DE3322063C2

DE3322063C2 - Brennkraftmaschine mit Schmierölkreislauf

Info

Publication number: DE3322063C2
Application number: DE19833322063
Authority: DE
Inventors: Bernd 7300 Esslingen Gneithing; Bernd-Eric 7065 Winterbach Lübbing; Rüdiger 7314 Wernau Schäfer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-06-18
Filing date: 1983-06-18
Publication date: 1985-11-28
Also published as: DE3322063A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Schmierölkreislauf und Ausnutzung von Abgaswärme zur gezielten Schmieröl-Erwärmung mittels Wärmerohren zur Abkürzung der Warmlaufphase und vor allem zur Reduzierung der Reibungsverluste durch das im kalten Zustand zähflüssige Schmieröl und dem damit verbundenen Kraftstoff-Mehrverbrauch. Da sich gezeigt hat, daß als wesentliche Verursacher der Motorreibung das Triebwerk mit den Kurbelwellen-Hauptlagern sowie Pleuellagern zu nennen ist, erfolgt ein gezielter Wärmetransport zu demjenigen Teilölstrom, der zu diesen Stellen geleitet wird. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der wärmeabgebende Teil des Wärmerohres entweder innerhalb der parallel zur Kurbelwellenachse verlaufenden Längsbohrung als Hauptölkanal im Kurbelgehäuse angeordnet oder innerhalb eines rohrförmigen Kanals, der über eine Umlenkung in den Hauptölkanal übergeht. Vom Hauptölkanal zweigen jeweils mehrere Nebenkanäle zu den Kurbelwellen-Hauptlagern sowie zu den Pleuellagern ab. Schließlich ist noch ein Schutz für das Schmieröl nach Erreichen der Betriebstemperatur vorgesehen mittels einem mit Kühlwasser beaufschlagbaren und über eine Umlenkklappe einschaltbaren Wärmetauscher. Die Anwendung des Erfindungsgegenstandes ist sinngemäß insbesondere in Ländern mit zumeist tiefen Außentemperaturen zu empfehlen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Schmierölkreislauf nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 30 32 090 als bekannt hervorgeht

Eine ähnliche Brennkraftmaschine mit abgasseitigcr ölanwärmung zeigt auch die DE-OS 30 02 098. Die Ausnutzung von Abgabwärme der Brennkraftmaschine zur Schmierölanwärmung mittels Wärmerohren dient zur Abkürzung der Warmkufphase und vor allem zur Reduzierung der Reibungsverluste durch das im kalten Zustand zähflüssige Schmieröl und dem damit verbundenen Kraftstoff-Mehrverbrauch. Es wäre denkbar, entweder ein insgesamt niedrig-viskoses öl zu verwenden, was allerdings bezüglich Bauteileverschleiß und Lebensdauer nur sehr begrenzt möglich ist, ader aber zu versuchen, baldmöglichst nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine das Schmieröl auf eine Temperatur

aufzuwärmen, bei der die ölviskosität bereits vergleichsweise niedrig ist Nachteilig bei der oben an zweiter Stelle genannten vorbekannten Brennkraftmaschine mit Ausnutzung von Abgaswärme zur ölanwärmung ist jedoch, daß zunächst die gesamte Schmierölmenge im

ölsumpf aufgeheizt werden muß, bevor sich ein nennenswerter Einfluß der Ölerwärmung einstellt; hierfür vergeht aber wertvolle Zeit in der die Brennkraftmaschine unter ungünstigen Bedingungen arbeiten muß. Somit wird die Warmlaufphase nicht entscheidend vcrkürzt.

In der oben als erstes zitierten Brennkraftmaschine wird nicht das öl im Sumpf, sondern lediglich der zirkulierende Anteil des Öles mittels eines in den Hauptölförderkanal hineinragenden Wärmerohres erwärmt, wodurch sich der gewünschte Effekt rascher an den Schmierstellen einstellt als bei der zuvor gewürdigten Brennkraftmaschine. Damit ist aber immer noch nicht das Optimum einer Kraftstoffersparnis während der Warmlaufphase erreicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Phase mit erhöhtem Reibungsverlust und Kraftstoffverbrauch noch stärker zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auf dreierlei Weise gelöst, nämlich jeweils durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1, von Anspruch 2 oder von Anspruch 3. Es hat sich nämlich gezeigt, daß als wesentliche Verursacher der Motorreibung das Triebwerk mit den Kurbelwellen-Hauptlagern sowie Pleuellagern zu nennen ist Durch die Unterteilung des Hauplölkanales in zwei Kanäle, von denen der in Zulaufrichtung erste Kanal den wärmeabgebenden Teil des Wärmerohres enthält und vom zweiten Kanal die Nebenölkanäle abzweigen, erfolgt ein gezielter Wärmelransporl zu diesen Stellen. Die Kolbenreibung ist zwar auch

groß, aber sie ist nicht primäres Ziel der ölerwärmung, da sich in diesem Bereich das erwärmte Öl zu schnell wieder abkühlen würde. Es wird daher lediglich der Teil-Ölstrom erwärmt, der zu den Kurbelwellcn-Hauptla-

gern sowie zu den Pleuellagern fließt, d. h. andere Teilölströme wie beispielsweise der für den Bereich der Steuerung werden nicht erwärmt

Die verschiedenen Lösungswege der Erfindung unterscheiden sich im wesentlichen bezüglich der Umströmung der verwendeten Bauteile wie Wärmerohr und Umlenkrohr; auf diese verschiedenen alternativen Gestaltungs- bzw. Anordnungsmöglichkeiten geht die Beschreibung der Ausführungsbeispiele noch näher ein. Durch geeignete Auswahl des Mediums im Wärmerohr kann dafür gesorgt werden, daß bei Erreichen der Betriebstemperatur die Wärmeübertragung wegen völliger Verdampfung des Mediums aufhört. Im übrigen sollte wenigstens der zweite Kanal mit einer Wärmeisolation versehen sein, um Wärmeverluste in der Warmlaufphase so gering wie möglich zu halten. Schließlich kann nach Anspruch 4 ein Überhitzungsschutz für das Schmieröl in Form eines mit Kühlwasser beaufschlagbaren einschaltbaren Wärmetauschers vorgesehen werden.

Die Erfindung ist anhand von Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; dabei zeigt

F i g. 1 eine Brennkraftmaschine mit Schmierölkreislauf in Seitenansicht,

F i g. 2 eine Vorderansicht der Brennkraftmaschine nach Fig. 1,

F i g. 3 einen Ausschnitt der Brennkraftmaschine nach F i g. 1 entsprechend der dortigen Hervorhebung III mit Wärmerohr und Umlenkrohr im Hauptkanal,

F i g. 4 einen Ausschnitt der Brennkraftmaschine nach F i g. 2 entsprechend der dortigen Hervorhebung IV als Schnitt entlang der Linie IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 und 6 Schnittdarstellungen ähnlich wie in den F i g. 3 und 4 eines modifizierten Ausführungsbeispieles mit hohlem doppelwandigem Wärmerohr,

F i g. 7 einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine im Bereich des Hauptölkanales mit zwei parallel nebeneinander liegenden Kanälen und

F i g. 8 ein gegenüber F i g. 7 erweitertes Ausführungsbeispiel mit zusätzlichem Wärmetauscher und Steuerung mittels Umlenkklappe als Überhitzungsschutz für das Schmieröl.

Die in F i g. 1 in Seitenansicht dargestellte Brennkraftmaschine 15 mit Schmierölkreislauf weist im Bereich des Zylinder-Kurbelgehäuses 18 eine Längsbohrung als Hauptölkanal 2 parallel zur Achse der Kurbelwelle 19 auf, von dem aus nacheinander mehrere Nebenölkanäle 3 zu den Kurbelwellen-Hauptlagern und mittelbar zu den Pleuellagern abzweigen. Zur Ausnutzung der Abgaswärme der Brennkraftmaschine 15 für die Erwärmung des Schmieröls 5 während der Warmlaufphase dient ein Wärmerohr 1 zwischen der Abgasleitung 16 und dem Schmierölkreislauf. Der wärmeaufnehmende Teil 17 des Wärmerohres kann auch in einer 7U- bzw. abschaltbaren Abgas-Bypassleitung enthalten sein. Die in F i g. 2 dargestellte Vorderansicht der Brennkraftmaschine 15 nach Fig. 1 veranschaulicht die Lage vom Hauptölkanal 2, in dem sich auch das Wärmerohr 1 befindet, und den davon abzweigenden Nebenölkanälen 3, die zu den Kurbelwellen-Hauptlagern und Pleuellagern führen.

Als erstes Ausführungsbeispiel zeigen die F i g. 3 und 4 einen Ausschnitt der Brennkraftmaschine mit einem Wärmerohr 1, das mit seinem wärmeabgebenden Teil zentral im Hauptölkanal 2 angeordnet und von einem Umlenkrohr 4 im Abstand umgeben ist. Somit ist der in Zulaufrichtung erste Kanal, wo das Schmieröl vor seiner Verteilung zu den LagersteUen Wärme aufnimmt konzentrisch zwischen Wärmerohr 1 und Umtankrohr 4 gebildet Am Ende des Hauptölkanales 2 findet eine im Querschnitt U-förmige Umkehr- bzw. Rückströmung statt Zwischen der Innenseite des Hauptölkanales 2 und dem Umlenkrohr 4 ist der zweite Kanal gebildet der zur Versorgung der Nebenölkanäle 3 bzw. Gleitlager mit dem erwärmten Schmieröl 5 dient Um Wärmeverluste so gering als möglich zu halten, sollte die Innenseite des

ίο Hauptölkanales 2 und der Nebenölkanäle 3 mit einer Wärmeisolation 9 versehen werden (nur beim Hauptölkanal dargestellt).

Schließlich stellen die F i g. 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel mit zentraler Durchströmung des Wärmerohres 1' dar, wobei dieses als doppelwandiges Rohr mit den Wandungen 6 ausgebildet ist und der in Zulaufrichtung erste Kanal im Innern des Wärmerohres Γ sowie der zweite Kanal konzentrisch darum herum angeordnet ist In diesem Falle kann auf ein Umlenkrohr verzichtet werden. Diese Lösung ist konstruktiv und von der Montage her die zweckmäßigere Anordnung. Auch hier kann der Hauptölkanal 2 innenseitig und auch das Wärmerohr 1' außenseitig mit einer Wärmeisolation 9 verst hen werden.

Eine weitere Gestaltungs-Möglichkeit ist in Fig.7 gezeigt, wo das Wärmerohr 1" und die Längsbohrung des Hauptölkanales 2 räumlich voneinander getrennt angeordnet sind dadurch, daß parallel neben der Längsbohrung des Hauptölkanals 2 ein rohrförmiger Kanal 7 vorgesehen ist, der über eine 180°-Umlenkung 8 in die Längsbohrung übergeht, wobei der wärmeabgebende Teil des Wärmerohres 1" in den rohrförmigen Kanal 7 eingeschoben ist. Hierbei enthält der in Zulaufrichtung erste Kanal nur das Wärmerohr 1", wobei das Schmieröl 5 zwischen diesem und der Innenseite des rohrförmigen Kanals 7 durchströmt, der zweckmäßigerweise wiederum mit einer Wärmeisolation 9 umgeben ist. Der zweite Kanal, nach der 180"-Umlenkung 8 beginnend, enthält als reiner Hauptölkanal 2. zweckmäßigerweise ebenfalls mit einer Wärmeisolation 9 versehen, lediglich die Abzweigungen für die Nebenölkanäle 3 innerhalb des Zylinder-Kurbelgehäuses 18. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der im Durchmesser geringe Platzbedarf für den Hauptölkanal 2 vorteilhaft, wodurch keine konstruktiven Änderungen zur Unterbringung des Wärmerohres im Innern des Kurbelgehäuses 18 erforderlich sind und auch eine Nachrüstung bei bestehenden Konstruktionen denkbar ist, da das Wärmerohr 1" im rohrförmigen Kanal 7 außerhalb des Kurbelgehäuses 18 liegt.

Als letztes Ausführungsbeispiel zeigt die F i g. 8, aufbauend auf F i g. 7, den Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit Schmierölkreislauf, einem Wärmerohr V" und einem Überhitzungsschutz für das Schmieröl 5 bei betriebswarmer Maschine über einen mit Kühlwasser 10 beaufschlagbaren und über eine Umlenkklappe 14, beispielsweise ein Thermoventil, einschaltbaren Wärmetauscher 11 zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal im Bereich der 180°-Umlenkung 8. Hierfür ist ein Nebenauslaß 12 vorgesehen, durch den das Schmieröl 5 in den Wärmetauscher 11 umgeleitet werden kann und ein Nebeneinlaß 13, durch den das Schmieröl 5 wieder dem Hauptölkanal 2 zugeführt wird. Die für die Steuerung notwendige Umlenkklappe 14 ist zweckmäßigerweise in der Mitte der 180°-Umlenkung 8 zwischen Nebenauslaß 12 und Nebeneinlaß 13 angeordnet.

Dieses letzte Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, daß das erwärmte Schmieröl 5 nach dem Ende der

Warmlaufphase der Brennkraftmaschine durch den Wärmetauscher 11 geleitet und somit gekühlt werden j kann, bevor es zu den Lagern weitergeleitet wird. Die

j Umschaltung über diesen Bypass mittels der Umlenk-

klappe 14 erfolgt temperaturabhängig, wobei sich bei- 5 spielsweise ein thermisch geregeltes Ventil für die Einsteuerung eignet.

Alle beschriebenen Ausführungsbeispiele bewirken eine Verkürzung der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine durch Abgasenergie, wobei keine Energie von io außen zugeführt werden muß. In Ländern mit zumeist tiefen Außentemperaturen ist die Anwendung des Erfindungsgegenstandes umsomehr zu empfehlen, weil dadurch nicht nur der Verbrauch entsprechend reduziert wird, sondern auch der Verschleiß der Brennkraftma- 15 schine.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit Schmierölkreislauf, mit Ausnutzung von Abgaswärme der Brennkraftmaschine zur Aufheizung einer Teilmenge des Schmieröls mittels eines Wärmerohres zwischen abgasführenden Teilen der Brennkraftmaschine und dem Schmierölkreislauf, welches Wärmerohr wärmeabgabeseitig konzentrisch im Innern eines in Richtung zur Brennkraftmaschine durchströmten ölkanals angeordnet und wärmeaufnahmeseitig von Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagbir ist, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeabgebende Teil des Wärmerohres (1) in einer parallel zur Kurbelwellenachse im Kurbelgehäuse liegenden Längsbohrung (2) angeordnet ist, von e'er nur solche Nebenölkanäle (3) nacheinander abzweigen, die zu den Kurbelwellenhauptlagern und mittelbar zu den Pleuellagern führen, und daß der zwischen der Längsbohrungsleibung und dem Wärmerohr (i) verbleibende ringförmige Querschnitt durch ein eingeschobenes Rohr (4) in zwei koaxiale Kanäle unterteilt ist, die an einem Ende ineinander übergehen und nacheinander in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden, wobei der in Zulaufrichtung erste, radial innere Kanal auf seiner ganzen Länge den wärmeabgebenden Teil des Wärmerohres enthält und wobei erst vom zweiten, radial äußeren Kanal die Nebenkanäle (3) abzweigen (F i g. 1 bis 4).

2. Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeabgebende Teil des Wärmerohres (1') in einer parallel zur Kurbelwellenachse im Kurbelgehäuse liegenden Längsbohrung (2) angeordnet ist, von der nur solche Nebenölkanäle (3) abzweigen, die zu den Kurbelwellenhauptlagern und mittelbar zu den Pleuellagern führen und daß wenigstens der wärmeabgebende Teil des Wärmerohres (Γ) als doppelwandiges Rohr für zentrale Durchströmung von öl ausgebildet ist, welches die Längsbohrung (2) in zwei koaxiale Kanäle unterteilt, die an einem Ende ineinander übergehen und nacheinander in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden, wobei der in Zulaufrichtung erste Kanal im Innern des Wärmerohrs 1' angeordnet ist und die Nebenölkanäle (3) erst von dem zweiten Kanal abzweigen (F i g. 5 und 6).

3. Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß parallel zur Kurbelwellenachse im Kurbelgehäuse eine Längsbohrung (2) angeordnet ist, von der nur solche Nebenölkanäle (3) abzweigen, die zu den Kurbelwellenhauptlagern und mittelbar zu den Pleuellagern führen und daß parallel neben der Längsbohrung ein rohrförmiger Kanal (7) vorgesehen ist, der über eine 180"-Umlenkung (8) in die Längsbohrung übergeht und daß der wärmeabgebende Teil des Wärmerohres (1") in den rohrförmigen Kanal (7) eingeschoben ist (F i g. 7).

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal im Bereich der 180°-Umlenkung (8) ein zu einem mit Kühlwasser (10) beaufschlagbaren Wärmetauscher (11) führender Nebenauslaß (12) und stromab davon ein vom Wärmetauscher (11) wieder zurückführender Nebeneinlaß (13) vorgesehen ist. wobei zwischen beiden eine abhängig von der öltemperatur betätigbare Umlenkklappe (14) zur Einsteuerung eines direkten Durchganges bzw. eines Umweges über den Wärmetauscher (11) vorgesehen ist (F i g. 8).

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der zweite Kanal mit einer Wärmeisolation (9) versehen ist