DE102013220967A1

DE102013220967A1 - Zylinderschmiersystem

Info

Publication number: DE102013220967A1
Application number: DE201310220967
Authority: DE
Inventors: Robert D. Straub
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2014-04-24
Also published as: US20140109862A1; CN103775231A; US9004039B2

Abstract

Ein Zylinderschmiersystem umfasst eine Zylinderauskleidung, die einen Zylinder definiert, einen Kolben, der hin- und herbewegbar in dem Zylinder für einen axialen Verlauf einer Zylinderachse montiert ist und einen Kolbenmantel besitzt, der sich in enger Nähe zu dem Zylinder bewegt, einen Ölversorgungsdurchgang, der sich im Wesentlichen umfangstechnisch um eine Außenfläche der Zylinderauskleidung erstreckt, eine Ölversorgungsleitung, die den Ölversorgungsdurchgang fluidtechnisch mit einer Ölversorgung verbindet, eine Serie kleiner Löcher, die sich radial durch die Zylinderauskleidung von dem Zylinder zu dem Ölversorgungsdurchgang erstrecken und als Öldurchgänge für Schmieröl von der Ölversorgung zur Strömung zu dem oberen Abschnitt des Zylinders dienen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Motorzylinderschmiersysteme und insbesondere eine Schmierung für Zylinder, die eine geringe obere Zylinderschmierung besitzen, die nicht leicht durch Kurbelgehäuseöl geschmiert wird.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren erfordern typischerweise eine angemessene Schmierung zwischen allen beweglichen Teilen, um einen effizienten Betrieb und eine lange Lebensdauer sicherzustellen. Dies gilt insbesondere zwischen den Zylinderwänden und den Zylindern. Bei bestimmten Motortypen, wie Zweitaktmotoren und anderen Motoren, die sich nicht auf über Kurbelgehäuse geliefertes Öl zur Schmierung der Zylinder/Zylinderwand-Schmierung stützen, müssen alternative Wege der Schmierung bereitgestellt werden. In der Vergangenheit haben Zweitaktmotoren ein Gemisch aus Kraftstoff, Öl und Luft als die Verbrennungsladung verwendet, um eine derartige Schmierung bereitzustellen. Jedoch hat mit zunehmendem Fokus auf Emissionen von Verbrennungsmotoren der Zusatz von Öl als eine Verbrennungskomponente der Verbrennungsladung in einigen Fällen zur Folge, dass Zweitaktmotoren für bestimmte Anwendungen ungünstig geworden sind, zugunsten sauberer emittierender Viertaktmotoren, obwohl in einigen Fällen der Zweitaktmotor aufgrund von Gewicht und Leistungsvorteilen bevorzugt sein kann. Eine jüngste Anwendung von Zweitaktzylindern ist eine Kombination mit Viertaktmotoren in einer einzelnen Einheit gewesen, wobei Zweitaktzylinder Abgas ausschließlich für die Viertaktzylinder als rückgeführtes Abgas (”AGR”) bereitstellen. Während diese Anwendung die Emissionsprobleme der Zweitaktkonstruktion lösen kann, beseitigt sie nicht unbedingt die Herausforderung der oberen Zylinderschmierung.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verbrennungsmotor eine Zylinderauskleidung, die einen Zylinder definiert, einen Kolben, der hin- und herbewegbar in dem Zylinder für einen axialen Verlauf entlang einer Zylinderachse montiert ist und einen Kolbenmantel besitzt, der sich in enger Nähe zu dem Zylinder bewegt, einen Öllieferdurchgang, der sich im Wesentlichen umlaufend um eine Außenfläche der Zylinderauskleidung erstreckt, eine Ölversorgungsleitung, die den Ölversorgungsdurchgang fluidtechnisch mit einer Ölversorgung verbindet, eine Serie kleiner Öffnungen, die sich radial durch die Zylinderauskleidung von dem Zylinder zu dem Ölversorgungsdurchgang erstrecken und als Öldurchgänge für Schmieröl von der Ölversorgung zur Strömung zu dem oberen Abschnitt des Zylinders dienen.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm eines Schmiersystems für einen Verbrennungsmotor ist, das die Erfindung darstellt; und
2 ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform eines Schmiersystems für einen Verbrennungsmotor ist, das die Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Merkmale angeben. Der hier verwendete Begriff Modul oder Steuermodul betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform auf einen Kolben, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, und bei der beispielhaften Ausführungsform auf Abschnitte eines Verbrennungsmotors 10 gerichtet. Der Verbrennungsmotor, in diesem Beispiel ein Zweitaktmotor, umfasst eine Zylinderauskleidung 12, die einen Zylinder 14 mit einem Kolben 15 enthält, der hin- und herbewegbar darin für einen axialen Verlauf entlang einer Zylinderachse 16 montiert ist. Der Kolben 15 besitzt einen Kolbenmantel 18 (d. h. Außenwand), der sich in enger Nähe zu dem Zylinder 14 bewegt, der eine Schmierung während des Betriebs erfordert, um einen unerwünschten Verschleiß zu vermeiden. Eine Serie von Durchlässen erstreckt sich durch den unteren Abschnitt des Zylinders 14. Durch diese Durchlässe gelangt zumindest eines oder beides der Ansaugladung und der Abgasladung während des Betriebs des Verbrennungsmotors 12. Aufgrund dieser Durchlässe und des Verfahrens zur Kraftstoffbelieferung des Zylinders 14 kann das Verfahren zur Kurbelgehäuseschmierung, das in einem Viertaktmotor verwendet wird, ernsthafte Beschränkungen aufweisen und kann in einigen Fällen möglicherweise nicht in einem Motor dieser Konfiguration verwendet werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich ein Ölversorgungskreisring 26 im Wesentlichen um den Umfang um die Außenfläche 28 der Zylinderauskleidung 12. Ein Dichtungsband 30 erstreckt sich um den Ölversorgungskreisring und radial auswärts von dem Ölversorgungskreisring, um einen Öldurchgang 32 dazwischen zu definieren. Andere Verfahren zum Definieren des Öldurchgangs 32 können sicherlich ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung verwendet werden. Der Öldurchgang 32 ist fluidtechnisch mit einer Ölversorgung 34 durch eine Ölversorgungsleitung 36 verbunden, die sich dazwischen erstreckt. Ein Einweg-Rückschlagventil 38 stellt sicher, dass Öl nur von der Ölversorgung 34 zu dem Öldurchgang strömt, und eine Dosierdüse 40 und ein elektronisches Steuerventil 42 unterstützen eine Steuerung der gelieferten Ölmenge.
Nun Bezug nehmend auf den oberen Abschnitt der Zylinderauskleidung 12 und den Zylinder 14 erstreckt sich eine Serie kleiner Öffnungen 44 radial durch die Zylinderauskleidung 12 von dem Zylinder 14 zu dem Öldurchgang 32. Die Öffnungen 44 sind umlaufend um den Zylinder 14 und die Zylinderachse 16 platziert und dienen als Öldurchgänge für Schmieröl 46 von der Ölversorgung 34 zur Strömung zu dem oberen Abschnitt des Zylinders 14. Öl, das die Öffnungen 44 verlässt, wird an Kolbenölringen 48 wie auch dem Kolbenmantel 18 abgelagert, um eine Schmierung an der Schnittstelle zwischen dem Kolbenmantel und dem Zylinder bereitzustellen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Ölöffnungen 44 durch Laserbohren geformt, und die Größe ihres Durchmessers liegt typischerweise in der Größenordnung von 40–80 Mikrometer; wobei die Größe von der Größe der Zylinderauskleidung 12 und den Schmieranforderungen (z. B. Leistungscharakteristiken) des Motors abhängt. Aufgrund der kleinen Größe der Ölöffnungen 44 verhindert die Oberflächenspannung des Schmieröls an der Öffnung in den Zylinder 14, dass Öl 46 konsistent heraus sickert und den Motor zu stark schmiert. Stattdessen definieren die Öffnungen 44 einen porösen Zylinderwandabschnitt 48, der die notwendige Schmierung für den oberen Abschnitt des Zylinders 14 bereitstellt.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 12 wird die Strömung von Schmieröl 46 zu dem Ölversorgungskreisring 26 und somit zu dem Zylinder 14 durch den Öldruck in der Ölversorgung 34, die Größe der Dosierdüse 40 und dem Prozentsatz der Einschaltzeit des Steuerventils 42 gesteuert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform steht das Steuerventil 42 in Signalkommunikation mit einem Controller 50, wie einem Motorcontroller, der verschiedene Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 12 überwacht, wie Drehzahl, Temperatur, Last und andere Eingänge, die die Schmieranforderungen desselben beeinträchtigen können. Da diese Bedingungen variieren, variiert der Controller 50 die Einschaltzeit des Steuerventils 42, um die geeignete Menge von Schmieröl 46 an den Ölversorgungskreisring 26 und durch die Serie von kleinen Öffnungen 44 zu dem Zylinder 14 zu liefern.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 2 gezeigt ist, kann der poröse Zylinderwandabschnitt 48 des Zylinders 14 eine sich längs erstreckende Serie kleiner Öffnungen 44 umfassen, die sich axial entlang der Zylinderachse 16 um eine Distanz ”L” erstrecken. Die Löcher können eine Serie von Reihen umfassen oder können in einer zufälligen oder halbzufälligen Gestaltung vorliegen. Ein derartiger dimensionaler poröser Zylinderwandabschnitt 48 sieht ein größeres Schmiervermögen für Motoren 12 mit höherer Leistung wie auch die Möglichkeit einer größeren Ölströmungssteuerung aufgrund der vergrößerten Oberfläche der kleinen Öffnungen 44 vor.
Während die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Zylinderschmiersystem, umfassend: eine Zylinderauskleidung, die einen Zylinder definiert; einen Kolben, der hin- und herbewegbar in dem Zylinder für einen axialen Verlauf entlang einer Zylinderachse montiert ist und einen Kolbenmantel besitzt, der sich in enger Nähe zu dem Zylinder bewegt; einen Ölversorgungsdurchgang, der sich im Wesentlichen umlaufend um eine Außenfläche der Zylinderauskleidung erstreckt; eine Ölversorgungsleitung, die den Ölversorgungsdurchgang fluidtechnisch mit einer Ölversorgung verbindet; eine Serie kleiner Öffnungen, die sich radial durch die Zylinderauskleidung von dem Zylinder zu dem Ölversorgungsdurchgang erstrecken und Öldurchgänge für Schmieröl von der Ölversorgung zur Strömung zu dem Zylinder definieren.
Zylinderschmiersystem nach Anspruch 1, wobei die Serie kleiner Öffnungen einen porösen Zylinderwandabschnitt definiert.
Zylinderschmiersystem nach Anspruch 1, ferner mit einer Dosierdüse, die in der Ölversorgungsleitung angeordnet ist, um die Ölmenge, die von der Ölversorgung zu dem Ölversorgungsdurchgang geliefert wird, zu steuern.
Zylinderschmiersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem elektronischen Steuerventil in Fluidkommunikation mit der Ölversorgungsleitung, um die Ölmenge, die von der Ölversorgung zu dem Ölversorgungsdurchgang geliefert wird, zu steuern.
Zylinderschmiersystem nach Anspruch 4, ferner mit einem Controller, der verschiedene Betriebsparameter des Zylinders überwacht und die Einschaltzeit des Steuerventils variiert, um die geeignete Menge an Schmieröl zu dem Ölversorgungskreisring durch die Serie kleiner Öffnungen und zu dem Zylinder zu liefern.
Zylinderschmiersystem nach Anspruch 5, wobei die Betriebsparameter eines oder mehrere aus Drehzahl, Temperatur und Last sind.
Zylinderschmiersystem nach Anspruch 1, wobei der poröse Zylinderwandabschnitt des Zylinders eine sich längs erstreckende Serie kleiner Löcher umfasst, die sich axial entlang der Zylinderachse um eine Distanz ”L” erstrecken.
Zylinderschmiersystem nach Anspruch 7, wobei die Löcher eine Serie von Reihen umfassen können oder in einer zufälligen oder halbzufälligen Gestaltung vorliegen können.
Zylinderschmiersystem nach Anspruch 1, wobei der Zylinder einen Zweitaktmotor umfasst.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, ferner mit einem Einweg-Rückschlagventil, das in der Ölversorgungsleitung angeordnet und derart betreibbar ist, eine Ölströmung von dem Ölversorgungsdurchgang zu der Ölversorgung zu verhindern.