EP1076164A1 - Einrichtung und Verfahren zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Einrichtung und Verfahren zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1076164A1 EP00115546A EP00115546A EP1076164A1 EP 1076164 A1 EP1076164 A1 EP 1076164A1 EP 00115546 A EP00115546 A EP 00115546A EP 00115546 A EP00115546 A EP 00115546A EP 1076164 A1 EP1076164 A1 EP 1076164A1
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oil pressure
compression spring
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pressure control
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/16—Controlling lubricant pressure or quantity

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for controlling the Lube oil pressure of an internal combustion engine according to the generic term of the two Main claims.
  • DE 30 33 820 C2 describes a device for regulating the lubricating oil pressure Internal combustion engine known in which the overflow valve determining the oil pressure with is provided with a thermostatically controlled valve body. With help of a Dehnscherses, which is surrounded by the lubricating oil, the bias of the Compression spring acting on the valve body depending on the temperature of the Lubricating oil are changed. If the operation of the internal combustion engine When the lubricating oil heats up, the expansion element expands, causing a second Spring element the bias of the compression spring is reduced, so that the overflow valve opens earlier and thus the lubricating oil pressure in the warm operating state of the Internal combustion engine is reduced. The reduction of the lubricating oil pressure with increasing oil temperature is justified that even under these conditions adequate lubrication of the bearing points can take place.
  • the thermostatic oil pressure control valve according to the invention is provided with means that cause that in the cold operating state of the engine, the opening for Bypass line or for the return line to the suction side of the oil pump released earlier than when in the warm operating state. This will keep the oil pressure in cold operating condition the internal combustion engine lowered, thereby advantageously the specific Fuel consumption can be reduced.
  • the compression spring is monitored thermostatically Oil pressure control valve upstream of an expansion element, which with increasing Lube oil temperature increases the total length of both elements.
  • the compression spring is designed as a thermobimetal, the spring characteristic curve depending on the temperature of the lubricating oil is changed that the spring rate of the compression spring with increasing temperature of the Lubricating oil is increased and vice versa.
  • the compression spring is made of an alloy built up in which due to a reversible temperature-dependent Changes in the microstructure state the spring rate of the compression spring with increasing temperature of the lubricating oil increased.
  • Standard components can be used in all three exemplary embodiments, so that none or only for the thermostatic pressure control valve according to the invention small additional costs arise.
  • an oil pan 12 is not shown in detail Engine lubricated oil and the consumers marked with V, e.g. the Bearings of the crankshaft, connecting rod bearings, bearings of the camshaft etc. fed.
  • V e.g. the Bearings of the crankshaft, connecting rod bearings, bearings of the camshaft etc. fed.
  • the oil pressure control valve 14 is in the essentially from a cup-shaped valve body 16 designed as a working piston, which is longitudinally displaceable in a bore 18 of the housing 20 of the oil pressure control valve 14 is arranged.
  • the valve base 16a of the valve body 16 is by the in the pressure chamber 22 located lubricating oil, shown schematically by the dashed flow line, acted upon.
  • compression spring 24 which in the cup-shaped valve body 16th is inserted and is guided through the valve jacket 16b.
  • the compression spring 24 supports abuts on an expansion element 26 also arranged in the bore 18, which in turn is located on a closure device 28 arranged on the housing 20 supports.
  • opening 30 provided in certain operating states of the engine is released by the valve jacket 16b of the valve body 16.
  • the opening 30 is with a schematically shown return channel 32 in connection, the suction side 33 of the oil pump 10 returns. Seen in the pressure direction of the lubricating oil is behind the Opening 30 arranged a second opening 34 connected to the bore 18, which over a at an acute angle to the bore 18 channel 36 also with the Return line 32 is connected.
  • Oil pressure control valve 14 Opens, for example, with an oil pressure limiter that is not thermostatic is regulated, the pressure control valve at both 20 ° C and 80 ° C oil temperature at a pressure of 6 bar, for example, opens in the embodiment Oil pressure control valve 14 described at an oil temperature of 20 ° C, for example at 4 bar, while at an oil temperature of 80 ° C, the oil pressure control valve 14 only at 6 bar Oil pressure opens. This will reduce the specific fuel consumption, especially in the cold start phase of the engine. At the same time it is ensured that a sufficient both in the cold and in the warm state of the engine Oil quantity reaches the consumers.
  • the opening of the opening 30 by the Working piston 16 can be controlled via a corresponding spring characteristic be that the oil pressure with a further increase in the engine speed not to one constant value is maintained, but continues with a smaller slope than before Opening of the oil pressure control valve increased. This takes into account the fact that in the upper speed range of the engine for a reliable Lubrication requires a higher oil pressure.
  • FIG 2 is a second and third embodiment of a thermostatically controlled Oil pressure control valve 14 shown, the same components with the same reference numerals are provided.
  • a compression spring 24 'as Thermobimetal is formed.
  • Known as composite materials in these Thermobimetals change the spring characteristic depending on the temperature.
  • the compression spring 24 ′′ is an alloy with so-called shape memory effect. This is based on reversible temperature-dependent changes in structure, the change in Spring characteristic due to the structural transformation in the thermostatically controlled Oil pressure control valve 14 can in turn be used in the desired sense.
  • Alloys known from the literature are e.g. Nickel titanium, copper zinc aluminum and Copper-aluminum-nickel (see “Metallfedern”, Springer-Verlag, 1997, p. 55ff.)

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine mit einem thermostatisch überwachten Öldruckregelventil (14) dessen Ventilköper (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 die Saugseite (33) der Ölpumpe (10) zurückströmen kann. Es wird vorgeschlagen, daß der Ventilkörper (16) des thermostatisch geregelten Öldruckregelventils (14), 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. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff der beiden Hauptansprüche.
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 sowie ein Verfahren zu entwickeln, bei der dieser Nachteil überwunden werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der beiden Hauptansprüche. 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 Figur 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 (5)

  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 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.
  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.
  5. Verfahren zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine, mit einem thermostatisch überwachten Öldruckregelventil, dessen Ventilkörper duch eine Druckfeder in Schließrichtung beaufschlagt wird, wobei der Ventilkörper in Abhängigkeit von der Ölfördermenge und der Öltemperatur einer Öffnung im Öldruckregelventil freigibt, über die das Öl auf die Saugseite der Ölpumpe zurückströmt, dadurch gekennzeichnet, daß 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.
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