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Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelversorgungseinrichtung für einen Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Derartige Schmiermittelversorgungseinrichtungen sind hinlänglich bekannt. Die
DE 103 05 513 A1 offenbart eine externe Motoröl-Vorwärmung für Verbrennungsmotoren, wobei das Öl in eine externe Heizvorrichtung abgepumpt und gleichzeitig in den Motor zurückgeführt wird, sodass ein geschlossener Kreislauf entsteht. Dies stellt einen sehr komplexen und aufwändigen Vorgang dar, der zusätzliche Pumpeinrichtungen erfordert, die einerseits das Gewicht eines Kraftwagens mit einer solchen Motoröl-Vorwärmung unerwünschterweise ansteigen lassen und den Energiebedarf desselbigen erhöhen.
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Aus der
DE 103 00 411 A1 ist eine Motoröl-Wärmespeicherung zur schnellsten Erwärmung bei Kaltstart bekannt, wobei ein separater isolierter Motoröltank sein heißes Öl direkt nach dem Start an die exponierten Motorbauteile abgibt und sie sofort erwärmt. Nach deren Erwärmung steuern Thermostate den zweiten Ölkreislauf und sorgen durch einen Ölkühler für einen stabilen Wärmehaushalt. Der isolierte Motoröltank weist dabei Isolationen auf, wie sie aus der Isolationstechnik für flüssigen Wasserstoff oder Stickstoff bekannt sind. Dies bedeutet ein hohes Gewicht eines Kraftwagens mit einer derartigen Motorölwärmespeicherung sowie sehr hohe Kosten. Außerdem besteht der Nachteil, dass der Motoröltank nichtsdestotrotz Wärme abgibt, wodurch bei einer gewissen Standzeit das Öl abkühlt und dann kein heißes Öl mehr zur Verfügung steht.
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Die
DE 198 23 254 C2 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Ölkühler, der in einem Wasserkasten eines Zylinderkurbelgehäuses angeordnet ist, wobei der Wasserkasten von Kühlwasser eines Kühlwasserkreislaufs durchströmt wird, und wobei ein unmittelbar am Ölkühler gehaltenes elektrisches Heizelement vorgesehen ist, das in dem Wasserkasten angeordnet ist und mit dem Ölkühler ein zusammenhängendes Bauteil bildet. Außerdem ist das Heizelement an der Bodenfläche des Ölkühlers gehalten, und das Heizelement liegt innerhalb der seitlichen Umrandung der Bodenfläche des Ölkühlers. Diese Brennkraftmaschine weist weiteres Potential auf, eine effiziente Erwärmung des Öls zu realisieren.
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Die
DE 10 2007 330 463 A1 zeigt eine Anordnung zur Erwärmung zumindest eines Betriebsmittels einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ausgehend von einer Abgasanlage heiße Verbrennungsgase über zumindest eine Bypassleitung durch einen im Ölsumpf der Ölwanne des Motorblocks der Verbrennungskraftmaschine angeordneten und das in der Ölwanne befindliche Motorenöl erwärmenden ersten Wärmetauschers durchgeführt sind, wobei in der Ölwanne zumindest ein zweiter Wärmetauscher angeordnet ist, der seinerseits in einen Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine eingebunden ist.
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Auch diese Anordnung weist weiteres Potential zur Verbesserung der effizienten Erwärmung des Öls auf, da zunächst das Abgas auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden muss, um einen Wärmeübergang von dem Abgas an das Öl zur Erwärmung desselbigen darzustellen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schmiermittelversorgungseinrichtung für einen Kraftwagen bereitzustellen, welche eine effiziente Aufwärmung eines Schmiermittels ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schmiermittelversorgungseinrichtung für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäße Schmiermittelversorgungseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mittels welcher zumindest ein zu schmierendes Aggregat und/oder eine zu schmierende Komponente und/oder eine Lagerstelle und/oder dergleichen des Kraftwagens mit Schmiermittel versorgbar ist und mit zumindest einem Heizelement, mittels welchem das Schmiermittel aufheizbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass das Heizelement als elektrisches Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes ausgebildet ist.
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Diese Ausbildung des Heizelements erlaubt eine äußerst schnelle und bedarfsgerechte und damit effiziente Erwärmung des Schmiermittels, was die Viskosität des Schmiermittels insbesondere bei kalten Umgebungsbedingungen und bei einem Kaltstart des Kraftwagens nahezu verzögerungsfrei absenkt. Diese Absenkung der Viskosität führt zu einer Reduzierung des zu schmierenden Aggregats und/oder dergleichen, was den Energieaufwand zum Betrieb desselbigen absenkt.
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Ein solches zu schmierendes Aggregat ist beispielsweise als Motor, insbesondere als Verbrennungskraftmaschine, des Kraftwagens ausgebildet, bei welchem eine Vielzahl von zu schmierenden Komponenten und insbesondere Lagerstellen vorliegen. Bei einer solchen Verbrennungskraftmaschine sind insbesondere Lagerstellen einer Kurbelwelle, sowie Zylinderlaufbahnen zu schmieren, wobei die beschriebene Absenkung der Viskosität des Schmiermittels die Reibleistung der Verbrennungskraftmaschine deutlich absenkt, was zu einem reduzierten Kraftstoffverbrauch und damit zu reduzierten CO2-Emissionen insbesondere bei einem Kaltstart und während der Kaltstartphase der Verbrennungskraftmaschine führt.
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Diese schnelle Direktbeheizung des Schmiermittels, welches beispielsweise als Motoröl vorliegt, wirkt sich insbesondere günstig auf den Kraftstoffverbrauch im Rahmen des Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) positiv auf den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine aus, da dieser Zyklus eine Länge von ca. 20 Minuten aufweist, wobei herkömmlich die Kaltstartphase der Verbrennungskraftmaschine relativ dazu einen hohen Zeitanteil ausmacht. Insofern wirken sich die schnelle Erwärmung des Schmiermittels und die damit einhergehende Reduzierung dessen Viskosität besonders günstig auf den Kraftstoffverbrauch in dem NEFZ aus, da der Zeitanteil, in der die Verbrennungskraftmaschine bzw. das Schmiermittel in einem relativ kalten Zustand betrieben wird, stark reduzierbar ist.
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Das elektrische Heizelement erlaubt indes auch die Erwärmung des Schmiermittels nach langen Standzeiten des Kraftwagens, währenddessen der Kraftwagen und dessen Komponenten bzw. Antriebsaggregate vollständig ausgekühlt sind. Durch das erfindungsgemäße Heizelement weist das Schmiermittel fast nahezu verzögerungsfrei einen Zustand niedriger Viskosität auf, wie es bei herkömmlichen Schmiermittelversorgungseinrichtungen nach einer deutlich längeren Zeit erst der Fall ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schmiermittelversorgungseinrichtung besteht darin, dass nicht das gesamte Volumen des Schmiermittels aufgeheizt werden muss, sondern lediglich ein Teil, der zu der entsprechenden, besonders reibleistungskritischen Stelle gelangt.
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Des Weiteren sind bereits vorhandene Schmiermittelversorgungseinrichtungen unproblematisch und daher kostenunaufwändig modifizierbar und um das erfindungsgemäße Heizelement erweiterbar, was die Kosten für die Schmiermittelversorgungseinrichtung in einem geringen Rahmen hält.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Schmiermittelversorgungseinrichtung beispielsweise in Zusammenhang mit einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden kann. Ebenso ist der Einsatz zum Schmiermittelwärmemanagement bei einem Getriebe, sowohl bei einem Hauptgetriebe als auch bei einem Hinterachsgetriebe, des Kraftwagens als auch bei einem Differential des Kraftwagens oder dergleichen.
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Da das Heizelement als elektrisches Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstands (PTC-Element – Positive Temperature Coefficient) ausgebildet ist, wobei das PTC-Element beispielsweise auf Keramikbasis hergestellt und selbstregelnd ausgebildet ist, ist eine Oberflächentemperatur des Heizelements beispielsweise auf 150° selbstregelnd begrenzbar, wodurch eine thermische Zerstörung des Schmiermittels vorteilhafterweise vermeidbar ist. Zusätzliche, kostenintensive und bauraumbeanspruchende Regelungseinrichtungen sind dabei nicht vonnöten, was das Gewicht sowie die Kosten der Schmiermittelversorgungseinrichtung in einem geringen Rahmen hält.
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Je nach Anwendungsfall kann durch den Einsatz eines PTC-Elements das Schmiermittel selbstregelnd in einem Temperaturbereich von einschließlich 20° Celsius bis einschließlich 200° Celsius, insbesondere einschließlich 120° Celsius bis 160° Celsius, eingestellt und gehalten werden.
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Aufgrund der geringen elektrischen Leitfähigkeit des Schmiermittels, insbesondere in Form von Motoröl, ist es möglich, das Schmiermittel direkt mit dem elektrischen Heizelement zu kontaktieren. Ebenso möglich ist, dass das elektrische Heizelement innerhalb eines Gehäuses, das beispielsweise im Wesentlichen aus Aluminium ausgebildet ist, angeordnet ist. In beiden Fällen ist ein schneller Wärmeübergang von dem elektrischen Heizelement an das Schmiermittel realisiert zur schnellen Erwärmung des Schmiermittels und damit zur Reduzierung dessen Viskosität, was die Reibleistung des zu schmierenden Aggregats und/oder dergleichen zur Verbesserung des Energiebedarfs reduziert.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmiermittelversorgungseinrichtung für einen Kraftwagen.
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Die Figur zeigt eine Schmiermittelversorgungseinrichtung 10 für einen Personenkraftwagen, mittels welcher eine Verbrennungskraftmaschine 12 des Kraftwagens mit Schmiermittel in Gestalt von Motoröl versorgbar ist.
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Dazu wird aus einem Ölreservoir in Form einer Ölwanne 14 mittels einer Ölpumpe 16 der Schmiermittelversorgungseinrichtung 10 das Motoröl zunächst über ein erstes Leitungselement 18 abgepumpt und über ein zweites Leitungselement 20 zu einem Ölfiltermodul 22 geleitet, in welchem das Motoröl unter anderem gefiltert wird. Anschließend wird das Motoröl über ein drittes Leitungselement 24 zu einem Hauptölkanal der Verbrennungskraftmaschine 12 gefördert, wo es durch weitere Ölkanäle an entsprechende, zu schmierende Stellen geleitet wird.
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Bei diesen zu schmierenden Stellen handelt es sich beispielsweise um Zylinderlaufbahnen, Lagerstellen für eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 12, Lagerstellen für Nockenwellen usw., die sowohl einer Schmierung als auch einer Kühlung durch das Motoröl bedürfen.
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Nach erfolgter Schmierung und Kühlung, wobei das Motoröl gegebenenfalls Verunreinigung wie Abrieb oder dergleichen aufnehmen kann, strömt das Motoröl über ein viertes Leitungselement 26 zurück in die Ölwanne 14, wodurch ein Ölkreislauf geschlossen ist.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Verbrennungskraftmaschine 12 stellvertretend für zu schmierende Lagerstellen, Aggregate oder dergleichen aufzufassen ist. So kann mittels der Schmiermittelversorgungseinrichtung 10 auch ein Achsdifferential, ein Getriebe oder dergleichen mit Schmiermittel versorgbar sein.
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Nach längerer Standzeit des Kraftwagens ohne Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 kühlt das Motoröl aus, wodurch es bei tiefen Temperaturen eine relativ hohe Viskosität aufweist. Diese hohe Viskosität führt bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 12 zu einer hohen Reibleistung derselbigen, was zu einem erhöhten Energiebedarf zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 und damit zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und zu erhöhten CO2-Emissionen führt. Dieser Zustand liegt dabei solange vor, bis das Motoröl eine gewisse Temperatur erreicht hat, bei welchem es eine niedrige Viskosität aufweist.
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Zur Vermeidung dieses den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen negativ beeinflussenden Zustands der Verbrennungskraftmaschine 12 bzw. des Motoröls bzw. zur drastischen Verkürzung der Kaltstartphase ist ein elektrisches Heizelement in Form eines PTC-Elements 28 vorgesehen, das im Wesentlichen aus einem keramischen Werkstoff gebildet und über Anschlüsse 30 mit elektrischem Strom versorgbar ist.
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Das PTC-Element 28 ist dabei in das Ölfiltermodul integriert, also innerhalb eines Gehäuses des Ölfiltermoduls 22 aufgenommen. Mittels des PTC-Elements ist das Motoröl nun sehr schnell erwärmbar, wodurch dessen Viskosität sehr schnell reduzierbar ist. Dies führt zu einer nahezu verzögerungsfreien Darstellung einer sehr niedrigen und sehr günstigen Viskosität des Motoröls, was die Reibleistung der Verbrennungskraftmaschine 12 und damit deren Kraftstoffverbrauch sowie die CO2-Emissionen reduziert.
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Dies wirkt sich insbesondere positiv auf den Kraftstoffverbrauch in dem Neuen Europäischen Fahrzyklus aus, welcher ohnehin eine sehr geringe Zeitdauer aufweist. Von daher ist eine sehr kurze bzw. kaum vorhandene Kaltstartphase bzw. Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine 12 äußerst vorteilbehaftet, da nach der Warmlaufphase nur wenig Zeit zur Verfügung steht, um den in der Kaltstartphase schlechteren Kraftstoffverbrauch in darauf folgenden Betriebsphasen mit warmen Motoröl zu relativieren und zu verbessern. Diese Relativierung bzw. Verbesserung in späteren Phasen des Neuen Europäischen Fahrzyklus ist bei der Verbrennungskraftmaschine 12 nicht vonnöten, da sie nahezu den gesamten Neuen Europäischen Fahrzyklus mit temperaturoptimalem Motoröl betrieben wird infolge des schnellen Erwärmens des Motoröls durch das PTC-Element 28 und somit zu Beginn des Neuen Europäischen Fahrzyklus keinen erhöhten Kraftstoffverbrauch aufweist im Vergleich zu den übrigen, späteren Phasen des Neuen Europäischen Fahrzyklus.
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Durch das PTC-Element 28 in dem Ölfiltermodul 22 ist also die Warmlaufphase auf ein Minimum reduziert, wodurch nahezu während des gesamten Neuen Europäischen Fahrzyklus eine optimale Betriebstemperatur und damit eine optimale Viskosität des Motoröls vorliegt zur Realisierung eines äußerst kraftstoffverbrauchsarmen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 12.
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Das PTC-Element 28 ist dabei selbstregelnd ausgebildet, wobei die Temperatur des Motoröls selbstregelnd auf beispielsweise 150° Celsius begrenzbar ist, um eine thermische Zerstörung des Motoröls zu vermeiden. Zusätzliche Regelungseinrichtungen zur Einstellung und Beibehaltung der Temperatur des Motoröls sind nicht vonnöten, was den Bauraumbedarf, das Gewicht sowie die Kosten für die Schmiermittelversorgungseinrichtung 10 sehr gering hält.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schmiermittelversorgungseinrichtung
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Ölwanne
- 16
- Ölpumpe
- 18
- Leitungselement
- 20
- Leitungselement
- 22
- Ölfiltermodul
- 24
- Leitungselement
- 26
- Leitungselement
- 28
- PTC-Element
- 30
- Anschlüsse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10305513 A1 [0002]
- DE 10300411 A1 [0003]
- DE 19823254 C2 [0004]
- DE 102007330463 A1 [0005]
