DE102013215523B4 - Kraftmaschinensystem mit kolbensprühschmierung und wärmerohr - Google Patents

Abstract

System in einer Kraftmaschine (10), das Folgendes umfasst:
einen Kolbensprühkanal (162) mit einem Einlass in Fluidverbindung mit einem Ölreservoir (152);
eine Düse (168) in Fluidverbindung mit dem Kolbensprühkanal (162), wobei die Düse (168) ein Ölspray in Richtung einer äußeren Oberfläche eines Kolbens (36) lenkt, der innerhalb einer Brennkammer (30) angeordnet ist; und
ein Wärmerohr (172), das Wärme von einem Verdampferabschnitt (174) zu einem Kondensatorabschnitt (176) überträgt, wobei der Verdampferabschnitt (174) mit dem Kolbensprühkanal (162) gekoppelt ist.

Description

• HINTERGRUND/ZUSAMMENFASSUNG
• Die Verbrennungsleistung in einem Zylinder kann durch viele Faktoren beeinflusst werden, einschließlich des Zündfunkenzeitpunkts und des Kompressionsverhältnisses. Um die Ausgangsleistung der Kraftmaschine zu erhöhen, können eine aggressive Zündfunkenzeitsteuerung und hohe Kompressionsverhältnisse verwendet werden. Die aggressive Zündfunkenzeitsteuerung und die hohen Kompressionsverhältnisse können jedoch die Temperatur des Zylinders drastisch erhöhen. Die erhöhten Temperaturen können zu erhöhten Emissionen von der Kraftmaschine und insbesondere zur erhöhten Erzeugung von Stickstoffoxiden (z. B. NOx) führen. Klopfen kann auch auftreten, wenn der Zylinder auf einer erhöhten Temperatur liegt. Überdies kann eine thermische Verschlechterung (z. B. Verziehung) der Kraftmaschinenkomponenten aufgrund der erhöhten Temperaturen auftreten. Daher können die Zündfunkenzeitsteuerung und das Kompressionsverhältnis durch die Temperatur der Brennkammer wie z. B. während Spitzenlasten begrenzt sein.
• US 2006/ 0 207 543 A1 offenbart ein Kraftmaschinenschmiersystem, das eine Sprühdüse zum Lenken von Kraftmaschinenöl in Richtung der Unterseite der Kolben umfasst. Das Ölspray kann die Temperatur des Kolbens und daher der Brennkammer verringern. Das in US 2006/0207543 offenbarte Schmiersystem umfasst auch einen Ölkühler zum Entfernen von Wärme vom Öl.
• Die Erfinder haben jedoch hier erkannt, dass nur ein Teil des Kraftmaschinenöls verwendet werden kann, um die Kolben zu kühlen, und der Rest für die Komponentenschmierung verwendet werden kann. Es kann unerwünscht sein, Öl, das zum Schmieren von Komponenten verwendet wird, zu kühlen. Das Senken der Temperatur des zum Schmieren verwendeten Öls kann beispielsweise die Ölviskosität über einen gewünschten Wert erhöhen, wodurch Reibungsverluste in der Kraftmaschine erhöht werden. Daher kann das Kühlen des ganzen Öls, das im Schmiersystem zirkuliert, die Kraftstoffverwendung sowie den Kraftmaschinenverschleiß erhöhen. Ferner können während Spitzenlasten Ölkühler unter Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel aufgrund der erhöhten Temperatur des Kühlmittels keine erwünschte Menge an Kühlung für das Öl schaffen, das auf die Kolben gespritzt wird. Ölkühler unter Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel können beispielsweise nicht die Temperatur des Öls unter eine Schwellentemperatur (z. B. 220 °F in einigen Kraftmaschinen) senken können, die erforderlich ist, um die thermische Verschlechterung in der Brennkammer zu verringern.
• Ferner zeigt die Schrift US 2012/ 0 138 010 A1 ein Ölschmiersystem für eine Brennkraftmaschine, das über einen Schmierkanal im Zylinderkopf gezielt den Kolben mit Schmierstoff bespritzt. Die US 5 454 351 A beschreibt einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, der in seiner Umfangswandung axiale Schmiermittelbohrungen aufweist, um den Kolben im Bereich der Kolbenringe besser zu kühlen. Die Schrift DE 35 43 084 A1 beschreibt ferner eine Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung, wobei ein gezielt auf den Kolben gerichteter Ölstrahl mittels eines Ventils in Abhängigkeit der Motortemperatur, Motordrehzahl und Motorlast gesteuert wird. Die Schrift US 4 493 292 A beschreibt einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, der einen durch die Umfangswandung und den Kolbenboden geführten Kondensationskanal aufweist, um Ölnebel am Kolben zu fangen. Die Schrift DE 25 46 273 A1 beschreibt eine Kolbenölkühlung mit einem Regelorgan, das in Abhängigkeit von der Öltemperatur die Zufuhr des Öls zum Kolben und den Durchfluss des Öls durch einen Ölkühler regelt. Weitere Kolbenölkühlungen sind aus den Schriften CN 1 02 128 075 A , DE 10 2004 038 945 A1 und DE 26 54 034 A1 bekannt.
• Bei einer Methode wird an sich ein System in einer Kraftmaschine geschaffen. Das System kann einen Kolbensprühkanal mit einem Einlass in Fluidverbindung mit einem Ölreservoir, eine Düse in Fluidverbindung mit dem Kolbensprühkanal, wobei die Düse ein Ölspray in Richtung einer äußeren Oberfläche eines Kolbens, der innerhalb einer Brennkammer angeordnet ist, lenkt, und ein Wärmerohr, das Wärme vom Verdampferabschnitt zu einem Kondensatorabschnitt überträgt, wobei der Verdampferabschnitt mit dem Kolbensprühkanal verbunden ist, umfassen.
• In dieser Weise kann Wärme strategisch vom Kraftmaschinenöl, das auf den Kolben gerichtet wird, entfernt werden. Folglich kann eine Kühlung für einen gewünschten Teil des Kraftmaschinenöls geschaffen werden, ohne das zum Schmieren von Kraftmaschinenkomponenten verwendete Kraftmaschinenöl zu kühlen, falls erwünscht. Ein Wärmetauscher kann beispielsweise in einigen Ausführungsformen nicht in einem Kraftmaschinenschmiersystem in der Kraftmaschine enthalten sein. Überdies ermöglicht das Wärmerohr, dass Wärme passiv vom Öl ohne Verwendung einer Steuereinheit entfernt wird, falls erwünscht. Außerdem senkt das Vorsehen einer Kühlung für den Kolben über das Wärmerohr die Temperatur der Brennkammer, was höhere Kompressionsverhältnisse und aggressivere Zündfunkenzeitsteuerstrategien ermöglicht. Folglich wird die Ausgangsleistung der Kraftmaschine erhöht.
• Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich. Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form einzuführen. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich nur durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
• Figurenliste
• 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Wärmerohr, das mit einem Kolbensprühkanal verbunden ist;
• 2 zeigt eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wärmerohrs; und
• 3 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftmaschine.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Ein System, das eine Kühlung für eine Kolbenkühldüse vorsieht, wird hier geschaffen. Das System umfasst ein Wärmerohr, das mit einem Kolbensprühkanal gekoppelt ist, der stromabwärts einer Ölpumpe in Fluidverbindung mit einer Kraftmaschine angeordnet ist. Das Wärmerohr ermöglicht, dass Wärme von einem Zielteil des Öls (d. h. des zur Kolbenkühldüse gelenkten Öls) entfernt wird. Folglich kann eine Kühlung anderer Teile des Öls in einem Schmiersystem vermieden werden, falls erwünscht. In einer Ausführungsform wird beispielsweise nur ein Teil des Öls, z. B. des Öls zum Besprühen der Kolben, in dieser Weise gekühlt und folglich strömt nicht das ganze Öl durch den Kühlabschnitt.
• Überdies verringert das Wärmerohr die Temperatur des auf den Kolben gerichteten Öls, wodurch die Temperatur des Kolbens und der Brennkammer verringert wird. Außerdem senkt das Vorsehen einer Kühlung für den Kolben über das Wärmerohr die Temperatur der Brennkammer, was ermöglicht, dass hohe Kompressionsverhältnisse und aggressivere Zündfunkenzeitsteuerstrategien in der Kraftmaschine verwendet werden. Folglich wird die Ausgangsleistung der Kraftmaschine erhöht.
• Mit Bezug auf 1 wird eine Brennkraftmaschine 10 mit mehreren Zylindern, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch eine elektronische Kraftmaschinensteuereinheit 12 gesteuert. Die Kraftmaschine kann in einem Fahrzeug enthalten sein. Die Kraftmaschine 10 umfasst eine Brennkammer 30 und Brennkammerwände 32, wobei ein Kolben 36 darin angeordnet ist und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 kann ein Kompressionsverhältnis von größer als 10, zwischen 10 und 12 oder zwischen 9 und 12 aufweisen. Das hohe Kompressionsverhältnis kann aufgrund der erhöhten Kolbenkühlung verwendet werden, die durch das Kolbenkühlsystem 150 geschaffen wird, das hier genauer beschrieben wird. In dieser Weise kann die Ausgangsleistung der Kraftmaschine 10 erhöht werden.
• Die Kraftmaschine 10 umfasst auch einen Zylinderkopf 90, der mit einem Zylinderblock 91 gekoppelt ist, um die Brennkammer 30 zu bilden. Daher bildet der Zylinderblock 91 einen Abschnitt der Brennkammer 30. Der Zylinderblock 91 kann auch mit einem Ölreservoir 152 (z. B. Sumpf) gekoppelt sein, das hier genauer erörtert wird. Die Brennkammer 30 ist mit einem Einlasskrümmer 44 und Auslasskrümmer 48 über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 in Verbindung stehend gezeigt. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. In dieser Weise können die Ventile zyklisch betätigt werden, um eine Verbrennung in der Brennkammer 30 durchzuführen. In anderen Beispielen können jedoch die Ventile über elektromagnetische Ventilaktuatoren elektromagnetisch betätigt werden.
• Eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist angeordnet gezeigt, um Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einzuspritzen, was dem Fachmann auf dem Gebiet als Direkteinspritzung bekannt ist. Zusätzlich oder alternativ kann Kraftstoff in einen Einlasskanal eingespritzt werden, was dem Fachmann auf dem Gebiet als Kanaleinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 führt flüssigen Kraftstoff im Verhältnis zur Impulsbreite eines Signals FPW von der Steuereinheit 12 zu. Kraftstoff wird zur Kraftstoffeinspritzdüse 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einer Kraftstoffverteilerleitung (nicht dargestellt) zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 wird mit Betriebsstrom von einem Treiber 68 versorgt, der auf die Steuereinheit 12 reagiert. Außerdem ist ein Einlasskrümmer 44 mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung stehend gezeigt, die eine Position einer Drosselplatte 64 einstellt, um die Luftströmung von der Einlasskammer 46 zu steuern. In anderen Beispielen kann die Kraftmaschine 10 einen Turbolader mit einem Kompressor, der im Ansaugsystem angeordnet ist, und einer Turbine, die im Auslasssystem angeordnet ist, umfassen. Die Turbine kann mit dem Kompressor über eine Welle gekoppelt sein. Ein zweistufiges Hochdruck-Kraftstoffsystem kann verwendet werden, um höhere Kraftstoffdrücke an der Einspritzdüse 66 zu erzeugen.
• Ein verteilerloses Zündsystem 88 liefert einen Zündfunken zur Brennkammer 30 über eine Zündkerze 92 in Reaktion auf die Steuereinheit 12. In anderen Beispielen kann jedoch das Zündsystem 88 in der Kraftmaschine 10 nicht enthalten sein und eine Kompressionszündung kann verwendet werden. Ein universeller Abgassauerstoffsensor (UEGO-Sensor) 126 ist mit dem Auslasskrümmer 48 stromaufwärts eines Katalysators 70 gekoppelt gezeigt. Alternativ kann der UEGO-Sensor 126 gegen einen Abgassauerstoffsensor mit zwei Zuständen ausgetauscht sein.
• Ein Katalysator oder eine andere geeignete Abgasreinigungsvorrichtung kann stromabwärts des Auslasskrümmers 48 angeordnet sein. Der Katalysator kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine umfassen. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen jeweils mit mehreren Bausteinen verwendet werden. Der Katalysator kann in einem Beispiel ein Katalysator vom Dreiwegetyp sein.
• Die Steuereinheit 12 ist in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes umfasst: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 104, einen Festwertspeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuereinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren, die mit der Kraftmaschine 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen empfangen, einschließlich: der Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112, der mit einer Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Positionssensors 134, der mit einem Fahrpedal 130 gekoppelt ist, zum Erfassen einer Fahrpedalposition, die durch einen Fuß 132 eingestellt wird; eines Klopfsensors zum Bestimmen der Zündung von Endgasen (nicht dargestellt); einer Messung des Kraftmaschinenkrümmerdrucks (MAP) vom Drucksensor 122, der mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelt ist; eines Kraftmaschinenpositionssensors von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst; einer Messung der in die Kraftmaschine eintretenden Luftmasse vom Sensor 120 (z. B. ein Hitzdraht-Luftdurchflussmesser); und einer Messung der Drosselklappenposition vom Sensor 58. Der Luftdruck kann zur Verarbeitung durch die Steuereinheit 12 auch erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In einem Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Kraftmaschinenpositionssensor 118 eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, aus denen die Kraftmaschinendrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
• In einigen Beispielen kann die Kraftmaschine mit einem Elektromotor/Batterie-System in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, eine Reihenkonfiguration oder eine Variation oder Kombinationen davon aufweisen. In einigen Beispielen können ferner andere Kraftmaschinenkonfigurationen verwendet werden, beispielsweise eine Dieselkraftmaschine.
• Während des Betriebs wird jeder Zylinder innerhalb der Kraftmaschine 10 typischerweise einem Viertaktzyklus unterzogen: der Zyklus umfasst den Einlasshub, den Kompressionshub, den Expansionshub und den Auslasshub. Während des Einlasshubs schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Luft wird in die Brennkammer 30 über den Einlasskrümmer 44 eingeführt und der Kolben 36 bewegt sich zur Unterseite des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe der Unterseite des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 auf ihrem größten Volumen liegt), wird vom Fachmann auf dem Gebiet typischerweise als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Kompressionshubs werden das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfs, um die Luft innerhalb der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Hubs und am nächsten zum Zylinderkopf befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 auf ihrem kleinsten Volumen liegt), wird vom Fachmann auf dem Gebiet typischerweise als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet. In einem Prozess, der nachstehend als Einspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. In einem Prozess, der nachstehend als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündvorrichtungen wie z. B. eine Zündkerze 92 gezündet, was zur Verbrennung führt. Zusätzlich oder alternativ kann eine Kompression verwendet werden, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Während des Expansionshubs schieben die expandierenden Gase den Kolben 36 zum BDC zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Während des Auslasshubs öffnet sich schließlich das Auslassventil 54, um das verbrannte Luft/KraftstoffGemisch an den Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Es ist zu beachten, dass das Obige lediglich als Beispiel beschrieben ist und dass die Einlass- und Auslassventil-Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte variieren können, wie z. B. um eine positive oder negative Ventilüberlappung, ein spätes Einlassventilschließen oder verschiedene andere Beispiele zu schaffen.
• 1 zeigt auch ein System 150 (z. B. ein Kolbenkühlsystem). Das System 150 umfasst ein Ölreservoir 152. Das Ölreservoir 152 kann ein Ölsumpf sein. Das Ölreservoir nimmt Öl oder ein anderes geeignetes Schmiermittel auf. Das Ölreservoir 152 kann in einem Kraftmaschinenschmiersystem enthalten sein, das dazu konfiguriert ist, Öl zu geschmierten Komponenten innerhalb der Kraftmaschine 10 zu leiten. Die geschmierten Komponenten können die Kurbelwelle 40, Nockenlager (nicht dargestellt), den Kolben 36 usw. umfassen. Öl kann zum Ölreservoir 152 vom Kraftmaschinenschmiersystem durch Rückführungsölleitungen 163 und 169 zurückgeführt werden.
• Die Kraftmaschine 10 umfasst ferner eine Ölpumpe 154 mit einem Aufnahmerohr 156 mit einem Einlass in Fluidverbindung mit dem Ölreservoir 152. Die Ölpumpe 154 ist als innerhalb des Ölreservoirs angeordnet gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann jedoch die Ölpumpe 154 außerhalb des Ölreservoirs 152 angeordnet sein.
• Ein Auslass 158 der Ölpumpe 154 steht mit einer ersten Schleife 159 in Fluidverbindung. In anderen Ausführungsformen kann jedoch die Ölpumpe einen zweiten Auslass umfassen oder eine zweite Ölpumpe kann in der Kraftmaschine enthalten sein. Die erste Schleife kann in einem Kraftmaschinenschmiersystem enthalten sein. Außerdem umfasst die erste Schleife 159 eine Ölleitung 160 in Fluidverbindung mit dem Auslass 158 und geschmierten Kraftmaschinenkomponenten 161 (z. B. rotierenden Kraftmaschinenkomponenten). Die geschmierten Kraftmaschinenkomponenten 161 sind im Allgemeinen über einen Kasten dargestellt. Es ist jedoch zu erkennen, dass die geschmierten Kraftmaschinenkomponenten 161 die Kurbelwelle 40, Kurbelwellenlager, Nockenlager usw. umfassen können. Die geschmierten Kraftmaschinenkomponenten 161 können in der Kraftmaschine voneinander beabstandet sein. In dieser Weise liefert die erste Schleife Öl oder ein anderes geeignetes Schmiermittel zu geschmierten Komponenten innerhalb der Kraftmaschine, das eine zweite Schleife umgeht (z. B. nicht durch die zweite Schleife 167 strömt und folglich nicht durch ein Wärmerohr 172 gekühlt wird). In dieser Weise kann nur das Kühlmittel, das verwendet wird, um die Kolbendüsen zu kühlen, über das Wärmerohr gekühlt werden, was ermöglicht, dass andere Kraftmaschinenkomponenten mit wärmerem Öl betrieben werden und folglich mit weniger Reibung arbeiten. Daher wird ein erster Teil einer Ausströmung der Ölpumpe 154 zur zweiten Schleife 167 mit dem Kolbensprühkanal 162 gelenkt und ein zweiter Teil der Ausströmung der Ölpumpe 154 wird zur ersten Schleife 159 mit den geschmierten Kraftmaschinenkomponenten 161 gelenkt. Das Wärmerohr 172 ist mit dem Kolbensprühkanal 162 gekoppelt und kühlt den ersten Teil der Ausströmung, der durch den Kolbensprühkanal strömt. Andererseits wird der zweite Teil der Ausströmung der Ölpumpe 154, der zu den geschmierten Kraftmaschinenkomponenten 161 gelenkt wird, im dargestellten Beispiel nicht über das Wärmerohr 172 gekühlt. Andere Wärmerohrpositionen und Schleifenkonfigurationen wurden jedoch in Erwägung gezogen. Das Wärmerohr kann beispielsweise in einigen Beispielen den Teil des Öls, der zu den geschmierten Kraftmaschinenkomponenten gelenkt wird, kühlen. Das Wärmerohr 172 wird hier genauer erörtert.
• In einigen Beispielen kann ein Wasserkühlmittel-Öl-Wärmetauscher nicht in der ersten Schleife 159 enthalten sein, falls erwünscht. Wie gezeigt, steht eine Rückführungsölleitung 163 in Fluidverbindung mit den geschmierten Kraftmaschinenkomponenten 161 und dem Ölreservoir 152. Obwohl eine einzelne Rückführungsölleitung dargestellt ist, ist zu erkennen, dass die erste Schleife 159 mehrere Rückführungsölleitungen umfassen kann.
• Der Auslass 158 der Ölpumpe 154 steht auch mit einer zweiten Schleife 167 in Fluidverbindung. Die zweite Schleife 167 umfasst einen Kolbensprühkanal 162. Die zweite Schleife 167 ist dazu konfiguriert, Öl in Richtung einer Unterseite des Kolbens 36 zu spritzen und das gespritzte Öl zum Ölreservoir 152 zurück zu leiten. Daher können (ein) Ablaufdurchgang (Ablaufdurchgänge) und/oder (eine) Rückführungsleitung(en), die über einen Pfeil 169 angegeben sind, dazu konfiguriert sein, Öl von der zweiten Schleife 167 zum Ölreservoir 152 zurückzuleiten. Der Kolbensprühkanal 162 umfasst eine Ölverteilungssammelleitung 164 und einen Kolbensprühzweig 166. Es ist zu erkennen, dass zusätzliche Kolbensprühzweige im Kolbensprühkanal 162 enthalten sein können. Die zusätzlichen Kolbensprühzweige können dazu konfiguriert sein, ein Ölspray zu anderen Kolben in der Kraftmaschine zuzuführen, und mit der Ölverteilungssammelleitung 164 gekoppelt sein. Pfeile 165 bezeichnen die Strömung von Öl von der Ölverteilungssammelleitung zu zusätzlichen Kolbensprühkanälen und -düsen (z. B. Kolbenkühldüsen). Folglich können die zusätzlichen Kolbensprühzweige damit gekoppelte Düsen aufweisen, wobei in einigen Ausführungsformen jede Düse dazu konfiguriert ist, ein Ölspray auf einen anderen Kolben zu richten. In anderen Ausführungsformen können jedoch für jeden Kolben zwei oder mehr Düsen Öl auf die Unterseite des Kolbens richten. In einem Beispiel kann das System 150 eine zweite Düse umfassen, wobei die zweite Düse ein Ölspray in Richtung einer äußeren Oberfläche eines zweiten Kolbens lenkt, der innerhalb einer zweiten Brennkammer angeordnet ist.
• Der Kolbensprühzweig 166 ist in der dargestellten Ausführungsform direkt mit der Ölverteilungssammelleitung 164 gekoppelt. In anderen Ausführungsformen können jedoch Zwischenölkanäle im Kolbensprühkanal enthalten sein.
• Eine Düse 168 ist direkt mit einem Ende des Kolbensprühzweigs 166 gekoppelt. Die Düse 168 ist dazu konfiguriert, ein Ölspray auf oder in Richtung einer äußeren Oberfläche 170 des Kolbens 36 zu richten oder zu lenken. Die äußere Oberfläche 170 ist im dargestellten Beispiel eine Unterseite des Kolbens 36. Die äußere Oberfläche 170 steht nicht mit den Brennkammerwänden 32 in Flächenteilungskontakt und definiert nicht die Grenze der Brennkammer 30. Der Kolbensprühzweig 166 und die Düse 168 können als Kolbenkühldüse bezeichnet werden.
• Das Wärmerohr 172 ist mit dem Kolbensprühkanal 162 gekoppelt. Das Wärmerohr 172 ist vertikal unter der Brennkammer 30 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform kann jedoch zumindest ein Abschnitt des Wärmerohrs 172 über der Brennkammer 30 angeordnet sein. Eine vertikale Achse ist zur Referenz vorgesehen. Ein Verdampferabschnitt 174, der über einen gestrichelten Kasten bezeichnete Abschnitt, des Wärmerohrs 172 ist in der dargestellten Ausführungsform innerhalb des Kolbensprühzweigs 166 angeordnet. Der Verdampferabschnitt 174 erstreckt sich einen inneren Bereich des Kolbensprühzweigs 166 hinab und umfasst einen Abschnitt, der zur Mittelachse des Sprühzweigs parallel ist. In dieser Weise kann Öl um das Gehäuse des Verdampferabschnitts 174 geleitet werden. Folglich kann eine größere Menge an Wärme vom Öl auf das Wärmerohr 172 übertragen werden, das durch den Kolbensprühkanal 162 strömt. Wie gezeigt, erstreckt sich das Wärmerohr 172 durch ein Gehäuse des Kolbensprühzweigs 166. Der Verdampferabschnitt umfasst auch Wärmerippen 175, die sich vom Gehäuse erstrecken. Die Wärmerippen sind senkrecht zur Achse des Kolbensprühzweigs 166 angeordnet. Andere Wärmerippenanordnungen wurden jedoch in Erwägung gezogen. Die Wärmerippen sind mit einem Gehäuse des Verdampferabschnitts 174 gekoppelt und erstrecken sich in der dargestellten Ausführungsform nicht in den Dampfhohlraum des Wärmerohrs 172. Daher kann Öl auch um die Wärmerippen geleitet werden. In anderen Ausführungsformen können sich jedoch die Wärmerippen teilweise in den abgedichteten Hohlraum 202 des Wärmerohrs 172, das in 2 gezeigt ist und hier genauer erörtert wird, erstrecken. In anderen Ausführungsformen kann das Gehäuse des Verdampferabschnitts 174 oder die Wärmerippen 175 des Verdampferabschnitts außen oder innen mit dem Gehäuse des Kolbensprühzweigs 166, anderen Abschnitten des Kolbensprühkanals 162 wie z. B. der Ölverteilungssammelleitung 164 oder einem anderen Ort stromabwärts der Aufteilung zwischen der ersten und der zweiten Schleife gekoppelt sein. Es ist zu erkennen, dass in beiden der vorstehend erwähnten Ausführungsformen der Verdampferabschnitt 174 direkt mit dem Kolbensprühzweig 166 gekoppelt ist. Direkt gekoppelt umfasst, dass keine Zwischenkomponenten zwischen die Komponenten gekoppelt sind.
• In einigen Beispielen kann der Verdampferabschnitt 174 zumindest teilweise vom Kolbensprühkanal 162 umschlossen sein. In dieser Weise kann Öl um eine äußere Oberfläche des Verdampferabschnitts 174 geleitet werden, was ermöglicht, dass eine größere Menge an Wärme vom Öl auf das Wärmerohr übertragen wird. In anderen Beispielen kann jedoch die äußere Oberfläche des Verdampferabschnitts direkt mit einem äußeren Abschnitt des Gehäuses des Kolbensprühkanals 162 gekoppelt sein.
• Das Wärmerohr 172 umfasst ferner einen Kondensatorabschnitt 176, der mit dem Verdampferabschnitt 174 über einen Zwischenabschnitt 178 gekoppelt ist. Der Kondensatorabschnitt 176 umfasst Wärmerippen 177. Es ist zu erkennen, dass der Kondensatorabschnitt 176 und der Verdampferabschnitt 174 an entgegengesetzten Enden des Wärmerohrs 172 angeordnet sind. Der Kondensatorabschnitt 176 ist dazu konfiguriert, Wärme vom Arbeitsfluid im Wärmerohr auf die Komponenten und/oder Luft, die den Kondensatorabschnitt 176 umgeben, zu übertragen. Folglich kann Wärme vom Wärmerohr entfernt werden, um zu ermöglichen, dass die Temperatur des Arbeitsfluids verringert wird, um das Arbeitsfluid von einem Gaszustand in einen flüssigen Zustand zurückzuführen. Ein Gebläse 190 kann auch im System 150 enthalten sein. Das Gebläse 190 ist dazu konfiguriert, Luft in Richtung des Kondensatorabschnitts 176 zu lenken, was über den Pfeil 191 angegeben ist. Das Gebläse 190 kann auch dazu konfiguriert sein, Luft in Richtung eines Wärmetauschers zu lenken, der in einigen Ausführungsformen in einem Kraftmaschinenkühlsystem enthalten ist. Das Kraftmaschinenkühlsystem kann dazu konfiguriert sein, Kühlmittel durch den Zylinderkopf 90 und/oder Zylinderblock 91 zu zirkulieren.
• Andererseits ist der Verdampferabschnitt 174 dazu konfiguriert, Energie vom Kolbensprühkanal 162 auf das Arbeitsfluid im Wärmerohr 172 zu übertragen. Insbesondere kann Wärme vom Öl, das durch den Kolbensprühkanal 162 strömt, auf das Arbeitsfluid im Wärmerohr 172 übertragen werden. In dieser Weise kann Wärme vom Öl, das in Richtung des Kolbens 36 gelenkt wird, entfernt werden. Diese Verringerung der Öltemperatur ermöglicht eine größere Verringerung der Kolbentemperatur und daher der Brennkammertemperatur. Folglich kann eine Kraftmaschine mit einem höheren Kompressionsverhältnis verwendet werden, falls erwünscht, was die Ausgangsleistung der Kraftmaschine erhöht. In einigen Beispielen kann das Kompressionsverhältnis der Brennkammer 30 größer als {10 sein, wie vorher erörtert. Überdies ermöglicht die Verringerung der Brennkammertemperatur auch, dass aggressivere Zündfunkenzeitsteuerstrategien in der Kraftmaschine verwendet werden, falls erwünscht, was die Ausgangsleistung der Kraftmaschine weiter erhöht. Die Zündfunkenzeitsteuerstrategie wird hier genauer erörtert.
• Während des Betriebs des Wärmerohrs 172, wenn der Kolbensprühkanal 162 und insbesondere das Öl im Kolbensprühkanal über einer Schwellentemperatur liegt, kann Wärme zum Verdampferabschnitt 174 übertragen werden, wo ein Teil des Arbeitsfluids dann sich in Dampf ändern kann. Der Dampf kann dann die Länge des Wärmerohrs durch den Zwischenabschnitt 178 hinab strömen. Anschließend kann der Dampf den Kondensatorabschnitt 176 erreichen. Im Kondensatorabschnitt 176 kondensiert der Dampf wieder zu Flüssigkeit. Die Flüssigkeit kann dann in Richtung des Verdampferabschnitts 174 zurück strömen. In einigen Ausführungsformen kann das Arbeitsfluid durch ein Dochtwirkungsmaterial strömen, das hier im Hinblick auf 2 genauer erörtert wird. Anschließend kann das Arbeitsfluid den Verdampferabschnitt 174 erreichen. Es ist zu erkennen, dass sich der vorstehend erwähnte Zyklus wiederholen kann. In dieser Weise wird Wärme passiv vom Kolbensprühkanal 162 oder einer anderen Komponente im System 150 weg übertragen. Das Arbeitsfluid im Wärmerohr 172 kann Wasser, Alkohol und/oder Natrium umfassen. In einigen Ausführungsformen kann jedoch das Arbeitsfluid nur Wasser sein. Das Arbeitsfluid kann auf der Basis eines gewünschten Arbeitstemperaturbereichs ausgewählt werden.
• Der Kondensatorabschnitt 176 ist in der dargestellten Ausführungsform über der Kurbelwelle 40 angeordnet. Andere Kondensatorabschnittsstellen wurden jedoch in Erwägung gezogen. Der Kondensatorabschnitt 176 kann beispielsweise unter der Kurbelwelle 40 angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform ist der Verdampferabschnitt 174 vertikal unter dem Kondensatorabschnitt 176 angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann jedoch der Verdampferabschnitt 174 vertikal über dem Kondensatorabschnitt 176 angeordnet sein oder der Verdampferabschnitt und der Kondensatorabschnitt können auf derselben vertikalen Höhe angeordnet sein. Ferner kann sich das Wärmerohr 172 in einigen Ausführungsformen durch den Zylinderblock 91 erstrecken und der Kondensatorabschnitt 176 kann außerhalb des Zylinderblocks 91 angeordnet sein. Der Kondensatorabschnitt kann in einem Bereich der Kraftmaschine oder des Fahrzeugs angeordnet sein, der eine große Menge an Umgebungsluftströmung empfängt. In dieser Weise kann die Menge an Wärme, die über das Wärmerohr entfernt wird, erhöht werden. In einigen Beispielen kann der Kondensatorabschnitt 176 mit einer Umfangsoberfläche 179 der Kraftmaschine gekoppelt sein. Insbesondere kann der Kondensatorabschnitt 176 in einigen Ausführungsformen an der Vorderseite des Kraftmaschinenraums, hinter einem Kühlgebläse, wo eine erwünschte Menge an Luftströmung besteht, angeordnet sein.
• Die Steuereinheit 12 kann dazu konfiguriert sein, ein Zündzeitpunktsignal zum Zündsystem 88 zu senden. Der durch die Steuereinheit 12 zum Zündsystem 88 gelieferte Zündfunkenzeitpunkt kann auf der Basis der Temperatur des Ölsprays von der Düse 168 eingestellt werden. Insbesondere kann der Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der Temperatur des Ölsprays und/oder der Zylindertemperatur vorverstellt oder verzögert werden. Daher kann die Steuereinheit 12 dazu konfiguriert sein, ein erstes Zündsignal zur Zündvorrichtung während einer ersten Betriebsbedingung und ein zweites Zündsignal zur Zündvorrichtung während einer zweiten Betriebsbedingung zu senden, wobei das zweite Zündsignal vom ersten Zündsignal in einem Beispiel um mindestens 0,01 Sekunden abweicht. In einigen Beispielen kann die Temperatur des Ölsprays berechnet werden. Die Temperatur des Ölsprays kann beispielsweise auf der Basis der Eigenschaften des Wärmerohrs 172, wie z. B. des Durchmessers, der Länge, der Wärmeübertragungseigenschaften, der Materialkonstruktion usw. des Wärmerohrs, berechnet werden. In anderen Beispielen kann ein Temperatursensor mit der Düse 168 oder dem Kolbensprühkanal 162 stromabwärts des Verdampferabschnitts 174 gekoppelt sein, um ein Temperatursignal zu liefern.
• 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des in 1 gezeigten Wärmerohrs 172. Insbesondere ist ein Querschnitt des Zwischenabschnitts 178 dargestellt. Das Wärmerohr 172 umfasst ein Gehäuse 200. Das Gehäuse 200 ist abgedichtet. Das heißt, dass die Materialien, Flüssigkeit, Gas usw., die innerhalb des Wärmerohrs 172 eingeschlossen sind, nicht mit der Außenumgebung in Fluidverbindung stehen. Das Gehäuse 200 umschließt einen abgedichteten Hohlraum 202 (z. B. Dampfhohlraum), der die Länge des Wärmerohrs 172 vom Kondensatorabschnitt 176 zum Verdampferabschnitt 174, der in 1 gezeigt ist, durchquert. Das Wärmerohr 172 umfasst in der dargestellten Ausführungsform ferner ein Dochtwirkungsmaterial 204, das zumindest einen Abschnitt eines inneren Umfangs des Gehäuses 200 durchquert. In anderen Ausführungsformen kann jedoch das Wärmerohr 172 das Dochtwirkungsmaterial nicht umfassen. Wenn beispielsweise der Kondensatorabschnitt vertikal über dem Verdampferabschnitt angeordnet ist, kann kein Dochtwirkungsmaterial verwendet werden, falls erwünscht. Das Dochtwirkungsmaterial kann dazu konfiguriert sein, das Arbeitsfluid vom Kondensatorabschnitt 176 zum Verdampferabschnitt 174, die in 1 gezeigt sind, zu leiten. Ein Arbeitsfluid kann sich im abgedichteten Hohlraum 202 und im Dochtwirkungsmaterial 204 befinden.
• 3 zeigt ein Verfahren 300 zum Betrieb eines Systems 150. Das Verfahren 300 kann über die Kraftmaschine, Systeme und Komponenten, die vorstehend im Hinblick auf 1-2 beschrieben wurden, implementiert werden oder kann durch andere geeignete Kraftmaschinen, Systeme und Komponenten implementiert werden.
• Bei 302 wird Öl von einem Ölreservoir über eine Ölpumpe mit Druck beaufschlagt. Als nächstes umfasst das Verfahren bei 304 das Aufteilen der Ölströmung von der Ölpumpe in mindestens eine erste Schleife und eine zweite Schleife, wobei die erste Schleife die Kolbenkühldüsen umgeht und die zweite Schleife Öl in Richtung der Kolbenkühldüsen lenkt.
• Bei 306 umfasst das Verfahren das Lenken von Öl durch die erste Schleife zu rotierenden Kraftmaschinenkomponenten, das dann zum Ölreservoir zurück abläuft, ohne durch die Kolbenkühldüsen zu strömen, und bei 308 das Lenken von Öl zur zweiten Schleife, durch die Kolbenkühldüsen auf eine Unterseite der Kolben und dann zurück zum Ölreservoir, ohne durch die erste Schleife zu strömen. Es ist zu erkennen, dass die erste und die zweite Schleife sich gegenseitig ausschließen.
• Als nächstes umfasst das Verfahren bei 310 das Übertragen von Wärme vom Öl in der zweiten Schleife zu einem Wärmerohr an einer Stelle stromabwärts der Aufteilung, aber stromaufwärts der Kolbenkühldüsen. Bei 312 umfasst das Verfahren das Übertragen von Wärme vom Wärmerohr auf die Umgebungsluft. In dieser Weise kann ein Wärmerohr verwendet werden, um das zu den Kolbensprühdüsen zugeführte Öl zu kühlen, ohne das zu den rotierenden Kraftmaschinenkomponenten zugeführte Öl zu kühlen.
• Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen Beispiel-Steuer- und -Abschätzroutinen bei verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z.B. durch ein Ereignis gesteuert, durch eine Unterbrechung gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. An sich können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Sequenz, parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern ist für eine leichte Erläuterung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten speziellen Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen graphisch einen in das computerlesbare Speichermedium im Kraftmaschinensteuersystem zu programmierenden Code darstellen.
• Es ist zu erkennen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen dem Wesen nach beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einer begrenzenden Hinsicht betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
• Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als die Integration von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie im Schutzbereich gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen breiter, schmäler, gleich oder anders sind, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
• Bezugszeichenliste

10

Brennkraftmaschine

12

Kraftmaschinensteuereinheit

30

Brennkammer

32

Brennkammerwände

36

Kolben

40

Kurbelwelle

44

Einlasskrümmer

46

Einlasskammer

48

Auslasskrümmer

51

Einlassnocken

52

Einlassventil

53

Auslassnocken

54

Auslassventil

58

Sensor

62

Drosselklappe

64

Drosselplatte

66

Kraftstoffeinspritzdüse

68

Treiber

70

Katalysator

88

Zündsystem

90

Zylinderkopf

91

Zylinderblock

92

Zündkerze

102

Mikroprozessoreinheit

104

Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse

106

Festwertspeicher

108

Direktzugriffsspeicher

110

Haltespeicher

112

Temperatursensor

114

Kühlhülse

118

Kraftmaschinenpositionssensor

120

Sensor

122

Drucksensor

130

Fahrpedal

132

Fuß

134

Positionssensors

150

Kolbenkühlsystem

152

Ölreservoir

154

Ölpumpe

156

Aufnahmerohr

158

Auslass

159

erste Schleife

160

Ölleitung

161

Kraftmaschinenkomponenten

162

Kolbensprühkanal

163

Rückführungsölleitungen

164

Ölverteilungssammelleitung

165

Pfeile

166

Kolbensprühzweig

167

zweite Schleife

168

Düse

169

Rückführungsölleitungen

170

äußere Oberfläche

172

Wärmerohr

174

Verdampferabschnitt

175

Wärmerippen

176

Kondensatorabschnitt

190

Gebläse

200

Gehäuse

202

Hohlraum

204

Dochtwirkungsmaterial

300

Verfahren

302

Verfahren

304

Verfahren

306

Verfahren

308

Verfahren

310

Verfahren

312

Verfahren

Claims (10)

1. System in einer Kraftmaschine (10), das Folgendes umfasst: einen Kolbensprühkanal (162) mit einem Einlass in Fluidverbindung mit einem Ölreservoir (152); eine Düse (168) in Fluidverbindung mit dem Kolbensprühkanal (162), wobei die Düse (168) ein Ölspray in Richtung einer äußeren Oberfläche eines Kolbens (36) lenkt, der innerhalb einer Brennkammer (30) angeordnet ist; und ein Wärmerohr (172), das Wärme von einem Verdampferabschnitt (174) zu einem Kondensatorabschnitt (176) überträgt, wobei der Verdampferabschnitt (174) mit dem Kolbensprühkanal (162) gekoppelt ist.
2. System nach Anspruch 1, wobei der Verdampferabschnitt (174) zumindest teilweise vom Kolbensprühkanal (162) umschlossen ist.
3. System nach Anspruch 1, wobei das Wärmerohr (172) vertikal unter der Brennkammer (30) angeordnet ist.
4. System nach Anspruch 1, wobei der Verdampferabschnitt (174) mit dem Kolbensprühkanal (162) stromaufwärts einer Ölverteilungssammelleitung (164) in Fluidverbindung mit einer zweiten Düse (168) gekoppelt ist, wobei die zweite Düse (168) ein Ölspray in Richtung einer äußeren Oberfläche eines zweiten Kolbens (36) lenkt, der innerhalb einer zweiten Brennkammer (30) angeordnet ist.
5. System nach Anspruch 1, wobei der Kondensatorabschnitt (176) unter einer mit dem Kolben (36) gekoppelten Kurbelwelle (40) angeordnet ist.
6. System nach Anspruch 1, wobei der Kolbensprühkanal (162) mit einem Kraftmaschinenschmierkanal (160) in Fluidverbindung steht, der in einem Kraftmaschinenschmiersystem enthalten ist.
7. System nach Anspruch 6, wobei das Kraftmaschinenschmiersystem keinen Wasserkühlmittel-Öl-Wärmetauscher umfasst.
8. System nach Anspruch 1, wobei der Kondensatorabschnitt (176) vertikal über dem Verdampferabschnitt (174) angeordnet ist.
9. System nach Anspruch 8, wobei das Wärmerohr (172) kein Dochtwirkungsmaterial umfasst.
10. System nach Anspruch 1, wobei das Wärmerohr (172) ein Dochtwirkungsmaterial umfasst.

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