DE102009015450A1

DE102009015450A1 - Verfahren zur Ölversorgung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102009015450A1
Application number: DE102009015450A
Authority: DE
Inventors: Nils Sauvlet
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-03-28
Filing date: 2009-03-28
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Ein Verfahren zur Ölversorgung eines Verbrennungsmotors, wobei eine Ölpumpe den in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor kontinuierlich mit Öl versorgt, und wobei eine druckbeaufschlagte Ölmenge aus einem Speicher den Verbrennungsmotor temporär mit Öl versorgt wenn dieser gestartet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (3) wenigstens zweistufig betreibbar ist, wobei die Ölpumpe mit einem niedrigen Öldruck (p1) betrieben wird, um den in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor (1) kontinuierlich mit Öl zu versorgen, und wobei die Ölpumpe kurzzeitig mit einem hohen Öldruck (p2) betrieben wird, um zusätzlich im Speicher (10) eine druckbeaufschlagte Ölmenge (11) zu speichern während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ölversorgung eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der gattungsbildenden DE 102 32 319 A1 ist ein Verfahren zur Ölversorgung eines Verbrennungsmotors bekannt. Dabei ist ein Motorölreservoir über ein absperrbares Ventil an die Motorölversorgung angeschlossen. Das Motorölreservoir weist einen oberen Bereich auf mit einem kompressiblen Medium, beispielsweise Luft, welches durch den Druck des Motoröls komprimiert wird. Wenn ein bestimmter Druck im Motorölreservoir erreicht ist, wird das Ventil geschlossen. Damit steht eine, aufgrund der Verspannung des kompressiblen Mediums druckbeaufschlagte, Menge an Motoröl beim Starten des Verbrennungsmotors bereit.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ölpumpe des Verbrennungsmotors wenigstens zweistufig betreibbar ist, wobei die Ölpumpe mit einem niedrigen Öldruck betrieben wird um den in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor kontinuierlich mit Öl zu versorgen, und wobei die Ölpumpe kurzzeitig mit einem hohen Öldruck betrieben wird um zusätzlich in einem Speicher eine druckbeaufschlagte Ölmenge zu speichern während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist und von der Ölpumpe weiterhin kontinuierlich mit Öl versorgt wird.
Durch die Erfindung ergibt sich eine einfach aufgebaute Ölversorgung eines Verbrennungsmotors mit hoher Variabilität. Indem die Ölpumpe des Verbrennungsmotors mit einem gewünschten Öldruck betrieben wird, ist die druckbeaufschlagte Ölmenge nun flexibel speicherbar. Indem moderne Ölpumpen mit variablem Öldruck betreibbar sind, wird die Ölpumpe kurzzeitig mit einem höheren Öldruck, als zur kontinuierlichen Versorgung des Verbrennungsmotors im Betrieb notwendig wäre, betrieben. Die druckbeaufschlagte Ölmenge im Speicher wird also durch die kurzzeitige Mehrleistung der Ölpumpe bereitgestellt. Beim Erreichen eines gewünschten Druckniveaus bzw. einer gewünschten Ölmenge im Speicher wird die Ölpumpe wieder mit dem „normalen”, niedrigen Öldruck betrieben. Anders ausgedrückt steht, durch eine geänderte Ansteuerung der Ölpumpe beim Betrieb des Verbrennungsmotors, eine gewünschte Ölmenge beim Start des Verbrennungsmotors druckbeaufschlagt im Speicher bereit.
Indem die Ölpumpe, soweit möglich, mit dem niedrigen Öldruck betrieben wird, ist eine verbrauchsoptimierte Versorgung des Verbrennungsmotors mit Öl sichergestellt. Die kurzzeitige Mehrleistung der Ölpumpe, d. h. der Unterschied zwischen dem hohen und dem niedrigen Öldruck, ist lediglich abhängig von der eingesetzten Ölpumpe. Damit ist ein flexibles Speichern einer druckbeaufschlagten Ölmenge im Speicher auch innerhalb kurzer Zeitspannen möglich, z. B. wenn der Verbrennungsmotor nur für kurze Zeit betrieben wird. Alternativ oder zusätzlich ist ein Betrieb der Ölpumpe mit hohem Öldruck bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors möglich, bei denen ansonsten kein Öl druckbeaufschlagt im Speicher speicherbar wäre.
Das Verfahren ist geeignet zur Ölversorgung des Verbrennungsmotors bei einem Kraftfahrzeug. Dabei kann die Ölpumpe insbesondere dann kurzzeitig mit einem hohen Öldruck betrieben werden, wenn sich das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb befindet. Dabei wird also die kinetische Energie des Kraftfahrzeuges genutzt, um die Mehrleistung der Ölpumpe des Verbrennungsmotors bereitzustellen. Die druckbeaufschlagte Ölmenge wird damit verbrauchsgünstig nach Art einer Rekuperation während einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges im Speicher gespeichert.
Das Verfahren ist besonders geeignet zur Ölversorgung des Verbrennungsmotors bei einem Hybridfahrzeug bzw. bei einem Kraftfahrzeug mit Start-Stopp-System. Aufgrund des hier prinzipbedingt häufigen Wiederstarts des Verbrennungsmotors ergibt sich eine starke Verringerung bei dessen Verschleiß, wenn er schon beim Starten mit Öl versorgt wird. Erfindungsgemäß wird lediglich ein Speicher benötigt, beispielsweise mit einem Volumen von etwa 500 ml. Dies ist ausreichend für eine Versorgung von bis zu ca. 20 Umdrehungen des Verbrennungsmotors, in denen dieser typischerweise seine Nenndrehzahl erreicht. Der Speicher kann dabei im Bereich der Nebenaggregate des Verbrennungsmotor angeordnet sein. Eine bereits vorhandene Ölpumpe zur kontinuierlichen Versorgung des in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotors mit Öl ist weiter verwendbar, eine zusätzliche Ölpumpe ist nicht notwendig. Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dann lediglich noch eine Softwaremodifikation in einem Steuergerät nötig, beispielsweise dem Motorsteuergerät, um die Ölpumpe kurzzeitig mit einem höheren Öldruck zu betreiben.
Ein besonders flexibler Einsatz ergibt sich dadurch, dass eine insbesondere kontinuierlich regelbare Ölpumpe vorgesehen ist. Durch flexible Bereitstellung einer mit einem gewünschten Druck beaufschlagten Ölmenge wird eine Anpassung an individuelle Anforderungen möglich. Beispielsweise können Druck und/oder Menge des im Speicher gespeicherten Öls abhängig von Betriebsdauer bzw. Temperatur des Verbrennungsmotors vorgegeben werden.
Eine besonders einfache Regelung eines gewünschten Öldrucks bzw. einer gewünschten Ölmenge im Speicher ergibt sich durch Berücksichtigung eines Druckwertes, der durch einen Drucksensor im Speicher bereitgestellt wird. Dieser Druckwert wird insbesondere einem Steuergerät verfügbar gemacht das den Öldruck der Ölpumpe steuert.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigen
1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 die Zeitverläufe von Parametern beim erfindungsgemäßen Verfahren.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dargestellt ist ein Verbrennungsmotor 1 mit einer (strichliert gezeichneten) Ölgalerie 2, zur Versorgung mechanischer Komponenten des Verbrennungsmotors 1 mit Motoröl. Weiterhin ist eine wenigstens zweistufig betreibbare Ölpumpe 3 vorgesehen, welche Motoröl aus einem Ölsumpf 4 absaugt und über ein (nicht dargestelltes) Ölfilter der Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1 zuführt. Die Ölpumpe 3 wird in dieser Ausführungsform von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 angetrieben, zur kontinuierlichen Versorgung des in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotors 1 mit Motoröl. An die Ölgalerie 2 schließt sich eine Leitung 5 an, welche über eine Weiche zwei Leitungen 6, 7 ebenfalls mit Motoröl versorgt.
Die Leitung 6 ist über ein Rückschlagventil 8 an einen Speicher 10 angeschlossen. Die Leitung 7 ist über ein elektrisches Umschaltventil 9 ebenfalls an den Speicher 10 angeschlossen. Der Speicher 10 ist als druckfestes Volumen ausgeführt, in dem eine Ölmenge 11 speicherbar ist. Die Ölpumpe 3 und das elektrische Umschaltventil 9 sind von einem Steuergerät 12 elektrisch kontaktiert. Optional weist der Druckspeicher 10 einen nicht dargestellten Drucksensor auf, der ebenfalls vom Steuergerät 12 elektrisch kontaktiert ist. Dabei kann das Rückschlagventil 8 auch entfallen, wenn zur Speicherung einer Ölmenge 11 im Speicher 10 das elektrische Umschaltventil 9 vom Steuergerät 12 entsprechend angesteuert wird.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf die Zeitverläufe gemäß 2 dargestellt. Dort ist im oberen Bereich der Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors 1 über der Zeit visualisiert und im unteren Bereich ein jeweils herrschender Öldruck in der Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1 als durchgehende Linie sowie im Speicher 10 als punktierte Linie.
Während des dargestellten Zeitraums wird der Verbrennungsmotor 1 in verschiedenen Zuständen betrieben, nämlich bis zu einem Zeitpunkt t2 und ab einem Zeitpunkt t6 mit einer Drehzahl n1, während er dazwischen abgestellt ist d. h. eine Drehzahl von Null aufweist.
Bis zu einem ersten Zeitpunkt t1 wird der Verbrennungsmotor 1 dabei mit einem verbrauchsoptimierten, niedrigen Öldruck p1 der Ölpumpe 3 versorgt. Die Ölpumpe 3 stellt bei diesem niedrigen Öldruck p1 die kontinuierliche Versorgung der Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1 mit Motoröl sicher, das elektrische Umschaltventil 9 ist geschlossen. Ab dem Zeitpunkt t1 erfolgt eine Regelung der Ölpumpe 3 durch das Steuergerät 12 derart, dass die Ölpumpe 3 mit einem höheren Öldruck p2 betrieben wird. Es ist also weiterhin eine Versorgung der Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1 sichergestellt. Zusätzlich jedoch strömt nun Öl durch die Leitungen 5 und 6 über das Rückschlagventil 8 und/oder über das elektrische Umschaltventil 9, falls dieses geöffnet ist, in den Speicher 10. Entsprechend der Zeitdauer mit welcher die Ölpumpe 3 mit dem höheren Öldruck p2 betrieben wird, gemäß 2 also t2-t1, sowie der Druckdifferenz zwischen dem höheren und dem niedrigeren Öldruck welcher durch die Ölpumpe 3 bereitgestellt wird, gemäß 2 p2-p1, ergibt sich eine genau einstellbare Ölmenge 11 im Speicher 10 mit einem exakt definierbaren Öldruck.
Nachdem im Speicher 10 zum Zeitpunkt t2 eine gewünschte, druckbeaufschlagte Ölmenge 11 gespeichert wurde, wird das elektrische Umschaltventil 9 geschlossen und die Ölpumpe 3 wieder mit niedrigerem Öldruck p1 betrieben. Kurz vor Erreichen des Zeitpunktes t3 wird der Verbrennungsmotor 1 abgestellt und damit auch die Ölversorgung der Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1 eingestellt. Dies ist erkennbar am Absinken der Drehzahl des Verbrennungsmotors im oberen Bereich von 2 auf Null, sowie am Absinken des Öldrucks in der Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1 gemäß der durchgehenden Linie im unteren Bereich der 2 auf Null.
Jedoch wird die druckbeaufschlagte Ölmenge 11 im Speicher 10 weiterhin auf einem gewünschten Druck p2 gehalten, wie dargestellt mit der strichlierten Linie im unteren Bereich der 2. Denn das Rückschlagventil 8 und das geschlossene elektrische Umschaltventil 9 verhindern sicher einen Rückfluss der druckbeaufschlagten Ölmenge 11 aus dem Speicher 10 über die Leitung 5 in die Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1. Damit steht nun, wenn der Verbrennungsmotor 1 wieder gestartet werden soll, eine definierte druckbeaufschlagte Ölmenge 11 im Speicher 10 bereit. Zum Zeitpunkt t4 wird durch das Motorsteuergerät 12 entschieden den Verbrennungsmotor 1, beispielsweise nach einem Stopp vor einer roten Ampel, wiederzustarten. Dazu wird zum Zeitpunkt t4 nun vom Steuergerät 12 zunächst das elektrische Umschaltventil 9 geöffnet. Damit strömt die druckbeaufschlagte Ölmenge 11 aus dem Speicher 10 über das nun geöffnete elektrische Umschaltventil 9 durch die Leitungen 7 und 5 in die Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1. Wenn der Verbrennungsmotor nun zum Zeitpunkt t5 gestartet wird, ist also bereits eine ausreichende Ölversorgung des Verbrennungsmotors 1 gegeben. Dazu wird im Speicher 10, der etwa ein Volumen von 500 ml aufweist, beispielsweise eine Ölmenge 11 gespeichert die ausreichend für etwa 20 Umdrehungen des Verbrennungsmotors 1 ist.
Zwischen den Zeitpunkten t4 und t6 strömt die im Speicher 10 gespeicherte Ölmenge 11 also in die Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1. Zum Zeitpunkt t6 ist das Öl aus dem Speicher 10 ausgeströmt, womit der Speicher 10 leer ist. Gleichzeitig hat zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 jedoch die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 näherungsweise wieder die Drehzahl n1 erreicht, siehe 2. Damit wird nun auch die Ölpumpe 3 wieder mit niedrigem Öldruck p1 betrieben und stellt die kontinuierliche Versorgung der Ölgalerie 2 des Verbrennungsmotors 1 mit Motoröl sicher.
Aus Vereinfachungsgründen ist als Drehzahl n1 im oberen Bereich der 2 die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 1 dargestellt. Insgesamt ist natürlich eine flexibel Steuerung der Befüllung des Speichers 10 mit Motoröl möglich. Anders ausgedrückt können Startzeitpunkt, Zeitdauer und – abhängig von der Auslegung der Ölpumpe 3 – auch der zusätzliche durch die Ölpumpe 3 bereitgestellte Öldruck frei gewählt werden. Damit ergibt sich ein besonders flexibler Betrieb der Vorrichtung zur Ölversorgung unter Verwendung der wenigstens zweistufig betreibbaren Ölpumpe 3 des Verbrennungsmotors 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10232319 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Ölversorgung eines Verbrennungsmotors, wobei eine Ölpumpe den im Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor kontinuierlich mit Öl versorgt, und wobei eine druckbeaufschlagte Ölmenge aus einem Speicher den Verbrennungsmotor temporär mit Öl versorgt wenn dieser gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (3) wenigstens zweistufig betreibbar ist, wobei die Ölpumpe mit einem niedrigen Öldruck (p1) betrieben wird um den in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor (1) kontinuierlich mit Öl zu versorgen, und wobei die Ölpumpe kurzzeitig mit einem hohem Öldruck (p2) betrieben wird um zusätzlich im Speicher (10) eine druckbeaufschlagte Ölmenge (11) zu speichern während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine, insbesondere kontinuierlich, regelbare Ölpumpe vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Regelung der Ölmenge bzw. des Öldrucks im Speicher vorgesehen ist, insbesondere mittels eines Drucksensors.
Vorrichtung zur Ölversorgung eines Verbrennungsmotors (1), umfassend eine Ölpumpe (3) zur kontinuierlichen Versorgung des Verbrennungsmotors mit Öl während dessen Betrieb, einen Speicher (10) zum Speichern einer druckbeaufschlagten Ölmenge (11) zur Versorgung des Verbrennungsmotors bei dessen Startvorgang wenn die Ölpumpe nicht in Betrieb ist, und ein Steuergerät (12) das konfiguriert ist zum kurzzeitigen Betrieb der Ölpumpe mit einem höheren Öldruck als zur kontinuierlichen Versorgung des Verbrennungsmotors mit Öl während dessen Betrieb erforderlich ist, um so die druckbeaufschlagte Ölmenge im Speicher zu speichern.