DE2158203A1 - Ölprüf-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

DP-I

Dipl.Ing.Dr/Dr.h.c.Hans L£3T, Graz (Osterreich)

ölpruf-Brennkraf tmas c hine

Die Erfindung betrifft eine Ölprüf-Brennkraftmaschine mit vom PrüfÖl beaufschlagtem Schmierölkreis.

Solche Ölprufmotoren dienen der .Entwicklung und Prüfung von Schmierölen und werden in der Regel als iüinzylindermotoren ausgeführt, bei denen üblicherweise Triebwerkteile, Zylinderkopf, Zylinderbüchse und Verbrennungsverfahren aus serienmäßigen Produktionsmotoren verwendet werden.

Bei den bekannten Ausführungen solcher ölprufmotoren wird das zu entwickelnde oder zu prüfende Öl dem üblichen Schmierkreislauf des Motors zugeführt, wobei gleichzeitig Haupt- und Pleuellager, Zahnräder, Steuerungsantriebsräder, Nockenwellen und Einspritzpumpen vom Prüföl geschmiert werden. Der Nachteil dieser bekannten Konstruktionen besteht darin, daß verhältnismäßig große Mengen des PrüfÖles benötigt werden, um samtliche Lagerstellen der hasehine mit den üblichen Schmiermittelmengeη zu versorgen.

Bin weiterer Nachteil der bekannten ölprufmotoren ist die Tatsache, daß wegen der beträchtlichen Große der ölbenetzten Flächen der Ablauf des Testöls verhältnismäßig

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viel Zeit beansprucht, wodurch Verzögerungen bei der Untersuchung des PrüfÖles entstehen. Als erschwerend kommt bei den bekannten Ölprüf-Brennkraftmaschinen hinzu, daß die Herstellung von Testölen oder zu entwickelnden Schmierölen im reinen Laborbetrieb erfolgt und daher einen relativ großen Kosten- und Zeitaufwand verursacht.

Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, eine ölprüf-Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die zu testende ölmenge erheblich reduziert und damit auch die Testzeit herabgesetzt werden kann. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß außer dem vom Prüföl beaufschlagten Schmierölkreis noch ein weiterer, von normalem Schmieröl durchströmter Schmierölkreis vorhanden ist, und daß der gesamte ölbenetzte Innenraum der Maschine in separate, je einem der beiden Schmierölkreise zugeordnete, gegeneinander abgedichtete Ölräume unterteilt ist. Man hat daher die Möglichkeit, den öltest auf spezielle Bereiche der Brennkraftmaschine, vornehmlich auf besonders beanspruchte Teile des Triebwerkes zu beschränken und damit den Verbrauch an teurem Prüföl auf ein Minimum zu beschränken. Mit der verringerten Prüfölmenge ist selbstverständlich auch eine entsprechende Zeit- und Kostenersparnis verbunden. Da die beiden Schmierölkreise des Motors voneinander unabhängig sind, wirkt sich die Schmierung der weniger beanspruchten Motorteile mit handelsüblichem billigen Schmieröl auf das Testergebnis in keiner Weise aus.

Die Erfindung eröffnet erstmals die Möglichkeit, das Verhalten des Testöles beim Einsatz an unterschiedlichen Stellen des Motors zu studieren und daraus wertvolle Rückschlüsse über seine spezielle Verwendbarkeit zu ziehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanisch und thermisch höchstbelasteten Schmierstellen wie Pleuellager, Kolben und Ventile an den vom Prüföl beaufschlagten Schmierölkreis angeschlossen und ist

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der diesem Schmierölkreis zugeordnete ölraum von dem normales Schmieröl führenden anderen Ölraum durch eine unterhalb der Kurbelwelle gelegene, vorzugsweise geneigte Zwischenwand des Kurbelgehäuses und an den Durchtrittsstellen von Triebwerkteilen von einem zum anderen Ölraum je durch einen Dichtring getrennt. Während die relativ geringen Testölmengen in einen zweckmäßigerweise seitlich vom Kurbelgehäuse unterhalb der Zwischenwand angeordneten Ölsumpf abfließen, sammelt sich das Schmieröl des zweiten Schmierölkreises wie bei Brennkraftmaschinen üblicher Bauart in dem als ölwanne dienenden unteren Teil des Kurbelgehäuses an, ohne mit dem Testöl an irgend einer ^ Stelle der Maschine in Berührung zu kommen. An dem mit handelsüblichem Schmieröl beaufschlagten Schmierölkreis werden dabei vorteilhafterweise außer den Hauptlagem, den Zahnrädern und der Nockenwelle auch noch die Lagerstellen der Einspritzpumpe und der allenfalls vorhandenen Massenausgleichswelle angeschlossen. Alle diese Schmierstellea.-cn stehen über entsprechende Verbindungskanäle mit dem unterhalb der Zwischenwand gelegenen Ölsammelraum des Kurbelgehäuses in Verbindung.

Um auch solche Ölteste durchführen zu können, die eine vermehrte Belüftung bzw. Oxydation des Prüföles ermöglichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Zwischenwand des Kurbelgehäuses eine durch einen abnehmbaren Deckel verschließbare öffnung besitzt, über die die beiden Ölräume verbindbar sind« Zur Abnahme des Deckels kann am Kurbelgehäuse eine verschließbare seitliche öffnung vorgesehen sein, über die auch die Schrauben des üblicherweise geteilt ausgeführten Pleuellagers zugänglich sind. Es wird also mit einfachen Mitteln eine vielseitige Verwenbarkeit des Olprüfmotors erzielt, ohne daß umständliche Umbauten an der Maschine vorgenommen werden müssen ·

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Kurbelwellenlager in den mit normalem Schmieröl gespeisten Schmierölkreis mit einbezogen und kann ein Dicht-

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ring zwischen jedem Kurbelwellenlager und der benachbarten Kurbelwange angeordnet sein. Da der Schmiermittelbedarf der mechanisch hoch beanspruchten Kurbelwellenlager verhältnismäßig groß ist, ergibt sich durch diese Konstruktion noch eine weitere Reduzierung des Testölverbrauches·

Erfindungsgemäß ist es aber auch möglich, die Kurbelwellenlager in den vom Prüföl beaufschlagten Schmierölkreis mit einzubeziehen und einen Dichtring vor jedem Kurbelwellenlager anzuordnen. In speziellen Testfallen kann diese Anordnung für die Beurteilung des Prüfö'les von wesentlicher Bedeutung sein«

Bin Ölprüfmotor der erfindungsgemäßen Bauart eignet sich auch zur Durchführung solcher Öltests, bei denen das Verhalten des Prüföles unter vorwiegend thermischer Belastung untersucht werden soll. Für diesen speziellen Testfall ist nach der Erfindung vorgesehen, daß zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderblock der Maschine ein den Kurbelraum vom Zylinderraum öldicht trennendes Zwischenstuck eingesetzt ist und daß nur die oberhalb des Zwischenstükkes gelegenen Schmierstellen an den vom Prüföl beaufschlagten Schmierölkreis angeschlossen sind. Das Erüföl wird daher in erster Linie den durch den Verbrennungsvorgang hervorgerufenen hohen Temperaturen von Kolben und Zylinderlauffläche ausgesetzt, sodaß der Test ein klares Bild über den Einfluß hoher Temperaturen auf die Qualität des Testöles liefert.

Bei der letztgenannten Ausführung der Ölprüf-Brennkraftmaschine ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Zwischenstück als Führung für einen kreuzkopfartigen Gleitschuh ausgebildet, an dem einerseits die Pleuelstange und andererseits eine mit dem Kolben gelenkig verbundene Schubstange angelenkt ist, die eine Querwand des Zwischenstücks in einer Stopfbüchse durchsetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher

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erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Querschnitt eines Ölprüfmotors nach der Erfindung, Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen teilweisen Schnitt des selben Motors nach der Linie III-III in Fig. 1, Fig.4 den teilweisen Längsschnitt einer abgewandelten Ausführungsform einer Ölprüf-Brennkraftmaschine nach der Erfindung und Figi 5 einen ebensolchen teilweisen Längsschnitt einer Sonderausführung eines erfindungsgemäßen Ölprüfmottors.

Auf das Kurbelgehäuse 1 des Einzylinder-Ölprüfmotors nach Fig. 1 ist der Zylinderblock 2 mit der Zylinder- j büchse 3 und auf diesen der Zylinderkopf 4 aufgesetzt. Das Kurbelgehäuse 1 ist durch eine nach der einen Maschinenseite hin abfallende Zwischenwand 5, welche einen Bestandteil des Kurbelgehäuses bildet, unterteilt. Diese Zwischenwand 5 trennt den Kurbelraum 6 vom Raum 7 um die Massenausgleichswellen8 der Maschine. Beim dargestellten Motor sind zwei gegensinnig rotierende Massenausgleichswellen 8 für den Massenausgleich erster Ordnung vorhanden. In gleicher Weise könnten im Raum 7 erforderlichenfalls auch zwei weitere Massenausgleichswellen für den Massenausgleich zweiter Ordnung angeordnet werden.

Die Zwischenwand 5 besitzt eine durch einen abnehm- f baren Deckel 9 verschließbare öffnung, über welche die Räume 6 und 7 des Kurbelgehäuses erforderlichenfalls miteinander verbunden werden können.

An der Frontseite der Maschine sind die Steuerräder 10 für den Antrieb von Nockenwellen^ Einspritzpumpe, Ölpumpen und Massenausgleichswellen angeordnet, die durch einen gesondert am Kurbelgehäuse 1 befestigten Deckel 11 abgedeckt sind. Die Kurbelwelle 12 ist in zwei Hauptlagern gelagert, von denen das eine Hauptlager 13 im Kurbelgehäuse 1 und das zweite Hauptlager 14 in einem Gehäuseinsatz 15 angeordnet ist. Die Kurbelwelle 12 ist bei dieser Motorausführung mit Je einer zwischen dem Hauptlager 13

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bzw. 14 und der benachbarten Kurbelwange der Kurbelwelle 12 angeordneten Ringdichtung 16 gegen den Kurbelraum 6 abgedichtet. Der Ringraum zwischen dem Hauptlager 13 und der benachbarten Ringdichtung 16 steht über Ölkanä-Ie 17 mit dem vom Deckel 11 abgeschlossenen Steuerräderraum in Verbindung. Desgleichen führen Ölkanäle 17 a rom Ringraum zwischen dem anderen Hauptlager 14 und der benachbarten Dichtung 16 zu einem an der Seite des Schwungrades 18 zwischen dem G-ehäuseeinsatz 15 und einem stirnseitigen Deckel 19 gebildeten Raum 20, der durch eine Ringdichtung 21 nach außen abgedichtet und über eine Ölbohrung 22 mit dem Ölraum 7 unterhalb der Zwischenwand 5 verbunden ist.

Der Steu3?räderdeckel 11 weist eine zur Kurbelwelle 12 koaxiale Bohrung auf, in die eine Stopfbüchse 23 eingesetzt ist, über die das über eine Zuführungsleitung 24 eintretende Prüföl durch Bohrungen der Kurbelwelle 12 zum Pleuellager 25 und von dort zum Kolben 26 gelangt.

Die Anordnung der Nockenwelle 28 des Ölprüfmotors ist im einzelnen aus Pig. 3 ersichtlich. Die Lager 29 der Nockenwelle 28 sind mittels Dichtringen 30 sowohl gegen den Kurbelraum 6 als auch gegen den Steuerräderraum abgedichtet. Nur das aus dem Zylinderkopf 4 über eine Bohrung 27 zuströmende Öl schmiert die Stössel- und Nockenflanken, nimmt am Öltest teil und wird über eine Ablaufbohrung 30 in den Kurbelraum 6 abgeleitet.

Das im Kurbelraum 6 sich sammelnde Testöl wird über die schräge Zwischenwand 5 in einen seitlich an das Kurbelgehäuse 1 anschließenden Ölsumpf 31 abgeleitet, der sich innerhalb eines am Kurbelgehäuse 1 seitlich angehrachten Deckels 32 befindet. Das Öl wird vom Olsumpf 31 über eine Rückführleitung 33 und einen nicht dargestellten Ölfilter und Ölkühler dem üblichen ölkreislauf zugeführt. Nach Abnahme des Deckels 32 sind sowohl der Deckel 9 der Zwischenwand 5 als auch die Befestigungsschrauben 34 des geteilten Kopfes der Pleuelstange 35 zugänglich.

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Der Ölraum 7 unterhalb der Zwischenwand 5 ist durch eine einen Ölsumpf 37 bildende Ölwanne 36 abgeschlossen. Das Öl aus der Wanne 36 wird über eine Rückführleitung 38 einem separaten zweiten Ölkreislauf (nicht dargestellt) zugeführt. Der vom Deckel 11 abgeschlossene Steuerräderraum steht über eine erforderlichenfalls verschließbare Bohrung 39 mit dem Ölraum 7 in Verbindung.

Die Ölprüf-Brennkraftmaschine nach der Erfindung besitzt, somit zwei vollständig voneinander getrennte Schmierölkreise, von denen der eine mit dem zu untersuchenden Testöl und der andere mit normalem handelsüblichem Schmieröl gespeist ist. Jedem der beiden Schmierölkreise ist ein separater Ölraum 6 bzw. 7 und ein eigener Ölsumpf 31 bzw. ™ 37 zugeordnet. Bei der Motorausführung nach Fig. 1 bis 3 umfaßt der vom Testöl beaufschlagte Schmierölkreis lediglich das Pleuellager 25, den Bereich des Kolbens 26, die Ventile 40 samt den Schmierstellen der Kipphebel 41, der Stoßstangen 42, der Ventilstössel 43 und der Rockenwelle 28. Der Öltest erstreckt sich somit über die mechanisch sowie thermisch besonders beanspruchten Triebwerksteile der Maschine.

Der zweite, mit normalem Schmieröl beaufschlagte Schmierölkreis umfaßt hingegen die Hauptlager 13 und 14 der Kurbelwelle 12, aus denen das Öl über die Bohrungen 17 und 17 a sowohl zu den Steuerrädern 10 als auch zu den ä Lagern 44 der Massenausgleichswellen 8 gelangt. Zweckmäßigerweise werden auch die Schmierstellen der Einspritzpumpe 45 und allenfalls vorhandener weiterer Hilfsmaschinen an den zweiten, mit handelsüblichem Schmieröl beaufschlagten Schmierölkreia angeschlossen.

Durch die erfindungsgemäße Bauart wird die am Öltest teilnehmende Ölmenge gegenüber bekannten Ölprüfmotoren erheblich reduziert und der Zeit- und Kostenaufwand für den öltest herabgesetzt.

Für die Untersuchung des Verhaltens von Testölen bei vermehrter Oxydation wird der Deckel 9 der Zwischenwand 5

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des Kurbelgehäuses 1, wie oben erwähnt, entfernt, sodaß das Öl aus dem Kurbelraum 6 in den darunterliegenden Ölraum 7 abfließt und beim Auftreffen auf die rotierenden Massenausgleichswellen 8 einer intensiven Belüftung und Oxydation ausgesetzt wird. Für diesen Öltestfall müssen aber die Massenausgleichswellen 8 gegen den Steuerräd-erdeckel 11 hin durch gesonderte '.entringe 46 abgedichtet und die Öffnung 39, aus der das Öl aus dem Steuerräderraum normalerweise in den Ölraum 7 übertritt, verschlossen werden. Weiters wird das im Ölsumpf 31 vorhandene Testöl über nicht dargestellte Bohrungen und Leitungen in den Ölsumpf 37 übergeleitet.

Pur den Fall, daß auch das Öl für die Hauptlagerschmierung am Öltest teilnehmen soll, ist eine abgeänderte Konstruktion des Ölmotors gemäß Fig. 4 vorgesehen. Bei dieser Bauart entfallen die Ringdichtungen 16 und die Abdichtung des Hauptlagers 15, Richtung zum Steuerräderdeckel 11 hin,erfolgt durch einen stirnseitig vor dem Hauptlager 13 angeordneten Dichtring 47. Das aus dem Hauptlager 13 ablaufende Testöl wird durch eine Bohrung 48 in den Kurbelraum 6 abgeleitet. Der zwischen dem Gehäuseeinsätζ 15 und dem Deckel 19 gebildete, durch die Ringdichtung 21 nach außen hin abgedichtete Raum 20 steht, abweichend von der Ausführung nach Fig.1 bis 3» über eine Bohrung 49 ebenfalls mit dem Kurbelraum 6 in Verbindung.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, einen Öltest durchzuführen, bei dem das Testöl nur hinsichtlich der Kolben- und Kolbenringschmierung untersucht werden soll« In diesem Fall wird auf das Kurbelgehäuse 1 ein Zwischenstück 50 aufgesetzt, in dem ein kreuzkopfartiger Gleitschuh 51 geführt ist. Am Bolzen 52 des Gleitschuhes 51 greift die an der Kurbelwelle 12 angelenkte, gabelförmige ausgebildete Pleuelstange 53 an. Auf das Zwischenstück 50 ist dann der Zylinderblock 2 a mit dem Zylinderkopf 4 aufgesetzt. Der Kolben 26 wird

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über eine in dem Gleitschuh 51 am gleichen Bolzen 52 angelenkte, !zylindrisch ausgebildete Schubstange 54 bewegt. Zwischen dem Zwischenstück 50 und dem Zylinderblock 2. a ist eine stopfbüchsenartige Dichtung 55 vorgesehen, die den Zylinderraum 56 vom Kurbelraum 6 trennt.

Das Testöl wird bei dieser Konstruktion über eine Spritzdüse 57 zur Zylinder- und Kolbenringschmierung zugeführt und über eine gesonderte Leitung 58 abgeführt. Die Schmierung der Kurbelwelle, Pleuelstange, der Steuerräder sowie der Massenausgleichswellen .usw. erfolgt über den zweiten, mit handelsüblichen Schmierölen versorgten Schmierölkreis.

Die Konstruktion des Motors nach Pig. 5 erlaubt es außerdem, noch eine weitere Öltestkombination zu fahren, bei der, wie bereits beschrieben, das Schmieröl auf seine rein thermischen Eigenschaften im abgeschlossenen Zylinderraum 56 geprüft und außerdem das gleiche Schmieröl in einem getrennten Kreislauf auf seine rein mechanische Beanspruchung durch das Triebwerk in den Haupt- und Pleuellagern in einer Testanordnung nach Fig. 1 oder Fig. 4 geprüft wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche ;

   ζ\ Γ) Ölprüf-Brennkraftmaschine mit vom Prüföl beaufschlagtem Schmierölkreis, dadurch gekennzeichnet , daß außer dem vom Prüföl beaufschlagten Schmierölkreis noch ein weiterer, von normalem Schmieröl durchströmter Schmierölkreis vorhanden ist, und daß der gesamte ölbenetzte Innenraum der Maschine in separate, je einem der beiden Schmierölkreise zugeordnete, gegeneinander abgedichtete Ölräume (6,7) unterteilt ist.

   2. Ölprüf-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch und thermisch höchstbelasteten Schmierstellen, wie Pleuellager (25), Kolben (26) und Ventile (40) an dem vom Prüfal : beaufschlagten Schmierölkreis angeschlossen sind und daß der diesem Schmierölkreis zugeordnete Ölraum (6) von dem normales Schmieröl führenden anderen Ölraum (7) durch eine unterhalb der Kurbelwelle (12) gelegene, vorzugsweise geneigte Zwischenwand (5) des Kurbelgehäuses (1) und an den Durchtrittsstellen von Triebwerksteilen von einem (6) zum anderen Ölraum (7) je durch einen Dichtring (16,30,47) getrennt ist.

   3. Ölprüf-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (5) des Kurbelgehäuses (1) eine durch einen abnehmbaren Deckel (9) verschließbare Öffnung besitzt, über die die beiden Ölräume (6,7) verbindbar sind.

   4. Ölprüf-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellenlager (13»14) in den mit normalem Schmieröl gespeisten Schmierölkreis miteinbezogen sind und ein Dichtring (16) zwischen jedem Kurbelwellenlager (13,H) und der benachbarten Kurbelwange angeordnet ist.

   5. ölprüf-Brennkraftmas chine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellenlager (13»H) in den vom Prüföl beaufschlagten Schmierölkreis mtteinbezogen

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   sind und ein Dichtring (47,21) vor jedem Kurbelwellenlager (13,14) angeordnet ist.

   6.Ölprüf-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kurbelgehäuse (1) und Zylinderblock (2a) der Maschine ein den Kurbelraum (6) vom Zylinderraum (56) öldicht trennendes Zwischenstück (50) eingesetzt ist und daß nur die oberhalb des Zwischenstückes (50) gelegenen Schmierstellen an den vom Prüföl beaufschlagten Schmierölkreis angeschlossen sind. 7. ölprüf-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (50) als Führung für einen kreuzkopfartigen Gleitschuh (51) ausgebildet ist, an dem einerseits die Pleuelstange (53) und andererseits eine mit dem Kolben (26) gelenkig verbundene Schubstange (54) angelenkt ist, die eine Querwand des Zwischenstückes in einer Stopfbüchse (55) durchsetzt.

   23.10.71
   Kr/W/Wei

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