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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine und
insbesondere eine Schmiervorrichtung für einen Zylinder einer
großformatigen Dieselmaschine.
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In einem konventionellen, weitverbreiteten Verfahren zum
Schmieren einer inneren Oberfläche einer Zylinderlaufbüchse
von einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer
großformatigen Dieselmaschine, wird Schmieröl durch in der
Zylinderlaufbüchse befindliche Schmieröffnungen gezwungen eingefüllt.
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Fig. 10 zeigt eine Schmiervorrichtung für eine
Zylinderlaufbüchse einer Schiffs-Dieselmaschine.
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In Fig. 10a bezeichnet das Bezugszeichen 1a einen Kolben, 2a
eine Zylinderlaufbüchse, in der der Kolben 1a verschieblich
hin- und herbewegt wird, 3a eine Schmierstange, die außerhalb
an der Zylinderlaufbüchse 2a angeordnet ist und in der ein
Rückschlagventil enthalten ist, und 7a ein Schmierrohr, das
eine Schmiereinrichtung 9a mit der Schmierstange 3a verbindet.
In der Schmiereinrichtung 9a sind eine Vielzahl von
Kolbenpumpen zusammengefügt, um Öl gezwungen durch eine
Vielzahl von Schmieröffnungen einzuspeisen, die in der
Zylinderlaufbüchse 2a ausgebildet sind. Die Plunger der
Kolbenpumpen werden über einen an ihnen vorgesehenen Nocken
(nicht dargestellt) angetrieben. Bezugszeichen 10a benennt
eine Antriebswelle, auf der der Nocken angeordnet ist und die
von einer Kurbelwelle über ein Getriebe oder eine Kette
angetrieben wird, um Öl in einer periodischen Zeitabfolge des
Kurbelwinkels einzuspeisen. Wenn die Antriebswelle 10a
rotiert wird, drückt der Nocken in der Schmiereinrichtung 9a
den Kolben nach oben, und das unter Druck gesetzte Öl erreicht
über das Schmierrohr 7a die Schmierstange, wo das
Rückschlagventil geöffnet wird, damit das Öl durch die
Schmieröffnungen in die Zylinderlaufbüchse 2a eingespeist
werden kann.
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In Fig. 10b ist θd die Abflußperiode des Kolbens, und der
Äbfluß wird zu einem Zeitpunkt θ vor dem oberen Totpunkt (TDC)
beendet, wo der Kolben 1a durch die Schmieröffnung
hindurchgeht. Das in den Zylinder eingespeiste Öl wird durch
das Anheben des Kolbens 1a nach oben gedrückt und wird auf der
Oberfläche der Zylinderlaufbüchse verspritzt, um die
Gleitoberfläche des Kolbens 1a und der Zylinderlaufbüchse 2a zu
schmieren
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Weil die konventionelle Schmiervorrichtung den Kolben in
Beziehung zur Rotation des Nockens, der mit der Kurbelwelle
verbunden ist, antrebt, um Öl für die Schmierung zuzuführen,
ist es nicht möglich, zur Erzielung einer effektiven
Schmierung die Schmierzeit in Beziehung zu einer
Maschinenbetriebskondition zu verändern. Weiterhin ist es notwendig,
verglichen zur notwendigen Ölmenge eine größere Menge Ölmenge
zuzuführen, um ein Aussetzen der Schmierung zu vermeiden.
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Die DE-A-29 29 580 beschreibt eine Schmiervorrichtung für
einen Zylinder einer Brennkraftmaschione mit einem
Elektromotor zur gezwungenen Einspeisung von in einem Öltank
befindlichem Schmieröl in einen Sammelbehälter, einem oder
mehreren Regulierventilen zur Einspeisung des in dem
Sammelbehälter
befindlichen Schmieröls in den Zylinder, einem
Druckerfassungsmittel zum Erfassen eines Drucks von dem in dem
Sammelbehälter befindlichen Schmieröl, und einem Regler zur
Belieferung der elektrischen Pumpe mit einem Antriebskommando,
so daß der Druck des in dem Sammelbehälter befindlichen
Schmieröls einem vorbestimmtem Wert auf der Basis einer
Schmierkondition, einer Betriebskondition und einem Signal des
Druckerfassungsmittels entspricht, und zum Ableiten von einem
oder mehreren Ende-des-Schmierens-Zeitabläufen auf der Basis
der Schmierkondition, der Betriebskondition und einem oder
mehreren Beginn-des-Schmierens-Zeitabläufen, um das
Regelventil mit einem Ventil-Öffnungskommando zu beliefern, wenn
ein Kurbelwinkel mit dem Beginn-des-Schierens-Zeitablauf
übereinstimmt und um es mit einem Ventil-Schließkommando zu
beliefern, wenn der Kurbelwinkel mit dem Ende-des-Schmierens-
Zeitablauf übereinstimmt.
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Der Nachteil besteht darin, daß lediglich ein Sammelbehälter
vorhanden ist was bedeutet, daß keine weite Verwendbarkeit der
Schmiervorrichtung gegeben ist.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die im Stand der
Technik aufgezeigten Nachteile zu beheben durch Schaffung
einer Schmiervorrichtung für einen Zylinder, die geeignet ist,
eine Schmierzeit in Beziehung zu einer
Maschinen-Betriebskondition zu verändern und die geeignet ist, eine minimale
Menge an Schmieröl einspeisen zu können.
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Es ist weiter ein Ziel der Erfindung, eine Schmiervorrichtung
für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine zu schaffen bei
der:
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(1) eine Schmierung vor dem Oberteil eines Kolbenrings und
zwischen Ringen in dem Kompressionshub erfolgen kann:
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(2) eine Schmierung vor dem Boden des Kolbenrings und zwischen
Ringen in dem Expansionshub erfolgen kann,
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(3) ein optimales Schmierverfahren in Beziehung zu einer
Betriebskondition der Maschine erzielt werden kann, und zwar
durch Auswahl eine Schmierablaufs und einer Menge an
Schmieröl, die in geeigneterweise in Übereinstimmung mit den obigen
Punkten (1) und (2) stehen; und
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(4) der Verschleiß des Kolbenrings und einer
Zylinderlaufbuchse reduziert werden kann, um die Zuverlässigkeit exakt zu
verbessern,und die Verbrauchsmenge an teurem Schmieröl für den
Zylinder minimiert werden kann, um die Kosten zu reduzieren.
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Das Ziel der Erfindung wird erreicht durch eine
Schmiervorrichtung für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer
Vielzahl von Sammelbehältern zum Halten von Schmieröl, das
über eine Pumpe von einem Öltank zugeführt wird, auf einem
vorbestimmten Druck, einem elektrischen Ventil, das zwischen
der Pumpe und dem Sammelbehälter angeordnet ist, einem oder
mehreren Regelventilen zur Zuführung des in dem Sammelbehälter
befindlichen Schmieröls zu dem Zylinder und einem Regler zur
Auswahl eines Sammelbehälters, der auf der Basis einer
Schmierkondition und einer Betriebskondition verwendet werden
soll, um dem elektrischen Ventil ein Schaltkommando
zuzuführen und zum Ableiten von einer oder mehreren Ende-des-
Schmierens-Zeiteinstellungen auf der Basis der
Schmierkondition, der Betriebskondition und einer oder mehreren
festgesetzten Beginn-des-Schmierens-Zeiteinstellungen, um dem
Regelventil ein Ventilöffnungskommando zuzuführen, wenn sich der
Kurbelwinkel in Übereinstimmung mit der Beginn-des-Schmierens-
Zeiteinstellung befindet und um ihm ein
Ventilverschließkommando zuzuführen, wenn sich der Kurbelwinkel in
Übereinstimmung mit der Ende-des-Schmierens-Zeiteinstellung befindet.
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In dem Regelsystem für die Zylinderschmierung vom
Sammelbehältertypus gemäß der vorliefgenden Erfindung werden die
Schmierungs-Zeiteinstellung und die Menge des Schmieröls
unabhängig reguliert, und die Zylinderlaufbüchse und der
Kolbenring werden korrespondierend zur Betriebskondition der
Maschine optimal geschmiert. Das System unterscheidet sich von
der konventionellen Schmiervorrichtung dadurch, daß das
Schmieröl gesammelt wird und daß ein elektro-hydraulisches
Ventil zwischen einer Sammelstange und einem Verteiler
angeordnet ist und durch eine Ausgabe eines Reglers angetrieben
wird, der eine optimale Schmierungs-Zeiteinstellung und eine
Menge an Schmieröl getrennt auf der Basis der Betriebskondtion
der Maschine errechnet, so daß die Regulierung automatisch
durchgeführt wird, damit sie mit einer Zielkondition
übereinstimmt.
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Das erfindungsgemaße Regelsystem kann eine Zeiteinstellung der
Abgabe von Schmieröl von der Schmierstange regulieren, was
bedeutet, daß die Schmierungs-Zeiteinstellung synchron zu
jedem Kurbelwinkel in einem Zyklus des Kolbens ist, und
folglich kann die Schmierung, die zur Schmierung vor einem
oberen Ring, zwischen den Ringen und vor einem Bodenring
korrespondiert, mit einem
Hochgeschwindigkeits-Ansprechungsvermögen durchgeführt werden.
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Weiterhin kann eine Öffnung des Regelventils und ein Druck des
gesammelten Öls getrennt reguliert werden, um eine Menge von
Schmieröl zu einem Zeitpunkt frei regulieren zu können.
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Wenn folglich die Optimierung der Schmierkonditionen in
Übereinstimmung mit der Betriebskondition der Maschine vorher
programmiert wird, kann die Schmierungs-Zeiteinstellung und
die Menge an Schmieröl automatisch reguliert werden, so daß
der Verschleiß des Kolbenrings und der Zylinderlaufbüchse
minimiert werden und die Verbrauchsmenge an teurem Schmieröl
für den Zylinder reduziert werden kann.
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Fig.1 zeigt ein Anordnungsdiagramm eines Sammelbehälters für
Schmieröl nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig.2 ist ein Anordnungsdiagramm, das die Verbindung von einem
elektro-hydraulischen Regelventil mit einer Schmierstange
darstellt, die in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
verwendet wird;
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Fig.3 ist ein Anordnungsdiagramm ähnlich zu dem aus Fig.2 für
ein anderes Ausführungsbeispiel;
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Fig.4 zeigt ein Anordnungsbeispiel in einer Zylinderlaufbüchse
einer Schmierstange, wobei Fig.4(a) ein Querschnittsdiagramm
und Fig.4(b) ein Längsschnittdiagramm ist.
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Fig.5 ist ein Anordnungsdiagramm ähnlich zu dem aus Fig.2 für
noch ein anderes Ausführungsbeispiel;
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Fig.6 ist ein Flußdiagramm, das die Regeloperation eines
Reglers zur Regulierung der Zylinderschmierung in einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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Fig.7 und 8 sind Flußdiagramme, die die Regeloperation eines
weiteren Ausführungsbeispieis zeigen;
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Fig.9(a) und (b) sind Diagramme, die den Betrieb des ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels erklären und Fig.9(c)
und (d) sind Diagramme, die den Betrieb eines anderen
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels erklären; und
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Fig. 10(a) ist ein Anordnungsdiagramm einer konventionellen
Einrichtung und Fig. 10(b) zeigt eine
Schmierungs-Zeiteinstellung in Fig.10(a).
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Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend
beschrieben.
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In den Fig.1 bis 5 bezeichnet das Bezugszeichen 501 eine
Öldruckpumpe, 502 ein Sieb, 503 ein Reservoir 504 ein
Entspannungsventil 505 einen Hochdruckfilter, 506 ein
Rückschlagventil, 507 einen Elektromotor oder eine Nockenwelle,
508 einen Regler, 509 ein elektrisches Umstellungsventil,
510-I bis 510-k elektrische Umstellungsventile für
Sammelbehälter (k bezeichnet eine Anzahl von Leveln der Ansammlung),
511-I bis 511-k Sammelbehälter, 512-I bis 512-k
Öldruck-Erfassungsmittel, 513-I bis 513-k Gaserfassungsmittel, 514-I bis
514-k Hauptventile, 515-I bis 515-k Rückschlagventile, 516
eine Abgabeöffnung 520 ein elektrohydraulisches Regelventil,
521 ein Umleitungsventil, 522 ein Schmieröl-Verteilungsventil
und 523 eine Schmierstange.
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Vor dem Betrieb der Maschine werden eine Menge an Schmieröl Q,
die zu einer Last L der Maschine korrespondiert, ein Druck Pz
in dem Zylinder (siehe Fig.9(a)), gesetzte Drücke Pnh für die
Sammelbehälter 511-k (schrittweise gesetzt), ein effektiver
Differentialdruck PL und ein Berichtigungswinkel Δθs und Δθe
(vorher wurde eine Abgabeverzögerung von dem
elektrohydraulischen Ventil 20 zu der Schmierstange 23 erzielt) dem Regler
508 zugeführt und dort gespeichert.
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Auf der anderen Seite werden dem Regler Öldruckwerte von den
Öldruck-Erfassungsmitteln 512-k der Sammelbehälter 511-k
zugeführt, welcher jeweils jeden der Öldruckwerte mit jedem der
gesetzten Werte vergleicht. Wenn der Öldruckwert kleiner als
der gesetzte Wert ist, wird das elektrische Ventil 509
auf den Sammelbehälter 511-k (*1) geschaltet, und die
Abgabemenge wird über die Öldruckpumpe 501 (ein
Taumelscheibenwinkel wird angetrieben) verändert, um den gesetzten Wert
zu liefern.
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Wenn die Maschine zu arbeiten beginnt und die Rotationszahlen
n und der Kurbelwinkel θ dem Regler zugeführt werden,, liest
der Regler den Druck PZ in dem Zylinder korrespondierend zur
Rotationszahl n und wählt den kleinsten Sammelbehälter 511-k
aus der auf Pnk≥PZ+PL gesetzt ist, so daß das Hauptventil
514-k, das zu diesem Sammelbehälter 511-k korrespondiert,
geöffnet wird, und das elektrische Ventil 509 wird auf diesen
Sammelbehälter 511-k (*1) geschaltet.
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Wenn dem Regler 508 auf der anderen Seite die Beginn-der-
Schmierung-Zielzeiteinstellung θs zugeführt wird, führt der
Regler die folgende Berechnung durch und leitet die Ende-der-
Schmierungs-Zielzeiteinstellung θe ab.
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θe = θs + 6nQ (Λµ (2g(Psi - PZ)/γ )1/2)
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Die Beginn-der-Schmierung-Zeiteinstellung θs' und die
Endeder-Schmierung-Zeiteinstellung θe', die die
Verzögerungscharakteristiken enthalten, werden folgendermaßen erzielt:
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θs' = θs - Δ θs
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θe' = θe - Δ θe
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Der Regler vergleicht die erzielte
Beginn-der-Schmierung-Zeiteinstellung θs' und die Ende-der-Schmierung-Zeiteinstellung
θe' mit der Eingabe θ und öffnet das elektrohydraulische
Ventil 20, wenn θ = θs' ist und schließt das Ventil, wenn
θ = θe' (*8) ist.
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Die Fig.6 bis 8 sind Fließdiagramme, die die obigen
Operationen zeigen, wobei Fig.6 ein Flußdiagramm ist, das zu
einer Anordnung aus Fig.2 korrespondiert. Fig.7 ist ein
Flußdiagramm, das zu einer Anordnung aus Fig.3 korrespondiert und
Fig.8 ist ein Flußdiagramm, das zu einer Anordnung aus Fig.5
korrespondiert. Die Hauptzeichen j, k, n, i und r sind eine
Schmierungs-Zeiteinstellung in einem Zyklus, eine Anzahl von
Sammelbehältern, die totale Anzahl von Zylindern, die Anzahl
der Zylinder und die Elementanzahl.
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Folglich wird, während das elektrohydraulische Regelventil 520
geöffnet ist, das Schmieröl, dessen Menge Q auf das Optimum
gesetzt ist, in den Sammelbehälter 520 in das Hauptventil 514,
das elektrohydraulische Regelventil 520 (Verteilungsventil
522), die Schmierstange 523 und in den Zylinder eingespeist,
und zwar gemäß der Beschreibung.
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Fig.9(b), (c) und (d) zeigen den Fall, wo die Schmierung
einmal, zweimal oder dreimal pro Zyklus ausgeführt wird. Es
wird aus der Zeichnung ersichtlich, daß die Schmierung selbst
dann durchgeführt werden kann, wenn die
Schmierungs-Zeiteinstellung auf einen beliebigen Zeitpunkt gesetzt wird, wenn
eine Vielzahl von Schmierungen in einem Zyklus durchgeführt
werden, weil im Sammelbehälter 511 verschiedene Drücke
festgesetzt werden.
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Weiterhin wird. wenn die Temperatur des Schmieröls niedrig
ist, dem Regler 508 vor dem Betrieb der Maschine das
Umleitungskommando zugeführt, so daß das Umleitungsventil 521
geöffnet (*9) wird, und das Schmieröl kann zirkuliert werden,
bis die Temperatur des Öls einen geeigneten Wert erreicht.
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Der Regler 508 wird mit erfassten Werten von dem
Gasdruck-Erfassungsmittel 513 und dein Öldruck-Erfassungsmittel 512
versorgt, und wenn der Gasdruck geringer ist als der Öldruck,
dann öffnet der Regler das elektrische Ventil 10, um ein
Absperrorgan (bestehend aus Gummi) in dem Sammelbehälter (*2
- *4) zu schützen. Wenn weiterhin der Gasdruck gleich oder im
wesentlichen Null ist, wird dies als Austritt von Gas oder als
Explosion des Absperrorgans bestimmt, und es wird ein Alarm
an die Außenseite abgegeben.