WO2005003525A1

WO2005003525A1 - Schmierölsystem für eine brennkraftmaschine mit regelbaren schmieröldruck

Info

Publication number: WO2005003525A1
Application number: PCT/AT2004/000219
Authority: WO
Inventors: Walter Ospelt; Helmut Melde-Tuczai
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2005-01-13
Also published as: DE112004001009D2; DE112004003148A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Schmierölsystem.

Description

SCHMIERO SYSTEM FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE MIT REGELBAREN SCHMIEROLDRUCK

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Schmierölsystem mit einem geschlossenen Schmierölkreislauf mit zumindest einer Schmierölpumpe, mit zumindest einem druckseitig angeordneten Absteuerventil zur Absteuerung des Schmieröldruckes, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.

Schmierölkreisläufe von Brennkraftmaschinen sind üblicherweise so ausgelegt, dass auch bei ungünstigsten Verhältnissen eine ausreichende Schmierölversorgung an allen Lagerstellen gewährleistet ist. Insbesondere bei hoher Motorlast mit niedriger Drehzahl sind hohe Anforderungen an das Schmierölsystem gestellt. Während allerdings bei hohen Lasten maximal zulässige Schmieröldrücke von etwa 5 bar, insbesondere mit schmierölgespeister Kolbenkühlung gerechtfertigt sind, reichen im unteren und mittleren Teillastbereich wesentlich geringere Schmiermitteldrücke zur zuverlässigen Versorgung aller Schmierstellen aus. Bei allen bekannten Schmierölkreislaufsystem wird dem allerdings nicht Rechnung getragen, so dass unnötig hoher Schmieröldruck bereitgestellt wird. Dies wirkt sich allerdings nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch aus.

In der MTZ 3/2003, Jahrgang 64, S. 179, ist unter dem Artikel "Ölpumpe mit drehzahlabhängiger Öldruckregelung" eine Regelpumpe mit elektrischer Stufendruckregelung geoffenbart, bei der eine drehzahlabhängige Öldruckregelung durchgeführt wird, um Antriebsleistungsvorteile zu erzielen. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Öldruckbedarf einer Brennkraftmaschine unabhängig von seiner Betriebstemperatur ausreichend durch einen linear über der Motordrehzahl ansteigenden Öldruckverlauf mit 1,0 bar im Leerlauf und 4,5 bar bei 6000/min - also unabhängig vom Lastzustand - beschrieben ist. Allerdings zielt eine lineare drehzahlabhängige Öldruckregelung am tatsächlichen Schmiermittelbedarf vorbei, da der Einfluss der Motorlast unberücksichtigt bleibt. Während bei hoher Drehzahl, aber niedriger Motorlast eher zu hoher Öldruck bereitgestellt wird, besteht die Gefahr, dass bei niedriger Drehzahl, aber hoher Motorlast der verfügbare Öldruck zu gering ist.

Aus der DE 197 17 922 AI ist ein Überdruckventil für Olpumpen bekannt, das so gestaltet ist, dass die Regelung des Abflusses der Förderflüssigkeit bei auftretenden unzulässigen Überdruck mindestens zweistufig erfolgt, wobei in einer ersten Stufe nur eine Teilmenge der insgesamt abzuwägenden Höchstmenge abgefördert wird. Dadurch soll Kraftstoffverbrauch und Antriebsleistung reduziert werden. Die DE 196 31 296 AI beschreibt eine Vorrichtung zur Begrenzung des Öldruckes in dem Schmierölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, wobei in einer Druckleitung zwischen Druckseite und Saugseite, bzw. zwischen der Druckseite der Ölpumpe und einer Ölwanne ein Überdruckventil vorgesehen ist. Der Öffnungsquerschnitt des Überdruckventils ist in zumindest zwei in Bewegungsrichtung des Absperrorgans in Abstand zueinander abgeordnete Teilöffnungsquerschnitte unterteilt, wodurch ein zweistufiges Überdruckventil geschaffen wird, welches eine bessere Anpassung an den geförderten Motoröldruck ermöglicht.

Die US 5,339,776 A beschreibt ein Schmierölsystem für eine Brennkraftmaschine, in welchem der Öldruck über ein elektrisches Ventil in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuert werden kann.

Die DE 25 42 042 AI offenbart ein Druckbegrenzungsventil einer Druckschmiervorrichtung, welches einen entgegen einer Federkraft mit Druck beaufschlagbaren Regelkolben aufweist, wobei die Federkraft in einem Hubbereich für niedrige Betriebstemperaturen in erhöhtem Maß über dem Hub des Regelkolbens ansteigt, so dass sich beim Kaltstartvorgang ein etwas erhöhter Schmiermitteldruck einstellt.

Um in gelände- oder seegängigen Fahrzeugen bei einer kurzzeitigen, möglichst großen Schräglage nach allen Richtungen und auch bei Querbeschleunigungen ein betriebssicheres Ansaugen der Schmierölpumpe zu gewährleisten, werden üblicherweise die Saugsiebe der Olpumpen an den tiefsten Stellen der Ölwanne eingebaut, so dass bei minimalem Ölstand der Saugkorb der Ölpumpe stets ausreichend bedeckt bleibt. Falls Platz für eine tiefe Ölwanne vorhanden ist, stellt dies die kostengünstigste Lösung dar.

Wenn aber aus Abstandsgründen zum Boden oder aus Einbaugründen dieser Platz nicht zur Verfügung steht, müssen andere Maßnahmen ergriffen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Trockensumpfprinzip angewendet wird. Eine Pumpe mit zwei Saugstellen saugt das gesamte Öl von beispielsweise entlang der Motorlängsachse weit voneinander liegenden Stellen an und pumpt es in einen von der Ölwanne getrennten Hauptsumpf. Von dort wird es von einer weitere Ölpumpe in den Motor gepumpt. Bei Formel 1-Motoren wird sogar aus jeder Kurbeleinheit abgesaugt. Der Entschäumung des Öles muss dabei besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Eine Brennkraftmaschine mit Trockensumpfschmierung mit mehreren Absaugpumpen ist etwa aus der US 3,554,322 A bekannt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Ölwanne in zwei Bereiche zu unterteilen, wobei ein Bereich als Hauptsumpf dient, in den die Absaugpumpe aus dem sogenannten Nebensumpf Öl hineinfördert. Diese Absaugpumpe braucht nur eine Saugstelle. Aus dem Hauptsumpf pumpt die Hauptpumpe das Öl in den Motor.

Aus den Veröffentlichungen JP 11-229841 A und JP 11-101117 A sind Brennkraftmaschinen mit zweigeteilter Ölwanne bekannt, wobei die beiden Ölkammern über eine Strömungsverbindung miteinander verbunden sind. Das Öl wird nur aus einer der beiden Kammern abgesaugt.

Aus der JP 10-288024 A ist eine zweigeteilte Ölwanne für eine Brennkraftmaschine bekannt. In der zwei Ölräume trennenden Trennwand der Ölwanne sind von einem Solenoid oder Wachselement in Abhängigkeit der Temperatur gesteuerte Ventile angeordnet. Durch eine Umwälzpumpe wird ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Ölräumen ermöglicht.

Die JP 01-315610 A offenbart eine Schmiereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Ölwanne und einem mit dieser über einen Kanal verbundenen Öltank, wobei in der Strömungsverbindung zwischen Ölwanne und Öltank ein Ventil angeordnet ist.

Die JP 58-200016 A beschreibt en Schmiersystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Trennwand zwischen einem Bodenteil eines Kurbelgehäuse und einer Ölwanne. Die Trennwand weist eine Strömungsverbindung mit einem in Richtung der Ölwanne öffnenden Klappenventil auf.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und den Kraftstoffverbrauch bei einer Brennkraftmaschine zu vermindern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise bei einer Brennkraftmaschine eine ausreichende Ölversorgung und damit eine einwandfreie Funktion auch bei temporären Motorneigungen oder Querbeschleunigungen sicherzustellen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Schmieröldruck lastabhängig absteuerbar ist.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Absteuerventil elektrisch in Abhängigkeit der Last aktivierbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Schmieröl bei Volllast und/oder höherer Last bei einem zulässigen Volllasthöchstdruck von vorzugsweise 5 bar abgesteuert wird und bei niedriger und/oder mittlerer Motorlast Schmieröl ab einem Druck unterhalb des Volllasthöchstdruckes, vorzugsweise bei etwa 1 bar bis 2 bar, abgesteuert wird. Dadurch werden unnötig hohe Schmiermitteldrücke in Betriebsbereichen mit niedriger und mittlerer Teillast vermieden. Bei Brennkraftmaschinen sind Schmieröldrücke von etwa 5 bar meistens nur bei höheren Lasten, insbesondere bei Volllast, notwendig, um beispielsweise in die- sen Betriebsbereichen eine Kolbenkühlung zu ermöglichen. Im niedrigen und mittleren Teillastbereich kann auf eine Kolbenkühlung hingegen verzichtet werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schmieröldruck über mehrere, parallel geschaltete Absteuerventile absteuerbar ist, wobei vorzugsweise die als Druckbegrenzungsventile ausgebildeten Absteuerventile auf unterschiedliche Öffnungsdrücke ausgelegt sind. Durch mehrere, kaskadenartig parallel geschaltete Absteuerventile lässt sich auf einfache Weise eine fein abgestimmte betriebsabhängige Drucksteuerung des Schmierölkreislaufes erzielen. Die Absteuerventile sind dabei als einfache Druckbegrenzungsventile ausgeführt, die elektrisch gesperrt oder aktiviert werden können. Im aktivierten Zustand wird von jedem Absteuerventil der Schmieröldruck ab einem vordefinierten Wert abgesteuert. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Absteuerventile unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Absteuerventil eine axial verschiebbare Absteuerkolbenanordnung mit zumindest einen an einen Steuerraum grenzenden Steuerkolben, und zumindest einen, an einen Schaltraum grenzenden ersten Schaltkolben, aufweist, wobei beide Kolben miteinander fest verbunden und entgegen der Kraft einer Rückstellfeder aus einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung auslenkbar sind, wobei in den Steuerraum eine Steuerleitung und in den Schaltraum eine Schaltleitung mündet, und wobei der Steuerraum bei einer vordefinierten Öffnungsstellung des Steuerkolbens einen Strömungsquerschnitt zu einem Absteuerraum freigibt, welcher mit einer zum Schmierölbehälter führenden ersten Ölrücklauf- leitung verbunden ist. Der Steuerkolben und zumindest ein Schaltkolben weisen unterschiedliche, an Steuerraum bzw. Schaltraum grenzende Kolbenstirnflächen auf. Vom Schaltraum geht eine zum Schmierölbehälter führende zweite Ölrück- laufleitung aus. Die Steuerleitung geht stromaufwärts eines Ölkühlers und/oder Ölfilters von der Druckleitung der Schmierölpumpe aus. Die zumindest eine Schaltleitung dagegen geht stromabwärts eines Ölkühlers und/oder Ölfilters von der Druckleitung der Schmierölpumpe aus.

In der Schaltleitung ist ein von einer elektronischen Steuereinheit in Abhängigkeit der Last und/oder Drehzahl steuerbares elektrisches Schaltventil angeordnet. Durch Aktivieren des Schaltventils wird im Schaltraum Druck aufgebaut, wodurch die Absteuerkolbenanordnung samt Steuerkolben entgegen der Kraft der Rückstellfeder ausgelenkt wird. Durch Auslenken des Steuerkolbens wird die Strömungsverbindung zwischen dem Steuerraum und der ersten Ölrücklauflei- tung hergestellt, wodurch der Druck in der Druckleitung der Schmierölpumpe auf ein vordefiniertes Druckniveau abgesenkt wird. In der vom Schaltraum ausge- henden zweiten Olrücklaufleitung ist eine Drosseleinrichtung angeordnet, welche so groß bemessen ist, dass Leckagen aus dem Absteuerraum ohne Druckaufbau in Richtung des Schmierölbehälters fließen können.

Ist das Steuerventil nicht in der Schaltleitung, sondern in der zweiten Olrücklaufleitung angeordnet, so kann höhere Sicherheit für das System erreicht werden. Die vorzugsweise stromlose Öffnungsstellung des Steuerventils ist dabei einem hohen Öldruckniveau, und die Schließstellung des Steuerventils dem niedrigeren Druckniveau zugeordnet. Bei dieser Anordnung ist in der Schaltleitung eine als Zulaufdrossel ausgebildete Drosseleinrichtung angeordnet, welche den Durchfluss begrenzt.

Um zwischen mehr als zwei Druckniveaus schalten zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Absteuerventil zumindest zwei an jeweils einen Schaltraum grenzende Schaltkolben aufweist, wobei die Schaltkolben unterschiedliche, an den jeweiligen Schaltraum grenzende Kolbenstirnflächen aufweisen.

Als Referenzdruck für den Steuerkolben dient bei einer einfachen Ausführungsvariante der Druck in der Druckleitung der Schmierölpumpe stromaufwärts des Ölkühlers und/oder des Ölfilters.

Alternativ dazu kann als Referenzdruck für den Steuerkolben auch der Druck im Hauptölkanal - stromabwärts des Ölkühlers und/oder des Ölfilters - herangezogen werden. Dazu ist vorgesehen, dass die Absteuerkolbenanordnung einen an einen Referenzraum grenzenden Referenzkolben aufweist, dessen Kolbenstirnfläche vorzugsweise im wesentlichen der des Steuerkolbens entspricht, wobei in den vorzugsweise abflusslosen Referenzraum eine Referenzleitung einmündet. Die Referenzleitung geht dabei stromabwärts eines Ölkühlers und/oder Ölfilters vom Hauptölkanal des Schmierölsystems aus.

Zur Überwachung und Sicherstellung, dass die vorgesehenen Druckniveaus erreicht werden, ist im Hauptölkanal ein mit der elektronischen Steuereinheit verbundener Drucksensor angeordnet. Sollte durch die Zunahme der Lagerspiele oder der Leckagemengen innerhalb des Schmierölsystems im Laufe des Motorbetriebes ein Absinken des Öldruckes erfolgen, so kann die elektronische Steuereinheit in der Weise eingreifen, dass die für die nächst höhere Stufe vorgesehenen Absteuerventile aktiviert werden.

Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass das Schmieröisystem als Trockensumpfschmierung ausgebildet ist, wobei die Ölwanne in einem Hauptsumpf und einem Nebensumpf unterteilt ist, welche durch zumindest eine Strömungsverbindung miteinander verbunden sind. Um eine ausreichende Ölversorgung auch bei temporären Motorneigungen sicherzustellen, ist vorgesehen, dass in der Strö- mungsverbindung ein Rückschlagventil angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Rückschlagventil in Strömungsrichtung vom Hauptsumpf zum Nebensumpf in Abhängigkeit der Neigung der Brennkraftmaschine schließt und in Strömungsrichtung vom Nebensumpf zum Hauptsumpf öffnet. Das Rückschlagventil schließt und öffnet selbsttätig in Abhängigkeit der Motorneigung. Neigt sich die Brennkraftmaschine auf eine Weise, bei der Öl aus dem Hauptsumpf in den Nebensumpf überschwappen würde, schließt sich das Rückschlagventil selbsttätig und verhindert, dass Öl über die Strömungsverbindung in den Nebensumpf abfließt. Bei entgegengesetzter Neigung der Brennkraftmaschine dagegen öffnet sich das Rückschlagventil selbsttätig und ermöglicht einen unbehinderten Ölrückfluss vom Nebensumpf in den Hauptsumpf.

In einer besonders einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rückschlagventil als Kugelventil ausgebildet ist, welches eine Kugel, eine kreisförmige Durchtrittsöffnung und eine rohrförmige Führung aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Führung und die Durchtrittsöffnung durch die gebohrte oder gegossene Strömungsverbindung gebildet ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Führung und die Durchtrittsöffnung als separater, in die Strömungsverbindung einsetzbarer Teil ausgebildet ist.

Weiters ist es denkbar, das Rückschlagventil als Klappen- oder als Kegelventil auszuführen.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Strömungsverbindung im Bereich einer, dem Kurbelraum zugewandten Trennwand im Bereich des Ölwannenbodens angeordnet ist. Dies ermöglicht eine unbehinderte Funktion des Rückschlagventils und hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Fertigung der Strömungsverbindung unkompliziert ist. In einer besonders einfach herzustellenden Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungsverbindung durch einen im Wesentlichen U-förmigen Ablaufeinschnitt gebildet ist.

Um eine sichere Funktion des Rückschlagventils zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Strömungsverbindung im Wesentlichen parallel zu einer das Fahrzeug tragenden Oberfläche angeordnet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 ein Schaltbild eines Schmierölsystems für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Schmierölsystems in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung, Fig. 3 ein Last-Drehzahl-Diagramm,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Schmierölsystems in einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Schmierölsystems in einer vierten Ausführungsvariante der Erfindung,

Fig. 6 das Absteuerventil aus den Fig. 4 und Fig. 5 in einer ersten Ausführungsvariante,

Fig. 7 das Absteuerventil aus den Fig. 4 und Fig. 5 in einer zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 8 das Absteuerventil aus den Fig. 4 und Fig. 5 in einer dritten Ausführungsvariante,

Fig. 9 eine Ölwanne der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie IX-IX in Fig. 10,

Fig. 10 die Ölwanne in einem Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 11,

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Ölwanne,

Fig. 12 das Rückschlagventil in einem Detailschnitt gemäß der Linie XII-XII in Fig. 11,

Fig. 13 das Rückschlagventil in einem Schnitt gemäß der Linie XIII-XIII in Fig. 11,

Fig. 14 das Rückschlagventil in einer Draufsicht; und

Fig. 15 das Rückschlagventil in einem Schnitt gemäß der Linie XV-XV in Fig. 10.

Das Schmierölsystem 1 für eine Brennkraftmaschine weist eine Schmierölpumpe 2 auf, über welche das Schmieröl aus einem beispielsweise durch die Ölwanne gebildeten Schmierölbehälter 3 entnimmt und über Schmierölleitungen 3 den mit Bezugszeichen 4 angedeuteten Schmierstellen der Brennkraftmaschine zuführen. Von diesen gelangt das Schmiermittel über Rücklaufleitungen 5 wieder in den Schmiermittelbehälter 3.

In einer Absteuerleitung 6 zwischen der Druckleitung 7 der Schmierölpumpe 2 und der Saugseite 8 (strichliert dargestellt) oder zwischen der Druckseite 7 und dem Schmiermittelbehälter 3 ist in Fig. 1 ein beispielsweise als Druckbegren- zungsventil ausgeführtes Absteuerventil 9 angeordnet, welches elektrisch über eine Steuereinrichtung ECU in Abhängigkeit des Lastzustandes der Brennkraftmaschine aktivierbar ist. Im aktivierten Zustand wird durch das Absteuerventil 9 oberhalb eines vordefinierten Ansprechdruckes eine Teilmenge des Schmiermittels abgesteuert und über die Absteuerleitung 6 auf die Saugseite 8 bzw. zum Schmierölbehälter 3 zurückgeführt. Das Absteuerventil 9 weist hier einen hubabhängigen Querschnitt auf.

Zum Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante mit einem einzigen Absteuerventil 9 sind bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante mehrere Absteuerventile 9, 9a, 9b, 9c parallel zueinander in der Absteuerleitung 6 angeordnet. Jedes Absteuerventil 9, 9a, 9b, 9c ist über eine elektrische Steuerleitung 10, 10a, 10b, 10c mit der Steuereinheit ECU verbunden und kann über diese aktiviert werden. Die Absteuerventile 9, 9a, 9b, 9c sind im Wesentlichen als Druckbegrenzungsventile ausgeführt, welche bei unterschiedlichen Schmieröldrücken ansprechen und entsprechende Teilmengen des Schmiermittels ab- steuern. Dabei können die Absteuerventile 9, 9a, 9b, 9c unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweisen.

In Fig. 3 ist der mittlere effektive Druck p_e über der Drehzahl n aufgetragen. In dem dargestellten beispielhaften Kennfeld sind Bereiche Pl, P2, P3 mit unterschiedlichen Schmieröldrucken eingezeichnet. Der Bereich Pl bezeichnet einen Motorbetriebsbereich mit niedriger Last, in welchem ein Schmiermitteldruck von etwa 1 bar ausreicht, P2 einen Motorbetriebsbereich mit mittlerer Last und P3 einen Betriebsbereich mit höherer Last und Volllast, in welchem ein Schmieröldruck von 5 bar erforderlich ist. Die Kennfelder mit den Bereichen Pl, P2, P3 sind selbstverständlich motorspezifisch.

Durch die über die Steuerleitungen 10, 10a, 10b, 10c steuerbaren Absteuerventile 9, 9a, 9b, 9c kann eine lastabhängig abgestufte Absteuerung durchgeführt werden. Während beispielsweise bei niedriger und mittlerer Last der Schmieröldruck auf etwa 1 bar begrenzt werden kann, kann bei Volllast ein maximaler Schmiermitteldruck von 5 bar gewährleistet werden.

Auf diese Weise kann bei niedrigen und mittleren Lasten die Leistung der Schmiermittelpumpe 2 verringert und damit auch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert werden.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Ausführungsvarianten mit einem Absteuerventil 90, welches in einer Steuerleitung 13 angeordnet ist, die zwischen der Schmierölpumpe 2 und einem Ölkühler 11 bzw. Ölfilter 12 von der Druckleitung 7 der Schmierölpumpe 2 abzweigt. Zum Absteuerventil 90 führt weiters eine Referenzleitung 14 und zumindest eine Schaltleitung 15, welche vom Hauptölkanal 30 des Schmiersystems 1 abzweigen. Vom Absteuerventil 90 führen eine Absteuerleitung 6 und zumindest eine Rücklaufleitung 16 wieder zurück zum Schmierölbehälter 3. Die Anschlüsse der Steuerleitung 13, der Referenzleitung 14, der Schaltleitung 15, der Rücklaufleitung 16 bzw. der Absteuerleitung 6 sind mit A₀, B₀, C₀, D₀ bzw. E₀ bezeichnet. Zur Steuerung des Druckniveaus ist ein elektrisches Steuerventil 17 vorgesehen, welches durch eine elektronische Steuereinheit ECU in Abhängigkeit der Last L und der Drehzahl n aktiviert oder deaktiviert wird. Als zusätzliche Eingangsgröße dient der mittels eines Drucksensors 18 gemessene Druck des Hauptölkanals 30. Zur Begrenzung des Durchflusses zum bzw. vom Absteuerventil 90 dient eine Drosseleinrichtung 19.

Die Ausführungen der Fig. 4 und Fig. 5 unterscheiden sich dadurch, dass bei Fig. 4 das Steuerventil 17 in der Schaltleitung 15, bei Fig. 5 dagegen in der Rücklaufleitung 16 angeordnet ist. Die Drosseleinrichtung 19 ist in Fig. 4 als Ablaufdrossel in der Rücklaufleitung 50, bei Fig. 5 hingegen als Zulaufdrossel in der Schaltleitung 15 ausgebildet.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Variante wird das Steuerventil 17 geöffnet, sobald ein niedriger Öldruck gewünscht wird. Im Schaltraum 92 (Fig. 6 bis Fig. 8) wird zu Folge der als Ablaufdrossel ausgebildeten Drosseleinrichtung 17 Öldruck aufgebaut, der den Steuerkolben 93 nach rechts bewegt. Die Drosseleinrichtung muss so dimensioniert sein, dass Leckagen aus dem Absteuerraum 60 ohne Druckaufbau passieren können.

Bei Fig. 5 ist dagegen das Steuerventil 17 in der Rücklaufleitung 15 für hohen Öldruck geöffnet. Wenn niedrigeres Druckniveau gewünscht wird, wird das Steuerventil 17 durch bestromen geöffnet. Durch die Zulaufdrossel 19 wird der Durchfluss begrenzt. Diese Anordnung hat den Vorteil einer hohen Ausfallsicherheit, da bei einer Fehlfunktion des Steuerventils 17 oder der elektrischen Ansteu- erung wird auf jeden Fall ein hohes Öldruckniveau sichergestellt.

Wie aus Fig. 6 bis Fig. 8 hervorgeht, weist das Absteuerventil 90 eine axial verschiebbare Absteuerkolbenanordnung 91 mit einem an einen Steuerraum 92 grenzenden Steuerkolben 93 und zumindest einen an einen Schaltraum 94 grenzenden Schaltkolben 95 auf. Die Absteuerkolbenanordnung ist entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 96 axial im Gehäuse 97 des Absteuerventils 90 verschiebbar angeordnet. In den Steuerraum 92 mündet über den Anschluss A₀ die Steuerleitung 13 ein. Die Schaltleitung 15 mündet über den Anschluss C₀ in den Schaltraum 94 ein. Über den Anschluss D₀ ist der Schaltraum 94 mit der Rücklaufleitung 15 verbunden. Der Steuerkolben 93 steuert die Strömungsverbindung zwischen dem Steuerkolben und einem mit der Absteuerleitung 6 über den An- schluss E₀ in Verbindung stehenden Absteuerraum 60 derart, dass bei einer vordefinierten Öffnungsstellung des Steuerkolbens 93 ein Durchflussquerschnitt zwischen dem Steuerraum 92 und dem Absteuerraum 60 freigegeben wird. Die Kolbenstirnfläche 95' des Schaltkolbens 95 ist größer, als die Kolbenstirnfläche 93' des Steuerkolbens 93.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten, einfachen Ausführungsbeispiel wird als Referenzdruck der Druck im Steuerraum, das ist hier der Druck stromaufwärts des Ölkühlers 11 (Leitung 7) oder direkt im Druckraum der Ölpumpe 2, herangezogen. Wird ein anderer Referenzdruck als der Druck im Steuerraum 92 gewünscht, beispielsweise der Druck im Hauptölkanal 30 stromabwärts des Ölfilters 12, so ist ein zusätzlicher, an einen Referenzraum 98 grenzender Referenzkolben 99 erforderlich, dessen Kolbenstirnfläche 99' gleich groß ist wie die Kolbenstirnfläche 93' des Steuerkolbens 93. Möglich ist es auch, den Zu- oder Abfluss zum oder aus dem Referenzraum 98 über ein weiteres Steuerventil 17' und eine weitere Drosseleinrichtung 19' in einer Abflussleitung 16' bzw. in der Referenzleitung 14 zu steuern, um damit auf einfache Weise ein zusätzliches Druckniveau schalten zu können. Diese Variante ist in den Fig. 4 und Fig. 5 strichliert eingetragen.

Mit zusätzlichen Schaltkolben 95a, welche an eigene Schalträume 94a grenzen, können weitere Druckniveaus eingestellt werden, wie aus Fig. 8 hervorgeht. Zu den Anschlüssen Cl führen eigene Schaltleitungen, deren Durchfluss durch jeweils ein Steuerventil gesteuert werden kann. Die Schaltkolben 95, 95a weisen dabei unterschiedlich große Kolbenstirnflächen 95', 95a' auf, welche größer sind als die Kolbenstirnfläche 93' des Steuerkolbens 93.

Die wirksamen Kolbenstirnflächen 93', 95', 95a' und 99' definieren im Zusammenwirken mit der Rückstellfeder 96 das hohe und die niedrigen Öldruckniveaus.

Das niedrigste Öldruckniveau ist so zu wählen, dass alle Lagerstellen die ausreichende Ölmenge erhalten. Das höchste Öldruckniveau wird durch die zusätzliche Kolbenkühlung bei höherer Last bestimmt.

Die Figuren 9 bis 11 zeigen eine Ölwanne 101 für eine Brennkraftmaschine. Die flach ausgebildete Ölwanne 101 ist durch eine Trennwand 102, 102a in einen Hauptsumpf 103 und einen oder mehrere Nebensümpfe 104, 104a unterteilt. Solange das Fahrzeug und damit die Brennkraftmaschine sich in einer horizontalen Position befindet, fließt das Schmieröl aus den Nebensümpfen 104, 104a in den etwas tiefer gelegenen Hauptsumpf 103 zum Saugkorb 105 der Ölpumpe. Sobald sich das Fahrzeug aber neigt, würde das Schmieröl je nach Richtung der Neigung aus dem Hauptsumpf 103 in den oder die Nebensümpfe 104, 104a fließen und der Saugkorb 105 der nicht weiter dargestellten Ölpumpe würde Gefahr laufen, Luft anzusaugen. Mit Bezugszeichen 105a ist eine zur nicht weiter dargestellten Pumpe führende Saugleitung bezeichnet.

Um dies zu verhindern, ist in einer Strömungsverbindung 106, 106a in einer Trennwand 102, 102a zwischen Hauptsumpf 103 und Nebensumpf 104, 104a unten nahe des Ölwannenbodens 101a ein Rückschlagventil 107, 107a angeordnet. Dieses Rückschlagventil 107, 107a verhindert bei Schräglage das Abfließen des Schmieröles aus dem Hauptsumpf 103 in die flachen Teile der Ölwanne 101. Dadurch ergibt sich ein angestauter Ölspiegel und der Saugkorb 105 der einzigen Pumpe bleibt für einen bestimmten Zeitraum ausreichend vom Schmieröl bedeckt.

Je nach gewünschten Neigungswinkeln kann ein Rückschlagventil 107, das in der Trennwand 102 eingebaut ist, die die Ölwanne 101 in Längsrichtung der Brennkraftmaschine teilt, ausreichen. Kann die betriebsmäßige Neigung der Brennkraftmaschine in Querrichtung sehr groß werden, so kann auch ein zweites Rückschlagventil 107a in der Trennwand 102a angeordnet sein, welches das Abfließen in Querrichtung verhindert.

Das Rückschlagventil 107, 107a ist in einer sehr vorteilhaften Ausführung als Kugelventil ausgebildet und besteht aus einer Stahlkugel 108, die in einem rohr- förmigen Käfig 109 geführt wird und einer kreisförmigen Durchtrittsöffnung 110. Die Führung für die Stahlkugel 108 ist mit Bezugszeichen 111 bezeichnet (siehe Fig. 15). Unmittelbar nach der Durchtrittsöffnung 110 befindet sich zumindest ein Abflussschlitz 112. Die Kugel 108 ist mit einem Anschlag 113 gegen Herausfallen gesichert. Dieser Anschlag 113 kann als Bohrungssicherungsring 114 ausgeführt sein, wie in den Fig. 9 und Fig. 15 gezeigt ist, oder durch einen einfachen Kerbnagel 115 gebildet sein. Wenn der Käfig 109 aus Kunststoff besteht, so kann der Anschlag 113 durch beispielsweise drei Nasen gebildet sein, die bei der Montage der Kugel 108 elastisch verformt werden.

Die Achsen 110', 111' der Führung 111 und der Durchtrittsöffnung 110 sind um die Größe des radialen Spieles s der Kugel 108 und der Führung 111 außermittig versetzt. Falls das Spiel s sehr klein ist, können die Achsen 110', 111' auch identisch werden.

Die Achse 111' der Führung 111 ist in einer zur das Fahrzeug tragenden Oberfläche parallelen Ebene, also im Wesentlichen horizontal angeordnet.

Das Rückschlagventil 107a kann in einem Flansch 116 untergebracht werden, der in annähernder Keilform ausgeführt ist (Fig. 12). Dadurch ist es möglich diesen Flansch 116 einfach in einen vorgegossenen oder ausgeformten, die Strömungsverbindung 106 bildenden, Ablaufeinschnitt 117 der Trennwand 102 einzuschie- ben. Der Flansch 116 kann beispielsweise mit einem einfachen Blechstreifen 118, der mit einem Kerbnagel 119 von oben eingeschlagen wird, in der Trennwand

102 gesichert sein. In einer zweiten Bohrung 120 wird der Blechstreifen 118 mit einem gebogenen Teil 121 des Blechstreifens 118 gegen Verdrehen festgehalten. Alternativ dazu kann die Sicherung ebenso gut durch Schrauben oder Kleben erfolgen. Im Falle einer großflächigen Abdeckung mit einer Blechplatte, welche sich über die Haupt- und Nebensümpfe 103, 104 erstreckt, kann die Sicherung auch entfallen.

Das Rückschlagventil 107 kann auch als eine in die Ölwanne 101 integrierte Bohrung 122 mit einer Kugel 108 ausgeführt sein (Fig. 13). In diesem Fall kann die Sicherung der Kugel 108 gegen Herausfallen mit dem Kerbstift 115 erfolgen, welcher in einer Querbohrung der Führung 111 eingesetzt ist. Die zum Bohren der Führung 111 für die Kugel 108 notwendige Öffnung in der Außenwand der Ölwanne 101 kann mit einer Verschlussschraube oder einem Kernlochverschluss verschlossen werden. Als Verschlussschraube kann hier auch die ohnehin notwendige Ölablassschraube verwendet werden.

In einer Schräglage, bei der das Schmieröl aus dem Hauptsumpf 103 wegfließen würde, bewegt sich die Kugel 108 durch die Schwerkraft in Richtung des Nebensumpfes 104 und wird gegen die kreisrunde Durchtrittsöffnung 110 gedrückt. Da die Strömungsverbindung 106 die einzige Verbindung zwischen dem Hauptsumpf

103 und dem Nebensumpf 104 unterhalb der Kante 102' der Trennwand 102 darstellt, wird der Abfluss vom Hauptsumpf 103 zum Nebensumpf 104 verhindert. Um in der Querrichtung ebenso eine große Schräglage zu verwirklichen, kann gegebenenfalls in die Trennwand 102a zum zweiten Ölsumpf 104a ebenfalls ein Rückschlagventil 107a eingebaut werden.

Die Linien A bis E in Fig. 9 zeigen die Lagen des Ölspiegels im Bereich des Saugkorbes 105 bei minimaler Schmierölmenge und bei extremer Neigung um eine Querachse Y, etwa nach vorne, entsprechend dem Pfeil P. Der niedrigste Spiegel B stellt sich beispielsweise bei gleichzeitiger Seitenneigung ein. Mit dem Rückschlagventil 107 in der Trennwand 102 wird der Schmierölspiegel - bei Neigung um eine Querachse Y - auf das mit A bezeichnete Niveau angestaut. Wenn keine Seitenneigung eintritt, stellt sich ein Niveau ein, das etwa der Linie C entspricht. D zeigt den Schmierölspiegel ohne Seitenneigung und ohne Rückschlagventil. Das Niveau nach Linie E wird beispielsweise erreicht, wenn ein zweites Rückschlagventil 107a das seitliche Wegfließen verhindert.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die An- melderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hautanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Brennkraftmaschine mit einem Schmierölsystem, mit einem geschlossenen Schmierölkreislauf mit zumindest einer Schmierölpumpe, mit zumindest einem druckseitig angeordneten Absteuerventil zur Absteuerung des Schmieröldruckes, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmieröldruck lastabhängig absteuerbar ist.

2. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorzugsweise als Druckbegrenzungsventil ausgebildete Absteuerventil elektrisch in Abhängigkeit der Last aktivierbar ist.

3. Brennkraftmaschine, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmieröldruck über mehrere, parallel geschaltete Absteuerventile absteuerbar ist, wobei vorzugsweise die als Druckbegrenzungsventile ausgebildeten Absteuerventile auf unterschiedliche Öffnungsdrücke ausgelegt sind.

4. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absteuerventile unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.

5. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absteuerventil eine axial verschiebbare Absteuerkolbenanordnung mit zumindest einen an einen Steuerraum grenzenden Steuerkolben, und zumindest einen, an einen Schaltraum grenzenden Schaltkolben, aufweist, wobei beide Kolben miteinander fest verbunden und entgegen der Kraft einer Rückstellfeder aus einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung auslenkbar sind, wobei in den Steuerraum eine Steuerleitung und in den Schaltraum eine Schaltleitung mündet, und wobei der Steuerraum bei einer vordefinierten Öffnungsstellung des Steuerkolbens einen Strömungsquerschnitt zu einem Absteuerraum freigibt, der mit einer zum Schmierölbehälter führenden Absteuerleitung verbunden ist.

6. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben und zumindest ein Schaltkolben unterschiedliche, an Steuerraum bzw. Schaltraum grenzende Kol- benstirnflächen aufweisen.

7. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vom Schaltraum eine zum Schmierölbehälter führende Rücklaufleitung ausgeht.

8. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung stromaufwärts eines Ölkühlers und/oder Ölfilters von der Druckleitung der Schmierölpumpe ausgeht.

9. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltleitung stromabwärts eines Ölkühlers und/oder Ölfilters von der Druckleitung der Schmierölpumpe, vorzugsweise vom Hauptölkanal, ausgeht.

10. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltleitung ein von einer elektronischen Steuereinheit in Abhängigkeit der Last und/oder Drehzahl steuerbares elektrisches Schaltventil angeordnet ist.

11. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung eine Drosseleinrichtung angeordnet ist.

12. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltleitung eine Drosseleinrichtung angeordnet ist.

13. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung ein von einer elektronischen Steuereinheit in Abhängigkeit der Last und/oder Drehzahl steuerbares elektrisches Schaltventil angeordnet ist.

14. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Absteuerventil zumindest zwei an jeweils einen Schaltraum grenzende Schaltkolben aufweist, wobei die Schaltkolben unterschiedliche, an den jeweiligen Schaltraum grenzende Kolbenstirnflächen aufweisen.

15. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Absteuerkolbenanordnung einen an einen Referenzraum grenzenden Referenzkolben aufweist, dessen Kolbenstirnfläche vorzugsweise im wesentlichen der des Steuerkolbens entspricht, wobei in den vorzugsweise abflusslosen Referenzraum eine Referenzleitung einmündet.

16. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzleitung stromabwärts eines Öl- kühlers und/oder Ölfilters von der Druckleitung der Schmierölpumpe, vorzugsweise vom Hauptölkanal, ausgeht.

17. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise stromabwärts des Ölkühlers und des Ölfilters in der Druckleitung, vorzugsweise im Hauptölkanal, ein mit der elektronischen Steuereinheit verbundener Drucksensor angeordnet ist.

18. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit Trockensumpfschmierung mit einer Ölwanne, welche in einen Hauptsumpf und zumindest einen Nebensumpf unterteilt ist, wobei Hauptsumpf und Nebensumpf durch zumindest eine Strömungsverbindung in einer Trennwand miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strömungsverbindung ein Rückschlagventil angeordnet ist.

19. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil in Strömungsrichtung vom Hauptsumpf zum Nebensumpf in Abhängigkeit der Neigung der Brennkraftmaschine schließt und in Strömungsrichtung vom Nebensumpf zum Hauptsumpf öffnet.

20. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil als Kugelventil ausgebildet ist, welches eine Kugel, eine kreisförmige Durchtrittsöffnung und eine rohrförmige Führung aufweist.

21. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung und die Durchtrittsöffnung durch die gebohrte oder gegossene Strömungsverbindung gebildet ist.

22. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung und die Durchtrittsöffnung als separater, in die Strömungsverbindung einsetzbarer Teil ausgebildet ist.

23. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil durch eine Klappe gebildet ist.

24. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil als Kegelventil ausgebildet ist.

25. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung im Bereich einer, dem Kurbelraum zugewandten Trennwand im Bereich des Ölwannenbodens angeordnet ist.

26. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung durch einen im Wesentlichen U-förmigen Ablaufeinschnitt gebildet ist.

27. Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung im Wesentlichen parallel zu einer das Fahrzeug tragenden Oberfläche angeordnet ist.

28. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Schmierölsystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmieröldruck lastabhängig abgesteuert wird.

29. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass Schmieröl bei Volllast und/oder höherer Last bei einem zulässigen Volllasthöchstdruck von vorzugsweise 5 bar abgesteuert wird und bei niedriger und/oder mittlerer Motorlast das Schmieröl ab einem Druck unterhalb des Volllasthöchstdruckes, vorzugsweise bei etwa 1 bar bis 2 bar, abgesteuert wird.