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Anordnung zur Kühlung und Schmierung
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einer Hubkolben-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf
eine Anordnung zur Kühlung und Schmierung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der DE-OS 28 25 870 ist ein Dieselmotor bekannt geworden, bei
dem die Kühlung und Schmierung mit dem gleichen Arbeitsmittel, nämlich mit dem Motoröl,
durchgeführt wird. Dabei sind die beiden Kreisläufe, d. h. der Kühlölkreislauf und
der Schmierölkreislauf, parallel zueinander angeordnet, wobei beide Kreisläufe durch
eine einzige Pumpe oder auch durch zwei getrennte Pumpen versorgt werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist darin zu sehen, durch
eine Weiterbildung dieser bekannten, mit einem einzigen Arbeitsmittel arbeitenden
Kühl- und Schmieranordnung für Brennkraftmaschinen weitere Vorteile hinsichtlich
des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine zu erzielen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1. Durch die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung des Kühlkreislaufes und des
Schmierkreislaufes wird eine vorteilhafte Erwärmung des den Schmierstellen der Brennkraftmaschine
zugeführten Arbeitsmittels in den Kühlräumen der Brennkraftmaschine erreicht.
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Insbesondere kann dadurch sichergestellt werden, daß schon während
des Warmlaufs der Brennkraftmaschine angewärmt es Öl an die Schmierstellen
der
Brennkraftmaschine herangeführt wird, so daß die Reibleistung der Brennkraftmaschine
und damit der sehr stark davon abhängende Kraftstoffverbrauch wesentlich reduziert
werden können.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß
den Merkmalen der Unteransprüche.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form
eines schematischen Schaltbildes der erfindungsgemäßen Kühl- und Schmieranordnung
gezeigt. Dabei ist mit 1 eine im Längsschnitt dargestellte Hubkolben-Brennkraftmaschine,
wie sie beispielsweise für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs benutzt wird, angegeben,
von der der Zylinderblock mit 2, der Zylinderkopf mit 3 und das Kurbelgehäuse mit
4 bezeichnet sind. 5 stellt einen Zylinder der mehrzylindrigen Brennkraftmaschine
1 dar, in dem ein Kolben 6 in üblicher Weise auf- und abgleitet, wobei im oberen
Totpunkt des Kolbens 6 zwischen diesem und dem Zylinderkopf 3 ein Brennraum 8 ausgebildet
wird, in dem die Verbrennung des darin eingeschlossenen Kraftstoff-Luftgemisches
stattfindet. Mit 9 ist ein Ventil, beispielsweise ein Einlaßventil angedeutet.
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In dem Zylinderblock 2 ist ein den Zylinder 5 umgebender Kühlraum
7 vorgesehen, während in dem Zylinderkopf 3 ein Kühlraum 10 angeordnet ist, der
insbesondere den Brennraum 8 umschließt. Das durch die Kühlräume 7 und 10 strömende
Kühlmittel soll dabei die an die die Brennräume umgebenden Wände abgegebene Wärme
aufnehmen und abtransportieren, um so eine überhitzung dieser Wände zu vermeiden.
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Bei der hier gezeigten Brennkraftmaschine wird zum Kühlen das gleiche
Arbeitsmittel wie zum Schmieren der Lagerstellen, nämlich Ö1, verwendet.
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Um damit die gleiche Kühlwirkung wie mit Wasser zu erzielen, muß man
von einem gegenüber Wasser verdoppelten Öldurchsatz ausgehen. Dieses Öl wird daher
zweckmäßig von zwei Saugpumpen 11 und 12 aus einem am Boden des Kurbelgehäuses 4
vorgesehenen Ölsumpf 27 angesaugt und über Leitungen 13 und 14 den Kühlräumen 7
und 10 zugeführt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Öl an den thermisch besonders
hoch belasteten Stellen der Brennkraftmaschine, nämlich im Bereich der oberen Ringumkehr
des Zylinders 5 und im Bereich des Steges zwischen den Ventilen zugeführt wird,
um dort eine besonders intensive Kühlung zu gewährleisten.
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Bezüglich der Anordnung der dem Zylinderblock 2 sowie dem Zylinderkopf
3 zugeordneten Kühlräume 7 und 10 besteht einerseits die Möglichkeit, diese Kühlräume
miteinander zu verbinden, wie dies in der Zeichnung mit ausgezogenen Linien angedeutet
ist. Andererseits ist es jedoch auch möglich, diese beiden Kühlräume 7 und 10 im
Bereich der Zylinderkopfdichtung voneinander zu trennen die Kühlölzu- und abfuhr
jeweils getrennt durchzuführen, indem beispielsweise die beiden Kühlräume durch
getrennt zugeordnete Saugpumpen 11 und 12 mit dem Kühlöl beaufschlagt werden.
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Es wäre jedoch auch möglich, eine getrennte Kühlölzufuhr durch entsprechende
Abzweigleitungen von einer gemeinsamen, beispielsweise von einer oder mehreren Saugpumpen
beaufschlagten Hauptförderleitung vorzunehmen.
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Während in dem ersten Fall der miteinander verbundenen Kühlräume eine
gemeinsame Ölabführungsleitung 15 das gesamte, aus beiden Kühlräumen 7 und 10 kommende,
angewärmte Öl abtransportiert, ist im zweiten Fall eine besondere Ölabführungsleitung
28 für den Zylinderkühlraum 7 vorzusehen, die in die von dem Zylinderkopf 3 kommende
Abführungsleitung 15 einmündet.
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Von der gemeinsamen Abführungsleitung 15 zweigt nun eine Zweigleitung
16 ab, in der eine die Schmierstellen der Brennkraftmaschine 1 mit Öl versorgende
Druckpumpe 18 angeordnet ist. Diese Druckpumpe 18 fördert die durch die Zweigleitung
16 tretende Teilmenge des Öls zu dem Einlaß 19 eines Filters 20 dessen Auslaß mit
der Ölgallerie 21 und auf hier nicht weiter gezeigte Weise mit den Lagerstellen
der Kurbelwelle bzw.
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den Pleueln verbunden ist. Nach Durchtritt durch die Schmierstellen
der Brennkraftmaschine 1 gelangt das Öl dann wieder in den Ölsumpf 27 zurück.
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Die nicht durch den Schmierölkreislauf tretende Restmenge des Öls
wird einem Thermostatventil 17 zugeführt, das in Abhängigkeit von der Temperatur
des zufließenden Öls oder eines temperaturkritischen Bauteils z. B. des Zylinders
am Ort der oberen Ringumkehr das Öl entweder direkt über die Kurzschlußleitung 22
oder über eine mit einem Ölkühler 25 versehene Leitung 24 der wieder in den Ölsumpf
27 oder auf die Saugseite einer oder beider Saugpumpen einmündenden Rücklaufleitung
26 zuführt. Mit 23 und/oder 23a ist schließlich noch ein von dem Kühlöl beaufschlagter
Wärmetauscher für die Fahrgastraumheizung und/oder für eine Saugrohrheizung angedeutet.
Der Wärmetauscher 23
kann vor oder auch hinter dem Thermostatventil
17 angeordnet sein, desgleichen der Wärmetauscher 23a vor oder hinter der Ölpumpe
18 oder hinter dem Ölfilter 20.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung, bei der der Schmierölkreislauf
in Reihe hinter dem Kühlölkreislauf angeordnet ist, wird gewährleistet, daß immer
relativ warmes Öl zu den Schmierstellen der Brennkraftmaschine gefördert wird. Dies
ist insbesondere für die Zeit des Warmlaufs der Brennkraftmaschine wichtig, da dann
schon recht bald nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine ausreichend warmes und
damit dünnflüssiges Schmieröl den Lagerstellen zugeführt werden kann, so daß die
dort vorhandene Reibleistung wesentlich reduziert und damit der von dieser Reibleistung
entscheidend abhängige Kraftstoffverbrauch in der Warmlaufphase vermindert werden
kann.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin,
daß die höhenmäßige Anordnung der relativ leistungsstarken und kravitationsgefährdeten
Druckpumpe zur Versorgung des Schmierölkreislaufes im wesentlichen frei gewählt
werden kann, da sie nicht mehr aus dem tiefliegenden Ölsumpf, sondern aus den relativ
hoch liegenden Kühlölräumen versorgt wird. Diese Druckpumpe könnte dann beispielsweise
von der Kurbelwelle oder ohne größere Schwierigkeiten auch von der Nockenwelle 33
angetrieben werden.
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Demgegenüber können die leistungsschwächeren Saugpumpen zur Förderung
des Kühlöls beispielsweise auch elektrisch angetrieben sein. Diese Maßnahme hätte
zudem den Vorteil, eine einfache Steuerung der Kühlölbeaufschlagung eines von dem
Zylinderkopf-Kühlraum 10 getrennten Zylindern block-Kühlraums 7 vornehmen zu können.
So könnte die Kühlölbeaufschlagung dieses Kühlraums 8, beispielsweise während des
Warmlaufs der Brennkraftmaschine, zunächst abgeschaltet bleiben, um so durch weitgehende
Unterbindung der Wärmeabfuhr eine schnellere Erwärmung der Zylinderwände zu erreichen.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß gerade die Zylinderwände wegen der wesentlich höheren
Wärmekapazität des Zylinderblocks sich gegenüber den Wänden des Zylinderkopfes weniger
schnell aufheizen, so daß durch getrennte Steuerung der Kühlmittelbeaufschlagung
dieser Wände
eine Vergleichmäßigung des Temperaturprofils der Brennkraftmaschine
während des Warmlaufs und wegen der geringeren Wärmekapazität des Zylinderkopfes
gleichzeitig eine noch schnellere Erwärmung des Schmiermittels sowie der für die
Fahrzeuginnenraumheizung und/oder Saugrohrbeheizung maßgeblichen Wärmetauscher 23
und/oder 23a erreicht werden kann. -Wie oben bereits angedeutet wurde, müßte für
diesen Fall eine Trennung des dem Zylinderblock zugeordneten Kühlraums 7 von dem
dem Zylinderkopf 3 zugeordneten Kühlraum 10 vorgenommen werden und beide Kühlräume
z. B.
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getrennt über die Kühlölzuführungsleitungen 13 und 14 mit Kühlöl von
den Saugpumpen 11 und 12 beaufschlagt werden. Nach Durchströmen der Kühlräume 7
und 10 würde dann das Öl über die zusammengeführten Leitungen 15 und 28 abgeführt.
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Zum Zwecke der getrennten Steuerung der beiden Kühlräume 7 und 10
ist mit strichpunktierten Linien in der Ölabführungsleitung 28 ein beispielsweise
temperaturgesteuertes Ventil 29 vorgesehen, das zum Zwecke der Abschaltung der Kühlmittelbeaufschlagung
des Zylinderblock-Kühlraums 7 in Schließstellung zu bringen ist. In der zu diesem
Kühlraum 7 führenden Kühlmittelzulaufleitung 14 ist ein Rückschlagventil 30 ebenfalls
mit strichpunktierten Linien angedeutet, das ein Auslaufen von Kühlöl aus dem Kühlraum
7 verhindern soll. Bei weiterfördernder Saugpumpe 12 könnte dann eine mit einem
Überdruckventil 32 versehene By-Pass-Leitung 31 vorgesehen sein, über die das von
der Saugpumpe 12 geförderte Kühlöl in die zweite Zulaufleitung 13 gefördert würde.
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Anstelle der Anordnung eines gesonderten temperaturgesteuerten Ventils
29 sowie der Bypaßleitung könnte aber auch unmittelbar die beispielsweise elektrisch
angetriebene Saugpumpe 12 gesteuert werden, indem sie während des Warmlaufs der
Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des Zylinders
5 abgeschaltet bleibt, so daß der Kühlraum 7 nicht von Kühlöl durchströmt wird.
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Neben den bereits genannten Vorteilen, die bei Verwendung von Schmieröl
zur Kühlung der Brennkraftmaschine erreicht werden, ergeben sich in bekannter Weise
auch dadurch Vorteile, daß nur ein einziges Medium, nämlich Öl anstelle von Schmieröl
und Wasser, für die Kühlung und
Schmierung der Brennkraftmaschine
verwendet wird. Auch vereinfachen sich die im Bereich der Zylinderkopfdichtung vorhandenen
Dichtprobleme, da nunmehr nur noch zwei Medien, nämlich das Schmier- und Kühlöl
auf der einen Seite und das Arbeitsgas auf der anderen Seite zu trennen sind, die
sich zudem noch relativ gut miteinander vertragen.
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Schließlich kann noch vorgesehen sein, den Ölsumpf 27 als Trockensumpf
auszubilden oder zumindest den Ölsumpf auf ein sehr kleines Volumen zu verringern.
Eine solche Ausbildung würde die bekannten Vorteile kleiner Motorbauhöhe und großer
Bodenfreiheit sowie der Kurvenunempfindlichkeit bringen. In diesem Fall müßte jedoch
durch geeignete Maßnahmen dafür Sorge getragen werden, daß beim Stand des Fahrzeugs
nicht zu viel Öl aus den Kühl- und Schmierkreisläufen in den Ölsumpf zurückfließt.
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Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß abweichend von der in
der Zeichnung gezeigten Ausführung das dem Schmierölkreislauf zugeordnete Filter
20 als Hauptstromfilter auch vor der Druckpumpe 18 angeordnet sein kann und ggf.
auch anstelle dieses oder zusätzlich zu diesem Hauptstromfilter ein Nebenstromfilter
in einer beispielsweise von der Zweigleitung 16 zu dem Ölsumpf 27 führenden Nebenleitung
oder in einer der Leitungen 22, 24 oder 14 angeordnet sein kann.