DE19742111A1 - Ventilschaftschmierung für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbeson­ dere aufgeladene Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Kurbelge­ häuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen in einem Zylinder bewegbaren Kol­ ben trägt, wo bei der Zylinder von einem Zylinderkopf abgedeckt ist, der zumindest je Zylinder ein Ein- und Auslaßventil mit anschließen­ dem Ein- und Auslaßkanal sowie mit je einer Ventilführung aufweist, die zusammen mit dem Ventilschaft einen Schmierspalt bildet.

Bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen üblicher Bauart dient zur Schmie­ rung der Ventilschäfte eine minimale Menge druckloses Schmieröl, das von der Ventilschaftdichtung (z. B. O-Ringdichtung am steuersei­ tigen Ende der Ventilführung) aufgrund der hohen Schaftgeschwin­ digkeit durchgelassen wird. Dieses drucklose Schmieröl kann nur schlecht gegen den Abgasgegendruck (ca. 1,5 bis 2,2 bar) abwärts fließen. Zudem hängt die durchgelassene Schmierölmenge vom Ver­ schleißzustand der O-Ringdichtung ab.

Der Schmierspalt zwischen Ventilführung und Ventilschaft dichtet bei aufgeladenen Motoren nicht gegen den hierbei herrschenden Über­ druck in den Ventilkanälen ab. Das bedeutet, daß bei Hubkolben- Brennkraftmaschinen, die hochschwefelhaltige Schweröle verbrennen, schweflige Säure in den Schmierspalt gelangt, dort kondensiert und zur Ventilschaftkorrosion führt. Außerdem gelangen feste Abgasbe­ standteile in den Schmierspalt, die ein Festgehen der Auslaßventile bewirken können.

In der DE-PS 11 65 344 ist eine Ventilschaftschmierung für einen auf­ geladenen Dieselmotor mit zwei Ein- und zwei Auslaßventilen beschrieben. Diese werden über je eine Traverse von je einem Kipp­ hebel betätigt. Die Traverse und ihre Führungen sind als Kolben­ ölpumpen ausgebildet, die bei jedem Ventilhub eine dosierte Schmier­ ölmenge zu den Schmierspalten der von ihnen betätigten Ventile fördern.

Diese Ventilschaftschmierung ist jedoch an die hier vorliegende spe­ zielle, konstruktive Ausbildung der Ventilbetätigung gebunden und be­ dingt außerdem einen erheblichen konstruktiven Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine aufgeladene Hub­ kolben-Brennkraftmaschine eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen durch einfache Mittel und unabhängig von der Art der Ventilbetätigung eine zuverlässige und wirkungsvolle Ventilschaft­ schmierung und -abdichtung gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem Schmierspalt zwischen einem Auslaßventilschaft und einer Auslaßventilführung ölhaltige Druckluft zuführbar ist. Die ölhaltige Druckluft strömt durch den Schmierspalt in Richtung Auslaßkanal, schmiert, dichtet und kühlt da­ bei den Ventilschaft und verhindert ein Eindringen von Abgas in den Schmierspalt. Durch den Schmier-, Kühl- und Sperreffekt der ölhalti­ gen Druckluft wird der Verschleiß der Auslaßventilschäfte und -füh­ rungen drastisch gesenkt so daß auf die kostspielige Korrosions­ schutz-Beschichtungen der Auslaßventilschäfte verzichtet werden kann.

Dadurch, daß die Zuführung der ölhaltigen Druckluft vorzugsweise im zylinderfernen Bereich des Schmierspalts erfolgt, und daß der Schmierspalt zum Ventilsteuerraum hin abgedichtet ist, wird erreicht, daß die Auslaßventilschäfte auf ganzer Länge geschmiert werden und ein teilweises Entweichen der ölhaltigen Druckluft in den Ventilsteuer­ raum und das Kurbelgehäuse verhindert wird.

Vorteilhaft ist, daß der Druck der ölhaltigen Druckluft höher als der Abgasgegendruck, insbesondere höher als der maximale Abgasge­ gendruck ist. Dadurch ist bei allen Betriebszuständen der Hubkolben- Brennkraftmaschine eine positive Druckdifferenz zum Durchströmen des Schmierspalts mit ölhaltiger Druckluft gewährleistet.

Eine besonders einfache und kostengünstige Lösung ergibt sich dar­ aus, daß die ölhaltige Druckluft der Ladeluft der Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine entnommen werden kann. Hierdurch entfällt ein geson­ derter Kompressor mit Schmierölzugabe, da die Ladeluft durch zuge­ führtes Öl für die Ventilsitzschmierung von Haus aus ölhaltig ist. Die Ladeluft hat außerdem den Vorteil, daß sie im überwiegenden Teil des Betriebsbereichs sowie der Betriebszeit der Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine ein positives, aber nicht zu großes Druckgefälle gegen­ über dem Abgasdruck im Abgaskanal aufweist. Dadurch wird der er­ wünschte Schmier-, Kühl- und Sperreffekt mit geringem Ladeluftauf­ wand erzielt.

Ein Vorteil der Lösung, daß zwischen einer Ladeluftleitung und dem Schmierspalt eine äußere Verbindungsleitung angeordnet ist, besteht darin, daß die äußere Verbindungsleitung nachrüstbar ist und daß in der äußeren Verbindungsleitung ein Steuerventil, vorzugsweise ein in Richtung Schmierspalt sich öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, daß bei negativem Druckgefälle zwi­ schen Ladeluft und Abgas, wie es bei Teillast der Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine auftreten kann, letzteres Kleinstlast oder Schwachlast wieder in den Schmierspalt eindringt und die bekannten Probleme verursacht. Das Steuerventil kann auch zum Regeln von Druckhöhe, Einsatzdauer und Einsatzfrequenz der ölhaltigen Druckluft dienen.

In Weiterbildung der Erfindung weist die äußere Verbindungsleitung einen Anschluß am Zylinderkopf auf, der zum Schmierspalt führt. Die­ ser Anschluß kann auch nachgerüstet werden. Er führt insbesondere bei Motoren mit eingesetzten und gekühlten Ventilen auf kurzem Weg zu deren Schmierspalt im oberen Bereich von deren Ventilführung.

Die Ausbildung, bei der der Anschluß mit einer Ringnut am Umfang der Auslaßventilführung und dieser mit mindestens einer Radialboh­ rung in der Auslaßventilführung in Strömungsverbindung steht, bietet bei Erstausrüstung der Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Ventil­ schmierung durch ölhaltiges Druckgas den Vorteil einer drehla­ geunabhängigen Einbaumöglichkeit der Auslaßventilführung.

Größere Hubkolben-Brennkraftmaschinen für Schwerölbetrieb besit­ zen in der Regel einen Ventileinsatz, der eine intensive Ventilkühlung und einen einfachen Ventilausbau ermöglicht. Bei kleineren Hubkol­ ben-Brennkraftmaschinen sitzt die Ventilführung unmittelbar im Zylin­ derkopf. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Zylinderkopf eine innere Verbindungsleitung zwischen dem Einlaßkanal und dem Schmierspalt des Auslaßventils aufweist. Hier kann eine interne Bohrung die äuße­ re Verbindungsleitung ersetzen.

Die Verfahrensansprüche beschreiben das erfindungsgemäße Verfah­ ren zur Beaufschlagung des Schmierspalts mit ölhaltiger Druckluft, insbesondere mit ölhaltiger Ladeluft.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be­ schreibung und der einzigen Figur, in der ein Auslaßventileinsatz mit Auslaßventil dargestellt ist, dessen Schmierspalt mit schmierölhaltiger Druckluft geschmiert ist.

Die einzige Beispiel-Figur zeigt einen Teil eines Zylinderkopfs 1 einer insbesondere mehrzylindriger Brennkraftmaschine in Reihen- oder V- Bauart im Schnitt mit einem Auslaßkanal 2 und Kühlwasserräumen 3. Die Brennkraftmaschine wild varzugsweise mit Mischkraftstoffen und/oder Rückstandsölen (Schweröl) betrieben.

In den Zylinderkopf 1 ist ein Auslaßventileinsatz 4 eingesetzt, der mit Zugankern 5 auf einen gegenüber dem Zylinder dichtenden konischen Sitz 6 gespannt ist. Der Auslaßventileinsatz 4 weist ebenfalls Kühl­ wasserräume 3a auf, die durch zwei Kühlwasserleitungen 7 mit den Kühlwasserräumen 3 des Zylinderkopfs 1 verbunden sind.

In den Auslaßventileinsatz 4 ist eine Auslaßventilführung 8 eingesetzt, die sich mit einer Schulter 9 auf einem Stützkragen 10 des Auslaß­ ventileinsatzes 4 abstützt. In der Auslaßventilführung 8 ist der Ventil­ schaft 11 eines Auslaßventils 12 mit Spiel geführt. Zwischen Auslaß­ ventilführung 8 und Ventilschaft 11 befindet sich ein Schmierspalt 13, der durch eine O-Ringdichtung 14 gegenüber dem Steuerraum 15 ab­ gedichtet ist.

Das Auslaßventil 12 wird von einer Ventilfeder 16 über einen Feder­ teller 17 auf einen Ventilsitz 18 gepreßt. Die Ventilfeder 16 stützt sich ebenfalls auf den Stützkragen 10 ab.

In den Stützkragen 10 mündet radial ein Anschluß 19, der über eine äußere Verbindungsleitung 20 mit einer nicht dargestellten Ladeluft­ leitung in Strömungsverbindung steht. In der äußeren Verbindungs­ leitung 20 ist ein zum Anschluß 19 hin sich öffnendes Rückschlagven­ til 21 angeordnet. Der Anschluß 19 steht mit einer am Umfang der Auslaßventilführung 8 angeordneten Ringnut 22 und diese über eine Radialbohrung 23 mit dem Schmierspalt 13 in Strömungsverbindung.

Die erfindungsgemäße Anordnung funktioniert folgendermaßen:

Die schmierölhaltige Ladeluft strömt bei höheren Motorlasten mit dem damit verbundenen Ladeluftüberdruck von der nicht dargestellten Ladeluftleitung durch die äußere Verbindungsleitung 20 über das Rückschlagventil 21 zum Anschluß 19 und weiter über die Ringnut 22 sowie die Radialbohrung 23 in den Schmierspalt 13. Dort strömt sie entlang dem Ventilschaft 11 schmiert, kühlt und dichtet denselben und tritt am zylinderseitigen Ende der Auslaßventilführung 8 in den Auslaßkanal 2 aus. Bei niedrigen Lasten und dem damit verbundenen Abgasüberdruck versperrt das Rückschlagventil 21 dem Abgas den Weg durch den Schmierspalt 13 und ermöglicht dem vom Steuerraum 15 drucklos über die O-Ringdichtung 14 in den Schmierspalt 13 ein­ strömenden Schmieröl den Weg entlang dem Ventilschaft 11. Auf diese Weise ist im gesamten Betriebsbereich der Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine eine sichere Schmierung und Dichtung und im oberen Betriebsbereich zusätzlich eine Kühlung des Ventilschafts 11 des Auslaßventils 12 sichergestellt. Der dazu erforderliche Bauaufwand ist gering. Außerdem kann der kostspielige Korrosionsschutz des Ventil­ schafts 11 des Auslaßventils 12 entfallen.

Claims (12)

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere aufgeladene Die­ sel-Brennkraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kur­ belwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen in einem Zylinder bewegbaren Kolben trägt, wobei der Zylinder von einem Zylinderkopf abgedeckt ist, der zumindest je Zy­ linder ein Ein- und Auslaßventil mit anschließendem Ein- und Auslaß­ kanal sowie mit je einer Ventilführung aufweist, die zusammen mit dem Ventilschaft einen Schmierspalt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmierspalt (13) zwischen einem Auslaßventilschaft (11) und einer Auslaßventilführung (8) ölhaltige Druckluft zuführbar ist.

2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der ölhaltigen Druckluft vorzugsweise im zylinderfernen Bereich des Schmierspalts (13) er­ folgt, und daß der Schmierspalt (13) zum Ventilsteuerraum (15) hin abgedichtet ist.

3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ölhaltige Druckluft einen höheren Druck als der Abgasgegendruck aufweist.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ölhaltige Druckluft vorzugsweise die Ladeluft der Hubkolben-Brennkraftmaschine ist.

5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Ladeluftleitung und dem Schmierspalt (13) eine äußere Verbindungsleitung (20) angeordnet ist.

6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Verbindungsleitung (20) ein Steuerventil, vorzugsweise ein in Richtung Schmierspalt (13) sich öffnendes Rückschlagventil (21) angeordnet ist.

7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Verbindungsleitung (20) einen Anschluß (19) am Zylinderkopf (1) aufweist, der zum Schmierspalt (13) führt.

8. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (19) vorzugsweise im Be­ reich eines Stützkragens (10) für die Auslaßventilführung (8) und eine Ventilfeder (16) angeordnet ist.

9. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (19) mit einer Ringnut (22) am Umfang der Auslaßventilführung (8) und dieser mit mindestens einer Radialbohrung (23) in der Auslaßventilführung (8) in Strömungs­ verbindung steht.

10. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (1) eine innere Verbin­ dungsleitung zwischen dem Einlaßkanal und dem Schmierspalt (13) aufweist.

11. Verfahren zum Schmieren eines Ventilschafts einer Hubkolben- Brennkraftmaschine, insbesondere einer aufgeladenen Diesel-Brenn­ kraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen in einem Zylinder bewegbaren Kolben trägt, wobei der Zylinder von einem Zylinderkopf abgedeckt ist, der zumindest je Zylinder ein Ein- und Auslaßventil mit anschließendem Ein- und Auslaßkanal so­ wie mit je einer Ventilführung aufweist, die zusammen mit dem Ventil­ schaft einen Schmierspalt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmierspalt (13) zwischen Aus­ laßventilschaft (11) und Auslaßventilführung (8) ölhaltige Druckluft zu­ geführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmierspalt (13) vorzugsweise ölhaltige Ladeluft aus einer Ladeluftleitung oder aus einem Einlaßka­ nal zugeführt wird.