DE102013113217A1

DE102013113217A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Schmierung und Kühlung von Kolben eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102013113217A1
Application number: DE102013113217.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Gickeleiter; Walter Buck
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-03

Abstract

Vorrichtung zur Schmierung und Kühlung von Kolben (12, 13) eines Verbrennungsmotors, mit einer Ölpumpe (14) zur Bereitstellung von Öl zur Schmierung und Kühlung der Kolben (12, 13) des Verbrennungsmotors, und mit Ölspritzdüsen (19, 20) zum Bespritzen der Kolben (12, 13) des Verbrennungsmotors mit Öl zur Kühlung derselben, wobei über die Ölpumpe (14) Öl in mehreren Druckniveaus derart bereitstellbar ist, dass dann, wenn eine Temperatur des Verbrennungsmotors kleiner als ein erster Grenzwert ist, die Ölpumpe (14) Öl mit einem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitstellt, und dass dann, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors größer als ein zweiter Grenzwert ist, die Ölpumpe (14) Öl mit einem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitstellt, und wobei die Ölspritzdüsen (19, 20) oder ein den Ölspritzdüsen (19, 20) zugeordnetes Schaltventil (21) einen Öffnungsdruck aufweisen oder aufweist, der zwischen dem relativ geringen, ersten Druckniveau und dem relativ hohen, zweiten Druckniveau liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schmierung und Kühlung von Kolben eines Verbrennungsmotors.
Aus der Praxis ist es bekannt, Kolben eines Verbrennungsmotors sowohl mit Hilfe von Öl zu schmieren als auch mit Hilfe von Öl zu kühlen. So ist es aus der Praxis bekannt, zur Kühlung der Kolben dieselben mit Hilfe von Ölspritzdüsen mit Öl zu bespritzen. Bislang ist aus dem Stand der Technik keine Lösung bekannt, mit Hilfe derer abhängig von der Temperatur des Verbrennungsmotors einem unterschiedlichen Schmierbedarf und Kühlbedarf der Kolben des Verbrennungsmotors einfach und zuverlässig Rechnung getragen werden kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine neuartige Vorrichtung und ein Verfahren zur Schmierung und Kühlung der Kolben eines Verbrennungsmotors zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Schmierung und Kühlung von Kolben eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist über die Ölpumpe Öl in mehreren Druckniveaus derart bereitstellbar, dass dann, wenn eine Temperatur des Verbrennungsmotors kleiner als ein erster Grenzwert ist, die Ölpumpe Öl mit einem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitstellt, und dass dann, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors größer als ein zweiter Grenzwert ist, die Ölpumpe Öl mit einem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitstellt, wobei die Ölspritzdüsen oder ein den Ölspritzdüsen zugeordnetes Schaltventil einen Öffnungsdruck aufweisen oder aufweist, der zwischen dem relativ geringen, ersten Druckniveau und dem relativ hohen, zweiten Druckniveau liegt.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, dass die Ölpumpe abhängig von einer Temperatur des Verbrennungsmotors Öl mit unterschiedlichen Druckniveaus bereitstellt. Dann, wenn eine Temperatur des Verbrennungsmotors relativ klein ist, wird Öl mit einem relativ geringem Druckniveau bereitgestellt. Dann hingegen, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors relativ hoch ist, wird Öl mit einem relativ hohem Druckniveau bereitgestellt. Die Ölspritzdüsen oder das mit denselben zusammenwirkende Schaltventil öffnen oder öffnet bei einem Druck, der zwischen diesen beiden Druckniveaus liegt. Hiermit kann dem temperaturabhängigen, unterschiedlichen Schmierbedarf und Kühlbedarf der Kolben eines Verbrennungsmotors einfach und zuverlässig Rechnung getragen werden.
Dann, wenn die Ölpumpe Öl mit dem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitstellt, spritzen die Ölspritzdüsen kein Öl auf die Kolben und das Öl dient der Schmierung der Kolben.
Dann hingegen, wenn die Ölpumpe Öl mit dem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitstellt, spritzen die Ölspritzdüsen Öl auf die Kolben und das Öl dient der Schmierung und Kühlung der Kolben.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weichen der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert unter Ausbildung einer Hysterese voneinander ab. Alternativ fallen der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert zusammen. Bevorzugt ist die Weiterbildung, in welcher der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert unter Ausbildung einer Hysterese voneinander abweichen. Hiermit kann einem zu häufigen Hin- und Herschalten der Ölpumpe zwischen den beiden Druckniveaus des Öls entgegengewirkt werden.
Das Verfahren zur Schmierung und Kühlung von Kolben eines Verbrennungsmotors ist in Anspruch 6 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 einen Ausschnitt aus einem Verbrennungsmotor im Bereich von zwei V-förmig zueinander ausgerichteten Zylindern; und
2 ein Diagramm zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmierung und Kühlung von Kolben eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt einen schematisierten, ausschnittsweisen Querschnitt durch einen Verbrennungsmotor im Bereich von zwei Zylindern 10 und 11, die V-förmig zueinander ausgerichtet sind, wobei jeder der Zylinder 10, 11 einen beweglich geführten Kolben 12, 13 aufweist. 1 zeigt weiterhin eine Ölpumpe 14, die der Bereitstellung von Öl zur Schmierung und Kühlung der Kolben 12, 13 des Verbrennungsmotors dient.
Die Ölpumpe 14 ist mit Hilfe einer Steuerungseinrichtung 15, abhängig vom Messwert eines Temperatursensors 16 ansteuerbar, wobei der Temperatursensor 16 eine Temperatur T des Verbrennungsmotors messtechnisch erfasst. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine Öltemperatur des Verbrennungsmotors oder um eine Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors handeln.
An Stelle einer mit Hilde des Sensors 16 gemessenen Temperatur kann auch einen von der Steuerungseinrichtung 15 berechnete Temperatur T des Verbrennungsmotors zur Ansteuerung der Ölpumpe 14 verwendet werden.
Die Ölpumpe 14 kann Öl in mehreren Druckniveaus bereitstellen. Dann, wenn eine Temperatur T des Verbrennungsmotors kleiner als ein erster Grenzwert ist, stellt die Ölpumpe 14 Öl 17 mit einem ersten, relativ geringen Druckniveau p₁ bereit.
Dann hingegen, wenn die Temperatur T des Verbrennungsmotors größer als ein zweiter Grenzwert ist, stellt die Ölpumpe 14 Öl 18 mit einem zweiten, relativ hohen Druckniveau p₂ bereit.
In 2 fallen der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert zum Grenzwert T_S zusammen.
Im Unterschied hierzu ist es jedoch nach einer vorteilhaften Ausgestaltung auch möglich, dass der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert unter Ausbildung einer Hysterese voneinander abweichen, um ein häufiges Hin- und Herschalten der Ölpumpe 14 zwischen den unterschiedlichen Druckniveaus p₁ und p₂ des bereitgestellten Öls zu vermeiden. Vorzugsweise ist der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert.
Die Vorrichtung zur Schmierung und Kühlung der Kolben 12, 13 umfasst je Zylinder 10, 11 bzw. je Kolben 12, 13 jeweils eine Ölspritzdüse 19, 20, wobei die Ölspritzdüsen 19, 20 bzw. ein mit denselben zusammenwirkendes Schaltventil 21 durch einen Öffnungsdruck p_S gekennzeichnet sind bzw. ist, der zwischen dem relativ geringen, ersten Druckniveau p₁ und dem relativ hohen, zweiten Druckniveau p₂ liegt.
Dann, wenn die Ölpumpe 14 Öl 17 mit dem relativ geringen, ersten Druckniveau p₁ bereitstellt, spritzen die Ölspritzdüsen 19, 20 kein Öl auf die Kolben 12, 13, und das Öl 17, welches die Ölpumpe 14 mit dem relativ geringen Druckniveau p₁ bereitstellt, dient in erster Linie der Schmierung und über die Schmierung einer allenfalls geringen Kühlung der Kolben.
Dann hingegen, wenn die Ölpumpe 14 Öl 18 mit dem relativ hohen Druckniveau p₂ bereitstellt, spritzen die Ölspritzdüsen 19, 20 Öl auf die Kolben 12, 13 und das von der Ölpumpe 14 bereitgestellte Öl 18 dient der Schmierung und Kühlung der Kolben 12, 13.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist beiden gezeigten Ölspritzdüsen 12, 13 ein gemeinsames Schaltventil 21 zugeordnet, welches dann, wenn die Ölpumpe 14 Öl 17 mit dem ersten, relativ geringen Druckniveau bereitstellt, geschlossen ist, sodass dann auch die Ölspritzdüsen 19, 20 geschlossen sind bzw. über dieselben kein Öl in Richtung auf die Kolben 12, 13 verspritzt werden kann.
Eine von diesem relativ geringen, ersten Druckniveau p₁ abhängige und auf das Schaltventil 21 einwirkende Kraft ist dann geringer als eine Rückstellkraft eines Federelements 22 des Schaltventils 21.
Dann hingegen, wenn die Ölpumpe 14 Öl 18 mit dem relativ hohen Druckniveau p₂ bereitstellt, ist die von diesem Druckniveau abhängige Kraft größer als die Rückstellkraft des Federelements 22 des Schaltventils 21, sodass dann das Schaltventil 21 geöffnet ist und demnach auch die Ölspritzventile 19, 20 geöffnet sind, sodass über dieselben Öl zur Kühlung auf die Kolben 12, 13 gespritzt werden kann.
In 1 ist das mit den Ölspritzdüsen 12, 13 zusammenwirkende Schaltventil 21 geöffnet, sodass demnach im Sinne der Pfeile 23 Öl über die Ölspritzdüsen 19, 20 auf die Kolben 12, 13 zur Kühlung derselben gespritzt werden kann.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Schmierung und Kühlung der Kolben 12, 13 des Verbrennungsmotors wird dann, wenn eine Temperatur des Verbrennungsmotors kleiner als ein erster Grenzwert ist, mit der Ölpumpe 14 Öl mit einem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitgestellt wird, wobei dann, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors größer als ein zweiter Grenzwert ist, mit der Ölpumpe 14 Öl mit einem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitgestellt wird, und wobei mit Hilfe der Ölspritzdüsen 19, 20 ausschließlich dann Öl auf die Kolben 12, 13 gespritzt wird, wenn die Ölpumpe 14 Öl mit dem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitstellt. Dann, wenn die Ölpumpe 14 Öl mit dem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitstellt, wird mit Hilfe der Ölspritzdüsen 19, 20 kein Öl auf die Kolben 12, 13 gespritzt.
Erfindungsgemäß ist es demnach möglich, die Kühlung der Kolben 12, 13 über die Ölspritzdüsen 12, 13 erst dann zu starten, wenn der Verbrennungsmotor eine definierte Betriebstemperatur erreicht hat, sodass demnach bei geringeren Betriebstemperaturen keine Kühlung der Kolben 12, 13 über die Ölspritzdüsen 12, 13 erfolgt. Hierdurch kann zur Optimierung der Emissionen des Verbrennungsmotors derselbe schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden.

Claims

Vorrichtung zur Schmierung und Kühlung von Kolben (12, 13) eines Verbrennungsmotors, mit einer Ölpumpe (14) zur Bereitstellung von Öl zur Schmierung und Kühlung der Kolben (12, 13) des Verbrennungsmotors, und mit Ölspritzdüsen (19, 20) zum Bespritzen der Kolben (12, 13) des Verbrennungsmotors mit Öl zur Kühlung derselben, dadurch gekennzeichnet, dass über die Ölpumpe (14) Öl in mehreren Druckniveaus derart bereitstellbar ist, dass dann, wenn eine Temperatur des Verbrennungsmotors kleiner als ein erster Grenzwert ist, die Ölpumpe (14) Öl mit einem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitstellt, und dass dann, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors größer als ein zweiter Grenzwert ist, die Ölpumpe (14) Öl mit einem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitstellt, wobei die Ölspritzdüsen (19, 20) oder ein den Ölspritzdüsen (19, 20) zugeordnetes Schaltventil (21) einen Öffnungsdruck aufweisen oder aufweist, der zwischen dem relativ geringen, ersten Druckniveau und dem relativ hohen, zweiten Druckniveau liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Ölpumpe (14) Öl mit dem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitstellt, die Ölspritzdüsen (19, 20) kein Öl auf die Kolben (12, 13) spritzen und das Öl der Schmierung der Kolben (12, 13) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Ölpumpe (14) Öl mit dem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitstellt, die Ölspritzdüsen (19, 20) Öl auf die Kolben (12, 13) spritzen und das Öl der Schmierung und Kühlung der Kolben (12, 13) dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert zusammenfallen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grenzwert und der zweite Grenzwert unter Ausbildung einer Hysterese voneinander abweichen.
Verfahren zur Schmierung und Kühlung von Kolben (12, 13) eines Verbrennungsmotors, wobei mit Hilfe einer Ölpumpe (14) Öl zur Schmierung und Kühlung der Kolben (12, 13) des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird, und wobei mit Hilfe von Ölspritzdüsen (19, 20) die Kolben (12, 13) des Verbrennungsmotors mit Öl zur Kühlung derselben bespritzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Temperatur des Verbrennungsmotors kleiner als ein erster Grenzwert ist, mit der Ölpumpe (14) Öl mit einem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitgestellt wird, und dass dann, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors größer als ein zweiter Grenzwert ist, mit der Ölpumpe (14) Öl mit einem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitgestellt wird, wobei mit Hilfe der Ölspritzdüsen (19, 20) ausschließlich dann Öl auf die Kolben (12, 13) gespritzt wird, wenn die Ölpumpe (14) Öl mit dem relativ hohen, zweiten Druckniveau bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Ölpumpe (14) Öl mit dem relativ geringen, ersten Druckniveau bereitstellt, mit Hilfe der Ölspritzdüsen (19, 20) kein Öl auf die Kolben (12, 13) gespritzt wird.