DE102015106476A1

DE102015106476A1 - Schmierölsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015106476A1
Application number: DE102015106476.6A
Authority: DE
Inventors: Mark von Lützau
Original assignee: Hengst SE and Co KG
Current assignee: Hengst SE and Co KG
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2035-04-28
Also published as: DE102015106476B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schmierölsystem (1) einer Brennkraftmaschine (10), mit einem Ölfilter (11), mit einem Ölkühler (12), mit einem Ölkühlerumgehungskanal (51) mit einem darin angeordneten Ölkühlerumgehungsventil (3), mit einem Erstbefüllkanal (51') für eine Erstbefüllung des Schmierölsystems (1) mit Schmieröl und mit einem Erstbefüllventil (4) im Erstbefüllkanal. Das Schmierölsystem (1) gemäß Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ölkühlerumgehungsventil (3) und das Erstbefüllventil (4) zu einer Ventileinheit (2) zusammengefasst sind, die einen Ventilsitz (30) und einen Ventilkörper (31) für das Ölkühlerumgehungsventil (3) und einen Ventilsitz (40) und einen Ventilkörper (41) für das Erstbefüllventil (4) und eine gemeinsame, beide Ventilkörper (31, 41) beaufschlagende Ventilfeder (20) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schmierölsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Ölfilter, mit einem Ölkühler, mit einem Ölkühlerumgehungskanal mit einem darin angeordneten Ölkühlerumgehungsventil, mit einem Erstbefüllkanal für eine Erstbefüllung des Schmierölsystems mit Schmieröl und mit einem Erstbefüllventil im Erstbefüllkanal.
Der Ölkühler dient dazu, das Schmieröl bei Bedarf, d.h. bei hoher Öltemperatur, zu kühlen, indem es durch den Ölkühler geleitet wird. Wenn kein Kühlbedarf besteht, öffnet das Ölkühlerumgehungsventil den Ölkühlerumgehungskanal, durch den das Schmieröl am Ölkühler vorbeigeleitet wird. Das Ölkühlerumgehungsventil kann dabei öldruck- oder öltemperaturabhängig verstellbar sein. Das Erstbefüllventil wird nur bei einer ersten Befüllung des Ölsystems mit Schmieröl genutzt. Danach wird üblicherweise der Erstbefüllanschluss des Schmierölsystems mittels eines Stopfens dauerhaft dicht verschlossen. Dabei ist es bisher üblich, zwei separate Ventile als Ölkühlerumgehungsventil und Erstbefüllventil zu fertigen und einzubauen, z. B. in ein sogenanntes Ölmodul, das mit einer zugehörigen Brennkraftmaschine verflanschbar ist.
Beispiele für ein separates Ölkühlerumgehungsventil in einem Schmierölsystem einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 20 2008 014 212 U1 und der US 5 746 170 bekannt. Aus der EP 0 894 215 B1 ist ein separates Erstbefüllventil eines Schmierölsystems bekannt, welches zunächst in Offenstellung verrastet ist und sich infolge eines nach der Erstbefüllung entstehenden Schmieröldrucks selbsttätig schließt und dann auf Dauer im Schließzustand verbleibt.
Nachteilig führt das Fertigen und Montieren zweier separater Ventile für das Ölkühlerumgehungsventil und das Erstbefüllventil zu einem relativ hohen Teile-, Fertigungs- und Montageaufwand. Mit der vorliegenden Erfindung soll dieser Nachteil vermieden werden und insbesondere der Teile-, Fertigungs- und Montageaufwand ohne Verlust an Funktionssicherheit vermindert werden.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Schmierölsystem der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ölkühlerumgehungsventil und das Erstbefüllventil zu einer Ventileinheit zusammengefasst sind, die einen Ventilsitz und einen Ventilkörper für das Ölkühlerumgehungsventil und einen Ventilsitz und einen Ventilkörper für das Erstbefüllventil und eine gemeinsame, beide Ventilkörper beaufschlagende Ventilfeder aufweist.
Mit der Erfindung wird vorteilhaft die Zahl der nötigen Bauteile vermindert, weil die Ventileinheit nur eine gemeinsame Ventilfeder, die beide Ventilkörper der Ventileinheit beaufschlagt, benötigt. Dies ergibt eine vereinfachte Fertigung und Montage und spart Kosten ein.
In weiterer Ausgestaltung des Schmierölsystems ist vorgesehen, dass die Ventileinheit in einem Ventilkanal angeordnet ist, dass der Ventilkanal über einen ersten Teil seiner Länge einen Abschnitt des Ölkühlerumgehungskanals bildet, wobei in dem Teil der Ventilsitz für das Ölkühlerumgehungsventil angeordnet ist, und dass der Ventilkanal über einen zweiten Teil seiner Länge einen Abschnitt des Erstbefüllkanals bildet, wobei in dem Teil der Ventilsitz für das Erstbefüllventil angeordnet ist. Hiermit wird eine günstige Unterbringung der Ventileinheit ermöglicht, da ohnehin Ölkanäle im Schmierölsystem, z.B. innerhalb eines Ölmoduls, vorhanden sind.
Eine Weiterbildung des Schmierölsystems sieht vor, dass von einem zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Ventilkanals gelegenen Kanalbereich ein gemeinsamer Abschnitt von Ölkühlerumgehungskanal und Erstbefüllkanal ausgeht. Hiermit wird ein Kanalabschnitt für zwei Zwecke genutzt, ohne dass sich gegenseitige Störungen ergeben können, denn eine Erstbefüllungsölströmung und eine Ölkühlerumgehungsölströmung treten nie gleichzeitig auf.
Wie oben angesprochen, kann das Ölkühlerumgehungsventil abhängig vom Druck des Schmieröls verstellbar sein, da der Ölkühler für kaltes, zähflüssiges Öl einen größeren Widerstand darstellt als für heißes, dünnflüssiges Öl. Somit ergibt sich bei kaltem Schmieröl ein größerer Schmieröldruck am vor dem Ölkühler liegenden Ölkühlerumgehungsventil, welcher für ein Öffnen des Ölkühlerumgehungsventils genutzt werden kann. Hierzu schlägt eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Ventilkörper von Ölkühlerumgehungsventil und Erstbefüllventil miteinander fluchtend in einem veränderlichen axialen Abstand zueinander axial verschiebbar im Ventilkanal angeordnet sind und dass zwischen den Ventilkörpern wenigstens eine Druckfeder als Ventilfeder angeordnet ist. Ohne Druckeinwirkung drückt die Ventilfeder beide Ventilkörper in Richtung ihres jeweiligen Ventilsitzes in ihre Schließstellung. Bei an einem der Ventilkörper anliegendem Schmieröldruck oberhalb eines vorgebbaren Grenzwertes wird der druckbeaufschlagte Ventilkörper gegen die Kraft der Ventilfeder in Öffnungsrichtung bewegt.
Bevorzugt sind dabei die Ventilkörper von Ölkühlerumgehungsventil und Erstbefüllventil an ihren aufeinander zu weisenden Seiten als oder mit Führungen für die Ventilfeder ausgebildet, womit separate Federführungsmittel entfallen können.
In weiterer Konkretisierung ist dabei vorgesehen, dass die Ventilkörper von Ölkühlerumgehungsventil und Erstbefüllventil an ihren aufeinander zu weisenden Seiten je einen offenen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, in welche je ein axiales Ende der Ventilfeder eintaucht. Somit werden auch die Ventilkörper gut und sicher in Axialrichtung verschieblich im Ventilkanal geführt, ohne dass die Gefahr eines störenden Verkantens besteht.
Alternativ kann das Ölkühlerumgehungsventil auch abhängig von der Temperatur des Schmieröls verstellbar sein. Hierzu schlägt die Erfindung vor, dass die Ventilkörper von Ölkühlerumgehungsventil und Erstbefüllventil miteinander fluchtend in festem axialen Abstand zueinander im Ventilkanal an einem Ventilstößel angeordnet sind, dass im Ventilkanal eine einerseits ortsfest abgestützte und andererseits den Ventilstößel und die Ventilkörper in Schließrichtung des Ölkühlerumgehungsventils beaufschlagende erste Ventilfeder angeordnet ist, dass im Ventilkanal eine einerseits ortsfest abgestützte und andererseits den Ventilstößel und die Ventilkörper in Schließrichtung des Erstbefüllventils beaufschlagende zweite Ventilfeder angeordnet ist und dass die erste Ventilfeder aus einem Formgedächtniswerkstoff besteht und wenigstens zwei sich temperaturabhängig einstellende unterschiedliche Federkonstanten aufweist. Mittels der Ventilfeder aus dem Formgedächtniswerkstoff können, abhängig von der Temperatur des diese Ventilfeder temperierenden Schmieröls, wenigstens zwei verschiedene Federkräfte erzeugt werden, die zu entsprechend verschiedenen Ventilstellungen des Ölkühlerumgehungsventils führen.
Bevorzugt ist dabei weiter vorgesehen, dass unterhalb einer Grenztemperatur die Kraft der zweiten Ventilfeder die Kraft der ersten Ventilfeder übersteigt und dass oberhalb einer Grenztemperatur die Kraft der ersten Ventilfeder die Kraft der zweiten Ventilfeder übersteigt, sodass die zweite Ventilfeder das Einstellen der gewünschten Ventilstellungen des Ölkühlerumgehungsventils nicht behindert.
Für die Ausführung des Schmierölsystems mit einem abhängig von der Temperatur des Schmieröls verstellbaren Ölkühlerumgehungsventil wird weiter vorgeschlagen, dass die Ventileinheit einen lagefest in den Ventilkanal eingebauten oder einbaubaren Ventilträger aufweist, an oder in welchem die Ventilsitze von Ölkühlerumgehungsventil und Erstbefüllventil ausgebildet sind, an oder in welchem der Ventilstößel und die Ventilkörper von Ölkühlerumgehungsventil und Erstbefüllventil axial verschiebbar geführt sind und an oder in welchem die Ventilfedern ortsfest abgestützt sind. Hiermit wird eine weitgehende Vormontage der Ventileinheit ermöglicht, die dann als Ganzes in einem einfachen Einbauschritt z.B. in ein Ölmodul einer Brennkraftmaschine eingebaut werden kann.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass an einem ersten axialen Ende des Ventilträgers im ersten Teil des Ventilkanals die ortsfeste Federabstützung beider Ventilfedern ausgebildet ist, wobei die erste Ventilfeder an einer axial äußeren Seite und die zweite Ventilfeder an einer axial inneren Seite der Federabstützung anliegt. Vorteilhaft wird so nur eine Federabstützung für beide Ventilfedern benötigt.
Weiter ist vorgesehen, dass in einem zwischen seinen axialen Enden liegenden Bereich des Ventilträgers der Ventilsitz des Ölkühlerumgehungsventils ausgebildet ist.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass an einem zweiten axialen Ende des Ventilträgers im zweiten Teil des Ventilkanals der Ventilsitz des Erstbefüllventils ausgebildet ist.
Alternativ zu der vorbeschriebenen Ausführung kann der Ventilsitz des Erstbefüllventils auch ein separates, ringförmiges Bauteil sein, welches nach dem Einführen des Ventilträgers mit allen anderen Teilen der Ventileinheit in den Ventilkanal in dessen Endbereich eingesetzt und dort fixiert wird, z.B. durch Einpressen oder Einschrauben, um dann den Ventilträger in seiner Lage zu sichern und zu fixieren.
Um die Kraft der ersten Ventilfeder für ein Schließen des Ölkühlerumgehungsventils möglichst einfach auf dessen Ventilkörper zu übertragen, schlägt die Erfindung vor, dass ein Endabschnitt des Ventilstößels durch die Federabstützung am ersten axialen Ende des Ventilträgers hindurchragt und dass die mit ihrem einen Ende ortsfest axial außen an der Federabstützung abgestützte erste Ventilfeder mit ihrem anderen Ende am freien, axial äußeren Endbereich des Ventilstößels abgestützt ist.
In einer Abwandlung des Schmierölsystems mit einem abhängig von der Temperatur des Schmieröls verstellbaren Ölkühlerumgehungsventil ist vorgesehen, dass anstelle der ersten Ventilfeder aus dem Formgedächtnismaterial ein Dehnstoffkörper und eine Druckfeder aus Federstahlmaterial in der Ventileinheit vorgesehen sind. Mit der Kombination aus dem Dehnstoffkörper und der Druckfeder aus Federstahlmaterial lässt sich die Ventilfeder aus dem Formgedächtnismaterial ersetzen und die gleiche Wirkungsweise der Ventileinheit erzielen.
Zwecks kostengünstiger Herstellung bei großen Stückzahlen sind bevorzugt alle Teile der Ventileinheit mit Ausnahme der Ventilfeder oder der Ventilfedern Spritzgussteile aus Kunststoff.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
1 ein Schmierölsystem mit einer Ventileinheit in einer ersten Ausführung, in einem Betriebszustand während einer Erstbefüllung mit Schmieröl, in schematischer Darstellung,
2 das Schmierölsystem aus 1 in einem Betriebszustand mit zirkulierendem kaltem Schmieröl, in schematischer Darstellung,
3 das Schmierölsystem aus 1 und 2 in einem Betriebszustand mit zirkulierendem heißem Schmieröl, in schematischer Darstellung,
4 die Ventileinheit des Schmierölsystems aus den 1 bis 3 als Einzelheit, in auseinandergezogener Ansicht,
5 das Schmierölsystem mit einer Ventileinheit in einer zweiten Ausführung, in einem Betriebszustand während einer Erstbefüllung mit Schmieröl, in schematischer Darstellung,
6 das Schmierölsystem aus 5 in einem Betriebszustand mit zirkulierendem kaltem Schmieröl, in schematischer Darstellung,
7 die Ventileinheit des Schmierölsystems aus 6 als Einzelheit, in Ansicht,
8 das Schmierölsystem aus 5 und 6 in einem Betriebszustand mit zirkulierendem heißem Schmieröl, in schematischer Darstellung,
9 die Ventileinheit des Schmierölsystems aus 8 als Einzelheit, in Ansicht, und
10 die Ventileinheit des Schmierölsystems aus den 5 bis 9 als Einzelheit, in auseinandergezogener Ansicht.
In der folgenden Figurenbeschreibung sind gleiche Teile in den verschiedenen Zeichnungsfiguren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass nicht zu jeder Zeichnungsfigur alle Bezugszeichen erneut erläutert werden müssen.
1 der Zeichnung zeigt ein Schmierölsystem 1 einer Brennkraftmaschine 10, mit einer Ventileinheit 2, in einer ersten Ausführung, in einem Betriebszustand während einer Erstbefüllung mit Schmieröl, in rein schematischer Darstellung.
Das zu der Brennkraftmaschine 10 gehörende, hier beispielhaft dargestellte Schmierölsystem 1 umfasst einen Ölfilter 11, einen Ölkühler 12, eine Ölpumpe 13, die Ventileinheit 2 sowie diverse, die vorgenannten Komponenten miteinander und mit der Brennkraftmaschine 10 verbindende Kanäle 50, 51, 51', 52, 55, 56 und 57.
Bei neu gefertigten Brennkraftmaschinen 10 erfolgt vor der ersten Inbetriebnahme eine Befüllung des Schmierölsystems 1 mit Schmieröl, wozu das Schmierölsystem 1 ein Erstbefüllventil 4 sowie einen Erstbefüllkanal 51' aufweist. Das Erstbefüllventil 4 ist hier ein Teil der Ventileinheit 2, die in einem Ventilkanal 52, z.B. in einem Ölmodul, angeordnet ist. Das Erstbefüllventil 4 umfasst einen ringförmigen, hier in einen Ventilkanalteil 54 eingepressten Ventilsitz 40 und einen im Ventilkanalteil 54 des Ventilkanals 52 axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper 41. In seinem vom Ventilsitz 40 abgewandten Bereich ist der Ventilkörper 41 mit einer hülsenförmig ausgeführten Federführung 42 ausgebildet, in welche ein Endbereich einer Ventilfeder 2, hier in Form einer Schraubendruckfeder aus Federstahl, eintaucht.
Weiter umfasst die Ventileinheit 2 ein Ölkühlerumgehungsventil 3 mit einem in einem äußeren Endbereich eines Ventilkanalteils 53 des Ventilkanals 52 einstückig ausgeführten Ventilsitz 30 und einem im Ventilkanalteil 53 axial verschieblich geführten, mit dem Ventilkörper 41 des Erstbefüllventils 4 fluchtenden Ventilkörper 31. Auch der Ventilkörper 31 ist in seinem vom zugehörigen Ventilsitz 30 abgewandten Bereich mit einer hülsenförmig ausgeführten Federführung 32 ausgebildet, in welche ein dem Ventilkörper 31 zugewandter Endbereich der Ventilfeder 2 eintaucht.
In dem in 1 gezeigten Betriebszustand des Schmierölsystems 1 wird über eine hier nicht dargestellte Zuführleitung, die im Bereich des Erstbefüllventils 4 an einen Erstbefüllanschluss vorübergehend anschließbar ist, das Schmierölsystem 1 erstmalig mit Schmieröl befüllt. Durch den Druck des zugeführten Schmieröls wird der Ventilkörper 41 des Erstbefüllventils 4 gegen die Kraft der Ventilfeder 20 in Öffnungsrichtung von dem zugehörigen Ventilsitz 40 wegbewegt, so dass ein Erstbefüllungsölstrom durch das Erstbefüllventil 4, den zugehörigen Ventilkanalteil 54 und den Erstbefüllkanal 51' in das gesamte Schmierölsystem 1 mit Ölfilter 11, Ölkühler 12 und Ölpumpe 13 sowie in die mit Schmieröl zu füllenden Bereiche der eigentlichen Brennkraftmaschine 10 strömen kann. Nach Einfüllen einer vorgegebenen Menge an Schmieröl wird die Zufuhr von Schmieröl beendet und der am Erstbefüllventil 4 anstehende Druck entfällt. Hierdurch kann die Ventilfeder 20 den Ventilkörper 41 in seine Schließstellung, in der er am Ventilsitz 40 anliegt, bewegen und so das Erstbefüllventil 4 schließen. Zum Abschluss des Befüllvorgangs wird der Erstbefüllanschluss mittels eines Stopfens, wie Schraubstopfen, dauerhaft dicht verschlossen.
Das den zweiten Teil der Ventileinheit 2 bildende Ölkühlerumgehungsventil 3 tritt erst bei Betrieb der zugehörigen Brennkraftmaschine 10 und bei im Schmierölsystem 1 zirkulierendem Schmieröl in Aktion. Dabei nimmt das Ölkühlerumgehungsventil 3 abhängig von dem in dem Ölkanal 50 anstehenden Öldruck entweder seine Öffnungsstellung, wie in 2 gezeigt, oder seine Schließstellung, wie in 3 gezeigt, ein. Bei offenem Ölkühlerumgehungsventil 3 dient der oben beschriebene Erstbefüllkanal 51' als Ölkühlerumgehungskanal 51, womit dieser Kanal zwei Funktionen erfüllt.
2 zeigt dabei das Schmierölsystem aus 1 in einem Betriebszustand mit zirkulierendem kaltem Schmieröl, in schematischer Darstellung. Für das kalte, dickflüssige Schmieröl stellt der Ölkühler 12 einen hohen Strömungswiderstand da, wodurch stromab der Ölpumpe 13 im Ölkanal 50 ein hoher Öldruck entsteht. Dieser hohe Öldruck ist in der Lage, den Ventilkörper 31 des Ölkühlerumgehungsventils 3 von seinem Ventilsitz 30 gegen die Kraft der Ventilfeder 20 abzuheben, wodurch ein den Ölkühler 12 umgehender Strömungsweg durch das Ölkühlerumgehungsventil 3, den zugehörigen Ventilkanalteil 53 und den Ölkühlerumgehungskanal 51 unmittelbar zum Ölfilter 11 freigegeben wird.
3 zeigt das Schmierölsystem aus 1 und 2 in einem Betriebszustand mit zirkulierendem heißem Schmieröl, wieder in schematischer Darstellung. Für das in diesem Betriebszustand heiße und dadurch dünnflüssige Schmieröl stellt nun der Ölkühler 12 einen so geringen Strömungswiderstand da, dass sich im Ölkanal 50 stromab der Ölpumpe 13 kein erhöhter Öldruck einstellt. Infolgedessen ist nun die Ventilfeder 20 in der Lage, den Ventilkörper 31 in dichtende Anlage am Ventilsitz 30 zu halten. Der von der Ölpumpe 13 geförderte Ölstrom strömt nun durch den Ölkanal 50 in den Ölkühler 12, wird dort mittels Kühlwassers oder Kühlluft gekühlt, und strömt von dort dann durch den Ölkanal 56 zum Ölfilter 11. Die Grenztemperatur, bei der die Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial ihren Zustand ändert, kann durch geeignete Materialauswahl bedarfsgerecht festgelegt werden.
Unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand strömt im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 das Schmieröl vom Ölfilter 11 durch den Ölkanal 55 zur Brennkraftmaschine 10 und von dieser nach Schmierung der beweglichen Maschinenteile durch den Ölkanal 57 zur Ölpumpe 13 in einem geschlossenen Kreislauf.
Falls im Betrieb des Schmierölsystems 1 bei heißem Schmieröl in diesem Druckstöße auftreten, die für den Ölkühler 12 schädlich sein könnten, dann öffnet das Ölkühlerumgehungsventil 3 und gibt einen zum Strömungsweg durch den Ölkühler 12 parallelen Strömungsweg durch das Ölkühlerumgehungsventil 3, den Ventilkanal 52 und den Ölkühlerumgehungskanal 51 unmittelbar zum Ölfilter 11 frei, wodurch der Ölkühler 12 entlastet und vor Schäden geschützt wird.
4 zeigt die Ventileinheit 2 des Schmierölsystems 1 aus den 1 bis 3 als Einzelheit, in auseinandergezogener Ansicht. Oben in 4 ist der Ventilkörper 31 mit seiner Federführung 32 dargestellt. Unten in 4 ist der Ventilkörper 41 mit seiner Federführung 42 dargestellt. Zwischen den Ventilkörpern 31, 41 ist die gemeinsame Ventilfeder 20 in Form der Schraubendruckfeder sichtbar. Im zusammengebautem Zustand der Ventileinheit 2 tauchen die Endbereiche der Ventilfeder 20 in die hülsenförmigen Federführungen 32, 42 ein.
5 zeigt das Schmierölsystem 1 mit einer Ventileinheit 2 in einer zweiten Ausführung, in einem Betriebszustand während einer Erstbefüllung mit Schmieröl, in schematischer Darstellung. Das Schmierölsystem 1 in 5 umfasst die gleichen Komponenten wie das zuvor beschriebene Schmierölsystem. Auch in der zweiten Ausführung gemäß 5 umfasst die Ventileinheit 2 zwei Ventile, nämlich das Ölkühlerumgehungsventil 3 und das Erstbefüllventil 4. Unterschiedlich zu dem anhand der 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel arbeitet das Ölkühlerumgehungsventil 3 in der zweiten Ausführung nicht druckabhängig, sondern temperaturabhängig. Außerdem besitzt die Ventileinheit 2 hier zusätzlich zu der Ventilfeder 20 eine weitere Ventilfeder 33 aus einem Formgedächtnismaterial sowie einen Ventilträger 23 und einen Ventilstößel 21, an dem die Ventilkörper 31 und 41 angeordnet oder einstückig angeformt sind und der in Axialrichtung verschieblich im Ventilträger 23 geführt ist.
Der Ventilträger 23 bildet einen in seiner Grundform hohlzylindrischen, gitterförmigen Körper, der in den Ventilkanal 52 lagefest eingebaut ist. An seinem in 5 rechten Endbereich, der in dem an den Ölkanal 50 anschließenden Bereich des ersten Ventilkanalteils 53 liegt, besitzt der Ventilträger 23 eine ortsfeste Federabstützung 23, an dessen in 5 nach links weisender Seite das eine Ende der Ventilfeder 20 und an dessen in 5 nach rechts weisender Seite das eine Ende der weiteren Ventilfeder 33 abgestützt ist. Das andere Ende der Ventilfeder 20 stützt sich an der in 5 rechten, unteren Seite des Ventilkörpers 31 ab und beaufschlagt über diesen den Ventilstößel 21 und den Ventilkörper 41 mit einer gemäß 5 nach links, also in Richtung zum Erstbefüllventil 4, weisenden Kraft. Das zweite Ende der Ventilfeder 33 aus dem Formgedächtnismaterial stützt sich an einer Federstütze 24 ab, die am freien, in den Ölkanal 50 ragenden Ende des Ventilstößels 21 angeformt ist, und beaufschlagt den Ventilstößel 21 mit den beiden Ventilkörpern 31, 41 mit einer gemäß 5 nach rechts, das heißt in Richtung zum Ölkanal 50 hin, weisenden Kraft.
In dem in 5 gezeigten Betriebszustand des Schmierölsystems 1 wird über eine hier nicht dargestellte Zuführleitung, die im Bereich des Erstbefüllventils 4 an einen Erstbefüllanschluss vorübergehend anschließbar ist, das Schmierölsystem 1 erstmalig mit Schmieröl befüllt. Durch den Druck des zugeführten Schmieröls wird der Ventilkörper 41 des Erstbefüllventils 4 gegen die Kraft der Ventilfeder 20 in Öffnungsrichtung von dem zugehörigen Ventilsitz 40 wegbewegt, so dass ein Erstbefüllungsölstrom durch das Erstbefüllventil 4, den zugehörigen Ventilkanalteil 54 und den Erstbefüllkanal 51' in das gesamte Schmierölsystem 1 mit Ölfilter 11, Ölkühler 12 und Ölpumpe 13 sowie in die mit Schmieröl zu füllenden Bereiche der eigentlichen Brennkraftmaschine 10 strömen kann. Nach Einfüllen einer vorgegebenen Menge an Schmieröl wird die Zufuhr von Schmieröl beendet und der am Erstbefüllventil 4 anstehende Druck entfällt. Hierdurch kann die Ventilfeder 20 den Ventilkörper 41 in seine Schließstellung, in der er am Ventilsitz 40 dichtend anliegt, bewegen. Zum Abschluss des Befüllvorgangs wird der Erstbefüllanschluss mittels eines Stopfens, wie Schraubstopfen, dauerhaft dicht verschlossen.
Die zweite Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial weist wenigstens zwei temperaturabhängig unterschiedliche Federkonstanten auf. Im Betriebszustand nach 5 herrscht im Schmierölsystem 1 eine niedrige Temperatur, bei der die Federkonstante der Ventilfeder 33 niedrig ist und die Ventilfeder 33 einen geringe Länge aufweist, so dass nun die Kraft der Ventilfeder 20 in der Lage ist, nach Wegfall des Öldrucks am Erstbefüllventil 4 dessen Ventilkörper 41 in Schließstellung zu bringen, wobei zusammen mit dem Ventilkörper 41 auch der Ventilstößel 21 und der andere Ventilkörper 31 entsprechend axial bewegt werden.
6 zeigt das Schmierölsystem aus 5 in einem Betriebszustand mit zirkulierendem kaltem Schmieröl, in schematischer Darstellung. Da das im Ölkanal 50 zirkulierende Schmieröl eine niedrige Temperatur hat, sorgt es dafür, dass die Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial ihren in 6 sichtbaren Zustand mit geringer Federlänge und niedriger Federkonstante einnimmt. Dadurch ist die Ventilfeder 20 in der Lage, den Ventilkörper 31 des Ölkühlerumgehungsventils 3 von seinem Ventilsitz 30 abzuheben und einen Ölströmungsweg vom Ölkanal 50 durch den Ventilkanal 52 und den Ölkühlerumgehungskanal 51 unter Umgehung des Ölkühlers 12 zum Ölfilter 11 freizugeben. Eine Kühlung des Schmieröls, das in diesem Betriebszustand eine geringe Temperatur hat, ist nicht erforderlich und erfolgt hier aufgrund der Umgehung des Ölkühlers 12 auch nicht. Bei offenem Ölkühlerumgehungsventil 3 dient der oben anhand der 5 beschriebene Erstbefüllkanal 51' auch hier als Ölkühlerumgehungskanal 51, womit dieser Kanal zwei Funktionen erfüllt.
7 zeigt die Ventileinheit 2 des Schmierölsystems 1 aus 6 als Einzelheit in Ansicht, wobei der Zustand der Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial sowie die Stellung des Ventilstößels 21 mit den Ventilkörpern 31, 41 dem Zustand gemäß 6 entspricht. Der Ventilträger 22 mit seiner gitterförmigen Struktur und seiner hohlzylindrischen Grundform ist hier deutlich erkennbar. Unten besitzt der Ventilträger 22 die ortsfeste Federabstützung 23, an deren Oberseite sich die Ventilfeder 20 aus Federstahl und an dessen Unterseite sich die weitere Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial abstützt. In einem axialen Abstand nach oben von der Federabstützung 23 ist im Ventilträger 22 der Ventilsitz 30 des Ölkühlerumgehungsventils 3 einstückig ausgebildet. Im Ventilträger 23 ist der Ventilstößel 21 mit den beiden einstückig daran angeformten Ventilkörpern 31, 41 in Axialrichtung verschieblich geführt. Die Ventilkörper 31 und/oder 41 können auch als separate Körper hergestellt und mit dem Ventilstößel 21 verbunden sein.
Ganz oben in 7 ist der Ventilsitz 40 des Erstbefüllventils 4 dargestellt, der hier ein separates, ringförmiges Bauteil ist und der nach dem Einbau der übrigen Ventileinheit in den Ventilkanal 52 in dessen äußeren Endbereich einsetzbar und darin fixierbar ist, beispielsweise durch Einpressen oder Einschrauben.
Die Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial hat hier aufgrund des nun vorliegenden Betriebszustandes mit niedriger Öltemperatur ihre geringe Länge und ihre niedrige Federkonstante, so dass nun die Kraft der anderen Ventilfeder 20 die Kraft der Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial übersteigt. Damit kann die Ventilfeder 20 den Ventilstößel 21 mit den Ventilkörpern 31, 41 gemäß 7 in Richtung nach oben verschieben, wodurch das Ölkühlerumgehungsventil 3 geöffnet wird. Das kalte Schmieröl, welches keinen Kühlbedarf hat, kann nun durch das offene Ölkühlerumgehungsventil 3 strömen, wodurch der Schmierölstrom den Ölkühler umgeht.
8 zeigt das Schmierölsystem 1 aus 5 und 6 in einem Betriebszustand mit zirkulierendem heißem Schmieröl, wieder in rein schematischer Darstellung. In diesem Betriebszustand hat das Schmieröl im Ölkanal 50 eine hohe Temperatur, wodurch die von dem Schmieröl temperierte Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial nun ihren Zustand mit größerer Länge und höherer Federkonstante einnimmt. Dabei übersteigt nun die Kraft der Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial die Kraft der aus Federstahl bestehenden ersten Ventilfeder 20, wodurch der Ventilkörper 31 des Ölkühlerumgehungsventils 3 zusammen mit dem Ventilstößel 21 und dem Ventilkörper 41 gemäß 8 in Richtung nach rechts, das heißt in Schließrichtung des Ölkühlerumgehungsventils 3, verstellt wird. In diesem Zustand strömt das heiße Schmieröl von der Ölpumpe 13 kommend durch die gesamte Länge des Ölkanals 50 zum Ölkühler 12 und nach dessen Durchströmung zum Ölfilter 11.
Unabhängig von der aktuellen Temperatur des Schmieröls strömt dieses in jedem Fall vom Ölfilter 11 durch den Ölkanal 55 zur Brennkraftmaschine 10 und nach deren Durchströmung dann durch den Ölkanal 57 zum Eingang der Ölpumpe 13. Da, wie zuvor erwähnt, nach der Erstbefüllung des Schmierölsystems 1 mit Schmieröl der Erstbefüllanschluss stromauf des Erstbefüllventils 4 dauerhaft dicht verschlossen wird, spielt es im laufenden Betrieb des Schmierölsystems 1 später keine Rolle mehr, welchen Zustand das Erstbefüllventil 4 gerade einnimmt. Relevant ist dann nur noch, dass die weitere Ventilfeder 33 aus dem Formgedächtnismaterial im Zusammenwirken mit der kräftemäßig entsprechend abgestimmten Ventilfeder 20 den Ölkühlerumgehungskanal 51 mittels temperaturabhängiger Verstellung des Ölkühlerumgehungsventils 3 bedarfsgerecht öffnet und schließt.
9 zeigt die Ventileinheit 2 des Schmierölsystems 1 aus 8 als Einzelheit in Ansicht. Wie schon die 7, zeigt auch die 9, dass die Ventileinheit 2 weitestgehend vormontiert und dann als Baueinheit in den Ventilkanal 52 eingebaut werden kann. Nach Einpressen des hier separaten Ventilsitzes 40 ist die Ventileinheit 2 im Ventilkanal 52 gesichert und festgelegt.
Im Unterschied zur 7 hat in 9 die weitere, aus Formgedächtnismaterial bestehende Ventilfeder 33 aufgrund hoher Temperatur nun ihre große Länge und ihre höhere Federkonstante, wodurch die Kraft der unter der Federabstützung 23 angeordneten Feder 33 die Kraft der über der Federstütze 23 angeordneten Ventilfeder 20 übersteigt. Das in 9 untere Ende der Feder 33 aus Formgedächtnismaterial drückt über die Federstütze 24 am unteren, freien Ende des Ventilstößels 21 diesen zusammen mit dem Ventilkörper 31 nach unten, wodurch der Ventilkörper 31 gegen den Ventilsitz 30 gedrückt wird und somit das Ölkühlerumgehungsventil 3 geschlossen ist.
Falls im Betrieb des Schmierölsystems 1 nach 8 bei heißem zirkulierendem Schmieröl in diesem Druckstöße auftreten, die für den Ölkühler 12 schädlich sein könnten, dann öffnet hier gegen die Kraft der expandierten Ventilfeder 33 aus Formgedächtnismaterial das Ölkühlerumgehungsventil 3 und gibt einen zum Strömungsweg durch den Ölkühler 12 parallelen Strömungsweg durch das Ölkühlerumgehungsventil 3, den Ventilkanal 52 und den Ölkühlerumgehungskanal 51 unmittelbar zum Ölfilter 11 frei, wodurch Druckspitzen abgebaut werden und der Ölkühler 12 vor Schäden geschützt wird.
10 zeigt die Ventileinheit 2 des Schmierölsystems 1 aus den 5, 6 und 8 als Einzelheit, in einer axial auseinandergezogenen Ansicht. Etwa in der Mitte der 10 ist die erste Ventilfeder 20 sichtbar, die aus üblichem Federstahl besteht. Darüber ist der Ventilstößel 21 dargestellt, mit dem die beiden Ventilkörper 31, 41 einstückig ausgeführt sind. Oben in 10 ist der hier wieder als separates Einzelteil ausgebildete Ventilsitz 40 gezeigt. Alternativ kann der Ventilsitz 40 auch einstückig mit dem weiter unten in 10 unterhalb der Ventilfeder 20 dargestellten Ventilträger 22 ausgebildet sein.
Der Ventilträger 22 hat die zuvor schon beschriebene gitterförmige Struktur mit hohlzylindrischer Grundform. Unten am Ventilträger 22 ist die ortsfeste Federabstützung 23 angeformt. Unter der Federabstützung 23 ist die weitere, aus Formgedächtnismaterial hergestellte Ventilfeder 33 sichtbar. Unter der Ventilfeder 33 ist noch eine Unterlagscheibe dargestellt, die zusammen mit einem Paar von an dem axial unteren Ende des Ventilstößels 21 angeformten, radial nach außen weisenden, einfederbaren Rastnasen die Federstütze 24 des Ventilstößels 21 für das axial untere Ende der unteren Ventilfeder 33 bildet.
Wie die 10 veranschaulicht, können die Teile der Ventileinheit 2 einfach durch axiales Zusammenstecken und Verrasten miteinander zu einer vormontierten Baueinheit zusammengefügt werden, die dann als Einheit in den Ventilkanal 52 eingebaut werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Schmierölsystem
10: Brennkraftmaschine
11: Ölfilter
12: Ölkühler
13: Ölpumpe
2: Ventileinheit
20: Ventilfeder
21: Ventilstößel
22: Ventilträger
23: Federabstützung ortsfest
24: Federstütze an 21
3: Ölkühlerumgehungsventil
30: Ventilsitz von 3
31: Ventilkörper von 3
32: Federführung an 31
33: Ventilfeder (aus Formgedächtnismaterial)
4: Erstbefüllventil
40: Ventilsitz von 4
41: Ventilkörper von 4
42: Federführung an 41
50: Ölkanal von 13 nach 12
51: Ölkühlerumgehungskanal
51': Erstbefüllkanal
52: Ventilkanal
53: erster Ventilkanalteil
54: zweiter Ventilkanalteil
55: Ölkanal von 11 nach 10
56: Ölkanal von 12 nach 11
57: Ölkanal von 10 nach 13

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008014212 U1 [0003]
US 5746170 [0003]
EP 0894215 B1 [0003]

Claims

Schmierölsystem (1) einer Brennkraftmaschine (10), mit einem Ölfilter (11), mit einem Ölkühler (12), mit einem Ölkühlerumgehungskanal (51) mit einem darin angeordneten Ölkühlerumgehungsventil (3), mit einem Erstbefüllkanal (51') für eine Erstbefüllung des Schmierölsystems (1) mit Schmieröl und mit einem Erstbefüllventil (4) im Erstbefüllkanal, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölkühlerumgehungsventil (3) und das Erstbefüllventil (4) zu einer Ventileinheit (2) zusammengefasst sind, die einen Ventilsitz (30) und einen Ventilkörper (31) für das Ölkühlerumgehungsventil (3) und einen Ventilsitz (40) und einen Ventilkörper (41) für das Erstbefüllventil (4) und eine gemeinsame, beide Ventilkörper (31, 41) beaufschlagende Ventilfeder (20) aufweist.
Schmierölsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (2) in einem Ventilkanal (52) angeordnet ist, dass der Ventilkanal (52) über einen ersten Teil (53) seiner Länge einen Abschnitt des Ölkühlerumgehungskanals (51) bildet, wobei in dem Teil (53) der Ventilsitz (30) für das Ölkühlerumgehungsventil (3) angeordnet ist, und dass der Ventilkanal (52) über einen zweiten Teil (54) seiner Länge einen Abschnitt des Erstbefüllkanals (51') bildet, wobei in dem Teil (54) der Ventilsitz (40) für das Erstbefüllventil (4) angeordnet ist.
Schmierölsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von einem zwischen dem ersten Teil (53) und dem zweiten Teil (54) des Ventilkanals (52) gelegenen Kanalbereich ein gemeinsamer Abschnitt von Ölkühlerumgehungskanal (51) und Erstbefüllkanal (51') ausgeht.
Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (31, 41) von Ölkühlerumgehungsventil (3) und Erstbefüllventil (4) miteinander fluchtend in veränderlichem axialen Abstand zueinander axial verschiebbar im Ventilkanal (52) angeordnet sind und dass zwischen den Ventilkörpern (31, 41) wenigstens eine Druckfeder als Ventilfeder (20) angeordnet ist.
Schmierölsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (31, 41) von Ölkühlerumgehungsventil (3) und Erstbefüllventil (4) an ihren aufeinander zu weisenden Seiten als oder mit Führungen (32, 42) für die Ventilfeder (20) ausgebildet sind.
Schmierölsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (31, 41) von Ölkühlerumgehungsventil (3) und Erstbefüllventil (4) an ihren aufeinander zu weisenden Seiten je einen offenen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, in welche je ein axiales Ende der Ventilfeder (20) eintaucht.
Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (31, 41) von Ölkühlerumgehungsventil (3) und Erstbefüllventil (4) miteinander fluchtend in festem axialen Abstand zueinander im Ventilkanal (52) an einem Ventilstößel (21) angeordnet sind, dass im Ventilkanal (52) eine einerseits ortsfest abgestützte und andererseits den Ventilstößel (21) und die Ventilkörper (31, 41) in Schließrichtung des Ölkühlerumgehungsventils (3) beaufschlagende erste Ventilfeder (33) angeordnet ist, dass im Ventilkanal (52) eine einerseits ortsfest abgestützte und andererseits den Ventilstößel (21) und die Ventilkörper (31, 41) in Schließrichtung des Erstbefüllventils (3) beaufschlagende zweite Ventilfeder (20) angeordnet ist und dass die erste Ventilfeder (33) aus einem Formgedächtniswerkstoff besteht und wenigstens zwei sich temperaturabhängig einstellende unterschiedliche Federkonstanten aufweist.
Schmierölsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (2) einen lagefest in den Ventilkanal (52) eingebauten oder einbaubaren Ventilträger (22) aufweist, an oder in welchem die Ventilsitze (30, 40) von Ölkühlerumgehungsventil (3) und Erstbefüllventil (4) ausgebildet sind, an oder in welchem der Ventilstößel (21) und die Ventilkörper (31, 41) von Ölkühlerumgehungsventil (3) und Erstbefüllventil (4) axial verschiebbar geführt sind und an oder in welchem die Ventilfedern (33, 20) ortsfest abgestützt sind.
Schmierölsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem ersten axialen Ende des Ventilträgers (22) im ersten Teil (53) des Ventilkanals (52) die ortsfeste Federabstützung (23) beider Ventilfedern (33, 20) ausgebildet ist, wobei die erste Ventilfeder (33) an einer axial äußeren Seite und die zweite Ventilfeder (20) an einer axial inneren Seite der Federabstützung (23) anliegt.
Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen seinen axialen Enden liegenden Bereich des Ventilträgers (22) der Ventilsitz (30) des Ölkühlerumgehungsventils (3) ausgebildet ist.
Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einem zweiten axialen Ende des Ventilträgers (22) im zweiten Teil (54) des Ventilkanals (52) der Ventilsitz (40) des Erstbefüllventils (4) ausgebildet ist.
Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt des Ventilstößels (21) durch die Federabstützung (23) am ersten axialen Ende des Ventilträgers (22) hindurchragt und dass die mit ihrem einen Ende ortsfest axial außen an der Federabstützung (23) abgestützte erste Ventilfeder (33) mit ihrem anderen Ende am freien, axial äußeren Endbereich des Ventilstößels (21) abgestützt ist.
Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der ersten Ventilfeder (33) aus dem Formgedächtnismaterial ein Dehnstoffkörper und eine Druckfeder aus Federstahlmaterial in der Ventileinheit (2) vorgesehen sind.
Schmierölsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle Teile der Ventileinheit (2) mit Ausnahme der Ventilfeder (20) oder der Ventilfedern (33, 20) Spritzgussteile aus Kunststoff sind.