DE3735019A1 - Schmiersystem fuer eine verbrennungsmaschine und pumpe hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schmiersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Pumpe.

Schmiersysteme für Verbrennungsmaschinen haben den Hauptzweck, Öl in einer angemessenen Menge zu den verschiedenen bewegten Flächen der Maschine zu liefern, und aus einer Anzahl bekannter Gründe können Luft und andere Gase von dem Öl mitge­ nommen werden. Die Pumpen der Schmiersysteme müssen jedoch in der Lage sein, unter solchen Zuständen effektiv zu arbeiten. In Situationen, in denen eine Maschine für längere Zeit nicht betrieben wird, kann das Öl aus den verschiedenen Leitungen und Durchgängen des Schmiersystems abfließen. Unter solchen Umständen ist es erforderlich, daß die Pumpe in der Lage ist, zunächst Luft zu pumpen, um diese aus dem System herauszubringen, bevor das Pumpen des Öls beginnen kann.

Die gegenwärtige Tendenz bei Zweitaktmaschinen, die beispielsweise in erheblichem Maße als Außenbordschiffsmaschinen verwendet werden, geht dahin, die Maßnahme, Öl mit dem Brenn­ stoff zum Zwecke der Schmierung der Maschine zu mischen, wegen der damit verbundenen Unan­ nehmlichkeiten und der auftretenden Umwelt­ verunreinigung aufzugeben. Diese Maschinen werden daher mit einer oder mehreren Pumpe ausge­ stattet, die dosierte Mengen Öls zu den ver­ schiedenen Bereichen der Maschine, in denen eine Schmierung erforderlich ist, liefern. Steuersysteme werden mit den Pumpen eingesetzt, um die Menge des zugeführten Öls in Überein­ stimmung mit dem Schmierbedarf des jeweiligen Bereichs der Maschine zu ändern, der grund­ sätzlich von der Maschinengeschwindigkeit und der Maschinenlast abhängt.

Pumpen für diesen zweck werden mechanisch ge­ steuert, zum Beispiel durch kontinuierlichen Antrieb der Pumpe mit einer der Maschinen­ geschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit und Änderung der Förderung der Pumpe pro Hub entsprechend der Luftdrosselstellung der Maschine, die ein Maß für die Maschinenlast ist. Diese Systeme sind begrenzt hinsichtlich des Grades der Steuerung, die für die Ölmengenzuführung durchgeführt werden kann, und sie erfordern vergleichsweise komplexe mechanische Mechanismen, die sowohl aus der Sicht der Herstellung als auch der Montage kostspielig sind. Weiterhin sind sie einer mechanischen Abnutzung unter­ worfen mit dem Ergebnis des Verlustes der Genauigkeit der Ölmengensteuerung.

Zusätzlich sind die gegenwärtig für die Schmierung von Zweitaktmaschinen verwendeten Pumpen nicht geeignet für eine elektronische Steuerung, da sie beträchtliche mechanische Mechanismen an der Schnittstelle mit dem elektronischen Steuergerät benötigen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, ein Schmiersystem und eine Pumpe für die gesteuerte Zuführung von Öl zu Verbrennungs­ maschinen, insbesondere Zweitaktmaschinen, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Schmier­ system durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und für die Pumpe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 11 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schmiersystems sowie der erfindungsgemäßen Pumpe ergeben sich aus den zugeordneten Unteransprüchen.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Schmier­ system für eine Verbrennungsmaschine mit einer Pumpvorrichtung zur Zuführung von Öl zu einer ausgewählten Stelle in der Maschine, wobei die Pumpvorrichtung eine feste Zuführungsmenge in jedem ihrer Zyklen liefert, und sie zeichnet sich dadurch aus, daß eine elektromotorische Vor­ richtung zur Erzeugung einer zyklischen Bewegung, die die Pumpvorrichtung in einem festen Ver­ hältnis von Pumpzyklen zu Zyklen der elektromo­ torischen Vorrichtung antreibt, Vorrichtungen zur Erfassung ausgewählter Maschinenbetriebszustände und zur Bestimmung des Ölbedarfs an der ausgewählten Stelle hieraus, und eine Vorrichtung, die in Ab­ hängigkeit von dem bestimmten Ölbedarf betätigbar ist zur Steuerung der zyklischen Frequenz der elektromotorischen Vorrichtung derart, daß die Menge des auf einer Zeitbasis von der Pump­ vorrichtung gelieferten Öls vom Ölbedarf ab­ hängig ist, vorgesehen sind.

Zweckmäßig ist die elektromotorische Vorrichtung ein Elektromagnet, der mit der Pumpe gekoppelt ist, um einen Pumpenzyklus pro Zyklus des Elektro­ magneten zu bewirken. Vorzugsweise ist die Pumpe eine Kolbenpumpe, die direkt mit dem Anker des Elektromagneten gekoppelt sein kann. Der Elektro­ magnet kann so ausgestaltet sein, daß er zwei oder mehr Pumpen gleichzeitig oder zyklisch oder auch in einer Kombination dieser Verfahren antreibt.

Zweckmäßig können zwei Pumpen mit dem Anker eines Elektromagneten gekoppelt sein, je eine an einem der entgegengesetzten Enden des Ankers. Die Pumpen sind vorteilhaft um einen halben Zyklus außer Phase miteinander, so daß die eine eine Ölcharge liefert, wenn die andere eine Ölcharge heranzieht.

Die zugeführte Ölmenge kann einfach durch Einstellung der Zyklusfrequenz des Elektromagneten gesteuert werden. Der Ölbedarf kann durch eine geeignet programmierte elektronische Steuereinheit bestimmt werden, die auf ausgewählte Maschinenzustands­ parameter bezogene Signale erhält und aus diesen die erforderliche Zyklusfrequenz des Elektro­ magneten oder einer anderen elektromotorischen Vorrichtung bestimmt, um dem Ölbedarf der Maschine zu genügen. Die für die Ermittlung des Ölbedarfs verwendeten Betriebsparameter der Maschine können die Maschinengeschwindigkeit, die Maschinen­ temperatur, die Geschwindigkeit der eingeführten Luft, die zugeführte Brennstoffmenge, sowie die Zeitspanne, in der die Maschine innerhalb ausgewählter Last- und/oder Geschwindigkeits­ bereiche gearbeitet hat, einschließen.

Ein Maschinenschmiersystem muß gewöhnlich Öl zu mehr als einer Stelle liefern, und der Ölbedarf zwischen den einzelnen Stellen kann unterschiedlich sein. Wenn dieser Unterschied im Ölbedarf der je­ weiligen Stellen eine im wesentlichen feste Be­ ziehung für alle Betriebszustände ist, kann eine individuelle Pumpe für jede Stelle vorgesehen sein, wobei alle Pumpen von der gleichen elektro­ motorischen Vorrichtung angetrieben werden und jede Pumpe eine eigene Fördermenge pro Pumpen­ zyklus besitzt.

In einer Vielzylindermaschine können mehrere Pumpen vorhanden sein, wobei jede Pumpe so ausgebildet ist, daß sie Öl an die gleiche Stelle bei allen Zylindern liefert. So kann eine Serie von Pumpen, die durch die gleiche elektromotorische Vor­ richtung angetrieben werden, Öl zu den Kurbel­ gehäusen mehrerer Zylinder liefern, während eine andere Serie von Pumpen, die in gleicher Weise alle durch eine zweite elektromotorische Vorrichtung angetrieben werden, Öl zu den Kolben mehrerer Zylinder liefern können.

Demgemäß ist entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine in ein Maschinen­ schmiersystem eingesetzte Ölpumpe vorgesehen, die einen an einem Ende geschlossenen Zylinder, eine ventilgesteuerte Auslaßöffnung an diesem ge­ schlossenen Ende, einen axial im Zylinder bewegbaren und eine Arbeitskammer zwischen sich und dem geschlossenen Ende bildenden Kolben, eine Antriebsvorrichtung zur Erzielung einer zyklischen Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder aufweist, wobei das Volumen der Arbeitskammer in Abhängigkeit von der axialen Bewegung variiert und der Kolben einen gleitend in im wesentlichen dichtender Beziehung im Zylinder aufgenommenen Mantelbereich und einen Kopfbereich gegenüberliegend dem geschlossenen Ende des Zylinders besitzt und der Kopfbereich so gehalten ist, daß er eine begrenzte axiale Bewegung relativ zum Mantelbereich ausführen kann, und der Kopf- und der Mantelbereich so ausgebildet sind, daß sie eine selektive Ver­ bindung zwischen der Arbeitskammer und dem Zuführungsbereich des Zylinders auf der dem Kopfbereich entgegengesetzten Seite in Abhängig­ keit von der begrenzten axialen Bewegung her­ stellen, so daß Öl am Kopfbereich vorbei in die Arbeitskammer fließen kann, wenn sich der Kolben vom geschlossenen Ende des Zylinder wegbewegt, und ein Ölfluß zwischen der Arbeitskammer und dem Zuführungsbereich des Zylinders unterbunden ist, wenn sich der Kolben in der entgegenge­ setzten Richtung bewegt.

Vorzugsweise ist die Pumpe als Verdrängungspumpe in das beschriebene Schmiersystem eingesetzt, und zwei solcher Pumpen können mit einer Antriebs­ vorrichtung wie der elektromotorischen Vorrichtung gekoppelt sein.

Zweckmäßig öffnet und schließt die begrenzte axiale Bewegung zwischen dem Kopf- und Mantel­ bereich des Kolbens zyklisch einen ringförmigen Durchgang zur Steuerung des Ölflusses in die Arbeitskammer. Vorteilhaft enthält die Auslaß­ öffnung ein druckempfindliches Ventil, um die Ölzuführung durch dieses zu ermöglichen, wenn der Druck in der Arbeitskammer oberhalb eines vorbestimmten Wertes ist.

Zweckmäßig hat der Kopfbereich des Kolbens einen so gewählten Durchmesser, daß ein ringförmiger axialer Durchgang zwischen dem Umfang des Kopf­ bereiches und der Wand des Zylinders geschaffen wird, um einen Teil des Ölflußweges zur Arbeits­ kammer zu bilden. Die axiale Bewegung des Kopf­ bereiches vom Mantelbereich weg liefert einen radialen ringförmigen Durchgang zwischen diesen, der den ringförmigen axialen Durchgang mit dem inneren Hohlraum des Mantelbereiches verbindet. Der Kopf- und Mantelbereich des Kolbens haben jeweils ringförmige Oberflächen, die die gegen­ überliegenden Wände des radialen ringförmigen Durchganges bilden, wenn der Kolben- und Mantel­ bereich einen axialen Abstand voneinander aufweisen, und die zyklisch dichtend aneinanderliegen, um einen Ölfluß an dem Kopfbereich vorbei in die Arbeitskammer zu unterbinden.

Vorzugsweise ist der Kopfbereich so mit dem Mantel­ bereich verbunden, daß zwischen ihnen eine be­ grenzte axiale Bewegung bei jedem Richtungs­ wechsel der axialen Bewegung des Kolbens möglich ist. Das bedeutet, daß, wenn sich der Kolben zum geschlossenen Ende des Zylinders hin bewegt, die jeweiligen radialen Oberflächen des Mantel- und Kopfbereiches dichtend aneinanderliegen. Demgemäß wird das Öl in der Arbeitskammer unter Druck gesetzt. Wenn der Mantelbereich seine Bewegungsrichtung umkehrt und sich vom geschlossenen Ende des Zylinders wegbewegt, legt er zunächst eine kurze Strecke zurück, bevor auch der Kopfbereich beginnt, sich in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen, wodurch die beiden ringförmigen Flächen sich trennen und den radialen ringförmigen Durchgang zwischen sich bilden. Öl kann durch den radialen ringförmigen Durchgang und den axialen ring­ förmigen Durchgang strömen, um in die Arbeits­ kammer einzutreten. Wenn der Kolben am ent­ gegengesetzten Ende seiner axialen Bewegung im Zylinder seine Bewegungsrichtung ändert, findet die umgekehrte relative Bewegung zwischen Mantel- und Kopfbereich statt und bewirkt das Schließen des radialen ringförmigen Durchganges.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Pumpenanordnung mit zwei durch einen einzigen Elektromagneten angetriebenen Pumpen,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Kolbenmantels und -kopfes gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen von zwei alternativen Schmiersystemen einer Zweitaktmaschine mit einer Pumpenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 5 ein logisches Diagramm für die elektronische Steuerung des Schmiersystems nach Fig. 2, und

Fig. 6 eine elektrische Schaltungsanordnung für die Ölpumpensteuerung.

Nach den Fig. 1 und 2 umfaßt die Pumpenanordnung ein zylindrisches Gehäuse 1, in dem ein zylindrischer Kern 2 fest angeordnet ist, auf den eine Spule 3 gewickelt ist. Der Anker 4 befindet sich inner­ halb des mittleren Hohlraums des zylindrischen Kerns 2, wobei eine Druckfeder 5 zwischen den Anker 4 und die innere Ringschulter 6 auf dem Kern 2 eingesetzt ist. Die Druckfeder 5 drückt den Anker 4 nach oben, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Der ringförmige Endteil 7 des Gehäuses 1 besteht aus magnetischem Material und eine innere zylindrische Oberfläche 8, die einen engen ring­ förmigen Luftspalt 9 zwischen sich und dem zylindrischen Endbereich 10 des Ankers bildet. Die Spule 3 ist so gewickelt, daß das bei ihrer Erregung erzeugte magnetische Feld den Anker 4 in Fig. 1 nach unten gegen den Widerstand der Druckfeder 5 zieht. Daher bewirkt die Druckfeder 5 bei der Entregung der Spule 3 ein Zurückkehren des Ankers 4 in die gezeigte obere Stellung.

Ein zylindrisches Rohr 11 aus nichtmagnetischem Material erstreckt sich koaxial durch den Anker 4 und ist starr mit diesem verbunden. An jedem Ende des Ankers 4 erstreckt sich das Rohr 11 in axialer Richtung zur Bildung jeweils eines Kolbenmantels 12 bzw. 13, die einteilig mit dem Rohr 11 ausgestaltet sind und gleitend in zugeordneten Zylinder 14 bzw. 15 aufgenommen sind. Die Kolbenmäntel 12 und 13 gleiten frei in den Zylindern 14 und 15 und wirken mit diesen in einer im wesentlichen dichtenden Beziehung zusammen, so wie ein Pumpenkolben mit einem Pumpenzylinder in einer konventionellen Kolben­ pumpe.

Angrenzend an das freie Ende jedes Kolbenmantels 12 bzw. 13 ist je ein Kolbenkopf 16 bzw. 17 vorgesehen, der integral mit einer Führung 18 bzw. 19 ausgebildet ist, die jeweils gleitend innerhalb der Bohrung des Rohres 11 an den ent­ gegengesetzten Enden von diesem aufgenommen sind. Am Anker 4 befestigte Stifte 20 und 21 erstrecken sich durch entsprechende Öffnungen 22 und 23 in den Führungen 18 und 19, mit einem vorbe­ stimmten Spielraum in axialer Richtung des Rohres 11 zwischen den Stiften und den von diesen durchquerten Öffnungen. Dieser Spielraum er­ möglicht eine begrenzte axiale Bewegung der jeweiligen Kolbenköpfe 16 und 17 in Beziehung zu den mit diesen zusammenwirkenden Kolben­ mänteln 12 und 13.

Jeder der Zylinder 14 und 15 ist durch je eine Endwand 24 bzw. 25 geschlossen, in denen Zu­ führungsöffnungen 26 und 27 vorgesehen sind. Diese Öffnungen sind normalerweise durch Kugelventile 28 und 29 geschlossen, die durch Federn 30 und 31 in der Schließstellung gehalten werden.

Wie in der Figur gezeigt ist, befindet sich der Anker 4 in seiner obersten Stellung, und in dieser hat eine, zwischen dem Kolbenkopf 17 und der Endwand 25 des Zylinders 15 befindliche Arbeitskammer 35 ihre maximale Kapazität. Eine Arbeitskammer 36 am entgegengesetzten Ende der Anordnung zwischen dem Kolbenkopf 16 und der Endwand 24 hat eine minimale Kapazität. Wenn der Anker 4 zum entgegengesetzten Ende seines Hubes bewegt wurde, haben die Arbeits­ kammer 35 minimale Kapazität und die Arbeits­ kammer 36 maximale Kapazität.

Ein Anschlußstück 37 ist zur Verbindung mit einer zu einem Ölbehälter führenden Ölleitung vorge­ sehen, so daß Öl normalerweise den gesamten freien Raum innerhalb des Gehäuses 1 füllt, einschließlich des Inneren des Rohres 11 und der Kolbenmäntel 12 und 13. Wie bei 40 und 41 ersichtlich ist, ist eine Reihe von Öffnungen in den Wänden des Rohres 11 und der Kolben­ kopfführungen 18 und 19 vorgesehen, um einen freien Durchgang für das Öl in das Innere des Rohres 11, der Kolbenmäntel 12 und 13 sowie der Kolbenkopfführungen 18 und 19 zu schaffen.

Es wird nun im einzelnen die Arbeitsweise einer der aus Kolbenmantel und Kolbenkopf bestehenden Anordnungen betrachtet, beispielsweise der aus dem Kolbenmantel 13 und Kolbenkopf 17 im unteren Teil von Fig. 1. Es wird angenommen, daß in der gezeigten Stellung die Arbeitskammer 35 mit Öl gefüllt ist; und bei Erregung der Spule 3 beginnt der Anker 4, sich nach unten zu bewegen. Diese Bewegung wird über das Rohr 11 und den Stift 21 direkt auf den Kolbenmantel 13 und den Kolbenkopf 15 übertragen und so wird das Öl in der Arbeitskammer 35 unter Druck gesetzt. Wenn der Öldruck ausreichend ist, um das Kugel­ ventil 29 gegen die Kraft der Feder 31 zu betätigen, wird Öl durch die Öffnung 27 zugeführt. Die Bewegung des Ankers 4 ist dadurch begrenzt, daß der Kolbenkopf 17 gegen die Endwand 25 stößt; hierbei ist im wesentlichen das gesamte Öl aus der Arbeitskammer 35 ausgetrieben.

Bei Entregung der Spule 3 bewirkt die Druckfeder 5, daß der Anker 4 sich nach oben zu bewegen beginnt, und diese Bewegung wird unmittelbar zum Rohr 11 und zum Kolbenmantel 13 übermittelt. Jedoch findet keine sofortige entsprechende Bewegung des Kolbenkopfes 17 statt aufgrund des Spielraums zwischen dem Stift 21 und den Öffnungen 23 in der Kolbenführung 19. Dieses Ausbleiben der Bewegung des Kolbenkopfes 17 bewirkt eine Unterbrechung des Kontaktes zwischen der radialen Fläche 42 des Kolbenkopfes und der zugeordneten radialen Fläche 43 des Kolbenmantels, wobei sich zwischen ihnen der aus Fig. 2 ersichtliche ringförmige radiale Durchgang 44 ergibt. Bei der Weiterbewegung des Ankers 4 nach oben wird der Spielraum zwischen dem Stift 21 und den Öffnungen 23 aufgebraucht, so daß sich dann der Kolbenkopf 17 gemeinsam mit dem Kolbenmantel 13 bewegt. Jedoch bleibt der ringförmige radiale Durchgang 44 zwischen ihnen erhalten, wodurch Öl aus dem Inneren des Kolben­ mantels 13 um den Kolbenkopf 17 herum in die Arbeitskammer 35 fließen kann.

Wenn das Ende der Aufwärtsbewegung des Ankers 4 erreicht ist, ist der Abstand zwischen dem Kolben­ kopf 17 und dem Kolbenmantel 13 und damit der Durchgang 44 immer noch gegeben.

Am Anfang des nächsten Zyklus beginnt sich durch die Erregung der Spule 3 der Anker 4 wiederum nach unten zu bewegen, und das Rohr 11 und der Kolbenmantel 13 folgen sofort dieser Bewegung. Aufgrund des Spielraums zwischen dem Stift 21 und den Öffnungen 23 bewegt sich der Kolbenkopf 17 nicht in gleicher Weise unmittelbar, so daß die Endfläche 42 des Kolbenmantels 13 sich der radialen Fläche 43 des Kolbenkopfes 17 nähert, bis zwischen ihnen ein Kontakt hergestellt ist und sich dann der Kolbenkopf und der Kolbenmantel gemeinsam zur Endwand 25 des Zylinders bewegen und damit einen weiteren Ölzuführungszyklus einleiten.

Es ist festzustellen, daß der Kolbenkopf 16 und der Kolbenmantel 12 am entgegengesetzten Ende der Anordnung nach Fig. 1 den gleichen Zyklus vollführen, wie anhand des Kolbenkopfes 17 und des Kolbenmantels 13 beschrieben wurde, jedoch um einen halben Zyklus phasenversetzt.

Bei der vorbeschriebenen Konstruktion ist es erforderlich, einen ausreichenden Spielraum zwischen der Umfangskante 45 des Kolbenkopfes 17 und der Wand des Zylinders 15 vorzusehen, so daß der ringförmige Raum um den Kolbenkopf 17 groß genug ist, um das Öl während des Einlaß­ taktes in die Arbeitskammer strömen zu lassen. Jedoch muß dieser Spielraum auch genügend klein gehalten werden, um sicherzustellen, daß das Volumen des Spielraums in der Arbeitskammer 35 nicht wesentlich die volumetrische Ausnutzung der Pumpoperation beeinflußt, wenn der Kolben­ kopf 17 das Ende seines Hubes zur Endwand 25 hin erreicht. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die Pumpe unter bestimmten Umständen Luft oder ein Luft/Öl-Gemisch fördern muß, und wenn das Spielraumvolumen nicht demgemäß auf einem Minimum gehalten werden kann, kann die in der Arbeitskammer eingeschlossene Luft die durch die Bewegung des Kolbens erzielte Pump­ leistung zunichte machen. Der Durchmesser der Kolbenköpfe 16 und 17 ist vorzugsweise nicht geringer als 0,75 des Durchmessers der Zylinder­ bohrung, in der der Kolben arbeitet.

Um die Klebwirkung zwischen dem Kolbenkopf und der Endwand des Zylinders zu reduzieren, können eine oder mehrere Quernuten in der Fläche des Kolbenkopfes gegenüber der Endwand des Zylinders vorgesehen sein, die sich von der Umfangskante des Kolbenkopfes erstrecken. Alternativ hierzu kann die Fläche des Zylinderkopfes so ausgebildet sein, daß die Kontaktfläche mit der Endwand des Zylinders reduziert wird.

Um die volumetrische Ausnutzung der Pumpe zu verbessern, können auch nachgiebige Mittel vorgesehen werden, zum Beispiel eine Feder, um die Kolbenköpfe normalerweise so zu positionieren, daß die radialen Flächen 42 und 43 in Kontakt und dadurch der ringförmige radiale Durchgang geschlossen sind. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß am Ende der Bewegung des Kolben­ mantels 13 weg von der Endwand 25 sich der Kolbenkopf 17 in dieser Richtung unter der Wirkung der nachgiebigen Mittel weiterbewegt, um den Durchgang 44 zu schließen, bevor oder wenn die Bewegungsrichtung des Kolbenmantels 13 sich ändert. Demgemäß ist der Anteil der Bewegung des Kolbenmantels 13 zur Endwand 25 des Zylinders hin, während der der Durchgang 44 geöffnet ist, eliminiert oder reduziert, wodurch die volumetrische Ausbeute jedes Zyklus erhöht wird.

Die nachgiebigen Mittel bzw. die Feder, die vor­ stehend in bezug auf den Kolbenmantel 13 und den Kolbenkopf 17 beschrieben wurden, sind auch vorgesehen, um mit dem Kolbenmantel 12 und dem Kolbenkopf 16 am gegenüberliegenden Ende der Pumpenanordnung zusammenzuarbeiten. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Zugfeder zwischen den Kolbenköpfen 16 und 17 vorgesehen, die zur Erzielung der beschriebenen Arbeitsweise vorgespannt ist.

Fig. 3 zeigt ein typisches Schmiersystem für eine Zweizylinder-Zweitaktmaschine, die die vorstehend erläuterte Ölpumpe enthält. Die Maschine 100 ist von bekannter Konstruktion, bei der Luft in individuelle Kurbelgehäusebereiche 101 und 102 geleitet wird, die den jeweiligen Zylindern 103 und 104 zugeordnet sind. Die Luftströmung zu den jeweiligen Kurbelgehäusen erfolgt über eine Lufteinlaßleitung 105, in der sich ein konven­ tionelles Drosselventil 106 befindet und die Zungenventilanordnungen 107 und 108 aufweist, über die die Einlaßleitung mit den jeweiligen Kurbelgehäusen verbunden ist. Ein Luftströmungs­ fühler 110 bekannter Konstruktion ist in die Lufteinlaßleitung 105 eingesetzt und liefert ein Signal zu der elektronischen Steuereinheit 115, das proportional zur Geschwindigkeit des Luftstroms zu den jeweiligen Kurbelgehäusen ist. Die Luftströmungsgeschwindigkeit in der Lufteinlaß­ leitung ist abhängig von der Maschinenlast und daher ist das vom Luftströmungsfühler 110 zur Steuereinheit 115 gelieferte Signal ein Maß für die Maschinenlast.

Ein Maschinengeschwindigkeitsfühler 112 bekannter Konstruktion ist so angeordnet, daß er durch das Schwungrad 114 der Maschine aktiviert wird, um der Steuereinheit 115 ein die Maschinengeschwindig­ keit anzeigendes Signal zuzuführen.

Die Steuereinheit 115 ist so programmiert, daß sie aus den Signalen des Luftströmungsfühlers und des Geschwindigkeitsfühlers die Schmieranforderungen der Maschine bestimmt, und gemäß dieser Bestimmung steuert sie die Frequenz des Erregungszyklus der Ölpumpe 120. Wie vorstehend erläutert wurde, liefert die Ölpumpe während jedes Zyklus zweimal eine bestimmte Ölmenge. Die jeweiligen Ölzuführun­ gen werden über Leitungen 121 und 122 zur Luftein­ laßleitung 105 gefördert und in diese unmittelbar stromaufwärts der die Luftströmungen in die zuge­ ordneten Kurbelgehäuse steuernden Zungenventil­ anordnungen 107 und 108 eingespeist. Die Zuführung des Öl wird durch geeignete Düsen 123 und 124 bewirkt, so daß es beim Eintritt in die Luft fein zerstäubt ist, und jede Düse enthält ein Rückschlagventil, um den Eintritt von Luft aus der Lufteinlaßleitung 105 in die Leitungen 121 und 122 zu verhindern.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuer­ einheit 115 auch so programmiert, daß die Dosierung und Zuführung von Brennstoff zu den jeweiligen Maschinenzylindern durch die Einspritz- und Dosiereinheiten 130 und 131 gesteuert wird. Diese Steuereinheit 115 kann weiterhin so programmiert sein, daß auch andere Funktionen gesteuert werden, wie zum Beispiel die Zündzeitpunkte, und zu diesem Zweck können der Steuereinheit Signale hinsichtlich anderer Betriebsparameter und -bedingungen der Maschine zugeführt werden. Ins­ besondere wenn die Maschine mit Mitteln zur Veränderung der Öffnungs- und Schließzeit der Auslaßöffnung versehen ist, können diese durch die gleiche Steuereinheit gesteuert werden.

In dem Schmiersystem nach Fig. 3 erfolgt eine Schmierung der Lager der Kurbelwelle und des Kolbens im Zylinder durch die Mitnahme des Öls in der in das Kurbelgehäuse der Maschine einge­ leiteten Luft und nachfolgende Übertragung zu den Zylindern der Maschine in einer Weise, die nicht unähnlich dem früher angewendeten Prinzip der Vormischung des Schmieröls mit dem Brennstoff ist. Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird jedoch das Schmieröl nicht in die in die Maschine eintretende Luft eingeführt, sondern wird von der Pumpe direkt zu ausgewählten Stellen in den Kurbelwellenlagern und Maschinenzylindern für die Schmierung der jeweiligen Bereiche ge­ liefert.

In der Ausgestaltung nach Fig. 4 hat die Ölpumpe 140 den bereits beschriebenen Aufbau; jedoch liefert sie zwei verschiedene festgelegte Mengen Öls während jedes Pumpzyklus. In dieser Aus­ bildung liefert die Pumpe das Öl zu einer Lagerleitung 141 und einer Zylinderleitung 142. Die verschiedenen Mengen ergeben sich dadurch, daß der Ölbedarf der Lager und der Zylinder- Kolben-Anordnung verschieden ist. Die verschiedenen Mengen werden dadurch erhalten, daß die Arbeits­ kammern 35 und 36 zum Austreiben verschiedener Ölmengen ausgebildet sind, vorzugsweise durch Kopfbereiche 16 und 17 der Kolben von unter­ schiedlichem Durchmesser. Die Lagerleitung 141 führt das Öl zu einer geeigneten Stelle innerhalb des Kurbelgehäuses, von wo das Öl wirksam zu den Kurbelwellenlagern gelangt. Das Öl kann in Form eines örtlich definierten und geeignet geformten Sprühstrahles zugeführt werden, um die betreffenden Lager im Kurbelgehäusebereich zu schmieren. Die Zylinderleitung 142 liefert das Öl durch eine Öffnung in der Zylinderwand an einer oder mehreren ausgewählten Stellen, so daß das Öl wirksam verteilt wird, um die aufeinander arbeitenden Flächen des Kolbens und des Zylinders einschließlich der Kolbenringe zu schmieren.

Die Steuereinheit 115 des Schmiersystems nach Fig. 4 kann gleich der in Verbindung mit Fig. 3 be­ schriebenen sein, wobei sie Signale von dem Luft­ strömungsfühler 144, der sich in der Lufteinlaß­ leitung 145 befindet, sowie von einem geeignet angeordneten, nicht gezeigten Maschinenge­ schwindigkeitsfühler empfängt.

Es ist festzustellen, daß in dem Schmiersystem nach Fig. 3 eine Ölzuführung für jeden Zylinder der Maschine benötigt wird und daher zwei Zuführungen pro Zyklus geeignet sind, um eine Schmierung der beiden Zylinder einer Maschine durchzuführen. In der Ausgestaltung nach Fig. 4 sind dagegen zwei Zuführungen für jeden Zylinder der Maschine erforderlich, d.h. eine für die Schmierung der Lagerflächen der Maschinen- Kurbelwelle und die andere für die Schmierung des Zylinders, und daher ist eine Ölpumpen­ einheit mit einer zweifachen Zuführung pro Zyklus für jeden Zylinder der Maschine erforderlich. In einer das System nach Fig. 4 verwendenden Viel­ zylindermaschine kann eine Pumpe eingesetzt werden, um das Öl zu den Kurbelwellenlagern aller Maschinenzylinder zu liefern, und eine andere Pumpe, um das Öl allen Zylinderbohrungen der Maschine zuzuführen.

Die Fig. 5 enthält ein typisches und etwas ver­ einfachtes Diagramm der logischen Folge bei der Bestimmung der Aktivierungsfrequenz der Ölpumpen­ einheit aus den der Steuereinheit zugeführten Maschinenzustandsparametern. Die Steuereinheit empfängt eine Anzahl von Signalen, wie vor­ stehend erörtert wurde, einschließlich der Meß­ signale der Luftströmungsgeschwindigkeit in der Lufteinlaßleitung der Maschine, der Maschinen­ geschwindigkeit, der Maschinentemperatur und anderer derartiger gewünschter Parameter, die die Maschinenbetriebsbedingungen betreffen. Aus diesen Eingangsinformationen bestimmt die Steuer­ einheit u.a. den Brennstoffbedarf pro Zylinder und Zyklus zur Steuerung der Brennstoffdosierung und diese Information wird für die Bestimmung des Maschinenschmierbedarfs verwendet, da der Brennstoff pro Zylinder und Zyklus ein Maß für die Maschinenlast ist.

Diese Maschinenlastordinate und Maschinengeschwindig­ keitsordinate werden dazu benutzt, aus einer Tafel über das Brennstoff zu Brennstoff/Öl-Verhältnis zu bestimmen, wie der Ölbedarf der Maschine für die bestimmte Last und Geschwindigkeit ist. Das Verhältnis von Brennstoff zu Öl kann im Bereich von 20:1 bis 200:1 abhängig von den Maschinenlast- und -geschwindigkeitsbe­ dingungen variieren. Die Bestimmung des Brennstoff/ Öl-Verhältnisses wird dann mit der Bestimmung des Brennstoffs pro Zylinder und Zyklus dazu verwendet, den Ölbedarf pro Zylinder und Zyklus zu berechnen und aus dieser Information und den Maschinenzyklen pro Sekunde, die vom Maschinen­ geschwindigkeitsfühler ermittelt werden, wird der tatsächliche Ölbedarf der Maschine pro Zeiteinheit zum Beispiel in Milligramm/Sekunde ermittelt. Diese Berechnung wird weiterhin modifiziert durch einen vorgegebenen Faktor, der auf ausgewählten Maschinenzuständen wie der Maschinentemperatur, dem Umstand, ob sich die Maschine in einem Übergangslastzustand befindet oder ob das Drosselventil weit offen oder voll geschlossen ist, sowie anderen ange­ messenen Zuständen basiert. Dieser Modifikations­ faktor wird dann mit dem Ölbedarf verknüpft zur Bildung einer korrigierten Öllieferungsmenge pro Zeiteinheit. Aus dieser Bestimmung und der Ölpumpenkalibrierung, das ist die Ölmenge pro Pumpenzyklus, wird die Frequenz der Pumpen­ zyklen ermittelt und ein Ausgangssignal erzeugt, das die erforderliche Pulsbreite zwischen den Aktivierungen der Pumpe liefert und damit die Frequenz der Zuführungen durch die Pumpe be­ stimmt, die dem festgestellten Ölmengenbedarf der Maschine genügt. Es wird eine minimale und maximale Pumpfrequenz festgelegt und wenn die ermittelte Frequenz außerhalb dieses Bereiches liegt, arbeitet die Pumpe am entsprechenden Ende dieses Frequenzbereiches.

In einer Anordnung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Spule der Ölpumpe für eine Dauer von 20 ms pro Zyklus zu erregen, was als eine ausreichende Zeit für die Durchführung eines Pumpen­ hubes festgestellt wurde, und die Frequenz der Erregungszyklen kann zweckmäßig zwischen 80 ms für große Ölmengen und bis zu 5 s für geringe Ölmengen variieren.

Der tatsächliche Betrieb der Ölpumpe kann dadurch gesteuert werden, daß die Spule 3 durch ein konven­ tionelles elektrisches 12 V-System erregt wird, wie es allgemein in Motorfahrzeugen verwendet wird, und daß ein von der Steuereinheit betätigter Schalttransistor vorgesehen wird, der zyklisch eine Erdverbindung zwischen der Spule und dem negativen Pol der Batterie herstellt, so daß die Spule erregt wird, wenn der Schalter geschlossen und der Schaltkreis geerdet sind, und entregt wird, wenn der Schalter geöffnet ist. Ein typischer Schaltkreis ist in Fig. 6 gezeigt.

Die hier offenbarte Ölpumpe und das Schmier­ system können für die Zuführung von Öl zu funkengezündeten Zweitakt- oder Viertaktmaschinen eingesetzt werden. Mit der vorliegenden Öl­ pumpe und/oder dem Schmiersystem ausgerüstete Maschinen können für jede Anwendung in Frage kommen, einschließlich Maschinen für Fahrzeuge wie Automobile und Schiffsmaschinen wie Außenbord-Schiffsmaschinen.

Claims (21)

1. Schmiersystem für eine Verbrennungsmaschine mit einer Pumpvorrichtung zur Zuführung von Öl zu einer ausgewählten Stelle in der Maschine, wobei die Pumpvorrichtung eine feste Zuführungsmenge in jedem ihrer Zyklen liefert, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromotorische Vorrichtung zur Erzeugung einer zyklischen Bewegung, die die Pumpvorrichtung in einem festen Ver­ hältnis von Pumpzyklen zu Zyklen der elektro­ motorischen Vorrichtung antreibt, Vorrich­ tungen zur Erfassung ausgewählter Maschinen­ betriebszustände und zur Bestimmung des Öl­ bedarfs an der ausgewählten Stelle hieraus, und eine Vorrichtung, die in Abhängigkeit von dem bestimmten Ölbedarf betätigbar ist zur Steuerung der zyklischen Frequenz der elektromotorischen Vorrichtung derart, daß die Menge des auf einer Zeitbasis von der Pumpvorrichtung gelieferten Öls vom Ölbedarf abhängig ist, vorgesehen sind.

2. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpvorrichtung zwei indi­ viduelle Ölzuführungen pro Pumpenzyklus vornimmt.

3. Schmiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von den beiden individuellen Ölzuführungen gelieferten festen Mengen unterschiedlich sind.

4. Schmiersystem nach Anspruch 2, daß die Pumpvorrichtung zwei Verdrängerpumpen aufweist, von denen jede eine jeweils fest­ gelegte Zuführungsmenge pro Zyklus besitzt, daß die elektromotorische Vorrichtung be­ tätigbar ist zur Durchführung aufeinander­ folgender Bewegungen in zwei entgegen­ gesetzten Richtungen in jedem ihrer Zyklen, und daß die Pumpen antriebsmäßig mit der elektromotorischen Vorrichtung gekoppelt sind, so daß die eine Pumpe eine Ölzuführung in Abhängigkeit von der Bewegung in der einen Richtung und die andere Pumpe eine Ölzuführung in Abhängigkeit von der Bewegung in der entgegengesetzten Richtung bewirken.

5. Schmiersystem nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromo­ torische Vorrichtung einen nacheinander erregbaren und entregbaren Elektromagneten (3, 4) enthält zur Durchführung eines Zyklus dieser Vorrichtung.

6. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpe einen an einem Ende geschlossenen Zylinder (14; 15), eine ventil­ gesteuerte Auslaßöffnung in diesem Ende, einen axial bewegbaren Kolben im Zylinder (14, 15), der zwischen sich und dem geschlossenen Ende eine Arbeitskammer (35; 36) bildet, aufweist, daß die elektromotorische Vorrichtung antriebsmäßig mit dem Kolben gekoppelt ist, um eine zyklische Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder (14; 15) zu bewirken, daß der Kolben einen gleitend in im wesentlichen dichtender Beziehung im Zylinder (14; 15) aufgenommenen Mantelbereich (12; 13) und einen Kopfbereich (16; 17) gegenüberliegend dem geschlossenen Ende des Zylinders (14; 15) besitzt, wobei der Kopfbereich (16; 17) so gehalten ist, daß er eine begrenzte axiale Bewegung relativ zum Mantelbereich (12; 13) ausführen kann, und der Kopf- und der Mantelbereich so ausgebildet sind, daß sie eine selektive Verbindung zwischen der Arbeitskammer (35; 36) und dem Zuführungs­ bereich des Zylinders (14; 15) auf der dem Kopfbereich (16; 17) entgegengesetzten Seite in Abhängigkeit von der begrenzten axialen Bewegung herstellen, so daß Öl am Kopfbereich (16; 17) vorbei in die Arbeitskammer (35; 36) fließen kann, wenn sich der Kolben vom ge­ schlossenen Ende des Zylinders (14; 15) weg­ bewegt, und ein Ölfluß zwischen der Arbeits­ kammer (35; 36) und dem Zuführungsbereich des Zylinders (14; 15) unterbunden ist, wenn sich der Kolben in der entgegengesetzten Richtung bewegt.

7. Schmiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kopf- (16; 17) und Mantel­ bereich (12; 13) des Kolbens einen ring­ förmigen radialen Durchgang (44) zwischen sich bilden, der in Abhängigkeit von der zyklischen Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder (14; 15) geöffnet und geschlossen wird.

8. Schmiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfbereich (16; 17) mit dem Zylinder (14; 15) einen ringförmigen axialen Durchgang bildet zur Schaffung einer Verbindung zwischen dem ringförmigen radialen Durchgang (44) und der Arbeits­ kammer (35) für einen Ölfluß in die Arbeits­ kammer (35) bei geöffnetem ringförmigem radialem Durchgang (44).

9. Schmiersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelbereich (12; 13) und der Kopfbereich (16; 17) des Kolbens jeweils im wesentlichen radiale ringförmige Flächen (42; 43) besitzen, die in einer gegen­ seitigen Beziehung stehen, derart, daß sie gegenüberliegende Wände des radialen Durch­ ganges (44) bilden, wenn die Bereiche axial auseinanderliegen, und aneinander anliegen, um den radialen Durchgang zu schließen.

10. Schmiersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromo­ torische Vorrichtung ein hin- und hergehendes Antriebsteil aufweist und der Mantelbereich (12; 13) des Kolbens direkt mit diesem Antriebsteil gekoppelt ist, um gemeinsam mit diesem die hin- und hergehende Bewegung auszuführen, und daß der Kopfbereich (16; 17) des Kolbens indirekt mit dem Antriebsteil gekoppelt ist, um die begrenzte axiale Be­ wegung zwischen dem Mantelbereich und dem Kopfbereich bei jedem Wechsel der Bewegungs­ richtung des Antriebsteils zu ermöglichen.

11. Pumpe, gekennzeichnet durch einen an einem Ende geschlossenen Zylinder (14; 15), eine ventilgesteuerte Auslaßöffnung an diesem geschlossenen Ende, einen axial im Zylinder bewegbaren und eine Arbeitskammer (35; 36) zwischen sich und dem geschlossenen Ende bildenden Kolben, eine Antriebsvorrichtung zur Erzielung einer zyklischen Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder, wobei der Kolben einen gleitend in im wesentlichen dichtender Beziehung im Zylinder aufgenommenen Mantelbereich (12; 13) und einen Kopfbereich (16; 17) gegenüberliegend dem geschlossenen Ende des Zylinders besitzt und der Kopfbereich (16; 17) so gehalten ist, daß er eine be­ grenzte axiale Bewegung relativ zum Mantel­ bereich (12; 13) ausführen kann, und der Kopf- und der Mantelbereich so ausgebildet sind, daß sie eine selektive Verbindung zwischen der Arbeitskammer (35; 36) und dem Zuführungs­ bereich des Zylinders (14; 15) auf der dem Kopfbereich (16; 17) entgegengesetzten Seite in Abhängigkeit von der begrenzten axialen Bewegung herstellen, so daß Flüssigkeit am Kopfbereich (16; 17) vorbei in die Arbeitskammer (35; 36) fließen kann, wenn sich der Kolben vom geschlossenen Ende des Zylinders (14; 15) wegbewegt, und ein Flüssigkeitsfluß zwischen der Arbeitskammer (35; 36) und dem Zuführungs­ bereich des Zylinders (14; 15) unterbunden ist, wenn sich der Kolben in der entgegengesetzten Richtung bewegt.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kopf- (16; 17) und Mantelbereich (12; 13) des Kolbens einen ringförmigen radialen Durchgang (44) zwischen sich bilden, der in Abhängigkeit von der zyklischen Hin- und Herbewegung des Kolbens im Zylinder (14; 15) geöffnet und geschlossen wird.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kopfbereich (16; 17) mit dem Zylinder (14; 15) einen ringförmigen axialen Durchgang bildet zur Schaffung einer Verbindung zwischen dem ringförmigen radialen Durchgang (44) und der Arbeitskammer (35) für einen Flüssigkeitsfluß in die Arbeits­ kammer (35) bei geöffnetem ringförmigem radialem Durchgang (44).

14. Pumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelbereich (12; 13) und der Kopfbereich (16; 17) des Kolbens jeweils im wesentlichen radiale ringförmige Flächen (42; 43) besitzen, die in einer gegenseitigen Beziehung stehen, derart, daß sie gegenüberliegende Wände des radialen Durchganges (44) bilden, wenn die Bereiche axial auseinanderliegen, und aneinander anliegend, um den radialen Durchgang zu schließen.

15. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs­ vorrichtung eine elektromotorische Vorrichtung ist, die mit variabler Zyklusfrequenz arbeitet.

16. Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektromotorische Vor­ richtung ein hin- und hergehendes Antriebs­ teil aufweist und der Mantelbereich (12; 13) des Kolbens direkt mit diesem Antriebs­ teil gekoppelt ist, um gemeinsam mit diesem die hin- und hergehende Bewegung auszuführen, und daß der Kopfbereich (16; 17) des Kolbens indirekt mit dem Antriebsteil gekoppelt ist, um die begrenzte axiale Bewegung zwischen dem Mantelbereich und dem Kopfbereich bei jedem Wechsel der Bewegungsrichtung des Antriebsteils zu ermöglichen.

17. Pumpe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromotorische Vorrichtung während jedes Zyklus einen festen Hub des Kolbens bewirkt.

18. Pumpe nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklus­ frequenz der elektromotorischen Vorrichtung steuerbar ist in Abhängigkeit von dem an die Pumpe gerichteten Zuführungsbedarf.

19. Verbrennungsmaschine mit einem Schmiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zweitaktmaschine ist.

20. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Kraftfahrzeug­ motor ist.

21. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Schiffsmotor ist.