DE102011084146A1

DE102011084146A1 - Nachfüllen von Schmieröl aus einem Vorratsbehälter in eine Ölwanne eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102011084146A1
Application number: DE201110084146
Authority: DE
Inventors: Rainer Düngen
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-11

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Motorschmiersystem für einen Verbrennungsmotor. Das Motorschmiersystem umfasst ein Kurbelgehäuse mit einer Ölwanne zur Aufnahme von Schmieröl. Ferner ist ein Vorratsbehälter zur Aufnahme von zusätzlichem Schmieröl vorhanden. Außerdem ist ein Nachfüllventil zwischen der Ölwanne und dem Vorratsbehälter vorgesehen, welches das Nachfüllen von Schmieröl aus dem Vorratsbehälter in die Ölwanne steuert. Darüber hinaus gibt es eine Kurbelgehäuse-Entlüftung, welche in dem Kurbelgehäuse einen Unterdruck gegenüber dem Druck in dem Vorratsbehälter erzeugt, so dass bei Öffnen des Nachfüllventils Schmieröl in die Ölwanne gesaugt wird. Außerdem umfasst das Motorschmiersystem einen Füllstandssensor zum Bestimmen des Schmieröl-Füllstands in der Ölwanne. Ferner ist ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung des Nachfüllens von Schmieröl aus dem Vorratsbehälter in die Ölwanne vorgesehen. Das Steuergerät ist eingerichtet, bei Erreichen oder bei Unterschreiten eines gewissen Schmieröl-Füllstands ein Öffnen des Nachfüllventils zu bewirken, so dass aufgrund des Unterdrucks Schmieröl in die Ölwanne gesaugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorschmiersystem für einen Verbrennungsmotor, welches sowohl eine Ölwanne als auch einen Vorratsbehälter zur Aufnahme von Schmieröl umfasst.
Verbrennungsmotoren, insbesondere Ottomotoren, haben einen gewissen Verbrauch von Schmieröl. Der Verbrauch ist darauf zurückzuführen, dass Schmieröl (beispielsweise aufgrund des Ölfilms zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand) in den Verbrennungsraum gelangt und dann im Verbrennungsraum verbrennt.
Die Ringabstimmung und die Reibungsverhältnisse können diesen Ölverbrauch zwar verringern, innerhalb eines Service-Intervalls ist jedoch selbst bei geringen Verbräuchen von 0,1 l auf 1000 km ein einfaches oder mehrfaches Nachfüllen durch den Fahrer erforderlich, da nur eine geringe Ölmenge (beispielsweise 1,5 l) zwischen dem Maximal-Füllstand und dem Minimal-Füllstand in der den Schmierölvorrat aufnehmenden Ölwanne zum Verbrauch zur Verfügung steht. Das Nachfüllen ist für den Fahrer mit Aufwand verbunden und birgt die Gefahr, dass der Fahrer sich hierbei beschmutzt.
Um ein Nachfüllen zwischen den Service-Intervallen zu vermeiden, müsste die Differenzmenge zwischen Maximal-Füllstand und Minimal-Füllstand erhöht werden, beispielsweise um ca. 2 bis 3 l. Da eine höhere Befüllung der Ölwanne wegen der entstehenden Planschverluste typischerweise nicht möglich ist, ein Unterschreiten des Minimal-Füllstands wegen der Gefahr des Luftansaugens insbesondere bei hochdynamischer Fahrt ausscheidet, müsste die Ölwanne zur Aufnahme der zusätzlichen Ölmenge vergrößert werden. Eine Vergrößerung der Ölwanne ist aber aus Platzgründen nur sehr eingeschränkt möglich.
Zur Vergrößerung der Ölmenge kann stattdessen ein Vorratsbehälter zur Aufnahme von zusätzlichem Schmieröl vorgesehen werden, aus welcher zusätzliches Schmieröl für die Ölwanne entnommen werden kann. Derartige Motorschmiersysteme mit Ölwanne und zusätzlichem Vorratsbehälter sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 2 224 884 A1 , EP 0 638 708 A1 , DE 298 13 479 U1 und DE 43 33 854 A1 bekannt.
Es ist Aufgabe, ein alternatives System zum Nachfüllen von Schmieröl aus dem Vorratsbehälter in die Ölwanne anzugeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Motorschmiersystem für einen Verbrennungsmotor. Das Motorschmiersystem umfasst ein Kurbelgehäuse mit einer Ölwanne zur Aufnahme von Schmieröl.
Ferner ist ein Vorratsbehälter zur Aufnahme von zusätzlichem Schmieröl vorgesehen. Der Vorratsbehälter und die Ölwanne können als separate Bauteile ausgeführt sein; alternativ kann der Vorratsbehälter mit der Ölwanne in einem gemeinsamen einstückigen Bauteil integriert sein, beispielweise als gemeinsames Aluminium-, Magnesium oder Kunststoff-Bauteil.
Ferner ist ein Nachfüllventil zwischen der Ölwanne und dem Vorratsbehälter vorgesehen, welches das Nachfüllen von Schmieröl aus dem Vorratsbehälter in die Ölwanne steuert.
Darüber hinaus gibt es eine Kurbelgehäuse-Entlüftung, welche in dem Kurbelgehäuse einen Unterdruck gegenüber dem Druck in dem Vorratsbehälter erzeugt, so dass während des Motorbetriebs bei Öffnen des Nachfüllventils Schmieröl in die Ölwanne gesaugt wird. Die Kurbelgehäuse-Entlüftung wird vorzugsweise dadurch realisiert, dass das Kurbelgehäuse über einen zusätzlichen Kanal mit dem Ansaugtrakt des Motors verbunden wird. Alternativ kann auch eine Unterdruckpumpe verwendet werden.
Außerdem umfasst das Motorschmiersystem einen Füllstandssensor zum Bestimmen des Schmieröl-Füllstands in der Ölwanne.
Ferner ist ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung des Nachfüllens von Schmieröl aus dem Vorratsbehälter in die Ölwanne vorgesehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um das Motorsteuergerät handeln. Das Steuergerät ist eingerichtet, bei Erreichen oder bei Unterschreiten eines gewissen Schmieröl-Füllstands ein Öffnen des Nachfüllventils zu bewirken, so dass aufgrund des Unterdrucks Schmieröl in die Ölwanne gesaugt wird. Verzugsweise ist die Öffnungsdauer, in der das Nachfüllventil im geöffneten Zustand ist, bereits vor dem Öffnen bekannt und kann beispielsweise in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter berechnet werden. Vorzugsweise wird nach dem Nachfüllen der Menge Schmieröl in die Ölwanne das Füllstandssignal des Füllstandssensors in dem Steuergerät wieder ausgewertet, so dass für den Fall, dass weiterhin ein nicht ausreichender Füllstand vorliegt, das Nachfüllventil wieder für eine gewisse Öffnungsdauer geöffnet wird. Dies kann in wiederholender Weise so oft erfolgen, bis sich ein ausreichender Schmieröl-Füllstand ergibt. Da nach einer Änderung des Füllstands typischerweise eine gewisse Messdauer (beispielsweise 20 Minuten) benötigt wird, um einen hinreichend genauen Wert für den Füllstand zu bestimmen, sollte pro Öffnungsdauer jeweils eine geeignete Menge nachgefüllt werden und dann eine gewisse Zeitdauer gewartet werden, bevor das Füllstandssignal zwecks etwaiger Nachfüllung wieder ausgewertet wird; so kann ein Überfüllen verhindert werden. Abhängig von der Genauigkeit des die Öffnungsdauer bestimmenden Rechenmodells und der Messgenauigkeit der dieses ansteuernden Messwerte und etwaiger anderer Eingangsparameter kann die Nachfüllmenge unter unterschiedlichen Betriebs und Umweltbedingungen variieren. Die nachgefüllte Menge ist vorzugsweise dabei einerseits groß genug, dass sie im Rahmen der Auflösung der elektrischen Füllstandsmessung (beispielsweise eine Auflösung von 0,2 l) eine Änderung im Füllstandssignal bewirken kann, andererseits nicht so groß, dass sie zu einer Überbefüllung führen kann. Vorzugsweise liegt die Menge im Bereich 0,2 l bis 1,2 l, insbesondere hat die nachgefüllte Menge einen Wert von 0,8 l.
Erfindungsgemäß wird also das Ölbehältnis in eine Ölwanne, die beispielsweise nur die für den sicheren Betrieb erforderliche Ölmenge beinhaltet, und in einen Vorratsbehälter getrennt, aus dem selbsttätig die für den sicheren Motorbetrieb erforderliche Ölmenge verbrauchsgesteuert in die Ölwanne nachgefüllt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Schmiersystem lässt sich durch Vorsehen eines Vorratsbehälters die Ölmenge vergrößern, beispielsweise um 2–3 Liter, so dass ein Nachfüllen zwischen den Service-Intervallen vermieden werden kann. Außerdem lässt sich bei Bedarf auch die Ölwanne verkleinern, da aufgrund des Vorratsbehälters keine Verbrauchsmenge in der Ölwanne vorgehalten werden muss, sondern sich die Verbrauchsmenge zum größten Teil oder vollständig in dem Vorratsbehälter befinden kann. Die Ölwanne kann beispielsweise während des Motorstillstandes nur noch die für den Betrieb mindestens erforderliche Ölmenge beinhalten (also keinen Verbrauchsvorrat oder nur einen sehr geringen Verbrauchsvorrat) und während des Fahrbetriebes, wenn sich ein beträchtlicher Teil des Öls im Umlauf befindet, nur noch eine Menge, die unter allen Betriebsbedingungen ein sicheres Ansaugen ermöglicht. Beispielsweise kann die Minimalmenge in der Ölwanne um 2 Liter reduziert werden. Die Ölwanne lässt sich geometrisch auf diese Minimalmenge hin optimierten, so dass durch dieses insgesamt wesentlich kleinere erforderliche Volumen der Ölwanne sich auch ein weiterer Freiheitsgrad bei der Reduzierung der Gesamtbauhöhe des Motors ergibt. Die zwischen den Wechselintervallen zu verbrauchende Vorratsmenge kann in den Vorratsbehälter eingefüllt werden. Bei einem Gesamtvolumen des Zusatzbehälters von beispielsweise 5 Litern und einem mit 0,25 l pro 1000 km hoch angesetzten Ölverbrauch wäre eine Strecke von 20000 km überbrückbar, ohne dass ein Nachfüllen erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird der durch die Kurbelgehäuse-Entlüftung hervorgerufene Unterdruck in dem Kurbelgehäuse dahingehend ausgenutzt, dass bei Öffnen des Nachfüllventils für eine bestimmte Zeitdauer durch den Unterdruck Schmieröl aus dem Vorratsbehälter in die Ölwanne gesaugt wird. Da im Kurbelgehäuse beispielsweise abhängig von Drehzahl und Motorlast typischerweise ein Unterdruck von 0,05 bis 0,2 bar herrscht gegenüber dem Atmosphärendruck im Vorratsbehälter, kann beispielsweise die Nachfüllung einer bestimmten Ölmenge je nach Temperatur und damit Viskosität des Öls im Vorratsbehälters sowie abhängig von den Querschnitten in Nachfülleitung und – Ventil innerhalb einer Zeitdauer von 10 bis 30 Sekunden erfolgen. Selbst ein Unterdruck von 0,05 bar reicht für ein Überströmen aus.
Die erfindungsgemäße Ausnutzung des Kurbelgehäuse-Unterdrucks als Fördermittel ermöglicht eine kostengünstige Förderung des Schmieröls ohne zusätzliches Fördermittel wie eine Ölpumpe. Im Unterschied zu Motorschmiersystemen, bei denen ein geodätisch höherer Füllstand im Vorratsbehälter vorliegt oder der Vorratsbehälter oberhalb der Ölwanne angeordnet ist und somit die Schwerkraft als Fördermittel fungiert, ist es bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Druckunterschied zwischen beiden Behältern als Fördermittel möglich, den Vorratsbehälter auch auf gleicher oder gar geringerer Höhe als die Ölwanne zu platzieren. Für den Vorratsbehälter kann der Motorpackage-Raum bis an die zulässige Bodenfreiheitslinie ausgenutzt werden.
Es ist denkbar, dass eine konstante Öffnungsdauer, in der das Nachfüllventil im geöffneten Zustand ist, verwendet wird. Vorzugsweise ist die Öffnungsdauer des Nachfüllventils variabel und das Steuergerät ist eingerichtet, die Öffnungsdauer des Nachfüllventils in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter einzustellen. Der Parameter oder zumindest ein Teil der mehreren Parameter haben dabei Einfluss auf die Durchflussgeschwindigkeit des Schmieröls durch das Nachfüllventil. Der Hintergrund hierfür ist, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Motoröls durch das Befüllventil beispielsweise in Abhängigkeit der Temperatur und dem wirkenden Unterdruck variabel ist und damit die nachgefüllte Menge bei gleicher Öffnungsdauer in Abhängigkeit der Durchflussgeschwindigkeit sehr stark schwanken würde. Vorzugsweise handelt es sich bei dem oder den Parametern um die Öltemperatur des Motoröls im Vorratsbehälter oder um ein oder mehrere Angaben, die mit der Öltemperatur des Motoröls im Vorratsbehälter in Zusammenhang stehen, beispielsweise die Außentemperatur. Bei entsprechend Nähe des separaten Vorratsbehälters zum Motorblock kann auch die Betriebsdauer des Motors nach Kaltstart (und damit die Durchwärmung des gesamten Systems) oder die Motortemperatur oder die Motoröltemperatur dafür verwendet werden, um auf die Öltemperatur des Motoröls im Vorratsbehälter und damit auf die Durchflussgeschwindigkeit zu schließen. Beispielsweise kann die Öffnungsdauer des Nachfüllventils anhand eines Öltemperaturmodells auf Basis der Außentemperatur, der Motortemperatur und/der Motoröltemperatur in der Ölwanne und optional der Betriebsdauer näherungsweise berechnet werden. Hierbei kann beispielsweise direkt eine Öltemperatur des nachzufüllenden Öls berechnet werden, aus der dann die Öffnungsdauer berechnet wird. Alternativ kann auch die Öffnungsdauer direkt in Abhängigkeit der Außentemperatur, der Betriebsdauer und der Motortemperatur bestimmt werden, beispielsweise aus einem Kennfeld.
Da die Durchflussgeschwindigkeit auch von dem Unterdruck im Kurbelgehäuse abhängig ist, kann die Öffnungsdauer zusätzlich oder alternativ in Abhängigkeit des Unterdrucks im Kurbelgehäuse oder in Abhängigkeit eine oder mehrere Angaben, die mit dem Unterdruck im Kurbelgehäuse in Zusammenhang stehen, insbesondere die Motorlast, die Motordrehzahl und/oder beim Turbomotor die Information, ob aufgeladener oder saugmotorischer Betrieb vorliegen, bestimmt werden.
Vorzugsweise wird die Öffnungsdauer des Nachfüllventils in Abhängigkeit einer oder mehrerer Parameter in der Weise so eingestellt, dass im Wesentlichen eine konstante, vorgegebene Menge von Schmieröl in die Ölwanne nachströmt, beispielsweise eine feste Menge im Bereich von 0,2 l bis 1,2 l, insbesondere im Bereich von 0,4 l bis 1,2 l, vorzugsweise ungefähr 0,8 l. Die gewählte Menge ist beispielsweise von der Auflösung (beispielsweise 0,2 l) des verbauten Füllstandssensors abhängig.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zum Steuern des Nachfüllens von Schmieröl für einen Verbrennungsmotor gerichtet. Hierbei wird der Schmieröl-Füllstand in der Ölwanne überwacht. Bei Erreichen oder bei Unterschreiten eines gewissen Schmieröl-Füllstands wird das Nachfüllventil geöffnet und vorzugsweise für eine vor dem Öffnen feststehende Öffnungsdauer im geöffneten Zustand gehalten, so dass aufgrund des durch die Kurbelgehäuse-Entlüftung hervorgerufenen Unterdrucks Schmieröl in die Ölwanne gesaugt wird. Die Öffnungsdauer kann konstant oder variabel sein.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Motorschmiersystem nach dem ersten Aspekt der Erfindung, insbesondere die im Zusammenhang hiermit beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen, gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Motorschmiersystems beschrieben.
Das in 1 schematisch dargestellte Motorschmiersystem umfasst ein Kurbelgehäuse 1 mit einer Ölwanne 2 zur Aufnahme von Schmieröl 3. Das Motorschmiersystem kann beispielsweise nach dem Prinzip der Druckumlaufschmierung arbeiten: Eine Öldruckpumpe (nicht dargestellt) pumpt über ein Ölsieb (nicht dargestellt) das Motoröl aus der Ölwanne 2 und befördert dieses über entsprechende Kanäle und Leistungen (nicht dargestellt) zu den einzelnen Schmierstellen im Motor. Motoröl gelangt dann, beispielsweise durch Abtropfen, wieder zurück in die Ölwanne 2.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Vorratsbehälter 4 zu Aufnahme von zusätzlichem Schmieröl 5 vorgesehen. Wenn eine kleine Ölwanne 2 verwendet wird, kann der Vorratsbehälter 4 beispielsweise in dem Motorpackage-Raum, der durch die kleiner werdende Ölwanne 2 frei wird, untergebracht werden, wobei auch der Raum seitlich der Pleuelgeige genutzt werden kann, der wegen Planschens für eine herkömmliche Ölwanne nicht nutzbar ist. Der Vorratsbehälter 4 kann mit der Ölwanne 2 einstückig in einem Bauteil integriert sein oder – wie in 1 dargestellt – als separates Bauteil motornah oder auch motorfern im Motorraum untergebracht sein. Möglich wäre auch die Unterbringung des Vorratsbehälters 4 über der Hinterachse zur Optimierung der Achslastverteilung.
Der Vorratsbehälter 4 wird beispielsweise durch einen Befüllstutzen (nicht dargestellt) mit Schraubdeckel befüllt, wobei sich der Befüllstutzen beispielsweise an einer üblichen Lage für die Ölbefüllung im Motorraum befindet und zur Vermeidung von Verwechslung klar von dem gewöhnlichen Motorölbefüllstützen unterscheidbar ist. Der Stutzen endet vorzugsweise aber nicht wie üblich im Kettenkasten oder der Zylinderkopfhaube, sondern wird als geschlossener Raum bis in den Vorratsbehälter verlängert. Hierüber kann der Vorratsbehälter 4 bei jedem Service befüllt werden. Anstelle der konventionellen Mündung des Befüllstutzens in die Zylinderkopfhaube kann beispielsweise ein einfacher Werkstattstutzen mit Verschlussschraube zur direkten Befüllung des Motors im Service (ohne den Umweg über den Vorratsbehälter) vorgesehen werden. In diesem Fall gibt es also zwei Befüllstutzen: einen Befüllstutzen zur Befüllung des Vorratsbehälters und einen Befüllstutzen zur direkten Befüllung des Motors.
Zwischen der Ölwanne 2 und dem Vorratsbehälter 4 befindet sich als Verbindung eine Leitung 6, insbesondere Rohrleitung, mit dem Nachfüllventil 7. Die Rohrleitung 6 zweigt vorzugsweise zur vollständigen Entleerung des Vorratsbehälters 6 im Wesentlichen an dessen tiefster Stelle ab und tritt in der Ölwanne 2 unterhalb des Ölspiegels ein.
Ferner ist eine Kurbelgehäuse-Entlüftung 12 vorgesehen. Die Kurbelgehäuse-Entlüftung 12 kann dadurch realisiert werden, dass das Kurbelgehäuse 1 über einen Kanal mit dem Ansaugtrakt 13 des Motors verbunden ist (vor oder nach dem Verdichter 16). Alternativ kann auch eine Unterdruckpumpe zur Kurbelgehäuse-Entlüftung (nicht dargestellt) verwendet werden, die beispielsweise über die Kurbelwelle oder elektrisch angetrieben wird. Die Kurbelgehäuse-Entlüftung 12 dient typischerweise insbesondere dem Abführen von sogenannten Blow-by-Gasen, die aus dem Brennraum 30 in das Kurbelgehäuse 1 gelangen. Das abgesaugte Gas aus dem Kurbelgehäuse 1 wird in einen Ölabscheider 31 geführt, der sich beispielsweise unterhalb der Zylinderkopfhaube 33 befindet, das Gas reinigt und dort enthaltenes Motoröl über einen Rücklauf 14 in die Ölwanne 2 zurückführt. Das gereinigte Gas wird über ein Druck- oder Volumenregelventil 32 und eine Zuführung 15 in die Frischluftzufuhr 13 des Motors geführt. Dies kann bei Motoren mit Abgasturbolader stromabwärts nach dem Verdichter 16 oder stromaufwärts des Verdichters 16 erfolgen. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel wird im aufgeladenen Betrieb das gereinigte Gas über die Zuführung 15 stromaufwärts des Verdichters 16 in den Frischlufttrakt 13 des Motors geführt und im Saugbetrieb stromabwärts des Verdichters 16 in den Ansaugtrakt 13 des Motors geführt. In 1 sind zwei Rückschlagventile 34a, b vorgesehen. Im Fall des aufgeladenen Betriebs ist der Druck stromabwärts des Verdichters 16 hoch und der Druck stromaufwärts des Verdichters 16 niedrig, das Rückschlagventil 34b geschlossen und das Rückschlagventil 34a geöffnet. Im Fall des Saugbetriebs ist der Druck stromabwärts des Verdichters 16 niedrig, das Rückschlagventil 34b geöffnet und das Rückschlagventil 34a geschlossen.
Die Kurbelgehäuse-Entlüftung 12 erzeugt im Kurbelgehäuse 1 einen Unterdruck gegenüber dem Druck in dem Vorratsbehälter 4, in dem beispielsweise der normale Atmosphärendruck herrscht. Der Unterdruck liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,2 bar.
Ferner ist ein Füllstandssensor 11 vorgesehen. Dieser dient zum Bestimmen eines Signals FS für den Füllstands des Schmieröls 3 in der Ölwanne 2, beispielsweise mittels Kapazitätsmessung oder Echolot. Der Füllstandssensor 11 oder ein separater Öltemperatursensor bestimmt vorzugsweise ein der Öltemperatur entsprechendes Signal T_oel. Ferner ist ein Steuergerät 10, vorzugsweise das ohnehin vorhandene Motorsteuergerät 10, vorgesehen, welches die Signale FS und T_oel des Füllstandssensors entgegennimmt und in Abhängigkeit dieser Signale das Nachfüllventil 7 steuert, um im Bedarfsfall Öl vom Vorratsbehälter 4 in die Ölwanne nachströmen zu lassen
Das Nachfüllventil 7 wird beispielsweise elektromechanisch oder per Unterdruck geöffnet und ist beispielsweise im Normalfall bei Nichtansteuerung geschlossen. Das Nachfüllventil 7 kann – wie in 1 dargestellt – im Fall eines Nachfüllventils 7 mit elektromechanischem Aktor (beispielsweise ein Magnetventil) direkt vom dem Steuergerät 10 über ein Steuersignal 18 angesteuert und geöffnet werden. Alternativ kann es sich um ein Nachfüllventil 7 handeln, welches per Unterdruck geöffnet wird (nicht dargestellt). In diesem Fall kann das Nachfüllventil 7 indirekt durch Ansteuern eines vorgeschalteten elektro-pneumatischen Druckwandlers seitens des Steuergeräts 10, welcher mit dem Steuereingang eines per Druck gesteuerten Nachfüllventils 7 verbunden ist, geöffnet werden.
Vorzugsweise nimmt die in 1 dargestellte Ölwanne im Wesentlichen die gerade zum Betrieb erforderliche Ölmenge auf, bei der ausgeschlossen ist, dass die Ölpumpe Luft ansaugt, insbesondere bei starker, langanhaltender Kurvenfahrt oder langandauernden Bremsungen mit hoher Verzögerung. Die Ölwanne 4 umfasst keinen Verbrauchsvorrat oder nur einen sehr geringen Verbrauchsvorrat an Motoröl. Wenn der Füllstand einen gewissen Schwellwert unterschreitet, der um einen Sicherheitszuschlag oberhalb der Grenze zum Ansaugen von Luft liegt, wird das Nachfüllventil 7 über das Steuergerät 10 für eine gewisse Öffnungsdauer geöffnet, so dass aufgrund des Unterdrucks Schmieröl aus dem Vorratsbehälter 4 in die Ölwanne 2 gesaugt wird. Es kann auch vorgesehen werden, dass schon bei Erreichen des Schwellwerts das Nachfüllventil 7 bereits geöffnet wird.
Die zum Öffnen erforderliche Ansteuerung des Nachfüllventils 7 wird in Abhängigkeit der Signale von Mess-Sensoren, insbesondere des Signals FS des Füllstandssensors 11, durch eine Auswerte- und Ansteuersoftware bewirkt, die auf einem Prozessor in dem Steuergerät 10 abläuft.
Als Eingangsgröße zur Steuerung dient – wie bereits vorstehend besprochen – das fortlaufend vom Füllstandssensor 11 gelieferte Füllstandssignal FS. Das Füllstandssignal FS wird mit einem Schwellwertsignal verglichen und dann, wenn aufgrund des Vergleichs es sich ergibt, dass der Füllstand den Schwellwert erreicht bzw. unterschreitet, das Nachfüllventil 7 für eine gewisse Zeitdauer über das vorzugsweise binäre Signal 18 geöffnet, beispielsweise indem das Signal 18 von einem ersten Signalzustand (beispielsweise Low-Zustand) auf einen zweiten Signalzustand (beispielsweise High-Zustand) umschaltet. Die Öffnungsdauer ist beispielsweise so bemessen, dass während der Öffnungsdauer eine vorgegebenen Ölmenge, beispielsweise 50 ml, durch das Nachfüllventil 7 hindurchfließt. Es wäre denkbar, dass das Nachfüllventil 7 nur für die Öffnungszeitdauer geöffnet bleibt, bis das Füllstandssignal einen ausreichenden Füllstand anzeigt. Vorzugsweise wird das Nachfüllventil 7 erst nach einer vor Öffnen bereits feststehenden Öffnungszeitdauer wieder geschlossen, ohne dass das Füllstandssignal Einfluss auf das Schließen des Nachfüllventils nehmen kann, so dass eine gewisse Menge auf jeden Fall nachgefüllt wird.
Die Öffnungsdauer des Nachfüllventils 7 wird über eine Funktion in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter bestimmt. Die Durchflussgeschwindigkeit des Öls durch das Nachfüllventil ist neben den freien Querschnitten von Ventil 7 und Leitungen nämlich auch abhängig von der Öltemperatur des nachströmenden Öls (welche wiederum die Viskosität des Öls beeinflusst) sowie von dem Unterdruck im Kurbelgehäuse; daher wird Öffnungsdauer an die Durchflussgeschwindigkeit angepasst.
Zur Berechnung der Öffnungsdauer wird vorzugsweise die von einem Temperatursensor gelieferte Außentemperatur T_außen als Eingangsgröße verwendet, da die Außentemperatur T_außen Einfluss auf die Öltemperatur im Vorratsbehälter 4 und damit auf die Durchflussgeschwindigkeit des nachströmenden Öls hat. Ferner kann optional die vom Füllstandssensor 11 gelieferte Öltemperatur T_oel als weitere Eingangsgröße zur Berechnung der Öffnungsdauer verwendet werden, da die Öltemperatur T_oel in der Ölwanne Rückschlüsse auf die Öltemperatur des nachgefüllten Öls zulässt. Beispielsweise kann anhand der Außentemperatur T_außen und optional der Öltemperatur T_oel in der Ölwanne 2 die Öltemperatur im Vorratsbehälter 4 und anhand der Öltemperatur im Vorratsbehälter 4 die Öffnungsdauer bestimmt werden; alternativ kann mittels einer abgespeicherten Kennlinie oder eines abgespeicherten Kennfelds die Öffnungsdauer anhand der Außentemperatur und optional der Öltemperatur T_oel und möglicher weiterer Parameter bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich zur Öltemperatur T_oel kann auch die Motortemperatur T_mot verwendet werden, um die Öffnungsdauer in Abhängigkeit der Motortemperatur T_mot zu berechnen.
Außerdem ist es möglich, mittels eines zusätzlichen Temperatursensors (nicht dargestellt) die Öltemperatur des Öls im Vorratsbehälter 4 direkt zu messen und die Öffnungsdauer anhand der gemessenen Öltemperatur im Vorratsbehälter 4 zu bestimmen.
Als weitere Eingangsgrößen zur Bestimmung der Öffnungsdauer kann die Betriebsdauer des Motors nach dem Kaltstart und/oder die Betriebsart verwendet werden, die Einfluss auf die Durchwärmung des Systems und damit auf die Öltemperatur und Viskosität des Öls im Vorratsbehälter 4 haben.
Außerdem kann als weitere Eingangsgröße zur Bestimmung der Öffnungsdauer der Unterdruck im Kurbelgehäuse verwendet werden; alternativ können eine Lastangabe, eine Drehzahlangabe und/oder eine Information, ob bei einem Motor mit Abgasturbolader Laderbetrieb oder saugmotorischer Betrieb vorliegt, zur Bestimmung der Öffnungsdauer verwendet werden, da diese Einfluss auf den Unterdruck haben.
Nach Bestimmung der Öffnungsdauer in Abhängigkeit eines oder mehrere der genannten Parameter, insbesondere mittels eines Kennfelds oder mittels einer Berechnungsvorschrift, wird ein entsprechendes Steuersignal 18 zum Öffnen des Nachfüllventils 7 seitens des Steuergeräts 10 ausgegeben. Beispielsweise wird zum Öffnen des Nachfüllventils 7 für die derartig bestimmte Öffnungsdauer das Signal 18 von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand umgeschaltet, dann für die bestimmte Öffnungsdauer im zweiten Zustand gehalten und dann von dem zweiten in den ersten Zustand umgeschaltet, damit das Nachfüllventil 7 schließt. Diese Öffnungsdauer kann auch während der Öffnung bei sich änderndem Unterdruck beispielsweise durch Wechsel vom saugmotorischen in den aufgeladenen Betrieb) neu berechnet und entsprechend verlängert oder verkürzt werden.
Während des Nachfüllens von Schmieröl wird das Sensorsignal FS des Füllstandssensors 11 vorzugsweise nicht ausgewertet. Im Anschluss an das Nachfüllen setzt sofort oder nach einer kurzen Pause (welche einer gewissen Trägheit des Füllstandssensors 11 Rechnung trägt) wieder eine Auswertung des Füllstandssignals FS des Füllstandssensors 11 in dem Steuergerät 10 ein, um bei weiterem Vorliegen eines nicht ausreichenden Schmieröl-Füllstands ein erneutes Öffnen des Nachfüllventils für eine gewisse Öffnungsdauer zu bewirken. Dies kann in wiederholender Weise so oft erfolgen, bis sich ein ausreichender Schmieröl-Füllstand ergibt. Durch Nachfüllen einer nicht zu großen Menge von Schmieröl (beispielsweise eine Menge bis 1,2 l) und anschließendem Auswerten des Füllstandssignals FS kann verhindert werden, dass es wegen Ungenauigkeiten in der Berechnung der Öffnungsdauer zu einer Überbefüllung kommt.
Optional kann auch das Signal eines oder mehrerer Beschleunigungssensoren verwendet werden, um den gemessenen Füllstand zu korrigieren oder ganz für die Auswertung zu verwerfen, wenn sich ein schräger Ölspielgel durch eine positive Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs quer und/oder längs zur Fahrtrichtung ergibt.
Das Steuergerät kann neben einem Steuersignal zur Steuerung der Öffnung des Ventils 7 weitere Ausgangssignale erzeugen:
Beispielsweise kann optional ein der Fahrerwarnung dienendes Signal 19 ausgegeben werden, falls die Nachfüllfunktion wegen eines leeren Vorratsbehälters 4 oder einer Fehlfunktion (beispielsweise des Nachfüllventils 7) keine Zunahme des Füllstands in der Ölwanne 4 bewirkt. Hierzu kann der Füllstand vordem Start des Nachfüllens mit dem Füllstand nach dem Abschluss des Nachfüllens verglichen werden.
Außerdem kann ein Signal 20 zur Fahrerwarnung ausgegeben werden, wenn ein Minimalfüllstand unterschritten wird, der unterhalb des Schwellwerts für das Auslösen der Nachfüllfunktion liegt, weil beispielsweise der Vorratsbehälter leer ist.
Darüber hinaus ist es denkbar, dass der Füllstandssensor 11 und/oder das Steuergerät 10 in der Lage sind, ein Überschreiten oder Erreichen einer Überbefüllgrenze für die Ölwanne 2 zu erkennen. Zur Vermeidung von Motorschäden kann bei Erkennen dieses Zustands und eine Warnung ausgegeben werden, um einen Fehlerfall anzuzeigen (beispielsweise Nachfüllventil klemmt offen oder Funktionsfehler führt zu Überbefüllung).
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 2224884 A1 [0005]
EP 0638708 A1 [0005]
DE 29813479 U1 [0005]
DE 4333854 A1 [0005]

Claims

Motorschmiersystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend – ein Kurbelgehäuse (1) mit einer Ölwanne (2) zur Aufnahme von Schmieröl (3), – einen Vorratsbehälter (4) zur Aufnahme von zusätzlichem Schmieröl (5), – ein Nachfüllventil (7) zwischen der Ölwanne (2) und dem Vorratsbehälter (4) zum Steuern des Nachfüllens von Schmieröl (5) aus dem Vorratsbehälter (4) in die Ölwanne (2), – eine Kurbelgehäuse-Entlüftung (12), welche einen Unterdruck in dem Kurbelgehäuse (1) gegenüber dem Druck in dem Vorratsbehälter (4) erzeugt, so dass bei Öffnen des Nachfüllventils (7) Schmieröl (5) in die Ölwanne (2) gesaugt wird, – einen Füllstandssensor (11) zum Bestimmen des Schmieröl-Füllstands (FS) in der Ölwanne (2) und – ein elektronisches Steuergerät (10) zur Steuerung des Nachfüllens von Schmieröl (5) in die Ölwanne (2), wobei das Steuergerät (10) eingerichtet ist, bei Erreichen oder bei Unterschreiten eines gewissen Schmieröl-Füllstands ein Öffnen des Nachfüllventils (7) zu bewirken, so dass aufgrund des Unterdrucks Schmieröl (5) in die Ölwanne gesaugt wird.
Motorschmiersystem nach Anspruch 1, wobei die Öffnungsdauer, in der das Nachfüllventil im geöffneten Zustand ist, variabel ist und das Steuergerät (10) eingerichtet ist, die Öffnungsdauer des Nachfüllventils (7) in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter einzustellen.
Motorschmiersystem nach Anspruch 2, wobei der eine Parameter oder zumindest ein Teil der mehreren Parameter Einfluss auf die Durchflussgeschwindigkeit des Schmieröls durch das Nachfüllventil (7) haben.
Motorschmiersystem nach Anspruch 3, wobei der eine oder die mehreren Parameter die Öltemperatur des Motoröls im Vorratsbehälter oder ein oder mehrere Angaben (T_oel, T_außen), die mit der Öltemperatur des Motoröls im Vorratsbehälter (4) in Zusammenhang stehen, umfassen.
Motorschmiersystem nach Anspruch 4, wobei der eine oder die mehreren Parameter eine oder mehrere die folgenden Parameter umfassen: – die Außentemperatur (T_außen), – die Motortemperatur (T_mot), – die Motoröltemperatur (T_oel) und/oder – die Betriebsdauer.
Motorschmiersystem nach einem der Ansprüche 2–5, wobei der eine oder die mehreren Parameter den Unterdruck im Kurbelgehäuse (1) oder eine oder mehrere Angaben, die mit dem Unterdruck in Zusammenhang stehen, insbesondere die Motorlast und/oder die Motordrehzahl, umfassen.
Motorschmiersystem nach einem der Ansprüche 2–6, wobei das Steuergerät (10) eingerichtet ist, die Öffnungsdauer des Nachfüllventils (7) in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter (T_oel, T_außen) in der Weise so einzustellen, dass eine im Wesentlichen konstante Menge in die Ölwanne (2) nachströmt.
Motorschmiersystem nach Anspruch 7, wobei die im Wesentlichen konstante Menge von Schmieröl im Bereich von 0,2 bis 1,2 l liegt.
Motorschmiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (10) eingerichtet ist, dass nach dem Nachfüllen der Menge Schmieröl in die Ölwanne (2) das Füllstandssignal (FS) des Füllstandssensors (11) in dem Steuergerät (10) wieder ausgewertet wird, um bei Vorliegen eines nicht ausreichenden Schmieröl-Füllstands ein erneutes Öffnen des Nachfüllventils (7) zu bewirken.
Motorschmiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungszeitdauer, in der das Nachfüllventil im geöffneten Zustand ist, vor dem Öffnen bereits feststeht.
Motorschmiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (10) ein Motorsteuergerät ist.
Verfahren zum Steuern des Nachfüllens von Schmieröl für einen Verbrennungsmotor, wobei – ein Kurbelgehäuse (1) mit einer Ölwanne (2) zur Aufnahme von Schmieröl (3), – ein Vorratsbehälter (4) zur Aufnahme von zusätzlichem Schmieröl (5), – ein Nachfüllventil (7) zwischen der Ölwanne (2) und dem Vorratsbehälter (4) zum Steuern des Nachfüllens von Schmieröl (5) aus dem Vorratsbehälter (4) in die Ölwanne, – eine Kurbelgehäuse-Entlüftung (12), welche in dem Kurbelgehäuse (1) einen Unterdruck gegenüber dem Druck in dem Vorratsbehälter (4) erzeugt, so dass bei Öffnen des Nachfüllventils (7) Schmieröl in die Ölwanne (2) gesaugt wird, – ein Füllstandssensor (11) zum Bestimmen des Schmieröl-Füllstands (FS) in der Ölwanne und – ein elektronisches Steuergerät (10) zur Steuerung des Nachfüllens von Schmieröl (5) in die Ölwanne (2) vorgesehen sind, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Überwachen des Schmieröl-Füllstands (FS) in der Ölwanne (2); und – bei Erreichen oder bei Unterschreiten eines gewissen Schmieröl-Füllstands, Öffnen des Nachfüllventils (7), so dass aufgrund des Unterdrucks Schmieröl in die Ölwanne gesaugt wird.