DE4446478C2 - Schmiersystem für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmiersystem für die Zylinderlaufbahnen eines Verbrennungsmotors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Zweitaktmotoren werden häufig mit einem Frischgasgemisch be­ trieben, dem eine gewisse Ölmenge zugesetzt ist, die zur Schmierung der Zylinderlaufbahnen dient. Um eine ausreichende Schmierung dieser Zylinderlaufbahnen zu erzielen, ist eine Ölbeifügung zum Kraftstoff im Verhältnis von etwa 1 : 40 er­ forderlich, was zu einer entsprechenden Verbrennung der Öl­ bestandteile führt, die im Hinblick auf heutige Abgasnormen nicht mehr tragbar ist.

Auch bei Viertaktmotoren wird eine erhebliche Ölmenge, die trotz der Verwendung von Kolbenringen mit engem Spiel und/oder von Ölabstreifringen an den Zylinderlaufbahnen verbleibt, ver­ brannt, wodurch ebenfalls Probleme hinsichtlich der Abgasnormen entstehen.

Aus der DE-OS 42 05 663 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, in dem die Ölschmierung des Kolbens durch eine Einspritzdüse er­ folgt, wobei das Öl über einen Ölablaufkanal zurück ins Kurbel­ gehäuse läuft. Von dort wird es wieder aktiv zur Einspritzdüse gefördert.

Weiterhin ist aus der DE-PS 3 68 702 ein Schmiersystem bekannt, in dem Öl in den Kolben angesaugt wird, wobei der Zeitpunkt des Ansaugens des Schmiermittels in die Ringnut durch die Aus­ richtung einer Schmiermitteleinlaßöffnung mit einer Öffnung in der Kolbenschürze gesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmiersystem der der eingangs genannten Art für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, das eine wesentliche Reduzierung der Verbrennung von Ölbestandteilen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verbrennungsmotors muß dieser nicht in wenig genau kontrollierter Weise durch aus dem Kurbelwellengehäuse auf die Zylinderlaufbahn gespritzte Schmiermittelmengen oder mit einem Benzin-Öl-Gemisch geschmiert werden, sondern die Zylinderlaufbahnen werden durch einen Öl­ nebel geschmiert, der in einen unterhalb des Kolbens, d. h. auf einer von dem Verbrennungsraum abgewandten Seite des Kolbens liegenden weiteren Zylinderraum über Steuerschlitze in der Zylinderwand angesaugt wird. Während des Arbeitshubes streifen die Kolbenringe und/oder Ölabstreifringe den Ölfilm von der Zylinderlaufbahn ab, wobei in den Steuerschlitzen ein Unter­ druck erzeugt wird, der die so abgestreifte Ölmenge über zwi­ schen den Kolben- und/oder Ölabstreifringen liegende Strömungs­ kanäle, den Innenraum des Kolbens und weitere Strömungskanäle zwischen diesem Innenraum und dem Außenumfang der Kolbenschürze absaugt. Durch die gezielte Zuführung des Ölnebels und die Ab­ saugung überschüssiger Ölmengen wird eine optimale Schmierung der Zylinderlaufbahnen erzielt, ohne daß überschüssige Ölmengen mit verbrannt werden, so daß sich ein optimales Abgasverhalten ergibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematisch Darstellung einer ersten Ausführungsform des Verbrennungsmotors mit einer Aus­ führungsform des Schmiersystems,

Fig. 2 eine vereinfachte Ansicht einer Ausführungsform eines Kolbens des Verbrennungsmotors nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III nach Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrößerte Einzelheit des Kolbens nach Fig. 2,

Fig. 5 eine Ausführungsform eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor mit Kurbelwelle.

Obwohl eine Ausführungsform des Schmiersystems nachfolgend unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform eines Verbrennungsmotors beschrieben wird, ist zu erkennen, daß der Grundgedanke dieses Schmiersystems auf beliebige Kolbenmaschinen anwendbar ist.

In Fig. 1 ist vereinfacht eine Ausführungsform eines Verbren­ nungsmotors gezeigt, dessen Grundprinzip in der DE 30 29 287 C2 sowie in der DE 43 37 668 A1 und der DE 43 37 670 A1 des glei­ chen Anmelders beschrieben ist. Bei dieser Ausführungsform ist in einer gemeinsamen Zylinderanordnung 1 ein erster Laderzylin­ derabschnitt 4 ausgebildet, an dessen beiden axialen Enden Arbeitszylinderabschnitte 11, 21 ausgebildet sind, wobei die einzelnen Zylinderabschnitte 11, 4 und 4, 21 durch jeweilige sich quer zur Zylinderachse erstreckende Trennwände 16 bzw. 26 voneinander getrennt sind.

In dem Laderzylinderabschnitt 4 ist ein Laderkolben 3 axial verschiebbar beweglich angeordnet, der über eine gemeinsame Kolbenstange 2 mit in dem jeweiligen Arbeitszylinderabschnitten 11, 21 hin- und herbeweglichen Arbeitskolben 10, 20 starr ver­ bunden ist, wobei die Kolbenstange unter Abdichtung durch die Trennwände 16, 26 hindurchgeführt ist. Die Arbeitskolben 10, 20 unterteilen ihre jeweiligen Arbeitszylinderabschnitte 11, 21 in jeweilige Verbrennungsräume 12, 22 und weitere Zylinderräume 15, 25, die "unterhalb" der jeweiligen Arbeitskolben 10, 20 liegen, d. h. auf der von den Verbrennungsräumen 12, 22 abgewandten Seite dieser Kolben.

Wie dies aus den Fig. 2 bis 4 zu erkennen ist, weisen die Kolben 10, 20 im Bereich eines ersten axialen Endes, das dem Verbren­ nungsraum zugewandt ist, Kolbenringe und/oder Ölabstreifringe 28 auf, zwischen denen jeweilige Strömungskanäle 63 angeordnet sind, die vom Außenumfang des jeweiligen Kolbens zu dessen Innenraum 62 hin führen, der im Inneren des Kolbens abgeschlos­ sen ist. Wie dies aus den Fig. 2 und 4 zu erkennen ist, können weitere Strömungskanäle 64 unterhalb der Kolben- und/oder Öl­ abstreifringe den Außenumfang des Kolbens mit dessen Innenraum 62 verbinden.

Benachbart zu dem von den Kolben- und/oder Ölabstreifringen 28 abgewandten zweiten axialen Ende des Kolbens 10, 20 sind weitere Strömungskanäle (65) ausgebildet, die den Innenraum 62 des Kolbens mit dessen Außenumfang im Bereich der 'Kolbenschürze' verbinden.

Die weiteren Zylinderräume 15, 25 sind über mindestens einen Überströmkanal 50 und mit dessen Enden verbundene Steuerschlitze 13 bzw. 23 miteinander verbunden, die in die weiteren Zylinder­ räume 15, 25 münden. In den Überströmkanal (50) mündet der Aus­ gang eines Schmiermittelzerstäubers, beispielsweise eines Öl­ zerstäubers. Die Steuerschlitze 13, 23 sind an einer derartigen Stelle in der Wand der Arbeitszylinderabschnitte 11, 21 angeord­ net, daß sie nach einem gewissen Anfangs-Arbeitshub 10, 20 durch diese verschlossen werden, beispielsweise etwa in der Mitte dieses Arbeitshubes. Diese Steuerschlitze 13, 23 sind jedoch vorzugsweise an einer derartigen Stelle angeordnet, daß sie von den Kolben und/oder Ölabstreifringen 28 nicht überstrichen werden.

In die Trennwände 16, 26 münden Rückführkanäle 14, 24, deren freie Enden mit den axialen Enden eines Reglerzylinders 30 verbunden sind, in dem ein Reglerkolben 33 axial verschiebbar ist. In die Umfangswand des Reglerzylinders 30 münden weiterhin zwei Auslaßkanäle 31, die zu einem Schmiermittelvorrat führen und jeweils benachbart zu den axialen Enden dieses Reglerzylin­ ders 30 derart angeordnet sind, so daß sie von dem Reglerkolben 33 verschlossen werden können, wenn dieser die benachbarte Rückführungsleitung 14, 24 verschließt.

Die Betriebsweise dieser Ausführungsform des Schmiersystems ist wie folgt:

Ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Kolbenstellung des Ver­ brennungsmotors wird in dem Brennraum 12 eine Zündung hervor­ gerufen, wodurch der Arbeitskolben 10 in Fig. 1 nach rechts bewegt wird. Gleichzeitig bewegt sich der Arbeitskolben 20 in dem Arbeitszylinder-Abschnitt 21 ebenfalls nach rechts, so daß in dem weiteren Zylinderraum 25 ein Unterdruck hervorgerufen wird, der über den Rückführungskanal 24 eine Bewegung des Reglerkolbens 33 in dem Reglerzylinder 30 nach rechts hervor­ ruft, wobei der Rückführungskanal 24 bei Erreichen der rechten Endstellung des Reglerkolbens diesen Rückführungskanal 24 ver­ schließt.

Bei dieser Bewegung des Arbeitskolbens 10 wird in dem weiteren Zylinderraum 15 befindlicher Schmiernebel über den Rückfüh­ rungskanal 14 und die dann offene Auslaßleitung 31 des Regler­ zylinders ausgestoßen und in den Schmiermittelvorrat zurückge­ führt.

Während der Weiterbewegung der Arbeitskolben 10, 20 wird schließlich der Steuerschlitz 13 verschlossen, während der Steuerschlitz 23 vollständig freigegeben wird, worauf der in dem weiteren Zylinderraum 25 entstandene Unterdruck Ölnebel von dem Schmiermittelzerstäuber 17 über den Überströmkanal 50 ansaugen kann.

Während dieser gesamten Bewegung des Kolbens 10 streifen dessen Kolben- bzw. Ölabstreifringe 28 Öl von den Zylinderlaufbahnen ab, wobei dieses Öl über die Strömungskanäle 63 bzw. 64 gemäß Fig. 4 in den Innenraum 62 des Kolbens gelangt, der schließlich über die weiteren Strömungskanäle 65 mit den Steuerschlitzen 13 in Verbindung kommt, in denen aufgrund der Bewegung des Kolbens 20 nach rechts über die Überströmleitung 50 ein Unter­ druck erzeugt wurde, so daß das in den Innenraum 62 des Kolbens gelangte sowie auch auf der Zylinderlaufbahn befindliches Öl abgesaugt wird.

Am Ende des Arbeitshubes in dem Verbrennungsraum 12 ist das in den Verbrennungsraum 22 vorher eingesaugte Gemisch entsprechend verdichtet und wird nunmehr gezündet, worauf sich die Bewegung der Kolben 10, 20 umkehrt, wobei auch der Reglerkolben 33 so verschoben wird, daß er nunmehr die Öffnung des Rückführkanals 24 freigibt und die Öffnung des Rückführkanals 14 verschließt. Die Vorgänge des Aus­ stoßens von überschüssigem Schmiermittelnebel und des Ansaugens von neuem Schmiermittel kehren sich dann um.

Der Laderkolben 3 dient in Verbindung mit nicht gezeigten Ansaug- und Überströmkanälen dazu, ein Frischgasgemisch anzu­ saugen, vorzuverdichten und in die jeweiligen Verbrennungsräume 12, 22 während der Verdichtungshübe der jeweiligen Kolben abzu­ geben. Diese Einzelheiten bilden keinen Gegenstand der vorlie­ genden Erfindung, so daß sie hier nicht näher erläutert werden.

Die Steuerschlitze 13 können in am Innenumfang der jeweiligen weiteren Zylinderräume 15, 25 ausgebildete Ringnuten münden, so daß die Wirkung des Unterdruckes über den gesamten Innenumfang der Zylinderabschnitte gleichmäßig verteilt wird. Entsprechend können auch die weiteren Strömungskanäle 65 in in Fig. 2 ge­ zeigte Umfangsnuten 66 münden.

Obwohl im vorstehenden über eine spezielle Konstruktion des Verbrennungsmotors Bezug genommen wurde, ist es verständlich, daß die Art der Zuführung eines Schmiermittelnebels und die Beseitigung überschüssigen Schmiermittels aus den Zylinderräumen auch bei anderen Verbrennungsmotoren Anwendung finden kann.

So ist beispielsweise in Fig. 5 die Konstruktion eines Kolbens 70 für einen Verbrennungsmotor mit Kurbelwelle gezeigt, bei dem der Kolben über einen Kolbenbolzen 71 und eine weggebrochen dargestellte Pleuelstange 72 mit der Kurbelwelle verbunden ist. Auch dieser Kolben 70 weist Strömungskanäle 63, weitere Strö­ mungskanäle 65 und einen Innenraum 62 in dem Kolben auf, die den mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichneten Teilen der Fig. 2 entsprechen. Im Gegensatz zu dem Kolben nach Fig. 2 ist jedoch das von dem Verbrennungsraum abgewandte axiale Ende des Kolbens nicht durch eine Wand 67 verschlossen, sondern es ver­ bleibt ein Hohlraum 73 in dem Kolben, der die Schwenkbewegung der Pleuelstange ermöglicht.

Claims (5)

1. Schmiersystem für die Zylinderlaufbahnen eines Verbren­ nungsmotors, wobei in dem Zylinder ein Kolben auf- und abbe­ weglich ist, der zumindestens zwei Kolben- und/oder Ölabstreif­ ringe aufweist, die in der Nähe des brennraumseitigen ersten axialen Endes des Kolbens angeordnet sind, wobei auf der von dem Brennraum abgewandten Seite des Kolbens in dem Zylinder ein druckbeaufschlagter weiterer Zylinderraum gebildet ist und Einrichtungen zur Abführung überflüssigen Schmieröls vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiersystem einen Schmier­ mittelzerstäuber (17) aufweist, daß der von dem Schmiermittel­ zerstäuber (17) in einem zu dem weiteren Zylinderraum führender Strömungskanal erzeugte Schmiermittelnebel während eines Ver­ dichtungshubes des Kolbens (10) durch den in dem abgeschlossenen weiteren Zylinderraum (15, 25) entstehenden Unterdruck über Steuerschlitze (13) in der Zylinderwand in diesen weiteren Zylinderraum angesaugt wird, und daß überschüssiger Schmier­ mittelnebel während des Arbeitshubes des Kolbens aus dem weiteren Zylinderraum (15, 25) über eine weitere Öffnung (14, 24) zu einem Schmiermittelvorratsraum ausgestoßen wird.

2. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zumindestens zwei Kolben- und/oder Ölabstreifringen (28) des Kolbens (10, 20) Strömungskanäle (63, 64) angeordnet sind, die von dem Außenum­ fang des Kolbens in einen abgeschlossenen Innenraum (62) des Kolbens (10, 20) münden, daß der Innenraum über weitere Strö­ mungskanäle (65) an dem von dem Verbrennungsraum (12) abge­ wandten zweiten axialen Ende des Kolbens (10, 20) mit dem Außen­ umfang des Kolbens in Verbindung steht, und daß die weiteren Strömungskanäle (65) während des Arbeitshubes des Kolbens mit den Steuerschlitzen (13) in der Zylinderwand ausgerichtet wer­ den, in denen zu diesem Zeitpunkt ein Unterdruck erzeugt wird, der von den Kolben- und/oder Ölabstreifringen abgestreiftes Schmiermittel über die Strömungskanäle (63, 64), den Innenraum (62) des Kolbens und die weiteren Strömungskanäle (65) absaugt.

3. Schmiersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Steuerschlitzen (13) in Umfangsrichtung der weiteren Zylinderräume (15, 25) ausgebildet ist, und daß die weiteren Strömungskanäle (65) in den Kolben (10, 20) in Umfangsnuten (66) münden, die in der Umfangswand des Kolbens angeordnet sind.

4. Schmiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Steuerschlitze (13) in in der Innenwand der weiteren Zylinderräume (15, 25) ange­ ordneten Nuten münden, und daß die Bewegung der Kolben- und/oder Ölabstreifringe (28) am Arbeitshub der Kolben (10, 20) vor diesen Ringnuten endet.

5. Verwendung eines Schmiersystems nach einem der Ansprüche 1-4 für einen Verbrennungsmotor nach dem Zweitaktprinzip, der eine Zylinderanordnung aufweist, die durch zwei quer zur Axialrichtung der Zylinderanordnung ausgerichtete Trennwände (16, 26) in zwei Arbeitszylinderabschnitte (11, 21) und einen zwischen diesen Arbeitszylinderabschnitten angeordneten Laderzylinderabschnitt (4) unterteilt ist, wobei in der Zylinderanordnung (1) zwei auf jeweiligen axialen Seiten eines Laderkolbens (3) angeordnete Arbeitskolben (10, 20) angeordnet sind, wobei alle Kolben über eine gemeinsame Kolbenstange miteinander verbunden sind, die unter Abdichtung durch die Trennwände (16, 26) hindurchgeführt ist, so daß sich die beiden Arbeitskolben (10, 20) und der Laderkolben (3) gleichsinnig in der Zylinderanordnung (1) hin- und herbewegen, und wobei auf den axialen Außenseiten der Arbeitskolben (10, 20) in den Arbeitszylinderabschnitten (11, 21) jeweilige Brennräume (12, 22) ausgebildet sind, während auf den axialen Innenseiten der Arbeitskolben (10, 20) jeweilige weitere Zylinderräume (15, 25) ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Zylinderräume (15, 25) über einen Überstromkanal (50) und die in der Zylinderwand der Arbeitszylinderabschnitte (11, 21) angeordneten Steuerschlitze (13, 23) miteinander verbunden sind, wobei die Steuerschlitze (13, 23) an einer derartigen Stelle angeordnet sind, daß sie durch die jeweiligen Arbeitskolben (10, 20) während deren Ar­ beitshub etwa in der Mitte des Arbeitshubweges verschlossen wer­ den, daß in den Trennwänden (16, 26) zu den jeweiligen weiteren Zylinderräumen (15, 25) hin offene Rückführungskanäle (14, 24) angeordnet sind, die an dem von den weiteren Zylinderräumen ab­ gewandten Enden mit jeweiligen axialen Enden eines Regelzylin­ ders (30) verbunden sind, in dem ein Reglerkolben axial ver­ schiebbar derart angeordnet ist, daß er in jeweiligen Endlagen den einen oder den anderen Rückführungskanal (14, 24) ver­ schließen kann, daß der Innenraum des Reglerzylinders über benachbart zu seinen axialen Enden angeordnete Kanäle (31) mit einem Schmiermittelvorratsbehälter verbunden ist, wobei die weiteren Kanäle bei Freigabe eines Rückführungskanals (14, 24) durch den Reglerkolben mit diesem weiteren Kanal (31) verbunden werden, und daß der Reglerkolben durch den in den jeweiligen weiteren Zylinderräumen (15, 25) bei einem jeweiligen Verdich­ tungshub des zugehörigen Arbeitskolbens (10, 20) entstehende Unterdruck über die Rückführungskanäle (14, 24) hin- und herbe­ wegt wird.