DE102011077507A1

DE102011077507A1 - Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011077507A1
Application number: DE102011077507A
Authority: DE
Inventors: Markus Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2031-06-15
Also published as: DE102011077507B4

Abstract

Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Kurbelgehäuse (2), einem Zylinderkopf (3) und einer Schmiermittelwanne (4) zum Sammeln von Schmiermittel, wobei eine erste Schmiermittelpumpe (5) vorgesehen ist, mit der Schmiermittel aus der Schmiermittelwanne (4) absaugbar ist, zur Versorgung der Brennkraftmaschine (1) mit Schmiermittel und wobei ein Schmiermittelsammelbehälter (6) vorgesehen ist zum Sammeln des aus der Brennkraftmaschine (1) zur Schmiermittelwanne (4) zurückzuführenden Schmiermittels und wobei eine zweite Schmiermittelpumpe (7) vorgesehen ist zum Absaugen des gesammelten Schmiermittels durch eine Schmiermittelleitung (8) aus dem Schmiermittelsammelbehälter (6) zurück in die Schmiermittelwanne (4) und wobei der Schmiermittelsammelbehälter (6) derart angeordnet ist, dass ein geodätischer Rücklauf des im Schmiermittelsammelbehälter (6) gesammelten Schmiermittels in die Schmiermittelwanne (4) durch eine Schmiermittelrücklaufleitung (9) möglich ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine bedarfsgerechte Zuschaltung der zweiten Schmiermittelpumpe ermöglicht. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Kraftstoffverbrauchsvorteil erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Architektur von Schmiermittelkreisläufen in modernen Brennkraftmaschinen ist bei einer Vielzahl von Konstruktionen üblicherweise derart ausgeführt, dass das zur Schmierung vieler Komponenten der Brennkraftmaschine erforderliche Schmiermittel über die sog. geodätische Höhe und damit durch die Einwirkung der Schwerkraft an die Saugstelle zur Hauptschmiermittelpumpe zurückgeführt wird.
Folgende Konstruktionsvarianten kommen ebenso zum Einsatz:

1. Im Bereich von Sportwagen oder Fahrzeugen mit extremen Quer- und/oder Längsbeschleunigungen oder Fahrzeugen mit extremen Anforderungen an die Steigfähigkeit oder Brennkraftmaschinen mit für die Schmiermittelentsorgung ungünstigen Konstruktionsmerkmalen kommen häufig auch sog. Trockensumpfschmierungen zum Einsatz. Hierbei wird aus den Bereichen der Brennkraftmaschine, die über eine geodätische Schmiermittelabfuhr entweder unter Normalbedingungen oder auch bei extremen Schräglagen oder bei extremen Beschleunigungen nicht mehr entsorgbar sind das Schmiermittel über sog. Absaugstufen abgesaugt (Beispiel: Porsche Zylinderkopf Boxermotor). Das abgesaugte Schmiermittel wird dann einem oftmals außerhalb der Brennkraftmaschine liegenden Schmiermitteltank (Trockensumpftank) zugeführt. In Einzelfällen wird dieser Trockensumpftank auch innerhalb der Brennkraftmaschine platziert, man spricht dann von einer „integrierten” Trockensumpfschmierung.
2. Um in allen Betriebszuständen eine sichere Schmiermittelabsaugung zu gewährleisten, wird vorzugsweise bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturboladern auch noch zusätzlich ein sog. „Catchtank”, ein Schmiermittelsammelbehälter, eingesetzt. Der Catchtank liegt in der Regel im direkten Absaugpfad der Schmiermittelabsaugstufe nahe am Abgasturbolader und stellt durch sein Sammelvolumen und den sich einstellenden Unterdruck sicher, dass in allen Extrempositionen oder -lagen der Brennkraftmaschine eine Flutung des Abgasturboladers mit Schmiermittel unterbunden wird. Die Notwendigkeit eines solchen Catchtanks wird umso größer, je geringer die zur Verfügung stehende geodätische Höhe zur Saugstelle für den Schmiermittelrücklauf ist.

So ist beispielsweise aus der deutschen Offeniegungsschrift DE 10 2005 020 959 A1 , von der diese Erfindung ausgeht, eine Schmierölversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem unterhalb eines Kurbelgehäuses angeordneten Ölauffanggehäuses bekannt, in dem ein Ölsumpf ausgebildet ist, wobei über eine Hauptölpumpe das Schmieröl aus dem Ölsumpf abgesaugt und zu den Verbrauchern der Brennkraftmaschine, wie z. B. Kurbelwellenlager, Nockenwellenlager oder einer hydraulisch betätigbaren variablen Ventilsteuerung gefördert wird, sowie mit einem Ölkühler zur Kühlung des Schmieröls. In dieser Offenlegungsschrift wird vorgeschlagen, dass die Schmierölversorgung für die variable Ventilsteuerung unter Umgehung des Ölkühlers erfolgt. Zur Abfuhr des Schmiermittels aus den Zylinderköpfen und den Abgasturboladern ist ferner ein Catchtank vorgesehen, aus dem aktiv mit einer Ölpumpe das gesammelte Öl wieder in den Ölsumpf gepumpt wird.
Nachteilig an der bekannten Ausgestaltung ist, dass die Ölpumpe permanent Öl aus dem Catchtank in den Ölsumpf zurückpumpt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine aufzuzeigen, bei dem nicht ständig eine Schmiermittelpumpe Schmiermittel aus dem Catchtank zurück in die Schmiermittelwanne befördert, wobei ein ständiger Rückfluss des Schmiermittels aus der Brennkraftmaschine in die Schmiermittelwanne unter normalen Betriebsbedingungen sicher gestellt ist.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Positionierung des Schmiermittelsammelbehälters, allgemein auch Catchtank genannt, oberhalb des „Hauptschmiermittelspiegels” im Schmiermittelsumpf wird unter allen normalen Betriebsbedingungen ständig der geodätische Rücklauf des Schmiermittels aus der Brennkraftmaschine in die Schmiermittelwanne ermöglicht. Ein aktives Absaugen des Schmiermittels aus dem Schmiermittelsammelbehälter ist somit unter normalen Umständen nicht erforderlich. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist somit eine bedarfsgerechte Zuschaltung der Absaugstufe, der zweiten Schmiermittelpumpe, ermöglicht, wodurch in vorteilhafter Weise ein Kraftstoffverbrauchsvorteil erzielt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schmiermittelsystems sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Ausführungen gemäß den Patentansprüchen 2 bis 4 sind drei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten zur Rückführung des Schmiermittels aus der Brennkraftmaschine in die Schmiermittelwanne.
Die Ausführungen gemäß den Patentansprüchen 5 und 6 gewährleisten stets das vollständige Ablaufen des Schmiermittels aus dem Schmiermittelsammelbehälter in die Schmiermittelwanne unter normalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Dies gilt für eine Grenzschräglage in jeder Richtung bis zu 45°, bzw. für eine Grenzbeschleunigung in Längs- und Querrichtung bis zu 1,5 [m/s²].
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 7 verhindert in vorteilhafter Weise ein Rücklaufen des Schmiermittels aus der Schmiermittelwanne in den Schmiermittelsammelbehälter bei einer Schräglage der Brennkraftmaschine größer der Grenzschräglage bzw. bei einer Quer- und/oder Längsbeschleunigung größer als der Grenzbeschleunigung.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 8 ist sichergestellt, dass unter allen Betriebsbedingungen das Schmiermittel aus dem Schmiermittelsammelbehälter in die Schmiermittelwanne gefördert wird.
Mit den Ausgestaltungen gemäß den Patentansprüchen 9 und 10 ist es möglich, die zweite Schmiermittelpumpe nur dann zu betreiben, wenn die Grenzschräglage und/oder die Grenzbeschleunigung überschritten werden. Durch diese Maßnahme wird massiv Kraftstoff gespart, da die zweite Schmiermittelpumpe nur in Extremsituationen betrieben wird.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 11 ist sichergestellt, dass unter allen Betriebsumständen die Brennkraftmaschine stets mit ausreichend Schmiermittel versorgt wird.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 12 stellt sicher, dass beispielsweise auch bei einer Brennkraftmaschine der V-Bauart des erfindungsgemäße Schmiermittelsystem stets funktioniert.
Im Folgenden ist das erfindungsgemäße Schmiermittelsystem anhand eines Ausführungsbeispieles in zwei Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Schmiermittelsystem in einer normalen Einbaulage.
2 zeigt schematisch die Brennkraftmaschine mit dem erfindungsgemäßen Schmiermittelsystem in einer Grenzschräglage.
Im Folgenden gelten in den 1 und 2 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem erfindungsgemäßen Schmiermittelsystem. Die Brennkraftmaschine 1 weist im Wesentlichen ein Kurbelgehäuse 2, einen Zylinderkopf 3, eine Zylinderkopfhaube 14 sowie eine Schmiermittelwanne 4 auf.
Im Kurbelgehäuse 2 ist ein Kurbeltrieb 15 angeordnet, im Zylinderkopf 3 ein Ventiltrieb 17. Weiter ist an den Zylinderkopf 3 in diesem Ausführungsbeispiel ein Abgasturbolader 11 angeordnet, der in einem anderen Ausführungsbeispiel auch entfallen kann. In der Schmiermittelwanne 4 ist eine erste Schmiermittelpumpe 5 angeordnet mit einem Ansaugschnorchel 12, der ständig unter einen Schmiermittelpegel 13 ragt. Die erste Schmiermittelpumpe 5 saugt über den Ansaugschnorchel 12 Schmiermittel aus der Schmiermittelwanne 4 an und fördert dieses durch am Leitungssystem in das Kurbelgehäuse 2 zum Kurbeltrieb 15 sowie in den Zylinderkopf 3 zum Ventiltrieb 17 und auch in den Abgasturbolader 11. Eine Schmiermittelfließ- oder Förderrichtung ist durch Pfeile schematisch dargestellt.
Aus der Zyllnderkopfhaube 14, dem Zylinderkopf 3 bzw. dem Abgasturbolader 11 und dem Kurbelgehäuse 2 rückzuführendes Schmiermittel wird erfindungsgemäß in diesem Ausführungsbeispiel durch Schmiermittelleitungen 16 in einen Schmiermittelsammelbehälter 6 geleitet und dort aufgefangen, wobei der Schmiermittelsammelbehälter 6 derart angeordnet ist, dass ein geodätischer Rücklauf des im Schmiermittelsammelbehälter 6 gesammelten Schmiermittels in die Schmiermittelwanne 4 durch eine Schmiermittelrücklaufleitung 9 möglich ist. Die Schmiermittelrücklaufleitung 9 kann auch nur ein Stutzen oder anderes schmiermittelführendes Bauteil anstelle einer Leitung sein. Der Schmiermittelsammelbehälter 6 kann auch durch schmiermittelführende Bauteile mit vergrößertem Querschnitt dargestellt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Schmiermittelrücklaufleitung 9 ein Rücklaufsperrventil 10 auf, damit in der Schmiermittelwanne 4 gesammeltes Schmiermittel unter ungünstigen Bedingungen nicht zurück in den Schmiermittelsammelbehälter 6, oder gar in den Abgasturbolader 11 fließen kann.
In anderen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass in dem Schmiermittelsammelbehälter 6 nur Schmiermittel aus der Zylinderkopfhaube 14 und/oder dem Abgasturbolader 11 und/oder dem Zylinderkopf 3 und/oder dem Kurbelgehäuse 2 aufgesammelt wird.
Der geodätische Abfluss des Schmiermittels aus dem Schmiermittelsammelbehälter 6 funktioniert erfindungsgemäß solange, bis eine Grenzschräglage der Brennkraftmaschine 1 abweichend von einer normalen Einbaulage erreicht ist. Eine Grenzschräglage ist üblicherweise erreicht bei etwa 45° Schräglage der Brennkraftmaschine 1 abweichend von der normalen Einbaulage.
Ferner gilt auch, dass das Schmiermittel von dem Schmiermittelsammelbehälter 6 in die Schmiermittelwanne 4 abläuft bis eine Grenzbeschleunigung wirkend auf die Brennkraftmaschine 1 erreicht ist. Diese Grenzbeschleunigung liegt üblicherweise bei etwa 1,5 [m/s²].
Sollte die Brennkraftmaschine 1 einmal die Grenzschräglage bzw. die Grenzbeschleunigung überschreiten, ist eine zweite Schmiermittelpumpe 7 vorgesehen, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Schmiermittelwanne 4 angeordnet ist. Die Lage der Schmiermittelpumpen 5, 7 kann jedoch auch an anderen Platzierungen erfolgen. Für diese Fälle sind die Antriebswellen der ersten und der zweiten Schmiermittelpumpe 5, 7 bevorzugt miteinander verbindbar. Der Antrieb der zweiten Schmiermittelpumpe kann beispielsweise über bedarfsgerecht zuschaltbaren Reib- oder Formschluss dargestellt werden. Durch den bedarfsgerechten Betrieb der zweiten Schmiermittelpumpe 7 wird in vorteilhafter Weise Kraftstoff eingespart. Auf alle Fälle befindet sich der Ansaugschnorchel 12 der ersten Schmiermittelpumpe 5 immer unter einem Schmiermittelpegel 13 in der Schmiermittelwanne 4. Eine weitere Ausführungsform kann eine elektrisch angetriebene und bedarfsgerecht zuschaltbare zweite Schmiermittelpumpe 7 sein.
In wiederum einem anderen Ausführungsbeispiel, beispielsweise für Brennkraftmaschinen der V-Bauart, kann ein zweiter Schmiermittelsammelbehälter 6 vorgesehen werden, so dass von beiden Zylinderköpfen in jeder Betriebslage das Schmiermittel geodätisch in die Schmiermittelwanne 4 rückfließen kann.
Eine Hochachse H ist benachbart zur Schmiermittelhaube 14 mit einem Pfeil schematisch dargestellt.
2 zeigt die Brennkraftmaschine aus 1, wobei sich die Brennkraftmaschine 1 in einer Grenzschräglage befindet. Dargestellt ist dies durch einen in 1 benachbart zum Pfeil der Hochachse H gekrümmten Pfeil. In 2 ist die zweite Schmiermittelpumpe 7 aktiv und fördert Schmiermittel aus dem Schmiermittelsammelbehälter 6 zurück in die Schmiermittelwanne 4.
Als erste Schmiermittelpumpe und schaltbare zweite Schmiermittelpumpe 5, 7 kann beispielsweise die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 025 535 A1 beschriebene Schmiermittelpumpe Verwendung finden. Die aus der DE 10 2009 025 535 A1 bekannte Schmiermittelpumpe ist auch in der Lage, die Schmiermittelleitung 8 und die Schmiermittelrücklaufleitung 9 zu kombinieren, so dass diese zwei Leitungen durch eine einzige Leitung dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelgehäuse
3: Zylinderkopf
4: Schmiermittelwanne
5: erste Schmiermittelpumpe
6: Schmiermittelsammelbehälter
7: zweite Schmiermittelpumpe
8: Schmiermittelleitung
9: Schmiermittelrücklaufleitung
10: Rücklaufsperrventil
11: Abgasturbolader
12: Ansaugschnorchel
13: Schmiermittelpegel
14: Zylinderkopfhaube
15: Kurbeltrieb
16: Schmiermittelrückführleitung
17: Ventiltrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005020959 A1 [0004]
DE 102009025535 A1 [0032, 0032]

Claims

Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Kurbelgehäuse (2), einem Zylinderkopf (3) und einer Schmiermittelwanne (4) zum Sammeln von Schmiermittel, wobei eine erste Schmiermittelpumpe (5) vorgesehen ist, mit der Schmiermittel aus der Schmiermittelwanne (4) absaugbar ist, zur Versorgung der Brennkraftmaschine (1) mit Schmiermittel und wobei ein Schmiermittelsammelbehälter (6) vorgesehen ist zum Sammeln des aus der Brennkraftmaschine (1) zur Schmiermittelwanne (4) zurück zu führenden Schmiermittels und wobei eine zweite Schmiermittelpumpe (7) vorgesehen ist zum Absaugen des gesammelten Schmiermittels durch eine Schmiermittelleitung (8) aus dem Schmiermittelsammelbehälter (6) zurück in die Schmiermittelwanne (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelsammelbehälter (6) derart angeordnet ist, dass ein geodätischer Rücklauf des im Schmiermittelsammelbehälter (6) gesammelten Schmiermittels in die Schmiermittelwanne (4) durch eine Schmiermittelrücklaufleitung (9) möglich ist.
Schmiermittelsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Zylinderkopf (3) zurück zu führendes Schmiermittel in dem Schmiermittelsammelbehälter (6) sammelbar ist.
Schmiermittelsystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kurbelgehäuse (2) zurück zu führendes Schmiermittel in dem Schmiermittelsammelbehälter (6) sammelbar ist.
Schmiermittelsystem nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei die Brennkraftmaschine einen Abgasturbolader aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abgasturbolader (11) zurück zu führendes Schmiermittel im Schmiermittelsammelbehälter (6) sammelbar ist.
Schmiermittelsystem nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel von dem Schmiermittelsammelbehälter (6) in die Schmiermittelwanne (4) abläuft bis eine Grenzschräglage der Brennkraftmaschine (1) abweichend von einer normalen Einbaulage erreicht ist.
Schmiermittelsystem nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel von dem Schmiermittelsammelbehälter (6) in die Schmiermittelwanne (4) abläuft bis eine Grenzbeschleunigung wirkend auf die Brennkraftmaschine (1) erreicht ist.
Schmiermittelsystem nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schmiermittelrücklaufleitung (9) ein Rücklaufsperrventil (10) angeordnet ist.
Schmiermittelsystem nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schmiermittelpumpe (7) betreibbar ist, wenn das Schmiermittel von dem Schmiermittelsammelbehälter (6) nicht in die Schmiermittelwanne (4) abläuft.
Schmiermittelsystem nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebswellen der ersten und der zweiten Schmiermittelpumpe (5, 7) miteinander verbindbar sind.
Schmiermittelsystem nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schmiermittelpumpe (7) bedarfsgerecht zuschaltbar ist.
Schmiermittelsystem nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansaugschnorchel (12) der ersten Schmiermittelpumpe (5) immer unter einem Schmiermittelpegel (13) in der Schmiermittelwanne (4) angeordnet ist.
Schmiermittelsystem nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schmiermittelsammelbehälter vorgesehen ist.