-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckerhöhungseinrichtung in einer Pleuellagerölzuführungsbohrung einer Kurbelwelle von Hubkolben-Brennkraftmaschinen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Für die Versorgung eines Pleuellagers der Kurbelwelle von Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit Schmiermittel, insbesondere Öl, ist eine Pleuellagerölzuführungsbohrung vorgesehen, über welche ausgehend von einem Hauptölkanal in der Kurbelwelle oder dem Kurbelgehäuse Öl zu dem Pleuellager zuführbar ist. Die Pleuellagerölzuführungsbohrung reicht dabei vom Hauptlager zum Pleuellager der Kurbelwelle. Zur Versorgung der Pleuellager mit Öl ist ein Mindestförderdruck des Öls erforderlich, um den Fließkräften des Öls durch die Relativbewegung zwischen Pleuellager und Pleuel sowie den Fliehkräften des Öls durch die Drehbewegung der Kurbelwelle entgegenzuwirken, so dass ein geschlossener Ölfilm am Pleuellager gewährleistet werden kann. Der Mindestförderdruck des Öls ist dabei stark abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle und entsprechend auch von der Drehzahl des Pleuels um das Pleuellager. Wird der Mindestförderdruck des Öls nicht bereitgestellt, kann keine ausreichende Ölmenge zum Pleuellager zugeführt werden, wodurch der Verschleiß und die Gefahr eines Lagerschadens deutlich ansteigen.
-
Bei hohen Drehzahlen der Kurbelwelle wird die Anforderung an die gesamte Ölversorgung der Hubkolben-Brennkraftmaschine durch den Mindestförderdruck für die Versorgung der Pleuellager bestimmt. Bei hohen Drehzahlen der Kurbelwelle stellt das Pleuellager den Verbraucher dar, welcher den höchsten Ölzuführungsdruck benötigt. Deshalb wird eine Ölpumpe für die Ölversorgung derart ausgelegt, dass der Mindestförderdruck für das Pleuellager sicher erreicht werden kann.
-
Aus der Patentschrift
DE 143765 A geht eine Schmiervorrichtung für sich drehende Maschinenteile hervor, bei welcher Öl einer Gleitfläche von einem im umlaufenden Maschinenteil angeordneten Ölraum aus durch eine einen beweglichen Stift fassende Bohrung zugeführt wird. Während des Betriebs der Maschine wird der Stift infolge seines Eigengewichtes und der daraus resultierenden Fliehkraft in Bewegung gesetzt, wobei in Abhängigkeit der Fliehkraft der Stift entgegen einer Federkraft positioniert wird. Es wird beschrieben, dass der Stift eine hin- und hergehende Bewegung gemäß einem Pumpenkolben ausführt und durch diese Bewegung die Ölzufuhr zur Gleitfläche selbsttätig geregelt wird. Der Übertritt des Öls vom Ölraum zur Gleitfläche erfolgt über die Bohrung, wobei der Stift entsprechend der Zähigkeit des Öls 0,25 mm bis 0,4 mm im Durchmesser kleiner gehalten ist als der Durchmesser der Bohrung und das Öl unter dem Einfluss der Fliehkraft und der Pumpbewegung des Stifts zur Gleitfläche befördert wird. Da sich jedoch die Zähigkeit des Öls in Abhängigkeit der Temperatur, in Abhängigkeit des Alterungszustands und auch in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Öls ändert, kann mittels dieser Vorrichtung keine betriebssichere Ölversorgung der Gleitfläche gewährleistet werden.
-
Aus der Patentschrift
CH 389 989 A ist eine Einrichtung zur Hochdruckschmierung eines Pleuelstangenlagers einer Pleuelstange für Kolbenmaschinen bekannt. Dazu ist in einer Längsbohrung der Pleuelstange eine Schmierpumpe vorgesehen, welche als Kolbenpumpe ausgeführt ist. Der Kolben der Kolbenpumpe wird durch die bei Betrieb der Kolbenmaschinen auftretende Trägheitswirkung innerhalb bestimmter Grenzen in der Längsbohrung frei bewegt.
-
Aus der Patentschrift
DE 102 13 598 B4 ist eine kombinierte Ölpumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche eine mittels einer Antriebswelle der Brennkraftmaschine und eine mittels eines Elektromotors angetriebene Ölpumpe in einem gemeinsamen Gehäuse aufweist. Die elektrisch angetriebene Ölpumpe dient dabei als Hilfspumpe, um eine Verringerung der maximalen Kapazität der mechanisch angetriebenen Ölpumpe als Hauptpumpe zu erlauben. Daher wird die elektrisch angetriebene Ölpumpe in einem Drehzahlbereich betrieben, in welchem der von der mechanisch angetriebenen Ölpumpe erzeugte Öldruck ungenügend ist. Weiter wird beschrieben, dass die kombinierte Ölpumpe mit hoher Effizienz betrieben wird, indem eine geeignete Antriebsaufteilung zwischen mechanisch angetriebener und elektrisch angetriebener Ölpumpe durchgeführt wird. Für den Einsatz der kombinierten Ölpumpe werden jedoch zusätzlicher Bauraum sowie die damit verbundene Peripherie zur Steuerung benötigt.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Druckerhöhungseinrichtung in einer Pleuellagerölzuführungsbohrung einer Kurbelwelle von Hubkolben-Brennkraftmaschinen bereitzustellen, wobei die Betriebssicherheit verbessert und die erforderliche Leistung der Ölversorgung reduziert ist.
-
Lösung der Aufgabe
-
Die Aufgabe wird durch die Druckerhöhungseinrichtung in einer Pleuellagerölzuführungsbohrung einer Kurbelwelle von Hubkolben-Brennkraftmaschinen nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die Erfindung stellt eine erfindungsgemäß vorteilhafte Druckerhöhungseinrichtung in einer Pleuellagerölzuführungsbohrung einer Kurbelwelle von Hubkolben-Brennkraftmaschinen bereit, welche als Ölpumpe mit wenigstens zwei Rückschlagventilen ausgeführt ist und welche durch die auf die Kurbelwelle wirkende Beschleunigung angetrieben wird. Die Ölpumpe ist als Verdrängerpumpe mit einem Verdränger ausgeführt, auf welchen die auf die Kurbelwelle wirkende Beschleunigung ebenfalls einwirkt und dadurch die Verdrängerpumpe angetrieben wird.
-
Die auf die Kurbelwelle und somit auch auf den Verdränger wirkende Beschleunigung resultiert aus dem Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere aus den Gas- und Massenkräften, welche aus der Verdichtung und Verbrennung der Zylinderladung resultieren. Diese Beschleunigungen können sich als Stöße auf die Kurbelwelle und / oder Drehbeschleunigungen der Kurbelwelle äußern. Durch die auf den Verdränger wirkende Beschleunigung wird der Verdränger in der Verdrängerpumpe bewegt, so dass der Verdränger eine Pumpbewegung ausführt und nach dem Wirkprinzip der Verdrängerpumpe Öl aus einer Zuführung ansaugt und dem Pleuellager bei gleichzeitiger Druckerhöhung zuführt.
-
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist wenigstens ein erstes Rückschlagventil druckseitig zur Verdrängerpumpe angeordnet, um ein Zuströmen des Öls zur Verdrängerpumpe zu gewährleisten, und weiter wenigstens ein zweites Rückschlagventil saugseitig zur Verdrängerpumpe angeordnet, um ein Fördern des Öls zum Pleuellager zu gewährleisten. Durch die Anordnung des ersten Rückschlagventils und des zweiten Rückschlagventils wird ein Rückströmen des Öls vom Pleuellager durch die Verdrängerpumpe unterbunden.
-
Zur Verbesserung der Wirkung der Verdrängerpumpe ist der Verdränger gegen eine Feder gelagert, so dass die Bewegung des Verdrängers gegen die Feder erfolgt. Dadurch wird ein Feder-Masse-System gebildet, welches in Abhängigkeit der zu erwartenden Beschleunigungen ausgelegt ist. In besonders vorteilhafter Weise kann die Feder dazu mit einer progressiven Federkennlinie oder mit einer degressiven Federkennlinie ausgebildet sein, um das Fördern des Öls hinsichtlich Druck und Menge an die zu erwartenden Beschleunigungen anzupassen.
-
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist der Verdränger längs der Pleuellagerölzuführungsbohrung zwischen zwei möglichen Endlagen beweglich gelagert. Die Feder ist dann einerseits in einem Bund der Pleuellagerölzuführungsbohrung gelagert und drückt andererseits gegen den Verdränger. Infolge der auf den Verdränger wirkenden Beschleunigung führt dieser in der Pleuellagerölzuführungsbohrung eine Pumpbewegung entgegen der Federkraft der Feder aus, um Öl vom Hauptlager zum Pleuellager zu fördern.
-
In vorteilhafter Weise ist der Verdränger in der Pleuellagerölzuführungsbohrung außerhalb der Drehachse der Kurbelwelle angeordnet, so dass bei unterschiedlichen Kurbelwellendrehzahlen unterschiedlich hohe Zentrifugalkräfte auf den Verdränger wirken. Weiter ist die Verdrängerpumpe derart ausgerichtet, dass sich bei der Bewegung des Verdrängers der Abstand des Verdrängers zur Drehachse der Kurbelwelle verändert. Dadurch wird der Verdränger in der Verdrängerpumpe in Abhängigkeit der Kurbelwellendrehzahl gegen die Federkraft positioniert, wobei sich Änderungen der Kurbelwellendrehzahl auf die Positionierung des Verdrängers auswirken und der Verdränger in der Verdrängerpumpe bewegt wird. Das Feder-Masse-System, bestehend aus Verdränger mit bestimmter Masse und Feder mit bestimmter Federkennlinie, kann derart ausgelegt sein, dass die Verdrängerpumpe nur in einem bestimmten Kurbelwellendrehzahlbereich arbeitet, und außerhalb des bestimmten Kurbelwellendrehzahlbereichs der Verdränger in einer der zwei möglichen Endlagen verbleibt. Das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil sind derart angeordnet, dass auch ohne eine Bewegung des Verdrängers Öl über die Verdrängerpumpe durch die Pleuellagerölzuführungsbohrung zum Pleuellager geleitet werden kann.
-
Zur Verbesserung der Wirkung der Verdrängerpumpe ist in vorteilhafter Weise ein drittes Rückschlagventil vorgesehen, welches in Förderrichtung nach dem zweiten Rückschlagventil druckseitig zur Verdrängerpumpe angeordnet ist, um das Fördern des Öls zum Pleuellager zu gewährleisten. Durch das dritte Rückschlagventil wird ein Rückströmen des Öls vom Pleuellager sicher unterbunden.
-
Der Verdränger kann als Kolben zur Darstellung einer Kolbenpumpe oder als Membran zur Darstellung einer Membranpumpe ausgeführt sein. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise bildet das erste Rückschlagventil oder das zweite Rückschlagventil mit dem Verdränger eine Einheit, wobei das jeweils andere Rückschlagventil in der Pleuellagerölzuführungsbohrung fest angeordnet ist. Demnach ist das erste Rückschlagventil mit dem Verdränger verbunden und das zweite Rückschlagventil unbeweglich in der Pleuellagerölzuführungsbohrung positioniert, oder das erste Rückschlagventil unbeweglich in der Pleuellagerölzuführungsbohrung positioniert und das zweite Rückschlagventil mit dem Verdränger verbunden. Der Verdränger weist dann eine Öldurchführung auf, in welcher das erste Rückschlagventil oder das zweite Rückschlagventil angeordnet ist.
-
Mittels der Druckerhöhungseinrichtung wird eine bedarfsgerechte Ölversorgung des Pleuellagers in Abhängigkeit von Kurbelwellendrehzahl möglich, wobei das Öldruckniveau der Brennkraftmaschine insgesamt und damit die Verluste der Ölversorgung reduziert werden können. Weiter sind durch den einfachen Einbau der Druckerhöhungseinrichtung nur geringe Änderungen an der Kurbelwelle notwendig.
-
Ausführungsbeispiel
-
Beispielhaft wird hier eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Druckerhöhungseinrichtung 1 in einer Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 einer Kurbelwelle 3 von Hubkolben-Brennkraftmaschinen dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigt:
-
1: eine schematische Darstellung der Kurbelwelle 3 mit Druckerhöhungseinrichtung 1 in einer ersten Kurbelwellendrehstellung, und
-
2: eine schematische Darstellung der Kurbelwelle 3 mit Druckerhöhungseinrichtung 1 in einer zweiten Kurbelwellendrehstellung.
-
Die Druckerhöhungseinrichtung 1 in der Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 der Kurbelwelle 3 von Hubkolben-Brennkraftmaschinen, dargestellt in 1 und 2, umfasst einen Verdränger 4 mit einem ersten Rückschlagventil 5, welcher in der Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 längs zur Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 beweglich angeordnet ist und mittels einer Feder 6 gegenüber der Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 abgestützt ist, und ein zweites Rückschlagventil 7, welches in der Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 gegenüber der Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 unbeweglich angeordnet ist.
-
Die Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 erstreckt sich dabei von einem Hauptlager 8 zum Pleuellager 9 der Kurbelwelle 3, wobei das erste Rückschlagventil 5 und das zweite Rückschlagventil 7 derart angeordnet sind, dass eine Förderung von Öl vom Hauptlager 8 zum Pleuellager 9 ermöglicht und ein Rückströmen von Öl vom Pleuellager 9 zum Hauptlager 8 unterbunden wird.
-
Der Verdränger 4 wird mittels der Feder 6 in einer Endlage gehalten und in Richtung der Drehachse der Kurbelwelle 3 vorgespannt, wie in 1 dargestellt, so dass sich der Verdränger 4 bei einer Bewegung längs der Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 von der Drehachse der Kurbelwelle 3 weg entgegen der Federkraft der Feder 6 bewegt, wie in 2 dargestellt. Infolge der auf den Verdränger 4 wirkenden Beschleunigung führt dieser in der Pleuellagerölzuführungsbohrung 2 eine Pumpbewegung entgegen der Federkraft der Feder 6 aus, um Öl vom Hauptlager 8 zum Pleuellager 9 zu fördern.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Druckerhöhungseinrichtung
- 2
- Pleuellagerölzuführungsbohrung
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Verdränger
- 5
- erstes Rückschlagventil
- 6
- Feder
- 7
- zweites Rückschlagventil
- 8
- Hauptlager
- 9
- Pleuellager
