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Motorschmier- und Kühlsystem Die Erfindung betrifft ein Motorsehmier-
und Kühl system mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Schmieröles und einer
mit der Quelle verbundenen Ölkühleinrichtung, an die eine Hauptölstrecke zum Schmieren
der sich bewegenden Motorteile und eine Kolbenkühlstrecke angeschlossen ist, die
Eühlöl auf die Unterseite des Kolbens sprüht.
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Die erhöhte Nennleistung moderner Verbrennungskraftmaschinen erfordert
eine größere Freisetzung von Wärme in dem Brennkammer- oder Verbrennungsraumbereich.
Dieses wiederum erzeugt erhöhte thermische Belastungen in diesem Bereich des Motores,
die gesteuert werden müssen. Das übliche Kühlsystem für Verbrennungskraftmaschinen
hat keine ausreichende Kapazität, um solche Teile zu kühlen wie z.B. die Kolben,
welche in direkter Berührung mit den Verbrennungsprodukten in dem Notor stehen.
Folglich müssen
zusätzliche Einrichtungen zur Ableitung der Wärme
vorgesehen werden.
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Es sind bereits Motoren mit einem getrennten System bekannt, bei denen
eine ölpumpe ein unter Druck stehendes Strömungsmittel erzeugt und einen Ölstrom
durch eine Diese in einem Strahl auf die.Zylinderwände spritzt. Bei anderen bekannten
Systemen ist das Ölkkhlsystem mit dem Schmiersystem kombiniert, wodurch die Zuverlässigkeit
des Hauptschmiersystems beeinträchtigt werden kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung
eines Notorschmier- und Kühlsystems, bei dem der Druck in dem Ölsohmiersystem aufrecht
erhalten wird und ein Kolbenkühlsystem in Abhängigkeit von dem Schmieröldruck betrieben
wird, wobei ein zwangsläufiger Schmierdruck in der Hauptölstrecke aufrecht erhalten
wird.
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ZUP: Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß an die Kolbenkühlstrecke
ein Reglerventil angeschlossen ist, welches auf den Druck in der Hauptölstrecke
anspricht und den Fluß des unter Druck stehenden Öles durch die Kolben kühlstrecke
erst gestattet, nachdem ein vorbestimmter Druck in der Hauptölstrecke erreicht ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen System wird das Öl unter Druck gesetzt,
welches von dem Ölbehälter der Verbrenaungskraftmaschine erhalten wird. Das unter
Druck stehende Öl wird dann durch einen ölkühler und einen Ölfilter gedrückt, bevor
es der Hauptölstrecke zugeleitet wird zum Schmieren der Hauptlager und der Kolbenzapfenlager
und anderer derartiger Lager, die bei einer Verbrennungskraftmaschine vorhanden
sind. Eine zweite Strecke (gallery) ist zwischen dem Ölk(ihler und dem Ölfilter
angeschlossen, welche unter
Druck stehendes Öl der Kolbenkühlstrecke
zuleitet. Die Kolbenkiihlstrecke besteht im wesentlichen aus mehreren Düsen, welche
Öl auf die Innenseite der Kolben spritzen, die Teil der Brennksmmer oder des Verbrennungsraumes
bilden.
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Der Ölstrom durch die Kolbenkühlstrecke wird gesteuert von einem Kolbenkühlregulierventil
an dem Eingang der Kolbenkiihlstrecke, welches einen Betätigungsteil in der Hauptölstrecke
hat und betatigt wird in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Druck in der Rauptölstrecke.
Die O1-pumpe, welche das unter Druck stehende Strömungsmittel beiden Strecken zuführt,
ist mit einem Rochdrucküberströrnventil versehen. Das Strömungsmittel wird durch
dasHochdrucküberströmventil direkt zu dem Ölbehälter zurückgeleitet. Ein drittes
Ventil ist in der Hauptölstrecke angeordnet, welches es ermöglicht, daß überschüssiges
unter Druck stehendes Strömungsmittel in der Hauptölstrecke zurückfließt, wenn der
Druck über einen vorbestimmten Wert ansteigt. Das Öl wird von dem Uberström- oder
Druckminderventil in der Hauptölstrecke zu dem Ölbehälter zurückgeleitet.
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Das System gewährleistet eine positive und zwangsläufige Schmierung
aller sich bewegenden Teile in der Verbrennungskraftmaschine. Wenn der Motor mit
niedriger Drehzahl arbeitet, wird die Kolbenkühlstrecke abgeschaltet und das gesamte
unter Druck stehende Strömungsmittel wird durch die Hauptölstrecke geleitet, um
eine zwangsläufige Schmierung aufrecht zu erhalten. Der Uauptölstreckendruck ist
ein untrüglicher Anhalt zur Feststellung, wenn die Schmierungsanforderungen für
die Maschine erfüllt sind, da er nicht beeinflußt wird durch den Strömungswiderstand
stromauf von dem Ventil. Die Kolbenkählstrecke arbeitet in Abhängigkeit
von
dem Hauptölstreckendruck,.der auf die Motordrehzahl und Belastungabedingungen anspricht.
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Bei dem erfindungsgemäßen System ist folglich eine Hauptöl strecke
.(gallery) vorgesehen zum zwangsläufigen Schmieren der Hauptlager und Kurbelzapfenlager
und anderer sich bewegender Teile innerhalb des Motors. Mit der Schmierölstrecke
ist eine Kolbenkühlstreckekombiniert, welche nur tätig wird, wenn ein ausreichender
Druck in der Hauptölstrecke herrscht. Das Ventil, welches den Fluß des unter Druck
stehenden Strömungsmittels zum Kühlen der Kolben steuert, hängt von dem Hauptstreckenöldruck
ab.
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Das Bystem weist weiterhin. Druckbegrenzungsventile oder Uberströmventile
auf, um überschüssiges Öl zu dem Ölbehälter zurückzuleiten, wenn ein vorbestimmter
Druck erreicht ist, und außerdem ist ein Sicherheitsventil in Form eines Hochdrucküberströmventils
in das Bystem in Kombination mit der Ölpumpe eingebaut. Das Öl in dem Bystem wird
gekühlt und gefiltert, um zufriedenstellende Betriebsbedingungen in dem System aufrecht
zu erhalten und eine zwangsläufige Schmierung und Kühlung der Kolben zu gewährleisten,
wenn der Motor unter einer vorbestimmten Last und Drehzahl arbeitet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beispielsweise
anhand der Zeichnung beschrieben;
in dieser zeigen: Fig. 1 eine
schematische Ansicht des Schmier- und K5hlsystems gemäß der Erfindung und Fig. 2
eine parallele Anordnung des Kühlers und der Filter in dem System.
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Nach der Zeichnung weist der Motor 1 einen Sopf 2 und einen Block
3 auf, der mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden ist An dem Kurbelgehäuse 4 ist die
Ölwanne 5 befestigt, welche einen Ölvorrat 6 enthä9t. Der Kopf 2 ist in Querschnittansicht
dargestellt mit dem Einlaßventil 7 in der Offenstellung, so daß Luft durch die Ansaugleitung
8 in den Verbrennungsraum 9 strömen kann.
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In dem Kopf ist weiterhin die Abgasleitung 10 mit dem Kanal 11 dargestellt,
durch den die Verbrennungsprodukte von der Verbrennungskammer 9 ausströmen können.
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Der Block 3 enthält mehrere Hülsen 12, in denen mehrere Kolben 13
angeordnet sind. Der Kolben 13 ist mit einem Kolbenbolzen 14 versehen, an dem die
Pleuelstange 15 angebracht ist Der Kolben 13 ist mit einer im allgemeinen halb3riigelförmigen
Aussparung 16 an seinem Innenteil versehen. Der Kopf 17 des Kolbens 13 bildet einen
Teil der Verbrennungskammer 9.
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Die Pleuelstange 15 erstreckt sich nach unten und ist an dem Kurbelzapfen
18 angebracht, welcher Teil der Kurbelwelle 19 ist. Die Kurbelwelle 19 ist in dem
Hauptlager 20 gelagert, welches einstückig mit dem Eurbelgehäuse 4 ausgebildet ist
zur Halterung der Kurbelwelle.
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Obgleich nur 1 Pleuelstange und 1 Kolben und Zylinder
dargestellt
sind, ist es selbstverständlich, daß der Motor einen oder mehrere Zylinder aufweisen
kann. Das erSindungsgemäße Ölkühl- und Schmiersystem arbeitet gleich gut bei einem
Ein-Zylinder- oder Mehr-Zylindermotor.
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Die Ölwanne 5 bildet einen Behälter für den Ölvorrat 6.
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Die Ölpumpe 25, welche von dem Motor 1 angetrieben wird, saugt Öl
vornölvorrat 6 durch das Sieb 21 und die Zuführungsleitung 22. Ein Hochdrucküberströmventil
23 ist an der Auslaßleitung 24 an der Druckseite der Ölpumpe 25 angeschlossen. Das
Hochdrucküberströmventil leitet das unter Druck stehende Strömungsmittel im Nebenschluß
zu dem Behälter zurück, wenn der Druck an der Ausláßseite der Pumpe 25 übermäßig
ansteigt. Die Leitung 26 an der Vorderseite der Pumpe 25 leitet das unter Druck
stehende Strömungsmittel zu dem Kühler 27. Die gesamte Fördermenge der Pumpe 25
geht durch den Kühler 27 hindurch, vorausgesetzt, daß der Öldruck nicht über den
eingestellten Druck des Hochdrucküberströmventils 23 ansteigt.
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Die Zweigleitung 28 führt zu der Kolbenkühlstrecke 29 über das Kolbenkuhl-Reglerventil
30. Die Kolbenkühlstrecke besteht im wesentlichen aus mehreren Düsen 31, welche
das Öl nach oben in den Innenteil des Kolbens 13 sprühen. Das Innere des Kopfes
17 innerhalb dem Kolben 13 wird gekühlt durch das Auftreffen des unter Druck stehenden
Strömungsmittels. Das Strömungsmittel fällt dann nach unten in die Ölwanne.
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Das unter Druck stehende Strömungsmittel von dem Kühler 27 kann einer
von zwei Bahnen folgen, von denen die eine die Zweigleitung 28 ist, welche zu der
golbenkuhlstrecke führt, und die andere durch die Leitung 32, den Filter 34 und
die Hauptölstrecke 33 führt. Ein Umgehungsventil oder Überströmventil 21 kann in
dem Filter 34 eingebaut sein, um
eine positive oder zwangsläufige
Schmierung durch die Hauptölstrecke 33 sicherzustellen, falls das Filter verstopfen
sollte.
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Bei der dargestellten alternativen Ausfuhrungsform ist ein Fluß des
unter Druck stehenden Strömungsmittels durch den Kühler 27, die Leitung 28 und die
Kühlstrecke 29 parallel zu dem Strömungsmittelfluß durch die Leitung 32, den Filter
34 und die Rauptstrecke 33 vorgesehen.
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Das unter Druck stehende ßtrömungsmittel-in der Hauptölstrecke 33
steht in Berührung mit der Ventilbetätigungseinrichtung 35 des Kolbenkühl-Reglerventils
30. Wenn ein vorbestimmter Druck in der-Hauptölstrecke 33 vorhanden ist, betätigt
die Ventilbetätigungseinrichtung 35 das Ventil in eine Offenstellung, wodurch das
unter Druck stehende ßtrömungsmittel durch die Zweigleitung 28 und durch die Kolbenkiihlölstrecke
29 fließen kann.
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Solange die Ölpumpe 25 in Betrieb ist, wird Strömungsmittel in der
Leitung 24 unter Druck gesetzt, welches durch den Kühler 27 und den Filter 34 zu
der Hauptölstrecke 33 fließen wird. Dieses gewährieistet eine positive und zwangsläufige
Schmierung der Hauptlager und der Eurbelzapfenlager und aller anderen sich bewegenden
Teile in der Verbrennungskraftmaschine.
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Die Hauptölstrecke 33 besteht im wesentlichen aus mehreren Leitungen,
die zu den Hauptlagern 20 führen. Der Kanal 37 führt von der Leitung 38 zu dem Hauptlager
für die Kurbelwelle 19. Die Kurbelwelle 19 ist durchbohrt, um den Fluß des unter
Druck stehenden Strömungsmittels durch den gurbelarm zu dem Kurbelzapfen 18 aufzunehmen
zur Schmierung des Eurbulzapfenß. Durchflußeinrichtungen sind ebenfalls vorgesehen
von dem Kurbelzapfenlager in Längsrichtung
durch die Pleuelstange
15 zur Schmierung des Kolbenbolzens 14 in dem Kolben 13. Das System gewährleistet
eine zwangsläufige Schmierung aller Lager in der Kurbelwelle und dem Kolben.
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Durch das unter Druck stehende Strömungsmittel in der Hauptölstrecke
33 wird eine positive oder zwangsläufige Schmierung des Motors solange aufrecht
erhalten, wie der Motor in Betrieb ist. Das Hochdrucküberströnventil 23 wird nur
tätig, wenn ein Ueberdruck in dem System vorhanden ist.
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Das Kolbenkühl-Reglerventil 30 wird betätigt, wenn ein vorbestimmter
Druck in derBauptstrecke 33 vorhanden ist. Dieses gestattet den Fluß des unter Druck
stehenden Strömungsmittels durch die Kolbenkühlstrecke, um die Kolben zu kühlen,
wenn der Motor in Betrieb ist. Ein zweites Druckminder- oder Vberströmventil ist
in dem System vorgesehen und an einer Stelle in der Leitung 38 der Hauptölstrecke
angeordnet. Das Uberströmventil 39 wird tätig, in Abhängigkeit von dem Druck in
der Hauptölstrecke, um den Rückfluß des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu
dem Ölvorratsbehälter zu ermöglichen. Lediglich aus Grdnden der Darstellung sei
angenommen, daß der Betätigungsdruck für das Kolbenkühlreglerventil 30 etwa 1,75
kg/cm2 (25 pounds per square inch) beträgt. Das Hauptstreckenüberströmventil würde
bei etwa 3,15 kg/cm2 (45 pounds per square inch) arbeiteten und das Hochdrucküberströnventil
23 wurde bei einem Druck von etwa 12,7 kg/cm2 (180 pounds per square inch) arbeiten.
Es ist zu ersehen, daß die Kühlung der Kolben nicht mehr die Gefahr eines Aussetzens
der Schmierung oder einer fehlerhaften Schmierung in der Hauptölstrecke hervorruft,
da die Kolben kühletrecke nicht arbeitet, bis ein vorbestimmter Druck in der Hauptölstrecke
vorhanden ist. Wenn dieser Druck vorhanden ist, wird sich das golbenkühl-Reglerventil
öffnen und den Fluß des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu
der
KolbekUstrecke gestatten zum Kühlen der Kolben. Wenn die Motordrehzahl übermäßig
hoch wird und der in dem System erzeugte Druck größer ist als erforderlich ist,
beide Systeme zu betreiben, wird das Hauptstreckenüberströmventil den Rückfluß des
unter Druck stehenden Strömungsmittels zu dem Vorratsbehälter gestatten und außerdem
den Betrieb sowohl der Hauptölstrecke wie auch der golbenkühlstrecke aufrecht erhalten.
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Das Hochdrucküberströmventil ist in dem System vorgesehen, um Hochdruckströmungsmittel
zu dem Ölvorratsbehälter abzuleiten im Fa1l von übermäßig hohen Drücken in den Strömungsmittelleitungen.
Wie bereits erwähnt, ist der Ölfilter vorzugsweise mit einem eingebauten ttberströmventil
versehen, um den Umgehungsfluß des Öles um den Ölfilter zu ernöglichen, falls der
Ölfilter verstopfen sollte. Dieses gewährleistet einen positiven oder zwangsläufigen
Fluß des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu der Hauptölstrecke und gewährleistet
eine Schmierung der sich bewegenden Teile.
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Der Betrieb des kombinierten Schmier- und Eühlsystems wird im folgenden
beschrieben: Wenn der Motor in Betrieb ist, ist die Ölpumpe 25 ständig in Tätigkeit.
Die Ölpumpe 25 erhält das Strömungsmittel von dem Ölvorrat 6 in dem Vorratsbehälter
und setzt das Strömungsmittel unter Druck und drückt das unter Druck stehende Strömungsmittel
in die Leitung 26. Das O1 wird dann durch den Kühler 27 gedrückt, um die temperatur
des Öles herabzusetzen, bevor es entweder in die Hauptölstrecke oder die Kolbenkühlstrecke
geleitet wird. Der Filter 34 ist zwischen dem Kühler 27 und der Hauptölstrecke 33
angeordnet. Wenn der Motor mit einer niedrigen Drehzahl läuft, ist der Öldruck in
der Leitung 26 verhältnisiäßig klein und das gesamte Öl wird durch den Filter 34
in die
Hauptölstrecke strömen. Dadurch fließt das unter Druck stehende
Strömungsmittel in die Hauptlager 20, die Hauptkurbellager 40 und die Kolbenbolzenlager
41. Bei Leerlaufdrehzahlen und niedrigen Lastbedingungen benötigt der Motor keine
Kühlung der Kolben, um die Wärme in dem Motor abzuleiten. Bei einer Erhöhung der
Drehzahl wird der Druck/der Leitung 26 und auch in der Hauptölstrecke 33 ansteigen,
welches bewirkt, daß die Ventilbetätigungseinrichtung 35 des Kolbenkuhlreglerventils
30 dieses Ventil öffnet. Dieses gestattet den Fluß des unter Druck stehenden Strömungsmittels
durch die Kolbenkühlstrecke 29 und das Sprühen des Strömungsmittels durch die Düsen
31 auf die Kolben 13. Das unter Druck stehende Strömungsmittel, welches vorher gekühlt
wurde, wird auf den Innenteil des Kolbenkopfes gespruht und wird Wärme von dem Kolben
13 ableiten. Das Öl kann dann in die Ölwanne fallen. Solange der Druck in dem System
unter einem vorbestimmten Wert bleibt, wird das Öl fortfahren, durch die Lager oder
die Kolbenkühldüsen 31 zu fließen. Wenn der Druck über einen vorbestimmten Wert
ansteigt, wird sich das Hauptölstreokenüberströmventil 39 öffnen und bewirken, daß
das unter Druck stehende Strömungsmittel zu dem Vorratsbehält er im Nebensehluß
geleitet wird. Hierdurch wird der maximale Druck in den Strömungsmittelleitungen
in der Hauptölstrecke und der Kolbenkühlstrecke begrenzt.
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Wie bereits erwahnt kann der Filter 34 ein Umgehungs-oder Uberströmventil
aufweisen, um den Umgehungsfluß des unter Druck stehenden Ströiungsmittels um den
Filter zu ermöglichen und eine positive oder zwangsläufige Schmierun{5 eu gewährleisten
auch. wenn der Filter verstopfen sollte.
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Für den Fall, daß das System überlastet werden sollte,
ist
ein Sicherheitsüberströmventil 23 an der Druckseite der Pumpe 25 vorgesehen. Dieses
Ventil wird nur tätig, wenn der Druck in dem Strömungsmittelsystem übermäßig wird.
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Das kombinierte Schmier- und Kühlsystem gewahrleistet eine positive
oder zwangsläufige Schmierung aller Lager in dem Motor. Die Kühlung der Kolben tritt
nur in Betrieb, wenn alle Schmieranforderungen des Motors erfüllt sind. Der Wert
oder die GröBe des Druckes in der Hauptolstrecke ist ein positiver Anhalt um zu
gewährleisten, daß die ßchmieranforderungen in der Hauptölstrecke erfüllt sind.
Wenn dieser Zustand vorhanden ist, wird die Betätigungseinrichtung für das Kolbenkühl-Reglerventil
tätig, um den Fluß des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu der golbenkühistrecke.
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zu ermöglichen, und es wird Öl gegen die Unterseite des Kolbens gedrückt,
um einen niedrigeren Betriebszustand des Motors aufrecht zu erhalten.