DE102009057549A1

DE102009057549A1 - Verfahren zur Kühlung und/oder Schmierung wenigstens eines Kolbens und/oder der Zylinderlaufbahn einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009057549A1
Application number: DE102009057549A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kronich; Jürgen KLING; Martin Leimböck
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-16

Abstract

Bei einem Verfahren zur Kühlung und/oder Schmierung wenigstens eines Kolbens einer Brennkraftmaschine wird dem Kolben über wenigstens eine Düseneinrichtung unter Druck stehendes Öl zugeleitet. Bei Unterschreiten einer bestimmten Last der Brennkraftmaschine wird der Druck des der Düseneinrichtung zugeleiteten Öls unter einen Öffnungsdruck der Düseneinrichtung abgesenkt, so dass die Zufuhr von Öl über die Düseneinrichtung zu dem Kolben unterbrochen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung und/oder Schmierung wenigstens eines Kolbens und/oder der Zylinderlaufbahn einer Brennkraftmaschine, wobei in den Zylinder über wenigstens eine Düseneinrichtung unter Druck stehendes Öl zugeleitet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Um die zukünftigen Abgasvorschriften erfüllen zu können, ist es unter anderem erforderlich, die Kohlenwasserstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen noch weiter zu senken. Beispielsweise erzeugt das Hochsaugen von Öl an den Kolben vorbei in den Zylinder im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine eine Erhöhung der Kohlenwasserstoffemissionen, da dieses hochgesaugte Öl in den Brennräumen nur unvollständig verbrannt wird.
Hierzu ist es unter anderem aus der DE 25 46 273 C2 oder der DE 199 33 363 A1 bekannt, während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine die Zufuhr von Öl zu dem Kolben auszusetzen.
Nachteilig bei diesen bekannten Lösungen ist jedoch das Erfordernis eines den Kolbenspritzdüsen vorgeschalteten Ventils, da dieses zum Einen ein zusätzliches Bauteil darstellt und es zum Anderen auch einer zusätzlichen Ansteuerung bedarf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kühlung und/oder Schmierung wenigstens eines Kolbens bzw. der Laufbahn des Kolbens im Zylinder einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchem mit einfachen Mitteln eine derartige Zuführung des Öls zu dem Kolben möglich ist, dass übermäßige Kohlenwasserstoffemissionen verhindert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß wird also zur Unterbrechung der Ölzufuhr zu dem wenigstens einen Kolben der Öldruck so reduziert, dass der Öffnungsdruck, der das Öl zu dem Kolben freigebenden Düseneinrichtung unterschritten wird, wodurch letztendlich die Zufuhr des Öls unterbrochen wird. Dadurch kann auf ein schaltbares Ventil, welches bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Freigabe der Ölzufuhr zu dem Kolben eingesetzt wird, verzichtet werden, so dass sich eine einfachere Konstruktion der Brennkraftmaschine ergibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt durch die Unterbrechung der Ölzufuhr zu dem Kolben sicher, dass der Brennkraftmaschine nur dann Öl zugeleitet wird, wenn tatsächlich ein Bedarf an Kühlung und/oder Schmierung vorhanden ist, sodass kein Öl an dem Kolben vorbei in den Zylinder gesaugt wird, wodurch letztendlich eine Verringerung der Kohlenwasserstoffemissionen erzielt werden kann.
In einer einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Zufuhr von Öl zu dem Kolben zumindest im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine unterbrochen wird.
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass die Zufuhr von Öl zu dem Kolben und seiner Laufbahn im Zylinder auch bei niedrigen Lasten der Brennkraftmaschine unterbrochen wird, so wird die Einschaltzeit einer den Öldruck erzeugenden Ölpumpe verringert, was zu einer geringeren Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine und somit zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders einfach ausführen, wenn der Öldruck mittels einer das Öl zu der Düseneinrichtung fördernden, variablen Ölpumpe reduziert wird.
In Anspruch 9 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben, mit welcher das Verfahren besonders einfach und wirkungsvoll durchgeführt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt auf sehr schematische Art und Weise einen Schnitt durch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinder 2, in dem ein Kolben 3 in an sich bekannter Weise eine oszillierende Bewegung ausführt. Der Kolben 3 ist über ein Pleuel 4 in ebenfalls an sich bekannter Weise mit einer Kurbelwelle 5 verbunden. Selbstverständlich könnten an der Kurbelwelle 5 über eine entsprechende Anzahl an Pleueln 4 auch mehrere der Kolben 3 angeordnet sein, welche in einer entsprechenden Anzahl an Zylindern 2 angeordnet wären.
Die Brennkraftmaschine 1 weist des Weiteren eine Vorrichtung 6 zur Kühlung und/oder Schmierung des Kolbens 3 bzw. zu seiner Laufbahn im Zylinder auf. Die Vorrichtung 6 umfasst im vorliegenden Fall unter anderem eine auch als Kolbenspritzdüse bezeichnete Düseneinrichtung 7, einen Ölbehälter 8, eine Ölpumpe 9 und eine den Ölbehälter 8 mit der Ölpumpe 9 und die Ölpumpe 9 mit der Düseneinrichtung 7 verbindende Leitung 10. Hierbei können insbesondere der Ölbehälter 8 und die Ölpumpe 9 auch andere Funktionen beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 übernehmen, auf die hierin nicht näher eingegangen wird. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 6 eine Steuereinrichtung 11, welche sowohl mit der Brennkraftmaschine 1 als auch mit der Ölpumpe 9 verbunden ist, die ebenfalls auch andere Aufgaben beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 übernehmen und deren konkrete Ausführung auch an sich bekannt sein kann. Im oben beschriebenen Fall, in dem die Brennkraftmaschine 1 mehrere Kolben 3 aufweist, ist vorzugsweise jedem der Kolben 3 eine separate Düseneinrichtung 7 zugeordnet.
Um zu verhindern, dass in bestimmten Betriebssituationen der Brennkraftmaschine 1, in denen eine Schmierung und/oder Kühlung des Kolbens 3 nicht zwingend erforderlich ist, Öl an dem Kolben 3 vorbei in den Zylinder 2 gelangen kann, was möglicherweise zu einer unvollständigen Verbrennung führen könnte, wird ein Verfahren durchgeführt, gemäß dem vorgesehen ist, dass bei Unterschreiten einer bestimmten Last der Brennkraftmaschine 1 der Druck des der Düseneinrichtung 7 zugeleiteten Öls unter einen Öffnungsdruck der Düseneinrichtung 7 abgesenkt wird, so dass die Zufuhr von Öl über die Düseneinrichtung 7 zu dem Kolben 3 unterbrochen wird, d. h. dass dem Kolben 3 kein Öl zugeführt wird. Hierfür ist im vorliegenden Fall die Düseneinrichtung 7 so ausgeführt, dass sie bei einem bestimmten Öldruck öffnet und bei einem bestimmten Öldruck schließt. Diese Drücke können durchaus unterschiedlich sein, d. h. es kann eine gewisse Hysterese vorliegen, wobei der Öffnungsdruck der Düseneinrichtung 7 vorzugsweise höher ist als ihr Schließdruck. Das Öffnen und Schließen der Düseneinrichtung 7 erfolgt also rein mechanisch durch den Öldruck.
Um lediglich dafür zu sorgen, dass die Kohlenwasserstoffemissionen durch unverbranntes Motoröl in dem Zylinder 2 verringert werden, kann vorgesehen sein, dass der Öldruck lediglich im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1, d. h. wenn der Fahrer eines mit der Brennkraftmaschine 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs das Fahrpedal nicht betätigt, verringert wird. Es ist jedoch auch möglich, bei geringen Lasten der Brennkraftmaschine 1 den Öldruck so abzusenken, dass die Zufuhr von Öl an den Kolben 3 unterbrochen wird. Die Höhe der Last, bei welcher die Ölzufuhr zu dem Kolben 3 unterbrochen wird, hängt unter anderem auch von der Konstruktion, vom maximalen Drehmoment, von der maximalen Leistung, von der Öltemperatur, von der Drehzahl, von der Laufleistung und möglicherweise von weiteren Faktoren seitens der Brennkraftmaschine 1 ab. Zumindest sollte sichergestellt werden, dass, wenn der Kolben 3 bzw. seine Laufbahn im Zylinder eine Schmierung und/oder Kühlung benötigt, ein derartiger Öldruck vorliegt, dass über die Düseneinrichtung 7 ausreichend Öl zu dem Kolben 3 gefördert wird. Die Ölzufuhr zu dem Kolben 3 über die Düseneinrichtung 7 wird also nur in den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 abgeschaltet, in den eine Kühlung und/oder Schmierung nicht erforderlich ist.
Zusätzliche Bedingungen zur Umschaltung der Ölpumpe 9 auf den höherein Druck, bei dem die Zufuhr von Öl über die Düseneinrichtung 7 zu dem Kolben 3 unterbrochen wird, können auch die Außentemperatur, der Umgebungsdruck sowie möglicherweise auch die Betriebszeit, in welcher die Düseneinrichtung 7 nicht betätigt war, sein. Mit anderen Worten, die Zufuhr von Öl zu dem Kolben 3 kann auch in Abhängigkeit von der Dauer einer Inaktivität der Düseneinrichtung 7 gesteuert werden. Im Zusammenhang mit dem Umgebungsdruck kann zusätzlich auch eine Höhenkorrektur durchgeführt werden, gemäß welcher in bestimmten Höhen der von der Ölpumpe 9 erzeugte Öldruck erhöht oder gegebenenfalls reduziert wird. Durch die Höhenkorrektur kann ein sicheres Ein- und Ausschalten der Düseneinrichtung 7 gewährleistet werden.
Die Ölpumpe 9 ist im vorliegenden Fall zwar in nicht dargestellter Art und Weise in den Steuertrieb der Brennkraftmaschine 1 integriert, d. h. sie wird zumindest mittelbar von der Kurbelwelle 5 angetrieben, es handelt sich jedoch um eine vollvariable Ölpumpe 9, deren Druck annähernd beliebig geregelt bzw. gesteuert werden kann. Vorzugsweise ist hierzu in der Steuereinrichtung 11 ein Öldruckkennfeld hinterlegt, welches zur Steuerung der Ölpumpe 9 dient. Das Öldruckkennfeld wird vorzugsweise bereits bei der Entwicklung und/oder Erprobung der Brennkraftmaschine 1 erzeugt.
Mit der Steuereinrichtung 11 verbundene Sensoren, welche die Last der Brennkraftmaschine 1 und die weiteren, oben genannten Größen ermitteln, die möglicherweise einen Einfluss auf die Unterbrechung der Ölzufuhr zu dem Kolben 3 Einfluss haben, sind in der Figur nicht dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2546273 C2 [0003]
DE 19933363 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Kühlung und/oder Schmierung eines Kolbens uns seiner Laufbahn im Zylinder einer Brennkraftmaschine, wobei dem Kolben über wenigstens eine Düseneinrichtung unter Druck stehendes Öl zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten einer bestimmten Last der Brennkraftmaschine (1) der Druck des der Düseneinrichtung (7) zugeleiteten Öls unter einen Öffnungsdruck der Düseneinrichtung (7) abgesenkt wird, so dass die Zufuhr von Öl über die Düseneinrichtung (7) zu dem Kolben (3) unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck zumindest im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (1) unter den Öffnungsdruck der Düseneinrichtung (7) abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck bei niedrigen Lasten der Brennkraftmaschine (1) unter den Öffnungsdruck der Düseneinrichtung (7) abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck mittels einer das Öl zu der Düseneinrichtung (7) fördernden, variablen Ölpumpe (9) reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Last der Brennkraftmaschine (1) mittels einer Steuereinrichtung (11) ermittelt wird, und dass die Steuereinrichtung (11) die Absenkung des Öldrucks steuert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (11) die Absenkung des Öldrucks über ein in der Steuereinrichtung (11) hinterlegtes Kennfeld für den Öldruck steuert.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (11) den Öldruck zusätzlich in Abhängigkeit von dem Umgebungsdruck und der Öltemperatur steuert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Umgebungsdrucks ein Höhenausgleich durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Brennkraftmaschine (1), welche wenigstens einen Kolben (3) aufweist, mit einer Düseneinrichtung (7) zur Freigabe von unter Druck stehendem Öl zu dem Kolben (3) und mit einer Ölpumpe (9) zur Erzeugung eines Öldrucks und zur Zuleitung des Öls zu der Düseneinrichtung (7).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (9) als variable Ölpumpe (9) ausgebildet ist.