DE102011122280B4

DE102011122280B4 - Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelverteiler sowie Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE102011122280B4
Application number: DE102011122280.8A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Zeidler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2031-12-24
Also published as: DE102011122280A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einem Kühlmittelverteiler (18), der druckbeaufschlagtes Kühlmittel mit einem auf wenigstens zwei unterschiedliche Werte einstellbaren Kühlmitteldruck aufnimmt, und mit wenigstens einer von dem Kühlmittelverteiler (18) abzweigenden und zu einem Kühlmittelverbraucher (16) führenden Kühlmittelleitung (17), wobei der Kühlmittelleitung (17) ein eine Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung (17) nur bei Erreichen oder Überschreiten eines Mindestdrucks durch den Kühlmitteldruck freigebendes Sperrmittel (19) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelverteiler (18) ein Schmiermittel führender Bereich einer Lagerstelle (3) einer Welle (2) der Brennkraftmaschine (1) ist und die Kühlmittelleitung (17) in einer Lagerbuchse der Lagerstelle (3) zum Abzweigen von dem Schmiermittel führenden Bereich vorliegt, wobei das Ventilelement (27) in einer der Kühlmittelleitung (17) zugeordneten Ausnehmung (26) angeordnet ist, die eine Mündung in den Kühlmittelverteiler (18) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelverteiler, der druckbeaufschlagtes Kühlmittel mit einem auf wenigstens zwei unterschiedliche Werte einstellbaren Kühlmitteldruck aufnimmt, und mit wenigstens einer von dem Kühlmittelverteiler abzweigenden und zu einem Kühlmittelverbraucher führenden Kühlmittelleitung, wobei der Kühlmittelleitung ein eine Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung nur bei Erreichen oder Überschreiten eines Mindestdrucks durch den Kühlmitteldruck freigebendes Sperrmittel zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen üblicherweise einen Kühlmittelkreislauf, zumindest bestehend aus einer Fördereinrichtung, insbesondere einer Kühlmittelpumpe, und dem Kühlmittelverteiler auf. Der Kühlmittelkreislauf dient dazu, den wenigstens einen Kühlmittelverbraucher mit Kühlmittel zu versorgen. Zu diesem Zweck wird das Kühlmittel von der Fördereinrichtung in Richtung des Kühlmittelverteilers gefördert. Aus diesem gelangt das Kühlmittel anschließend durch die Kühlmittelleitung zu dem Kühlmittelverbraucher. Dabei muss sichergestellt werden, dass dem Kühlmittelverbraucher das Kühlmittel mit einem ausreichend großen Durchsatz zugeführt wird, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Kühlmittelverbrauchers zu gewährleisten. Das in dem Kühlmittelverteiler vorliegende Kühlmittel ist demnach druckbeaufschlagt, beispielsweise durch die Förderwirkung der Fördereinrichtung. Dabei ist der Kühlmitteldruck, welchen das Kühlmittel in dem Kühlmittelverteiler aufweist, auf wenigstens zwei unterschiedliche Werte einstellbar, insbesondere einen Normalbetriebsdruck, welcher während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine erreicht wird, und einen Ruhedruck, welcher bei abgeschalteter Brennkraftmaschine vorliegt. Anstelle des Ruhedrucks kann auch ein Leerlaufdruck, welcher bei einem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, als insbesondere bei einer Leerlaufdrehzahl, eingestellt wird, definiert sein. Unter dem Kühlmittelverbraucher ist an dieser Stelle eine Einrichtung zu verstehen, welche mittels des Kühlmittels gekühlt wird. Der Kühlmittelverbraucher verbraucht das Kühlmittel insoweit nicht im eigentlichen Wortsinne, sodass es nach dem Kühlen des Kühlmittelverbrauchers gesammelt und erneut dem Kühlmittelverbraucher zugeführt werden kann.
Wie vorstehend bereits ausgeführt dient das Kühlmittel der Kühlung des Kühlmittelverbrauchers oder wenigstens eines Bereichs des Kühlmittelverbrauchers. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen wird der Kühlmittelverbraucher unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit einem gleichmäßigen Durchsatz des Kühlmittels beaufschlagt, also auch bei geringer Last der Brennkraftmaschine. Bei geringer Last ist jedoch unter Umständen keine Kühlung des Kühlmittelverbrauchers notwendig. Die Fördereinrichtung muss also bei geringer Last der Brennkraftmaschine einen unnötig hohen Durchsatz des Kühlmittels bereitstellen.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift JP 2009-257227 A bekannt. Diese beschreibt eine Brennkraftmaschine, die zur beschleunigten Kühlung eines Abgasauslasses und eines Zylinderblocks ausgestaltet ist. Weiterhin beschreiben die Druckschrift DE 26 49 562 A1 einen Verbrennungsmotor mit einem einzigen Kreislauf für Kühlung und Schmierung durch dieselbe Flüssigkeit, die Druckschrift DE 38 43 827 A1 eine Brennkraftmaschine mit zwei hydraulischen Flüssigkeitskreisläufen, die Druckschrift DE 698 08 924 T2 eine Kopfdichtung für eine Brennkraftmaschine, die Druckschrift DE 10 2006 005 333 A1 einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine sowie die Druckschrift US 5 730 092 A eine Einrichtung zum Verändern eines Ventilhubs eines Ventils.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere eine Reduzierung des Durchsatzes des dem Kühlmittelverteiler zugeführten Kühlmittels ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Kühlmittelverteiler ein Schmiermittel führender Bereich einer Lagerstelle einer Welle der Brennkraftmaschine ist und die Kühlmittelleitung in einer Lagerbuchse der Lagerstelle zum Abzweigen von dem Schmiermittel führenden Bereich vorliegt, wobei das Ventilelement in einer der Kühlmittelleitung zugeordneten Ausnehmung angeordnet ist, die eine Mündung in den Kühlmittelverteiler bildet. Durch die Kühlmittelleitung ist der Kühlmittelverbraucher an den Kühlmittelverteiler angeschlossen. Nur bei freigegebener Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung kann demnach Kühlmittel aus dem Kühlmittelverteiler zu dem Kühlmittelverbraucher gelangen. Um den Kühlmitteldurchsatz, mit welchem das Kühlmittel dem Kühlmittelverteiler von der Fördereinrichtung zugeführt wird, reduzieren zu können, ist es vorgesehen, die Kühlmittelleitung bei Unterschreiten des Mindestdrucks durch den Kühlmitteldruck zu versperren, also die Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung zu unterbrechen. Der Mindestdruck kann prinzipiell beliebig vorgegeben sein. Beispielsweise wird er durch die Eigenschaften des Sperrmittels festgelegt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Mindestdruck variabel festgesetzt wird und das Sperrmittel entsprechend eingestellt wird. Letzteres ist insbesondere dann der Fall, wenn das Sperrmittel als Schaltventil ausgebildet ist oder ein Ventilelement aufweist, an welchem der Mindestdruck einstellbar ist, beispielsweise durch Veränderung einer Elastizität des Ventilelements oder einer Federkraft, mit welcher das Ventilelement beaufschlagt ist.
Üblicherweise ist der Kühlmitteldruck, welcher in dem Kühlmittelverteiler vorliegt, abhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei der Kühlmitteldruck umso höher ist, je höher die an der Brennkraftmaschine anliegende Last ist. Insbesondere wenn das Kühlmittel dem Kühlmittelverbraucher ausschließlich zu Zwecken der Kühlung zugeführt wird, kann daher bei niedriger Last und entsprechend niedrigem Kühlmitteldruck, die Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung hin zu dem Kühlmittelverbraucher unterbrochen werden, ohne dass eine Beeinträchtigung des Betriebs der Brennkraftmaschine zu erwarten ist. Bei hoher Last der Brennkraftmaschine soll dagegen eine ausreichende Kühlung des Kühlmittelverbrauchers sichergestellt werden, sodass bei hoher Last und entsprechend hohem Kühlmitteldruck die Kühlmittelleitung durch das Sperrmittel freigegeben wird. Entsprechend kann das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung hin zu dem Kühlmittelverbraucher gelangen.
Beispielsweise kann ein Schmiermittel als Kühlmittel eingesetzt werden. Der Kühlmittelkreislauf ist in diesem Fall ein Schmiermittelkreislauf, die Kühlmittelleitung eine Schmiermittelleitung, die Kühlmittelpumpe eine Schmiermittelpumpe, der Kühlmittelverbraucher ein Schmiermittelverbraucher und der Kühlmitteldruck ein Schmiermitteldruck. Zusätzlich oder alternativ kann es in diesem Fall selbstverständlich vorgesehen sein, dass der Kühlmittelverbraucher das Kühlmittel zu Schmierzwecken einsetzt, insbesondere wenn er gegeneinander bewegliche Teile aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Sperrmittel ein zum Freigeben der Fluidverbindung verlagerbares und/oder elastisch deformierbares Ventilelement aufweist. Das Ventilelement wirkt zum Unterbrechen oder Freigeben der Fluidverbindung mit einem Ventilsitz zusammen. Liegt das Ventilelement an dem Ventilsitz an, so ist die Fluidverbindung unterbrochen, wird das Ventilelement dagegen von dem Ventilsitz fortverlagert, so wird die Fluidverbindung wenigstens teilweise freigegeben. Der Ventilsitz kann beispielsweise ebenfalls dem Sperrmittel zugeordnet sein, sodass das Sperrmittel eine integrale Einheit aus Ventilelement und Ventilsitz darstellt und auch als Einheit verbaut werden kann. Alternativ kann der Ventilsitz jedoch auch beispielsweise einem anderen Bereich der Brennkraftmaschine zugeordnet sein, insbesondere von einer Wand einer Ausnehmung gebildet werden, in welcher das Sperrmittel beziehungsweise das Ventilelement angeordnet ist.
Das Ventilelement ist entweder verlagerbar oder deformierbar. Das Ventilelement wird dabei von einer Rückstellkraft in Richtung des Ventilsitzes gedrängt, sodass die Fluidverbindung unterbrochen ist, solange der Kühlmitteldruck kleiner als der Mindestdruck ist. Erreicht dagegen der Kühlmitteldruck den Mindestdruck beziehungsweise überschreitet diesen, so ist die von dem Kühlmittel mit dem Kühlmitteldruck auf das Ventilelement ausgeübte Kraft größer als die Rückstellkraft des Ventilelements. Folglich wird das Ventilelement zum Freigeben der Fluidverbindung entweder verlagert oder deformiert. Die Rückstellkraft kann beispielsweise eine von einem Federelement auf das Ventilelement ausgeübte Federkraft sein. Alternativ ist das Ventilelement zumindest bereichsweise elastisch ausgebildet, sodass die Rückstellkraft eine Elastizitätskraft ist, welche durch das Ventilelement selbst bewirkt wird. Zum Freigeben der Fluidverbindung ist es normalerweise ausreichend, wenn lediglich ein Bereich des Ventilelements verlagerbar beziehungsweise deformierbar ist. Es kann jedoch auch ein Verlagern des Ventilelements als Ganzes vorgesehen sein. Das Ventilelement besteht beispielsweise aus einem Elastomer.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Sperrmittel ein Stützelement für das Ventilelement aufweist. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere sinnvoll, wenn das Ventilelement deformierbar ist. In diesem Fall dient das Stützelement als Halterung für das Ventilelement, welche dieses auch dann sicher hält, wenn es zum Freigeben der Fluidverbindung deformiert, insbesondere elastisch deformiert, ist. Das Stützelement ist beispielsweise aus Metall oder Kunststoff.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Ventilelement das Stützelement in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, umgreift. Beispielsweise ist das Stützelement zylinderförmig beziehungsweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Das Ventilelement umgreift nun das Stützelement in Umfangsrichtung, sodass es sich in Umfangsrichtung nach innen an diesem abstützen kann. Entsprechend kann das Ventilelement in diese Richtung nicht oder lediglich geringfügig elastisch deformiert werden. Auf diese Weise kann eine ordnungsgemäße Funktion des Sperrmittels sichergestellt werden. Beispielsweise liegt die Kühlmittelleitung wenigstens bereichsweise in dem Stützelement vor, wozu dieses wie vorstehend ausgeführt hohlzylinderartig ausgebildet ist. Das Ventilelement umgreift nun das Stützelement in Umfangsrichtung vorzugsweise vollständig, liegt also außen an einer Mantelfläche des Stützelements an. Zusätzlich überdeckt es wenigstens eine der Stirnflächen zumindest zeitweilig, um die durch das Stützelement hindurch geführte Fluidverbindung unterbrechen zu können, wenn der Kühlmitteldruck kleiner als der Mindestdruck ist. Überschreitet beziehungsweise erreicht der Mindestdruck den Kühlmitteldruck, so gibt das Ventilelement beziehungsweise dessen an der Stirnfläche des Stützelements angeordneter Bereich die Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung beziehungsweise das Stützelement wenigstens teilweise frei. Zu diesem Zweck weist der Bereich beispielsweise eine vorzugsweise integral ausgebildete Fluidklappe auf, welche sich öffnet, sobald der Kühlmitteldruck den Mindestdruck erreicht oder überschreitet.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventilelement in einer der Kühlmittelleitung zugeordneten Ausnehmung angeordnet ist, die eine Mündung in den Kühlmittelverteiler bildet. Die Ausnehmung liegt beispielsweise als Stufenbohrung vor. Die Ausnehmung ist der Kühlmittelleitung derart zugeordnet, dass das Ventilelement zum vollständigen Unterbrechen der Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung angeordnet werden kann. Die Ausnehmung bildet einen Bereich der Kühlmittelleitung, nämlich deren Mündung in den Kühlmittelverteiler. Besonders bevorzugt ist die Ausnehmung als Stufenbohrung ausgebildet, wobei ein dem Kühlmittelverteiler zugewandter Abschnitt durchmessergrößer ist als ein dem Kühlmittelverteiler abgewandter Abschnitt. In dem durchmessergrößeren Abschnitt ist das Sperrmittel oder zumindest das Ventilelement vorgesehen. Die Stufenbohrung stellt insoweit die Mündung der Kühlmittelleitung in den Kühlmittelverteiler dar; der durchmessergrößere Abschnitt der Stufenbohrung mündet also unmittelbar in den Kühlmittelverteiler ein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Ventilelement - im Querschnitt gesehen - zwischen einer Wand der Ausnehmung und dem Stützelement klemmend gehalten ist. Der Querschnitt ist dabei derart zu interpretieren, dass eine Längsrichtung des Ventilelements beziehungsweise des Sperrmittels - parallel zu welcher der Querschnitt vorliegt - durch die Hauptdurchströmungsrichtung des Kühlmittels definiert ist. Wie vorstehend bereits ausgeführt, kann das Ventilelement das Stützelement in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise umgreifen. Dabei ist das Ventilelement im Querschnitt gesehen zwischen der Wand der Ausnehmung und dem Stützelement angeordnet. Insbesondere wenn das Ventilelement elastisch deformierbar ist, wird durch diese Anordnung eine Klemmwirkung auf das Ventilelement erzielt, sodass dieses ortsfest gehalten ist. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass Innenabmessungen der Ausnehmung, in welcher das Ventilelement vorliegt, im Querschnitt gesehen kleiner sind als Außenabmessungen des Ventilelements. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Innenabmessungen des Ventilelements in dessen entspanntem Zustand kleiner sind als die Außenabmessungen des Stützelements. Bei dem Einbringen des Stützelements in das Ventilelement beziehungsweise des Ventilelements in die Ausnehmung wird das Ventilelement entsprechend elastisch verformt, wodurch die Klemmwirkung zum Halten des Ventilelements erzielt ist. Unter den Abmessungen des Ventilelements, der Ausnehmung und des Stützelements ist an dieser Stelle insbesondere deren Durchmesser zu verstehen; entsprechend sind die genannten Elemente - im Längsschnitt gesehen - kreisrund.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an dem Stützelement und/oder an einer Wand der Ausnehmung ein Ventilsitz vorliegt, der mit dem Ventilelement zum Unterbrechen oder Freigeben der Fluidverbindung zusammenwirkt. Wie vorstehend bereits ausgeführt, ist der Ventilsitz notwendig, um das Unterbrechen der Fluidverbindung zu erzielen. Zu diesem Zweck wirkt das Ventilelement des Sperrmittels mit dem Ventilsitz zusammen. Der Ventilsitz liegt nun beispielsweise an dem Stützelement beziehungsweise an der Wand der Ausnehmung, in welcher das Ventilelement angeordnet ist, vor. Das Ventilelement wirkt also beispielsweise entweder mit dem Stützelement oder der Wand der Ausnehmung zusammen.
Die Erfindung sieht vor, dass der Kühlmittelverteiler ein Schmiermittel führender Bereich einer Lagerstelle einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle, der Brennkraftmaschine ist und die Kühlmittelleitung in einer Lagerbuchse der Lagerstelle zum Abzweigen von dem Schmiermittel führenden Bereich vorliegt. Der Lagerstelle der Welle beziehungsweise dem Schmiermittel führenden Bereich wird insoweit unter dem Kühlmitteldruck stehendes Kühlmittel in Form von Schmiermittel zugeführt. Zu diesem Zweck ist der Bereich der Lagerstelle beispielsweise an den Schmiermittelkreislauf beziehungsweise dessen Fördereinrichtung strömungstechnisch angeschlossen. Ihm wird insoweit das Schmiermittel mit einem bestimmten Durchsatz zugeführt. Zur Versorgung des Kühlmittelverbrauchers mit Kühlmittel über die Kühlmittelleitung zweigt diese nun von dem Schmiermittel führenden Bereich der Lagerstelle ab. Dazu ist sie beispielsweise in der Lagerbuchse der Lagerstelle angeordnet beziehungsweise durchgreift diese in Richtung des Schmiermittel führenden Bereichs. Entsprechend kann Kühlmittel beziehungsweise Schmiermittel aus der Lagerstelle durch die Kühlmittelleitung hin zu dem Kühlmittelverbraucher gelangen, sobald das Sperrmittel die Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung freigibt. Dies ist dann der Fall, wenn der in der Lagerstelle der Welle vorliegende Schmiermitteldruck - also der Kühlmitteldruck - den Mindestdruck erreicht oder überschreitet. Die Welle kann beispielsweise die Nockenwelle oder eine der Nockenwellen der Brennkraftmaschine sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlmittelverbraucher eine Ventilkühlung ist. Die Ventilkühlung dient dem Kühlen wenigstens eines Ventils unter Zuhilfenahme des Kühlmittels. Beispielsweise wird das Kühlmittel als Spray oder Film auf wenigstens einen Bereich des Ventils aufgebracht. Der Bereich des Ventils ist insbesondere ein der Nockenwelle der Brennkraftmaschine zugewandtes Ventilschaftende und/oder eine Ventilschaftabdichtung, welche den Ventilschaft beziehungsweise das Ventilschaftende wenigstens teilweise umgreift. Bei einer derartigen Ausführung ist es besonders vorteilhaft, wenn der vorstehend beschriebene Schmiermittel führende Bereich der Lagerstelle als Kühlmittelverteiler verwendet wird. Auf diese Weise werden äußerst kurze Wege zwischen einer Kühlmittelausbringvorrichtung der Ventilkühlung und dem wenigstens einen Ventil der Brennkraftmaschine erzielt. Die Kühlmittelausbringvorrichtung ist auf der dem Kühlmittelverteiler abgewandten Seite der Kühlmittelleitung an diese angeschlossen und dient dem Ausbringen des Kühlmittels in Richtung des Ventils. Die Kühlmittelausbringvorrichtung ist zu diesem Zweck beispielsweise als Düsenelement ausgebildet, mittels welchem ein Strahl oder ein Spray des Kühlmittels erzeugbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine über einen Kühlmittelverteiler verfügt, der druckbeaufschlagtes Kühlmittel mit einem auf wenigstens zwei unterschiedliche Werte einstellbaren Kühlmitteldruck aufnimmt und wenigstens eine von dem Kühlmittelverteiler abzweigende und zu einem Kühlmittelverbraucher führende Kühlmittelleitung aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass eine Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung nur bei Erreichen oder Überschreiten eines Mindestdrucks durch den Kühlmitteldruck freigegeben wird. Zu diesem Zweck ist beispielsweise das vorstehend beschriebene Sperrmittel der Kühlmittelleitung zugeordnet. Die Brennkraftmaschine kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kühlmittel mit einem Kühlmitteldruck beaufschlagt wird, welcher in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine eingestellt wird. Beispielsweise liegt bei geringer Last der Brennkraftmaschine ein erster, niedrigerer Kühlmitteldruck und bei höherer Last ein zweiter, höherer Kühlmitteldruck vor. Der Mindestdruck ist nun vorzugsweise größer als der erste, niedrigere Kühlmitteldruck und entspricht beispielsweise dem zweiten Kühlmitteldruck. Er kann jedoch auch zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmitteldruck liegen. Entsprechend wird die Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung nur dann freigegeben, wenn der Kühlmitteldruck den ersten Kühlmitteldruck erreicht oder übersteigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine mit einem als Kühlmittelverteiler dienenden Schmiermittel führenden Bereich einer Lagerstelle einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine und mit einer zu einem Kühlmittelverbraucher führenden Kühlmittelleitung, welcher ein Sperrmittel zugeordnet ist,
2 eine Detailschnittansicht eines Bereichs der Brennkraftmaschine, in welcher die Nockenwelle und eine Kühlmittelzuführung in den Schmiermittel führenden Bereich der Lagerstelle dargestellt sind,
3 einen Längsschnitt durch einen Bereich der Brennkraftmaschine, in welchem das Sperrmittel in einer ersten Ausführungsform dargestellt ist,
4 eine Detailschnittansicht des aus der 3 bekannten Sperrmittels in einem ersten Zustand,
5 eine Detailschnittansicht des aus der 3 bekannten Sperrmittels in einem zweiten Zustand,
6 einen Längsschnitt durch einen Bereich der Brennkraftmaschine, in welchem das Sperrmittel in einer zweiten Ausführungsform dargestellt ist,
7 das Sperrmittel gemäß der zweiten Ausführungsform in dem ersten Zustand, und
8 das Sperrmittel gemäß der zweiten Ausführungsform in dem zweiten Zustand.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, welche eine Nockenwelle 2 und eine Lagerstelle 3 der Nockenwelle aufweist. Die Lagerstelle 3 wird von einem zweigeteilten Lagerbock 4 gebildet, dessen beide Hälften mittels wenigstens einer Schraubverbindung 5 aneinander befestigt sind. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt zudem über wenigstens ein Ventil 6, das aus einem Ventilteller 7 und einem Ventilschaft 8 besteht. Der Ventilschaft 8 ist durch ein Gehäuse 9, welches auch den Lagerbock 4 ausbildet, bis hin zu einem Schlepphebel 10 der Brennkraftmaschine 1 geführt, mittels welchem das Ventil 6 von der Nockenwelle 2 periodisch betätigt wird. Zu diesem Zweck weist die Nockenwelle 2 im Bereich des Schlepphebels 10 wenigstens einen Nocken 11 auf. Eine hier nicht dargestellte Durchführung des Ventilschafts 8 durch das Gehäuse 9 ist mittels einer Ventilschaftabdeckung 12 abgedichtet, sodass kein Kühlmittel durch die Durchführung hin zu dem Ventilteller 7 gelangen kann.
Weil bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine 1, insbesondere bei hoher Last, das Ventil 6 einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt ist, ist eine Ventilkühlung 13 vorgesehen, mittels welcher Kühlmittel auf wenigstens einen Bereich des Ventils 6 aufbringbar ist. Das Kühlmittel wird dabei beispielsweise durch eine Kühlmittelausbringvorrichtung 14, insbesondere ein Düsenelement, beispielsweise als Spray, in Richtung der Ventilschaftabdeckung 12 ausgebracht. Dies ist durch den Pfeil 15 angedeutet. Die Ventilkühlung 13 stellt insoweit einen Kühlmittelverbraucher 16 dar. Dem Kühlmittelverbraucher 16 ist durch eine Kühlmittelleitung 17 Kühlmittel von einem Kühlmittelverteiler 18 zuführbar. Als Kühlmittelverteiler 18 dient in diesem Ausführungsbeispiel ein Schmiermittel führender Bereich der Lagerstelle 3. Entsprechend wird das in letzterem vorliegende Schmiermittel als Kühlmittel verwendet. Von dem Kühlmittelverteiler 18 zweigt die Kühlmittelleitung 17 ab. Der Kühlmittelleitung 17 ist dabei ein Sperrmittel 19 zugeordnet, welches eine Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung 17 nur bei Erreichen oder Überschreiten eines Mindestdrucks durch den in dem Kühlmittelverteiler 18 vorliegenden Kühlmitteldruck freigibt und ansonsten unterbricht. Dem Kühlmittelverteiler 18 wird beispielsweise durch eine Schmiermittelzuführung 20, welche insbesondere eine Druckleitung 21 umfasst, unter dem Kühlmitteldruck stehendes Kühlmittel beziehungsweise Schmiermittel zugeführt. Das Kühlmittel kann dabei beispielsweise mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Fördereinrichtung druckbeaufschlagt sein.
Die 2 zeigt eine Detaildarstellung eines Bereichs der Brennkraftmaschine 1, wobei insbesondere die Schmiermittelzuführung 20 erkennbar ist. Die Kühlmittelzuführung 20 umfasst, wie bereits vorstehend ausgeführt, die Druckleitung 21. Von dieser zweigt eine Versorgungsleitung 22 ab, durch welche das Kühlmittel in Richtung des Pfeils 23 und des Pfeils 24 zu der Lagerstelle 3 der Nockenwelle 2 geführt ist. Die Versorgungsleitung 22 kann teilweise über die Schraubverbindungen 5 geführt sein. Ebenfalls erkennbar ist das Sperrmittel 19, welches beispielsweise in der Kühlmittelleitung 17 (hier nur teilweise erkennbar) angeordnet ist.
Die 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Bereich der Brennkraftmaschine 1 (bezogen auf eine Längsachse 25 der Nockenwelle 2). Erkennbar ist hier, dass zwei Ventile 6 vorliegen, die beidseitig der Lagerstelle 3 angeordnet sind. Jedes Ventil 6 verfügt über eine Ventilkühlung 13, welche jeweils über die Kühlmittelleitung 17 an den Schmiermittel führenden Bereich der Lagerstelle 3, also den Kühlmittelverteiler 18, angeschlossen sind. Beide Kühlmittelleitungen 17 münden also gemeinsam in den Kühlmittelverteiler 18 ein. Ihnen ist das Sperrmittel 19 zugeordnet, das in einer Ausnehmung 26 vorliegt, über welche die Kühlmittelleitungen 17 in den Schmiermittel führenden Bereich der Lagerstelle 3 einmünden. Das Sperrmittel 19 dient also insoweit als gemeinsames Sperrmittel für die beiden Kühlmittelleitungen 17. Alternativ könnte jedoch auch für jede Kühlmittelleitung 17 ein eigenes Sperrmittel 19 vorliegen. Prinzipiell kann jedem Sperrmittel 19 also eine beliebige Anzahl Kühlmittelleitungen 17 strömungstechnisch zugeordnet sein. Das Sperrmittel 19 weist ein Ventilelement 27 und ein Stützelement 28 auf. Das Stützelement 28 ist als Hohlzylinder ausgeführt, sodass durch sein Inneres eine Fluidverbindung zwischen der Lagerstelle 3 und den Kühlmittelleitungen 17 herstellbar ist. In der hier gezeigten Darstellung ist erkennbar, dass das Ventilelement 27 das Stützelement 28 in Umfangsrichtung - bezogen auf eine zum Beispiel senkrecht auf der Längsachse 25 stehende Längsachse des Ventilelements 27 beziehungsweise des Stützelements 27 - wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, umgreift. Dabei ist das Ventilelement 27 wenigstens bereichsweise elastisch deformierbar, um die Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitungen 17 freigeben zu können. Das Stützelement 28 dient insoweit dazu, das Ventilelement 27 in der Ausnehmung 26 zu befestigen. Zu diesem Zweck drängt es das Ventilelement 27 in radialer Richtung nach außen entgegen einer Wand 29 der Ausnehmung 26.
Dies ist in den 4 und 5 im Detail dargestellt. Die 4 zeigt das Ventilelement 27 gemäß der in der 3 dargestellten Ausführungsform in einem ersten Zustand, in welchem die Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitungen 17 unterbrochen ist. Es wird deutlich, dass das Ventilelement 27 an seinem Außenumfang Quetschrippen 30 aufweist, welche nach dem Einbringen des Ventilelements 27 in die Ausnehmung 26 mit der Wand 29 in Berührkontakt beziehungsweise Quetschkontakt treten, sodass das Ventilelement 27 klemmend in der Ausnehmung 26 gehalten ist. Wie bereits vorstehend ausgeführt, dient das Stützelement 28 zusätzlich dazu, das Ventilelement 27 in radialer Richtung formstabil zu halten und entsprechend die Quetschrippen 30 in radialer Richtung bezüglich der Wand 29 zu halten. Es wird nun deutlich, dass das Ventilelement 27 das Stützelement 28 auf zumindest einer seiner Stirnseiten, nämlich der dem Kühlmittelverteiler 18 zugewandten Stirnseite, übergreift. Alternativ kann dies selbstverständlich auch auf der dem Kühlmittelverteiler 18 abgewandten Stirnseite der Fall sein.
Auf der dem Kühlmittelverteiler 18 abgewandten Stirnseite ist hier lediglich ein teilweises Übergreifen des Stützelements 28 vorgesehen, sodass eine Hintergriffsverbindung zwischen Ventilelement 27 und Stützelement 28 vorliegt, welche ein Herausrutschen des Stützelements 28 aus dem Ventilelement 27 verhindert. Das Stützelement 28 liegt beispielsweise als Ring, insbesondere als Metallring, beispielsweise als Stahlring, vor. Das Ventilelement 27 besteht wenigstens bereichsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem Elastomer. Das Ventilelement 27 verfügt auf seiner das Stützelement 28 vollständig übergreifenden Seite zumindest eine Fluidklappe beziehungsweise einen Flügel 31, welcher gemäß der 5 derart elastisch verformbar ist, dass er bei Erreichen oder Überschreiten des Mindestdrucks durch den Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelverteiler 18 einen Durchströmungsquerschnitt 32 des Ventilelements 27 freigibt. Die 4 zeigt insoweit einen ersten Zustand, in welchem die Fluidverbindung unterbrochen ist und die 5 einen zweiten Zustand, in welchem die Kühlmittel freigegeben ist.
Die 6 zeigt einen Längsschnitt der Brennkraftmaschine 1, wobei das Sperrmittel 19 in einer zweiten Ausführungsform vorliegt. Grundsätzlich ähnelt der Aufbau der Brennkraftmaschine 1 dem bereits beschriebenen, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen sei. Das Sperrmittel 19 besteht wie bereits beschrieben aus dem Ventilelement 27 und dem Stützelement 28 und ist in der Ausnehmung 26 angeordnet. Es ist nun jedoch vorgesehen, dass der oder die Flügel 31 des Ventilelements 27 mit einem von dem Stützelement 28 ausgebildeten Ventilsitz 33 zum Freigeben oder Versperren der Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitungen 17 zusammenwirken.
Dies ist anhand der 7 und 8 dargestellt, wobei sich das Ventilelement 27 in der 7 in dem ersten Zustand und in der 8 in dem zweiten Zustand befindet. Es wird deutlich, dass das Ventilelement 27 beziehungsweise der oder die Flügel 31 derart an dem Ventilsitz 33 anliegen, dass die Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitungen 17 unterbrochen ist. Erreicht der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelverteiler 18 den Mindestdruck beziehungsweise überschreitet diesen, so wird das Ventilelement 27 beziehungsweise dessen Flügel 31 derart elastisch deformiert, dass sich die Flügel 31 von dem Ventilsitz 33 abheben und somit den Durchströmungsquerschnitt 33 freigeben. Das Ventilelement 27 ist in der hier gezeigten Ausführungsform in dem Stützelement 28 befestigt, sodass es nicht aus diesem herausgelangen kann. Beispielsweise sind zu diesem Zweck hier nicht dargestellte Befestigungsmittel vorgesehen. Es wird deutlich, dass hier das Stützelement 28 nicht wie vorstehend beschrieben von dem Ventilelement 27 umgriffen ist, sondern dass es unmittelbar mit der Wand 29 in Berührkontakt steht und beispielsweise durch Klemmwirkung mit dieser klemmend in der Ausnehmung 26 gehalten ist.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Nockenwelle
3: Lagerstelle
4: Lagerbock
5: Schraubverbindung
6: Ventil
7: Ventilteller
8: Ventilschaft
9: Gehäuse
10: Schlepphebel
11: Nocken
12: Ventilschaftabdeckung
13: Ventilkühlung
14: Kühlmittelausbringvorrichtung
15: Pfeil
16: Kühlmittelverbraucher
17: Kühlmittelleitung
18: Kühlmittelverteiler
19: Sperrmittel
20: Schmiermittelzuführung
21: Druckleitung
22: Versorgungsleitung
23: Pfeil
24: Pfeil
25: Längsachse
26: Ausnehmung
27: Ventilelement
28: Stützelement
29: Wand
30: Quetschrippen
31: Flügel
32: Durchströmungsquerschnitt
33: Ventilsitz

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einem Kühlmittelverteiler (18), der druckbeaufschlagtes Kühlmittel mit einem auf wenigstens zwei unterschiedliche Werte einstellbaren Kühlmitteldruck aufnimmt, und mit wenigstens einer von dem Kühlmittelverteiler (18) abzweigenden und zu einem Kühlmittelverbraucher (16) führenden Kühlmittelleitung (17), wobei der Kühlmittelleitung (17) ein eine Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung (17) nur bei Erreichen oder Überschreiten eines Mindestdrucks durch den Kühlmitteldruck freigebendes Sperrmittel (19) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelverteiler (18) ein Schmiermittel führender Bereich einer Lagerstelle (3) einer Welle (2) der Brennkraftmaschine (1) ist und die Kühlmittelleitung (17) in einer Lagerbuchse der Lagerstelle (3) zum Abzweigen von dem Schmiermittel führenden Bereich vorliegt, wobei das Ventilelement (27) in einer der Kühlmittelleitung (17) zugeordneten Ausnehmung (26) angeordnet ist, die eine Mündung in den Kühlmittelverteiler (18) bildet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmittel (19) ein zum Freigeben der Fluidverbindung verlagerbares und/oder elastisch deformierbares Ventilelement (27) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmittel (19) ein Stützelement (28) für das Ventilelement (27) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (27) das Stützelement (28) in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, umgreift.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (26) als Stufenbohrung vorliegt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (27) - im Querschnitt gesehen - zwischen einer Wand (29) der Ausnehmung (26) und dem Stützelement (28) klemmend gehalten ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stützelement (28) und/oder an einer Wand der Ausnehmung (26) ein Ventilsitz (33) vorliegt, der mit dem Ventilelement (27) zum Unterbrechen oder Freigeben der Fluidverbindung zusammenwirkt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) eine Nockenwelle ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelverbraucher (16) eine Ventilkühlung (13) ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (1) über einen Kühlmittelverteiler (18) verfügt, der druckbeaufschlagtes Kühlmittel mit einem auf wenigstens zwei unterschiedliche Werte einstellbaren Kühlmitteldruck aufnimmt, und wenigstens eine von dem Kühlmittelverteiler (18) abzweigende und zu einem Kühlmittelverbraucher (16) führende Kühlmittelleitung (17) aufweist, wobei eine Fluidverbindung durch die Kühlmittelleitung (17) nur bei Erreichen oder Überschreiten eines Mindestdrucks durch den Kühlmitteldruck freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelverteiler (18) ein Schmiermittel führender Bereich einer Lagerstelle (3) einer Welle (2) der Brennkraftmaschine (1) ist und die Kühlmittelleitung (17) in einer Lagerbuchse der Lagerstelle (3) zum Abzweigen von dem Schmiermittel führenden Bereich vorliegt, wobei das Ventilelement (27) in einer der Kühlmittelleitung (17) zugeordneten Ausnehmung (26) angeordnet ist, die eine Mündung in den Kühlmittelverteiler (18) bildet.