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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verbrennungsmotoren
und insbesondere auf Verbrennungsmotoren, die einen erhöhten Schmierölinhalt
und/oder ein erhöhtes
Steigvermögen
aufweisen.
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Es
ist vorgeschrieben, dass Ölwannen
auf Verbrennungsmotoren Öl
für die
Schmiererfordernisse des Motors unter einer großen Vielfalt von Motorbetriebsbedingungen
enthalten. Die Menge an Öl, das
in der Wanne enthalten sein soll, hängt von einer Anzahl von Faktoren
ab, einschließlich
der Betriebsart, für
welche der Motor verwendet werden soll, dem kürzesten annehmbaren Wartungszeitabstand,
der Größe des Motors,
der Umgebung, in welcher der Motor betrieben werden soll, und der
Kühlwirkung von
durch und um die Komponenten des Motors fließendem Öl.
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Insbesondere
werden mit dem konstanten Trend zu höheren spezifischen Leistungen
und längeren
Wartungszeitabständen
Ansprüche
an die Schmier- und Kühlleistung
des Motorenöls
gestellt, wobei es zunehmend schwieriger wird, diesen gerecht zu
werden, ohne dass der Motorenölinhalt
erhöht
wird. Eine Erhöhung
des Ölinhalts
eines Motors kann für
Wartungszeitabstände
günstig
sein, weil so ein größeres Volumen
vorhanden ist, um eine gegebene Menge an Fremdstoffen zu akzeptieren.
Ein höherer
Inhalt kann auch die Betriebstemperaturen des Motors zu Nutzen von
sowohl der Ölnutzungsdauer als
auch der Motorenkomponenten, wie etwa Kurbelwellenlagern, reduzieren.
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Es
ist bei modernen Dieselmotoren bekannt, dass die Kraftstoffeinspritzverstellung
um vorgegebene Mengen verzögert
wird.
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Dies
kann zu einer größeren Rußkontamination
von Schmieröl
führen.
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Das
Erhöhen
des Ölinhalts
der Wanne kann diesem Problem abhelfen und sogar ermöglichen, dass
der Wartungszeitabstand für
den Ölwechsel verlängert werden
kann.
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Das
Vergrößern des Ölinhalts
durch das Erhöhen
des maximalen Niveaus in einer Wanne kann jedoch sehr unerwünschte Auswirkungen
haben. Das Hauptproblem besteht in der verstärkten Möglichkeit von Wirbelung, wobei
dies eine Tendenz des Durchlaufs eines Kurbelwellenlagerzapfens
und seines zugehörigen
Pleuelfußes, Öl von der
Wanne aufzunehmen und es im Inneren des Motors herumzuschleudern,
darstellt, wodurch die Öltemperatur,
der Ölverbrauch
und die Abgase erhöht
werden und der Motorwirkungsgrad reduziert wird. Wirbelung kann sogar
dann vorkommen, wenn der Durchlauf des Pleuelfußes über aber nahe dem Wannenölniveau liegt.
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Ein üblicherweise
angenommener Brauch, um das Anheben des maximalen Ölniveaus
in einer Wanne und dadurch des Ölhalteinhalts
zu ermöglichen,
besteht im Bereitstellen eines perforierten Schwallblechs oder ,Wirbelungsfachs' zwischen der Kurbelwelle
und der Oberfläche
des Öls
in der Wanne. Während
dies bei der Reduzierung von Wirbelung hilft, wenn der Motor bei
einer normalen horizontalen Neigung läuft, kann jedoch Wirbelung
trotzdem auftreten, wenn der Motor über die horizontale Neigung
geneigt wird oder wenn die Massenkräfte, die sich aus den Richtungswechseln
des Fahrzeugs ergeben, bewirken, dass sich Öl von unter zu über dem Schwallblech
durch seine Perforierungen transloziert.
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US 3,100,028 lehrt das Erhöhen des Ölinhalts
eines Verbrennungsmotors durch das Verlängern eines unteren Abschnitts
einer Wanne in eine Richtung nach außen. Diese Erhöhung der
Breite führt
jedoch zwangsläufig
zu einer Erhöhung
der Größe der Motorumhüllung und
kann dazu führen,
dass die Wannenflügel
mit dem Chassis oder der Karosserie des Fahrzeugs zusammenstoßen.
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Ein
alternatives Mittel zur Erhöhung
des Ölinhalts
eines Motors unter Reduzierung des Risikos von Wirbelung wird in
US 5,479,886 offenbart,
in dem gelehrt wird, Einschränkungen
gegenüber
dem Ölrücklauf in
die Wanne von den oberen Bereichen des Motors bereitzustellen, so
dass diese oberen Bereiche als zusätzliche Ölsammelbehälter während des Motorlaufs wirken.
Die Einschränkung
des Ölrücklaufs
in die Wanne von den oberen Bereichen wird durch das Zwingen des Öls, eine
Anzahl von Ablassbohrungen mit kleinem Durchmesser zu überwinden, hervorgerufen.
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Eine
weitere Einschränkung
des Ölrücklaufs wird
in
US 5,479,886 gelehrt,
und zwar das Einschließen,
in die oberen Bereiche des Motors, von Ölfangkammern, aus denen das Öl nicht
in die Wanne zurück
laufen kann, ungeachtet dessen, ob der Motor läuft oder nicht.
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Die
Lehre dieses letzteren Verweises des Stands der Technik weist mehrere
Nachteile auf. Als Erstes könnten
die Verbrennungsprodukte oder andere Fremdkörper, welche das Öl kontaminieren,
die kleinen Ablassbohrungen blockieren und somit das Öl daran
hindern, zu der Wanne zurückzufließen. Als Zweites
muss der Motor für
die Wartung eine ziemlich lange Zeit stehen gelassen werden, nachdem
er betrieben wurde, um ein Ablassen des Öls zu einem Entfernungspunkt
zu ermöglichen.
Diese Standzeit könnte übermäßig lange
sein, wenn das Öl
sich nicht vollständig
erwärmt
hat und daher eine hohe Viskosität
aufweist. Daher besteht das Risiko, dass neues Öl eingeführt wird, bevor das alte Öl im Wesentlichen entfernt
worden ist. Als Drittes ist in
US
5,479,886 kein Mittel offenbart, um zu garantieren, dass
das Öl, das
absichtlich von den nicht ablassenden Ölkammern eingeschlossen wurde,
frei von Schmutzstoffen ist, wie etwa die Rückstände der Verbrennung, die nach
einem Ölwechsel
in das ,reine' Schmieröl abgegeben
werden können.
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Noch
ein weiteres Mittel zur Reduzierung des Risikos von Wirbelung ist
in
US 4,519,348 offenbart,
in dem sich das Wirbelungsfach in der Ölwanne befindet und sich über die
Länge des
Kurbelgehäuses
erstreckt. Der Nachteil einer derartigen Lösung besteht jedoch darin,
dass die Komplexität
der Motorherstellung erhöht
wird, während
das Gesamtgewicht des Motors erhöht
wird.
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Eine
Alternative zu dem Wirbelungsfach voller Länge ist in
EP 560203 gezeigt. Dieses zeigt einen
Kurbelgehäuse
gespülten
Zweitaktmotor, der mit Abdeckungen für jede Pleuelstange in dem
Motor abgedichtet ist. Da jedoch jede Pleuelstange eine Abdeckung
aufweist, trifft derselbe Nachteil hinsichtlich des Gewichts auf
diese Anordnung zu wie auf diejenige von
US 4,159,348 .
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Das
Problem des Versehens eines Motors mit einem hohen Ölinhalt
wird verschärft
durch die Anforderung an gewisse Motoren, bei steilen Neigungen über die
Horizontale zu laufen, wie es Erdbaumaschinen oder Rettungsbooten
wiederfährt.
Die Tendenz zu Wirbelung in einem Motor weitet sich aus, wenn der
Betriebswinkel sich vergrößert, und wird
insbesondere an einem niedrigeren Ende eines geneigten Motors merklich,
weil das Niveau des Wannenöls
näher an
die sich drehende Kurbelwelle gebracht worden ist. In einem solchen
Fall hängt
der maximale Betriebswinkel von dem Winkel, bei dem die Wirbelung
an einem niedrigeren Ende des Motors beginnt, ab.
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Ein
weiteres Problem besteht in der Schwierigkeit, den Bedienungspersonen
der Maschinen anzuzeigen, an welchem Punkt die Grenze der zulässigen Motorbetriebsneigung
erreicht worden ist. Der einschränkende
Winkel ist üblicherweise
kleiner als der Winkel, bei dem eine Bedienungsperson die Maschine
gerne bedienen würde,
und deshalb ist das Risiko, dass der vorgesehene maximale Betriebswinkel überschritten
wird, umso größer, je
niedriger er ist. Ein verhältnismäßig kleiner
maximaler Winkel schränkt
nicht nur die Verwendung der Maschine ein, sondern erhöht auch
das Risiko des Missbrauchs des beabsichtigten maximalen Winkels,
und wenn dieser Missbrauch Wirbelung herbeiführt, kann dies leicht zu Überhitzung,
erhöhten
Abgasen und erhöhtem Ölverbrauch
in dem Motor führen.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Mittel zur Erhöhung des
Wannenölinhalts
eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, während gleichzeitig die eingangs
hier beschriebenen Nachteile umgangen werden.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das Erhöhen des
Steigvermögens
(des zulässigen
Betriebswinkels) eines Verbrennungsmotors einzuplanen, während gleichzeitig
die eingangs hier beschriebenen Nachteile umgangen werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit einer Ölwanne, die unter einem Motorblock
montiert ist, bereitgestellt, wobei der Motorblock eine Kurbelwelle
und ihre zugehörigen Pleuelstangen
aufnimmt, wobei der Motor dadurch gekennzeichnet ist, dass er nur
zwei Sperrmittel umfasst, die sich an Positionen angrenzend an die
untersten Stellen in den Durchläufen
der Pleuelfüße der ersten
und letzten Pleuelstange auf der Kurbelwelle befinden, wobei jedes
Sperrmittel seiner jeweiligen Pleuelstange zugeordnet ist und dahingehend
wirkt, Öl,
das in der Wanne enthalten ist, nur beschränkt in die Nähe des Pleuelfußes in einem
untersten Abschnitt seines Durchlaufs gelangen zu lassen.
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Die
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mittels Beispielen
von diesen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser
verständlich,
in denen:
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1 eine
Querschnitts-Endansicht einer Ausführungsform eines Verbrennungsmotors
gemäß der Erfindung
ist, die einen erhöhten
Wannenölinhalt darstellt,
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2 eine
Querschnitts-Seitenansicht des Motors aus 1 ist,
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3 eine
Querschnitts-Endansicht der Ausführungsform
des Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung
ist, die ein erhöhtes
Steigvermögen darstellt,
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4 eine
Querschnitts-Seitenansicht des Motors aus 3 ist,
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5 eine
isometrische Ansicht der Sperrvorrichtung der vorliegenden Erfindung
vor dem Passen in einen Motor ist.
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen ist 1 eine Querschnitts-Endansicht eines
Motors 10, wobei es erwünscht
sein kann, das maximale Niveau des Wannenöls zu erhöhen, um größere Wartungszeitabstände oder
Verbesserungen der Nutzungsdauer des Motors oder der Schmieröls zu ergeben,
ohne dass außerdem
das Auftreten von Ölwirbelung
vermehrt wird. Der Motor 10 ist mit einer herkömmlichen Ölwanne 12 ausgestattet,
die als Sammelbehälter
für das
Motorenöl
dient. Die Wanne 12 ist auf dem Motorblock 14 montiert.
Der Motorblock 14 nimmt eine Kurbelwelle 16 und
ihre zugehörigen Pleuelstangen 18 auf.
Linie ,A' in 1 bildet
ein bestimmtes maximales Ölniveau
ab, das in dem Motor ersichtlich sein kann, wenn er sich in einer
nominal aufrechten (horizontalen) Position befindet, bevor er mit
der Sperrvorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgestattet wird.
Linie ,D' bildet
ein entsprechendes Ölniveau
ab, wenn der Motor 10 bei einem zugelassenen maximalen
schrägen
Winkel betrieben wird. Wenn das Ölniveau
des Motors über
das in 1 durch die Linie ,A' abgebildete Niveau hinaus erhöht wird,
besteht ein Risiko von Ölwirbelung
und den daraus resultierenden Problemen, die eingangs hier beschrieben
wurden, wenn der Motor in Betrieb ist. Das maximale Ölniveau,
das durch die Linie ,A' abgebildet
ist, ändert
sich natürlich
je nach Motor.
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2 ist
eine Querschnitts-Seitenansicht des in 1 gezeigten
Motors. Linie ,A' bildet
wiederum das bestimmte maximale Ölniveau
ab, wenn der Motor sich in einer nominal aufrechten Position befindet,
und die Linie ,E' bildet
ein entsprechendes Ölniveau
ab, wenn der Motor bei einem zugelassenen maximalen Längswinkel
betrieben wird.
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5 zeigt
die Sperrvorrichtung 24 der vorliegenden Erfindung, die
im Allgemeinen topfförmig ist.
Die Vorrichtung ist eine zugeordnete Sperre, die dafür vorgesehen
ist, unter dem Motor montiert zu werden und eine einzelne Pleuelstange
von diesem abzuschirmen. In einer bevorzugten Ausführungsform
eines Motors gemäß der Erfindung
sind zwei derartige Vorrichtungen erforderlich; eine, um einen Pleuelfuß 20 einer
ersten Pleuelstange 18',
und eine, um einen Pleuelfuß 22 einer
letzten Pleuelstange 18'' der Kurbelwelle 16 vor
sowohl direktem Kontakt als auch Wirbelungskontakt mit dem von der
Wanne 12 getragenen Öl,
wenn der Motor 10 während
des Betriebs schräg
und/oder der Länge
nach geneigt ist, zu schützen.
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Das
Bereitstellen von zugeordneten Sperren 24, die unter den
einzelnen Pleuelstangen des Motors montiert werden sollen, minimiert
das Erhöhen des
Gewichts des Motors und kommt dem Motorwirkungsgrad zugute, indem
nur in den Bereichen, in denen Wirbelung am ehesten vorkommt, Wirbelungssperren
bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise
ist jede Sperrvorrichtung 24 gondelförmig, so dass sie der Bahn
ihres zugehörigen
Pleuelfußes
(20, 22) der Pleuelstangen (18', 18'') eng folgt, so dass die Pleuelfüße nahe
an ihren jeweiligen Sperrvorrichtungen 24 vorbeigehen,
diese aber nicht berühren.
Vorzugsweise wird die Sperrvorrichtung 24 auch von einer
Schraubbefestigung eines praktischen Motorhauptlagerdeckels 26 mittels
Trägern 28 in
Position gehalten, obgleich es sich versteht, dass verschiedene
andere Festlege- und Stützmittel
verwendet werden können.
Zum Beispiel könnten,
wie in 1 und 2 mit unterbrochenem Umriss
gezeigt, die Sperrvorrichtungen 24 auf der Wanne 12 gestützt und
an dieser durch Montagemittel 25, die integral mit der
Wanne 12 gebildet sein könnten, befestigt werden. Die
Sperrvorrichtung 24 kann unabhängig von oder integral mit
den Trägern 28 gebildet
werden, indem sie aus einem Blechmaterial gestanzt wird. Als Alternative
dazu kann die Sperrvorrichtung 24 aus einem Kunststoffmaterial gebildet
sein und kann durch einen Spritzgussvorgang gebildet werden.
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Das
maximale Ölniveau
in einem Motor, der mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet
ist, kann auf einem höheren
Niveau, in 1 und 2 als ,A1' gezeigt, bereitgestellt
werden, wodurch das Ölvolumen,
das innerhalb der Ölwanne
gehalten werden kann, wesentlich erhöht wird. Die Erhöhung des maximalen Ölniveaus
während
der nominalen aufrechten Motorposition wird in einer entsprechenden Erhöhung des Ölniveaus
während
des Motorlaufs bei maximalen schrägen und Längs-Betriebswinkeln, die durch Linien ,D1' bzw. ,E1' in 1 und 2 gezeigt
sind, resultieren. Das Abschirmen der Pleuelstangenbahn durch die
relevante Sperrvorrichtung 24 wird jedoch die Ölwirbelung
ablenken, indem verhindert wird, dass das Wannenöl die Nähe seines zugehörigen Pleuelfußes (20, 22)
in einem untersten Abschnitt des Durchlaufs des Pleuelfußes (20, 22)
erreicht.
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Normalerweise
laufen keine reichlichen Mengen an Öl aus dem Inneren eines Motorzylinders nach
unten ab, jedoch wird Öl,
das von der Sperrvorrichtung 24 als Resultat von Ölspritzern
oder -ablassen aufgefangen wird, durch die Durchlaufbewegung des
Pleuelfußes
(20, 22) und seines entsprechenden Kurbelwellenlagerzapfens
gereinigt werden. Dies gewährleistet,
dass Fremdstoffe sich nicht innerhalb der Vorrichtungen 24 ansammeln
und so neues Öl
kontaminieren, das während
eines Motorenölwechsels
eingeführt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht,
dass das Volumen an Öl,
das von der Ölwanne 12 eines Motors 10 getragen
werden kann, erhöht
wird, und dies stellt wiederum längere
Motorwartungszeitabstände
und eine reduzierte Öltemperaturerhöhung während eines
ausdauernden Motorlaufs bereit. Die Erhöhung des Ölinhalts der Wanne wird in
dem Bereich von 20% bis 40% liegen.
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3 und 4 zeigen
den Verbrennungsmotor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung,
die darstellen, dass der Motor 10 in einem größeren Ausmaß schräg und/oder
der Länge
nach abgewinkelt sein kann, als mit demselben Motor möglich ist,
wenn er keine Sperrvorrichtungen 24 gemäß der Erfindung umfasst, ohne
dass die Menge an Öl
in der Wanne reduziert werden muss, um Wirbelung zu vermeiden.
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Bei
gewissen Endverwendungen, wie zum Beispiel Rettungsbooten, kann
es sehr wichtig sein, dass ein Motor ohne Ölwirbelung Betrieben mit einem
sehr hohen Gradienten standhalten kann, während aber die erweiterten
Wartungszeitabstände
und andere Nutzen, die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt
werden, in diesem Fall möglicherweise nicht
wesentlich sind, kann es wünschenswert
sein, wenigstens einen Wannenölinhalt
beizubehalten, der desjenigen ähnlich
ist, den Motoren mit weniger Betrieb aufweisen. Die von 3 und 4 dargestellte
Anordnung stellt in dieser Hinsicht eine Verbesserung dar.
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In 3 und 4 bildet
Linie ,A' wiederum das
bestimmte maximale Ölniveau
ab, das bei einem Motor in der nominal aufrechten Position gesehen werden
kann. Das maximale Ölniveau
soll bei oder um Linie ,A' bleiben,
und zwei Sperrvorrichtungen 24 sind eingebaut, um einen
ersten und einen letzten Pleuelfuß (20, 22),
wie oben beschrieben, abzuschirmen.
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Diese
Anordnung wird merklich vergrößerte Motorbetriebswinkel
vor dem Einsetzen von Wirbelung erlauben. Linien ,B' und ,C' stellen typische
maximale schräge
und Längs-Betriebswinkel
bei normalem Gebrauch dar, während
Linie ,B1' und ,C1' die entsprechenden
Winkel, die mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, darstellen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vergrößerung des erlaubten schrägen und/oder
Längs-Betriebswinkel
eines Motors um eine Menge in dem Bereich zwischen 10° und 20° bereit.
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Während der
Einfachheit halber die Nutzen der vorliegenden Erfindung in Bezug
auf eine schräge
und eine Längs-Richtung
der Motorneigung beschrieben wurden, wird es offensichtlich sein,
dass die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass der Motor um ähnliche
Mengen in die entgegengesetzten Neigungsrichtungen mit ähnlichen
Nutzen abgewinkelt werden kann.
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Es
versteht sich auch, dass es für
einige Motoren lediglich nötig
ist, eine Sperrvorrichtung anzuwenden, um einen Pleuelfuß an einem
Ende der Kurbelwelle abzuschirmen, und dass es für andere Motoren vorteilhaft
sein kann, mehr als zwei Sperrvorrichtungen und gar eine für jeden
Pleuelfuß anzuwenden.
Dies ermöglicht,
dass das Gesamtgewicht des Motors genau kontrolliert werden kann,
da kein Wirbelungsfach bereitgestellt werden muss, das sich, wie
aus den Fällen
des Stands der Technik bekannt, der gesamten Länge des Motorblocks entlang
erstreckt. In diesem Fall kann der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden,
während
die Gesamtkosten des Motors gesenkt werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann schnell und leicht in bestehende Motoren
nachgerüstet
werden und wird eine umgehende Wirkung auf den Wirkungsgrad des
Motors haben, ohne dass das freie Ablassen von Öl aus den oberen Teilen des
Motors in die Ölwanne
merklich beeinträchtigt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich auch zur leichten Wartung und
Reparatur, da die Sperrvorrichtung leicht aus dem Motor entfernt
und gegebenenfalls repariert oder ersetzt werden kann. Dies reduziert
die Ausfallzeit des Motors während
der Wartung und erhöht
dadurch den Wirkungsgrad des Motors während des Betriebs.