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Schmiervorrichtung für Kolbenlager von Tauchkolbenbrennkraftmaschinen
mit aufwärts gerichteter Zylinderachse Bei Kolben- und Kreuzkopflagern von Kolbenmaschinen
bestehen allgemein Schwierigkeiten bezüglich der Schmierung, da sie periodisch hohe
Drücke aufnehmen müssen und nur geringe Bewegungen ausführen, so daß sich ein dynamischer
Schmierfilm nicht ausbilden kann. Bei Zweitaktmotoren kommt der Umstand hinzu, daß
diese Lager dauernd unter gleichgerichteter Belastung stehen. Es tritt bei diesen
Motoren nicht die bei Viertaktmotoren während des Saughubes eintretende Belastungsumkehrung
auf, welche das Eindringen von Schmieröl zwischen die Lagerflächen begünstigt. Die
Schwierigkeiten sind derart, daß z. B. bei aufgeladenen Tauchkolbenmotoren die Belastung
des Kolbenlagers einer sonst vorteilhaften Erhöhung des Lade- und damit des Zünddruckes
Grenzen setzt.
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Es sind andererseits sogenannte hydrostatische Lager bekannt, bei
welchen unabhängig von der gegenseitigen Bewegung der Lagerteile zwischen den Flächen
ein Schmiermittelpolster aufrechterhalten wird, so daß eine Berührung dieser Flächen
vermieden wird. Diese Lager weisen minimale Reibung und praktisch keine Abnutzung
auf. Der erwähnte hydrostatische Effekt wird bei einer Ausführungsart dieser Lager
auf die Weise erzielt, daß dem betreffenden Lager Schmieröl mit einem Druck zugeführt
wird, der höher ist als die höchste auftretende Lagerbelastung. Es ist aber auch
bereits vorgeschlagen worden, bei periodisch mit Druckspitzen belasteten Lagern,
wie dies bei Brennkraftmaschinen der Fall ist, diesen Effekt dadurch zu erzielen,
daß das Lager mit einer Dichtung und einem den ölabfluß aus dem Lager sperrenden
Rückschlagventil in der Schmierleitung versehen ist.
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Bei Brennkraftmasehinen mit aufwärts gerichteter, z. B. vertikaler,
oder, wie bei V-Motoren, schräger Zylinderachse besteht bei beiden diesen Lagerausführungen
die Gefahr, daß nach einem längeren Stillstand der Maschine bei abgeschalteter Schmierpumpe
Luft in das Lager eintreten kann, welche beim Wiederanfahren nicht sofort entweichen
kann, ein Luftpolster bildet und durch ihre Kompressibilität die Funktion des Lagers
beeinträchtigt. Bei größeren Motoren ist es zudem bekannt, die Kolben während des
Betriebes durch Öl zu kühlen. Außerdem werden in der Regel vor der Inbetriebsetzung
die beweglichen Teile des Motors mittels einer sogenannten Vorschmierpumpe geschmiert.
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Die Erfindung beseitigt die Gefahr der Entstehung eines Luftpolsters
in einem Kolbenlager mit hydrostatischem Schmiereffekt, bei einer Tauchkolbenbrennkraftmaschine
mit aufwärts gerichteter Zylinderachse, mit Flüssigkeitskühlung des Kolbens und
mit einer separat angetriebenen Schmierpumpe, dadurch, daß an der höchsten Stelle
des Lagers ein durch eine Feder in offener Stellung gehaltenes Entlüftungsventil
angeordnet ist, das mit einem druckempfindlichen Organ versehen ist, welches nach
einsetzender Kühlmittelzufuhr durch Einwirkung des Kühlmitteldnickes eine Schließung
des Entlüftungsventils herbeiführt.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles erläutert.
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In einem Kolben 1, der in einem vertikal angeordneten Zylinder 2 geführt
ist, ist der Kugelkopf 3 einer Pleuelstange 4 in einer Lagerschale 5 gelagert. Die
Pleuelstange 4 ist mit einer Bohrung 6 versehen, in welcher ein Rohr 7 angeordnet
ist. Das Rohr 7 ist nach außen dichtend mit einem Kanal S verbunden, welcher zur
Lagerschale 5 führt und mit einem Rückschlagventi110 versehen ist. Das Rückschlagventil10
gibt die Schnierölströmung aus dem Rohr 7 zur Lagerschale 5 frei, sperrt jedoch
in umgekehrter Richtung. Die Lagerschale 5 ist am äußeren Rand mit einem dichtenden
metallischen Ring 11 versehen, der durch einen Ring 12 aus gummielastischem Material
gegen den Kugelkopf 2, und zwar in der Figur in der Richtung nach unten, gedrückt
wird.
Die Bohrung 6 der Pleuelstange 4 ist im Kugelkopf 3 mit Bohrungen 13 versehen, die
nach außen führen und in einen Ringraum 14 im Kolben 1 münden. Der Ringraum 14 ist
durch eine oder mehrere Bohrungen 15 mit einem im Kolbenboden ausgebildeten Hohlraum
16 verbunden. Aus dem Hohlraum 16 führen Bohrungen 17 nach außen, die an ihrem Ende
mit Drosselstellen 18 versehen sind.
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An der obersten Stelle des durch die Lagerschale 5 gebildeten Kolbenlagers
ist eine Öffnung 20 vorgesehen, die durch einen Kanal 21 mit dem Hohlraum 16 verbunden
und durch ein Ventil 22 verschließbar ist. Das Ventil 22 ist mit einem in einer
zylindrischen Ausnehmung 23 beweglichen Kolben 24 verbunden, der durch eine Feder
25 im Bilde in seiner unteren Stellung gehalten wird. Die Ausnehmung 23 ist durch
einen Kanal 26 mit der Atmosphäre verbunden.
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Die Bohrung 6 der Kolbenstange ist in an sich bekannter Weise mit
einer eine große Ölmenge mit niedrigerem Druck fördernden Kühlpumpe verbunden, die
vom Motor direkt angetrieben wird. Dem Rohr 7 wird in ebenfalls bekannter Weise
Schmieröl mit höherem Druck für das Kolbenlager von einer Schmierpumpe zugeführt,
wobei jedoch nur geringe Mengen erforderlich sind. Diese Schmierpumpe ist in bekannter
Weise mit selbständigem Antrieb versehen und kann auch bei Stillstand des Motors
als sogenannte Vorschmierpumpe in Betrieb gesetzt werden.
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Nach einem Stillstand des Motors, wobei zu erwarten ist, daß sich
im Kolbenlager zwischen dem Kugelkopf 3 und der Lagerschale 5 Luft befindet, wird
zuerst die Schmierpumpe in Betrieb gesetzt. Aus der Schmierpumpe gelangt das Schmieröl
durch das Rohr 7, das Rückschlagventil 10 in das Kolbenlager und aus diesem durch
das offene Ventil 22 und die Bohrung 21 in den Raum 16, aus welchem es durch die
Bohrung 17 abfließt. Die im Kolbenlager befindliche Luft entweicht dabei ebenfalls
durch das Ventil 22 und die Bohrung 21. Diese Schmierölmenge ist so gering, daß
beim Abfluß durch die entsprechend bemessene Drosselöffnung 18 keine Stauung auftritt,
so daß sich auf der Unterseite des Kolbens 24 kein Druck aufbauen kann. Beginnt
jedoch bei dem darauffolgenden Anlaufen des Motors die Kolbenkühlpumpe zu fördern,
so gelangt durch die Bohrungen 6,13,15 in den Hohlraum 16 eine große Ölmenge, deren
Abfluß 18 gestaut wird. Im Hohlraum 16 entsteht somit ein Überdruck, welcher durch
die Bohrung 21 unter den Kolben 24 gelangt, die Kraft der Feder 25 überwindet und
das Ventil 22 schließt. Die im Hohlraum 16 befindliche Luft wird während des folgenden
Betriebes größtenteils mit dem Kühlöl mitgerissen und gelangt durch die Bohrung
17 ins Freie.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine einwandfreie Entlüftung
eines hydrostatisch geschmierten Kolbenlagers einer Tauchkolbenbrennkraftmaschine.
Dabei ist es belanglos, ob der hydrostatische Schmiereffekt des Lagers auf die beschriebene
Weise durch Dichtung und Rückschlagventil erzielt wird oder auf die bekannte Art
mit durch eine zusätzliche Hochdruckpumpe erhöhtem Schmierdruck.