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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf einen Verbrennungsmotor mit einer Ölerwärmung mit gerichteter Zerstäubung im Zylinderkopf.
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HINTERGRUND
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Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
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Verbrennungsmotoren mit einer aktiven Ölerwärmung nutzen die Abgasenergie, die auf das Kühlmittel übertragen wird, um die Abwärmeenergie auf das Motoröl zu verteilen und so die Aufwärmrate des Motors zu erhöhen. Die Viskosität des erwärmten Öls nimmt ab und die innere Motorreibung wird schneller reduziert. Herkömmliche Mittel sind das Leiten des erwärmten Motorkühlmittels zu einem Öl-/Kühlmittel-Wärmetauscher. Obwohl sich dies als effektiv erwiesen hat, wird bei der Erwärmung aller Kanäle vom Abgaskühlkern zum Kühlmittel-/Öl-Wärmetauscher Energie verschwendet. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein verbessertes Verfahren zur Ölerwärmung vorzusehen, um einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad und eine Reduzierung der Reibung zu erreichen.
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KURZDARSTELLUNG
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Dieser Teil stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine vollständige Offenbarung des vollen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
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Die vorliegende Offenbarung nutzt einen Teil der Schmierölzufuhr zum Zylinder und spritzt ihn auf die Oberseite des Abgaskühlmantels im Zylinderkopf, wodurch das Öl erwärmt wird. Alternativ kann ein Teil des Abgaskühlmantels entfernt werden, sodass die Wärme des Abgases direkt durch eine einzelne Gusswand anstelle eines Zwischenkühlmittelmantels auf das Öl übertragen werden kann.
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Ein Verbrennungsmotor beinhaltet einen Motorblock mit einer Vielzahl von Zylindern. Ein Zylinderkopf ist am Motorblock montiert und beinhaltet Ein- und Auslasskanäle in Verbindung mit der Vielzahl von Zylindern. Eine Zylinderkopfabdeckung ist am Zylinderkopf montiert und definiert einen Hohlraum zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfabdeckung. Ein Ölkanal ist im Hohlraum angeordnet und beinhaltet mindestens einen Ölstrahl zum Versprühen von Öl auf eine durch die Auslasskanäle erwärmte Oberfläche des Zylinderkopfes.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen ausschließlich zum Veranschaulichen und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich dem Veranschaulichen ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
- 1 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einem Ölerwärmungssystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine schematische Ansicht der Öldüsen innerhalb der Zylinderkopfabdeckung zum Aufsprühen von Öl auf den Zylinderkopf gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist eine schematische Ansicht der Öldüsen innerhalb der Zylinderkopfabdeckung zum Aufsprühen von Öl auf den Zylinderkopf gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkopfes und Ventiltriebs mit einem Ölkanal, der Öl zu den Nockenlagern fördert, und einem Steuerventil, das die Ölzufuhr zu einer Vielzahl von Öldüsen steuert.
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Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen beziehen sich auf die gleichen Teile.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
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Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
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Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
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Wenn Elemente oder Ebenen als „an/auf, „in Verbindung mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer Ebene beschrieben werden, können sie entweder direkt mit anderen Elementen oder Ebenen in Verbindung stehen oder gekoppelt sein oder es können zwischenliegende Elemente oder Ebenen vorhanden sein. Wenn ein Element im Gegenzug als „direkt an/auf“, „direkt in Verbindung mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ anderen Elementen oder Ebenen beschrieben wird, sind ggf. keine zwischenliegenden Elemente oder Ebenen vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
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Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe, wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hier verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird eindeutig durch den Kontext angegeben. Somit könnte ein weiter unten erörtertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
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Raumbezogene Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Ausrüstung zu anderen Elementen oder Eigenschaften, wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Räumlich relative Begriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren dargestellten Orientierung zu umspannen. Wird beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, würden Elemente, die als „unterhalb“ von oder „unter“ anderen Elementen oder Eigenschaften beschrieben werden, dann „oberhalb“ anderer Elemente oder Eigenschaften ausgerichtet sein. Daher kann der Beispielbegriff „unterhalb“ sowohl eine Orientierung von oberhalb als auch von unterhalb beinhalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in andere Richtungen) und die hierin verwendeten räumlich bezogenen Schlagworte können dementsprechend interpretiert werden.
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Mit Bezug auf 1 ist eine Motoranordnung 10 dargestellt, die eine Motorstruktur 12, eine Kurbelwelle 14, einen Kolben 16 und eine Ventiltriebanordnung 18 beinhaltet. Die Motorstruktur 12 beinhaltet einen Motorblock 20, einen mit dem Motorblock 20 gekoppelten Zylinderkopf 22 und eine mit dem Zylinderkopf 22 gekoppelte Zylinderkopfabdeckung 24. Der Motorblock 20 beinhaltet Zylinderbohrungen 26, welche die Kolben 16 aufnehmen. Der Zylinderkopf 22 arbeitet mit dem Motorblock 20 zusammen, um eine Brennkammer 28 zu definieren. Der Zylinderkopf 22 kann zusätzlich die Einlass- und Auslassöffnungen 30, 32 in Verbindung mit den Brennkammern 28 definieren. Es versteht sich, dass die vorliegenden Beschreibungen für jede beliebige Anzahl von Kolben-Zylinder-Anordnungen und eine Vielzahl von Motorkonfigurationen gelten, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, V-Motoren, Reihenmotoren und horizontal gegenüberliegende Motoren, sowie beide obenliegenden Nockenwellenkonfigurationen und Blocknockenwellen-Konfigurationen.
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Die Zylinderkopfabdeckung 24 ist am Zylinderkopf 22 montiert und definiert einen Hohlraum 40 zwischen dem Zylinderkopf 22 und der Zylinderkopfabdeckung 24.
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Die Ventiltriebanordnung 18 kann Einlass- und Auslassnockenwellen 42, 44, Einlassventile 46 in den Einlassöffnungen 30, Auslassventile 48 in den Auslassöffnungen 32, Einlassventilhubmechanismen 50 und Auslassventilhubmechanismen 52 beinhalten. Die Einlass- und Auslassnockenwellen 42, 44 können an der Motorstruktur 12, genauer gesagt am Zylinderkopf 22, drehbar gelagert sein. Die Einlassnockenwelle 42 kann Einlassnocken 54 und die Auslassnockenwelle 44 Auslassnocken 56 beinhalten. Die Einlassventilhubmechanismen 50 können mit den Einlassklappen 54 und die Einlassventile 46 und die Auslassventilhubmechanismen 52 können mit den Auslassklappen 56 und den Auslassventilen 48 in Eingriff gebracht werden. Der Zylinderkopf 22 beinhaltet einen Kühlmittelmantel mit Kühlmittelkanälen 60 darin.
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Ein Ölerwärmungssystem beinhaltet einen Ölkanal 62, der im Hohlraum 40 angeordnet ist. Der Ölkanal 62 kann eine Vielzahl von Düsen 64 beinhalten, um einen Ölstrom S auf eine Oberfläche des Zylinderkopfes 22 gegenüber den Auslassöffnungen 32 zu sprühen. Wie in 2 dargestellt, kann der Ölkanal 62 in Form einer Schiene 66 ausgeführt sein, die sich entlang des Zylinderkopfes 22 erstrecken kann. Die Vielzahl der Düsen 64 kann entlang der Schiene 66 angeordnet sein, um Öl entlang des integrierten Abgaskrümmer-Kühlmantels 60 zu sprühen. Im Ölkanal 62 ist ein Ölsteuerungsventil oder Thermostat 70 vorgesehen, um den Ölstrom zu der Vielzahl von Düsen 64 zu steuern. Wenn beispielsweise die Öltemperatur bei der Inbetriebnahme unter einem vorgegebenen Temperaturniveau liegt, nutzt die vorliegende Offenbarung einen Teil der Schmierölversorgung, der auf einen oder mehrere der Zylinder, Ventile, Lager, Spielausgleicher und andere Komponenten gerichtet ist und diese auf eine Oberseite des Abgaskühlmantels im Zylinderkopf spritzt, wodurch das Öl erwärmt wird. Alternativ kann ein Teil des Abgaskühlmantels entfernt werden, sodass die Wärme des Abgases direkt durch eine einzelne Gusswand anstelle eines Zwischenkühlmittelmantels auf das Öl übertragen werden kann. Das Ölsteuerungsventil oder Thermostat 70 kann so konstruiert sein, dass es geöffnet wird, wenn das Öl eine vorgegebene Temperatur unterschreitet, und geschlossen wird, nachdem das Öl auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wurde. Die Verwendung des Thermostats 70 kann dazu führen, dass das Ventil automatisch schließt, während eine Steuerung 80 zum Steuern eines Ölsteuerungsventils 70 verwendet werden kann. Das Öl läuft durch den Zylinderkopf 22 und den Motorblock 20 in eine Ölwanne (nicht dargestellt), wobei es das restliche Öl schneller erwärmt als bei herkömmlichen Motoren.
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Wie in 3 dargestellt, kann die Vielzahl der Düsen 164 auf einer vertikalen Schiene 166 angeordnet und von einer zentralen Stelle aus in entgegengesetzte Richtungen gesprüht werden. Ein Thermostat oder ein Ölsteuerungsventil 70 kann einen Ölstrom zu den Öldüsen 164 steuern.
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Wie in 4 dargestellt, ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkopfes 22 und eines Ventiltriebs 18 mit einem Ölkanal 262 dargestellt, der Öl zu den Nockenlagern und Ventilen fördert, sowie mit einem Steuerventil 70, das die Ölzufuhr zu den mehreren Öldüsen 264, die sich stromabwärts von den Nockenlagern befinden können, weiter steuert. Die Vielzahl der Öldüsen 264 spritzt das Öl auf eine Oberseite des Abgaskühlmantels 60 im Zylinderkopf 22 und erwärmt so das Öl. Sobald das Öl eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, wird das Steuerventil 70 geschlossen, um den Teil des Durchgangs 266, der die Öldüsen 264 versorgt, zu verschließen, während der restliche Durchgang 262 mit den Nockenlagern und Ventilen verbunden ist und weiterhin Öl zuführt.
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Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.
