DE102007021237A1

DE102007021237A1 - Brennkraftmaschine mit mehreren schmiermittelversorgten Zylinderköpfen sowie Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007021237A1
Application number: DE102007021237A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Schindler; Stephan Loistl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-13
Also published as: EP1990509B1; DE502008000196D1; EP1990509A1

Abstract

Brennkraftmaschine, umfassend mehrere Zylinderbänke mit jeweils einem Zylinderkopf sowie einen Schmiermittelkreislauf zur Schmiermittelversorgung der Zylinderköpfe, wobei ein Schmiermittelverbindungskanal zwischen den Zylinderköpfen und eine im Schmiermittelverbindungskanal wirksame Pumpe zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf zu einem anderen Zylinderkopf vorgesehen sind, sowie Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer derartigen Brennkraftmaschine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine umfassend mehrere Zylinderbänke mit jeweils einem Zylinderkopf sowie einen Schmiermittelkreislauf zur Schmiermittelversorgung der Zylinderköpfe. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer Brennkraftmaschine.
Derartige Brennkraftmaschinen werden oft in Fahrzeugen in Fahrzeuglängsrichtung eingebaut und unterliegend dann bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs einer Querbeschleunigung mit der Folge dass, indem vom kurveninneren Zylinder ungewollt Schmiermittel in einen Schmiermittelsumpf abfließt, ein kurveninnerer Zylinderkopf nicht ausreichend und ein kurvenäußerer Zylinderkopf fliehkraftbedingt übermäßig mit Schmiermittel versorgt wird. Im Extremfall kann der kurveninnere Zylinderkopf trocken laufen, ein einwandfreier Betrieb der Brennkraftmaschine ist nicht mehr möglich und/oder die Brennkraftmaschine unterliegt einem verstärkten Verschleiß.
Um einer wie beschriebenen ungleichmäßigen Schmiermittelverteilung in den Zylinderköpfen, insbesondere einer unzureichenden Schmiermittelversorgung des kurveninneren Zylinderkopfes entgegenzuwirken, ist es bekannt, aus einem übermäßig schmiermittelgefüllten Zylinderkopf Schmiermittel abzusaugen und in einen sich üblicherweise am Boden des Brennkraftmaschinenkurbelgehäuses befindlichen Schmiermittelsumpf zu pumpen. Dabei wird pro Zylinderkopf eine Pumpe oder eine geringere Anzahl von Pumpen zusammen mit Umschaltventil(en) verwendet.
Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus EP 0 691 458 A1 bekannt. Als nachteilig hat sich jedoch erwiesen, dass Pump(en) und gegebenenfalls Umschaltventil(e) ein erhöhtes Gewicht der Brennkraftmaschine bedingen, kostenintensiv sind und einen großen Bauraum beanspruchen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der einer ungleichmäßigen Schmiermittelverteilung in den Zylinderköpfen entgegengewirkt werden kann und gleichzeitig ein erhöhtes Brennkraftmaschinengewicht, sowie kostenintensive und raumbeanspruchende Bauteile zu vermeiden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei gemäß der zugrunde liegenden Idee ein Schmiermittelverbindungskanal zwischen den Zylinderköpfen vorgesehen ist und im Schmiermittelverbindungskanal eine Pumpe zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf zu einem anderen Zylinderkopf wirksam ist. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann gegenüber bekannten Anordnungen wenigstens eine Pumpe bzw. ein Umschaltventil eingespart werden, wodurch sich Kosten, Bauraum und Gewicht deutlich reduzieren. Darüber hinaus kann – falls Bauteile beispielsweise in einer Schmiermittelwanne eingespart werden – zusätzliches Volumen zur Aufnahme von Schmiermittel bereitgestellt werden.
Ebenfalls zur Lösung der Aufgabe trägt ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bei, indem die Pumpe zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf zu einem anderen Zylinderkopf fahrzeugbeschleunigungsabhängig gesteuert wird.
Besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise ist die Pumpe elektrisch gesteuert antreibbar. Dies ermöglicht eine Pumpensteuerung mittels eines elektrischen Steuergeräts aufgrund von Eingangsgrößen, welche dem Steuergerät zur Verfügung stehen.
Sehr zweckmäßig ist es, wenn die Pumpe unter Einbeziehung von Beschleunigungswerten antreibbar ist. Damit kann einer beschleunigungsbedingten unerwünschten Schmiermittelverlagerung Rechnung getragen werden.
Sehr von Vorteil ist es, wenn die Förderrichtung der Pumpe umkehrbar ist. So kann mittels einer einzigen Pumpe Schmiermittel von einem Zylinderkopf zu einem anderen und umgekehrt gefördert werden und die Anordnung ist bei wechselnden Beschleunigungen wirksam.
Bei einer Brennkraftmaschine, welche zwei Zylinderbänke in V-Anordnung umfasst, hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Pumpe zwischen den Zylinderbänken anzuordnen. Die Pumpe ist so raumsparend und günstig angeordnet und befindet sich zugleich in etwa gleich weit von jedem Zylinderkopf entfernt, sodass stark unterschiedliche Förderhöhen und Leitungslängen vermieden sind, was günstig im Hinblick auf die Pumpenauslegung ist.
Bei einer Brennkraftmaschine, deren Zylinderköpfe jeweils eine Zylinderkopfhaube umfassen, ist zweckmäßigerweise der Schmiermittelverbindungskanal zwischen den Zylinderköpfen durch einen in die Zylinderkopfhaube integrierten Kanal gebildet, sodass Kanäle im Kurbelgehäuse und gegebenenfalls in einer Grundplatte vermieden sind, was aus Fertigungs- und Festigkeitsgesichtspunkten günstig ist.
Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels kann jedoch bei einer Brennkraftmaschine, welche eine Ölwanne sowie ein Kurbelgehäuse gegebenenfalls mit Grundplatte umfasst, der Schmiermittelverbindungskanal zwischen den Zylinderköpfen auch durch einen Kanal im Kurbelgehäuse und/oder ggf. in der Grundplatte gebildet und die Pumpe in der Ölwanne angeordnet sein.
Einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge wird bei einer in Fahrzeuglängsrichtung eingebauten Brennkraftmaschine die Pumpe zur Förderung von Schmiermittel von einem kurvenäußeren Zylinderkopf zu einem kurveninneren Zylinderkopf gesteuert. Soweit die Brennkraftmaschine jedoch in Fahrzeugquerrichtung eingebaut ist, wird äquivalent Schmiermittel beschleunigungsabhängig, d. h. beispielsweise abhängig von einer Bergauf- oder Bergabfahrt, von einem vorderen Zylinderkopf zu einem hinteren Zylinderkopf oder umgekehrt gefördert.
Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf Figuren ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, dabei zeigen:
1 einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken in V-Anordnung,
2 eine Schnittdarstellung entlang der in 1 mit A-A bezeichneten Linie und
3 eine Schnittdarstellung entlang der in 1 mit B-B bezeichneten Linie.
1 zeigt einen Ausschnitt einer hier nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine 100 mit zwei Zylinderbänken 101, 103 in V-Anordnung in Draufsicht. Die Brennkraftmaschine 100 ist in einem Fahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung mit ihren Zylinderköpfen 102, 104 nach oben gerichtet eingebaut. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 100 ist ein Schmiermittelkreislauf zur Kühlung und Schmierung der Brennkraftmaschine aktiv. Der Schmiermittelkreislauf umfasst ein Schmiermittelreservoir 122, Schmiermittelleitungen 124, 125, welche zur Zuführung von Schmiermittel 118 – vorliegend Brennkraftmaschinenöl – zu den zu schmierenden/kühlenden Stellen, insbesondere zu den Zylinderköpfen 102, 104, der Brennkraftmaschine 100 sowie zur Rückführung von Schmiermittel 118 zum Schmiermittelreservoir 122 dienen sowie wenigstens eine Schmiermittelpumpe zur Umwälzung des Schmiermittels 118.
Bei Kurvenfahrt unterliegt die Brennkraftmaschine 100 einer Querbeschleunigung – im Beispiel der 2 entsprechend der Pfeilrichtung a – mit der Folge, dass sich im kurvenäußeren Zylinderkopf 102 ein übermäßiges Schmiermittelvolumen 116 ansammelt, während im kurveninneren Zylinderkopf 104 ein entsprechender Schmiermittelmangel vorherrscht.
Um eine gleichmäßige Schmiermittelbeaufschlagung beider Zylinderköpfe 102, 104 zu gewährleisten, ist ein Verbindungskanal 110, 112, welcher an tiefen Punkten der Zylinderköpfe 102, 104 angeordnete Schmiermittelöffnungen 105, 107 miteinander verbindet, vorgesehen. Im Schmiermittelkanal 110, 112 ist eine Pumpe 114 wirksam, um Schmiermittel von einem übermäßig schmiermittelbeladenen Zylinderkopf 102 zu einem schmiermittelunterversorgten Zylinderkopf 104 zu fördern. Die Pumpe 114 ist – wie in 2 mit Pfeilen angedeutet – in zwei Förderrichtungen betreibbar, d. h. ihre Förderrichtung ist umkehrbar. Ändert sich beschleunigungsbedingt die Ölbeladung der Zylinderköpfe 102, 104, wird lediglich die Förderrichtung der Pumpe 114 geändert, um weiterhin eine gleichmäßige Schmiermittelbeaufschlagung der Zylinderköpfe 102, 104 zu gewährleisten.
Die Pumpe 114 ist beispielsweise eine elektrisch betriebene Pumpe, welche elektrisch steuerbar ist. Die Pumpendrehzahl ist beschleunigungsabhängig kontinuierlich oder diskret in zwei oder mehreren Stufen steuerbar. Alternativ kann die Pumpe 114 auch mechanisch angetrieben sein, wobei ihre Förderleistung und -richtung elektrisch steuerbar ist, beispielsweise indem sie elektrisch gesteuert in Eingriff oder außer Eingriff gebracht wird.
Da die Pumpe 114 lediglich für den Ausgleich von Schmiermittel zwischen den Zylinderköpfen 102, 104 benötigt wird, wenn eine einen vorbestimmten Wert übersteigende (Quer-)Beschleunigung vorherrscht, kann sie entsprechend leicht ausgelegt werden. Einem anderen Ausführungsbeispiel zufolge kann jedoch die Pumpe 114 auch Teil des regulären Schmiermittelkreislaufs sein. In diesem Fall ist sie auf die dann erforderliche, wesentlich höhere Betriebsdauer auszulegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0691458 A1 [0004]

Claims

Brennkraftmaschine (100) umfassend mehrere Zylinderbänke (101, 103) mit jeweils einem Zylinderkopf (102, 104) sowie einen Schmiermittelkreislauf zur Schmiermittelversorgung der Zylinderköpfe (102, 104) gekennzeichnet durch einen Schmiermittelverbindungskanal (110, 120) zwischen den Zylinderköpfen (102, 104) und eine im Schmiermittelverbindungskanal (110, 120) wirksame Pumpe (114) zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf (102, 104) zu einem anderen Zylinderkopf (102, 104).
Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (114) elektrisch gesteuert antreibbar ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (114) unter Einbeziehung von Beschleunigungswerten antreibbar ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrichtung der Pumpe (114) umkehrbar ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (100) zwei Zylinderbänke (101, 103) in V-Anordnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (114) zwischen den Zylinderbänken (101, 103) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zylinderköpfe (102, 104) der Brennkraftmaschine (100) jeweils eine Zylinderkopfhaube umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelverbindungskanal (110, 120) zwischen den Zylinderköpfen (102, 104) durch einen in die Zylinderkopfhaube integrierten Kanal gebildet ist.
Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (100) eine Ölwanne (122) sowie ein Kurbelgehäuse (120) gegebenenfalls mit Grundplatte umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelverbindungskanal (110, 120) zwischen den Zylinderköpfen (102, 104) durch einen Kanal im Kurbelgehäuse (120) und/oder gegebenenfalls in der Grundplatte gebildet und die Pumpe (114) in der Ölwanne (122) angeordnet ist.
Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugbeschleunigungsabhängig die Pumpe (114) zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf (102, 104) zu einem anderen Zylinderkopf (102, 104) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (114) zur Förderung von Schmiermittel von einem kurvenäußeren Zylinderkopf (102, 104) zu einem kurveninneren Zylinderkopf (102, 104) gesteuert wird.