DE102006019086A1 - Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Öltemperierung bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Öltemperierung bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Druck- und Durchflussregelung eines Schmierölkreislaufes einer Verbrennungskraftmaschine in Kraftfahrzeugen erfolgt die Basisregelung und/oder Begrenzung des maximalen Schmieröldurchsatzes in den Hauptölzweigen 5hl im Zylinderblock und 5vtr im Zylinderkopf, welche aus dem Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine gespeist werden, mit einer Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung. In Verbindung mit der spezifischen Variabilität dieser Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung und/oder mit einer Zusatz-Ölkreis-Regelvorrichtung wird mittels motorzustandsabhängiger Kontrollstrategien der Öltransport zum Zylinderkopf temporär erhöht, um den Wärmeeintrag in das Motoröl zu erhöhen und den Wärmeeintrag in das Kühlmittel zu reduzieren. Mit der gleichen Vorrichtung kann unter Umkehrung dieses Verfahrens zur Kraftstoffverbrauchsverbesserung für eine Erhöhung der Kabinenheizwirkung der Öltransport zum Zylinderkopf temporär in Richtung einer Mindestölfördermenge für die sichere Motorschmierung reduziert werden, um den Wärmeeintrag in das Motoröl zu reduzieren und den Wärmeeintrag in das Kühlmittel zu erhöhen. Insbesondere werden kostenoptimierte Regelvorrichtungen und Ölpumpen zur Durchführung des Verfahrens vorgestellt, welche z. T. bereits für sich alleine eine kostengünstige Alternative für aufwändige volumenstromgeregelte Ölpumpen darstellen. Das Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen sind speziell im Zusammenspiel mit motorseitigen Wärmemanagementmaßnahmen ...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Druck- und Durchflussregelung eines Schmierölkreislaufes einer Verbrennungskraftmaschine in Kraftfahrzeugen zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und/oder der Kabinenheizleistung.
  • Insbesondere bezieht es sich auf Spezial-Ölpumpen und Öldruckruckregelungen in Kraftfahrzeugmotoren, die sich als Sub-Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders gut eignen, aber auch für sich alleine betrachtet, sehr vorteilhaft verwendet werden können.
  • Es ist bekannt, bei Ölkreisläufen in Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge eine sorgfältige Dimensionierung der Motorölpumpe in Abstimmung mit dem für Schmierungs- und Kühlungszwecke benötigten Schmierölbedarf vorzunehmen. Dies ist für einen sicheren Motorbetrieb unter allen Betriebszuständen ebenso wichtig, wie für die Optimierung der Motorleistung und des Kraftstoffverbrauchs. Sowohl Anpassungen und Begrenzungen des Öldruckes mit Druckregelventilen als auch Anpassungen des Ölvolumenstroms, z.B. mittels mehrstufiger Ölpumpen oder mittels variabler Ölpumpengeometrien, sind in diesem Zusammenhang erfolgreich im Einsatz, um das motordrehzahlabhängige Förderverhalten der für Kfz verfügbaren Motorölpumpen an den Ölbedarf, aber auch an die zulässigen Obergrenzen des Öldrucks, anzupassen.
  • Die nicht unerheblichen Kraftstoffeinsparpotentiale volumenstromgeregelter Ölpumpen sind allgemein bekannt. Speziell die Mehrkosten volumenstromgeregelter Ölpumpen haben aber bis heute dazu geführt, dass fast alle Grosserien-Pkw mit druckgeregelten Ölkreisläufen, d.h. mit Absteuern des zu viel durch die Ölpumpe geförderten Öls, arbeiten. Anbieter im Premium-Segment gehen jedoch bereits den Weg, mittels sogenannter Pendelschieberölpumpen, geregelter Duocentric-Ölpumpen oder Spaltmaßpumpen, dieses Kraftstoffeinsparpotential volumenstromgeregelter Ölpumpen auch bei größeren Fahrzeugserien zumindest teilweise zu nutzen. Dabei wird bei allen drei Typen von Volumenstromregelung in aktuellen Pkw Anwendungen das Fördervolumen bei gegebener Motordrehzahl mittels eines Steuerdrucks vom Hauptölkanal 5hg oder mittels des Pumpenaustrittsdrucks, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines von diesem Steuerdruck druckbetätigten Aktuators, so verstellt, dass ein fester Regelsolldruck im Hauptölkanal bzw. bei der selbstregelnden Duocentric-Ölpumpe am Ölpumpenaustritt anliegt. Die Pumpe regelt dabei den Volumenstrom so, dass der mittels einer definierten Feder vorgegebene Regelsolldruck von beispielsweise 3,5–5 bar erreicht wird. Ein Abregeln überschüssigen Öls in die Ölwanne oder zurück an den Pumpeneintritt ist nicht erforderlich, so dass die Pumpenverlustleistung sinkt. Bei sehr warmem Öl und geringer Motordrehzahl sind auch hier, wie bei konventionellen nicht volumenstromgeregeiten Ölpumpen, die erreichbaren Förderdrücke oftmals geringer als der feste Regeldruck, d.h. die Vorteile der Regelung greifen in diesem Betriebsbereich nicht.
  • Die Beobachtung der aktuellen Entwicklungstrends und des Pkw Ölpumpenmarktes deutet in diesem Zusammenhang stark darauf hin, dass angesichts der ständig steigenden Kraftstoffpreise auch andere Hersteller versuchen, den Weg in Richtung volumenstromgeregelter Ölpumpen zu gehen. Dabei sind die Mehrkosten hier eine umso größere Hürde, je mehr man sich vom Premium-Fahrzeug-Segment weg in Richtung besonders kostengünstiger Fahrzeuge bewegt.
  • Dies betrifft bereits volumenstromgeregelte Ölpumpen mit autarker Regelung des Volumenstroms auf einen definierten Öldruckwert zwischen beispielsweise 3,5–5 bar, ganz besonders aber potentielle zukünftige Konzepte, die vorschlagen, der volumenstromgeregelten Ölpumpe zusätzlich eine variable Verstellvorrichtung für den Regeldruck hinzuzufügen, so dass temporär Drücke von 2 bar und weniger einstellbar werden. Wie in der einschlägigen Literatur ausführlich beschrieben, ist dies ist in manchen Betriebspunkten sicher vorteilhaft zu Einsparung von Ölpumpenantriebsleistung, verursacht aber noch einmal deutliche Zusatzkosten.
  • Es ist ebenfalls bekannt, bei Ölkreisläufen in Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge Ölkühler vorzusehen, um Wärme vom Motoröl ins Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine zu übertragen und um auf diesem Wege u.a. eine Überhitzung des Motoröls mit vorzeitiger Ölalterung und/oder einen zu geringen Öldruck zu vermeiden. Ölseitig liegt der Ölkühler 3 bei Pkw dabei i.a. in Reihe mit dem Ölfilter 4 zwischen der Ölpumpe 2 und dem Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine 5.
  • Insbesondere sind Kfz-Serienanwendungen bekannt, die den Motorölkühler im Warmlauf zusätzlich dazu zu nutzen, um Wärme vom Motorkühlmittel ins Motoröl zu übertragen und auf diesem Wege die Motorreibleistung zu verringern und Kraftstoff zu sparen. Dies ist speziell bei Motoren hilfreich, bei denen sich das Motorkühlmittel wesentlich schneller erwärmt als das Motoröl.
  • Die praktische Umsetzung dieses Ansatzes hat aber inzwischen bei vielen Motoren und Fahrzeugen gezeigt, dass diese Vorgehensweise nur eine begrenzte Verbesserung der Ölerwärmung bringt und insbesondere oftmals nur bei starker Überdimensionierung des Ölkühlers – weit über das für eine ausreichende Ölkühlung im Heißzustand erforderliche Maß hinaus – die erwarteten Ergebnisse zeigt. Derartige Ölkühler sind oftmals zu teuer und/oder vom Bauraum her nicht unterzubringen.
  • Es ist ebenfalls bekannt, dass anstelle der bereits angesprochenen selbstregelnden Pendelschieberpumpe bzw. Duocentric-Ölpumpe inzwischen auch andere Systeme für PKW-Anwendungen verfügbar sind, wie z.B. drehzahlgeregelte Ölpumpen, nur temporär aktivierte elektrische Hilfspumpen oder auch die bereits erwähnten Spaltmaßpumpen, bei denen die Überlappung der Zähne einer Zahnradpumpe zur Anpassung an den erforderlichen Ölvolumenstrom aktiv variiert wird. Alle derartigen Systeme, die den erforderlichen Öldruck im Hauptölkanal 5hg des Motors dadurch liefern, dass der zum Druckaufbau im Hauptölkanal 5hg erforderliche Volumenstrom mittels eines variablen Ölpumpenfördervolumenstroms und somit ohne Überdruckabsteuerung geliefert wird, können über die eingesparte Ölpumpenantriebsleistung einen signifikanten Beitrag zur Kraftstoffeinsparung liefern.
  • Allen bekannten Konzepten zur verlustarmen Reglung der Ölpumpenfördermenge durch die Ölpumpe selbst bzw. des Öldrucks im Hauptölkanal 5hg ist gemeinsam, dass diese die Fertigungskosten des Fahrzeugs steigern und z.T. auch einen nicht unerheblichen Entwicklungsaufwand und auch ein gewisses Entwicklungsrisiko darstellen.
  • Demgegenüber besteht die Aufgabe, den Schmierölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine in Kraftfahrzeugen so zu verändern, dass das Kosten/Nutzenverhältnis ölseitiger Maßnahmen zur Umsetzung von Kraftstoffeinsparpotentialen größer wird und somit sowohl für PkW im Grosserien- als auch im für Premium-Segment nutzbar.
  • Insbesondere sind hier als ölseitige Maßnahmen solche Maßnahmen zu sehen, die die Antriebsleistung der Ölpumpe und/oder die Motorreibleistung senken und gegebenenfalls Maßnahmen, die im Verbund mit einem Motorölkühler wärmeres Motoröl im Motorwarmlauf und/oder bei betriebswarmem Motorkühlmittel liefern.
  • Diese Aufgabe wird vom Verfahren gemäß Patentanspruch 1 erfüllt.
  • Auch die beigeordneten Patentansprüche und insbesondere die Einführung der erfindungsgemäßen Spezialölpumpe und der frernddruckgesteuerten Öldruckregelung mittels variabler Ölabsteuerung erfüllen für sich alleine und ganz besonders im Verbund mit Patentanspruch 1 diese Aufgabenstellung.
  • Dabei stellt die erfindungsgemäße Vorgehensweise nach Patentanspruch 1 speziell im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch sicher, dass der Ölvolumenstrom zum Zylinderkopf in bestimmten Betriebssituationen, in denen der Öldruck im Hauptölkanal 5hg für eine hinreichende Versorgung aller Schmier- und Lagerstellen ausreichend ist, größer wird, als dies bisher üblich ist bzw. größer als dies bei zukünftigen volumenstromgeregelten Ölpumpen mit zwei und mehr Regelsolldrücken derzeit als optimal angesehen wird.
  • Dies wirkt insbesondere dem Effekt entgegen, dass eine Absenkung des Öldrucks auch eine Reduktion der Öldurchströmung und Ölerwärmung im Zylinderkopf bewirkt.
  • Bei konventionellen Ölsystemen mit Absteuerung des Öls in Richtung Ölwanne oder Pumpeneintritt bei beispielsweise 3,5–5 bar wird der Öldruck im Hauptölkanal 5hg z.B. im frühen Warmlauf des MVEG zunächst außerhalb des Leerlaufs den Regeldruck erreichen, da die Ölpumpe bei kaltem Öl nicht nur besser fördert, sondern auch der motorseitige Ölgegendruck noch hoch ist. Ein Zusatzölstrom in den Zylinderkopf, z.B. durch einen in dieser Phase mittels eines Ventils geöffneten Zusatzpfad, führt dazu, dass weniger Öl in die Ölwanne abgesteuert wird und mehr Öl durch den Zylinderkopf strömt und erst danach über die Ölrückläufe in die Ölwanne gelangt. Im Verlauf des Warmlaufs sinkt durch diese Maßnahme der Öldruck im Hauptölkanal 5hg aufgrund der Ölviskositätsabnahme nach einiger Zeit automatisch, sobald der Regeldruck temperatur- und drehzahlbedingt nicht mehr erreicht wird. Statistisch gesehen wird der Motor mit dieser erfindungsgemäßen Variante also im MVEG häufiger bei einem reduzierten Öldruck betrieben als ein Motor mit konventioneller Absteuerung in Richtung Ölwanne oder Pumpeneintritt. Gleichzeitig wird das Öl im Zylinderkopf besser erwärmt. Beide Effekte kommen dem Kraftstoffverbrauch zu Gute.
  • Beim Systemen, bei denen der Öldruck im Hauptölkanal 5hg dadurch konstant auf einem Regelsollwert, insbesondere zwischen 3,5–5 bar gehalten wird, dass außerhalb des Motors eine Regelung des zum Motor geförderten Volumenstroms erfolgt – dies kann insbesondere eine Kurzschlussregelung an der Ölpumpe oder eine Ölvolumenstromregelung der Ölpumpe selbst sein – führt der erfindungsgemäße Ölzusatzvolumenstrom zum Zylinderkopf prinzipiell zu den gleichen Effekten wie oben beschrieben. Dabei geht hier systembedingt ein gewisses Einsparpotential bezüglich der Pumpenantriebsleistung dadurch verloren, dass der erfindungsgemäße Zusatzölstrom durch den Zylinderkopf auch durch den Ölfilter strömen muss sowie gegebenenfalls durch den Ölkühler. Dies führt in den Phasen, in denen der Regelsolldruck erreicht wird, zu einer leichten Erhöhung des Ölpumpendrucks am Pumpenaustritt und damit zu einer leichten Erhöhung der Ölpumpenantriebsleistung. Dennoch ergeben sich im Zusammenspiel mit der besseren Ölerwärmung und speziell im Zusammenspiel mit später noch näher beschriebenen Wärmemanagementmaßnahmen bei vielen Motoren auch bei dieser Art der Öldruckregelung signifikante Vorteile.
  • In einem weiterführenden Schritt schlägt das erfindungsgemäße Vorgehen zur Einsparung von Ölpumpenantriebsleistung vor, dass der Öldruck im Hauptölkanal 5hg mittels eines aktiven Eingriffs, z.B. in die Regelsolldruckvorgabe, speziell im unteren und mittleren Drehzahlbereich, abgesenkt wird. Die erfindungsgemäße Absteuerung des Zusatzölvolumenstroms zum Kopf hin wird hierbei umso wichtiger, je geringer der untere Regelsolldruck gewählt wird. Speziell bei sehr geringen Drücken und Basisöldurchsätzen bei geschlossenem Zusatzölventil zum Zylinderkopf hin, bedeutet der Zusatzölvolumenstrom zum Zylinderkopf durch das Öffnen des Zusatzölventils auch nur noch eine vergleichsweise geringe Zusatzantriebsleistung der Ölpumpe, welche durch die thermischen Vorteile bei weitem überkompensiert wird.
  • Die thermischen Vorteile der erfindungsgemäßen Erhöhung des Ölvolumenstroms durch den Zylinderkopf durch die bessere Erwärmung des Öls und in Verbindung mit kühlmittelseitigen Wärmemanagementmaßnahmen für die Verbesserung der Zylinderreibleistung sind so groß, dass es insbesondere bereits vorteilhaft ist, bei Motoren ohne zylinderkopfseitiges Zusatzölventil den Ölvolumenstrom zum Motor und damit den Druck im Hauptölkanal 5hg bei Verfügbarkeit mehrerer Regelsolldruckwerte nicht auf das schmierungstechnisch zulässige Minimum abzusenken, um die minimale Ölpumpenantriebsleistung zu erzielen. Ausgehend von einem zulässigen Minimaldruck für eine sichere Versorgung der Lager- und Schmierstellen von beispielsweise 0,5–1 bar im Hauptölkanal 5hg sieht die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei einem über externe Eingriffe regelbaren Ölsystem, insbesondere bei einem System mit mindestens 2 Regelsolldrücken vor, den Öldurchsatz durch den Motor bzw. den Öldruck im Hauptölkanal nicht auf die zulässigen 0,5–1 bar abzusenken, sondern den Regelsollwert wieder auf ca. 1–1,5 bar anzuheben, um dem Einbruch des ölseitigen Wärmeübergang im Zylinderkopf entgegenzuwirken. Je nach Motor und Temperaturfenster von Kühlmittel und Öl überkompensiert bereits dieser Effekt für sich allein den Mehraufwand für die Ölpumpenantriebsleistung aufgrund der erhöhten Ölfördermenge und des erhöhten Öldrucks. Bei Ölsystemen mit Öldruckregelung über Absteuern direkt an der Ölpumpe wird man sich bei dieser Betriebsart angesichts des geringen Öldrucks sehr häufig im Bereich der Regelung über Absteuern im Kurzschluss befinden, so dass statistisch gesehen nur sehr selten eine Erhöhung der hydraulischen Ölpumpenleistung vorliegt. Aber auch bei volumenstromgeregelten Ölpumpen ist die leichte Erhöhung der hydraulischen Ölpumpenleistung angesichts des geringen Drucks kaum spürbar und wird durch die thermischen Vorteile bei weitem überkompensiert. Die Kosten für eine Öldruckregelung mit zwei und mehr Regeldrücken, die über die Motorsteuerung oder andere Vorrichtungen in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand eingestellt werden erscheint aus derzeitiger Sicht zunächst den Kosten/Nutzen-Rahmen für eine Pkw-Grosserienanwendung zu sprengen. Mit zunehmenden Kraftstoffpreisen wird das sich in Zukunft jedoch voraussichtlich ändern. Dabei ist es für eine zeitnahe Umsetzung extrem vorteilhaft, dass die oben angesprochenen Maßnahmen noch zusätzlich nutzbar sind. Insbesondere im Zusammenspiel mit Wärmemanagementmaßnahmen die brennraumseitig und/oder kühlmittelseitig erfolgen und dazu führen, dass das Metall an der Zylinderlaufbahn und im Zylinderkopf wärmer wird und damit auch das Öl mehr Wärmeeintrag erfährt, kommen die beschriebenen Vorteile bezüglich der Ölerwärmung ganz besonders gut zur Geltung. So ergeben sich z.B. in der erfindungsgemäßen Kombination von im Warmlauf zunächst stehendem Kühlmittel und der Erhöhung des Ölvolumenstroms im Zylinderkopf erhebliche Synergien.
  • Speziell bei Motoren mit Kolbenspritzdüsen, die vom Zylinderbiock her Öl auf die Kolben sprühen ist es insbesondere vorteilhaft, den Druck im Hauptölkanal 5hg zunächst unterhalb des Öffnungsdrucks der Ölspritzdüsen zu halten, bei vielen Motoren ist hier ein Wert von knapp unter 1,5 bar besonders geeignet. Damit ist das Schmieröl bei der Reibpaarung Kolben/Zylinder durch die fehlende Kolbenölkühlung auf einem etwas erhöhten Niveau und dennoch findet im Zylinderkopf die angestrebte Ölerwärmung statt, d.h. es geht dort weniger Wärme ins Kühlmittel und mehr Wärme ins Öl. Ohne die erfindungsgemäße Vorgehensweise wären bei Annahme einer rein ölpumpenantriebsleistungsbasierten Ölpumpenregelung mit zwei oder mehr Stufen zwar ebenfalls die Vorteile der deaktivierten Kolbenspritzdüsen umsetzbar, nicht jedoch eine gleichwertige Ölerwärmung im Zylinderkopf.
  • Speziell im späteren Warmlauf, wenn zur Vermeidung zu starker Dampfblasenbildung im Kühlmittel eine Durchströmung des Motors mit Kühlmittel erforderlich ist, liefert die erfindungsgemäße Erhöhung des Öldrucks über die Mindestwerte der Lagerschmierung hinaus ebenfalls noch Vorteile, da länger mit gedrosseltem Kühlmittelvolumenstrom gefahren werden kann und somit das Metall im Zylinderkopf und im Zylinderblock wärmer ist. Sowohl die wärmere Zylinderlaufbahntemperatur als auch die bessere Ölerwärmung überkompensieren hier die im statistischen Mittel etwas höhere Ölpumpenantriebsleistung, so dass sich ein verbesserter Kraftstoffverbrauch ergibt. Insbesondere ist es bei Erreichen dieses Motortemperaturniveaus vielfach vorteilhaft, das Sollregeldruckruckniveau im Hauptölkanal zumindest temporär bis zur völligen Ölerwärmung, auf einen solchen Wert zu setzen, dass die Ölspritzdüsen wieder aktiviert sind, d.h. insbesondere bei einer zweistufigen Regelung des Drucks im Hauptölkanal 5hg den oberen Sollöldruck zu verwenden.
  • Steht im Gegensatz zum minimalen Kraftstoffverbrauch die maximale bzw. schnellst mögliche Kabineheizung im Vordergrund, so wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise einfach umgekehrt genutzt, d.h. es wird der kleinst zulässige Öldurchfluss durch den Motor gewählt, indem der Öldruck im Hauptölkanal 5hg auf den Minimalwert von beispielsweise 0,5–1 bar geregelt wird. Hieraus resultiert ein reduzierter ölseitiger Wärmeübergang im Zylinderkopf und es geht mehr Wärme ins Kühlmittel, d.h. das Kühlmittel erreicht den Heizungswärmetauscher auf einem höheren Temperaturniveau, wodurch sich eine verbesserte Heizleistung ergibt. Speziell bei Motoren mit Kolbenspritzdüsen ist hier die Absenkung des Drucks im Hauptölkanal 5hg auf Werte vorteilhaft, die kleiner sind als der Öffnungsdruck der am Hauptölkanal 5hg oder an einer beliebigen anderen Position mit ähnlichem Druckniveau angeschlossenen Ölspritzdüsen für die Kolbenkühlung. Übliche Öffnungsdrücke der Druckventile derartiger Kolbenkühldüsen liegen bei ca. 1–2 bar, so dass es sehr gut möglich ist, mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, d.h. mit temporärer Regelung auf 0,5–1 bar im Hauptölkanal, die Kolbenkühldüsen zu deaktivieren. Dies liefert in der frühen Warmlaufphase ganz erhebliche Vorteile bei der Heizleistung und senkt im frühen Warmlauf gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch mit und ohne Heizleistungsentnahme. Dabei ist es gegebenenfalls im späteren Warmlauf, insbesondere bei Abwärmeüberschuss bzw. bei ausgeschalteter Heizung im MVEG vielfach vorteilhaft, das Druckniveau im Hauptölkanal zumindest so weit anzuheben, dass die Kolbenspritzdüsen wieder aktiviert sind und helfen, den Wärmeübergang ins Öl zu intensivieren, insbesondere bevor vorzeitig ein erhöhter Kühlmittelstrom durch den Motor die Zylinderlaufbahn unnötig stark abkühlt oder Wärme durch Öffnen des Fahrzeugkühlers abgegeben werden muss.
  • Wird auch im Heizbetrieb auf der Kühlmittelseite mit reduziertem Durchfluss gearbeitet, so resultiert in Verbindung mit speziellen Hochleistungsheizungswärmetauschern in Gegenstrombauart eine ganz besonders gute Heizleistung. Das etwas kältere Öl kostet dabei naturgemäß etwas Kraftstoff aufgrund der höheren Reibleistung in der Ölpumpe und in den Motorlagerstellen, doch speziell die höheren Zylinderlaufbahntemperaturen bei der Vorgehensweise mit gedrosseltem Kühlmittel- und Öldurchsatz heben diese Nachteile weitgehend wieder auf. Im Vergleich zu bekannten Heizungen resultiert in Summe letztlich auch ein günstigerer Kraftstoffverbrauch, ganz speziell im Vergleich zu konventionellen Heizungen, bei denen die Betriebstemperatur des Kühlmittels bei Stadtverkehr im Winter z.T. nie erreicht wird, oder bei denen gar kraftstoffverbrauchsintensive Zuheizer benötigt werden.
  • Angesichts dieser Synergien liefert bereits die erfindungsgemäße Variante, in der das Ölsystem den erhöhten zylinderkopfseitigen Öldurchsatz ausschließlich mit einer mehrstufigen Regelung des Öldrucks im Hauptölkanal 6hg – und damit des Öldurchsatzes durch den Motor einschließlich des Zylinderblocks – ein sehr gutes Kostennutzenverhältnis. Dies gilt ganz besonders in Verbindung mit der selektiven Ansteuerung mit hoher und niedriger Priorität für die Heizung und unter Nutzung stehenden bzw. gedrosselten Kühlmittels im Warmlauf. Die Zusatzkosten für die mehrstufige Ölpumpenvolumenstromregelung bleiben dabei gegebenenfalls bestehen, aber das Kosten/Nutzenverhältnis wird signifikant verbessert.
  • Dies dürfte in vielen Fällen dafür ausreichend sein, auch im Nicht-Premium-Segment eine mehrstufig volumenstromgeregelte Pumpe, insbesondere eine Pendelschieberpumpe oder eine geregelte Spaltmaßpumpe kosteneffektiv zu machen und ist, insbesondere angesichts der neuartigen Nutzung und wegen der besonderen Wirtschaftlichkeit für die ölpumpenseitige Volumenstromregelung als Teilaspekt der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in die Patentansprüche aufgenommen.
  • Wie später anhand weiterer erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele noch näher gezeigt werden wird, ist jedoch in vielen Fällen bereits mit Öldruckregelsystemen, die auf dem Absteuern des überschüssigen Öls zur Ölwanne oder zum Pumpeneintritt basieren, zumindest im Warmlauf bis zu mittleren Motordrehzahlen annähernd das gleiche Potential bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Heizleistung umsetzbar, mit geringeren Fertigungskosten und geringerem Entwicklungsaufwand. Maßgeblich ist dabei die erfindungsgemäße Erkenntnis, dass das Potential der Minimierung des Öldrucks bei volumenstromgeregelten Ölpumpen in vielen Fällen nicht voll zur Absenkung der Ölpumpenantriebsleistung genutzt werden kann, ohne bei der Ölerwärmung die erzielten Vorteile bei der Ölpumpenantriebsleistung wieder zu verlieren, und dass es insbesondere durchaus auch möglich ist, die oben beschriebenen Zielwerte für die temporäre Absenkung der Öldrücke mittels motorsteuerungsseitiger Eingriffe in die Öldruckregelung konventioneller Ölpumpen, d.h. Modifikationen der Absteuerung, zu realisieren.
  • Eine ganz erhebliche Verfeinerung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sieht wie bereits beschrieben vor, die Erhöhung des zylinderkopfseitigen Öldurchsatzes dadurch zu realisieren, dass ein Zusatzventil 90k temporär öffnet und einen Zusatzvolumenstrom vom Hauptölkanal 5hg zum Zylinderkopf freigibt. Dies ist bereits für sich alleine ein erheblicher Vorteil, ganz besonders jedoch ausgehend von einem beliebigen Haupt-Ölkreisregelsystem, welches bereits von sich aus eine Öldruckregelung mit temporärer Absenkung des Regeldrucks auf beispielsweise 0,5–1 bar im Hauptölkanal 5hg liefert.
  • In beiden Fällen wird die bei bisher in PKW-Motoren übliche, bei einem gegebenem Betriebszustand des Motors fest definierte prozentuale Aufteilung des Ölfördervolumenstroms in einen ersten Haupt-Anteil für den Zylinderkopf, d.h. i.a. insbesondere für die Nockenwellenlager und die Ventiltriebselemente und einen zweiten Haupt-Anteil für den Zylinderblock, d.h. i.a. insbesondere für die Kurbelwellen- und Pleuellager einschließlich Ausgleichswellen und lokaler Ölspritzdüsen, temporär in Richtung einer stärkeren Öldurchströmung des Zylinderkopfes verschoben. Dies liefert u.a. den Vorteil, dass die Ölpumpenantriebsleistung in zahlreichen Betriebspunkten abnimmt, weil der Regeldruck unterschritten wird bzw. weil der Regeldruck gegebenenfalls bewusst abgesenkt wurde.
  • Gleichzeitig reduziert sich mit dem Absenken des Öldrucks im Hauptölkanal 5hg der Öldurchsatz durch die Lagerstellen, so dass sich das Öl in den Lagern etwas mehr erwärmt und sich somit im Warmlauf Reibleistungsvorteile durch speziell im Lager etwas wärmeres Öl und i.a. auch durch ein etwas vergrößertes Lagerspiel ergeben. Bei der erfindungsgemäßen temporären Anpassung des Öldrucks im Hauptölkanal, aber auch bereits bei völlig konventioneller Öldruckregelung mittels Absteuern des überschüssigen Öls zurück zur Ölwanne oder zum Ölpumpeneintritt und insbesondere bei einfachen Motoren ohne Motorölkühler ergeben sich hier jedoch z.T. die noch wichtigeren Vorteile dadurch, dass der Zylinderkopf gezielt als Wärmeübertrager zur Übertragung von Motorabwärme ins Motoröl genutzt werden kann. Der verstärkte Ölstrom im Zylinderkopf sorgt dabei dafür, dass weniger Motorabwärme ins Kühlmittel geht und mehr ins Motoröl.
  • Von ganz besonderem Vorteil erweist sich diese Vorgehensweise jedoch wiederum im erfindungsgemäßen Zusammenspiel mit Wärmemanagementmaßnahmen, die gezielt die brennraum- bzw.- zylinderlaufbahnseitigen Metalltemperaturen anheben. Stehendes Kühlmittel bzw. gedrosselte Motorkuhlmitteldurchströmung im Warmlauf sowie gedrosselte Motorkühlmitteldurchströmung im betriebswarmen Zustand ergänzen diese erfindungsgemäße Verfeinerung ebenso vorteilhaft, wie angehobene Kühlmitteltemperaturen über ein späteres Öffnen des Kühlerthermostaten oder auch verbrennungsseitige Maßnahmen zur Erhöhung des Wandwärmestroms, wie z.B. eine erhöhte Abgasrückführrate, eine Ansaugluftvorwärmung oder eine Ansaugluftdrosselung bei Verbrennung mit Luftüberschuss. Alle diese Maßnahmen führen in Verbindung mit dem erhöhten Ölvolumenstrom durch den Zylinderkopf dazu, dass im Warmlauf eine deutlich schnellere Erwärmung des Motoröls eintritt und dass die Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler spürbar später erfolgen kann. Beide Effekte liefern einen Beitrag zur Kraftstoffeinsparung.
  • Die Absenkung des Öldrucks mittels der Haupt-Ölkreislauf-Regelung hat auch hier zusätzliche Vorteile. Diese liegen wiederum nicht nur in der reduzierten Ölpumpenantriebsleistung und im reduzierten Öldurchfluss durch die Lager, sondern insbesondere darin, dass ein definierter Öldruck auf niedrigem Niveau im Hauptölkanal 5hg eine besonders einfache Bereitstellung und dennoch genaue Dosierung der Zusatzölmenge im Zylinderkopf ermöglicht.
  • Im Vergleich zwischen Volumenstromregelung oder Druckabsteuerregelung der Ölpumpe ist als Zwischenergebnis bemerkenswert, dass häufiges Arbeiten mit abgesenktem Öldruck und der Bedarf an Zusatzöl für den Zylinderkopf die Vorteile der volumenstromgeregelten Ölpumpe in bezug auf die Ölpumpenantriebsleistung deutlich absenken. Berücksichtigt man gegebenenfalls die Nutzung des Potentials, durch die Verwendung eines Motorölkühlers im Warmlauf zusätzlich für eine bessere Ölerwärmung und damit für einen reduzierten Kraftstoffverbrauch zu sorgen, so ist zu berücksichtigen, dass die vielerorts angestrebte Minimierung der Ölpumpenfördermenge bzw. der Ölpumpendrucks mittels einer volumenstromgeregelten Ölpumpe z.T. durch einen Einbruch der Ölkühler-Wärmeübertragungsleistung aufgrund des geringen Ölkühler-Öldurchsatzes verloren gehen kann. Insbesondere das Hinausschieben des Zeitpunktes bis zum Öffnen des Fahrzeugkühlerzweigs bei gleichzeitiger Maximierung der Wärmeübertragung vom in dieser Phase des Warmlaufs i.a. noch wärmeren Kühlmittel ins Motoröl ist hiervon negativ betroffen. Gleiche Wärmeübertragungsleistung bedeutet hier u.U. Zusatzaufwand auf der Ölkühlerseite. In diesem Zusammenhang ist es besonders kritisch für das Kosten/Nutzenverhältnis bezüglich der Kraftstoffeinsparung mittels einer volumenstromgeregelten Ölpumpe, wenn für einen größeren Ölkühler weitere Zusatzkosten entstehen oder wenn bereits mittels Wärmemanagement genutzte Kraftstoffverbrauchsvorteile geringer werden weil der Ölkühler nicht mehr so effizient genutzt werden kann.
  • Speziell bei Motoren ohne Motorölkühler erweitert sich der Nutzen von Wärmemanagementmaßnahmen in Verbindung mit dem erfindungsgemäß verbesserten Wärmetausch im Zylinderkopf ganz erheblich. Hier übernimmt der Kopf z.T. zielgerichtet Aufgaben bezüglich der Umverteilung der Wärme vom Kühlmittel ins Öl bzw. umgekehrt, für die sonst bisher ein Ölkühler zwingend notwendig war.
  • Aber auch bei Motoren, die aus reinen Ölkühlungsgründen oder speziell für Wärmemanagementzwecke bereits einen Ölkühler aufweisen sowie zusätzlich kühlmittelseitige Maßnahmen zur Unterbindung bzw. Drosselung des Motorkühlmitteldurchsatzes im Warmlauf ergeben sich erhebliche Vorteile: Diese liegen zum einen darin begründet, dass der Einbruch der Wärmeübertragung vom im Warmlauf i.a. wärmeren Motorkühlmittel ins Motoröl am Motorölkühler, der sich zwangsläufig ergibt, wenn zur Erhöhung der Zylinderlaufbahntemperatur mit stehendem Kühlwasser bzw sehr stark gedrosseltem Motorkühlwasserdurchsatz gearbeitet wird, zumindest teilweise kompensiert wird. Zum andern bestehen die Vorteile wie bereits beim System ohne Ölkühler darin, dass gegebenenfalls wesentlich länger mit unterbundenem bzw. reduziertem Motorkühlmitteldurchsatz gefahren werden kann, bis die Eigenschaften gängiger Motorkühlmittel dazu zwingen, die Kühlmitteldurchsätze zu erhöhen, um einen zu hohen Kühlmittelsystemdruck zu vermeiden. Die verstärkte ölseitige Kühlung im Zylinderkopf führt in diesem Zusammenhang auch auf eine etwas geringere Dampfblasenbildung im Zylinderkopf und somit auf das Zusatzpotential mit etwas wärmerem Kühlmittel zu arbeiten, was wiederum speziell an der Zylinderlaufbahn Vorteile bringt. Dieser bisher oftmals zu wenig beachtete Sachverhalt ist insbesondere deshalb von ganz besonderem Interesse, weil speziell bei geringer Motorlast oftmals nicht die Bauteiltemperaturen, insbesondere die Metalltemperaturen in der Auslassventilbrücke des Zylinderkopfes oder im Zylinderstegbereich den limitierenden Faktor für Wärmemanagementmaßnahmen darstellen sondern der Kühlmittelsystemdruck. Vor diesem Hintergrund führen bekannte PKW-Kühlmitteltemperaturregelungen mit Wärmemanagement oftmals zu einer verfrühten Wärmeabgabe am Fahrzeugkühler, bevor alle Metall- und Ölbereiche des Motors und des Getriebes voll durchgewärmt sind.
  • Die erfindungsgemäße Erhöhung des Öltransports zum Zylinderkopf ist insbesondere dann einsetzbar, wenn sie nicht zu einer Überfüllung des Zylinderkopfes mit Öl führt oder zu einem Zusammenbruch des Öldrucks im Hauptölkanal 5hg unter einen kritischen Mindestwert. Darüber hinaus ist es bei der Dimensionierung des Zusatzölpfades 90kle/90kleB und bei der Strategie der Ansteuerung des Ventils 90k insbesondere wichtig sicherzustellen, dass der thermische Gewinn durch den zylinderkopfseitigen Zusatzölvolumenstrom nicht durch die Erhöhung der Ölpumpenantriebsleistung aufgezehrt wird. Maßnahmen, wie dies effizient sichergestellt werden kann, werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
  • Als ebenso einfaches wie effizientes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt 1 einen Ölkreislauf mit direkter Regelung des Öldrucks im Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine 5. Das Motorschmieröl wird hierbei von der Ölpumpe 2 aus der Ölwanne 8 angesaugt und über den Ölfilter 4 zum Hautölkanal 5hg gefördert, von wo aus es auf die zylinderblockseitigen Schmierstellen 5hl, insbesondere der Kurbelwellen und Pleuellager sowie gegebenenfalls der Ölspritzdüsen und der Ausgleichswelle, und eine Versorgungsleitung 5vtr für eine ganze Reihe zylinderkopfseitiger Schmierstellen, insbesondere der Nockenwellen und weiterer Ventiltriebskomponenten, verteilt wird. Der Sensor 6 überwacht den Öldruck und gibt das Drucksignal über die Leitung 6m an die Motorsteuerung oder an eine Öldrucküberwachungseinheit weiter.
  • Das Öldruckregelventil 2r ist am Hauptölkanal 5hg angeschlossen und steuert bei Überschreiten eines Grenzwerts für den Öldruck die überschüssige Ölmenge in die Ölwanne 8 ab.
  • Eine Drosselblende 5dr sorgt gegebenenfalls dafür, dass auch bei relativ starker Veränderung der zylinderkopfseitigen Ölentnahme bei zunehmender Ölerwärmung stets ein hinreichender Öldruck im Hauptölkanal 5hg zur Verfügung steht. Ein Differenzdruck-Bypassventil 4b am Ölfilter 4 stellt sicher, dass der Motor auch bei verstopftem Ölfilter oder sehr hohem Ölfilterdruckverlust bei sehr kaltem Motoröl mit einer ausreichenden Menge an Schmieröl versorgt wird.
  • Die bisher genannten Komponenten sind typische Bestandteile vieler PKW-Ölkreisläufe und führen i.a. dazu, dass der Absteueröldruck von beispielsweise 3,5–5 bar im Hauptölkanal 5hg im Warmlauf zunächst sehr häufig, d.h. auch bei relativ geringer Motordrehzahl, erreicht wird und erst mit zunehmender Motorölerwärmung nur noch bei mittleren bis hohen Motordrehzahlen.
  • Als Verbesserung bekannter Systeme sieht 1 die zusätzliche Verbindungsleitung 90kle vom Hauptölkanal 5hg zum Zylinderkopf vor, mit einem Ventil 90k welches von der Motorsteuerung temporär geöffnet wird, sobald eine erhöhte Wärmezufuhr zum Motoröl gewünscht wird und auch gefahrlos einstellbar ist. Dies ist bis zu mittleren Motordrehzahlen bei Öltemperaturen unterhalb 120°C sehr häufig der Fall, ganz besonders häufig im Stadtverkehr und im gesetzlichen Abgastest gemäß MVEG.
  • Dabei ist bei 1 an die zusätzliche Ölabsteuerung in Richtung Zylinderkopf speziell in den Phasen, in denen ohnehin eine Absteuerung des Öls erfolgt, keinerlei Zusatzbelastung der Motorölpumpe 2 gekoppelt, d.h. die erfindungsgemäße Verstärkung der Funktion des Zylinderkopfs als Wärmeüberträger zur Erwärmung des Motoröls erfolgt in diesen Phasen ohne jegliche Erhöhung der Ölpumpenantriebsleistung.
  • In Phasen, in denen die Motorölpumpe den Absteueröldruck von beispielsweise 3,5–5 bar nicht erreicht, ist an die Öffnung des Ventils 90k eine Reduktion des Öldruckes und damit der Ölpumpenförderleistung gekoppelt. In Bezug auf den Kraftstoffverbrauch hilft dieser Effekt ebenso wie die Tatsache, dass sich das Öl schneller erwärmt.
  • Des weiteren hilft diese Absenkung des Öldrucks im Hauptölkanal 5hg teilweise dabei, die lokale Öltemperatur in den Lagerstellen etwas anzuheben, speziell wenn die Eigenerwärmung des Öls im Lager aufgrund der lokalen Lagerreibleistung stärker ist als der konvektive Wärmetransport über einem Ölkühler, welcher das Öl mittels des wärmeren Kühlmittels vorwärmt, bevor das Öl zu den Lagerstellen gefördert wird. Dies ist in 1 angesichts des fehlenden Ölkühlers zwangsläufig der Fall, aber auch bei vielen Systemen mit im Warmlauf temporär ineffizientem oder abgeschaltetem Ölkühler.
  • Wird bei dem System gemäß 1 die Priorität auf die schnelle Kabinenerwärmung gelegt, so bleibt das Ventil 90k geschlossen, so dass weniger Öl durch den Zylinderkopf gefördert wird. Damit bleibt das Metall im Zylinderkopf wärmer, das Öl entnimmt weniger Wärme und die Kühlmittelaustrittstemperatur aus dem Motor steigt, verbunden mit einer besseren Kabinenheizleistung.
  • Der Ölwärmetransport zum Ölrücklauf und zum Ölsumpf sinkt und das kältere Öl im Ölsumpf hilft insbesondere dabei, dass sich geringere Wärmeverluste an der Motoroberfläche und an der Ölwanne einstellen.
  • Als weitere Verfeinerung weist 2 einen zusätzlichen Absteuerzweig 90gle auf, mit Absteuer-Druckregelventil 90r, dessen Öffnungsdruck deutlich kleiner ist als der Regeldruck des konventionellen Absteuer-Druckregelventils 2r, sowie ein von der Motorsteuerung betätigtes Ventil 90. Bei geschlossenem Ventil 90 arbeitet das System genau gleich wie das System nach 1, z.B. mit einem Regeldruck von 3,5–5 bar im Hauptölkanal, weicher speziell bei relativ kaltem Öl im MVEG i.a. sehr häufig erreicht wird und im späteren Verlauf des Warmlaufs des MVEG bzw. bei warmem Motoröl nur noch bei höheren Motordrehzahlen.
  • Im Hinblick auf einen sicheren Motorstart und eine schnelle Durchölung des Motors bleibt das Ventil 90 beim Start zunächst geschlossen. Nach einer gewissen Zeit für die Motordurchölung und bei hinreichend geringer Motordrehzahl und gegebenenfalls bei Erreichen einer Mindestöltemperatur wird das Ventil 90g geöffnet, so dass das Regelventil 90r den Maximaldruck im Hauptölkanal 5hg bestimmt und z.B. auf 1 bar im Hauptölkanal 5hg regelt. Im MVEG wird damit bei heute gängigen Pkw-Motoren fast immer der Regeldruck erreicht, die Differenz zum Pumpenöldruck ohne das Öffnen des Ventils 90g beträgt in vielen Phasen zwischen 0 und 4 bar, je nachdem ob das System gemäß 1 zum vergleichbaren Zeitpunkt im MVEG den Regelsolldruck von 4–5 bar noch erreicht oder bereits unterschreitet. Hieran ist eine Einsparung an Ölpumpenförderleistung gekoppelt, die zwar geringer ist als bei einer auf den gleichen Druck volumenstromgeregelten Ölpumpe, aber dennoch signifikant. Neben diesen Zusatzvorteilen verglichen mit dem System nach 1 kommen weitere Vorteile hinzu, da der Öldurchsatz durch die einzelnen Lagerstellen durch das häufige Öffnen des Ventils 90g statistisch gesehen geringer wird und sich somit dort die bereits beschriebenen Reibleistungsvorteile durch die lokale Erwärmung des Öls einstellen. Auch die Dosierung des Volumenstroms im Zweig 90kle wird einfacher, da der Öldruck im Hauptölkanal insbesondere im Warmlauf des MVEG fast immer definiert auf beispielsweise 1 bar liegt.
  • Das Kosten/Nutzenverhältnis der Ausgestaltung nach 2 ist bereits günstig, wenn nur die Vorteile in bezug auf die Ölpumpenantriebsleistung betrachtet werden. Nimmt man die restlichen Vorteile bezüglich der Ölerwärmung bzw. des Kraftstoffverbrauchs hinzu sowie die Vorteile bei wasserseitigem Wärmemanagement und zusätzlich die Vorteile bei Umkehrung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur temporären Verbesserung der Heizung, so wird deutlich, dass der Aufwand für die beiden Ventile 90k und 90g extrem effizient ist. Nicht zuletzt die Weiterverwendung vorhandener Ölpumpenfertigungseinrichtungen, die Einfachheit und die vergleichsweise hohe Betriebssicherheit machen das System gemäß 2 zusätzlich attraktiv.
  • Speziell in Bezug auf eine erfindungsgemäße mehrstufig volumenstromgeregelte Ölpumpe mit mindestens 2 Regelsolldrücken sind die Kosteneinsparungen erheblich, auch wenn gegebenenfalls speziell in Bezug auf die Bereitstellung eines hohen Pumpendrucks bei hoher Motordrehzahl gewisse Nachteile in Bezug auf die Pumpenantriebsleistung auf der Hand liegen.
  • Im Hinblick auf die Einsparung von Pumpenantriebsleistung im unteren und mittleren Drehzahlbereich, insbesondere im Warmlauf des MVEG, ist insbesondere bereits ein vereinfachtes System gemäß 3 hoch attraktiv und bereits nicht zwingend schlechter in Bezug auf die Ölpumpenverlustleistung, als eine volumenstromgeregelte Ölpumpe ohne die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit zwei oder mehr Druckregelstufen. Hinzu kommt der Sachverhalt, dass sich bereits mit dem Einfachsystem gemäß 3 wichtige Teilaspekte bezüglich des zylinderkopfseitigen Öl-Wärmeübergangs zumindest teilweise umsetzen lassen. Diese ergeben sich – mit gewissen Abstrichen – analog zu den Vorteilen des bereits beschriebenen Systems mit mehrstufig volumenstromgeregelter Pumpe ohne den Zweig 90kle.
  • Insbesondere zur Reduktion der Ölverschäumung und/oder zur Vereinfachung des Gesamtsystems kann das Abregelventil 2r gemäß 1 wahlweise auch direkt an der Ölpumpe 2 angeordnet sein, so wie dies heute bei vielen Ölpumpen bereits der Fall ist. Ein entsprechendes Schaltungsbeispiel zeigt 4.
  • Insbesondere ist es zur Erhöhung der Betriebssicherheit vorteilhaft, zusätzlich ein sogenanntes Panikventil 2p parallel zur Ölpumpe 2 zu verwenden, welches speziell bei extrem geringen Öltemperaturen das System vor Überdruck schützt, so wie in 5 exemplarisch gezeigt.
  • Auch der erfindungsgemäße Ölkreislauf gemäß 6 weist ein derartiges Panikventil 2p auf. Hier kommt als Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung ein Regelventil 2r direkt an der Pumpe 2 zum Einsatz mit einer Öldrucksteuerleitung 2rst, welche den Öldruck von einer Position stromab des Ölfilters 4, bevorzugt aus dem Hauptölkanal 5hg, bezieht. Eine derartige indirekte d.h. fremdöldruckgesteuerte Öldruckregelung bietet den ganz besonderen Vorteil, dass der Zielöldruck im Hauptölkanal 5hg besonders genau eingehalten wird. Die Auslegung kann daher näher an das untere Ende des für die Betriebssicherheit des Motors zulässigen Regeldrucks erfolgen, ohne dass für die Warmlaufphase oder die Abdeckung des gesamten Drehzahlbandes, d.h. bei stark unterschiedlichem Druckverlust am Ölfilter und gegebenenfalls am Ölkühler, alzuviel Druckreserve für viskositätsbedingte oder durchsatzbedingte Druckverlustvariationen vorgehalten werden muss. Diese fremdgesteuerte (indirekte) Art der Öldruckregelung ist an sich bekannt, wird aber erst durch die erfindungsgemäße Erweiterung mit dem Zusatzölpfad 90kle mit Ventil 90k für das Umsetzen des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar.
  • Als weitere Verfeinerung von 6 zeigt 7 zusätzlich einen Eingriff in den Regeldruck des fremddruckgesteuerten (indirekt gesteuerten) Öldruckventils 2r, bei welchem die Steuerdruckleitung 2rst durch den zusätzlichen Absteuerzweig 2rstz über das Öffnen des Zusatzventils 80 temporär so manipuliert wird, dass dies zu erhöhten Regeldrücken im Hauptölkanal 5hg führt. Im Gegensatz zur Basisauslegung in 6 ist das Ventil 2r so ausgelegt, dass es bei ungestörter Beaufschlagung mit dem Druck aus dem Hauptölkanal 5hg trotz der Drosselstelle 80dr einen stark reduzierten Druck im Hauptölkanal 5hg liefert. Dies kann prinzipiell mit einem weitgehend baugleichen Regelventil 2r erfolgen, bei welchem z.B. die Regelfeder weicher ist oder bei welchem eine gegebenenfalls vorhandene definierte interne Leckage der Steuerleitung 2rst innerhalb des Ventils 2r reduziert wird oder bei welchem die Flächenverhältnisse am Regelkolben angepasst werden.
  • Wahlweise kann, wie in 7a gezeigt, anstelle des Drosselventils 80dr auch ein Überdruckventil 80ud mit einem Öffnungsdruck, der kleiner als der untere Sollregeldruck des Hauptölkanals 5hg ist eingesetzt werden, welches hinter der Verzweigung im Zweig 2rstz positioniert ist. Wird bei einem unteren Regelsolldruck von 1 bar im Hauptölkanal 5hg der Öffnungsdruck des Ventils 80ud im Zweig 2rstz auf beispielweise 0,8 bar gelegt, so führt ein Öffnen des Ventils 80 mittels der Motorsteuerung dazu, dass die Ölpumpe die Fördermenge erhöht, zumindest wenn das Regelventil 2r zuvor im Regelbetrieb war und nun augrund des Öffnens des Ventils 80 geschlossen ist. Das Panikventil 2p stellt dabei sicher, dass ein maximaler oberer Regeldruck nicht überschritten wird.
  • Alternativ kann ebenfalls unter erweiterter Nutzung des Panikventils 2p auch einfach der Steuerdruck 2rst mit dem Ventil 80 unterbrochen werden, um vom niedrigen Basisdruck von beispielsweise 1 bar auf einen erhöhten Öldruck im Hauptölkanal 5hg umzuschalten, dessen Obergrenze dann durch die Pumpencharakteristik und/oder das Panikventil 2p definiert ist. Eine entsprechende Schaltung zeigt 7b.
  • Beim Motorstart ist in 7 und 7a das Ventil 80 zunächst offen bei 7b geschlossen, d.h. das Öldruckregelventil 2r wird bei 7 und 7a aufgrund der Leckage durch die Leitung 2rstz bzw. in 7b durch das Schließen des Ventils 80 nur mit einem reduzierten Steueröldruck beaufschlagt und erhöht somit das Ölfördervolumen zum Motor hin aufgrund des absichtlich abgesenkten Steuersignals 2rst.
  • Obwohl nun im Hauptölkanal 5hg beispielsweise 3,5–5 bar vorliegen, liefert die Öldrucksteuerleitung 2rst in 7 nur beispielsweise 1 bar am Öldruckregelventil 2r. In Verbindung mit der geänderten Öffnungscharakteristik des Öldruckregelventils 2r zu beispielsweise 1 bar Öffnungsdruck am ventilseitigen Anschluss der Steuerleitung 2rst ergibt sich somit ein Regelkreis mit angehobenem Öldruck im Hauptölkanal 5hg. Die Regelgenauigkeit für den angehobenem Druck mit einem Zielwert von beispielsweise 3,5–5 bar im Hauptölkanal 5hg wird nicht zuletzt aufgrund von Viskositätseffekten im Normalfall etwas schlechter sein als bei der Regelung gemäß 6. Dies ist jedoch bei sehr vielen Anwendungen von untergeordneter Bedeutung, speziell wenn der erhöhte Öldruck nur relativ selten benötigt wird. Gegebenenfalls kann das Panikventil 2p auch gröbere Regel-Überschwinger hin zu erhöhtem Öldruck wegdämpfen. 7 hat in diesem Zusammenhang gegenüber 7a und 7b den besonderen Vorteil, dass das Panikventil 2pv nach wie vor primär als Sicherheitsventil arbeitet.
  • Insbesondere mit Blick auf die statistische Häufigkeit, mit welcher der erhöhte Öldruck im täglichen Betrieb und speziell im MVEG benötigt wird, sind die Kompromisse gemäß 7, 7a und 7b – relativ zu einer rein technisch gesehen als erfindungsgemäßes Optimalsystem anzusehenden System mit einer volumenstromgeregelten Ölpumpe mit zwei und mehr Regelsolldrücken einschließlich zylinderkopfseitigem Zusatzpfad 90kle – extrem attraktiv in Bezug auf das Kosten/Nutzenverhältnis, selbst wenn nur die Vorteile bezüglich der Ölpumpenantriebsleistung betrachtet werden.
  • Darüber hinaus ergeben sich – mit und ohne die erfindungsgemäßen Zusatzoptionen bezüglich der temporären Erhöhung des zylinderkopfseitigen Ölvolumenstroms für die Umschaltung zwischen hoher und geringer ölseitiger Wärmeübertragung im Zylinderkopf durch das Zusatzventil 90k – in der Zusammenschau mit den bisherigen Ausführungen der einzelnen erfindungsgemäßen Varianten erhebliche wirtschaftliche Vorteile für die Ölpumpenregelung mit dem Zusatzventil 80, gegebenenfalls einschließlich der Drossel 80dr bzw alternativ des Überdruckventils 80ud und des Absteuerkanals der Drucksteuerleitung 2rstz.
  • Dabei ist klar, dass es in Analogie zu 7, 7a, 7b und in 10 noch eine Reihe anderer Schaltungsvarianten gibt, mit welchen über ein Ventil 80 oder auf anderem Wege der Öldruck in der Steuerleitung 2rst so manipuliert werden kann, dass zwischen einem unteren Basisöldruck und einem erhöhten Öldruck im Hauptölkanal hin- und hergeschaltet werden kann. Gegebenfalls ist sogar eine mehrstufige oder gar stufenlose Manipulation des effektiv am Ventil 2r ankommenden Ölsteuerdrucks relativ zum am Hauptölkanal 5hg an die Steuerleitung 2rst angelegten Drucks mit überschaubaren Kosten realisierbar.
  • Maßgeblich für das erfindungsgemäße Vorgehen ist in diesem Zusammenhang nicht nur die Tatsache, dass eine temporäre Öldruckabsenkung in vielen Betriebspunkten realisierbar ist, sondern die Erkenntnis, dass es entgegen dem aktuellen Entwicklungstrend aus den vielfältigen bereits mehrfach beschriebenen Gründen ein wesentlich besseres Kosten/Nutzenverhältnis liefert, eine praxisbewährte Öldruckregelung mit Ölabsteuerung zu verwenden und so zu manipulieren, dass zumindest zwei Druckniveaus im Hauptölkanal 5hg einstellbar werden.
  • Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Vorgehens zeigt 8 in Verbindung mit einem Ölkühler 3 mit Überdruckbypassventil 3b, welcher mittels der Kühlmittelanschlüsse 20 und 21 im Wärmetausch mit dem Kühlmittel zur Kühlung des Verbrennungsmotors 5 steht. Dieser befindet sich stromab des ölpumpenseitigen Absteuerkreises mit Regelventil 2r und Panikventil 2p und ist bevorzugt mit dem Ölfilter 3 zu einem Modul 34 zusammengefasst. Auch hier hilft das temporäre Aktivieren/Deaktivieren des erfindungsgemäßen Zweigs 90kle mit dem Ventil 90k den Wärmetausch zwischen dem Motoröl und dem Kühlmittel je nach Priorität zu intensivieren oder abzuschwächen. In dieser Ausgestaltung wirkt das Ventil 90k zur Erhöhung des zylinderkopfseitigen Öldurchsatzes doppelt, d.h. am Ölkühler 3 und am Zylinderkopf. Nicht eingezeichnet ist in 8 eine je nach Motor vorgesehene Vorrichtung zur temporären Unterbindung des Wärmetransports vom Kühlmittel zum Ölkühler, wie sie für manche Motoren in der frühen Phase des Warmlaufs vorteilhaft ist, wenn gleichzeitig auch die Kühlmitteldurchströmung des Motors gedrosselt oder ganz unterbunden ist. Derartige Warmlaufstrategien zielen darauf ab, die Zylinderlaufbahnen möglichst schnell auf ein hohes Temperaturniveau zu bringen und erst im späteren Verlauf des Warmlaufs auf eine Wärmezufuhr vom Kühlmittel ans Öl mit Hilfe des Ölkühlers 3 umzuschalten. Eine zu frühe Durchströmung des Ölkühlers 3 mit erwärmtem Kühlmittel aus dem Motor ist bei derartigen Systemen oftmals schädlich für den Kraftstoffverbrauch. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise gemäß 8 ermöglicht im Vergleich hierzu eine bessere Ölerwärmung bei stehendem oder gedrosseltem Kühlwasserstrom innerhalb des Motors, indem die „Ölwärmetauscherwirkung" des Zylinderkopfes mittels Öffnen des Ventils 90k aktiviert wird. Auf diesem Wege kann nicht nur länger mit stehendem/gedrosseltem Kühlmittel gefahren werden, sondern das Öl wird gleichzeitig schneller erwärmt. Hinzu kommen wiederum die übrigen bereits ausführlich beschriebenen Vorteile, insbesondere durch die lokal höheren Öltemperaturen in den Lagern sowie die Möglichkeit der Umschaltung bezüglich maximaler Heizleistung und bestem Kraftstoffverbrauch.
  • Speziell im Hinblick auf die optimale Nutzung des Ölkühlers 3 im Warmlauf ist es besonders vorteilhaft, eine Warmlaufschaltstrategie für das Ventil 90 und/oder den Wärmeübergang im Ölkühler 3 vorzusehen, welche unter Berücksichtigung der potentiellen Ölerwärmung im Motorölkühler 3 bei den momentan gegebenen Enthalpieströmen im Kühlmittel und Öl des Ölkühlers definiert, ob es günstiger ist, die lagerseitige Eigenerwärmung des Öls und die erhöhte ölseitige Wärmezufuhr im Zylinderkopf zu nutzen und für maximalen Kraftstoffverbrauchsvorteil das Ventil 90 zu öffnen, oder hierfür das Ventil 90 geschlossen zu halten und somit den ölseitigen Temperaturhub am Ölkühler 3 zu maximieren, so dass besonders warmes Öl zu den Lagerstellen strömt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, in diese Strategie zusätzlich die momentane Motordrehzahl einfließen zu lassen, da diese das Ausmaß der Eigenerwärmung an den Lagerstellen maßgeblich mitbestimmt. Speziell bei höheren Motordrehzahlen und nur teilerwärmtem Motor ist es in diesem Zusammenhang zum Teil günstiger, das Ventil 90k zu öffnen und die Eigenerwärmung an den Lagerstellen zu maximieren als auf einen maximalen ölseitigen Temperaturhub am Ölkühler bei geschlossenem Ventil 90k zu setzen.
  • Eine derartige Strategie ist ganz besonders dann von besonderer Bedeutung, wenn als Erweiterung von 8, z.B. in Analogie zu 7 mittels eines Ventils 80, gleichzeitig eine ganz besonders vorteilhafte temporäre Absenkung des Öldrucks im Hauptölkanal 5hg erfolgt. Insbesondere stellt sich dann bei dem in Summe resultierenden Öldurchsatz im Warmlauf auch noch bei geöffnetem Ventil 90 sehr oft eine Öltemperatur am Austritt aus dem Ölkühler 3 ein, welche bei kühlmittelseitig aktiviertem Ölkühler – durch das Geschlossenbleiben des Bypassventils 3b und den aufgrund des reduzierten Öldrucks begrenzten Ölgesamtdurchsatz – nahe der Kühlmitteltemperatur liegt und auch trotz gewisser Ölwärmeverluste noch am Hauptölkanal 5hg weitgehend erhalten ist.
  • Zur Verbesserung der Ölkühlerwirkung zeigt 9 eine Weiterentwicklung von 8, bei der die Ölentnahme des Absteuerventils 2r zwischen dem Ölkühler 3 und dem Ölfilter 4 erfolgt. Bei dieser Vorgehensweise wird der Wärmeübergang am Ölkühler aufgrund des erhöhten Öldurchsatzes erheblich verbessert und es werden im Vergleich zur Absteuerung direkt aus dem Hauptölkanal 5hg insbesondere die Druckverluste am Ölfilter 4 bei starker Durchströmung des Ölkühlers 3 und des nachgeschalteten Ölfilters 4 eingespart. Zusätzlich reduzieren sich die Ölwärmeverluste durch die Vermischung am Ölkühler erwärmten und danach abgesteuerten Öls mit dem Öl der Ölwanne. In dieser Konfiguration kommt dem Ölfilterkurzschlusszweig 3b eine besondere Bedeutung bezüglich der Dauerfestigkeit zu, da dieser bei hohen Motordrehzahlen bzw. bei kaltem Öl öfter aktiviert wird als bei konventioneller Position des Ventils 2r direkt an der Ölpumpe.
  • In Analogie zu den spezifischen Ausführungen bezüglich der Variation des zylinderkopfseitigen Öldurchsatzes ausschließlich mittels aktiver Beeinflussung des Drucks im Hauptölkanal 5hg, z.B. in Analogie zu den Ausführungen zu 3, bleiben diese spezifischen Vorteile sowie die spezifischen Vorteile der Ölkühlereinbindung gemäß 9 auch beim Übergang von 9 zu der kostenreduzierten Variante gemäß 10 weitgehend erhalten.
  • Im Gegenzug ist – ausgehend von 9 – zur Maximierung des Potentials bezüglich der Kraftstoffeinsparung und/oder zur Maximierung des Potentials bezüglich der Kabinenheizleistung das System gemäß 11 ganz besonders attraktiv. Dieses System, mit der zusätzlichen Möglichkeit der aktiven Beeinflussung des Öldrucks im Hauptölkanal 5hg mittels des Ventils 80, ist nicht zuletzt deswegen besonders attraktiv, weil es eine besonders effiziente Ölkühlernutzung bei vergleichsweise geringen Ölpumpenantriebsleistungen und Systemkosten liefert und weil es eine sehr breitbandige Variation des zylinderkopf- und ölkühlerseitigen Wärmeübergangs mit und ohne kühlmittelseitige und/oder verbrennungsseitige Wärmemanagementmaßnahmen ermöglicht. Diese Vorteile relativieren die Kosten für die beiden Ventile 80 und 90k insbesondere deshalb, weil sie Freiheitsgrade erschließen, die ohne das Ventil 90k nicht einmal eine wesentlich aufwändigere Volumenstromregelung der Ölpumpe, z.B. mittels Pendelschieberpumpe mit mehrstufigem Regelsolldruck, liefern kann.
  • Die bisherigen Ausführungen gemäß 1 bis 11 zeigen gegebenenfalls das Ventil 90k in einem separaten Verbindungspfad 90kle vom Hauptölkanal 5hg zum Zylinderkopf. Dies hat den besonderen Vorteil, dass mit dessen Öffnung in vielen Betriebspunkten der Druck im Hauptölkanal fällt und somit weniger Öl durch die Hauptlagerstellen strömt. Dieser Effekt senkt zum einen die Ölpumpenleistung, zum andern führt der geringere Öldurchsatz durch die Lager zu einer etwas besseren lokalen Eigenerwärmung des Öls im Lager. Außerdem ist es auf diesem Wege besonders einfach, einen definierten Zusatzölvolumenstrom zu realisieren, losgelöst von der Variation der Lagerspiels der Nockenwellen etc..
  • Unter Verzicht auf diese spezifischen Vorteile ist es aber auch vorteilhaft, die temporäre Erhöhung des zylinderkopfseitigen Öldurchsatzes dadurch darzustellen, dass ein Ventil 90k einen Bypasszweig 90kleB öffnet, welcher parallel zur Blende 5dr liegt. Ausgehend von 1 zeigt 12 ein solches Beispiel.
  • Obwohl die erfindungsgemäße Vorgehensweise durch eine mehrstufig bzw. stufenlos auf verschiedene Öldrücke im Hauptölkanal 5hg regelbare volumenstromgeregelte Ölpumpe mit Blick auf die bisherigen Ausführungen in manchen Betriebssituationen durchaus noch etwas verbessert werden könnte und speziell bei hohen Motordrehzahlen zusätzliche Vorteile bietet, konzentrieren sich sowohl die Beschreibung als auch die Zeichnungen sehr stark auf Ölsysteme mit Öldruckregelung über eine Absteuerung des von der Ölpumpe zu viel geförderten Öls. Dies liegt zum einen an den Kosten, zum anderen aber auch an der Tatsache, dass die erfindungsgemäße Hardware die Zusatroption umfasst, eine Ölpumpe zu verwenden, die im statistischen Mittel des Warmlaufbetriebs deutlich reibleistungsärmer ist als bisher im Pkw verwendete Ölpumpen. In diesem Zusammenhang wird bevorzugt eine Spezialmotorölpumpe für Kraftfahrzeugmotoren verwendet, die speziell im Warmlauf wesentlich weniger Leerlaufverluste, d.h. Verluste, die ohne den Aufbau eines nennenswerten Förderdrucks anfallen, aufweist als bisher bei Pkw übliche Ölpumpen. Hierzu wird sichergestellt, dass sich bei abnehmender Öltemperatur, mittels mindestens zweier unterschiedlicher Werkstoffe für zwei spaltmaßbestimmende Ölpumpeneinzelbauteile oder mittels autarker öltemperaturabhängiger Verstellorgane, mindestens ein hydraulisch bestimmendes Spaltmaß, insbesondere das radiale Spaltmaß der Lauffläche oder der Zähne einer Zahnradpumpe gegenüber dem Gehäuse und/oder das Axialspiel der seitlichen Zahnradlaufflächen gegenüber dem Gehäuse einer Zahnrad- oder Flügelzellenpumpe, autark vergrößert.
  • Besonders effizient ist hier eine Vorgehensweise, die für die Zahnräder einer Zahnradpumpe ein Material verwendet, welches einen deutlich stärkren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Pumpengehäuse, wobei das Kaltspiel im Vergleich zu heutigen Pkw-Zahnradpumpen erheblicht vergrößert ist, und dass bei hohen Öltemperaturen die Spaltmaße so stark abnehmen, dass diese bei hohen Öltemperaturen nach wie vor optimal für einen ausreichenden Öldruckaufbau bis hin zu beispielsweise 150°C Öltemperatur und darüber sind.
  • Bei geeigneter Materialwahl ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn das Axialspiel der Zahnräder relativ zum Gehäuse bei einer Pumpenbauteiltemperatur von 20°C einem Wert von 0,15 mm und mehr im Neuzustand beträgt, so dass bei relativ kaltem Öl die pumpeninterne Reibleistung möglichst klein ausfällt. Die hierdurch induzierten Sekundärströmungen fallen angesichts der hier noch relativ hohen Ölviskosität durchaus moderat aus und stellen in der Regel ohnehin kein Problem bezüglich des Ölpumpenförderdrucks dar, da eine Pumpe mit engerem Spaltmaß bei noch relativ kaltem Öl ohnehin abregeln würde. Bei konventioneller Materialpaarung wäre ein derartiges Spaltmaß bereits deutlich über den Werten, die üblicherweise als Verschleißgrenze angesehen werden und würde bei sehr warmem Öl zu Problemen mit dem Öldruck führen.
  • In Analogie zum Axialspiel ist es ebenfalls besonders vorteilhaft, wenn das Radialspiel der Zahnräder und/oder das Radialspiel der Außenlauffläche eines Laufrades einer Innenzahnradpumpe relativ zum Gehäuse bei einer Pumpenbauteiltemperatur von 20°C mehr als 0,20 mm im Neuzustand beträgt. Auch dieser Wert liegt relativ zu Pkw-typischen Motorölpumpen oberhalb der Verschleißgrenze.
  • Für heutige PKW-Ölpumpen werden i.a. Aluminium-Gehäuse verwendet, für die Zahnräder Stahl. Diese Materialpaarung macht genau das Gegenteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, da Aluminium einen deutlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist als Stahl. Ein Gehäuse aus Grauguss ist in diesem Zusammenhang schon eine Verbesserung, da Grauguss einen etwas kleineren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der Stahl der Zahnräder. Die Auswahl von Spezialstählen mit erhöhter Wärmeausdehnung für die Zahnräder ist in diesem Zusammenhang ebenso als vorteilhafte Maßnahme denkbar wie die Verwendung anderer Metalle für die Zahnräder, z.B. die Verwendung von gehärtetem oder eloxiertem Aluminium.
  • Mit weniger Entwicklungsaufwand behaftet dürfte es in diesem Zusammenhang sein, das Gehäuse oder zumindest spaltmaßbestimmende Teile davon aus keramischen Werkstoffen mit besonders kleiner Wärmedehnung auszugestalten.
  • Eine weitere besonders einfache Möglichkeit mit begrenztem Entwicklungsaufwand stellt der Aufbau des Ölpumpengehäuses in Sandwichbauweise dar, wobei der Bereich, welcher letztlich die radialseitige Umfassung 200 der Zahnräder darstellt aus einem Werkstoff mit geringer Wärmedehnung dargestellt wird, gegen welche von beiden Seitenplatten 201 aus Aluminium oder besser noch aus Stahl gespannt werden. Diese Vorgehensweise liefert eine axialseitige und mit gewissen Einschränkungen auch eine radialseitige Optimierung der Leerlaufverluste bei kaltem und teilerwärmtem Motoröl, wobei die Materialpaarungen der Zahnräder, der seitlichen Anlageflächen sowie gegebenenfalls der Lagerachsen im Gehäuse nicht neu erprobt werden müssen. Noch besser ist es, wenn auch die Seitenplatten 201 die gleiche Wärmedehnung aufweisen wie die stirnseitige Umfassung 200, da sich hiermit auch die radialen Spaltmaße der Zahnräder im Zahneingriff anpassen und sich zusätzlich die Gehäuseabdichtung nach außen aufgrund gleicher Längendehnung der Bauteile 200 und 201 vereinfacht.
  • Alternativ lassen sich zur thermischen Spaltmaßanpassung aber auch mit überschaubarem Aufwand bewegliche Teile für die Stirn- und/oder Seitenflächen des Ölpumpengehäuses verwenden, mit durch die Öltemperatur beaufschlagten autarken Aktuatoren, insbesondere mit thermostatischen Stellgliedern oder einfach mit besonders langen Metallbauteilen, welche eine angepasste thermischer Dehnung aufweisen.
  • Eine mit der erfindungsgemäßen Veränderung der Spaltmaße ausgestaltete Ölpumpe wird bei kaltem Öl aufgrund des größeren Spiels bzw der größeren Spaltmaße – und damit letztlich aufgrund der geringeren Gradienten der Geschwindigkeitsgrenzschichten in den reibungsbestimmenden Spaltströmungen – eine erheblich reduzierte Leerlaufleistung aufweisen. In Verbindung mit der geringen Leerlaufleistung und dem ohnehin abgesenkten Öldruck resultieren letztlich im kalten und im teilerwärmten Zustand des Öls erhebliche Einsparungen bezüglich der Ölpumpenantriebsleistung. Im Vergleich zu Spaltmaßpumpen oder Pendelschieberpumpen ohne diese erfindungsgemäße Maßnahme lässt sich auf diesem Weg soviel Leerlaufreibleistung sparen, dass der Unterschied aufgrund der hydraulisch aufzubringenden Leistung für den abgesteuerten Ölvolumenstrom, insbesondere im erfindungsgemäßen Betrieb bei in vielen Betriebszuständen abgesenkten Regeldrücken, kaum mehr eine Rolle spielt.
  • Nicht zuletzt vor diesem Hintergrund einer besonders kleinen Leerlaufleistung wird für die erfindungsgemäße Öldruckregelung bevorzugt eine Motorölpumpe verwendet, welche keine volumenstromgeregelte Ölpumpe ist und für die Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung des maximalen Schmieröldurchsatzes/Schmieröldrucks auf ein Überdruck-Regelventil 2r oder ein Überduckventil 2r mit Steuerleitung 2rst zurückgegriffen.
  • Es wurde bereits mehrfach darauf hingewiesen, dass speziell die vielseitigen Nutzungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Bauteile letztlich dazu führen, dass die Kosten für Zusatzbauteile wie zusätzliche Leitungen und Ventile bzw. sogar volumenstromgeregelte Ölpumpen so viele Vorteile bringen, dass die Anwendung zur Kraftstoffeinsparung und/oder Verbesserung der Kabinenbeheizung auch beim heutigen Kostendruck bei Grosserienfahrzeugen realisierbar wird. Speziell die Möglichkeit, die Heizleistung mit der Absenkung Öldurchströmung des Zylinderkopfes und der Ölspritzdüsen zur Kolbenkühlung zu verbessern, liefert bei Fahrzeugen mit Dieselmotoren oder Ottomotoren mit Verbrennung bei Luftüberschuss, insbesondere in Verbindung mit Wärmemanagementmaßnahmen, Hochleistungskabinenwärmetauschern und gegebenenfalls auch heizleistungsorientierten Maßnahmen an der Motorsteuerung, in manchen Fällen den entscheidenden Beitrag, dass teure Zuheizmaßnahmen entfallen können.
  • Dies ist bei heutigen Dieselfahrzeugen sehr wichtig für die Kostensenkung, was beim Dieselfahrzeug an der weiten Verbreitung von teuren Zuheizern unmittelbar ersichtlich ist. Aber gerade auch bei zukünftigen Fahrzeugen mit Ottomotoren, welche bei geschichtetem Betrieb ebenfalls grenzwertig bezüglich des Kabinenheizpotentials werden, ergeben sich ganz analoge Vorteile zum heutigen Diesel. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bietet hier bei Ottomotoren den ganz besonderen Vorteil, dass gegebenenfalls früher vom stöchiometrischen auf den kraftstoffsparenden geschichteten Betrieb der Verbrennung umgeschaltet werden kann bzw. dass ohne stöchiometrischen Betrieb nicht teure und kraftstoffverbrauchserhöhende Zuheizer analog zum heutigen Diesel erforderlich werden.
  • Dabei ist es ein ausgesprochener Vorteil, wenn kein Bauraum mehr für Zuheizer, insbesondere mechanische, elektrische oder kraftstoffbeheizte Zuheizer, und die zugehörigen Komponenten freigehalten werden muss. In den meisten Fällen kommt bei heutigen Grosserienfahrzeugen mit Dieselmotor ein elektrischer luftseitiger PTC-Zuheizer zum Einsatz, so dass neben dem Zuheizer selbst auch dicke elektrische Leistungs-Kabel sowie Schalt-Relais und Ansteuerkabel erforderlich sind.
  • Zusätzlich ist ein erhöhter logistischer Aufwand für Fahrzeuge mit Otto- und Dieselmotoren erforderlich, da i.a. Fahrzeuge mit Otto- und Dieselmotor angeboten werden, und somit aus Kostengründen – je nach Motor und z.T. auch je nach Markt – Heizgeräte mit und ohne PTC-Zuheizer verbaut werden.
  • Selbst wenn Zuheizer bei einigen Fahrzeugmarken nur in einigen lokalen Märkten verbaut werden, ist dieser Bauraum letztlich verloren, ganz zu schweigen von den Kosten bei den Fahrzeugen bei denen der Zuheizer standardmäßig in der Basisausstattung enthalten ist. Vor diesem Hintergrund ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise hochattraktiv. Insbesondere das erfindungsgemäße Absenken des zylinderkopfseitigen Öldurchsatzes und/oder des Öldrucks im Hauptölkanal liefern hier einen wichtigen, bisher nicht genutzten, Teil-Beitrag für die Kabinenbeheizung.
  • Um im Verlauf des Warmlaufs bzw. bei Abregeln der Heizung durch den Fahrer oder die Klimaautomatik das volle Kraftstoffeinsparpotential zu nutzen, ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn ein Steuerparameter in der Motorsteuerung und/oder im Steuergerät des Heiz-/Klima-Geräts in Abhängigkeit vom Kabinenheizpotential umschaltet, zwischen einer ersten Betriebsart mit reduziertem Öldruck für Heizzwecke und einer zweiten Betriebsart mit erhöhtem Öldruck für die Verbesserung des Wärmeübergangs ins Öl zum Zwecke der Kraftstoffeinsparung. Dabei wird die zweite Betriebsart bevorzugt bei Annäherung der Kühlmitteltemperatur an einen Mindestwert gewählt wird, der für die Heizung ausreicht bzw. bei welchem die Reibleistung an der Zylinderlaufbahn bereits durch die Eigenerwärmung des Motors so hoch ist, dass ein erhöhter Wärmeeintrag ins Öl wünschenswert ist. Dies ist i.a. spätestens dann der Fall, wenn die Motor- bzw. die Kühlmitteltemperatur knapp unter der Öffnungstemperatur des Kühlerzweigs, d.h. insbesondere knapp unter der Thermostatöffnungstemperatur, liegt.

Claims (35)

  1. Verfahren zur Druck- und Durchflussregelung eines Schmierölkreislaufes einer Verbrennungskraftmaschine in Kraftfahrzeugen, mit einem von einer Schmierölpumpe 2 mit Motorschmieröl gespeisten Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine 5, von welchem aus die zylinderblockseitigen Hauptschmierstellen 5h1, insbesondere des Kurbeltriebs einschließlich der Pleuellager und gegebenenfalls der Ausgleichswellen und Kolbenspritzdüsen, mit Öl versorgt werden und von welchem aus mindestens eine Ölversorgungsleitung 5vtr die Schmier- und Lagerstellen des Zylinderkopfes mit Öl versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierölkreislauf eine Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung des maximalen Schmieröldurchsatzes in den Zweigen 5hl und 5vtr und/oder des Schmieröldrucks zwischen der Hochdruckseite der Schmierölpumpe 2 und einschließlich dem Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine aufweist und mit dieser oder mit einer Zusatz-Ölkreis-Regelvorrichtung • temporär den Öltransport zum Zylinderkopf erhöht, um den Wärmeeintrag ins Motoröl zu erhöhen und den Wärmeeintrag ins Kühlmittel zu reduzieren und/oder • zur Erhöhung der Kabinenheizwirkung den Öltransport zum Zylinderkopf temporär in Richtung einer Mindestölfördermenge für die sichere Motorschmierung reduziert, um den Wärmeeintrag ins Motoröl zu reduzieren und den Wärmeeintrag ins Kühlmittel zu erhöhen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierölkreislauf eine Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung des maximalen Schmieröldurchsatzes in den Zweigen 5hl und 5vtr und/oder des Schmieröldrucks zwischen der Hochdruckseite der Schmierölpumpe 2 und einschließlich dem Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine aufweist und eine Zusatz-Ölkreis-Regelvorrichtung welche, insbesondere mit Stell- oder Regelorgan(en) 90k und/oder 90g und/oder 80 und den zugehörigen Zusatzleitungen 90kle/90kleB und/oder 90gle und/oder 2rstz, temporär einen Zusatzöltransport zum Zylinderkopf sicherstellt.
  3. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzöltransport zum Zylinderkopf primär durch die für die Lager- und Schmierstellen des Zylinderkopfes, insbesondere die Lager- und Schmierstellen des Ventiltriebs, erforderlichen Ölversorgungskanäle mit Zuleitung 5vtr erfolgt, wobei insbesondere ein Ventil 90k einen Ölpfad 90kleB öffnet, der das Zusatzöl der Leitung 5vtr hinter einer Drosselstelle 5dr zuführt.
  4. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzöltransport zum Zylinderkopf nicht primär durch die für die Lager- und Schmierstellen des Zylinderkopfes erforderlichen Ölversorgungskanäle erfolgt, sondern durch mindestens einen Zusatzkanal 90kle mit oder ohne eigene Schmierfunktion, welcher insbesondere so angeordnet ist, dass er beim Einströmen in den Zylinderkopfbereich mittels Verspritzen und/oder durch Abströmen von einer erhöhten Position im Zylinderkopf unter Schwerkrafteinfluss eine gute Benetzung und Kühlung des Zylinderkopfes erzielt.
  5. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Druckventils im Zusatzölpfad 90kle/90kleb, welches erst ab einem Mindestdruck öffnet, sichergestellt wird, dass der Öldruck im Hauptölkanal 5hg nicht aufgrund des Zusatzölpfades unter einen Mindestwert abfallen kann.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierölkreislauf eine von der Motorsteuerung verstellbare Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung des maximalen Schmieröldurchsatzes in den Zweigen 5hl und 5vtr und/oder des Schmieröldrucks zwischen der Hochdruckseite der Schmierölpumpe 2 und einschließlich dem Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine aufweist, welche den temporären Zusatzöltransport zum Zylinderkopf dadurch sicherstellt, dass die Motorsteuerung die Ölfördermenge und damit den Ölpumpenförderdruck im Hauptölkanal 5hg temporär unter Inkaufnahme einer erhöhten Ölpumpenverlustleistung auf höhere Werte einstellt, als es die Motorschmierung erfordert.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung zumindest bis zu mittleren Motordrehzahlen einen möglichst niedrigen Öldruck einstellt und gleichzeitig ein Zusatzventil 90k die temporäre Erhöhung des Öltransports zum Zylinderkopf vornimmt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der temporäre Zusatzöltransport zum Zylinderkopf im Warmlauf einer Verbrennungskraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, insbesondere mit einem Wasser/Glycol-Gemisch als Kühlmittel, nur dann erfolgt, wenn es die Erfordernisse der Kabinenheizung zulassen und insbesondere, wenn die Kontroll- oder Regelvorrichtung der Kabinenbeheizung ein entsprechendes Freigabesignal an die Motorsteuerung weiterleitet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der temporäre Zusatzöltransport zum Zylinderkopf an einer Verbrennungskraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung gleichzeitig mit kraftstoffverbrauchsmindernden Wärmemanagementmaßnahmen zur Anhebung der motorseitigen Kühlmittel- und Bauteiltemperaturen erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion des Öltransports zum Zylinderkopf an einer Verbrennungskraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung gleichzeitig mit kabinenheizleistungssteigernden Wärmemanagementmaßnahmen zur Anhebung der Motorkühlmittelaustrittstemperatur erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmemanagementmaßnahmen zur Anhebung der motorseitigen Kühlmittel- und Bauteiltemperaturen durch eine Erhöhung der Thermostatöffnungstemperatur des Fahrzeugkühlers und/oder eine Reduktion des Kühlmitteldurchsatzes durch den Motor und/oder eine Ansaugluftvorwärmung der Frischluft und/oder eine Erhöhung der Abgasrückführrate und/oder bei Verbrennung mit Luftüberschuss über eine Absenkung des Luftmassenstroms dargestellt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass im Warmlauf und/oder im betriebswarmen Zustand in der Teillast temporär mit unterbundenem oder abgesenktem Kühlmitteldurchsatz durch die Verbrennungskraftmaschine gearbeitet wird und der temporäre Zusatzöltransport zum Zylinderkopf trotz der angehobenen Bauteil- und Kühlmitteltemperaturen sicherstellt, dass die lokalen Bauteiltemperaturen im Kopf und/oder die lokale Kühlmitteltemperatur und/oder der Kühlmittelsystemdruck die zulässigen Grenzwerte nicht überschreiten.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass der temporäre Zusatzöltransport zum Zylinderkopf dazu verwendet wird, die Erwärmung des Motoröls zu beschleunigen und insbesondere, dass im Warmlauf und/oder im betriebswarmen Zustand in der Teillast gleichzeitig mit vorübergehend unterbundenem oder abgesenktem Kühlmitteldurchsatz durch die Verbrennungskraffmaschine ein zusätzlicher Wärmetransport zum Motoröl herbeigeführt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass der temporäre Zusatzöltransport zum Zylinderkopf mittels eines separaten Strömungspfades 90kle/90kleB erfolgt, welcher beim Öffnen mittels des Steuer- oder Regelorgans 90k dafür sorgt, dass der Öldurchsatz durch die Leitungen 5vtr zum Zylinderkopf und/oder 5hl zu den Hauptlagerstellen des Zylinderblocks in Phasen mit einem reduzierbarem Öldruck in der Hauptölversorgungsleitung 5hg absinkt und insbesondere die Motorölversorgung in Richtung eines Mindestöldurchsatzes durch die Leitungen 5vtr und 5hl oder eines Mindestöldruckes in der Hauptversorgungsleitung 5hg verschiebt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überwachungsvorrichtung, insbesondere über ein von der Motorsteuerung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und/oder der Motoröltemperatur aktiviertes/deaktiviertes Ventil 90k, sichergestellt wird, dass der Gesamt-Öltransport zum Zylinderkopf bei hoher Motordrehzahl einen zulässigen Wert nicht überschreitet.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überwachungsvorrichtung, insbesondere über ein von der Motorsteuerung aktiviertes/deaktiviertes Ventil 90k, sichergestellt wird, dass der Öltransport zum Zylinderkopf über die Zusatzleitung 90kle/90kleB bei hoher Motoröltemperatur einen zulässigen Wert nicht überschreitet und somit der Öldruck für die Leitungen 5vtr und/oder 5hl einen Mindestwert unterschreitet.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck im Hauptölkanal 5hg mittels der Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung in einer ersten Betriebsart mit einem Überschuss an Ölpumpenförderpotential auf einen ersten oberen Öldruckgrenzwert, insbesondere auf einen Öldruck von 3–5 bar, begrenzt wird und wobei gleichzeitig die Öffnung des Zusatzölkanals 90kle/90kleB unterbunden ist und dass der Öldruck im Hauptölkanal 5hg in einer zweiten Betriebsart mit einem Überschuss an Ölpumpenförderpotential mittels der Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung auf einen reduzierten Öldruck, insbesondere auf weniger als 50% des ersten oberen Öldruckgrenzwertes, eingestellt wird wobei zumindest temporär eine Öffnung des Zusatzölkanals 90kle/90kleB erfolgt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–17, dadurch gekennzeichnet, dass beim Motorstart und/oder bei mittleren bis hohen Motordrehzahlen, insbesondere oberhalb von Motordrehzahlen von 3500 1/min, und/oder bei geringen Öltemperaturen, insbesondere bei Öltemperaturen unter 0°C, und/oder bei sehr hohen Öltemperaturen, insbesondere bei Öltemperaturen über 120°C, eine Betriebsart ohne Zusatzöltransport zum Zylinderkopf gewählt wird, und insbesondere, dass hier das Ventil 90k geschlossen ist und bei einem Betrieb gemäß Anspruch 17 die erste Betriebsart gewählt wird.
  19. Vorrichtung zur Druck- und Durchflussregelung eines Schmierölkreislaufes einer Verbrennungskraftmaschine in Kraftfahrzeugen, mit einem von einer Schmierölpumpe 2 mit Motorschmieröl gespeisten Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine 5, von welchem aus die zylinderblockseitigen Hauptschmierstellen 5hl, insbesondere des Kurbeltriebs einschließlich der Pleuellager und gegebenenfalls der Ausgleichswellen und Kolbenspritzdüsen, mit Öl versorgt werden und von welchem aus mindestens eine Ölversorgungsleitung 5vtr die Schmier- und Lagerstellen des Zylinderkopfes mit Öl versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierölkreislauf eine Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung des maximalen Schmieröldurchsatzes in den Zweigen 5hl und 5vtr und/oder des Schmieröldrucks zwischen der Hochdruckseite der Schmierölpumpe 2 und einschließlich dem Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine aufweist und mit einer Zusatz-Ölkreis-Regelvorrichtung, insbesondere mit Zusatzventilen 90k und/oder 90g und/oder 80 mit den zugehörigen Zusatzleitungen 90kle/90kleB, 90gle und 2rstz, • temporär den Öltransport zum Zylinderkopf erhöht, um den Wärmeeintrag ins Motoröl zu erhöhen und den Wärmeeintrag ins Kühlmittel zu reduzieren und/oder • zur Erhöhung der Kabinenheizwirkung den Öltransport zum Zylinderkopf temporär in Richtung einer Mindestölfördermenge für die sichere Motorschmierung reduziert, um den Wärmeeintrag ins Motoröl zu reduzieren und den Wärmeeintrag ins Kühlmittel zu erhöhen.
  20. Motorschmier- und Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1–19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Motorteillast eine erste von der Motorsteuerung beeinflussbare Vorrichtung die kühlmittelseitige Wärmeabfuhr aus dem Motor reduziert und/oder den brennraumseitigen Wärmeeintrag erhöht und dass gleichzeitig eine zweite, bevorzugt ebenfalls von der Motorsteuerung beeinflussbare, Vorrichtung, die bevorzugt als Zusatz-Ölkreis-Regelvorrichtung zur Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung ausgebildet ist, einen zusätzlichen Öltransport zum Zylinderkopf einstellt, und insbesondere, dass damit die Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler zugunsten einer besseren Ölerwärmung reduziert oder verhindert wird.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatz-Ölkreis-Regelvorrichtung verwendet wird und einen eigenen Verbindungspfad 90kle aufweist, der im Ölströmungspfad stromab des Stell- oder Regelorgans 90k ohne Durchströmung der Zylinderkopf-Hauptversorgungsleitung(en) 5vtr in den Zylinderkopf führt.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Zusatzöls über den Pfad 90kle in den Zylinderkopf über eigene Ölspritzdüsen erfolgt, welche insbesondere abgesehen vom Durchflussbereich die gleiche Bauart aufweisen wie Ölspritzdüsen, die bei Pkw-Motoren für die Kolbenkühlung verwendet werden, und einen Mindestöffnungsdruck des Öls benötigen.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatz-Ölkreis-Regelvorrichtung verwendet wird, welche durch einen Bypass-Verbindungspfad 90kleB ausgebildet ist, der einen Bypassstrom zur Umgehung einer Drosselstelle 5dr in der Zylinderkopf-Hauptversorgungsleitung 5vtr öffnet und stromab des Stell- oder Regelorgans 90k über die Hauptversorgungsleitung(en) 5vtr der Zylinderkopfschmierstellen in den Zylinderkopf führt.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–23, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Stell- oder Regelorgan 90k und/oder ein optionales zweites zusätzliches Stellorgan 90g oder 80 zum Einsatz kommt und nicht von der Motorsteuerung angesteuert wird, sondern mittels motoröldruckbetätigter und/oder thermostatisch betätigter Ventile, welche als Einzelventil oder insbesondere durch die Kombination von zwei und mehr Ventilen zumindest einzelne Betriebsbereiche autark einstellen.
  25. Vorrichtung zur Druck- und Durchflussregelung eines Schmierölkreislaufes einer Verbrennungskraftmaschine in Kraftfahrzeugen, insbesondere Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–24, mit einem von einer Schmierölpumpe 2 mit Motorschmieröl gespeisten Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine 5, von welchem aus die Hauptlagerstellen 5hl, insbesondere des Kurbeltriebs einschließlich der Pleuellager und gegebenenfalls der Ausgleichswellen und Ölspritzdüsen, mit Öl versorgt werden und von welchem aus mindestens eine Ölversorgungsleitung 5vtr die Schmier- und Lagerstellen des Zylinderkopfes mit Öl versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass • eine Druckregelung des Motoröls im Hauptölkanal 5hg mittels Absteuerung des überschüssigen Öls an einer Position stromauf des zwischen Ölpumpenhochdruckseite und Hauptölkanal 5hg angeordneten Ölfilters 4 in den Niederdruckbereich des Ölsystems, insbesondere zur Ölwanne oder direkt zum Pumpeneintritt, erfolgt, indem • ein fremddruckgesteuertes Öldruckregelventil 2r ebenfalls stromauf des Ölfilters angeordnet ist und mittels einer Öldrucksteuerleitung 2rst mit Druckentnahme stromab des Ölfilters 4, insbesondere aus dem Hauptölkanal 5hg, als Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung dient und einen unteren Basisdruck einstellt, der primär für geringe bis mittlere Motordrehzahlen und Betrieb bei bereits taufendem Motor mit teilerwärmtem Öl vorgesehen ist, und • dass der Druck-Regelbereich der Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung mittels eines von der Motorsteuerung angesteuerten Zusatzventils 80 mit Rückwirkung auf die Öldrucksteuerleitung 2rst, bei erhöhtem Öldruckbedarf zu höheren Öldrücken im Hauptölkanal 5hg verschoben wird, und insbesondere dass dies mittels der Öffnung eines Absteuerventils 80 in Verbindung mit einer Zusatzblende 80dr erfolgt, welche einen Druckabfall an der Öldrucksteuerleitung 2rst induziert.
  26. Vorrichtung zur Druck- und Durchflussregelung eines Schmierölkreislaufes einer Verbrennungskraftmaschine in Kraftfahrzeugen, insbesondere Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–24, mit einem von einer Schmierölpumpe 2 mit Motorschmieröl gespeisten Hauptölkanal 5hg der Verbrennungskraftmaschine 5, von welchem aus die Hauptlagerstellen 5hl, insbesondere des Kurbeltriebs einschließlich der Pleuellager und gegebenenfalls der Ausgleichswellen und Ölspritzdüsen, mit Öl versorgt werden und von weichem aus mindestens eine Ölversorgungsleitung 5vtr die Schmier- und Lagerstellen des Zylinderkopfes mit Öl versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass • eine Druckregelung des Motoröls im Hauptölkanal 5hg mittels Absteuerung des überschüssigen Öls, insbesondere zur Ölwanne oder direkt zum Pumpeneintritt erfolgt, indem • ein autarkes Öldruckregelventil 2r einen ersten Regeldruck auf angehobenem Niveau sicherstellt und • ein von der Motorsteuerung betätigtes Ventil 90g ein zweites autarkes Öldruckventil 90r frei schaltet, welches auf einem im Vergleich zum Regelventil 2r reduzierten Öldruck arbeitet, so dass beim Öffnen des Ventils 90g der Öldruck im Hauptölkanal 5hg abgesenkt ist.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–26, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung temporär einen reduzierten Öldruck im Hauptölkanal 5hg einstellt und gleichzeitig mittels des Zusatzölkanals 90kle/90kleB das Verhältnis des Gesamtöldurchsatzes durch die Leitungen 5vtr und 90kle im Zylinderkopfbereich relativ zum Öldurchsatz in den zylinderblockseitigen Leitungen 5hl erhöht.
  28. Motorölpumpe für Kraftfahrzeuge, insbesondere Motorölpumpe für eines der Verfahren oder eine der Vorrichtungen für Pkw-Motoren nach einem der Ansprüche 1–27, dadurch gekennzeichnet, dass diese bei abnehmender Öltemperatur, mittels mindestens zweier unterschiedlicher Werkstoffe für zwei spaltmaßbestimmende Ölpumpeneinzelbauteile oder mittels autarker öltemperaturabhängiger Verstellorgane, mindestens ein hydraulisch bestimmendes Spaltmaß, insbesondere das radiale Spaltmaß der Lauffläche oder der Zähne einer Zahnradpumpe gegenüber dem Gehäuse und/oder das Axialspiel der seitlichen Pumpenradlaufflächen gegenüber dem Gehäuse, insbesondere einer Zahnrad-, Pendelschieber- oder Flügelzellenpumpe, autark vergrößert.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölpumpengehäuse oder spaltmaßbestimmende Teile davon nicht aus Aluminium, Grauguss, Stahl oder Magnesium sind und insbesondere, dass das Gehäuse oder spaltmaßbestimmende Teile davon aus einer Keramik oder einem Kunststoff aufgebaut ist, welche(r) eine wesentlich kleinere Längenausdehnung aufweist als das Material der Ölpumpenlaufräder.
  30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–29, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialspiel der Ölpumpenlaufräder, insbesondere der Zahnräder einer Zahnradpumpe, relativ zum Gehäuse bei einer Pumpenbauteiltemperatur von 20°C mehr als 0,15 mm im Neuzustand beträgt.
  31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–29, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialspiel der Zahnräder und/oder das Radialspiel der Außenlauffläche eines Laufrades einer Innenzahnradpumpe relativ zum Gehäuse bei einer Pumpenbauteiltemperatur von 20°C mehr als 0,20 mm im Neuzustand beträgt.
  32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–31, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorölpumpe 2 keine volumenstromgeregelte Ölpumpe ist und insbesondere, dass die Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung zur Regelung und/oder Begrenzung des Schmieröldurchsatzes/Schmieröldrucks auf einem direkten Überdruck-Regelventil 2r oder einem indirekten Überduckventil 2r mit Steuerleitung 2rst basiert.
  33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–32, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Ölkreis-Regelvorrichtung für die Regelung und/oder Begrenzung des Schmieröldurchsatzes/Schmieröldrucks den zur Druckanpassung abzusteuernden Ölvolumenstrom in der Hauptölversorgungsleitung 5hg stromab eines kühlmittelgekühlten Motorölkühlers 3 entnimmt und unter Umgehung der Ölwanne 8 im Nahbereich des Motorölpumpeneintritts zurückführt.
  34. Großserien-Pkw mit Verbrennungskraftmaschine mit Verbrennung des Kraftstoffs bei Luftüberschuss, insbesondere Großserien-Pkw mit einem Dieselmotor, welche Kolbenspritzdüsen zur Kolbenkühlung aufweist, die erst bei einem Mindestöldruck öffnen, und mit einer Kabinenheizung durch das Kühlmittel zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Großserien-Pkw mit Maßnahmen nach einem der Patentansprüche 1–33, dadurch gekennzeichnet, dass • weltweit alle baugleichen PKW, bei der jeweiligen Variante mit jeweils der gleichen Verbrennungskraftmaschine, in der Basisausstattung keine durch erkennbare Zusatzbauteile eingebaute Zuheizmaßnahme zur Verbesserung der Kabinenheizung, insbesondere keinen mechanischen, elektrischen oder kraftstoffbetriebenen Zuheizer, aufweisen und • eine Ölkreis-Regelvorrichtung mit externem Regeleingriff, welcher bevorzugt durch die Motorsteuerung erfolgt, • welche beim Fahrzeugstart zunächst für kurze Zeit einen oberen Grenzwert des Regeldrucks im Hauptölkanal 5hg einstellt, welcher oberhalb des Öffnungsdrucks der Kolbenspritzdüsen liegt und • welche anschließend bereits in der frühen Warmlaufphase und im weiteren Verlauf des Warmlaufs mit Kabinenheizbetrieb, insbesondere vor dem Abregeln der Kabinenheizung, in der unteren Motorteillast und im unteren Drehzahlbereich den Öldruck im Hauptölkanal 5hg mittels der Motorsteuerung auf einen unteren Grenzwert absenkt, der kleiner ist als der Öffnungsdruck der Ölspritzdüsen und • welche insbesondere von der Motorsteuerung oder einem autarken Stellglied jederzeit, beispielsweise bei Erhöhung der Motordrehzahl, wieder auf die obere Grenze des Regel-Öldrucks im Hauptölkanal 5hg angehoben werden kann.
  35. PKW nach einem der Ansprüche 1–34, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Steuerparameter in der Motorsteuerung und/oder im Steuergerät des Heiz-/Klima-Geräts aufweist, welcher in Abhängigkeit vom Kabinenheizpotential umschaltet zwischen einer ersten Betriebsart mit reduziertem Öldruck für Heizzwecke und einer zweiten Betriebsart mit erhöhtem Öldruck für die Verbesserung des Wärmeübergangs ins Öl zum Zwecke der Kraftstoffeinsparung, wobei die zweite Betriebsart bevorzugt bei Annäherung der Kühlmitteltemperatur an einen Mindestwert gewählt wird, der für die Heizung ausreicht und/oder der knapp unter der Öffnungstemperatur des Kühlerzweigs liegt.
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