EP1990509A1 - Brennkraftmaschine mit mehreren schmiermittelversorgten Zylinderköpfen sowie Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer Brennkfraftmaschine - Google Patents

Brennkraftmaschine mit mehreren schmiermittelversorgten Zylinderköpfen sowie Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer Brennkfraftmaschine Download PDF

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EP1990509A1
EP1990509A1 EP08006562A EP08006562A EP1990509A1 EP 1990509 A1 EP1990509 A1 EP 1990509A1 EP 08006562 A EP08006562 A EP 08006562A EP 08006562 A EP08006562 A EP 08006562A EP 1990509 A1 EP1990509 A1 EP 1990509A1
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pump
internal combustion
cylinder head
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    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/02Pressure lubrication using lubricating pumps
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    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/12Closed-circuit lubricating systems not provided for in groups F01M1/02 - F01M1/10
    • F01M2001/123Closed-circuit lubricating systems not provided for in groups F01M1/02 - F01M1/10 using two or more pumps

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine comprising a plurality of cylinder banks each having a cylinder head and a lubricant circuit for supplying lubricant to the cylinder heads. Moreover, the invention relates to a method for controlling a pump of an internal combustion engine.
  • Such internal combustion engines are often installed in vehicles in the vehicle longitudinal direction and then lying on cornering of the vehicle of a lateral acceleration with the result that unintentionally flows from the inside of the cylinder lubricant in a lubricant sump, a curve inner cylinder head is not sufficient and a curve outer cylinder head centrifugally excessively supplied with lubricant.
  • the inside of the cylinder head can run dry, a perfect operation of the engine is no longer possible and / or the internal combustion engine is subject to increased wear.
  • the object of the invention is therefore to provide an internal combustion engine, in which an uneven distribution of lubricant in the cylinder heads can be counteracted and at the same time to avoid an increased engine weight, and cost-intensive and raumbe pipeende components.
  • a lubricant connection channel is provided between the cylinder heads and in the lubricant connection channel, a pump for conveying lubricant from one cylinder head to another cylinder head is effective.
  • a method with the features of claim 8 by the pump for conveying lubricant from one cylinder head to another cylinder head is controlled vehicle acceleration dependent.
  • the pump is driven electrically controlled. This allows a pump control by means of an electrical control unit due to input variables which are available to the control unit.
  • the pump can be driven by taking into account acceleration values.
  • an acceleration-related undesirable lubricant displacement can be taken into account.
  • the pump In an internal combustion engine comprising two V-shaped cylinder banks, it has proved advantageous to arrange the pump between the cylinder banks.
  • the pump is so space-saving and conveniently arranged and is at the same time approximately equidistant from each cylinder head, so that greatly different delivery heights and Line lengths are avoided, which is favorable in terms of pump design.
  • the lubricant connection channel between the cylinder heads is expediently formed by a channel integrated in the cylinder head cover so that channels in the crankcase and optionally in a base plate are avoided, which is favorable from manufacturing and strength considerations.
  • the lubricant connection channel between the cylinder heads also formed by a channel in the crankcase and / or possibly in the base plate and the pump can be arranged in the oil pan.
  • the pump for conveying lubricant is controlled by a cylinder head on the outside of the curve to form a curve-inside cylinder head.
  • equivalent lubricant is acceleration-dependent, d. H. for example, depending on an uphill or downhill, promoted from a front cylinder head to a rear cylinder head or vice versa.
  • Fig. 1 shows a section of an internal combustion engine 100 not shown here with two cylinder banks 101, 103 in a V-arrangement in plan view.
  • the internal combustion engine 100 is mounted in a vehicle in the vehicle longitudinal direction with its cylinder heads 102, 104 directed upward.
  • a lubricant circuit for cooling and lubrication of the internal combustion engine is active.
  • the lubricant circuit comprises a lubricant reservoir 122, lubricant lines 124, 125, which for supplying lubricant 118 - in this case engine oil - to be lubricated / cooling points, in particular to the cylinder heads 102, 104, the internal combustion engine 100 and for returning lubricant 118 to the lubricant reservoir 122nd serve as well as at least one lubricant pump for circulating the lubricant 118th
  • the internal combustion engine 100 is subject to a lateral acceleration - in the example of Fig. 2 according to the direction of the arrow a - with the result that an excessive volume of lubricant 116 accumulates in the outer cylinder head 102, while prevails in the inner cylinder head 104, a corresponding lack of lubricant.
  • a connecting channel 110, 112 which connects lubricant openings 105, 107 arranged at low points of the cylinder heads 102, 104 is provided.
  • a pump 114 is operative to deliver lubricant from an excessively lubricant-laden cylinder head 102 to a lubricant-under-supplied cylinder head 104.
  • the pump 114 is - as in Fig. 2 indicated by arrows - operable in two conveying directions, ie their conveying direction is reversible. If, due to the acceleration, the oil load of the cylinder heads 102, 104 changes, only the conveying direction of the pump 114 is changed in order to furthermore ensure uniform lubricant loading of the cylinder heads 102, 104.
  • the pump 114 is, for example, an electrically operated pump which is electrically controllable.
  • the pump speed is dependent on acceleration continuously or discretely controlled in two or more stages.
  • the pump 114 may be mechanically driven with its delivery rate and direction being electrically controllable, for example, by being electrically engaged or disengaged.
  • the pump 114 Since the pump 114 is needed only for the compensation of lubricant between the cylinder heads 102, 104 when a (cross) acceleration exceeding a predetermined value prevails, it can be designed accordingly easily. According to another embodiment, however, the pump 114 may also be part of the regular lubricant circuit. In this case, it must be designed for the much longer service life required.

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Abstract

Brennkraftmaschine (100) umfassend mehrere Zylinderbänke (101,103) mit jeweils einem Zylinderkopf (102,104) sowie einen Schmiermittelkreislauf zur Schmiermittelversorgung der Zylinderköpfe, wobei ein Schmiermittelverbindungskanal (110,120) zwischen den Zylinderköpfen und eine im Schmiermittelverbindungskanal (110,120) wirksame Pumpe (114) zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf zu einem anderen Zylinderkopf vorgesehen sind sowie Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer derartigen Brennkraftmaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine umfassend mehrere Zylinderbänke mit jeweils einem Zylinderkopf sowie einen Schmiermittelkreislauf zur Schmiermittelversorgung der Zylinderköpfe. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer Brennkraftmaschine.
  • Derartige Brennkraftmaschinen werden oft in Fahrzeugen in Fahrzeuglängsrichtung eingebaut und unterliegend dann bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs einer Querbeschleunigung mit der Folge dass, indem vom kurveninneren Zylinder ungewollt Schmiermittel in einen Schmiermittelsumpf abfließt, ein kurveninnerer Zylinderkopf nicht ausreichend und ein kurvenäußerer Zylinderkopf fliehkraftbedingt übermäßig mit Schmiermittel versorgt wird. Im Extremfall kann der kurveninnere Zylinderkopf trocken laufen, ein einwandfreier Betrieb der Brennkraftmaschine ist nicht mehr möglich und/oder die Brennkraftmaschine unterliegt einem verstärkten Verschleiß.
  • Um einer wie beschriebenen ungleichmäßigen Schmiermittelverteilung in den Zylinderköpfen, insbesondere einer unzureichenden Schmiermittelversorgung des kurveninneren Zylinderkopfes entgegenzuwirken, ist es bekannt, aus einem übermäßig schmiermittelgefüllten Zylinderkopf Schmiermittel abzusaugen und in einen sich üblicherweise am Boden des Brennkraftmaschinenkurbelgehäuses befindlichen Schmiermittelsumpf zu pumpen. Dabei wird pro Zylinderkopf eine Pumpe oder eine geringere Anzahl von Pumpen zusammen mit Umschaltventil(en) verwendet.
  • Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus EP 0 691 458 A1 bekannt. Als nachteilig hat sich jedoch erwiesen, dass Pump(en) und gegebenenfalls Umschaltventil(e) ein erhöhtes Gewicht der Brennkraftmaschine bedingen, kostenintensiv sind und einen großen Bauraum beanspruchen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der einer ungleichmäßigen Schmiermittelverteilung in den Zylinderköpfen entgegengewirkt werden kann und gleichzeitig ein erhöhtes Brennkraftmaschinengewicht, sowie kostenintensive und raumbeanspruchende Bauteile zu vermeiden.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei gemäß der zugrunde liegenden Idee ein Schmiermittelverbindungskanal zwischen den Zylinderköpfen vorgesehen ist und im Schmiermittelverbindungskanal eine Pumpe zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf zu einem anderen Zylinderkopf wirksam ist. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann gegenüber bekannten Anordnungen wenigstens eine Pumpe bzw. ein Umschaltventil eingespart werden, wodurch sich Kosten, Bauraum und Gewicht deutlich reduzieren. Darüber hinaus kann - falls Bauteile beispielsweise in einer Schmiermittelwanne eingespart werden - zusätzliches Volumen zur Aufnahme von Schmiermittel bereitgestellt werden.
  • Ebenfalls zur Lösung der Aufgabe trägt ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bei, indem die Pumpe zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf zu einem anderen Zylinderkopf fahrzeugbeschleunigungsabhängig gesteuert wird.
  • Besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorzugsweise ist die Pumpe elektrisch gesteuert antreibbar. Dies ermöglicht eine Pumpensteuerung mittels eines elektrischen Steuergeräts aufgrund von Eingangsgrößen, welche dem Steuergerät zur Verfügung stehen.
  • Sehr zweckmäßig ist es, wenn die Pumpe unter Einbeziehung von Beschleunigungswerten antreibbar ist. Damit kann einer beschleunigungsbedingten unerwünschten Schmiermittelverlagerung Rechnung getragen werden.
  • Sehr von Vorteil ist es, wenn die Förderrichtung der Pumpe umkehrbar ist. So kann mittels einer einzigen Pumpe Schmiermittel von einem Zylinderkopf zu einem anderen und umgekehrt gefördert werden und die Anordnung ist bei wechselnden Beschleunigungen wirksam.
  • Bei einer Brennkraftmaschine, welche zwei Zylinderbänke in V-Anordnung umfasst, hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Pumpe zwischen den Zylinderbänken anzuordnen. Die Pumpe ist so raumsparend und günstig angeordnet und befindet sich zugleich in etwa gleich weit von jedem Zylinderkopf entfernt, sodass stark unterschiedliche Förderhöhen und Leitungslängen vermieden sind, was günstig im Hinblick auf die Pumpenauslegung ist.
  • Bei einer Brennkraftmaschine, deren Zylinderköpfe jeweils eine Zylinderkopfhaube umfassen, ist zweckmäßigerweise der Schmiermittelverbindungskanal zwischen den Zylinderköpfen durch einen in die Zylinderkopfhaube integrierten Kanal gebildet, sodass Kanäle im Kurbelgehäuse und gegebenenfalls in einer Grundplatte vermieden sind, was aus Fertigungs- und Festigkeitsgesichtspunkten günstig ist.
  • Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels kann jedoch bei einer Brennkraftmaschine, welche eine Ölwanne sowie ein Kurbelgehäuse gegebenenfalls mit Grundplatte umfasst, der Schmiermittelverbindungskanal zwischen den Zylinderköpfen auch durch einen Kanal im Kurbelgehäuse und/oder ggf. in der Grundplatte gebildet und die Pumpe in der Ölwanne angeordnet sein.
  • Einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge wird bei einer in Fahrzeuglängsrichtung eingebauten Brennkraftmaschine die Pumpe zur Förderung von Schmiermittel von einem kurvenäußeren Zylinderkopf zu einem kurveninneren Zylinderkopf gesteuert. Soweit die Brennkraftmaschine jedoch in Fahrzeugquerrichtung eingebaut ist, wird äquivalent Schmiermittel beschleunigungsabhängig, d. h. beispielsweise abhängig von einer Bergauf- oder Bergabfahrt, von einem vorderen Zylinderkopf zu einem hinteren Zylinderkopf oder umgekehrt gefördert.
  • Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf Figuren ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, dabei zeigen:
  • Fig. 1
    einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken in V-Anordnung,
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung entlang der in Fig. 1 mit A-A bezeichneten Linie und
    Fig. 3
    eine Schnittdarstellung entlang der in Fig. 1 mit B-B bezeichneten Linie.
  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer hier nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine 100 mit zwei Zylinderbänken 101, 103 in V-Anordnung in Draufsicht. Die Brennkraftmaschine 100 ist in einem Fahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung mit ihren Zylinderköpfen 102, 104 nach oben gerichtet eingebaut. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 100 ist ein Schmiermittelkreislauf zur Kühlung und Schmierung der Brennkraftmaschine aktiv. Der Schmiermittelkreislauf umfasst ein Schmiermittelreservoir 122, Schmiermittelleitungen 124, 125, welche zur Zuführung von Schmiermittel 118 - vorliegend Brennkraftmaschinenöl - zu den zu schmierenden/kühlenden Stellen, insbesondere zu den Zylinderköpfen 102, 104, der Brennkraftmaschine 100 sowie zur Rückführung von Schmiermittel 118 zum Schmiermittelreservoir 122 dienen sowie wenigstens eine Schmiermittelpumpe zur Umwälzung des Schmiermittels 118.
  • Bei Kurvenfahrt unterliegt die Brennkraftmaschine 100 einer Querbeschleunigung - im Beispiel der Fig. 2 entsprechend der Pfeilrichtung a - mit der Folge, dass sich im kurvenäußeren Zylinderkopf 102 ein übermäßiges Schmiermittelvolumen 116 ansammelt, während im kurveninneren Zylinderkopf 104 ein entsprechender Schmiermittelmangel vorherrscht.
  • Um eine gleichmäßige Schmiermittelbeaufschlagung beider Zylinderköpfe 102, 104 zu gewährleisten, ist ein Verbindungskanal 110, 112, welcher an tiefen Punkten der Zylinderköpfe 102, 104 angeordnete Schmiermittelöffnungen 105, 107 miteinander verbindet, vorgesehen. Im Schmiermittelkanal 110, 112 ist eine Pumpe 114 wirksam, um Schmiermittel von einem übermäßig schmiermittelbeladenen Zylinderkopf 102 zu einem schmiermittelunterversorgten Zylinderkopf 104 zu fördern. Die Pumpe 114 ist - wie in Fig. 2 mit Pfeilen angedeutet - in zwei Förderrichtungen betreibbar, d. h. ihre Förderrichtung ist umkehrbar. Ändert sich beschleunigungsbedingt die Ölbeladung der Zylinderköpfe 102, 104, wird lediglich die Förderrichtung der Pumpe 114 geändert, um weiterhin eine gleichmäßige Schmiermittelbeaufschlagung der Zylinderköpfe 102, 104 zu gewährleisten.
  • Die Pumpe 114 ist beispielsweise eine elektrisch betriebene Pumpe, welche elektrisch steuerbar ist. Die Pumpendrehzahl ist beschleunigungsabhängig kontinuierlich oder diskret in zwei oder mehreren Stufen steuerbar. Alternativ kann die Pumpe 114 auch mechanisch angetrieben sein, wobei ihre Förderleistung und -richtung elektrisch steuerbar ist, beispielsweise indem sie elektrisch gesteuert in Eingriff oder außer Eingriff gebracht wird.
  • Da die Pumpe 114 lediglich für den Ausgleich von Schmiermittel zwischen den Zylinderköpfen 102, 104 benötigt wird, wenn eine einen vorbestimmten Wert übersteigende (Quer-)Beschleunigung vorherrscht, kann sie entsprechend leicht ausgelegt werden. Einem anderen Ausführungsbeispiel zufolge kann jedoch die Pumpe 114 auch Teil des regulären Schmiermittelkreislaufs sein. In diesem Fall ist sie auf die dann erforderliche, wesentlich höhere Betriebsdauer auszulegen.

Claims (9)

  1. Brennkraftmaschine (100) umfassend mehrere Zylinderbänke (101, 103) mit jeweils einem Zylinderkopf (102, 104) sowie einen Schmiermittelkreislauf zur Schmiermittelversorgung der Zylinderköpfe (102, 104) gekennzeichnet durch einen Schmiermittelverbindungskanal (110, 120) zwischen den Zylinderköpfen (102, 104) und eine im Schmiermittelverbindungskanal (110, 120) wirksame Pumpe (114) zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf (102, 104) zu einem anderen Zylinderkopf (102, 104).
  2. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (114) elektrisch gesteuert antreibbar ist.
  3. Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (114) unter Einbeziehung von Beschleunigungswerten antreibbar ist.
  4. Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrichtung der Pumpe (114) umkehrbar ist.
  5. Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (100) zwei Zylinderbänke (101, 103) in V-Anordnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (114) zwischen den Zylinderbänken (101, 103) angeordnet ist.
  6. Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zylinderköpfe (102, 104) der Brennkraftmaschine (100) jeweils eine Zylinderkopfhaube umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelverbindungskanal (110, 120) zwischen den Zylinderköpfen (102, 104) durch einen in die Zylinderkopfhaube integrierten Kanal gebildet ist.
  7. Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (100) eine Ölwanne (122) sowie ein Kurbelgehäuse (120) gegebenenfalls mit Grundplatte umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelverbindungskanal (110, 120) zwischen den Zylinderköpfen (102, 104) durch einen Kanal im Kurbelgehäuse (120) und/oder gegebenenfalls in der Grundplatte gebildet und die Pumpe (114) in der Ölwanne (122) angeordnet ist.
  8. Verfahren zur Steuerung einer Pumpe einer Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugbeschleunigungsabhängig die Pumpe (114) zur Förderung von Schmiermittel von einem Zylinderkopf (102, 104) zu einem anderen Zylinderkopf (102, 104) gesteuert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (114) zur Förderung von Schmiermittel von einem kurvenäußeren Zylinderkopf (102, 104) zu einem kurveninneren Zylinderkopf (102, 104) gesteuert wird.
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