DE10323734A1

DE10323734A1 - Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern

Info

Publication number: DE10323734A1
Application number: DE2003123734
Authority: DE
Inventors: Werner Huhn; Peter Knoll; Jürgen Dipl.-Ing. Schwarz; Jan Dipl.-Ing. Stotz; Wolf Dipl.-Ing. Zimmermann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-05-24
Filing date: 2003-05-24
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2023-05-25
Also published as: WO2004104391A1; DE10323734B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylindern (5) in mindestens einer Zylinderreihe (3), mit jeweils einem Kolben (4) pro Zylinder, und mit einer Ölversorgungseinrichtung, die pro Zylinder wenigstens eine Ölspritzdüse aufweist, über die der zugehörige Kolben mit Öl versorgt werden kann, wobei pro Zylinder wenigstens zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Ölspritzdüsen (6, 7) vorgesehen sind. Den Ölspritzdüsen eines Zylinders ist jeweils ein separater Ölkanal (11, 13) zugeordnet, wobei wenigstens zwei Ölkanäle eines Zylinders gesonderten Teilkreisläufen der Ölversorgungseinrichtung zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 33 363 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung und/oder Schmierung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Kolben mittels einer Ölspritzdüse mit Öl aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine versorgt wird. Die Ölspritzdüse ist über eine Ölleitung, die über ein Ventil geschaltet werden kann, mit dem Ölkreislauf verbunden. Das Öl wird zur Kühlung des Kolbens und zur Versorgung des Kolbenbolzens mit Schmieröl in bekannter Weise vom kurbelgehäuseseitigen Ende des Zylinders auf die Unterseite des Kolbenbodens gespritzt. Auf diese Weise ist eine einfache und betriebssichere Kühlung für die meisten Anwendungsfälle gegeben, wobei sich die Regelung der Ölmenge zur Kühlung des Kolbens auf eine einfache Auf-Zu-Regelung des Regelventils in der Ölversorgungseinrichtung und einen öldruckabhängigen Volumenstrom beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber eine verbesserte Vorrichtung zur Kühlung des Kolbens zur Verfügung zu stellen, die auf den Kühlleistungsbedarf von Hochleistungsbrennkraftmaschinen einstellbar ist und gleichzeitig eine Ölverschäumung durch die Ölspritzdüsen verringert.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern in mindestens einer Zylinderreihe, mit jeweils einem Kolben pro Zylinder zeichnet sich dadurch aus, dass pro Zylinder wenigstens zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Ölspritzdüsen vorgesehen sind, die einen Kolben mit Öl versorgen. Mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Ölspritzdüsen lassen sich mindestens drei verschiedene Mengenströme des Kühlöls für die Kolben der Brennkraftmaschine einstellen: keine, eine oder zwei Ölspritzdüsen sind geöffnet. Wenn die beiden Ölspritzdüsen eines Kolbens unterschiedliche Ölmengen in Richtung des Kolbens spritzen, sind noch weitere Mengenvariationen bei ansonsten jeweils gleichen Bedingungen möglich. Auf diese Weise ist eine gezielte bedarfsgerechte Kühlung der Kolben der Brennkraftmaschine auf einfache Weise einstellbar.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist den Ölspritzdüsen eines Zylinders jeweils ein separater Ölkanal zugeordnet, wobei wenigstens zwei Ölkanäle eines Zylinders gesonderten Teilkreisläufen der Ölversorgungseinheit zugeordnet sind. Wenn den Ölspritzdüsen eines Zylinders jeweils ein separater Ölkanal zugeordnet ist, der von gesonderten Teilkreisläufen mit Öl versorgt wird, ist es auf einfache Weise möglich, die Ölmenge der jeweils ersten Ölspritzdüsen eines Zylinders von einem ersten Teilkreislauf und die Ölmenge der jeweils zweiten Ölspritzdüsen von einem zweiten Teilkreislauf unabhängig voneinander mittels Mengen- und/oder Druckregeleinrichtungen in Zuführleitungen zu den Teilkreisläufen zu regeln. Eine derartige Mengen- und/oder Druckregeleinrichtung ist z.B. ein Ventil, das regelbar ist und in je einer Zuführleitung zu den Ölspritzdüsen angeordnet ist und auf diese Weise die Kühlölmenge in jeder Zuführleitung separat regeln kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Ölspritzdüse eines Zylinders über einen ersten Teilkreislauf der Ölversorgungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Öl druckwert ansteuerbar, insbesondere dem Öldruck an einer Ölpumpe der Brennkraftmaschine. Bei zwei separat regelbaren Ölversorgungseinrichtungen mit daran angeschlossenen Ölspritzdüsen ist es von Vorteil, wenn eine der beiden Ölversorgungseinrichtungen die zugehörige Ölspritzdüse nur abhängig vom Öldruck in der Ölversorgungsleitung mit Öl versorgt. Als Steuergröße zum Öffnen eines federbelasteten Ventils wird zum Beispiel der Öldruck herangezogen, der unmittelbar stromab der Ölpumpe im Ölkreislauf herrscht. Auf diese Weise wird zum Beispiel verhindert, dass bei zu niedrigem Öldruck im Ölkreislauf Öl an die Kolben gespritzt wird, obwohl eine ausreichende Versorgung der zu schmierenden Lagerstellen der Brennkraftmaschine eine höhere Priorität im Ölhaushalt einnimmt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Ölspritzdüse eines Zylinders über einen zweiten Teilkreislauf der Ölversorgungeinrichtung anhand eines in einem Motorsteuergerät gespeicherten Kennfeldes ansteuerbar. Durch die vom ersten Teilkreislauf der Ölversorgungseinrichtung unabhängige – jedoch von einem oder mehreren in ein Steuergerät eingehenden Parametern abhängige – Regelung der Ölmenge und/oder des Öldrucks des zweiten Teilkreislaufs wird eine in allen Betriebsbereichen wirkungsvolle Kühlung des Kolbens und Schmierung des Kolbenbolzens ermöglicht. Die für das Kennfeld im Steuergerät für die Steuerung der Ölspritzen abgelegten Parameter sind zum Beispiel der Öldruck, die Öltemperatur, die Drehzahl des Brennkraftmaschine, die Motorlast und/oder ähnliche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Werte.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Teilkreisläufe der Ölversorgungseinrichtung zur Versorgung der Ölspritzdüsen auf verschiedenen Seiten der Zylinderreihe angeordnet. Wenn zum Beispiel bei einer Brennkraftmaschine in Reihenbauweise auf jeder Seite der Zylinderreihe ein Öllängskanal angeordnet ist, von dem für jeden Zylinder jeweils ein Kanal zu einer Ölspritzdüse abzweigt, ist eine getrennte Versorgung und Steuerung der Ölspritzen auf einfache Weise möglich, indem jeweils am Übergang von der Ölversorgungseinrichtung der Brennkraftmaschine in den Öllängskanal ein Regelelement, z.B. in Form eines steuerbaren Ventils, angeordnet ist, das den Ölstrom für den jeweiligen Öllängskanal und die zugehörigen Ölspritzdüsen steuert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen in V-förmiger Anordnung die beiden unmittelbar benachbarten Teilkreisläufe der Ölversorgungseinrichtung durch einen gemeinsamen Ölkanal ersetzt. Bei einer Brennkraftmaschine mit V-förmiger Anordnung der Zylinderreihen ist es besonders vorteilhaft die beiden Teilkreisläufe in Form von Öllängskanälen, die sich zwischen den beiden Zylinderreihen im sogenannten Innen-V befinden zusammenzufassen, und somit weniger Bauraum und eine Ölstromregeleinheit weniger zu benötigen. Bei einer Brennkraftmaschine mit V-förmiger Anordnung der Zylinderreihen liegt somit im Innen-V ein Öllängskanal, von dem zu jedem Zylinder jeder Zylinderreihe ein Kanal zur Versorgung der Ölspritzdüsen abzweigt. Die zu diesem Öllängskanal gehörende Ölstromregeleinheit in Form z.B. eines druckgesteuerten Ventils befindet sich in Strömungsrichtung gesehen zwischen dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine und dem ersten Abzweig zu einem Kanal einer Ölspritzdüse.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Teilölkreislaufs einer Brennkraftmaschine.
In der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Teilkreislauf 2 der Ölversorgung schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 weist zwei Zylinderreihen 3 auf, in denen jeweils Kolben 4 in den Zylindern 5 durch einen nicht gezeigten Kurbeltrieb bewegt werden. Zusätzlich zu einer nicht gezeigten üblichen Kühlung der Zylinder werden die Kolben 4 durch Öl gekühlt, das auf ihre Unterseite gespritzt wird. Gleichzeitig wird mit dem Öl die Verbindung vom Kolben zu einem Pleuel geschmiert. Dieses Öl wird durch Ölspritzdüsen 6, 7 auf die Unterseite der Kolben 4 gespritzt. Die zweiten Ölspritzdüsen 6 werden mit Öl versorgt, das von einer Ölpumpe 8 in den Teilkreislauf 2 und über einen Hauptkreislauf 9 zu Schmierstellen innerhalb der Brennkraftmaschine 1 gepumpt wird. Vom Teilkreislauf 2 strömt das Öl über ein Ventil 10 in einen Längsölkanal 11 und von dort zu den zweiten Ölspritzdüsen 6, von wo es gegen die Kolbenunterseite gespritzt wird. Die ersten Ölspritzdüsen 7 werden ebenfalls vom Teilkreislauf 2 mit Ölversorgt, indem das Öl vom Teilkreislauf 2 über zwei Ventile 12 zu zwei weiteren Öllängskanälen 13 und von dort zu den ersten Ölspritzdüsen 7 strömt, von wo es gegen die Kolbenunterseite gespritzt wird.
Die Ventile 10, 12 sind unterschiedlich ansteuerbar, so dass jeder Kolben 4 zwar mit der gleichen Ölmenge angespritzt wird, die Ölmenge jedoch vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 abhängt. Dies kann dadurch geschehen, dass die Ventile z.B. nur vom Öldruck, der im Teilkreislauf 2 nach der Ölpumpe 8 herrscht, abhängig gesteuert werden. D.h. die Ventile 12 sind z.B. als federbelastete Ventile ausgebildet, die ab einem vorbestimmten Druck unmittelbar stromauf der Ventile den Strömungsweg zu den zweiten Öllängskanälen 13 freigeben. Auf diese Weise wird bei niedrigen Drehzahlen, bei denen die Ölpumpe nur einen geringen Druck liefert und bei denen die Belastung der Brennkraftmaschine aus der Verbrennung im Allgemeinen gering ist, verhindert, dass Öl an die Kolben gespritzt wird, obwohl das in diesem Betriebsbereich für die Kolbenkühlung nicht notwendig, aber für die Ölversorgung der Lager- und Schmierstellen in der Brennkraftmaschine schädlich wäre.
Das Ventil 10, das den Ölstrom zum Längsölkanal 11 und den zweiten Ölspritzdüsen 6 regelt, wird von einem nicht gezeigten Steuergerät angesteuert. Diese Steuerung erfolgt z.B. in Abhängigkeit von der Öltemperatur, der Kühlmitteltemperatur, der Drehzahl und der Belastung der Brennkraftmaschine 1 und auch vom Druck im Teilkreislauf 2. Auf diese Weise können Temperaturspitzen und Belastungsspitzen im Kolben erkannt, abgemildert oder vermieden werden, um damit ein Überhitzen bzw. Versagen des Kolbens zu verhindern. Die Regelung der Ölmenge durch die zweiten Ölspritzdüsen 6 erfolgt unabhängig von der Regelung durch die ersten Ölspritzdüsen 7, so dass sich mehrere Zustände der Ölspritzdüsen 6, 7 ergeben. Wahlweise sind alle Ölspritzdüsen 6, 7 geschlossen, nur die zweiten Ölspritzdüsen 6 geöffnet, nur die ersten Ölspritzdüsen 7 geöffnet oder es sind alle Ölspritzdüsen 6, 7 geöffnet. Damit ist eine wesentlich leistungsfähigere Kolbenkühlung möglich, die zusätzlich noch dem Kühlbedarf des jeweiligen Betriebspunkt besser angepasst werden kann. Da nur soviel Öl an die Kolben 4 gespritzt wird, wie nötig ist um eine Überhitzung bzw. Überlastung zu verhindern, wird der Ölverbrauch der Ölspritzdüsen 6, 7 verringert. Das hat Vorteile bei der Auslegung der Größe der Ölpumpe 8, aber vor allem wird durch den geringeren Ölverbrauch der Ölspritzdüsen 6, 7 das Öl weniger verschäumt. Eine geringere Ölverschäumung verhindert eine schnelle Ölalterung und vereinfach die Ölansaugung zur Ölpumpe 8 und die nicht gezeigte Kurbelgehäuseentlüftung.
Es ist natürlich ebenso möglich die Steuer- und Regelstrategien der Ventile 11, 12 zu vertauschen, beide rein druckabhängig zu steuern oder beide von einem Steuergerät betriebspunktabhängig zu steuern.
Bei einer Brennkraftmaschine mit nur einer Zylinderreihe ist die erfindungsgemäße Ölversorgung des Kolbens einfacher ges taltet. Die Zylinderreihe weist je Zylinder einen Öllängskanal 11 und eine zweite Ölspritzdüse 6, deren Ölstrom von einem Ventil 10 geregelt wird und einen Öllängskanal 13 und eine erste Ölspritzdüse 7, deren Ölstrom von einem Ventil 12 geregelt wird.
Die Ventile 10, 12 können in die Öllängskanäle 11, 13 integriert sein, oder sie sind in den Verbindungen zwischen dem Teilkreislauf 2 und den Öllängskanälen 11, 13 angeordnet.

Claims

Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern in mindestens einer Zylinderreihe, mit jeweils einem Kolben pro Zylinder, und mit einer Ölversorgungseinrichtung, die pro Zylinder wenigstens eine Ölspritzdüse aufweist, über die der zugehörige Kolben mit Öl versorgt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass pro Zylinder (5) wenigstens zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Ölspritzdüsen (6, 7) vorgesehen sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Ölspritzdüsen (6, 7) eines Zylinders jeweils ein separater Ölkanal (11, 13) zugeordnet ist, wobei wenigstens zwei Ölkanäle eines Zylinders gesonderten Teilkreisläufen der Ölversorgungseinrichtung zugeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ölspritzdüse (7) eines Zylinders (5) über einen ersten Teilkreislauf der Ölversorgungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Öldruckwert, insbesondere dem Öldruck an einer Ölpumpe der Brennkraftmaschine (1), ansteuerbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Ölspritzdüse (6) eines Zylinders (5) über einen zweiten Teilkreislauf der Ölversorgungeinrichtung an hand eines in einem Motorsteuergerät gespeicherten Kennfeldes ansteuerbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilkreisläufe der Ölversorgungseinrichtung zur Versorgung der Ölspritzdüsen (6, 7) auf verschiedenen Seiten der Zylinderreihe (3) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen (3) in V-förmiger Anordnung die beiden unmittelbar benachbarten Teilkreisläufe der Ölversorgungseinrichtung durch einen gemeinsamen Ölkanal (11) ersetzt sind.