DE102016201414B4

DE102016201414B4 - Brennkraftmaschine mit Ölkreislauf

Info

Publication number: DE102016201414B4
Application number: DE102016201414.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bonse; Rainer Lach; Hans-Günter Grosch; Jörg Kemmerling; Franz Weber; Frank Wunderlich
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-01-30
Also published as: DE102016201414A1; US10598057B2; CN107023343A; US20170218801A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit – mindestens einem Zylinderkopf (1) mit mindestens einem Zylinder, – einem als obere Kurbelgehäusehälfte dienenden Zylinderblock zur Aufnahme einer Kurbelwelle in mindestens zwei Lagern, der mit dem mindestens einen Zylinderkopf (1) an einer Montageseite (1a) verbunden ist, – einer Pumpe zur Förderung von Motoröl zu den mindestens zwei Lagern, wobei die Pumpe unter Ausbildung eines Ölkreislaufs (2) via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt, und – einer zum Ölkreislauf (2) gehörenden Steigleitung (3), die in den Zylinderkopf führt und eine im Zylinderkopf verlaufende und zum Ölkreislauf (2) gehörende Ölleitung (4) mit Motoröl versorgt. Es soll eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die hinsichtlich der Ölversorgung verbessert ist. Erreicht wird dies mit einer Brennkraftmaschine der genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass – zwischen der Steigleitung (3) und der Ölleitung (4) eine als Ölrückhaltebecken dienende Senke (5) im Zylinderkopf (1) vorgesehen ist, welche in der Einbaulage der Brennkraftmaschine, in welcher die Montageseite (1a) gegenüber einer horizontalen Ebene um einen Winkel β geneigt ist, zumindest einen Abschnitt aufweist, der geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Steigleitung (3) und geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Ölleitung (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit

– mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder,
– einem als obere Kurbelgehäusehälfte dienenden Zylinderblock zur Aufnahme einer Kurbelwelle in mindestens zwei Lagern, der mit dem mindestens einen Zylinderkopf an einer Montageseite verbunden ist,
– einer Pumpe zur Förderung von Motoröl zu den mindestens zwei Lagern, wobei die Pumpe unter Ausbildung eines Ölkreislaufs via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt, und
– einer zum Ölkreislauf gehörenden Steigleitung, die in den Zylinderkopf führt und eine im Zylinderkopf verlaufende und zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung mit Motoröl versorgt.

Eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art wird als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art beschreibt beispielsweise die deutsche Patentschrift DE 196 19 183 C1 , welche eine Zylinderkopf aufweist, dessen Ölleitungen und Ölgalerien via Steigleitungen mit aus dem Zylinderblock stammenden Öl versorgt werden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 103 27 542 A1 hat eine Ölzuführstruktur für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zum Gegenstand, welche eine Ölkammer aufweist, die an die zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf befindliche Montageseite angrenzt und zum Aufnehmen von Öl aus dem Zylinderblock dient, um eine Nockenwellenlagerung und eine Vorrichtung zur variierbaren Ventilzeitsteuerung mit Öl zu versorgen.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder an einer Montageseite miteinander verbunden werden. Auf die einzelnen Bauteile wird im Folgenden kurz eingegangen.
Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Der Kolben jedes Zylinders einer Brennkraftmaschine wird axial beweglich in einem Zylinderrohr geführt und begrenzt zusammen mit dem Zylinderrohr und dem Zylinderkopf den Brennraum eines Zylinders. Der Kolbenboden bildet dabei einen Teil der Brennrauminnenwand und dichtet zusammen mit den Kolbenringen den Brennraum gegen den Zylinderblock bzw. das Kurbelgehäuse ab, so dass keine Verbrennungsgase bzw. keine Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse gelangen und kein Öl in den Brennraum gelangt.
Der Kolben dient der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf die Kurbelwelle. Hierzu ist der Kolben mittels eines Kolbenbolzens mit einer Pleuelstange gelenkig verbunden, die wiederum an der Kurbelwelle drehbar gelagert ist.
Die im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle nimmt die Pleuelstangenkräfte auf, die sich aus den Gaskräften infolge der Kraftstoffverbrennung im Brennraum und den Massenkräften infolge der ungleichförmigen Bewegung der Triebwerksteile zusammensetzen. Dabei wird die oszillierende Hubbewegung der Kolben in eine rotierende Drehbewegung der Kurbelwelle transformiert. Die Kurbelwelle überträgt dabei das Drehmoment an den Antriebsstrang. Ein Teil der auf die Kurbelwelle übertragenen Energie wird zum Antrieb von Hilfsaggregaten wie der Ölpumpe, der Lichtmaschine und/oder dergleichen verwendet oder dient dem Antrieb einer Nockenwelle und damit der Betätigung eines Ventiltriebes.
Im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die obere Kurbelgehäusehälfte durch den Zylinderblock gebildet. Ergänzt wird das Kurbelgehäuse regelmäßig durch die an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als Ölwanne dienende untere Kurbelgehäusehälfte. Dabei weist die obere Kurbelgehäusehälfte zur Aufnahme der Ölwanne, d. h. der unteren Kurbelgehäusehälfte, eine Flanschfläche auf. In der Regel wird zur Abdichtung der Ölwanne bzw. des Kurbelgehäuses gegenüber der Umgebung eine Dichtung in der bzw. an der Flanschfläche vorgesehen. Die Verbindung erfolgt häufig durch eine Verschraubung.
Zur Aufnahme und Lagerung der Kurbelwelle sind mindestens zwei Lager im Kurbelgehäuse vorgesehen, die in der Regel zweiteilig ausgeführt sind und jeweils einen Lagersattel und einen mit dem Lagersattel verbindbaren Lagerdeckel umfassen. Die Kurbelwelle wird im Bereich der Kurbelwellenzapfen, die entlang der Kurbelwellenachse beabstandet zueinander angeordnet und in der Regel als verdickte Wellenabsätze ausgebildet sind, gelagert. Dabei können Lagerdeckel und Lagersättel als separate Bauteile oder einteilig mit dem Kurbelgehäuse, d. h. den Kurbelgehäusehälften ausgebildet werden. Zwischen der Kurbelwelle und den Lagern können Lagerschalen als Zwischenelemente angeordnet werden.
Im montierten Zustand ist jeder Lagersattel mit dem korrespondierenden Lagerdeckel verbunden. Jeweils ein Lagersattel und ein Lagerdeckel bilden – gegebenenfalls im Zusammenwirken mit Lagerschalen als Zwischenelemente – eine Bohrung zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens. Die Bohrungen werden üblicherweise mit Motoröl, d. h. Schmieröl versorgt, so dass sich idealerweise zwischen der Innenfläche jeder Bohrung und dem dazugehörigen Kurbelwellenzapfen bei umlaufender Kurbelwelle – ähnlich einem Gleitlager – ein tragfähiger Schmierfilm ausbildet.
Zur Versorgung der Lager mit Öl ist eine Pumpe zur Förderung von Motoröl zu den mindestens zwei Lagern vorgesehen, wobei die Pumpe via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt. Zur Ausbildung der sogenannten Hauptölgalerie wird häufig ein Hauptversorgungskanal vorgesehen, der entlang der Längsachse der Kurbelwelle ausgerichtet ist. Der Hauptversorgungskanal kann oberhalb oder unterhalb der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse angeordnet sein oder auch in die Kurbelwelle integriert werden.
Die vorgesehene Pumpe muss einen ausreichend großen Förderstrom, d. h. ein entsprechend hohes Fördervolumen sicherstellen und für einen ausreichend hohen Öldruck im Ölkreislauf sorgen, insbesondere in der Hauptölgalerie. Die Reibung in den Lagern der Kurbelwelle trägt maßgeblich zum Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei und ist daher zu minimieren. Ein verminderter Kraftstoffverbrauch trägt zu einer Reduzierung der Schadstoffemissionen bei.
Neben den mindestens zwei Lagern der Kurbelwelle sind regelmäßig weitere Verbraucher mit Öl zu versorgen. Dies kann sich nachteilig auf den Druck im Kreislauf auswirken, insbesondere kann der Druck abfallen.
Ein weiterer Verbraucher im vorstehenden Sinne kann beispielsweise die Ölversorgung einer Nockenwelle sein, welche in der Regel in einer zweiteiligen sogenannten Nockenwellenaufnahme gelagert ist. Die bereits hinsichtlich der Kurbelwellenlagerung gemachten Ausführungen gelten in analoger Weise. Auch die Nockenwellenaufnahme wird üblicherweise mit Schmieröl versorgt, wozu regelmäßig eine Steigleitung vorgesehen wird, die nach dem Stand der Technik von der Hauptölgalerie abzweigt, durch den Zylinderblock hindurchführt und bei obenliegender Nockenwelle bis in den Zylinderkopf reicht. Die Steigleitung versorgt eine im Zylinderkopf verlaufende und zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung mit Motoröl, wobei diese Ölleitung wiederum zur Versorgung zahlreicher Verbraucher dient bzw. dienen kann.
Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme der Ventiltriebe. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen und das Füllen des Brennraums über die Einlassöffnungen. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein- und Auslassöffnungen freigeben und verschließen. Die für die Bewegung eines Ventils erforderliche Betätigungseinrichtung einschließlich des Ventils selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet, wobei eine Betätigungseinrichtung eine Nockenwelle umfasst, auf der Nocken angeordnet sind. Ein Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle kann als weiteres Ventiltriebsbauteil einen Schwinghebel, einen Schlepphebel, einen Kipphebel und/oder einen Stößel aufweisen. Diese Nockenfolgeelemente liegen im Kraftfluss zwischen Nocken und Ventil.
Es ist die Aufgabe der Ventiltriebe die mindestens eine Einlassöffnung und die mindestens eine Auslassöffnung eines Zylinders rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Zylinders bzw. ein vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik wird ein Zylinder daher auch häufig und zunehmend mit zwei oder mehr Einlass- bzw. Auslassöffnungen ausgestattet.
Ein Konzept zur Entdrosselung eines Ottomotors besteht in der Verwendung zumindest teilweise variabler Ventiltriebe. Im Gegensatz zu konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile als auch die Steuerzeiten nicht veränderlich sind, können diese den Verbrennungsprozess und damit den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Parameter mittels variabler Ventiltriebe mehr oder weniger stark variiert werden. Eine drosselfreie und damit verlustfreie Laststeuerung ist bereits möglich, wenn der Ventiltrieb teilweise variabel bzw. schaltbar ist und beispielsweise die Schließzeit des Einlassventils und/oder der Einlassventilhub variiert werden können. Die während des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse bzw. Ladeluftmasse wird dann nicht mittels Drosselklappe, sondern über den Einlassventilhub und die Öffnungsdauer des Einlassventils gesteuert. Voll variable Ventiltriebe sind sehr kostenintensiv, weshalb häufig teilweise variable oder schaltbare Ventiltriebe zum Einsatz kommen. Die schaltbaren Ventiltriebe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als teilweise variable Ventiltriebe angesehen.
Auch die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, kann über mindestens einen zumindest teilweise variablen Ventiltrieb verfügen. In diesem Zusammenhang kann ein weiterer Verbraucher im oben genannten Sinne auch die hydraulische Betätigungseinrichtung eines zumindest teilweise variablen, beispielsweise schaltbaren Ventiltriebs, sein.
Ein weiterer Verbraucher im oben genannten Sinne kann auch ein sogenannter hydraulischer Nockenwellenversteller sein. Ein Nockenwellenversteller verdreht die Nocken der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, wodurch die Steuerzeiten verschoben, d. h. geändert werden. Bei einer zweiteiligen Nockenwelle kann ein Nockenwellenversteller auch dazu dienen, die innere Nockenwelle gegenüber der äußeren hohlen Nockenwelle zu verdrehen und damit die Nocken der inneren Nockenwelle, aber nicht die Nocken der äußeren Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle.
Ein weiterer Verbraucher im oben genannten Sinne kann auch der hydraulische Ventilspielausgleich eines Ventils bzw. die Spritzölkühlung eines zylinderzugehörigen Kolbens sein.
Kein Verbraucher ist hingegen ein im Ölkreislauf vorgesehener Filter oder eine im Ölkreislauf vorgesehene Pumpe, welche das Vorsehen eines Ölkreislaufs nicht erfordern, sondern vielmehr durch den Ölkreislauf selbst erst bedingt werden.
Der Druck im Ölkreislauf variiert, wobei sich der Öldruck insbesondere in Abhängigkeit von der Last und der Drehzahl ändern kann. Bei einer nicht variablen Ölpumpe liegt in der Regel bei höheren Lasten und höheren Drehzahlen ein höherer Öldruck und bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen ein niedriger Öldruck vor.
Bei einer im Leerlauf betriebenen Brennkraftmaschine kann der Öldruck im Ölkreislauf derart niedrig sein, dass die hydraulische Betätigungseinrichtung eines schaltbaren Ventiltriebs nicht mehr zuverlässig mit Öl versorgt bzw. mit dem erforderlichen Öldruck beaufschlagt wird.
Wird die Brennkraftmaschine abgeschaltet, sinkt der Öldruck im Ölkreislauf schlagartig und das Öl läuft zumindest in Teilen und schwerkraftgetrieben via Leitungssystem und insbesondere via den mit der Ölwanne in Verbindung stehenden Rückführleitungen ab und zurück in die Ölwanne.
Das Abschalten der Brennkraftmaschine kann unterschiedliche Gründe haben und beispielsweise ein normales Abschalten bei Abstellen des Kraftfahrzeuges sein. Ein Abschalten kann aber auch im Rahmen einer sogenannten Start-Stop-Strategie erfolgen, bei der die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird, wenn kein momentaner Leistungsbedarf vorliegt, anstatt diese im Leerlauf weiter zu betreiben. In der Praxis bedeutet dies, dass zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird, d. h. unbefeuert ist. Das Starten bzw. Neustarten der Brennkraftmaschine gewinnt dann an Bedeutung.
Wird die Brennkraftmaschine dann wieder gestartet bzw. neu gestartet, muss anfangs nicht nur der Öldruck im Ölkreislauf erhöht bzw. angehoben werden. Vielmehr müssen einige Leitungen des Ölkreislaufs, die sich infolge des Abschaltens der Brennkraftmaschine entleert haben, wieder mit Öl gefüllt werden, bevor überhaupt der Öldruck in diesen Leitungen erhöht werden kann. Diese Vorgänge benötigen eine gewisse Zeit, gegebenenfalls einige Sekunden, wobei insbesondere die geodätisch am höchsten gelegenen Leitungen des Ölkreislaufs betroffen sind, nämlich regelmäßig die Leitungen im Zylinderkopf, beispielsweise eine in den Zylinderkopf führende Steigleitung und eine im Zylinderkopf verlaufende und zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung. Folglich sind die von diesen Leitungen mit Motoröl zu versorgenden Verbraucher nach dem Starten der Brennkraftmaschine kurzzeitig von der Ölversorgung abgeschnitten, d. h. ohne Ölversorgung.
Aus dem Stand der Technik sind Konzepte bekannt, die dem Entleeren der Leitungen durch Vorsehen von im Ölkreislauf angeordneten Rückschlagventilen entgegen wirken wollen. Nachteilig an der Verwendung von Rückschlagventilen ist aber, dass ein Rückschlagventil im normalen Betrieb der befeuerten Brennkraftmaschine immer einen Druckverlust im Ölkreislauf verursacht, d. h. bedingt.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Ölversorgung verbessert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit

– mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder,
– einem als obere Kurbelgehäusehälfte dienenden Zylinderblock zur Aufnahme einer Kurbelwelle in mindestens zwei Lagern, der mit dem mindestens einen Zylinderkopf an einer Montageseite verbunden ist,
– einer Pumpe zur Förderung von Motoröl zu den mindestens zwei Lagern, wobei die Pumpe unter Ausbildung eines Ölkreislaufs via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt, und
– einer zum Ölkreislauf gehörenden Steigleitung, die in den Zylinderkopf führt und eine im Zylinderkopf verlaufende und zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung mit Motoröl versorgt,

– zwischen der Steigleitung und der Ölleitung eine als Ölrückhaltebecken dienende Senke im Zylinderkopf angeordnet ist, welche in der Einbaulage der Brennkraftmaschine, in welcher die Montageseite gegenüber einer horizontalen Ebene um einen Winkel β geneigt ist, zumindest einen Abschnitt aufweist, der geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Steigleitung und geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Ölleitung.

Der Ölkreislauf der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine verfügt über eine im Zylinderkopf vorgesehene Senke, die eine Ölrückhaltefunktion hat und mit der beim Abschalten der Brennkraftmaschine einem Entleeren der im Zylinderkopf verlaufenden Leitungen entgegen gewirkt wird. Die aus dem Stand der Technik bekannten im Ölkreislauf anordneten Rückschlagventile entfallen bzw. sind entbehrlich. Mit den Rückschlagventilen entfallen auch die durch die Rückschlagventile verursachten Kosten und Druckverluste im Ölkreislauf.
Auch bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sinkt beim Abschalten der Öldruck im Ölkreislauf. Die Senke stellt aber für das im Zylinderkopf befindliche Öl eine Barriere dar, die ein schwerkraftgetriebenes Ablaufen des Öls via Steigleitung bzw. Leitungssystem, gegebenenfalls bis in die Ölwanne, verhindert.
Wird die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nach dem Abschalten wieder gestartet bzw. neu gestartet, müssen die im Zylinderkopf verlaufenden Leitungen, insbesondere die stromabwärts der Senke sich anschließende Ölleitung, nicht erst mit Öl gefüllt werden. Vielmehr kann unmittelbar nach Starten der Brennkraftmaschine der Öldruck im Ölkreislauf erhöht, d. h. angehoben werden. Insofern werden die von der Ölleitung mit Motoröl zu versorgenden Verbraucher nach dem Starten der Brennkraftmaschine nahezu verzögerungsfrei mit Öl versorgt bzw. mit dem für ihre Funktionstüchtigkeit erforderlichen Öldruck.
Da das Ablaufen des Öls beim Abschalten der Brennkraftmaschine schwerkraftgetrieben ist, hat die Orientierung der Brennkraftmaschine im Raum eine Relevanz. Daher nimmt die erfindungsgemäße Lehre auch Bezug auf die Einbaulage der Brennkraftmaschine, beispielsweise auf die Einbauposition der Brennkraftmaschine im Kraftfahrzeug, wobei die Position unter Verwendung des Winkels β beschrieben bzw. festgelegt wird. Der Winkel β ist der Winkel, um welchen die Montageseite des Zylinderkopfes gegenüber einer horizontalen Ebene geneigt ist.
Erfindungsgemäß soll die Senke mindestens einen Abschnitt aufweisen, der geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Steigleitung und ein Abschnitt der Ölleitung.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen gilt: β ≈ 0°. Diese Ausführungsform wird beispielsweise bei einem horizontal im Kraftfahrzeug verbauten Reihenmotor realisiert.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine löst die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die hinsichtlich der Ölversorgung verbessert ist.
Die Pumpe kann eine nicht variable Ölpumpe oder eine variable Ölpumpe sein, ist aber vorzugsweise eine nicht variable Ölpumpe, wodurch sich Kostenvorteile ergeben.
Bei einer nicht variablen Ölpumpe liegt in der Regel bei höheren Lasten und höheren Drehzahlen ein höherer Öldruck und bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen ein niedriger Öldruck vor.
Eine variable Ölpumpe, beispielsweise eine Flügelzellenpumpe, arbeitet wie eine Kolbenpumpe nach dem Verdrängungsprinzip, aber im Gegensatz zu dieser nicht oszillierend und damit intermittierend, sondern rotierend und damit in vorteilhafter Weise kontinuierlich. In einem als Stator dienenden Hohlzylinder läuft ein weiterer als Rotor dienender Zylinder um, wobei die Drehachse des Rotors exzentrisch zum Stator angeordnet ist. Im Rotor sind mehrere radial angeordnete Schieber translatorisch verschiebbar gelagert, die den Raum zwischen Stator und Rotor in mehrere Kammern unterteilen. Die Fördermenge der Pumpe kann durch Verstellen der Exzentrizität des Rotors verändert werden, wobei eine vergrößerte Fördermenge zu einem erhöhten Öldruck am Pumpenausgang führt. Ein Verstellen der Exzentrizität kann mittels Motorsteuerung unter Verwendung eines elektrisch steuerbaren Ventils erfolgen, wobei das Ventil eine Öldruckleitung zur Flügelzellenpumpe freigibt oder versperrt, wodurch Einfluss genommen wird auf die Exzentrizität des Rotors.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als untere Kurbelgehäusehälfte dienende Ölwanne zum Sammeln des Motoröls angeordnet ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe mit der Ölwanne zumindest verbindbar ist, um aus der Ölwanne stammendes Motoröl via Versorgungsleitung zu der Hauptölgalerie zu fördern.
Gemäß dieser Ausführungsform ist das Kurbelgehäuse zweiteilig ausgebildet, wobei die obere Kurbelgehäusehälfte durch eine Ölwanne ergänzt wird, in der rückgeführtes Öl gesammelt wird. Die Ölwanne kann an der Außenseite mit Kühlrippen bzw. Versteifungsrippen ausgestattet sein und wird vorzugsweise aus Blech im Tiefziehverfahren hergestellt, wohingegen die obere Kurbelgehäusehälfte vorzugsweise ein Gußteil ist.
Bei der Auslegung und Konstruktion des Kurbelgehäuses ist es ein grundsätzliches Ziel, eine möglichst hohe Steifigkeit zu erzielen, um Vibrationen, d. h. Schwingungen zu mindern und auf diese Weise die Geräuschentwicklung und Geräuschemission günstig zu beeinflussen.
Des Weiteren soll das modular aufgebaute Kurbelgehäuse vorzugsweise in der Art aufgebaut sein, dass die Bearbeitung der Montage- und Dichtflächen sowie die Montage in möglichst einfacher Weise erfolgen kann, um die Kosten zu senken.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine zusätzliche Pumpe im Ölkreislauf angeordnet ist. Die zusätzliche Pumpe kann die Ölpumpe unterstützen. Die beiden Pumpen sind dann entweder in Reihe oder parallel angeordnet. Dabei tragen beide Pumpen zur Erhöhung des Öldrucks im Kreislauf und zur Förderung des Öls im Kreislauf bei.
Die zusätzliche Pumpe kann insbesondere in der Steigleitung vorgesehen werden, um ausgewählte Verbraucher via Zylinderkopf mit Öl zu versorgen, insbesondere Verbraucher, die für die Funktionsfähigkeit und Funktionssicherheit der Brennkraftmaschine unerlässlich sind, wie beispielsweise die hydraulische Betätigungseinrichtung eines Ventiltriebs.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung im Wesentlichen parallel zur Montageseite ausgerichtet ist.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mindestens zwei Zylinder aufweist, die entlang einer Längsachse des Zylinderkopfes angeordnet sind, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Zylinderkopfes ausgerichtet ist.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Zylinderkopfes ausgerichtet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Steigleitung im Zylinderblock vom Ölkreislauf abzweigt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Steigleitung von der Hauptölgalerie abzweigt.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Steigleitung zur Ölwanne führt. Gegebenenfalls ist dann in der Steigleitung eine zusätzliche Pumpe angeordnet.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Steigleitung im Wesentlichen senkrecht zur Montageseite ausgerichtet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Steigleitung im Wesentlichen parallel zu dem mindestens einen Zylinder des mindestens einen Zylinderkopfes ausgerichtet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die als Ölrückhaltebecken dienende Senke einen u-förmigen Abschnitt aufweist, der über zwei schenkelartige Kanäle verfügt, die via Mittelstück miteinander verbunden sind. Gemäß dieser Ausführungsform hat die Senke eine siphonartige Gestalt, die eine effektive Barriere gegen das Ablaufen von Öl darstellt und in fertigungstechnischer Hinsicht Vorteile bietet.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein auf Seiten der Steigleitung angeordneter erster schenkelartiger Kanal in der Einbaulage der Brennkraftmaschine einen Abschnitt aufweist, der geodätisch höher gelegen ist als ein auf Seiten der Ölleitung angeordneter zweiter schenkelartiger Kanal. Diese Ausführungsform trägt dem Umstand Rechnung, dass das Ablaufen des Öls beim Abschalten der Brennkraftmaschine schwerkraftgetrieben ist und es daher vorteilhaft ist, wenn der Eintritt in die Steigleitung, vom Standpunkt des Ölablaufens gesehen, geodätisch höher gelegen ist als die sich stromabwärts an die Senke bzw. den zweiten schenkelartigen Kanal anschließende Ölleitung.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens einer der zwei schenkelartigen Kanäle als ursprünglich zur Montageseite hin offener Kanal ausgebildet und zur Ausbildung einer leckagefreien Senke verschlossen ist. Dann kann mindestens ein schenkelartiger Kanal der Senke mittels Gießen oder Bohren ausgebildet werden. Dies bietet in fertigungstechnischer Hinsicht und bezüglich der Kosten Vorteile.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens einer der zwei schenkelartigen Kanäle als ursprünglich zur Montageseite hin offener Kanal ausgebildet und zur Ausbildung einer leckagefreien Senke unter Verwendung des Zylinderblocks und/oder einer Dichtung verschlossen ist. Zusätzliche Bauteile bzw. Komponenten zum Verschließen eines Schenkels entfallen bzw. sind nicht erforderlich, um eine leckagefreie Senke auszubilden.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Steigleitung, die zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung und/oder mindestens einer der zwei schenkelartigen Kanäle der Senke mittels Bohren ausgebildet sind.
Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die zum Ölkreislauf gehörende Steigleitung, die zum Ölkreislauf gehörende Ölleitung und/oder mindestens einer der zwei schenkelartigen Kanäle der Senke mittels Gießen ausgebildet sind.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen mindestens ein zumindest teilweise variabler Ventiltrieb angeordnet ist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ölleitung mindestens einen zumindest teilweise variablen Ventiltrieb mit Motoröl versorgt.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Ölleitung eine hydraulisch verstellbare Betätigungseinrichtung mindestens eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs mit Motoröl versorgt. Ein Nockenwellenversteller ist in diesem Zusammenhang als zum Ventiltrieb gehörend anzusehen, nämlich als Teil der Betätigungseinrichtung.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen mindestens ein Zylinder mit einem hydraulischen Ventilspielausgleich ausgestattet ist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ölleitung mindestens einen hydraulischen Ventilspielausgleich mit Motoröl versorgt.
Die vorstehenden Ausführungsformen betreffen kritische Verbraucher, d. h. Verbraucher, die für die Funktionsfähigkeit und Funktionssicherheit der Brennkraftmaschine unerlässlich sind, wie beispielsweise die hydraulische Betätigungseinrichtung eines Ventiltriebs. Das Vorsehen der erfindungsgemäßen Senke sorgt dafür, dass die kritischen Verbraucher vorzugsweise ohne Unterbrechung mit Öl versorgt bzw. mit einem ausreichend hohen Öldruck beaufschlagt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch und im Schnitt die Ölversorgung im Zylinderkopf einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Einbaulage.
1 zeigt schematisch und im Schnitt die Ölversorgung im Zylinderkopf 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
Der Zylinderkopf 1 wird via Steigleitung 3, die zum Ölkreislauf 2 der Brennkraftmaschine gehört, mit aus einer nicht dargestellten Ölwanne stammendem Motoröl versorgt, wobei eine Pumpe das Öl im Ölkreislauf 2 fördert.
Die zum Ölkreislauf 2 gehörende Steigleitung 3 zweigt im nicht dargestellten Zylinderblock vom Ölkreislauf 2 ab und tritt an der Montageseite 1a in den Zylinderkopf 1 ein, wobei die Steigleitung 3 senkrecht zur Montageseite 1a und parallel zu den Zylindern des Zylinderkopfes 1 ausgerichtet ist. Die Steigleitung 3 ist geradlinig und kann daher mittels Bohren ausgebildet werden.
Die in den Zylinderkopf 1 führende Steigleitung 3 versorgt eine im Zylinderkopf 1 parallel zur Montageseite 1a und parallel zur Längsachse des Zylinderkopfes 1 verlaufende und zum Ölkreislauf 2 gehörende Ölleitung 4 mit Motoröl. Die Ölleitung 4 ist ebenfalls geradlinig und mittels Bohren ausgebildet, weshalb – wie im Übrigen am oberen Ende der Steigleitung auch – ein Verschluss 6 zur Abdichtung des zylinderkopfzugehörigen Ölkreislaufs 2 erforderlich und vorgesehen ist.
Zwischen der Steigleitung 3 und der Ölleitung 4 ist eine als Ölrückhaltebecken dienende Senke 5 vorgesehen. In der dargestellten Einbaulage, in welcher die Montageseite 1a gegenüber einer horizontalen Ebene um einen Winkel β = 0° geneigt ist, d. h. nicht geneigt ist, weist die Senke 5 einen Abschnitt auf, der geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Steigleitung 3 und geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Ölleitung 4. Dies gewährleistet die Rückhaltefunktion der Senke 5 gegen das schwerkraftgetriebene Ablaufen des Öls beim Abschalten der Brennkraftmaschine.
Insofern entleert sich die Ölleitung 4 beim Abschalten der Brennkraftmaschine nicht, so dass unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine der Öldruck in der Ölleitung 4 wieder erhöht, d. h. angehoben werden kann. Die von der Ölleitung 4 mit Motoröl zu versorgenden Verbraucher werden nach dem Starten der Brennkraftmaschine nahezu verzögerungsfrei mit Öl versorgt bzw. mit Öldruck beaufschlagt.
Vorliegend zweigen Versorgungskanäle 4a, 4b von der Ölleitung 4 ab, welche zu einer Nockenwellenlagerung und zu einem hydraulischen Ventilspielausgleich führen.
Die u-förmig ausgebildete Senke 5 verfügt über zwei schenkelartige Kanäle 5a, 5b, die via Mittelstück 5c miteinander verbunden sind.
Der auf Seiten der Steigleitung 3 angeordnete erste schenkelartige Kanal 5a weist einen Abschnitt auf, der geodätisch höher gelegen ist als der auf Seiten der Ölleitung 4 angeordnete zweite schenkelartige Kanal 5b.
Beide schenkelartigen Kanäle 5a, 5b sind als ursprünglich zur Montageseite 1a hin offene Kanäle 5a, 5b ausgeführt. Zur Ausbildung einer leckagefreien geschlossenen Senke 5 dienen der Zylinderblock und eine zwischen Zylinderkopf 1 und Zylinderblock vorgesehene Dichtung. Die schenkelartigen Kanäle 5a, 5b der Senke 5 sind vorliegend mittels Bohren ausgebildet worden.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
1a: Montageseite, Zylinderkopfboden
2: Ölkreislauf
3: Steigleitung
4: Ölleitung
4a: Versorgungskanal zur Nockenwellenlagerung
4b: Versorgungskanal zum hydraulischen Ventilspielausgleich
5: Senke
5a: erster schenkelartiger Kanal
5b: zweiter schenkelartiger Kanal
5c: Mittelstück
6: Verschluss
β: Winkel der Montageseite gegenüber einer horizontalen Ebene

Claims

Brennkraftmaschine mit – mindestens einem Zylinderkopf (1) mit mindestens einem Zylinder, – einem als obere Kurbelgehäusehälfte dienenden Zylinderblock zur Aufnahme einer Kurbelwelle in mindestens zwei Lagern, der mit dem mindestens einen Zylinderkopf (1) an einer Montageseite (1a) verbunden ist, – einer Pumpe zur Förderung von Motoröl zu den mindestens zwei Lagern, wobei die Pumpe unter Ausbildung eines Ölkreislaufs (2) via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt, und – einer zum Ölkreislauf (2) gehörenden Steigleitung (3), die in den Zylinderkopf führt und eine im Zylinderkopf verlaufende und zum Ölkreislauf (2) gehörende Ölleitung (4) mit Motoröl versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen der Steigleitung (3) und der Ölleitung (4) eine als Ölrückhaltebecken dienende Senke (5) im Zylinderkopf (1) angeordnet ist, welche in der Einbaulage der Brennkraftmaschine, in welcher die Montageseite (1a) gegenüber einer horizontalen Ebene um einen Winkel β geneigt ist, zumindest einen Abschnitt aufweist, der geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Steigleitung (3) und geodätisch tiefer gelegen ist als ein Abschnitt der Ölleitung (4).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als untere Kurbelgehäusehälfte dienende Ölwanne zum Sammeln des Motoröls angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe mit der Ölwanne zumindest verbindbar ist, um aus der Ölwanne stammendes Motoröl via Versorgungsleitung zu der Hauptölgalerie zu fördern.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Ölleitung (4) im Wesentlichen parallel zur Montageseite (1a) ausgerichtet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern, die entlang einer Längsachse des Zylinderkopfes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Ölleitung (4) im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Zylinderkopfes (1) ausgerichtet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Steigleitung (3) im Zylinderblock vom Ölkreislauf (2) abzweigt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Steigleitung (3) von der Hauptölgalerie abzweigt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Steigleitung (3) zur Ölwanne führt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Steigleitung (3) im Wesentlichen senkrecht zur Montageseite (1a) ausgerichtet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Steigleitung (3) im Wesentlichen parallel zu dem mindestens einen Zylinder des mindestens einen Zylinderkopfes (1) ausgerichtet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ölrückhaltebecken dienende Senke (5) einen u-förmigen Abschnitt aufweist, der über zwei schenkelartige Kanäle (5a, 5b) verfügt, die via Mittelstück (5c) miteinander verbunden sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf Seiten der Steigleitung (3) angeordneter erster schenkelartiger Kanal (5a) in der Einbaulage der Brennkraftmaschine einen Abschnitt aufweist, der geodätisch höher gelegen ist als ein auf Seiten der Ölleitung (4) angeordneter zweiter schenkelartiger Kanal (5b).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der zwei schenkelartigen Kanäle (5a, 5b) als ursprünglich zur Montageseite (1a) hin offener Kanal ausgebildet und zur Ausbildung einer leckagefreien Senke (5) verschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der zwei schenkelartigen Kanäle (5a, 5b) als ursprünglich zur Montageseite (1a) hin offener Kanal ausgebildet und zur Ausbildung einer leckagefreien Senke (5) unter Verwendung des Zylinderblocks und/oder einer Dichtung verschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Steigleitung (3), die zum Ölkreislauf (2) gehörende Ölleitung (4) und/oder mindestens einer der zwei schenkelartigen Kanäle (5a, 5b) der Senke (5) mittels Bohren ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ölkreislauf (2) gehörende Steigleitung (3), die zum Ölkreislauf (2) gehörende Ölleitung (4) und/oder mindestens einer der zwei schenkelartigen Kanäle (5a, 5b) der Senke (5) mittels Gießen ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der mindestens ein zumindest teilweise variabler Ventiltrieb angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölleitung (4) mindestens einen zumindest teilweise variablen Ventiltrieb mit Motoröl versorgt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölleitung (4) eine hydraulisch verstellbare Betätigungseinrichtung mindestens eines zumindest teilweise variablen Ventiltriebs mit Motoröl versorgt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der mindestens ein Zylinder mit einem hydraulischen Ventilspielausgleich ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölleitung (4) mindestens einen hydraulischen Ventilspielausgleich mit Motoröl versorgt.