DE10002256B4

DE10002256B4 - Vorrichtung zur Beeinflussung der Erwärmung des Schmieröls einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10002256B4
Application number: DE2000102256
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Bruchner; Michael Dipl.-Ing. Hanfland
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: DE10002256A1

Abstract

Vorrichtung zur Beeinflussung der Erwärmung des Schmieröls einer Brennkraftmaschine (1), mit einer einen Arbeitsraum (10) und mindestens einen Nebenraum (12) aufweisenden Ölwanne (2), wobei der Arbeitsraum (10) vom Nebenraum (12) durch eine Trennwand (8) mit Durchtrittsöffnungen (22) abgegrenzt ist, die als kleine den Durchtritt von kaltem, zähflüssigem Schmieröl verhindernde Öffnungen ausgebildet sind, und mit einer Schmierölpumpe (16) zum Ansaugen von Schmieröl aus dem Arbeitsraum (10), dadurch gekennzeichnet, dass dem Arbeitsraum (10) der Ölwanne (2) lediglich eine Schmierölteilmenge des aus ihm angesaugten Schmieröls rückführbar ist, welche durch Umlauf in besonders stark erwärmten Bereichen (20) der Brennkraftmaschine (1) eine höhere Temperatur aufweist als eine Restschmierölmenge niedrigerer Temperatur, deren Rückführung in den Nebenraum (12) erfolgt, wobei die Querschnitte aller Durchtrittsöffnungen (22) temperaturabhängig derart regelbar sind, dass die Querschnitte mit höherer Temperatur des Schmieröls vergrößert werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Beeinflussung der Erwärmung des Schmieröls einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zur Reduzierung der Reibungsverluste in einer Aufheizphase der Brennkraftmaschine ist es erforderlich, dass das Schmieröl möglichst schnell die Motorbetriebstemperatur erreicht, so dass die Ölviskosität und damit die Scherkräfte an den bewegten Kontaktstellen einen minimalen Wert annehmen. Die Aufheizdauer wird hierbei entscheidend von der im Motor befindlichen Schmierölmenge beeinflusst, d. h. je größer das in der Brennkraftmaschine befindliche Ölvolumen ist, desto länger dauert es, bis die übliche Betriebstemperatur des Schmieröls erreicht ist. Ziel ist daher, während der Aufheizphase der Brennkraftmaschine lediglich eine Schmierölteilmenge und erst nach Erreichen der Betriebstemperatur die gesamte Schmierölmenge innerhalb des Schmierölkreislaufs umzuwälzen.
Gemäß der DE 30 32 090 C2 wurde deshalb eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Erwärmung des Schmieröls einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit einer einen als trichterförmiger Auffangkorb ausgebildeten Arbeitsraum und einen Nebenraum aufweisenden Ölwanne, wobei eine Mantelwand des trichterförmigen Auffangkorbes Durchtrittsöffnungen aufweist, die als kleine den Durchtritt von kaltem, zähflüssigem Schmieröl verhindernde Öffnungen ausgebildet sind. Mittels einer Schmierölpumpe wird Schmieröl nur aus dem trichterförmigen Auffangkorb angesaugt. Hierdurch wird während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine lediglich die im tricherförmigen Auffangkorb befindliche Schmierölteilmenge innerhalb des Ölkreislaufs umgewälzt und dadurch aufgewärmt. Erst wenn das außerhalb des Auffangkorbes in der Ölwanne bevorratete, kalte Schmieröl sich durch das angrenzende, aus dem Motorumlauf aufgeheizte, in den Auffangkorb rücklaufende Schmieröl etwas erwärmt hat und dünnflüssiger geworden ist, kann es aus dem Nebenraum durch die Durchtrittsöffnungen hindurch in den Auffangkorb gelangen und am Schmierölkreislauf teilnehmen. Eine ähnliche Ausgestaltung einer Ölwanne ist in der US 4,134,380 offenbart, wobei dort ein Arbeitsraum, in welchen ein mit einer Pumpe verbundenes Saugrohr ragt mit einem Nebenraum einerseits durch ein sich erst ab einer bestimmten Grenztemperatur öffnendes Thermostatventil, andererseits aber auch durch eine permanent durchgängige Öffnung in Verbindung steht, durch welche Öl im kalten Zustand der Brennkraftmaschine vom Nebenraum in den Arbeitsraum strömen kann.
Gemäß der DE 37 29 545 C2 ist dem Arbeitsraum der Ölwanne eine Schmierölteilmenge des aus ihm angesaugten Schmieröls rückführbar, welche durch Umlauf im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eine höhere Temperatur aufweist als eine Restschmierölmenge niederer Temperatur, deren Rückführung in den Nebenraum erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher eine Aufheizung des innerhalb des Ölkreislaufs umgewälzten Schmieröls noch schneller erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Gemäß Patentanspruch 1 wird in den Arbeitsraum, aus dem die Schmierölpumpe Schmieröl saugt, gemessen am gesamten, während der Aufwärmehase im Umlauf befindlichen Schmieröl lediglich eine Schmierölteilmenge zurückgeführt. Diese Schmierölteilmenge erreicht durch Umlauf in besonders stark erwärmten Bereichen der Brennkraftmaschine eine höhere Temperatur als die restliche umgewälzte Schmierölmenge. In vorteilhafter Weise wird gemäß der Erfindung daher nur diese schnell auf Betriebstemperatur gebrachte Schmierölteilmenge für die Erstschmierung der Brennkraftmaschine während der Aufwärmehase verwendet. Die weniger stark aufgeheizte Restschmierölmenge wird hingegen in den Nebenraum zurückgeführt, um das dort noch kalte Schmieröl aufzuwärmen. Weil dann die vom Arbeitsraum abgesaugte Schmierölmenge größer ist als die rückgeführte Schmierölteilmenge, sind Maßnahmen vorzusehen, damit das sich langsamer erwärmende, im Nebenraum bevorratete Schmieröl in den Arbeitsraum nachströmen kann, bevor dieser vollständig entleert ist. Dies erfolgt dadurch, dass für den Aufwärmvorgang des Schmieröls maßgebliche Parameter der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen und der Förderstrom der Schmierölpumpe so aufeinander abgestimmt werden, dass Schmieröl durch die Durchtrittsöffnungen hindurch strömen kann, bevor der Arbeitsraum entleert ist. Erfindungsgemäß realisiert wird dies dadurch, dass die Querschnitte aller Durchtrittsöffnungen temperaturabhängig derart regelbar sind, dass die Querschnitte mit höherer Temperatur des Schmieröls vergrößert werden. Indem alle Querschnitte derart regelbar ausgeführt sind, wird verhindert, dass kaltes Schmieröl während der Aufwärmehase der Brennkraftmaschine ungehindert aus dem Nebenraum in den Arbeitsraum gelangt, wie dies beispielsweise bei der US 4,134,380 der Fall ist, und sich dadurch die Aufwärmehase verlängert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die temperaturabhängig regelbaren Querschnitte durch bimetall-/wachspatronengesteuerte Verschlussdeckel oder durch kennfeldgeführte, elektrisch angesteuerte Schaltventile gebildet.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme sind der Arbeitsraum und der Nebenraum nach oben hin offen und die Trennwand als eine im wesentlichen senkrechte Wand mit einer Oberkante ausgebildet, über welche Schmieröl des Nebenraums in den Arbeitsraum hinüberströmen kann, wenn der Nebenraum vollständig mit Schmieröl befüllt ist. Damit ist auf einfache Weise sichergestellt, dass sich der Arbeitsraum, aus welchem ständig Schmieröl entnommen wird, niemals vollständig entleert, auch wenn aufgrund zu geringer Erwärmung noch kein Schmieröl durch die Durchtrittsöffnungen strömen kann.
Gegenüber der Vorrichtung der DE 30 32 090 C2 , bei der die Trennwand bedingt durch den trichterförmigen Auffangkorb schräg geneigt und dadurch großflächig ist, ergibt sich durch die im wesentlichen senkrechte Anordnung der Trennwand eine kleinstmögliche wärmetauschende Fläche zwischen dem stärker erwärmten Schmieröl im Arbeitsraum und dem demgegenüber kälteren Schmieröl im Nebenraum. Infolgedessen findet an der Trennwand ein geringerer Wärmeübergang statt, was für eine schnelle Aufheizung des Umlauföls von Vorteil ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die dem Arbeitsraum rückgeführte Schmierölteilmenge höherer Temperatur Schmieröl beinhaltet, welches durch einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geflossen ist. Da die Betriebstemperaturen im Zylinderkopf, d. h. in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Brennräumen der Zylinder, mithin die höchsten sind, die in der Brennkraftmaschine errreicht werden, kann eine besonders schnelle Aufheizung der für die Erstschmierung verwendeten Schmierölteilmenge erfolgen.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine Ölwanne einer Brennkraftmaschine.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine Brennkraftmaschine 1 umfaßt eine Ölwanne 2 zur Aufnahme von innerhalb eines Schmierölkreislaufs 4 umgewälzten Schmieröls. Die Ölwanne 2 ist durch sich eine von einem Ölwannenboden 6 im wesentlichen vertikal nach oben erstreckende, beispielsweise umlaufende Trennwand 8 in einen inneren Arbeitsraum 10 und einen äußeren Nebenraum 12 unterteilt, welche vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 1 mit Schmieröl von jeweils gleichem Niveau befüllt sind. Da die Trennwand 8 umläuft, ist der Nebenraum 12 ringförmig und umschließt den Arbeitsraum 10 vollständig.
Damit bei kalter Brennkraftmaschine 1 zunächst nur das im Arbeitsraum 10 befindliche Schmieröl in den Schmierölkreislauf 4 gelangt, saugt eine in einem Ölvorlauf 14 angeordnete Schmierölpumpe 16 über einen in den Arbeitsraum 10 ragenden Saugstutzen 18 Schmieröl an, welches zur Brennkraftmaschine 1 gefördert und dort unterschiedlichen Schmierstellen zugeführt wird, unter anderem einem Zylinderkopf 20, in welchem die Betriebstemperaturen wegen der Nähe zu den Brennräumen der Zylinder hoch sind.
Die Trennwand 8 weist Durchtrittsöffnungen 22 auf, die als kleine den Durchtritt von kaltem, zähflüssigem Schmieröl verhindernde Öffnungen ausgebildet sind, während erwärmtes, viskoseres Schmieröl sie passieren kann. Vorzugsweise sind die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen 22 konstant. Alternativ könnten sie aber auch temperaturabhängig regelbar sein, beispielsweise durch bimetall-/wachspatronengesteuerte Verschlußdeckel oder durch kennfeldgeführte, elektrisch angesteuerte Schaltventile, und zwar derart, daß die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen 22 mit höherer Temperatur des umgewälzten Schmieröls vergrößert werden.
Anstatt die gesamte, aus dem Arbeitsraum 10 abgesaugte Schmierölmenge nach dem Umlauf in der Brennkraftmaschine 1 wieder in diesen zurückzufördern, wird lediglich beispielsweise die Schmierölteilmenge, welche den Zylinderkopf 20 durchströmt hat, mittels eines separaten Ölrücklaufs 24 in den Arbeitsraum 10 der Ölwanne 2 zurückgeführt. Die verbleibende umgewälzte Restschmierölmenge, z. B. an Seitenwänden eines Kurbelgehäuses 26 der Brennkraftmaschine 1 abgelaufenes Schmieröl, wird über einen weiteren Ölrücklauf 28 in den Nebenraum 12 der Ölwanne 2 rückgefördert.
Wegen der Sperrwirkung der Trennwand 8 wird während der Aufheizphase der Brennkraftmaschine 1 daher im wesentlichen nur das Schmieröl innerhalb des Schmierölkreislaufs 4 umgewälzt, welches beim Durchlauf durch den Zylinderkopf 20 stark aufgeheizt wurde, während das kalte, und von der rücklaufenden Restschmierölmenge noch nicht ausreichend aufgeheizte Schmieröl des Nebenraumes 12 noch nicht die Durchtrittsöffnungen 22 der Trennwand 8 durch- und dem Ansaugstutzen 18 im Arbeitsraum 10 zuströmen kann. Um zu verhindern, daß bei noch kaltem Schmieröl im Nebenraum 12 der Arbeitsraum 10 leergesaugt wird, sind der Arbeitsraum 10 und der Nebenraum 12 nach oben hin offen und die Höhe h der Trennwand 8 ist derart gewählt, daß vor Entleerung des Arbeitsraumes 10 Schmieröl aus dem Nebenraum 12, dessen Pegel wegen der rückströmenden Restschmierölmenge ständig steigt, über eine Oberkante 30 der Trennwand 8 in den Arbeitsraum 10 fließen kann.
Erst wenn sich das anfangs kalte Schmieröl im Nebenraum 12 durch die von der Brennkraftmaschine 1 erwärmte, rückströmende Restschmierölmenge erwärmt hat und dünnflüssiger geworden ist, strömt dem Arbeitsraum 10 durch die Durchtrittsöffnungen 22 hindurch etwas Schmieröl aus dem Nebenraum 12 zu. Wenn dann eine stationäre Betriebstemperatur erreicht ist, fließt das Schmieröl aus dem Nebenraum 12 nahezu ungehindert in den Arbeitsraum 10 über.
Alternativ oder zusätzlich zur oben beschriebenen Möglichkeit, ein Entleeren des Arbeitsraums 10 durch ein Überspülen der Oberkante 30 der Trennwand 8 zu verhindern, können für den Aufwärmvorgang des Schmieröls maßgebliche Parameter wie z. B: der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen 22 und der Förderstrom der Schmierölpumpe 16 so aufeinander abgestimmt werden, daß Schmieröl durch die Durchtrittsöffnungen 22 hindurch strömen kann, bevor der Arbeitsraum 10 entleert ist.

Claims

Vorrichtung zur Beeinflussung der Erwärmung des Schmieröls einer Brennkraftmaschine (1), mit einer einen Arbeitsraum (10) und mindestens einen Nebenraum (12) aufweisenden Ölwanne (2), wobei der Arbeitsraum (10) vom Nebenraum (12) durch eine Trennwand (8) mit Durchtrittsöffnungen (22) abgegrenzt ist, die als kleine den Durchtritt von kaltem, zähflüssigem Schmieröl verhindernde Öffnungen ausgebildet sind, und mit einer Schmierölpumpe (16) zum Ansaugen von Schmieröl aus dem Arbeitsraum (10), dadurch gekennzeichnet, dass dem Arbeitsraum (10) der Ölwanne (2) lediglich eine Schmierölteilmenge des aus ihm angesaugten Schmieröls rückführbar ist, welche durch Umlauf in besonders stark erwärmten Bereichen (20) der Brennkraftmaschine (1) eine höhere Temperatur aufweist als eine Restschmierölmenge niedrigerer Temperatur, deren Rückführung in den Nebenraum (12) erfolgt, wobei die Querschnitte aller Durchtrittsöffnungen (22) temperaturabhängig derart regelbar sind, dass die Querschnitte mit höherer Temperatur des Schmieröls vergrößert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturabhängig regelbaren Querschnitte durch bimetall-/wachspatronengesteuerte Verschlussdeckel oder durch kennfeldgeführte, elektrisch angesteuerte Schaltventile gebildet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (10) und der Nebenraum (12) nach oben hin offen sind und die Trennwand als eine im wesentlichen senkrechte Wand (8) mit einer vorzugsweise geraden Oberkante (30) ausgebildet ist, über welche Schmieröl des Nebenraums (10) in den Arbeitsraum (12) hinüberströmen kann, wenn der Nebenraum (12) vollständig mit Schmieröl befüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Arbeitsraum (10) rückgeführte Schmierölteilmenge höherer Temperatur Schmieröl beinhaltet, welches durch einen Zylinderkopf (20) der Brennkraftmaschine (1) geflossen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Restschmierölmenge niedrigerer Temperatur Schmieröl beinhaltet, welches an Seitenwänden eines Kurbelgehäuses (26) der Brennkraftmaschine (1) abgelaufen ist.