DE10336740A1

DE10336740A1 - Kolbenkühlölsystem mit Ölhobel

Info

Publication number: DE10336740A1
Application number: DE10336740A
Authority: DE
Inventors: Steven R. Troy Baldwin
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: US6742481B2; DE10336740B4; US20040055545A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung sieht eine Ölhobelanordnung vor, die an Kurbelwellenlagerdeckeln befestigt ist, die mit Öldurchgängen in dem Ölhobel verbunden ist. Die Durchgänge tragen das Öl durch Düsen, die in Richtung des Innenraumraumes von zugeordneten Kolben gerichtet sind. Die Anordnung verwendet den Ölhobel und die Lagerdeckel als Träger für Kolbenkühlöl, das von den Lagerdeckeln erhalten wird, die bereits mit Öl zur Schmierung der Lager beliefert werden. Somit sind Abwandlungen einer Motorkonstruktion, um ein Kolbenkühlsystem zu installieren, darauf begrenzt, den Ölhobel in eine lagenartige Anordnung umzukonstruieren und auf eine Anwandlung der Lagerdeckel begrenzt, um Öl von den Lagern an die Ölhobeldurchgänge zu liefern. Um eine Ölpumpenenergie zu begrenzen, werden Ölverteilungslöcher in den Lagerdeckeln intermittierend mit Zufuhrdurchgängen für die Kurbelwellenzapfen verbunden, so dass das Öl in individuell getakteten bzw. zeitlich abgestimmten Strömen oder Sprühnebeln verteilt wird, die in Richtung der Kolben für ein kurzes Intervall einmal pro Umdrehung der Motorkurbelwelle gerichtet sind.

Description

Diese Erfindung betrifft Kolbenmotoren und insbesondere Kolbenkühlölsysteme, bei denen Öl in die Kolben von einem am Kurbelgehäuse montierten Ölhobel gesprüht wird, der interne Öllieferdurchgänge aufweist.

Es ist in der Motorentechnik bekannt, Kolbenkühlöl vorzusehen, das an die Innenseite der einzelnen Kolben eines Motors gesprüht wird, um die Kolben zu kühlen und damit eine höhere Motorleistungsabgabe oder eine erhöhte Kolbenlebensdauer zu erreichen. Derartige Systeme sind gewöhnlich bei vielen Modellen mit Dieselmotoren verwendet worden, sind jedoch im Allgemeinen nicht bei benzinbetriebenen Kraftfahrzeugmotoren verwendet worden. Jedoch ist bei Hochleistungs-Benzinmotoren und für andere Motoren zum Zwecke einer verbesserten Emissionssteuerung die Möglichkeit einer weiteren Ausdehnung der Kolbenkühlung in Vergasermotoren erwogen worden.

Herkömmlich sind Kolbenkühlsysteme mit Kolbenkühldüsen betrieben worden, durch die Öl kontinuierlich in einem Strom oder einem Sprühnebel an die Kolbeninnenräume aufgebracht wird. Die Bereitstellung eines derartigen Systems erfordert allgemein interne Motorabwandlungen sowie eine entsprechende Ausstattung, die ihre Anwendung auf vorher hergestellte Motoren schwierig macht. Zusätzlich erfordert die kontinuierliche Lieferung von Öl zur Kühlung eine gesteigerte Ölpumpkapazität, die Energie benötigt und dadurch den Motorwirkungsgrad verrin gert. Demgemäß besteht Bedarf nach einem System, bei dem diese Probleme verringert bzw. beseitigt sind.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Kolbenkühlsystem für einen Motor vor, das relativ leicht auf Motoren der derzeitigen Produktion wie auch auf neue Motorkonstruktionen angepasst werden kann. Das System wandelt den Ölhobel (windage tray) ab, der allgemein in Motoren verwendet wird, um eine Vermischung von Öl mit Luft zu verringern, wodurch eine Anordnung vorgesehen wird, durch die ein Kolbenkühlöl an die Unterseite der Motorkolben geliefert werden kann.

Anstelle einer einzelnen gepressten bzw. geprägten Tafel kann der Ölhobel aus einem Paar von Tafeln aus Metall oder einem geeigneten nichtmetallischen Material hergestellt sein, die miteinander verschweißt bzw. verbunden sind, um eine Anordnung zu bilden. Eine oder beide Tafeln sind geprägt bzw. ausgebaucht, um interne Öldurchgänge zwischen den Tafeln vorzusehen, die dazu verwendet werden, Öl von einzelnen Einlassöffnungen an Auslassöffnungen zu befördern, die mit Düsen versehen sind, um Kühlöl an jeden der Kolben einzeln zu führen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ölhobelanordnung am unteren Enden von Kurbelwellenlagerdeckeln befestigt, die die Motorkurbelwelle tragen. Die Lagerdeckel umfassen Öldurchgänge, die Öl von den druckgeschmierten Lagern, die die Kurbelwelle lagern, an Auslassverbindungen führen, die Öl an die Einlassöffnungen in dem Ölhobel zuführen. Die internen Durchgänge in dem Ölhobel tragen das Öl von den Einlassöffnungen zu Auslassöffnungen, die an dem Ölhobel so positioniert sind, um Öl durch die Düsen in Richtung der Innenräume der jeweiligen Kolben zu lenken. Diese Anordnung verwendet den Ölhobel und die Lagerdeckel als Träger für Kolbenkühlöl, das von den Lagerdeckeln erhalten wird, die bereits mit Öl zur Schmierung der Lager versorgt werden. Somit sind Abwandlungen des Motors, die dazu erforderlich sind, um ein Kolbenkühlsystem zu installieren, dahingehend begrenzt, den Ölhobel auf eine lagenartige Anordnung mit Öldurchgängen umzukonstruieren, und auf eine Abwandlung der Lagerdeckel begrenzt, um Öl von den Lagern an die Ölhobeldurchgänge zu führen.

Um die Energie zu verringern, die beim Pumpen des Kolbenkühlöles verbraucht wird, können die Motorlagerdeckel und die Lager darin derart abgewandelt werden, dass sie mit Ölzufuhrlöchern in den zugeordneten Kurbelwellenlagerzapfen verbunden sind, so dass Ölverteilungslöcher in den Lagerdeckeln intermittierend mit den Zufuhrdurchgängen der Kurbelwellenzapfen verbunden werden. Somit wird Öl in zeitlich individuell gesteuerten bzw. getakteten Strömen oder Sprühnebeln, die in Richtung der Kolben gerichtet sind, für ein kurzes Zeitintervall einmal jede Umdrehung der Motorkurbelwelle verteilt. Auf diese Weise wird die Menge an Kühlöl, die verwendet wird, beschränkt, und der Energiebedarf, der zum Pumpen des Kühlöls verbraucht wird, wird verringert, was einen erhöhten Wirkungsgrad des Motors zur Folge hat.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine bildliche Darstellung teilweise in Explosionsansicht ist, die einen unteren Abschnitt einer Motoranordnung mit einer abgewandelten Ölhobel- und Kolbenkühlölverteilungsanordnung gemäß der Erfindung umgekehrt zeigt;
2 eine Ansicht im Querschnitt durch die Motor- und Ölhobelanordnung ist, die einige der internen Öldurchgänge zeigt;
3 eine umgedrehte bildliche Darstellung des Motorlagerblockes und der Deckelabschnitte ist, die die Motorkurbelwelle lagern;
4 eine bildliche Darstellung der beispielhaften Ölhobelanordnung von 2 ist;
5 eine Ansicht ähnlich zu 4 ist, die eine alternative Durchgangsanordnung zeigt; und
6 eine noch weitere Ansicht ähnlich zu 4 ist, die eine alternative Durchgangsanordnung mit einem einzelnen Einlass zeigt.
In den Zeichnungen zeigt Bezugszeichen 10 allgemeinen einen Motor mit einem Zylinderblock 12, der Zylinder mit Kolben, die nicht gezeigt sind, umfasst und den oberen Abschnitt eines Kurbelgehäuses 14 definiert. Der Zylinderblock besitzt eine untere Befestigungsfläche 16, die zur Verbindung mit einem unteren Kurbelgehäuseelement dient, das eine Ölwanne trägt, von denen keines gezeigt ist. Der Zylinderblock umfasst Querstege 18 mit befestigten Lagerdeckeln 20, die ausgerichtete Öffnungen umfassen, welche Lager 22 (3) aufnehmen, die die Lagerzapfen 23 (2) einer zugeordneten Kurbelwelle 24 lagern. Der Motor besitzt eine interne Ölpumpe 26, die herkömmlich derart ausgebildet ist, um Öl von einem Ölsumpf in der Motorölwanne aufzunehmen und unter Druck gesetztes Öl zum Schmieren verschiedener Mechanismen des Motors zu pumpen.
Ein gewisser Anteil des Öles wird in ein hohles Zentrum 28 (2) der Kurbelwelle gepumpt, der einen Durchgang bildet, der in jedem der Hauptlagerzapfen verläuft. Radiale Durchgänge 30 in den Zapfen führen das Öl von den hohlen Zentren 28 an die Oberfläche der Hauptlager, an denen es in Nuten 32 zum Schmieren der Oberfläche der Hauptlagereinsätze verteilt wird. An geeigneten Stellen der Lagerdeckeleinsätze sind die Lagernuten 32 durch kurze Segmente 34 unterbrochen, die mit Verbindungsdurchgängen 36 in Verbindung stehen, die sich von den Lagersegmenten an die Außenseite der zugeordneten Lagerdeckel 20 erstrecken. Alternativ dazu kann, wie in 3 gezeigt ist, Öl, das durch die Stege 37 des Motorkurbelgehäuses geliefert wird, durch quer gebohrte Durchgänge, die nicht gezeigt sind, in den Kurbelwellenhauptlagern an die Hauptlagerschalen und durch Öffnungen an die Lagerdeckel 20 geliefert werden.
Der Motor umfasst eine Ölhobel- und Kolbenkühlölverteilungsanordnung 38, die nachfolgend als die Anordnung oder der Ölhobel bezeichnet wird. Der Ölhobel ist an den unteren Abschnitten der Lagerdeckel 20 durch Muttern 40 befestigt, die auf Befestigungs-Gewindebolzen 42 geschraubt sind, um den Ölhobel an den Befestigungsmuttern 44 zu halten, die Für die Lagerdeckel vorgesehen sind.
Der Ölhobel umfasst bevorzugt eine Öleinlassöffnung 46 für jeden Motorkolben. Jede der Öffnungen 46 ist mit einem der Lagerdeckelverbindungsdurchgänge 36 durch ein beliebiges geeignetes Mittel verbunden, wie beispielsweise durch direktes Befestigen, wie in 2 gezeigt ist, oder über einen separaten Verbinder, der nicht gezeigt ist und sich zwischen jedem der Verbindungsdurchgänge und seiner zugeordneten Einlassöffnung 36 erstreckt.
Die Ölhobelanordnung wird durch obere und untere vorgeformte Elemente 50, 52 gebildet, die vorzugsweise aus Metall bestehen und gegenüberliegende Seiten 54, 56 mit in Eingriff stehenden Abschnitten besitzn, die aneinander geschweißt sind, um die Anordnung 38 zu bilden. Die Ölhobelanordnung umfasst eine Vielzahl von Ölvertiefungen, die in die oberen und/oder unteren Pressteile der Ölhobelanordnung vorgeformt sind, um abgedichtete Öldurchgänge 58 zu definieren, die von den Einlassöffnungen 46 zu jeweiligen Auslassdüsen 60 verlaufen, die an gegenüberliegenden Enden von jedem der abgedichteten Öldurchgänge befestigt und derart positioniert sind, um einen Strom an Kühlöl aufwärts in Richtung des Innenraumes eines zugeordneten Kolbens, der nicht gezeigt ist,zu leiten.
Im Betrieb des Motors liefert die Ölpumpe 26 unter Druck stehendes Öl an die hohlen Zentren 28 der Kurbelwellenzapfen 23, von denen es durch die radialen Durchgänge 30 an die Lagerflächen geführt wird. Ein gewisser Anteil des unter Druck stehenden Öles wird durch Nuten 32 an die Lagerflächen zur Schmierung der Kurbelwellenzapfen 23 verteilt. Diese Strömung wird jedoch einmal pro Kurbelwellenumdrehung kurz unterbrochen, wenn die radialen Durchgänge 30 mit den Zufuhrlöchern 62 in den Lagern verbunden werden und darauf folgend Pulse aus unter Druck stehendem Öl durch die Zufuhrlöcher und Verbindungsdurchgänge 36 der Lagerdeckel 20 in die Einlassöffnungen 46 der Ölhobelanordnung 38 senden. Die zeitlich gesteuerten bzw. getakteten Ölpulse werden durch die abgedichteten Öldurchgänge 58 an die Auslassdüsen 60 geliefert, die einen Ölstrom direkt an den Innenraum der zugeordneten Kolben zu ihrer Kühlung senden. Da jeder Kolben nur alle zwei Zyklen einmal durch Verbrennung erhitzt wird, wird unter der Annahme, dass der Motor ein herkömmlicher Viertaktmotor ist, das Kolbenkühlöl inter mittierend in jedem Kolben zweimal zwischen jedem Verbrennungsereignis des jeweiligen Kolbens empfangen.
Gegebenenfalls können die Zufuhrlöcher 62 in den Lagern um eine kleine Größe um den Umfang ausgedehnt angeordnet sein, um größere Mengen an Öl während jeder Verbindung mit den Kurbelwellendurchgängen 30 zu liefern. Ebenfalls wäre es möglich, dass sich zwischen den Lagerzufuhrlöchern 62 eine Nut erstreckt, um die Zeitdauer zu erhöhen, in der die Kurbelwellendurchgänge 30 mit beiden Lagerdeckelverbindungsdurchgängen 36 verbunden sind, so dass Öl an die Kolben über eine größere Periode der Winkeldrehung der Kurbelwelle geliefert wird. Bei einer noch weiteren Alternative könnte jeder Lagerdeckel einen einzelnen Verbindungsdurchgang besitzen, der mit zweifachen abgedichteten Öldurchgängen in dem Ölhobel in Verbindung steht.
5 zeigt eine alternative Ölhobelanordnung 64, in der die internen Öldurchgänge 66 umgestaltet sind, so dass sie sich auswärts und vorwärts oder rückwärts in dem Ölhobel erstrecken. Dies positioniert die Auslassdüsen 60 unterhalb der Zylinder, anstatt zu einer Seite, wie bei dem Ölhobel 38, der zuvor beschrieben wurde.
6 zeigt eine noch weitere alternative Ölhobelanordnung 68, bei der ein einzelner Einlass 70 zur Zufuhr von unter Druck stehendem Öl in einen Ölhobeldurchgang 71 und Öldurchgänge 72 vorgesehen ist, die Düsen 60 speisen. Der einzelne Einlass könnte mit der Ölpumpe auf eine beliebige geeignete Art und Weise verbunden werden und sieht kontinuierlich eine vollständige Kühlölströmung an alle Kolben vor. Somit kann sie Abwandlungen an den Motorlagern und Lagerdeckeln vereinfachen, besitzt aber nicht unbedingt den Vorteil einer geringeren Ölströ mung, die durch die vorher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen wird.
Zusammengefasst ist eine Ölhobelanordnung vorgesehen, die an Kurbelwellenlagerdeckeln befestigt ist, die mit Öldurchgängen in dem Ölhobel verbunden ist. Die Durchgänge tragen das Öl durch Düsen, die in Richtung des Innenraumes von zugeordneten Kolben gerichtet sind. Die Anordnung verwendet den Ölhobel und die Lagerdeckel als Träger für Kolbenkühlöl, das von den Lagerdeckeln erhalten wird, die bereits mit Öl zur Schmierung der Lager beliefert werden. Somit sind Abwandlungen einer Motorkonstruktion, um ein Kolbenkühlsystem zu installieren, darauf begrenzt, den Ölhobel in eine lagenartige Anordnung umzukonstruieren, und auf eine Abwandlung der Lagerdeckel begrenzt, um Öl von den Lagern an die Ölhobeldurchgänge zu liefern. Um eine Ölpumpenergie zu begrenzen, werden Ölverteilungslöcher in den Lagerdeckeln intermittierend mit Kurbelwellenzapfen- Zufuhrdurchgängen verbunden, so dass das Öl in individuell getakteten bzw. zeitlich abgestimmten Strömen oder Sprühnebeln verteilt wird, die in Richtung der Kolben für ein kurzes Intervall einmal pro Umdrehung der Motorkurbelwelle gerichtet sind.

Claims

Ölhobel- und Kolbenkühlölverteilungsanordnung für einen Motor, wobei die Anordnung umfasst: obere und untere vorgeformte Elemente, die gegenüberliegende Seiten mit in Eingriff stehenden Abschnitten aufweisen, die abgedichtete Öldurchgänge zwischen den Elementen definieren; zumindest eine Einlassöffnung zur Lieferung von unter Druck stehendem Öl an die Öldurchgänge; und eine Vielzahl von Auslassöffnungen, von denen jede eine Düse umfasst, um einen Strom aus Kühlöl an einen zugeordneten Kolben des Motors zu lenken.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung zur Befestigung an Kurbelwellenhauptlagern des Motors ausgebildet ist, wobei jedes Lager zumindest einen Öllieferdurchgang aufweist, wobei die Anordnung eine Vielzahl von Einlassöffnungen umfasst, von denen zumindest eine zur Verbindung mit jedem der Durchgänge zur Lieferung von Lageröl ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, mit einer Einlassöffnung für jeden Kolben eines zugeordneten Motors, wobei sich jede der Einlassöffnungen zu einem separaten der abgedichteten Öldurchgänge öffnet, der mit einer Düse verbunden ist, um Kühlöl an den zugeordneten Kolben zu lenken.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die vorgeformten Elemente Tafeln sind, wobei zumindest eine Tafel geformte Vertiefungen aufweist, die die abgedichteten Öldurchgänge definieren.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei die vorgeformten Elemente gepresstes bzw. geprägtes Metall sind.
Motorkolbenkühlsystem mit: einem Motor mit einer Ölpumpe und internen Öldurchgängen, um unter Druck stehendes Öl an Kurbelwellenlager zu liefern und damit Wellenlager und zugeordnete Lager einer darin gelagerten Kurbelwelle zu schmieren; einer Ölhobel- und Kolbenkühlölverteilungsanordnung, die in dem Motor unterhalb der Kurbelwelle gelagert ist, wobei die Ölhobelanordnung umfasst: obere und untere vorgeformte Elemente, die gegenüberliegende Seiten mit in Eingriff stehenden Abschnitten aufweisen, die abgedichtete Öldurchgänge zwischen den Elementen definieren; zumindest eine Einlassöffnung zur Lieferung von unter Druck stehendem Öl an die Öldurchgänge; und eine Vielzahl von Auslassöffnungen, von denen jede eine Düse umfasst, um einen Strom aus Kühlöl an einen zugeordneten Kolben des Motors zu lenken.
System nach Anspruch 6, wobei die Ölhobelanordnung an den Motorkurbelwellenlagern befestigt ist, wobei jedes Lager zumindest einen Öllieferdurchgang aufweist, wobei die Ölhobelanordnung eine Vielzahl von Einlassöffnungen umfasst, von denen zumindest eine mit jedem der Durchgänge zur Lieferung von Lageröl verbunden ist.
System nach Anspruch 7, wobei die Ölhobelanordnung eine Einlassöffnung für jeden Kolben in dem Motor umfasst, wobei jede der Einlassöffnungen mit einem separaten der abgedichteten Öldurchgänge verbunden ist, der mit einer Düse verbunden ist, um Kühlöl an den zugeordneten Kolben zu lenken.
System nach Anspruch 6, wobei die vorgeformten Elemente der Ölhobelanordnung Tafeln sind, wobei zumindest eine Tafel geformte Vertiefungen aufweist, die die abgedichteten Öldurchgänge definieren.
System nach Anspruch 9, wobei die vorgeformten Elemente gepresstes bzw. geprägtes Metall sind.