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Die
Erfindung betrifft einen Schmierstoffkreislauf für eine
Brennkraftmaschine.
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Aus
der Praxis ist es bekannt, dass zur Verminderung von Reibungsverlusten
und Verschleiß Gleit- und Wälzlager einer Brennkraftmaschine,
miteinander im Eingriff stehende Triebkomponenten sowie die Zylinderlaufflächen
mit Schmierstoffen insbesondere Schmieröl versorgt werden
sollten. Aus der Praxis ist dabei insbesondere eine Druckumlaufschmierung
bekannt, deren Schmierstoffkreislauf mindestens eine Ölpumpe, Ölkanäle
sowie Ölabgabeorgane aufweist.
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Aus
der
DE 10 2004
054 128 A1 ist es in diesem Zusammenhang insbesondere bekannt,
die Wälzlager einer Kurbelwelle und die Wälzlager
der Pleuel mit einer Öltauchschmierung, einer Spritzölschmierung,
einer Tropfölschmierung, einer Ölumlaufschmierung,
einer Schleuderölschmierung, einer Ölnebelschmierung
und/oder einer Öleinspritzschmierung zu versehen. Für
eine solche Ölschmierung ist ein Schmierstoffkreislauf
vorgesehen, der eine Schmierstoffpumpe aufweist. Alternativ kann auch
für mindestens eines der Wälzlager eine Fettschmierung,
insbesondere eine Fettschmierung mit einer Fettmengenregelung oder
abgedichtete Lager verwendet werden.
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Ferner
ist es aus der
DE
102 16 329 B4 bekannt, zur Schmierstoffversorgung in einem
Kurbelgehäuse Ölkanäle auszubilden, die
Teil eines Schmierstoffkreislaufes sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schmierstoffkreislauf
für eine Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem Schmierstoffkreislauf für eine
Brennkraftmaschine mit mindestens einer Ölpumpe, mindestens
einem ersten Ölkanal sowie mindestens einem, von dem ersten Ölkanal
versorgten ersten Ölabgabeorgan, in dem ersten Ölkanal
mindestens ein erstes Stellmittel vorgesehen, mit welchem die Menge
des durch den ersten Ölkanal zu dem ersten Ölabgabeorgan
geförderten Schmierstoffes beeinflussbar ist. Dieses erste
Stellmittel ermöglicht es, Schmierstellen last- und drehzahlabhängig
bedarfsgerecht mit Schmierstoff, insbesondere Schmieröl
zu versorgen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine ausreichende
Menge Schmierstoff zur Schmierung und gegebenenfalls Kühlung
zur Verfügung gestellt wird, wobei gleichzeitig eine übermäßige,
mit Energieverlusten verbundene Übermengenförderung
verhindert werden kann. Dadurch können auch Reibungsverluste
sowie eine ungewollte Geräuschentwicklung minimiert werden.
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Der
erste Ölkanal versorgt gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung mindestens ein, vorzugsweise alle Kurbelwellenlager
mit Schmierstoff, wobei diese Kurbelwellenlager als Wälzlager
ausgebildet sind.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit mindestens
einem zweiten Stellmittel versehener zweiter Ölkanal vorgesehen,
mit welchem über mindestens ein zweites Ölabgabeorgan
mindestens ein Pleuellager mit Schmierstoff versorgt wird, wobei
die Menge des durch den zweiten Ölkanal zu dem zweiten Ölabgabeorgan
geförderten Schmierstoffes beeinflussbar ist. Dadurch ist
es möglich, auch im Bereich der Pleuellager eine optimale,
insbesondere verschleiß- und geräuschgünstige
Schmierstoffversorgung bei gleichzeitig minimalem Energieaufwand
zur Verfügung zu stellen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit mindestens
einem dritten Stellmittel versehener dritter Ölkanal vorgesehen,
mit welchem über mindestens ein drittes Ölabgabeorgan
mindestens eine Zylinderlauffläche mit Schmierstoff versorgt
wird, wobei die Menge des durch den dritten Ölkanal zu
dem dritten Ölabgabeorgan geförderten Schmierstoffes
beeinflussbar ist. Durch eine gezielte Schmierstoffversorgung der
Zylinderlaufflächen ist es möglich, an einer Brennkraftmaschine
einen geringen Verschleiß und günstige Verbrauchswerte
zu erreichen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit mindestens
einem vierten Stellmittel versehener vierter Ölkanal vorgesehen,
mit welchem über mindestens ein viertes Ölabgabeorgan
mindestens eine Nockenwelle mit Schmierstoff versorgt wird, wobei
die Menge des durch den vierten Ölkanal zu dem vierten Ölabgabeorgan
geförderten Schmierstoffes beeinflussbar ist. Auch diese
Ausgestaltung fördert günstige Verbrauchswerte
und eine Minimierung des Verschleißes.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit mindestens
einem fünften Stellmittel versehener fünfter Ölkanal
vorgesehen, mit welchem über mindestens ein fünftes Ölabgabeorgan
mindestens eine Massenausgleichswelle, vorzugsweise ein Lanchester-Massenausgleich
mit Schmierstoff versorgt wird, wobei die Menge des durch den fünften Ölkanal
zu dem fünften Ölabgabeorgan geförderten
Schmierstoffes beeinflussbar ist. Auch durch diese Ausgestaltung
werden günstige Reibungs- und Geräuscheigenschaften
sowie ein geringer Energieverbrauch gefördert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist bei einem Schmierstoffkreislauf
ein mit mindestens einem sechsten Stellmittel versehener sechster Ölkanal
vorgesehen, mit welchem über mindestens ein sechstes Ölabgabeorgan mindestens
ein Kettentrieb, ein Kettenspanner, ein Steuertrieb und/oder ein
Nebenabtrieb mit Schmierstoff versorgt wird, wobei die Menge des
durch den sechsten Ölkanal zu dem sechsten Ölabgabeorgan geförderten
Schmierstoffes beeinflussbar ist. Auch diese Ausgestaltung fördert
eine Reduzierung des Verschleißes und der Geräuschentwicklung
sowie einer Minimierung des Energieverbrauchs.
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Die
vorgenannten Ölkanäle sowie die darin vorgesehenen
Stellmittel erlauben es, trotz Verwendung nur einer Ölpumpe
last- und/oder drehzahlabhängig, die einzelnen Lastkollektive,
beispielsweise die Kurbelwellenlager, Pleuellager, Zylinderlaufflächen,
Nockenwellen, Massenausgleichswellen oder weitere Aggregate gezielt
mit dem ihrer Betriebssituation erforderlichen Schmierstoffmenge
zu versorgen. Dies ist insbesondere in einer Motorstartphase sowie
in Phasen wechselnder Belastung oder in Phasen höchster
Belastung vorteilhaft, denn die einzelnen Aggregate entwickeln dabei
einen sich unterschiedlich gestaltenden Verbrauch. Zu beachten ist dabei
auch, dass die Öltemperatur nicht konstant ist, so dass
mit der durch die Erfindung geschaffenen Möglichkeit, die
Menge des durch die einzelnen Ölkanäle geförderten
Schmierstoffe beeinflussen zu können, auch den unterschiedlichen
Betriebszuständen im Sinne einer Verschleißminimierung
an den Bauteilen sowie eines insgesamt günstigen Verbrauchs Rechnung
getragen werden kann. Dabei ist zwar vorzugsweise vorgesehen, in
jedem Ölkanal, der zu einem Lastkollektiv führt,
Stellmittel vorzusehen, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich,
denn die Vorteile der Erfindung zeigen sich bereits dann, wenn in den Ölkanälen
für besonders kritische Aggregate solche Stellmittel vorgesehen
sind.
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Gemäß weiteren
bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass als
erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes und/oder sechstes Stellmittel
ein Schaltventil und/oder eine einstellbare Drossel vorgesehen ist.
Schaltventile lassen sich besonders einfach in eine Brennkraftmaschine
integrieren und ansteuern. Einstellbare Drosseln ermöglichen
es, eine Feinabstimmung bei kontinuierlicher Schmierstoffversorgung
zu erreichen.
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Gemäß weiterer
bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass als
erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes und/oder sechstes Ölabgabeorgan Ölspritzdüsen
vorgesehen sind. Solche Ölspritzdüsen sind besonders
einfach auszubilden, denn sie erfordern bei ihrer Anordnung keine
engen Toleranzen. Ferner kann auf die mit Ölspritzdüsen
gemachten Erfahrungen zurückgegriffen werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Ölpumpe als regelbare Ölpumpe ausgebildet
ist. Dies erlaubt es, eine Brennkraftmaschine mit günstigen Verbrauchswerten
zur Verfügung zu stellen, ohne bei einem hohen Schmierstoffbedarf
die Schmierstoffversorgung einzelner Aggregate zu gefährden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein druckbeaufschlagter Ölspeicher
vorgesehen. Ein solcher druckbeaufschlagter Ölspeicher
erlaubt es, die Ölpumpe möglichst klein zu dimensionieren.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuer-
und/oder Regeleinrichtung für mindestens eines der Stellmittel und/oder
die Ölpumpe vorgesehen. Eine solche Steuer- und/oder Regeleinrichtung
erlaubt es, die vorgenannten Steuer- und/oder Regelprozesse mit hoher
Sicherheit durchzuführen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit der Zeichnung.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schmierstoffkreislaufes in schematischer Darstellung.
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Der
in 1 gezeigte Schmierstoffkreislauf 100 gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
für einen Vier-Zylinder-Ottomotor ausgebildet. Der Schmierstoffkreislauf 100 umfasst
eine Ölpumpe 102, die in einem Ölmodul 104 angeordnet
ist. Diese Ölpumpe 102 fördert Öl aus
einer Ölwanne 106 durch einen ersten Ölkanal 108 zu
den Kurbelwellenlagern 110 einer Kurbelwelle 112.
Die Ölpumpe 102 ist als geregelte Pumpe ausgeführt,
wobei mit einer Stellzylindereinheit 114 die Fördermenge
einstellbar ist.
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In
dem ersten Ölkanal 108 sind Stellmittel vorgesehen,
mit welchen die Menge des durch den ersten Ölkanal 108 geförderten
Schmierstoffes beeinflussbar ist. Dabei ist als erstes Stellmittel 116 ein erstes
elektrisch angesteuertes Schaltventil 118 vorgesehen, mit
welchem ein Ölfluss durch den ersten Ölkanal 108 ein-
und ausgeschaltet werden kann. Stromab des ersten Stellmittels 116 ist
der erste Ölkanal 108 in fünf erste Teilkanäle 120 verzweigt,
wobei in den ersten Teilkanälen 120 erste einstellbare Drosseln 122 angeordnet
sind. Mit diesen ersten einstellbaren Drosseln 122 kann
der an den Kurbelwellenlagern 110 am ersten Ölabgabeorganen 124 austretende Ölstrom
für die einzelnen Kurbelwellenlager 110 individuell
eingestellt werden. Die Drosseln 122 können einstellbar
oder nicht einstellbar ausgeführt sein.
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Der
Schmierstoffkreislauf 100 dient ferner der Versorgung von
vier Pleuellagern 126, wobei dazu ein zweiter Ölkanal 128 vorgesehen
ist. In diesem zweiten Ölkanal 128, welcher sich
in vier zweite Teilkanäle 130 verzweigt, ist als
ein zweites Stellmittel 132 ein zweites elektrisch betätigtes
Schaltventil 134 vorgesehen, mit welchem ein Ölstrom
durch den zweiten Ölkanal 128 ein- und ausschaltbar
ist. In den zweiten Teilkanälen 130 sind zweite
einstellbare Drosseln 136 angeordnet, so dass der am zweiten Ölabgabeorganen 138 austretende Ölstrom
für jedes Pleuellager 126 individuell einstellbar
ist.
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Ferner
weist der Schmierstoffkreislauf 100 einen dritten Ölkanal 140 auf,
welcher Ölspritzdüsen 142 mit Öl
versorgt, welche als dritte Ölabgabeorgane 144 vorgesehen
sind und sowohl die Zylinderlaufflächen schmieren als auch
die Kolben 146 kühlen. In dem dritten Ölkanal 140 ist
als ein drittes Stellmittel 148 ein drittes elektrisch
betätigtes Schaltventil 150 vorgesehen. Mit diesem
dritten Stellmittel 148 ist der Ölstrom durch
den dritten Ölkanal 140 ein- und ausschaltbar.
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Zur
Versorgung zweier Nockenwellen 152, 154 mit Schmierstoff
ist ein vierter Ölkanal 156 vorgesehen, welcher
sich in zwei vierte Teilkanäle 158, 160 verzweigt.
In jedem der beiden vierten Teilkanäle 158, 160 ist
als viertes Stellmittel 162, 164 ein viertes elektrisch
betätigtes Schaltventil 166, 168 vorgesehen,
wobei über den vierten Ölkanal 158 die
Nocken der Nockenwellen 152, 154 und über
den vierten Ölkanal 160 die Nockenwellenlager
mit Öl versorgt werden. In dem vierten Ölkanal 160 ist
zur Einstellung der Ölmenge dazu noch eine vierte einstellbare
Drossel 170 vorgesehen.
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In
dem Schmierstoffkreislauf 100 ist ferner ein fünfter Ölkanal 172 vorgesehen,
welcher einen Lanchester-Massenausgleich 174 mit Schmierstoff versorgt.
In diesem fünften Ölkanal 172 ist ein
fünftes Stellmittel 176 vorgesehen, welches ein
elektrisch betätigtes Schaltventil 178 ist. Der
fünfte Ölkanal 172 verzweigt sich in
zwei fünfte Teilkanäle 180, 182,
in welchen jeweils fünfte einstellbare Drosseln 184, 186 angeordnet
sind.
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Ferner
sind zur Versorgung eines Kettenspanners 188, eines Kettenspanner
Nebentrieb 190 sowie einer Spritzdüse 192 für
einen Rädertrieb sechste Ölkanäle 194 vorgesehen.
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Um
eine gute Schmierstoffversorgung sicherzustellen, ist ferner ein Ölmodul 196 vorgesehen,
welcher von der Ölpumpe mit Schmierstoff versorgt wird,
und diesen Schmierstoff in eine zentrale Ölleitung 198 abgibt,
von der der erste Ölkanal 108, der zweite Ölkanal 128,
der dritte Ölkanal 140, der vierte Ölkanal 156,
der fünfte Ölkanal 172 sowie die sechsten Ölkanäle 194 abzweigen.
Das Ölmodul 196 weist eine Ölfiltereinrichtung 200 und
einen Ölkühler sowie zugehörige Überdruckventile
als Bypass auf.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der erfindungsgemäße Ölkreislauf
in einer Brennkraftmaschine eingesetzt, die als 4-Zylinder Hubkolbenmotor
ausgebildet ist, der nach dem Otto-Prinzip arbeitet. Bei diesem
Hubkolbenmotor sind alle Kurbelwellenlager und die Lager der Pleuel auf
der Kurbelwelle als Wälzlager ausgeführt, wobei alle
Wälzlager ohne separate Innen- und Aussenringe ausgeführt
sind. Durch das Weglassen separater Innen- und Aussenringe für
die Wälzlager wird der Bauraum sowie das Gewicht reduziert.
Aufgrund der dabei vorzugsweise verwendeten eingeschraubten Lagerböcke
ist eine Kolbenmontage von unten möglich (Trennfläche
KGH zur Ölwanne). Aufgrund der bedarfsgerechten Öldosierung
der Wälzlager in Verbindung mit einer geregelten Ölpumpe
ist eine zielgerichtete Ölversorgung möglich,
die den Anforderungen hinsichtlich der Lagerreibung und der Geräuschbildung
genügt.
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Die
Kurbelwelle ist vorzugsweise in 2-teiligen Lagerböcken
(Einlegeteilen) aus Stahl gelagert. In weiteren Anwendungsfällen
ist die Verschraubung der Lagerböcke auch direkt mit dem
Zylinderkurbelgehäuse möglich. Damit die Wälzkörper
direkt auf den Lagerböcken abrollen können, werden
diese vorzugsweise induktiv gehärtet (Härte HRC62).
Um die Kurbelwelle montieren zu können, werden die Lagerböcke
(2) vor dem Zusammenbau gecrackt. Das Härten der Lagerböcke
kann wahlweise vor oder nach dem Einbau/Zusammenbau mit Kurbelgehäuse
und Zylinderkopf erfolgen. Das Honen der eingebauten Lagerböcke
stellt die abschließende Fertigbearbeitung dar. Eine Ausführung
einer gebauten Lagergasse, welche nicht zwingend aus einzelnen Lagerböcken
bestehen muss, sondern auch als Verbund darstellbar ist, lässt
die Montage/Einführung des Kolbens von unten in das Zylinderkurbelgehäuse
zu.
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In
einer weiteren Ausprägung ist die Montage eines vormontierten
Gesamtverbundes bestehend aus Kurbelwelle, Lagerböcken/Lagergasse, Pleuellager,
Hauptlager, Pleuelstange und Kolben möglich. Bei dem Verbau
einer gebauten Kurbelwelle in einem Hubkolbenmotor werden vorzugsweise
die Lagerböcke nicht gecrackt. Die Lagerböcke
werden nach einer Fertigbearbeitung (Härten und Honen)
im Zusammenbau mit dem Kurbelgehäuse wieder demontiert,
um vor dem Zusammenbau der Kurbelwelle auf die entsprechende Kurbelzapfen
inklusive Wälzlager mit einteiligem lagerkräftig
aufgesteckt zu werden.
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Auch
die aus Stahl geschmiedeten Pleuelstangen sind gecrackt, und die
Laufflächen sind mittels eines Laserstrahls gehärtet
(Härte 62HRC). Die Fertigbearbeitung der Lauffläche
für die Wälzkörper ist durch Honen erzeugt.
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Durch
den erfindungsgemäßen Ölkreislauf werden
einzelne Lagerkomponenten abhängig von Last- und Drehzahlkollektiv
durch separate Ölversorgungsleitungen mit der minimal notwendigen
reibungs- und geräuschoptimalen Kühl-/Schmierölmenge
versorgt. Der Öldurchfluss durch jede Ölversorgungsleitung
wird individuell eingestellt. Die Ölpumpe ist regelbar.
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In
einer weiteren Variante wird der teilweise Entfall der Ölschmierung
vorgeschlagen. Dies wird durch den Entfall der Steuerkette und z.
B. dem Einsatz eines Rädertriebes für den Ventiltrieb,
dem Einsatz von elektrischen Nockenwellenstellern und Schmierung
der Wälzlagerungen durch Ölnebel bzw. teilweiser
Verwendung von fettgeschmierten Wälzlagern ermöglicht.
Der Transport von Öl innerhalb des Hubkolbenmotors kann
auch durch elektrisch oder mechanisch angetriebene Lenzpumpen erfolgen. Sollte
der Einsatz von Kolbenspritzdüsen erforderlich sein, werden
diese im Bedarfsfall von einer elektrisch oder mechanisch angetriebenen
Pumpe versorgt. Optional ist eine Ölversorgung der Kolbenspritzdüsen
aus einem druckbelasteten Ölvorratsbehälter möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004054128
A1 [0003]
- - DE 10216329 B4 [0004]