DE102005052632A1 - Vorrichtung zum Erwärmen einer Kraftmaschine - Google Patents

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Michael Baeuerle
Klaus Ries-Mueller
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/02Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • F01M5/021Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating by heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/02Pressure lubrication using lubricating pumps
    • F01M2001/0207Pressure lubrication using lubricating pumps characterised by the type of pump
    • F01M2001/0215Electrical pumps

Abstract

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Erwärmen einer Kraftmaschine n(10) mit einem Schmierölkreislauf aus, der eine Schmierölwanne (22), eine elektrische Primärpumpe (30) und einen Ölwärmespeicher (24) umfasst, wobei dem Ölwärmespeicher (24) Schmieröl in Abhängigkeit von Betriebsparametern über Steuerventile (44, 60, 70, 76) zugeführt und/oder entnommen wird. Es wird vorgeschlagen, dass der Ölwärmespeicher (24), mindestens eine elektrisch angetriebene Ölpumpe (34), ein Ölfilter (32), mindestens ein Steuerventil (44, 60, 70, 76) und gegebenenfalls eine Ölzustandssensorik (46) eine Baueinheit (62) für den Anbau an oder für den Einbau in die Kraftmaschine (10) bilden.

Description

  • Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Erwärmen einer Kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
  • Sie betrifft Kraftmaschinen aller Art, insbesondere Brennkraftmaschinen, Turbinen, Pumpen und Kompressoren, die durch Öl geschmiert und/oder gekühlt werden. Hierbei tritt das Problem auf, dass die Kraftmaschinen und das Öl möglichst schnell ihre optimale Betriebstemperatur erreichen und über den gesamten Betriebsbereich beibehalten sollen.
  • In einigen Betriebszuständen, beispielsweise beim Kaltstart, beim Kurzstreckenverkehr oder bei langen Talfahrten von Kraftfahrzeugen, ist der Wärmeeintrag in das Kühlwasser und das Schmieröl durch die Brennkraftmaschine selbst nicht mehr ausreichend, insbesondere wenn der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine sehr gut ist. Demzufolge erreicht die Brennkraftmaschine ihre optimale Betriebstemperatur nicht in der gewünschten kurzen Zeit, was zu einem hohen Kraftstoffverbrauch, zu erhöhten Abgasemissionen und Verschleiß führt.
  • Aus der JP 2004176662 ist eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der hoch temperiertes Maschinenöl in einem Ölwärmespeicher genutzt wird, um die Rauchentwicklung zu vermeiden und die Reibung der gleitenden Teile zu verringern. Hierzu wird ein geeigneter Ölkreislauf der Brennkraftmaschine genutzt, an dem der Ölwärmespeicher angeschlossen ist. In einem Verfahren wird die Zeit nach dem Start der Brennkraftmaschine und/oder die Temperatur am Einlass der Brennkraftmaschine gemessen. Entsprechend dem Ergebnis wird bei einem Niedrigtemperaturzustand unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine hoch temperiertes Öl aus dem Ölwärmespeicher gegen die Kolben der Brennkraftmaschine gespritzt, um diese zu erwärmen. Ferner wird hoch temperiertes Öl den übrigen gleitenden Teilen der Brennkraftmaschine zugeführt. Eine Primärpumpe pumpt aus einer Ölwanne der Brennkraftmaschine Öl in den Ölwärmespeicher, und eine Sekundärpumpe entnimmt aus dem Ölwärmespeicher Öl. Steuerventile in den Druckleitungen der Pumpen sorgen für die Aufteilung des Ölstroms auf die Verbraucherstellen.
  • Ferner ist aus der JP 2002149244 ein automatisches Getriebe bekannt, bei dem in einer Bypassleitung zu einer Hauptölleitung ein Ölwärmespeicher oder eine Einheit mit einer hohen Wärmekapazität angeordnet ist, die aus einem Werkstoff mit einer hohen Wärmekapazität hergestellt ist. Der Ölwärmespeicher wird zwischen einem Heiz- und Kühlmodus entsprechend der Außentemperatur oder den Jahreszeiten geschaltet, um die Temperatur des Automatikgetriebes anzupassen. Im Heizmodus wird das hoch temperierte Öl, das im Wärmespeicher gespeichert ist, zum Automatikgetriebe gefördert, während im Kühlmodus das hoch temperierte Öl des Automatikgetriebes, das die Wärme absorbiert hat, durch den Wärmespeicher fließt und gekühlt wird.
  • Aus der JP 2004 052734 ist eine Vorrichtung bekannt, durch die hoch temperiertes Kühlwasser einer Brennkraftmaschine in einem Wärmespeicher gespeichert und zum Wärmen des Schmieröls verwendet wird. Hierzu wird ein Teil des Kühlwassers, das durch den Zylinderkopf und Zylinderblock der Brennkraftmaschine zirkuliert, während einer Wärmespeicherphase in einem Wärmespeicher gespeichert. Die Brennkraftmaschine besitzt ferner einen Wärmetauscher, um Wärme zwischen dem Schmieröl und dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine zu tauschen. Es sind ferner Fördereinrichtungen vorgesehen, die gleichzeitig Kühlwasser aus dem Wärmespeicher zu dem Ölwärmetauscher und dem Wassermantel des Zylinderblocks der Brennkraftmaschine fördern, wenn die Brennkraftmaschine in einem kalten Zustand sich befindet. Dadurch werden in einem kalten Zustand der Brennkraftmaschine sowohl das Schmieröl als auch der Zylinderblock gleichzeitig durch das hoch temperierte Kühlwasser aus dem Wärmespeicher erwärmt.
  • Auf dem 25. Internationalen Wiener Motorensymposium 2004 wurde unter dem Titel „Toyotas Wärmemanagement System-Kühlmittelwärmespeicherung in der Serie heute, neue Technologien für die Zukunft" eine Vorrichtung vorgestellt, die einen Wärmespeicher für eine hoch temperierte Kühlflüssigkeit für eine Brennkraftmaschine umfasst. Der Kühlflüssigkeitsspeicher ist doppelwandig ausgeführt. Zur Wärmeisolation ist der Raum zwischen den beiden Wänden evakuiert. Die Kühlflüssigkeit wird durch eine primäre Pumpe in üblicher Weise durch den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine gefördert. Während einer Vorwärmphase fördert eine elektrisch angetriebene Sekundär pumpe Kühlmittel durch den Wärmespeicher in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, der durch die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme erwärmt wird. In der sich anschließenden Warmlaufphase, in der die Kühlmitteltemperatur im Zylinderkopf sich der Temperatur im Wärmespeicher angenähert hat, wird die Sekundärpumpe abgeschaltet und das Steuerventil am Ausgang des Wärmespeichers geschlossen, sodass das Kühlmittel im kleinen Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine schnell die optimale Betriebstemperatur erreicht. Steigt die Temperatur des Kühlmittels weiter an, öffnet das Steuerventil am Ausgang des Wärmespeichers, sodass ein Teil des Kühlmittels vom Zylinderkopf zum Wärmespeicher fließt und diesen bei abgeschalteter Sekundärpumpe in umgekehrter Richtung durchströmt. Dabei wird die Wärmekapazität des Wärmespeichers wieder aufgeladen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Nach der Erfindung bilden der Ölwärmespeicher, mindestens eine elektrisch angetriebene Ölpumpe, ein Ölfilter, mindestens ein Steuerventil und gegebenenfalls eine Ölzustandssensorik eine Baueinheit für den Anbau an oder für den Einbau in die Kraftmaschine. Das Ölwärmespeichermodul kann als autarkes System an den Schmierölkreislauf der Kraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine angeschlossen werden. während des Betriebs der Kraftmaschine nimmt der Ölwärmespeicher überschüssige Wärme auf, indem er hoch temperiertes Öl speichert. Je nach den wärmedämmenden Maßnahmen des Ölwärmespeichers, z.B. geeigneter Kunststoffschaum oder ein Vakuum, kann bei einer Außentemperatur von ca. 25° Celsius eine Öltemperatur im Ölwärmespeicher von ca. 50° Celsius und mehr über drei Ta ge und länger gehalten werden. Dabei wirkt sich der Ölwärmespeicher insbesondere beim Kaltstart der Kraftmaschine aus, indem die Kraftmaschine schneller ihre optimale Betriebstemperatur erreicht. Diese wirkt sich in einer Verschleißminderung und einem geringeren Kraftstoff- bzw. Energiebedarf aus. Auch erfolgt der Kaltstart zuverlässiger bei sehr kalten Temperaturen, da auf Grund der höheren Öltemperatur und die damit verbundene geringere Viskosität des Öls die Antriebsleistung des Anlassers geringer ist, was zu einem schnelleren Start der Kraftmaschine und zu einer geringeren Batteriebelastung führt.
  • Die Wärmespeicherkapazität des Ölwärmespeichers kann durch einen integrierten Latentwärmetauscher verbessert werden, dessen Wärmemedium im Wärmeaustausch mit dem Schmieröl in dem Ölwärmespeicher steht. Dabei ist es zweckmäßig, dass der Schmelzpunkt des Wärmemediums des Latentwärmetauschers möglichst nahe an der Betriebstemperatur des Schmieröls liegt, sodass der Aufheizprozess bei Temperaturstartwerten unterhalb der Schmelztemperatur nicht unnötig verzögert wird. Der Latentwärmetauscher bewirkt ferner, dass das warme Schmieröl innerhalb des Ölwärmespeichers nach dem Abstellen der Kraftmaschine aus dem betriebswarmen Zustand heraus möglichst wenig an Temperatur verliert.
  • Um das Schmieröl aus dem Ölwärmespeicher gezielt und bedarfsgerecht an die Verbraucherstellen heranzuführen, ist es zweckmäßig, dass zusätzlich zu einer Primärpumpe eine Sekundärpumpe vorgesehen wird, die das warme Schmieröl aus dem Ölwärmespeicher fördert, wobei zweckmäßigerweise zusätzliche Steuerventile für die Verteilung des Schmieröls sorgen. Die Steuerventile und die Sekundärpumpe, die in vorteilhafter Weise elektrisch angetrieben wird, werden in Abhängigkeit von Betriebsparametern, z.B. von der Außentemperatur, der Temperatur von Bauteilen der Kraftmaschine, der Temperatur der Kühlflüssigkeit der Kraftmaschine, der Belastung der Kraftmaschine, der Zündung der Brennkraftmaschine und/oder von den zeitlichen Veränderungen der Betriebsparameter durch eine elektronische Steuereinheit gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Kenngrößen, Kennlinien oder Kennfeldern gesteuert. Es können aber auch in Kombination autarke Thermostatventile eingesetzt werden. Eine bauliche Vereinfachung ergibt sich, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Primärpumpe und die Sekundärpumpe gemeinsam von einem Elektromotor angetrieben werden. Sie können z.B. auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet sein. Ferner ist es zweckmäßig, die Sekundärpumpe kleiner zu dimensionieren.
  • Die Baueinheit mit dem Ölwärmespeicher kann nachträglich an der Kraftmaschine angebracht werden oder in die Kraftmaschine integriert werden, z.B. in vorteilhafter Weise in eine Ölwanne der Kraftmaschine. Ist die Baueinheit mit dem Ölwärmespeicher an der Kraftmaschine angeordnet, kann sie über ein Rohr für einen Ölmessstab ohne großen Bauaufwand mit dem übrigen Ölkreislauf der Kraftmaschine verbunden werden. Sie kann ferner einen flüssigkeitsgekühlten Ölkühler umfassen, der außerhalb des Ölwärmespeichers angeordnet ist und eingesetzt wird, wenn die maximale Speicherkapazität des Ölwärmespeichers erreicht ist und/oder die Belastung der Kraftmaschine eine zusätzliche Kühlung des Schmieröls erfordert.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch als Trockensumpfschmierung verwendet werden, wie sie bei Fahrzeugen mit hoher Fahrzeugdynamik oder großen Schräglagen verwendet wird, um das Öl zu entschäumen oder eine erhöhte Sicherheit gegen Luftansaugen zu bieten. In diesem Fall wird der Ölwärmespeicher so groß dimensioniert, dass er mindestens annähernd die gesamte Ölmenge aufnehmen kann. Zweckmäßigerweise soll er ein Mehrfaches, vorzugsweise die dreifache Menge, der minimalen Ölmenge der Kraftmaschine speichern können. Bei einer minimalen Ölmenge von zwei Litern ist dann das Volumen des Ölwärmespeichers ca. 6 Liter. Das größere Ölvolumen erhöht die Wärmespeicherkapazität, ermöglicht längere Ölwechselintervalle und eine größere Sicherheit bei Ölverlusten.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Ölwärmespeicher waagerecht in zwei Kammern unterteilt, die durch eine Drosselstelle miteinander verbunden sind, wobei in die untere Kammer eine Druckleitung mündet, die mit der Primärpumpe verbunden ist, und von der unteren Kammer zu einem Verteilerkanal eine weitere Druckleitung führt, in der ein Steuerventil angeordnet ist. Die Drosselstelle kann als Restriktor mit konstanten Drosselquerschnitten ausgebildet sein. Sie verhindert, dass sich beim Vorwärmen der Kraftmaschine oder während der Startphase das kühlere, in den Ölwärmespeicher zurückströmende Schmieröl zu stark mit dem wärmeren Schmieröl der oberen Kammer mischt, das vorzugweise zum Erwärmen der Kraftmaschine benutzt wird. Um den Austausch zwischen der unteren Kammer und der oberen Kammer den Betriebsbedingungen anpassen zu können, ist es zweckmäßig, die Drosselstelle variabel in Form eines elektrisch ansteuerbaren Ventils auszubilden und durch eine elektronische Steuereinheit in Abhängigkeit von Betriebsparametern anzusteuern. Ferner ist zweckmäßigerweise zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer eine Saugstrahlpumpe angeordnet, in die die Druckleitung mündet und Öl aus der oberen Kammer in die unte re Kammer fördert, wobei am Sauganschluss der Saugstrahlpumpe ein Regel- und Schaltventil vorgesehen ist. Das Regel- und Schaltventil ist durch eine elektronische Steuereinheit in Abhängigkeit von Betriebsparametern ansteuerbar und bestimmt den Durchfluss durch die Saugstrahlpumpe.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zweckmäßigerweise so betrieben, dass sich bei einem Kaltstart der Kraftmaschine mit warmem Öl die gesamte Ölmenge im Ölwärmespeicher befindet und von dort in den übrigen Kreislauf der Brennkraftmaschine bedarfsgerecht eingespeist wird. Bei einer anderen Ausführung ist die Ölmenge im Ölwärmespeicher variabel. Die Ölmenge des Schmierkreislaufs der Kraftmaschine außerhalb des Ölwärmespeichers wird nach der Aufwärmphase reduziert, sobald die Öltemperatur im Ölwärmespeicher auf die Öltemperatur der Kraftmaschine abgefallen ist. Durch die geringere Ölmenge im Schmierkreislauf der Kraftmaschine erwärmt sich diese schneller und erreicht eher ihre optimale Betriebstemperatur, als wenn die gesamte Schmierölmenge für die Schmierung zur Verfügung steht. Beim Betrieb einer warmen Kraftmaschine wird die gesamte Ölmenge erwärmt, wobei die außerhalb des Ölwärmespeichers befindliche Ölmenge entsprechend der Belastung der Kraftmaschine angepasst wird, indem die überschüssige Menge in den Ölspeicher zurückgepumpt wird. Somit kann zunächst ohne Einsatz eines Ölkühlers die Öltemperatur in einem relativ großen Betriebsbereich auf eine optimale Betriebstemperatur gehalten und gleichzeitig die Wärmekapazität des Ölwärmespeichers aufgeladen werden.
  • Bei einem Kaltstart der Kraftmaschine und bei kaltem Öl im Ölwärmespeicher wird zweckmäßigerweise zunächst nur eine minimale Ölmenge in den Ölkreislauf der Kraftmaschine außerhalb des Ölspeichers gegeben. Diese erwärmt sich schnell und führt dazu, dass die Kraftmaschine sehr bald ihre optimale Betriebstemperatur erreicht. Danach wird die überschüssige Wärme zum Aufladen des Ölwärmespeichers genutzt, indem kühleres Öl aus dem Ölwärmespeicher dem hoch temperierten Öl im übrigen Schmierölkreislauf der Kraftmaschine beigemischt wird.
  • Zeichnung
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen:
  • 1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
  • 2 einen schematischen Schnitt durch eine Brennkraftmaschine mit einem integrierten Ölwärmespeicher.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung in den Ausführungen nach 1 und 2 ist für den Anbau an oder den Einbau in eine Kraftmaschine, und zwar in eine Brennkraftmaschine 10 gedacht. Diese besitzt Zylinder 12, in denen Kolben 14 axial beweglich angeordnet sind und über Pleuelstangen 16 eine Kurbelwelle 18 antreiben, die in einem Kurbelgehäuse 20 gelagert ist (2). Das Kurbelgehäuse 20 wird nach unten hin durch eine Ölwanne 22 verschlossen. In dieser sammelt sich das Schmieröl, das über einen Saugkorb 26 und einer Saugleitung 28 von einer Primärpumpe 30 angesaugt und über eine Druckleitung 68 in den Schmierölkreis der Brennkraftmaschine 10 gefördert wird. Der Schmierölkreislauf umfasst neben der Ölwanne 22 und der Primärpumpe 30 einen Ölwärmespeicher 24, dem Schmieröl in Abhängigkeit von Betriebsparametern zweckmäßigerweise über ein Steuerventil 44 zugeführt wird. Vom Ölwärmespeicher 24 führt eine Verbindungsleitung 36 zu einem Verteilerkanal 38 in der Brennkraftmaschine 10, von dem aus nicht näher dargestellte Kanäle und Leitungen zu den einzelnen Verbraucherstellen führen. Von diesen fließt das Öl in die Ölwanne 22 zurück. In der Verbindungsleitung 36 ist optional ein Steuerventil 70 und eine Sekundärpumpe 34 vorgesehen. Diese fördert das Öl aus dem Ölwärmespeicher 24 in den Verteilerkanal 38.
  • Der Ölwärmespeicher 24 besitzt eine Doppelschale, wobei zwischen der inneren und äußeren Schale eine Wärmeisolierung 56 vorgesehen ist. Diese kann aus einem geeigneten Kunststoffschaum oder aus einem Vakuum bestehen. Zum ersten Befüllen des Ölwärmespeichers 24 mit Schmieröl oder zum Nachfüllen dient an einer oberen Wand ein Einfüllstutzen 58.
  • Der Ölwärmespeicher 24 ist in zwei Kammern 78, 80 waagerecht unterteilt, wobei die untere Kammer 78 mit der oberen Kammer 80 über eine Drosselstelle 72 verbunden ist, sodass sich das Öl der unteren Kammer 78 nur begrenzt mit dem Öl der oberen Kammer 80 mischen kann. Die Drosselstelle 72 kann mit festen Drosselquerschnitten in Form eines Restriktors ausgebildet sein oder durch ein Steuerventil gebildet werden, durch das die Drosselquerschnitte variabel sind. Anstelle des Restriktors 72 und/oder Steuerventils oder zusätzlich kann zwischen der oberen Kammer 80 und der unteren Kammer 78 eine Saugstrahlpumpe 74 angeordnet sein, in die die Druckleitung 68 mündet und Öl aus der oberen Kammer 80 in die untere Kammer 78 fördert. Am Sauganschluss der Saugstrahlpumpe 74 ist ein Regel- und Schaltventil 76 vorgesehen, das durch die elektronische Steuereinheit 48 in Abhängigkeit von Betriebsparametern ansteuerbar ist und den Durchfluss durch die Saugstrahlpumpe 74 bestimmt.
  • Nach der Sekundärpumpe 34 durchströmt das Öl einen Ölfilter 32, der an der Außenseite oder der Innenseite des Ölwärmespeichers 24 angebracht sein kann. Vor dem Verteilerkanal 38 ist in der Verbindungsleitung 36 ein Steuerventil 60 vorgesehen, vor dem eine Bypassleitung 40 abzweigt. In dieser sind ein weiteres Steuerventil 70 und ein flüssigkeitsgekühlter Ölkühler 42 angeordnet. Die Bypassleitung 40 mündet in den Verteilerkanal 38.
  • In der Ausführung nach 1 sind die Primärpumpe 30 und die Sekundärpumpe 34 durch eine Antriebswelle 66 miteinander gekoppelt und werden gemeinsam durch einen Elektromotor 64 angetrieben. Die Primärpumpe 30 und die Sekundärpumpe 34 können eine unterschiedliche Bauweise, verschiedene Fördervolumina und/oder Förderdrücke aufweisen. Der Elektromotor 64 und die Steuerventile 44, 60, 70, 76 sind über Signalleitungen 50 mit einer elektronischen Steuereinheit 48 verbunden und werden von dieser in Abhängigkeit von Betriebsparametern angesteuert. Zum Erfassen der Betriebsparameter dienen unter anderem ein Temperatursensor 52 und eine Ölzustandssensorik 46. Diese erfasst mindestens die Ölmenge, die Öltemperatur und den Öldruck im Ölwärmespeicher. Ferner können Sensoren zum Erfassen der Außentemperatur und spezifischer Leistungsparameter der Brennkraftmaschine 10 hinzukommen.
  • Um die Wärmespeicherkapazität des Ölwärmespeichers 24 zu vergrößern, befindet sich vorzugsweise in dessen oberer Kammer 80 ein Latentwärmespeicher 54, dessen Wärmemedium im Wärmeaustausch mit dem Schmieröl in dem Ölwärmespeicher 24 steht. Der Schmelzpunkt des Wärmemediums des Latentwärmetauschers 54 sollte möglichst nahe an der Betriebstemperatur des Öls liegen.
  • Der Ölwärmespeicher 24, der Ölfilter 32, mindestens eins der Steuerventile 44, 60, 70, 76 und eine der elektrisch angetriebenen Pumpen 30, 34 sowie gegebenenfalls die Ölzustandssensorik 46 und Saugstrahlpumpe 74 bilden eine Baueinheit 62, die auch nachträglich in die Brennkraftmaschine 10 eingebaut oder an diese angebaut werden kann.
  • Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 mit warmem Öl im Ölspeicher 24 befindet sich zweckmäßigerweise annähernd die gesamte Ölmenge im Ölwärmespeicher 24 und wird durch die Sekundärpumpe 34 über die Verbindungsleitung 36 in den Verteilerkanal 38 des übrigen Ölkreislaufs der Brennkraftmaschine 10 gepumpt. Dabei ist das Steuerventil 60 geöffnet, während das Steuerventil 70 geschlossen ist. Ist die Öltemperatur im Wärmespeicher 24 auf die Öltemperatur in der Kraftmaschine 10 abgefallen, was durch den Temperatursensor 52 erfasst werden kann, wird zweckmäßigerweise die Ölmenge des Schmierölkreislaufs der Kraftmaschine 10 außerhalb des Ölwär mespeichers 24 reduziert. Die geringere, sich im Umlauf befindliche Ölmenge erwärmt sich sehr schnell und erreicht bald ihre optimale Betriebstemperatur. In einem Betrieb mit warmer Brennkraftmaschine 10 wird die gesamte Ölmenge erwärmt, wobei die außerhalb des Ölwärmespeichers 24 befindliche Ölmenge entsprechend der Belastung der Kraftmaschine 10 angepasst wird, indem die überschüssige Menge in den Ölwärmespeicher 24 zurückgepumpt wird. Dadurch wird ein zu hoher Ölstand in der Ölwanne 22 der Brennkraftmaschine 10 und eventuell damit verbundene Panschverluste vermieden.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, dass beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 mit kaltem Öl im Ölwärmespeicher 24 zunächst nur eine minimale Ölmenge in den Ölkreislauf der Brennkraftmaschine 10 außerhalb des Ölwärmespeichers 24 gepumpt wird, um schnell die optimale Betriebstemperatur zu erhalten. Erst danach wird das kühlere Öl aus dem Ölwärmespeicher 24 dem warmen Öl zugemischt.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Erwärmen einer Kraftmaschine (10) mit einem Schmierölkreislauf, der eine Schmierölwanne (22), eine elektrische Primärpumpe (30) und einen Ölwärmespeicher (24) umfasst, wobei dem Ölwärmespeicher (24) Schmieröl in Abhängigkeit von Betriebsparametern über Steuerventile (44, 60, 70, 76) zugeführt und/oder entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölwärmespeicher (24), mindestens eine elektrisch angetriebene Ölpumpe (34), ein Ölfilter (32), mindestens ein Steuerventil (44, 60, 70, 76) und gegebenenfalls eine Ölzustandssensorik (46) eine Baueinheit (62) für den Anbau an oder für den Einbau in die Kraftmaschine (10) bilden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Baueinheit (62) ein Latentwärmetauscher (54) integriert ist, dessen Wärmemedium im Wärmeaustausch mit dem Schmieröl in dem Ölwärmespeicher (24) steht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt des Wärmemediums des Latentwärmetauschers (54) möglichst nahe an der Betriebstemperatur des Schmieröls liegt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ölwärmespeicher (24) eine Ölzustandssensorik (46) angeordnet ist, die mindestens die Ölmenge, die Öltemperatur und den Öldruck erfasst.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (62) einen flüssigkeitsgekühlten Ölkühler (42) besitzt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölkühler (42) parallel zur Verbindungsleitung (36) zwischen Ölwärmespeicher (24) und dem Verteilerkanal (38) in einer Bypassleitung (40) angeordnet ist und die Bypassleitung (40) ein Steuerventil (70) aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpumpe (30) und eine in der Verbindungsleitung (36) angeordnete Sekundärpumpe (34) von einem gemeinsamen Elektromotor (64) angetrieben werden.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpumpe (30) und die Sekundärpumpe (34) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (66) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärpumpe (30) eine größere Förderleistung aufweist als die Sekundärpumpe (34).
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (62) über ein Rohr für einen Ölmessstab mit dem übrigen Ölkreislauf der Kraftma schine (10) verbunden ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölwärmespeicher (24) in eine Ölwanne (22) einer Kraftmaschine (10) integriert ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölwärmespeicher (24) ein Mehrfaches, vorzugsweise die dreifache Menge, der minimalen Ölmenge der Kraftmaschine (10) speichern kann und optional als Trockensumpfschmierung dient.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölwärmespeicher (24) waagerecht in zwei Kammern (78, 80) unterteilt ist, die durch eine Drosselstelle (72, 74, 76) miteinander verbunden sind, wobei in die untere Kammer (78) eine Druckleitung (68) mündet, die von der Primärpumpe (30) kommt, und dass von der unteren Kammer (78) zu dem Verteilerkanal (38) die Verbindungsleitung (36) führt, in der ein Steuerventil (60) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der oberen Kammer (80) und der unteren Kammer (78) eine Saugstrahlpumpe (74) angeordnet ist, in die die Druckleitung (68) mündet und Öl aus der oberen Kammer (80) in die untere Kammer (78) fördert, wobei am Sauganschluss der Saugstrahlpumpe (74) ein Regel- und Schaltventil (76) vorgesehen ist, das durch eine elektronische Steuereinheit (48) in Abhängigkeit von Betriebsparametern ansteuerbar ist und den Durchfluss durch die Saugstrahlpumpe (74) bestimmt.
  15. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kaltstart der Kraftmaschine (10) mit warmem Öl im Ölwärmespeicher (24) sich fast die gesamte Ölmenge im Ölwärmespeicher (24) befindet und von dort in den übrigen Ölkreislauf der Brennkraftmaschine (10) gepumpt wird.
  16. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölmenge im Ölwärmespeicher (24) variabel ist und die Ölmenge des Schmierölkreislaufs der Kraftmaschine außerhalb des Ölwärmespeichers (24) reduziert wird, sobald die Öltemperatur im Ölwärmespeicher (24) auf die Öltemperatur der Kraftmaschine (10) abgefallen ist.
  17. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb mit warmer Kraftmaschine (10) die gesamte Ölmenge erwärmt wird und die außerhalb des Ölwärmespeichers (24) befindliche Ölmenge entsprechend der Belastung der Kraftmaschine (10) angepasst wird, indem die überschüssige Menge in den Ölwärmespeicher (24) zurückgepumpt wird.
  18. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kaltstart der Kraftmaschine (10) und kaltem Öl im Ölwärmespeicher (24) zunächst nur eine minimale Ölmenge in den Ölkreislauf der Kraftmaschine (10) außerhalb des Ölwärmespeichers (24) gepumpt wird.
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