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Die Erfindung betrifft ein Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift
DE 32 35 292 A1 aus. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Brennkraftmaschine mit einem Schmiermittelsystem für ein Kraftfahrzeug bekannt. Innerhalb einer Schmiermittelwanne ist ein Topf angeordnet, der über eine Leitung mit einer Schmiermittelpumpe verbunden ist. In der Leitung ist ein Thermostat angeordnet, das auf ein Doppelventil einwirkt, welches je nach Schmiermitteltemperatur den Raum innerhalb des Topfes oder den Raum außerhalb des Topfes und die entsprechenden Schmiermittelmengen zum Absaugen durch die Schmiermittelpumpe freigibt. Ein oberhalb des Topfes angeordnetes Auffangblech leitet das abtropfende Schmiermittel immer in den Topf, aus welchem es in den Raum außerhalb des Topfes überfließen kann. Bei kalter Brennkraftmaschine verschließt der untere Boden des Doppelventils die Bodenöffnung, so dass Schmiermittel innerhalb eines kleinen Kreislaufes den Schmierstellen der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Wenn diese kleine Schmiermittelmenge eine bestimmte Temperatur erreicht, wird der Thermostat aktiviert, so dass das Doppelventil nach unten verschoben wird, um die Leitung mit der großen Schmiermittelmenge zu verbinden.
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Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist der relativ aufwändige Aufbau des Schmiermittelsystems.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine darzustellen, welches mit weniger Bauteilen auskommt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann auf ein Doppelventil verzichtet werden. Der bauliche Aufwand des Schmiermittelsystems ist hierdurch in vorteilhafter Weise deutlich reduziert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist eine Linearführung realisiert, durch die ein Verkippen der Wanne vermieden wird.
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Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 hat sich strömungstechnisch bezüglich des Schmiermittels als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Die Temperatur gemäß Patentanspruch 4 ist eine besonders bevorzugte Temperaturschwelle Mit einer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 wird die Regelungsqualität des Dehnstoffelementes deutlich erhöht.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.
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1 zeigt einen ersten Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine entlang einer Kurbelwelle.
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2 zeigt einen zweiten Schnitt durch das erfindungsgemäße Schmiermittelsystem quer zur Kurbelwelle für einen kleinen Schmiermittelkreislauf (Schmiermitteltemperatur kleiner 90°C).
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3 zeigt den Schnitt aus 2 für einen großen Schmiermittelkreislauf (Schmiermitteltemperatur größer 90°C).
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Im Folgenden gelten in den 1 bis 3 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
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1 zeigt einen ersten Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine entlang einer Kurbelwelle 10. Das Schmiermittelsystem weist eine Schmiermittelwanne 1 zum Sammeln von aus der Brennkraftmaschine rückgeführtem Schmiermittel auf. In der Schmiermittelwanne 1 ist eine kleinere, topfförmige Wanne 2 angeordnet, mit einer Öffnung 3 in einen Bodenabschnitt 4. Die Wanne 2 ist über die Öffnung 3 durch Abheben der Wanne 2 von einem Boden 7 der Schmiermittelwanne 1 Schmiermittel führend mit der Schmiermittelwanne 1 verbindbar. Weiter ist eine Schmiermittelpumpe 5 vorgesehen, mit der Schmiermittel aus der Wanne 2 absaugbar ist, zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Schmiermittel, wobei die Öffnung 3 mittels eines Dehnstoffelementes 6 verschließbar ist. Die Schmiermittelpumpe 5 ist ferner über einen Schmiermittelpumpenantrieb 11, beispielsweise einem Kettentrieb, mit der Kurbelwelle 10 in Wirkverbindung.
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Erfindungsgemäß ist das Dehnstoffelement 6 einerseits an die Wanne 2 und andererseits an die Schmiermittelwanne 1 angeordnet, wobei bei einer Temperaturzunahme die Wanne vom Boden 7 der Schmiermittelwanne 1 abheb bar und somit die Öffnung 3 freigebbar ist, so dass die Wanne 2 über die Öffnung 3 Schmiermittel führend mit der Schmiermittelwanne 1 verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ist die Wanne 2 in einer Verstellrichtung des Dehnstoffelementes 6 axial, beispielsweise an Stiften, geführt. Vorzugsweise kommen drei Stifte zum Einsatz, um keine statische Unbestimmtheit zu generieren.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Wanne 2 bodenseitig einen kleineren Querschnitt als auf der dem Boden 7 gegenüberliegenden Seite. Diese tulpenförmige Ausformung unterstützt eine Konvektion von dem warmen Schmiermittel in dem kalten Schmiermittel innerhalb der Wanne 2.
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Besonders bevorzugt ist die Wanne 2 bei Temperaturen größer als 50°C, bevorzugt größer 90°C in der Wanne 2 schmiermittelführend mit der Schmiermittelwanne 1 verbunden.
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Weiter ist besonders bevorzugt ein Federelement 8 vorgesehen, das eine Ausdehnungsbewegung des Dehnstoffelementes 6 entgegenwirkt. Durch diese Maßnahme wird ein besonders stabiles Steuerungsverhalten bezüglich der Hubbewegung der Wanne 2 erzielt.
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2 zeigt einen zweiten Schnitt durch das erfindungsgemäße Schmiermittelsystem normal zur Kurbelwelle 10. Die Kurbelwelle 10 ist in 2 nicht dargestellt. Zusätzlich zu den Bauelementen aus 1 ist in 2 auch ein Schmiermittelfilter 12 erkennbar. In 2 ist eine Warmlaufphase der Brennkraftmaschine dargestellt, wobei die Schmiermittelumlaufmenge aufgrund der kleineren Wanne 2 nur ca. 3 Liter beträgt. In 2 ist eine Schmiermitteltemperatur unter 90°C dargestellt, d. h. die Öffnung 3 der Wanne 2 ist durch den Boden 7 der Schmiermittelwanne 1 verschlossen, bzw. das Dehnstoffelement hält die Wanne 2 am Boden 7 fest. Somit stellt sich in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine ein „kleiner” Schmiermittelkreislauf ein, der ein schnelles Aufheizen des Schmiermittels ermöglicht. Fließrichtungen des Schmiermittels sind durch große weiße Pfeile dargestellt. Eine Wärmeabfuhr an die Umgebung ist durch schwarze Pfeile symbolisch dargestellt.
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3 zeigt nochmals den Schnitt aus 2, in diesem Fall jedoch für eine Kühlungsphase des Schmiermittels. Das heißt, die Öffnung 3 ist offen und die Wanne 2 ist Schmiermittel führend mit der Schmiermittelwanne 1 verbunden, bzw. das Dehnstoffelement 6 drückt die Wanne 2 vom Boden 7 weg. Die Umlaufmenge an Schmiermittel ist die gesamte Schmiermittelmenge und beträgt in diesem Fall ca. 8 Liter, es liegt ein sog. „großer” Schmiermittelkreislauf vor. Die Fließrichtung des Schmiermittels ist wiederum durch große weiße Pfeile symbolisch dargestellt, die Wärmeabfuhr an die Umgebung wiederum durch schwarze Pfeile.
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Die Zielsetzung der Erfindung ist somit eine temporäre Reduzierung der Schmiermittelumlaufmenge durch „Ausblendung” der unteren und äußeren (kalten) Schmiermittelschicht während der Warmlaufphase. Dies führt zu einer schnelleren Schmiermittelerwärmung (Erreichen optimaler Schmiereigenschaften und Wärmeeintrag in den Lagerstellen). Hierbei wirkt sich der Wärmeeintrag auf der Vorlaufseite (Druckseite) positiv aus, aus der Brennkraftmaschine abfließendes Schmiermittel transportiert Wärme in passive Zonen. Dies führt zu einer temperaturabhängigen, späten Beimischung der „passiven Schmiermittelumlaufmenge” ab ca. über 50°C und somit zur Vermeidung der permanenten Kühlungswirkung bei niedrigen Außentemperaturen (schwarze Pfeile in 2 und 3).
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Zum konkreten Ausführungsbeispiel: Es wird die Integration einer temperaturabhängig verstellbaren Leiteinrichtung mittels eines, die Schmiermittelsaugstelle umfassenden, kaminartig angeordneten Trichters, die Wanne
2, vorgeschlagen. Mit Hilfe dieser Leiteinrichtung ergeben sich in der Schmiermittelstandssäule der Wanne
2 zwei Ansaugebenen, oben und unten:
| Oben: | Für einen „kurzen Saugweg”, bzw. zur Erschließung wärmerer Schmiermittelschichten. |
| Unten: | Für einen derzeitigen „langen Saugweg” und kalter Schmiermittelschichten. |
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Die Wanne 2 weist unten zum Saugmund der Schmiermittelpumpe 5 einen dem heutigen, in Serie befindlichen Zulauf entsprechenden Ansaugquerschnitt auf. Die Umlenkung des Förderstroms des Schmiermittels wird jeweils durch eine strömungsoptimale Gehäusegestaltung erreicht. Die Kontur der Gehäusegestaltung: Oben entgegen der Saugführung tulpenförmig öffnend, unten in Strömungsrichtung verengend, zur Öffnung 3 leitend.
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Die Wanne 2 ist bevorzugt auf Führungsbolzen oder Stiften aufgesteckt und in Bewegungsrichtung des Dehnstoffelementes 6 vertikal beweglich. Auf Saugmundhöhe weist die Vorrichtung kleine Bypassquerschnitte auf, um ein Leersaugen der Saugzone zu verhindern. In dem Schmiermittelsystem ist ein Thermoaktuator (hier: Dehnstoffelement 6) derart positioniert, dass unter allen Bedingungen eine zuverlässige Temperaturerfassung und damit sichere Öffnungseigenschaften möglich sind. Im Besonderen gilt dies für die Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, bei der eine dynamische Umspülung des Dehnstoffelementes 6 erforderlich ist. Der Betriebsöffnungspunkt wird im Hinblick auf den angestrebten Vorteil bei größer 50°C, bevorzugt größer 90°C liegen. Das Dehnstoffelement 6 ist vertikal ausgerichtet und mit einem beweglichen Leitgehäuse verbunden. Ein Dehnstoffelementkolben wirkt senkrecht auf einen hierfür vorgesehenen axialen festen Anlagepunkt an der Schmiermittelwanne 1 (vorteilhafterweise auch auf einem der Führungsbolzen anliegend). Bei Erreichen der Betriebsöffnungstemperatur wird die Wanne 2 durch den, sich nach unten bewegenden Kolben hochgedrückt. Die Wanne 2 öffnet damit an der Bodenseite einen Axialspalt, durch den es zu einer kontinuierlichen Beisteuerung des zuvor abgeschotteten, in der Außenzone befindlichen kälteren Schmiermittels kommt.
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Zur Stabilisierung bzw. Gegensteuerung der Wachsdehnung wird eine geeignete Feder angeordnet. Zur Stabilisierung der Gesamtvorrichtung ist eine ausreichende Anzahl, bevorzugt drei von Führungsbolzen, bzw. Stiften angeordnet. Die gewählte Wachsdehnungscharakteristik führt dann zu einem homogenen Regelverhalten. Das System wird zu jeder Zeit durch die äußeren Bedingungen und die Schmiermitteltemperatur konditioniert. Das führt bei einem Warmstart der Brennkraftmaschine zu einem schnellen Öffnen und beim Kaltstart zu einem starken Regelungseingriff mit starker Verzögerung.
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Hauptziele der Erfindung:
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- 1. Verbrauchsvorteile und CO2-Reduzierung durch einen schnellen Warmlauf der Brennkraftmaschine.
- 2. Kundennutzen durch Verbrauchsvorteile und Erhöhung des Heizungspotentials bei kalten Außenbedingungen.
- 3. Vermeidung einer permanenten Kühlungswirkung auf die Brennkraftmaschine.
- 4. Ein Regelungseingriff in Abhängigkeit zur Schmiermitteltemperatur soll einen permanenten Wärmeverlust der Brennkraftmaschine vermeiden.
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Aspekte, Anmerkungen:
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Ansaugung der durch den direkten Ablauf aus der Verbrennungszone vorgewärmten oberen Schmiermittelschicht (stark verkürzte Saugführung zur Saugstelle der mechanischen Schmiermittelpumpe 5). Die Beimischung der unteren Schmiermittelschicht (Schmiermittelwanne bodennah) wird hierbei nicht vollständig vermieden aber stark reduziert. Die exponierten Bereiche der Schmiermittelwanne 5 werden nicht mehr dynamisch durchspült, womit die Wärmeverluste über die Außenzonen stark verringert werden. Wirkungstechnisch geht es darum, das Schmiermittel mit einer zunächst deutlich reduzierten Erfassungsmenge zu transportieren. Ab einer festzulegenden (möglichst hohen) Temperaturschwelle erfolgt eine kontinuierliche Anpassung in Richtung einer gewollt kühlungswirksamen Schmiermittelführung.
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Bei Fahrzeugen mit einer Brennkraftmaschinen-Start-Stopp-Automatik gibt es während der Fahrt auch Phasen, in denen die Brennkraftmaschine steht und die mechanische Schmiermittelpumpe 5 nicht fördert. Hierbei kommt es zu einer Beruhigung des Schmiermittelinhaltes in der Schmiermittelwanne 1 und der Wanne 2. Das wärmere Schmiermittel steigt in der Schmiermittelwanne 5 nach oben (Konvektion). Bei Wiederstart saugt die Schmiermittelpumpe 5 sofort aus der oben befindlichen, wärmeren Schmiermittelschicht. Hinsichtlich der Regelungsqualität ist das Konzept der Selbstregelung optimal (mittels Dehnstoffelement 6), also ohne aufwendiger und anfälliger Elektronik. Jedoch wäre auch eine kennfeldgesteuerte Verstellung möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schmiermittelwanne
- 2
- Wanne
- 3
- Öffnung
- 4
- Bodenabschnitt
- 5
- Schmiermittelpumpe
- 6
- Dehnstoffelement
- 7
- Boden
- 8
- Federelement
- 9
- Ansaugschnorchel
- 10
- Kurbelwelle
- 11
- Schmiermittelpumpenantrieb
- 12
- Schmiermittelfilter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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