DE102010023063B4

DE102010023063B4 - Ölversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010023063B4
Application number: DE102010023063.4A
Authority: DE
Inventors: Werner Huhn; Peter Krauss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: KR20110134296A; US8640657B2; CN102278165A; DE102010023063A1; US20110297119A1; KR101258367B1; CN102278165B

Abstract

Ölversorgungssystem für eine als Kolbenmotor ausgebildete Brennkraftmaschine, mit einer Ölpumpe (17), einem als Wasser/Öl-Wärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher (19), einer Ölzuführleitung (18) und zwei Ölauslassleitungen (22, 23), zum Fördern des Öls von der Ölpumpe (17) durch die Ölzuführleitung (18) zum Wärmetauscher (19) und von diesem durch die beiden Ölauslassleitungen (22, 23), wobei die eine Ölauslassleitung (22) mit Ölspritzdüsen (24) des Kolbenmotors und die andere Ölauslassleitung (23) mit einer Hauptölleitung (26) des Kolbenmotors verbunden ist, wobei die beiden Ausgänge aus dem Wärmetauscher (19), die den beiden Ölauslassleitungen (22, 23) zugeordnet sind, in verschiedenen Bereichen des Wärmetauschers (19) angeordnet sind, und wobei in die Ölauslassleitung (22) zu den Ölspritzdüsen (24) kälteres Öl eintritt als in die Ölauslassleitung (23) zu der Hauptölleitung (26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Ölsversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer Ölpumpe, einem Wärmetauscher, einer Ölzuführleitung und zwei Ölauslassleitungen, zum Fördern des Öls von der Ölpumpe durch die Ölzuführleitung zum Wärmetauscher und von diesem durch die beiden Ölauslassleitungen.
Ein solches Ölversorgungssystem ist aus der DE 10 2005 048 019 A1 bekannt. Dort wird Öl aus einem Öltank über die Ölpumpe einzelnen Verbrauchern zugeführt und von diesen über eine Rückführleitung in den Öltank zurück geleitet. Das Öl wird hierbei in einem Wärmetauscher geleitet. Die jeweilige Ölzuführtemperatur zu dem jeweiligen Verbraucher wird so geregelt/gesteuert, dass sich eine im Wesentlichen gleiche Ölaustrittstemperatur der einzelnen Verbraucher ergibt.
DE 10 2007 058 756 A1 offenbart ein Ölversorgungssystem für eine als Kolbenmotor ausgebildete Brennkraftmaschine, mit einer Ölpumpe, einem als Ölkühler ausgebildeten Wärmetauscher, einer Ölzuführleitung und Ölauslassleitungen, zum Fördern des Öls von der Ölpumpe durch die Ölzuführleitung zum Wärmetauscher und von diesem durch die Ölauslassleitungen, wobei eine Ölauslassleitung mit Ölspritzdüsen des Kolbenmotors und eine andere Ölauslassleitung mit einer Hauptölleitung des Kolbenmotors verbunden ist.
DE 10 2008 032 496 A1 offenbart ein Ölversorgungssystem für eine als Kolbenmotor ausgebildete Brennkraftmaschine, mit einer Ölpumpe, einem als Öl-Wasser-Wärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher, einer Ölzuführleitung und Ölauslassleitungen, zum Fördern des Öls von der Ölpumpe durch die Ölzuführleitung zum Wärmetauscher und von diesem durch die Ölauslassleitungen, wobei eine Ölauslassleitung mit Baugruppen zur Kolbenkühlung und eine andere Ölauslassleitung mit Baugruppen zur Schmierung eines Zylinderkopfs und zur Steuerung eines Kettentriebs und Abgasturboladers verbunden ist.
US 5 220 891 A offenbart ein weiteres Ölversorgungssystem für eine als Kolbenmotor ausgebildete Brennkraftmaschine, mit einer Ölpumpe, einem Wärmetauscher, einer Ölzuführleitung und Ölauslassleitungen.
GB 2 431 217 A , DD 97 262 A1 und DE 10 2010 012 661 A1 offenbaren weiteren Stand der Technik.
Bei Brennkraftmaschinen, die als Kolbenmotor ausgebildet sind, dient das dem Kolbenmotor zugeführte Öl vorrangig der Schmierung bewegter Bauteile des Kolbenmotors. Ferner kann das Öl dem Kühlen von thermisch hochbelasteten Bauteilen des Kolbenmotors dienen. In letztgenanntem Fall finden Ölspritzdüsen Verwendung, die Öl auf die Bauteile in deren thermisch hochbelastete Bereiche spritzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ölversorgungssystem für einen Kolbenmotor zu schaffen, welches bei einfacher Bauweise und Funktionalität eine optimale Kühlung und Schmierung der relevanten Bauteile des Kolbenmotors gestattet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Ölversorgungssystem, das gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß findet das Ölversorgungssystem somit bei einer als Kolbenmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine Verwendung. Hierbei ist der Wärmetauscher als Wasser/Öl-Wärmetauscher ausgebildet. Demzufolge wird das Öl, das den Wärmetauscher durchströmt, mittels Wasser gekühlt. Zur Kühlung des Öls findet insbesondere Kühlwasser des Kolbenmotors Verwendung. Der Kolbenmotor ist insbesondere Bestandteil eines Landfahrzeuges. Bei diesem handelt es sich vorzugsweise um einen Personenkraftwagen.
Erfindungsgemäß ist die eine Ölauslassleitung mit Ölspritzdüsen des Kolbenmotors verbunden. Das den Ölspritzdüsen zugeführte Öl dient insbesondere dem Kühlen der Kolben des Kolbenmotors und gegebenenfalls zusätzlich der Laufbahnen der Kolben in den Zylindern. Die andere Ölauslassleitung ist mit der Hauptölleitung des Kolbenmotors verbunden. Diese andere Ölauslasseinrichtung führt somit zu denjenigen bewegten Bauteilen des Kolbenmotors, die zu schmieren sind. Es handelt sich hierbei beispielsweise um die Hauptlager, Nockenwellenlager, Nockenwellenversteller, hydraulischen Ausgleichselemente im Zylinderkopf, eine Hochdruckpumpe für die Kraftstoffeinspritzung usw..
Die Bauteile, die über die Hauptölleitung zu schmieren sind, sind anderen thermischen Beanspruchungen unterworfen als diejenigen, die mittels der Ölspritzdüsen zu kühlen sind. Unter diesem Aspekt sieht die Erfindung vor, dass die beiden Ausgänge aus dem Wärmetauscher, die den beiden Ölauslassleitungen zugeordnet sind, in verschiedenen Bereichen des Wärmetauschers angeordnet sind, derart, dass durch die Ölauslassleitung zu den Ölspritzdüsen kälteres Öl austritt als durch die Ölauslassleitung zu der Hauptölleitung.
In bestimmten Betriebszuständen sind die Bauteile des Kolbenmotors, die gegebenenfalls höchsten thermischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, nur niedrigeren thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, diese Bauteile zu kühlen, so dass unter diesem Aspekt vorgesehen ist, die Ölauslassleitung zu den Ölspritzdüsen mittels eines Ventils absperren zu können. Das Ventil gibt die Ölauslassleitung nur dann frei, wenn der Kühleffekt erwünscht ist. Vorzugsweise sind pro Zylinder des Kolbenmotors zwei kennfeldgesteuerte, schaltbare Ölspritzdüsen vorgesehen. Baulich besonders einfach ist das Ölversorgungssystem gestaltet, wenn stromabwärts der Ölpumpe, zwischen dieser und dem Wärmetauscher ein Ölfilter angeordnet ist. Es ist demzufolge nur erforderlich, einen Ölfilter vorzusehen, an der Stelle, an der sich die gemeinsame Ölzuführleitung befindet.
Gemäß einer bevorzugten Modifizierung des erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems ist vorgesehen, dass, stromabwärts der Ölpumpe, eine Ölnebenzuführleitung die Zuführleitung mit der Ölauslassleitung vom Wärmetauscher zur Hauptölleitung verbindet. Zusätzlich ist zweckmäßig ein Thermostat zum Steuern des Öldurchflusses durch die Ölzuführleitung zum Wärmetauscher bzw. durch die Ölnebenzuführleitung vorgesehen. Das Thermostat ermöglicht insbesondere die Warmlaufverluste so gering wie möglich zu halten. So wird in der Startphase des Kolbenmotors relativ kaltes Öl von der Ölpumpe nicht über den Wärmetauscher gepumpt, sondern vor dem Wärmetauscher durch die Ölnebenzuführleitung abgezweigt. Von dort gelangt das Öl einerseits unmittelbar zur Hauptölleitung, ferner über den Wärmetauscher zu den Ölspritzdüsen. Ist das Ventil im Zufluss zu den Ölspritzdüsen geschlossen, wird der Wärmetauscher nicht durchströmt und es gelangt das Öl vollständig vom Thermostat, somit der Ölnebenzuführleitung, zur Hauptölleitung. Erst mit zunehmender Erwärmung des Öls gibt der Thermostat den direkten Zugang zum Wärmetauscher frei und schließt die Ölnebenzuführleitung.
Zweckmäßig ist eine Messeinrichtung zum Erfassen der Temperatur und des Drucks des Öls in der Hauptölleitung vorgesehen. Die ermittelten Werte werden an ein Steuergerät der Motorsteuerung übertragen.
Bei dem Kolbenmotor handelt es sich insbesondere um einen Kolbenmotor mit Trockensumpfschmierung. Bei diesem ist vorgesehen, dass das Öl vom Trockensumpf über Saugstufen zu einem Öltank gefördert wird und der Öltank über eine Verbindungsleitung mit der Ölpumpe verbunden ist. Dessen ungeachtet kann das erfindungsgemäße Ölversorgungssystem auch bei einer Nasssumpfschmierung Verwendung finden.
Von besonderem Vorteil ist somit, dass das Ölthermostat der Temperierung des Ölspritzdüsenöls und des Motorschmieröl dient. Hierbei sind die Ölspritzdüsen schaltbar. Es kann ein kälteres Öltemperaturniveau für die Ölspritzdüsen zu einem wärmeren Öltemperaturniveau für das Motorschmieröl durch zwei verschiedene Abgriffe des Wärmetauscherausgangs realisiert werden.
Im Fahrbetrieb ergeben sich wesentliche funktionale Vorteile aufgrund zweier kennfeldgesteuerter, schaltbarer Ölspritzendüsen pro Zylinder, der Kolbenkühlungsoptimierung, so dass Leichtbaukolben realisiert werden können, ferner aufgrund der Verbesserung der Rohemissionen durch schnellere Bauteilaufheizung, verbunden mit kürzeren Katalysatorheizzeiten. Der schnellere Warmlauf führt überdies zu einer Verbrauchsverbesserung des Kolbenmotors.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein.
Es zeigt:

1 einen Schaltplan des erfindungsgemäßen Ölversorgungssystems für eine als Boxermotor ausgebildete Brennkraftmaschine

Veranschaulicht sind für den sechs Zylinder aufweisenden Boxermotor mit Trockensumpfschmierung dessen sechs Kurbelräume 1, 2, 3, 4, 5 und 6, wobei jedem der sechs Kurbelräume eine Saugstufe 7 zugeordnet wird. Ferner ist eine weitere Saugstufe 8 vorgesehen, die Öl aus der Ölwanne 9 des Boxermotors absaugt. Schließlich sind den beiden Zylinderköpfen 10 und 11 jeweils zwei Saugstufen 12 bzw. 13 zugeordnet. Die eine Saugstufe 12 ist vorne im Zylinderkopf 10 und die andere Saugstufe 12 hinten im Zylinderkopf 10 angeordnet, zum Absaugen des Öls aus diesem Zylinderkopf. Entsprechend ist die eine Saugstufe 13 vorne im Zylinderkopf 11 und die andere Saugstufe 13 hinten im Zylinderkopf 11 angeordnet.
Die Saugstufen 7, 8, 12 und 13 saugen das Öl in eine gemeinsame Ölsammelleitung 14 und von dort in einen Öltank 15. Vom Boden des Öltanks 15 führt eine Verbindungsleitung 16 zu einer geregelten Ölpumpe 17, die das Öl aus der Verbindungsleitung 16 ansaugt und einer Ölzuführleitung 18 zuführt. Diese Ölzuführleitung 18 verbindet die Ölpumpe 17 mit einem Wärmetauscher 19, der als Wasser/Öl-Wärmetauscher ausgebildet ist. Eine Wasserzuführleitung zum Wärmetauscher 19 ist mit der Bezugsziffer 20 eine Wasserabführleitung vom Wärmetauscher 19 mit der Bezugsziffer 21 bezeichnet. Diese beiden Leitungen 20 und 21 bilden Bestandteil des Kühlwasserkreislaufs des Boxermotors.
Der Wärmetauscher 19 ist mit zwei Ölauslassleitungen 22 und 23 verbunden. Die beiden Ausgänge aus dem Wärmetauscher 19, die den beiden Ölauslassleitungen 22 und 23 zugeordnet sind, sind in verschiedenen Bereichen des Wärmetauschers 19 angeordnet. Dies derart, dass das durch die Ölauslassleitung 22 austretende Öl kälter ist als das durch die Ölauslassleitung 23 austretende Öl. Die Ölauslassleitung 22 ist mit Ölspritzdüsen 24 verbunden, wobei pro Zylinder zwei kennfeldgesteuert schaltbare Ölspritzdüsen 24 vorgesehen sind. Jede einzelne Ölspritzdüse 24 ist mittels eines zugeordneten Ventils 25 sperrbar, wobei in der Zeichnung aus Vereinfachungsgründen nur eine Ölspritzdüse 24 mit Ventil 25 gezeigt ist. Dieses Ventil 25 ist elektrisch schaltbar zwischen einer dem Durchfluss durch die Ölauslassleitung 22 sperrenden und eine diesen Durchfluss freigebenden Stellung. Wird Öl zu den Ölspritzdüsen 24 gefördert, spritzen diese Öl gegen den zugeordneten Kolben des Boxermotors und kühlen diesen. Gegebenenfalls wird Öl auch gegen die Zylinderlaufbahn für den jeweiligen Kolben, zwecks Kühlung der Laufbahn, gespritzt.
Die andere vom Wärmetauscher 19 abgehende Ölauslassleitung 23 ist mit einer Hauptölleitung 26 des Boxermotors verbunden. Über diese Ölauslassleitung 23 erfolgt somit die Schmierung der relevanten Bauteile des Boxermotors, insbesondere der sich drehenden Bauteile, wie Hauptlager, Nockenwellenlager, Nockenwellenversteller, hydraulische Ausgleichselemente im Zylinderkopf, Hochdruckpumpe für Kraftstoffeinspritzung.
Stromabwärts der Ölpumpe 17 ist der Ölzuführleitung 18 ein Ölfilter 27 zugeordnet und stromabwärts des Ölfilters 27 der Ölzuführleitung 18 ein Thermostat 28 zugeordnet. Im Bereich des Thermostats 28 zweigt von der Ölzuführleitung 18 eine Ölnebenzuführleitung 29 ab, die mit der Ölauslassleitung 23 verbunden ist. Der Thermostat 28 dient in der Warmlaufphase des Boxermotors dem Steuern des Öldurchflusses. Bei relativ kaltem Motor wird das Öl von der Pumpe 17 durch die Ölzuführleitung 18 und die Ölnebenzuführleitung 29 zur Ölauslassleitung 23 gefördert, wobei in diesem Fall vom Verbindungspunkt von Ölnebenzuführleitung 29 und Ölauslassleitung 23 das Öl einerseits zur Hauptölleitung 26 strömen kann, andererseits über die Ölauslassleitung 23 zum Wärmetauscher 19 und von dort über die Ölauslassleitung 22 zu den Ölspritzdüsen 24. Bei höherer Öltemperatur wird über den Thermostat 28 die Ölnebenzuführleitung 29 geschlossen und es wird das Öl vollständig von der Ölpumpe 17 über die Ölzuführleitung 18 dem Wärmetauscher 19 zugeführt und verzweigt sich dort auf die Ölauslassleitungen 22 und 23 und gelangt über diese zu den Ölspritzdüsen 24 bzw. zu der Hauptölleitung 26.
Strichliert dargestellt ist eine Verbindungsleitung 30 zwischen Ölpumpe 17 und Ölauslassleitung 23 stromabwärts des Knotenpunktes von Ölauslassleitung 23 und Ölnebenzuführleitung 29. Über diese Verbindungsleitung wird ein Referenzdruck zum Steuern der Pumpe 17 erfasst. Stromabwärts des Knotenpunktes von Verbindungsleitung 30 und Ölauslassleitung 23 ist ein Sensor 31 angeordnet, mit dem die Öltemperatur und der Druck des Öls für ein Steuergerät des Motors erfasst wird.
Das Motoröl, das durch die Ölspritzdüsen 24 und die Hauptölleitung 26 austritt, wird in den Kurbelräumen 1 bis 6, der Ölwanne 9 und den Zylinderköpfen 10 und 11 gesammelt, womit sich der Ölkreislauf des Boxermotors schließt.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelraum
2: Kurbelraum
3: Kurbelraum
4: Kurbelraum
5: Kurbelraum
6: Kurbelraum
7: Saugstufe
8: Saugstufe
9: Ölwanne
10: Zylinderkopf
11: Zylinderkopf
12: Saugstufe
13: Saugstufe
14: Ölsammeleitung
15: Öltank
16: Verbindungsleitung
17: Ölpumpe
18: Ölzuführleitung
19: Wärmetauscher
20: Wasserzuführleitung
21: Wasserabführleitung
22: Ölauslassleitung
23: Ölauslassleitung
24: Ölspritzdüse
25: Ventil
26: Hauptölleitung
27: Ölfilter
28: Thermostat
29: Ölnebenzuführleitung
30: Verbindungsleitung
31: Sensor

Claims

Ölversorgungssystem für eine als Kolbenmotor ausgebildete Brennkraftmaschine, mit einer Ölpumpe (17), einem als Wasser/Öl-Wärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher (19), einer Ölzuführleitung (18) und zwei Ölauslassleitungen (22, 23), zum Fördern des Öls von der Ölpumpe (17) durch die Ölzuführleitung (18) zum Wärmetauscher (19) und von diesem durch die beiden Ölauslassleitungen (22, 23), wobei die eine Ölauslassleitung (22) mit Ölspritzdüsen (24) des Kolbenmotors und die andere Ölauslassleitung (23) mit einer Hauptölleitung (26) des Kolbenmotors verbunden ist, wobei die beiden Ausgänge aus dem Wärmetauscher (19), die den beiden Ölauslassleitungen (22, 23) zugeordnet sind, in verschiedenen Bereichen des Wärmetauschers (19) angeordnet sind, und wobei in die Ölauslassleitung (22) zu den Ölspritzdüsen (24) kälteres Öl eintritt als in die Ölauslassleitung (23) zu der Hauptölleitung (26).
Ölversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Ölpumpe (17), zwischen dieser und dem Wärmetauscher (19), ein Ölfilter (27) angeordnet ist.
Ölversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Ölpumpe (17) eine Ölnebenzuführleitung (29) die Zuführleitung (18) mit der Ölauslassleitung (23) vom Wärmetauscher (19) zur Hauptölleitung (26) verbindet.
Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermostat (28) zum Steuern des Öldurchflusses durch die Ölzuführleitung (18) zum Wärmetauscher (19) bzw. durch die Ölnebenzuführleitung (29) vorgesehen ist.
Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölauslassleitung (22) zu den Ölspritzdüsen (24) mittels eines Ventils (25) sperrbar ist.
Ölversorgungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass pro Zylinder des Kolbenmotors zwei kennfeldgesteuert schaltbare Ölspritzdüsen (24) vorgesehen sind.
Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (31) zum Erfassen der Temperatur und des Drucks des Öls in der Ölauslassleitung (23) bzw. der Hauptölleitung (26) vorgesehen ist.
Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenmotor eine Trockensumpfschmierung aufweist.
Ölversorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl vom Trockensumpf über Saugstufen (7, 8, 12, 13) zu einem Öltank (15) gefördert wird und der Öltank (15) über eine Verbindungsleitung (16) mit der Ölpumpe (17) verbunden ist.
Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenmotor ein Boxermotor ist.