EP2977572B1 - Anordnung zur versorgung von lagern eines verbrennungsmotors eines kraftfahrzeugs mit schmiermittel - Google Patents

Anordnung zur versorgung von lagern eines verbrennungsmotors eines kraftfahrzeugs mit schmiermittel Download PDF

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EP2977572B1
EP2977572B1 EP15001206.0A EP15001206A EP2977572B1 EP 2977572 B1 EP2977572 B1 EP 2977572B1 EP 15001206 A EP15001206 A EP 15001206A EP 2977572 B1 EP2977572 B1 EP 2977572B1
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EP
European Patent Office
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lubricant
arrangement
pressure accumulator
accumulator
engine
Prior art date
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EP2977572A1 (de
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Reinhard Gutzeit
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Publication date
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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
    • 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
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/10—Indicating devices; Other safety devices
    • 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
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/02—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • F01M5/025—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating by prelubricating, e.g. using an accumulator
    • F01M2005/028—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating by prelubricating, e.g. using an accumulator with a reservoir under pressure

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for supplying bearings of an internal combustion engine of a motor vehicle with lubricant.
  • the internal combustion engine of a motor vehicle requires lubrication for the bearings of the internal combustion engine, in particular for highly loaded plain bearings of the crankshaft, the connecting rods and the camshafts.
  • lubricant pumps are used, which are mechanically driven by the internal combustion engine to provide lubricant under pressure for lubrication.
  • the lubricant is commonly referred to as oil, although today it is often no longer oil. Accordingly, the lubricant pumps required for this purpose are commonly referred to as oil pumps or oil pressure pumps.
  • the lubricant pump needs a certain minimum speed. This is not given when starting and running up the engine.
  • the publication DE 10 2012 109 370 A1 discloses a lubricating oil system for supplying engine internal lubrication points of an internal combustion engine with lubricant.
  • the internal combustion engine is provided with a start-stop function, wherein the lubricating oil system is provided with a function independently of the lubricating oil pump lubricating oil pressure generating device with the prior to the start of the engine by start-stop function with the internal combustion engine in the lubricating oil system, a lubricating oil pressure to supply the engine internal lubrication points can be generated with lubricant.
  • the lubricant pressure generating device comprises a pressure medium reservoir which is connected by means of a branch line to the lubricating oil system of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is in particular to provide a drive device for a motor vehicle or arrangement for driving a lubricant pump, which ensures an adequate supply of lubricant even in an engine start phase.
  • the arrangement for supplying bearings of an internal combustion engine of a motor vehicle with lubricant comprises a lubricant pump, which is driven by the internal combustion engine, and a lubricant pressure accumulator.
  • a lubricant pressure accumulator about the lubricant pressure accumulator, the bearings of the internal combustion engine in an engine start phase and / or an engine shutdown phase are supplied independently of the lubricant pump with lubricant.
  • the lubricant pressure accumulator is also referred to below as oil pressure accumulator.
  • a particular advantage of the provision of a lubricant pressure accumulator is that the internal combustion engine or the bearings of the internal combustion engine regardless of the speed state of the internal combustion engine can be supplied with lubricant under pressure and thus also in particular in or shortly before an engine start phase and / or an engine shutdown phase, in which the internal combustion engine does not have the required minimum speed for supplying the lubricant pump.
  • the characteristic curve of the lubricant pressure accumulator is designed such that a pressure end value with a completely filled lubricant pressure accumulator is smaller than a minimum temperature-dependent lubricant pressure generated by the lubricant pump.
  • This variant offers the advantage that a 100% filling of the Lubricant pressure accumulator is always guaranteed even under different operating conditions.
  • the characteristic curve of the lubricant pressure accumulator can alternatively also be designed so that a pressure end value is completely greater than a minimum generated by the lubricant pump temperature-dependent lubricant pressure at completely filled lubricant pressure accumulator.
  • operating situations may occur, for. As an operating condition of the vehicle with hot engine oil at engine idle, in which temporarily no filling of the lubricant reservoir is possible, so that the filling can take a whole longer, but on the other hand, the accumulator pressure corresponds to the pressure level generated by the lubricant pump.
  • the oil pressure constructively generated by the engine oil pump depends on the current engine speed and the current temperature of the oil.
  • the minimum temperature-dependent lubricant pressure generated by the lubricant pump usually sets at idle speed and a warm engine. Adjusting the characteristic curve of the lubricant pressure accumulator such that the required pressure end value with completely filled lubricant pressure accumulator is smaller than the oil pressure constructively generated by the engine oil pump at idle speed and warm or hot operating engine thus allows complete filling of the lubricant accumulator also in this operating situation.
  • a pressure for a start of a volume intake of the lubricant accumulator and a pressure at completely filled lubricant accumulator not more than 1.0 bar, more preferably not differ more than 0.5 bar.
  • the storage volume of the lubricant pressure accumulator be dimensioned so that there is always at least a 10% degree of filling remains. This ensures that a residual safety margin remains in the oil pressure accumulator in the event of an error.
  • the lubricant pressure accumulator further comprises a switchable valve arrangement to be fluidically connected to the bearings.
  • the valve arrangement comprises a parallel connection of a switchable first control valve and a switchable second control valve.
  • the first control valve is used to remove the pressurized lubricant from the lubricant pressure accumulator and therefore hereinafter also referred to as a withdrawal control valve.
  • the second control valve is used to supply lubricant from the lubricant pressure circuit to the lubricant pressure accumulator to replenish it, and hence hereafter referred to as a supply control valve.
  • Both control valves are preferably designed as solenoid valves, which are normally closed.
  • the extraction control valve may be switched to an open position while the supply control valve remains closed. Further, for filling the lubricant pressure accumulator, the supply control valve may be switched to an open position while the extraction control valve is closed.
  • a control device may further be provided, which controls the valve arrangement accordingly, in order to empty the lubricant pressure accumulator for supplying the bearings or to refill the lubricant pressure accumulator.
  • the supply control valve in the open position may have a non-return function.
  • volume flow of the lubricant delivery can be calibrated via a set throttling.
  • a corresponding calibration throttle may for example be integrated into the extraction control valve.
  • the supply and removal control valves can each be designed as 2/2-way valves.
  • the two 2/2-way valves are designed as 2/2-solenoid valves with spring return.
  • valve arrangement which allows a corresponding emptying and refilling of the lubricant pressure accumulator, for example by means of only a 3/3-way valve.
  • lubricant pressure accumulator can be designed as a spring piston accumulator.
  • a spring piston accumulator it is also possible instead of a spring piston accumulator to generate the pressure in the lubricant reservoir, for example by means of a gas filling separated by membrane.
  • the variant with spring piston accumulator provides that means are provided on the spring piston accumulator for generating a switchable, electromagnetically generated additional force.
  • the accumulator pressure in the relaxing or almost relaxing spring state region of the spring piston accumulator can be increased by a switchable, electromagnetically generated additional force in order to compensate for or at least reduce the pressure drop in this region.
  • a switchable, electromagnetically generated additional force may be provided in the end region of the spring piston accumulator on the side of the outlet opening of the lubricant, an electromagnetic winding surrounding the spring piston accumulator, and which is energized at the time of removal of lubricant to produce an additional electromagnetic force to support the piston.
  • the lubricant pressure accumulator sensor means are provided for level measurement, for example in the form of an optical or inductive displacement sensor on the piston, so that the progress of the filling of the lubricant pressure accumulator can be monitored and in particular the complete filling of the lubricant accumulator can be detected.
  • a control unit which is designed to perform a pulsed filling of the lubricant pressure accumulator by actuation of the valve arrangement, wherein a filling process takes place when at least the following conditions are met:
  • An engine load is less than a predetermined engine load threshold value and a lubricant pressure generated by the lubricant pump greater than a predetermined lubricant pressure threshold.
  • the engine load threshold may be approximately 30% of the maximum total engine power that can be requested by a driver.
  • the lubricant pressure threshold may be, for example, 3 bar.
  • the removal of lubricant from the lubricant circuit for refilling the lubricant pressure accumulator is only performed when, for example, the lubricant pressure tends to the maximum value, ie at higher speeds of the internal combustion engine. If the lubricant pressure falls below the minimum lubricant pressure which the internal combustion engine generates or falls below a defined limit value, the removal is ended, for example by closing the supply control valve.
  • the lubricant pressure accumulator is thus advantageously refilled only in operating situations in which the removal of the lubricant for filling the lubricant pressure accumulator does not affect the supply of the bearings.
  • variable, engine speed and load-dependent switching or filling conditions can be realized, as well as refined engine map and / or engine sensor-based filling conditions possible to further reduce the impairment of engine operation by refilling the lubricant pressure accumulator.
  • the invention further relates to a motor vehicle, preferably commercial vehicle, with an arrangement for supplying bearings of an internal combustion engine with lubricant, as disclosed herein.
  • Figure 1A shows a highly schematic arrangement 1 for supplying bearings of an internal combustion engine of a motor vehicle with lubricant.
  • FIG. 1 For simplicity of illustration, only the oil holes 3 to the bearings of the internal combustion engine are shown, but not the internal combustion engine or the various bearings that are lubricated.
  • the bearings can be supplied via the oil holes 3 after starting the engine with the engine running in a conventional manner known per se by an oil pressure pump 2 with oil under pressure.
  • the oil pressure pump 2 is for this purpose driven by a driven by the engine drive shaft (not shown).
  • the oil pump 2 sucks the oil from an oil sump 12.
  • the sucked by the oil pump 2 oil is then supplied to the lubrication of the internal combustion engine or the camps on the oil holes 3.
  • a check valve 11 is provided at the outlet of the oil pressure pump 2.
  • the oil pressure lines are in FIG. 1 represented by the reference numeral 9.
  • an oil pressure accumulator 4 is further connected, which is fluidically coupled via a valve assembly 10 with the oil circuit.
  • the oil pressure accumulator 4 is arranged in the engine oil circuit behind the oil pump 2 and before the oil holes 3 to the camps.
  • the oil pressure accumulator is designed as a spring piston accumulator 4 in the present embodiment.
  • the valve assembly 10 is formed of two parallel-connected 2/2-way valves 6, 7, which are designed as solenoid valves with spring return.
  • the first 2/2-way solenoid valve 6 serves as a take-off valve to empty the pressure accumulator 4.
  • the second 2/2-way solenoid valve 7 serves as a supply valve to refill the oil pressure accumulator 4 by the oil pump 9 with oil under pressure.
  • the electrically actuated control valves 6, 7 are connected via signal lines to a control device (not shown), which can switch the control valves by energizing each in an open position.
  • the control device is set up to switch the first control valve 6 to an open position shortly before or at the beginning of an engine start phase for supplying the bearings, whereupon the bearings are supplied with oil via the lubricant pressure accumulator 4 under pressure.
  • the second control valve 7 remains normally closed.
  • valves 6, 7 are normally closed, so that the supply of the bearings via the driven by the engine via a drive shaft lubricant pump 2.
  • the control device controls the valve 7 so that it is in the open position.
  • the supply valve 7 is provided with a non-return function 8 to prevent unwanted backflow of the oil during the filling process.
  • a level sensor 5 is further provided, by means of which the complete filling of the oil pressure accumulator 4 can be signaled.
  • the sensor 5 may also be designed so that partial filling levels are detected with which the filling strategy can be improved. When fully filled, the pulsed filling process is terminated.
  • the storage characteristic of the spring piston accumulator 4 is designed so that it is oriented at the given oil pressure in different operating situations. This is in FIG. 2 shown.
  • FIG. 2 illustrates the temperature- and speed-dependent course of the oil pressure of the internal combustion engine.
  • the abscissa indicates the rotational speed of the internal combustion engine for a utility vehicle, while the ordinate represents the corresponding oil pressure of the internal combustion engine or the accumulator pressure of the lubricant accumulator 4.
  • the curve 21 indicates an exemplary speed-dependent curve of the oil pressure when the engine is cold
  • the curve 22 shows an exemplary speed-dependent curve of the oil pressure in the engine with warm or hot engine, which is smaller than the comparable oil pressure with a cold engine.
  • Point 22_m indicates the minimum oil pressure generated by the oil pump that may occur during operation.
  • the storage curve 23 of the oil pressure accumulator 4 is now designed so that it always runs below the curves 21, 22. That is, the storage line takes into account temperature-dependent changes in viscosity in order to always allow a 100% filling of the oil pressure accumulator 4, in which the piston is in the end position. This can ensure that a filling of the oil pressure accumulator 4 even at minimum oil pressure 22_m of the internal combustion engine is possible.
  • the pressure 23_b for the beginning of the volume absorption of the accumulator and the pressure for a complete filling 23_e of the oil pressure accumulator 4 differ by approximately 0.5 bar.
  • the interpretation of the spring characteristic can be done for example by appropriate adjustment of the spring strength and spring length of the spring piston accumulator 4.
  • FIG. 1B shows a further embodiment 1b of an arrangement 1 for supplying bearings of an internal combustion engine of a motor vehicle with lubricant.
  • components with the same reference numerals correspond to the components of Figure 1A and will not be described separately.
  • an electromagnetic coil 12 is provided which surrounds the spring piston accumulator 4b and which is energized at the time of removal of lubricant to an additional electromagnetic force to support the piston to create. Due to the low working pressure level of the lubricant pressure accumulator 4b, it is sufficient if an additional electromagnetic force of about 0.5 bar can be generated during a short withdrawal period, which temporarily adds to the counterforce generated by the mechanical spring of the spring piston accumulator 4b.
  • the accumulator pressure decrease during the emptying of the accumulator 4b can be compensated or at least reduced, as a result of which the course of the curve 23 in FIG. 2 flattens.
  • FIG. 3 illustrated exemplified a clocked filling of the emptied oil pressure accumulator 4.
  • FIG. 3 illustrated exemplified a clocked filling of the emptied oil pressure accumulator 4.
  • FIG. 3 illustrated exemplified a clocked filling of the emptied oil pressure accumulator 4.
  • the oil pressure accumulator from 0% storage filling to 15% of the filling volume shown (the further filling is carried out in an analogous manner and is no longer shown).
  • FIG. 3 are shown to illustrate the pulsed filling during suitable operating conditions of the oil pressure 31, the load profile 34 and the speed curve 35 of the engine.
  • the curve 33 indicates the storage pressure 33 of the oil pressure accumulator 4, which increases slightly with increasing storage charge.
  • the refilling of the oil pressure accumulator 4 takes place in particular when the oil pressure tends to the maximum value, ie at higher rotational speeds of the internal combustion engine.
  • an oil pressure threshold value of 3 bar was specified, so that the refilling of the oil pressure accumulator 4 takes place only at oil operating pressures of greater than 3 bar.
  • the oil pressure threshold is represented by the line 31a to the left of the oil pressure axis.
  • the refilling of the oil pressure accumulator 4 is performed only when the engine load (simplified accelerator pedal position) is small, e.g. at an engine load of less than or equal to 30% with respect to a maximum engine torque demanded by the driver or at an accelerator pedal position that is less than or equal to 30% of the maximum actuatable accelerator pedal position.
  • the load threshold is represented by the line 34a to the right of the axis indicative of the load of the engine.
  • the removal valve 6 remains closed and the supply valve 7 is opened.
  • the closed position 32b of the supply valve 7 is indicated schematically by the ordinate value 1
  • the open position 32a of the supply valve 7 is indicated by the ordinate value 2.
  • the curve 32 indicates the valve states 7 between the two maximum states 32a, 32b (valve open, valve closed) for the period t1 to t10.
  • the oil pressure of the internal combustion engine has a value of 3.3 bar and is therefore above the threshold value 31a.
  • the engine load is 30% and thus does not exceed the threshold value 34a. Consequently, between the times t1 and t2, the supply valve 7 is brought into an open position. As a result, the filling of the oil pressure accumulator 4 increases by 3% and the accumulator pressure 33 increases slightly.
  • the oil pressure 31 has fallen again somewhat, but is still above the threshold value 31a, and furthermore the engine load 34 has dropped further, so that the supply valve 7 remains in the open position.
  • the storage charge increases to 6%, at the same time the accumulator pressure in the oil pressure accumulator 4 continues to increase from the original 2.3 bar at time t1 to a value of 2.33 bar.
  • the further filling takes place in an analogous manner and can also be understood from the figure.
  • the timed filling of the oil pressure accumulator 4 has the advantage that oil is always taken to fill the oil pressure accumulator 4 from the oil circuit only when all deposited opening conditions are met and so the load-specific supply of the engine with lubricating oil is not affected.
  • a complete filling of the oil pressure accumulator 4 can be completed in a short hybrid drive cycle with internal combustion engine drive, for example, results in a 500 ccm storage volume with a total filling time of 600 s, a degree of filling of 0.83 ccm / s.
  • FIG. 4 illustrates the switching from an electric motor to an internal combustion engine operation as well as the supply according to the invention of the bearings via the oil pressure accumulator 4 during the start of the internal combustion engine in a commercial vehicle with hybrid drive.
  • the commercial vehicle is equipped with a hybrid drive and can be operated by internal combustion engine or electric motor.
  • an electric machine is provided, which is supplied by a traction energy storage.
  • the state of charge of traction energy storage reaches a predefined threshold of 15% of the total charge (point P1).
  • a state of charge of ⁇ 15% indicates a limit state of charge, at which a change from the electric motor to the internal combustion engine drive of the vehicle is initiated in order to avoid an excessive discharge of the traction energy storage.
  • the start of the internal combustion engine takes place at the time t4, characterized by the point P2.
  • the extraction solenoid valve 6 is the starting of the internal combustion engine P2 and after reaching the limit battery charge point P1 FIG. 1 brought from the closed position 39b in the open position 39a.
  • the oil pressure accumulator 4 emptied via the sampling valve 6 via the oil holes 3 in the engine mounts. Consequently, the oil pressure 31 in the engine increases by the supply of the oil pressure accumulator 4.
  • a sufficient oil pressure of 2.35 bar in the engine mounts can already be ensured at time t4 of the engine start.
  • the removal valve 6 Shortly before starting the internal combustion engine, the removal valve 6 is brought from the open position 39a back to the closed position 39b. From the start of the engine, the engine speed increases slowly and the now rotating oil pressure pump 2 increases the pressure in accordance with the dependent on the speed of the engine, structurally generated oil pressure.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Schmiermittel.
  • Der Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs benötigt eine Schmierung für die Lager des Verbrennungsmotors, insbesondere für hochbelastete Gleitlager der Kurbelwelle, den Pleuelstangen und den Nockenwellen. Hierfür werden Schmiermittelpumpen eingesetzt, die mechanisch von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden, um Schmiermittel unter Druck zur Schmierung zur Verfügung zu stellen.
  • Das Schmiermittel wird üblicherweise auch als Öl bezeichnet, auch wenn dies heute häufig kein Öl mehr ist. Entsprechend werden die hierfür erforderlichen Schmiermittelpumpen üblicherweise als Ölpumpen oder Öldruckpumpen bezeichnet.
  • Zur Erzeugung eines Öldrucks für eine verschleissarme Schmierung von Lager und Welle benötigt die Schmiermittelpumpe eine bestimmte Mindestdrehzahl. Diese ist beim Starten und Hochlaufen des Verbrennungsmotors nicht gegeben.
  • Solche ungünstigen Betriebsbedigungen für den Verbrennungsmotors treten bei häufigen Start- und Stoppvorgängen des Verbrennungsmotors bei Hybridantrieben auf. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen mit Hybridantrieb wird im Stadtbetrieb häufig zwischen verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb gewechselt. Beim Umschalten von Elektroantrieb auf Verbrennungsmotorbetrieb unterliegen die Motorlager folglich einem erhöhten Verschleiß, weil beim Motoranlauf ein ausreichender Öldruck in den Motorlagern nicht gegeben ist.
  • Auf einen gerechneten Betriebszeitabschnitt führt dies so zu teuren und zeitintensiven Instandsetzungsarbeiten der Motorlager mit außerplanmäßigen Fahrzeugstandzeiten.
  • Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, mittels in den Ölförderkreislauf eingebrachter Rückschlagventile ein Leerlaufen der Motorschmierölbohrungen beim Motorstillstand zu verhindern. Dadurch kann beim Motoranlauf ein beschleunigter Öldruckaufbau erreicht werden. Insbesondere bei hochbelasteten Motoren mit hohen Zünddrücken und erschwerten Hybridbetriebsbedingungen kann auch mit derartigen Rückschlagventilen eine hohe Lagerbelastung bzw. reduzierte Lebensdauer der Lager nicht vermieden werden.
  • Die Druckschrift DE 10 2012 109 370 A1 offenbart ein Schmierölsystem zur Versorgung von Motor internen Schmierstellen eines Verbrennungsmotors mit Schmiermittel. Hierbei ist der Verbrennungsmotor mit einer Start-Stopp-Funktion versehen, wobei das Schmierölsystem mit einer unabhängig von der Schmierölpumpe arbeitenden Schmieröldruckerzeugungseinrichtung versehen ist, mit der vor dem Start des Verbrennungsmotors durch Start-Stopp-Funktion bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor in dem Schmierölsystem ein Schmieröldruck zur Versorgung der Motor internen Schmierstellen mit Schmiermittel erzeugbar ist. Die Schmiermitteldruckerzeugungseinrichtung umfasst einen Druckmittelspeicher der mittels einer Zweigleitung an das Schmierölsystem des Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
  • Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bzw. Anordnung zum Antrieb einer Schmiermittelpumpe bereitzustellen, mit denen Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bzw. Anordnung zum Antrieb einer Schmiermittelpumpe bereitzustellen, die auch in einer Motorstartphase eine ausreichende Versorgung mit Schmiermittel sicherstellt.
  • Diese Aufgaben werden durch eine Anordnung zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Schmiermittel gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung umfasst die Anordnung zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Schmiermittel eine Schmiermittelpumpe, die von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, und einen Schmiermitteldruckspeicher. Über den Schmiermitteldruckspeicher sind die Lager des Verbrennungsmotors in einer Motorstartphase und/oder einer Motorausschaltphase unabhängig von der Schmiermittelpumpe mit Schmiermittel versorgbar. Der Schmiermitteldruckspeicher wird nachfolgend auch als Öldruckspeicher bezeichnet.
  • Ein besonderer Vorzug des Vorsehens eines Schmiermitteldruckspeichers ist, dass der Verbrennungsmotor bzw. die Lager des Verbrennungsmotors unabhängig von dem Drehzahlzustand des Verbrennungsmotors mit Schmiermittel unter Druck versorgbar sind und damit auch insbesondere in oder kurz vor einer Motorstartphase und/oder einer Motorausschaltphase, in denen der Verbrennungsmotor nicht die erforderliche Mindestdrehzahl zur Versorgung der Schmiermittelpumpe aufweist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die Kennlinie des Schmiermitteldruckspeichers so ausgelegt, dass ein Druckendwert bei vollständig gefülltem Schmiermitteldruckspeicher kleiner ist als ein minimaler von der Schmiermittelpumpe erzeugter temperaturabhängiger Schmiermitteldruck. Diese Variante bietet den Vorteil, dass eine 100%ige Befüllung des Schmiermitteldruckspeichers auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen stets gewährleistet wird.
  • Gemäß einer weiteren möglichen, weniger bevorzugten Ausgestaltungsform kann die Kennlinie des Schmiermitteldruckspeichers alternativ auch so ausgelegt sein, dass ein Druckendwert bei vollständig gefülltem Schmiermitteldruckspeicher größer ist als ein minimaler von der Schmiermittelpumpe erzeugter temperaturabhängiger Schmiermitteldruck. Gemäß dieser Variante können Betriebssituationen auftreten, z. B. ein Betriebszustand des Fahrzeugs mit heißem Motoröl bei Motorleerlauf, in denen zeitweise keine Befüllung des Schmiermitteldruckspeichers möglich ist, so dass die Befüllung insgesamt länger dauern kann, aber andererseits der Speicherdruck nahezu dem von der Schmiermittelpumpe erzeugten Druckniveau entspricht.
  • Der von der Motorölpumpe konstruktiv erzeugte Öldruck ist abhängig von der aktuellen Motordrehzahl und der aktuellen Temperatur des Öls. Der minimale von der Schmiermittelpumpe erzeugte temperaturabhängige Schmiermitteldruck stellt sich üblicherweise bei Leerlaufdrehzahl und einem betriebswarmen bzw. -heißen Verbrennungsmotor ein. Das Einstellen der Kennlinie des Schmiermitteldruckspeichers derart, dass der erforderliche Druckendwert bei vollständig gefülltem Schmiermitteldruckspeicher kleiner ist als der von der Motorölpumpe konstruktiv erzeugte Öldruck bei Leerlaufdrehzahl und betriebswarmem bzw. -heißem Verbrennungsmotor ermöglicht somit auch in dieser Betriebssituation eine vollständige Befüllung des Schmiermitteldruckspeichers.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, die Kennlinie des Schmiermitteldruckspeichers so auszulegen, dass ein Druck für einen Beginn einer Volumenaufnahme des Schmiermitteldruckspeichers und ein Druck bei vollständig gefülltem Schmiermitteldruckspeicher sich nicht mehr als 1,0 bar, weiter vorzugsweise sich nicht mehr als 0,5 bar unterscheiden. Dies bietet den Vorteil, dass der durch den Öldruckspeicher abgegebene Öldruck bis zum Entleeren des Speichers nicht stark abnimmt und möglichst hoch bleibt,und damit die Motorlager möglichst gleichmäßig mit dem Druck des Schmiermitteldruckspeichers beaufschlagt werden.
  • Ebenso ist es vorteilhaft, ein Speichervolumen des Schmiermitteldruckspeichers so zu dimensionieren, dass sich der Schmiermitteldruckspeicher bei der Versorgung der Lager nicht vollständig entleert. Beispielsweise kann das Speichervolumen des Schmiermitteldruckspeichers so dimensioniert sein, dass stets mindestens ein 10 %iger Befüllungsgrad bestehen bleibt. Dies stellt sicher, dass für einen Fehlerfall eine Sicherheitsrestmenge im Öldruckspeicher verbleibt.
  • Der Schmiermitteldruckspeicher umfasst ferner eine schaltbare Ventilanordnung mit den Lagern fluidisch verbunden sein. Eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Realisierung sieht hierbei vor, dass die Ventilanordnung eine Parallelschaltung aus einem schaltbaren ersten Steuerventil und einem schaltbaren zweiten Steuerventil umfasst. Hierbei wird das erste Steuerventil zur Entnahme des unter Druck stehenden Schmiermittels aus dem Schmiermitteldruckspeicher verwendet und daher nachfolgend auch als Entnahme-Steuerventil bezeichnet. Das zweite Steuerventil wird zur Zufuhr von Schmiermittel aus dem Schmiermitteldruckkreis in den Schmiermitteldruckspeicher verwendet, um diesen wiederaufzufüllen und daher nachfolgend als Zufuhr-Steuerventil bezeichnet. Beiden Steuerventile sind vorzugsweise als Magnetventile ausgeführt, die stromlos geschlossen sind.
  • Zur Versorgung der Lager kann das Entnahme-Steuerventil in eine geöffnete Stellung geschaltet sein, während das Zufuhr-Steuerventil geschlossen bleibt. Ferner kann zum Befüllen des Schmiermitteldruckspeichers das Zufuhr-Steuerventil in eine geöffnete Stellung geschaltet sein, während das Entnahme-Steuerventil geschlossen ist. Hierzu kann ferner eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die die Ventilanordnung entsprechend ansteuert, um den Schmiermitteldruckspeicher zur Versorgung der Lager zu entleeren oder um den Schmiermitteldruckspeicher wieder zu befüllen.
  • Um ein ungewolltes Rückfließen des Öls beim Füllen des Schmiermitteldruckspeichers zu verhindern, kann das Zufuhr-Steuerventil in der geöffneten Stellung eine Rückschlagfunktion aufweisen.
  • Ferner kann der Volumenstrom der Schmiermittelabgabe über eine fest eingestellte Drosselung kalibriert werden. Eine entsprechende Kalibrierdrossel kann beispielsweise in das Entnahme-Steuerventil integriert sein.
  • Das Zufuhr- und das Entnahme-Steuerventil können jeweils als 2/2-Wegeventile ausgeführt sein. Vorzugsweise sind die beiden 2/2-Wegeventile als 2/2-Magnetventile mit Federrückstellung ausgeführt.
  • Im Rahmen der Erfindung besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine alternative Ventilanordnung vorzusehen, die eine entsprechende Entleerung und Wiederbefüllung des Schmiermitteldruckspeichers ermöglicht, beispielsweise mittels nur einem 3/3-Wegeventil.
  • In einer konstruktiv einfachen, gleichzeitig sehr zuverlässigen Variante kann der Schmiermitteldruckspeicher als Federkolbenspeicher ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung besteht jedoch auch die Möglichkeit anstatt eines Federkolbenspeichers den Druck im Schmiermittelspeicher beispielsweise mittels einer durch Membrane abgetrennten Gasfüllung zu erzeugen.
  • Um einen flacheren Verlauf der Speicherkennlinie zu realisieren, sieht eine weitere Weiterbildung der Variante mit Federkolbenspeicher vor, dass am Federkolbenspeicher Mittel zur Erzeugung einer zuschaltbaren, elektromagnetisch erzeugten Zusatzkraft vorgesehen sind. Dadurch kann der Speicherdruck im entspannenden oder nahezu entspannenden Federzustandsbereich des Federkolbenspeichers durch eine schaltbare, elektromagnetisch erzeugte Zusatzkraft erhöht werden, um den Druckabfall in diesem Bereich zu kompensieren oder zumindest zu reduzieren. Beispielsweise kann im Endbereich des Federkolbenspeichers an der Seite der Austrittsöffnung des Schmiermittels eine elektromagnetische Wicklung vorgesehen sein, die den Federkolbenspeicher umgibt, und die im Zeitpunkt der Schmiermittelentnahme bestromt wird, um eine elektromagnetische Zusatzkraft zur Unterstützung des Kolbens zu erzeugen.
  • Vorzugsweise sind am Schmiermitteldruckspeicher Sensormittel zur Füllstandsmessung vorgesehen, beispielsweise in Form eines optischen oder induktiven Wegsensors am Kolben, so dass der Fortschritt der Befüllung des Schmiermitteldruckspeichers überwacht werden kann und insbesondere die vollständige Befüllung des Schmiermitteldruckspeichers erfasst werden kann.
  • Ferner ist eine Steuereinheit vorgesehen, die ausgeführt ist, durch Betätigung der Ventilanordnung eine getaktete Befüllung des Schmiermitteldruckspeichers durchzuführen, wobei ein Befüllungsvorgang dann erfolgt, wenn zumindest folgende Bedingungen erfüllt sind: Eine Motorlast ist kleiner als ein vorbestimmter Motorlastschwellenwert und ein von der Schmiermittelpumpe erzeugter Schmiermitteldruck ist größer als ein vorbestimmter Schmiermitteldruckschwellenwert. Bei einem Nutzfahrzeug kann der Motorlastschwellenwert ca. 30% der von einem Fahrer maximal anforderbaren Gesamtmotorleistung betragen. Der Schmiermitteldruckschwellenwert kann beispielsweise 3 bar betragen.
  • Mit anderen Worten wird die Entnahme von Schmiermittel aus dem Schmiermittelkreislauf zur Wiederbefüllung des Schmiermitteldruckspeichers nur dann durchgeführt, wenn beispielsweise der Schmiermitteldruck zum Maximalwert tendiert, d.h. bei höheren Drehzahlen des Verbrennungsmotors. Fällt der Schmiermitteldruck unter den minimalen Schmiermitteldruck, den der Verbrennungsmotor erzeugt bzw. unter einen definierten Grenzwert, wird die Entnahme beendet, beispielsweise durch Schließen des Zufuhr-Steuerventils. Der Schmiermitteldruckspeicher wird somit vorteilhafterweise nur in Betriebssituationen wiederbefüllt, in denen die Entnahme des Schmiermittels zur Befüllung des Schmiermitteldruckspeichers die Versorgung der Lager nicht beeinträchtigt.
  • Ferner sind weitere variable, motordrehzahl- und lastabhängige Schalt- bzw. Füllbedingungen realisierbar, sowie verfeinerte motorkennfeld- und/ oder motorsensorgestützte Füllbedingungen möglich, um die Beeinträchtigung des Motorbetriebs durch eine Wiederbefüllung des Schmiermitteldruckspeichers weiter zu reduzieren.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, mit einer Anordnung zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors mit Schmiermittel, wie hierin offenbart.
  • Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1A
    eine Anordnung zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors mit Schmiermittel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    Figur 1B
    eine Anordnung zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors mit Schmiermittel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    Figur 2
    illustriert die Auslegung des Öldruckspeichers;
    Figur 3
    illustriert die getaktete Befüllung des Öldruckspeichers; und
    Figur 4
    illustriert die Umschaltung von elektromotorischem auf verbrennungsmotorischem Betrieb.
  • Figur 1A zeigt stark schematisiert eine Anordnung 1 zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Schmiermittel. In Figur 1 sind zur Vereinfachung der Darstellung lediglich die Ölbohrungen 3 zu den Lagern des Verbrennungsmotors dargestellt, nicht jedoch der Verbrennungsmotor oder die verschiedenen Lager, die geschmiert werden.
  • Die Lager können über die Ölbohrungen 3 nach dem Motorstart bei laufendem Verbrennungsmotor in herkömmlicher und an sich bekannter Weise durch eine Öldruckpumpe 2 mit Öl unter Druck versorgt werden.
  • Die Öldruckpumpe 2 wird hierzu von einer vom Verbrennungsmotor angetriebenen Antriebswelle angetrieben (nicht dargestellt). Die Ölpumpe 2 saugt das Öl von einem Ölsumpf 12 an. Das von der Ölpumpe 2 angesaugte Öl wird dann zur Schmierung der Verbrennungskraftmaschine bzw. den Lagern über die Ölbohrungen 3 zugeführt. Ferner ist ein Rückschlagventil 11 am Ausgang der Öldruckpumpe 2 vorgesehen. Die Öldruckleitungen sind in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 9 dargestellt.
  • An den Öldruckkreislauf ist ferner ein Öldruckspeicher 4 angeschlossen, der über eine Ventilanordnung 10 mit dem Ölkreislauf fluidisch koppelbar ist. Der Öldruckspeicher 4 ist im Verbrennungsmotor-Ölkreislauf hinter der Ölpumpe 2 und vor den Ölbohrungen 3 zu den Lagern angeordnet. Der Öldruckspeicher ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Federkolbenspeicher 4 ausgeführt.
  • Die Ventilanordnung 10 wird aus zwei parallelgeschalteten 2/2-Wegeventilen 6, 7, die als Magnetventile mit Federrückstellung ausgeführt sind, gebildet. Das erste 2/2-Magnetventil 6 dient als Entnahmeventil, um den Druckspeicher 4 zu entleeren. Das zweite 2/2-Magnetventil 7 dient als Zufuhrventil, um den Öldruckspeicher 4 durch die Ölpumpe 9 mit Öl unter Druck wieder zu befüllen.
  • Die elektrisch betätigbaren Steuerventile 6, 7 sind über Signalleitungen mit einer Steuereinrichtung verbunden (jeweils nicht dargestellt), die die Steuerventile durch Bestromung jeweils in eine geöffnete Stellung schalten kann.
  • Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, kurz vor oder zu Beginn einer Motorstartphase zur Versorgung der Lager das erste Steuerventil 6 in eine geöffnete Stellung zu schalten, woraufhin die Lager über den Schmiermitteldruckspeicher 4 mit Öl unter Druck versorgt werden. Das zweite Steuerventil 7 bleibt stromlos geschlossen.
  • Während des normalen Betriebs des Verbrennungsmotors und bei befülltem Öldruckspeicher 4 sind beide Ventile 6, 7 stromlos geschlossen, so dass die Versorgung der Lager über die vom Verbrennungsmotor über eine Antriebswelle angetriebene Schmiermittelpumpe 2 erfolgt.
  • Zum Befüllen des Schmiermitteldruckspeichers 4 steuert die Steuereinrichtung das Ventil 7 so an, dass dieses in der geöffneten Stellung ist.
  • Das Zufuhrventil 7 ist mit einer Rückschlagfunktion 8 ausgestattet, um ungewolltes Rückfließen des Öls beim Füllvorgang zu verhindern. Am Öldruckspeicher 4 ist ferner ein Füllstandssensor 5 vorgesehen, mittels dem die vollständige Befüllung des Öldruckspeichers 4 signalisiert werden kann. Vorteilhafterweise kann der Sensor 5 auch so ausgebildet sein, dass Teilbefüllungsstände erkannt werden, mit denen die Befüllungsstrategie verbessert werden kann. Bei vollständiger Befüllung wird der getaktete Füllvorgang beendet.
  • Die Speicherkennlinie des Federkolbenspeichers 4 ist so ausgelegt, dass sie sich am gegebenen Öldruck in verschiedenen Betriebssituationen orientiert. Dies ist in Figur 2 dargestellt.
  • Figur 2 illustriert den temperatur- und drehzahlabhängigen Verlauf des Öldrucks des Verbrennungsmotors. Hierbei gibt die Abszisse die Drehzahl des Verbrennungsmotors für ein Nutzfahrzeug an, während auf der Ordinate der entsprechende Öldruck des Verbrennungsmotors bzw. der Speicherdruck des Schmiermitteldruckspeichers 4 dargestellt ist.
  • Die Kurve 21 gibt einen beispielhaften drehzahlabhängigen Verlauf des Öldrucks bei kaltem Motor an, während die Kurve 22 einen beispielhaften drehzahlabhängigen Verlauf des Öldrucks im Verbrennungsmotor bei warmem bzw. heißem Motor zeigt, der kleiner ist als der vergleichbare Öldruck bei kaltem Motor. Der Punkt 22_m gibt den minimalen von der Ölpumpe erzeugten Öldruck an, der im Betrieb auftreten kann.
  • Die Speicherkennlinie 23 des Öldruckspeichers 4 ist nun so ausgelegt, dass diese stets unterhalb der Kurven 21, 22 verläuft. Das heißt, die Speicherlinie berücksichtigt temperaturabhängige Viskositätsänderungen, um stets eine 100%ige Befüllung des Öldruckspeichers 4, in der der Kolben sich in Endstellung befindet, zu ermöglichen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine Befüllung des Öldruckspeichers 4 auch noch bei minimalem Öldruck 22_m des Verbrennungsmotors möglich ist.
  • In Figur 2 ist ferner erkennbar, dass der Druck für den Beginn der Volumenaufnahme des Öldruckspeichers (siehe Punkt 23_b), d. h. der Mindestdruck, um einen Anfangswiderstand des Federkolbens zu überwinden und den Befüllungsvorgang starten zu können, und der Druck bei vollständiger Befüllung des Öldruckspeichers 3 (siehe Punkt 23_e) möglichst nahe beieinanderliegen, damit der durch den Öldruckspeicher 4 abgegebene Öldruck bis zum vollständigen oder fast vollständigen Entleeren des Öldruckspeichers möglichst hoch bleibt.
  • Im vorliegenden Beispiel unterscheiden sich der Druck 23_b für Beginn der Volumenaufnahme des Speichers und der Druck für eine vollständige Befüllung 23_e des Öldruckspeichers 4 um ca. 0,5 bar.
  • Die Auslegung der Federkennlinie kann beispielsweise durch entsprechende Einstellung der Federstärke und Federlänge des Federkolbenspeichers 4 erfolgen.
  • Figur 1B zeigt eine weitere Ausführungsvariante 1b einer Anordnung 1 zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Schmiermittel. Hierbei entsprechen Komponenten mit gleichen Bezugszeichen den Komponenten der Figur 1A und werden nicht gesondert beschrieben.
  • Die Besonderheit dieser Ausführungsvariante 1b liegt darin, dass im Endbereich des Federkolbenspeichers 4b an der Seite der Austrittsöffnung des Schmiermittels eine elektromagnetische Wicklung 12 vorgesehen ist, die den Federkolbenspeicher 4b umgibt und die im Zeitpunkt der Schmiermittelentnahme bestromt wird, um eine elektromagnetische Zusatzkraft zur Unterstützung des Kolbens zu erzeugen. Aufgrund des niedrigen Arbeitsdruckniveaus des Schmiermitteldruckspeichers 4b ist es ausreichend, wenn damit eine elektromagnetische Zusatzkraft von ca. 0,5 bar während eines kurzen Entnahmezeitraums erzeugbar ist, die sich zu der durch die mechanische Feder des Federkolbenspeichers 4b erzeugten Gegenkraft zeitweise addiert.
  • Dadurch kann die Speicherdruckabnahme bei der Entleerung des Speichers 4b kompensiert oder zumindest reduziert werden, wodurch sich der Verlauf der Kurve 23 in Figur 2 verflacht.
  • Figur 3 illustriert beispielhaft eine getaktete Befüllung des entleerten Öldruckspeichers 4. Hierbei ist zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips nur eine Befüllung des Öldruckspeichers von 0% Speicherbefüllung auf 15% des Füllvolumens gezeigt (die weitere Befüllung erfolgt in analoger Weise und ist nicht mehr dargestellt).
  • In Figur 3 sind zur Illustration der getakteten Befüllung während geeigneter Betriebszustände der Öldruckverlauf 31, der Lastverlauf 34 sowie der Drehzahlverlauf 35 des Verbrennungsmotors dargestellt. Die Kurve 33 gibt den mit zunehmender Speicherbefüllung leicht ansteigenden Speicherdruck 33 des Öldruckspeichers 4 an.
  • Die Wiederbefüllung des Öldruckspeichers 4 erfolgt insbesondere dann, wenn der Öldruck zum Maximalwert tendiert, d.h. bei höheren Drehzahlen des Verbrennungsmotors. Hierbei wurde beispielhaft ein Öldruckschwellenwert von 3 bar vorgegeben, so dass die Wiederbefüllung des Öldruckspeichers 4 nur bei Ölbetriebsdrücken von größer 3 bar erfolgt. Der Öldruckschwellenwert ist durch die Linie 31a links der Öldruck-Achse dargestellt.
  • Ferner wird die Wiederbefüllung des Öldruckspeichers 4 nur vorgenommen, wenn die Motorlast (vereinfacht Gaspedalstellung) gering ist, z.B. bei einer Motorlast kleiner oder gleich 30% in Bezug auf ein maximales vom Fahrer anforderbares Motormoment oder bei einer Gaspedalstellung, die kleiner oder gleich 30 % der maximal betätigbaren Gaspedalstellung ist. Der Lastschwellenwert ist durch die Linie 34a rechts der die Last des Verbrennungsmotors angebenden Achse dargestellt.
  • Fällt der Öldruck somit unter den Öldruckschwellenwert 31a oder steigt die Motorlast über den definierten Lastschwellenwert 34a, wird die Entnahme von Öl zur Befüllung des Öldruckspeichers 4 durch die im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnte Steuereinrichtung, die die Ventilanordnung 10 ansteuert, beendet.
  • Zur Befüllung des Öldruckspeichers 4 bleibt das Entnahmeventil 6 geschlossen und das Zufuhrventil 7 wird geöffnet. In Figur 3 ist die Schließstellung 32b des Zufuhrventils 7 durch den Ordinatenwert 1 schematisch gekennzeichnet, während die Öffnungsstellung 32a des Zufuhrventils 7 durch den Ordinatenwert 2 gekennzeichnet ist. Die Kurve 32 gibt für den Zeitraum t1 bis t10 jeweils die Ventilzustände 7 zwischen den beiden Maximalzuständen 32a, 32b (Ventil offen, Ventil zu) an.
  • Im Zeitpunkt t1 weist der Öldruck des Verbrennungsmotors einen Wert von 3,3 bar auf und liegt somit über dem Schwellenwert 31a. Die Motorlast beträgt 30% und übersteigt somit den Schwellenwert 34a nicht. Folglich wird zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 das Zufuhrventil 7 in eine Offenstellung gebracht. Dadurch steigt die Befüllung des Öldruckspeichers 4 um 3% und der Speicherdruck 33 nimmt leicht zu.
  • Im Zeitpunkt t2 ist der Öldruck 31 wieder etwas gesunken, liegt jedoch immer noch über dem Schwellenwert 31a, ferner ist die Motorlast 34 weiter gesunken, so dass das Zufuhrventil 7 in der Offenstellung bleibt. Bis zum Zeitpunkt t3 steigt die Speicherbefüllung auf 6%, gleichzeitig steigt der Speicherdruck im Öldruckspeicher 4 weiter von ursprünglich 2,3 bar im Zeitpunkt t1 auf einen Wert von 2,33 bar.
  • Im einem Zeitpunkt kurz vor t3 ist der Öldruck im Verbrennungsmotor auf einen Wert von 3 bar gesunken und hat somit dem Öldruckschwellenwert 31a erreicht.
  • Folglich wird in diesem Zeitpunkt von der Steuereinrichtung eine Schließung des Zufuhrventils 7 eingeleitet, so dass das Zufuhrventil 7 im Zeitpunkt t3 wieder geschlossen ist. Die Speicherbefüllung verharrt auf 6%.
  • Im Zeitraum zwischen t3 und dem eingezeichneten Punkt kurz vor t5 liegt zwar der Öldruck über dem Schwellenwert 31a, die Last 34 liegt jedoch auch über dem Lastschwellenwert 34a, so dass das Ventil 7 in der Schließstellung 32b bleibt. Der Lastschwellenwert wird erst wieder in dem eingezeichneten Punkt kurz vor t5 erreicht, so dass die Öffnung des Ventils 7 eingeleitet wird.
  • Die weitere Befüllung erfolgt in analoger Weise und ist auch aus der Figur heraus verständlich.
  • Die getaktete Befüllung des Öldruckspeichers 4 hat den Vorteil, dass immer nur dann Öl zur Befüllung des Öldruckspeichers 4 aus dem Ölkreislauf entnommen wird, wenn alle hinterlegten Öffnungsbedingungen erfüllt sind und so die belastungsspezifische Versorgung des Verbrennungsmotors mit Schmieröl nicht beeinträchtigt wird. Hierbei kann ein vollständiger Füllvorgang des Öldruckspeichers 4 in einem kurzen Hybridfahrzyklus mit Verbrennungsmotorantrieb vollzogen sein, beispielsweise ergibt sich bei einem 500 ccm-Speichervolumen bei einer Gesamtfülldauer von 600 s ein Befüllungsgrad von 0,83 ccm/s.
  • Das Diagramm der Figur 4 illustriert die Umschaltung von einem elektromotorischen auf einen verbrennungsmotorischen Betrieb sowie die erfindungsgemäße Versorgung der Lager über den Öldruckspeicher 4 während des Starts des Verbrennungsmotors bei einem Nutzfahrzeug mit Hybridantrieb.
  • Das Nutzfahrzeug ist mit einem Hybridantrieb ausgestattet und kann verbrennungsmotorisch oder elektromotorisch betrieben werden. Für den elektromotorischen Betrieb ist eine elektrische Maschine vorgesehen, die von einem Traktionsenergiespeicher versorgt wird.
  • Im Zeitpunkt t1 erreicht der Ladezustand des Traktionsenergiespeichers einen vordefinierten Schwellenwert von 15% der Gesamtladung (Punkt P1). Ein Ladezustand von ≤15% signalisiert einen Grenzladezustand, bei dem ein Wechsel vom elektromotorischen zum verbrennungsmotorischen Antrieb des Fahrzeugs eingeleitet wird, um eine zu starke Entladung des Traktionsenergiespeichers zu vermeiden.
  • Der Start des Verbrennungsmotors erfolgt im Zeitpunkt t4, gekennzeichnet durch den Punkt P2.
  • Erfindungsgemäß wird vor dem Start P2 des Verbrennungsmotors und nach Erreichen der Batteriegrenzladung im Punkt P1 das Entnahmemagnetventil 6 der Figur 1 von der Schließstellung 39b in die Offenstellung 39a gebracht. Dadurch entleert sich der Öldruckspeicher 4 über das Entnahmeventil 6 über die Ölbohrungen 3 in die Motorlager. Folglich steigt der Öldruck 31 im Verbrennungsmotor durch die Versorgung des Öldruckspeichers 4 an. Dadurch kann zum Zeitpunkt t4 des Motorstarts bereits ein ausreichender Öldruck von 2,35 bar in den Motorlagern sichergestellt werden.
  • Kurz vor Starten des Verbrennungsmotors wird das Entnahmeventil 6 von der Offenstellung 39a wieder in die Schließstellung 39b gebracht. Ab Start des Verbrennungsmotors nimmt die Motordrehzahl langsam zu und die nun drehende Öldruckpumpe 2 erhöht den Druck entsprechend dem von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen, konstruktiv erzeugten Öldrucks.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, ohne den zugehörigen Bereich zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1, 1b
    Anordnung zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors
    2
    Öldruckpumpe
    3
    Ölbohrungen zu den Lagern
    4, 4b
    Öldruckspeicher
    5
    Füllstandssensor
    6
    Magnetisches 2/2-Wegeventil mit Federrückstellung
    7
    Magnetisches 2/2-Wegeventil mit Federrückstellung
    8
    Rückschlagfunktion
    9
    Öldruckleitungen
    10
    Ventilanordnung
    11
    Rückschlagventil
    12
    elektromagnetische Wicklung
    21
    Öldruckverlauf (kalt)
    22
    Öldruckverlauf (warm)
    22_m
    Minimaler Öldruckwert
    23
    Speicherdruckverlauf
    23_b
    Speicherdruck für Beginn der Volumenaufnahme
    23_e
    Speicherdruck bei vollständig gefülltem Speicher
    31
    Öldruck des Verbrennungsmotors
    31a
    Öldruckschwellenwert
    32
    Verlauf der Öffnungs- bzw. Schließstellung des Zufuhrventils
    32a
    Offenstellung des Zufuhrmagnetventils
    32b
    Schließstellung des Zufuhrmagnetventils
    33
    Speicherdruckverlauf
    34
    Lastverlauf des Verbrennungsmotors
    34a
    Lastschwellenwert
    35
    Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors
    38
    Verlauf des Ladezustands des Traktionsenergiespeichers
    39
    Verlauf der Öffnungs- bzw. Schließstellung des Entnahmeventils
    39a
    Offenstellung des Entnahmeventils
    39b
    Schließstellung des Entnahmeventils
    P1
    Erreichen der Grenzladung des Traktionsenergiespeichers
    P2
    Zeitpunkt des Starts des Verbrennungsmotors

Claims (12)

  1. Anordnung (1, 1b) zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Schmiermittel, umfassend
    eine Schmiermittelpumpe (2); und
    einen Schmiermitteldruckspeicher (4, 4b), über den die Lager des Verbrennungsmotors in einer Motorstartphase und/oder einer Motorausschaltphase unabhängig von der Schmiermittelpumpe (2) mit Schmiermittel versorgbar sind, wobei der Schmiermitteldruckspeicher (4, 4b) über eine schaltbare Ventilanordnung (10) mit den Lagern fluidisch verbunden ist;
    gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die ausgeführt ist, durch Betätigung der Ventilanordnung (10) eine getaktete Befüllung des Schmiermitteldruckspeichers (4, 4b) durchzuführen, wobei ein Befüllungsvorgang dann erfolgt, wenn zumindest eine Motorlast kleiner als ein vorbestimmter Motorlastschwellenwert ist und ein von der Schmiermittelpumpe erzeugter Schmiermitteldruck größer als ein vorbestimmter Schmiermitteldruckschwellenwert ist.
  2. Anordnung (1, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie (23) des Schmiermitteldruckspeichers (4, 4b) so ausgelegt ist, dass ein Druckendwert (23e) bei vollständig gefülltem Schmiermitteldruckspeicher (4) kleiner ist als ein minimaler (22_m) von der Schmiermittelpumpe erzeugter temperaturabhängiger Schmiermitteldruck.
  3. Anordnung (1, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie (23) des Schmiermitteldruckspeichers (4, 4b) so ausgelegt ist, dass ein Druck (23_b) für einen Beginn einer Volumenaufnahme des Schmiermitteldruckspeichers (4) und ein Druck (23_e) bei vollständig gefülltem Schmiermitteldruckspeicher (4) sich nicht mehr als 1 bar unterscheiden.
  4. Anordnung (1, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speichervolumen des Schmiermitteldruckspeichers (4, 4b) so dimensioniert ist, dass sich der Schmiermitteldruckspeicher (4) bei der Versorgung der Lager nicht vollständig entleert.
  5. Anordnung (1, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) eine Parallelschaltung aus einem schaltbaren ersten Steuerventil (6) und einem schaltbaren zweiten Steuerventil (7) umfasst.
  6. Anordnung (1, 1b) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    (a) dass zur Versorgung der Lager das erste Steuerventil (6) in eine geöffnete Stellung geschaltet wird, während das zweite Steuerventil geschlossen ist; und
    (b) dass zum Befüllen des Schmiermitteldruckspeichers (4, 4b) das zweite Steuerventil (7) in eine geöffnete Stellung geschaltet wird, während das erste Steuerventil (6) geschlossen ist.
  7. Anordnung (1, 1b) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuerventil (7) in der geöffneten Stellung eine Rückschlagfunktion (8) aufweist.
  8. Anordnung (1, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) ausgeführt ist, die Schmiermittelabgabe aus dem Schmiermitteldruckspeicher (4, 4b) gedrosselt durchzuführen.
  9. Anordnung (1, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    (a) dass das erste (6) und das zweite (7) Steuerventil als 2/2-Wegeventile ausgeführt sind; und/oder
    (b) dass am Schmiermitteldruckspeicher (4, 4b) Sensormittel (5) zur Füllstandsmessung vorgesehen sind; und/oder
    (c) dass der Schmiermitteldruckspeicher (4, 4b) stromab der Schmiermittelpumpe (2) und stromauf zu den Schmiermittelbohrungen angeordnet ist.
  10. Anordnung (1, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermitteldruckspeicher (4, 4b) als Federkolbenspeicher ausgebildet ist.
  11. Anordnung (1b) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung und/oder Kompensation eines Schmiermitteldruckabfalls bei der Schmiermittelentnahme am Federkolbenspeicher (4b) Mittel (12) zur Erzeugung einer zuschaltbaren, elektromagnetisch erzeugten Zusatzkraft vorgesehen sind.
  12. Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, mit einer Anordnung zur Versorgung von Lagern eines Verbrennungsmotors mit Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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