DE102016225744A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102016225744A1
DE102016225744A1 DE102016225744.7A DE102016225744A DE102016225744A1 DE 102016225744 A1 DE102016225744 A1 DE 102016225744A1 DE 102016225744 A DE102016225744 A DE 102016225744A DE 102016225744 A1 DE102016225744 A1 DE 102016225744A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piston
lubricating oil
internal combustion
combustion engine
reciprocating internal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102016225744.7A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102016225744B4 (de
Inventor
Hong Zhang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Priority to DE102016225744.7A priority Critical patent/DE102016225744B4/de
Priority to PCT/EP2017/083100 priority patent/WO2018114701A1/de
Publication of DE102016225744A1 publication Critical patent/DE102016225744A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102016225744B4 publication Critical patent/DE102016225744B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/08Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/06Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/08Cooling of piston exterior only, e.g. by jets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P2003/006Liquid cooling the liquid being oil

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kolbens (21) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (20), die ein Schmierölsystem zur Schmierung und Kühlung aufweist, mit mindestens einer in einem Kurbelgehäuse (22) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Kolbenspritzdüse (15) der mittels einer elektrisch ansteuerbaren Schmierölpumpe (12) bei Bedarf Schmieröl (11) aus dem Schmierölsystem zugeführt wird. Die mindestens eine Kolbenspritzdüse (15)weist mindestens eine Austrittsöffnung (16) für das Schmieröl (11) auf, wobei die mindestens eine Austrittsöffnung (16) derart ausgerichtet ist, dass Schmieröl (11) auf die Unterseite des Kolbens (21) gespritzt wird. Die dem Kolben (21) zugeführte Menge an Schmieröl (11) wird in Abhängigkeit der aktuellen Oberflächentemperatur (T_OBK) des Kolbens (21) geregelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei den Kolben über eine Düseneinrichtung unter Druck stehendes Schmieröl zugeführt wird.
  • Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen wird im Zylinder die in Kraftstoff gebundene chemische Energie in Wärme umgewandelt. Ein Teil dieser Wärme wird vom Kolben in mechanische Arbeit umgewandelt und diese über das Pleuel auf die Kurbelwelle übertragen. Der Rest dieser Wärme wird teils mittels des Abgases abgeführt und teils durch Konvektion und Strahlung auf die den Brennraum begrenzenden Teile der Brennkraftmaschine übertragen. Insbesondere sind die Kolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, dabei in erster Linie der Kolbenboden als bewegliche Wand des Brennraumes sehr hohen Temperaturen ausgesetzt.
  • Bei hoch belasteten, modernen Brennkraftmaschinen mit immer steigenden spezifischen Leistungen, beispielsweise durch Downsizing und Aufladung kommt man dann in der Regel nicht mehr ohne besondere Kühlung der Kolben aus, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.
  • Zur Reduzierung der Kolbentemperatur ist es bekannt, eine Kühlfläche des Kolbens, meist die Unterseite des Kolbenbodens mittels des Schmieröls aus dem Schmierölkreislauf anzuspritzen. Hierzu sind im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine sog. Kolbenspritzdüsen gehäusefest angeordnet und mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden. Der aus den Kolbenspritzdüsen austretende Schmierölstrahl ist auf die Unterseite des Kolbenbodens gerichtet, so dass das Schmieröl Wärme aufnimmt und damit diese Stelle gekühlt wird. Ein solches Vorgehen wird im Allgemeinen als Anspritzkühlung bezeichnet.
  • Werden elektrisch schaltbare Kolbenspritzdüsen zur Anspritzkühlung verwendet, so werden diese in der Regel erst bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes für die Brennkraftmaschinentemperatur zum Anspritzen des Kolbens freigegeben. Die abgespritzte Menge an Schmieröl ist dabei abhängig von Last und Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine. Die dynamische Änderung der Temperatur auf der Kolbenoberfläche, insbesondere am Kolbenboden wird dabei nicht berücksichtigt. Dies führt dazu, dass bei Wiedereinsetzen der Kraftstoffeinspritzung nach einer Schubabschaltungsphase die Kolbenoberfläche sofort durch den Kraftstoff gekühlt wird, bevor sie die maximal erlaubte Temperatur erreicht hat. Somit wird vorhandenes Potential hinsichtlich Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen nicht vollständig ausgeschöpft. Auch wird bei bekannten Systemen der Schmieröldruck durch entsprechende Ansteuerung der Schmierölpumpe bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht, ohne dass dabei die dynamische Temperaturänderung der Kolbenoberfläche berücksichtigt wird.
  • Die DE 10 2004 017 909 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Kühlung von zumindest einem Kolben einer Brennkraftmaschine mittels einer Schmierölpumpe, welche Öl aus dem Schmierölkreislauf jeden Kolben über jeweils eine, eine Austrittsöffnung aufweisende Zuführleitung zumindest bodenseitig zuführt, wobei die Ölzufuhr über zumindest ein Ventil erfolgt. Hierbei wird entweder eine Schmierölpumpe oder ein Magnetventil lastabhängig gesteuert. Eine Steuereinheit gewährleistet, dass die Schmierölpumpe zur Bereitstellung eines variablen Druckes im Schmierölkreislauf bei unterschiedlichen Betriebszuständen lastabhängig geregelt wird, wobei ein Rückschlagventil eine Zuführung von Schmieröl erst ab einem definierten Druck im Schmierölkreislauf zulässt. Bei einer anderen Variante ist das Ventil ein steuerbares Magnetventil, welches von der Steuereinheit lastabhängig gesteuert wird. Zudem kann das Magnetventil zusätzlich in Abhängigkeit von der Motortemperatur, der Motordrehzahl und/oder der Schmieröltemperatur angesteuert werden.
  • Aus der DE 10 2005 006 054 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine bekannt, welche ein Schaltventil zur Steuerung der Ölmenge zur Kühlung des Kolbens aufweist, wobei das Schaltventil die Vorrichtung zur Kühlung des Kolbens betriebspunktabhängig steuert. Das Schaltventil wird von einem Steuergerät angesteuert, welches Betriebsparameter wie z. B. die Drehzahl, die Last, die Kühlmitteltemperatur, die Öltemperatur und/oder die hydraulische Anforderung als Eingangswert erhält. Hieraus errechnet das Steuergerät die Öffnungszeiten des Schaltventils. Aus den Betriebsparametern ermittelt das Steuergerät den Kühlbedarf und veranlasst das Schaltventil intermittierend zu öffnen. Allerdings schließt das Schaltventil nicht bei höchster Belastung des Kolbens, vielmehr ist das Schaltventil dauernd geöffnet. Das Schaltventil wird geschlossen, wenn an einer anderen Stelle der Hubkolbenmaschine ein vorübergehend erhöhter Ölbedarf vom Steuergerät für ein hydraulisch zu betätigendes Element, beispielsweise für einen Nockenwellenversteller festgestellt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das bzw. die auf effektive Weise eine bedarfsgerechte Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Kühlen eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die ein Schmierölsystem zur Schmierung und Kühlung aufweist, mit mindestens einer in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Kolbenspritzdüse der mittels einer elektrisch ansteuerbaren Schmierölpumpe bei Bedarf Schmieröl aus dem Schmierölsystem zugeführt wird. Die mindestens eine Kolbenspritzdüse weist mindestens eine Austrittsöffnung für das Schmieröl auf, wobei die mindestens eine Austrittsöffnung derart ausgerichtet ist, dass Schmieröl auf die Unterseite des Kolbens gespritzt wird. Die dem Kolben zugeführte Menge an Schmieröl wird in Abhängigkeit der aktuellen Oberflächentemperatur des Kolbens geregelt.
  • Durch Berücksichtigung der während des Betriebes der Hubkolbenbrennkraftmaschine auftretenden Änderung der Temperatur der Kolbenoberfläche, auch als sogenannte dynamische Kolbenoberflächentemperatur bezeichnet, kann die Anspritzung des Kolbens mit Schmieröl und damit die Kühlung des Kolbens derart erfolgen, dass er mit maximal erlaubter Temperatur betrieben werden kann, ohne dass einerseits thermische Schäden am Kolben auftreten und anderseits ein wirtschaftlicher Betrieb hinsichtlich hohem Wirkungsgrad und geringen Emissionen möglich ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird eine stationäre Oberflächentemperatur des Kolbens mit Hilfe einer Modellbildung auf der Basis von Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine ermittelt. Dadurch kann auf einen Temperatursensor verzichtet werden, welcher ohnehin nicht die Temperatur des Kolbens direkt erfassen könnte, sondern nur mittelbar an einem stationären Motorteil in der Nähe des Kolbens, was wiederum ungenaue Ergebnisse liefern würde.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Betriebsparameter eine Drehzahl, ein induziertes Drehmoment, eine Kühlmitteltemperatur der Hubkolbenbrennkraftmaschine, sowie eine Erwärmungszeitkonstante herangezogen werden, wobei letztere in Abhängigkeit der Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine gewählt ist.
  • Da diese Betriebsparameter ohnehin in der Steuerungseinrichtung für andere Steuer- und/oder Regelungsstrategien vorhanden sind, sind, ergibt sich ein einfaches Verfahren ohne den Bedarf von zusätzlicher Sensorik.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgastalung des Verfahrens wird dem Kolben nur Schmieröl zur Kühlung zugeführt, wenn die stationäre Oberflächentemperatur des Kolbens einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. So kann ansonsten aufzuwendende Energie für die Schmierölpumpe und der Kolbenspritzdüse in Betriebspunkten geringer Last und/oder Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine vermieden werden.
  • Durch Verwendung eines Korrekturtermes, der abhängig von der abgespritzten Menge an Schmieröl pro Zyklus und der Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine gewählt ist, wird die stationäre Oberflächentemperatur des Kolbens korrigiert, wodurch dynamische Einflüsse berücksichtigt werden und eine genaue Dosierung hinsichtlich Menge und Druck des abzuspritzenden Schmieröls ermöglicht wird.
  • Ein besonders effektives Verfahren ergibt sich, wenn die Menge an Schmieröl, mit welcher der Kolben angespritzt wird, mittels eines Reglers derart geregelt wird, dass die Abweichung zwischen dem Wert der aktuellen Oberflächentemperatur des Kolbens und dem Schwellenwert den Wert Null annimmt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird dann, wenn die geforderte Menge an Schmieröl pro Zyklus bei hoher Drehzahl und hoher Last der Hubkolbenbrennkraftmaschine beim aktuellen Schmieröldruck nicht realisiert werden kann, um den Schwellenwert einzuhalten, über den Regler zusätzlich der Schmieröldruck passend zum Mengenbedarf angehoben wird. So kann eine optimale Kühlung des Kolbens erreicht werden, ohne dass dabei der Schwellenwert überschritten wird.
  • Wird eine Kolbenspritzdüse mit mehreren Austrittsöffnungen verwendet, so ist es vorteilhaft, dass unterschiedliche Teilbereiche der Unterseite des Kolbens angespritzt werden. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßigere Wärmeabfuhr von der Kolbenoberfläche und sogenannte hotspots können vermieden werden.
  • Sollen Kolben gekühlt werden, welche an deren Unterseite Kühlkanäle aufweisen, die in das Innere der Kolben führen, so ist es vorteilhaft dass die Austrittsöffnungen der Kolbenspritzdüsen derart ausgerichtet sind, dass Schmieröl auf und in die Eingänge dieser Kühlkanäle gespritzt wird. So ergibt sich eine sehr effektive Kühlung des Kolbens
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine und
    • 2 ein Ablaufdiagramm zum Betreiben der Vorrichtung.
  • Die 1 zeigt in Prinzipdarstellung eine Vorrichtung 10 zur Kühlung eines innerhalb eines Zylinders angeordneten Kolbens 21 einer nur teilweise dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine 20. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 weist ein Kurbelgehäuse 22 auf, das eine Kurbelwelle 23 aufnimmt und auch eine Pleuelstange 24, welche mit dem Kolben 21 gekoppelt ist, so dass die Auf- und Abbewegung des Kolbens 21 in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle 23 umgewandelt wird.
  • Das Kurbelgehäuse 22 ist teilweise mit Schmieröl 11, meist als Motoröl bezeichnet, befüllt. Eine elektrisch angetriebene Schmierölpumpe 12 saugt mittels einer Saugleitung 13 das Schmieröl 11 aus einer, einen Teil des Kurbelgehäuses 22 bildenden Ölwanne 25 an und versorgt über eine an der Druckseite der Schmierölpumpe 12 angeschlossene Zuführleitung 14 den Kolben 21 zwecks Kühlung mit Schmieröl 11. Hierzu ist in der Zuführleitung 14 eine als Schaltventil wirkende, elektrisch betätigbare Kolbenspritzdüse 15 angeordnet. Mittels der Kolbenspritzdüse 15 kann der Schmierölfluss in der Zuführleitung 14 freigegeben oder unterbunden werden. Die Kolbenspritzdüse 15 ist dabei ortsfest innerhalb des Kurbelgehäuses 22 derart angeordnet, dass bei der Bewegung des Kolbens 21 zwischen den beiden Extremstellungen - oberer Totpunkt und unterer Totpunkt - Schmieröl 11 bei aktivierter Schmierölpumpe und in Offenstellung befindlicher Kolbenspritzdüse 15 Schmieröl auf die Unterseite des Kolbenbodens gespritzt wird. Die Kolbenspritzdüse weist hierzu eine Austrittsöffnung 16 für das Schmieröl 11 auf.
  • Zur Erhöhung der Kühlwirkung kann die Kolbenspritzdüse 15 auch mehrere, insbesondere zwei Austrittsöffnungen 16 aufweisen, so dass die einzelnen Spritzstrahlen aus den einzelnen Austrittsöffnungen 16 verschiedene Bereiche der Unterseite des Kolbenbodens erreichen. Weist der Kolben 21 Kühlkanäle auf, so kann vorgesehen sein, dass die oder mehrere der Austrittsöffnungen 16 der Kolbenspritzdüse 15 unmittelbar auf den Eingang eines solchen Kühlkanales gerichtet ist. Dadurch kann die Kühlwirkung weiter erhöht werden. Zum Steuern der Schmierölmenge und damit zur Steuerung der abgeführten Wärmemenge ist die Schmierölpumpe 12 als sog. vollvariable Schmierölpumpe ausgestaltet, deren Druck annähernd beliebig geregelt bzw. gesteuert werden kann.
  • In der 1 ist nur ein einziger Kolben 21 der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 dargestellt. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 kann aber auch mehrere Zylinder mit je einem Kolben aufweisen, wobei für jeden Kolben eine eigene Kolbenspritzdüse vorgesehen ist, die vorzugsweise von einer einzigen Schmierölpumpe versorgt werden. Es kann aber auch jeder der Kolbenspritzdüsen eine eigene Schmierölpumpe zugeordnet sein.
  • Zur Steuerung und oder Regelung der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 ist eine elektronische Steuerungseinrichtung (ECU, electronic control unit) 30 vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung 30 enthält eine Recheneinheit (Prozessor) 31, die mit einem Programmspeicher 32 und einem Wertespeicher 33 (Datenspeicher) gekoppelt ist. Die Recheneinheit 31, der Programmspeicher 32 und der Wertespeicher 33 können jeweils ein oder mehrere mikroelektronische Bauelemente umfassen. Alternativ können diese Komponenten teilweise oder vollständig in einem einzigen mikroelektronischen Bauteil integriert sein. In dem Programmspeicher 32 bzw. den Wertespeicher 33 sind Programme bzw. Werte abgespeichert, die für den Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 nötig sind. Insbesondere ist in dem Programmspeicher 32 ein Verfahren FKT_KÜHL zum Kühlen des Kolbens 21 implementiert, das während des Betriebes der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 von der Recheneinheit 31 abgearbeitet wird, wie es anhand der Beschreibung von 2 noch näher erläutert wird.
  • Der Steuerungseinrichtung 30 sind mehrere Sensoren zugeordnet, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch davon abgeleitete Größen. Die Steuerungseinrichtung 30 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen und/oder der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
  • Die Sensoren sind beispielsweise ein Luftmassenmesser oder ein Saugrohrdrucksensor 26, der ein Lastsignal L liefert, ein Temperatursensor 27, der ein die Temperatur der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 repräsentierendes Signal, in der Regel die Kühlmitteltemperatur TKW der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 liefert und ein Kurbelwellenwinkelsensor 28, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, den dann eine Drehzahl N zugeordnet wird. Die Signale von weiteren, nicht explizit dargestellten Sensoren, welche für den Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 und seiner Nebenaggregate nötig sind, sind allgemein mit dem Bezugszeichen ES bezeichnet.
  • Die Stellglieder sind beispielsweise die elektrisch ansteuerbare Schmierölpumpe 12 und die elektrisch ansteuerbare Kolbenspritzdüse 15. Die Signale für weitere, nicht explizit dargestellte Stellglieder, die zum Betreiben der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 und seiner Nebenaggregate nötig sind, sind allgemein mit dem Bezugszeichen AS bezeichnet.
  • Die 2 zeigt in Form eines Ablaufdiagramms ein Verfahren FKT_KÜHL zum Kühlen eines Kolbens 21 +einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 20, das von der Steuerungseinrichtung 30 ausgeführt wird.
  • Das Verfahren wird in einem Schritt S1 gestartet, wobei dieser Zeitpunkt zeitnah zum Start der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 erfolgt.
  • In einem Schritt S2 wird eine stationäre Kolbenoberflächentemperatur T_OBK_STAT ermittelt. Dies geschieht vorzugsweise mittels einer Modellbildung unter Heranziehung der Drehzahl N der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20, dem induzierten Drehmoment der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 und der Kühlmitteltemperatur TKW der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20. Diese Parameter sind ohnehin in der Steuerungseinrichtung 30 für andere Steuer- und/oder Regelungsstrategien vorhanden. Des Weiteren wird bei der Ermittlung der stationären Kolbenoberflächentemperatur T_OBK_STAT noch eine Erwärmungszeitkonstante ZK mit einbezogen, welche abhängig von der Drehzahl N in dem Wertespeicher 33 der Steuerungseinrichtung 30 abgelegt ist.
  • Es gilt: dT_OKB / dt = ( T_OBK_STAT T_OBK ) / ZK
    Figure DE102016225744A1_0001
  • In einem Schritt S3 wird geprüft, ob die stationäre Oberflächentemperatur T_OBK_STAT des Kolbens 21 einen vorgegebenen Schwellenwert T_OBK_SW überschreitet. Dieser Schwellenwert T_OBK_SW gibt den maximal zulässigen Temperaturwert wieder, der nicht überschritten werden darf, da ansonsten Schädigungen oder gar Zerstörungen des Kolbens 21 zu erwarten sind. Er ist in erster Linie abhängig von der konstruktiven Gestaltung und dem Material des Kolbens 21 und wird entweder vom Hersteller vorgegeben oder empirisch ermittelt und ist in dem Wertespeicher 33 der Steuerungseinrichtung 30 hinterlegt.
  • Ergibt die Abfrage im Schritt S3 ein negatives Ergebnis, d.h. die stationäre Oberflächentemperatur T_OBK_STAT des Kolbens 21 liegt unterhalb des genannten Schwellenwertes T_OBK_SW, so ist zu diesem Zeitpunkt eine Kühlung des Kolbens 21 nicht nötig und das Verfahren verzweigt- gegebenenfalls nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeitdauer T_WAIT- zu dem Schritt S2 zurück.
  • Hat aber die stationäre Oberflächentemperatur T_OBK des Kolbens 21 den Schwellenwert T_OBK_SW erreicht oder liegt er darüber, so ist eine Kühlung des Kolbens 21 notwendig und in einem nachfolgenden Schritt S4 wird über entsprechende elektrische Signale der Steuerungseinrichtung 30 die Schmierölpumpe 12 eingeschaltet und die Kolbenspritzdüse 15 in eine Offenstellung geschaltet, so dass Schmieröl 11 auf die Unterseite des Kolbens 21 gespritzt wird. Dadurch führt das Schmieröl 11 einen Teil der am Kolben 21 vorhanden Wärme ab und die Temperatur am Kolben 21 sinkt.
  • Da sich die Oberflächentemperatur T_OBK am Kolben 21 während des Betriebes der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 und durch aktive Schmierölanspritzung des Kolbens 21 ändert, wird im einen Schritt S5 die stationäre Kolbenoberflächentemperatur T_OBK_STAT abhängig von der abgespritzten Menge an Schmieröl 11 pro Zyklus und der Drehzahl N der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 mit einem Temperaturwert delta_T_ÖL korrigiert: T_OBK_STAT_KORR = T_OBK_STAT delta_T_ÖL
    Figure DE102016225744A1_0002
  • Die Menge an Schmieröl 11, mit welcher der Kolben 21 angespritzt wird, wird mittels eines Reglers, vorzugsweise mittels eines PID-Reglers geregelt, damit die Abweichung zwischen dem Wert der aktuellen Oberflächentemperatur T_OBK des Kolbens 21 und dem gerade noch zulässigen Wert für die Temperatur, d.h. dem Schwellenwert T_OBK_SW, den Wert Null annimmt (Schritt S6).
  • Wenn die geforderte Menge an Schmieröl 11 pro Zyklus bei hoher Drehzahl N und hoher Last L der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 beim aktuellen Schmieröldruck nicht realisiert werden kann, um den Schwellenwert T_OBK_SW einzuhalten, wird über den Regler zusätzlich der Schmieröldruck passend zum Mengenbedarf angehoben. Dies geschieht durch entsprechende Ansteuerung der Schmierölpumpe 12 mittels Steuersignalen der Steuerungseinrichtung 30.
  • Bei einem Lastwechsel der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 braucht die Kolbenoberflächentemperatur T_OBK je nach Drehzahl N etwa 2-20 Sekunden, bis sich die neu eingestellte Temperatur einstellt.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Vorrichtung zur Kühlung des Kolbens
    11
    Schmieröl
    12
    elektrisch angetriebene Schmierölpumpe
    13
    Saugleitung
    14
    Zuführleitung
    15
    Kolbenspritzdüse
    16
    Austrittsöffnung
    20
    Hubkolbenbrennkraftmaschine
    21
    Kolben
    22
    Kurbelgehäuse
    23
    Kurbelwelle
    24
    Pleuelstange
    25
    Ölwanne
    26
    Saugrohrdrucksensor/Luftmassenmesser
    27
    Temperatursensor
    28
    Kurbelwellenwinkelsensor
    30
    Steuerungseinrichtung
    31
    Recheneinheit, Prozessor
    32
    Programmspeicher
    33
    Datenspeicher, Wertespeicher
    AS
    Ausgangssignale
    ES
    Eingangssignale
    L
    Lastsignal
    N
    Drehzahl
    FKT_KÜHL
    Funktion zum Kühlen der Kolben
    TKW
    Kühlmitteltemperatur
    S1-S6
    Verfahrensschritt
    T_OBK
    Oberflächentemperatur des Kolbens
    T_OBK_STAT
    stationäre Oberflächentemperatur des Kolbens
    T_OBK_SW
    Schwellenwert für Oberflächentemperatur des Kolbens
    delta_T_ÖL
    Korrekturterm
    ZK
    Zeitkonstante
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004017909 A1 [0006]
    • DE 102005006054 A1 [0007]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Kühlen eines Kolbens (21) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (20), die ein Schmierölsystem zur Schmierung und Kühlung aufweist, mit mindestens einer in einem Kurbelgehäuse (22) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Kolbenspritzdüse (15) der mittels einer elektrisch ansteuerbaren Schmierölpumpe (12) bei Bedarf Schmieröl (11) aus dem Schmierölsystem zugeführt wird und die mindestens eine Kolbenspritzdüse (15) mindestens eine Austrittsöffnung (16) für das Schmieröl (11) aufweist, wobei die mindestens eine Austrittsöffnung (16) derart ausgerichtet ist, dass Schmieröl (11) auf die Unterseite des Kolbens (21) gespritzt wird, und die dem Kolben (21) zugeführte Menge an Schmieröl (11) in Abhängigkeit der aktuellen Oberflächentemperatur (T_OBK) des Kolbens (21) geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine stationäre Oberflächentemperatur (T_OBK_STAT) des Kolbens (21) mit Hilfe einer Modellbildung auf der Basis von Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter eine Drehzahl (N), ein induzierte Drehmoment (MDi), eine Kühlmitteltemperatur (TKW) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20), sowie eine Erwärmungszeitkonstante (ZK) herangezogen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungszeitkonstante (ZK) in Abhängigkeit der Drehzahl (N) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) gewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (21) Schmieröl (11) zugeführt wird, wenn die stationäre Oberflächentemperatur (T_OBK_STAT) des Kolbens (21) einen vorgegebenen Schwellenwert (T_OBK_SW) überschreitet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Oberflächentemperatur (T_OBK_STAT) des Kolbens (21) abhängig von der abgespritzten Menge an Schmieröl (11) pro Zyklus und der Drehzahl (N) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) mittels eines Temperaturwertes (delta_T_ÖL) korrigiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Schmieröl (11), mit welcher der Kolben (21) angespritzt wird, wird mittels eines Reglers geregelt wird, so dass die Abweichung zwischen dem Wert der aktuellen Oberflächentemperatur (T_OBK) des Kolbens (21) und dem Schwellenwert (T_OBK_SW) den Wert Null annimmt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die geforderte Menge an Schmieröl (11) pro Zyklus bei hoher Drehzahl (N) und hoher Last (L) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) beim aktuellen Schmieröldruck nicht realisiert werden kann, um den Schwellenwert (T_OBK_SW) einzuhalten, über den Regler zusätzlich der Schmieröldruck passend zum Mengenbedarf angehoben wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kolbenspritzdüse (15) mit mehreren Austrittsöffnungen (16) unterschiedliche Teilbereiche der Unterseite des Kolbens angespritzt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Teilbereiche Eingänge von Kühlkanälen an der Unterseite des Kolbens (21) darstellen.
  11. Vorrichtung zum Kühlen eines Kolbens (21) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (20), die ein Schmierölsystem zur Schmierung und Kühlung aufweist, mit mindestens einer in einem Kurbelgehäuse (22) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Kolbenspritzdüse (15) der mittels einer elektrisch ansteuerbaren Schmierölpumpe (12) bei Bedarf Schmieröl (11) aus dem Schmierölsystem zugeführt wird und die mindestens eine Kolbenspritzdüse (15) mindestens eine Austrittsöffnung (16) für das Schmieröl (11) aufweist, und die mindestens eine Austrittsöffnung (16) derart ausgerichtet ist, dass Schmieröl (11) auf die Unterseite des Kolbens (21) gespritzt wird, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 durchzuführen.
DE102016225744.7A 2016-12-21 2016-12-21 Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine Active DE102016225744B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016225744.7A DE102016225744B4 (de) 2016-12-21 2016-12-21 Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine
PCT/EP2017/083100 WO2018114701A1 (de) 2016-12-21 2017-12-15 Verfahren und vorrichtung zur kühlung eines kolbens einer hubkolbenbrennkraftmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016225744.7A DE102016225744B4 (de) 2016-12-21 2016-12-21 Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102016225744A1 true DE102016225744A1 (de) 2018-06-21
DE102016225744B4 DE102016225744B4 (de) 2018-07-12

Family

ID=60955011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016225744.7A Active DE102016225744B4 (de) 2016-12-21 2016-12-21 Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016225744B4 (de)
WO (1) WO2018114701A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022118088A1 (de) 2022-07-19 2024-01-25 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Kühlsystem für einen Gasmotorkolben, Gasmotor, Kühlverfahren für einen Gasmotorkolben

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10590830B1 (en) * 2018-10-23 2020-03-17 GM Global Technology Operations LLC Internal combustion engine including piston cooling jets
CN109779732B (zh) * 2019-01-25 2020-03-10 潍柴动力股份有限公司 活塞冷却喷嘴及其与活塞对中检查方法
US11939904B2 (en) 2022-02-18 2024-03-26 Caterpillar Inc. Optimized piston temperature control in gaseous fuel hydrogen engine system
CN114776433A (zh) * 2022-04-14 2022-07-22 中国第一汽车股份有限公司 活塞冷却喷嘴的控制方法、控制装置及电子装置
CN114622978A (zh) * 2022-04-22 2022-06-14 广西玉柴船电动力有限公司 一种活塞冷却喷钩及控制方法
CN114810323B (zh) * 2022-05-23 2023-05-23 潍柴动力股份有限公司 一种电控活塞冷却喷嘴的控制方法、装置、车辆及存储介质
CN115614139B (zh) * 2022-09-28 2024-09-03 上汽通用五菱汽车股份有限公司 活塞冷却控制方法、装置和计算机设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004017909A1 (de) 2004-04-13 2005-11-10 Bayerische Motoren Werke Ag Vorrichtung zur Kühlung von zumindest einem Kolben einer Brennkraftmaschine
DE102005006054A1 (de) 2005-02-10 2006-08-31 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Kolbenkühlvorrichtung
DE102007003245A1 (de) * 2006-01-27 2007-09-13 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Verfahren zum Entwerfen eines Motorkomponenten-Temperaturschätzers
DE102013219860A1 (de) * 2012-10-04 2014-06-12 Ford Global Technologies, Llc Ansatz zum Steuern des Betriebs von Öleinspritzdüsen
DE102014203930A1 (de) * 2013-03-07 2014-09-11 Ford Global Technologies, Llc System und Verfahren zum Kühlen von Kraftmaschinenkolben

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0835425A (ja) * 1994-07-25 1996-02-06 Hino Motors Ltd ピストンクーリングノズル
JP2002147236A (ja) * 2000-11-16 2002-05-22 Daihatsu Motor Co Ltd 筒内噴射式内燃機関のピストン頂面温度制御方法
JP4599785B2 (ja) * 2001-09-25 2010-12-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のピストン温度制御装置
JP2012145021A (ja) * 2011-01-11 2012-08-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd エンジンの冷却装置
JP2014211128A (ja) * 2013-04-19 2014-11-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
DE102014219995A1 (de) * 2014-10-02 2016-04-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Kühlung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine und Steuergerät
DE102015007455B4 (de) * 2015-06-05 2018-10-31 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Verringerung oder Deaktivierung einer Kolbenkühlung in Abhängigkeit von einer modellierten Kolbentemperatur sowie entsprechende Brennkraftmaschine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004017909A1 (de) 2004-04-13 2005-11-10 Bayerische Motoren Werke Ag Vorrichtung zur Kühlung von zumindest einem Kolben einer Brennkraftmaschine
DE102005006054A1 (de) 2005-02-10 2006-08-31 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Kolbenkühlvorrichtung
DE102007003245A1 (de) * 2006-01-27 2007-09-13 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Verfahren zum Entwerfen eines Motorkomponenten-Temperaturschätzers
DE102013219860A1 (de) * 2012-10-04 2014-06-12 Ford Global Technologies, Llc Ansatz zum Steuern des Betriebs von Öleinspritzdüsen
DE102014203930A1 (de) * 2013-03-07 2014-09-11 Ford Global Technologies, Llc System und Verfahren zum Kühlen von Kraftmaschinenkolben

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022118088A1 (de) 2022-07-19 2024-01-25 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Kühlsystem für einen Gasmotorkolben, Gasmotor, Kühlverfahren für einen Gasmotorkolben

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016225744B4 (de) 2018-07-12
WO2018114701A1 (de) 2018-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016225744B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE102010019987B4 (de) Einspritzungs-Vorverstellung zur Kolbenkühlung in Motoren mit Funkenzündung und Direkteinspritzung
DE4000220C2 (de)
WO2010003754A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur diagnose einer kühlmittelpumpe für eine brennkraftmaschine
DE102005020686B4 (de) Verfahren und Vorrichung zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine
DE19835045A1 (de) Mehrzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Fremdzündung
DE112012005684T5 (de) Verbrennungsmotor-Steuersystem
DE102016222044B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Öltemperatur in einer Brennkraftmaschine
DE102016110516A1 (de) Controller für eine Dieselmaschine
DE10129421A1 (de) Anordnung und Verfahren zur Bestimmung der Öltemperatur beim Start eines Motors
DE102014102410B4 (de) Verfahren zum steuern eines kühlsystems eines mit einem start-stopp-system ausgestatteten motors
DE102016224919B4 (de) Kraftstoffeinspritzsystem, Kraftstoffeinspritzungssteuervorrichtung und -verfahren
DE112017002955B4 (de) Auslassrohrtemperaturabschätzvorrichtung und Sensorheizvorrichtungssteuereinrichtung für einen Abgassensor, die die Auslassrohrtemperaturabschätzvorrichtung verwendet
DE102020106569A1 (de) Methodik der abbremszylinderabschaltung (dcco) mit verbessertem egr
DE102017113019A1 (de) Verfahren zur steuerung des variablen öldrucks auf eine kolbenspritzvorrichtung anhand der kolbentemperatur
DE112008000617B4 (de) Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor
DE112015006302T5 (de) Verfahren und vorrichtung zum steuern des betriebs einer brennkraftmaschine
DE102010033783B4 (de) System für eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung zur Schwankungsverringerung
EP0368954B1 (de) Steuersystem für eine dieselbrennkraftmaschine
DE19724249B4 (de) Ansaugregelgerät und -verfahren für einen Motor
DE102012113207B4 (de) System und Verfahren zur Kühlung eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs zu Verbesserung der Vorheizleistung beim Anschalten des Verbrennungsmotors
DE102010000462A1 (de) Kraftstoffdrucksteuervorrichtung
EP0659990B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
DE10119786A1 (de) Verfahren zum Bestimmen der Öltemperatur in einer Brennkraftmaschine
DE102015007455B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Verringerung oder Deaktivierung einer Kolbenkühlung in Abhängigkeit von einer modellierten Kolbentemperatur sowie entsprechende Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, 30165 HANNOVER, DE