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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/110,770, die am 2. Februar 2015 eingereicht wurde und hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ölwanne und eine Motorbaugruppe, die die Ölwanne aufweist.
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HINTERGRUND
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Eine Ölwanne kann Öl sammeln, das dazu verwendet wird, einen Verbrennungsmotor zu schmieren. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors kann Öl in dem Verbrennungsmotor zirkulieren, um sich bewegende Komponenten des Verbrennungsmotors zu schmieren, thermische Energie zu dissipieren sowie vor Verschleiß des Verbrennungsmotors zu schützen. Nach dem Schmieren der sich bewegenden Teile des Motors wird das Öl von der Ölwanne gesammelt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit während des Betriebs eines Verbrennungsmotors zu maximieren, sollte das den Motor schmierende Öl eine optimale Ölviskosität besitzen. Die Ölviskosität kann durch Einstellen der Temperatur des Öls geändert werden. Demgemäß ist es nützlich, das Öl in der Ölwanne zu erwärmen oder zu kühlen, um die Ölviskosität einzustellen. Die vorliegend offenbarte Motorbaugruppe kann das Öl in der Ölwanne unabhängig des Öldurchflusses, der durch eine Ölpumpe erzeugt wird, erwärmen oder kühlen. Bei einer Ausführungsform weist die vorliegend offenbarte Motorbaugruppe eine Ölwanne auf, die gegossen werden kann. Die Ölwanne weist einen Ölwannenkörper auf, und der Ölwannenkörper weist eine innere Wannenfläche und eine äußere Wannenfläche, die der inneren Wannenfläche gegenüberliegt, auf. Die innere Wannenfläche definiert einen Hohlraum, der zum Sammeln von Öl konfiguriert ist. Die Ölwanne weist ferner einen Wannendurchgang (z. B. Ummantelung) auf, der sich durch den Ölwannenkörper erstreckt. Der Wannendurchgang ist zwischen der inneren Wannenfläche und der äußeren Wannenfläche angeordnet. Zusätzlich ist der Wannendurchgang so konfiguriert, ein Wärmeübertragungsfluid (z. B. Kühlmittel) zu führen, um Wärme zwischen dem Öl, das in dem Hohlraum angeordnet ist, und dem Wärmeübertragungsfluid zu übertragen. Die vorliegende Offenbarung betrifft auch eine Ölwanne, wie oben beschrieben ist, sowie ein Verfahren zum Austauschen von Wärme zwischen dem Öl in der Ölwanne und dem durch den Wannendurchgang strömenden Wärmeübertragungsfluid.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Moden zur Ausführung der Lehren in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Motorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die Motorbaugruppe eine Ölwanne aufweist;
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2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer in 1 gezeigten Ölwanne;
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3 ist eine schematische Draufsicht der in 2 gezeigten Ölwanne;
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht der in 2 gezeigten Ölwanne entlang der Schnittlinie 4-4 von 3; und
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5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Austausch von Wärme zwischen einem Wärmeübertragungsfluid und Öl in der in 2 gezeigten Ölwanne.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, zeigt 1 schematisch ein Fahrzeug 10, wie ein Auto, das eine Motorbaugruppe 12 aufweist. Die Motorbaugruppe 12 weist einen Verbrennungsmotor 14 auf, der derart konfiguriert ist, das Fahrzeug 10 anzutreiben. Der Verbrennungsmotor 14 verwendet unter anderem Öl O zur Schmierung. Die Motorbaugruppe 12 weist ferner eine Ölwanne 16 auf, die mit dem Verbrennungsmotor 14 gekoppelt ist. Als Folge davon kann das Öl O zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und der Ölwanne 16 strömen. Insbesondere kann das Öl O den Verbrennungsmotor 14 schmieren, und strömt dann zu der Ölwanne 16. Die Ölwanne 16 sammelt dann das Öl O, jedoch steigt das Öl O nicht über einen vorbestimmten Ölstand L. Die Motorbaugruppe 12 weist ferner eine Ölpumpe 18 auf, die mit der Ölwanne 16 gekoppelt ist. Folglich kann die Ölpumpe 18 das Öl O von der Ölwanne 16 zu einer anderen Fahrzeugkomponente 20, beispielsweise einem Ölkanal, bewegen. Das Öl O kann dann aus der Fahrzeugkomponente 20 an den Verbrennungsmotor 14 (beispielsweise Ölkanal) zurückströmen.
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Um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit während des Betriebs des Verbrennungsmotors 14 zu maximieren, sollte das Öl O eine optimale Ölviskosität haben. Die Ölviskosität kann durch Einstellen der Temperatur des Öls O variiert werden. Dementsprechend ist es sinnvoll, das Öl O in der Ölwanne 16 zu erwärmen oder zu kühlen, um die Ölviskosität einzustellen. Die vorliegend offenbarte Motorbaugruppe 12 kann das Öl O in der Ölwanne 16 unabhängig von dem Öldurchfluss erwärmen oder kühlen, der durch die Ölpumpe erzeugt wird. Dies ist besonders wichtig in dem Szenario, wenn der Verbrennungsmotor 14 erwärmt ist und die Motordrehzahl relativ niedrig ist. In diesem Szenario kann eine Erwärmung des Öls O seine Viskosität verringern, wodurch die Reibung in dem Verbrennungsmotor 14 minimiert ist. Es wird erwartet, dass durch die Verwendung der vorliegend offenbarten Ölwanne 16 die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Verbrennungsmotors 14 um etwa Eins (1) bis zu Einskommafünf (1,5) Prozent gegenüber herkömmlichen Motoren während der Aufwärmphase verbessert werden kann.
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Die Motorbaugruppe 12 weist ferner eine Wärmeübertragungsfluidquelle 22 auf, die in der Lage ist, das Wärmeübertragungsfluid F zu halten. Das Wärmeübertragungsfluid F kann ein beliebiges Fluid (z. B. Flüssigkeit) sein, das zur Übertragung von Wärme geeignet ist. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann das Wärmeübertragungsfluid F ein Kühlmittel sein, wie Ethylenglykol. Die Fluidquelle 22 steht in Fluidkommunikation mit einem Eintrittsdurchgang 24 (z. B. Leitung, Rohr, Schlauch etc.). Der Eintrittsdurchgang 24 befindet sich außerhalb der Ölwanne 16 und ist fluidtechnisch zwischen der Ölwanne 16 und der Fluidquelle 22 gekoppelt. Demgemäß kann das Wärmeübertragungsfluid F von der Fluidquelle 22 zu der Ölwanne 16 strömen. Es ist auch eine Fluidübertragungspumpe 26 mit dem Eintrittsdurchgang 24 gekoppelt, um das Wärmeübertragungsfluid F von der Fluidquelle 22 zu der Ölwanne 16 durch den Eintrittsdurchgang 24 zu bewegen.
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Der Eintrittsdurchgang 24 steht in thermischer Kommunikation mit einer Wärmequelle 28. Als Folge davon kann die Wärmequelle 28 das Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Eintrittsdurchgang 24 strömt, erwärmen. Als nicht beschränkende Beispiele kann die Wärmequelle 28 ein Abgaskrümmer, ein Abgasrückführungssystem, ein Turbolader, ein Motorblock, ein Motorkopf oder eine Kombination davon sein. Ungeachtet des Typs von Wärmequelle 28, die verwendet ist, kann Wärme H zwischen dem Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Eintrittsdurchgang 24 strömt, und der Wärmequelle 28 übertragen werden.
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Der Eintrittsdurchgang 24 steht in thermischer Kommunikation mit einer Kühlquelle 30. Infolgedessen kann die Kühlquelle 30 das Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Eintrittsdurchgang 24 strömt, kühlen. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann die Kühlquelle 30 das Kühlsystem des Fahrzeugs 10 sein. Ungeachtet des Typs von Kühlquelle 30, die verwendet ist, kann die Wärme H zwischen dem Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Eintrittsdurchgang 24 strömt, und der Kühlquelle 30 übertragen werden.
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Wie weiter unten detailliert diskutiert ist, besitzt die Ölwanne 16 einen Wannendurchgang 32 (z. B. Mantel, Loch, Öffnung), der durch den Ölwannenkörper 36 gebildet ist und in Fluidverbindung mit dem Eintrittsdurchgang 24 steht. Demgemäß kann das Wärmeübertragungsfluid F zwischen dem Eintrittsdurchgang 24 und dem Wannendurchgang 32 strömen. Beim Strömen durch den Wannendurchgang 32 kann Wärme zwischen dem Öl O, das sich in der Ölwanne 16 befindet, und dem Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Wannendurchgang 32 strömt, übertragen werden, wie nachstehend diskutiert ist. Die Motorbaugruppe 12 weist auch einen Austrittsdurchgang 34 (z. B. Leitung, Rohr, Schlauch, etc.) außerhalb der Ölwanne 16 auf. Der Austrittsdurchgang 34 steht in Fluidverbindung mit dem Wannendurchgang 32. Demgemäß kann das Wärmeübertragungsfluid F zwischen dem Wannendurchgang 32 und dem Austrittsdurchgang 34 strömen, sobald Warme zwischen dem Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Wannendurchgang 32 strömt, und dem Öl O, das in der Ölwanne 16 angeordnet ist, übertragen worden ist. Es ist denkbar, dass die Ölwanne 16 einen oder mehrere Wannendurchgänge 32 aufweisen kann.
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Bezug nehmend auf die 2–3 besteht die Ölwanne 2 vollständig oder teilweise aus einem im Wesentlichen starren Material, wie einem starren Metallmaterial, und ist derart konfiguriert, das Öl O zu halten. Es wird erwogen, dass die Ölwanne 16 durch Gießen hergestellt werden kann. Jedoch können auch andere geeignete Herstellungsverfahren verwendet werden, um die Ölwanne 16 herzustellen. Unabhängig von dem Herstellungsverfahren, das verwendet wird, weist die Ölwanne 16 einen Ölwannenkörper 36 auf, der eine Mehrzahl von Wänden 38 enthält. Beispielsweise weist bei der dargestellten Ausführungsform die Ölwanne 16 eine Mehrzahl von Seitenwänden 38a und mindestens eine Bodenwand 38b auf, die die Seitenwände 38a verbindet. Der Ölwannenkörper 36 definiert eine innere Wannenfläche 40 und eine äußere Wannenfläche 42, die der inneren Wannenfläche 40 gegenüberliegt. Die innere Wannenfläche 40 definiert einen offenen Hohlraum 44, der so konfiguriert, geformt und bemessen ist, das Öl O zu sammeln und zu halten.
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Der Wannendurchgang 32 erstreckt sich durch mindestens eine der Wände 38 hindurch und ist vollständig zwischen der inneren Wannenfläche 40 und der äußeren Wannenfläche 42 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Wannendurchgang 32 durch wenigstens die Bodenwand 38b. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass sich der Wannendurchgang 32 auch durch die Seitenwände 38a erstrecken kann. Unabhängig seiner genauen Lage ist der Wannendurchgang 32 derart konfiguriert, um das Wärmeübertragungsfluid F zu führen, um die Wärmeübertragung zwischen dem Öl O (1), das sich in dem offenen Hohlraum 44 befindet, und dem Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Wannendurchgang 32 strömt, zu unterstützen.
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Der Wannendurchgang 32 kann im Wesentlichen eine U-Form haben und weist einen Einlass 46 in Fluidverbindung mit der Fluidquelle 22 (1) über den Eintrittsdurchgang 24 (1) auf. Daher kann das Wärmeübertragungsfluid F zwischen der Fluidquelle 22 und dem Wannendurchgang 32 strömen. Ferner weist der Wannendurchgang 32 einen Auslass 48 in Fluidkommunikation mit dem Austrittsdurchgang 34 auf. Somit kann das Wärmeübertragungsfluid F von dem Wannendurchgang 32 zu dem Austrittsdurchgang 34 strömen, nachdem die Wärme zwischen dem Öl O in dem Hohlraum 44 der Ölwanne 16 und dem Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Wannendurchgang 32 strömt, übertragen worden ist. Da das Öl O in der Ölwanne 16 durch Wärmeaustausch von dem Wärmeübertragungsfluid F gekühlt werden kann, braucht die Motorbaugruppe 12 keinen Ölkühler aufzuweisen. Somit besitzt die Motorbaugruppe 12 (und daher das Fahrzeug 10) keinen Ölkühler zum Kühlen des Öls O in der Ölwanne 16.
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Bezugnehmend auf 5 kann zum Erwärmen oder Kühlen des Öls O in der Ölwanne 16 die Motorbaugruppe 12 gemäß dem Verfahren 100 verwendet werden. Das Verfahren 100 beginnt in Schritt 102. Bei Schritt 102 wird das Wärmeübertragungsfluid F erwärmt oder abgekühlt, bevor es in den Wannendurchgang 32 eingeführt wird. Um das Wärmeübertragungsfluid F zu erwärmen, kann Wärme von der Wärmequelle 28 (z. B. Abgaskrümmer) an das Wärmeübertragungsfluid F übertragen werden, während das Wärmeübertragungsfluid F durch den Eintrittsdurchgang 24 strömt, wie oben beschrieben ist. Um das Wärmeübertragungsfluid F zu kühlen, kann Wärme von dem Wärmeübertragungsfluid F auf die Kühlquelle 30 übertragen werden, während das Wärmeübertragungsfluid F durch den Eintrittsdurchgang 24 strömt. Dann fährt das Verfahren 100 mit Schritt 104 fort.
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Schritt 104 umfasst das Einführen des erwärmten oder gekühlten Wärmeübertragungsfluids F in den Wannendurchgang 32, während sich Öl O in dem Hohlraum 44 der Ölwanne 16 befindet. In diesem Moment strömt das Wärmeübertragungsfluid F durch den Wannendurchgang 32 von dem Einlass 46 zu dem Auslass 48. Während das Wärmeübertragungsfluid F durch den Wannendurchgang 32 strömt, wird Wärme zwischen dem Öl O, das sich in dem Hohlraum 44 der Ölwanne 16 befindet, und dem Wärmeübertragungsfluid F, das durch den Wannendurchgang 32 strömt, übertragen, um das Öl O zu kühlen oder zu erwärmen. Dann fährt das Verfahren 100 mit Schritt 106 fort.
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Bei Schritt 106 strömt das Wärmeübertragungsfluid F aus dem Wannendurchgang 32 durch den Auslass 48 und in den Austrittsdurchgang 34. An diesem Punkt kann das Wärmeübertragungsfluid F zu dem Eintrittsdurchgang 24 zur Rückführung zurückgeleitet werden.
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Während die besten Moden zur Ausführung der Lehren detailliert beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Lehren innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche.
