DE10125120A1 - Brennkraftmaschine mit einem Ölkreislauf - Google Patents

Abstract

Eine Brennkraftmaschine mit einem Ölkreislauf und mit einem Ventil zur Steuerung des Ölkreislaufes weist folgende Merkmale auf: DOLLAR A Das Ventil weist einen Steuerkolben auf, welcher innerhalb eines Hohlraumes verschieblich angeordnet ist. Eine in den Hohlraum mündende Zulaufleitung zur Zuführung von Öl in den Hohlraum. Eine von dem Hohlraum ausgehende, zu einem Ölkühler führende Leitung. Eine von dem Hohlraum ausgehende Bypassleitung. An wenigstens einer der Seiten des Steuerkolbens ist eine Federeinrichtung angeordnet, welche an einer Wandung des Hohlraumes abgestützt ist. Die Federeinrichtung weist eine temperaturabhängige Federkonstante auf. In denjenigen Bereich des Hohlraumes, in welchem die Federeinrichtung angeordnet ist, mündet eine Leitung, in welcher sich ein Fluid befindet, dessen Temperatur von der Temperatur der Brennkraftmaschine abhängt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit ei­ nem Ölkreislauf und mit einem Ventil zur Steuerung des Ölkreislaufes. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Ölkreislaufes in einer Brennkraftmaschine.

Aus der DE 44 00 201 A1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem von der Kühlflüssigkeit durchströmten Ölkühler und einem Bypass zur Umgehung des Ölkühlers bekannt, wobei die dem Ölkühler zuge­ führte Ölmenge durch ein thermostatisch arbeitendes Ventil in Abhängigkeit von der Kühlflüssigkeitstempe­ ratur regelbar oder absperrbar ist.

Die DE 42 32 366 A1 beschreibt einen Ölkühler für Brennkraftmaschinen mit zwei Sammelkammern, welche über eine Überbrückungsleitung miteinander verbunden sind. Der Durchlaß durch die Überbrückungsleitung ist durch ein Ventil steuerbar. Im geschlossenen Zustand des Ventils ist ein einen Volumenstrom durchlassender und den Abschluß durch das Ventil umgehender Bypass vorgesehen.

Bei modernen Brennkraftmaschinen besteht häufig das Problem, daß es verhältnismäßig lange dauert, bis sich das die Brennkraftmaschine durchströmende Kühlmittel und das Öl auf eine ausreichende Temperatur erwärmen. Besonders häufig ist dies der Fall, wenn es sich um direkteinspritzende Diesel-Brennkraftmaschinen handelt und/oder wenn eine besonders große Ölmenge vorgesehen ist. Eine niedrige Öltemperatur trägt jedoch nachtei­ ligerweise zu einer erheblichen Erhöhung der Reiblei­ stung und somit zu einer Erhöhung des Kraftstoffver­ brauches bei.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welcher das die Brennkraftmaschine durchströmende Öl schneller erwärmt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Steuerkolben ist dafür vorgese­ hen, die von dem Hohlraum ausgehenden Leitungen zu öffnen und zu verschließen. Zur Verstellung des Steu­ erkolbens dient die erfindungsgemäß eine temperaturab­ hängige Federkonstante aufweisende Federeinrichtung. Im Grundzustand des Ventils bzw. des Steuerkolbens, in welchem die Federeinrichtung beispielsweise entspannt sein kann, ist die Zulaufleitung zu dem Ölkühler ver­ schlossen und das Öl wird über die Bypassleitung an dem Ölkühler vorbeigeleitet. Auf diese Weise wird ein schnelleres Erhitzen des Öls erreicht, da dieses nicht durch den Ölkühler geleitet und somit auch nicht ge­ kühlt wird. Vorteilhafterweise führt die schnellere Erwärmung des Öls zu einer geringeren Reibleistung der Brennkraftmaschine. Des weiteren ist eine geringere Leistungsaufnahme der Ölpumpe erforderlich, da in dem nicht durchströmten Ölkühler keine Verlustleistung entstehen kann.

Dadurch, daß die Federeinrichtung erfindungsgemäß von einer Leitung beaufschlagt wird, die ein Fluid ent­ hält, dessen Temperatur von der Temperatur der Brenn­ kraftmaschine abhängt, ist eine direkte Kopplung mit der Temperatur der Brennkraftmaschine gegeben. Bei hö­ heren Temperaturen der Brennkraftmaschine schließt das Ventil nämlich aufgrund der temperaturabhängigen Fe­ derkonstante der Federeinrichtung die Bypassleitung und ermöglicht somit eine Zuströmung von Öl zu dem Öl­ kühler, wodurch sich eine Kühlung des Öls ergibt. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Lebensdauer des Öls erhöht.

Wenn in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf der der Federeinrichtung gegenüber­ liegenden Seite des Steuerkolbens eine zweite Feder­ einrichtung angeordnet ist, welche an einer Wandung des Hohlraumes abgestützt ist und zusätzlich in denje­ nigen Bereich des Hohlraumes, in welchem die zweite Federeinrichtung angeordnet ist, eine Leitung mündet, welche in Strömungsrichtung des Öls nach dem Ölkühler abzweigt, so öffnet bei Überschreiten einer bestimmten Differenz der Drücke vor und nach dem Ölkühler der Steuerkolben wiederum die Bypassleitung, um die anson­ sten eventuell nachteilige Drosselwirkung des Ölküh­ lers bei hoher Belastung der Brennkraftmaschine zu verringern.

Ein Verfahren zur Steuerung eines Ölkreislaufes in ei­ ner Brennkraftmaschine ist in Anspruch 13 beschrieben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Un­ teransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbei­ spiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ölkreis­ laufes der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschi­ ne;

Fig. 2 das in dem Ölkreislauf gemäß Fig. 1 angeordne­ te Ventil in einer ersten Stellung;

Fig. 3 das Ventil aus Fig. 2 in einer zweiten Stel­ lung; und

Fig. 4 das Ventil aus Fig. 2 und Fig. 3 in einer dritten Stellung.

Fig. 1 zeigt einen Ölkreislauf für eine Brennkraftma­ schine 1 mit einer Ölpumpe 2, welche Öl über eine An­ saugleitung 3 aus einem Tank 4 ansaugt und dasselbe über eine Zulaufleitung 5 zu einem Ventil 6 pumpt. Als Brennkraftmaschine 1 kann prinzipiell jede bekannte Bauform von Brennkraftmaschinen 1 dienen.

Das Ventil 6 ist im vorliegenden Fall als 3/2- Wegeventil ausgeführt und leitet in einer ersten Stel­ lung das Öl über eine Leitung 7 zu einem im vorliegen­ den Fall als Öl/Wasser-Wärmetauscher ausgeführte Öl­ kühler 8 und in einer zweiten Stellung über eine Bypassleitung 9 zu einem Ölfilter 10. Von dem Ölfilter 10 gelangt das Öl über eine Leitung 11 zu einer Haupt­ ölgalerie 12 der Brennkraftmaschine 1, von wo aus es an nicht dargestellte, jedoch an sich bekannte Schmierstellen bzw. Verbraucher geleitet wird. Selbst­ verständlich gelangt das Öl von der Hauptölgalerie 12 wieder zurück in den Tank 4, was jedoch an sich be­ kannt und daher in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Auf diese Weise schließt sich der Ölkreislauf der Brenn­ kraftmaschine 1.

Das Ventil 6 kann beispielsweise im Gehäuse des Ölfil­ ters 10, alternativ jedoch auch in anderen Bauteilen der Brennkraftmaschine 1, z. B. im Kurbelgehäuse, im Steuergehäuse oder im Gehäuse der Ölpumpe 2, angeord­ net sein.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Ventil 6 in einer Stellung, die es im kalten Zustand der Brennkraftma­ schine 1 einnimmt. Das Ventil 6 weist einen in einem Hohlraum 13 angeordneten, im vorliegenden Fall zylin­ drisch ausgebildeten Steuerkolben 14 auf, der an den beiden gegenüberliegenden Wandungen des Hohlraums 13 jeweils über in Hülsen 15 und 16 geführte Federein­ richtungen 17 und 18 abgestützt ist. Die Federeinrich­ tungen 17 und 18 sind im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel als Spiralfedern ausgebildet, es könnten jedoch auch Tellerfedern oder andere geeignete Federeinrich­ tungen 17 und 18 vorgesehen sein.

Die Hülsen 15 und 16 sind in der Lage, die von dem Hohlraum 13 wegführenden Leitungen 7 und/oder 9 zu verschließen und bilden somit Bestandteile des Steuer­ kolbens 14. Hierzu sind die Federeinrichtungen 17 und 18 so auszulegen, daß die Kanten der Hülsen 15 und 16 mit den Kanten der abzweigenden Leitungen 7 und 9 übereinstimmen. Selbstverständlich könnten auch andere Elemente als die Hülsen 15 und 16 vorgesehen sein, um die Leitungen 7 und 9 zu Verschließen bzw. um die Fe­ dereinrichtungen 17 und 18 aufzunehmen.

Die erste Federeinrichtung 17, die in derjenigen Hülse 15 untergebracht ist, welche im dargestellten Zustand die von dem Hohlraum 13 ausgehende Leitung 7 zu dem Ölkühler 8 aufgrund der von der Federeinrichtung 17 auf den Steuerkolben 14 ausgeübten Kraft verschließt, weist eine temperaturabhängige Federkonstante auf. Vorzugsweise besteht die erste Federeinrichtung 17 hierzu aus einem shape-memory-Werkstoff, wie z. B. ei­ ner Legierung mit den Bestandteilen Kupfer, Zink und Aluminium. Alternativ kann die erste Federeinrichtung 17 auch aus einem Bimetall bestehen, um eine tempera­ turabhängige Federkonstante zu besitzen.

In denjenigen Bereich des Hohlraumes 13, in dem die erste Federeinrichtung 17 angeordnet ist, mündet eine Leitung 19, in welcher sich von der Brennkraftmaschine 1 ausgehendes und somit im wesentlichen die Temperatur der Brennkraftmaschine 1 aufweisendes Kühlmittel be­ findet. Alternativ könnte die Leitung 19 auch von der Brennkraftmaschine 1 erhitztes Öl führen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Federkon­ stante der Federeinrichtung 17 bei niedrigen Tempera­ turen hoch, so daß die Federeinrichtung 17 im kalten Zustand der Brennkraftmaschine 1 entspannt ist und die Hülse 15 die Leitung 7 zu dem Ölkühler 8 verschließt. Selbstverständlich ist dies nur der Fall, wenn die Kraft der ersten Federeinrichtung 17 höher ist als die Kraft der zweiten Federeinrichtung 18. Wenn nun die Temperatur des Kühlmittels in der Leitung 19 ansteigt, so verringert sich die Federkonstante der ersten Fe­ dereinrichtung 17 und die erste Federeinrichtung 17 wird durch die Kraft der zweiten Federeinrichtung 18 sowie durch den Druck des in der Zulaufleitung 5 an­ stehenden Öls zusammengedrückt. Der Steuerkolben 14 wird dann durch die Kraft der zweiten Federeinrichtung 18 in Richtung der Leitung 11 zu dem Ölfilter 10 ge­ schoben. Dadurch öffnet sich die Leitung 7 zu dem Öl­ kühler 8, wodurch das Öl in den Ölkühler 8 strömt.

Das beschriebene Öffnen der Leitung 7 zu dem Ölkühler 8 ist bei zunehmender Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 1 sinnvoll, da sich dann auch die Temperatur des Öls erhöht und eine Kühlung desselben notwendig ist. Der Zustand der geöffneten Leitung 7 zu dem Ölkühler 8 ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Zustand ist die Bypassleitung 9 zu dem Ölfilter 10 durch die Hülse 16 verschlossen. Dadurch, daß der Öl­ filter 10, wie in Fig. 1 dargestellt ist, dem Ölkühler 8 nachgeschaltet ist, ist eine Filterung des Öls auch dann sichergestellt, wenn die Bypassleitung 9 ge­ schlossen ist.

Die Temperatur, bei welcher sich die Federkonstante der ersten Federeinrichtung 17 mehr oder weniger schlagartig verändert, kann durch das gewählte Materi­ al der ersten Federeinrichtung 17 beeinflußt werden.

Wenn sich in der Leitung 19 bewegtes Öl befindet, so beträgt die Temperatur ca. 90°C, befindet sich in der Leitung 19 stehendes, durch Wärmeleitung von der Brennkraftmaschine 1 erwärmtes Öl, so kann die Tempe­ ratur ca. 60°C betragen. Bei der Verwendung von Kühl­ wasser in der Leitung 19 ist jedoch eine bessere Ab­ stimmung der Federeinrichtung 17 möglich, da die Um­ strömung der ersten Federeinrichtung 17 durch das Kühlmittel eine gute und schnelle Angleichung der Tem­ peratur der ersten Federeinrichtung 17 an die Tempera­ tur der Brennkraftmaschine ermöglicht. Je nach Ein­ satzzweck bzw. nach Belastung der Brennkraftmaschine 1 kann sich die Temperatur der Federeinrichtung 17 auch bei ganz anderen Temperaturen ändern.

In diesem Zusammenhang ist auch zu beachten, daß un­ mittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine 1 die Temperatur des Kühlmittels derjenigen des Öls voraus­ läuft. Wenn die Brennkraftmaschine 1 nach der Warm­ laufphase eine bestimmte Temperatur erreicht hat, ist meist die Temperatur des Öls höher als die des Kühl­ mittels.

Bei hohen Ölvolumenströmen innerhalb des Ölkreislau­ fes, also bei einer hohen Drehzahl und/oder Last der Brennkraftmaschine 1, wirkt der Ölkühler 8 als Dros­ sel, wodurch sich eine Unterversorgung von Schmier­ stellen oder Aggregaten ergeben kann. In derartigen Fällen ist jedoch stets eine sehr hohe Antriebslei­ stung der Ölpumpe 3 erforderlich. Um auch bei solchen hohen Ölvolumenströmen einen Teil des Öls durch die Bypassleitung 9 am Ölkühler 8 vorbeizuführen, verläuft in denjenigen Bereich des Hohlraums 13, in welchem sich die zweite Federeinrichtung 18 befindet, eine weitere Leitung 20, in welcher das Druckniveau des Öls nach dem Ölkühler 8 ansteht und somit auf den Steuer­ kolben 14 wirkt.

Wenn die Druckdifferenz zwischen einem Druck P1 vor dem Ölkühler 8 und einem Druck P2 nach dem Ölkühler 8 einen gewissen Grenzwert, im vorliegenden Fall ca. 0,5 bis 1 bar, überschreitet, so wird die zweite Federein­ richtung 18 komprimiert und der Steuerkolben 14 bewegt sich in Richtung der Bypassleitung 9, so daß diese, wie in Fig. 4 dargestellt, geringfügig geöffnet wird. In diesem Zustand kann ein Teil des Öls durch die Bypassleitung 9 an dem Ölkühler 8 vorbei geleitet wer­ den. Wie dargestellt ist die Leitung 7 zu dem Ölkühler 8 jedoch weiterhin geöffnet.

Der genaue Schaltpunkt des Steuerkolbens 14 kann dabei durch die nicht temperaturabhängige Federkonstante der z. B. aus Stahl bestehenden zweiten Federeinrichtung 18, der temperaturabhängigen Federkonstante der ersten Federeinrichtung 17 sowie den beiden durch Öldruck be­ aufschlagten wirksamen Flächen des Steuerkolbens 14 eingestellt werden.

Gegebenenfalls könnte die Leitung 20 in den Hohlraum 13 auch wegfallen, wenn auf eine Öffnung der Bypass­ leitung 9 bei hohen Belastungen der Brennkraftmaschine 1 verzichtet werden könnte. Des weiteren wäre es mög­ lich, auf die zweite Federeinrichtung 18 zu verzich­ ten, wobei dann nur die temperaturabhängige Steuerung des Ventils 6 gemäß Fig. 2 und Fig. 3 möglich wäre.

Alternativ zu der dargestellten und beschriebenen Aus­ führungsform, bei welcher die Federkonstante der er­ sten Federeinrichtung 17 bei niedrigen Temperaturen hoch und bei hohen Temperaturen gering ist, könnte die Federkonstante der ersten Federeinrichtung 17 bei niedrigen Temperaturen gering und bei hohen Temperatu­ ren hoch sein. Dann müßte die Anordnung der Bypasslei­ tung 9 gegenüber der Leitung 7 zu dem Ölkühler 8 ver­ tauscht werden, um dieselbe Wirkung wie bei dem aus­ führlich beschriebenen Ausführungsbeispiel zu errei­ chen. Gleichzeitig müßte an der Leitung 19 der Öldruck nach dem Ölkühler 8 anliegen, um die Druckregelung darstellen zu können. Hierbei könnte die Leitung 20 entfallen.

Im Fall der hohen Federkonstante bei hohen Temperatu­ ren wäre es alternativ auch möglich, die Positionen der Federeinrichtungen 17 und 18 sowie die Anordnung der Leitungen 19 und 20 miteinander zu vertauschen. Dieser Fall der hohen Federkonstante bei hohen Tempe­ raturen ließe sich in nicht dargestellter Weise auch durch eine Federeinrichtung 17 verwirklichen, die aus einem konventionellen, also nicht temperaturabhängigen Federelement und einem Dehnstoffelement besteht, wel­ ches das Federelement bei hohen Temperaturen durch seine Volumenvergrößerung unter eine höhere Vorspan­ nung bringt.

In sämtlichen beschriebenen Fällen steuert das Ventil 6 den Ölstrom zu dem Ölkühler 8 in Abhängigkeit der Temperatur der Brennkraftmaschine 1 und in Abhängig­ keit der Differenz des Öldrucks vor und nach dem Öl­ kühler 8.

Claims (13)

1. Brennkraftmaschine mit einem Ölkreislauf und mit einem Ventil zur Steuerung dQs Ölkreislaufes, mit folgenden Merkmalen:

• 1. 1.1 das Ventil (6) weist einen Steuerkolben (14) auf, welcher innerhalb eines Hohlraumes (13) verschieblich angeordnet ist,
• 2. 1.2 einer in den Hohlraum (13) mündenden Zulauf­ leitung (5) zur Zuführung von Öl in den Hohl­ raum (13),
• 3. 1.3 einer von dem Hohlraum (13) ausgehenden, zu einem Ölkühler (8) führenden Leitung (7),
• 4. 1.4 einer von dem Hohlraum (13) ausgehenden Bypassleitung (9),
• 5. 1.5 an wenigstens einer der Seiten des Steuerkol­ bens (14) ist eine Federeinrichtung (17) ange­ ordnet, welche an einer Wandung des Hohlraumes (13) abgestützt ist,
• 6. 1.6 die. Federeinrichtung (17) weist eine tempera­ turabhängige Federkonstante auf,
• 7. 1.7 in denjenigen Bereich des Hohlraumes (13), in welchem die Federeinrichtung (17) angeordnet ist, mündet eine Leitung (19), in welcher sich ein Fluid befindet, dessen Temperatur von der Temperatur der Brennkraftmaschine (1) abhängt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Federeinrichtung (17) gegenüberliegen­ den Seite des Steuerkolbens (14) eine zweite Fe­ dereinrichtung (18) angeordnet ist, welche an ei­ ner Wandung des Hohlraumes (13) abgestützt ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in denjenigen Bereich des Hohlraumes (13), in wel­ chem die zweite Federeinrichtung (18) angeordnet ist, eine Leitung (20) mündet, welche in Strö­ mungsrichtung des Öls nach dem Ölkühler (8) ab­ zweigt.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Federeinrichtung (17) ausschließlich mit Flüssigkeit umgeben ist, welche eine Wärmeleitung an die Federeinrichtung (17) ermöglicht.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in denjenigen Bereich des Hohlraumes (13) mün­ dende Leitung (19), in welchem die erste Federein­ richtung (17) angeordnet ist, eine von der Brenn­ kraftmaschine (1) abzweigende Kühlmittelleitung ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in denjenigen Bereich des Hohlraumes (13) mün­ dende Leitung (19), in welchem die erste Federein­ richtung (17) angeordnet ist, eine von der Brenn­ kraftmaschine (1) abzweigende Ölleitung ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Federeinrichtung (17) aus einem shape­ memory-Werkstoff besteht.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Federeinrichtung (17) aus einem Bimetall besteht.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Federeinrichtung (17) ein Federelement mit einer nicht temperaturabhängigen Federkonstan­ te und ein Dehnstoffelement aufweist, welches sein Volumen temperaturabhängig verändert.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Federeinrichtung (18) eine nicht tempe­ raturabhängige Federkonstante aufweist.

11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (9) zu einem Ölfilter (10) führt.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (6) in einem Gehäuse des Ölfilters (10) angeordnet ist.

13. Verfahren zur Steuerung eines Ölkreislaufes in ei­ ner Brennkraftmaschine, in welchem sich ein Ölküh­ ler befindet, mittels eines Ventils, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (6) den Ölstrom zu dem Ölkühler (8) in Abhängigkeit der Temperatur der Brennkraftmaschine (1) und in Abhängigkeit der Differenz des Öldrucks vor und nach dem Ölkühler (8) steuert.