DE102019112370A1 - Internal combustion engine with a lubricant circuit - Google Patents

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Abstract

Brennkraftmaschine mit einem Schmiermittelkreislauf in den ein Wärmespeicher einbindbar ist, wobei nach einem Anhalten der Brennkraftmaschine ein Schmiermittel in dem Wärmespeicher einlagerbar ist und nach einem Start der Brennkraftmaschine Lagerstellen der Brennkraftmaschine mit dem, in dem Wärmespeicher eingelagerten Schmiermittel beaufschlagbar sind, wobei der Wärmespeicher ein separates Gehäuse aufweist, das thermisch isoliert an die Brennkraftmaschine angeordnet ist.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennkraftmaschine werden nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die Reibungsverluste in den Lagerstellen minimiert.Internal combustion engine with a lubricant circuit in which a heat accumulator can be integrated, wherein after the internal combustion engine has stopped, a lubricant can be stored in the heat accumulator and, after the internal combustion engine has been started, bearings of the internal combustion engine can be acted upon with the lubricant stored in the heat accumulator, the heat accumulator being a separate housing which is arranged thermally insulated on the internal combustion engine. The inventive design of the internal combustion engine minimizes the friction losses in the bearing points after a cold start of the internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Schmiermittelkreislauf mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an internal combustion engine with a lubricant circuit with the features from the preamble of claim 1.

Beim Start einer Brennkraftmaschine ist die Brennkraftmaschine mit ihrer Struktur (Kurbelgehäuse, Zylinderkopf, etc.) und den Medien Schmiermittel und Kühlmittel in der Regel kalt. Durch den temperaturbedingten Anstieg der Viskosität des Schmiermittels bei Kälte ist die Reibung bei einer kalt gestarteten Brennkraftmaschine deutlich erhöht. Daraus resultieren in nachteiliger Weise erhöhte CO2-Emissionen. Eine Möglichkeit zur Reibungsreduzierung und damit zur Reduzierung der CO2-Emissionen besteht darin, Schmiermittel nach dem Abstellen der warmen Brennkraftmaschine für einen nächsten Start der Brennkraftmaschine warm zu halten. Hierzu wird eine thermisch isolierte Schmiermittelwanne eingesetzt.When an internal combustion engine is started, the internal combustion engine with its structure (crankcase, cylinder head, etc.) and the media lubricant and coolant are usually cold. Due to the temperature-related increase in the viscosity of the lubricant when it is cold, the friction in a cold-started internal combustion engine is significantly increased. This disadvantageously results in increased CO 2 emissions. One possibility for reducing friction and thus reducing CO 2 emissions is to keep lubricant warm after the warm internal combustion engine has been switched off for the next start of the internal combustion engine. A thermally insulated lubricant pan is used for this.

Ein Beispiel für eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 052 632 A1 bekannt. Diese Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Erwärmen einer Kraftmaschine mit einem Schmierölkreislauf aus, der eine Schmierölwanne, eine elektrische Schmiermittelpumpe und einen Ölwärmespeicher umfasst. Dem Ölwärmespeicher wird Schmieröl in Abhängigkeit von Betriebsparametern über Steuerventile zugeführt und/oder entnommen. Es wird vorgeschlagen, dass der Ölwärmespeicher, mindestens eine elektrisch angetriebene Ölpumpe, einen Ölfilter, mindestens ein Steuerventil und gegebenenfalls eine Ölzustandssensorik und eine Baueinheit für den Anbau an oder für den Einbau in die Kraftmaschine bilden.An example of a generic device for heating an internal combustion engine is, for example, from the German Offenlegungsschrift DE 10 2005 052 632 A1 known. This invention is based on a device for heating an engine with a lubricating oil circuit which comprises a lubricating oil pan, an electric lubricant pump and an oil heat accumulator. Lubricating oil is supplied to and / or withdrawn from the oil heat accumulator via control valves as a function of operating parameters. It is proposed that the oil heat accumulator form at least one electrically driven oil pump, an oil filter, at least one control valve and possibly an oil condition sensor system and a structural unit for attachment to or for installation in the engine.

Ein weiterer gattungsgemäßer Wärmespeicher ist bspw. aus der internationalen Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2013/071976 A1 bekannt. Diese Offenlegungsschrift beschreibt einen Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einem in den Motorölkreislauf einbindbaren, bei laufendem Motor von dem Motoröl durchströmten und bei abgeschaltetem Motor von dem Kreislauf abgekoppelten Wärmespeicherbehälter. Als Wärmespeicherbehälter ist die Ölwanne des Motors, insbesondere in dem unteren Teil vorgesehen, die mit Wärme isolierenden Behälterwänden versehen ist und wobei insbesondere ein Element zur Erhöhung der Wärmekapazität des Wärmespeichers vorgesehen ist.Another generic heat storage device is, for example, from the international patent application with the international publication number WO 2013/071976 A1 known. This laid-open specification describes a heat accumulator, in particular for use in a motor vehicle, with a heat accumulator container that can be incorporated into the engine oil circuit, through which the engine oil flows when the engine is running and is decoupled from the circuit when the engine is switched off. The oil pan of the engine, in particular in the lower part, is provided as the heat storage container, which is provided with heat-insulating container walls and in particular an element for increasing the heat capacity of the heat accumulator is provided.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass eine isolierte Ölwanne selbst eine schlechte bzw. keine Isolation gegenüber der restlichen Struktur der Brennkraftmaschine (Kurbelgehäuse, Zylinderkopf) aufweist, wodurch Wärmeverluste nicht vermieden werden können. Darüber hinaus weist ein Wärmespeicher gemäß dem Stand der Technik eine sehr eingeschränkte geometrische Gestaltung auf.A disadvantage of this prior art is that an insulated oil pan itself has poor or no insulation from the rest of the structure of the internal combustion engine (crankcase, cylinder head), so that heat losses cannot be avoided. In addition, a heat accumulator according to the prior art has a very limited geometric design.

Um diesen Nachteil zu mildern wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 222 254 A1 eine Brennkraftmaschine mit einer Schmiermittelversorgung für zumindest einen Schmiermittelverbraucher vorgeschlagen, wobei Schmiermittel von einer Schmiermittelpumpe aus einem Schmiermittelreservoir durch einen Schmiermittelhauptkanal und weiter durch zumindest einen Schmiermittelnebenkanal zu dem zumindest einen Schmiermittelverbraucher förderbar ist. Erfindungsgemäß ist der Schmiermittelhauptkanal mit einem thermischen Isoliermittel gegenüber einer Umgebung isoliert.In order to mitigate this disadvantage, the German Offenlegungsschrift DE 10 2016 222 254 A1 An internal combustion engine with a lubricant supply for at least one lubricant consumer is proposed, with lubricant being conveyable from a lubricant pump from a lubricant reservoir through a main lubricant channel and further through at least one secondary lubricant channel to the at least one lubricant consumer. According to the invention, the main lubricant channel is insulated from an environment with a thermal insulating means.

Auch diese erfindungsgemäße Maßnahme verhindert nicht alle oben genannten Nachteile.This measure according to the invention does not prevent all of the disadvantages mentioned above.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie die Isolationseigenschaften eines gattungsgemäßen Wärmespeichers nochmals verbessert werden können.The object of the present invention is therefore to show a measure as to how the insulation properties of a generic heat accumulator can be improved again.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the invention are described in the subclaims.

Die üblicherweise bei Brennkraftmaschinen für die Pkw-Anwendung Verwendung findende Nasssumpfschmierung wird durch eine Trockensumpfschmierung ersetzt. Das Schmiermittelreservoir der Trockensumpfschmierung wird thermisch isoliert und als so genannte Thermobox (Wärmespeicher) ausgeführt. Das im Betrieb der Brennkraftmaschine warme Schmiermittel wird für den nächsten Kaltstart warm gehalten. Die Thermobox ist außerhalb der Brennkraftmaschine positioniert, um eine Wärmeabfuhr an die Struktur der Brennkraftmaschine (Kurbelgehäuse, Zylinderkopf) beim Stillstand der Brennkraftmaschine zu verhindern und damit die Isolationseigenschaften gegenüber einer isolierten Ölwanne deutlich zu verbessern. Dies bedeutet, dass der Wärmespeicher ein separates Gehäuse aufweist, das thermisch isoliert an die Brennkraftmaschine angeordnet ist.Wet sump lubrication, which is usually used in internal combustion engines for use in passenger cars, is replaced by dry sump lubrication. The lubricant reservoir of the dry sump lubrication is thermally insulated and designed as a so-called thermobox (heat storage). The lubricant that is warm during operation of the internal combustion engine is kept warm for the next cold start. The thermal box is positioned outside of the internal combustion engine in order to prevent heat dissipation to the structure of the internal combustion engine (crankcase, cylinder head) when the internal combustion engine is at a standstill and thus significantly improve the insulation properties compared to an insulated oil pan. This means that the heat accumulator has a separate housing which is arranged on the internal combustion engine in a thermally insulated manner.

Besonders bevorzugt ist gemäß Patentanspruch 2 zwischen dem Wärmespeicher und der Brennkraftmaschine zusätzlich ein Wärme isolierendes Material angeordnet, welches gemäß Patentanspruch 3 bevorzugt ein Schaummaterial, wie beispielsweise ein Polyurethanschaum (PUR) oder ein Styroporbauteil oder ein Mineralfasermaterial oder ein in dem Gehäuse angeordnetes Vakuum ist.According to patent claim 2, a heat-insulating material is particularly preferably additionally arranged between the heat accumulator and the internal combustion engine, which according to patent claim 3 is preferably a foam material such as a polyurethane foam (PUR) or a Styrofoam component or a mineral fiber material or a vacuum arranged in the housing.

Besonders bevorzugt ist der Wärmespeicher gemäß Patentanspruch 4 selbst auch thermisch isoliert. Der Wärmespeicher wird bspw. als doppelwandiges Gefäß mit Vakuumisolierung und einem Labyrinth im Inneren zur Vermeidung einer Vermischung von kälterem, nachströmenden Schmiermittel und dem warmgehaltenen Schmiermittel bei der Entladung des Wärmespeichers ausgeführt.According to claim 4, the heat accumulator itself is particularly preferably also thermally insulated. The heat accumulator is designed, for example, as a double-walled vessel with vacuum insulation and a labyrinth inside to prevent the colder, inflowing lubricant from mixing with the lubricant kept warm when the heat accumulator is discharged.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Wärmespeichers ergibt sich in vorteilhafter Weise:

  • - Eine Verbesserung der Isolationseigenschaften des Wärmespeichers durch die thermische Entkoppelung von Isolationsbehälter und Brennkraftmaschine.
  • - Eine nahezu vollständige Unterbrechung der Wärme(-aus)leitung zwischen dem Wärmespeicher und der Brennkraftmaschine.
  • - Eine sehr kostengünstige Darstellung einer guten thermischen Isolation.
  • - Hohe Freiheitsgrade hinsichtlich der geometrischen Gestaltung des Wärmespeichers.
  • - Unter Inkaufnahme von Einschränkungen der Wirksamkeit besteht außerdem die Möglichkeit, den Wärmespeicher als Schmiermittelwanne ausführen und mittels thermischer Entkopplungselemente an das Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zu montieren.
The design of the heat accumulator according to the invention advantageously results in:
  • - An improvement in the insulation properties of the heat accumulator through the thermal decoupling of the insulation container and the internal combustion engine.
  • - An almost complete interruption of the heat (-aus) line between the heat accumulator and the internal combustion engine.
  • - A very inexpensive representation of good thermal insulation.
  • - High degrees of freedom with regard to the geometric design of the heat storage.
  • - With the acceptance of restrictions of effectiveness, there is also the possibility of designing the heat accumulator as a lubricant pan and mounting it on the cylinder crankcase of the internal combustion engine by means of thermal decoupling elements.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

  • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
The invention is explained in more detail below with reference to a schematic drawing.
  • 1 shows schematically an internal combustion engine according to the invention.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Kurbelgehäuse 5 auf, auf dem geodätisch oben (in Einbaulage in einem Kraftfahrzeug) ein Zylinderkopf 4 montiert ist. Geodätisch unterhalb des Kurbelgehäuses 5 ist eine Schmiermittelpumpe 6 angeordnet. Die Schmiermittelpumpe 6 ist über eine nicht bezifferte Leitung mit einer Schmiermittelentnahmestelle 7 eines Wärmespeichers 3 verbunden. Darüber hinaus ist das Kurbelgehäuse 5 über eine ebenfalls nicht bezifferte Schmiermittelleitung mit einer Schmiermittelzuführstelle 8 verbunden. Die Schmiermittelentnahmestelle 7 und die Schmiermittelzuführstelle 8 sind für einen erfindungsgemäßen Wärmespeicher 3 vorgesehen, in dem warmes Schmiermittel während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine 1 gesammelt und warm gehalten wird. 1 shows schematically an internal combustion engine according to the invention 1 . The internal combustion engine 1 has a crankcase 5 on, geodetically above (in the installation position in a motor vehicle) a cylinder head 4th is mounted. Geodetically below the crankcase 5 is a lubricant pump 6th arranged. The lubricant pump 6th is via a non-numbered line with a lubricant extraction point 7th a heat accumulator 3 connected. In addition, the crankcase 5 Via a lubricant line, also not numbered, with a lubricant feed point 8th connected. The lubricant withdrawal point 7th and the lubricant supply point 8th are for a heat storage device according to the invention 3 provided in the warm lubricant during a shutdown of the internal combustion engine 1 is collected and kept warm.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 fördert die Schmiermittelpumpe 6 warmes Schmiermittel aus dem Wärmespeicher 3 in einen Schmiermittelkreislauf 2 der Brennkraftmaschine 1. Nachdem das Schmiermittel verschiedenste Lagerstellen (z. B. Kurbeltrieb, Ventiltrieb, etc.), die nicht beziffert sind, durchströmt hat, wird das Schmiermittel im Kurbelgehäuse 5 gesammelt und wird über die Schmiermittelzuführstelle 8 wieder in den Wärmespeicher 3 eingebracht.When operating the internal combustion engine 1 promotes the lubricant pump 6th warm lubricant from the heat accumulator 3 in a lubricant circuit 2 the internal combustion engine 1 . After the lubricant has flowed through various bearing points (e.g. crank drive, valve drive, etc.), which are not numbered, the lubricant is in the crankcase 5 and is collected via the lubricant feed point 8th back into the heat accumulator 3 brought in.

Somit ist in 1 eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Schmiermittelkreislauf 2, in dem ein Wärmespeicher 3 einbindbar ist, dargestellt, wobei nach einem Anhalten der Brennkraftmaschine 1 das Schmiermittel in dem Wärmespeicher 3 einlagerbar ist und nach einem Start der Brennkraftmaschine 1 Lagerstellen der Brennkraftmaschine 1 mit dem, in dem Wärmespeicher 3 eingelagerten Schmiermittel beaufschlagbar sind.Thus, in 1 an internal combustion engine 1 with a lubricant circuit 2 in which a heat accumulator 3 can be incorporated, shown after the internal combustion engine has stopped 1 the lubricant in the heat accumulator 3 can be stored and after starting the internal combustion engine 1 Bearing points of the internal combustion engine 1 with the one in the heat accumulator 3 stored lubricants are acted upon.

Erfindungsgemäß weist der Wärmespeicher 3 ein separates Gehäuse auf, das thermisch isoliert an die Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist in dem Wärmespeicher 3 sowie zwischen dem Wärmespeicher 3 und der Brennkraftmaschine 1 ein Wärme isolierendes Material angeordnet, um einen Wärmeübertrag in das Kurbelgehäuse 5 zu unterbinden. Dieses Wärme isolierende Material kann beispielsweise ein Schaummaterial wie ein Polyurethanschaumstoff (PUR) oder Styropor sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann es sich auch um ein Mineralfasermaterial wie beispielsweise Steinwolle oder Glaswolle handeln. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in dem Gehäuse ein Vakuum angeordnet, z. B. durch eine doppelte Wandung, ähnlich einer Thermoskanne. Besonders bevorzugt ist Wärmespeicher 3 selbst ebenfalls thermisch isoliert.According to the invention, the heat accumulator 3 a separate housing that is thermally insulated from the internal combustion engine 1 is arranged. It is particularly preferred in the heat accumulator 3 as well as between the heat storage 3 and the internal combustion engine 1 a heat insulating material arranged to allow heat transfer into the crankcase 5 to prevent. This heat-insulating material can for example be a foam material such as a polyurethane foam (PUR) or styrofoam. In further exemplary embodiments, it can also be a mineral fiber material such as rock wool or glass wool. In a further embodiment, a vacuum is arranged in the housing, e.g. B. by a double wall, similar to a thermos. Heat storage is particularly preferred 3 itself also thermally insulated.

Mit anderen Worten:

  • Die üblicherweise bei Brennkraftmaschinen 1 für die Pkw-Anwendung Verwendung findende Nasssumpfschmierung wird durch eine Trockensumpfschmierung ersetzt. Das Schmiermittelreservoir der Trockensumpfschmierung wird thermisch isoliert und als Wärmespeicher 3 ausgeführt. Das im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 warme Schmiermittel wird für den nächsten Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 warm gehalten. Der Wärmespeicher 3 ist erfindungsgemäß außerhalb der Brennkraftmaschine 1 positioniert, um eine Wärmeabfuhr an eine Struktur der Brennkraftmaschine 1 (Kurbelgehäuse 5 und Zylinderkopf 4) zu verhindern und damit die Isolationseigenschaften gegenüber einer isolierten Schmiermittelwanne deutlich zu verbessern. Der Wärmespeicher 3 wird zum Beispiel als doppelwandiges Gefäß mit einer Vakuumisolierung und einem Labyrinth im Inneren zur Vermeidung einer Vermischung von kälterem, nachströmendem Schmiermittel und dem warmgehaltenen Schmiermittel bei der Entladung des Wärmespeichers 3 ausgeführt.
In other words:
  • Usually in internal combustion engines 1 Wet sump lubrication that is used for car applications is replaced by dry sump lubrication. The lubricant reservoir of the dry sump lubrication is thermally insulated and used as a heat store 3 executed. That in the operation of the internal combustion engine 1 warm lubricant is used for the next cold start of the internal combustion engine 1 kept warm. The heat storage 3 is according to the invention outside the internal combustion engine 1 positioned to dissipate heat to a structure of the internal combustion engine 1 (Crankcase 5 and cylinder head 4th ) and thus significantly improve the insulation properties compared to an insulated lubricant pan. The heat storage 3 is used, for example, as a double-walled vessel with vacuum insulation and a labyrinth inside to prevent the colder, inflowing lubricant from mixing with the lubricant that is kept warm when the heat accumulator is discharged 3 executed.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1.1.
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
2.2.
SchmiermittelkreislaufLubricant circuit
3.3.
WärmespeicherHeat storage
4.4th
ZylinderkopfCylinder head
5.5.
KurbelgehäuseCrankcase
6.6.
SchmiermittelpumpeLubricant pump
7.7th
SchmiermittelentnahmestelleLubricant withdrawal point
8.8th.
SchmiermittelzuführstelleLubricant supply point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102005052632 A1 [0003]DE 102005052632 A1 [0003]
  • WO 2013/071976 A1 [0004]WO 2013/071976 A1 [0004]
  • DE 102016222254 A1 [0006]DE 102016222254 A1 [0006]

Claims (4)

Brennkraftmaschine (1) mit einem Schmiermittelkreislauf (2) in den ein Wärmespeicher (3) einbindbar ist, wobei nach einem Anhalten der Brennkraftmaschine (1) ein Schmiermittel in dem Wärmespeicher (3) einlagerbar ist und nach einem Start der Brennkraftmaschine (1) Lagerstellen der Brennkraftmaschine (1) mit dem, in dem Wärmespeicher (3) eingelagerten Schmiermittel beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3) ein separates Gehäuse aufweist, das thermisch isoliert an die Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.Internal combustion engine (1) with a lubricant circuit (2) into which a heat accumulator (3) can be integrated, wherein after the internal combustion engine (1) has stopped, a lubricant can be stored in the heat accumulator (3) and after the internal combustion engine (1) has started, the bearing points Internal combustion engine (1) with the lubricant stored in the heat accumulator (3) can be acted upon, characterized in that the heat accumulator (3) has a separate housing which is arranged on the internal combustion engine (1) in a thermally insulated manner. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmespeicher (3) und der Brennkraftmaschine (1) ein Wärme isolierenden Material angeordnet ist.Internal combustion engine after Claim 1 , characterized in that a heat insulating material is arranged between the heat accumulator (3) and the internal combustion engine (1). Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme isolierende Material ein Schaummaterial oder ein Mineralfasermaterial oder ein in einem Gehäuse angeordnetes Vakuum ist.Internal combustion engine after Claim 1 or 2 , characterized in that the heat insulating material is a foam material or a mineral fiber material or a vacuum arranged in a housing. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (3) selbst thermisch isoliert ist.Internal combustion engine according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the heat accumulator (3) is itself thermally insulated.
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