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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung betrifft ein Schmiersystem für einen Verbrennungsmotor.
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HINTERGRUND
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Schmiersysteme für Verbrennungsmotoren können Kolbendüsen verwenden, die derart konfiguriert sind, eine Strömung von druckbeaufschlagtem Motoröl an Unterseiten von Kolben zu lenken, um Kolbenwärme zu dissipieren sowie eine Zylinderwandschmierung bereitzustellen. Systeme, die eine druckbeaufschlagte Ölströmung an Kolbendüsen liefern, umfassen Ölpumpen, die Öldurchflüsse besitzen, die in Ansprechen auf eine Motordrehzahl und -last gesteuert werden. Derartige Systeme können Ventile aufweisen, die derart konfiguriert sind, eine Ölströmung zu Kolbendüsen bei Bedingungen mit niedriger Drehzahl/Last zu deaktivieren oder zu minimieren. Das Aufbringen von überschüssigem Öl auf Motorkolben und Zylinderwände kann in erhöhten Abgasemissionen aufgrund einer Verbrennung des überschüssigen Öls resultieren. Das Aufbringen von überschüssigem Öl auf Motorkolben und Zylinderwände kann eine erhöhte Reibung zwischen einer Zylinderauskleidung und Kolbenringen bewirken, was den Kraftstoffverbrauch sowie die Startfähigkeit beeinflusst.
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Ein Schmiersystem für einen Verbrennungsmotor umfasst eine Öldüse, die derart konfiguriert ist, Öl an eine innere Motoroberfläche zu kommunizieren. Die Öldüse ist fluidtechnisch mit einer Quelle für druckbeaufschlagtes Öl über einen Ölströmungscontroller verbunden, der derart konfiguriert ist, einen Öldurchfluss zu der Öldüse in Ansprechen auf eine Temperatur der inneren Motoroberfläche zu steuern.
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Figurenliste
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Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
- 1 ein schematisches Schaubild eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
- 2 ein schematisches Schaubild eines beispielhaften auf Temperatur ansprechenden Ölströmungscontrollers gemäß der Offenbarung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur dem Zweck der Veranschaulichung gewisser beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck der Beschränkung derselben dient, ist 1 ein schematisches Schaubild eines Verbrennungsmotors 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der beispielhafte Motor 10 kann ein geeigneter Mehrzylinder-Verbrennungsmotor sein. Der Motor 10 weist einen Motorblock 12 und einen Zylinderkopf 25 auf. Der Motorblock 12 weist eine Mehrzahl von Zylindern 20, die darin geformt sind, und eine Mehrzahl von Innenhohlräumen auf, die Kühlmitteldurchgänge 19 bilden. Wände 21 von jedem der Zylinder 20 können eine Zylinderauskleidung aufweisen. Jeder der Zylinder 20 nimmt einen Hubkolben 22 auf, der an einer Kurbelwelle 24 befestigt ist. Die Kurbelwelle 24 ist mechanisch mit einem Fahrzeuggetriebe und einem Antriebsstrang gekoppelt, um Traktionsmoment daran in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung zu liefern. Die Kurbelwelle 24 ist rotierend an einem unteren Abschnitt 15 des Motorblocks 12 unter Verwendung von Hauptlagern befestigt. Eine Ölwanne 14 ist an dem unteren Abschnitt 15 des Motorblocks 12 befestigt und umschließt die Kurbelwelle 24 und den unteren Abschnitt 15 des Motorblocks 12. Die Ölwanne 14 umfasst einen Ölsumpfbereich 13 zum Speichern und Sammeln von Motoröl, das von dem Motor 10 abläuft.
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Der Motor 10 weist eine Mehrzahl von Brennräumen 28 mit variablem Volumen auf, von denen ein einzelner gezeigt ist. Der Brennraum 28 ist durch den Kolben 22, die Zylinderwand 21 und den Zylinderkopf 25 definiert, wobei das variable Volumen in Bezug auf eine Hubbewegung des Kolbens 22 in dem Zylinder 20 zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt bestimmt ist. Der Motor 10 verwendet bevorzugt einen Viertaktbetrieb mit sich wiederholenden Verbrennungszyklen, die eine Winkelrotation der Kurbelwelle 24 von 720 Grad aufweisen, die in vier 180 Grad-Takte unterteilt ist, die Ansaugung - Kompression - Expansion - Abgas aufweisen, die den Hubbewegungen des Kolbens 22 in dem Motorzylinder 20 zugeordnet sind.
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Der Motor 10 weist Erfassungsvorrichtungen auf, um einen Motorbetrieb zu überwachen, einschließlich z.B. einen Kühlmitteltemperatursensor 18. Der Motor 10 weist Aktuatoren auf, um den Motorbetrieb zu steuern. Die Erfassungsvorrichtungen und Aktuatoren sind signaltechnisch oder funktional mit einem Steuermodul 5 verbunden. Der beispielhafte Motor 10 ist als ein Direkteinspritz-Funkenzündungsmotor gezeigt, jedoch ist die Offenbarung nicht als Beschränkung darauf bestimmt.
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Der Motor 10 kann derart konfiguriert sein, in einem einer Mehrzahl von Betriebsmoden während des Fahrzeugbetriebs zu arbeiten, einschließlich in einem Modus mit allen Zylindern, einem Zylinderabschaltmodus, einem Verlangsamungskraftstoffabsperr-(DFCO)-Modus und einem Autostoppmodus. Bei Betrieb in dem Modus mit allen Zylindern werden alle verfügbaren Motorzylinder mit Kraftstoff beliefert und gezündet, um Drehmoment zu erzeugen. Bei Betrieb in dem Zylinderabschaltmodus wird nur ein Anteil der verfügbaren Motorzylinder mit Kraftstoff beliefert und gezündet, und die anderen verfügbaren Motorzylinder werden nicht mit Kraftstoff beliefert und zünden somit nicht. Bei Betrieb in dem Kraftstoffabsperrmodus z.B. in Ansprechen auf ein Verlangsamungsereignis werden alle der verfügbaren Motorzylinder nicht mit Kraftstoff beliefert und zünden somit nicht und der Motor 10 rotiert. Im Autostoppmodus werden alle der Motorzylinder nicht mit Kraftstoff beliefert und der Motor 10 rotiert nicht.
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Der Motor 10 weist ein Schmiersystem 30 auf, das eine Ölpumpe 32 verwendet, die mit einem auf Temperatur ansprechenden Ölströmungscontroller 40 fluidtechnisch verbunden ist, der fluidtechnisch mit einem einzelnen oder einer Mehrzahl von Öldüse(n) 38 verbunden ist, die derart konfiguriert sind, druckbeaufschlagtes Öl auf die inneren Motoroberflächen 35 zu sprühen. Das Schmiersystem 30, das die Ölpumpe 32 aufweist, die fluidtechnisch mit dem auf Temperatur ansprechenden Ölströmungscontroller 40 verbunden ist, wie gezeigt ist, ist zur Vereinfachung der Darstellung gezeigt und können in dem unteren Abschnitt 15 des Motorblocks 12 und der Ölwanne 14 geeignet angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform kanalisiert die Ölpumpe 32 druckbeaufschlagtes Öl, das von dem Sumpf 13 gezogen wird, zu der/den Öldüse(n) 38 über den Ölströmungscontroller 40. Bei einer Ausführungsform wird das druckbeaufschlagte Öl auf die innere Motoroberfläche 35 gesprüht, um Wärme davon zu dissipieren, mit einem Sekundäreffekt zum schmieren der verschiedenen rotierenden und sich bewegenden Motorkomponenten. Bei einer Ausführungsform weist die innere Motoroberfläche 35 unterseitige Abschnitte der Kolben 22 auf. Die innere Motoroberfläche 35 kann andere Motorkomponenten ohne Beschränkung aufweisen. Bei einer Ausführungsform ist/sind die Öldüse(n) 38 eine Kolbenkühldüse, die in dem unteren Abschnitt 15 des Motorblocks 12 positioniert ist.
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Der Ölströmungscontroller 40 ist derart konfiguriert, einen Durchfluss von druckbeaufschlagtem Öl zu einer oder einer Mehrzahl der Öldüse(n) 38 in Ansprechen auf eine oder mehrere Temperaturen zu steuern, die mit der Temperatur der inneren Motoroberfläche 35, auf die die Öldüse(n) 38 Motoröl sprüht/sprühen, korrelieren. Die Temperaturen, die mit der Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 korrelieren, umfassen eine Temperatur an der Zylinderwand 21, eine Temperatur an einer Lagerfläche, eine Verbrennungs-Blow-By-Gastemperatur, eine Öltemperatur, eine Kühlmitteltemperatur oder eine andere geeignete Motortemperatur. Eine Temperatur, die mit der Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 korreliert, kann als ein Stellvertreter bzw. eine Näherung für die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 dienen.
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Die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 wird durch den Betrieb des Motors 10 und der spezifischen Zylinder, die dem Ölströmungscontroller 40 und der/den entsprechenden Öldüse(n) 38 zugeordnet sind, beeinflusst. Spezifische motorbezogene Parameter, die die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 beeinflussen, können eine Motordrehzahl, eine Motorlast, einen Betrieb von Zylinderabschaltung, eine Öltemperatur, eine Kühlmitteltemperatur, Umgebungstemperatur und geometrische Konfigurationen des Motorblocks und des/der spezifischen Zylinder/s aufweisen. Der Ölströmungscontroller 40 kann derart konfiguriert sein, den Öldurchfluss zu der/den Öldüse(n) 38 in Ansprechen auf die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 zu steuern, wobei bei einer Ausführungsform die Motoröltemperatur als eine Näherung für die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 dient. Der Ölströmungscontroller 40 kann derart konfiguriert sein, den Öldurchfluss zu der/den Öldüse(n) 38 in Ansprechen auf die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 zu steuern, wobei bei einer Ausführungsform die Motorblocktemperatur als eine Näherung für die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 dient. Der Ölströmungscontroller 40 kann derart konfiguriert sein, den Öldurchfluss zu der/den Öldüse(n) 38 in Ansprechen auf die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 zu steuern, wobei bei einer Ausführungsform die Motorblocktemperatur und die Motoröltemperatur als Näherungen für die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 verwendet werden.
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Das Steuern des Öldurchflusses zu der/den Öldüse(n) 38 umfasst ein Erhöhen des Öldurchflusses zu der/den Öldüse(n) 38 mit zunehmender Temperatur der inneren Motoroberfläche 35. Dies umfasst eine Bereitstellung eines maximalen Öldurchflusses zu der/den Öldüse(n) 38, wenn die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 sich bei ihrer größten Auslegungstemperatur befindet, und die Bereitstellung reduzierter Öldurchflüsse bei geringeren Temperaturen der inneren Motoroberfläche 35. Es sei angemerkt, dass die reduzierten Öldurchflüsse, die bei der geringeren Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 vorgesehen werden, ausreichend sind, um die beeinflussten Reibungsgrenzflächen in dem Motor 10 zu schmieren. Es sei angemerkt, dass die Bereitstellung reduzierter Öldurchflüsse bei geringeren Temperaturen der inneren Motoroberfläche 35 ein Unterbrechen einer Ölströmung aufweisen kann, wenn eine Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 unterhalb einer Schwellentemperatur liegt.
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Der Fluidkreislauf zum Liefern von Öl an die Öldüse(n) 38 umfasst die Ölpumpe 32, die fluidtechnisch mit dem Ölströmungscontroller 40 verbunden ist, der fluidtechnisch mit der/den Öldüse(n) 38 verbunden ist. Bevorzugt ist ein einzelner Ölströmungscontroller 40 vorgesehen, die mit allen Öldüsen 38 fluidtechnisch verbunden ist. Andere geeignete Konfigurationen umfassen eine Mehrzahl von Ölströmungscontrollern 40, die fluidtechnisch mit der/den Öldüse(n) 38 verbunden sind, die vorteilhafterweise an Systemen verwendet werden können, die eine Zylinderabschaltung verwenden.
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2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des auf Temperatur ansprechenden Ölströmungscontrollers 40, der ein auf Temperatur ansprechendes Ölströmungssteuerventil 40 ist. Das auf Temperatur ansprechende Ölströmungssteuerventil 40 ist derart konfiguriert, den Durchfluss von Motoröl zu der/den Öldüse(n) 38 in Ansprechen auf die innere Motoroberfläche 35 variabel zu steuern, die durch Näherungstemperaturen angegeben ist, die die Motoröltemperatur und die Motorblocktemperatur nahe dem Ölströmungssteuerventil 40 aufweisen. Andere geeignete Näherungstemperaturen für die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 können mit ähnlichem Effekt verwendet werden. Das Ölströmungssteuerventil 40 ist ein wärmeempfindliches Ventil, das für eine variable Durchflusssteuerung in Ansprechen auf die Motoröltemperatur und die proximale Motorblocktemperatur konfiguriert ist. Das Ölströmungssteuerventil 40 umfasst einen Ventilkörper 41 mit einem ersten Ende 42, das einen Einlassdurchlass 43 aufweist, und einem zweiten Ende 52, das einen Auslassdurchlass 53 aufweist. Der Einlassdurchlass 43 ist fluidtechnisch mit dem Auslassdurchlass 53 über einen Strömungskanal 48 gekoppelt.
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Der Einlassdurchlass 43 steht in Fluidkommunikation mit der Ölpumpe 32, und der Auslassdurchlass 53 steht in Fluidkommunikation mit allen oder einem Anteil der Öldüse(n) 38. Ein Kolben 46 ist in dem Strömungskanal 48 eingebaut und derart konfiguriert, mit einem Ventilsitz 47 in Wechselwirkung zu stehen. Wie gezeigt ist, ist eine erste Feder 44, die zwischen dem Einlassdurchlass 43 und dem Kolben 46 positioniert ist, und eine zweite Feder 45 vorgesehen, die zwischen dem Auslassdurchlass 53 und dem Kolben 46 positioniert ist. Die erste Feder 44 treibt den Kolben 46 zu dem Ventilsitz 47, und die zweite Feder 45 treibt den Kolben 46 weg von dem Ventilsitz 47. Die erste und zweite Feder 44 und 45 sind beide aus geeigneten auf Temperatur ansprechenden bimetallischen Materialien hergestellt.
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Das zweite Ende 52 des Ventilkörpers 41 ist bevorzugt mechanisch mit dem Motorblock 12 des Motors 10 auf eine Weise gekoppelt, die eine Wärmeleitung dazwischen zulässt, was in einer Wärmeleitung zu der zweiten Feder 45 resultiert. Das Ölströmungssteuerventil 40 ist somit in der Lage, eine Ölströmung in Ansprechen auf eine Öltemperatur und Motorblocktemperatur zu steuern. Die erste und zweite Feder 44 und 45 sind geeignet kalibriert, um den Kolben 46 in Bezug auf den Ventilsitz 47 zu positionieren, um nur eine maximale Ölströmung zu der/den zugeordneten Öldüse(n) 48 zuzulassen, wenn die Öltemperatur und die Motorblocktemperatur angeben, dass der Motor 10 bei Bedingungen arbeitet, die in einer relativ hohen Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 resultieren, z.B. Bedingungen mit hoher Drehzahl und hoher Last. Die erste und zweite Feder 44 und 45 sind ferner geeignet kalibriert, um den Kolben 46 in Bezug auf den Ventilsitz 47 zu positionieren, um eine Ölströmung zu der/den Öldüse(n) 48 zu dosieren, um eine ausreichende Ölströmung zur Motorschmierung bereitzustellen, wenn die Öltemperatur und die Motorblocktemperatur angeben, dass der Motor 10 bei Bedingungen arbeitet, die in einer geringeren Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 resultieren. Somit resultiert eine zunehmende Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 in einem erhöhten Öldurchfluss zu der/den Öldüse(n) 38 und eine abnehmende Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 resultiert in einem abnehmenden Öldurchfluss zu der/den Öldüse(n) 38.
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Alternativ dazu ist das auf Temperatur ansprechende Ölströmungssteuerventil 40 ein wärmeempfindliches Ölströmungssteuerventil, das für eine diskrete Ölströmungssteuerung in Ansprechen auf eine Öltemperatur und Motorblocktemperatur konfiguriert ist, wobei der Öldurchfluss nur aktiviert ist, wenn die Öltemperatur und die Motorblocktemperatur größer als eine Verbundschwellentemperatur sind. Das auf Temperatur ansprechende Ölströmungssteuerventil 40 steuert den Öldurchfluss im aktivierten Zustand mit einem voreingestellten Durchfluss mit dem Ölströmungssteuerventil 40 nur, wenn die Öltemperatur und die Motorblocktemperatur größer als die Schwellentemperatur sind. Alternativ dazu kann der auf Temperatur ansprechende Ölströmungscontroller 40 als eine wärmeempfindliche bimetallische Ventilfeder konfiguriert sein, die derart konfiguriert ist, ein Strömungssteuerventilelement zu aktivieren, das in einem Strömungskanal nahe jeder der Öldüsen 38 angeordnet ist, um eine Ölströmung in Ansprechen auf eine Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 zu bewirken. Die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 kann durch eine Näherung repräsentiert sein, die eine Kombination aus Öldruck und Öltemperatur aufweist. Andere Ausführungsformen eines auf Temperatur ansprechenden Ölströmungssteuerventils 40 können ohne Beschränkung verwendet werden.
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Die Steuerung des Öldurchflusses zu der/den Öldüse(n) 38 in Ansprechen auf die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 reduziert eine Ölströmung zu der Grenzfläche zwischen Kolben und Zylinderauskleidung, während dennoch eine angemessene Schmierung und zugeordneter Ausstattungsschutz bereitgestellt werden. Dies kann in einer Reduzierung von Verlusten in Verbindung mit einem hydrodynamischen Mitreißen von Schmierung und zugeordneten Verbesserungen in der Kraftstoffwirtschaftlichkeit resultieren. Die Steuerung des Öldurchflusses zu der/den Öldüse(n) 38 in Ansprechen auf die Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 kann Kohlenwasserstoffkonzentrationen aus dem Motor heraus und eine Reduzierung von NOx-Konzentrationen aus dem Motor heraus bei geringen Temperaturen reduzieren. Die Steuerung des Öldurchflusses zu der/den Öldüse(n) 38 in Ansprechen auf eine Temperatur der inneren Motoroberfläche 35 kann ein minimales Drehmoment reduzieren, um einen Motor bei geringer Temperatur zu starten, wodurch eine Reduzierung der Batteriegröße und/oder eine Verbesserung der Motorkaltstartfähigkeit zugelassen werden.
