DE3935789A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine mit kurbelgehaeuse-ladeluftpumpen - Google Patents
Hubkolben-brennkraftmaschine mit kurbelgehaeuse-ladeluftpumpenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zwei- bzw. Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Drucköl-Schmierung in den Kurbelkam
mern ist es für den Schmierölverbrauch bei der Schmierung des Kolbens im Ver
brennungszylinder und für die thermische Belastung der Kurbelkammern vorteil
haft, insbesondere bei höherer Last, in den Kurbelkammern Unterdruck und eine
gute Entlüftung herzustellen. Ein Unterdruck in den Kurbelkammern bewirkt, daß
das Schmieröl zwischen dem Kolben und der Zylinderwand besser nach unten in die
Ölwanne zurückläuft.
Aus der DE-PS 5 20 263 und JP 55-66 613 (A) sind zwei Brennkraftmschinen mit
Ladeluft-Kolbenpumpen und einem dazugeschalteten Abgas-Turbolader bekannt,
wobei dieser entweder vor oder parallel zu den Ladeluft-Kolbenpumpen geschaltet
werden kann. Diese Brennkraftmaschinen sind mit Kreuzkopfführung der Kolben
stangen ausgestattet, wobei die Kolbenpumpen in der Verlängerung der Achsen der
Verbrennungszylinder bzw. um die gerade geführten Kolbenstangen ausgebildet
sind. Dabei ist auch vorgesehen, die Ladeluft-Förderung der Kolbenpumpen in den
Verbrennungszylindern zu unterbrechen.
In der DE-PS 5 20 263 geschieht das, indem die Abschlußorgane 19 geöffnet werden
und die Ladeluft von dem Kolbenpumpen ins Freie abgelassen wird. In der JP
55-66 613 (A) wird dafür entweder das Einlaßventil 1 der Kolbenpumpen 2 geöff
net oder die aus dem Auslaßventil 4 ausströmende Ladeluft durch die Leitung 27
zum Einlaßventil 1 zurückgeführt. In allen diesen Fällen wird beim Verdrängen
der Ladeluft ins Freie oder in einen Kreislauf ein Überdruck in den Kurbel
kammern erzeugt, insbesondere, da eine direkte, kurze und strömungsgünstige
Verbindung zwischen den einzelnen Kolbenpumpen-Kammern nicht vorhanden ist.
Durch die DE-PA 38 32 013.4-13 ist eine dem Gegenstand der Erfindung sehr
ähnliche Maschine bekannt. Bei dieser Maschine ist der Turbolader wahlweise
entweder vor oder parallel zu den Kurbelgehäuse-Ladeluftpumpen angeschlossen.
Dabei befinden sich die Kurbelkammern in beiden Fällen und bei allen Betriebs
zuständen unter dem Druck der Ladeluft. Dadurch wird, insbesondere bei höherer
Last der Maschine, ein höherer Ölverbrauch bei der Kolbenschmierung im Verbren
nungszylinder und eine höhere thermische Belastung der Kurbelkammern bewirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Zwei- bzw.
Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine den Ölverbrauch bei der Kolbenschmierung
in den Verbrennungszylindern und die thermische Belastung der Kurbelkammern zu
reduzieren, indem bei höherer Last der Maschine in den Kurbelkammern Unterdruck
erzeugt wird.
Diese Aufgabe wird durch die in dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter
ansprüchen.
Die Erfindung in ihren Einzelheiten wird nachfolgend anhand des
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In Fig. 1 ist der Aufbau einer Zweitakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit
Umkehrspülung der Verbrennungszylinder dargestellt, die auch als mehrzylindringe
Maschine betrachtet werden kann. Auf sehr ähnliche Weise kann auch die Aufla
dung einer Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine verwirklicht werden.
Zwischen dem Zylinderblock 1 und dem Deckel 17 des Kurbelgehäuses sind die Kur
belkammern 20 der Verbrennungszylinder 3 und ein für alle Kurbelkammern 20
gemeinsamer Einlaß-Sammelraum 14 ausgebildet. Die Kurbelkammern 20 sind gegen
einander abgedichtet und als Ladeluftpumpen gestaltet, wobei sie jeweils mit
den Ein- und Auslaß-Ventilen 13 bzw. 19 versehen sind. Zwischen dem Einlaß-
Sammelraum 14 und jeder Kurbelkammer 20 ist ein aus zwei Blattfedern bestehen
des Einlaß-Rückschlagventil 13 angeordnet. Unmittelbar an der untersten Stelle
jeder Kurbelkammer 20 und an einem gemeinsamen Auslaßkanal 27 ist jeweils ein
Auslaß-Rückschlagventil 19, bestehend aus zwei Blattfedern, angeordnet. Diese
Blattfedern sind drehbar so angebracht, daß in deren ungespanntem Zustand die
Auslaß-Rückschlagventile 19 offen sind, wobei die Wirkung dieser Ventile und
damit die der Kurbelgehäusepumpen ausgeschaltet ist. Unter den Blattfedern 19
ist eine nockenartige Vorrichtung 16 vorgesehen, die durch Umdrehen in eine
bestimmte Position die Blattfedern spannt, so daß die Auslaß-Rückschlagventile
eingeschaltet werden und daurch auch die Pumpenwirkung der Kurbelgehäusepumpen
einsetzt.
Diese Brennkraftmaschine ist mit einem üblichen Druckölschmiersystem versehen,
das aus einer nicht gezeigten Ölpumpe, einem in die Ölwanne 28 getauchten An
saugfilter 29, einem Hauptversorgungskanal 11 im Zylinderblock 1 und den weite
ren üblichen Ölleitungen besteht. Dabei ist das gesamte Drucköl-Schmiersystem,
einschließlich der Ölwanne 28, und alle Räume der Maschine, in die Schmieröl
gelangen kann, mit dem Druck der in den Kurbelwannen 20 verdichteten Ladeluft
beaufschlagt und entsprechend nach außen voll abgedichtet.
Die Kurbelkammern 20 aller Verbrennungszylinder sind durch den gemeinsamen
Auslaßkanal 27 miteinander und mit der unteren angeordneten gemeinsamen Ölwanne
28 verbunden. In der Ölwanne 28 sind mehrere in das Öl getauchte vertikale
Rippen 33, die eine freie Schwenkbewegung des Ölspiegels vermindern, sowie ein
mehrschichtiges Gitter 30 und zwei ladeluftumlenkende Blechteile 31 und 31.1
über dem Ölspiegel angeordnet. Der freie Raum über dem Ölspiegel in der Ölwanne
ist durch die Leitung 34 mit der Einlaßseite eines durch eine Abgasturbine 9
getriebenen Luftverdichters 9.1 verbunden, dessen Auslaßseite mit einem Ölab
scheider 43 weiter verbunden ist. Der Ölabscheider 43, der gleichzeitig auch
als Ladeluftkühler dient, besteht aus drei parallel angeschlossenen Sektionen
und dazwischen angeordneten luftgekühlten Lamellen 42.
Dabei sind die Schmieröl-Sammelräume 35 der drei Sektionen des Ölabscheiders
durch die Schmieröl-Rücklaufleitung 40 mit dem Sperrventil 21 verbunden. Das
Sperrventil 21 ist direkt an der Ölwanne 28 angebracht und besteht aus einem
Schwimmer 44 in dem Ölraum 41, der über einer Durchlaßöffnung 45 angeordnet
ist, so daß bei ausreichendem Öl im Ölraum 41 die Durchlaßöffnung 45 für den
Rücklauf des in den Sektionen 43 abgeschiedenen Schmieröls in die Ölwanne
freigegeben ist. Wenn das Schmieröl aus dem Ölraum 41 durch den Ladeluftdruck
in die Ölwanne verdrängt wird, fällt der Schwimmer 44 nach unten und schließt
die Durchlaßöffnung 45, so daß die Rückströmung der Ladeluft aus dem Ölabschei
der in der Ölwanne gesperrt ist. Der Auslaß der Ölabscheider ist mit den durch
Walzschieber zusätzlich gesteuerten Einlaßschlitzen der Verbrennungszylinder 3
verbunden. Die Auslässe der Verbrenungszylinder 3 führen hinter dem Walzschie
ber zu der Abgasturbine 9, die den Luftverdichter 9.1 antreibt. Die Einlaßseite
des Luftverdichters 9.1 ist außerdem durch die Luftleitung 23, in der ein
Rückschlagventil 24 angeordnet ist, mit dem Einlaßsammelraum 14 der Einlaß-
Rückschlagventile 13 der Kurbelkammern 20 direkt verbunden.
Diese Maschine arbeitet auf folgende Weise: Bei Anlassen, Leerlauf und niedri
ger Teillast der Maschine sind die Auslaß-Rückschlagventile 19 durch die
Nockenvorrichtung 18 eingeschaltet. Bei der hin- und hergehenden Bewegung des
Kolbens 4 in der Kurbelkammer 20 wird durch das Einlaß-Rückschlagventil 13
Frischluft aus dem Sammelraum 14 angesaugt, dort verdichtet und strömt durch
die Ölwanne 28 und durch den Luftverdichter 9.1 in die Sektionen des Ölabschei
ders 43 und von dort in die Verbrennungszylinder 3 ein. Dabei wird das aus dem
Druckölschmiersystem in die Kurbelkammer 20 gelangende Schmieröl durch die
Ladeluft ebenfalls in die Ölwanne 28 verdrängt. Bei der Strömung der mit
Schmieröl vermischten Ladeluft über das Gitter 30 und bei ihrer Umlenkung durch
die Umlenkbleche 31, 31.1 wird ein großer Teil des in der Ladeluft enthalte
nen Schmieröls von der Ladeluft abgeschieden und kehrt in den Ölsumpf zurück.
Die verdichtete Ladeluft hat jedoch eine höhere Temperatur und enthält weiter
hin eine wesentliche Menge von feinzerstäubtem Öl und Öldampf. Die vorver
dichtete Ladeluft läuft durch den abgasgetriebenen Luftverdichter 9.1 in den
Ölabscheider 43, wobei in den parallel angeschlossenen Sektionen 43 des Ölab
scheiders die Ladeluft gekühlt und der Öldampf kondensiert wird.
Unter der Einwirkung der Träghets- und Schwerkräfte bei der mehrmaligen Umlen
kung der Ladeluftströmung kehrt das abgeschiedene Schmieröl in die Ölräume 35
des Ölabscheiders und schließlich durch die Rohrleitung 40 in den Ölraum 44 des
Sperrventils und durch dieses unterhalb des Ölspiegels in die Ölwanne 28 zu
rück. Aus dem Ölabscheider 43 tritt die Ladeluft, nahezu ohne Schmieröl zu
enthalten, durch den Einlaß-Walzschieber 46 in den Verbrennungszylinder 3 ein.
Die aus den Verbrennungszylindern 3 ausströmenden Abgase treiben die Turbine 9
an, die ihrerseits den Luftverdichter 9.1 antreibt. Bei höherer Teillast erzeugt
der abgasgetriebene Verdichter 9.1 ausreichend Luft für die Spülung und Aufla
dung der Verbrennungszylinder 3. Dabei saugt der Luftverdichter 9.1 die frische
Luft aus den Kurbelkammern 20 an, wobei in diesen ein Unterdruck erzeugt wird.
Bei Vollast kann der Luftverdichter 9.1 die frische Luft direkt vom Einlaß-
Sammelraum 14 durch die Leitung 23 und das Rückschlagventil 24 aussaugen. Bei
diesem Betriebszustand können die Blattfedern des Auslaß-Rückschlagventils 19
der Kurbelkammern 20 durch die nockenartigen Vorrichtungen 18 entspannt werden,
wobei die Auslaß-Rückschlagventile 19 und damit die Wirkung der Kurbelkammer-
Pumpen ausgeschaltet werden, so daß in den Kurbelkammern 20 ein ständiger
Unterdruck aufrechterhalten wird. Der Unterdruck in den Kurbelkammern 20
bewirkt, daß das Schmieröl an den Wänden der Verbrennungszylinder 3 leichter
nach unten in die Ölwanne 28 ausläuft, so daß der Ölverbrauch bei der Schmie
rung der Kolben 4 in den Verbrennungszylindern 3 reduziert wird, und die Kurbel
kammern 20 dabei gut entlüftet werden, was ihre thermische Belastung reduziert.
Claims (4)
1. Zwei- oder Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Vorverdichtung der
Ladeluft in den mit gesteuertem Ein- und Auslaß ausgestatteten Kurbelkammern
durch die Unterseiten der Arbeitskolben und mit einem an den Ölsumpf in einer
Ölwanne angeschlossenen Druckölschmiersystem, wobei unmittelbar an jeder Kur
belkammer und im Bereich ihrer untersten Stelle mindestens ein Auslaßventil für
Ladeluft und Schmieröl über einer gemeinsamen Ölwanne des Druckölschmiersystems
angeordnet ist, so daß durch dieses Auslaßventil das gesamte in die Kurbelkam
mern gelangende Schmieröl von der ausströmenden Ladeluft in die Ölwanne ver
drängt wird, wobei alle Räume der Brennkraftmaschine, in die Schmieröl von dem
Druckölschmiersystem gelangen kann, einschließlich des Ventiltreibgehäuses, mit
dem Druck der Ladeluft beaufschlagt und entsprechend nach außen voll abgedich
tet sind, und daß zwischen dem gemeinsamen Ladeluftraum über dem Ölspiegel in
der Ölwanne und den gesteuerten Einlaßöffnungen der Brennräume ein Ölabscheider
angeordnet ist, der durch Ölkondensation und die Einwirkung der Trägheits- und
Schwerkräfte des Schmieröls bei der Umlenkung der Ladeluftströmung das in der
Ladeluft enthaltene Schmieröl abscheidet und in die Ölwanne zurückführt,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein abgasgetriebener Luftverdichter
(9.1) zwischen den Kurbelgehäuse-Ladeluftpumpen (20) und dem Ölabscheider (43)
angeschlossen ist, so daß der Luftverdichter (9.1) zumindest teilweise frische
Luft durch die Kurbelkammern (20) hindurch ansaugt.
2. Zwei- oder Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß an der Schmieröl-Rücklaufleitung (40) zwischen dem
Ölabscheider (43) und der Ölwanne (28) ein die Ladeluft-Rückströmung verhin
erndes Sperrventil (21) vorgesehen ist, das gleichzeitig den Rücklauf des
Schmieröls vom Ölabscheider (43) in die Ölwanne (28) ermöglicht.
3. Zwei- oder Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sperrventil (21) durch einen über einer
Durchlaßöffnung
(45) angeordneten Schwimmer (44) ausgebildet ist, wobei die Durchlaßöffnung
(45) bei ausreichender Schmierölfüllung des Schwimmer-Ölraums (41) geöffnet und
bei ausgelaufenem Öl geschlossen ist.
4. Zwei- oder Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Einlaßseite des Turboladers (9.1) noch eine
zweite, direkt vom Luftfilter kommende Einlaßleitung (23) mit einem Rückschlag
ventil (24) vorgesehen ist.
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