DE69309353T2

DE69309353T2 - Schmierungsanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69309353T2
Application number: DE69309353T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Ito; Makoto Kosugi; Kohsei Maebashi; Hidenori Suhara
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2013-06-30
Also published as: EP0577081B1; DE69309353D1; US5526783A; EP0577081A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schmiersystem für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schmiersystem für eine Zweitaktmaschine.
Einige Zweitaktmaschinen verwenden ein Schmierölzuführsystem eines Direktschmiertyps, nämlich eines, das direkt und intermittierend Schmieröl versprüht und den zu schmierenden Maschinenbereichen, wie z.B. Kolbengleitflächen, Kurbeiwellenlagerzapfen, zuführt. In solchen Systemen wird die Schmierölmenge durch die Ölzuführmenge pro Arbeitszyklus der Schmierölzuführausrüstung (Ölpumpe) und das Ölzuführintervall derselben ermittelt. Üblicherweise ist die Ölschmiermenge auf einen größeren Wert festgelegt, wenn die Maschinenlast ansteigt und das Ölförderintervall wird auf einen kürzeren Wert festgelegt, wenn die Maschinendrehzahl ansteigt. Dieses Verfahren ist jedoch dahingehend schadhaft, daß weißer Rauch in dem Hochlast- /Niedrigdrehzahl-Maschinenbetriebsbereich erzeugt wird, wo eine größere Schmierölmenge zugeführt wird und das Ölförderintervall lang ist. Andererseits erfordert eine Verkleinerung der Ölmenge, die pro Zyklus zugeführt, wird, um dieses Problem zu lösen, daß das Ölförderintervall extrem verkürzt wird, um die notwendige Schmierölmenge in dem Hochlast-/Hochdrehzahl- Maschinenbetriebsbereich abzusichern, was Schwierigkeiten für die Steuerstrategie und für die Schmierölzuführausrüstung, dieser zu folgen, mit sich bringt.
Hinsichtlich der oben angegebenen Probleme ist es schon aus der japanischen Patentanmeldung Hei 2-204608 der Anmelderin bekannt, ein Schmiersystem zu verwenden, wo die Ölfördermenge pro Zyklus auf ihren Minimalwert festgesetzt wird, wobei das Ölzuführintervall in dem normalen Maschinenbetriebsbereich variabel gestaltet ist, währenddessen das Ölförderintervall auf seinen Minimalwert feststehend gehalten wird und die Ölzuführmenge in dem Hochlast-/Hochdrehzahl-Maschinenbetriebsbereich variabel gestaltet ist. Wenn jedoch die Motorbetriebszustände sich zwischen aufeinanderfolgenden Zuführvorgängen von Schmieröl ändern, wird die zugeführte Schmierölmenge übermäßig oder ungenügend sein, da das Schmierölzuführsystem nicht schnell Änderungen der Maschinenbetriebszustände folgen kann.
Aus der GB-A-2 198 191 ist ein Schmiersystem für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, wobei ein zeitlicher Mittelwert des Schmierstoffsbedarfs berechnet wird, um die Häufigkeit der Pumpenzyklen zu ermitteln. Eine weitere Verbesserung einer solchen auf einem zeitlichen Mittelwert basierenden Steuerung der Schmierstoffpumpe ist wünschenswert, um das Ansprechen des Schmiersystems auf sich schnell ändernde Maschinenbetriebszustände zu verbessern.
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schmierölzuführsystem zu schaffen, was in der Lage ist, Schmieröl in einer geeigneten Menge für jeden Maschinenbetriebszustand zuzuführen, auch wenn die Maschinenbetriebszustände sich augenblicklich ändern, um so eine geeignete Schmierölmenge unverzögert in Abhängigkeit von sich ändernden Maschinenbetriebszuständen zuzuführen. Darüber hinaus kann durch Schaffung eines Schmiersystems, welches ermöglicht, unverzüglich einen unterschiedlichen Schmiermittelbedarf in Abhängigkeit von sich ändernden Maschinenbetriebszuständen zu berücksichtigen, die Erzeugung von weißem Rauch, der aus dem Auspuffrohr ausströmt, vermindert oder verhindert werden, wodurch gleichzeitig der Verbrauch von Schmieröl, insbesondere für Zweitaktmaschinen, vermindert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ölzuführsteuervorrichtung so ausgebildet, daß die Schmierausrüstung betrieben wird, wenn zusätzliche Schmierölmengen von der Berechnungs und Addiervorrichtung einer vorbestimmten Zuführmenge der Schmierausrüstung entsprecht, wie z.B. impulsmotorgesteuerte Ölpumpen pro Betriebszyklus der Ausrüstung.
Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Zuführsteuervorrichtung so ausgebildet, daß die Schmierausrüstung betrieben wird, wenn ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer abgelaufenen Zeit vom Start, dem Ende oder der Mitte einer vorausgehenden Ölförderperiode repräsentiert und die zusätzliche Schmierölmenge von der Berechnungsvorrichtung eine vorbestimmte Öl- bzw. Schmiergrenzlinie eines Steuerkennfeldes erreicht, welches einen lastund/oder drehzahlabhängigen Steuerbereich definiert basierend auf der Beziehung zwischen einer Ölzuführmenge und einem Ölzuführintervall der Schmierausrüstung.
Andere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Durch das Schmierölzuführsystem gemäß der vorliegenden Erfindung findet, während die augenblickliche Änderung des Schmierölverbrauchs hinsichtlich der Maschinendrehzahl und der begrenzten berechneten Einheiten des geänderten Ölverbrauchs pro Maschinenumdrehung addiert und aufsummiert werden, eine nächste Zuführung von Schmieröl, bevorzugterweise durch das direkte Schmiersystem, das direkt die zu schmierenden Punkte der Maschine bedient, statt, wenn eine Gesamtmenge der summierten berechneten Verbrauchsmengen die Ölfördermenge pro Betriebszyklus der jeweiligen Ölzuführausrüstung, wie z.B. eine oder mehrere Ölpumpen, erreicht.
Alternativ kann als eine andere Triggerungsfunktion zum Bestimmen der nächsten Schmierölzuführung die Beziehung zwischen der abgelaufenen Zeit von der vorausgegangenen Schmierölförderung und der summierten berechneten Schmierölmengen verwendet werden, nämlich, wenn die Beziehung oder der Graph eine vorbestimmte Öl- bzw. Schmiergrenzlinie eines Steuerkennfeldes erreicht, welches sich wiederum in Abhängigkeit von den Maschinenlast- und/oder Drehzahlzuständen ändern kann. Auf diese Weise kann eine geeignete Schmierölmenge in allen Betriebszuständen ohne Überschuß oder Mangel zugeführt werden, und der Schmierölverbrauch durch die Maschine kann vermindert werden. Bevorzugterweise kann das System für Zweitaktmaschinen in einer Direktschmierart verwendet werden.
Durch Direktschmierung wird Schmieröl in einer erforderlichen Menge, die wie oben angegeben berechnet wurde, mit einer hohen Genauigkeit sicher den Maschinenbereichen und zu schmierenden Punkten ohne Verlust zugeführt, was dazu beiträgt, die erforderliche Schmierölmenge auf ein Minimum zu vermindern. Obwohl nicht alle Auswirkungen des Schmiersystems gemäß der vorliegenden Erfindung optimal im Falle, daß die Erfindung auf ein indirektes Schmiersystem angewendet wird, ausgeführt werden können, ist ein solches System nicht davon ausgeschlossen, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung näher mittels verschiedener Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schmiersystems für eine Zweitaktmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 2 ein Flußplan eines Ölzuführsteuerprogramms gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figuren 3a, 3b Diagramme zum Beschreiben der Schmierzeitpunkte (Ölzeit) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind,
Figur 4 ein Flußplan einer Steuerroutine zum Zuführen von Schmieröl gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 5 ein Diagramm einer abgelaufenen Zeit in Abhängigkeit von charakteristischen Ölzuführmengen der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die die Öl- bzw. Schmiergrenzlinien eines Steuerkennfeldes zeigt, wobei
Figur 5b ein Steuerkennfeld mit charakteristischen Graphen in Form der abgelaufenen Zeit in Abhängigkeit von der Ölzuführmenge für den Niedriglast-/Niedrigdrehzahlbereich gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 6 ein charakteristisches Diagramm ist, das ähnlich zu dem von Fig. 5a, hinsichtlich des Ölzuführintervalls (Intervall zwischen zwei Schmiervorgängen) und die Ölzuführmenge für die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 6a ein charakteristisches Diagramm gemäß eines Steuerkennfeldes ähnlich zu Fig. 5a jedoch für den Hochlast-/Hochdrehzahlbereich des Motors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 6b ein charakteristisches Diagramm ähnlich zu dem von Fig. 5b für den Hochlast-/Hochdrehzahlbereich der Maschine ist,
Figur 7 ein detaillierter Flußplan einer Steuerroutine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 8 ein anderer detaillierter Flußplan der Steuerroutine der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 9 ein Blockdiagramm der Schaltungen der Steuervorrichtung ist, die dazu angepaßt ist, in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden,
Figur 10 ein Diagramm entsprechend zu Fig. 5 (Niedriglast- /Niedrigdrehzahlbereich) ist, wobei
Figur 10a die Art des Summierens der berechneten Schmierölmengen pro Maschinendrehzahl und die Zeitpunkte des Schmierens entsprechend Fig. 5a zeigt,
Figur 10b ein Diagramm der Ausführungsform von Fig. 10a entsprechend zu Fig. 5b ist,
Figur 11 ein Diagramm ist, das Fig. 6 (Hochlast-/Hochdrehzahlbereich) entspricht, wobei
Figur 11a ein Diagramm ist, das das Aufsummieren der berechneten Schmierölmengen pro Maschinenumdrehung und die Schmierzeitpunkte entsprechend Fig. 6a zeigt,
Figur 11b ein Diagramm der Ausführungsform von Fig. 11a ist, das Fig. 6b entspricht, und
Figur 12 ein charakteristischer Graph hinsichtlich einer abgelaufenen Zeit in Abhängigkeit von den Ölzuführmengendiagramm einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die sich auf zugehörige Zeichnungen der Fig. 1 bis 3 bezieht und ein Schmierölzuführsystem für eine Zweitaktdieselmaschine wiedergibt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Dreizylinder-Zweitakt-Dieselmaschine, die aufgebaut ist durch Aufschichten und Befestigen eines Zylinderblocks 3 und eines Zylinderkopfes 4 auf einem Kurbelgehäuse 2, durch Verbinden von Kolben 5, die in dem Zylinderblock 3 angeordnet sind, mit einer Kurbelwelle 7, die in dem Kurbelgehäuse 2 durch jeweilige Pleuelstangen 6 angeordnet sind und durch Anordnen eines Kraftstoffeinspritzventils 8 für jeden Zylinder durch den Zylinderkopf 4 hindurch. Ein Ende der Kurbelwelle 7 ist mit einem Getriebe 10 über eine Kupplung 9 verbunden. Zum Nachweisen der Maschinendrehzahl (U/min) ist ein Maschinendrehzahlsensor 11 vorgesehen.
Die Maschine 1 ist mit einem Schmiersystem 12 vorgesehen, um die Maschine direkt mit Schmieröl mittels einer Schmierölzuführausrüstung und einer Steuereinheit 14 zu schmieren. Die Schmierölzuführausrüstung 13 umfaßt erste und zweite Schmierölpumpen 15, 16 des Verteilertyps, deren Saugseite mit einem Schmierölbehälter 17 durch einen Einführungsdurchgang 20 verbunden sind, wobei die Förderseite der ersten Schmierölpumpe 15 mit den drei Zapfenlagerbereichen der Kurbelwelle 7 über drei erste Zuführdurchgänge 18 und die Förderseite der zweiten Schmierölpumpe 16 mit drei Kolbengleitflächen über drei zweite Zuführdurchgänge 19 verbunden sind. Darüber hinaus wird ein Teil des Öls, der über das direkte Schmiersystem zu den Zapfenlagerbereichen, wie oben erwähnt, zugeführt wird, zu den großen Endbereichen der Pleuelstangen 6 über die Kurbelwelle geführt, und ein Teil des zu den Kolbengleitflächen zugeführte Öl wird nebelig gesprüht und wird zu den kleinen Endbereichen der Pleuelstangen 6 geführt.
Die ersten und zweiten Schmierölpumpen 15, 16 werden durch jeweilige Impulsmotoren unabhängig von der Drehung der Maschine angetrieben. Obwohl die Fördermengen, d.h. die Ölzuführmengen pro Zyklus und die Förderzeitintervalle dieser Ölpumpen 15, 16 variabel sind, ist in dieser Ausführungsform die Fördermenge (Zuführmenge) pro Betriebszyklus jeweils auf Pq und Pr festgelegt. Die Förderzeitintervalle Tq und Tr, d.h. die Perioden, in der eine Zuführung des Schmieröls nicht stattfindet, kann durch ein Verfahren variiert werden, wie es nachstehend beschrieben wird.
Die Steuereinheit 14 umfaßt eine Schmierölverbrauchsberechnungsvorrichtung 14a, eine Addiervorrichtung 14b, die die berechneten Schmierölmengen pro Maschinenumdrehung berechnet und eine Ölsteuervorrichtung 14c zum Steuern der Schmierölzuführausrüstung 13. Die Ölverbrauchsberechnungsvorrichtung 14a setzt voraus und berechnet eine Schmierölmenge q, die in dieser Anmeldung auch als "Einheitsbedarf (unit requirement)" bezeichnet wird, welches die Menge ist, die auf der Kurbelwellenzapfenseite pro Maschinenumdrehung unter den momentanen Maschinenbetriebszuständen erforderlich ist und eine Schmierölmenge r (in dem System dieser Anmeldung wiederum als "Einheitsbedarf" bezeichnet), die auf der Kolbengleitflächenseite pro Maschinen-drehung erforderlich ist, auf der Basis der laufenden Maschinenbetriebszustände, wie sie durch ein Maschinendrehzahlsignal a von dem Maschinendrehzahlsensor 11 und ein Motorlastsignal b von einem Gaspedalöffnungssensor (accelerator opening sensor) (nicht gezeigt) wiedergegeben wird. Das die Last repräsentierende Signal b kann auch von anderen Quellen erzielt oder abgeleitet werden, wie z.B. von der Öleinspritzmenge an dem Öleinspritzventil, der Ansaugluftmenge, der Gaspedalstellung, dem Drosselklappenöffnungsgrad usw..
Die Ölverbrauchsmenge während einer Kurbelwellenumdrehung in Abhängigkeit von den laufenden Maschinenbetriebszuständen (Einheitsbedarf) wird z.B. durch Abtasten von Steuerkennfeldern, bevorzugterweise von dreidimensionalen Steuerkennfeldern, die Schmierölbedarf in Abhängigkeit von Maschinendrehzahl-/Maschinenlast-Zuständen enthalten, erzielt, wobei die Steuerkennfelder vorher in der Steuereinheit 14 abgespeichert werden. Die Steuerkennfelder können separat für die Kurbelwellenlagerzapfenseite und für die Kolbengleitflächenseite abgetastet werden. Statt des Abtastens solcher Steuerkennfelder können die notwendigen Daten auch durch Berechnen von Gleichungen, die vorher festgelegt sind, für den jeweiligen Bedarf erzielt werden. In diesem Fall werden beide obige Einheitsbedarfswerte q und r in einer solchen Weise festgelegt, daß sie größer werden, wenn die Maschinenlast oder die Maschinendrehzahl ansteigt. Ein Verhältnis s = r/q ist solcherart eingestellt, daß es in dem höheren Lastbereich kleiner wird als in dem niedrigeren Lastbereich der Maschine.
Die Addiervorrichtung (Additionsschaltung) 14b erzielt die summierten berechneten Mengen (Einheitsbedarfswerte) Q (=Σq) und R (=Σr) durch Aufsummieren der momentan berechneten Schmierölmengen, die pro Maschinenumdrehung erforderlich sind (Einheitsbedarf) q und r, die wie oben beschrieben berechnet werden. Die Schmiersteuervorrichtung 14c gibt Treibersignale A und B an die Impulsmotoren der Ölpumpen 15, 16 jeweilig ab, wenn die summierten Schmierölmengen, d.h. der Gesamtbetrag der berechneten Mengen oder der Einheitsbedarfswerte Q und R die Zuführmenge der Schmierausrüstung 13 pro eines Betriebszyklus desselben erreichen, d.h. die Fördermengen Pq und Pr pro jedes Betriebszyklus der jeweiligen ersten und zweiten Schmierölpumpe 15, 16.
Als nächstes werden die Funktionen beschrieben, die die Steuerfunktion und die Funktionen der verschiedenen Abschnitte des Schmiersystems dieser Ausführung unter Bezugnahme auf den Flußplan von Fig. 2 einschließen. Gleichartige Funktionen werden sowohl auf der Kurbelwellenlagerzapfenseite als auch auf der Kolbengleitflächenseite ausgeführt, wobei nur die Funktionen für das Schmieren der Kurbelwellenlager (Kurbelwellenlagerzapfenseite) hier im größeren Detail zur Vereinfachung der Beschreibung beschrieben werden.
Wenn der Zündschlüssel auf "EIN" gedreht wird, wird eine Anfangseinstellung ausgeführt, um Σq (summierte Bedarfswerte des Schmieröls, der in der Stufe S8 zu erzielen ist) , in der Stufe S1 in Fig. 2 auf Null zu setzen. Als nächstes wird in Stufe S2 die erste Ölpumpe 15 angetrieben, um die Kurbelwellenlagerzapfenbereiche der Kurbelwelle 7 mit Schmieröl einmal oder mehrere Male zu versorgen. Dann wird in der Stufe S3 die Maschine gestartet.
Als nächstes werden dann in der Stufe S4 Eingänge des Maschinendrehzahlsignals a von dem Maschinendrehzahlsensor 11 und des Maschinenlastsignals b von dem Drosselsensor erwartet. Wenn diese Signale a und b eingegeben sind, schreitet das Programm zur Stufe S5 fort. In der Stufe S5 erzielt die Ölverbrauchsberechnungsvorrichtung 14a die auf die Maschinendrehzahl und die Maschinenlast ansprechenden Signale über diese Signale. In der nächsten Stufe S6 wird der Ölbedarf oder das Steuerkennfeld, das den Ölbedarf in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl und/oder der Maschinenlast auf der Basis der Parameter der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast, die momentan nachgewiesen werden, abgetastet. Als nächstes werden die Schmierölmengen pro Maschinenurndrehung (Einheitsbedarf) qN-n (n=1,2,3...), der der Kurbelwellenlagerzapfenseite zur Zeit Nth zugeführt wird, berechnet (beim Starten der Maschine wird q1-n berechnet, da diese Berechnung das erste Mal ausgeführt wird) In der nächsten Stufe S8 werden die Mengen qN-n jedesmal pro Umdrehung der Maschine summiert, so daß die Mengen q, die sich augenblicklich ändern, gemäß den sich ändernden Maschinenbetriebszuständen berechnet und addiert werden, wie in den Fig. 3a und 3b gezeigt ist. In Stufe S9 wird die Summe der addierten "Einheitsbedarfswerte" q, nämlich Q (= ΣqN-n) durch Addieren der Schmierölmengen, die pro Umdrehung der Maschine ("Einheitsbedarfswerte") qN-n und Un (Übertragungsbedarf (carry-over requirement)) zum nächstenmal in der Stufe S11 berechnet, was später beschrieben wird) mit der Fördermenge oder der Zuführmenge Pq pro Betriebszyklus der ersten Schmierölpumpe 15 verglichen. Hierbei ist N = 1 und U&sub1; ist auf Null gesetzt (N = 1, Un = 0).
Wenn Q + Un nicht die Förderkapazität oder Fördermenge Pq erreicht, wird die Entscheidung in der Stufe S9 "NEIN", und das Programm kehrt zur Stufe S4 zurück, und der Ablauf wird von der Stufe S4 zur Stufe S8 wiederholt. Wenn Q + Un die Fördermenge Pq erreicht oder überschreitet, wird die Entscheidung in der Stufe S9 "JA", und das Programm schreitet zu der Stufe Sb fort. In der Stufe S10 wird ein Treibersignal zu der ersten Schmierölpumpe 15 (siehe Fig. 3a) geführt und somit, wird das Schmieröl zu den Kurbelwellenzapfenbereichen der Kurbelwelle 7 abgegeben.
In der nächsten Stufe S11 wird der Rest durch Subtrahieren der Pumpenfördermenge Pq aus der Summe Q (= ΣN-n) der addierten Schmierölmengen pro einer Umdrehung der Maschine erzielt&sub1; und UN+l nimmt den Platz von UN ein (Übertragungsbedarf für die nächste Operation). In der nächsten Stufe S12 wird N in N+1 geändert mit einer Zunahme um 1, und das Programm kehrt danach zu der Stufe S4 zurück.
Wenn in einem solchen Prozess UN positiv ist (UN> 0), wie in dem Fall von U&sub2; oder U&sub3; in Fig. 3, wird UN mit dem nächsten summierten Bedarf ΣqN-n addiert. Zum Beispiel wird U&sub2; zu Σq2-n addiert und U&sub3; wird zu Σq3-n addiert. Durch diese Addition wird die zuzuführende Schmierölmenge für den momentanen Maschinenbetriebszustand geeignet ausgeführt.
Da hierbei in dem Niedriglast-/Niedrigdrehzahl-Betriebsbereich die "Einheitsbedarfswerte" q und r kleiner eingestellt sind, wird der Zeitraum länger, bis die Fördermengen Pq und Pr der ersten und zweiten Schmierölpumpe 15, 16 erreicht werden (siehe Tq in Fig. 3a), und das Ölzuführintervall (Totzeit, keine Ölversorgung) wird länger. Da andererseits in dem Hochlast- /Hochdrehzahl-Betriebsbereich die "Einheitsbedarfswerte" q, r größer eingestellt sind, wird der Zeitraum, bis die Mengen Pq und Pr erreicht werden, kürzer, und das Ölzuführintervall (kein Öl wird der Maschine zugeführt) wird kürzer.
Da in dieser Ausführungsform die Schmierölmenge, die pro Umdrehung der Maschine erforderlich ist ("Einheitsbedarfswerte") q berechnet und addiert wird, ändern sich die "Einheitsbedarfswerte" entsprechend den Maschinenbetriebszuständen, und das Schmieröl wird zugeführt, wenn der addierte Bedarf Q die Fördermengen Pq von jedem Betriebszyklus der Ölpumpe erreicht, wobei der Maschinenbereich, der zu schmieren ist, mit einer geeigneten Schmierölmenge ohne Übermäßigkeit oder Mangel zugeführt wird, wobei der Schmierölverbrauch vermindert werden kann, und demzufolge die Ökonomie des Schmieröls verbessert wird, und wobei die Erzeugung von weißem Rauch vermindert wird. Da andererseits das Schmieröl direkt jenen Maschinenbereichen zugeführt wird, für die eine Schmierung erforderlich ist, wird in dieser Ausführungsform das Schmieröl sicher zugeführt, wobei das Problem vermieden wird, daß Schmieröl an der Ansaugdurchlaßwandfläche od. dgl. anhaftet, so daß die Ölzuführmenge auf ein notwendiges minimales Maß vermindert wird, und ebenso kann aus diesem Grund der Verbrauch an Schmieröl vermindert werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung auf der Basis von Fig. 1 und der Fig. 4-6 beschrieben, die wiederum ein Schmierölzuführsystem für eine Zweitaktmaschine zeigen und beschreiben.
Fig. 4 ist ein Flußplan, Fig. Sa und Fig. 6a sind charakteristische Diagramme, die die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie (oiling boundary line) eines Steuerkennfeldes zeigen, und Fig. 5b und Fig. 6b sind charakteristische Diagramme, die die Beziehung zwischen Ölzuführintervall und Ölzuführmenge zeigen.
Obwohl der schematische Aufbau der zweiten Ausführungsform grundlegend der gleiche ist, wie bei der ersten Ausführungsform, hat dessen Steuervorrichtung 14c zum Steuern der Ausführung des Schmierens oder Ölens eine Funktion, die sich von der der ersten Ausführungsform wie folgt unterscheidet. Die Steuervorrichtung 14c gibt in dieser Ausführungsform Steuersignale zum Zuführen von Schmieröl zu der ersten und zweiten Schmierölpumpe 15, 16 ab, wie in dem Graph von Fig. 5a und Fig. 6a gezeigt ist, wenn die Beziehung zwischen der Zeit T, die von dem Start, dem Ende oder der Mitte der vorausgegangenen Ölzuführung und der Menge X der Ölzuführung pro Betriebszyklus der Pumpen 15, 16 die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie A oder B erreicht hat, wie jeweils in den Fig. 5a oder 6a gezeigt ist. Somit ist in dieser Ausführungsform nicht nur das Förderzeitintervall Tq, Tr variabel, sondern auch die Fördermenge der Ölpumpen 15, 16 pro eines Betriebszyklus kann variiert werden.
Fig. 5a ist ein Steuerkennfeld, in dem Niedriglast-Niedrigmaschinendrehzahlbereich. In diesem Fall wird Öl zugeführt, wenn die Zeit T, die von der vorausgegangenen Operation abgelaufen ist, länger als die kürzeste Zeit Tmin wird, und der addierte Bedarf oder die addierte Menge Q wird größer als die minimale Ölzuführmenge Xmin. Zum Beispiel wird eine Menge Xmin an Öl in dem Fall zugeführt, wo der addierte Ölbedarf Q Xmin erreicht hat, wenn die Zeit T, die abgelaufen ist, Ta, Tb oder Tmin ist, wie in Fig. 5b gezeigt ist. Ferner ist gezeigt, daß in dem Fall, wo die addierte Gesamtmenge der berechneten Schmierölmengen, die pro einer Umdrehung der Maschine erforderlich ist, Xmin überschreitet, bevor die abgelaufene Zeit Tmin erreicht hat, Xd an Öl zugeführt wird. Xmax und Tmax sind solcherart eingestellt, daß sie nicht Xmax vor Tmin erreichen und nicht Tmax vor Xmin jeweils erreichen. Hierbei ist das Steuerkennfeld von Fig. 5 für den Fall geeignet, wo das Ölzuführintervall so kurz wie möglich festgelegt ist, der Punkt c darin als ein Standardwert genommen wird, und das Ölzuführintervall verlängert wird, wie mit a und b in dem Fall gezeigt wird, wo die addierte Gesamtmenge an Schmierölbedarf pro Umdrehung der Maschine Q kleiner als Xmin wird, und die Ölzuführmenge wird erhöht in dem Fall, wo der addierte Gesamtbedarf Q den von Xmin überschreitet.
Fig. 6a ist ein Steuerkennfeldgraph in dem Hochlast-/Hochdrehzahl-Bereich der Maschine. In diesem Fall wird Schmieröl zugeführt, wenn die abgelaufene Zeit T des Intervalls den größten Wert Tmax erreicht oder wenn die Gesamtmenge Q der addierten berechneten Ölverbrauchsmenge pro einer Umdrehung der Maschine den Maximalwert Xmax der Ölzuführung erreicht. Wenn z.B. die abgelaufene Zeit T den Maximalwert Tmax erreicht hat, bevor der addierte Bedarf Q die Maximalölzuführmenge Xmax erreicht hat, wird eine Menge Xe an Öl zu jenem Zeitpunkt zugeführt, wie in Fig. 6b gezeigt ist. Darüber hinaus wird in dem Fall, wo der addierte Gesamtbedarf Q die Maximalmenge Xmax an Ölzuführung erreicht hat, bevor die abgelaufene Zeit T den größten Wert Tmax erreicht hat, eine Menge Xmax an Öl zu diesem Zeitpunkt zugeführt. Hierbei ist das Steuerkennfeld von Fig. 6a für die Zustände geeignet, wo das Ölnichtzuführintervall nicht festgelegt ist, wobei der Punkt g dabei als ein Standardwert genommen wird, wobei das Ölnichtzuführintervall (non-oil supply interval) in dem Fall verkürzt wird, wenn die summierte Gesamtmenge (addierte "Einheitsbedarfswerte") Q größer als Xmin werden, und die zugeführte Ölmenge wird in dem Fall reduziert, wo der Gesamtbedarf Q kleiner als Xmin wird. Übrigens kann das Steuerkennfeld von Fig. Sa auch in dem Hochlast-/Hochdrehzahlbereich des Maschinenbetriebs verwendet werden.
Im folgenden wird die Funktion der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf den Flußplan von Fig. 4 beschrieben.
Wenn das Programm startet, werden in gleicher Weise wie bei der esten Ausführungsform die auf die Maschinenlast und die Maschinendrehzahl ansprechenden Signale in die Steuereinheit 14 eingegeben, die die Summen der "Einheitsbedarfswerte" (Stufen S1 bis S4) berechnet und welche die Summen der abgelaufenen Zeit T (Intervall) von der Maschinendrehzahl berechnet (Stufe S5). Dann wird eines der Steuerkennfelder, wie in Fig. 5a und Fig. 6a gezeigt ist, als Steuerbereichsentscheidungskennfeld ausgewählt, das die Maschinendrehzahl und die Maschinenlast als Parameter verwendet, und dann wird auf der Basis des ausgewählten Kennfeldes entschieden, ob die abgelaufene Zeit T und der summierte Gesamtbedarf Q die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie A oder B des Kennfeldes erreicht hat oder nicht. Wenn die Linie noch nicht erreicht wurde, kehrt das Programm zu der Stufe S1 zurück. Wenn die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie A oder B erreicht wurde, wird die erforderliche Menge X an Ölzuführung zu jenem Zeitpunkt ermittelt, und ein Treibersignal wird der ersten und/oder zweiten Schmierölpumpe 15 und/oder 16 zugeführt, um Schmieröl an die gewünschten Punkte der Maschine abzugeben. Dann wird der addierte Gesamtbedarf Q auf Null zurückgestellt, und die Ölmenge, die zugeführt wird, wird von dem summierten Gesamtwert subtrahiert (Stufen S6 bis S9).
Die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in größeren Details unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 11 beschrieben. Die Fig. 7 und 8 sind detaillierte Flußpläne für die zweite Ausführungsform, Fig. 9 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm der zugehörigen Steuervorrichtung, Fig. 10 ist ein Graph, der dem von Fig. 5 entspricht zum Beschreiben der Schmierzeitpunkte und Fig. 11 ist ein Graph, der Fig. 6 entspricht zum Beschreiben des Schmierölzuführzeitpunktes.
Gleichartige Funktionen werden sowohl auf der Kurbelwellenzapfenlagerseite als auch auf der Kolbengleitflächenseite ausgeführt, wobei nur die Funktionen auf der Kurbelwellenzapfenlagerseite hierbei zur Erleichterung der Beschreibung beschrieben wird.
Wenn der Zündschlüssel auf "EIN" gedreht wird, wird die Anfangseinstellung ausgeführt, wie z.B. das Einstellen von Σq (summierter Schmierölbedarf pro einer Umdrehung der Maschine, der in Stufe S14 erzielt wird) auf Null in Stufe S1 in Fig. 7. In der nächsten Stufe S2 wird die Wassertemperatur durch einen Wassertemperatursensor (nicht gezeigt) nachgewiesen. Dann wird in Stufe S3 eine Steuerkennlinie, die Wassertemperatur-/Ölzuführmengen-Daten umfaßt, abgetastet, und in Stufe S4 wird die Gesamtmenge P an Ölzuführung, bevor die Maschine startet, erzielt.
Dann wird in der nächsten Stufe S5 die Gesamtmenge P an Ölzuführung mit der Maximalmenge Pqmax an Ölzuführung pro jedes Betriebszyklus der ersten Schmierölpumpe 15 verglichen. In dem Fall, wo die Gesamtmenge P an Ölzuführung gleich ist oder die Gesamtmenge Pqmax überschreitet, schreitet das Programm zu der Stufe S6 fort, bei der Pqmax +α für den Wert der Gesamtmenge P der Ölzuführung ersetzt wird. Das bedeutet, daß die Ölpumpe 15 mehrere Male entsprechend dem Wert der Gesamtmenge P der Ölzuführung angetrieben wird. Andererseits, schreitet in dem Fall, wo die Gesamtmenge der Ölzuführung kleiner als Pqmax ist, das Programm zu der Stufe S7 fort, und ein Wert Pqvari (laufender Wert von P, d.h. ein variabler Wert) wird ersetzt für den Wert der Gesamtmenge P der Ölzuführung.
In der nächsten Stufe S8 wird die erste Schmierölpumpe 15 angetrieben, um die Kurbelwellenlagerzapfenbereiche mit der Menge P (erzielt in Stufe S7) an Schmieröl zu versorgen. Dann wird in der nächsten Stufe S9 die Maschine gestartet. Das Maschinenstarten bedeutet hierbei, daß der Starterimpulsmotor abgeschaltet wird, aber daß der Motor in einer Stufe bis zur Stufe S9 erregt werden kann.
In der nächsten Stufe Sb (Fig. 8) werden das die Maschinendrehzahl angebende Signal a und das die Maschinenlast angebende Signal b eingegeben, und das Programm schreitet dann zu der Stufe S11 fort, und die Werte der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast werden berechnet (siehe Informationsblöcke 50 bis 53 in Fig. 9).
In der Stufe S12 wird die erforderliche Ölmenge Q (cm³/h) durch Abtasten des Kennfeldes erzielt. In der nächsten Stufe S13 wird der Schmierölbedarf, der der Kurbelwellenlagerzapfenseite an dem Nth-Zeitpunkt pro eine Umdrehung der Maschine ("Einheitsbedarf") qN-n (mm³/Zyklus) (n = 1,2,3...) zugeführt wird, erzielt (siehe Blöcke 54 bis 56 in Fig. 9). Da dieses das erste Mal ist, wird hierbei q1-n berechnet, an der nächsten Stufe S14 werden Werte von qN-n für alle Maschinenumdrehungen summiert und der addierte Gesamtbedarf Q = ΣqN-n wird erzielt (siehe Block 58 in Fig. 9).
In Stufe S15 wird die Maschinenrotationsperiode summiert, um die abgelaufene Zeit zu erzielen (siehe Block 57 in Fig. 9):
T 60 x Σ(1/Maschinendrehzahl(U/min)).
In der Stufe S16 wird aus der obigen Zeit T und den addierten "Einheitsbedarfswerten" ΣqN-n entschieden, ob die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie erreicht ist oder nicht (siehe Block 60 in Fig. 9).
Das heißt, in dem Fall, wo Fig. 5a als Steuerkennfeld ausgewählt wurde, wird entschieden, daß die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie erreicht ist, wenn
Σmax ≥ ΣqN-n ≥ Xmin und Tmax ≥ T ≥ Tmin (1)
und, im Fall, wo Fig. 6 als das Steuerkennfeld ausgewählt wurde, wird entschieden, daß die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie erreicht ist, wenn
Σ qN-n ≥ Xmax oder T ≥ Tmax. (2)
Wenn entschieden wird, daß die Ölgrenzlinie erreicht wurde, schreitet das Programm zu der Stufe S17 fort, um die notwendige Menge X an Ölzuführung zu ermitteln und, dann in der Stufe S18 wird die erste Schmierölpumpe 15 zum Schmieren angetrieben (siehe Block 61 bis 63 in Fig. 9). Wenn die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie nicht erreicht wurde, kehrt in Stufe 16 das Programm zu der Stufe 5b zurück, und der Prozeß von der Stufe S1O wird bis zur Stufe S15 wiederholt.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, kann das erste, zweite und dritte Schmieren (Zuführen von Schmieröl) zu Zeitpunkten ausgeführt werden, die der obigen Gleichung (1) genügen. In dem Fall von Fig. 11 ist angegeben, daß das erste und zweite Schmieren (Zuführen von Schmieröl) zu Zeitpunkten ausgeführt wurde, die der obigen Gleichung (2) genügen.
In der nächsten Stufe S19 wird N um 1 erhöht, und das Programm kehrt zu der Stufe S10 zurück.
Obwohl in den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 die Zeiten Tmax und Tmin und die Ölzuführmengen Xmax und Xmin konstant sind, ist die Anmeldung der vorliegenden Erfindung nicht auf solche Fälle begrenzt, sondern die vorliegende Erfindung kann auch auf Fälle angewendet werden, wo die Ölzuführmenge eine Funktion der Zeit ist, nämlich x = f(T).
Fig. 12 zeigt eine weitere Modifikation der zweiten Ausführungsform, wobei die Ölzuführungsmenge von der Zeit abhängt. In Fig. 12 ist eine lineare Funktion f(T) vorgegeben. In diesem Fall wird, wenn die Gleichung vorgegeben ist als
X ≥ AT + B,
Öl in dem Fall zugeführt wird, wo die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie X in Fig. 12 erreicht wurde.
In der zweiten Ausführungsform wird der Schmierölverbrauch Q, der sich entsprechend den sich ändernden Maschinenbetriebsbedingungen ändert, berechnet und summiert, um eine addierte Gesamtmenge Q zu erzielen, und das Schmieröl wird zugeführt, wenn der charakteristische Graph, der durch Einzeichnen des summierten Wertes Q gegenüber der abgelaufenen Zeit T gebildet wird, die Grenzlinie A in den Niedrigdrehzahl-/Niedriglast- Zuständen erreicht oder die Öl- bzw. Schmiergrenzlinie B in den Hochdrehzahl-/Hochlast-Maschinenbetriebszuständen, wie oben beschrieben, erreicht, wobei die Maschinenbereiche und die direkt zu schmierenden Punkte mit einer geeigneten Schmierölmenge versorgt werden kann ohne Überschuß oder Mangel, um so die Erfordernisse für momentane Maschinenbetriebszustände, wie z.B. die Maschinendrehzahl, Maschinenlast usw. zu erreichen.
Wenn der "Einheitsverbrauch" q in den obigen Ausführungsformen berechnet wird, ist es wünschenswert, getrennte Kennfelder oder zu berechnende Gleichungen für die Maschine in einem Einfahr- Zustand und für die Maschine nach dem Einfahr-Zustand zu verwenden. Bei solchen Berechnungen kann der Schmierölverbrauch weiter nach dem Einfahren vermindert werden.
Es wird entschieden, daß das Einfahren abgeschlossen ist, wenn die summierten Werte, die durch elektronisches Addieren der Motordrehzahl, der Maschinenbetriebszeit, die Fahrstrecke usw. erzielt werden, jeweilige vorbestimmte Werte erreichen. Wenn somit entschieden wird, daß der Einfahr-Zustand abgeschlossen ist, werden das Kennfeld und die zu berechnende Gleichung geändert. Berücksichtigt man, daß eine Kraftfahrzeugbatterie ausgebaut werden kann aus Gründen der Wartung od. dgl., während des Prozesses der elektronischen Addition von bestimmten Werten, sind Vorkehrungen erforderlich, um Festspeicher (d.h. EEPROM) zum Beibehalten der addierten Wertedaten zu verwenden oder eine Ergänzungsbatterie einzubauen usw..
Obwohl in den vorliegenden Ausführungsformen die Schmierölpumpen 15, 16, die in der Schmierausrüstung 13 verwendet werden, des Typs sind, die durch Impulsmotoren angetrieben werden, ist die Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen begrenzt, sondern es kann irgendeine Ölpumpe verwendet werden, wenn sie nur eine elektrische Fördersteuerfunktion hat, z.B. eine Kombination einer mechanischen Pumpe und eines Dreiwegesolenoidventils oder eine elektromagnetische Pumpe mit einem variablen Hub usw..
Die vorliegende Erfindung wurde erläutert mittels einer Zweitakt-Dieselmaschine, aber die Erfindung kann natürlich auf übliche Zweitakt-Benzinmaschine mit Fremdzündung und auf Zylindereinspritz-Zweitakt-Benzinmaschinen verwendet werden.
Mit dem Schmierölzuführsystem nach der vorliegenden Erfindung, insbesondere für eine Zweitaktmaschine, werden, da der sich momentan ändernde Schmierölverbrauch berechnet wird und die stufenweise berechneten Werte summiert werden und das Schmieröl zugeführt wird, wenn der summierte Gesamtverbrauch die Ölzuführmenge für jeden Betriebszyklus der Schmierölzuführausrüstung erreicht oder Schmieröl zugeführt wird, wenn die Beziehung zwischen der abgelaufenen Zeit von der vorangegangenen Ölzuführung und dem summierten Gesamtverbrauch die vorbestimmte Öl- bzw. Schmiergrenzlinie entsprechend eines verwendeten Steuerkennfeldes erreicht, die Wirkungen erzielt, daß die zu schmierenden Maschinenpunkte mit einer geeigneten Schmierölmenge versorgt werden können, ohne irgendwelchen Überschuß oder Mangel, wodurch der Schmierölverbrauch optimiert wird und der Verbrauch praktisch reduziert wird. Diese Wirkungen werden mittels der Verwendung eines Direktschmiersystems verstärkt, wobei das Schmieröl nur direkt zu den zu schmierenden Punkten gefördert wird, was eine zuverlässige und präzise Versorgung der erforderlichen berechneten Ölmenge und ohne irgendwelchen Verlust absichert, um zu ermöglichen, daß die Schmierölmenge auf ein erforderliches Minimum reduziert wird.

Claims

1. Schmiersystem einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem die Förderung von Schmiermittel durch eine Schmiermittelpumpe (25,16,63) in Abhängigkeit von Maschinenbetriebszuständen erfolgt, wobei eine erforderliche Menge (q) an Schmiermittel, die je Umdrehung der Maschine benötigt wird, in Abhängigkeit der erfaßten Maschinenbetriebszustände geschätzt und berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Schmiermittelmenge (q) je Umdrehung der Maschine aufaddiert werden, um eine Summe (Q) zu bilden, daß die Summe (Q) mit einer bestimmten Schmiermittelmenge (Pq, Pr,Xmin,Xmax) verglichen wird und daß die Schmiermittelpumpe (15,16,63) arbeitet, wenn die Summe (Q) gleich der bestimmten Schmiermittelmenge (Pq,Pr,Xmin,Xmax) ist oder diese übersteigt.

2. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölzuführsteuervorrichtung (14c) ausgebildet ist, um die Schmierausrüstung (13) zu betätigen, wenn die addierten Schmierölmengen (q,r) aus der Berechnungs und Addiervorrichtung (14a,14b) einer vorgegebenen Zuführmenge der Schmiermittelausrüstung (13) per Arbeitszyklus der Schmiermittelausrüstung (13) entsprechen.

3. Schmiermittelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenbetriebszustände die Maschinengeschwindigkeit und Maschinenlast einschließen.

4. Schmiersystem nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge an Schmieröl der Schmiermittelausrüstung (13) je Arbeitszyklus konstant ist, während die Förderzeitintervalle (Tq,Tr) variierbar sind.

5. Schmiersystem nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölverbrauchsberechnungsvorrichtung (14a) Kennfelder, insbesondere dreidimensionale Kennfelder, aufweist, die die Schmierverhältnisse in Abhängigkeit der Maschinengeschwindigkeitsund/oder Maschinenlastzustände wiedergeben.

6. Schmiersystem nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölverbrauchsberechnungsvorrichtung (14b) so ausgebildet ist, um bestimmte Verbrauchsmengen (q,r) von Schmieröl an unterschiedlichen Schmierpunkten der Maschine unabhängig zu berechnen.

7. Schmiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölverbrauchsberechnungsvorrichtung (14b) eine Schmierölmenge (q), die für jede Umdrehung der Kurbelwelle (7) benötigt wird, und eine Schmierölmenge (r), die für einen oder mehrere Kolben (5) je Umdrehung der Maschine benötigt wird, unabhängig berechnet.

8. Schmiersystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierausrüstung (13) eine Vielzahl von Ölzuführvorrichtungen, insbesondere impulsmotorgesteuerte Ölpumpen (15,16,63) aufweist, die unabhängig voneinander steuerbar sind, um unterschiedliche Schmierstellen der Maschine, insbesondere eine Kurbelwellenlagerung und eine Kolbengleitvorrichtung der Maschine zu schmieren.

9. Schmiersystem nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölförderzeitintervalle (Tq,Tr) und die Schmierölfördermengen (Q) der Schmierausrüstung (13) variierbar sind.

10. Schmiersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführsteuervorrichtung (59,60,61) ausgebildet ist, um die schmierausrüstung (13) zu betatigen, wenn ein Graph, der die Beziehung zwischen einer abgelaufenen Zeit (T) bezogen auf einen Beginn, das Ende oder die Mitte eines vorangegangenen Ölförderzeitraumes und der addierten Schmierölmenge (Q,R) aus der Berechnungsvorrichtung (55) representiert, eine vorgegebene Schmiergrenze (A,B) eines Kennfeldes erreicht, das eine last und/oder geschwindigkeitsabhängige Steuerfläche definiert, die auf einer Beziehung zwischen einer Ölzuführmenge (X) und einem Ölzuführintervall (T) der Schmierausrüstung (13) basiert.

11. Schmiersystem nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiersystem als Direktschmiersystem ausgebildet ist, das direkt die zu schmierenden Punkte der Maschine bedient, insbesondere die Kurbelwellenlagerungen und/oder Gleitflächen der Kolbenanordnung der Maschinen.