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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse, das
mindestens einen von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder aufweist,
in dem ein über
ein Pleuel an einer in dem Zylinderkurbelgehäuse gelagerten Kurbelwelle angelenkter
Kolben bewegbar ist, wobei die Brennkraftmaschine in einen Zylinderkühlraum und
einen Kopfkühlraum
aufgeteilte Kühlölräume, ein
Schmiersystem, eine Ölpumpe,
einen Ölkühler sowie
Druckhalteventile aufweist, die miteinander verschaltet sind.
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Eine
derartige Brennkraftmaschine ist aus der
EP 0 636 772 B bekannt. Diese
Brennkraftmaschine wird bei der Patentanmelderin seit vielen Jahren
gebaut und wird in die unterschiedlichsten Geräte und Arbeitsmaschinen eingebaut.
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Im
Zuge einer Weiterentwicklung von Brennkraftmaschinen spielen heute
bestehende und zukünftige
Emissionsgrenzen eine bedeutende Rolle. Dabei ist zu beachten, dass
für unterschiedliche
Einsatzfälle
und Einsatzregionen verschiedene Vorschriften gelten. Allgemein
ist bekannt, dass die Verbrennung, die unter anderem durch die Brennraumtemperatur
gekennzeichnet ist, besonderen Einfluss auf die Emissionswerte hat.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorhandene Brennkraftmaschine
derart weiterzuentwickeln, dass diese mit einfachen Mitteln flexibel
bestimmte Abgasemissionsgrenzwerte erfüllt.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass ausgangsseitig aus dem Ölkühler ein
Druckhalteventil angeordnet ist, das einen Ölteilstrom über eine direkte Absteuerleitung
in das Zylinderkurbelgehäuse oder
eine das Zylinderkurbelgehäuse
bodenseitig verschließende Ölwanne absteuert.
Dieser Ausbildung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer ölgekühlten Brennkraftmaschine
das gesamte Temperaturniveau höher
als bei einer wassergekühlten Brennkraftmaschine
liegen kann und in der Regel auch liegt. Insbesondere im Volllastbetrieb
stellen sich die höchsten
Belastungen und Bauteiltemperaturen bei der Brennkraftmaschine ein.
Bei einer Weiterentwicklung der Brennkraftmaschine hin zu niedrigeren
Emissionswerten hat sich nun herausgestellt, dass diese im unteren
bis mittleren Lastbereich beispielsweise durch eine Modifikation
des Einspritzsystems erreicht werden können und diese Modifikation auch
problemlos und zumindest weitgehend kostenneutral für die gesamte
Brennkraftmaschinenbaureihe übernommen
werden kann. Um die entsprechende Brennkraftmaschine auch bei Volllast
betriebssicher mit den geringeren Emissionswerten betreiben zu können, wurde
festgestellt, dass hierfür
eine Absenkung der Verbrennungstemperatur eben im Volllastbetrieb
wünschenswert
wäre. Eine
Herabsetzung der Verbrennungstemperatur kann grundsätzlich durch
eine Erhöhung
der Kühlleistung
des Kühlsystems
erzielt werden, wobei diese beispielsweise durch eine Vergrößerung des Ölkühlers erreicht
werden könnte.
Eine Vergrößerung des Ölkühlers ist aber
bei einer Brennkraftmaschine mit einem integrierten Kühlsystem,
bei der also alle Komponenten des Kühlsystems an der Brennkraftmaschine
fest angebaut sind, nicht oder nur schwer möglich, da dadurch beispielsweise
die Außenkonturen
der Brennkraftmaschine verändert,
insbesondere vergrößert würden und
sich dadurch veränderte
Einbaubedingungen ergäben.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
und Anordnung eines Druckhalteventils ausgangsseitig aus dem Ölkühler kann
bedarfsmäßig eine
definierte Ölmenge
direkt aus dem Ölkühler in
das Kurbelgehäuse
be ziehungsweise die Ölwanne abgeleitet
werden. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass sich normalerweise, bedingt durch die Strömungswiderstände des
Gesamtsystems, ein bestimmter Öldurchsatz
durch den Ölkühler einstellt.
Wenn nun ein bestimmter Teilstrom des durch den Ölkühler geleiteten Öls ohne
Strömungsverluste
direkt in das Kurbelgehäuse
und die Ölwanne
abgesteuert wird, erhöht sich
der Öldurchsatz
durch den Ölkühler und
dem entsprechend wird die von dem Ölkühler erbrachte Kühlleistung
erhöht.
Dadurch wird das Öl
stärker
abgekühlt
und demzufolge wird durch dieses Öl, das nachfolgend zur Kühlung insbesondere
der den Brennraum begrenzenden Bauteile durch die Brennkraftmaschine
gepumpt wird, eine Absenkung der Verbrennungstemperatur erreicht.
Beispielsweise wird eine solche Ölmenge
abgesteuert, dass die Kühlleistung
um ca. 5 % erhöht
wird. Dadurch werden die Bauteiltemperatur und auch angenähert die Verbrennungstemperatur
um 3 % abgesenkt. Dabei kann das Druckhalteventil beliebig gesteuert
werden, wobei die Steuerung selbsttätig oder beispielsweise durch
eine Motorelektronik angesteuert werden kann.
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In
Weiterbildung ist das Druckhalteventil selbststeuernd und weist
einen Öffnungsdruck
auf, der geringer als insbesondere der bei Volllast herrschende ölkühlerausgangsseitige Öldruck ist.
Bei Volllast und den hierbei auftretenden Motordrehzahlen wird die Ölpumpe entsprechend
mit hohen Drehzahlen angetrieben und fördert eine große Ölmenge. Dadurch
stellt sich bei diesem Betriebszustand der höchste Öldruck in dem Gesamtsystem
ein. Dieser Effekt wird zur Erhöhung
der Kühlleistung
ausgenutzt, indem das Druckhalteventil so eingestellt ist, dass
es bei diesem herrschenden hohen Öldruck öffnet und eine bestimmte Menge
direkt in das Kurbelgehäuse
beziehungsweise die Ölwanne
absteuert. Dabei ist das Gesamtsystem so abgestimmt, dass nur eine
(zusätzliche)
Teilmenge abgesteuert wird und die normale Weiterleitung des Öls aus dem Ölkühler beispielsweise
in einen Ölfilter
und ein Heizungssystem unverändert
erfolgt. Dabei ist in wei terer Ausgestaltung der Öffnungsdruck
bevorzugt auf 3 bar eingestellt, während der bei hohen Drehzahlen herrschende ölkühlerausgangsseitige Öldruck bevorzugt
4,5 bar beträgt.
Dagegen beträgt
der ölkühlerausgangsseitige Öldruck aus
den zuvor aufgeführten Gründen bei
niedrigen bis mittleren Drehzahlen weniger als 3 bar, so dass dann
keine Absteuerung erfolgt.
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In
weiterer Ausgestaltung weist das Druckhalteventil ein Ventilgehäuse auf,
das als Anbauteil außerhalb
des Kurbelgehäuses
in die Wärmetauscherrücklaufleitung
des im Bereich des Zylinderkopfs montierten Ölkühlers eingeschaltet ist und
wobei die Absteuerleitung als in das Zylinderkurbelgehäuse einmündende Öffnung ausgebildet
ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass das Druckhalteventil als
wahlweise zusätzliches
Bauteil montiert werden kann und somit je nach Einsatzzweck der
Brennkraftmaschine verbaut werden kann. Dabei mündet in weiterer Ausgestaltung
die Öffnung
in einen Regelstangenraum des Zylinderkurbelgehäuses ein. Dadurch wird erreicht,
dass eine Verschäumung
des zurückgeleiteten Öls vermieden
wird, indem das abgesteuerte Öl
beruhigt, beispielsweise durch mehrere Übertritte, in die Ölwanne gelangt.
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In
weiterer Ausgestaltung ist in das Ventilgehäuse ein Teilabschnitt der Wärmetauscherrücklaufleitung
integriert und der weitere Teilabschnitt der Wärmetauscherrücklaufleitung
von dem Ölkühler zu dem
Ventilgehäuse
ist als verkürztes
Steckstück
ausgebildet. Dadurch ist problemlos durch einen Austausch des "normalen" Steckrohrs durch
das verkürzte
Steckrohr und des Druckhalteventils bzw. des Ventilgehäuses die
Umrüstung
der Brennkraftmaschine möglich.
Die Öffnung
wird beim Nichtverbau des Ventilgehäuses durch einen entsprechenden
Verschluss verschlossen.
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Das
Ventilgehäuse
des Druckhalteventils ist im Profil tropfenförmig ausgebildet, so dass eine
Teilmenge der von einem an der Brenn kraftmaschine angebauten Axialkühlgebläse geförderten
Kühlluft
dem benachbarten Zylinderabschnitt des Blockzylinderkopf-Kühlmantels
zugeführt
wird. Dadurch erfolgt eine Vergleichmäßigung der Kühlluftverteilung über alle
drei oder vier Zylinder. Das Ventilgehäuse ist so hoch angebaut, dass
die gesamte Luftmantelhöhe des
Blockzylinderkopfes mit dem Kühlluftteilstrom beschickt
wird.
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Sollte
der Ölkühler nicht
direkt an die Brennkraftmaschine angebaut werden, sondern extern
von der Brennkraftmaschine angeordnet sein, kann das Druckhalteventil über eine
separate Leitung mit dem Ölkühler verbunden
werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung
zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
beschrieben ist.
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Es
zeigen:
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1 das
Schema des Ölkreislaufs
der Brennkraftmaschine,
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2 das
Druckhalteventil in einer Seitenansicht,
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3 eine
Draufsicht auf das Druckhalteventil,
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4 einen
Schnitt A/A durch das Druckhalteventil gemäß 3 und
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5 einen
Schnitt B/B durch das Druckhalteventil ebenfalls gemäß 3.
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Das Öl wird aus
der Ölwanne 14 über einen Saugkorb 34 von
der Ölpumpe 1 angesaugt
und in die Zulaufleitung 20 gefördert. Bei zu hohem Öldruck spricht
das Absteuerventil 33 an, das in einem Abzweig der Zulaufleitung 20 hinter
der Ölpumpe 1 in Richtung Ölwanne 14 absteuernd
angeordnet ist.
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Von
der Zulaufleitung 20 gelangt das Öl in die hintereinander geschalteten
Zylinderkühlräume 3a bis 3d.
Aus dem Zylinderkühlraum 3d strömt das Öl in eine
Ablaufleitung 22, in der eine Drossel 23 angeordnet
ist. In Strömungsrichtung
vor der Drossel 23 zweigt von der Ablaufleitung 22 eine
Zuflussleitung 24 ab, die in die hintereinandergeschalteten
Kopfkühlräume 4a bis 4d führt. Die
einzelnen Kopfkühlräume 4a bis 4d sind über je eine
Stegbohrung 21 und eine Verbindungsbohrung 29 mit
einer Rückflussleitung 25 verbunden,
die das Öl
zusammen mit der Ablaufleitung 22 in einen Ölthermostaten 6 führt. Im
Zylinderkopf angeordnete Kipphebel 26 sind mit ihren Lagern 27 an
die Rückflussleitung 25 angeschlossen.
Der Ölthermostat
steuert öltemperaturabhängig eine
Wärmetauscherzulaufleitung 7 und
eine Wärmetauscherbypassleitung 8.
Durch die Wärmetauscherzulaufleitung 7 strömt das Öl zu einem
als Luft-Ölwärmetauscher
ausgebildeten Ölkühler 5 und weiter über eine
Wärmetauscherrücklaufleitung 12 zu
einem Schmutzölraum 10 eines Ölfilters 9.
Bei kaltem Öl
gelangt das Öl über die
Wärmetauscherbypassleitung 8 direkt
zum Schmutzölraum 10.
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Nach
Durchströmen
des Ölfilters 9 gelangt das Öl in den
Reinölraum 11 und
von dort in das Schmiersystem 2. Dieses umfasst Verteilleitungen
zu den Lagerstellen einer Nockenwelle 31 und einer Kurbelwelle 32 sowie
zu den Kolbenspritzöldüsen 28 für die Kolben 30.
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Von
der Wärmetauscherbypassleitung 8 zweigt
eine Abströmleitung 13 ab,
die in die Ölwanne 14 mündet. In
der Abströmleitung 13 ist
ein zur Ölwanne 14 hin
sich öffnendes
Druckhalteventil 15 angeordnet. Dieses dient zur Aufrechterhaltung
eines Mindestdrucks im Ölsystem.
Hinter dem Druckhalteventil 15 zweigt von der Abströmleitung 13 ein
Heizungszulauf 16 ab, der zu einem nicht dargestellten Heizungs wärmetauscher
führt.
Von dort gelangt das Öl über einen
Heizungsrücklauf 17 und
ein in Richtung Ölwanne öffnendes
Auslaufschutzventil 19 zurück zur Abströmleitung 13 und über dieselbe
in die Ölwanne 14.
Zwischen dem Heizungszulauf 16 und dem Heizungsrücklauf 17 befindet
sich in der Abströmleitung 13 ein
zur Ölwanne 14 hin öffnendes Heizungsdruckventil 18.
Dieses bewirkt beim Einschalten des Heizungswärmetauschers einen Zwangsdurchlauf
durch denselben. Bei abgeschaltetem Heizungswärmetauscher bestimmt das hintereinander
geschaltete Druckhalteventil 15 und das Heizungsdruckventil 18 den
maximalen Öldruck
im Ölkreislauf.
Das Auslaufschutzventil 19 verhindert ein Leerlaufen des
Heizungswärmetauschers
und damit eine Verfälschung
des Ölniveaus
in der Ölwanne 14.
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Direkt
ausgangsseitig aus dem Ölkühler 5 zweigt
von der Wärmetauscherrücklaufleitung 12 eine
Absteuerleitung 35 ab, in die das erfindungsgemäße Druckhalteventil 36 eingeschaltet
ist. Die Absteuerleitung 35 leitet das abgesteuerte Öl über das Kurbelgehäuse direkt
in die Ölwanne 14.
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Die 2 zeigt
ein solches Druckhalteventil 36 in einer Seitenansicht,
während
die 3 eine Draufsicht auf das Druckhalteventil 36 zeigt.
Die 4 und 5 zeigen die in der 3 angegebenen
Schnittdarstellungen. Das Ventilgehäuse 37 dieses Druckhalteventils 36 beinhaltet
eine durchgehende Strömungsverbindung,
die den Teilabschnitt 12a der Wärmetauscherrücklaufleitung 12 bildet.
Dabei ist der obere Bereich dieser Strömungsverbindung so ausgebildet,
dass in diesen ein verkürztes
Steckrohr, das den weiteren Teilabschnitt der Wärmetauscherrücklaufleitung 12 bildet,
dichtend eingesteckt werden kann. Von diesem Teilabschnitt 12a zweigt
eine Querleitung 38 ab, die mit einem Ventilkolben 39 des Druckhalteventils 36 in
Verbindung steht. Der Ventilkolben 39 wird von einer Ventilfeder 40 gegen
einen die Querleitung 38 absperrenden Ventilsitz 41 gedrückt. Steigt
der Öldruck
in der Querleitung 38 auf einen Wert zwischen 2,5 bar und 3,5
bar, vorzugsweise 3 bar, an, wird der Ventilkolben 39 von
dem Ventilsitz 41 in Richtung zu der Ventilfeder 40 abgehoben und
gibt eine Strömungsverbindung
von der Querleitung 38 über
eine dann zwischen dem Ventilkolben 39 und dem Ventilsitz 41 gebildeten
Ringraum in einen Teil der Absteuerleitung 35 bildenden
Absteuerkanal 42a, 42b frei. Der Absteuerkanal 42b verläuft seitlich
neben dem Teilabschnitt 12a der Wärmetauscherrücklaufleitung 12 und
wirkt mit einer Öffnung
in dem Zylinderkurbelgehäuse
zusammen, die die weitere Absteuerleitung 35 in dem Kurbelgehäuse bildet. Das
Druckhalteventil 36 wird mittels zweier Spannschrauben,
die durch Schraubenöffnungen 43 des Ventilgehäuses 37 gesteckt
werden, mit dem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine
verschraubt.
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- 1
- Ölpumpe
- 2
- Schmiersystem
- 3a,
3b, 3c, 3d
- Zylinderkühlräume
- 4a,
4b, 4c, 4d
- Kopfkühlräume
- 5
- Ölkühler
- 6
- Ölthermostat
- 7
- Wärmetauscherzulaufleitung
- 8
- Wärmetauscherbypassleitung
- 9
- Ölfilter
- 10
- Schmutzölraum
- 11
- Reinölraum
- 12
- Wärmetauscherrücklaufleitung
- 12a
- Teilabschnitt
- 13
- Abströmleitung
- 14
- Ölwanne
- 15
- Druckhalteventil
- 16
- Heizungszulauf
- 17
- Heizungsrücklauf
- 18
- Heizungsdruckventil
- 19
- Auslaufschutzventil
- 20
- Zulaufleitung
- 21
- Stegbohrung
- 22
- Ablaufleitung
- 23
- Drossel
- 24
- Zuflussleitung
- 25
- Rückflussleitung
- 26
- Kipphebel
- 27
- Lager
- 28
- Kolbenspritzöldüse
- 29
- Verbindungsbohrung
- 30
- Kolben
- 31
- Nockenwelle
- 32
- Kurbelwelle
- 33
- Absteuerventil
- 34
- Saugkorb
- 35
- Absteuerleitung
- 36
- Druckhalteventil
- 37
- Ventilgehäuse
- 38
- Querleitung
- 39
- Ventilkolben
- 40
- Ventilfeder
- 41
- Ventilsitz
- 42a,
42b
- Absteuerkanal
- 43
- Schraubenöffnung