DE19938285A1 - Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine mit einem thermostatisch überwachten Öldruckregelventil (14), dessen Ventilkörper (16) durch eine Druckfeder (24, 24', 24'') in Schließrichtung beaufschlagt ist, wobei der Ventilkörper (16) in Abhängigkeit von der Ölfördermenge und der Öltemperatur eine Öffnung (30) im Öldruckregelventil (14) freigibt, über die das Öl auf der Saugseite (33) der Ölpumpe (10) zurückströmen kann. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß das thermostatisch geregelte Öldruckregelventil (14) Mittel aufweist, durch die der Ventilkörper (16) die Öffnung (30) im Öldruckregelventil (14) mit steigender Schmieröltemperatur später freigibt und umgekehrt, so daß der Öldruck im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgesenkt wird. Damit wird eine Absenkung des Öldrucks im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine erreicht, was zu einer Reduzierung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine führt, wobei im kalten als auch im warmen Betriebszustand eine ausreichende Schmierung der Verbraucher gewährleistet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer
Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 30 33 820 C2 ist eine Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes
einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der das den Öldruck bestimmende
Überlaufventil mit einem thermostatisch geregelten Ventilkörper versehen ist. Mit Hilfe
eines Dehnstoffelementes, das vom Schmieröl umgeben ist, kann die Vorspannung
der den Ventilkörper beaufschlagenden Druckfeder in Abhängigkeit von der
Temperatur des Schmieröls verändert werden. Wenn sich beim Betrieb der
Brennkraftmaschine das Schmieröl erwärmt, dehnt sich das Dehnstoffelement aus,
wodurch über ein zweites Federelement die Vorspannung der Druckfeder vermindert
wird, so daß das Überlaufventil früher öffnet und damit der Schmieröldruck im warmen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine reduziert wird. Die Herabsetzung des
Schmieröldruckes mit zunehmender Öltemperatur wird damit begründet, daß auch
unter diesen Bedingungen eine ausreichende Schmierung der Lagerstellen stattfinden
kann.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund der abnehmenden Viskosität des
Schmieröls und der größeren Öl-Schluckmenge des Motors mit zunehmenden
Öltemperaturen eine Reduzierung des Öldrucks im warmen Zustand des Motors,
insbesondere in hohen Drehzahlbereichen, unerwünscht ist. Eine Ölpumpe muß in der
Regel so dimensioniert werden, daß auch bei hohen Öltemperaturen und bei hohen
Motordrehzahlen noch ausreichend Öldruck vorhanden ist. Dies hat zur Folge, daß bei
kaltem Motor schon bei niedrigen Drehzahlen ein unnötig hoher Öldruck aufgebaut
wird, der den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein thermostatisch überwachtes Öldruckregelventil
für eine Brennkraftmaschine zu entwickeln, bei der dieser Nachteil überwunden werden
kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1. Das erfindungsgemäße thermostatische Öldruckregelventil ist mit Mitteln versehen,
die bewirken, daß im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Öffnung für
die Bypassleitung bzw. für die Rücklaufleitung zur Saugseite der Ölpumpe früher
freigegeben wird, als im warmen Betriebszustand. Damit wird der Öldruck im kalten
Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgesenkt, wodurch in vorteilhafter Weise
der spezifische Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer
Brennkraftmaschine enthalten.
In einer ersten Ausführungsform ist der Druckfeder des thermostatisch überwachten
Öldruckregelventils ein Dehnstoffelement in Reihe vorgeschaltet, das mit zunehmender
Schmieröltemperatur die Gesamtlänge beider Elemente vergrößert.
In einer zweiten Ausführungsform ist die Druckfeder als Thermobimetall ausgebildet,
wobei die Federkennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur des Schmieröls derart
verändert wird, daß die Federrate der Druckfeder mit zunehmender Temperatur des
Schmieröls vergrößert wird und umgekehrt.
In einer dritten vorteilhaften Ausführungsform ist die Druckfeder aus einer Legierung
aufgebaut, bei der sich aufgrund einer reversiblen temperaturabhängigen
Gefügezustandsänderung die Federrate der Druckfeder mit zunehmender Temperatur
des Schmieröls vergrößert.
Bei allen drei Ausführungsbeispielen kann auf Standardbauteile zurück gegriffen
werden, so daß für das erfindungsgemäße thermostatische Druckregelventil keine
oder nur geringe Mehrkosten entstehen.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden
nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Regelung des Schmieröldruckes nach einem ersten
Ausführungsbeispiel und
Fig. 2 eine schematische Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Regelung des Schmieröldruckes nach einem zweiten und dritten
Ausführungsbeispiel.
Mit Hilfe einer Ölpumpe 10 wird aus einer Ölwanne 12 eines nicht näher dargestellten
Motors Schmieröl angesaugt und den mit V gekennzeichneten Verbrauchern, wie z. B.
den Lagerstellen der Kurbelwelle, den Pleuellagern, den Lagern der Nockenwelle etc.
zugeführt. Zwischen Ausgangsseite 13 der Ölpumpe 10 und den Verbrauchern ist ein
Öldruckregelventil 14 zwischengeschaltet. Das Öldruckregelventil 14 besteht im
wesentlichen aus einem als Arbeitskolben ausgebildeten becherförmigen Ventilkörper
16, der in einer Bohrung 18 des Gehäuses 20 des Öldruckregelventils 14 längs
verschiebbar angeordnet ist. Der Ventilboden 16a des Ventilkörpers 16 wird durch das
im Druckraum 22 befindliche Schmieröl, schematisch dargestellt durch die
gestrichelte Flußlinie, beaufschlagt. Gegen den sich im Druckraum 22 aufbauenden
Schmieröldruck wirkt eine auf der anderen Seite des Ventilbodens 16a in der Bohrung
18 des Öldruckregelventils 14 angeordnete Druckfeder 24, die in den becherförmig
ausgebildeten Ventilkörper 16 eingesteckt ist und durch den Ventilmantel 16b geführt
wird. Die Druckfeder 24 stützt sich an einem ebenfalls in der Bohrung 18
angeordneten Dehnstoffelement 26 ab, welches sich wiederum an einer am Gehäuse
20 angeordneten Verschlußeinrichtung 28 abstützt.
Im Gehäuse 20 ist weiterhin eine mit der Bohrung 18 verbundene und dazu senkrecht
angeordnete Öffnung 30 vorgesehen, die in bestimmten Betriebszuständen des
Motors durch den Ventilmantel 16b des Ventilkörpers 16 freigegeben wird. Die
Öffnung 30 steht mit einem schematisch dargestellten Rücklaufkanal 32 in
Verbindung, der zur Saugseite 33 der Ölpumpe 10 zurückführt. In Druckrichtung des
Schmieröls gesehen ist hinter der Öffnung 30 eine zweite mit der Bohrung 18
verbundene Öffnung 34 angeordnet, die über einen im spitzen Winkel zur Bohrung 18
verlaufenden Kanal 36 ebenfalls mit der Rücklaufleitung 32 in Verbindung steht.
Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird Schmieröl von der Ölpumpe 10 in
den Druckraum 22 gefördert und gelangt von diesem an die Schmierstellen der
Brennkraftmaschine. Da die Ölpumpe 10 direkt über die Kurbelwelle des Motors
angetrieben wird, erhöht sich mit der Motordrehzahl auch die Ölfördermenge und
damit der Öldruck. Mit zunehmendem Druck des Schmieröls wird der Ventilkörper 16
entgegen der Kraft der Druckfeder 24 soweit verschoben, daß die Öffnung 30
teilweise oder vollständig durch den Ventilmantel 16b freigegeben wird. Damit wird,
wie aus dem Stand der Technik bekannt, der Öldruck in der Brennkraftmaschine
begrenzt und der nicht zum Verbraucher gelangende Teilölstrom kann über die
Öffnung 30 und die Rücklaufleitung 32 zur Saugseite 33 der Ölpumpe 10
zurückfließen. Da der Raum, der die Druckfeder 24 umgibt, ebenfalls mit Schmieröl
gefüllt ist, kann bei der Bewegung des Ventilkörpers 16 entgegen der Kraft der
Druckfeder 24 über die Öffnung 34 und den Kanal 36 ein entsprechender
Druckausgleich erfolgen.
Das Dehnstoffelement 26, das ebenfalls in der Bohrung 18 vom Schmieröl umgeben
ist, verändert in Abhängigkeit von der Öltemperatur seine Länge z. Nimmt die
Öltemperatur zu, nimmt die Länge z des Dehnstoffelements 26 zu, wodurch sich die
Gesamtlänge x von Dehnstoffelement 26 und Druckfeder 24 ebenfalls vergrößert.
Damit wird erst bei höheren Öldrücken die Regelkante der Öffnung 30 durch den
Arbeitskolben 16 freigegeben, so daß der Öldruck im Motor bei kaltem Öl reduziert
bzw. bei heißem Öl erhöht wird. Öffnet beispielsweise bei einem Öldruckbegrenzer,
der nicht thermostatisch geregelt ist, das Druckregelventil sowohl bei 20°C als auch
bei 80°C Öltemperatur bei einem Druck von beispielsweise 6 bar, so öffnet das im
Ausführungsbeispiel beschriebene Öldruckregelventil 14 bei einer Öltemperatur von
20°C beispielsweise bei 4 bar, während bei einer Öltemperatur von 80°C das
Öldruckregelventil 14 erst bei 6 bar Öldruck öffnet. Damit wird eine Reduzierung des
spezifischen Kraftstoffverbrauchs, insbesondere in der Kaltstartphase des Motors,
erreicht. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß sowohl im kalten, als auch im warmen
Zustand des Motors eine ausreichende Ölmenge zu den Verbrauchern gelangt. Die
Freigabe der Öffnung 30 durch den Arbeitskolben 16 kann über eine entsprechende
Federcharakteristik so gesteuert werden, daß der Öldruck mit weiterer Erhöhung der
Motordrehzahl nicht auf einen konstanten Wert gehalten wird, sondern sich weiter mit
geringerer Steigung als vor dem Öffnen des Öldruckregelventils erhöht. Damit wird der
Tatsache Rechnung getragen, daß im oberen Drehzahlbereich des Motors für eine
zuverlässige Schmierung ein höherer Öldruck erforderlich ist.
In Fig. 2 ist ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel eines thermostatisch
geregelten Öldruckregelventils 14 dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind. Zur temperaturabhängigen Regelung des Öldrucks wird
im zweiten Ausführungsbeispiel für das Öldruckregelventil 14 eine Druckfeder 24'
verwendet, die als Thermobimetall ausgebildet ist. Bei diesen als Verbundwerkstoffe
bekannten Thermobimetallen ändert sich die Federkennlinie in Abhängigkeit von der
Temperatur. Beim Einsatz eines thermostatisch geregelten Öldruckregelventils für eine
Brennkraftmaschine kann diese Eigenschaft im Sinne einer Regelung, wie Sie im
ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ausgenutzt werden, indem die
Federrate der Druckfeder 24' mit zunehmender Temperatur des die Druckfeder 24'
umgebenden Schmieröls vergrößert wird und umgekehrt.
In einem dritten Ausführungsbeispiel ist die Druckfeder 24" als eine Legierung mit
sogenanntem Formgedächtnis-Effekt ausgebildet. Dieser beruht auf reversiblen
temperaturabhängigen Gefügezustandsänderungen, wobei die Änderung der
Federkennlinie aufgrund der Gefügeumwandlung beim thermostatisch geregelten
Öldruckregelventil 14 wiederum im gewünschten Sinnne ausgenutzt werden kann. Aus
der Literatur bekannte Legierungen sind z. B. Nickel-Titan, Kupfer-Zink-Aluminium und
Kupfer-Aluminium-Nickel (siehe "Metallfedern" Springer-Verlag, 1997, S. 55ff.)
Claims (4)
1. Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine, mit
einem thermostatisch überwachten Öldruckregelventil, dessen Ventilkörper durch eine
Druckfeder in Schließrichtung beaufschlagt ist, wobei der Ventilkörper in Abhängigkeit
von der Ölfördermenge und der Öltemperatur eine Öffnung im Öldruckregelventil
freigibt, über die das Öl auf die Saugseite der Ölpumpe zurückströmt, dadurch
gekennzeichnet, daß das thermotatisch geregelte Öldruckregelventil (14) Mittel
aufweist, durch die der Ventilkörper (16) die Öffnung (30) im Öldruckregelventil (14)
mit steigender Schmieröltemperatur später freigibt und umgekehrt, so daß der
Öldruck im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgesenkt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfeder (24) ein
Dehnstoffelement (26) in Reihe vorgeschaltet ist, das mit steigender
Schmieröltemperatur die Gesamtlänge (x) von Druckfeder (24) und Dehnstoffelement
(26) vergrößert.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (24') als
Thermobimetall ausgebildet ist, dergestalt, daß die Federkennlinie in Abhängigkeit von
der Temperatur des Schmieröls verändert wird, indem die Federrate der Druckfeder
(24') mit zunehmender Temperatur des Schmieröls vergrößert wird und umgekehrt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (24")
aus einer Legierung besteht, bei der ab einer bestimmten Temperatur eine
Gefügeumwandlung auftritt, die dazu führt, daß die Federrate der Druckfeder (24") mit
zunehmender Temperatur des Schmieröls vergrößert wird und umgekehrt.
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