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Die Erfindung betrifft einen Schmiermittelsystem einer Brennkraftmaschine, eine entsprechende Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben eines Schmiersystems nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 020 807 A1 ist ein Schmiermittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine bekannt. Im Schmiermittelkreis wird Schmiermittel mittels mindestens einer Schmiermittelpumpe aus einem Vorratstank zu Schmierstellen in mindestens einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befördert. Es ist ein Schmiermittelsammeltank im Zylinderkopf ausgebildet, der über mindestens eine einen konzentrierten Schmiermittelrücklauf bewirkende Schmiermittelrücklaufverbindung mit dem Vorratstank verbunden ist. Aus der
DE 10 2005 006 703 A1 ist eine Ölpumpe bekannt, die einen um einen Lagerbolzen schwenkbaren Stator zur Verstellung der Fördermenge aufweist. Die für den Stator erforderliche Verstellkraft wird von einem hydraulisch mit einem Steuerdruck beaufschlagten Kolben erzeugt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Schmiersystem einer Brennkraftmaschine, die entsprechende Brennkraftmaschine und das Verfahren zum Betreiben eines Schmiersystem mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass durch die Anordnung eines Schmiermittelspeichers in der hydraulischen Verbindung zwischen Schmiermittelpumpe und Brennkraftmaschine abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Brennkraftmaschine durch Schmiermittel aus dem Schmiermittelspeicher geschmiert werden kann.
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Da der Schmiermittelbedarf der Brennkraftmaschine zu jedem Zeitpunkt gedeckt werden muss, kann durch den Einsatz eines Schmiermittelspeichers neben der Schmiermittelpumpe der Schmiermittelbedarf auch aus dem Schmiermittelspeicher gedeckt werden.
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Insbesondere bei einer hohen Lastanforderung an die Brennkraftmaschine kann die Förderung von Schmiermittel durch die Schmiermittelpumpe unterbrochen werden, so die Brennkraftmaschine alleine durch Schmiermittel aus dem Schmiermittelspeicher geschmiert wird. Durch den Einsatz des Schmiermittelspeichers kann die Leistungsaufnahme der Schmiermittelpumpe reduziert werden, so dass sich der Betrieb der Brennkraftmaschine im Bezug auf das nutzbare Drehmoment und die Dynamik verbessert. Des Weiteren kann das Emissionsverhalten im Bezug auf NOx-Spitzen verbessert werden.
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Vorteilhaft ist der Einsatz einer verstellbare Regelpumpe als Schmiermittelpumpe, deren Fördermenge durch ein verstellbares Verdrängungsvolumen verändert wird, da sich die verstellbare Regelpumpe an den Schmiermittelbedarf der Brennkraftmaschine anpasst ohne das die Fördermenge über eine externe Regelung der Drehzahl verändert wird.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn das verstellbare Verdrängungsvolumen der verstellbaren Regelpumpe durch eine hydraulische Rückkopplungsleitung regelbar ist, da abhängig vom Druck in der hydraulischen Rückkopplungsleitung das Verdrängungsvolumen der verstellbaren Regelpumpe verändert wird. Eine hydraulische Rückkopplungsleitung zur Steuerung des verstellbaren Verdrängungsvolumens zeichnet sich positiv durch ihre einfache Realisierbarkeit im Schmiersystem auf, da außer einer zusätzlichen Leitung keine weiteren Regeleinrichtungen benötigt werden.
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Ein Mittel zum Entkoppeln der Schmiermittelpumpe im Schmiersystem, durch welches die Förderung von Schmiermittel durch die Schmiermittelpumpe in Richtung der Brennkraftmaschine unterbrochen werden kann, ist von Vorteil, da bei einer hohen Lastanforderung an die Brennkraftmaschine durch den Fahrer, z.B. während einer Beschleunigungsphase, weniger zusätzliche Last durch die Schmiermittelpumpe erzeugt wird. Durch den Einsatz des Mittels zum Entkoppeln der Schmiermittelpumpe reduziert sich die Leistungsaufnahme der Schmiermittelpumpe, so dass die Brennkraftmaschine ein geringeres Antriebsdrehmoment für die Schmiermittelpumpe aufbringen muss.
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Vorteilhaft ist der Einsatz eines Absperrventils, welches zwischen Schmiermittelpumpe und Schmiermittelspeicher angeordnet ist, als Mittel zum Entkoppeln der Schmiermittelpumpe, da das Absperrventil ein kostengünstiges Bauteil ist, welches sich einfach in das Schmiersystem integrieren lässt.
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Durch den Einsatz eines Proportionalventils oder eines Mengenteilers anstelle des Absperrventils lässt sich ein sanfter Übergang zwischen den unterschiedlichen Betriebsarten realisieren, welches sich positiv auf das gesamte Betriebsverhalten auswirkt.
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Durch eine Steuereinheit, die mit der Brennkraftmaschine, dem Schmiermittelspeicher und dem Mittel zum Entkoppeln der Schmiermittelpumpe in Verbindung steht, ist eine genaue Einstellung des Mittels zum Entkoppeln der Schmiermittelpumpe, abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und dem Druck im Schmiermittelspeicher möglich.
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Vorteilhaft ist ein Verfahren zum Betreiben eines Schmiersystems einer Brennkraftmaschine bei dem die Brennkraftmaschine bei einer hohen Lastanforderung durch Schmiermittel aus dem Schmiermittelspeicher geschmiert wird, da dadurch die Schmierung während hoher Belastungsphasen der Brennkraftmaschine sichergestellt wird und die Leistungsaufnahme der Schmiermittelpumpe durch den zusätzlichen Schmierstoff aus dem Schmiermittelspeicher geringer ist.
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Besonders vorteilhaft ist die Überprüfung des Druckes im Schmiermittelspeicher durch die Steuereinheit bei einer hohen Lastanforderung an die Brennkraftmaschine, da durch die Überprüfung des Druckes sichergestellt wird, dass der Brennkraftmaschine eine ausreichende Menge von Schmiermittel zur Verfügung steht. Das Mittel zum Entkoppeln der Schmiermittelpumpe unterbricht die Förderung von Schmiermittel von der Schmiermittelpumpe zur Brennkraftmaschine nur, wenn eine ausreichende Menge an Schmiermittel im Schmiermittelspeicher zur Verfügung steht.
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Vorteilhaft ist, dass die Steuereinheit beim Unterschreiten des vorgegebenen Druckwertes im Schmiermittelspeicher das Mittel zum Entkoppeln der Schmiermittelpumpe ansteuert, so dass die Schmiermittelpumpe Schmiermittel zur Brennkraftmaschine fördert, so dass eine ausreichende Versorgung der Brennkraftmaschine mit Schmiermittel sichergestellt ist und der Schmiermittelspeicher wieder mit Schmiermittel aufgefüllt wird.
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Ausführungsbeispiele
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der einzigen Figur ist ein Schmiersystem einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt.
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Die Figur zeigt ein Schmiersystem einer Brennkraftmaschine 2. Das Schmiersystem weist eine Schmiermittelpumpe 8 auf, die Schmiermittel aus einem Vorratsbehälter 12 über eine hydraulische Leitung 10 zur Brennkraftmaschine 2 fördert.
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In einem Leitungsabschnitt zwischen Vorratsbehälter 12 und Schmiermittelpumpe 8 kann ein Filter 7 angeordnet sein, um Schmutzpartikel aus dem Schmiermittel zu filtern. Der Filter 7 kann auch in der hydraulischen Leitung 10 zwischen Schmiermittelpumpe 8 und Brennkraftmaschine 2 angeordnet sein.
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Der Antrieb der Schmiermittelpumpe 8 kann mechanisch über Kupplung, Zahnrad oder Zahnriemen durch die Brennkraftmaschine 2 erfolgen. Alternativ kann die Schmiermittelpumpe 8 einen elektrischen Antrieb aufweisen, der mit veränderlicher Leistung und damit variabler Drehzahl oder konstanter Leistung und Drehzahl betrieben werden kann.
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Da sich in der Brennkraftmaschine 2 viele bewegliche Teile befinden, wie beispielsweise die Kurbelwelle mit Lagern, die Pleuelstange mit Lagern oder die Nockenwelle mit Lagern, benötigt die Brennkraftmaschine 2 eine Schmierung, um Schäden an den beweglichen Bauteilen bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine 2 zu vermeiden.
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Die Schmiermittelpumpe 8 fördert Schmiermittel über die hydraulische Verbindung 10 zur Brennkraftmaschine 2. Das flüssige Schmiermittel gelangt über interne Kanäle der Brennkraftmaschine 2 an die Schmierstellen in der Brennkraftmaschine 2. Eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kann durch ihre Drehbewegung für eine zusätzliche Verwirbelung des Schmiermittels und damit zur Kühlung beitragen. Das abtropfende und aus den internen Kanälen austretende Schmiermittel gelangt über eine Schmiermittelableitung 30 in den Vorratsbehälter 12.
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In der hydraulischen Verbindung 10 zwischen Schmiermittelpumpe 8 und Brennkraftmaschine 2 ist ein Schmiermittelspeicher 14 angeordnet. Der Schmiermittelspeicher 14 steht wie in der Figur dargestellt mit der hydraulischen Verbindung 10 über eine Abzweigleitung 11 in Verbindung und wird somit beim Betrieb der Schmiermittelpumpe 8 mit Schmierstoff befüllt. Der Schmiermittelspeicher 14 kann auch als Druckspeicher ausgebildet sein.
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Alternativ kann der Schmiermittelspeicher 14 auch hydraulisch in Reihe mit der Schmiermittelpumpe 8 und der Brennkraftmaschine 2 in der hydraulischen Leitung 10 angeordnet sein. Schmiermittel, welches von der Schmiermittelpumpe 8 zur Brennkraftmaschine 2 gefördert wird, gelangt von der Schmiermittelpumpe 8 über einen Abschnitt der hydraulischen Leitung 10 in den Schmiermittelspeicher 14 und von dort über einen weiteren Abschnitt der hydraulischen Leitung 10 in die Brennkraftmaschine 2.
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Im Schmiermittelspeicher 14 steht Schmiermittel unter Druck zur Schmierung der Brennkraftmaschine 2 zur Verfügung. Wenn der Schmiermittelbedarf der Brennkraftmaschine 2 nicht durch die Schmiermittelpumpe 8 gedeckt wird, wird die Brennkraftmaschine 2 mit Schmiermittel aus dem Schmiermittelspeicher 14 geschmiert.
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Im Schmiersystem ist ein Mittel zum Entkoppeln 16 der Schmiermittelpumpe 8 angeordnet durch welches die Förderung von Schmiermittel zur Brennkraftmaschine 2 unterbrochen werden kann.
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Das Mittel zum Entkoppeln 16 der Schmiermittelpumpe 8 steht mit einer elektrischen Steuereinheit 20 in Verbindung. Durch die Steuereinheit 20 kann das Mittel zum Entkoppeln 16 der Schmiermittelpumpe 8 angesteuert werden.
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Die Steuereinheit 20 steht mit der Brennkraftmaschine 2, dem Schmiermittelspeicher 14 und dem Mittel zum Entkoppeln 16 der Schmiermittelpumpe 8 in Verbindung. Die Steuereinheit 20 überwacht den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 und den Druck im Schmiermittelspeicher 14. Abhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 und vom Druck im Schmiermittelspeicher 14 steuert die Steuereinheit 20 das Mittel zum Entkoppeln 16 der Schmiermittelpumpe 8 an und Ermöglicht eine Förderung von Schmiermittel durch die Schmiermittelpumpe 8 zur Brennkraftmaschine 2 oder unterbricht die Förderung von Schmiermittel durch die Schmiermittelpumpe 8 zur Brennkraftmaschine 2.
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Besteht eine hohe Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 2, wie z.B. in einer Beschleunigungsphase und überschreitet der Druck im Schmiermittelspeicher 14 einen vorgegebenen Druckwert, so wird das Mittel zum Entkoppeln 16 der Schmiermittelpumpe 8 so angesteuert, dass die Schmiermittelpumpe 8 kein Schmiermittel zur Brennkraftmaschine 2 fördert.
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Am Ende der hohen Lastanforderung oder wenn der Druck im Schmiermittelspeicher unter den vorgegebenen Druckwert gesunken ist, wird das Mittel zum Entkoppeln 16 der Schmiermittelpumpe 8 so angesteuert, dass die Schmiermittelpumpe 8 erneut Schmiermittel zur Brennkraftmaschine 2 fördert.
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In der Figur ist das Mittel zum Entkoppeln 18 der Schmiermittelpumpe 8 ein Absperrventil 16, welches in der hydraulischen Leitung 10 zwischen Schmiermittelpumpe 8 und Schmiermittelspeicher 14 angeordnet ist und durch die Steuereinheit 20 geöffnet und geschlossen werden kann. Anstelle des Absperrventils 16 kann ein Proportionalventil oder ein Druck- bzw. Mengenteiler eingesetzt werden, durch den ein sanfterer Übergang zwischen den einzelnen Betriebsarten ermöglicht wird.
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Als Schmiermittelpumpe 8 wird eine verstellbare Regelpumpe 8 eingesetzt, deren Fördermenge durch ein verstellbares Verdrängungsvolumen verändert werden kann.
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Das verstellbare Verdrängungsvolumen der verstellbaren Regelpumpe 8 wird durch eine hydraulische Rückkopplungsleitung 18 geregelt. Die Rückkopplungsleitung zweigt von einem Leitungsabschnitt 17 zwischen Schmiermittelpumpe 8 und Absperrventil 16 ab und wirkt auf einen Steuerkolben der verstellbaren Regelpumpe 8. Durch den Steuerkolben der verstellbaren Regelpumpe 8 kann das Fördervolumen der verstellbaren Regelpumpe 8 verändert werden.
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Wirkt ein hoher Druck auf den Steuerkolben so wird ein geringes Fördervolumen eingestellt, so dass die verstellbare Regelpumpe 8 wenig Schmiermittel fördert. Wirkt ein niedriger Druck auf den Steuerkolben so wird ein großes Fördervolumen eingestellt, so dass die verstellbare Regelpumpe 8 viel Schmiermittel fördert. Die Fördermenge der verstellbaren Regelpumpe 8 kann zwischen einer Nullfördermenge und einer maximalen Fördermenge kontinuierlich verstellt werden. Die maximale Fördermenge ist abhängig von der Auslegung der verstellbaren Regelpumpe 8 und wird durch das maximale Zellenvolumen bestimmt.
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Bei einer hohen Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 2 und wenn der Druck im Schmiermittelspeicher 14 einen vorgegebenen Druckwert überschreitet, wird das Absperrventil 16 geschlossen. Durch das Schließen des Absperrventils 16 baut sich in dem Leitungsabschnitt 17 ein hoher Druck auf. Der hohe Druck wirkt über die Rückkopplungsleitung 18 auf den Steuerkolben der verstellbaren Regelpumpe 8 und bewirkt, dass das Fördervolumen der verstellbaren Regelpumpe 8 stark reduziert wird. Die verstellbare Regelpumpe 8 wird mit einem weiteren Anstieg des Druckes in dem Leitungsabschnitt 17 soweit abgeregelt, dass sie kein Schmiermittel mehr fördert. Die Leistungsaufnahme der verstellbaren Regelpumpe 8 reduziert sich auf einen sehr geringen Wert, so dass die Brennkraftmaschine 2 nur noch ein geringes Antriebsdrehmoment für den Betrieb der verstellbaren Regelpumpe 8 aufbringen muss.
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Da kein Schmiermittel aus dem Vorratsbehälter 12 von der Schmiermittelpumpe 8 zur Brennkraftmaschine 2 gefördert wird, wird der Schmiermittelbedarf der Brennkraftmaschine 2 durch das unter Druck stehende Schmiermittel aus dem Schmiermittelspeicher 14 gedeckt.
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Nach der hohen Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 2 oder wenn der Druck im Schmiermittelspeicher 14 unter einen vorgegebenen Druckwert sinkt, steuert die Steuereinheit 20 das Absperrventil 16 so an, dass das Absperrventil 16 geöffnet wird und die Schmiermittelpumpe 8 wieder Schmiermittel zur Brennkraftmaschine 2 fördern kann.
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Durch das Öffnen des Absperrventils 16 sinkt der Druck in dem Leitungsabschnitt 17 und in der Rückkopplungsleitung 18, so dass der Druck auf den Steuerkolben sinkt. Ein niedriger Druck auf den Steuerkolben bewirkt, dass das Fördervolumen der verstellbaren Regelpumpe 8 ansteigt und wieder mehr Schmiermittel zur Brennkraftmaschine 2 gefördert wird.
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Wenn der Schmiermittelspeicher 14 nicht aufgefüllt ist, ist der Druckabfall in dem Leitungsabschnitt 17 und in der Rückkopplungsleitung 18 höher als bei aufgefüllten Schmiermittelspeicher 14. Durch den niedrigeren Druck wird über den Steuerkolben in der verstellbaren Regelpumpe 8 ein höheres Fördervolumen eingestellt, so dass die verstellbare Regelpumpe 8 neben dem Schmiermittel zur Schmierung der Bennkraftmaschine 2 auch zusätzliches Schmiermittel zum Auffüllen des Schmiermittelspeichers 14 transportiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007020807 A1 [0002]
- DE 102005006703 A1 [0002]
