DE2414469C3 - Schmieranordnung für das Kreuzkopflager einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmieranordnung für das Kreuzkopflager einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einer kontinuierlichen Schmieröl mit einem im wesentlichen konstanten Druck, der höher liegt, als der niedrigste im Betrieb auftretende Schmieröldruck im Lagerspalt, fördernden Pumpe und mit einer Schmierölzuführung, über die während der Zeit, in der der Schmieröldruck im Lagerspalt niedriger ist als der Schmierölpumpenförderdruck, innerhalb des tragenden Lagerbereichs angeordneten Schmiernuten Schmieröl 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 ausbilden. Bei Zweitakt-Maschinen wird dieser Umstand im Gegensatz zu Viertakt-Maschinen noch dadurch erschwert, daß das Lager bei jeder Umdrehung mit den gleichen Arbeitsdruckkräften belastet wird. '■"■■' ·■ >

Es ist bereits aus der US-PS 36 56 582 bekannt, in dis Kreuzköpfe derartiger Maschinen Schmierölkolbenpumpen einzubauen, denen das Schmieröl aus der normalen gemeinsamen Schmierölleitung zugeführt wird. Derartige Pumpenanordnung sind jedoch kompliziert, verteuern die Maschine und bilden eine zusätzliche Störungsquelle.

Ferner findet in der Einleitung der US-PS 36 56 582 eine bekannte Schmieranordnung für das Kreuzkopfla· ger der Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art Erwähnung. Bei dieser Schmieranordnung besteht jedoch die Gefahr, daß Schmieröl aus dem Lagerspalt im Bereich der tragenden Lagerfläche während der Zeit hoher Lagerbelastung, d.h. also während der Zeit, in der der Öldruck im Lagerspalt höher ist als der Förderdruck der Schmierölpumpe, wieder in die das Schmieröl zuführende Leitung zurückgedrückt wird, was zu einer raschen Verringerung des Lagerspalts und somit sehr schnell zu einer gefährlichen Annäherung von Lagerfläche und Itreuzkopfzapfen führt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Schmieranordnung der eingangs erwähnten Art diese Gefahr weitgehend zu vermeiden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb der Schmierölzuführung, und zwar in der Nähe des tragenden Lagerbereichs, ein Absperrorgan angeordnet ist, das den Rückfluß von Schmieröl aus dem Lagerspalt im tragenden Lagerbereich über die Schmiernuten in die Schmierölzuführung während der Zeit, in der der Öldruck im Lagerspalt höher ist als der Schmierölpumpenförderdruck, verhindert.

Somit wird ein zu rascher Abbau des während der Zeiträume von kleinen Lagerbelastungen zwischen dem Zapfen und der Lagerfläche unter dem Einfluß des Förderdrucks der Schmierölpumpe gebildeten ölpolsters durch das Absperrorgan vermieden, das verhindert, daß während der Zeiträume mit hoher Lagerbelastung das Schmieröl von der Lagerfläche zu rasch weggedrückt wird. Es hat sich gezeigt, daß unter diesen Umständen keine übermäßig hohen Schmieröldrucke erforderlich sind, so daß die Leckverluste vernachlässigbar sind. Ferner ist die Anordnung so einfach, daß nicht die Störungsanfälligkeit befürchtet werden muß, wie sie bei in den Kreuzköpfen eingebauten Schmierölkolbenpumpen besteht. Die eigentliche Schmierölpumpe ist außerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet und gut zugänglich, wobei noch eine Reservepumpe vorgesehen werden kann.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann das Absperrorgan in der Schmierölzuführung ein selbsttätig wirkendes, in Richtung zum Kreuzkopflagei hin öffnendes Rückschlagventil sein. Dadurch" wird eine besonders einfache Ausführungsform der Maschine erhalten.

Ein Rückschlagventil ist auch bei der am Kreuzkop angeordneten Schmierölkolbenpumpe gemäß dei US-PS 36 56 582 vorhanden. Dort handelt es sich jedod um das normale Druckventil der Pumpe, um dei Ansaugtakt zu ermöglichen.

Wenn die Schmierölzuführung in ihrem vom Motor gehäuse zum Kreuzkopf führenden Abschnitt in an siel bekannter Weise aus zwei kniehebelartig mittel Gelenken am Motorgehäuse und am Kreuzkop angeschlossenen sowie miteinander verbundene!

ächmierrohren besteht, erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Absperrorgan ein im Gelenk ausgebildeter Drehschieber iist; Dadurch wird eine-zwar etwas kompliziertere, jedoch besonders zuverlässige Ausführungsform des Absperrorgans erhalten, bei welchem die Gefahr eines Klemmens, wie sie z.B. bei einem selbsttätigen Ventil besteht, vermieden wird.

Schließlich können außerhalb des tragenden Lagerbereiches am Rande desselben zusätzlich angeordnete Schmiernuten unter Umgehung des Absperrorgans _an die Schmierölführung angeschlossen sein. Diese Maßnahme dient der Betriebssicherheit für den Fall einer Störung des Absperrorganes, wie z.B.; bei einem Festklemmen eines Rückschlagventils.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten AusfüJirungsbeispielen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einem als Rückschlagventil ausgebildeten Absperrorgan in der Schmierölzuführung,

F i g. 2 den Schnitt H-U aus der F i g. 1,

F i g. 3 eine Abwicklung der unteren Lagerflächen der Kreuzkopflager aus den F i g. 1 und 2, die

F i g. 4 bis 6 schematische Schnitte der Lager und der Lagerzapfen in verschiedenen gegenseitigen Stellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung,

F i g. 7 ein Diagramm mit dem Verlauf des Schmieröldruckes im Lagerspalt der Kreuzkopflager während eines Arbeitszyklus der Maschine,

F i g. 8 den Verlauf der Größe des Lagerspalts im Bereich der unteren Lauffläche während des Arbeitszyklus nach der F i g. 7,

F i g. 9 einen der F i g. 1 entsprechenden Teilschnitt einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einem als Absperrorgan dienenden, als Drehschieber ausgebildeten kreuzkopfseitigen Gelenk eines kniehebelartig ausgebildeten Schmierölzuführungsabschnitts zwischen dem Motorgehäuse und dem Kreuzkopf,

F i g. 10 den Schnitt X-X aus der F i g. 9,

F i g. Π eine der F i g. 3 entsprechende Abwicklung der unteren Lagerflächen der Kreuzkopflager aus den F ig. 9 und 10,

F i g. 12 den Schnitt XIl-XlI aus der F i g. 9, die

F i g. 13,14 Schnitte des Drehschiebers nach der Linie XlIl-XlIl in der Fig. 12 in größerer Darstellung für zwei verschiedene Stellungen des Drehschiebern, und die

Fig. 15, 16 den Fig. 13, 14 entsprechende Schnitte des Drehschiebers, jedoch nach der Linie XV-XV in der Fig. 12.

Die F i g. 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, 3' umschlossen, die an einer Pleuelstange 4 befestigt sind. An den Enden des Kreuzkopfzapfens 2 befinden sich Kreuzkopfschuhe 5, die in bekannter Weise entlang einer Kreuzkopfführung 6 in einem Motorgehäuse 7 beweglich sind. Zur Versorgung der Kreuzkopflager mit Schmieröl ist eine Schmierölpumpe 8 vorgesehen, welche Schmieröl aus einem nicht dargestellten Behälter in eine am Motorgehäuse 7 angeschlossene Leitung 10 einer Schmierölzuführung fördert. Für den Anschluß des Kreuzkopfes 1 an die feste Leitung 10 der Schmierölzuführung sind kniehebelartig durch Gelenke 11,12 und 13 miteinander verbundene Schmierrohre 14 und 15 vorgesehen.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, bildet das Gelenk 13 einen Anschluß des Rohres 15 an eine Bohrung 16, die in eine zentrale Bohrung 17 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 Kreuzkopflager radiale Schmierbohrungen 21 anschließen (F i g. 2).

Die radialen Bohrungen 21 führen zu Verbindungsnuten 22 (F i g. 3) in den Lagerflächen 23 der unteren Teile 3' der Kreuzkopflager. 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 3'. In der Pleuelstange 4: schließen sich 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 F i g. 2 hervorgeht, befindet sich am oberen Ende der Längsbohrung 26 ein Rückschlagventil 27, das im vorliegenden Fall aus einer durch eine Feder 28 belasteten Kugel 29 besteht. Vom Rückschlagventil 27 führen Bohrungen 30 zu Schmiemuter 31 in den Lagerflächen 23 (F i g. 3).

Nach Fig.3 sind noch zusätzliche Schmiernuten 32 vorgesehen, die sich direkt an die Verbindungsnuten 22 anschließen und somit unter Umgehung des Rückschlagventils 27 durch Schmieröl versorgt werden. Die Schmiernuten 32 befinden sich dabei am Rande eines tragenden Lagerbereichs ß, welcher ungefähr die angedeutete ovale Form hat und sich im wesentlichen über einem Umfangswinkel von ca. 90° erstreckt (F i g. 1). Dieser tragende Bereich ist an der Lagerfläche 23 nach einer gewissen Betriebszeit der Maschine erkennbar.

Im folgenden sei die Wirkungsweise des Rückschlagventils anhand der F i g. 4 bis 18 erläutert.

Die F i g. 7 zeigt den Verlauf der mittleren Schmieröldrucke im Lagerspalt im Bereich der tragenden Lagerflächen 23 in kp/cm² während eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine. Mit P₀ ist der Förderdruck der Schmierölpumpe 8 bezeichnet der im wesentlichen konstant ist und im vorliegenden Fall z. B. 20 atü betragen kann. Aus der Kurve Pl ist ersichtlich, daß in einem Bereich vor dem oberen Totpunkt OT der Brennkraftmaschine der Schmieröldruek Pl im Lagerspalt unter den Druck P₀ sinkt.

Die Fig.8 zeigt den Verlauf der Größe des Lagerspaltes h an der tiefsten Stelle des Lagers. So wird während der größten Lagerbelastung beim Expansionshub während einer Bewegung des Kolbens aus dem oberen Totpunkt OTin den unteren Totpunkt t/Tein im Lagerspalt befindliches ölpolster langsam von der tragenden Fläche weggedrückt, bis der Lagerspalt den kleinsten Wert a erreicht (F i g. 4). In diesem Augenblick sinkt jedoch gleichzeitig der Öldruck P_L im Lagerspalt unter den Förderdruck P₀ der Schmierölpumpe, so daß der Druck des Schmieröls das Rückschlagventil 27 öffnet, und das Schmieröl in den Lagerspalt zwischen die Lagerfläche 23 und den Kreuzkopfzapfen 2 fließt. Dabei wird der Lagerspalt h durch den Druck des Schmieröls auf den Wert b vergrößer· (F i g. 5). Dieser Wert kann durch ein Anschlagen des Zapfens 2 gegen den Ölfilm im oberen Bereich begrenzt sein, welcher dem Spalt mit der Größe 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 (F i g. 6). Im oberen Totpunkt OTder Maschine hat der Lagerspalt bereits eine etwas kleinere Größe c.

Die äußeren, unter einem Winkel β (F i g. 1 und 4) angeordneten 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 Rückschlagventils 27, falls dies z. B. in der schließenden Stellung festgeklemmt sein sollte.

Wie ebenfalls aus den F i g. 1 und 4 hervorgeht, sind die Schmiernuten 3t in Umfangsrichtung um einen Winkel « voneinander entfernt, der gleich groß sein kann, wie der Schwenkwinkel der Pleuelstange 4 während des Betriebes. Dadurch wird eine optimale Versorgung des tragenden Bereichs 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 to ganzen Fläche zwischen den Schmiernuten 31 verteilt wird.

Wenn, wie es bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Fall ist, zwischen der Lagerfläche 23 und dem Rückschlagventil 27 ein gewisses Volumen der Schmierölbohrungen vorhanden ist, entsteht insofern noch eine vorteilhafte Wirkung, als während des Zeitraums der größten Lagerbelastung Schmieröl aus dem Lagerspalt h nicht nur seitlich weggedrückt, sondern mit dem in diesem Zeitraum bestehenden hohen Druck auch in die Bohrungen 30 zurückgedrängt wird. Nach der Senkung des hohen Druckes tritt dieses in den Bohrungen 30 gespeicherte ölvolumen wieder auf die Lagerfläche 23 aus und verlangsamt dadurch die Verminderung des Lagerspaltes h.

Bei der in den Fig.9 bis 16 gezeigten anderen Ausführungsform sind die Teile, welche den Teilen nach den F i g. 1 bis 6 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausführungsform nach den F i g. 9 bis 16 unterscheidet sich von der vorherigen dadurch, daß das selbsttätig wirkende Rückschlagventil 27 durch einen Drehschieber 40 ersetzt ist, der in dem kreuzkopfseitigen Gelenk der kniehebclartig miteinander verbundenen Schmierrohre angeordnet ist. Zur Erzielung optimaler Verhältnisse zur Betätigung des 4} Drehschiebers 40 sind nach der F i g. 9 Schmierrohre 41, 42 vorgesehen, die nach oben abgewinkelt sind und im unteren Totpunkt UT der Maschine eine Stellung einnehmen, die durch strichpunktierte Linien 4Γ 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 43 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 46 im Betrieb dauernd mit der Steuerbohrung 48 in Verbindung (Fig. 15, 16). Die Verbindung zwischen dem Steuerkanal 46 und der Steuerbohrung 47 wird hingegen periodisch unterbrochen (Maß d in F i g. 13). Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß eine Verbindung zwischen dem Schmierrohr 42 und der Steuerbohrung 47 nur dann besteht, wenn im Lagerspalt nach der F i g. 7 ein Druck herrscht, der niedriger ist als der Schmierdruck des Schmieröls. 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 für die Kolbenstange 18 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 F i g. I 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 Lagerflächc 23 ausgebildet sind und zu zusätzlichen Schmiernuten 32 führen. In den Fig. 10 und 12 sind außerdem noch Schmierbohrungen 55 eingezeichnet, die zu den Lagerflächen der Kreuzkopfschuhe 5 führen. Außerdem wird, wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 3, eine Bohrung 26 der Pleuelstange 4 durch Schmierbohrungen 56 mit Schmieröl versorgt, das übet die Verbindungsnuten 22 zugeführt wird (F i g. 10).

Wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis : werden die Schniiernutcn 32 dauernd mit Schmicrö versorgt, während die Versorgung der Schmiernuten 5; mit Unterbrechungen in gleicher Weise wie durch da Rückschlagventil 27 erfolgt.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schmieranordnung für das Kreuzkopflager einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einer kontinuierlich Schmieröl mit einem im wesentlichen konstanten Druck, der höher liegt, als der niedrigste im Betrieb auftretende Schmieröldruck im Lagerspalt, fördernden Pumpe und mit einer Schmierölzuführung, über die während der Zeit, in der der Schmieröldruck im Lagerspalt niedriger ist als der Schmierölpumpenförderdruck, innerhalb des tragenden Lagerbereichs angeordneten Schmiernuten Schmieröl zugeführt wird, 'da'duroh gekennzeichnet, daß innerhalb der Schmierölzuführung, :s und zwar in der Nähe des tragenden Lagerbereichs (B)e\n Absperrorgan (27; 40) angeordnet ist, das den Rückfluß von Schmieröl aus dem Lagerspalt (h) im tragenden Lagerbereich (B) über die Schmiernuten (3!; 52) in die Schmierölzuführung während der Zeit, in der der Öldruck (PL) im Lagerspalt (h) höher ist als der Schmierölpumpenförderdruck (Po), verhindert.

2. Schmieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan in der Schmierölzuführung ein selbsttätig wirkendes, in Richtung zum Kreuzkopflager hin öffnendes Rückschlagventil (27) ist.

3. Schmieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölzuführung in ihrem vom Motorgehäuse (7) zum Kreuzkopf (1) führenden Abschnitt in an sich bekannter Weise aus zwei kniehebelartig mittels Gelenken am Motorgehäuse (7) und am Kreuzkopf (i) angeschlossen sowie miteinander verbundenden Schmierrohren (41, 42) besteht, und daß das Absperrorgan ein im kreuzkopfseitigen Gelenk ausgebildeter Drehschieber (40) ist.

4. Schmieranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des tragenden Lagerbereichs (B) am Rande desselben zusätzlich angeordnete Schmiernuten (32) unter Umgehung des Absperrorgans (24, 40) an die Schmierölzuführung angeschlossen sind.

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