DE3633094A1 - Oelkreislaeufe einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 35 09 095 ist eine ölgekühlte Brennkraftma­ schine bekannt, bei der das Schmier- bzw. Kühlöl für die Beheizung beispielsweise eines Fahrgastraumes nutzbar ist. Dabei sind Wärmetauscher, die dem Öl die zur Beheizung des Fahrgastraums nötige Energie entziehen, in einer Bypaßlei­ tung für einen Ölkühler und in einer Zufuhrleitung zu dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine angeordnet. Nach­ teilig an dieser Anordnung ist es, daß dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine durch die Parallelschaltung von Öl­ kühler und Heiz-Wärmetauscher immer Energie entzogen wird. Dies ist besonders bei Kaltstarts unerwünscht, da sich während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine das Öl möglichst schnell erwärmen soll. Der zweite Heiz-Wärme­ tauscher ist so in den Schmierölkreislauf eingeschaltet, daß er die durch die Schmierung der Brennkraftmaschine er­ zeugte Wärmeenergie des Öls nicht nutzen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, Ölkreisläufe einer Brenn­ kraftmaschine schaltungstechnisch so zu gestalten, daß ei­ ne leistungsfähige Entnahme von Wärmeenergie für Heiz­ zwecke aus den Ölkreisläufen möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Heiz-Wärme­ tauscher in einer gemeinsamen Rückführleitung des Schmier­ kreislaufs und des Kühlkreislaufs angeordnet ist, wobei die Rückführleitung in ein Ölreservoir mündet. Durch diese Anordnung wird die durch den Kühlvorgang von dem Öl auf­ genommene Wärmeenergie unmittelbar und die bei dem Schmiervorgang von dem Öl aufgenommene Wärmeenergie für Heizzwecke genutzt. Weiterhin ist der Heiz-Wärmetauscher über eine von einem Stromregelventil gesteuerte Bypaßlei­ tung umgehbar. Dadurch wird erreicht, daß beispielsweise bei kalter Brennkraftmaschine durch die Umgehung des Heiz-Wärmetauschers dem Öl keine Wärmeenergie entzogen wird und die Brennkraftmaschine somit rasch ihre Betriebs­ temperatur erreicht. Das Stromregelventil kann ausschließ­ lich manuell betätigbar sein. Vorteilhaft ist es aber, wenn in dem Stromregelventil ein Thermostat integriert ist, der erst ab einer bestimmten vorgebbaren Temperatur des Öls eine manuelle Beeinflußbarkeit im Sinne einer Durchströmung des Heiz-Wärmetauschers zuläßt. Ebenso ist es in bestimmten Anwendungsfällen vorgesehen, daß ein wei­ terer Thermostat oberhalb einer vorgebbaren Temperatur des Öls das Stromregelventil in dem Sinne steuert, daß das ge­ samte Öl durch den Heiz-Wärmetauscher geleitet wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß in kritischen Tempera­ turbereichen eine zusätzliche Kühlung des Öls durch den Heiz-Wärmetauscher erfolgen kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung fördert eine Pumpe das sich in der Ölwanne der Brennkraftmaschine befindliche Öl in die gemeinsame Rückführleitung des Schmier- und Kühlöls. In der Ölwanne des Motors sammelt sich beispiels­ weise das von den Lagerstellen zurückfließende Schmieröl sowie das zur Kolbenschmierung und Kolbenkühlung verwende­ te Öl. Durch den Einsatz der Pumpe ist die Lage des Heiz-Wärmetauschers frei wählbar und kann optimal den ge­ gebenen Anbaubedingungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden. Eine oder je nach Ausführung der Brennkraftmaschi­ ne mehrere Überdruckleitungen des Schmierkreislaufs münden direkt in die gemeinsame Rückführleitung. Dies hat den Vorteil, daß das dermaßen abgesteuerte, unter Druck stehende Öl nicht von der Pumpe gefördert werden muß. Bei bestimmten Ausführungsformen kann es auch zweckmäßig sein, eine oder mehrere Überdruckleitungen des Schmierkreislaufs in die Ölwanne der Brennkraftmaschine münden zu lassen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Ölreservoir als unabhängig von der Ölwanne angeordneter Behälter ausgebil­ det, der über eine Entlüftungsleitung mit der Ölwanne ver­ bunden ist. Dabei herrscht in dem Behälter maximal ein geringer Überdruck, der durch den Kurbelgehäuseüberdruck bestimmt ist. Bei einer derartigen Ausbildung brauchen die Verbindungsleitungen von und zu dem Behälter nicht als besonders hochdruckfeste Leitungen ausgelegt sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ölreser­ voir als unabhängig von der Ölwanne angeordneter ge­ schlossener Behälter ausgebildet, der über eine Überdruck­ leitung mit der Ölwanne verbunden ist. Dabei drückt in Weiterbildung der Erfindung die das aus der Ölwanne in den Behälter fördernde Pumpe das in dem Behälter befindliche Öl in den Schmier- und Kühlkreislauf. Ein in der Über­ druckleitung angeordnete Überdruckventil ist so einge­ stellt, daß es die Überdruckleitung erst dann öffnet, wenn der Staudruck in dem Schmier- bzw. Kühlkreislauf einen vorgegebenen Wert überschreitet.

In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, in den Kühlkreislauf eine Umwälzpumpe einzusetzen. Diese Umwälz­ pumpe ist in vorteilhafter Weise mit variabler Drehzahl antreibbar. Damit kann der Öldurchsatz durch den Kühl­ kreislauf der Brennkraftmaschine in bestmöglicher Weise dem Kühlbedarf angepaßt werden. Beispielsweise kann die Drehzahlsteuerung der Umwälzpumpe von einem Thermostaten gesteuert werden, der die Temperatur der Brennkraftmaschi­ ne an verschiedenen Stellen mißt. Damit ist es möglich, bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die Umwälzpumpe so lange im Stillstand zu belassen, bis die Brennkraftma­ schine eine bestimmte Mindesttemperatur erreicht hat. Da­ nach kann mit zunehmender Brennkraftmaschinentemperatur die Förderleistung der Umwälzpumpe bis zu einem Maximal­ wert gesteigert werden. Dabei ist die Versorgung des Schmierkreislaufs mit Öl von dieser Steuerung vollkommen unabhängig, da sich in dem gesamten Kühlkreislauf der in dem Behälter herrschende Überdruck einstellt, und somit der variable Massendurchsatz durch den Kühlkreislauf kei­ nen Einfluß auf die Schmierölversorgung der Brennkraftma­ schine nimmt. Wird der Behälter nicht mit Überdruck be­ trieben bzw. nur mit dem geringen Kurbelgehäuseüberdruck, ist es in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, eine ge­ meinsame Förderpumpe in den Schmier- und Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine anzuordnen. Dadurch kann die Lage des Behälters unabhängig von geodätischen Gegebenheiten erfol­ gen.

In Weiterbildung der Erfindung ist in der Zuführleitung des Schmierkreislaufs ein Absperrventil angeordnet. Dieses Absperrventil ist bei laufender Brennkraftmaschine geöff­ net und schließt sich beim Abstellen der Brennkraftmaschi­ ne automatisch. Dadurch wird beim Startvorgang der Brenn­ kraftmaschine, bei dem das Absperrventil automatisch ge­ öffnet wird, eine Vorschmierung der Brennkraftmaschine durch den Abbau des in dem Behälter herrschenden Über­ drucks erreicht. Ein Rückfluß des Öls in die Ölwanne über die Pumpe, die das Öl aus der Ölwanne in den Behälter för­ dert, wird durch ein entsprechendes Rückschlagventil in dieser Leitung verhindert.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Brennkraftma­ schine ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschrei­ bung, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbei­ spiele der Erfindung beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema der Ölkreisläufe gemäß einer ersten Variante,

Fig. 2 ein Schema der Ölkreisläufe gemäß weiterer Ausfüh­ rungsformen.

Aus einem Ölresevoir 1 saugt eine Umwälzpumpe 2 Öl in ei­ nen Schmierkreislauf 3 und einen Kühlkreislauf 4. von dem Schmierkreislauf 3 gelangt das austretende Öl in eine Öl­ wanne 5 der Brennkraftmaschine. Aus der Ölwanne 5 wird das Öl von einer Pumpe 6 über eine Rückführleitung 7 in das Ölreservoir zurückgepumpt. In die Rückführleitung 7 ge­ langt ebenfalls das aus dem Kühlkreislauf 4 austretende Öl. In der gemeinsamen Rückführleitung 7 des Schmierkreis­ laufs 3 und des Kühlkreislaufs 4 ist ein Heizkreislauf 8 angeordnet.

Das von der Umwälzpumpe 2 in den Schmierkreislauf 3 geför­ derte Öl wird von einem Filter 9 gereinigt und gelangt über ein entsprechendes Leitungssystem zu den nicht näher dargestellten Schmierstellen 10 der Brennkraftmaschine. An geeigneter Stelle ist (sind) an einer oder mehreren Schmierstellen 10 ein oder mehrere Überdruckventil(e) 11 angeordnet, das (die) bei einem zu hohen Schmieröldruck an den Schmierstellen 10 das Öl über eine Abführleitung 12 absteuert (absteuern). Die Abführleitung 12 mündet in dem Ausführungsbeispiel direkt in die Rückführleitung 7. Es kann auch zweckmäßig oder notwendig sein, die Rückführlei­ tung 12 in die Ölwanne 5 einmünden zu lassen. Weiterhin besteht der Schmierkreislauf 3 aus einer parallel zu den Schmierstellen 10 von dem Filter 9 ölversorgten Kolben­ schmierung und Kolbenkühlung 13, wobei in der Zulauflei­ tung ein Überdruckventil 14 angeordnet sein kann. Das von der Kolbenschmierung und Kolbenkühlung 13 kommende Öl ge­ langt ebenfalls in die Ölwanne 5.

Das von der Pumpe 2 in den Kühlkreislauf 4 geförderte Öl wird zuerst zu den kühlenden Teilen 15 der Brennkraftma­ schine geleitet. Die zu kühlenden Teile 15 sind beispiels­ weise Zylinderblock und Zylinderkopf der Brennkrafmaschi­ ne, wobei diese Teile nacheinander oder parallel durch­ strömt werden können. Ebenfalls ist es vorgesehen, nur den Zylinderblock mit Öl zu kühlen, während der Zylinderkopf luftgekühlt ist oder umgekehrt. Weiterhin ist die Erfin­ dung für wassergekühlte Brennkraftmaschinen anwendbar, bei denen der Kühlkreislauf 4 als Zusatzkühlsystem eingesetzt ist. Von den zu kühlenden Teilen 15 gelangt das Öl in ein Thermostatventil 16, daß das Öl in einen Kühler 17 oder in eine den Kühler 17 umgehende Bypaßleitung 18 leitet. So­ wohl der aus dem Kühler 17 als auch aus der Bypaßleitung 18 austretende Ölstrom mündet in die Rückführleitung 7. Ein Temperaturfühler 19 des Thermostatventils 16 mißt die Temperatur des in die zu kühlenden Teile 15 der Brenn­ kraftmaschine eintretenden Öls. Dadurch liegt eine von der Kühlwärme nicht direkt beeinflußte Kühlerbeaufschlagung vor; vielmehr wird eine für den Schmierkreislauf zulässige Maximaltemperatur als Mischtemperatur ermöglicht. Die in der Rückführleitung 7 vereinten Ölströme des Schmierkreis­ laufs 3 und des Kühlkreislaufs 4 gelangen eingangs des Heizkreislaufs 8 in ein Stromregelventil 20, um von diesem in einen Heiz-Wärmetauscher 21 oder in eine den Heiz-Wär­ metauscher 21 umgehende Bypaßleitung 22 gesteuert zu wer­ den. Mit dem Stromregelventil 20 sind die in dem Heiz-Wär­ metauscher 21 und in die Bypaßleitung 22 gelangenden Öl­ ströme in weiten Temperaturbereichen des Öls stufenlos än­ derbar. Weiterhin ist eine Thermostateinrichtung in dem Stromregelventil 20 vorgesehen, die das Öl bei Temperatu­ ren unterhalb eines vorgegebenen Werts ausschließlich in die Bypaßleitung 22 steuert. Ebenfalls ist eine Thermostat­ einrichtung vorgesehen, die das Öl bei Temperaturen ober­ halb eines vorgebbaren Werts ausschließlich in den Heiz-Wärmetauscher 21 steuert. Durch diese beiden Zusatz­ einrichtungen wird erreicht, daß dem Öl bei niedrigen Öl­ temperaturen keine Wärmeenergie entzogen wird und somit das Öl bzw. die Brennkraftmaschine schnell ihre Betriebs­ temperatur erreicht. Bei hohen Temperaturen wird durch das Durchleiten durch den Heiz-Wärmetauscher 21 ein zusätzli­ cher Kühleffekt des Öls erreicht. Von dem Heiz-Wärmetau­ scher 21 und der Bypaßleitung 22 gelangt das Öl in das Öl­ reservoir 1. Das Ölreservoir 1 ist als ein an geeigneter Stelle der Brennkraftmaschine angeordneter Trockensumpfbe­ hälter ausgeführt, der über eine Entlüftungsleitung 23 mit der Ölwanne 5 der Brennkraftmaschine verbunden ist. Das Ölreservoir 1 ist beispielsweise in die Außenwandungen der Brennkraftmaschine im Bereich zwischen der Kurbelwellen­ ebene und der Zylinderkopfebene der Brennkraftmaschine an­ geordnet. Diese Ausführung ermöglicht eine sehr kompakte Bauform der Brennkraftmaschine, die zu dem durch die spezielle Anordnung des Ölresevoirs zusätzlich geräusch­ isolierend wirkt.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung beinhaltet mehrere Detailvarianten für den Schmier­ kreislauf 3 a, ist aber im grundsätzlichen Aufbau, wie un­ ter Fig. 1 beschrieben, ausgeführt. Das in der Ölwanne 5 der Brennkraftmaschine angesammelte Öl wird von der Pumpe 6 in die Rückführleitung 7 gefördert und von dort über den Heizkreislauf 8 in das Ölreservoir 1 a gepumpt. Das Öl­ reservoir 1 a ist als geschlossener Behälter ausgeführt, der über eine Überdruckleitung 24 mit einem eingesetzten Überdruckventil 25 mit der Ölwanne 5 verbunden ist. Eine Leitung 26 führt das in dem Ölreservoir 1 a unter Druck stehende Öl einmal über eine Zufuhrleitung 27 in den Schmierkreislauf 3 a und parallel dazu zu einer Umwälzpumpe 2 a. Die Umwälzpumpe 2 a versorgt den Kühlkreislauf 4 mit Öl wie zuvor unter Fig. 1 beschrieben. Dabei ist die Umwälz­ pumpe 2 a mit einem variablen Antrieb ausgestattet, wodurch eine individuelle Anpassung der Förderleistung an den Kühlbedarf der Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Dadurch kann einerseits das Öl schneller seine Betriebstemperatur erreichen andererseits wird bei Stillstand der Umwälzpumpe 2 a zusätzliche Leistung der Brennkraftmaschine für andere Zwecke nutzbar.

In die Zufuhrleitung 27 ist in einer Detailvariante ein Absperrventil 28 eingesetzt sowie auf der Druckseite der Pumpe 6 ein Rückschlagventil 29. Das mechanisch druck- und/oder elektrisch-betätigte Absperrventil ist bei lau­ fender Brennkraftmaschine geöffnet, d.h., die Zufuhrlei­ tung 27 ist mit dem Schmierkreislauf 3 a verbunden. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine wird das Absperrventil 28 automatisch geschlossen und somit ein von dem Überdruck­ ventil 25 bestimmter Druck in dem Ölresevoir 1 a bzw. in dem Kühlkreislauf 4 und dem Heizkreislauf 8 aufrechterhal­ ten. Ein Abfließen des Öls über die Pumpe 6 wird durch das vorgeschaltete Rückschlagventil 29 verhindert. Vor oder während des Starts der Brennkraftmaschine wird das Ab­ sperrventil 28 geöffnet und das in der Zufuhrleitung 27 unter Druck stehende Öl gelangt in den Schmierkreislauf 3 a und sorgt für eine Vorschmierung der Brennkraftmaschine.

Der Schmierkreislauf 3 a weist im Unterschied zu dem in Fig. 1 beschriebenen Schmierkreislauf 3 beispielsweise eine thermostatgesteuerte Kolbenschmierung und Kolbenkühlung 13 auf. Dabei ist in den entsprechenden Zufuhrleitungen ein Thermostat 30 angeordnet, das in einer weiteren Details­ variante durch ein parallelgeschaltetes Überdruckventil 31 ergänzt wird. Durch diese thermostatgesteuerte Kolben­ schmierung und Kolbenkühlung 13 ist eine bessere Anpassung der Schmierung und Kühlung im Hinblick auf die Erforder­ nisse des gesamten Kreislaufs ermöglicht.

Claims (9)

1. Brennkraftmaschine, bei der das in den Ölkreisläu­ fen befindliche Öl für Schmierzwecke, für Kühlzwecke und für Heizzwecke nutzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heiz-Wärmetauscher (21) in einer gemeinsamen Rückführ­ leitung (7) des Schmierkreislaufs (3) und des Kühlkreis­ laufs (4) angeordnet ist und der Heiz-Wärmetauscher (21) über eine von einem Stromregelventil (20) gesteuerte By­ paßleitung (22) umgehbar ist, wobei die gemeinsame Rück­ führleitung (7) in ein Ölreservoir (1, 1 a) mündet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Pumpe (6) das in einer Ölwanne (5) der Brennkraftmaschine befindliche Öl des Schmierkreislaufs (3) unmittelbar in die gemeinsame Rückführleitung (7) för­ dert.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überdruckleitung mit einem Überdruckventil (11) des Schmierkreislaufs (3) über eine Abführleitung (12) in die gemeinsame Rückführleitung (7) mündet.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ölreservoir (1, 1 a) als unabhängig von der Ölwanne (5) angeordneter, druckloser Behälter ausgebildet ist, der über eine Entlüftungsleitung (23) mit der Ölwanne (5) verbunden ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ölreservoir (1, 1 a) als unabhängig von der Ölwanne (5) angeordneter, druckdichter Behälter ausgebildet ist, der über eine Überdruckleitung (24) und ein Überdruckventil (25) mit der Ölwanne (5) ver­ bunden ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Umwälzpumpe (2, 2 a) das in dem Ölreser­ voir (1, 1 a) befindliche Öl in den Schmierkreislauf (3, 3 a) und in den Kühlkreislauf (4) fördert.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in dem geschlossenen Ölreservoir (1, 1 a) befindliche Öl durch den von der Pumpe (6) erzeugten För­ derdruck in den Schmierkreislauf (3, 3 a) und den Kühl­ kreislauf (4) gedrückt wird.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlkreislauf (4) eine Umwälz­ pumpe (2, 2 a) angeordnet ist.

9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, 7 und 8, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Schmierkreislauf (3, 3 a) ein Absperrventil (28) angeordnet ist, daß beim Abstellen der Brennkraftmaschine schließbar ist und bei lnbetrieb­ nahme der Brennkraftmaschine zu öffnen ist.