DE10117094A1 - Brennkraftmaschine mit einem Hydrauliksystem - Google Patents

Abstract

Eine Brennkraftmaschine (10) umfasst ein Hydrauliksystem (32) mit einer Hydraulikpumpe (34). Ferner ist ein Schmiermittelsystem (14) für bewegte Teile der Brennkraftmaschine (10) vorgesehen, welches eine Schmiermittelpumpe (16) umfasst. Um die Brennkraftmaschine (10) kleiner bauen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Hydraulikpumpe (34) an das Schmiermittelsystem (14) so angeschlossen ist, dass sie durch das Schmiermittel geschmiert werden kann.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Hydrauliksystem, welches eine Hydraulikpumpe umfasst, und mit einem Schmiermittelsystem für bewegte Teile der Brennkraftmaschine, welches eine Schmiermittelpumpe umfasst.

Eine solche Brennkraftmaschine ist vom Markt her bekannt. Für ihre bewegten Teile, wie z. B. Kolben, Kurbelwelle usw., ist eine Druckumlaufschmierung vorgesehen, welche aus einem Ölsumpf über eine Ölpumpe gespeist wird. Gleichzeitig ist bei der bekannten Brennkraftmaschine ein Hydrauliksystem vorgesehen, welches zur Betätigung der Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine verwendet wird. Die bekannte Brennkraftmaschine weist also keine Nockenwelle auf. Eine derartige Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass die Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile unabhängig sind von der Position des Kolbens des jeweiligen Zylinders. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z. B. hohe Drehzahl, und je nach Fahrer-Wunschmoment können Ventil-Öffnungs- und Schließzeiten realisiert werden, welche einen besonders emissions- und verbrauchsoptimierten Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglichen.

Das Hydrauliksystem der bekannten Brennkraftmaschine wird aus einem Hydraulikreservoir über eine Hochdruck- Hydraulikpumpe gespeist. Ein vom Hydrauliksystem gespeister Hydraulikzylinder ist mit dem Stößel eines Gaswechselventils, z. B. eines Einlass- oder Auslassventils, verbunden und führt bei diesem zu einer Öffnungs- oder Schließbewegung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie möglichst klein baut und möglichst preiswert hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Hydraulikpumpe an das Schmiermittelsystem so angeschlossen ist, dass sie durch das Schmiermittel des Schmiermittelsystems geschmiert wird.

Vorteile der Erfindung

Bei der Hydraulikpumpe handelt es sich im Allgemeinen um eine hoch belastete Hochdruckpumpe, welche den für den sicheren Betrieb des Hydrauliksystems notwendigen Druck bereitstellt. Damit diese Hydraulikpumpe in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zuverlässig die geforderte Leistung erbringen kann, ist eine vollständige und sichere Schmierung aller beweglichen Teile der Hydraulikpumpe erforderlich. Indem erfindungsgemäß die Schmierung der beweglichen Teile der Hydraulikpumpe durch das Schmiermittel des ohnehin vorhandenen Schmiermittelsystems der Brennkraftmaschine erfolgt, kann auf ein separates Schmiermittelsystem nur für die Hydraulikpumpe verzichtet werden. Somit entfallen die für ein solches Schmiermittelsystem erforderlichen Komponenten, wie z. B. eine spezielle Schmiermittelpumpe, ein Schmiermittelbehälter usw.. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kleiner bauen. Darüber hinaus werden durch den Wegfall der besagten Komponenten Kosten eingespart.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten Weiterbildung ist genannt, dass als Hydraulikfluid das Schmiermittel des Schmiermittelsystems verwendet wird. In diesem Fall kann also auch auf einen separaten Behälter für das Hydraulikfluid verzichtet werden. Hierdurch wird die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nochmals verkleinert. Dadurch, dass das Hydraulikfluid und das Schmiermittel identisch sind, können darüber hinaus in beiden Systemen ähnliche oder sogar gleiche Teile verwendet werden, was die Herstell- und auch die Wartungskosten nochmals senkt.

Dabei ist besonders bevorzugt, wenn die Hydraulikpumpe so an das Schmiermittelsystem angeschlossen ist, dass sie aus diesem gespeist wird, so dass die Schmiermittelpumpe als Vorförderpumpe für das Hydrauliksystem arbeitet. Diese Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist besonders dann bevorzugt, wenn es sich bei der Hydraulikpumpe nicht um eine selbst ansaugende Pumpe handelt. Aber auch in allen anderen Fällen hat diese Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine den Vorteil, dass die Hydraulikpumpe kleiner bauen kann, da sie aufgrund der Bereitstellung eines Vorförderdrucks durch die Schmiermittelpumpe eine vergleichsweise geringere Leistung erbringen muss.

Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Hydraulikpumpe ein Hydraulikmittel fördert, welches sich vom Schmiermittel des Schmiermittelsystems der Brennkraftmaschine unterscheidet, vorzugsweise eine geringere Viskosität aufweist. Insbesondere bei tiefen Temperaturen kann es vorkommen, dass die Viskosität des üblicherweise als Schmiermittel bei Brennkraftmaschinen verwendeten Fluids so groß wird, dass die Förderung des Hydraulikfluids durch die Hydraulikpumpe sowie der Transport in den Hydraulikleitungen beeinträchtigt ist. Wird eine Brennkraftmaschine unter derartigen Umgebungsbedingungen eingesetzt, kann es vorteilhaft, sein, wenn als Hydraulikfluid ein Fluid verwendet werden kann, welches auch bei sehr geringen Temperaturen eine äußerst geringe Viskosität aufweist. Ein derartiges Fluid wäre jedoch als Schmiermittel für das Schmiermittelsystem der Brennkraftmaschine wiederum nur schwer geeignet, da es bei den in der Brennkraftmaschine üblicherweise herrschenden hohen Temperaturen die ausreichende Schmierung der beweglichen Teile der Brennkraftmaschine nicht mehr ausreichend sicherstellen könnte.

Möglich ist ferner, dass im Fluidweg zwischen Schmiermittelsystem und Hydraulikpumpe ein Filter, insbesondere ein Fluidfilter des Schmiermittelsystems, angeordnet ist. Mit einem solchen Fluidfilter kann das Risiko verringert werden, dass das Hydrauliksystem durch sich mit der Zeit im Schmiermittel sammelnde Ablagerungen verstopft wird. Auf diese Weise wird also die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erhöht. Wenn als Filter der Fluidfilter des Schmiermittelsystems, beispielsweise ein klassischer Ölfilter, verwendet wird, kann dies ohne zusätzliche Komponenten und somit auch ohne zusätzliche Kosten erfolgen. Denkbar ist aber auch, dass neben dem Fluidfilter des Schmiermittelsystems noch ein weiterer Filter verwendet wird, um die Reinheit des dem Hydrauliksystem zugeführten Schmiermittels zu gewährleisten.

In einer anderen Weiterbildung ist genannt, dass das Hydrauliksystem eine Leistungseinheit umfasst, welche mit einem Gaswechselventil der Brennkraftmaschine derart verbunden ist, dass dieses von der Leistungseinheit geöffnet und/oder geschlossen werden kann. Bei einer solchen Leistungseinheit kann es sich beispielsweise um einen Hydraulikzylinder handeln, dessen Kolben mit dem Ventilschaft des Gaswechselventils, beispielsweise eines Einlass- oder Auslassventils der Brennkraftmaschine, verbunden ist.

Mit dem Ziel, den für den Einbau der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erforderlichen Bauraum beispielsweise in einem Kraftfahrzeug weiter zu reduzieren, wird außerdem vorgeschlagen, dass die Hydraulikpumpe von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. In diesem Fall kann also ein separater Antrieb, beispielsweise ein Elektromotor, entfallen.

Der Antrieb der Hydraulikpumpe von der Brennkraftmaschine kann dann besonders effektiv erfolgen, wenn die Hydraulikpumpe direkt mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist.

Möglich ist aber auch, dass die Hydraulikpumpe über ein Getriebe mit variabler Übersetzung mit angetriebener beweglichen Teilen der Brennkraftmaschine verbunden ist. In diesem Fall ist es möglich, die Leistung der Hydraulikpumpe dem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine anzupassen. Hierdurch wird die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine bzw. ihrer Hydraulikpumpe verlängert, da sie nicht immer mit maximaler Leistung arbeitet, sondern bei geringen Leistungsanforderungen auch nur weniger stark angetrieben wird.

Zeichnung

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine Brennkraftmaschine trägt in Fig. 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Ein Zentralbereich 12 der Brennkraftmaschine 10 umfasst u. a. einen Motorblock, Brennräume, Kolben usw.. Die beweglichen Teile der Brennkraftmaschine 10, wie beispielsweise Kolben, Kurbelwelle usw., werden von einem Schmiermittelsystem 14 mit Schmiermittel versorgt.

Das Schmiermittelsystem 14 umfasst eine Schmiermittelpumpe 16, welche über einen Ansaugkanal 17 Schmiermitttel aus einer Schmiermittelwanne 18 fördert. Bei der Schmiermittelpumpe handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um eine übliche Zahnradpumpe. Als Schmiermittel für die beweglichen Teile der Brennkraftmaschine 10 wird bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein synthetisches Leichtlauföl verwendet.

Über einen Schmiermittelfilter 20 wird das Schmiermittel durch einen Schmiermittelkanal 22 hindurch zu den beweglichen Teilen im Zentralbereich 12 der Brennkraftmaschine 10 gefördert. Über eine Rückleitung 24 strömt das Schmiermittel aus dem Motorblock 12 wieder zurück in die Schmiermittelwanne 18. Der Antrieb der Schmiermittelpumpe 16 erfolgt über eine in der Zeichnung nur symbolisch dargestellte mechanische Verbindung mit angetriebenen beweglichen Teilen der Brennkraftmaschine 10. Möglich ist beispielsweise ein Antrieb über einen Zahnriemen.

Ein beispielhaft und nur symbolisch dargestelltes Einlassventil 26 dient zur Versorgung des im Zentralbereich 12 der Brennkraftmaschine 10 vorhandenen Brennraums (nicht dargestellt) mit einem Kraftstoff-Luftgemisch. Das Einlassventil 26 ist über eine mechanische Verbindung 28 mit dem Kolben (nicht dargestellt) eines Hydraulikzylinders 30 verbunden. Der Hydraulikzylinder 30 ist wiederum Teil eines Hydrauliksystems 32, welches auch eine Hydraulikpumpe 34 umfasst, die den Hydraulikzylinder 30 über eine Hydraulikleitung 36 mit Hydraulikfluid versorgt.

Die Hydraulikpumpe 34 wird über ein regelbares Getriebe 38 von einer in Fig. 1 nur symbolisch dargestellten Kurbelwelle 40 der Brennkraftmaschine 10 angetrieben. Denkbar ist aber auch eine Integration in den Rädertrieb der Brennkraftmaschine 10. Bevorzugt ist die Hydraulikpumpe 34 vorne oder seitlich am Motorblock (Zentralbereich 12) der Brennkraftmaschine 10 angeordnet. Bei der Hydraulikpumpe 34 handelt es sich um eine Hochdruck- Kolbenpumpe. Die Hydraulikpumpe 34 fördert Hydraulikfluid über eine Ansaugleitung 42 aus einem Hydraulikbehälter 44. Das dem Hydraulikzylinder 30 zugeführte Hydraulikfluid strömt über eine Rücklaufleitung 46 wieder zum Hydraulikbehälter 44 zurück.

Aufgrund des im Hydrauliksystem 32 erforderlichen hohen Drucks handelt es sich bei der Hydraulikpumpe 34 um eine Hochleistungspumpe, deren bewegliche Teile ausreichend geschmiert werden müssen, um die geforderte Leistung und Lebensdauer zuverlässig erreichen zu können. Daher verfügt die Hydraulikpumpe 34 über ein eigenes Schmierungssystem, welches in Fig. 1 nicht näher dargestellt ist. Die Versorgung des Schmierungssystems der Hydraulikpumpe 34 mit Schmiermittel erfolgt vom Schmiermittelfilter 20 des Schmiermittelsystems 14 her über eine Zweigleitung 48 und einen Zusatzfilter 50. Möglich ist aber auch eine von Schmiermittelsystem 14 unabhängige Filterung durch einen separaten Feinfilter (nicht dargestellt) des dem Hydrauliksystem 32 zugeführten Schmiermittels. Für die Schmierung der beweglichen Teile der Hydraulikpumpe 34 wird also das Schmiermittel des Schmiermittelsystems 14 verwendet. Der Rücklauf des Schmiermittels erfolgt von der Hydraulikpumpe 34 direkt über eine Rücklaufleitung 52 in die Schmiermittelwanne 18.

Das bei der in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine 10 verwendete Hydraulikfluid hat eine geringere Viskosität als das bei dieser Brennkraftmaschine 10 verwendete Schmiermittel. Somit ist auch bei tiefen Temperaturen sichergestellt, dass die Förderleistung der Hydraulikpumpe 34 zum Hydraulikzylinder 30 hin ausreicht, um eine sichere Betätigung des Einlassventils 26 zu ermöglichen. Gleichzeitig wird durch das verwendete synthetische Leichtlauföl die Schmierung einerseits der beweglichen Teile in der Brennkraftmaschine 10 und andererseits in der Hydraulikpumpe 34 gewährleistet.

Nun wird auf das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 10 Bezug genommen. Solche Teile, welche äquivalente Funktionen aufweisen zu entsprechenden Teilen in Fig. 1, tragen die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail erläutert.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 wird bei der in Fig. 2 dargestellten Brennkraftmaschine 10 das Schmiermittel des Schmiermittelsystems 14 als Hydraulikfluid verwendet. Die Schmiermittelpumpe 16 dient somit als Vorförderpumpe, welche über den Schmiermittelfilter 20 und den Zusatzfilter 50 der Hydraulikpumpe 34 einen Vordruck zur Verfügung stellt. Ein separates Schmierungssystem ist in der Hydraulikpumpe 34 nicht vorgesehen. Stattdessen werden die beweglichen Teile in der Hydraulikpumpe 34 durch das von ihr geförderte Schmiermittel geschmiert.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Brennkraftmaschine 10 entfällt somit ein separater Behälter für das Hydraulikfluid. Das Schmiermittel/Hydraulikfluid wird vom Hydraulikzylinder 30 über die Rücklaufleitung 46 direkt zur Schmiermittelwanne 18 zurückgeführt. Die Schmiermittelwanne 18 stellt somit auch den Versorgungsspeicher für das Hydrauliksystem 32 dar. Die in Fig. 2 dargestellte Brennkraftmaschine 10 baut daher noch kleiner als die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 10. Darüber hinaus sind bei ihr weniger Teile erforderlich, so dass sie auch kostengünstiger hergestellt und betrieben werden kann. Ferner wird das Schmiermittel/Hydraulikfluid durch eine zumeist ohnehin vorhandene Schmiermittelkühlung (nicht dargestellt) gekühlt, was ebenfalls ihrer Lebensdauer zuträglich ist. Außerdem wird bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Hydraulikpumpe 34 direkt von der Kurbelwelle 40 der Brennkraftmaschine 10 angetrieben. Auf eine Leistungsregelung über eine Getriebe wird also verzichtet.

Claims (9)

1. Brennkraftmaschine (10) mit einem Hydrauliksystem (32), welches eine Hydraulikpumpe (34) umfasst, und mit einem Schmiermittelsystem (14) für bewegte Teile der Brennkraftmaschine (10), welches eine Schmiermittelpumpe (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (34) an das Schmiermittelsystem (14) so angeschlossen ist, dass sie durch das Schmiermittel des Schmiermittelsystems (14) geschmiert wird.

2. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydraulikfluid das Schmiermittel des Schmiermittelsystems (14) verwendet wird.

3. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (34) so an das Schmiermittelsystem (14) angeschlossen ist, dass sie aus diesem gespeist wird, so dass die Schmiermittelpumpe (16) als Vorförderpumpe für das Hydrauliksystem (32) arbeitet.

4. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (34) ein Hydraulikfluid fördert, welches sich vom Schmiermittel des Schmiermittelsystems (14) der Brennkraftmaschine (10) unterscheidet, vorzugsweise eine geringere Viskosität aufweist.

5. Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fluidweg zwischen Schmiermittelsystem (14) und Hydraulikpumpe (34) ein Filter (20, 50), insbesondere ein Fluidfilter (20) des Schmiermittelsystems (14), angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (32) eine Leistungseinheit (30) umfasst, welche mit einem Gaswechselventil (26) der Brennkraftmaschine (10) derart verbunden ist, dass dieses von der Leistungseinheit (30) geöffnet und/oder geschlossen werden kann.

7. Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (34) von der Brennkraftmaschine (10) angetrieben wird.

8. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (34) direkt mit einer Kurbelwelle (40) der Brennkraftmaschine (10) verbunden ist.

9. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (34) über ein Getriebe (38) mit variabler Übersetzung mit angetriebenen beweglichen Teilen (40) der Brennkraftmaschine (10) verbunden ist.