DE3044255C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinder- und Kolben- Schmiervorrichtung an einer Brennkraftmaschine, mit ei­ ner Schmierölpumpe, die Öl aus einem Reservoir in eine Sammelleitung pumpt, an die zur Öldruckregulierung ein verstellbares Überströmventil angeschlossen ist und von der Ölzufuhrleitungen abzweigen, in welch jede eine Ölzufuhrsteuereinrichtung eingeschaltet ist, die an eine vom Zylinderraum abzweigende Gasdruckübertra­ gungsleitung angeschlossen ist und ein in einem Gehäuse bewegbares Ventil aufweist, das durch Gasdruckbeauf­ schlagung entgegen einer an ihm angreifenden Schließ­ kraft aus einer Schließlage in eine Öldurchlaßstellung verschiebbar ist, in der die vorher blockierte Ölzufuhr in Ölaustrittskanäle freigegeben und Schmieröl in den Raum zwischen Zylinderinnenwand sowie einem Kolben­ ringe tragenden Kolben während dessen Vorbeibewegung an den zylinderseitigen Mündungen der Ölaustrittskanäle aus diesen ausstoßbar ist.

Eine derartige Schmiervorrichtung ist aus der DE-PS 10 50 595 bekannt. Bei dieser Anordnung wird das Ventil der Ölzufuhrsteuereinrichtung ausschließlich mittels des im Kompressionsraum des Zylinders herrschenden Gasdrucks gesteuert. Daher erfolgt die Ölzufuhr zum Zylinder so lange, wie im Kompressionsraum ein bestimmter Druck herrscht. Es wird daher auch im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens Öl zugeführt, obwohl in dieser Kolbenstellung keine Ölzufuhr zum Zylinder erforderlich ist.

Darüber hinaus ist in der Praxis das Prinzip der sogenannten "Fosby-Schmierung" bekannt - siehe die diesbezüglichen norwegischen Patentschriften 70 498 und 70 607 - , bei der Schmieröl infolge einer Gasdruckdifferenz zwischen der Oberseite und Unterseite eines Kolbenringes durch einen Kanal in den Raum zwischen zwei Kolbenringen einbringbar ist. Das Fosby-Schmierprinzip basiert jedoch auf einer drucklosen Schmierung, die bei Hochleistungsmotoren deshalb nicht anwendbar ist, weil nur eine unzureichende Menge an die Gleitpartner abgebbar und dadurch die Gefahr des Trockenlaufens gegeben ist.

Es ist weiterhin aus der DE-OS 14 26 110 eine Schmiervorrichtung für die Kolben und Zylinder einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der das die Ölmenge dosierende Ventil eine unter der Wirkung einer Schließfeder stehende Ventilnadel umfaßt. Bei dieser Anordnung wird jedoch der Öldurchtritt durch Beaufschlagung der Ventilnadel mit unter Druck stehendem Öl gesteuert. Es ist daher eine entsprechende Druckimpulse liefernde, mit der Brennkraftmaschine synchronlaufende Ölpumpe erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schmiervorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden, daß Schmieröl während des Vorbeilaufens der Kolbenringe an den Ölaustrittskanälen in den Raum zwischen Kolben- und Zylinderlauffläche einspritzbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zylinder- Kolben-Anordnung einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Schmiervor­ richtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Darstellung von Fig. 1 entlang der dort eingezeich­ neten Schnittlinie II-II,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung von Details der in Fig. 1 gezeigten Schmiervorrich­ tung.

In den Figuren ist mit 1 die Zylinderwand eines Zy­ linders einer Brennkraftmaschine, mit 2 deren Zylin­ derlauffläche und mit 3 ein im Zylinderraum arbeiten­ der Kolben bezeichnet. Der Kolben 3 weist axial etwas beabstandet von seinem Kolbenboden 4 ein Kolbenring­ paket 5 auf, das im gezeigten Ausführungsbeispiel aus vier Kolbenringen 6, 7, 8, 9 besteht, von denen jeder in einer Ringnut des Kolbens 3 eingesetzt ist. Zwei benachbarte Kolbenringe 6, 7, 8, 9 sind jeweils gleich weit voneinander entfernt; die zwischen der Unter­ seite und Oberseite zweier benachbarter Kolbenringe 6 und 7 bzw. 7 und 8 bzw. 8 und 9 befindlichen, dar­ über hinaus von der Zylinderlauffläche 2 und der Au­ ßenseite des Kolbens 3 begrenzten Räume sind mit 10, 11 und 12 bezeichnet.

Dieser Zylinder-Kolben-Anordnung ist eine nachstehend im Detail beschriebene Schmiervorrichtung zugeordnet.

Letztere weist eine Schmierölpumpe 13 auf, die konti­ nuierlich arbeitend Öl aus einem Reservoir 14 in eine Sammelleitung 15 fördert. An letztere ist ein Über­ strömventil 16 angeschlossen, das ein unter Vorspan­ nung einer Druckfeder 17 stehendes Schließelement 18 besitzt. Die Schließdruckkraft der Druckfeder 17 ist durch einen verschiebbaren Kolben 19 veränderbar, der über ein nur schematisch gezeigtes Hebelgestänge 20 mit der nicht dargestellten Regelstange einer Brenn­ stoffpumpe verbunden ist, dergestalt, daß bei Ver­ stellung der besagten Regelstange in Richtung zuneh­ mender Füllung - in Fig. 1 gezeigt durch einen Pfeil 21 - die Druckfeder 17 stärker vorgespannt wird, damit auch der wirksame Druck in der Sammelleitung 15 erhöht wird. Das in letzterer überschüssige Schmieröl wird dabei vom Überströmventil 16 abgesteuert und von diesem über eine Rücklaufleitung 22 ins Reservoir 14 rückgeführt.

Von der Sammelleitung 15 zweigen zur Schmierölversor­ gung mehrere in einer Ebene am Umfang der Zylinder­ lauffläche 2 verteilter Schmierbereiche Ölzufuhrlei­ tungen 23 ab, in welch jede eine Ölzufuhrsteuerein­ richtung 24 eingeschaltet ist. Jede Ölzufuhrsteuer­ einrichtung 24, die im Detail vergrößert in Fig. 3 gezeigt ist, ist nach Art eines Einspritzventiles aus­ gebildet und weist ein mehrteiliges Ventilgehäuse 25 auf, das in einer quer zur Zylinderachse stehenden, in der Zylinderwand 1 eingeformten Bohrung 26 einge­ setzt ist. Darüber hinaus weist jede Ölzufuhrsteuer­ einrichtung 24 erfindungsgemäß eine Ventilnadel 27 auf, die über einen dem Druck zugeführten Schmieröles ausgesetzten Druckkolben 28 ständig in Schließrich­ tung beaufschlagt ist. Der Druckkolben 28 besitzt einen in einer Bohrung 29 des Ventilgehäuses 25 ge­ führten Führungsschaft 30 und einen demgegenüber durchmessergrößeren Wegbegrenzungsbund 31. Der Druck­ kolben 28 liegt mit seiner vorderen Stirnfläche 32 an der Rückseite der Ventilnadel 27 an und begrenzt mit seiner rückwärtigen Stirnfläche 33 zusammen mit der Wandung der Bohrung 29 einen Schließdruckraum 34, der über eine Zuleitung 35 an die Ölzufuhrleitung 23 ange­ schlossen und über diese ständig dem Druck zugeführ­ ten Schmieröles ausgesetzt ist. Die Ventilnadel 27 weist an ihrer Spitze ein mit einem Ventilsitz 36 zu­ sammenwirkendes, kegelförmiges Schließelement 37 auf, an das sich nach hinten ein zylindrisches Nadelteil 38 anschließt, das von einem über die Ölzufuhrleitung 23 mit Schmieröl versorgten, im Ventilgehäuse 25 ausge­ bildeten Schmierölvorlageraum 39 umgeben ist. Vor dem Schließelement 37 der Ventilnadel 27 ist koaxial zu dieser im Ventilgehäuse 25 ein Sackloch 40 eingeformt, von dem mehrere in den Zylinderraum ausmündende Öl­ austrittskanäle 41 strahlenförmig abzweigen - siehe Fig. 2 - . Die Ventilnadel 27 besitzt außerdem am Ende ihres sich hinten an das Nadelteil 38 anschließenden, demgegenüber durchmessergrößeren und in einer Bohrung 42 des Ventilgehäuses 25 geführten Führungsschaftes 43 ein diesem gegenüber durchmessergrößeres Steuerkolben­ teil 44; letzteres steht mit seiner Außenfläche 45 in Gleit- und Dichtkontakt mit der Wandung einer Ausneh­ mung 46 im Ventilgehäuse 25 und begrenzt innerhalb derselben nach vorne eine Öffnungsdruckkammer 47 so­ wie nach hinten eine Schließdruckkammer 48. An die Öffnungsdruckkammer 47 ist eine Gasdruckübertragungs­ leitung 49 angeschlossen, die mit ihrer Mündung 50 vom Zylinderraum abzweigt und durch die Zylinderwand 1 sowie das Ventilgehäuse 25 an die Öffnungsdruckkammer 47 herangeführt ist. An die Schließdruckkammer 48 ist wenigstens eine Differenzdruckleitung 51 angeschlos­ sen; im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, zwei Differenzdruckleitungen 51 vorgesehen, die mit ihren in gleicher Ebene und etwa in Höhe der Ölaustrittskanäle 41 gelegenen Mündungen 52 vom Zylinderraum abzweigen und durch die Zylinderwand 1 sowie das Ventilgehäuse 25 an die Schließdruckkammer 48 herangeführt sind. Die Mündungen 52 der Differenzdruckleitungen 51 sowie jene der Ölaustrittskanäle 41 liegen dabei axial unterhalb der Mündung 50 der zugehörigen Gasdruckübertragungsleitung 49, wobei der diesbezügliche axiale Abstand etwa dem Abstand vom obersten Kolbenring 6 zum untersten Kolbenring 9 des am Kolben 3 befindlichen Kolbenpaketes 5 entspricht. Durch diese vorbeschriebene Mündungsanordnung sind die Gasdruckdifferenzen zwischen der Oberseite des Kolbenrings 6 und den Unterseiten der Kolbenringe 6, 7, 8, 9 zur Aufsteuerung der Ventilnadel 27 ausnützbar. Solange das Gasdruckniveau in der Gasdruckübertragungsleitung 49 und damit in der Öffnungsdruckkammer 47 höher ist als jenes in den Differenzdruckleitungen 51 und damit in der Schließdruckkammer 48, hält der höhere Druck in der Öffnungsdruckkammer 47 die Ventilnadel 27 über das Steuerkolbenteil 49 in Öldurchlaßstellung. Schmieröl wird daher in die Räume 10, 11 und 12 zwischen jeweils zwei benachbarten Kolbenringen 6 und 7 bzw. 7 und 8 bzw. 8 und 9 eingespritzt. Zur Öffnungshubwegbegrenzung der Ventilnadel 27 dient der am Steuerkolben 28 angeordnete Wegbegrenzungsbund 31, der innerhalb der Schließdruckkammer 48 gelegen mit deren rückwärtiger Wand 53 zusammenwirkt.

Nachstehend ist der Ablauf eines vollständigen Schmierzyklus näher erläutert.

Als Ausgangsbasis sei angenommen, daß der Kolben 3 sich im Aufwärtshub befindet, mithin sich in der Zeichenebene betrachtet von unten nach oben bewegt und der oberste Kolbenring 6 noch unterhalb der Mündungen 52 der Differenzdruckleitungen 51 befindlich ist. In dieser Bewegungsstellung des Kolbens 3 ist an den Mündungen 50 bzw. 52 der Gasdruckübertragungsleitung 49 bzw. der Differenzdruckleitungen 51 keine bzw. nur eine minimale Gasdruckdifferenz gegeben, so daß in der Öffnungsdruckkammer 47 und in der Schließdruckkammer 48 gleiche Gasdrücke wirksam sind. Infolge dieses Zustandes wird die Ventilnadel 27 durch die im Schließdruckraum 34 herrschende und vom Druckkolben 28 auf sie übertragene Schließkraft in Schließlage gehalten. Diese Schließkraft überwiegt dabei jene im Schmierölvorlageraum 39 an der ringförmigen Stirnfläche 54 des Ventilnadelführungsschaftes 43 in Öffnungsrichtung wirksame Schmieröldruckkraft.

Sobald jedoch beim weiteren Aufwärtsgang des Kolbens 3 die Mündungen 52 der Differenzdruckleitungen 51 vom obersten Kolbenring 6 überfahren werden, ist eine Gasdruckdifferenz mit in der Gasdruckübertragungsleitung 49 höherem Gasdruck gegeben, der in der Öffnungsdruckkammer 47 wirksam wird und dessen Druckkraft sich zu der an der Stirnfläche 54 des Führungsschaftes 43 angreifenden Schmieröldruckkraft addiert. Hierdurch wird die Ventilnadel 27 schlagartig in Öldurchlaßstellung bewegt, in der das zugeführte Schmieröl vom Schmierölvorlageraum 39 in das Sackloch 40 eintritt und von dort durch die Ölaustrittskanäle 41 zunächst in den Raum 10 zwischen den Kolbenringen 6 und 7, anschließend wegen nach wie vor vorhandener Gasdruckdifferenz in den Raum 11 zwischen den Kolbenringen 7 und 8 sowie anschließend in den Raum 12 zwischen den Kolbenringen 8 und 9 eingespritzt wird. Dieser Schmieröleinspritzvorgang wird beendet, sobald der oberste Kolbenring 6 die Mündung 50 der Gasdruckübertragungsleitung 49 überfährt. Bei entsprechender Bemessung des Druckkolbens 28 ist dann keine zur Überwindung der auf den Druckkolben 28 wirkenden Schließkraft ausreichende Druckdifferenz mehr zwischen den in der Öffnungsdruckkammer 47 und der Schließdruckkammer 48 herrschenden Drücken gegeben. Die Ventilnadel 27 wird daher schlagartig wieder in ihre Schließlage überführt.

Dieser Schmierzyklus wiederholt sich in umgekehrter Reihenfolge auch jeweils beim Abwärtsgang des Kolbens 3. Darüber hinaus laufen diese Schmiervorgänge aufgrund der Identität der am Umfang der Zylinderwand verteilt angeordneten Ölzufuhrsteuereinrichtung 24 bei jeder derselben in gleicher Weise ab.

Claims (4)

1. Zylinder- und Kolben-Schmiervorrichtung an einer Brennkraftmaschine, mit einer Schmierölpumpe, die Öl aus einem Reservoir in eine Sammelleitung pumpt, an die zur Öldruckregulierung ein verstellbares Überströmventil angeschlossen ist und von der Ölzufuhrleitungen abzweigen, in welch jede eine Ölzufuhrsteuereinrichtung eingeschaltet ist, die an eine vom Zylinderraum abzweigende Gasdruckübertragungsleitung angeschlossen ist und ein in einem Gehäuse bewegbares Ventil aufweist, das durch Gasdruckbeaufschlagung entgegen einer an ihm angreifenden Schließkraft an einer Schließlage in eine Öldurchlaßstellung verschiebbar ist, in der die vorher blockierte Ölzufuhr in Ölaustrittskanäle freigegeben und Schmieröl in den Raum zwischen Zylinderinnenwand sowie einem Kolbenringe tragenden Kolben während dessen Vorbeibewegung an den zylinderseitigen Mündungen der Ölaustrittskanäle aus diesen ausstoßbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - jede Ölzufuhrsteuereinrichtung (24) weist eine Ventilnadel (27) auf, die über einen dem Druck zugeführten Schmieröles ausgesetzten Druckkolben (28) ständig in Schließrichtung beaufschlagt ist,
• - die Ventilnadel (27) weist an ihrer Spitze ein mit einem Ventilsitz (36) zusammenwirkendes Schließelement (37) auf und ist dahinter von einem über die Ölzufuhrleitung (23) mit Schmieröl versorgten Schmierölvorlageraum (39) umgeben,
• - die Ventilnadel (27) besitzt am Ende ihres Führungsschaftes (43) ein Steuerkolbenteil (44), das nach vorne eine Öffnungsdruckkammer (47) und nach hinten eine Schließdruckkammer (48) begrenzt,
• - an die Öffnungsdruckkammer (47) ist die Gasdruckübertragungsleitung (49) und an die Schließdruckkammer (48) wenigstens eine Differenzdruckleitung (51) angeschlossen, die vom Zylinderraum etwa in Höhe der Ölaustrittskanäle (41) abzweigt, mit einem axialen Abstand ihrer Mündung (52) von jener (50) der Gasdruckübertragungsleitung (49), der etwa dem Abstand vom obersten (6) zum untersten Kolbenring (9) eines am Kolben (3) befindlichen Kolbenringpaketes (5) entspricht.

2. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Ölzufuhrsteuereinrichtung (24) ein Ventilgehäuse (25) aufweist, das in einer quer zur Zylinderachse stehenden, in der Zylinderwand (1) eingeformten Bohrung (26) eingesetzt ist.

3. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckkolben (28) an seiner Rück­ seite einen Schließdruckraum (34) begrenzt, der an die Ölzufuhrleitung (23) angeschlossen ist.

4. Schmiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck­ kolben (28) einen Führungsschaft (30) und einen dem­ gegenüber durchmessergrößeren Wegbegrenzungsbund (31) aufweist, der innerhalb der Schließdruckkammer (48) gelegen mit deren rückwärtiger Wand (53) zur Öffnungshubwegbegrenzung der Ventilnadel (27) zusam­ menwirkt.