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Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen, speziell Hochleistungsdieselmotoren
für Lastwagen, bei der aus deni Hauptschmierölkreislauf der Maschine Öl abgezweigt
und mittels einer hierzu geeigneten Vorrichtung, z. B. Düse, gegen eine zu kühlende
Stelle des Kolbens, z. B. das Innere des Kolbenbodens, angeworfen wird.
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Zweck der Erfindung ist es, die unter dem vollen Druck des Schmierölkreislaufes
stehende Einspritzüng von Kühl- und Schmieröl in das Kolbeninnere in Abhängigkeit
von dem im Hauptschmierölkreislauf herrschenden Öldruck zu steuern. Bei Hochleistungsdieselmotoren
für Lastwagen wird zur Regelung der Temperatur des Kolbens, speziell im Hinblick
auf dessen heißeste Stelle -den Kolbenboden -,- gegen den letzteren ständig ein
Ölstrahl angeworfen oder gespritzt. Hierzr dient üblicherweise eine feststehend
im Kurbelgehäuse angeordnete Düse, der Öl aus dem Hauptschmierölkreislauf zugeführt
wird. An Stelle einer Düse kann natürlich auch irgendeine andere feststehend angeordnete
Anwurf- oder Schleudervorrichtung verwendet werden, sofern sie den gleichen Zweck
erfüllt. Für j eden Zylinder ist dann eine derartige Vorrichtung vorgesehen. Bei
der Verwendung
einer Düse als Ölanwurfvorrichtung hat sich bislang
die Schwierigkeit gezeigt, daß dieselbe leicht durch Ölunreinigkeiten verstopft
wird. Um dies zu vermeiden, war man gezwungen, den Düsendurchmesser größer zu bemessen
als dies an und für sich für den beabsichtigten Zweck notwendig wäre. So hat es
sich beispielsweise nach den Erfahrungen der Praxis als zweckmäßig erwiesen, einen
Düsendurchmesser von 1,5 mm nicht zu unterschreiten. Bei einem derartigen Düsendurchmesser
ist aber die Schmierölmenge, welche bei einer Mehrzylindermaschine durch alle Düsen
abfließt, recht beträchtlich. Bei einer Achtzylindermaschine beträgt z. B. bei dem
vorgenannten Düsendurchmesser von 1,5 mm der gesamte Düsenquerschnitt für alle Zylinder
etwa 14 mm2, was auf eine einzige symbolische Ersatzdüse umgerechnet einem Düsendurchmesser
von etwa .4,25 entspräche. Nun ist aber der gesamte Schmieröldurchsatz des Motors,
wie praktische Messungen ergeben haben, nur dem Querschnitt einer symbolischen Ersatzdüse
von etwa 6 mm Durchmesser angepaßt, was unmittelbar erkennen läßt, daß der Anteil
des durch die Spritzdüsen ausströmenden Schmieröls ein sehr erheblicher ist. Es
muß also unter diesen Verhältnissen ein genügend großer Schmieröldruck aufgestaut
werden, damit alle Ölverbrauchsstellen des Motors ausreichend beliefert werden.
Dies setzt wiederum eine entsprechend hohe Förderleistung der Ölumlaufpumpe voraus.
Derart große Ölumlaufpumpen sind aber im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des
Motors nachteilig, da sie einen beträchtlichen Kraftaufwand, der vom Motor aufgebracht
werden muß, verzehren. Wenn andererseits aber bei Verwendung von Olspritzdüsen für
die Kolbenkühlung die Olumlaufpumpe zu knapp bemessen wird, dann bricht bei Langsam-
oder Leerlauf des Motors der Schmieröldruck auf nahezu den Wert Null zusammen, weil
die geförderte Ölmenge proportional der Motordrehzahl abnimmt, während jedoch der
Austrittsquerschnitt der Spritzdüsen dabei unverändert bleibt.
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Es ergibt sich hierbei der Nachteil, daß während des Motorlangsam-
oder -leerlaufes das Schmieröl, dem Weg des geringsten Widerstandes folgend, in
der Hauptsache aus den mit relativ großer Bohrung versehenen Düsen austritt, während
beispielsweise die Lager nur zu einem geringen Teil mit Schmieröl versorgt werden;
dies erfolgt außerdem zu einem Zeitpunkt, in dem ein zwingender Grund zur Kühlung
des Kolbens bzw. Kolbenbodens nicht vorliegt.
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Ähnliche Verhältnisse können sich natürlich auch dann ergeben, wenn
statt Düsen irgendeine andere Vorrichtung zum Anwerfen des Öles an den Kolbenboden
verwendet wird, bei der der Öldurchsatz für die Kolbenkühlung aus konstruktiven
Gründen größer gehalten sein muß, als dies normalerweise erforderlich wäre.
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Es ist auch eine Zusatzschmierung der Kolben und Zylinder von Kolbenmaschinen,
insbesondere Brennkraftmaschinen kleinerer Leistung bekannt, wonach bei kalter Maschine
und kaltem, zähem Schmieröl das von der Ölpumpe zuviel geförderte, über das Überdruckventil
abfließende Öl dazu benutzt wird, die Kolben und Zylinder der Maschine zusätzlich
zu schmieren, während bei normaler ÖI-betriebstemperatur diese Zusatzschmierung
durch ein Überdruckventil abgeschaltet ist. Bei derartiger Zusatzschmierung würde
jedoch, wenn man sie für die Kolbenspritzkühlung gemäß der Erfindung verwenden wollte,
die als Überschuß anfallende Ölmenge bei weitem zu gering sein. Außerdem würde gerade
im Hochleistungsbetrieb, wo es bei warmgelaufener Maschine auf eine intensive Kühlung
ankommt, jeder Überschußbetrieb aufhören. Weiterhin ist die hierbei vorgesehene
Düsenanordnung nur für Schmierbetrieb geeignet und kann nicht durch bloße Richtungsverstellung
der Düse für Einspritzkühlung verwendet werden, da dann die Austrittsöffnungen der
Düsen außer der Kühlölmenge auch noch der insbesondere beim Anfahren anfallenden
Ölüberschußmenge angepaßt sein müßten. Dies hätte aber beim Zurückgehen der Ölüberschußmenge,
z. B. nach erfolgtem Anfahren der Maschine, eine zu geringe Strahlleistung ar den
dann zu großen Austrittsmündungen der Düset: zur Folge.
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Weiterhin ist auch schon vorgeschlagen worden, für die Kolbenkühlung
mittels Spritzdüsen einen besonderen Ölkreislauf mit besonderer Ölpumpe vorzusehen,
der von dem Hauptschmiersystem (Lagerschmierung) des Motors mit der diesem zugeordneten
Hauptölpumpe vollständig getrennt ist. Dieser bekannte Vorschlag hat jedoch den
Nachteil, cdaß mehrere Pumpen erforderlich sind, wobei die Ölpumpe für die Kolbenkühlung
sogar eine größere Leistung als die Hauptölpumpe aufweist. Außer einer Verteuerung
der Anlage ist bei dieser Anordnung auch ein. Leerlauf der Kühlölpumpe bei abgeschaltetem
Nebenölkreislauf derselben nicht zu vermeiden.
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Schließlich ist auch noch eine Schmieranordnung für Sternmotoren bekanntgeworden,
bei der eine Ringleitung für Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, an «-elche Spritzleitungen
für die Kolbeninnenkühlung angeschlossen sind. Die Ringleitung ist unter Zwischenschaltung
einer Drosseldüse an die Hauptdruckleitung angeschlossen, jedoch dient die Drossel
lediglich dazu, den Öldruck in der Ringleitung auf einen geringeren Wert herabzusetzen.
Die Spritzdüsen stehen hier nicht unter dem vollen Druck des Hauptschmiersystems,
und es ist kein selbsttätiges Abstellen der Drosseldüse in Abhängigkeit von dem
Druck des Hauptschmierölkreislaufes vorgesehen.
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Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen und in Beseitigung der denselben
anhaftenden Mängel und Nachteile beschreitet die Erfindung einen anderen Weg und
sieht eine Kolbenkühlung der eingangs vorausgesetzten Art vor, deren wesentliches
Merkmal erfindungsgemäß darin besteht, daß der in den Hauptschmierölkreislauf über
eine Abzweigleitung angeschlossenen Anwurfvor richtung für das Kühlöl jeweils ein
Sperrorgan zugeordnet ist, das derart vom vollen Öldruck des
Hauptschmierölkreislaufes
gesteuert wird, daß bei Absinken dieses Druckes bis auf eine untere Grenze, z. B.
den Leerlaufdruck der Ölpumpe, der Austritt von Öl aus der Anwurfvorrichtung selbsttätig
verhindert wird.
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Wird als Olanwurfvorrichtung in an sich bekannter Weise eine Düse
benützt, so wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Düse ein Rückschlagventil
vorgeschaltet, das auf den bei Langsam- oder Leerlauf der Maschine im Hauptschmierölkreislauf
herrschenden Druck derart anspricht, daß in diesem Betriebszustand die Düse gegen
Ölaustritt gesperrt ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, einerseits die maximale Kühlung des
Kolbens stets dann zu erreichen, wenn die Maschine im Hochleistungsgebiet arbeitet
und andererseits eine bestwirtschaftliche Pumpenleistung vorzusehen, ohne daß dadurch
die effektive Kühlleistung an dem Kolben bzw. die Schmierleistung bei absinkendem
Pumpendruck irgendwie beeinträchtigt wird.
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In der Zeichnung ist- die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Hierin zeigt Fig. i einen Vertikalschnitt durch eine Einspritz-Brennkraftmaschine
mit an die Hauptschmierölleitung angeschlossener Düse für die Kolbenkühlung, wobei
die Düse mit Düsenhalter teilweise perspektivisch dargestellt ist, Fig. 2 eine in
vergrößertem Maßstab dargestellte Schnittansicht der erfindungsgemäßen Düse nebst
Düsenhalter.
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In Fig. i, welche eine übliche Einspritz-Brennkraftmaschine mit Brennraum
im Kolben darstellt, ist i der Kolben, gegen dessen innere Kolbenbodenwandung 2
aus der nächst dem Kurbelgehäuse angeordneten Düse 3 Öl gespritzt wird, das aus
der Hauptschmierölleitung 4. durch den Kanal 5 im Düsenhalter 6 der Düse 3 unter
Druck zugeführt wird.
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Wie näher aus Fig. 2 zu ersehen, ist im Düsenhalter 6 ein der Düse
3 vorgeschaltetes Rückschlagventil7 eingebaut, das unter der ständigen Einwirkung
einer Feder 8 steht. Der Ölzulauf zur Düse 3 über das Ventil 7 und den Düsenhalter
6 ist durch die Pfeile 9 angedeutet. io ist eine Reinigungsöffnung am Düsenhalter,
die normalerweise durch einen Stopfen verschlossen ist. Die Spannung der Feder 8
ist derart eingestellt, daß dieselbe norinalerweise durch den in der Hauptschmierölleitung
4. herrschenden Druck überwunden wird, so daß das Ventil ? im Normalbetrieb der
Maschine stets offen bleibt und somit Öl durch die Düse 3 gegen den Kolbenboden
2 gespritzt wird. Erst bei Unterschreitung eines durch die Federspannung 8 einstellbaren
Öldruckes, was beispielsweise bei Langsam- oder Leerlauf der Maschine der Fall ist,
wird das Ventil 7 durch den nunmehr überwiegenden Federdruck geschlossen, wodurch
die Düse 3 gesperrt wird und Schmieröl nur noch den übrigen Schmierstellen, vorzugsweise
den Lagern der Maschine, zufließen kann.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme ist insofern besonders zweckmäßig und
vorteilhaft, als - wie bereits eingangs angedeutet - der Wärmeanfall im Motorkolben
während des Langsam- oder Leerlaufes der Maschine außerordentlich gering ist und
somit eine Anspritzung des Kolbenbodens mit Kühlöl sich in diesem Betriebszustand
erübrigt.