezeichneten Schnittlinie II-II,

Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung von Details der in Fig. 1 gezeigten Schmiervorrichtung.

In den Figuren ist mit 1 die Zylinderwand eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, mit 2 deren Zylinderlauffläche und mit 3 ein im Zylinderraum arbeitender Kolben bezeichnet. Der Kolben 3 weist axial etwas beabstandet von seinem Kolbenboden 4 ein Kolbenringpaket 5 auf, das im

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gezeigten Ausführungsbeispiel aus vier Kolbenringen 6,7,8, 9 besteht, von denen jeder in einer Ringnut des Kolbens 3 eingesetzt ist. Zwei benachbarte Kolbenringe 6,7,8,9 sind jeweils gleich weit voneinander entfernt; die zwischen der Unterseite und Oberseite zweier benachbarter Kolbenringe 6 und 7 bzw. 7 und 8 bzw. 8 und 9 befindlichen, darüber hinaus von der Zylinderlauffläche 2 und der Aussenseite des Kolbens 3 begrenzten Räume sind mit 10,11 und 12 bezeichnet.

Dieser Zylinder-Kolben-Anordnung ist eine nachstehend im Detail beschriebene Schmiervorrichtung zugeordnet. Letztere weist eine Schmierölpumpe 13 auf, die kontinuierlich arbeitend Öl aus einem Reservoir 14 in eine Sammelleitung 15 fördert. An letztere ist ein Überströmventil 16 angeschlossen, das ein unter Vorspannung einer Druckfeder 17 stehendes Schliesselement 18 besitzt. Die Schliessdruck-kraft der Druckfeder 17 ist durch einen verschiebbaren Kolben 19 veränderbar, der über ein nur schematisch gezeigtes Hebelgestänge 20 mit der nicht dargestellten Regelstange einer Brennstoffpumpe verbunden ist, dergestalt, dass bei Verstellung der besagten Regelstange in Richtung zunehmender Füllung - in Fig. 1 gezeigt durch einen Pfeil 21 - die Druckfeder 17 stärker vorgespannt wird, damit auch der wirksame Druck in der Sammelleitung 15 erhöht wird. Das in letzterer überschüssige Schmieröl wird dabei vom Überströmventil 16 abgesteuert und von diesem über eine Rücklaufleitung 22 ins Reservoir 14 rückgeführt.

Von der Sammelleitung 15 zweigen zur Schmierölversorgung mehrerer in einer Ebene am Umfang der Zylinderlauffläche 2 verteilter Schmierbereiche Ölzufuhrleitungen 23 ab, in welch jede eine Ölzufuhrsteuereinrichtung 24 eingeschaltet ist. Jede Ölzufuhrsteuereinrichtung 24, die im Detail vergrös-sert in Fig. 3 gezeigt ist, ist nach Art eines Einspritzventils ausgebildet und weist ein mehrteiliges Ventilgehäuse 25 auf, das in einer quer zur Zylinderachse stehenden, in der Zylinderwand 1 eingeformten Bohrung 26 eingesetzt ist. Darüber hinaus weist jede Ölzufuhrsteuereinrichtung 24 erfindungsgemäss eine Ventilnadel 27 auf, die über einen dem Druck zugeführten Schmieröles ausgesetzten Druckkolben 28 ständig in Schliessrichtung beaufschlagt ist. Der Druckkolben 28 besitzt einen in einer Bohrung 29 des Ventilgehäuses 25 geführten Führungsschaft 30 und einen demgegenüber durchmessergrösseren Wegbegrenzungsbund 31. Der Druckkolben 28 liegt mit seiner vorderen Stirnfläche 32 an der Rückseite der Ventilnadel 27 an und begrenzt mit seiner rückwärtigen Stirnfläche 33 zusammen mit der Wandung der Bohrung 29 einen Schliessdruckraum 34, der über eine Zuleitung 35 an die Ölzufuhrleitung 23 angeschlossen und über diese ständig dem Druck zugeführten Schmieröles ausgesetzt ist. Die Ventilnadel 27 weist an ihrer Spitze ein mit einem Ventilsitz 36 zusammenwirkendes, kegelförmiges Schliesselement 37 auf, an das sich nach hinten ein zylindrisches Nadelteil 38 anschliesst, das von einem über die Ölzufuhrleitung 23 mit Schmieröl versorgten, im Ventilgehäuse 25 ausgebildeten Schmierölvorlageraum 39 umgeben ist. Vor dem Schliesselement 37 der Ventilnadel 27 ist koaxial zu dieser im Ventilgehäuse 25 ein Sackloch 40 eingeformt, von dem mehrere in den Zylinderraum ausmündende Ölaustrittskanäle 41 strahlenförmig abzweigen (siehe Fig. 2). Die Ventilnadel 27 besitzt ausserdem am Ende ihres sich hinten an das Nabelteil 38 anschliessenden, demgegenüber durchmessergrösseren und in einer Bohrung 42 des Ventilgehäuses 25 geführten Führungsschaftes 43 ein diesem gegenüber durch-messergrösseres Steuerkolbenteil 44; letzteres steht mit seiner Aussenfläche 45 in Gleit- und Dichtkontakt mit der Wandung einer Ausnehmung 46 im Ventilgehäuse 25 und begrenzt innerhalb derselben nach vorne eine Öffnungsdruckkammer 47 sowie nach hinten eine Schliessdruckkammer 48. An die Öffnungsdruckkammer 47 ist eine Gasdruckübertragungsleitung 49 angeschlossen, die mit ihrer Mündung 50 vom Zylinderraum abzweigt und durch die Zylinderwand 1 sowie das Ventilgehäuse 25 an die Öffnungsdruckkammer 47 herangeführt ist. An die Schliessdruck-5 kammer 48 ist wenigstens eine Differenzdruckleitung 51 angeschlossen; im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, zwei Differenzdruckleitungen 51 vorgesehen, die mit ihren in gleicher Ebene und etwa in Höhe der Ölaustrittskanäle 41 gelegenen Mündungen io 52 vom Zylinderraum abzweigen und durch die Zylinderwand 1 sowie das Ventilgehäuse 25 an die Schliessdruckkammer 48 herangeführt sind. Die Mündungen 52 der Differenzdruckleitungen 51 sowie jene der Ölaustrittskanäle 41 liegen dabei axial unterhalb der Mündung 50 der zugehö-ls rigen Gasdruckübertragungsleitung 49, wobei der diesbezügliche axiale Abstand etwa dem Abstand vom obersten Kolbenring 6 zum untersten Kolbenring 9 des am Kolben 3 befindlichen Kolbenringpaketes 5 entspricht. Durch diese vorbeschriebene Mündungsanordnung sind Gasdruckdiffe-20 renzen zwischen den Ober- und Unterseiten der einzelnen Kolbenringe 6,7,8,9 zur Aufsteuerung der Ventilnadel 27 ausnützbar, nämlich dergestalt, dass im Falle eines Gasdruckniveaus in der Öffnungsdruckkammer 47, das höher als jenes in der Schliessdruckkammer 48 herrschende Druckni-25 veau ist, die Ventilnadel 27 in Öldurchlassstellung bewegbar ist, mit der Folge, dass Schmieröl exakt in die Räume 10,11 und 12 zwischen jeweils zwei benachbarte Kolbenringe 6 und 7 bzw. 7 und 8 bzw. 8 und 9 einspritzbar ist. Zur Öffnungs-hubwegbegrenzung der Ventilnadel 27 dient der am Steuer-30 kolben 28 angeordnete Wegbegrenzungsbund 31, der innerhalb der Schliessdruckkammer 48 gelegen mit deren rückwärtiger Wand 53 zusammenwirkt.

Nachstehend ist der Ablauf eines vollständigen Schmierzyklus näher erläutert.

35 Als Ausgangsbasis sei angenommen, dass der Kolben 3 sich im Aufwärtshub befindet, mithin sich in der Zeichenebene betrachtet von unten nach oben bewegt und der oberste Kolbenring 6 noch unterhalb der Mündungen 52 der Differenzdruckleitungen 51 befindlich ist. In dieser Bewegungs-40 Stellung des Kolbens 3 ist an den Mündungen 50 bzw. 52 der Gasdruckübertragungsleitung 49 bzw. der Differenzdruckleitungen 51 keine bzw. nur eine minimale Gasdruckdifferenz gegeben, so dass in der Öffnungsdruckkammer 47 und in der Schliessdruckkammer 48 gleiche Gasdrücke wirksam sind. 45 Infolge dieses Zustandes wird die Ventilnadel 27 durch die im Schliessdruckraum 34 herrschende und vom Druckkolben 28 auf sie übertragene Schliesskraft in Schliesslage gehalten. Diese Schliesskraft überwiegt dabei jene im Schmierölvorlageraum 39 an der ringförmigen Stirnfläche 54 des Ventilna-50 delführungsschaftes 43 in Öffnungsrichtung wirksame Schmieröldruckkraft.

Sobald jedoch beim weiteren Aufwärtsgang des Kolbens 3 die Mündungen 52 der Differenzdruckleitungen 51 vom obersten Kolbenring 6 überfahren werden, ist eine Gasdruck-55 differenz mit in der Gasdruckübertragungsleitung 49 höherem Gasdruck gegeben, der in der Öffnungsdruckkammer 47 wirksam wird und dessen Druckkraft sich zu der an der Stirnfläche 54 des Führungsschaftes 43 angreifenden Schmieröldruckkraft addiert, wodurch die Ventilnadel 27 60 schlagartig in Öldurchlassstellung bewegt wird, in der das zugeführte Schmieröl vom Schmierölvorlageraum 39 in das Sackloch 40 einspeisbar und von dort über die Ölaustrittskanäle 41 exakt zunächst in den Raum 10 zwischen den Kolbenringen 6 und 7, anschliessend wegen nach wie vor vorhan-65 dener Gasdruckdifferenz in den Raum 11 zwischen den Kolbenringen 7 und 8 sowie anschliessend in den Raum 12 zwischen den Kolbenringen 8 und 9 einspritzbar ist. Dieser Schmieröleinspritzvorgang wird beendet, sobald der oberste

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Kolbenring 6 die Mündung 50 der Gasdruckübertragungsleitung 49 überfährt, wodurch keine Druckdifferenz mehr zwischen den in der Öffnungsdruckkammer 47 und der Schliessdruckkammer 48 herrschenden Drücken gegeben ist und die Ventilnadel 27 schlagartig wieder in ihre Schliesslage überführt wird.

Dieser Schmierzyklus wiederholt sich in umgekehrter Reihenfolge auch jeweils beim Abwärtsgang des Kolbens 3. Darüber hinaus laufen diese Schmiervorgänge aufgrund der Identität der am Umfang der Zylinderwand verteilt angeord-s neten Ölzufuhrsteuereinrichtungen 24 bei jeder derselben in gleicher Weise ab.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

654377 PATENTANSPRÜCHE

1. Zylinder- und Kolben-Schmiervorrichtung an einer Brennkraftmaschine, mit einer Schmierölpumpe, die Öl aus einem Reservoir in eine Sammelleitung pumpt, an die zur Öldruckregulierung ein verstellbares Überströmventil angeschlossen ist und von der Ölzufuhrleitungen abzweigen, in welch jede eine Ölzufuhrsteuereinrichtung eingeschaltet ist, die an eine vom Zylinderraum abzweigende Gasdruckübertragungsleitung angeschlossen ist und ein in einem Gehäuse bewegbares Ventil aufweist, das durch Gasdruckbeaufschlagung entgegen einer an ihm angreifenden Schliesskraft aus einer Schliesslage in eine Öldurchlassstellung verschiebbar ist, in der die vorher blockierte Ölzufuhr in Ölaustrittskanäle freigegeben und Schmieröl in den Raum zwischen Zylinderinnenwand sowie einem Kolbenringe tragenden Kolben während dessen Vorbeibewegung an den zylinderseitigen Mündungen der Ölaustrittskanäle aus diesen ausstossbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- jede Ölzufuhrsteuereinrichtung (24) ist nach Art eines Ein-spritzventiles ausgebildet und weist eine Ventilnadel (27) auf, die über einen dem Druck zugeführten Schmieröles ausgesetzten Druckkolben (28) ständig in Schliessrichtung beaufschlagt ist,

- die Ventilnadel (27) weist ferner an ihrer Spitze ein mit einem Ventilsitz (36) zusammenwirkendes Schliesselement (37) auf und ist dahinter von einem über die Ölzufuhrleitung (23) mit Schmieröl versorgten Schmierölvorlageraum (39) umgeben,

- die Ventilnadel (27) besitzt ausserdem am Ende ihres Führungsschaftes (43) ein Steuerkolbenteil (44), das nach vorne eine Öffnungsdruckkammer (47) und nach hinten eine Schliessdruckkammer (48) begrenzt,

- an die Öffnungsdruckkammer (47) ist die Gasdruckübertragungsleitung (49) und an die Schliessdruckkammer (48) wenigstens eine Differenzdruckleitung (51) angeschlossen, die ebenfalls vom Zylinderraum etwa in Höhe der Ölaustrittskanäle (41) abzweigt, mit einem axialen Abstand ihrer Mündung (52) von jener (50) der Gasdruckübertragungsleitung (49), der etwa dem Abstand vom obersten (6) zum untersten Kolbenring (9) eines am Kolben (3) befindlichen Kolbenringpaketes (5) entspricht, durch welche Mündungsanordnung Gasdruckdifferenzen zwischen den Ober- und Unterseiten der einzelnen Kolbenringe (6 bis 9) zur Aufsteuerung der Ventilnadel (27) ausnützbar sind, derart, dass im Falle eines gegenüber jenem der Schliessdruckkammer (48) in der Öffnungsdruckkammer (47) höheren Gasdruckniveaus die Ventilnadel (27) in Öldurchlassstellung bewegbar und dadurch Schmieröl exakt in die Räume (10,11,12) zwischen jeweils zwei benachbarte Kolbenringe (6 und 7 bzw. 7 und 8 bzw. 8 und 9) einspritzbar ist.

2. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ölzufuhrsteuereinrichtung (24) ein Ventilgehäuse (25) aufweist, das in einer quer zur Zylinderachse stehenden, in der Zylinderwand (1) eingeformten Bohrung (26) eingesetzt ist.

3. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (28) an seiner Rückseite einen Schliessdruckraum (34) begrenzt, der an die Ölzufuhrleitung (23) angeschlossen ist.

4. Schmiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (28) einen Führungsschaft (30) und einen demgegenüber durchmessergrösseren Wegbegrenzungsbund (31) aufweist, der innerhalb der Schliessdruckkammer (48) gelegen mit deren rückwärtiger Wand (53) zur Öffnungshubwegbegren-zung der Ventilnadel (27) zusammenwirkt.