DE2414469A1 - Zweitakt-kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

P. 4781 Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Kreuzkopf und einem Kreuzkopfzapfen, der von Kreuzkopflagern einer Pleuelstange umschlossen ist, wobei den Kreuzkopflagern Schmieröl mit einem Schmierdruck aus einer Schmierleitung zugeführt wird.

Kreuzkopflager von Dieselbrennkraftmaschinen sind durch Gaskräfte und Massenkräfte schwer belastete Lager, die unter ungünstigen Schmierbedingungen arbeiten müssen. Wegen der begrenzten Schwenkbewegung der mit den Lagergehäusen der Lager verbundenen Pleuelstange gegenüber dem mit der Kolbenstange verbundenen Zapfen kann sich kein dynamischer Schmierfilm bilden. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, den Lagern Schmieröl mit einem besonders hohen Druck zuzuführen, der durch eine zusätzliche Hochdruckpumpe gewonnen wurde. Der-

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artige Hochdruckpumpen, die am Kreuzkopf angebaut sind, sind jedoch kompliziert, verteuern die Maschine und bilden eine zusätzliche Störungsquelle.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Dieselbrennkraftmasehine der erwähnten Art zum Ziel, welche mit einfachen Mitteln eine gleiche Zuverlässigkeit der Kreuzkopflager aufweist, wie sie bisher nur mit den erwähnten Hochdruckpumpen erreichbar war.

Die erfindungsgemässe Maschine, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierdruck höher ist als der kleinste, im Betrieb auftretende Lagerdruck, und dass in der Schmierleitung ein Absperrorgan angeordnet ist, das im Bereich des Arbeitszyklus, wo der Lagerdruck kleiner ist als der Schmierdruck, eine Verbindung aus der Schmierleitung zu den Lagerflächen der Lager gestattet, bei höheren Lagerdrücken diese Verbindung jedoch unterbricht.

Durch die erfindungsgemässe Anordnung wird die Bildung eines Oelpolsters auf den Lagerflächen dadurch ermöglicht, dass während der Zeiträume von kleinen Lagerdrücken der Zapfen von den Lagerflächen unter dem Einfluss des Schmierdruckes abgehoben wird. Es hat sich erwiesen, dass zu diesem Zweck keine übermässig hohen Schmierdrücke erforderlich sind. Da-

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durch, dass das Absperrorgan vorgesehen -wird, wird verhindert, dass während der Zeiträume mit hoher Lagerbelastimg das Schmieröl von der Lagerfläche allzu rasch weggedrückt wird.

' Das Absperrorgan kann ein selbsttätig wirkendes Rückschlagventil sein, das eine Strömung aus der Schmierleitung in die Lager gestattet, eine umgekehrte Strömung jedoch ver-hindert«. Dadurch wird eine besonders einfache Ausführungsform der Maschine erhalten.

Das Absperrorgan kann jedoch auch in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens steuerbar sein, derart, dass im Bereich des niedrigsten Lagerdruckes eine Verbindung zwischen der Schmierleitung und der Lagerfläche besteht, im übrigen jedoch unterbrochen ist. Dadurch wird eine zwar etwas kompliziertere, jedoch besonders zuverlässige Ausführungsform des Absperrorganes erhalten, bei welchem die Gefahr von Verklemmen, die z.B. bei einem selbsttätigen Ventil besteht, vermieden wird,

Wenn, wie es bei Kreuzkopfmaschinen üblich ist, die Schmierleitung kniehebelartig miteinander verbundene, in Gelenken gelagerte Rohre enthält, welche einen im Maschinengehäuse befindlichen Schmierleitungsabschnitt mit Schmierkanälen im Kreuzkopf verbinden, kann das Absperrorgan ein in einem der Gelenke ausgebildeter Drehschieber sein. Auf diese Weise wird eine besonders einfache, wenig zusätzliche Mittel erforderliche Ausführungsform des Absperrorganes erhalten.

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Vorzugsweise kann in der Lagerfläche jedes der Lager mindestens eine Schmiernut ausgebildet sein, die sich im tragenden Bereich der Lagerfläche des Lagers befindet und an die Schmierleitung angeschlossen ist. Durch diese an sich bekannte Massnahme wird ein rasches Eindringen des Oeles zwischen die Lagerfläche und den Zapfen während Zeiträumen unterstützt, wo die Belastung des Lagers kleiner ist als der Schmierdruck. Es versteht sich jedoch, dass auch eine andere Ausbildung der Kanäle für die Zufuhr von Schmieröl zur Lagerfläche möglich ist. So können z.B. in ebenfalls bekannter Weise in der Lagerfläche Schmierbohrungen unter Ausschluss von Schmiernuten münden.

Vorzugsweise kann jedes Lager zwei Schmiernuten aufweisen, die parallel zur Lagerachse verlaufen, um einen Umfangswinkel voneinander entfernt sind, der im wesentlichen gleich gross ist, wie der Schwenkwinkel der Pleuelstange, und symmetrisch zur Mittelstellung der Pleuelstange bzw. zur Mitte des tragenden Bereiches angeordnet sind. Durch diese Massnahme wird eine optimale Zufuhr von Schmieröl ins Zentrum des tragenden Bereiches gewährleistet.

Ausserdem können zusätzlich zu den Schmiernuten äussere Schmiernuten vorgesehen sein, die sich am Rand des tragenden Bereiches der Lagerfläche des Lagers befinden und an die Schmierleitung unter Umgehung des Absperrorganes angeschlossen

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sind. Diese Schmiernuten dienen hauptsächlich zur Sicherung des Betriebes im Falle einer Störung des Absperrorganes, wie z.B. eines Festklemmens eines Rückschlagventiles. Durch diese Massnahme wird eine erhöhte Betriebssicherheit erhalten.

Es ist bei der vorliegenden Maschine möglich, zwischen der Lagerfläche und dem Absperrorgan ein Speichervolumen zur Aufnahme von Schmieröl vorzusehen, das während der Bereiche des Arbeitszyklus mit hohen Lagerdrücken von der Lagerfläche weggedrängt wird. Dadurch kann unter Umständen eine weitere Verbesserung der Schmierwirkung des Schmieröles im Lager erhalten werden.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:

Fig.1 einen Teilschnitt einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 den Schnitt II - II aus der Fig.1, Fig.3 eine Abwicklung der unteren Lagerflächen

der Kreuzkopflager aus den Fig.1 und 2, die

Fig.4 bis 6 schematische Schnitte der Lager und der

Lagerzapfen in verschiedenen gegenseitigen Stellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der' Erfindung,

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Fig.7 ein Diagramm mit Verlauf der Lagerbelastung der Kreuzkopflager während eines Arbeitszyklus der Maschine,

Fig.8 den Verlauf der Grosse des Lagerspaltes im Bereich der unteren Lauffläche während des Arbeitszyklus nach der Fig.7,

Fig.9 einen entsprechenden Teilschnitt einer

Maschine mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig.10 den Schnitt X --X aus der Fig.9,

Fig.11 eine der Fig.3 entsprechende Abwicklung der unteren Lagerflächen der Kreuzkopflager aus den Fig.9 und 10,

Fig.12 den Schnitt XII - XII aus der Fig.9, die Fig.13, 14 Schnitte des Drehschiebers nach der Linie

XIII - XIII in der Fig.12 in grösserem Massstab für verschiedene Stellungen des Drehschiebers und die

Fig.15, 16 den Fig.13, 14 entsprechende Schnitte des

Drehschiebers, jedoch nach der Linie XV - XV in der Fig.12.

Die Fig.1 und 2 zeigen einen Ausschnitt aus einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Kreuzkopf 1, der einen Kreuzkopfzapfen 2 aufweist. Der Kreuzkopfzapfen ist von Kreuzkopflagern 3 umschlossen, die an einer Pleuelstange 4

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befestigt sind. An den Enden des Kreuzkopfzapfens 2 befinden sich Kreuzkopfschuhe 5, die in bekannter Weise entlang einer Kreuzkopfführung 6 in einem Maschinengehäuse 7 beweglich sind, Zur Versorgung der Kreuzkopflager 3 mit Schmieröl ist eine Schmierpumpe 8 vorgesehen, welche Schmieröl aus einem nicht dargestellten Behälter in eine Schmierleitung 10 fördert. Für den Anschluss des Kreuzkopfes 1 an den festen Teil der Schmierleitung 10 sind kniehebelartig durch Gelenke 11, 12 und 13 miteinander verbundene Rohre 14 und 15 vorgesehen.

Wie aus der Fig.1 hervorgeht, bildet das Gelenk 13 einen Anschluss des Rohres 15 und somit der Schmierleitung 10 an eine Bohrung 16, die in eine zentrale Bohrung 14 des Kreuzkopfzapfens 2 führt, in welcher gleichzeitig in bekannter Weise eine Kolbenstange 18 durch einen Gewindering 19 befestigt ist. Aus der zentralen Bohrung 17 führen auf beide Seiten axiale Schmierbohrungen 20, an welche sich im Bereich der äusseren Ränder der.Lager 3 radiale Schmierbohrungen 21 anschliessen (Fig.2).

Die radialen Bohrungen 21 führen zu Verbindungsnuten 22 (Fig.3) in den Lagerflächen 23 der unteren Teile 3¹ der Kreuzkopflager 3. Von den Verbindungsnuten 22, die während der Schwenkbewegung der Pleuelstange 4 mit den Bohrungen 21 dauernd in Verbindung stehen, führen Bohrungen 24 in den unteren Lagerteil 3¹. In der Pleuelstange 4 schliessen sich

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an die Bohrungen 24 Bohrungen 25 an, welche in eine Längsbohrung 26 der Pleuelstange 4 münden. Aus der Längsbohrung 26 kann das Schmieröl z.B. den Kurbelzapfenlagern der Pleuelstangen zugeführt werden.

Wie aus der Fig.2 hervorgeht, befindet sich am oberen Ende der Längsbohrung 26 ein Rückschlagventil 27, das im vorliegenden Fall eine durch eine Feder 28 belastete Kugel 29 enthält. Vom Rückschlagventil 27 führen Bohrungen 30 zu Schmiernuten 31 in den Lagerflächen 23 (Fig.3).

Nach der Fig.3 sind noch zusätzliche Schmiernuten 32 vorgesehen, die sich direkt an die Verbindungsnuten 22 anschliessen und somit unter Umgehung des Rückschlagventiles 27 durch Schmieröl versorgt werden. Die Schmiernuten 32 befinden sich dabei am Rande eines tragenden Bereiches B, welcher ungefähr die angedeutete ovale Form hat und sich im wesentlichen über einen Umfangswinkelßvon ca. 90° erstreckt. Dieser tragende Bereich ist an der Lagerfläche 23 nach einer gewissen Betriebszeit der Maschine danach erkenntlich, dass in ihm die Bearbeitungsspuren entfernt sind, sei es durch mechanische Abnützung bei Berührung mit der Lagerfläche des Zapfens oder durch Erosion mit dem Schmieröl bei hohen Lagerdrücken.

Im folgenden sei die Wirkungsweise der Erfindung anhand der Figuren 4 bis 18 erläutert.

Die Fig.7 zeigt den Verlauf der mittleren Lagerdrücke

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auf den Lagerflächen 23 in kp/cm während eines Arbeitszyklus der Maschine. Mit P ist dabei der Schmierdruck bezeichnet, der im wesentlichen konstant ist und im vorliegenden Fall z.B. 20 atü betragen kann. Aus der Kurve P_L ist ersichtlich, dass in einem Bereich vor dem oberen Totpunkt OTP der Maschine der Lagerdruck P-r unter den Schmierdruck P sinkt.

Die Fig.8 zeigt den Verlauf der Grosse des Lagerspaltes h an der tiefsten Stelle des Lagers. So wird während der grössten Lagerbelästung beim Expansionshub während einer Bewegung des Kolbens aus dem oberen Totpunkt OTP in den unteren Totpunkt UTP ein im Lager befindliches Oelpolster langsam von der tragenden Fläche weggedrückt, bis der Lagerspalt den kleinsten Wert a erreicht (Fig.6). In diesem Augenblick sinkt jedoch gleichzeitig der Lagerdruck P^ unter den Schmierdruck P , so dass der Druck des Schmieröles das Rückschlagventil 27 öffnet und das Schmieröl in den Lagerspalt zwischen der Lagerfläche 23 und dem Zapfen 2 fliesst. Dabei wird der Lagerspalt durch den Druck des Schmieröles auf den Wert b vergrössert (Fig.5). Dieser Wert kann durch ein Anschlagen des Zapfens 2 gegen den Oelfilm im oberen Bereich begrenzt sein, welcher dem Spalt mit der Grosse b gegenüberliegt. Darauf folgt ein Anstieg der Lagerbelastung gegen Ende des Kompressionshubes und beim Anfang der Zündung im Zylinder, wodurch das Rückschlagventil 27 geschlossen wird (Fig.6). Im oberen Totpunkt OTP der

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Maschine hat der Lagerspalt bereits eine etwas kleinere Grosse c.

Die äusseren Nuten 32 dienen zur Unterstützung der Versorgung des Lagers mit Schmieröl. Gleichzeitig gewährleisten sie einen zufriedenstellenden Betrieb des Lagers auch im Falle eines Versagens des Rückschlagventiles 27, falls dies z.B. in der schliessenden Stellung festgeklemmt sein sollte.

Wie aus den Fig.1, 4 und 5 hervorgeht, sind die Schmiernuten 31 in Umfangsri'chtung um einen Winkel csi» voneinander entfernt, der gleich gross sein kann, wie der Schwenkwinkel der Pleuelstange 4 während des Betriebes. Dadurch wird eine optimale Versorgung des tragenden Bereiches B mit Schmieröl erhalten, da jeweils während einer Umdrehung der Maschine durch die gegenseitige Bewegung der Lagerfläche 23 und des Zapfens 2 das Schmieröl auf der ganzen Fläche zwischen den Schmiernuten 31 verteilt wird.

Wenn, wie es bei der in den Fig.1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Fall ist, zwischen der Lagerfläche und dem Rückschlagventil 27 ein gewisses Volumen der Schmierbohrungen vorhanden ist, entsteht eine weitere vorteilhafte Wirkung. Während des Zeitraumes der grössten Lagerbelastung wird das Schmieröl von der Lagerfläche 23 nicht nur seitlich weggedrückt, sondern mit dem in diesem Zeitraum bestehenden hohen Druck auch in die Bohrungen 30 zurückgedrängt. Nach

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- ιι· -

der Senkung des hohen Druckes tritt dieses im Volumen der Bohrungen 30 gespeicherte OeI wieder auf die Lagerfläche 23 aus und verlangsamt dadurch die Verminderung des Lagerspaltes h.

Die Fig.9 bis 16 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung. Die Teile, welche den Teilen nach den Fig.1 bis entsprechen, sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausführungsform nach den Fig.9 bis 16 unterscheidet sich von der vorherigen dadurch, dass das selbsttätig wirkende Rückschlagventil 27 durch einen Drehschieber 40 ersetzt ist, der in einem der Gelenke der kniehebelartig miteinander verbundenen Schmierrohre angeordnet ist. Zur Erzielung optimaler Verhältnisse zur Betätigung des Drehschiebers 40 sind nach der Fig.9 Schmierrohre 41, 42 vorgesehen, die nach oben abgewinkelt sind und im unteren Totpimkt TJTP der Maschine eine Stellung einnehmen, die durch strichpunktierte Linien 41' und 42' angedeutet ist. Durch diese Anordnung ergeben sich grössere Drehwinkel für den Drehschieber 40, der ein Gehäuse 43 aufweist, das am Kreuzkopfzapfen 44 befestigt ist. Wie insbesondere aus der Fig.12 hervorgeht, ist im Schiebergehäuse ein Zapfen 45 drehbar gelagert, der mit dem Rohr 42 fest verbunden ist. Der Zapfen 45 enthält einen Steuerkanal 46, der mit Steuerbohrungen 47 und 48 im Gehäuse 43 zusammenwirkt. Wie aus den Fig. 13 bis 16 hervorgeht, steht der Steuerkanal im Betrieb dauernd mit der Steuerbohrung 48 in Verbindung

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(Fig.15, 16). Die Verbindung zwischen dem Steuerkanal 46 und der Steuerbohrung 47 wird hingegen periodisch unterbrochen (Mass d in Fig.13). Die Anordnung ist dabei so getroffen,' dass eine Verbindung zwischen dem Schmierrohr 42 und der Steuerbohrung 47 nur dann besteht, wenn im Lager nach der Fig.7 ein Druck herrscht, der niedriger ist als der Schmierdruck des Schmieröles. Der Teil des Drehschiebers mit der Steuerbohrung 47 entspricht somit bezüglich seiner Funktion dem Rückschlagventil 27.

Entsprechend dieser Funktion des Steuerschiebers ist die Steuerbohrung 47 durch eine Schmierbohrung 50 (Fig.12). mit der Bohrung 17 des Zapfens 44 verbunden. Aus dieser führen Schmierbohrungen 51 zu Schmiernuten 52, die in diesem Fall im Zapfen 44 ausgebildet sind und den Schmiernuten 31 der Ausführungsform nach den Fig.1 bis 3 entsprechen.

Die Bohrung 48, welche dauernd mit dem Schmierrohr 42 in Verbindung steht, ist hingegen durch Schmierbohrungen 53, 54 im Zapfen 44 mit Verbindungsnuten 22 des Lagers verbunden, die in gleicher Weise wie nach der Fig.3 in der Lagerfläche 23 ausgebildet sind und zu zusätzlichen Schmiernuten 32 führen. In den Fig. 10 und 12 sind ausserdem noch Schmierbohrungen55 eingezeichnet, die zu den Lagerflächen der Kreuzkopfschuhe 5 führen. Ausserdem wird, wie bei der Ausführungsform nach den Fig.1 bis 3, eine Bohrung 26 der Pleuelstange 4

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durch Schmierbohrungen 56 mit Schmieröl versorgt, das über die Verbindungsnuten 22 zugeführt wird (Fig*10).

Wie bei der Ausführungsform nach den Fig.1 bis 3 werden die Schmiernuten 32 dauernd mit Schmieröl versorgt, während die Versorgung der Schmiernuten 52 mit Unterbrüchen in gleicher Weise wie durch das Rückschlagventil 27 erfolgt.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   1 .j Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Kreuzkopf und einem Kreuzkopfzapfen, der von Kreuzkopflagern einer Pleuelstange umschlossen ist, wobei den Kreuzkopflagern Schmieröl mit einem Schmierdruck aus einer Schmierleitung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierdruck höher ist als der kleinste, im Betrieb auftretende Lagerdruck, und dass in der Schmierleitung ein Absperrorgan (27,40,46,47) angeordnet ist, das im Bereich des Arbeitszyklus, wo der Lagerdruck (P-,) kleiner ist als der Schmierdruck (P ), eine Verbindung aus der Schmierleitung (10) zu den Lagerflächen (23) der Lager gestattet, bei höheren Lagerdrücken diese Verbindung jedo.ch unterbricht.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan ein selbsttätig wirkendes Rückschlagventil (27) ist, das eine Strömung aus der Schßiierleitung (10) in die Lager (3) gestattet, eine umgekehrte Strömung jedoch verhindert.
3. 3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (40,46,47) in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens steuerbar ist, derart, dass im Bereich des niedrigsten Lagerdruckes eine Verbindung zwischen der Schmierleitung und der Lagerfläche besteht, im übrigen jedoch unterbrochen ist.

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4. 4. Maschine nach Anspruch 3, bei welcher die Schmierleitung kniehebelartig miteinander verbundene, in Gelenken gelagerte Rohre enthält, welche einen im Maschinengehäuse befindlichen Schmierleitungsabschnitt mit Schmierkanälen im Kreuzkopf verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan ein in einem der Gelenke ausgebildeter Drehschieber (40,46,47) ist.
5. 5» Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lagerflächen jedes der Lager mindestens eine Schmiernut (31,52) ausgebildet ist, die sich im tragenden Bereich (B) der Lagerfläche des Lagers befindet und an die Schmierleitung (10) anschliessbar ist.
6. 6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Lager (3) zwei Schmiernuten (31,52) aufweist, die parallel zur Lagerachse verlaufen, um einen Umfangswinkel (</~ ) voneinander entfernt sind, der im wesentlichen gleich gross ist, wie der Schwenkwinkel der Pleuelstange (4), und symmetrisch zur Mittelstellung der Pleuelstange bzw. zur Mitte des tragenden Bereiches (B) angeordnet sind.
7. 7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Schmiernuten (31, 52) äussere Schmiernuten (32) vorgesehen sind, die sich am Rand des tragenden Bereiches (B) der Lagerfläche (23) des Lagers befinden und an die Schmierleitung (10) unter Umgehung des Absperrorganes angeschlossen sind.

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8. 8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lagerfläche (23) und dem Absperrorgan (27,40,46,47) ein Speichervolumen zur Aufnahme von Schmieröl vorgesehen ist, das während der Bereiche des Arbeitszyklus mit hohen Lagerdrücken von der Lagerfläche (23) weggedrängt wird.

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