DE3741694A1 - Oelmengenzumesseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Zu­ führung von Schmieröl zu Steuerteilen einer Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Zuführung von Schmieröl zu Steuerteilen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 9.

Aus der DE-PS 7 48 337 ist eine Steuereinrichtung zum Ver­ teilen kleiner Schmierölmengen bekannt. Das Schmieröl wird von dieser Steuereinrichtung direkt den Steuerteilen einer schiebergesteuerten Brennkraftmaschine zugeführt. Dies erfordert zusätzliche Leitungen und Bohrungen im Zylinder­ kopf. Gesteuert wird die Mengenzufuhr zu den einzelnen Steuerteilen von einer ladeluftdruckbeaufschlagten, zwei­ membranigen Steuereinrichtung. Insgesamt arbeitet die dargestellte Steuereinrichtung unpräzise, da der Schmier­ ölfluß zu den Steuerteilen entweder unterbrochen oder freigegeben ist. Dabei wird das bei geschlossener Steuer­ einrichtung in der Zuleitung abgesperrte Schmieröl von den Temperaturänderungen des Gesamtschmierölkreislaufs aus­ geschlossen, so daß bei öffnender Steuereinrichtung sich die steigende oder fallende Schmieröltemperatur nachteilig auf die Regelcharakteristik der Steuereinrichtung auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer­ einrichtung zur Zuführung von Schmieröl zu Steuerteilen einer Brennkraftmaschine bereitzustellen und ein Verfahren zur Steuerung anzugeben, wobei die Zuführung von Schmieröl zu den Steuerteilen konstruktiv einfach erfolgen soll und gleichzeitig die zu den Steuerteilen zugeführte Schmieröl­ menge präzise geregelt werden soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schmieröl der Ladeluft beigemischt wird und neben dem Zumeßventil eine Absteuerventileinrichtung vorgesehen ist, die in die Schmierölzuführleitung zu der Steuereinrichtung eingesetzt ist, über die der der Steuereinrichtung zu­ geführte Schmierölstrom in eine Abführleitung absteuerbar ist (Anspruch 1). Dadurch, daß das Schmieröl der Ladeluft beigemischt wird, wird eine gleichmäßige Verteilung des Schmierölstroms auf die einzelnen Zylinder und somit zu den einzelnen Steuerteilen in Form von Einlaßventilen ermöglicht. Da bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen in den meisten Betriebszuständen der Ladeluftdruck vor den Ein­ laßventilen sehr viel höher als der Luftdruck im Kipp­ hebelraum ist, kann kein Schmieröl vom Kipphebelraum ent­ lang den Ventilschäften zu den Lufteinlaßkanälen gelangen, wodurch ein hoher Ventilsitzverschleiß auftritt. Durch die erfindungsgemäße Zumischung von Schmieröl zu der Ladeluft wird der Ventilsitzverschleiß vermieden. Weiterhin ent­ fallen durch die Beimischung von Schmieröl zu der Ladeluft separate Schmierölzuführungsleitungen zu den einzelnen Einlaßventilsitzen. Dadurch, daß das der Steuereinrichtung zugeführte Schmieröl in eine Abführleitung absteuerbar ist, hat das an der Zumeßventileinrichtung anstehende Schmieröl die gleiche Temperatur wie das in den sonstigen Schmierölkreisläufen der Brennkraftmaschine befindliche Schmieröl. Somit werden Temperatureinflüsse bei der Schmierölzumessung zu den Steuerteilen der Brenn­ kraftmaschine ausgeschlossen. Geregelt wird die Zuführung von Schmieröl zu den Steuerteilen der Brennkraftmaschine gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 9. Dabei wird der einstellbare Ladeluftdruck, bis zu dem das Schmieröl in die Abführleitung abgesteuert wird, so bemessen, daß dies genau der Ladeluftdruck ist, bis zu dem der Luftdruck im Kipphebelraum größer als der Ladeluftdruck ist. Bis zu diesem Druckgleichgewicht wird das Schmieröl entlang der Ventilschäfte vom Kipphebelraum zu den Ventilsitzen ge­ drückt. Ein Zuführen von Schmieröl über die Ladeluft ist somit bis zu diesem Druckgleichgewicht überflüssig. Bei einer Erhöhung des Ladeluftdrucks über dieses Druckgleich­ gewicht hinaus schließt das Absteuerventil und beendet den Absteuervorgang. Gleichzeitig öffnet die Zumeßventil­ einrichtung und eine konstante Schmierölmenge wird in die Ladeluftleitung geführt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung (Anspruch 2) steuert das Absteuerventil den Schmierölstrom in Ab­ hängigkeit des Ladeluftdruckes. Damit wird die gleiche regelungstechnische Steuergröße wie bei dem Zumeßventil verwendet.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Steuergrund­ abstimmungen der Ventile einstellbar. Damit kann die Steuereinrichtung universell für verschiedene Brennkraft­ maschinentypen und Einsatzfälle verwendet werden und braucht nur bezüglich der Abstimmung an die jeweilige Brennkraftmaschine angepaßt zu werden.

In vorteilhafter Weiterbildung sind die beiden Ventile in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, so daß die Steuereinrichtung insgesamt kompakt aufgebaut ist und als Ganzes austauschbar bzw. auch nachträglich einbaubar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die bei­ spielsweise als Kolbenventil und als Kegelsitzventil aus­ gebildeten Ventile koaxial zueinander als Baueinheit an­ geordnet. Diese Anordnung bzw. Ausrichtung ermöglicht einen kompakten Aufbau, der besonders leicht und platz­ sparend ist.

Dadurch, daß in Weiterbildung der Erfindung in die Schmierölzuleitung vor dem Absteuerventil eine Drossel eingesetzt ist, wird der Steuereinrichtung eine mengen­ begrenzte Schmierölmenge zugeführt, so daß die Ventile der Steuereinrichtung nur eine vorherbestimmbare geringe Schmierölmenge steuern müsssen und daher präziser und genauer arbeiten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines Zylinderkopfes einer Brenn­ kraftmaschine mit an die Ladeluftleitung ange­ schlossener Steuereinrichtung;

Fig. 2 eine Steuereinrichtung mit zwei Membranventilen; Fig. 3 eine Steuereinrichtung mit zwei koaxial zueinander angeordneten Sitzventilen,;

Fig. 4 die Regelcharakteristik der Steuereinrichtung nach Fig. 2 und 3.

Der teilweise dargestellte Zylinderkopf 1 einer Brenn­ kraftmaschine - beispielsweise Diesel-Einspritz-Brenn­ kraftmaschine - weist ein Einlaßventil 2 auf, das mit seinem Ventilteller 3 einen Einlaßkanal 4 zum nicht dar­ gestellten Brennraum der Brennkraftmaschine abschließt. Der Ventilschaft 5 des Einlaßventils 2 ragt in einen Kipp­ hebelraum 6, von dem aus das Einlaßventil 2 in bekannter Weise in eine offene und geschlossene Stellung bewegt wird. An den Einlaßkanal 4 ist eine Ladeluftleitung 7 angeflanscht, die beispielsweise von einem Verdichter mit Druckluft versorgt wird. An geeigneter Stelle, vorzugs­ weise dem ladelufteintrittsseitigen Ende der Ladeluft­ leitung 7, ist eine Steuereinrichtung 8 angebracht, die die Schmierölbeimischung zu der in der Ladeluftleitung 7 befindlichen Ladeluft steuert. Über eine Zuführleitung 9 wird das Schmieröl beispielsweise vom Motorschmieröl­ kreislauf der Brennkraftmaschine der Steuereinrichtung 8 zugeführt und kann entweder in die Abführleitung 10 weitergeführt werden oder über eine Öffnung 11 in die Ladeluftleitung 7 abgegeben werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Steuer­ einrichtung 8 unter Zwischenfügung einer u.a. als Dichtung wirkenden Membran 12 an der Ladeluftleitung 7 befestigt. Über die Zuführleitung 9 wird dem Inneren der Steuer­ einrichtung 8 Schmieröl zugeführt, das über die Abführ­ leitung 10 abgesteuert werden kann. In das Gehäuse 13 der Steuereinrichtung 8 ist eintrittsseitig der Zuführleitung 9 eine Drossel 14 eingesetzt bzw. eingearbeitet.

Das Schmieröl gelangt somit über die Zuführleitung 9 und von der Drossel 14 mengenbegrenzt in einen ersten Raum 15 der Steuereinrichtung 8. Der erste Raum 15 ist über Kanäle 16 und 17 mit dem Absteuerventil 18 verbunden. Der Kanal 17 bildet zusammen mit der senkrecht zu ihm verlaufenden Membran 12, einer Schließplatte 19 und einer Druckfeder 20 das Absteuerventil 18. Die Schließplatte 19, die mittels einer Haltevorrichtung 21 an der Membran 12 befestigt ist, schließt in der dargestellten Stellung den Kanal 17, in dem sich das unter Druck stehende Schmieröl befindet, gegenüber einem zweiten, drucklosen Raum 22 ab. Der zweite, drucklose Raum 22 ist über eine Verbindungsleitung 23 mit der Abführleitung 10 verbunden.

Solange in der Ladeluftleitung 7 kein bzw. nur ein geringer Ladeluftdruck herrscht, drückt das in dem Kanal 17 unter Druck stehende Schmieröl die Schließplatte 19 - unterstützt von der Federwirkung der Druckfeder 20 - von dem Ventilsitz 24 ab, so daß das Schmieröl von dem Kanal 17 in den zweiten, drucklosen Raum 22 und weiter über die Verbindungsleitung 23 in die Abführleitung 10 abfließt. Ist die von der Ladeluft auf die Schließplatte 19 ausgeübte Kraft größer als die entgegengesetzt auf die Schließplatte 19 wirkende Gesamtkraft von Schmieröldruck und Druckkraft der Druckfeder 20, wird die Schließplatte 21 auf den Ventilsitz 24 gepreßt und beendet den Absteuer­ vorgang. Bei diesem Ladeluftdruck (P ₁) öffnet die Zumeßventileinrichtung 25 und eine konstante Schmieröl­ menge wird in die Ladeluftleitung 7 geführt. Die Zumeß­ ventileinrichtung weist ein Druckdifferenzventil 42 auf, das im wesentlichen aus einer mit einer Längsbohrung 26 und einer in Verbindung mit der Längsbohrung 26 stehenden Querbohrung 27 versehenen im Gehäuse 13 festgedrehten Schraube 28 besteht, die von einem Schiebestück 29 umgeben ist. Das Schiebestück 29 ist an der Membran 12 befestigt und bildet einen Durchbruch durch die Membran 12. Dabei wird das Schiebestück 29 von einer Feder 30, die sich an dem Schraubenkopf der Schraube 28 abstützt, im Ruhezustand auf eine Sitzfläche 31 des Gehäuses 13 gedrückt. Gleich­ zeitig steht aber der Raum 15 über eine Querbohrung 37 mit einem als Drossel wirkenden Ringspalt 32, der sich entlang der Bohrung des Schiebestücks 29 erstreckt, durch die die Schraube 28 geführt ist, in dauernder Verbindung. Der Ringspalt 32 mündet schließlich in die Ladeluftleitung 7.

Die Arbeitsweise der Zumeßventileinrichtung 25 ist fol­ gende:

Schließt, wie zuvor beschrieben, das Absteuerventil 18, baut sich in dem ersten Raum 15 ein Öldruck auf. Dadurch, daß die zu der Membran 12 weisende Fläche des ersten Raumes 15 gleich groß der jenseits der Membran 12 liegenden Wirkfläche der Ladeluftkühlung 7 ist, wird die Membran 12 und somit das Schiebestück 14 nur bei einer Druckdifferenz beidseits der Membran 12 verschoben. Die Größe der Druckdifferenz (Druckdifferenzventil 39) ist aber bestimmt durch die Feder 30, die die von dem Lade­ luftdruck ausgeübte Kraft auf die Membran 12 unterstützt. Demzufolge bewegt sich das Schiebestück 29 bei einem durch die Feder 30 bestimmten gegenüber dem Ladeluftdruck höheren Öldruck von der Sitzfläche 31 weg. Die Querbohrung 27 wird weiter geöffnet und steuert nun über die Längs­ bohrung 26 eine Teilmenge des in dem ersten Raum 15 be­ findlichen Schmieröls in die verlängerte Abführleitung 10 solange ab, bis sich wieder beidseits der Membran die durch die Feder 30 bestimmte Druckdifferenz einstellt und das Schiebestück 29 in Richtung der Sitzfläche 31 bewegt wird. Dieser Vorgang pendelt sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine so ein, daß das Schiebestück 29 eine bestimmte - in Abhängigkeit der Druckverhältnisse mal größere, mal kleinere - Schmierölmenge in die Querbohrung 27 absteuert. Gleichzeitig steht aber der Raum 15 über eine die Querbohrung 37 und über einem als Drossel wirkenden Ringspalt 32 mit der Ladeluftleitung 7 in Verbindung. Somit wird aufgrund der sich auf einen nahezu konstanten Wert einregelnden Druckdifferenz zwischen erstem Raum 15 und Ladeluftleitung 7 eine durch die Drosselwirkung des Ringspaltes 32 mengenmäßig bestimmte, konstante Schmierölmenge in die Ladeluftleitung abgegeben und der Ladeluft beigemischt.

Die Steuereinrichtung 8 nach Fig. 3 weist ein Gehäuse 13′ auf, wobei die Zuführleitung 9′ über eine Drossel 14′ in einen ersten Raum 15′ einmündet. Das Druckdifferenzventil 42′ besteht aus einem Kegelsitzventil 33, das sich über eine Druckfeder 30′ an dem Gehäuse 13′ abstützt und mit seiner Kegelsitzfläche 35 dem ersten Raum 15′ gegenüber dem zweiten, drucklosen Raum 22′ abdichtet. Dabei ist die Kegelsitzfläche 35 des Kegelsitzventils 33 solange von der Gehäusesitzfläche abgehoben, wie der Schmieröldruck größer als der Ladeluftdruck - unterstützt von der Druckkraft der Druckfeder 30′ - ist. Überschreitet die durch den Lade­ luftdruck auf die durch den Durchmesser D _L bestimmte Fläche des Kegelsitzventils wirkende Kraft zusammen mit der Druckkraft der Druckfeder 30′ die entgegenwirkende Kraft, die von dem Schmieröldruck auf die durch das Durch­ messermaß D _K bestimmte gegenüberliegende Fläche des Kegelsitzventils 33 ausgeübt wird, wird der Abfluß von Schmieröl von dem ersten Raum 15′ in den zweiten, druck­ losen Raum 22′ unterbunden und es baut sich in dem ersten Raum 15′ ein Schmieröldruck auf, der solange steigt, bis eine vorbestimmte Druckdifferenz zum Ladeluftdruck er­ reicht ist und das Kegelsitzventil 33 wieder die Absteuer­ menge auf diese konstante Druckdifferenz analog zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 einregelt. Dem Druck­ differenzventil 39′ ist das Kolbenventil 36, das als Ab­ steuerventil 18 eingesetzt ist, übergeordnet. Solange in der Ladeluftleitung 7 kein bzw. nur ein geringer Lade­ luftdruck herrscht, drückt die Feder 20′ das Kolbenventil 36 gegen einen Anschlag 34, wodurch das Schmieröl in den Raum 22′ abgesteuert wird. Ist die von der Feder 20′ aus­ geübte Kraft kleiner als die von dem Ladeluftdruck aus­ geübte Kraft, wird das Kolbenventil zurückbewegt und beendet den Absteuerungsvorgang.

In Fig. 4 sind in einem Diagramm, in dem der Druck des Schmieröls vor dem Ringspalt 32, 32′ (Fig. 2 und 3) über dem Ladeluftdruck aufgetragen ist, verschiedene Kennlinien der Zumeßventileinrichtungs 25, 25′ dargestellt. Für ver­ schiedene Verhältnisse D _K und D _L ergeben sich die verschiedenen Steigungen der Kennlinien, wobei diese Kenn­ linien für zwei Druckdifferenzventilvarianten 39, 39′ dargestellt sind. Die untere Variante geht aus von einem Druckdifferenzventil 39, 39′ ohne Druckfeder 30, 30′, während die obere Variante von einem Druckdifferenzventil 39, 39′ mit einer Druckfeder 30, 30′ ausgeht.

Claims (9)

1. Steuereinrichtung (8) zur Zuführung von Schmieröl zu Steuerteilen einer Brennkraftmaschine, wobei die den Steuerteilen zuzuführende Schmierölmenge von einer ersten Zumeßventileinrichtung (25) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl der Ladeluft beigemischt wird und daß von einem zweiten, als Absteuer­ ventil (18) ausgebildeten Ventil der der Steuereinrichtung (8) zugeführte Schmierölstrom in eine Abführleitung (10) absteuerbar ist.

2. Steuereinrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absteuerventil (18) den abzusteuernden Schmierölstrom ladeluftdruckabhängig ein- und ausschaltet.

3. Steuereinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergrundabstimmungen des Ventils (18) und der Zumeßventileinrichtung (25) ein­ stellbar sind.

4. Steuereinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18) und ein Druck­ differenzventil (39, 39′) der Zumeßventileinrichtung (25) Membranventile sind.

5. Steuereinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18) ein Kolben­ ventil und das Druckdifferenzventil (39, 39′) ein Kegel­ sitzventil (33) ist.

6. Steuereinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18) und die Zumeß­ ventileinrichtung (25) in einem gemeinsamen Gehäuse (13, 13′) eingesetzt sind.

7. Steuereinrichtung (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18)und das Druck­ differenzventil (39, 39′) koaxial zueinander als Baueinheit angeordnet sind.

8. Steuereinrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schmierölzuführleitung (9) eingangsseitig des Absteuerventils (18) eine Drossel (14, 14′) eingesetzt ist.

9. Verfahren zur Zuführung von Schmieröl zu Steuerungsteilen einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der einer Steuereinrichtung (8) zugeführte Schmier­ ölstrom mengenbegrenzt wird,
• b) der mengenbegrenzte Schmierölstrom einem Absteuer­ ventil (18) zugeführt wird, das den Schmierölstrom bis zu einem einstellbaren Ladeluftdruck (P ₁) in eine Abführleitung (10) absteuert,
• c) bei Erreichen des Ladedrucks (P ₁) das Absteuer­ ventil (18) den Absteuervorgang beendet und eine Zumeßventileinrichtung (25) einen konstanten von einer weiteren Ladeluftdruckerhöhung unabhängigen Schmierölstrom der Ladeluft beimischt.