DE2537742A1

DE2537742A1 - Schmiervorrichtung einer kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2537742A1
Application number: DE19752537742
Authority: DE
Inventors: Anton Steiger; Herbert Dipl Ing Zehnder
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-08-14
Filing date: 1975-08-25
Publication date: 1977-02-17
Also published as: IT1065950B; GB1501526A; CH595548A5; DE2537742B2; DK141379B; DK352776A; JPS5224638A; DE2537742C3; DK141379C; JPS5439544B2

Description

P.4927 Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Schmiervorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine zur Schmierung des in einem Zylinder beweglichen Arbeitskolbens, mit einer Schmierpumpe und einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Zufuhr des von der Pumpe geförderten Schmieröles durch eine Schmierleitung zu mindestens einer Schmierstelle im Takt der Kolbenbewegungen.

Die bekannten Schmiervorrichtungen dieser Art, die veit verbreitet sind, haben den Nachteil, dass einerseits das Schmieröl einen für viele Zwecke ungenügenden Schmierdruck aufweist und andererseits, dass es zu ungeeigneten

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Zeitpunkten auf die Lauffläche des Zylinders gelangt,
so dass ein grosser Teil des Oeles verbrennt und zur
Schmierung der Lauffläche zwischen dem Zylinder und dem
Arbeitskolben nicht genützt wird. Ausserdem ist es bei den bekannten Schmiervorrichtungen schwierig, von einer zentralen Stelle aus mit einfachen Mitteln im Betrieb die zur Schmierung dienende Oelmenge kontinuierlich zu verändern.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Schmiervorrichtung der erwähnten Art zum Ziel, welche einfach ist,
die Erzielung hoher Schmierdrücke ermöglicht und dabei eine kontinuierliche Veränderung der Schmiermenge im Betrieb gestattet.

Die erfindungsgemässe Schmiervorrichtung, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist gekennzeichnet durch eine der Schmierpumpe zugeordnete Druckregelvorrichtung sowie durch eine an die Schmierleitung angeschlossene Hochdruckpumpe, die einen durch eine Feder belasteten Differentialkolben aufweist, dessen Kolben mit kleinerem Durchmesser als Pumpenkolben zur Förderung des Schmieröles aus der Schmierleitung zu mindestens einer Schmiersteile dient, und dessen Kolben mit grösserem Durchmesser als Antriebskolben des Pumpenkolbens dient und zur Ausführung eines Saughubes des Pumpenkolbens durch den von der Druckregelvorrichtung bestimmten Druck des Schmieröles gegen die Kraft der Feder betätigbar ist.

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Bei der erfindungsgemässen Schmiervorrichtung kann durch Veränderung des Zulaufdruckes der Hub des Antriebskolbens und somit auch des Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe verändert werden. Je nach der Höhe des Zulaufdruckes stellt sich jeweils ein Gleichgewicht zwischen dem auf den Antriebskolben wirkenden hydraulischen Druck und der Federkraft der Feder ein, durch welches die Grosse des Hubes des Pumpenkolbens und somit des der Schmierstelle zugeführten Oelvolumens bestimmt wird.

Ein besonderer Vorteil wird bei der erfindungsgemässen Schmiervorrichtung erzielt, wenn die Hochdruckpumpe im Arbeitskolben der Kolbenbrennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die Schmierleitung eine bewegliche Verbindung enthält, welche die Hochdruckpumpe mit einem Leitungsanschluss im Gehäuse der Maschine verbindet. Auf diese Weise gelingt es einerseits, das Schmieröl in besonders wirtschaftlicher Weise zur Schmierung des Kolbens auszunützen, indem direkt die Lauffläche des Kolbens und nicht die des Zylinders geschmiert wird. Ausserdem kann die Hochdruckpumpe auch zur Schmierung eines Kolbenzapfens bei einer Tauchkolbenmaschine oder eines Kreuzkopfzapfens bei einer Kreuzkopfoaschine verwendet werden,

Dabei kann der Antriebskolben des Differentialkolbens in einem Zylinder beweglich sein, dessen eine Druckfeder enthaltender Raum mit einer Entleerungsleitung versehen ist,

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die zur geschmierten Fläche führt. Durch diese Massnahme kann das am Kolben mit grösserem Durchmesser auftretende Lecköl mit einfachen Mitteln zur Schmierung herangezogen werden.

Vorzugsweise kann die Schmierpumpe der erfindungsgemässen Schmiervorrichtung von der Kurbelwelle der Kolbenbrennkraftmaschine angetrieben sein. Durch diese Massnahme wird verhindert, dass bei einer Störung der Hochdruckpumpe das Schmieröl ungesteuert,bei z.B. stillstehender Kolbenbrennkraftmaschine,ausfliessen kann.

Die Steuervorrichtung kann zur Steuerung der Zufuhr des Schmieröles aus der Schmierpumpe zur Hochdruckpumpe und aus der Hochdruckpumpe in eine Abflussleitung dienen, wobei die Rückführleitung mit einer Drosselstelle zur Verlangsamung der Bewegung des Differentialkolbens unter dem Einfluss der Feder versehen ist. Durch die Drosselstelle ist es möglich, die Bewegung des Differentialkolbens und somit die Geschwindigkeit, mit welcher das Schmieröl durch die Hochdruckpumpe der Schmierstelle zugeführt wird, zu steuern.

Bei einer im Arbeitskolben der Kolbenbrennkraftmaschine angeordneten Hochdruckpumpe kann die Steuervorrichtung derart ausgelegt sein, dass der Saughub des Pumpenkolbens in einem Bereich des Bewegungszyklus des Arbeitskolbens der Maschine liegt, in welchem die Massenkraft des Kolbens

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zum oberen Totpunkt gerichtet ist. Auf diese Weise wird · eine von der Drehzahl der Kolbenbrennkraftmaschine abhängige Schmierölzufuhr erhalten, da sich die auf die Oelsäule in der Schmierleitung wirkenden Beschleunigungskräfte mit dem durch die Druckregelvorrichtung bestimmten Druck addieren.

Vorzugsweise kann die Hochdruckpumpe einen so kleinen Totraum haben, wie es konstruktiv erzielbar ist. Bei einer so ausgelegten Pumpe kann bei Betriebsbeginn die in der Hochdruckpumpe befindliche Luft komprimiert und durch die Förderleitung entfernt werden, so dass sich besondere Entlüftungsmassnahmen erübrigen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Es zeigt:

Fig.1 einen Teilschnitt eines Kolbens einer Kolbenbrennkraftmaschine zusammen mit einem Schema der Schmiervorrichtung und

Fig.2 ein Diagramm der Bewegungen des Arbeitskolbens der Kolbenbrennkraftmaschine zur Erläuterung der Funktion der erfindungsgemässen Schmiervorrichtung.

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Die Fig.1 der Zeichnung zeigt einen Arbeitskolben einer Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere einer aufgeladenen Dieselmaschine, welcher durch einen Kolbenzapfen 2 mit einer Pleuelstange 3 verbunden ist. Der Kolben 1 ist in bekannter Weise in einem Zylinder 4 hin und her beweglich, welcher in der Fig.1 nur angedeutet ist. Im Kolben 1 ist eine Hochdruckpumpe 5 angeordnet, die durch eine Schmierleitung 6, 6¹ mit einer Schmierpumpe 7 verbunden ist. Die Schmierpumpe 7 fördert Schmieröl aus einem Schmierölbehälter 8 über einen Druckregler 10und einen Steuerschieber 11, welcher in der Schmierleitung 6 geschaltet ist. Der Steuerschieber enthält einen Schieberkolben 12, der in einem Zylinder 13 unter dem Einfluss eines Nockens 14 beweglich ist. Wie durch strichpunktierte Linien angedeutet ist, ist der Nocken 14 in gleicher Weise wie die Schmierpumpe 7 z.B. durch Zahnradgetriebe von der Kurbelwelle 15 der Kolbenbrennkraftmaschine angetrieben.

Der Schieberkolben 12 enthält eine Steuernut 16, welche je nach der Stellung des Schieberkolbens entweder die Abschnitte 6, 6¹ der Schmierleitung miteinander verbindet oder die Schmierleitung 6 an eine in den Behälter 8 führende Rückführleitung 17 anschliesst. Die Rückführleitung 17 ist mit einer Strömungsdrossel 18 versehen.

Zur beweglichen Verbindung des Steuerschiebers 11

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mit dem Kolben 1 ist in der Schmierleitung 6 ein Gelenkrohr 20 mit einem Anschlussteil 21 und Gelenken 22 versehen.

Die Hochdruckpumpe 5 enthält ein Pumpengehäuse 23, in welchem ein Differentialkolben 24 beweglich ist. Der Differentialkolben 24 enthält einen Pumpenkolben 25 mit kleinerem Durchmesser und einen Antriebskolben 26 mit grösserem Durchmesser. Die Pumpe 5 ist mit einem Saugventil 27 und einem Förderventil 28 versehen und fördert Schmieröl aus der Schmierleitung 6 zu einer Schmiersteile 30. Im vorliegenden Fall befindet sich die Schmierstelle 30 in der Aussenwand des Kolbens 1 zwischen zwei Kolbenringen 31. Die Schmierstelle kann sich jedoch auch z.B. in einer Kolbenringnut befinden.

Der Antriebskolben 26 ist in einem Zylinderraum 32 des Gehäuses 23 beweglich und ist durch eine Druckfeder 33 belastet. An den Zylinderraum 32 schliesst sich eine Entleerungsleitung 34 an, welche in der Wand des Kolbens 1 mündet und dort eine Schmierstelle 35 bildet.

Es versteht sich, dass in einem Kolben 1 mehrere Hochdruckpumpen 5 angeordnet sein können, von denen jede eine oder mehrere Schmierstellen 30 versorgen kann. Bei einer mehrzylindrigen Maschine kann jedem Zylinder ein besonderer Steuerschieber 11 zugeordnet sein, wobei jedoch alle Steuerschieber 11 an einer gemeinsamen Schmierpumpe 7 mit einem ebenfalls

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gemeinsamen Druckregler 10 angeschlossen sein können.

Wenn im Betrieb der Steuerschieber 11 die Abschnitte 6, 6^! der Schmierleitung verbindet, wird der Antriebskolben 26 gegen die Kraft der Feder 33 in der Fig.1 nach unten bewegt. Dabei führt der Pumpenkolben 25 eine Saugbewegung aus, bei welcher er OeI aus der Schmierleitung durch das Saugventil 27 ansaugt. Die Grosse des Saughubes ist durch den Zulaufdruck in der Leitung 6 bestimmt, welcher von der Einstellung des Druckreglers 10 abhängig ist. Der Antriebskolben 26 spannt nämlich bei seiner Bewegung die Feder 33 so weit, bis ein Gleichgewicht zwischen der Federkraft dieser Feder und dem auf die Kolben 25, 26 wirkenden hydraulischen Druck entsteht. Wenn während des weiteren Verlaufes des Arbeitszyklus der Kolbenbrennkraftmaschine die Verbindung zwischen den Abschnitten 6, 6' der Schniierleitung unterbrochen wird, bleibt der Differentialkolben 24 in der eingenommenen Stellung stehen.

Sobald der Steuerschieber 11 den Abschnitt 6 der Schmierleitung mit der Rückführleitung 17 verbindet, bewegt die Feder 33 den Differentialkolben 24 in der Figur nach oben. Das vor dem Antriebskolben 26 befindliche OeI wird durch den Abschnitt 6 der Schmierleitung und die Rückführleitung 17 mit der Drossel 18 verdrängt. Dabei kann durch die Drossel die Bewegungsgeschwindigkeit des Differentialkolbens 24 be-

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stimmt werden. Der Pumpenkolben 25 führt bei dieser Bewegung seinen Förderhub aus und drückt das angesaugte Schmieröl durch das Förderventil 28 zur Schmierstelle 30.

Im Verlauf der weiteren Bewegung des Arbeitskolbens ■wird die Verbindung des Abschnittes 6 der Schmierleitung mit der Rückführleitung 17 unterbrochen, worauf sich der bereits beschriebene Vorgang wiederholt.

Die beschriebene Schmiervorrichtung gestattet eine Beeinflussung der pro Hub der Maschine zur Schmierstelle 30 zugeführten Schmierölmenge von aussen, und zwar durch eine Wahl des Zulaufdruckes durch die Druckregelvorrichtung 10. Je nach der Auslegung des Differentialkolbens 24 sind dabei sehr hohe Drücke an der Schmierstelle 30 möglich, so dass z.B. die Hochdruckpumpe 5 auch zur Schmierung der Lagerung des Kolbenzapfens 2 oder eines Kreuzkopfes bei einer Kreuzkopfmaschine verwendet werden kann.

Die Fig.2 zeigt einen möglichen Ablauf der Arbeitsweise der vorliegenden Schmiervorrichtung während einer Umdrehung einer Zweitaktmaschine. Im Diagramm stellt eine Linie A die Hubbewegung und die Massenkraft des Kolbens 1 während einer vollen Umdrehung von einem oberen Totpunkt 0 zum unteren Totpunkt U und wieder zum oberen Totpunkt 0 zurück. Im Diagramm ist mit I der Expansionshub und mit II der Kompressionshub der Maschine bezeichnet. In einem Bereich X erfolgt der

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Gaswechsel, nämlich der Auspuff und die Spülung mit Aufladung .

Der Steuerschieber 11 der vorliegenden Schmiervorrichtung ist so ausgelegt, dass die Verbindung zwischen den Abschnitten 6, 6' der Schmierleitung und somit die Füllung der Hochdruckpumpe 5 in einem Bereich F erfolgt. Die Verbindung des Abschnittes 6 der Schmierleitung mit der Rückführleitung 17 und somit die Entladung der Hochdruckpumpe 5, bei welcher der Schmierstelle 30 das OeI zugeführt wird, erfolgt in einem Bereich E.

Aus dem Diagramm in der Fig.2 ist ersichtlich, dass die Füllung der Hochdruckpumpe 5 in einem Bereich F erfolgt, in welchem die auf den Kolben wirkende resultierende Massenkraft M + nach oben, d.h. zum oberen

Totpunkt gerichtet ist. Dabei entsteht die Wirkung, dass die Massenkraft, welche auf die im Abschnitt 6 der Schmierleitung befindliche Oelsäule wirkt, dem Druck des Druckreglers 10 überlagert wird und daher eine Vergrösserung der Schmiermenge zur Folge hat. Dadurch wird eine günstigeAbhängigkeit der pro Hub der Schmierstelle 30 zugeführten Oelmenge von der Drehzahl der Maschine erhalten. Diese Wirkung kann noch dadurch unterstützt werden, dass die Hochdruckpumpe 5 mit ihrer Achse gegenüber der Darstellung nach Fig.1 um 90 oder sogar um 180° versetzt wird. Bei der dargestellten Anordnung wirkt nämlich die Massenkraft des Diffe-

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rentialkolben 24 der Massenkraft der Oelsäule entgegen. Wenn bei einer Umkehr um 180° die Massenkräfte der Oelsäule und des Differentialkolbens in der gleichen Richtung wirken, wird die erwähnte Drehzahlabhängigkeit noch weiter verstärkt.

Wie noch aus der Fig.2 ersichtlich ist, erfolgt die Entladung der Hochdruckpumpe 5 in einem Bereich E, in welchem eine Umkehr der Beschleunigung des Kolbens 1 und somit der Kraftrichtung der Massenkräfte erfolgt. Dadurch wird einerseits der Einfluss der Massenkräfte auf die Bewegung des Differentialkolbens 24 möglichst klein gehalten. Ausserdem erfolgt dabei die Schmierung in einer optimalen Stellung des Kolbens im Zylinder. Der Kolben befindet sich dabei ausserhalb des Bereiches der Schlitze einer Zweitaktmaschine und in einiger Entfernung vom Brennraum, so dass das OeI gleichmässig auf der Zylinderwand verteilt werden kann.

Der Totraum der Hochdruckpumpe 5, d.h. der verbleibende Zylinderraum bei einer Stellung des Kolbens 25 in seiner oberen Endstellung nach der Fig.1 sollte möglichst klein sein. Wenn bei einem Anfang des Betriebes, z.B. nach längerem Stillstand oder nach einer Montage, der Zylinderraum des Kolbens mit Luft gefüllt ist, kann diese durch den Kolben komprimiert und durch die Förderleitung der Pumpe 5 entfernt werden. Es erübrigen sich daher besondere Massnahmen zur Entlüftung, wie z.B. Entlüftungsventile usw.

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Das Förderventil 28, das durch eine Feder 28' belastet ist, muss so ausgebildet sein, dass sein Oeffnungsdruck höher liegt als der höchste, in der Leitung 6 auftretende Oeldruck. Dadurch wird verhindert, dass das OeI ohne Pumpwirkung des Kolbens 25 aus der Leitung 6 zur Schmierstelle 30 fliessen kann.

Der Hochbehälter 8', der durch eine Ueberlaufleitung 9 mit dem Behälter 8 verbunden ist, hat die Aufgabe, ein Auslaufen des Oeles aus der Hochdruckpumpe 5 und den Leitungen za verhindern.

Es versteht sich, dass gegenüber der Darstellung in der Fig.2 auch eine andere Wahl der Bereiche E und F möglich ist, in welchen die Hochdruckpumpe ihre Saugbewegung und ihre F'öraerbewegung att&führt. Ausserdem braucht nicht bei Jedem Hub des Arbeitskolbens 1 ein Schmierhub des Fumpenkolbens 24 zu erfolgen. Es ist eine Ausftihrungsform möglich, bei welcher jeweils ein Schmierhub erst nach mehreren Hüben des Arbeitskolbens 1 erfolgt.

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Claims

- 13 Patentansprüche

\ 1.J Schmiervorrichtung einer Kolbenbrennkraftmaschine zur Schmierung des in einem Zylinder beweglichen Arbeitskolbens mit einer Schmierpumpe und einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Zufuhr des von der Pumpe geförderten Schmieröles durch eine Schmierleitung zu mindestens einer Schmierstelle im Takt der Kolbenbewegungen, gekennzeichnet durch eine der Schmierpumpe (7) zugeordnete Druckregelvorrichtung (10) sowie durch eine an die Schmierleitung (6, 6') angeschlossene Hochdruckpumpe (5), die einen durch eine Feder (33) belasteten Differentialkolben (24) aufweist, dessen Kolben (25) mit kleinerem Durchmesser als Pumpenkolben zur Förderung des Schmieröles aus der Schmierleitung (6) zu mindestens einer Schmierstelle (30) dient, und dessen Kolben (26) mit grösserem Durchmesser als Antriebskolben des Pumpenkolbens (25) dient und zur Ausführung eines Saughubes des Pumpenkolbens durch den von der Druckregelvorrichtung (10) bestimmten Druck des Schmieröles gegen die Kraft der Feder (33) betätigbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (5) im Arbeitskolben (1) der KoI-benbrennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die Schmierleitung (6, 6') eine bewegliche Verbindung (20) enthält, welche die Hochdruckpumpe (5) mit einem Leitungsanschluss (21) im Gehäuse der Maschine verbindet.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskolben (26) des Differentialkolbens (24) in einem Zylinder (32) beweglich ist, dessen eine Druckfeder (33) enthaltender Raum mit einer Entleerungsleitung (34) versehen ist, die zur geschmierten Fläche führt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierpumpe (7) von der Kurbelwelle (15) der Kolbenbrennkraftmaschine angetrieben ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) zur Steuerung der Zufuhr des Schmieröles aus der Schmierpumpe (7) zur Hochdruckpumpe (5) und aus der Hochdruckpumpe (5) in eine Rückführleitung (17) dient, wobei die Rückführleitung (17) mit einer Drosselstelle (18) zur Verlangsamung der Bewegung des Differentialkolbens (24) unter dem Einfluss der Feder (33) versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) derart ausgelegt ist, dass der Saughub des Pumpenkolbens (25)in einem Bereich (F) des Bewegungszyklus des Arbeitskolbens (1) der Maschine liegt, in welchem die Massenkraft (M+) des Kolbens (1) zum oberen Totpunkt (0) gerichtet ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (5) einen so kleinen Totraum hat, wie es konstruktiv erzielbar ist.

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