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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um den Öldruck eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug zu regeln.
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Die
DE 10 2009 057 549 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kühlung und/oder Schmierung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine, wobei dem Kolben ein unter Druck stehendes Öl zugeleitet wird. Bei Unterschreiten einer bestimmten Last der Brennkraftmaschine wird der Druck des zugeleiteten Öls abgesenkt.
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Die
DE 10 2009 015 450 A1 offenbart ein Verfahren zur Ölversorgung eines Verbrennungsmotors, wobei eine Ölpumpe mit einem hohen Öldruck betrieben wird, wenn sich ein Kraftfahrzeug im Schubbetrieb befindet.
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Die
DE 10 2010 039 173 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, wobei bei einer Minderschmierung eine Maßnahme ergriffen wird, um einer Beschädigung des Getriebes vorzubeugen. Diese Maßnahme kann beispielsweise den Betrieb einer Zusatzölpumpe umfassen.
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Ein zu hoch eingestellter Öldruck führt nachteiligerweise zu einem erhöhten Reibmitteldruck des Verbrennungsmotors und zu einem erhöhten Leistungsverbrauch der Ölpumpe.
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Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, diese Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Regelung eines Öldrucks nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung zur Regelung eines Öldrucks nach Anspruch 6 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung eines Öldrucks eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei wird der Öldruck bei einer Last des Verbrennungsmotors unterhalb eines vorbestimmten Lastschwellenwerts geringer eingestellt als oberhalb des Lastschwellenwerts. Darüber hinaus wird der Öldruck zumindest in einem Lastbereich zumindest für einen (relevanten) Drehzahlbereich unabhängig von einer Drehzahl des Motors eingestellt.
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Indem der Öldruck unterhalb eines Lastschwellenwerts (beispielsweise im Schubbetrieb) geringer eingestellt wird als oberhalb des Lastschwellenwerts, kann vorteilhafterweise im Vergleich zum Stand der Technik ein erhöhter Reibmitteldruck vermieden und der Leistungsverbrauch der zugehörigen Ölpumpe gesenkt werden.
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Dabei kann der Öldruck zumindest in dem relevanten Drehzahlbereich (beispielsweise über 1250 1/min) unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors konstant eingestellt werden, wenn die Last unterhalb des vorbestimmten Lastschwellenwerts liegt.
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Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Öldruck bei einer Drehzahl unterhalb eines Drehzahlschwellenwerts auf eine niedrige Öldruckstufe und oberhalb des Drehzahlschwellenwerts auf eine hohe Öldruckstufe eingestellt, wenn die Last des Verbrennungsmotors oberhalb des vorbestimmten Lastschwellenwerts liegt. Dabei wird der Öldruck unabhängig von der Drehzahl auf die niedrige Öldruckstufe eingestellt, wenn sich die Last unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts befindet.
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Unter einer Öldruckstufe bzw. unter einem Öldruckniveau wird dabei ein bestimmter Öldruck verstanden, auf welchen der Öldruck des Verbrennungsmotors eingestellt wird. Eine höhere Öldruckstufe arbeitet mit einem höheren Öldruck als eine niedrige Öldruckstufe, so dass der Öldruck des Verbrennungsmotors auf einen höheren (niedrigeren) Öldruck eingestellt wird, wenn der Öldruck auf eine höhere (niedrige) Öldruckstufe eingestellt wird.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Umschaltung auf die höhere Öldruckstufe nicht nur abhängig von der Drehzahl, sondern zusätzlich abhängig von der Last, welche von dem Verbrennungsmotor zu erzeugen ist. Nur wenn die Drehzahl oberhalb des Drehzahlschwellenwerts und die Last oberhalb des Lastschwellenwerts liegen, wird die höhere Öldruckstufe für den Öldruck eingestellt.
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Der vorbestimmte Lastschwellenwert kann dabei einem Nulllastbetrieb des Verbrennungsmotors entsprechen, wie es bereits vorab angedeutet worden ist. In diesem Fall wird der Öldruck bei einer Drehzahl oberhalb des Drehzahlschwellenwerts nur dann auf die niedrige Öldruckstufe abgesenkt, wenn sich das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb befindet. Der Nulllastbetrieb, in welchem der Verbrennungsmotor nahezu kein Drehmoment bzw. keine Last erzeugt, liegt demnach beispielsweise im Schubbetrieb vor, in welchem der Verbrennungsmotor durch das fahrende Fahrzeug in seiner Drehbewegung gehalten wird.
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Der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs kann dabei eine oder mehrere der im Folgenden gelisteten Einrichtungen umfassen:
- • ein Hauptlager des Verbrennungsmotors,
- • ein oder mehrere Pleuellager des Verbrennungsmotors,
- • einen oder mehrere Zylinderköpfe des Verbrennungsmotors, und
- • einen Abgasturbolader.
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Der Verbrennungsmotor ist dabei derart ausgestaltet, dass das Öl, welches den entsprechend eingestellten Öldruck aufweist, auch die Einrichtung oder die Einrichtungen durchströmt, welche der Verbrennungsmotor umfasst.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Regelung eines Öldrucks eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung einen Sensor, um die von dem Motor zu erzeugende Last zu erfassen, und Steuermittel. Die Steuermittel sind derart ausgestaltet, dass die Steuermittel den Öldruck bei einer Last unterhalb eines Lastschwellenwerts geringer einstellen als oberhalb des Lastschwellenwerts und dass die Steuermittel den Öldruck zumindest in einem Lastbereich unabhängig von einer Drehzahl des Motors einstellen. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Sensor handeln, welcher die Stellung eines Fahrpedals bzw. Gaspedals des Fahrzeugs erfasst, um den Fahrerwunsch bezüglich des von dem Verbrennungsmotor abzugebenden Sollmoments (der abzugebenden Last) zu erfassen. Bei einem solchen Sensor oder Pedalwertgeber, mit welchem die Stellung des Fahrpedals bzw. Gaspedals erfasst wird, kann es sich z. B. um ein Potentiometer handeln. Auch der Einsatz von Hallsensoren ist dafür denkbar.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches einen Verbrennungsmotor und eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
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Indem erfindungsgemäß insbesondere im Schubbetrieb der Öldruck unabhängig von der Drehzahl auf einem niedrigen Druckniveau gehalten wird, wird vorteilhafterweise der Reibmitteldruck des Verbrennungsmotors und der Leistungsverbrauch der Ölpumpe signifikant gesenkt, wodurch auch das von dem Fahrzeug erzeugte Abgas reduziert bzw. CO2-Einsparungen realisiert werden können. Darüber hinaus wird durch den geringeren Öldruck die Alterung des Öls durch Scherung gemindert. Da bei geringer Last (insbesondere im Schubbetrieb) kein hoher Öldruck benötigt wird, da beispielsweise die Lagerbelastungen für die Kurbelwellen- und Pleuellager minimal sind, weist die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise keine negativen Begleiterscheinungen auf.
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Um die vorliegende Erfindung im Schubbetrieb einzusetzen, kann vorteilhafterweise dasselbe Signal verwendet werden, mit welchem die Elektronik des Fahrzeugs über eine Schubabschaltung informiert wird, wobei dann zusätzlich über dieses Signal die Ölpumpe (beispielsweise umfassend ein 3/2 Wege-Druckumschaltventil) informiert wird, um trotz steigender Drehzahl nicht in das zweite Druckniveau zu schalten oder um bei hoher Drehzahl in das erste Druckniveau zurückzuschalten. Dabei wird unter einer Schubabschaltung eine Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu dem Verbrennungsmotor verstanden, wenn dieser keine Leistung bzw. Last erzeugen soll, sondern im Schubbetrieb betrieben wird.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist. Darüber hinaus ist es auch denkbar, die vorliegende Erfindung außerhalb von Fortbewegungsmitteln, beispielsweise für einen stationär eingesetzten Verbrennungsmotor, einzusetzen.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
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1 stellt einen Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
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2 zeigt Druckverläufe und andere Verläufe über der Drehzahl.
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3 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
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In 1 ist der Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Im ersten Schritt S1 wird die von einem Verbrennungsmotor zu erzeugende Last erfasst. Dies kann beispielsweise derart realisiert werden, dass die Stellung eines Fahrpedals bzw. Gaspedals ermittelt wird, um daraus das von dem Fahrer des Fahrzeugs gewünschte Sollmoment zu ermitteln, welches der von dem Fahrzeug zu erzeugenden Last entspricht.
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Im zweiten Schritt S2 wird der Öldruck des Motors abgesenkt, wenn die im ersten Schritt S1 erfasste Last unterhalb eines Lastschwellenwerts liegt.
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In 2 sind verschiedene Druckverläufe 13, 14 und andere Verläufe 11, 11', 12 abhängig von der Drehzahl 5 einer Ölpumpe bzw. des Verbrennungsmotors dargestellt. Links sind mit dem Bezugszeichen 6 ein Druck in bar und mit dem Bezugszeichen 7 ein Volumenstrom in l/min und rechts mit dem Bezugszeichen 4 eine Leistung in Watt als Skala dargestellt. Es sei erwähnt, dass nur der Verlauf der mechanischen Leistung 11' die vorliegende Erfindung verdeutlicht. Im Folgenden wird exemplarisch der Verlauf des Pumpendrucks 14 über der Drehzahl 5 erläutert.
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Bis zu einer bestimmten Drehzahl (beispielsweise der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors) von 1250 1/min steigt der Pumpendruck 14 linear mit der Drehzahl 5 an. Eine Ölpumpe, welche den Öldruck bzw. Pumpendruck 14 erzeugt und eine Drehzahl aufweist, welche proportional zu der Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, hält ab dieser Drehzahl den von ihr erzeugten Öldruck bis zu einem Drehzahlschwellenwert 8 konstant auf einem ersten Druckniveau 21 (z. B. 2 bar). Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Ölpumpe eine Eingriffsbreite von zwei Zahnrädern, mit welchen das Öl zum Verbrennungsmotor gefördert und damit der Öldruck erzeugt wird, mit steigender Drehzahl verringert wird.
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Wenn die von dem Verbrennungsmotor zu erzeugende Last oberhalb eines Lastschwellenwerts liegt, steigt der Pumpendruck 14 ab dem vorbestimmten Drehzahlschwellenwert 8 (z. B. 3200 1/min) sprunghaft auf ein zweites Druckniveau 22 (beispielsweise 3,6 bar) an. Diesen sprunghaften Anstieg kann die Ölpumpe beispielsweise mit Hilfe eines Schlagventils (z. B. eines 3/2 Wege-Druckumschaltventils) derart realisieren, dass eine Verschiebeeinheit, mit welcher eines der Zahnräder gegenüber dem anderen Zahnrad verschoben wird, schlagartig derart verschoben wird, dass sich die beiden Zahnräder wieder in einer Vollüberdeckung (d. h. bei maximaler Eingriffsbreite) befinden.
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Ab dem Drehzahlschwellenwert 8 verläuft der Pumpendruck 14 erneut konstant bei weiter steigender Drehzahl 5, was wiederum in der oben beschriebenen Weise durch eine entsprechende Verringerung der Eingriffsbreite der beiden Zahnräder von der Ölpumpe realisiert werden kann.
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Der Verlauf des Galeriedrucks 13 (d. h. des Drucks im Motor und in den dem Motor zugeordneten Komponenten, wie Hauptlager, Pleuellager oder auch Abgasturbolader) und der Verlauf des Volumenstroms 12 folgen in entsprechender Weise dem Verlauf des Pumpendrucks 14. Dagegen steigt der Verlauf der mechanischen Leistung 11 (d. h. der Leistungsverbrauch der Ölpumpe) proportional zu einem Produkt aus Pumpendruck 14 und Drehzahl 5 an.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Pumpendruck-14 bei einer Drehzahl 5 der Ölpumpe oberhalb des Drehzahlschwellenwerts 8 nicht auf das zweite Druckniveau 22 erhöht, sondern verbleibt konstant im ersten Druckniveau 21 (von z. B. 2 bar), sofern die von dem Verbrennungsmotor zu erzeugende Last unterhalb des vorbestimmten Lastschwellenwerts liegt. Mit anderen Worten verläuft der Pumpendruck 14 im relevanten Drehzahlbereich (oberhalb der Drehzahl 1250 1/min) konstant auf dem ersten Druckniveau 21, wenn die Last des Verbrennungsmotors unterhalb des vorbestimmten Lastschwellenwerts liegt, was insbesondere im Schubbetrieb des Fahrzeugs der Fall ist. Für diesen erfindungsgemäßen Fall zeigt der Verlauf der mechanischen Leistung 11', welche von der Ölpumpe verbraucht wird, dass vorteilhafterweise in dem Drehzahlbereich oberhalb des Drehzahlschwellenwerts 8 mehr als 200 W im Vergleich zu einem Fall, in welchem ab dem Drehzahlschwellenwert 8 auf das höhere Druckniveau 22 umgeschaltet wird, eingespart werden können.
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In 3 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20, eine Ölpumpe 9 und einen Verbrennungsmotor 3 umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 umfasst ihrerseits einen Sensor 1, um die von dem Verbrennungsmotor 3 zu erzeugende Last zu erfassen, und eine Steuerung 2, um mittels der Ölpumpe 9 den Öldruck des Verbrennungsmotors 3 zu regeln.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor
- 2
- Steuerung
- 3
- Verbrennungsmotor
- 4
- Leistung in W
- 5
- Drehzahl in 1/min
- 6
- Druck in bar
- 7
- Volumenstrom in l/min
- 8
- Drehzahlschwellenwert
- 9
- Ölpumpe
- 10
- Fahrzeug
- 11, 11'
- mechanische Leistung
- 12
- Volumenstrom
- 13
- Druck im Motor bzw. Galeriedruck
- 14
- Pumpendruck
- 20
- Vorrichtung
- 21,22
- Druckniveau
- S1–S2
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009057549 A1 [0002]
- DE 102009015450 A1 [0003]
- DE 102010039173 A1 [0004]
