DE102004030352A1

DE102004030352A1 - Brennkraftmaschine mit Druckumlaufschmierung nach dem Trockensumpfprinzip

Info

Publication number: DE102004030352A1
Application number: DE102004030352A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. Rutschmann; Thorsten Wieg
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-19
Also published as: WO2006000268A1; EP1761687A1; US20080236950A1; JP2008503682A; EP1761687B1; US7798289B2; WO2006000268A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Druckumlaufschmierung nach dem Trockensumpf-Prinzip, insbesondere für einen Boxermotor, mit einem Motorgehäuse, in dem im unteren Teil ein Ölabsaugraum (12, 12') ausgebildet ist, aus dem das Schmieröl über eine mit einer Ölabsaugleitung (20) versehene Ölrückförderpumpe (18) zu einem Ölvorratsbehälter (16, 52, 54, 56) gefördert wird, während das im Ölvorratsbehälter befindliche Schmieröl über eine Hauptförderpumpe (28) zu den Verbrauchern geführt ist. Es wird vorgeschlagen, dass der den Nasssumpf bildende Ölvorratsraum (16, 52, 54, 56) ebenfalls im Motorgehäuse der Brennkraftmaschine integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Druckumlaufschmierung nach dem Trockensumpfprinzip, insbesondere für einen Boxermotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den heutigen wassergekühlten 6-Zylinder-Boxermotoren der Modellreihe 911 Carrera (Firma Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG) ist im Ölführungsgehäuse bzw. in der Ölwanne ein am Ölwannendeckel befestigter Ölschottkasten vorgesehen, in dem der Ölsumpf für die Schmierölversorgung des Motors ausgebildet ist. Das von den Verbrauchern in die Ölwanne zurückgeführte Schmieröl wird zuerst außerhalb des den Ölabsaugraum bildenden Ölschottkastens zurückgeleitet, bevor es über im Ölschottkasten durch Klappen überwachte Öffnungen in den eigentlichen Ölabsaugraum übertritt.

Bei Motoren mit Trockensumpfschmierung wird das in die Ölwanne zurückfließende Öl von einer Absaugpumpe in einen gesonderten Öltank bzw. Ölvorratsbehälter gefördert. Von dort saugt die Druckölförderpumpe das Schmiermittel ab und drückt es über Filter und gff. Ölkühler zu den Schmierstellen. Der Öltank ist dabei in den meisten Fällen aussen am Motorgehäuse befestigt und verfügt über entsprechende Anschlüsse für die extern verlegten Öldruckleitungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Steigerung der spezifischen Leistung einer Brennkraftmaschine ein reibungsarmes Triebwerk mit einer Trockensumpf-Druckumlaufschmierung insbesondere für den Hochdrehzahlbetrieb zu entwickeln, bei der die Rücklauf- bzw. Umlaufzeiten für Schmieröl verkürzt sind. Außerdem sollen die für die Druckumlaufschmierung der Brennkraftmaschine erforderlichen Komponenten auf platzsparende Art und Weise weitgehend im Motor integriert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, Trocken- und Nasssumpfraum im Motorgehäuse der Brennkraftmaschine zu integrieren. Durch diese Maßnahme kann der für die Trockensumpfschmierung erforderliche Öltank bzw. Ölvorratsbehälter auf platzsparende Art und Weise direkt im Motor integriert werden, so dass die sonst üblicherweise notwenigen extern verlegten Ölleitungen weitestgehend entfallen. Damit einhergehend verkürzen sich die Umlaufwege und damit die Umlaufzeiten für dass Schmieröl, so dass auch bei hohen Quer- oder Längsbeschleunigungen des Fahrzeuges eine ausreichende Schmierölversorgung sichergestellt ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der den Nasssumpf bildende Ölvorratsraum direkt unterhalb des Trockensumpfraumes angeordnet ist. Dazu kann bspw. der den Trockensumpfraum nach unten hin abschließende Öldeckel doppelwandig ausgebildet sein, wobei am Boden des sich ausbildenden Hohlraumes ein zu der Motor- Hauptölpumpe führender Ölabsaugschnorchel platziert ist. Der das Schmieröl aufnehmende Hohlraum ist weiterhin mit einem Anschluss versehen, der mit der Druckseite der Trockensumpf-Ölrückförderpumpe verbunden ist.

In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform ist der den Nasssumpf bildende Ölvorratsraum direkt im Kurbelgehäuse integriert und vom Trockensumpfraum durch ein oder mehrere Schottwände abgetrennt. Dabei bietet sich z.B. für einen Boxermotor aufgrund der liegend angeordneten Zylinder für die Ölrückführung in den Nasssumpf eine Lösung an, bei der ein den Trockenraum bildender Ölschottkasten im Kurbelgehäuse so angeordnet ist, dass links und rechts des Ölschottkastens (Nasssumpf-) Sammelräume für das aus dem Ölschottkasten abgesaugte Schmieröl verbleiben. Die beiden Sammelräume stehen dabei durch einen sich zwischen Ölwannendeckel und dem Boden des Ölschottkastens ausbildenden Zwischenraum miteinander in Verbindung.

Zur Entschäumung bzw. Entlüftung des Schmieröls wird das aus dem Trockensumpfraum und den Zylinderköpfen abgesaugte Schmieröl über einen zentralen Öl/Luftabscheider in den Nasssumpf gefördert.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass zur Ölrückführung in die Nasssumpf- Sammelräume um die Zylinder sich ausbildende Ringräume genutzt werden. Insbesondere bei Zylinderkurbelgehäusen in open-deck- Bauweise, bei denen der Wassermantel nur im oberen Teil der Zylinder ausgebildet ist, verbleibt ein zum Kurbelgehäuseraum hin offener Ringraum, der bei entsprechender stirnseitiger Abdichtung als Teil der Ölrückführleitung in den Nasssumpf genutzt werden kann. Da unterhalb der für die Ölrückführung genutzten Ringräume der bzw. die Nasssumpf-Sammelräume angeordnet sind, kann über entsprechende Öffnungen das Schmieröl von den Ringräumen direkt in den bzw. die Sammelräume übertreten. Damit kann weitgehend auf externe Ölleitungen verzichtet werden, so dass diese Maßnahme zu einer kompakten und preisgünstigen Umsetzung einer Brennkraftmaschine mit Trockensumpfschmierung beiträgt.

Aufgrund der liegend angeordneten Zylinder bietet es sich weiterhin an, die zur Schmierölrückführung dienenden Ringräume nach oben hin zu entlüften. Damit wird eine Entschäumung des Schmieröls erreicht und es kann auf den zuvor beschriebenen Öl/Luftabscheider ggf. verzichtet werden.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Trockensumpf-Ölkreislaufschema einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein Trockensumpf-Ölkreislaufschema einer Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform und
3 eine Prinzipdarstellung der Ölrückführung im Bereich der Zylinder gemäß der zweiten Ausführungsform
4 ein Trockensumpf-Ölkreislaufschema einer Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform
1 zeigt das nicht auf diese Ausführungsform eingeschränkte Prinzip eines Trockensumpf-Ölkreislaufschemas für einen 6-Zylinder-Boxermotor, dessen lediglich zur Beschreibung des Ölkreislaufs erforderlichen Bauteile nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben sind. Der Motor weist zwei Kurbelgehäusehälften 2 und 4 auf, in denen jeweils eine Zylinderbankreihe 1 bis 3 und 4 bis 6 angeordnet ist. An die beiden Zylinderbankreihen schließt sich jeweils ein Zylinderkopf 6 und 8 an, in denen der zum Betätigen der Ein- und Auslassventile erforderliche Ventiltrieb angeordnet ist. Das Kurbelgehäuse 2, 4 weist unterhalb der Lagerung für die Kurbelwelle 10 einen (Trockensumpf-) Ölabsaugraum 12 auf, in dem das zur Schmierung der Hauptlager vorgesehene Schmieröl aufgefangen wird. Dabei stellen im Motor integrierte Ölrücklaufbohrungen (nicht dargestellt) sicher, dass das Schmieröl zielgerichtet in den Ölabsaugraum 12 zurückführt wird. Ein den Ölabsaugraum 12 nach unten hin abschließender Öldeckel 14 ist doppelwandig ausgebildet, wobei der sich im Öldeckel 14 ausbildende Hohlraum 16 als (Nasssumpf-) Ölvorratsraum vorgesehen ist.
Für die Trockensumpf-Druckumlaufschmierung ist eine Ölrückförderpumpe 18 vorgesehen, an deren Saugseite eine Ölabsaugleitung 20 angeschlossen ist, die zum Ölabsaugraum 12 führt. Am Ende der Ölabsaugleitung 20 ist ein Ölabsaugschnorchel 22 befestigt, der auf der oberen Öldeckelwand 14a zum Aufliegen kommt. An der Druckseite der Ölrückförderpumpe 18 ist eine Leitung 24 angeschlossen, die über einen Öl/Luftabscheider 26, der bspw. als so genannter swirl-pot ausgebildet ist, zum Ölvorratsraum 16 führt.
Über eine Zwischenwelle (nicht näher dargestellt) ist eine Hauptförderpumpe 28 angetrieben, an deren Saugseite eine Ölabsaugleitung 30 angeschlossen ist, die über eine Öffnung in der oberen Öldeckelwand 14a in den Ölvorratsraum 16 führt. Am Ende der Ölabsaugleitung 30 ist wiederum ein Ölabsaugschnorchel 32 befestigt, der in der Nähe der unteren Öldeckelwand 14b platziert ist. Über die Druckseite 34 der Hauptförderpumpe 28 führen im Kurbelgehäuse 2, 4 integrierte Ölzufuhrleitungen (nicht näher dargestellt) zu den Verbrauchern, wie z.B. der Hauptlagerstellen der Kurbelwelle und der Nockenwelle. In den beiden Zylinderköpfen 6, 8 der Brennkraftmaschine sind von den Nockenwellen angetriebene Absaugpumpen 36, 38 vorgesehen, die das von der Hauptförderpumpe 28 in die Zylinderköpfe 6, 8 geförderte Schmieröl absaugen und es über Leitungen 40, 42 und den Öl/Luftabscheider 26 ebenfalls in den Ölvorratsraum 16 zurückführen. Zur Entlüftung des Ölvorratsraumes 16 und des Kurbelgehäuses 2, 4 sind Entlüftungsleitungen 44, 46 vorgesehen, die ebenfalls an den Öl/Luftabscheider 26 angeschlossen sind. Zur Abführung der abgeschiedenen Luft bzw. der blowby- Gase ist der Öl/Luftabscheider 26 über eine Leitung 48 mit der Sauganlage der Brennkraftmaschine verbunden. Die Trockensumpf-Druckumlaufschmierung erfolgt dabei auf folgende Art und Weise: Das im Ölabsaugraum 12 befindliche Schmieröl wird über die Ölrückförderpumpe 18 abgesaugt und in den Ölvorratsraum 16 gefördert. Von dort aus wird das Schmieröl über die Hauptförderpumpe 28 den Verbrauchern zugeführt.
Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2, bei dem gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, wird der Trockensumpf- Ölabsaugraum 12' durch einen Ölschottkasten 50 begrenzt, an dessen beiden Seitenwände 50a und 50b (Nasssumpf-) Sammelräume 52 und 54 angrenzen. Beide Sammelräume 52, 54 stehen über einen zwischen der unteren Wandung des Ölschottkastens 50c und einem Ölwannendeckel 14' sich ausbildenden Zwischenraum 56 miteinander in Verbindung. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel wird das vom Ölabsaugraum 12' in die (Nasssumpf-) Sammelräume 52, 54 geförderte Schmieröl über jeweils einen die Zylinder 1 bis 3 sowie 4 bis 6 umgebenden Ringraum 58, 60 geführt, die jeweils an ihrer dem Kurbelraum zugewandten Stirnseite durch eine Dichtung 62 (nur in der linken Kurbelgehäusehälfte 2 dargestellt), z.B. in Form einer Kunststoffbrille, abgedichtet sind. Wie aus 2 und 3 erkennbar, weisen die Ringräume 58, 60 an ihren unteren Mantelflächen Öffnungen bzw. Durchbrüche 64 auf, die jeweils mit den (Nasssumpf-) Sammelräumen 52, 54 in Verbindung stehen. Der mittlere Zylinder der beiden Zylinderbankreihen 1 bis 3 bzw. 4 bis 6 weist jeweils einen Entlüftungsstutzen 66, 68 auf, der auf der -bezogen auf die Einbaulage der Zylinder- oberen Seite der Ringräume 58 bzw. 60 angeschlossen ist.
Wie weiterhin aus 2 und 3 ersichtlich, wird das aus de n Zylinderköpfen 6, 8 mit Hilfe der Absaugpumpen 36, 38 abgesaugte Schmieröl ebenfalls über die Ringräume 58, 60 in die Sammelräume 52, 54 gefördert. Aufgrund dieser Form der Ölrückführung kann weitgehend auf extern verlegte Ölleitungen verzichtet werden; über die Ringräume 58, 60 kann das Schmieröl entschäumt und Luft- bzw. Gasanteile über die Entlüftungsstutzen 66, 68 nach außen abgeführt werden, so dass auf separate Öl/Luftabscheider verzichtet werden kann. Wie in 2 dargestellt, werden die Nasssumpf- Sammelräume 52, 54 und der Trockensumpf-Ölabsaugraum 12' über entsprechende Leitungen 70 und 72 entlüftet.
Selbstverständlich kann die zuletzt beschriebene Ausführung der integrierten Ölrückführung über die Ringräume 58, 60 auch bei der gemäß 1 beschriebenen Trockensumpf- Ausführung Anwendung finden.
Das in 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 2) dadurch, dass der Ölschottkasten 50' im wesentlichen mittig im (Nasssumpf-) Ölvorratsraum angeordnet ist. Durch die damit symmetrisch ausgebildeten und über den Zwischenraum 56 miteinander verbundenen Nasssumpf- Sammelräume 52, 54 ist sichergestellt, dass trotz hoher Querbeschleunigungen in beide Richtungen genügend Schmieröl im Zwischenraum 56 für die Hauptförderpumpe 28 vorhanden ist.
Zwischen (Nasssumpf-) Ölvorratsraum und Trockensumpf- Ölabsaugraum 12' besteht eine Verbindung, z.B. in Form von Bohrungen, Leitungen o.ä., damit auch im (Nasssumpf-) Ölvorratsraum zur Entlüftung der blowby- Gase sich ein Unterdruck einstellen kann. Zur Druckbegrenzung kann in der Verbindung ein Druckbegrenzungsventil angeordnet sein.

Claims

Brennkraftmaschine mit Druckumlaufschmierung nach dem Trockensumpf – Prinzip, insbesondere für einen Boxermotor, mit einem Motorgehäuse, in dem im unteren Teil ein Ölabsaugraum (Trockensumpf) ausgebildet ist, aus dem das Schmieröl über eine mit einer Ölabsaugleitung versehene Ölrückförderpumpe zu einem Ölvorratsbehälter (Nasssumpf) gefördert wird, während das im Ölvorratsbehälter befindliche Schmieröl über eine Hauptförderpumpe zu den Verbrauchern geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der den Nasssumpf bildende Ölvorratsraum (16, 52, 54, 56) ebenfalls im Motorgehäuse der Brennkraftmaschine integriert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölvorratsraum (16) unterhalb des Trockensumpfraumes (12) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Trockensumpfraum (12) nach unten hin abschließende Öldeckel (14) doppelwandig ausgebildet ist und der Hohlraum den (Nasssumpf-) Ölvorratsraum (16) bildet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der (Nasssumpf-) Ölvorratsraum (52, 54, 56) im Kurbelgehäuse (2, 4) integriert ist, dergestalt, dass dieser durch ein oder mehrere Schottwände (50a, 50b, 50c) vom Trockensumpfraum (12') abgetrennt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölschottkasten (50') im wesentlichen mittig im (Nasssumpf-) Ölvorratsraum (52, 54, 56) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Trockensumpfraum (12) und den Zylinderköpfen (6, 8) abgesaugte Schmieröl über einen Öl/Luftabscheider (26) geführt ist, bevor es in den Ölvorratsraum (16) gelangt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich um die Zylinder ausbildender Ringraum (58, 60) als Teil der Ölrückführung ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringräume (58, 60) nach oben hin entlüftet sind.