DE10245357B4

DE10245357B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturregelung von Motorenöl

Info

Publication number: DE10245357B4
Application number: DE2002145357
Authority: DE
Inventors: Martin Heinemann; Wolfgang Reimann
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2022-09-28
Also published as: DE10245357A1

Abstract

Vorrichtung zur Regelung der Öltemperatur einer Brennkraftmaschine, bei der ein oder mehrere Trennwände eine Ölwanne in minimal zwei Kammern unterteilen und in der Trennwand wenigstens eine Absperreinheit vorgesehen ist, die durch ein Stellglied ansteuerbar ist, wobei die Absperreinheit (10) mit dem Stellglied direkt von einem Fahrzeugsteuergerät, vorzugsweise dem Motorsteuergerät (13) oder dem Getriebesteuergerät angesteuert wird, dem Signale, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnen, angeschlossen sind und die Absperreinheit (10) ein elektrisch ansteuerbares, in seinem Durchtrittsquerschnitt stellbares Regelventil oder eine Regelklappe ist, wobei dem Fahrzeugsteuergerät die Signale eines Öltemperatursensors (14) und/oder eines Füllstandsensors und/oder das Signal eines Ölzustandsensors und/oder Signale (X1–Xn), die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnen und Signale die Umweltbedingungen kennzeichnen, anliegen, wobei ein Signal (X1–Xn), welches die Umweltbedingung kennzeichnet, die Außentemperatur ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur von Motorenöl, insbesondere geeignet für die schnelle Erwärmung des Motorenöls beim Startvorgang eines Fahrzeugmotors.
Die Viskosität des Schmieröls ist ein Faktor für die Reibungsverluste, die an bewegten Kontaktstellen eines Motors auftreten. Die Ölviskosität verändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Schmieröls. In der Kaltstartphase des Motors ist eine schnelle Erwärmung des Schmieröls gewünscht, um möglichst geringe Reibungsverluste an den bewegten Kontaktstellen zu erhalten. Eine schnelle Erwärmung des Schmieröls wirkt sich dabei durch die minimierten Reibungsverluste vorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch aus. Ein verminderter Kraftstoffverbrauch ist dabei insbesondere bei Fahrzeugen, die im Kurzstreckenbetrieb gefahren werden und somit häufige Warmlaufphasen haben, sowie bei Fahrzeugen mit großen Schmierölvolumina (zum Beispiel heavy duty vehicles) zu beobachten.
Um eine schnelle Erwärmung des Motorenöls zu gewährleisten sind im Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, die über eine Fremderwärmung in der Ölwanne das Motorenöl beim Kaltstart über ein Heizelement oder über im Abgas gespeicherte Energie vorheizen.
Die Eigenerwärmung des im Umlauf befindlichen Motorenöls verläuft um so schneller, je weniger Öl im Umlauf ist. Da jedoch größere Mengen Motorenöl benötigt werden, um die Schmierung des Motors über längere Laufzeit zu gewährleisten, ist es vorbekannt, die im Umlauf befindliche Ölmenge in Abhängigkeit von der Öltemperatur zu steuern.
Vorbekannt ist aus der DE 197 29 253 C2 eine Ölwanne für eine Brennkraftmaschine, die in zwei Ölkammern unterteilt ist, wobei diese Kammern über eine Zwischenkammer getrennt sind und eine Absperreinheit derart in der Zwischenkammer angeordnet ist, dass sie die Ölkammern miteinander verbinden bzw. voneinander separieren kann. Die im Umlauf befindliche Ölmenge kann somit in Abhängigkeit von der Motortemperatur gesteuert werden. Die Absperreinheit wird dabei von einem in der Ölwanne angeordneten Thermostatglied betätigt. Alternativ dazu ist vorgesehen, dass ein außerhalb der Ölwanne angeordnetes, mechanisch mit der Absperreinheit verbundenes Dehnstoffelement, in Abhängigkeit eines in der Ölwanne angeordneten Öltemperaturgebers, das Absperrorgan betätigt.
Weiterhin vorbekannt ist aus der DE 100 02 256 A1 eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Erwärmung des Schmieröls einer Brennkraftmaschine. Eine in 3 Kammern unterteilte Ölwanne ist an den zwischen den Kammern vorgesehenen Trennwänden mit Durchtrittsöffnungen versehen, deren Querschnitt so gestaltet ist, dass der Durchtritt von kaltem zähen Schmieröl verhindert wird und erwärmtes dünneres Schmieröl diese passieren kann. Auf diese Weise erfolgt eine viskositätsabhängige Beeinflussung der im Umlauf befindlichen Schmierölmenge. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können diese Durchtrittsöffnungen temperaturabhängig, durch elektrisch gesteuerte Schaltventile, in ihrem Öffnungsquerschnitt verstellt werden. Die aufgrund der viskositätsabhängigen Steuerung bedingten geringen Durchtrittsquerschnitte der Trennwände zwischen den Ölkammern sind insbesondere bei länger in Umlauf befindlichen Öl nachteilig, da es durch Partikeleintrag, sowie Alterungsprozessen des Öls zu einer Veränderung der Viskosität des Schmieröls kommt. So kann das Schmieröl z. B. bei Dieselmaschinen durch Rußeintrag verunreinigt sein bzw. durch Kraftstoffeintrag oder Wasseranteile verdünnt werden. Des weiteren unterliegt das Schmieröl einem Alterungsprozess. Der Temperaturgang der Viskosität differiert zwischen einem Frischöl und einem längere Zeit im Fahrbetrieb des Fahrzeugs im Einsatz befindlichen Öl.
Eine Regelung der Schmieröltemperatur, die sowohl eine schnelle Aufwärmung des Schmieröls als auch eine bedarfsgerechte Versorgung der Schmierstellen bei minimalen Reibungsverlusten an den bewegten Kontaktstellen leisten soll, muss dem gemäß weitere motorspezifische Informationen, zusätzlich zur Motortemperatur in der Ölwanne verarbeiten. Diese Notwendigkeit besteht vor allem bei den angestrebten vergleichsweise längeren Serviceintervallen für Kraftfahrzeuge, bei denen Ölwechsel in immer größeren Abständen vorgenommen werden und sich damit die Laufleistung des in Umlauf befindenden Öls erhöht.
Die Patentanmeldung DE 101 36 428 A1 zeigt ein Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine, bei welcher ein geteiltes Ölreservoir mittels eines Schaltventils steuerbar verbindbar ist. Als Einflussgrößen für die Steuerung dienen die Schmiermittel und die Kühlwassertemperatur. Eine Abhängigkeit zu weiteren Umgebungsbedingungen wird in der Steuerung nicht berücksichtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung der Öltemperatur insbesondere in der Warmlaufphase des Motors zu schaffen, so dass ein schneller Warmlauf des Schmieröls erreicht wird, wobei eine genügende Schmierung der bewegten Kontaktstellen erreicht wird und bereits im Fahrzeug vorhandene Sensorik für die Temperaturregelung genutzt wird.
Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Vorrichtungen erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei einem gattungsgemäßen Verfahren gemäß der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Stelleinheit für eine Absperreinheit, beispielsweise ein elektrisch angesteuertes Absperrventil eine Absperrklappe o. ä. mit einem Fahrzeugsteuergerät, vorzugsweise dem Motorsteuergerät verbunden. Die Absperreinheit ist dabei jegliches vom Steuergerät aus ansteuerbares Mittel, das den Durchtritt der beiden Kammern freigeben bzw. verschließen kann. Die Stelleinheit wird damit, gemäß einem im Motorsteuergerät abgelegten Algorithmus, im einfachsten Fall einer bedingungsabhängigen Steuerung oder einem Kennfeld, von einem Fahrzeugsteuergerät, vorzugsweise dem Motorsteuergerät angesteuert. Die Ansteuerung kann auch durch andere im Fahrzeug vorhandene Steuergeräte z. B. das Getriebesteuergerät erfolgen. Die Ansteuerung durch das Motorsteuergerät ist vorteilhaft, da in diesem, aufgrund der verschiedenen Regelungsfunktionen, z. B. Einspritz- oder Zündungssteuerung, Regelfunktionen für Ventilverstellungen, Abgasreinigung etc., den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Messgrößen, bereits verfügbar sind. Aus diesen kann mittels eines Rechenalgorithmus oder einer bedingungsabhängigen Steuerung oder eines Kennfeldes eine Stellgröße für das Stellglied der Absperreinheit ermittelt werden. Dabei können solche Messgrößen, wie Kühlwassertemperatur, die Öltemperatur, der Lastzustand des Motors, Ölstand, Öldiagnose etc. bei der Berechnung der Stellgröße für die Stelleinheit der Absperreinheit berücksichtigt werden. Es ist damit eine komplexe Steuerung der im Umlauf befindlichen Ölmenge, in Abhängigkeit der relevanten Motorparameter, ohne zusätzliche, kostenintensive Sensorik möglich.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist der Ruhezustand der Absperreinheit die Stellung geöffnet, bei der die beiden Behälterhälften miteinander verbunden sind. Die Absperreinheit wird nach dem Außerbetriebsetzen des Motors immer in diesen Zustand gebracht. Ein Schließen der Absperreinheit erfolgt immer erst nach erfolgtem Motorstart nach einem Funktionstest der Verstelleinheit. Damit wird sichergestellt, dass auch bei einer Fehlfunktion die beiden Behälterhälften miteinander verbunden sind und das gesamte Ölreservoir genutzt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Zeitdauer der Öffnung überwacht. Sollte nach mehrmalig wiederholten Kaltstarts die Absperreinheit eine definierte Zeit geschlossen bleiben, so wird diese nach Ablauf einer vordefinierten Zeitspanne unabhängig von der betriebspunktabhängigen Steuerung geöffnet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in dem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Hierbei zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand einer Prinzipskizze dargestellt. Eine Ölwanne 1 ist mittels einer Trennwand 2 in zwei Kammern 3 und 4 unterteilt. Eine Ölpumpe 5 saugt über eine Ansaugleitung 6 aus einer der Kammern 4 Öl zur Schmierung des Motors (nicht dargestellt) an. Über eine Rücklaufleitung 7 fließt das im Motor zur Schmierung umlaufende Schmieröl zurück in die Ölwanne 1 bzw. Kammer 4. Ein Überlauf 8 verbindet die beiden Kammern 3 und 4 der Ölwanne 1. In der Trennwand 2 ist eine Absperreinheit 9 mit einer Stelleinheit 10 angeordnet, welche steuerbar die beiden Kammern 3 und 4 miteinender verbindet und somit den Übertritt bzw. Austausch von Öl zwischen den Kammern 3 und 4 ermöglicht. Die Stelleinheit 10 der Absperreinheit 9 ist über eine Leitung 11 einem Motorsteuergerät 13 angeschalten. Alternativ ist eine drahtlose Energie und Signalübertragung per Luftübertrager denkbar. Die Betätigung der Absperreinheit erfolgt über ein Stellsignal U, das im Motorsteuergerät 13 erzeugt wird. Dem Motorsteuergerät 13 sind die Signale Z einer Sensoreinheit 14 über eine Leitung 15 angeschaltet. Die Sensoreinheit 14 liefert Signale Z, welche die Öltemperatur und/oder die Ölqualität und/oder den Ölstand kennzeichnen, die im Motorsteuergerät 13 ausgewertet werden und zum Ermitteln des Stellsignals U für die Stelleinheit 9 der Absperreinheit 10 genutzt werden können. Weiterhin liegen dem Motorsteuergerät 13 die Signale S1 bis Sn, welche den Betriebszustand des Motors sowie die Signale X1 bis Xn, welche die Umgebungsbedingungen kennzeichnen an. Die Signale welche den Betriebszustand des Motors kennzeichnen sind dabei die Last und Drehzahl des Motors, sowie die Kühlwasser- bzw. Öltemperatur. Weiterhin können zur Auswertung die Viskosität, der Rußeintrag, der Ölfüllstand oder andere Ölzustandsgrößen sowie der Kraftstoffverbrauch genutzt werden.
Ein Signal der Umgebungsbedingungen X1 ist beispielsweise die Außentemperatur. Im Steuergerät 13 wird dabei unter Nutzung der vorliegenden Information über das Motorenöl, Temperatur und/oder Ölzustand und/oder Ölqualität und/oder der Betriebsbedingungen des Motors und/oder der Umgebungsbedingungen die Stellgröße U für die Stelleinheit 10 der Absperreinheit 9 ermittelt. Dies erfolgt im einfachsten Fall durch eine Kennlinie oder ein Kennfeld, das im Motorsteuergerät 13 abgelegt ist. Zum Ermitteln des Stellsignals U kann alternativ dazu ein Rechenalgorithmus verwand werden bzw. eine Kombination aus Kennfelddaten und rechnerischer Ermittelung.
In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Nach dem Motorstart wird in einem ersten Schritt eine Diagnose der Verstelleinheit durchgeführt und die Funktionssicherheit abgeprüft. Die Verstelleinheit umfasst dabei die Absperreinheit, die Sensorik sowie die Verbindungen zum Steuergerät. In einem zweiten Schritt wird, das Ergebnis des Funktionstest ausgewertet und bei einem negativen Ergebnis wird die Verstelleinheit in den offenen Zustand gebracht.
Bei positivem Ergebnis des Funktionstests erfolgt in einem Schritt S3 ein Einlesen der, zum Ermitteln der Steuergröße für die Absperreinheit notwendigen Parameter aus einem im Fahrzeug vorhandenen Steuergerät, z. B. dem Motor- oder dem Getriebesteuergerät. Die Parameter können Motorparameter wie beispielsweise die Öltemperatur und die Drehzahl sowie Umgebungsparameter wie die Umgebungstemperatur sein. In einem vierten Schritt S4 erfolgt die Berechnung der Steuergröße gemäß den eingelesenen Parametern. Wobei aus abgelegten Kennfeldern oder gemäß einer Berechnungsformel oder einer Kette logischer Verknüpfungen die Steuergröße für die Absperreinheit ermittelt wird.
Gemäß dieser Steuergröße wird die Absperreinheit in die Stellung „geöffnet” oder „geschlossen” verfahren. Bei einer linearen Ansteuerung der Absperreinheit ist auch ein Verfahren in jede beliebige Zwischenstellung, z. B. Öffnungsquerschnitt 10% des maximalen Öffnungsquerschnittes möglich.
In einer ersten Variante wird der offene Zustand der Verstelleinheit nach dem Abstellen des Motors immer angefahren. Es wird so gewährleistet, dass ein ausreichendes Ölvolumen beim Motorstart, auch bei gestörter Verstellfunktion, zur Verfügung steht. Erst nach erfolgreichem Test wird die Verstelleinheit geschlossen und eine bedingungsabhängige Temperatursteuerung des Motoröles vorgenommen. In einer zweiten Variante des Verfahrens wird die Absperreinheit nicht bei jedem Abstellen des Motors geöffnet. Es wird vielmehr der Zeitraum überwacht, den die Absperreinheit bei laufendem Motor geschlossen war und welchen Zeitraum der Motor bereits abgestellt ist. So erfolgt ein Öffnen der Absperreinheit und damit ein Verbinden der Behälterhälften erst nach einer entsprechenden Abstellzeit des Motors, um z. B. den beschleunigten Warmlauf des Motorenöls bei kurzzeitigem Abstellen oder Abwürgen des Motors in dessen Warmlaufphase nicht zu unterbrechen. Durch die Zeitüberwachung der Stellung „geschlossen” der Absperreinheit wird weiterhin eine Sicherheitsfunktion realisiert, so dass unabhängig von der Ansteuerung der Absperreinheit, gemäß dem aus den Motor- bzw. Umgebungsparametern berechneten Ansteuersignal, ein Öffnen der Absperreinheit nach Überschreiten einer vordefinierten Zeitspanne erfolgt und damit der Ölaustausch zwischen den Behälterhälften ermöglicht wird.

Claims

Vorrichtung zur Regelung der Öltemperatur einer Brennkraftmaschine, bei der ein oder mehrere Trennwände eine Ölwanne in minimal zwei Kammern unterteilen und in der Trennwand wenigstens eine Absperreinheit vorgesehen ist, die durch ein Stellglied ansteuerbar ist, wobei die Absperreinheit (10) mit dem Stellglied direkt von einem Fahrzeugsteuergerät, vorzugsweise dem Motorsteuergerät (13) oder dem Getriebesteuergerät angesteuert wird, dem Signale, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnen, angeschlossen sind und die Absperreinheit (10) ein elektrisch ansteuerbares, in seinem Durchtrittsquerschnitt stellbares Regelventil oder eine Regelklappe ist, wobei dem Fahrzeugsteuergerät die Signale eines Öltemperatursensors (14) und/oder eines Füllstandsensors und/oder das Signal eines Ölzustandsensors und/oder Signale (X1–Xn), die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnen und Signale die Umweltbedingungen kennzeichnen, anliegen, wobei ein Signal (X1–Xn), welches die Umweltbedingung kennzeichnet, die Außentemperatur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale (S1–Sn), die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnen, das Lastsignal und/oder das Drehzahlsignal und/oder das Signal eines Kühlwassertemperatursensors und/oder die Motortemperatur und/oder die Ölviskosität und/oder der Rußeintrag und/oder die Öltemperatur und/oder der Ölfüllstand und/oder der Kraftstoffverbrauch sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal (U) für die Stelleinheit der Absperreinheit von einem im Motorsteuergerät (13) ablaufenden Algorithmus erzeugt wird.
Verfahren zum Ansteuern mindestens einer in ihrem Durchtrittquerschnitt verstellbaren Absperreinheit (10), welche die Kammern (3, 4) einer geteilten Ölwanne (1) miteinander verbindet, mit folgenden Verfahrensschritten: – Auslesen minimal eines Signals (S1), das den Motorzustand kennzeichnet aus einem Fahrzeugsteuergerät (13) und/oder eines Signals, das die Umgebungsbedingungen kennzeichnet, – Ermitteln eines zugehörigen Wertes des Stellsignals für die Stelleinheit der Absperreinheit (10), – Ausgabe des Stellsignals an die Stelleinheit der Absperreinheit und Steuerung der Absperreinheit entsprechend diesem Ansteuersignal (U), wobei beim Start des Motors oder zyklisch im Betrieb ein Funktionstest der Verstelleinheit durchgeführt wird und für den Fall der Funktionsstörung die Absperreinheit in die Position geöffnet bewegt wird, so dass beide Behälterhälften miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperreinheit (10) immer bei Abstellen des Motors in den Zustand „offen” gebracht wird und damit die beiden Behälterhälften (3, 4) miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Häufigkeit der Öffnung der Absperreinheit (10) überwacht wird und für den Fall, dass die Öffnungszeiten unter einem vordefinierten Schwellwert bleiben, ein zwangsweises Öffnen der Absperreinheit (10) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum, in dem die Absperreinheit (10) bei laufendem Motor geschlossen ist, überwacht wird und bei Überschreiten eines Zeitschwellwertes die Absperreinheit (10) zwangsweise geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum, in dem die Absperreinheit (10) bei laufendem Motor geschlossen ist, auch bei Außerbetriebsetzen des Motors nicht gelöscht wird und die Zeitdauer solange aufsummiert wird, bis die Absperreinheit eine vordefinierte Zeitspanne geöffnet wurde.