DE102020213993A1 - Valve and device for heating oil using exhaust heat - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Ventil (10) offenbart, welches einen Einlass (20), einen ersten Auslass (21), einen zweiten Auslass (22) und eine Steuereinrichtung (23) umfasst, wobei das Ventil (10) eine Verschlussvorrichtung (30) umfasst, welche so aufgebaut ist, dass in einem ersten Betriebszustand der Einlass (20) strömungstechnisch mit dem ersten Auslass (21) verbunden ist, wobei der zweite Auslass (22) geschlossen ist, in einem zweiten Betriebszustand der Einlass (20) strömungstechnisch mit dem zweiten Auslass (22) verbunden ist, wobei der erste Auslass (21) geschlossen ist, in einem dritten Betriebszustand der Einlass (20) strömungstechnisch mit dem ersten Auslass (21) verbunden ist, wobei der zweite Auslass (22) geschlossen ist, und wobei die Steuereinrichtung (23) dazu ausgelegt ist, den Betriebszustand des Ventils (10) in Abhängigkeit von dem Druck eines Fluids, welches nicht durch das Ventil (10) strömt, so zu steuern, dass der Druck, bei welchem der erste Betriebszustand eingestellt ist, geringer ist als der Druck, bei welchem der zweite Betriebszustand eingestellt ist, und der Druck, bei welchem der zweite Betriebszustand eingestellt ist, geringer ist als der Druck, bei welchem der dritte Betriebszustand eingestellt ist.A valve (10) is disclosed which comprises an inlet (20), a first outlet (21), a second outlet (22) and a control device (23), the valve (10) comprising a closure device (30), which is constructed such that in a first operating state the inlet (20) is fluidically connected to the first outlet (21), the second outlet (22) being closed, in a second operating state the inlet (20) is fluidically connected to the second outlet (22) is connected, wherein the first outlet (21) is closed, in a third operating state the inlet (20) is fluidically connected to the first outlet (21), wherein the second outlet (22) is closed, and wherein the control device (23) is designed to control the operating state of the valve (10) depending on the pressure of a fluid which does not flow through the valve (10) so that the pressure at which the first operating state is set is low is lower than the pressure at which the second operating condition is set, and the pressure at which the second operating condition is set is lower than the pressure at which the third operating condition is set.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, eine Vorrichtung zum Erhitzen von Öl in einer Ölwanne eines Verbrennungsmotors mittels Abgaswärme, eine Verbrennungsmotoranordnung und ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmotoranordnung.The present invention relates to a valve, an apparatus for heating oil in an oil pan of an internal combustion engine using exhaust heat, an internal combustion engine assembly and a vehicle. The invention also relates to a method for operating an internal combustion engine arrangement.
Durch das Regenerieren oder Spülen von Abgasnachbehandlungseinrichtungen, zum Beispiel von Dieselpartikelfiltern oder Stickoxid-Speicherkatalysatoren kann es dazu kommen, das Kraftstoff in das Öl der Verbrennungsmaschine gelangt, es also zu einer Ölverdünnung kommt. Wenn das Öl eine bestimmte Temperatur erreicht, beispielsweise 90°C, kann der Kraftstoff bis zu einem gewissen Ausmaß verdampfen. Falls der Nutzer jedoch lediglich kurze Distanzen zurücklegt, erreicht das Öl in dem Schmiermittelkreislauf nicht die für ein Verdampfen des Kraftstoffes erforderliche Temperatur. Dies führt wiederum dazu, dass sich die infolge der Ölverdünnung erforderlichen Serviceintervalle verkürzen. Um die Serviceintervalle wieder zu erhöhen, ist eine Erhöhung des Ölvolumens erforderlich, was wiederum zu einem höheren Gewicht und erhöhten Kosten führt und darüber hinaus in Folge der zusätzlichen thermischen Masse das Aufwärmen der Verbrennungsmaschine verzögert.Regenerating or flushing exhaust gas aftertreatment devices, for example diesel particulate filters or nitrogen oxide storage catalytic converters, can result in fuel getting into the oil of the internal combustion engine, which means that the oil is diluted. When the oil reaches a certain temperature, for example 90°C, the fuel can vaporize to a certain extent. However, if the user only travels short distances, the oil in the lubricating circuit does not reach the temperature required for the fuel to vaporize. This in turn means that the service intervals required as a result of oil dilution are shortened. In order to increase service intervals again, an increase in oil volume is required, which in turn leads to higher weight and increased costs and also delays the warm-up of the internal combustion engine as a result of the additional thermal mass.
In dem Dokument
Um ein Überhitzen des Öls zu vermeiden, ist ein Temperatursensor vorgesehen. Übersteigt die Temperatur des Öls einen festgelegten Schwellenwert, so wird entweder der Zufluss des Öls zu dem Wärmetauscher oder der Zustrom des Abgases zu dem Wärmetauscher unterbrochen.A temperature sensor is provided to prevent the oil from overheating. If the temperature of the oil exceeds a specified threshold value, either the flow of oil to the heat exchanger or the flow of exhaust gas to the heat exchanger is interrupted.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes, insbesondere robustes und mechanisch steuerbares, Ventil zur Verfügung zustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine vorteilhafte Vorrichtung zum Erhitzen von Öl in einer Ölwanne einer Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotos, mittels Abgaswärme zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine vorteilhafte Verbrennungsmotoranordnung und ein Verfahren zu deren Betrieb, sowie ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.Against this background, it is the object of the present invention to provide an advantageous, particularly robust and mechanically controllable valve. A further object is to provide an advantageous device for heating oil in an oil pan of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine, by means of exhaust gas heat. A further object is to provide an advantageous internal combustion engine arrangement and a method for its operation, as well as a vehicle.
Die erste Aufgabe wird durch ein Ventil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erhitzen von Öl gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Die dritte Aufgabe wird durch eine Verbrennungsmotoranordnung gemäß Patentanspruch 8, sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmotoranordnung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Die vierte Aufgabe wird durch ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The first object is achieved by a valve according to
Das erfindungsgemäße Ventil umfasst einen Einlass, einen ersten Auslass, einen zweiten Auslass und eine Steuereinrichtung. Das Ventil umfasst weiterhin eine Verschlussvorrichtung, beispielsweise eine Ventilklappenanordnung, welche so aufgebaut ist, dass in einem ersten Betriebszustand, insbesondere in einer ersten Ventilstellung, der Einlass strömungstechnisch mit dem ersten Auslass verbunden ist, wobei der zweite Auslass geschlossen ist. Die Verschlussvorrichtung ist weiterhin so aufgebaut, dass in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere einer zweiten Ventilstellung, der Einlass strömungstechnisch mit dem zweiten Auslass verbunden ist, wobei der erste Auslass geschlossen ist, und in einem dritten Betriebszustand, insbesondere einer dritten Ventilstellung, der Einlass strömungstechnisch mit dem ersten Auslass verbunden ist, wobei der zweite Auslass geschlossen ist.The valve according to the invention comprises an inlet, a first outlet, a second outlet and a control device. The valve also includes a closure device, for example a valve flap arrangement, which is constructed such that in a first operating state, in particular in a first valve position, the inlet is fluidically connected to the first outlet, with the second outlet being closed. The closure device is also constructed such that in a second operating state, in particular a second valve position, the inlet is fluidically connected to the second outlet, with the first outlet being closed, and in a third operating state, in particular a third valve position, the inlet is fluidically connected connected to the first outlet with the second outlet being closed.
Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, den Betriebszustand des Ventils in Abhängigkeit von dem Druck eines Fluids zu steuern. Dabei strömt das Fluid nicht durch das Ventil. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, den Betriebszustand des Ventils in Abhängigkeit von dem Druck des Fluids so zu steuern, dass der Druck, bei welchem der erste Betriebszustand eingestellt ist oder eingenommen wird, geringer ist, als der Druck, bei welchem der zweite Betriebszustand eingestellt ist oder eingenommen wird, und der Druck, bei welchem der zweite Betriebszustand eingestellt oder eingenommen wird, geringer ist als der Druck, bei welchem der dritte Betriebszustand eingestellt ist oder eingenommen wird.The control device is designed to control the operating state of the valve depending on the pressure of a fluid. The fluid does not flow through the valve. The control device is designed to control the operating state of the valve as a function of the pressure of the fluid such that the pressure at which the first operating state is set or is assumed is lower than the pressure at which the second operating state is set or is assumed and the pressure at which the second operating condition is established or assumed is less than the pressure at which the third operating condition is established or assumed.
Bei dem Fluid, welches zur Steuerung des Ventils verwendet wird, kann es sich zum Beispiel um ein Ladefluid einer Verbrennungsmaschine, also beispielsweise um die Ladeluft eines Verbrennungsmotors, handeln. Das erfindungsgemäße Ventil hat den Vorteil, dass es robust aufgebaut ist und eine mechanische Steuerung des Betriebszustandes bzw. der Ventilstellung ermöglicht. Dadurch ist eine ausschließlich druckbasierte Steuerung in der Weise möglich, dass beim Überschreiten eines Druckschwellenwertes des zur Steuerung verwendeten Fluids das Ventil zu einen Ausgangszustand, vorliegend den ersten Betriebszustand, zurückversetzt wird. Somit ist mittelbar eine temperaturabhängige Regelung der Ventilstellung möglich.The fluid that is used to control the valve can be, for example, a charging fluid of an internal combustion engine, that is, for example, the charging air of an internal combustion engine. The valve according to the invention has the advantage that it is of robust construction and enables the operating state or the valve position to be controlled mechanically. As a result, an exclusively pressure-based control is possible in such a way that when a pressure threshold value of the fluid used for the control is exceeded, the valve is reset to an initial state, in this case the first operating state. Thus, temperature-dependent control of the valve position is indirectly possible.
In einer vorteilhaften Variante umfasst die Steuereinrichtung ein Thermostat und ist dazu ausgelegt, beim Empfangen eines Signals von dem Thermostat das Ventil in den ersten Betriebszustand zu bringen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zusätzlich zu der Steuerung in Abhängigkeit von dem Druck eines Fluids eine temperaturabhängige Steuerung ermöglicht wird. Im Zusammenhang mit einer Anwendung des Ventils im Rahmen einer Anordnung zum Erhitzen von Öl mittels Abgaswärme gewährleistet ein solches Ventil einen robusten und sicheren Schutz gegen ein Überhitzen des Öls.In an advantageous variant, the control device includes a thermostat and is designed to bring the valve into the first operating state when receiving a signal from the thermostat. This refinement has the advantage that, in addition to the control as a function of the pressure of a fluid, a temperature-dependent control is made possible. In connection with an application of the valve as part of an arrangement for heating oil using exhaust gas heat, such a valve ensures robust and reliable protection against overheating of the oil.
Vorzugsweise umfasst die Verschlusseinrichtung des Ventils zwei mechanisch fest miteinander verbundene Klappen. Dabei ist die erste Klappe ist dazu ausgelegt, den zweiten Auslass zu verschließen und die zweite Klappe ist dazu ausgelegt, den ersten Auslass und/oder den zweiten Auslass zu verschließen. Eine solche mechanisch einfache und robuste Ausgestaltung gewährleistet einen zuverlässigen und sicheren Betrieb des Ventils.The closure device of the valve preferably comprises two flaps which are mechanically firmly connected to one another. The first flap is designed to close the second outlet and the second flap is designed to close the first outlet and/or the second outlet. Such a mechanically simple and robust configuration ensures reliable and safe operation of the valve.
Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise einen Aktuator zum Verstellen der Position der Klappen. Der Aktuator kann dabei mechanisch mittels einer Feder steuerbar ausgestaltet sein, wobei beispielsweise durch den Druck des zur Steuerung verwendeten Fluids eine mechanische Kraft auf die Feder ausgeübt wird. Die auf die Feder ausgeübte Kraft kann zum Beispiel mittels einer Zahnstange und/oder eines Zahnrades oder auf andere Weise mechanisch auf die Verschlussvorrichtung übertragen werden.The control device preferably includes an actuator for adjusting the position of the flaps. The actuator can be designed to be mechanically controllable by means of a spring, with a mechanical force being exerted on the spring, for example by the pressure of the fluid used for control. The force exerted on the spring can be mechanically transmitted to the closure device, for example by means of a rack and/or a toothed wheel or in some other way.
In einer weiteren Variante ist die Steuereinrichtung zum Verstellen, beispielsweise zum kontinuierlichen Verstellen, des Betriebszustandes der Verschlussvorrichtung in Zwischenzustände zwischen dem ersten und/oder dem zweiten und/oder dem dritten Betriebszustand ausgelegt. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung so ausgelegt sein, dass die Übergänge zwischen den einzelnen Betriebszuständen kontinuierlich erfolgen können, wobei insbesondere Zwischenzustände zwischen den einzelnen Betriebszuständen eingenommen werden können. Die erste und/oder die zweite Klappe können zum Beispiel Positionen einnehmen, in welchen der erste Auslass und der zweite Auslass jeweils teilweise geöffnet sind. Hierdurch ist eine flexible situationsangepasste Steuerung möglich.In a further variant, the control device is designed for adjusting, for example for continuously adjusting, the operating state of the closure device in intermediate states between the first and/or the second and/or the third operating state. In other words, the control device can be designed in such a way that the transitions between the individual operating states can take place continuously, it being possible, in particular, for intermediate states to be assumed between the individual operating states. For example, the first and/or the second flap can assume positions in which the first outlet and the second outlet are each partially open. This enables flexible, situation-adapted control.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen von Öl von einer Ölwanne einer Verbrennungsmaschine, zum Beispiel einem Verbrennungsmotor und/oder einem Generator, mittels Abgaswärme, insbesondere Abgaswärme der Verbrennungsmaschine, umfasst einen Wärmetauscher. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Ventil. Der Wärmetauscher ist stromabwärts des Ventils angeordnet und strömungstechnisch mit dem zweiten Auslass verbunden. Für den Fall, dass das Ventil ein Thermostat umfasst, kann das Thermostat insbesondere zur Bestimmung der Temperatur von Öl in einer Ölwanne ausgelegt sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen von Öl hat die oben bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ventil genannten Merkmale und Vorteile. Sie eignet sich insbesondere zum Nachrüsten von bereits vorhandenen Verbrennungsmaschinen, beispielsweise Verbrennungsmotoren.The device according to the invention for heating oil from an oil pan of an internal combustion engine, for example an internal combustion engine and/or a generator, by means of exhaust gas heat, in particular exhaust gas heat from the internal combustion engine, comprises a heat exchanger. The device also includes a valve according to the invention as described above. The heat exchanger is located downstream of the valve and is fluidly connected to the second outlet. If the valve includes a thermostat, the thermostat can be designed in particular to determine the temperature of oil in an oil pan. The device according to the invention for heating oil has the features and advantages already mentioned above in connection with the valve according to the invention. It is particularly suitable for retrofitting existing internal combustion engines, such as internal combustion engines.
Die erfindungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung umfasst einen Verbrennungsmotor, eine Einrichtung zum Ansaugen eines Ladefluids, zum Beispiel zum Ansaugen von Ladeluft, einen Abgasstrang und eine Ölwanne. Weiterhin umfasst die Verbrennungsmotoranordnung ein bereits beschriebenes erfindungsgemäßes Ventil oder eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen von Öl. Dabei ist der Einlass des Ventils mit dem Abgasstrang strömungstechnisch zum Einleiten von Abgas verbunden. Der erste Auslass des Ventils ist mit dem Abgasstrang strömungstechnisch zum Ausleiten von Abgas verbunden. Der zweite Auslass des Ventils ist strömungstechnisch mit einem Wärmetauscher zum Erhitzen von Öl bzw. dem Wärmetauscher zum Erhitzen von Öl in der Ölwanne verbunden. Die Steuereinrichtung des Ventils ist strömungstechnisch mit der Einrichtung zum Ansaugen des Ladefluids verbunden, wobei das Ventil durch den Druck des Ladefluids des Verbrennungsmotors steuerbar ist. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung so ausgestaltet, dass das Ladefluid, zum Beispiel die Ladeluft das Fluid bildet, mittels dessen Druck das Ventil steuerbar ist, wie oben beschrieben. Wie bereits erwähnt, kann zusätzlich ein Thermostat zum Bestimmen der Öltemperatur in der Ölwanne vorhanden sein. Die erfindungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung hat die oben bereits genannten Merkmale und Vorteile. Sie ermöglicht insbesondere eine vom Druck des Ladefluids abhängige Steuerung der Temperatur des Öls in der Ölwanne. Auf diese Weise wird in dem Öl vorhandener Kraftstoff konsequent und effizient verdampft. Dadurch können lange Serviceintervalle gewährleistet werden und es ist ein Betrieb mit einer vergleichsweise geringen Ölmenge möglich.The internal combustion engine arrangement according to the invention comprises an internal combustion engine, a device for sucking in a charge fluid, for example for sucking in charge air, an exhaust line and an oil pan. Furthermore, the internal combustion engine arrangement comprises an already described valve according to the invention or a previously described device according to the invention for heating oil. In this case, the inlet of the valve is fluidically connected to the exhaust system for introducing exhaust gas. The first outlet of the valve is fluidly connected to the exhaust line for discharging exhaust gas. The second outlet of the valve is fluidly connected to a heat exchanger for heating oil or the heat exchanger for heating oil in the oil pan. The control device of the valve is fluidically connected to the device for sucking in the charging fluid, the valve being controllable by the pressure of the charging fluid of the internal combustion engine. In other words, the control device is designed in such a way that the charging fluid, for example the charging air, forms the fluid by means of whose pressure the valve can be controlled, as described above. As already mentioned, there can also be a thermostat for determining the oil temperature in the oil pan. The internal combustion engine arrangement according to the invention has the features and advantages already mentioned above. In particular, it enables the temperature of the oil in the oil pan to be controlled as a function of the pressure of the charging fluid. In this way, fuel present in the oil is consistently and efficiently vaporized. As a result, long service intervals can be guaranteed and operation with a comparatively small amount of oil is possible.
Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsmotoranordnung eine Abgasnachbehandlungseinrichtung und das Ventil ist stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Weiterhin ist in dieser Variante der Wärmetauscher stromabwärts des zweiten Auslasses des Ventils angeordnet. Vorteilhafterweise ist der Wärmetauscher in der Ölwanne oder an einer Außenwand der Ölwanne angeordnet. Der Wärmetauscher ist so angeordnet, dass er zum Wärmeaustausch mit in der Ölwanne befindlichem Öl ausgelegt ist.Preferably, the internal combustion engine arrangement comprises an exhaust aftertreatment device and the valve is arranged downstream of the exhaust aftertreatment device. Furthermore, in this variant, the heat exchanger is arranged downstream of the second outlet of the valve. The heat exchanger is advantageously arranged in the oil pan or on an outer wall of the oil pan. The heat exchanger is arranged so that it is designed for heat exchange with the oil in the oil pan.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug, bei welchem es sich zum Beispiel um ein Kraftfahrzeug oder ein Schiff handeln kann, umfasst eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung. Es hat die bereits beschriebenen Merkmale, Eigenschaften und Vorteile. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich zum Beispiel um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, einen Bus, einen Kleinbus, ein Motorrad oder ein Moped handeln.The vehicle according to the invention, which can be a motor vehicle or a ship, for example, comprises an internal combustion engine arrangement according to the invention as described above. It has the features, properties and advantages already described. The motor vehicle can be, for example, a passenger car, a truck, a bus, a minibus, a motorcycle or a moped.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotoranordnung umfasst folgende Schritte: Das Ventil wird in dem ersten Betriebszustand betrieben, wobei kein Abgas zu dem Wärmetauscher geleitet wird, falls der Druck eines Ladefluids, beispielsweise der Ladeluft, einen ersten festgelegten Schwellenwert unterschreitet. Das Ventil wird in dem zweiten Betriebszustand oder einem Betriebszustand zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand betrieben, wobei Abgas zumindest teilweise zu dem Wärmetauscher geleitet wird, falls der Druck des Ladefluids den ersten festgelegten Schwellenwert überschreitet und eine zweiten festgelegten Schwellenwert unterschreitet. Das Ventil wird in dem dritten Betriebszustand oder einem Betriebszustand zwischen dem zweiten und dem dritten Betriebszustand betrieben, falls der Druck des Ladefluids den zweiten festgelegten Schwellenwert überschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die oben bereits genannten Vorteile. Es ermöglicht ein Erhitzen des Öls in Abhängigkeit von dem Ladedruck, wodurch eine temperaturabhängige Steuerung, welche potenziell fehleranfällig ist, nicht mehr zwingend erforderlich ist.The method according to the invention for operating an internal combustion engine arrangement according to the invention described above comprises the following steps: The valve is operated in the first operating state, with no exhaust gas being routed to the heat exchanger if the pressure of a charging fluid, for example the charging air, falls below a first specified threshold value. The valve is operated in the second operating state or an operating state between the first and second operating states, wherein exhaust gas is at least partially routed to the heat exchanger if the pressure of the charging fluid exceeds the first predetermined threshold and falls below a second predetermined threshold. The valve is operated in the third mode of operation or a mode of operation between the second and third modes of operation if the pressure of the charge fluid exceeds the second predetermined threshold. The method according to the invention has the advantages already mentioned above. It enables the oil to be heated as a function of boost pressure, eliminating the need for temperature-dependent control, which is potentially error-prone.
In einer vorteilhaften Variante kann die Temperatur des Öls in der Ölwanne mittels eines Thermostats bestimmt werden und beim Überschreiten eines Temperaturschwellenwertes kann das Ventil in den ersten Betriebszustand gebracht werden. Der Temperaturschwellenwert kann mindestens 90 Grad Celsius (90°C), insbesondere mindestens 95 Grad Celsius (95°C), betragen. Durch diese Ausgestaltung wird zusätzlich zu der ladedruckabhängigen Steuerung des Ventils eine unter Sicherheitsaspekten sehr vorteilhafte zusätzliche Temperatursteuerung ermöglicht, welche unabhängig von der ladedruckabhängigen Steuerung ein Überhitzen des Öls verhindert.In an advantageous variant, the temperature of the oil in the oil pan can be determined by means of a thermostat and when a temperature threshold value is exceeded, the valve can be brought into the first operating state. The temperature threshold can be at least 90 degrees Celsius (90°C), in particular at least 95 degrees Celsius (95°C). In addition to the boost-pressure-dependent control of the valve, this configuration enables an additional temperature control that is very advantageous from a safety point of view, and which prevents overheating of the oil independently of the boost-pressure-dependent control.
Vorzugsweise wird das Ventil dadurch in den ersten Betriebszustand gebracht, dass die strömungstechnische Verbindung des Ladefluids zu dem Ventil unterbrochen wird, insbesondere die Ladeluftdruckzufuhr zu dem Ventil unterbrochen wird. Mit anderen Worten kann beim Überschreiten eines Temperaturschwellenwertes die strömungstechnische Verbindung des Ladefluids zu dem Ventil unterbrochen werden und dadurch das Ventil automatisch in den ersten Betriebszustand gebracht werden. Dies stellt unter Sicherheitsaspekten eine sehr zuverlässige und einfach ausgestaltete mechanische Lösung dar.The valve is preferably brought into the first operating state in that the fluidic connection of the charging fluid to the valve is interrupted, in particular the charging air pressure supply to the valve is interrupted. In other words, when a temperature threshold value is exceeded, the fluidic connection of the charging fluid to the valve can be interrupted and the valve can thereby be automatically brought into the first operating state. From a safety point of view, this represents a very reliable and simply designed mechanical solution.
Die vorliegende Erfindung hat insgesamt den Vorteil, dass eine rein mechanische Steuerung der Temperatur von Öl in einer Ölwanne und damit ein effizientes Verdampfen von in dem Öl befindlichen Kraftstoff ermöglicht werden. Insbesondere sind keine kostenintensiven Steuervorrichtungen und insbesondere keine fehleranfälligen elektronisch gesteuerten Steuereinrichtungen erforderlich. Die rein mechanische Steuerung ist wenig fehleranfällig, kann in bestehende Systeme leicht nachgerüstet werden und zeichnet sich durch eine potenziell lange Lebensdauer mit wenig Wartungsaufwand aus. Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Anpassung der Öltemperatur an die jeweiligen Betriebsbedingungen einer Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, welche mit dem Ausmaß des Auftretens von Kraftstoff in dem Öl korrespondieren. Overall, the present invention has the advantage that purely mechanical control of the temperature of oil in an oil pan and thus efficient evaporation of fuel located in the oil are made possible. In particular, no expensive control devices and in particular no error-prone electronically controlled control devices are required. The purely mechanical control is less prone to errors, can be easily retrofitted into existing systems and is characterized by a potentially long service life with little maintenance. Furthermore, the present invention enables the oil temperature to be adapted to the respective operating conditions of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine, which correspond to the extent to which fuel is present in the oil.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the attached figures. Although the invention is illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.The figures are not necessarily detailed or to scale and may be enlarged or reduced in order to provide a better overview. Therefore, the functional details disclosed herein are not to be taken as limiting, but merely as a basis for providing guidance for one skilled in the art to utilize the present invention in various ways.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
-
1 zeigt schematisch eine Verbrennungsmotoranordnung mit einem Wärmetauscher zum Erhitzen von Öl in einer Ölwanne. -
2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Ventil in einer teilweise geschnittenen Ansicht in einem ersten Betriebszustand. -
3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Ventil in einer teilweise geschnittenen Ansicht in einem zweiten Betriebszustand. -
4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Ventil in einer teilweise geschnittenen Ansicht in einem dritten Betriebszustand. -
5 zeigt schematisch die inder 1 gezeigte Verbrennungsmotoranordnung bei niedriger Öltemperatur und geringem bis mittlerem Ladedruck. -
6 zeigt schematisch die inder 1 gezeigte Verbrennungsmotoranordnung bei niedriger Öltemperatur und hohem Ladedruck. -
7 zeigt schematisch die inder 1 gezeigte Verbrennungsmotoranordnung bei hoher Öltemperatur. -
8 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug. -
9 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsmotoranordnung in Form eines Flussdiagramms.
-
1 shows schematically an internal combustion engine arrangement with a heat exchanger for heating oil in an oil pan. -
2 shows schematically a valve according to the invention in a partially sectioned view in a first operating state. -
3 shows schematically a valve according to the invention in a partially sectioned view in a second operating state. -
4 shows schematically a valve according to the invention in a partially sectioned view in a third operating state. -
5 shows schematically in the1 Internal combustion engine arrangement shown at low oil temperature and low to medium boost pressure. -
6 shows schematically in the1 Internal combustion engine arrangement shown at low oil temperature and high boost pressure. -
7 shows schematically in the1 internal combustion engine arrangement shown at high oil temperature. -
8th shows schematically a vehicle according to the invention. -
9 shows schematically a method according to the invention for operating an internal combustion engine arrangement in the form of a flowchart.
Die
Der Verbrennungsmotor 2 umfasst weiterhin einen Abgasstrang mit einem Abgaskrümmer 7, einer stromabwärts des Abgaskrümmers 7 angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 und einem stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 angeordneten Abgashauptströmungskanal 9. Der Abgashauptströmungskanal 9 umfasst einen Bypass-Strömungskanal 11. Der Bypass-Strömungskanal 11 umfasst einen Wärmetauscher 12.The
Der Wärmetauscher 12 ist so ausgestaltet und angeordnet, dass Wärme von Abgas, welches den Bypass-Strömungskanal 11 durchströmt, an das Öl 3 in der Ölwanne 8 abgegeben werden kann. Dazu kann der Wärmetauscher 12 beispielsweise in der Ölwanne 8 oder in thermischer Verbindung mit einer Außenwand der Ölwanne 8 angeordnet sein. Der Bypass-Strömungskanal 11 weist einen Einlass 16 und einen Auslass 17 auf.The
Ein erfindungsgemäßes Ventil 10 ist in dem Hauptabgasströmungskanal 9 an dem Einlass 16 des Bypass-Strömungskanals 11 angeordnet. Das Ventil 10 umfasst einen Einlass 20, einen ersten Auslass 21 und einen zweiten Auslass 22. Der Einlass 20 und der erste Auslass 21 sind mit dem Hauptabgasströmungskanal 9 strömungstechnisch verbunden. Der zweite Auslass 22 ist mit dem Einlass des Bypass-Strömungskanals 11 strömungstechnisch verbunden.A
Das Ventil 10 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 23 auf, welche strömungstechnisch so mit einem Ladefluid verbunden ist, dass durch den Druck des Ladefluids eine Steuerung der Ventilstellung möglich ist. Dazu kann die Steuereinrichtung 23 beispielsweise eine mechanische Feder 24 aufweisen und so ausgestaltet sein, dass durch den Druck des Ladefluids eine mechanische Kraft auf die Feder 24 ausgeübt wird, wodurch die Ventilstellung verändert wird. Die strömungstechnische Verbindung der Steuereinrichtung 23 mit einem Ladefluid, beispielsweise mit einer Ladeluftzufuhr, ist in der
Die
Die erste Klappe 31 ist dazu ausgelegt, den zweiten Auslass 22 zu verschließen. Hierzu ist in der gezeigten Ausgestaltung ein Anschlag 33 vorgesehen. Die zweite Klappe 32 ist dazu ausgelegt, den ersten Auslass 21 zu verschließen. Dies ist in der
Das Drehen der Klappen 31 und 32 um die Drehachse 35 wird in der gezeigten Variante dadurch realisiert, dass die Ventilklappen mit einem Zahnkranz 36 fest verbunden sind, welche um die Drehachse 35 drehbar angeordnet ist. Eine Zahnstange 37 ist mechanisch in Eingriff mit dem Zahnkranz 36 angeordnet. Die Zahnstange 37 ist mechanisch mit dem Aktuator 23 verbunden und über eine Krafteinwirkung auf die Feder 24 translatorisch bewegbar angeordnet.The rotation of the
In der
In der
Die
Die
In dem in der
Die
Die
In Schritt 44 wird geprüft, ob der Druck des Ladefluids den ersten festgelegten Schwellenwert überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so springt das Verfahren zurück zu Schritt 42. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 45 geprüft, ob der Druck des Ladefluids einen zweiten festgelegten Schwellenwert unterschreitet. Ist dies der Fall, so wird das Ventil in Schritt 46 in dem zweiten Betriebszustand oder einem Betriebszustand zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand, wobei Abgas zumindest teilweise zu dem Wärmetauscher geleitet wird, betrieben.In
Falls in Schritt 45 der zweite festgelegte Schwellenwert überschritten wird, so wird das Ventil in Schritt 47 in einem dritten Betriebszustand oder einem Betriebszustand zwischen dem zweiten und dem dritten Betriebszustand betrieben.If, in
Optional wird parallel in einem weiteren Schritt 48 die Temperatur des Öls in der Ölwanne mittels eines Thermostats bestimmt. In einem nächsten Schritt 49 wird geprüft, ob die erfasste Temperatur einen festgelegten Temperaturschwellenwert überschreitet. Ist dies der Fall, so wird in einem nächsten Schritt das Ventil in den ersten Betriebszustand gebracht, also Schritt 43 durchgeführt. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die strömungstechnische Verbindung des Ladefluids zu dem Ventil unterbrochen wird. Wird der Temperaturschwellenwert nicht überschritten, springt das Verfahren zu Schritt 48 zurück.Optionally, in a
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Verbrennungsmotoranordnunginternal combustion engine arrangement
- 22
- Verbrennungsmotorcombustion engine
- 33
- Öloil
- 44
- Zylindercylinder
- 55
- Ölpumpeoil pump
- 66
- Hauptölgaleriemain oil gallery
- 77
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 88th
- Ölwannesump
- 99
- AbgashauptströmungskanalExhaust main flow channel
- 1010
- VentilValve
- 1111
- Bypass-Strömungskanalbypass flow channel
- 1212
- Bypass-Strömungskanalbypass flow channel
- 1313
- Thermostatthermostat
- 1414
- Ladeluftzufuhrcharge air supply
- 1515
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust aftertreatment device
- 1616
- Einlassinlet
- 1717
- Auslassoutlet
- 1818
- Strömungskanalflow channel
- 2020
- Einlassinlet
- 2121
- erster Auslassfirst outlet
- 2222
- zweiter Auslasssecond outlet
- 2323
- Steuereinrichtungcontrol device
- 2424
- mechanische Federmechanical spring
- 3030
- Verschlussvorrichtunglocking device
- 3131
- erste Klappefirst take
- 3232
- zweite Klappesecond flap
- 3333
- Anschlagattack
- 3434
- Anschlagattack
- 3535
- Drehachseaxis of rotation
- 3636
- Zahnkranzsprocket
- 3737
- Zahnstangerack
- 4040
- Fahrzeugvehicle
- 4141
- Verbrennungsmotoranordnung in BetriebInternal combustion engine assembly in operation
- 4242
- Druck des Ladefluids unterhalb eines ersten festgelegten Schwellenwertes?Pressure of the charging fluid below a first set threshold?
- 4343
- Ventil in erstem BetriebszustandValve in first operating condition
- 4444
- Druck des Ladefluids oberhalb eines ersten festgelegten Schwellenwertes?Pressure of the charging fluid above a first set threshold?
- 4545
- Druck des Ladefluids unterhalb eines zweiten festgelegten Schwellenwertes?Pressure of the charging fluid below a second fixed threshold?
- 4646
- Ventil in zweitem Betriebszustand oder einem Betriebszustand zwischen dem ersten und dem zweiten BetriebszustandValve in the second operating state or an operating state between the first and the second operating state
- 4747
- Ventil in drittem Betriebszustand oder einem Betriebszustand zwischen dem zweiten und dem dritten BetriebszustandValve in the third operating state or an operating state between the second and the third operating state
- 4848
- Öltemperatur bestimmenDetermine oil temperature
- 4949
- festgelegter Temperaturschwellenwert überschritten?set temperature threshold exceeded?
- JJ
- jaYes
- NN
- neinno
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 4458642 [0003]US4458642 [0003]
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R016 | Response to examination communication |