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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder 2.
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Eine Brennkraftmaschine mit diesen Merkmalen ist aus der
DE 103 06 152 A1 bekannt, bei der im Hauptölkanal eine Ausgleichswelle mit eingesetztem Rohr angeordnet ist. Die Ausgleichswelle zur Verringerung der Massenkräfte zweiter Ordnung übernimmt bei dieser Ausführung zusätzlich die Funktionalität der Ölführung. Über radiale Auslassöffnungen strömen aus dem Rohr eine erste Ölteilmenge zu den Grundlagern der Kurbelwelle und eine zweite Ölteilmenge zu den Spritzdüsen zur Kolbenkühlung. Da die Pumpe zur Ölförderung von der Kurbelwelle angetrieben wird, besteht ein Problem darin, dass bei Leerlaufdrehzahl die Ölfördermenge zur Kolbenkühlung und zur gleichzeitigen Schmierung der Grundlager nicht ausreicht. Eine Pumpe mit größerer Förderleistung hingegen beansprucht mehr Bauraum und ist bei hohen Motordrehzahlen überdimensioniert.
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Eine Brennkraftmaschine mit Spritzdüsen zur Kolbenkühlung ist ebenfalls aus der
JP 2549491 Y2 und der
JP 2003-214 160 A bekannt. In beiden Fundstellen sind die Spritzdüsen identisch ausgeführt. Gespeist wird die Spritzdüse auch hier aus dem Hauptölkanal. Die Spritzdüse wiederum besteht aus einem Einlass, welcher radial in den Hauptölkanal hineinragt, einem Absperrventil zum Verschließen des Einlasses und einem Auslass mit einer Düse. Das Absperrventil ist als passives Ventil mit einer Kugel und einer Feder ausgebildet. Mit steigender Förderleistung der Ölpumpe steigt der Öldruck im Hauptölkanal und im Einlass der Spritzdüse. Mit zunehmendem Öldruck wiederum öffnet das Absperrventil, so dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine das Kühlöl über die Düse gespritzt wird. Bauartbedingt öffnet das Absperrventil stets bei demselben, unveränderlichen Öldruck. Da mehrere Absperrventile innerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet sind, kann auf Grund der mechanischen Toleranzen der Fall eintreten, dass das eine Absperrventil bereits öffnet und der Kolben gekühlt wird, während das andere Absperrventil noch geschlossen ist.
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Eine weitere Brennkraftmaschine mit einer Kolbenkühlung/-schmierung mittels Spritzdüsen ist aus der
DE 10 2008 028 474 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine sichere Ölförderung unter Beibehaltung des bisherigen Bauraums für eine Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind die Ausgestaltungen dargestellt.
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Vorgesehen ist ein Aktuator, der die Öl-Zuführung aus dem Rohr zu den Spritzdüsen bestimmt, wobei ein elektronisches Motorsteuergerät die Stellung des Aktuators in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine steuert, indem dieser in einer ersten Stellung zur Aktivierung der Kolbenkühlung die Öl-Zuführung aus dem Rohr zu den Spritzdüsen freigibt und in einer zweiten Stellung zur Deaktivierung der Kolbenkühlung, beispielsweise bei Leerlauf, die Öl-Zuführung aus dem Rohr zu den Spritzdüsen verschließt. Unter Aktuator sind im Sinne der Erfindung ein hydraulisch betätigbarer Steuerkolben und ein Magnetventil, beispielsweise ein 4/2-Ventil, zur Beaufschlagung des Steuerkolbens zu verstehen.
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In einer ersten Ausführungsform ist das Rohr im Hauptölkanal unter Spaltbildung eingesetzt, wobei das Rohr an einer ersten Stirnseite offen und an einer zweiten Stirnseite geschlossen ist. Über den Spalt und dem dadurch entstehenden Raum werden die Grundlager permanent ölgeschmiert. In der ersten Stellung gibt der Aktuator zur Aktivierung der Kolbenkühlung die erste Stirnseite frei, wodurch Öl aus dem Hauptölkanal in das Rohrinnere strömt. Über radiale Auslassöffnungen des Rohrs, welche in Überdeckung mit Einlassöffnungen der Spritzdüsen sind, strömt dann das Öl zu den Spritzdüsen. In einer zweiten Stellung verschließt der Aktuator zur Deaktivierung der Kolbenkühlung die erste Stirnseite, wodurch die Öl-Zuführung aus dem Hauptölkanal unterbrochen ist.
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In einer zweiten Ausführungsform bewirkt der Aktuator eine Verschiebung des Rohrs beim Übergang in die zweite Stellung zur Deaktivierung der Kolbenkühlung in Längsrichtung des Hauptölkanals. Alternativ bewirkt der Aktuator eine Verdrehung des Rohrs beim Übergang in die zweite Stellung. In beiden Fällen wird dadurch die Überdeckung der radialen Auslassöffnungen des Rohrs zu den Einlassöffnungen der Spritzdüsen aufgehoben.
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Die Beibehaltung des bisherigen Bauraums wird dadurch erreicht, dass die doppelte Funktionalität des Hauptölkanals beibehalten wird. Zusätzliche Ölkanäle sind daher nicht erforderlich. Da bei Leerlaufdrehzahl eine Kolbenkühlung nicht erforderlich ist, kann die Ölpumpe für eine geringere Förderleistung dimensioniert werden. Eine Ölpumpe mit geringerer Förderleistung ist gegenüber einer Pumpe mit hoher Förderleistung kostengünstiger.
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Angesteuert wird der Aktuator vom elektronischen Motorsteuergerät in Abhängigkeit des Betriebszustands, welcher zum Beispiel an Hand der Motordrehzahl, der Last und der Abgastemperatur definiert ist. Durch die Ansteuerung ist eine bedarfsabhängige Kolbenkühlung darstellbar. Ebenso kann die Warmlaufphase verkürzt werden, was wiederum einen positiven Einfluss auf die Emissionen ausübt.
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Eine erhöhte Betriebssicherheit wird dadurch erreicht, dass die Aktuatorstellung und damit die Öl-Zuführung an Hand eines rückgemeldeten Sensorsignals, beispielsweise über einem Schließkontakt oder optoelektronisch, vom elektronischen Motorsteuergerät überwacht werden.
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In den Figuren sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Brennkraftmaschine im Bereich des Hauptölkanals in einer ersten Ausführungsform bei aktivierter Kolbenkühlung,
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2 die erste Ausführungsform bei deaktivierter Kolbenkühlung,
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3 eine Brennkraftmaschine im Bereich des Hauptölkanals in einer zweiten Ausführungsform bei aktivierter Kolbenkühlung und
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4 die zweite Ausführungsform bei deaktivierter Kolbenkühlung.
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Die weitere Beschreibung erfolgt gemeinsam für die 1 und 2 bei identischen Bezugszeichen. Beide Figuren zeigen eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Hauptölkanal 2. Die 1 zeigt die Anordnung bei aktivierter Kolbenkühlung, während die 2 diese bei deaktivierter Kolbenkühlung zeigt.
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Bei der Brennkraftmaschine 1 ist im Bereich des Hauptölkanals 2 ein Rohr 3 unter Bildung eines Spalts 4 in den Hauptölkanal 2 eingesetzt. Die Brennkraftmaschine 1 kann in V-Anordnung oder in Reihen-Anordnung ausgeführt sein. Das Rohr 3 ist aus einzelnen Segmenten 5 und Verbindungsstücken 6 komplettiert. Auf Grund der Segmentierung bleibt das Rohr 3 auch bei Wärmeeintrag längenstabil. Über den Spalt 4 wird das Öl im Hauptölkanal 2 geführt und über Verbindungskanäle 10 den Grundlagern 11 der (nicht dargestellten) Kurbelwelle zugeführt. Die Grundlager 11 sind somit permanent ölgeschmiert. Radiale Auslassöffnungen 7 im Rohr 3 sind in Überdeckung mit Einlassöffnungen 8 zu den Spritzdüsen 9, wodurch ein durchgängiger Strömungspfad aus dem Inneren des Rohrs 3 zu den Spritzdüsen 9 entsteht. An einer ersten Stirnseite 12 ist das Rohr 3 offen, während es an einer (nicht dargestellten) zweiten Stirnseite geschlossen ist. In einem Deckel 13 ist ein Steuerkolben 14 axial verschieblich angeordnet. Der Deckel 13, ein Verschluss 23 und der Steuerkolben 14 bilden einen ersten Steuerraum 15 und einen zweiten Steuerraum 16. Die beiden Steuerräume sind über entsprechende Leitungen mit einem Magnetventil 17, ein 4/2-Ventil, verbunden.
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Dessen beide anderen Anschlüsse sind mit dem Ölsumpf und einer Ölpumpe 18 verbunden. Das Magnetventil 17 und der Steuerkolben 14 bilden gemeinsam einen Aktuator 19. Angesteuert wird dieser von einem elektronischen Motorsteuergerät (ECU) 20 über ein Signal S1 in Abhängigkeit von Eingangsgrößen. Als Eingangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 20 sind exemplarisch die Motordrehzahl nMOT, eine Abgastemperatur TABG, ein die Last kennzeichnendes Signal ML, ein Signal POS und eine Große EIN dargestellt. Das Eingangssignal POS wird von einem Sensor 21 bereitgestellt, welcher beispielsweise optoelektronisch die Stellung des Steuerkolbens 14 erfasst. Die Größe EIN steht stellvertretend für die weiteren Eingangssignale des elektronischen Motorsteuergeräts 20, zum Beispiel der Öltemperatur. Die Größe AUS steht stellvertretend für die weiteren Ausgangssignale des elektronischen Motorsteuergeräts 20, beispielsweise ein Ansteuersignal für eine Saugdrossel bei einem Common-Railsystem oder das Aktivierungssignal für einen zweiten Abgasturbolader.
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Zur Aktivierung der Kolbenkühlung steuert das elektronische Motorsteuergerät 20 den Aktuator 19 mit dem Magnetventil 17 über das Signal S1 in die erste Stellung, wie in der 1 dargestellt. In der ersten Stellung gelangt von der Ölpumpe 18 druckbeaufschlagtes Öl in den ersten Steuerraum 15, wodurch der Steuerkolben 14 – in Zeichnungsrichtung gesehen – nach rechts sich bewegt und die erste Stirnseite 12 des Rohrs 3 freigibt. In der ersten Stellung strömt damit das Öl aus dem Hauptölkanal 2 über die erste Stirnseite 12 in das Rohr 3 und von dort über die Auslassöffnungen 7 zu den Spritzdüsen 9. In der Zeichnung ist als unterbrochener Pfeil ein entsprechender Ölstrahl zur Kolbenkühlung eingezeichnet. Soll die Kolbenkühlung deaktiviert werden, so steuert das elektronische Motorsteuergerät 20 den Aktuator 19 mit dem Magnetventil 17 über das Signal S1 in die zweite Stellung, wie in 2 dargestellt. Beim Übergang von der ersten in die zweite Stellung wechselt das Magnetventil 17 seine Stellung. In der zweiten Stellung wird das Öl aus dem ersten Steuerraum 15 über das Magnetventil 17 in den Ölsumpf abgesteuert, während der zweite Steuerraum 16 mit druckbeaufschlagten Öl gefüllt wird. Dadurch verschiebt sich der Steuerkolben 14 nach links und verschließt die erste Stirnseite 12 des Rohrs 3. Da nunmehr kein Öl aus dem Hauptölkanal 2 in das Innere des Rohrs 3 gelangt, wird auch kein Öl mehr den Spritzdüsen 9 zugeführt.
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In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt. Beide Figuren zeigen die Brennkraftmaschine 1 mit dem Hauptölkanal 2. Die weitere Beschreibung erfolgt gemeinsam für die 3 und 4 bei identischen Bezugszeichen. Die 3 zeigt die Anordnung bei aktivierter Kolbenkühlung, während die 4 diese bei deaktivierter Kolbenkühlung zeigt.
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In der zweiten Ausführungsform ist der Steuerkolben 14 kraftschlüssig oder, wie dargestellt, einstückig mit dem Rohr 3 verbunden. Im Steuerkolben 14 ist eine Rückstellfeder 22 angeordnet. Die Rückstellfeder 22 stützt sich an der Innenseite des Steuerkolbens 14 und am Verschluss 23 ab. Von der ersten Ausführungsform (1 und 2) unterscheidet sich die zweite Ausführungsform dadurch, dass das Rohr 3 formschlüssig im Hauptölkanal 2 eingesetzt ist und die Ölführung ausschließlich im Rohr 3 erfolgt. Das Öl strömt über die offene, erste Stirnseite 12 in das Innere des Rohrs 3. Über Öffnungen 24 und Verbindungskanäle 10 werden die Grundlager 11 permanent, unabhängig von der Stellung des Aktuators 19, mit Öl versorgt. Über die Auslassöffnungen 7 im Rohr 3 werden die Spritzdüsen 9 mit Öl versorgt. Zur Aktivierung der Kolbenkühlung steuert das elektronische Motorsteuergerät 20 den Aktuator 19 mit dem Magnetventil 17 über das Signal S1 in die erste Stellung, wie in der 3 dargestellt. In der ersten Stellung gelangt von der Ölpumpe 18 druckbeaufschlagtes Öl in den ersten Steuerraum 15, wodurch der Steuerkolben 14 und das Rohr 3 sich – in Zeichnungsrichtung gesehen – nach rechts bewegen. In der ersten Stellung sind die Auslassöffnungen 7 in Überdeckung mit den Einlassöffnungen 8 zu den Spritzdüsen 9. Die Rückstellfeder 22 gewährleistet eine permanente Kolbenkühlung auch bei einem elektrischen Notlauf, beispielsweise bei einem Fehler in der Signalerfassung oder in der Ansteuerung.
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Soll die Kolbenkühlung deaktiviert werden, so steuert das elektronische Motorsteuergerät 20 den Aktuator 19 mit dem Magnetventil 17 über das Signal S1 in die zweite Stellung, wie in 4 dargestellt. Beim Übergang von der ersten in die zweite Stellung wechselt das Magnetventil 17 seine Stellung. In der zweiten Stellung wird das Öl aus dem ersten Steuerraum 15 über das Magnetventil 17 in den Ölsumpf abgesteuert, während der zweite Steuerraum 16 mit druckbeaufschlagten Öl gefüllt wird. Dadurch verschiebt sich der Steuerkolben entgegen der Kraft der Rückstellfeder nach links, wodurch die Überdeckung der Auslassöffnungen 7 mit den Einlassöffnungen 8 zu den Spritzdüsen 9 aufgehoben wird. Den Spritzdüsen 9 wird daher kein Öl mehr zugeführt. Die zweite Stellung ist beispielsweise im Warmlauf oder im Leerlauf gesetzt.
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Eine nicht dargestellte Alternative zur zweiten Ausführungsform besteht darin, dass der Steuerkolben bei Druckbeaufschlagung sich um einen vorgegebenen Winkel dreht. Auch bei dieser Ausführung ist das Rohr kraftschlüssig mit dem Steuerkolben verbunden, so dass eine Drehung des Steuerkolbens eine Drehung des Rohrs bewirkt und die Auslassöffnungen in Nicht-Überdeckung mit den Einlassöffnungen zu den Spritzdüsen gebracht werden. Die weitere Funktionalität entspricht der zweiten Ausführungsform, so dass das zuvor Gesagt auch hier gilt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Hauptölkanal
- 3
- Rohr
- 4
- Spalt
- 5
- Segment
- 6
- Verbindungsstück
- 7
- Auslassöffnung
- 8
- Einlassöffnung
- 9
- Spritzdüse
- 10
- Verbindungskanal
- 11
- Grundlager
- 12
- erste Stirnseite
- 13
- Deckel
- 14
- Steuerkolben
- 15
- erster Steuerraum
- 16
- zweiter Steuerraum
- 17
- Magnetventil (4/2-Ventil)
- 18
- Ölpumpe
- 19
- Aktuator
- 20
- elektronisches Motorsteuergerät (ECU)
- 21
- Sensor
- 22
- Rückstellfeder
- 23
- Verschluss
- 24
- Öffnungen
