DE102020123112A1

DE102020123112A1 - Ölauffangeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zum Warmhalten von Öl und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020123112A1
Application number: DE102020123112.1A
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 ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die Ölauffangeinrichtung weist ein Gehäuse und eine Ölpumpe zum Fördern von Öl aus der Ölauffangeinrichtung auf. In dem Gehäuse ist ein Warmhaltebereich zum Warmhalten von Öl enthalten, der gegenüber einem restlichen Innenvolumen des Gehäuses thermisch isoliert ist. Ein Ansaugelement der Ölpumpe zum Ansaugen von Öl aus dem restlichen Innenvolumen und ein Auslass des Warmhaltebereichs sind dabei in dem restlichen Innenvolumen im Bereich eines in bestimmungsgemäßer Einbaulage von der Verbrennungskraftmaschine abgewandten Bodens des Gehäuses angeordnet. Der Auslass ist dabei in Richtung des Ansaugelements ausgerichtet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölauffangeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter 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 eine 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 Gehäuse auf, das einen Warmhaltebereich zum Warmhalten von Öl, insbesondere eines Schmier- oder Motoröls der Verbrennungskraftmaschine, enthält. Dieser Warmhaltebereich ist gegenüber einem, insbesondere unisolierten, also insbesondere nicht wärmeisolierend ausgebildeten, restlichen Innenvolumen des Gehäuses thermisch isoliert. Dazu kann beispielsweise eine den Warmhaltebereich begrenzende Wandung wärmeisolierend ausgestaltet, also etwa aus einem wärmeisolierenden Material gebildet sein. Im Gegensatz dazu kann das Gehäuse beziehungsweise zumindest ein als Wandung des restlichen Innenvolumens fungierender Teil des Gehäuses beispielsweise - analog zu herkömmlichen Ölwannen von Kraftfahrzeugen - aus einem einfachen Blech oder dergleichen ausgebildet sein. Weiter weist die Ölauffangeinrichtung eine Ölpumpe zum Fördern von Öl aus der Ölauffangeinrichtung auf. Erfindungsgemäß sind ein Ansaugelement der Ölpumpe zum Ansaugen von Öl aus dem restlichen Innenvolumen und ein Auslass des Warmhaltebereichs in dem restlichen Innenvolumen im Bereich eines in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangeinrichtung von der Verbrennungskraftmaschine abgewandten Bodens des Gehäuses angeordnet. Der Auslass des Warmhaltebereichs ist dabei in Richtung des Ansaugelements ausgerichtet. Das Ansaugelement kann beispielsweise ein Einlass, eine Ansaugöffnung oder ein Ansaugschnorchel der Ölpumpe sein.
Die Anordnung des Ansaugelements und des Auslasses „im Bereich“ des Bodens kann hier insbesondere deren Anordnung in einem Abstand von höchstens 10 cm, besonders bevorzugt im Abstand von höchstens 5 cm, von dem Boden bedeuten. Dabei kann der Auslass bevorzugt näher an dem Boden angeordnet sein als das Ansaugelement. Dadurch kann aus dem Auslass austretendes Öl besonders strömungsgünstig zu dem Ansaugelement der Ölpumpe gelangen. Durch den bevorzugt vorgesehenen Abstand des Ansaugelements von dem Boden kann dabei eine zuverlässige Ansaugung von Öl durch die Ölpumpe, also ein ausreichender durch die Ölpumpe bereitgestellter Öl-Volumenstrom, beispielsweise zur Schmierung der Verbrennungskraftmaschine, sichergestellt werden.
In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangeinrichtung befindet sich diese bezogen auf eine jeweilige lokale Schwerkraftrichtung unterhalb der Verbrennungskraftmaschine. Damit befindet sich dann also in der Schwerkraftrichtung zumindest ein Großteil des Warmhaltebereichs - sowie gegebenenfalls auch des restlichen Innenvolumens - zwischen dem Auslass und einer dem Boden gegenüberliegenden Seite des Gehäuses, also auch der Verbrennungskraftmaschine. Damit kann in bestimmungsgemäßer Einbau- und Betriebslage der Ölauffangeinrichtung Öl innerhalb des Warmhaltebereichs schwerkraftbedingt zu dem Auslass fließen. Bei geöffnetem Auslass kann aus diesem austretendes Öl in Richtung des Ansaugelements fließen beziehungsweise durch innerhalb des Warmhaltebereichs nachströmendes Öl gedrückt werden. Durch die hier vorgesehene Anordnung und Ausgestaltung des Ansaugelements und des Warmhaltebereichs beziehungsweise von dessen Auslass ergibt sich also eine strömungstechnische Vorzugsrichtung des aus dem Warmhaltebereich austretenden Öls zu dem Ansaugelement der Ölpumpe. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der Ölpumpe besonders zuverlässig zunächst in dem Warmhaltebereich warmgehaltenes Öl zu dem Ansaugelement gelangt und durch die Ölpumpe gefördert wird, beispielsweise vor von der Verbrennungskraftmaschine in die Ölauffangeinrichtung zurückfließendem, entsprechend kälterem Öl.
Durch die thermische Isolierung des Warmhaltebereichs kann darin aufgenommenes Öl, das beispielsweise von einer vorangegangenen Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine auf Betriebstemperatur erwärmt ist, länger warmgehalten werden als dies bei herkömmlichen nicht wärmeisolierten Ölwannen der Fall ist, beispielswiese zwischen Betriebszeiten der Verbrennungskraftmaschine. Dieses Warmhalten des Öls in dem Warmhaltebereich, also eine entsprechende Verhinderung oder Verlangsamung einer Auskühlung des Öls auf eine jeweilige Umgebungstemperatur, kann hier dadurch besonders einfach und effektiv erreicht werden, dass nur der Warmhaltebereich innerhalb der Ölauffangeinrichtung thermisch isoliert ist. Dies ist mit wesentlich weniger Aufwand und damit deutlich praktikabler möglich als beispielsweise eine thermische Isolierung der gesamten Ölauffangeinrichtung. Typische Ölauffangeinrichtungen oder Ölwannen weisen eine entsprechend größere Oberfläche als der Warmhaltebereich sowie zahlreiche Anknüpfungs- oder Verbindungspunkte zu anderen, typischerweise metallischen Einrichtungen sowie entsprechende Haltepunkte zur Befestigung auf. Darüber kann eine effektive Wärmeausleitung aus der Ölauffangeinrichtung erfolgen, was eine vollständige thermische Entkopplung der gesamten Ölauffangeinrichtung signifikant erschweren kann. Durch das Warmhalten des Öls in dem Warmhaltebereich sowie die strömungsgünstige Anordnung des Auslasses des Warmhaltebereichs relativ zu dem Ansaugelement der Ölpumpe kann besonders effektiv und zuverlässig sowie mit minimalen Wärmeverlusten zwischen dem Warmhaltebereich und der Ölpumpe das warmgehaltene Öl in die Ölpumpe und darüber zu der Verbrennungskraftmaschine gelangen. Somit wird auch unmittelbar nach Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise nach einem Kaltstart - zumindest bei entsprechend regelmäßiger Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine - eine Versorgung mit über eine jeweilige Umgebungstemperatur erwärmtem Öl ermöglicht. Dadurch können effektiv Reibungsverluste in der Ölpumpe und in der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen, vollständig unisolierten Ölwannen, reduziert werden. Dies kann wiederum einen Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine und dementsprechend im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine entstehende Schadstoffemissionen, beispielsweise einen Ausstoß von CO₂, reduzieren. Diese wünschenswerten Effekte können durch die vorliegende Erfindung passiv, das heißt ohne Aktuatoren oder zusätzliche aktive Heizung oder dergleichen und damit besonders einfach, robust und zuverlässig erreicht werden.
Der Warmhaltebereich kann bevorzugt beispielsweise mittels eines Vakuumdämmmaterials thermisch isoliert beziehungsweise gebildet sein. Beispielsweise kann der Warmhaltebereich aus Vakuumdämmplatten aufgebaut oder damit umgeben oder ausgekleidet sein. Eine solche Vakuumdämmung kann Wärmeverluste durch eine Wandung des Warmhaltebereichs hindurch besonders effektiv und bei besonders geringem Bauraumbedarf reduzieren. So können Vakuumdämmplatten, auch als Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) bezeichnet, Wärmeleitfähigkeiten von weniger als 0,04 W/(m·K) aufweisen. Da dafür das Gehäuse nicht oder zumindest nicht vollständig wärmeisolierend ausgebildet sein muss, können Aufwand, Kosten und Bauraum eingespart werden. Der Warmhaltebereich kann hier also insbesondere als passiver oder sensibler Wärmespeicher ausgebildet sein beziehungsweise fungieren. Dies kann beispielsweise im Gegensatz zu einem Latentwärmespeicher gesehen werden, 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 der Warmhaltebereich durch einen in das Gehäuse eingesetzten Isolationsbehälter mit einem von dem Gehäuse der Ölauffangeinrichtung verschiedenen Behältergehäuse gebildet. Der Isolationsbehälter ist also ein eigenständiges Bauteil, das anschaulich beispielsweise als Thermoskanne zum Warmhalten von Öl, insbesondere zwischen Betriebszeiten der Verbrennungskraftmaschine, aufgefasst werden kann. Bevorzugt kann der Isolationsbehälter in dem Gehäuse durch Klemmung, also eine Klemmbefestigung, gehalten sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage der Ölauffangeinrichtung und kann zudem wärmeleitende Verbindungen beziehungsweise Wärme- oder Kältebrücken aus dem Warmhaltebereich heraus vermeiden. Zudem ist durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung des Warmhaltebereichs als Innenvolumen des Isolationsbehälters der Warmhaltebereich sowohl durch das Behältergehäuse als auch das dieses umgebende Gehäuse oder Außengehäuse der Ölauffangeinrichtung gegenüber einer jeweiligen Umgebung abgegrenzt, wodurch gegebenenfalls eine weiter verbesserte Wärmeisolierung des Warmhaltebereichs erreicht werden kann. Durch die Ausgestaltung des Isolationsbehälters als Einsatz für das Gehäuse kann zudem gegebenenfalls eine besonders einfache Nachrüstung oder Anpassung bestehender herkömmlicher Ölwannen mit dem Isolationsbehälter, also als erfindungsgemäße Ölauffangeinrichtung möglich sein.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist von dem Gehäuse und dem Behältergehäuse nur das Behältergehäuse thermisch isolierend, also wärmeisoliert ausgebildet. Mit anderen Worten ist dann also das Gehäuse der Ölauffangeinrichtung unisoliert, das heißt wärmeleitend oder wärmedurchlässig ausgebildet. Dadurch können wie bereits angedeutet Aufwand, Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Zudem kann das Gehäuse im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nach einer Warmlaufphase, während derer in dem Warmhaltebereich warmgehaltenes Öl verwendet beziehungsweise durch die Ölpumpe gefördert wird, das Gehäuse als Kühlelement für das zirkulierende Öl fungieren. Dadurch kann ein separater Ölkühler gegebenenfalls eingespart oder im Vergleich zu einer vollständig wärmeisolierten Ausgestaltung der Ölauffangeinrichtung kleiner oder leistungsschwächer ausgelegt werden und dennoch eine Überhitzung im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zuverlässig vermieden werden.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Ölpumpe in dem restlichen Innenvolumen des Gehäuses angeordnet. Mit anderen Worten ist die Ölpumpe also in dem Gehäuse der Ölauffangeinrichtung aufgenommen. Dadurch kann eine Ölleitung oder Zuleitung von dem Ansaugelement zu einer eigentlichen Fördereinrichtung der Ölpumpe eingespart oder - im Vergleich zu einer Anordnung der Ölpumpe außerhalb des Gehäuses - verkürzt werden. Dies kann einen Wärmeverlust, also eine Abkühlung des Öls zwischen dem Auslass des Warmhaltebereichs und der Ölpumpe reduzieren, wodurch wie beschrieben zumindest die Reibungsverluste der Ölpumpe besonders effektiv reduziert werden können. Zudem ermöglicht die Anordnung der Ölpumpe innerhalb des Gehäuses eine besonders effiziente Bauraumausnutzung und damit eine besonders flexible Gestaltung oder Anordnung anderer Komponenten der Verbrennungskraftmaschine oder eines damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in oder an dem Auslass ein Rückschlagventil zum Verhindern eines Zurückströmens von Öl aus dem restlichen Innenvolumen durch den Auslass in den Warmhaltebereich angeordnet. Dieses Rückschlagventil kann durch eine von der Ölpumpe erzeugte Saugströmung beziehungsweise ein aus dem Warmhaltebereich durch den Auslass in das restliche Innenvolumen nachströmendes Öl geöffnet werden. Mit Abschalten der Ölpumpe oder Leerlaufen des Warmhaltebereichs kann das Rückschlagventil automatisch schließen. Dadurch kann verhindert werden, dass gegebenenfalls relativ kaltes Öl aus dem restlichen Innenvolumen in den Warmhaltebereich gelangen kann. Somit wird eine dadurch bedingte Durchmischung und Abkühlung des in dem Warmhaltebereich verbleibenden Öls sowie eine Ausbildung einer unerwünschten Gegenströmung entgegen einer bevorzugten Durchlauf- oder Durchströmungsrichtung des Öls durch den Warmhaltebereich verhindert. Bevorzugt kann das Rückschlagventil rein passiv, also ohne aktive Steuerung oder ohne Aktuator ausgebildet sein, also funktionieren. Dadurch können Kosten, Fertigungs- und Bauteilaufwand eingespart sowie eine Robustheit und Zuverlässigkeit der Ölauffangeinrichtung verbessert werden.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist auf einer in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangeinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugewandten Seite der Ölauffangeinrichtung ein zumindest im Wesentlichen trichterförmiges Ölführungselement angeordnet. Dieses Ölführungselement weist eine Durchlassöffnung auf, durch die Öl hindurchtreten kann. Der Warmhaltebereich weist dann an seiner dem Ölführungselement zugewandten Oberseite im Bereich der Durchlassöffnung des Ölführungselements einen Einlass, also eine Einlassöffnung, auf. Die Durchlassöffnung kann insbesondere an einer tiefsten, also einem dem Ölführungselement gegenüberliegenden Boden des Gehäuses beziehungsweise der Ölauffangeinrichtung nächstliegenden Punkt des Ölführungselements angeordnet sein. Dadurch kann von außen auf das Ölführungselement auftreffendes, beispielsweise von der Verbrennungskraftmaschine zurückfließendes Öl passiv, also schwerkraftbedingt entlang des Ölführungselements zu der Durchlassöffnung fließen beziehungsweise geführt werden. Dieses Öl kann dann durch die Durchlassöffnung zu dem Einlass des Warmhaltebereichs und durch diesen Einlass in den Warmhaltebereich gelangen.
Das Ölführungselement kann beispielsweise als Sammelblech ausgebildet sein. Ebenso kann das Ölführungselement als Deckel des Gehäuses dienen, also angeordnet sein. Das Ölführungselement kann also den Warmhaltebereich und das restliche Innenvolumen zumindest größtenteils abdecken. Dadurch kann eine besonders einfache, effektive und effiziente Ölführung sowie gegebenenfalls eine weiter verbesserte Abschottung und somit Wärmedämmung des Warmhaltebereichs erreicht werden. Das Ölführungselement kann insbesondere Teil der erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung sein. Beispielsweise kann das Ölführungselement an dem Gehäuse befestigt sein. Die zumindest im Wesentlichen trichterförmige Form oder Ausgestaltung des Ölführungselements bedeutet hier, dass zumindest ein Oberflächenbereich des Ölführungselements relativ zur Haupterstreckungsebene des Ölführungselements in Richtung des Bodens des Gehäuses geneigt oder schräggestellt ist. Die Haupterstreckungsebene des Ölführungselements kann dabei als gedachte Ebene aufgefasst werden, die durch die Haupterstreckungsrichtungen des Ölführungselements aufgespannt wird. Damit können beispielsweise an mehreren Seiten oder Rändern des Ölführungselements liegende Punkte in dieser Haupterstreckungsebene angeordnet sein, während die Durchlassöffnung außerhalb der Haupterstreckungsebene liegen kann. Insbesondere kann die Haupterstreckungsebene in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Ölführungselements zumindest im Wesentlichen parallel zu dem Boden des Gehäuses verlaufen beziehungsweise angeordnet sein.
Bevorzugt kann ebenso ein den Einlass des Warmhaltebereichs umgebender Bereich, beispielsweise des genannten Behältergehäuses, trichterförmig ausgebildet sein, um auf diesen Bereich auftreffendes Öl zu dem Einlass und damit in den Warmhaltebereich zu führen. Dadurch kann eine besonders effektive Zirkulation des Öls beispielsweise auch in dynamischen Betriebs- oder Fahrzuständen eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs, in denen Längs- und/oder Querbeschleunigungen beziehungsweise auf das Öl wirkende Fliehkräfte auftreten können, sichergestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem Warmhaltebereich eine Labyrinthstruktur angeordnet, die einen verlängerten Fließpfad für das Öl durch den Warmhaltebereich ausbildet. Mit anderen Worten muss in den Warmhaltebereich und dann in die Labyrinthstruktur eintretendes Öl also einen längeren Weg zurücklegen, um den Warmhaltebereich in Richtung des Bodens, also zu dem Auslass zu durchtreten oder zu durchlaufen als dies ohne die Labyrinthstruktur, beispielsweise bei einem freien oder ungehinderten Fallen des Öls durch den Warmhaltebereich, der Fall wäre. Durch die Labyrinthstruktur kann das Öl beispielsweise mehrfach in entgegengesetzte Richtungen umgeleitet werden. Die Labyrinthstruktur kann beispielsweise durch in dem Warmhaltebereich angeordnete Bleche, Rohrleitungen, Kanäle und/oder dergleichen mehr gebildet sein. Bevorzugt kann die Labyrinthstruktur einen mehrfach gebogenen oder mäandernden Kanal oder eine entsprechende Leitung ausbilden. Dieser Kanal oder diese Leitung kann entlang seiner beziehungsweise ihrer Längserstreckung ein Gefälle aufweisen, um einen Rückstau des Öls in Richtung einer Öleintrittsstelle, beispielsweise des genannten Einlasses, zumindest bei typischen Betriebssituationen beziehungsweise höchstens durchschnittliche Öl-Volumenströmen zu vermeiden.
Durch die Labyrinthstruktur kann in dem Warmhaltebereich eine gerichtete Strömung des Öls und somit auch eine gerichtete Ausströmung des Öls aus dem Warmhaltebereich durch den Auslass zu dem Ansaugelement der Ölpumpe erreicht werden. Dazu kann ein Einfang oder Eingang der Labyrinthstruktur derart im Bereich der Öleintrittsstelle in den Warmhaltebereich, also insbesondere dem Einlass des Warmhaltebereichs beziehungsweise des Isolationsbehälters, angeordnet sein, dass in einem typischen Betrieb, also ein 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 beziehungsweise geleitet werden. 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, beispielsweise von höchstens 0,5 g, sein. Auf diese Weise kann durch die Labyrinthstruktur eine freie Durchmischung von in die Ölauffangeinrichtung 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 beziehungsweise dem Warmhaltebereich 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 und der Ölpumpe während einer Warmlaufphase besonders zuverlässig und besonders effektiv reduziert werden.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist im Bereich eines in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangeinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugewandten Einlasses des Warmhaltebereichs ein Überlauf ausgebildet, durch den Öl an dem Warmhaltebereich vorbei zu dem Ansaugelement der Ölpumpe gelangen kann. Mit anderen Worten ermöglicht der Überlauf also ein Umgehen des Warmhaltebereichs, sodass Öl ohne Durchlaufen oder Durchströmen des Warmhaltebereichs von einer Öleintrittsstelle der Ölauffangeinrichtung, beispielsweise der genannte Durchlassöffnung in dem Ölführungselement, zu dem Ansaugelement der Ölpumpe gelangen und durch diese wieder aus der Ölauffangeinrichtung herausgefördert werden kann. Dadurch kann ein Rückstau im Bereich der Öleintrittsstelle in die Ölauffangeinrichtung beziehungsweise des Einlasses in den Warmhaltebereich und somit ein unerwünschtes Austreten oder Überlaufen von Öl aus der Ölauffangeinrichtung 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 innerhalb des Warmhaltebereichs, der beispielsweise durch die genannte Labyrinthstruktur erhöht sein kann.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Warmhaltebereich an seiner in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangeinrichtung von der Verbrennungskraftmaschine abgewandten Unterseite eine Ölablassöffnung mit einem Verschluss auf, der zum Ablassen von Öl aus dem Warmhaltebereich öffenbar ist. Die Ölablassöffnung kann also an einer dem Boden des Gehäuses zugewandten Seite des Warmhaltebereichs angeordnet sein. Der Verschluss kann insbesondere als Schwimmerverschluss ausgebildet sein. Sofern sich in dem Gehäuse eine vorgegebene, insbesondere von der Anordnung der Ölablassöffnung und einer Form und Größe abhängige Mindestmenge von Öl befindet, befindet sich der Verschluss in einer Schließstellung, in der er die Ölablassöffnung verschließt beziehungsweise abdichtet. Dazu kann der Verschluss beispielsweise als Schwimmer ausgebildet sein oder einen Schwimmer umfassen, der weniger dicht als das Öl ist, also auf diesem aufschwimmt. Somit wird bei ausreichendem Ölfüllstand innerhalb des Gehäuses der Schwimmer, also der Verschluss, nach oben, also in Richtung von dem Boden des Gehäuses zu dem Warmhaltebereich in die Ölablassöffnung gedrückt. Sinkt der Ölfüllstand hingegen ab, so bewegt sich damit automatisch auch der Schwimmer in Richtung des Bodens des Gehäuses und kann dabei die Ölablassöffnung freigeben. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Entleerung des Warmhaltebereichs, beispielsweise im Rahmen eines Ölwechsels, auf besonders einfache Weise sichergestellt werden, insbesondere auch dann, wenn der Warmhaltebereich nicht ohne Weiteres von außerhalb der Ölauffangeinrichtung zugänglich ist. Die Ausgestaltung des Verschlusses als Schwimmerverschluss stellt dabei eine besonders einfache, kostengünstige, wartungsarme und robuste Realisierungsmöglichkeit dar. Um das Öl aus der Ölauffangeinrichtung ablassen zu können, kann deren Gehäuse in dem Boden beziehungsweise an einer Gehäuseunterseite eine Ölablassschraube aufweisen.
Eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung kann ihrerseits ein weiterer, eigenständiger Aspekt der vorliegenden Erfindung sein. Dies kann insbesondere die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung genannte Verbrennungskraftmaschine sein beziehungsweise betreffen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung aufweist. Die erfindungsgemäße Ölauffangeinrichtung kann dabei insbesondere als Ölwanne für die Verbrennungskraftmaschine fungieren. Dazu kann die Ölauffangeinrichtung in Fahrzeughochrichtung an einer Unterseite der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise an einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine, angeordnet beziehungsweise befestigt sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ölauffangeinrichtung 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 der einzigen Figur eine ausschnittweise Ölauffangeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine in einer schematischen geschnittenen Seitenansicht.
1 zeigt eine ausschnittweise schematische 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 hier ein Außengehäuse 16 auf, das nach oben hin, also gegen das Kurbelgehäuse 14 größtenteils durch ein Sammelblech 18 abgedeckt ist.
In das Außengehäuse 16 ist vorliegend ein Isolationsbehälter 20 eingesetzt, dessen Inneres hier als Warmhaltebereich 22 bezeichnet wird. Ein Behältergehäuse, also eine den Warmhaltebereich 22 umgebende oder einschließende Wandung des Isolationsbehälters 20, ist hier wärmeisolierend ausgestaltet. Dadurch kann in dem Isolationsbehälter 20 Öl beispielsweise für mehrere Stunden bis hin zu ein oder zwei Tagen warm, also oberhalb einer jeweiligen Umgebungstemperatur, gehalten werden. Das Außengehäuse 16 muss hier nicht wärmeisolierend ausgebildet sein, sodass in diesem Fall also Öl in einem restlichen Innenvolumen 24 des Außengehäuses 16 außerhalb des Isolationsbehälters 20 nicht warmgehalten wird.
In diesem restlichen Innenvolumen 24 ist vorliegend eine hier nur schematisch angedeutete Ölpumpe 26 angeordnet. Mit dieser Ölpumpe 26 kann im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 Öl aus der Ölauffangeinrichtung 10 zu Schmier- oder Reibstellen beziehungsweise einer Ölgalerie der Verbrennungskraftmaschine 12 gefördert werden.
In dem Isolationsbehälter 20 ist vorliegend eine Labyrinthstruktur 28 angeordnet. Diese Labyrinthstruktur 28 kann beispielsweise aus mehreren den Warmhaltebereich 22 nur teilweise durchgreifenden Blechen gebildet sein.
An einer der Verbrennungskraftmaschine 12 zugewandten Oberseite weist der Isolationsbehälter 20 als Öleintrittsstelle einen Einlass 30 auf. Von diesem Einlass 30 kann darin eintretendes Öl entlang eines hier schematisch angedeuteten Fließpfades 32 durch die Labyrinthstruktur 28 zu einem Auslass 34 des Isolationsbehälters 20 gelangen. Aus dem Auslass 34 ausfließendes Öl kann dann strömungsgünstig zu einer Ansaugöffnung 36 der Ölpumpe 26 gelangen. Dazu ist der Auslass 34 bodennah, also an einem dem Sammelblech 18 gegenüberliegenden Boden des Außengehäuses 16 angeordnet und in Richtung der Ansaugöffnung 36 ausgerichtet. Um ein Zurückfließen von Öl in entgegengesetzter Richtung durch den Auslass 34 in den Isolationsbehälter 20 zu vermeiden, ist in dem Auslass 34 vorliegend ein passiv betätigtes Rückschlagventil 38 angeordnet. Insgesamt kann damit aus dem Isolationsbehälter 20 eine gerichtete Strömung zu der Ölpumpe 26 beziehungsweise deren Ansaugöffnung 36 entnommen werden.
Das Sammelblech 18 ist hier zumindest im Wesentlichen trichterförmig gestaltet, wodurch sichergestellt werden kann, dass möglichst viel von der Verbrennungskraftmaschine 12 in Richtung der Ölauffangeinrichtung 10 zurückfließendes Öl zu dem Einlass 30 und durch diesen in den Isolationsbehälter 20 geleitet wird. Bei besonders hoher Belastung, also beispielsweise bei einem besonders großen Öl-Volumenstrom durch die Ölauffangeinrichtung 10, kann Öl, welches das Sammelblech 18 durchtritt, über einen zwischen dem Sammelblech 18 und der Oberseite des Isolationsbehälters 20 angeordneten Überlauf 40 abfließen. Durch diesen Überlauf 40 kann das Öl entlang eines hier schematisch angedeuteten Überlaufpfades 42 an dem Isolationsbehälter 20 vorbei durch das restliche Innenvolumen 24 direkt zu der Ansaugöffnung 36 fließen. Auf diese Weise ist also effektiv eine selbsttätige Überlaufregelung realisiert, durch die eine aktuatorfreie Umschaltung zwischen einem normalen Betrieb und einem Hochlastbetrieb mit erhöhtem Öl-Volumenstrom ermöglicht wird.
Der Isolationsbehälter 20 kann hier bevorzugt in das Außengehäuse 16 eingesetzt, insbesondere eingeklemmt sein. Dadurch kann eine nahezu vollständige Unterbrechung einer Wärmeleitung oder Wärmeausleitung aus dem Warmhaltebereich 22 über das Außengehäuse 16, das Sammelblech 18 und/oder das Kurbelgehäuse 14 erreicht und somit in dem Isolationsbehälter 20 aufgenommenes Öl besonders lange warmgehalten werden. Im Gegensatz dazu weisen herkömmliche Ölwannen meist eine signifikant schlechtere Isolation gegenüber ihrer Umgebung und einer restlichen Motorstruktur auf. Zudem würde bei vollständiger Wärmeisolierung der Ölauffangeinrichtung 10 beziehungsweise des Außengehäuses 16 eine geometrische Gestaltung der Ölauffangeinrichtung 10 gegenüber der hier vorgeschlagenen Lösung mit dem in das Außengehäuse 16 eingesetzten wärmeisolierten Isolationsbehälter 20 signifikant eingeschränkt sein. Anders als ein außerhalb der jeweiligen Motorgeometrie vorgesehener zusätzlicher Wärmespeicher ergibt sich durch die Anordnung des Isolationsbehälters 20 innerhalb des Außengehäuses 16 kein Packagingnachteil im Vergleich zu herkömmlichen Ölwannen und es können zudem Herstellkosten eingespart und Funktionsnachteile vermieden werden.
Um auf besonders einfache Weise einen Ölwechsel zu ermöglichen, weist die Ölauffangeinrichtung 10 im oder am Boden des Außengehäuses 16 vorliegend eine Ölablassschraube 44 auf. Sobald durch Öffnen der Ölablassschraube 44 Öl aus dem Außengehäuse 16 abgelassen wird und dabei ein bestimmter Mindestölstand unterschritten wird, öffnet automatisch auch ein Schwimmerverschluss 46 in oder an einer dem Boden des Außengehäuses 16 zugewandten Unterseite des Isolationsbehälters 20. Damit wird dann auch ohne Außenzugänglichkeit des Isolationsbehälters 20 automatisch in dem Warmhaltebereich 22 verbleibendes Öl aus dem Isolationsbehälter 20 abgelassen. Dadurch wird ohne weitere manuelle Maßnahmen zuverlässig eine zumindest weitgehend rückstandsfreie Entleerung des Isolationsbehälters 20 ermöglicht.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie auf günstige Weise eine Thermobox, also ein wärmeisolierter Ölaufbewahrungsbereich in einer Motorölwanne, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, realisiert werden kann, um einen besonders effizienten Betrieb zu ermöglichen.
Bezugszeichenliste

10: Ölauffangeinrichtung
12: Verbrennungskraftmaschine
14: Kurbelgehäuse
16: Außengehäuse
18: Sammelblech
20: Isolationsbehälter
22: Warmhaltebereich
24: restliches Innenvolumen
26: Ölpumpe
28: Labyrinthstruktur
30: Einlass
32: Fließpfad
34: Auslass
36: Ansaugöffnung
38: Rückschlagventil
40: Überlauf
42: Überlaufpfad
44: Ölablassschraube
46: Schwimmerverschluss

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

Claims

Ölauffangeinrichtung (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (12), aufweisend ein Gehäuse (16), das einen Warmhaltebereich (22) zum Warmhalten von Öl enthält, der gegenüber einem restlichen Innenvolumen (24) des Gehäuses (16) thermisch isoliert ist, und eine Ölpumpe (26) zum Fördern von Öl aus der Ölauffangeinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansaugelement (36) der Ölpumpe (26) zum Ansaugen von Öl aus dem restlichen Innenvolumen (24) und ein Auslass (34) des Warmhaltebereichs (22) in dem restlichen Innenvolumen (24) im Bereich eines in bestimmungsgemäßer Einbaulage von der Verbrennungskraftmaschine (12) abgewandten Bodens des Gehäuses (16) angeordnet sind, wobei der Auslass (34) in Richtung des Ansaugelements (36) ausgerichtet ist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmhaltebereich (22) durch einen in das Gehäuse (16) eingesetzten, insbesondere durch Klemmung in dem Gehäuse (16) gehaltenen, Isolationsbehälter (20) mit einem von dem Gehäuse (16) der Ölauffangeinrichtung (10) verschiedenen Behältergehäuse gebildet ist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Gehäuse (16) und dem Behältergehäuse nur das Behältergehäuse thermisch isolierend ausgebildet ist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (26) in dem restlichen Innenvolumen (24) des Gehäuses (16) angeordnet ist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Auslass (34) ein Rückschlagventil (38) zum Verhindern eines Zurückströmens von Öl aus dem restlichen Innenvolumen (24) durch den Auslass (34) in den Warmhaltebereich (22) angeordnet ist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangeinrichtung (10) der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandten Seite der Ölauffangeinrichtung (10) ein zumindest im Wesentlichen trichterförmiges Ölführungselement (18) mit einer Durchlassöffnung angeordnet ist und der Warmhaltebereich (22) an seiner dem Ölführungselement (18) zugewandten Oberseite im Bereich der Durchlassöffnung einen Einlass (30) aufweist.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Warmhaltebereich (22) eine Labyrinthstruktur (28) angeordnet ist, die einen verlängerten Fließpfad (32) für Öl durch den Warmhaltebereich (22) ausbildet.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangeinrichtung (10) der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandten Einlasses (30) des Warmhaltebereichs (22) ein Überlauf (40) ausgebildet ist, durch den Öl an dem Warmhaltebereich (22) vorbei zu dem Ansaugelement (36) der Ölpumpe (26) gelangen kann.
Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmhaltebereich (22) an seiner in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Ölauffangeinrichtung (10) von der Verbrennungskraftmaschine (12) abgewandten Unterseite eine Ölablassöffnung mit einem Verschluss (46), insbesondere einem Schwimmerverschluss (46), aufweist, der zum Ablassen von Öl aus dem Warmhaltebereich (22) öffenbar ist.
Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (12) mit einer Ölauffangeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.