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Regelung der Kolbentemperatur von Verbrennungsmotoren Die Erfindung
bezieht sich auf die Regelung der Kolbentemperatur von Verbrennungsmotoren, insbesondere
solchen, die mit einem Einspritz- und Gemischbildungsverfahren betrieben werden,
bei dem der Kraftstoff filmartig auf die Brennraumwand des Kolbens aufgetragen wird,
Zweck der Erfindung ist eine Kolbentemperaturregelung, die sich selbsttätig an die
jeweiligen Betriebsverhältnisse anpaßt.
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Bei Verbrennungsmotoren, bei denen der Kraftstoff filmartig auf die
den Brennraum begrenzende Wand des Kolbens aufgetragen wird, erweist sich die Einhaltung
bestimmter Temperaturen als besonders wichtig für den rußfreien Ablauf der Verbrennung.
Zur Einhaltung entsprechender Temperaturen am Kolben ist es bekannt, den Brennraum
im Kolbenboden durch einen Ölstrahl zu kühlen; der ölstrahl wird dabei aus einer
Düse gespritzt, die an den allgemeinen ölkreislauf des Motors, vorzugsweise das
Druckschmiersystern, angeschlossen ist. An diesen Ölkreislauf sind sämtliche Düsen
der Kolben angeschlossen. In die Spritzdüsen für die Kühlölstrahlen wird z. B. ein
Ventil eingebaut, das ein Abspritzen der Düsen nur dann zuläßt, wenn der Oldruck
einen gewissen Wert erreicht hat, ähnlich wie bei einer Kraftstoffeinspritzdüse.
Hierdurch soll der Oldruck im Leerlauf auf einem ausreichenden Wert gehalten werden.
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Diese bekannte Art der Ölstrahleinspritzung bei Kolben hat jedoch
den Nachteil, daß sie stets mit dem gleichen Druck, nämlich dem auf gleichen Wert
geregelten Druck im Ölkreislauf arbeitet und dadurch den wechselnden Betriebsbedingungen
und damit Wärmezuständen am Kolben, insbesondere bei Belastungsänderungen, nicht
gerecht wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Kühlung des Kolbens bei unter
Vollast laufendem Motor zweckmäßigerweise stärker sein muß als die Kühlung bei Teillast
oder etwa bei Leerlauf. Bereits bei Teillast hat es sich als günstig erwiesen, die
Kolbenölkühlung überhaupt abzustellen, um dadurch eine höhere Kolbentemperatur zu
bekommen.
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Es ist auch eine Ölstrahleinspritzung mit parallel geschaltetem Sicherheitsventil
bekannt, bei der dieses Sicherheitsventil außerdem nicht nur auf überdruck ansprechend,
sondern auch drehzahlabhängig steuerbar sein kann. Diese Olstrahleinspritzung ist
jedoch nicht an den allgemeinen Schmierölkreislauf angeschlossen, sondern in einen
vom Hauptschmierölkreislauf unabhängigen Nebenkreislauf gelegt, wodurch der Nachteil
entsteht, daß mehrere ölpumpen vorgesehen werden müssen, was die Anlage verteuert.
Außerdem ist keine lastabhängige Steuerung der Kühlöleinspritzung vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Mängel zu beseitigen.
Die Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung zum Regeln der Kolbentemperatur von
Verbrennungsmotoren, bei denen das mittels einer einzigen Pumpe in einem gemeinsamen
ölkreislauf geförderte öl für Schmierung und Kühlung von der Hauptölleitung
aus teils den Schmierstellen zugeführt und teils zu Ölstrahldüsen abgezweigt und
durch diese in das Kolbeninnere gespritzt wird.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Olstrahldüsen in an
sich bekannter Weise auf einen Ölabspritzdruck eingestellt sind, der niedriger als
der höchste im Ölkreislauf erreichbare öldruck und höher als der ölkreislaufdruck
im Leerlauf ist, und daß der Druck im ölkreislauf vor den Düsen durch eine an sich
bekannte Bypaßanordnung, die in Abhängigkeit von der Belastung oder Temperatur oder
Drehzahl der Maschine gesteuert wird, regelbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung sind sonach die Ölstrahldüsen
in der gleichen Weise wie bisher mit einem Ventil versehen, durch das der öffnungs-
und Abspritzdruck der Düsen auf einen beliebigen Wert fest einstellbar ist. Andererseits
ist im Ölkreislauf des Motors wie üblich ein federbelastetes Druckregelventil eingebaut,
das einen Bypaß jeweils in dem Augenblick öffnet, wenn der gewünschte oder erforderliche
Öldruck erreicht ist. Es ist nun ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß die von
außen hergeleitete Regelung des Öldruckes im Ölkreislauf über dieses Druckregelventil
erfolgt. Dasselbe weist zu diesem Zweck ein seine Vorspannung, z. B. Federkonstante
od. dgl., beeinflussendes Verstellorgan auf, das beispielsweise mit dem Füllbebel
der Kraftstoffeinspritzpumpe derart gekuppelt ist, daß bei Verstellung des Füllhebels
auf Halblast oder darunter die Bypaßwirkung des Druckregelventils
so
geändert wird, daß der Druck im Ölkreislauf unter dem Öffnungsdruck der Ölstrahldüsen
bleibt, oder umgekehrt. Der Öldruck ist auf diese Weise von außen her zwischen wählbaren
Grenzen einstellbar oder veränderlich.
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Statt durch den Füllhebel der Kraftstoffeinspritzpumpe kann nach einem
weiteren Merkmal der Erfindung das Druckregelventil auch von außen her durch einen
Wärmefühler gesteuert werden, der beispielsweise im Abgassystem angeordnet ist.
Bei einer bestimmten Temperaturunterschreitung wird auch in diesem Fall der Oldruck
im Ölkreislauf so weit gesenkt, daß die Ölstrahldüsen nicht mehr ansprechen.
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Die Erfindung läßt sich ferner auch in der Weise abwandeln, daß das
Druckregelventil im Ölkreislauf außer den bereits genannten, von außen hergeleiteteil
Stenereinwirk-ungen auch noch durch ein drehzahlabhängiges Regelorgan des Motors
beeinflußt wird, wobei sich die Steuerimpulse erfindungsgemäß addierend überlagern.
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Schließlich kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bei den
einzelnen Stenerstufen des Druckregelventils eine drehzahlabhängige Beeinflussung
des Öldruckes im Ölkreislauf noch dadurch erreicht werden, daß hinter dem Druckregelventil
eine Drossel eingeschaltet ist, deren Durchschnittsquerschnitt derart bemessen ist,
daß auf jeder vom lastabhängig oder sonstwie betätigten Verstellorgan des Druckregelventils
eingestellten Steuerstufe ein von diesem Druckregelventil unabhängiger Öldruckanstieg
bei steigender Drehzahl erfolgt. Die Drosselstelle bewirkt somit zwischen den Steuerstufen
eine feinstufige Druckregelung.
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In der Zeichnung ist beispielsweise ein Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors
mit der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt. Für die Erfindung
unwichtige Motorteile sind fortgelassen.
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Mit 1 ist die nur andeutungsweise dargestellte Kurbelwelle
eines 6-Zylinder-Motors bezeichnet, die über Zahnräder2 die Ölpumpe3 antreibt. Aus
dem nicht weiter gezeigten Ölsumpf, in dem sich der Saugkorb 4 befindet, wird das
Öl von der Pumpe 3 angesaugt und über die Druckleitung 5 zu
dem Ölfilter 6
gefördert, von wo es durch die Leitung 7 in die Ölhauptleitung
8 gelangt; diese versorgt einesteils über Leitungen 9 die Kurbelwellenlager
und andererseits die Ölstrahldüsen 10, die zur Kühlung der Kolben vorgesehen
sind, wobei deren Abspritzdruck so eingestellt ist, daß erst dann jeweils ein Ölstrahl
entsteht, wenn der Öldruck einen bestimmten Wert, beispielsweise 3 at, übersteigt.
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Zur Regulierung des öldruckes ist in die Öl-
leitung
5, 7, 8 in an sich bekannter Weise ein Überdruck- oder Druckregelventil
11 eingebaut, das überschüssiges Öl durch den Ölrücklauf 12 in das
hierin nicht weiter gezeigte Kurbelgehäuse bzw. den darin befindlichen Olsumpf abströmen
läßt. Das Druckregelventil 11 besitzt zum Wirksammachen der erfindungsgemäß
von außen hergeleiteten Steuerimpulse ein Verstellorgan 13, durch das die
Vorspannung, z. B. die Federkonstante, des Überdruckventils 11
veränderbar
ist. Das in der Zeichnung veranschaulichte Beispiel zeigt die von außen hergeleitete
Öldruckregelung in Abhängigkeit von der Brennstoffeinspritzung. Demgemäß ist das
Verstellorgan 13 des Druckregelventils 11 über den bei 14a schwenkbaren
Winkelhebel 14 und das Gestänge 15 mit dem bei 16a schwenkbaren Füllhebel
16 der Kraftstoffeinspritzpumpe 17 gekuppelt, wobei die Pfeile
18 und 19
die Verstellrichtung des Füllhebels 16 auf Vollast
oder Leerlauf angeben. Im Druckregelventil 11 treten dabei folgende Steuerwirkungen
auf: Wird der Füllbebel 16 auf Leerlauf - also in der Zeichnung in
der Richtung 19 - verstellt, dann wird die Feder lla im Druckregelventil
11 entspannt; der sich in der Hauptölleitung einstellende Druck liegt dadurch
unterhalb des Öffnungsdruckes der Düsen 10, so daß aus diesen kein
Öl mehr austritt. Eine Kolbenkühlung durch die Ölstrahldüsen 10 findet
in diesem Belastungszustand des Motors also nicht statt.
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Wird umgekehrt der Füllhebel 16 der Kraftstoffeinspritzpumpe
in Richtung auf Vollast (Pfeil 18)
verschoben, dann erfährt die Feder lja
im Druckregelventil 11 eine Vorspannung, wodurch der Druck in der Hauptölleitung
steigt, da weniger Öl bei 12 in den Ölsumpf zurückfließt. Es setzt also nach
Erreichung eines bestimmten Lastanstieges die Kolbenkühlung durch die Ölstrahldüsen
10 wieder ein. Durch entsprechende Einstellung des Gestänges 15
und
der Federcharakteristik der Feder lja im Druckregelventil 11 läßt sich erreichen,
daß ein Ölaustritt aus den Düsen 10 jeweils nur im gewünschten Zeitpunkt
stattfindet.
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Auf das Verstellorgan 13 kann, wie schon angedeutet, auch noch
ein von einem drehzahlabhängigen Regelorgan des Motors, z. B. dem Geschwindigkeitsregler,
hergeleiteter Steuerimpuls zur Einwirkung gebracht werden, wobei die Schaltung so
zu treffen ist, daß diese Steuerimpulse sich zu einem der Vorgenannten addieren.
Diese Abwandlung der Erfindung ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Wird hinter dem Druckregelventil 11 im Ölrücklauf 12 eine Drosselstelle
21 eingebaut und diese in ihrem Durchlaßquerschnitt so abgestimmt, daß beispielsweise
bei halber Drehzahl des Motors noch so viel Öl
bei 12 abströmen kann, daß
der Druck in der Hauptölleitung 8 den Öffnungsdruck der Düsen 10 übersteigt,
dann treten die Düsen 10 unabhängig von der Regelung über das Druckregelventil
11 bei einer die öffnungsdrehzahl der Spritzdüsen 10 übersteigenden
Drehzahl in mengenmäßig stets zunehmendem Maße in Tätigkeit.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, auf einen konkreten
Fall bezogen, ist folgende: Die Ölspritzdüsen seien beispielsweise auf einen Abspritzdruck
von 3 atü eingestellt, d. h., erst wenn der öldruck in der ölleitung
einen Abspritzdruck von 3 atü erreicht, tritt der Kühlstrahl in Richtung
auf die Brennraummulde aus. Durch Kopplung des erfindungsgemäß von außen verstellbaren
Regelventils für den Öldruck mit dem Verstellhebel der Brennstoffpumpe wird nun
erreicht, daß der öldruck bis zur halben Füllung der Brennstoffpumpe, also etwa
bis zu dem halben Mitteldruck des Motors, unter 3 atü, d. h. unter
dem öffnungsdruck der Ölspritzdüsen bleibt. Wird der Füllungshebel nunmehr auf eine
Stellung gebracht, die einer höheren Last als beispielsweise dem halben Mitteldruck
entspricht, dann steigt der Oldruck auf beispielsweise 4 oder 4,5 atü an, wodurch
die Olspritzdüsen wieder in Tätigkeit kommen und ihre kühlende Wirkung ausüben können.
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Die Wirkungsweise bei den übrigen beschriebenen Regelfällen ist analog.
Durch diese Art der Oldruckbeeinflussung im ölkreislauf erreicht man sowohl eine
Last- als auch eine Drehzahlabhängigkeit der Kolbentemperaturregelung bei ölstrahlkühlung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders bei Mehrzylindermotoren
von Vorteil, da durch die beschriebene Regelung des Druckes im Ölkreislauf
über
ein außenliegendes Druckregelventil eine beliebige Anzahl von Ölstrahldüsen im Inneren
des Motors ein-oder ausgeschaltet werden kann.