EP1738062B1 - Ölversorgung für einen verbrennungsmotor - Google Patents

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EP1738062B1
EP1738062B1 EP05741726A EP05741726A EP1738062B1 EP 1738062 B1 EP1738062 B1 EP 1738062B1 EP 05741726 A EP05741726 A EP 05741726A EP 05741726 A EP05741726 A EP 05741726A EP 1738062 B1 EP1738062 B1 EP 1738062B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oil
piston
tubular element
oil supply
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP05741726A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1738062A2 (de
Inventor
Wolfgang Hausler
Otto W. Stenzel
Georg Sick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Neuson SE
Original Assignee
Wacker Neuson SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Neuson SE filed Critical Wacker Neuson SE
Publication of EP1738062A2 publication Critical patent/EP1738062A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1738062B1 publication Critical patent/EP1738062B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/08—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/06—Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/08—Cooling of piston exterior only, e.g. by jets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/16—Controlling lubricant pressure or quantity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/08—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • F01M2001/086—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means for lubricating gudgeon pins

Definitions

  • the invention relates to an oil supply for an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1 and to an oil supply for a two-stroke engine according to the preamble of claim 12.
  • Such an oil supply is from the DE 42 43 571 A1 known.
  • a piston is reciprocable in a cylinder, whereby oil can be injected via a nozzle against the piston.
  • the oil is injected from the nozzle against the running surface of the piston and distributed over there extending grooves on the circumference of the piston.
  • the oil from the nozzle can be injected against the underside of the piston, ie the piston crown, to cool it.
  • no jet of oil is ejected from the nozzle when the nozzle is exposed, ie, when the piston is not directly in front of the nozzle. Only after heating the engine and increasingly under load is the piston crown cooled by the oil jet.
  • a lean lubrication system for a two-stroke engine in which also the lubricating oil is discharged only in the region of a contact surface between the piston and the cylinder, wherein the oil in the form of an oil aerosol is ausbringbar.
  • the invention has for its object to further improve the oil supply for an internal combustion engine, on the one hand a reliable function of To ensure combustion engine by a sufficient lubrication state and on the other hand to minimize the oil consumption.
  • the oil supply has an oil supply device for supplying oil to the piston, which is designed such that at least at a time when the piston is in the region of its bottom dead center, oil passes through the oil supply directly into a region below the piston crown and within the piston skirt is ausbringbar.
  • the oil can be supplied in liquid form and largely without pressure.
  • the oil should not be supplied with pressure and sprayed against the piston to avoid unnecessary amounts of oil. Rather, it is desirable to form if by the oil supply oil droplets near the bottom dead center of the piston, which in the further movement of the piston, for. B. be replaced by the air movement in the crankcase. In this way, an oil aerosol formation can be avoided, in which the oil with the air flow z. B. would be carried out by overflow of a two-stroke engine from the crankcase, without having made a contribution to the lubrication.
  • the compact oil droplets can bounce against the piston in the further movement of the piston and thereby targeted for lubrication of the piston pin and its bearings and a piston running surface can be used.
  • the oil supply device has at least one tubular element which projects from a cylinder wall or a crank chamber wall adjoining the cylinder wall into a region below the piston head, wherein the oil can be fed through the interior of the tubular element.
  • the tube element With the help of the tube element, it is particularly easy to bring the oil as close as possible to the bottom of the piston or piston crown. Since the oil is conveyed only with low delivery pressure to an outlet opening of the projecting into the crankcase tube, there is no injection of the oil. The oil only swells out of the outlet opening without the surface tension being overcome by the outflow velocity. The drop of oil thus forming at the outlet opening is released from the end of the tubular element by the movement of air in the crankcase. An aerosol formation by a high outflow velocity at the outlet opening of the tubular element or by the mixing of compressed air from oil can be effectively avoided. An optionally used at the outlet opening of the tubular element nozzle should therefore be designed so that the oil is not splashed by them.
  • the length of the tubular element is dimensioned such that the piston just does not touch the outlet opening of the tubular element when it reaches its bottom dead center.
  • the pipe element protrudes into an area just below or even inside the piston skirt.
  • the oil can be targeted in the area of the piston pin, without it being unnecessarily distributed in the crankcase on its way there.
  • the oil drops are fed via one or more pipe elements and detached in the crankcase by the prevailing air flow and first passed to the piston pin to lubricate this highly stressed joint. Only then does the oil spread from here through a piston pin bore in the piston or due to the play between the piston pin and its bearings on the tread between the piston and cylinder.
  • the oil swelling out of the outlet opening of the tubular element to form a drop into which a part of the piston, e.g. a part of a piston wall member or a connecting rod member, whereby the oil is either directly transferred to these moving members, or thrown selectively to a desired position due to a displacement action of the submerged member (e.g., a tip).
  • a part of the piston e.g. a part of a piston wall member or a connecting rod member
  • the tube element is at a preferred embodiment of the invention, based on a normal operating position of the internal combustion engine, directed upward, whereby the oil can collect on the top of the tubular element and is taken upwards.
  • the oil supply device may have an oil pump that can be activated as a function of the rotational speed or load state of the internal combustion engine.
  • the oil pump promotes the oil only at the times when the piston is in the region of its bottom dead center.
  • the oil pump can be designed in such a way that it conveys the oil quantity required for an oil drop at the desired times. It is also possible that the oil pump intermittently promotes the oil with a predetermined by the stroke of the piston stroke to produce the oil drops intermittently, wherein an oil supply stroke should include several power strokes of the engine (strokes).
  • the piston has a piston running surface which is equipped with emergency running - and / or oil reservoir layer is equipped.
  • the piston running surface and thus the contact surface between the piston and cylinder is constantly supplied with oil. Rather, serving for permanent lubrication depots of the piston running surface sufficient to ensure sufficient lubrication for a sufficient period of time, without permanent oil supply.
  • the oil supply is designed specifically for a two-stroke engine, wherein the tubular element penetrates a wall of the crank chamber in the vicinity of an inlet opening of at least one overflow channel.
  • the provision of overflow channels in two-stroke engines is known and required to perform the function.
  • the overflow channels serve to forward an air-fuel mixture or the combustion air in direct injectors from the crank chamber into a combustion chamber. Since overflow channels in more diverse Have been described manner, a more detailed representation is unnecessary at this point.
  • the tubular element projects upwards into the crankcase in such a way that at least a part of the oil, which is conveyed through the interior of the tubular element in the direction of the crank pin, exits the outlet opening of the tubular element on the outside of the tubular element to the inlet opening of the Overflow channel justifywe ⁇ t. From there, the oil can either be entrained by the prevailing there flow of the air-fuel mixture in the overflow channel for wetting the walls of the overflow as a wall film or / and distributed directly on the walls of the overflow.
  • an oil supply for a two-stroke engine in an oil supply for a two-stroke engine, the oil targeted by the oil supply in a range of an inlet opening of the overflow or in the overflow even deploy. An oil supply to other areas of the two-stroke engine is not required.
  • an oil supply to the overflow is to ensure.
  • the oil can be discharged at the inlet opening of the overflow channel and be entrained by the air flow in the overflow substantially as a wall film.
  • the oil can also directly into the overflow itself, z. B. by means of a suitable pipe element or by an oil outlet in a wall of the overflow, be applied, in which case an oil application at the combustion chamber near the end of the overflow should be of particular advantage.
  • the single figure shows schematically a section through a two-stroke engine.
  • the invention is also suitable for other types of internal combustion engines, so in particular for a four-stroke engine without oil sump.
  • crankshaft 2 In a motor housing 1, a crankshaft 2 is rotatably mounted in a known manner.
  • the crankshaft 2 penetrates a crank chamber 3 provided in the engine housing 1, in which a connecting rod 4 held on the crankshaft 2 via a connecting rod bearing (not shown) also moves in a known manner.
  • the conrod bearing opposite end of the connecting rod 4 carries a further connecting rod 5 a piston pin 6.
  • the piston pin 6 penetrates on both sides in each case a piston pin bore 7, which is formed in a piston 8.
  • the piston 8 is reciprocable in a cylinder 9, wherein there is a contact surface between the piston 8 and the cylinder 9, which is swept by a trained as a cylindrical surface of the piston 8 piston tread 10.
  • a combustion chamber 11 is present in the cylinder 9, but which is not shown in detail in the figure.
  • the piston 8 essentially consists of a generally disc-shaped piston head 12, which is directly adjacent to the combustion chamber 11. Starting from the piston head 12 extends - also as part of the piston 8 - a cylinder sleeve-shaped piston skirt 13 in principle, which can also be referred to as a piston skirt. In the piston skirt 13, the piston pin holes 7 are formed and the piston pin 6 is supported.
  • piston skirt 13 and the piston head 12 are on the outer circumference, ie in the piston tread 10, moreover grooves 14 formed in the piston rings, not shown, for. B. trapezoidal rings are used in a known manner.
  • the piston 8 has a known structure.
  • the piston tread 10 should advantageously be equipped with a runflat and / or oil depot layer to minimize oil lubrication requirements for the piston tread 10.
  • inlet openings 15 are formed for overflow channels 15a, which in turn open into outlet sections 15b.
  • the air-fuel mixture located in the crank chamber 3 is displaced from the crank chamber 3 and conveyed through the overflow channel 15a (or through a plurality of overflow channels 15a) to the combustion chamber 11, where the air-fuel mixture in the next power stroke is ignited after re-compression by the piston 8.
  • This working principle of a two-stroke engine has long been known, so that at this point a further explanation, in particular also the structure of the overflow 15a, unnecessary.
  • the illustrated two-stroke engine is equipped with an oil supply according to the invention, which has, inter alia, an oil supply device for supplying oil to the piston 8.
  • the oil supply device comprises two pipe elements 16, which are connected on the input side to an oil pump, not shown.
  • the oil or metering pump can be used as a continuous pump (eg gear pump) or as a discontinuous pump (eg piston pump, Diaphragm pump, piezo pump or bubble jet pump) may be formed.
  • the leaked oil drops in this way is replaced by the movement of air in the crank chamber 3, in particular by the movement of the piston 8, so that it strikes against the connecting rod 4 or the piston pin 6 in the further movement of the piston 8. From there, the oil is distributed z. B. on the connecting rod bearing 5 or in the piston pin holes 7 and can finally reach the outside of the piston 8, namely on the piston tread 10.
  • the tube elements 16 protrude from below into the region below the piston 8, wherein they should be as far as possible that they are brought as close as possible to the piston pin 6 when the piston 8 is in its bottom dead center shown in the figure. It is particularly advantageous if the tube elements 16 even protrude into the interior of the piston skirt 13.
  • the outlet openings 17 end next to the connecting rod of the connecting rod 4 approximately centrally to the connecting rod bearing 5. To avoid unnecessary oil losses in the transfer ports 15a, it is advantageous to let the ends of the tube elements 16 end as high as possible. This means that the tube elements 16 protrude as low as possible under the piston skirt 13 at the bottom dead center of the piston 8.
  • a part of the oil that exits at the outlet opening 17 is not entrained by the piston 8, but flows on the outside of the tubular elements 16 back to the inlet openings 15 and thus enters the transfer channels 15a. From there, the oil can be pulled further into the overflow channels 15a by the flow of the air-fuel mixture and also reach the combustion chamber near region of the respective overflow channel 15a at its other end at the outlet cross section 15b. In this way, a coking of the overflow 15a can effectively prevent.
  • the oil should be transported as oil film on the wall.
  • the directed air flow in the overflow channel 15a serves as a drive means.
  • the required amount of oil is not in any fixed ratio to the amount of gasoline.
  • the metered amount of oil can - as has long been known - speed-dependent or promoted according to the specifications of a characteristic field. In full load case, a larger amount of oil is needed than in part load or idle case. Especially at idle, it may be possible that no oil has to be pumped at all.
  • control of the pump and optionally an associated characteristic field can be stored in a processor control, which is advantageously integrated in an ignition or power supply module of the engine.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ölversorgung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Ölversorgung für einen Zweitaktmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12.
  • Eine derartige Ölversorgung ist aus der DE 42 43 571 A1 bekannt. Danach ist in einem Verbrennungsmotor ein Kolben in einem Zylinder hin- und herbeweglich, wobei Öl über eine Düse gegen den Kolben gespritzt werden kann. Wenn sich der Kolben im Bereich seines unteren Totpunkts befindet, wird das Öl von der Düse gegen die Lauffläche des Kolbens gespritzt und verteilt sich über dort verlaufende Nuten am Umfang des Kolbens. Wenn sich der Kolben dagegen im Bereich seines oberen Totpunkts befindet, kann das Öl von der Düse gegen die Unterseite des Kolbens, d. h. des Kolbenbodens, gespritzt werden, um diesen zu kühlen. Bei geringer Belastung des Motors oder bei noch kalter Maschine wird kein Ölstrahl von der Düse abgespritzt, wenn die Düse freiliegt, d. h., wenn sich der Kolben nicht direkt vor der Düse befindet. Erst nach Erwärmung des Motors und zunehmend bei Last wird auch der Kolbenboden durch den Ölstrahl gekühlt.
  • Auch aus der EP 0 609 866 A1 ist es bekannt, die Kolbenlauffläche im Betrieb des Verbrennungsmotors mit Öl direkt zu schmieren.
  • Aus der DE 100 45 725 A1 ist ein Magerschmierungssystem für einen Zweitaktmotor bekannt, bei dem ebenfalls das Schmieröl lediglich in den Bereich einer Berührungsfläche zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausgebracht wird, wobei das Öl in Form eines Ölaerosols ausbringbar ist.
  • Aus der DE 199 27 931 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem aus einem Kolbenboden und einem Kolbenhemd bestehenden Kolben bekannt. An der Unterseite des Kolbenbodens ist eine Kühlwanne angebracht und bildet dadurch mit dem Kolben einen Kühlraum. Über eine Zuführöffnung kann Öl in den Kühlraum eingebracht und über eine Abführöffnung wieder ausgelassen werden. Dazu werden im unteren Totpunkt Stehrohre mit der Kühlwanne gekoppelt. Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE 198 34 138 Cl bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ölversorgung für einen Verbrennungsmotor weiter zu verbessern, um einerseits eine zuverlässige Funktion des Verbrennungsmotors durch einen ausreichenden Schmierungszustand zu gewährleisten und andererseits den Ölbedarf zu minimieren.
  • Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in Patentspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Eine ebenfalls vorteilhafte Lösung der Erfindung ist in Anspruch 11 angegeben.
  • Erfindungsgemäß weist die Ölversorgung eine Ölzuführeinrichtung zum Zuführen von Öl zu dem Kolben auf, die derart ausgebildet ist, dass wenigstens zu einem Zeitpunkt, zu dem sich der Kolben im Bereich seines unteren Totpunkts befindet, durch die Ölzuführung Öl direkt in einen Bereich unterhalb des Kolbenbodens und innerhalb des Kolbenhemds ausbringbar ist.
  • Es hat sich herausgestellt, dass ein den Kolben mit einer Pleuelstange verbindender Kolbenbolzen sowie dessen Lagerungen im Kolben und im Pleuel im Betrieb des Verbrennungsmotors besonders hoch belastet sind. Während die meisten Lager des Motors lebensdauergeschmiert sein können, lässt sich für die Lagerung des Kolbenbolzens aufgrund der hohen thermischen und mechanischen Belastung nicht ohne weiteres eine Lagerung mit Lebensdauerschmierung realisieren. Daher ist es sehr vorteilhaft, wenn das Öl durch die Ölzuführeinrichtung so nahe wie möglich an den Kolbenbolzen herangebracht wird, der am besten von unten, also von der dem Brennraum abgewandten, rückwärtigen Seite des Kolbenbodens zugänglich ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Öl in flüssiger Form und weitgehend drucklos zuführbar ist. Das Öl sollte nämlich zur Vermeidung unnötiger Ölmengen nicht mit Druck zugeführt und gegen den Kolben gespritzt werden. Vielmehr ist es anzustreben, wenn sich durch die Ölzuführeinrichtung Öltröpfchen in der Nähe des unteren Totpunkts des Kolbens bilden, die bei der weiteren Bewegung des Kolbens, z. B. durch die Luftbewegung im Kurbelraum abgelöst werden. Auf diese Weise lässt sich eine Ölaerosolbildung vermeiden, bei der das Öl mit dem Luftstrom z. B. durch Überströmkanäle eines Zweitaktmotors aus dem Kurbelraum herausgetragen würde, ohne einen Beitrag zur Schmierung geleistet zu haben. Die kompakten Öltröpfchen hingegen können bei der weiteren Bewegung des Kolbens gegen den Kolben prallen und dadurch gezielt zur Schmierung des Kolbenbolzens und seiner Lager sowie einer Kolbenlauffläche eingesetzt werden.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Ölzuführeinrichtung wenigstens ein Rohrelement auf, das von einer Zylinderwand oder einer sich an die Zylinderwand anschließenden Kurbelraumwand aus in einen Bereich unterhalb des Kolbenbodens ragt, wobei das Öl durch das Innere des Rohrelements zuführbar ist.
  • Mit Hilfe des Rohrelements ist es besonders einfach möglich, das Öl so nahe wie möglich an die Unterseite des Kolbens bzw. Kolbenbodens heranzubringen. Da das Öl nur mit geringem Förderdruck zu einer Auslassöffnung des in den Kurbelraum hineinragenden Röhrchens gefördert wird, erfolgt keine Einspritzung des Öls. Das Öl quillt lediglich aus der Auslassöffnung, ohne dass die Oberflächenspannung durch die Ausströmgeschwindigkeit überwunden wird. Der sich so an der Auslassöffnung bildende Öftropfen wird durch die Luftbewegung im Kurbelraum von dem Ende des Rohrelements gelöst. Eine Aerosolbildung durch eine hohe Ausströmgeschwindigkeit an der Auslassöffnung des Rohrelements oder durch das Zumischen von Druckluft von Öl lässt sich wirkungsvoll vermeiden. Eine gegebenenfalls an der Auslassöffnung des Rohrelements eingesetzte Düse sollte daher derart gestaltet sein, dass das Öl durch sie nicht verspritzt wird.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist die Länge des Rohrelements derart bemessen, dass der Kolben bei Erreichen seines unteren Totpunkts die Auslassöffnung des Rohrelements gerade eben nicht berührt. Idealerweise ragt dabei das Rohrelement in einen Bereich dicht unterhalb oder gar innerhalb des Kolbenhemds hinein. Auf diese Weise lässt sich das Öl gezielt in den Bereich des Kolbenbolzens führen, ohne dass es auf seinem Weg dahin unnötig im Kurbelraum verteilt würde. Die Öltropfen werden über ein oder mehrere Rohrelemente zugeführt und im Kurbelgehäuse durch den dort herrschenden Luftstrom abgelöst und zunächst zum Kolbenbolzen geleitet, um dieses hoch beanspruchte Gelenk zu schmieren. Erst danach verteilt sich das Öl von hier durch eine Kolbenbolzenbohrung im Kolben bzw. aufgrund des Spiels zwischen dem Kolbenbolzen und seinen Lagerstellen auf die Lauffläche zwischen Kolben und Zylinder.
  • Dabei ist es auch möglich, wenn das aus der Auslassöffnung des Rohrelements herausquellende Öl einen Tropfen bildet, in den ein Teil des Kolbens, z.B. ein Teil eines Kolbenwandelements oder eines Pleuelelements, eintaucht, wodurch das Öl entweder auf diese beweglichen Bauteile direkt übertragen wird oder aufgrund einer Verdrängungswirkung des eintauchenden Elements (z.B. einer Spitze) gezielt an eine gewünschte Stelle geschleudert wird.
  • Um die Tröpfchenbildung zu unterstützten, ist das Rohrelement bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, bezogen auf eine normale Betriebsstellung des Verbrennungsmotors, nach oben gerichtet, wodurch das Öl sich auf der Oberseite des Rohrelements sammeln kann und nach oben abgenommen wird.
  • Die Ölzuführeinrichtung kann eine Ölpumpe aufweisen, die in Abhängigkeit von Drehzahl oder Lastzustand des Verbrennungsmotor ansteuerbar ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Ölpumpe das Öl nur zu den Zeitpunkten fördert, zu denen sich der Kolben im Bereich seines unteren Totpunkts befindet. Die Ölpumpe kann dazu derart ausgeführt sein, dass sie jeweils zu den gewünschten Zeitpunkten die für einen Öltropfen erforderliche Ölmenge fördert. Auch ist es möglich, dass die Ölpumpe das Öl intermittierend, mit einem durch die Hubbewegung des Kolbens vorgegebenen Takt fördert, um die Öltropfen taktweise zu erzeugen, wobei ein Ölzuführungstakt mehrere Arbeitstakte des Motors (Hubbewegungen) umfassen sollte.
  • Da - wie oben ausgeführt - die Ölzuführung bei dem Verbrennungsmotor auf den Bereich direkt unterhalb des Kolbens, insbesondere auf den Kolbenbolzen, beschränkt sein soll, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft, dass der Kolben eine Kolbenlauffläche aufweist, die mit einer Notlauf- und/oder Öldepotschicht ausgestattet ist. Dadurch ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Kolbenlauffläche und somit die Berührfläche zwischen Kolben und Zylinder ständig mit Öl versorgt wird. Vielmehr reichen die zur Dauerschmierung dienenden Depots der Kolbenlauffläche aus, um auch über einen ausreichenden Zeitraum hin eine ausreichende Schmierung, ohne permanente Ölversorgung, zu gewährleisten.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Ölversorgung speziell für einen Zweitaktmotor ausgebildet, wobei das Rohrelement eine Wand des Kurbelraums in der Nähe einer Einlassöffnung von wenigstens einem Überströmkanal durchdringt. Die Bereitstellung von Überströmkanälen bei Zweitaktmotoren ist bekannt und zur Erfüllung der Funktion erforderlich. Die Überströmkanäle dienen zur Weiterleitung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches oder der Verbrennungsluft bei Direkteinspritzern aus dem Kurbelraum in einen Brennraum. Da Überströmkanäle in vielfältiger Weise beschrieben worden sind, erübrigt sich eine ausführlichere Darstellung an dieser Stelle.
  • Bei der vorteilhaften Ausführungsform ragt das Rohrelement derart in den Kurbelraum nach oben hinein, dass wenigstens ein Teil des Öls, das durch das Innere des Rohrelements in Richtung des Kurbelbolzens gefördert wird, nach Austreten an der Auslassöffnung des Rohrelements an der Außenseite des Rohrelements zur Einlassöffnung des Überströmkanals zurückweβt. Von dort kann das Öl entweder von der dort vorherrschenden Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Überstromkanal zur Benetzung der Wände des Überströmkanals als Wandfilm mitgerissen werden oder/und sich direkt auf den Wänden des Überströmkanals verteilen.
  • Es hat sich bei Zweitaktmotoren herausgestellt, dass bei einer sehr geringen Ölschmierung, insbesondere dann, wenn das den Kurbelraum durchströmende Luft-Kraftstoff-Gemisch keine Öltröpfchen mitführt, die Gefahr einer Verkokung in den Überströmkanälen besteht. Bei einer derartigen Minimalschmierung von Zweitaktmotoren wurde beobachtet, dass sich die Überströmkanäle im brennraumnahen Bereich mit verkokten Benzinresten belegen, was die Funktion und Zuverlässigkeit des Motors erheblich beeinträchtigt und zu einem Totalausfall führen kann. Es wurde weiterhin festgestellt, dass der Verkokungstendenz durch eine Oberflächenbenetzung der Überströmkanäle mit Öl entgegengewirkt werden kann, was durch die oben beschriebene Rückführung eines Teils des Öls aus dem Rohrelement gewährleistet wird.
  • Alternativ dazu ist es bei einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung möglich, bei einer Ölversorgung für einen Zweitaktmotor das Öl durch die Ölzuführeinrichtung gezielt in einen Bereich einer Einlassöffnung des Überströmkanals oder in den Überströmkanal selbst auszubringen. Eine Ölzuführung zu sonstigen Bereichen des Zweitaktmotors ist nicht erforderlich.
  • Bei einer derartigen Ölversorgung ist es möglich, sämtliche beweglichen Teile des Zweitaktmotors, so auch die Kurbelwellen- und Pleuellagerung, die Kolbenbolzenlagerung oder die Berührungsfläche zwischen dem Kolben und dem Zylinder lebensdauergerecht zu schmieren, so dass für diese Teile keine Ölschmierung erforderlich ist.
  • Um die Gefahr einer Verkokung der Überströmkanäle zu vermeiden, ist jedoch eine Ölzuführung zu den Überströmkanälen sicherzustellen. Das Öl kann an der Einlassöffnung des Überströmkanals ausgebracht und von der Luftströmung in den Überströmkanal im wesentlichen als Wandfilm mitgerissen werden. Alternativ dazu kann das Öl auch direkt in den Überströmkanal selbst, z. B. mit Hilfe eines geeigneten Rohrelements oder durch eine Ölauslassöffnung in einer Wandung des Überströmkanals, ausgebracht werden, wobei dabei eine Ölausbringung am brennraumnahen Ende des Überströmkanals von besonderem Vorteil sein dürfte.
  • Bei einer derartigen Versorgung der Überströmkanäle mit Öl ist es möglich, einen Zweitaktmotor bereitzustellen, der ansonsten keine zusätzliche Ölschmierung benötigt.
  • Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Zweitaktmotor. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für andere Arten von Verbrennungsmotoren, so insbesondere auch für einen Viertaktmotor ohne Ölsumpf.
  • In einem Motorgehäuse 1 ist eine Kurbelwelle 2 in bekannter Weise drehbar gelagert. Die Kurbelwelle 2 durchdringt einen in dem Motorgehäuse 1 vorgesehenen Kurbelraum 3, in dem sich auch ein über ein nicht dargestelltes Pleuellager auf der Kurbelwelle 2 gehaltenes Pleuel 4 in bekannter Weise bewegt.
  • Das dem Pleuellager gegenüberliegende Ende des Pleuels 4 trägt über ein weiteres Pleuellager 5 einen Kolbenbolzen 6. Der Kolbenbolzen 6 durchdringt beidseitig jeweils eine Kolbenbolzenbohrung 7, die in einem Kolben 8 ausgebildet ist. Der Kolben 8 ist in einem Zylinder 9 hin- und herbeweglich, wobei zwischen dem Kolben 8 und dem Zylinder 9 eine Berührungsfläche besteht, die von einer als zylindrische Mantelfläche des Kolbens 8 ausgebildeten Kolbenlauffläche 10 überstrichen wird.
  • Oberhalb des Kolbens 8 ist in dem Zylinder 9 ein Brennraum 11 vorhanden, der aber in der Figur nicht näher dargestellt ist.
  • Der Kolben 8 besteht im Wesentlichen aus einem prinzipiell scheibenförmigen Kolbenboden 12, der direkt an den Brennraum 11 angrenzt. Ausgehend von dem Kolbenboden 12 erstreckt sich - ebenfalls als Bestandteil des Kolbens 8 - ein prinzipiell zylinderhülsenförmiges Kolbenhemd 13, das auch als Kolbenschaft bezeichnet werden kann. In dem Kolbenhemd 13 sind die Kolbenbolzenbohrungen 7 ausgebildet und der Kolbenbolzen 6 gelagert.
  • In dem Kolbenhemd 13 bzw. dem Kolbenboden 12 sind am Außenumfang, also in der Kolbenlauffläche 10, darüber hinaus Nuten 14 ausgebildet, in die nicht dargestellte Kolbenringe, z. B. Trapezringe, in bekannter Weise eingesetzt werden. Der Kolben 8 weist insofern einen an sich bekannten Aufbau auf. Allerdings sollte die Kolbenlauffläche 10 vorteilhafterweise mit einer Notlauf- und/oder Öldepotschicht ausgestattet sein, um einen Ölschmierungsbedarf für die Kolbenlauffläche 10 zu minimieren.
  • In einer Wandung des Kurbelraums 3 sind Einlassöffnungen 15 für Überströmkanäle 15a ausgebildet, die wiederum in Auslassquerschnitten 15b münden. Bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 8 wird das im Kurbelraum 3 befindliche Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Kurbelraum 3 verdrängt und durch den Überströmkanal 15a (oder auch durch mehrere Überströmkanäle 15a) zum Brennraum 11 gefördert, wo das Luft-Kraftstoff-Gemisch im nächsten Arbeitstakt nach erneuter Verdichtung durch den Kolben 8 gezündet wird. Dieses Arbeitsprinzip eines Zweitaktmotors ist seit langem bekannt, so dass sich an dieser Stelle eine weitere Erläuterung, insbesondere auch des Aufbaus der Überströmkanäle 15a, erübrigt.
  • Der dargestellte Zweitaktmotor ist mit einer erfindungsgemäßen Ölversorgung ausgestattet, die unter anderem eine Ölzuführeinrichtung zum Zuführen von Öl zu dem Kolben 8 aufweist.
  • Die Ölzuführeinrichtung umfasst zwei Rohrelemente 16, die eingangsseitig mit einer nicht dargestellten Ölpumpe verbunden sind.
  • Die Öl- bzw. Dosierpumpe kann als kontinuierliche Pumpe (z. B. Zahnradpumpe) oder als diskontinuierlich arbeitende Pumpe (z.B. Kolbenpumpe, Membranpumpe, Piezopumpe oder Bubble-Jet-Pumpe) ausgebildet sein. Sie soll das Öl nur mit geringem Förderdruck zu einer jeweiligen Auslassöffnung 17 der Rohr-elemente 16 fördern. Es soll kein Einspritzdruck erzeugt werden, so dass das Öl aus der Auslassöffnung 17 herausquillt, ohne dass die Oberflächenspannung durch die Ausströmgeschwindigkeit überwunden wird. Der auf diese Weise ausgetretene Öltropfen wird durch die Luftbewegung im Kurbelraum 3, insbesondere durch die Bewegung des Kolbens 8 abgelöst, so dass er bei der weiteren Bewegung des Kolbens 8 gegen das Pleuel 4 oder den Kolbenbolzen 6 aufschlägt. Von dort verteilt sich das Öl z. B. auf das Pleuellager 5 oder in die Kolbenbolzenbohrungen 7 und kann schließlich auch auf die Außenseite des Kolbens 8, nämlich auf die Kolbenlauffläche 10 gelangen.
  • Eine Aerosolbildung des Öls durch hohe Ausströmgeschwindigkeiten an der Auslassöffnung 17, insbesondere an einer dort eingesetzten Düse oder durch das Zumischen von Druckluft zum Öl sollte vermieden werden, um eine konzentrierte Ölzuführung zur Unterseite des Kolbenbodens 12 bzw. in das Innere des Kolbenhemds 13 zu gewährleisten. Ein Ölaerosol hingegen würde im Kurbelraum 3 auch Stellen erreichen, die überhaupt keine Schmierung benötigen.
  • Die Rohrelemente 16 ragen von unten in den Bereich unterhalb des Kolbens 8 herein, wobei sie möglichst soweit vorreichen sollten, dass sie möglichst dicht an den Kolbenbolzen 6 herangeführt werden, wenn sich der Kolben 8 in seinem in der Figur gezeigten unteren Totpunkt befindet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Rohrelemente 16 sogar in das Innere des Kolbenhemds 13 hineinragen.
  • Die Auslassöffnungen 17 enden neben der Pleuelstange des Pleuels 4 in etwa zentrisch zum Pleuellager 5. Zur Vermeidung unnötiger Ölverluste in die Überströmkanäle 15a ist es vorteilhaft, die Enden der Rohrelemente 16 so hoch wie möglich enden zu lassen. Dies bedeutet, dass die Rohrelemente 16 im unteren Totpunkt des Kolbens 8 so hoch wie möglich unter das Kolbenhemd 13 hineinragen.
  • Ein Teil des Öls, das an der Auslässöffnung 17 austritt, wird nicht durch den Kolben 8 mitgerissen, sondern fließt an der Außenseite der Rohrelemente 16 wieder zurück zu den Einlassöffnungen 15 und gelangt damit in die Überströmkanäle 15a. Von dort kann das Öl durch die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches jeweils weiter in die Überströmkanäle 15a hineingezogen werden und auch den brennraumnahen Bereich des jeweiligen Überströmkanals 15a an dessen anderem Ende am Auslassquerschnitt 15b erreichen. Auf diese Weise lässt sich eine Verkokung der Überströmkanäle 15a wirksam verhindern. Das Öl soll als Ölfilmbelag auf der Wand transportiert werden. Der gerichtete Luftstrom im Überströmkanal 15a dient hierbei als Antriebsmittel.
  • Alternativ dazu ist es bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung möglich, das Öl direkt in die Überströmkanäle 15a zu leiten. Diese Ölzuführung in die Überströmkanäle 15a kann ergänzend zu der Ölzuführung zum Kolben 8 (z. B. mittels zusätzlicher Rohrelemente 16) erfolgen. Die in die Überströmkanäle 15a eingeleitete Ölmenge verteilt sich anschließend in der Zylinderlauffläche und dient somit zur Schmierung der Reibpaarung Kolben, Kolbenringe, Zylinder.
  • Bei einer wiederum anderen Ausführungsform ist es möglich, das Öl auch nur ausschließlich in die Überströmkanäle 15a einzuleiten und das Pleuellager 5 sowie die Kolbenbolzenbohrung 7 derart auszugestalten, dass eine Lebensdauerschmierung gewährleistet ist und keine permanenten Ölzuführung erfolgen muss. Hierfür eignen sich z.B. an sich bekannte Kohlenstoffbuchsen und -bolzen. Selbstverständlich sollten in diesem Fall auch alle anderen Lagerstellen im Motor lebensdauergeschmiert sein, die einen Dauerbetrieb ohne zusätzliche Ölschmierung ermöglichen. Dann ist eine Ölzuführung zum Kolben 8 nicht erforderlich.
  • In praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass bei einem derartigen Schmierkonzept eine Minimalschmierung möglich ist, wobei das Verhältnis von verbrauchter Ölmenge zu Benzinmenge bei weniger als 1/200, im Besonderen sogar bei weniger als 1/600 liegt. Auch bei einem Öl-Benzinverhältnis von 1/600 ist ein Dauerbetrieb des Motors (hier: eines Zweitaktmotors) möglich.
  • Die benötigte Ölmenge steht jedoch in keinem festen Verhältnis zur Benzinmenge. Die dosierte Ölmenge kann - wie seit langem bekannt - drehzahlabhängig oder gemäß den Vorgaben eines Kennlinienfelds gefördert werden. Im Volllastfall wird eine höhere Ölmenge benötigt als im Teillast- oder Leerlauffall. Insbesondere im Leerlauf kann es möglich sein, dass überhaupt kein Öl gefördert werden muss.
  • Die Ansteuerung der Pumpe und gegebenenfalls ein zugehöriges Kennlinienfeld können in einer Prozessorsteuerung hinterlegt werden, die vorteilhafterweise in einem Zünd- oder Stromversorgungsmodul des Motors integriert ist.

Claims (10)

  1. Ölversorgung für einen Verbrennungsmotor, wobei
    - der Verbrennungsmotor wenigstens einen Zylinder (9) und einen in dem Zylinder (9) hin- und herbeweglichen Kolben (8) mit einem Kolbenboden (12) und einem sich an den Kolbenboden (12) anschließenden Kolbenhemd (13) aufweist,
    - eine Ölzuführeinrichtung zum Zuführen von Öl zu dem Kolben (8) vorgesehen ist, und wobei
    - die Ölzuführeinrichtung derart ausgebildet ist, dass wenigstens zu einem Zeitpunkt, zu dem sich der Kolben (8) im Bereich seines unteren Totpunkts befindet, durch die Ölzuführeinrichtung Öl in flüssiger Form direkt in einen Bereich unterhalb des Kolbenbodens (12) und innerhalb des Kolbenhemds (13) ausbringbar ist;
    - die Ölzuführeinrichtung wenigstens ein Rohrelement (16) aufweist, das von einer Zylinderwand oder einer sich an die Zylinderwand anschließenden Kurbelraumwand in einen Bereich unterhalb des Kolbenbodens (12) ragt, wobei das Öl durch das Innere des Rohrelements (16) zuführbar ist; und dass dass dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Öl weitgehend drucklos zuführbar ist, derart, dass das Öl aus einer Auslassöffnung (17) des Rohrelements (16) herausquillt, jedoch nicht ausspritzt.
  2. Ölversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Rohrelements (16) derart bemessen ist, dass der Kolben (8) bei Erreichen seines unteren Totpunkts eine Auslassöffnung (17) des Rohrelements (16) gerade eben nicht berührt.
  3. Ölversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Rohrelements (16) derart bemessen ist, dass ein an einer Auslassöffnung (17) des Rohrelements (16) austretender Öltropfen durch einen Teil des Kolbens (8) gerade eben berührt wird.
  4. Ölversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (16) in einen Bereich direkt unterhalb oder innerhalb des Kolbenhemds (13) hineinragt, wenn sich der Kolben (8) in seinem unteren Totpunkt befindet.
  5. Ölversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (16) in einem Bereich nahe eines den Kolben (8) mit einer Pleuelstange (4) verbindenden Kolbenbolzens (6) endet, wenn sich der Kolben (8) in seinem unteren Totpunkt befindet.
  6. Ölversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (16), bezogen auf eine normale Betriebsstellung des Verbrennungsmotors, nach oben gerichtet ist, und dass Öl nach oben ausgelassen wird.
  7. Ölversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzuführeinrichtung eine Ölpumpe aufweist, die in Abhängigkeit von Drehzahl oder Lastzustand des Verbrennungsmotors ansteuerbar ist.
  8. Ölversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzuführung eine Ölpumpe aufweist, die das Öl nur zu den Zeitpunkten fördert, zu denen sich der Kolben (8) im Bereich seines unteren Totpunkts befindet.
  9. Ölversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) eine Kolbenlauffläche (10) und/oder der Zylinder (9) eine Zylinderlauffläche aufweist, die mit einer Notlauf- oder/und Öldepotschicht ausgestattet ist.
  10. Ölversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Verbrennungsmotor ein Zweitaktmotor ist,
    - das Rohrelement (16) die Kurbelraumwand in einer Einlassöffnung (15) eines Überströmkanals durchdringt,
    - das Rohrelement (16) derart in den Kurbelraum (3) nach oben gerichtet hineinragt, dass wenigstens ein Teil des Öls, das durch das Innere des Rohrelements (16) gefördert wird, nach Austreten an einer Auslassöffnung (17) des Rohrelements (16) an der Außenseite des Rohrelements (16) zur Einlassöffnung des Überströmkanals (15) zurückfließt.
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