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Verfahren und Vorrichtung zur Wahrung der Beschaffenheit des Schmieröles
von Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Wahrung der Beschaffenheit des Schmieröles von Brennkraftmaschinen, die wahlweise
mit Kraftstoffen betrieben werden, welche das Schmieröl unterschiedlich stark verschlechtern.
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Es ist bekannt, daß je nach Kraftstoffart die Schmierölverschmutzung
durch Ruß oder saure Verbrennungsprodukte verschieden groß ist. Bei Dieselkraftstoffen
tritt zwar eine verhältnismäßig große Verrußung auf, aber die Versäuerung ist geringer.
Werden jedoch in dem gleichen Motor Benzine verwendet, ist die Versäuerung des Schmieröles
groß. Ist nun der natürliche Ölverbrauch eines Motors gering, dann wird im allgemeinen
auch wenig Öl nachgefüllt, und damit wird dem Öl eine zu geringe Menge an frischen
Reinigungszusätzen (additives) zugefügt, wodurch die Gefahr einer zu großen Verschlammung
und der damit entstehenden Verklemmung und Verschmierung der Kolbenringe und Auslaufen
der Lager entsteht. Man kann von dem Kraftfahrzeughalter nun nicht verlangen, daß
er die ölwechselzeiten jeweils entsprechend dem gefahrenen Kraftstoff ändert. Aus
diesem Grunde ist es wünschenswert, den Ölverbrauch der im Fahrzeug benutzten Kraftstoffart
anzupassen.
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In diesem Zusammenhang muß unterschieden werden zwischen einem Ölwechsel
und einem Ölnachfüllen. Für den Ölwechsel ist eine zurückgelegte Fahrtstrecke des
Fahrzeuges, beispielsweise 3000 km, zugrunde gelegt. Diese: von der Herstellerfirma
festgelegte Wartungsvorschrift ist aber immer nur auf eine einzige Kraftstoffart,
beispielsweise bei Dieselmotoren auf handelsüblichen Dieselkraftstoff, abgestellt.
Bei deren Änderung, beispielsweise beim übergang zum Benzinbetrieb, wie dies bei
Vielstoffmotoren der Fall ist, müßte, infolge einer gegenüber Dieselkraftstoff vergrößerten
ölversäuerung ein von 3000 Fahrtkilometer abweichender Ölwechsel erst ermittelt
werden, was dem Fahrer nicht zugemutet werden kann. Hier setzt nun die Erfindung
ein.
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Der durch den Betrieb des Motors sich ergebende Ölverbrauch wird nun
zusätzlich in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Kraftstoffart beeinflußt,
und zwar erfindungsgemäß derart, daß - zwecks Erzielung einer unabhängig vom verwendeten
Kraftstoff einheitlichen Betriebsperiode, z. B. Fahrstrecke, zwischen zwei Ölwechseln
- dem der Verbrennung zuzuführenden Kraftstoff je nach seinem Schmieröl-Verschlechterungsgrad
entweder --im Fall des Kraftstoffes mit dem geringsten Verschlechterungsgrad -gar
kein Schmieröl oder eine entsprechend dem Verschlechterungsgrad. bemessene Menge
Schmieröl aus dem..Schmiersystem der Maschine beigemischt-wird. Ein infolge vergrößerter
Ölversäuerung an sich notwendiger verfrühter Ölwechsel kann dann so weit hinausgeschoben
werden, bis die zugrunde gelegte Strecke von 3000 km erreicht ist, weil sich ein
laufender mäßiger Ölverbrauch ergibt, der den Fahrer zwingt, Frischöl nachzufüllen,.
so daß eine ausreichende Ölbeschaffenheit auch. bei Verwendung leichtflüchtiger
Kraftstoffe (Benzin) über eine gleich große Fahrstrecke erhalten bleibt, wie dies
beispielsweise bei Gasöl der Fall ist. Da bei der Verwendung von leichtflüchtigen
Kraftstoffen geringer Viskosität für die Einspritzpumpe immer die Schwierigkeit
besteht, daß die Schmierwirkung nicht ausreicht, kann die vorerwähnte Schmiereinrichtung
der Brennstoffpumpenplunger als üblicherweise vorgesehen angenommen werden, so daß-
sich für die erfindungsgemäße Vorrichtung nur ein geringer zusätzlicher konstruktiver
Aufwand ergibt.
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Bei Brennkraftmaschinen, die mit dem. Kraftstoff, z. B. Gasöl, geschmiert
werden, ist es bekannt, den Grad der Verunreinigungen des Schmiermittels einen noch
zulässigen Wert nicht überschreiten zu lassen. Hierbei wird jedoch im Gegensatz
zur Erfindung der einheitliche Kraft- und Schmierstoff in einem gemeinsamen Vorratsbehälter
untergebracht und zuerst als Schmiermittel in das Motorgehäuse sowie in den Schmiermittelkreislauf
geleitet,- um danach im Motorzylinder-verbrannt zu werden. Demnach fallen hier die
Nachfüllzeiten für den-Kraftstoff (Tanken) und für das Schmiermittel stets zwangläufig
zusammen. Von einer eigentlichen.. Ölwechselperiode ist hier
überhaupt
nicht die Rede. Im gewissen Sinn wird hier zwar die Verunreinigung des Schmiermittels
berücksichtigt. Jedoch beschränkt sich dies auf die Anwendung des Einheitskraft-
und Schmierstoffes und die damit zwangläufig vorgesehene Verbrennung des Schmiermittels
im Motorzylinder, was vielfach unwirtschaftlich ist und auch nicht bei jedem Motor
angewendet werden kann. Außerdem könnte man in diesem Fall niemals auf leichtflüchtige
Kraftstoffe, z. B. Benzin, übergehen, weil deren Schmierfähigkeit zu gering ist.
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Wenn außerdem schon die Entnahme von Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf
und dessen Zuführen zum Brennstoff vorgeschlagen worden ist, war eine derartige
Maßnahme wiederum nicht auf eine Berücksichtigung der Ölwechsel- bzw. Ölnachfüllzeiten
bei Vielstoffbetrieb einer Brennkraftmaschine, sondern lediglich auf ein besseres
Startverhalten bzw. auf eine bessere Schmierung der Plunger der Einspritzpumpe abgestellt.
Eine Beeinflussung des normalen Schmierölverbrauchs in Abhängigkeit von der verwendeten
Kraftstoffart ist bei diesen Brennkraftmaschinen bisher nicht vorgesehen.
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Eine einfache und zweckmäßige Maßnahme zur Durchführung der Erfindung,
nämlich den normalen Verbrauch an Schmieröl künstlich zu beschleunigen, besteht
darin, zwischen dem Schmierölkreislauf der Kraftstoffeinspritzpumpe und dem Kraftstoffsaugraum
derselben eine gesteuerte Verbindung vorzusehen, die je nach der verwendeten Kraftstoffart
zu- bzw. abschaltbar ist. Eine solche Verbindung kann durch eine vom Pumpenplunger
der Einspritzpumpe gesteuerte Nut/Bohrungsanordnung bewirkt werden, die einerseits
am Pumpenplunger sowie andererseits im Pumpengehäuse und in der Laufbüchse der Einspritzpumpe
angeordnet ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind im Gehäuse und der
Laufbüchse der Einspritzpumpe getrennt bis zur Laufbüchsenbohrung durchgehende Bohrungen
angeordnet, von denen die eine mit dem Schmiersystem und die andere mit dem Kraftstoffsaugraum
der Einspritzpumpe in Verbindung steht, während am Pumpenplunger ein korrespondierendes
Nutsystem angeordnet ist, das nur bei Einstellung des Pumpenplungers für den Bereich
der Betriebseinspritzung die Bohrungen überbrückt. Die Nutanordnung am Pumpenplunger
selbst besteht aus einer Ringnut und einer sich daran in Achsrichtung des Pumpenplungers
anschließenden Längsnut. Am Pumpenplunger kann an Stelle der Ringnut auch eine sich
radial nach einwärts keilförmig verengende Teilringnut von unterschiedlicher Einschnittiefe
angeordnet sein, die sich peripher nur über einen Teil des Umfangs des Pumpenplungers
erstreckt und deren Aussparungsvolumen über diesen Teil des Umfangs von Null bis
auf einen Maximalwert allmählich zunimmt, wobei die Nut so angeordnet ist, daß bei
Verdrehung des Pumpenplungers in Einstellung für Vollasteinspritzung das größte
Aussparungsvolumen, bei Verdrehung des Pumpenplungers in seine Einstellung für Teillasteinspritzung
dagegen nur ein kleineres Aussparungsvolumen oder nur mehr der nicht ausgesparte
Teil des Pumpenplungers mit der Bohrung zur Deckung kommt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 in teilweiser Darstellung einen Längsschnitt eines
im Gehäuse der Einspritzpumpe -eingebauten Pumpenplungers mit Nut/Bohrungsanordnung
gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Abänderungsform der Pumpenplungernut in der Ebene
II-11 von Fig. 1. in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 einen Querschnitt durch die
Pumpenplungernut in Fig. 2 nach der Linie III-111 dieser Figur, Fig. 4 eine Ansicht
der Einspritzpumpe mit Steuerung des kurzzeitigen Ölübertrittes durch die Nockenwelle,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 eine Ansicht der Einspritzpumpe
mit drehzahlabhängiger Steuerung des kurzzeitigen Ölübertritts vom Schmierölkreislauf
zum Brennstoffsaugraum der Einspritzpumpe.
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In Fig. 1 ist 1 das Gehäuse der nicht weiter gezeigten Kraftstoffeinspritzpumpe,
in dem das übliche Druckventil 2 eingesetzt ist. Im Gehäuse 1 ist außerdem die Laufbüchse
3 befestigt, in der sich der Pumpenplunger 4 bewegt. Der Kraftstoff wird durch den
Saugraum 5 zugeführt und durch die Öffnung 6 angesaugt. Die übliche Schmiereinrichtung
für den Pumpenplunger 4 ist durch den Längskanal 7 angedeutet, durch den das Schmieröl
den einzelnen Elementen der Pumpe zugeleitet wird. Da für die Schmierung des Pumpenplungers
nur eine sehr geringe Schmierölmenge benötigt wird, ist eine Schmierölrückführung
in der Einspritzpumpe üblicherweise nicht vorgesehen, vielmehr reicht es aus, wenn
das Schmieröl lediglich den Pumpenplunger an seiner Lauffläche berührt. Durch die
oszillierende und teilweise drehende Bewegung des Pumpenplungers 4 erfolgt
die Ausbildung eines Schmierölfilmes, der teilweise bei 8 angedeutet ist.
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Der Schmierölkanal 7 ist durch eine Leitung 9 mit dem nicht weiter
dargestellten Schmieröldrucksystem des Motors verbunden. Um eine Absperrung der
Ölzufuhr in Durchführung der Maßnahmen gemäß der Erfindung vornehmen zu können,
ist in die Leitung 9 ein Absperrhahn 10 eingesetzt. Von dem Schmierölkanal 7 führt
durch das Gehäuse 1 und die Laufbüchse 3 eine Bohrung 11 bis zur Gleitfläche der
Laufbüchse 3 und läuft offen in die Laufbüchsenbohrung ein. Eine weitere Bohrung
12 führt vom Saugraum 5 zur Gleitfläche der Laufbüchse 3, wobei an der Einmündungsstelle
eine Ringnut 13 in die Laufbüchse eingeschnitten ist. Die Mündungen der Bohrungen
11,12 an der Innenwand der Laufbüchse 3 sind voneinander um einen mittleren Abstand
d entfernt.
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Am Pumpenplunger 4 ist ein beim Pumpenplungerhub mit den Bohrungen
11, 12 zusammenwirkendes Nutsystem eingeschnitten, das aus einer Ringnut 14 und
einer sich daran in Richtung der Pumpenplungerachse anschließenden Längsnut oder
Einfräsung 15
besteht. Die Längsnut 15 ist hinsichtlich ihrer axialen Erstreckung
so bemessen, daß sie im Verlaufe der Hubbewegung des Pumpenplungers 4 spätestens
bei Überdeckung der Bohrung 11 durch die Ringnut 14 eine Verbindung zur Ringnut
13 bzw. Bohrung 12
herstellt. Besteht diese Verbindung, dann tritt
zwangläufig, da in dem Schmierölkreislauf 7 ein höherer Druck herrscht als in dem
Saugraum 5 der Einspritzpumpe, Öl über die Verbindung 11, 14, 15, 13, 12
in den Saugraum 5 der Einspritzpumpe über. Der Zeitpunkt der Gleichlage des Nutsystems
14, 15 mit den Bohrungen 11, 12 kann innerhalb der Betriebseinspritzung beliebig
gewählt werden. Erfolgt die Gleich-
Lage im oberen Totpunkt des
Pumpenplungers, wie in Fig. 1 dargestellt, dann ergibt sich entsprechend der geringen
Hubgeschwindigkeit eine relativ lange Öffnungszeit, und die übertretende Ölmenge
wird entsprechend groß. Erfolgt dagegen die Gleichlage bei der maximalen Hubgeschwindigkeit
des Pumpenplungers, dann kann nur eine sehr kleine Ölmenge übertreten. Hierzu müßte
natürlich das Nut/Bohrungssystem anders ausgebildet sein. Das in den Saugraum
5 gelangende Öl wird mit dem hier zufließenden Brennstoff vermischt und zusammen
mit demselben in den Motor eingespritzt. Es läßt sich somit auf diese Weise ein
erzwungener Ölverbrauch des Motors herbeiführen, der eine Angleichung der Ölwechselzeiten
bei Verwendung verschiedener Kraftstoffe gestattet. Der erzwungene Ölverbrauch ist
dabei, wie eingangs angegeben, nur sehr klein, so daß auch die Wirtschaftlichkeit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht in Frage steht. Außerdem geht das Öl nicht
verloren, sondern wird als Kraftstoff verbrannt.
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Die künstliche Heraufsetzung des Ölverbrauches kann in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung auch in Abhängigkeit von der Belastung der Maschine erfolgen. In diesem
Falle wird an Stelle der Ringnut 14 am Pumpenplunger 4 eine nur einseitig
angeordnete Teilringnut 16 vorgesehen, wie sie in Fig. 2 und 3 dargestellt
ist. Die Teilringnut 16 ist nur über einen bestimmten Winkel a des Umfangs am Pumpenplunger
4 radial eingeschnitten und weist einen sich keilförmig nach innen verengenden
Querschnitt auf, wie dies aus Fig. 2 zu ersehen ist. Die radiale Einschnittiefe
r der Nut 16 ist über den Umfang des Abschnitts a derart verschieden, daß
das Aussparungsvolumen der Nut 16 im Verlaufe dieses Umfangsabschnittes von Null
über v' bis auf einen Maximalwert v allmählich zunimmt; die Nut 16 weist demgemäß
eine Querschnittsform entsprechend Fig.3 auf, die etwa langgezogen tropfenförmig
ist. Die Teilringnut 16 ist weiterhin so angeordnet, daß nur bei Verdrehung
des Pumpenplungers 4 in seine Einstellung für Vollasteinspritzung das maximale
Aussparungsvolumen v, dagegen bei Verdrehung des Pumpenplungers in Einstellung für
Teillasteinspritzung nur ein kleineres Aussparungsvolumen v' oder überhaupt nur
der nicht ausgesparte Teil des Pumpenplungers mit der Bohrung 11 zur Deckung
kommt. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß bei Vollast mehr Schmieröl als im
Teillastbetrieb in den Saugraum 5 der Einspritzpumpe gelangt oder daß im
Teillastbetrieb der kurzzeitige Schmierölübertritt gegebenenfalls ganz unterbunden
wird. Die zuletzt beschriebene Anordnung kann beispielsweise auch dann von Vorteil
sein, wennbei Einspritzungvon leichtflüchtigem Kraftstoff (Benzin), wo in bestimmten
Belastungszuständen, vorzugsweise bei maximaler Leistung, eine zusätzliche Zündhilfe
erwünscht ist, dem Benzin etwas mehr Schmieröl zugesetzt werden soll, als für die
Heraufsetzung des Ölverbrauches zum Zwecke der Konstanthaltung der Ölwechselzeiten
an sich erforderlich ist.
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In Fig. 4 und 5 ist in schematischer Darstellung eine Anordnung gezeigt,
bei der die Verbindung zwischen Schmierölkreislauf der Einspritzpumpe und Kraftstoffsaugraum
derselben durch die Nockenwelle der Einspritzpumpe gesteuert wird. Zu dem Zweck
ist die zum Saugraum 5 der Einspritzpumpe 17 führende Schmierölleitung
9 bei 18 unterbrochen, wobei diese Unterbrechung jeweils im vorgesehenen
Zeitpunkt durch eine Bohrung 19 in der Nockenwelle 20
der Einspritzpumpe
17 überbrückt wird. Die Zuführung des Kraftstoffes in den Saugraum 5 der
Einspritzpumpe ist durch die Leitung 21 angedeutet.
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Fig.6 zeigt eine Anordnung, bei der die vom Schmierölkreislauf der
Einspritzpumpe zum Saugraum derselben kurzzeitig übertretende. Ölmenge in Abhängigkeit
von der Drehzahl der Maschine gesteuert wird. Dies geschieht durch Änderung des
Druckes im Saugraum der Kraftstoffeinspritzpumpe mittels Drosselung des Kraftstoffzutrittes
in Abhängigkeit von der eingespritzten Kraftstoffmenge. Zu dem Zweck ist in die
von der Kraftstofförderpumpe 22 zum Saugraum 5 der Kraftstoffeinspritzpumpe 17 führenden
Leitung 21 eine Drosselstelle 23 eingebaut. Der Schmierölkreislauf der Einspritzpumpe
17 ist in Fig. 6 durch die Ölzuführleitung 9 angedeutet, wobei die Verbindung
zwischen dem Schmiersystem und dem Saugraum der Einspritzpumpe in der Anordnung
nach Fig. 1 angenommen ist. Bei großer Kraftstoffmenge fällt dann der Druck im Saugraum
5, so daß von der Schmierölleitung 9 infolge des größeren Druckgefälles nunmehr
eine größere Ölmenge zuströmen kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen
zweckmäßigerweise nur an einem Pumpenplunger vorgesehen.