DE102020123111A1

DE102020123111A1 - Wärmeisolierte Ölauffangeinrichtung, Verbrennungskraftmaschine und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020123111A1
Application number: DE102020123111.3A
Authority: DE
Inventors: Robin Marotzke; Dennis Thamm
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ölauffangeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie eine entsprechende Verbrennungskraftmaschine und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die Ölauffangeinrichtung weist ein wärmeisolierend ausgebildetes Gehäuse auf, dessen Innenraum durch einen obenliegenden wärmeisolierenden Deckel abgedeckt ist. Die Ölauffangeinrichtung weist weiter eine Ölpumpe zum Fördern von Öl aus der Ölauffangeinrichtung auf. Diese Ölpumpe ist dabei in dem gegen seine Umgebung wärmeisolierten Innenraum des Gehäuses angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölauffangeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter eine entsprechende Verbrennungskraftmaschine und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.
Verbrennungskraftmaschinen, also beispielsweise herkömmliche Hubkolben-Antriebsmotoren von Kraftfahrzeugen, erfordern üblicherweise eine Schmierung, wobei als Schmiermittel üblicherweise ein Öl eingesetzt wird. Aufgrund der temperaturabhängigen Viskosität derartiger Öle kann in kaltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine und des Öls im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine eine verstärkte Reibung auftreten, bis das Öl beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine insgesamt eine optimale Betriebstemperatur erreicht. Ein solches Szenario kann beispielsweise unmittelbar nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine auftreten, beispielsweise wenn ein entsprechendes Kraftfahrzeug für längere Zeit, etwa über Nacht, abgestellt gewesen ist. Ein erhöhter Reibungsverlust kann zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine und somit zu entsprechenden unerwünschten Schadstoffemissionen, beispielsweise CO₂-Emissionen, führen.
Ein Ansatz, um dieser Problematik zu begegnen, ist in der DE 10 2012 020 282 A1 in Form eines Schmiermittelbehältnisses für ein Aggregat eines Kraftwagens beschrieben. Das dort beschriebene Schmiermittelbehältnis weist eine erste Aufnahmekammer und eine zweite Aufnahmekammer zum Aufnehmen von Schmiermittel des Aggregats auf. Der ersten Aufnahmekammer sind ein Isolationselement zum thermischen Isolieren der ersten Aufnahmekammer und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des in der ersten Aufnahmekammer aufgenommenen Schmiermittels zugeordnet. Damit kann das Öl der ersten Aufnahmekammer vorgewärmt beziehungsweise warmgehalten werden, um einen Kraftstoffverbrauch in einer Warmlaufphase nach einem Kaltstart des Aggregats zu reduzieren.
Ein weiterer Ansatz, um besonders geringe Reibungsverluste im Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine zu erreichen, ist in der EP 2 633 166 B1 offenbart. Dort ist eine Maschinenkombination mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Generator für die Aufladung einer Batterie eines Hybridantriebs beschrieben. Um auch nach relativ langen Betriebsunterbrüchen einen Kaltstart zu vermeiden, kann die Maschinenkombination in einem thermisch isolierenden Gehäusemantel eingeschlossen sein. Für die Aufrechterhaltung eines Mindestwertes einer Betriebstemperatur kann dieser thermisch isolierende Gehäusemantel außerdem ein Heizsystem mit elektrischer Energiezufuhr aufweisen. Nachteilig kann ein solcher umfassender Gehäusemantel jedoch zusätzlichen Bauraum und gegebenenfalls zusätzliche Energie erfordern.
Auch durch die DE 10 2010 027 816 B4 soll eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die hinsichtlich der Reibleistung optimiert ist, um einen verminderten Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Dazu ist als Teil der Brennkraftmaschine eine Bypassleitung vorgesehen, die stromabwärts einer Ölpumpe und stromaufwärts eines Verbrauchers zylinderkopfseitig aus einem Ölkreislauf abzweigt und stromaufwärts der Ölpumpe in eine Saugleitung mündet, die von einer Ölwanne zur Ölpumpe führt. In der Bypassleitung ist dabei ein Ventil angeordnet. Durch die Bypassleitung kann bereits im Ölkreislauf erhitztes Öl bei geöffnetem Ventil am Eingang der Ölpumpe bereitgestellt werden. Das Öl durchströmt vor der Rückführung mittels der Bypassleitung Teile des Ölkreislaufs, wodurch es eine Temperaturerhöhung erfährt. Diese Temperaturerhöhung bleibt in Folge der Umgehung der Ölwanne auch bis zum erneuten Eintritt in den Ölkreislauf stromaufwärts der Ölpumpe erhalten. Die zur Kühlung des Öls vorgesehene und eine Temperatursenke bildende Ölwanne wird mittels der Bypassleitung also umgangen. Auf diese Weise kann zwar gegebenenfalls eine besonders schnelle Erwärmung des Öls nach einer Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ermöglicht werden, nichtsdestotrotz kann das Öl bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine jedoch relativ schnell auskühlen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders effizienten Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
Eine erfindungsgemäße Ölauffangeinrichtung ist für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen. Die Ölauffangeinrichtung kann also zur Montage an einer Verbrennungskraftmaschine oder als - insbesondere in bestimmungsgemäßer Einbaulage unterer - Teil einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Ölauffangeinrichtung weist ein wärmeisolierend ausgebildetes Gehäuse auf, dessen Innenraum durch einen in bestimmungsgemäßer Einbaulage, also bezogen auf eine in bestimmungsgemäßer Einbaulage gegebene lokale Schwerkraftrichtung, obenliegenden wärmeisolierenden Deckel abgedeckt ist. Dadurch ist der Innenraum also gegen eine Umgebung der Ölauffangeinrichtung, beispielsweise deren Außenumgebung sowie einen restlichen beziehungsweise darüberliegenden Teil der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise deren Kurbelgehäuse, thermisch isoliert. Weiter weist die erfindungsgemäße Ölauffangeinrichtung eine Ölpumpe zum Fördern von Öl aus der Ölauffangeinrichtung auf. Erfindungsgemäß ist die Ölpumpe dabei in dem gegen seine Umgebung wärmeisolierten Innenraum des Gehäuses angeordnet.
Durch die thermische Isolierung der erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung kann die eingangs genannte Problematik vermieden oder zumindest abgeschwächt werden. Durch die wärmeisolierende Ausgestaltung des Gehäuses bleibt darin aufgenommenes Öl länger warm als dies beispielsweise in herkömmlichen Ölwannen der Fall ist, beispielsweise zwischen Betriebszeiten der Verbrennungskraftmaschine. Besonders vorteilhaft ist hier, dass das Gehäuse nicht nur nach außen hin, also bei typischer Anordnung in einem Kraftfahrzeug beispielsweise nach unten, also zu einer von der Verbrennungskraftmaschine abgewandten Richtung oder Seite hin, wärmeisoliert ist, sondern durch den Deckel auch gegen einen Hauptteil der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine. Damit kann ein Wärmeübertrag oder eine Wärmeausleitung aus dem Innenraum der erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung beziehungsweise von dem Öl besonders effektiv vermieden werden, da oberhalb der Ölauffangeinrichtung angeordnete Teile der Verbrennungskraftmaschine oftmals aus metallischen und damit besonders gut wärmeleitenden Werkstoffen gebildet sind und eine signifikante thermische Masse darstellen können. Diese thermische Masse, also die gesamte Verbrennungskraftmaschine entsprechend thermisch zu isolieren, stellt sich in der Praxis als äußerst problematisch dar. Zum einen weist die Verbrennungskraftmaschine typischerweise zahlreiche praktisch unvermeidliche Verknüpfungs- und Verbindungspunkte zu anderen Bauteilen, Einrichtungen und Strukturen auf, über die Wärme effektiv aus der Verbrennungskraftmaschine ausgeleitet werden kann. Zudem würde eine derartige umfassende thermische Isolierung der Verbrennungskraftmaschine zu einem erhöhten Bedarf an typischerweise ohnehin knappem Bauraum führen und könnte eventuell die Gefahr einer Überhitzung der Verbrennungskraftmaschine im Betrieb hervorrufen.
Gemäß einer der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis stellt es jedoch bereits einen bedeutenden Vorteil dar, die Ölpumpe in dem wärmeisolierten Innenraum der Ölauffangeinrichtung anzuordnen. Die Ölpumpe stellt ebenfalls eine thermische Masse dar, an die das in der Ölauffangeinrichtung warmgehaltene Öl unmittelbar nach einer Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine ansonsten Wärme abgeben würde. Dabei kann zwischen dem Öl und der Ölpumpe ein besonders direkter, intensiver und großflächiger Kontakt bestehen und somit ein entsprechend großer Wärmeübertrag stattfinden. Dieser kann durch die vorliegend vorgeschlagene Anordnung der Ölpumpe effektiv verhindert werden. Somit können nach Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine nicht nur öltemperaturbedingte Reibungsverluste der Ölpumpe vermieden oder reduziert werden, sondern günstig temperiertes, also warmgehaltenes Öl besonders schnell an Schmierstellen der Verbrennungskraftmaschine transportiert werden, die bezüglich der eingangs erläuterten Reibungsverluste besonders kritisch oder relevant sind.
Da die Ölauffangeinrichtung entsprechend einer herkömmlichen Ölwanne in typischer Einbaulage an einem unteren Rand der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise eines Motorraums des jeweiligen Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann, werden durch die thermische Isolierung der Ölauffangeinrichtung Bauraum- oder Packagingbeschränkungen nur minimal verschärft.
Insgesamt können somit durch die vorliegende Erfindung Reibungsverluste nach einem Kaltstart und damit ein entsprechender Kraftstoffverbrauch sowie damit einhergehende Schadstoffemissionen besonders einfach und effektiv reduziert werden.
Besonders vorteilhaft können diese Vorteile durch die vorliegende Erfindung auf passive Weise, also beispielsweise ohne zusätzliche aktive Heizeinrichtung, gesteuerte Ventile und/oder dergleichen mehr erreicht werden. Dies führt zu einer verbesserten Robustheit und Zuverlässigkeit sowie entsprechend reduziertem Fertigungs- und Wartungsaufwand. Die Ölauffangeinrichtung fungiert hier also als sensibler Wärmespeicher, beispielsweise im Gegensatz zu einem Latentwärmespeicher, der nach seiner Entladung eine Regenerationsphase benötigt und somit nicht jederzeit zuverlässig eine Warmhaltefunktion erfüllen kann. Eine Beladung beziehungsweise ein beladener Zustand des Wärmespeichers, hier also der thermisch isolierten Ölauffangeinrichtung, bedeutet im vorliegenden Sinne, dass darin Wärmeenergie gespeichert ist. Dies ist dann der Fall, wenn in der Ölauffangeinrichtung Öl gespeichert oder aufgenommen ist, dessen Temperatur oberhalb einer jeweiligen Umgebungstemperatur liegt. Analog bedeutet ein Entladen beziehungsweise ein entladener Zustand des Wärmespeichers, also der Ölauffangeinrichtung, dass darin kein Öl enthalten ist oder darin enthaltenes Öl eine zumindest im Wesentlichen der Umgebungstemperatur entsprechende Temperatur aufweist.
Die erfindungsgemäße Ölauffangeinrichtung kann insbesondere als Nasssumpf beziehungsweise als Ölwanne für eine nasssumpfgeschmierte Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein, also eingesetzt werden. Grundsätzlich kann jedoch eine Anwendung der vorliegenden Erfindung für eine Trockensumpfschmierung möglich sein.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse zumindest bereichsweise aus wenigstens einem Vakuumdämmmaterial gebildet. Beispielsweise kann das Gehäuse aus einer oder mehreren Vakuumdämmplatten aufgebaut oder mit dem Vakuumdämmmaterial beziehungsweise mit den Vakuumdämmplatten ver- oder ausgekleidet sein. Eine solche Vakuumdämmung kann Wärmeverluste durch das Gehäuse, also durch eine Wandung des Gehäuses hindurch besonders effektiv und bei besonders geringem Bauraumbedarf reduzieren. So können Vakuumdämmplatten, auch als Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) bezeichnet, Wärmeleitfähigkeiten von weniger als 0,004 W/(m K) aufweisen. Obwohl die Verwendung eines solchen Vakuumdämmmaterials also vorteilhaft sein kann, können ebenso andere Dämmmaterialien eingesetzt werden, beispielsweise aus einem Faser- oder Schaummaterial.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Deckel zumindest auf seiner von dem Innenraum abgewandten Seite eine schräg zur Haupterstreckungsebene des Deckels stehende oder verlaufende Oberfläche auf. In einem Bereich dieser Oberfläche beziehungsweise des Deckels, der einem dem Deckel gegenüberliegenden Boden des Gehäuses am nächsten liegt, ist dabei ein Durchlass, also eine Durchlassöffnung angeordnet. Dadurch wird von außerhalb der Ölauffangeinrichtung auf den Deckel auftreffendes Öl entlang der schräg verlaufenden Oberfläche zu dem Durchlass und durch diesen hindurch in den Innenraum geführt oder geleitet. Der Deckel kann mit anderen Worten also in Richtung des Innenraums beziehungsweise des Bodens des Gehäuses gebogen, gewölbt oder geknickt sein, sodass Außenränder des Deckels weiter von dem Boden des Gehäuses beabstandet sein können als der dem Boden nächstliegende Bereich, in dem der Durchlass angeordnet ist. Der Deckel kann also insbesondere zumindest im Wesentlichen trichterförmig ausgebildet sein.
Die Haupterstreckungsebene des Deckels ist dabei eine gedachte Ebene, die durch die Haupterstreckungsrichtungen des Deckels aufgespannt wird. Damit können beispielsweise an mehreren Seiten oder Rändern des Deckels liegende Punkte in dieser Haupterstreckungsebene angeordnet sein, während der Durchlass außerhalb der Haupterstreckungsebene liegen kann. Insbesondere kann die Haupterstreckungsebene in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Deckels zumindest im Wesentlichen parallel zu dem Boden des Gehäuses sowie in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangrichtung in einem Kraftfahrzeug zumindest im Wesentlichen parallel zu einem Boden des Kraftfahrzeugs verlaufen beziehungsweise angeordnet sein.
Der Durchlass ist eine Öffnung oder Ausnehmung in dem Deckel, wodurch der Deckel vollständig durchgriffen wird. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung des Deckels kann dieser also als Sammel- und Leitblech für das auftreffende, beispielsweise von der jeweiligen oberhalb des Deckels angeordneten Verbrennungskraftmaschine tropfendes oder zurücklaufendes Öl fungieren. Eine Größe oder ein Durchmesser des Durchlasses kann dabei beispielsweise abhängig von einem Schmierbedarf der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine ausgelegt sein. In jedem Fall kann der Durchlass aber im Vergleich zur Gesamtgröße des Deckels einen kleinen Teil des Deckels beziehungsweise der Fläche des Deckels ausmachen oder einnehmen, beispielsweise weniger als 20 %. Damit kann durch den Deckel trotz des Durchlasses effektiv eine thermisch isolierende, also wärmedämmende Wirkung zum Reduzieren eines Wärmetransports aus dem Innenraum in eine Umgebung der Ölauffangeinrichtung erreicht werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Durchlass in einem zumindest im Wesentlichen mittigen, also zentralen Bereich des Deckels angeordnet. Der Deckel weist hier zudem wenigstens einen in einem Randbereich des Deckels angeordneten Nebendurchlass zu dem Innenraum auf. Mit anderen Worten kann somit auf den Deckel von außerhalb der Ölauffangeinrichtung auftreffendes Öl an mehreren Stellen durch den Deckel hindurchtreten oder hindurchfließen, um in den Innenraum zu gelangen. Durch die mittige, also beispielsweise von jeweils einander gegenüberliegenden Seiten oder Rändern des Deckels zumindest im Wesentlichen gleich weit entfernte Anordnung oder Position des Durchlasses kann in typischen Situationen auf jeder Seite des Durchlasses auf den Deckel auftreffendes Öl zumindest im Wesentlichen gleich schnell zu dem Durchlass gelangen. Dadurch kann ein besonders gleichmäßiger Rückfluss und somit eine besonders gleichmäßige Ölzirkulation erreicht werden. Eine typische Situation in diesem Sinne kann beispielsweise bei Verwendung der mit der erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug eine Fahrsituation ohne Beschleunigung oder mit höchstens durchschnittlicher Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise weniger als 0,5 g, sein. Bei höheren Beschleunigungen, also in dynamischen Situationen oder Fahrzuständen, kann das Öl hingegen zumindest teilweise zu einer Seite, also in Richtung eines Randes des Deckels verlagert sein beziehungsweise gedrückt werden und damit gegebenenfalls nicht oder nur ungleichmäßig oder verlangsamt zu dem mittigen Durchlass gelangen. In einer solchen Situation kann das Öl dann jedoch durch den wenigstens einen Nebendurchlass hindurchtreten, sodass besonders zuverlässig eine ausreichende Ölzirkulation durch die Ölauffangeinrichtung aufrechterhalten werden kann. Um dies sowohl für Vorwärts- und Bremsbeschleunigungen als auch für Querbeschleunigung in beide Querrichtungen zu ermöglichen beziehungsweise sicherzustellen, können bevorzugt Nebendurchlässe an allen Rändern oder Seiten des Deckels und/oder in mehreren, insbesondere allen, Ecken des Deckels angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Deckel wenigstens eine Durchführung für eine Ölleitung und/oder für eine Steuerleitung für die Ölpumpe auf. Zusätzlich oder alternativ kann der Deckel ebenso eine Durchführung für einen Antrieb der Ölpumpe aufweisen. Beispielsweise kann als Antrieb oder als Teil des Antriebs der Ölpumpe in diesem Sinne eine Kette oder ein Riemen durch den Deckel hindurchgeführt sein. Bei Verwendung einer elektrischen Ölpumpe kann beispielsweise eine elektrische Anschluss- oder Versorgungsleitung in diesem Sinne als Teil des Antriebs gelten und entsprechend durch den Deckel hindurchgeführt sein. Durch die Ölleitung kann von der Ölpumpe gefördertes Öl aus der Ölauffangeinrichtung hinaus, beispielsweise zu einer Ölgalerie oder einer Schmierstelle der Verbrennungskraftmaschine transportiert werden. Eine Steuerleitung der Ölpumpe kann beispielsweise zur Übermittlung von elektrischen oder elektronischen Steuersignalen für die Ölpumpe oder zum Übermitteln oder Übertragen eines außerhalb der Ölauffangeinrichtung gegebenen Öldrucks dienen, also ausgebildet sein. Die Steuerleitung kann also beispielsweise ein Kabel oder eine Druckregelungsleitung, beispielsweise für eine öldruckabhängige Kennfeldregelung der Ölpumpe sein oder umfassen. Insbesondere die Durchführungen für die Ölleitung und/oder für die Steuerleitung können dabei durch ein jeweiliges Dichtelement, insbesondere gegen einen Durchtritt von Öl durch die jeweilige Durchführung beziehungsweise gegen einen Luftaustausch zwischen dem Innenraum und einer Umgebung der Ölauffangeinrichtung durch die jeweilige Durchführung, abgedichtet sein. Dadurch kann sowohl die wärmeisolierende Wirkung des Deckels verbessert als auch unerwünschte Turbulenz in der Ölzirkulation, also einem die Ölauffangeinrichtung umfassenden Ölkreislauf, vermieden oder reduziert werden.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem Innenraum eine Labyrinthstruktur angeordnet, die einen verlängerten Fließpfad für das Öl von dem Deckel zu dem gegenüberliegenden Boden des Gehäuses bildet beziehungsweise bereitstellt. Mit anderen Worten muss in den Innenraum und dann in die Labyrinthstruktur eintretendes Öl also einen längeren Weg zurücklegen, um den Innenraum in Richtung des Bodens zu durchtreten als dies ohne die Labyrinthstruktur, beispielsweise bei einem freien oder ungehinderten Fallen des Öls von dem Durchlass in Richtung des gegenüberliegenden Bodens, der Fall wäre. Durch die Labyrinthstruktur kann das Öl beispielsweise mehrfach in entgegengesetzte Richtungen umgeleitet werden. Bevorzugt kann die Labyrinthstruktur dazu einen mehrfach gebogenen oder mäandernden Kanal ausbilden. Dieser Kanal kann entlang seiner Längserstreckung ein Gefälle aufweisen, um einen Rückstau des Öls in Richtung des Deckels zumindest bei typischen Betriebssituationen beziehungsweise höchstens durchschnittlichen Öl-Volumenströmen zu vermeiden. Durch die Labyrinthstruktur kann in dem Innenraum der Ölauffangeinrichtung eine gerichtete Strömung des Öls erreicht werden. Dazu kann ein Einlass der Labyrinthstruktur derart im Bereich eines als Öleintrittsstelle in die Ölauffangeinrichtung vorgesehenen Durchlasses des Deckels angeordnet sein, dass in einem typischen Betrieb, also einem Normalbetrieb der durch die Labyrinthstruktur verlaufende Fließpfad einen bevorzugten Fließpfad innerhalb der Ölauffangeinrichtung für in diese eintretendes Öl bildet. Mit anderen Worten kann dann also zumindest ein Hauptteil des in die Ölauffangeinrichtung eintretenden Öls durch die Labyrinthstruktur fließen. Ein Normalbetrieb in diesem Sinne kann ein Betrieb mit einem bestimmungs- oder spezifikationsgemäß höchstens durchschnittlichen Öl-Volumenstrom und/oder höchstens durchschnittlichen Längs- und/oder Querbeschleunigungen eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs sein. Auf diese Weise kann durch die Labyrinthstruktur eine freie Durchmischung von in den Innenraum eintretendem Öl mit bereits darin vorhandenem Öl vermieden werden. Dadurch kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass nach einer Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere nach einem Kaltstart, zunächst zumindest ein Großteil des in der Ölauffangeinrichtung warmgehaltenen Öls einmal durch die Ölpumpe aus der Ölauffangeinrichtung zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine gefördert wird, bevor nach der Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine von dieser in die Ölauffangeinrichtung zurückfließendes und dann darin zunächst die Labyrinthstruktur durchlaufendes kälteres Öl gefördert wird. Dadurch können Reibungsverluste der Verbrennungskraftmaschine während einer Warmlaufphase besonders zuverlässig und besonders effektiv reduziert werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ein Auslass der Labyrinthstruktur im Bereich einer Ansaugöffnung oder Ansaugstelle, beispielsweise eines Ansaugschnorchels, der Ölpumpe angeordnet und in Richtung dieser Ansaugöffnung ausgerichtet. Die Anordnung des Auslasses der Labyrinthstruktur „im Bereich“ der Ansaugöffnung kann hier beispielsweise eine Anordnung in einem Abstand von höchstens 10 cm, besonders bevorzugt in höchstens dem gleichen Abstand vom Boden des Gehäuses wie die Ansaugöffnung, bedeuten. Durch diese Anordnung kann ein besonders strömungsgünstiger Zufluss von Öl aus der Labyrinthstruktur zu der Ölpumpe erreicht und somit also eine bevorzugte Ansaugung von warmgehaltenem Öl erreicht werden. Zudem kann gegebenenfalls beispielsweise eine Luftansaugung der Ölpumpe beziehungsweise eine entsprechende Mangelschmierung der Verbrennungskraftmaschine besonders zuverlässig vermieden werden.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist an dem Einlass der Labyrinthstruktur ein Überlauf ausgebildet, durch den Öl an der Labyrinthstruktur vorbei zu der Ansaugöffnung oder Ansaugstelle der Ölpumpe gelangen kann. Mit anderen Worten ermöglicht der Überlauf also ein Umgehen der Labyrinthstruktur, sodass Öl ohne Durchlaufen oder Durchströmen der Labyrinthstruktur von einer Öleintrittsstelle der Ölauffangeinrichtung, beispielsweise von dem genannten Durchlass in dem Deckel, zu der Ölpumpe gelangen und durch diese wieder aus der Ölauffangeinrichtung herausgefördert werden kann. Dadurch kann ein Rückstau von Öl im Bereich des Einlasses der Labyrinthstruktur aus der Öleintrittsstelle der Ölauffangeinrichtung heraus vermieden werden. Zudem kann durch den Überlauf auf besonders einfache Weise ein besonders großer Durchsatz, also ein besonders großer Öl-Volumenstrom durch die Ölauffangeinrichtung hindurch ermöglicht werden, insbesondere zumindest im Wesentlichen unabhängig von einem Strömungswiderstand der Labyrinthstruktur.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens eine Schmierstelle und eine bezogen auf eine lokale Schwerkraftrichtung in bestimmungsgemäßer Einbau- oder Betriebslage der Verbrennungskraftmaschine unterhalb der Schmierstelle angeordnete erfindungsgemäße Ölauffangeinrichtung auf. Die Ölauffangeinrichtung kann dabei insbesondere vermittels eines thermischen Isolationselements an einer Tragstruktur, insbesondere an einem Kurbelgehäuse, der Verbrennungskraftmaschine befestigt sein. Ein solches Isolationselement kann beispielsweise aus einem wärmeisolierenden Kunststoff-, Schaumstoff- oder Gummimaterial oder dergleichen gebildet sein. Durch das Isolationselement kann dann eine Wärmeleitung von der Ölauffangeinrichtung zu einem übrigen Teil, insbesondere der Tragstruktur, der Verbrennungskraftmaschine reduziert werden, sodass in der Ölauffangeinrichtung aufgenommenes Öl länger warmgehalten werden kann. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung genannte Verbrennungskraftmaschine sein und dementsprechend einige oder alle der dort beschriebenen Merkmale und/oder Eigenschaften aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine - und damit also auch eine erfindungsgemäße Ölauffangeinrichtung - aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung und/oder der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine genannte Kraftfahrzeug sein.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine ausschnittweise Schemadarstellung einer Ölauffangeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine in seitlicher Perspektive;
2 eine ausschnittweise schematische Draufsicht auf die Ölauffangeinrichtung; und
3 eine ausschnittweise Schemadarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Ölauffangeinrichtung in seitlicher Perspektive.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine ausschnittweise schematische seitliche Schnittansicht einer Ölauffangeinrichtung 10 für eine hier nur ansatzweise angedeutete Verbrennungskraftmaschine 12. Vorliegend ist die Ölauffangeinrichtung 10 in der Funktion einer Ölwanne an einer Unterseite eines Kurbelgehäuses 14 der Verbrennungskraftmaschine 12 festgelegt. Die Ölauffangeinrichtung 10 weist ein wärmeisoliertes beziehungsweise wärmeisolierendes Gehäuse 16 sowie einen ebenfalls wärmeisolierten beziehungsweise wärmeisolierenden Deckel 18 auf. Das Gehäuse 16 und der Deckel 18 sind vorliegend an dem Kurbelgehäuse 14 gehalten, wobei dazwischen ein thermisches Isolationselement 20 angeordnet ist. Insgesamt ist damit ein Innenraum 22 der Ölauffangeinrichtung 10 thermisch von einer Umgebung der Ölauffangeinrichtung 10 und von dem Kurbelgehäuse 14 thermisch entkoppelt.
Die derart ausgestaltete Ölauffangeinrichtung 10 ist also thermisch gegenüber anderen Bauteilen sowie gegenüber ihrer Umgebung isoliert und kann daher auch als Thermobox bezeichnet werden. Eine solche Thermobox kann eine Wärmeabfuhr aus dem Innenraum 22 im Vergleich zu herkömmlichen Ölwannen signifikant verringern. Durch die derart verbesserten Isolationseigenschaften der Thermobox, also der Ölauffangeinrichtung 10, kann letztlich eine Reibungsreduzierung der Verbrennungskraftmaschine 12, insbesondere nach einem Kaltstart erreicht werden, wodurch entsprechende Schadstoffemissionen reduziert werden können.
Vorliegend ist in dem Gehäuse 16 eine Ölpumpe 24 angeordnet. Durch die Integration der Ölpumpe 24 in das wärmeisolierende Gehäuse 16 kann eine darin gespeicherte Wärme aufgrund der thermischen Masse der Ölpumpe 24 vergrößert werden. Bei einer Inbetriebnahme, also einem Start der Verbrennungskraftmaschine 12 mit mit Wärmeenergie beladener Thermobox verliert darin warmgehaltenes Öl dann keine Wärme an die Ölpumpe 24 und kann somit mit maximaler Temperatur zu Schmierbeziehungsweise Reibstellen der Verbrennungskraftmaschine 12 gelangen. Zudem kann die Ölpumpe 24 dann bereits bei Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine 12 zumindest im Wesentlichen betriebswarm sein, wodurch auch Reibungsverluste der Ölpumpe 24 direkt reduziert werden können.
Zur Anbindung der Ölpumpe 24 weist der Deckel 18 hier mehrere Durchführungen 26 auf. Durch diese Durchführungen 26 sind hier beispielhaft eine Antriebskette 28 zum Antreiben der Ölpumpe 24, eine Ölleitung 30, die von der Ölpumpe 24 aus dem Innenraum 22 herausführt, und eine Steuerleitung 32, beispielsweise zur Druckregelung der Ölpumpe 24, hindurchgeführt.
Um einen Ölwechsel zu ermöglichen, weist die Ölauffangeinrichtung 10 an ihrem dem Deckel 18 gegenüberliegenden Boden eine Ölablassschraube 34 auf. Diese kann beispielsweise eine wärmeisolierende Abdeckung oder einen wärmeisolierenden Kopf aufweisen, um einen Wärmeverlust aus dem Innenraum 22 auch im Bereich der Ölablassschraube 34 zu reduzieren.
Der Deckel 18 ist vorliegend als thermisch isoliertes, also wärmeisolierendes Sammelblech ausgebildet, das den Innenraum 22 beziehungsweise die Thermobox nach oben hin, also in Richtung des Kurbelgehäuses 14, abschließt. Der Deckel 18 ist von seinen Rändern zu einem mittigen Bereich hin geneigt. In diesem mittigen Bereich ist an einer untersten, also dem Boden des Gehäuses 16 nächstliegenden Stelle des Deckels 18 ein Hauptdurchlass 36 als Öleintrittsstelle in den Innenraum 22 ausgebildet. Dadurch kann aus dem Kurbelgehäuse 14 auf den Deckel 18 auftreffendes Motoröl entlang einer Oberfläche des Deckels 18 zu dem Hauptdurchlass 36 und durch diesen hindurch in den Innenraum 22 geleitet werden.
Durch den Hauptdurchlass 36 eintretendes Öl kann dann auf eine ebenfalls in dem Gehäuse 16 angeordnete Labyrinthstruktur 38 treffen und diese entlang eines hier schematisch angedeuteten Fließpfades 40 bis zu einem Auslass 42 durchlaufen. Dieser Auslass 42 der Labyrinthstruktur 38 ist im Bereich eines Ansaugschnorchels 44 der Ölpumpe 24 angeordnet. Der Auslass 42 kann dabei insbesondere an dem Boden des Gehäuses 16 angeordnet sein. Der Ansaugschnorchel 44 kann hingegen von dem Boden des Gehäuses 16 beabstandet sein, um eine zuverlässige Ölansaugung durch die Ölpumpe 24 zu ermöglichen. Dazu kann die Ölpumpe 24 beispielsweise an dem dann als Tragstruktur dienenden Deckel 18 gehalten sein.
Zumindest bis zu bestimmungs- oder spezifikationsgemäß durchschnittlichen Öl-Volumenströmen kann zumindest ein Hauptteil des durch den Hauptdurchlass 36 eintretenden Öls dem Fließpfad 40 durch die Labyrinthstruktur 38 folgen. Bei höheren Öl-Volumenströmen kann hingegen zumindest ein Teil des durch den Hauptdurchlass 36 eintretenden Öls durch einen Überlauf 46 an der Labyrinthstruktur 38 vorbeifließen. Durch den Überlauf 46 fließendes Öl kann dann einem hier ebenfalls schematisch angedeuteten Überlaufpfad 48 unter Umgehung der Labyrinthstruktur 38 direkt zu dem Ansaugschnorchel 44 der Ölpumpe 24 gelangen. Durch den Überlauf 46 und den Überlaufpfad 48 wird also in der Ölauffangeinrichtung 10 ein Bypass zu der Labyrinthstruktur 38 gebildet, wodurch Öl beispielsweise bei einem Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 12, also außerhalb eines Teillastbetriebs, besonders druckverlustgünstig an der Labyrinthstruktur 38 vorbei direkt zu der Ölpumpe 24 gelangen kann.
Durch die derart ausgestaltete thermisch isolierende Ölauffangeinrichtung 10 kann in einem vorangegangenen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 auf Betriebstemperatur gebrachtes Öl nach einem Abschalten der Verbrennungskraftmaschine 12 in der Ölauffangeinrichtung 10 beispielsweise für mehrere Stunden bis hin zu einem oder zwei Tagen zumindest nahezu auf Betriebstemperatur beziehungsweise oberhalb einer Außen- oder Umgebungstemperatur gehalten werden. Damit können bei einer regelmäßigen Inbetriebnahme oder Verwendung der Verbrennungskraftmaschine 12 auf passive Weise dauerhaft Reibungsverluste und somit ein Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 12 reduziert werden.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ölauffangeinrichtung 10 beziehungsweise den Deckel 18. Hier ist erkennbar, dass der Hauptdurchlass 36 in einem mittigen oder zentralen Bereich des Deckels 18 angeordnet ist. Zusätzlich weist der Deckel 18 in seinen Randbereichen, also entlang seiner Ränder oder Seiten mehrere verteilt angeordnete Nebendurchlässe 50 auf. Diese Nebendurchlässe 50 ermöglichen in dynamischen Betriebs- oder Fahrsituationen eines mit der Verbrennungskraftmaschine 12 ausgestatteten Kraftfahrzeugs, in denen auf den Deckel 18 auftreffendes Öl aufgrund von Beschleunigungs- oder Fliehkräften aus dem mittigen Bereich des Deckels 18 heraus zum Rand des Deckels 18 gedrückt wird, weiterhin ein Eintreten des Öls durch den Deckel 18 beziehungsweise durch die Nebendurchlässe 50 in die Ölauffangeinrichtung 10.
3 zeigt eine ausschnittweise schematische Seitenansicht der Verbrennungskraftmaschine 12. Die Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst hier zentral das Kurbelgehäuse 14. An dessen Unterseite ist hier wie beschrieben die Ölauffangeinrichtung 10 als Ölwanne angeordnet. An einer der Ölauffangeinrichtung 10 gegenüberliegenden Oberseite des Kurbelgehäuses 14 ist ein Zylinderkopfgehäuse 52 der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet. Zusätzlich umfasst die Verbrennungskraftmaschine 12 hier ein Ölfiltermodul 54, in dem ein Ölfilter 56 und ein Öl-Wasser-Wärmetauscher 58 aufgenommen sind. Sowohl der Ölfilter 56 als auch der Öl-Wasser-Wärmetauscher 58 sind hier in einen Ölkreislauf der Verbrennungskraftmaschine 12 eingebunden, beispielsweise entlang der Ölleitung 30.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie auf vorteilhafte Weise eine Thermobox mit der Ölpumpe 24 als Ölwanne für einen Verbrennungsmotor zum Reduzieren von Reibungsverlusten und Schadstoff- beziehungsweise CO₂-Emissionen realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Ölauffangeinrichtung
12: Verbrennungskraftmaschine
14: Kurbelgehäuse
16: Gehäuse
18: Deckel
20: Isolationselement
22: Innenraum
24: Ölpumpe
26: Durchführungen
28: Antriebskette
30: Ölleitung
32: Steuerleitung
34: Ölablassschraube
36: Hauptdurchlass
38: Labyrinthstruktur
40: Fließpfad
42: Auslass (der Labyrinthstruktur 38)
44: Ansaugschnorchel
46: Überlauf
48: Überlaufpfad
50: Nebendurchlässe
52: Zylinderkopfgehäuse
54: Ölfiltermodul
56: Ölfilter
58: Öl-Wasser-Wärmetauscher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012020282 A1 [0003]
EP 2633166 B1 [0004]
DE 102010027816 B4 [0005]

Claims

Ölauffangeinrichtung (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (12), aufweisend ein wärmeisolierend ausgebildetes Gehäuse (16), dessen Innenraum (22) durch einen in bestimmungsgemäßer Einbaulage obenliegenden wärmeisolierenden Deckel (18) abgedeckt ist, und eine Ölpumpe (24) zum Fördern von Öl aus der Ölauffangeinrichtung (10), wobei die Ölpumpe (24) in dem gegen seine Umgebung wärmeisolierten Innenraum (22) des Gehäuses (16) angeordnet ist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) zumindest bereichsweise aus wenigstens einem Vakuumdämmmaterial gebildet ist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (18) zumindest auf seiner von dem Innenraum (22) abgewandten Seite eine schräg zur Haupterstreckungsebene des Deckels (18) verlaufende Oberfläche aufweist, in deren einem dem Deckel (18) gegenüberliegenden Boden des Gehäuses (16) nächstliegendem Bereich ein Durchlass (36) angeordnet ist, sodass von außerhalb der Ölauffangeinrichtung (10) auf den Deckel (18) auftreffendes Öl zu dem Durchlass (36) und durch diesen hindurch in den Innenraum (22) geführt wird.
Ölauffangeinrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (36) in einem mittigen Bereich des Deckels (18) angeordnet ist und der Deckel (18) zudem wenigstens einen in einem Randbereich des Deckels (18) angeordneten Nebendurchlass (50) zu dem Innenraum (22) aufweist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (18) wenigstens eine Durchführung für eine Ölleitung (30) und/oder für eine Steuerleitung (32) für die Ölpumpe (24) aufweist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (22) eine Labyrinthstruktur (38) angeordnet ist, die einen verlängerten Fließpfad (40) für das Öl von dem Deckel (18) zu einem gegenüberliegenden Boden des Gehäuses (16) bildet.
Ölauffangeinrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslass (42) der Labyrinthstruktur (38) im Bereich einer Ansaugöffnung (44) der Ölpumpe (24) angeordnet und in Richtung dieser Ansaugöffnung (44) ausgerichtet ist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Einlass der Labyrinthstruktur (38) ein Überlauf (46) ausgebildet ist, durch den Öl an der Labyrinthstruktur (38) vorbei zu einer Ansaugöffnung (44) der Ölpumpe (24) gelangen kann.
Verbrennungskraftmaschine (12), aufweisend wenigstens eine Schmierstelle und eine bezogen auf eine lokale Schwerkraftrichtung in bestimmungsgemäßer Betriebslage der Verbrennungskraftmaschine (12) unterhalb der Schmierstelle angeordnete, insbesondere vermittels thermischen Isolationselements (20) an einer Tragstruktur (14) der Verbrennungskraftmaschine (12) befestigte, Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (12) nach Anspruch 9.