DE2810980C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem durch Kühlwasser aus einem Kühlwasserkreis gekühlten Zylinderkopf und mit einem durch Schmieröl aus einem Schmier­ ölkreis gekühlten Zylindergehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Brennkraftmaschine der vorstehend genannten Art ist aus der DE-OS 25 24 272 bekannt. Der Schmierölkreis zur Schmierung der Triebwerksteile und Kühlung des Zylinder­ gehäuses umfaßt den im Zylindermantel als Trockensumpfbe­ hälter untergebrachten Schmierölvorrat. Durch diesen Schmier­ ölvorrat werden insbesondere die unteren Bereiche der Zylin­ derwände gekühlt. Aus diesem Schmierölvorrat wird Schmieröl von einer ersten Druckölpumpe abgesaugt und in eine im oberen Bereich des Zylindermantels entlanglaufende Spritzölleitung gefördert, aus der Schmieröl zur weiteren Kühlung auf die Zylinderwände gesprüht wird. Ein Teil des abgesaugten Schmier­ öles wird an eine zweite Druckölpumpe übergeben, welche die Schmierstellen an den Triebwerksteilen versorgt und welche überschüssiges Schmieröl zu Kühlzwecken in eine weitere Spritzölleitung im Zylindermantel fördert. Nachteilig ist hierbei die geringe Strömungsgeschwindigkeit des im Kühl­ mantel gespeicherten Schmieröles, durch welche die Gefahr der Koksbildung an der Wandoberfläche der Zylinder gegeben ist, die den Wärmeübergang nachteilig beeinflußt. Hinzu kommt, daß im gespeicherten Schmieröl Dampfblasen ent­ stehen, welche mit dem übrigen Schmieröl eine Emulsion bilden, die zur Schmierung der Triebwerksteile kaum ge­ eignet ist. Schließlich ist noch von Nachteil, daß der Schmier- und Kühlölkreis nicht derart wirkungsmäßig von­ einander getrennt sind, daß ausschließlich aufbereitetes Schmieröl zur Schmierung der Triebwerksteile eingesetzt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die aus der DE-OS 25 24 272 bekannte Brennkraftmaschine derart zu verbessern, daß ein Kühlkreis mit zwangsweiser Umwälzung des gesamten Schmieröles aus dem Schmierölkreis erreicht wird, ohne daß hierdurch die Schmiereigenschaften des Schmieröles beeinträchtigt werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß nur aufbereitetes Kühlöl in den Schmierölkreislauf gelangt, so daß der Auf­ bau eines tragfähigen Schmierfilmes an allen Lagerstellen der Triebwerksteile sichergestellt ist. Durch die Anordnung des Vorratsbehälters außerhalb des Motorgehäuses kann das Kühlöl mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit durch den Kühl­ mantel gefördert werden, wodurch die Koksbildung und damit eine Verschlechterung des Wärmeüberganges vermieden wird.

Dadurch, daß die gesamte Schmierölmenge ständig im Schmier- und Kühlölkreis umgesetzt wird, ergibt sich schließlich sowohl eine optimale Schmierung als auch eine optimale Kühlung der Brennkraftmaschine.

Um zu erreichen, daß von der ersten Druckölpumpe immer frisches und entgastes Schmieröl angesaugt wird, ist im Ölbehälter ein Prallblech angeordnet.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4 wird erreicht, daß die Zylinderwände maximal nur auf Hublänge gekühlt wer­ den. Die Temperatur wird deshalb unten im Kurbelgehäuse angehoben, so daß ein gleichmäßigeres, jedoch etwas höheres Temperaturniveau über die Zylinderlänge vorhanden ist. Im unteren Totpunktbereich ergibt sich daraus ein kleineres Kolbenspiel, so daß dort wesentlich geringere Kolbenkippge­ räusche entstehen. Diese Geräusche werden im oberen Tot­ punktbereich durch die Ölfüllung wirkungsvoll gedämpft.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 5 wird in vorteilhafter Weise ein betriebssicherer Anschluß eines Wärmetauschers an den Kühlölkreis erzielt.

Schließlich wird durch die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 erreicht, daß der Wärmetauscher vor zu hohem Druck ge­ schützt ist, z. B. bei Kaltstart, wenn ein zäher Ölpfropf sich im System befindet. Außerdem kann hierdurch das Schmier­ öl öfters ohne Wärmeabgabe über das Kurbelgehäuse gefördert werden und erwärmt sich dadurch schneller.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dar­ gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung des Kühl- und Schmier­ kreislaufes eines ölgekühlten Verbrennungsmotores gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1, jedoch bei einem ölgekühlten Verbrennungsmotor, bei dem auch die Kraftwagenheizung mit dem für die Motor­ kühlung verwendeten Öl betrieben wird.

In der Fig. 1 ist schematisch der Motorblock 1 eines ölgekühl­ ten Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug dargestellt, der in dieser schematischen Darstellung in den Bereich des Zylinder­ kopfes 2, in den oberen Kurbelgehäuseteil 3, der etwa im Bereich der Zylinder 4 des hier als Sechs-Zylinder-Reihenmotor angedeu­ teten Motors liegt und in den unteren Bereich 5 des Kurbelge­ häuses unterteilt ist. Am Boden des unteren Bereiches des Kurbel­ gehäuses ist eine Absaugerinne 6 angeordnet, an der der Anschluß 7 zur Rückförderpumpe 8 angeschlossen ist, die das sich im unte­ ren Kurbelgehäuse 5 und in der Absaugerinne 6 ansammelnde Motor­ öl über die Leitung 9 in den oberen Kurbelgehäuseteil 3 zurück­ drückt. Die Rückförderpumpe 8 ist als eine Hochdruckpumpe, bei­ spielsweise als eine Zahnradpumpe ausgebildet, die luftunemp­ findlich ist und daher aus der Absaugerinne das sich ansammelnde Öl und auch ein Öl/Luftgemisch absaugt. Zu diesem Zweck ist die Rückförderpumpe 8 gegenüber der im allgemeinen auf der gleichen Antriebswelle angeordneten Druckölpumpe 10 im Fördervolumen überdimensioniert, so daß sie eine intensive, zwangsgeführte Strömung in den Kühlräumen erzeugen kann.

Die Leitung 9 grenzt an die nicht im einzelnen gezeigten, im oberen Kurbelgehäuseteil 3 angeordneten Kühlräume für die Zy­ linder 4 an. Die Kühlräume sind an die Rückführleitung 11 und an den Ölbehälter 12 angeschlossen, und zwar so, daß das noch mit Luft angereicherte aus dem oberen Kurbelgehäuseteil 3 aus­ tretende Kühlöl von oben auf ein Prallblech 13 auftrifft und von dort aus nach unten abtropft. Der Ölbehälter ist mit einer Entlüftungsleitung 14 versehen und enthält in seinem unteren Teil vollkommen entlüftetes Frischöl, das über die Leitung 15 von der Druckölpumpe 10 angesaugt und dann über die Lei­ tung 16 einem Filter 17 und dann über einen Ölthermostat 18 dem Ölkühler 19 und von dort über die Leitung 20 und 21 dem Hauptölkanal 22 unter Druck zugeführt wird. Der Hauptölkanal 22 führt in an sich bekannter Weise zu allen Lagerstellen des Motors, d. h. also sowohl zu den Lagerstellen der Nocken­ welle als auch zu denen der Kurbelwelle und zu anderen Teilen. Diese Verteilung des unter Druck stehenden Frischöles ist nicht näher gezeigt. Sie entspricht den bekannten Ausführun­ gen. Dem Hauptölkanal 22 wird somit von der Druckölpumpe 10 nur reines Schmieröl zugeführt.

Vom Thermostat 18 zweigt noch eine Bypaß-Leitung 23 ab, die beispielsweise in der Anlaufphase das Schmieröl nicht über den Ölkühler führt, so daß es zusammen mit dem Kühlölkreis­ lauf, der noch beschrieben werden wird, schneller warm wird. Zwische der Leitung 20 und der Leitung 21 ist ein Überdruck­ ventil 24 angeordnet, das beispielsweise bei Voll-Lastbetrieb und zu hohem Druck des Schmieröles öffnet und über die Ver­ bindungsleitung 25 das überschüssige kühlere Schmieröl den Kühlräumen im oberen Kurbelgehäuseteil 3 zuführt. Das kann dadurch geschehen, daß dieses überschüssige Schmieröl dem durch die Leitung 9 von der Rückförderpumpe 8 her unter Druck ankommenden Schmieröl und Luftgemisch beigemengt wird oder auch dadurch, daß, wie an sich bekannt, dieses überschüssige Schmieröl auf zu kühlende Teile gespritzt wird.

Der Motorblock 1 und die dazugehörige Anordnung weist daher zwei Ölkreisläufe auf. Einmal den an sich bekannten Schmier­ ölkreislauf, der aus der Druckölpumpe 10 und den daran anlie­ genden Teilen, wie Thermostat 18, Filter 17, Ölkühler 19 und dem Hauptölkanal 22 besteht. Zum zweiten den Kühlölkreislauf, der sich aus der Rückförderpumpe 8, den Kühlräumen im oberen Kurbelgehäuseteil 3, der Leitung 11, dem Ölbehälter 12 und der Absaugerinne 6 mit der Leitung 7 zusammensetzt. Der Motor besitzt schließlich noch einen Wasserkreislauf durch den Zylinderkopf 2, der mit einer Wasserpumpe 26 versehen ist, die Kühlwasser durch den Zylinderkopf 2 im Sinne des Pfeiles 27 durchdrückt und über einen Wasserthermostat 28 entweder über die Leitung 29 zum Wasserkühler 30 oder über die vom Thermostat 28 abzweigende Leitung 31 unmittelbar in die An­ saugleitung 32 zur Wasserpumpe zurückführt. An diesen Kühl­ wasserkreislauf ist bei dieser Ausführungsform auch die Kraftwagenheizung angeschlossen, deren Wärmetauscher 33 über das Regelorgan 34 an den Wasserkreislauf anschließbar ist. Das aufgewärmte Kühlwasser fließt dann über die Leitung 35 durch den Wärmetauscher 33 und über die Leitung 36 wieder zurück zur Wasserpumpe 26. Ein wassergekühltes Kurbelgehäuse schluckt z. B. im Winterbetrieb in seinem kalten Unterteil mit großer Oberfläche viel Wasserwärme und verlängert somit ungünstigerweise die Warmlaufphase. Dieser Nachteil entfällt erfindungsgemäß.

Die zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse befindliche Zy­ linderkopfdichtung hat keine Durchbrüche für den Wasser­ durchtritt. Sie ist damit einfacher in der Herstellung, hat ein besseres Setzverhalten beim Zylinderkopfanzug und ist siche­ rer gegen Undichtheiten.

Wie schematisch in der Fig. 1 angedeutet ist, sind die im obe­ ren Kurbelgehäuseteil 3 angeordneten Kühlräume in ihrer Höhe so ausgelegt, daß der Abstand a zwischen der Trennungsebene 37 zwischen Kurbelgehäuseteil 3 und Zylinderkopf 2 und der un­ teren Begrenzung 38 der Kühlräume etwa nur zwei Drittel der Hublänge h der einzelnen Zylinder 4 beträgt. Durch diese Aus­ gestaltung können die Kühlräume verhältnismäßig klein dimen­ sioniert werden, so daß das von der Rückförderpumpe 8 unter Druck angeförderte Kühlöl und Öl/Luftgemisch wegen des ge­ ringen Volumens der Kühlräume mit großer Geschwindigkeit durch die Kühlräume gedrückt werden kann. Da die Rückförder­ pumpe wegen ihres großen Fördervolumens aus der Absaugerinne nicht nur das sich ansammelnde Kühlöl absaugt, dessen an­ kommende Menge wegen der geringeren Fördermengenauslegung der Druckölpumpe 10 kleiner ist als das von der Rückförder­ pumpe 8 angesaugte Volumen, fördert die Rückförderpumpe 8 ein Öl- und Öl/Luftgemisch in die Kühlräume des oberen Kur­ belgehäuses 3. Da die Rückförderpumpe 8 als luftunempfindlich fördernde Zahnradpumpe oder auch als eine Kolbenpumpe ausge­ bildet ist, fördert sie dieses Kühlöl und Öl/Luftgemisch in­ termittierend und ruckartig durch die Kühlräume, was den an sich nicht zu erwartenden Vorteil mit sich bringt, daß sich an den Kühlwänden der Kühlräume kein Film oder keine feine Ölschicht bildet, die eine Art Isolierschicht bildet und den Wärmeübergang behindert. Erfindungsgemäß reißt dieser heiße Ölfilm ständig ab, wird laufend durch neue kühlere Flüssig­ keitsschichten ersetzt, so daß eine wesentlich bessere Kühl­ wirkung gegenüber bekannten Systemen erreicht wird. Voraus­ setzung ist, daß die Rückförderpumpe 8 ein wesentlich größe­ res Fördervolumen besitzt als die Druckölpumpe 10. Im Aus­ führungsbeispiel kann sie ihrem Fördervolumen etwa doppelt so hoch ausgelegt sein wie die Druckölpumpe 10.

Das durch die Kühlräume geförderte Kühlöl und Öl/Luftgemisch kann sich dann durch die Leitung 11 und vor allen Dingen im Ölbehälter 12 entspannen, wird dort entlüftet und kann als Frischöl durch die Druckölpumpe 10 wieder angesaugt werden.

In der Fig. 2 ist eine Abwandlung des Kühl- und Heizungs­ systems insofern gezeigt, als bei dieser Ausführungsform die Kraftwagenheizung nicht in der in der Fig. 1 gezeigten Weise mit dem den Zylinderkopf durchströmenden Kühlwasser, sondern ebenfalls mit Öl betrieben wird. Diese Ausgestaltung ist möglich, weil das Kühlöl erfindungsgemäß unter Druck durch die Kühlräume gedrückt wird und auf diese Weise auch unter Druck durch den Wärmetauscher 33 der Kraftwagenheizung ge­ fördert werden kann.

Bei dieser Ausführungsform bleibt der Schmierölkreislauf un­ verändert und es ist in Fig. 2 lediglich nicht dargestellt, daß anschließend an die Leitung 16, die von der Druckölpumpe 10 kommt, noch der Ölkühler 19 mit Thermostat angeschlossen ist. Das Drucköl strömt über die Leitung 20 wieder zurück zum Überdruckventil 24 und von dort aus über die Leitung 21 in den Hauptölkanal 22 bzw. bei zu hohem Druck über die Leitung 25 zum oberen Kurbelgehäuseteil 3 und zu den Kühl­ räumen.

Auch der Kühlölkreislauf bleibt bezüglich der Kühlölanordnung der gleiche. Die Rückförderpumpe 8 fördert das Kühlöl und Öl/Luftgemisch über die Leitung 9 in die Kühlräume im oberen Kurbelgehäuseteil 3 und von dort über die gedrosselte Lei­ tung 11 zurück zum Ölbehälter 12. In die Leitung 11 ist bei dieser Ausführung aber ein Luftabscheider 39 eingesetzt, der einmal über die Entlüftungsleitung 40 mit der Ventilhaube 41 verbunden ist und über die Anschlußleitung 42 zum Regelorgan 34 der Kraftfahrzeugheizung führt, die in diesem Fall mit Öl betrieben wird. Zu diesem Zweck liegt der Wärmetauscher 33 der Kraftfahrzeugheizung über die Anschlußleitung 43 an dem Regelorgan 34 an und wird über die Leitung 44 zu der mit der Absaugerinne 6 verbundenen Ansaugleitung 7 der Rückförder­ pumpe 8 angeschlossen. Zwischen dem Ansaugleitungsteil 43 und der Rückführleitung 44 ist ein Bypass 45 mit einem Um­ gehungsventil 46 vorgesehen, das beispielsweise in der Anlauf­ phase verhindert, daß Öl durch den Wärmetauscher 33 mit zu hohem Druck fließt. Beispielsweise könnte im Wärmetauscher 33 ein kalter Ölpfropfen sitzen. Das Heizöl wird dann über den Bypaß 45 mehrfach im Kurbelgehäuse umgewälzt, heizt sich schneller auf, so daß dann das Umgehungsventil 46 langsam schließen kann und der Ölpfropf aus dem Wärmetauscher 33 unter gemäßigterem Druck herausgespült werden kann. An dem An­ schlußstutzen 43 kann auch noch eine Entlüftungsdrossel 47 vorgesehen sein, die über die Leitung 48 mit der Zuführlei­ tung 11 zum Ölbehälter 12 verbunden ist. Es wird dadurch die Gewähr dafür gegeben, daß durch den Wärmetauscher 33 weit­ gehend entlüftetes und aufgeheiztes Öl geführt wird. Selbst wenn das aber nicht der Fall sein sollte, so wird auch das noch mit Luft angerichtete Öl durch die Wirkung der Rück­ förderpumpe 8 durch den Wärmetauscher 33 gedrückt.

Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, daß auch die Kraft­ fahrzeugheizung mit wesentlich höheren Temperaturen betrieben werden kann und daß der Wärmeinhalt des Öles wegen der höheren Temperatur auch größer ist. Da das Öl zudem die Wärme gut hält, steht auch nach längeren Standpausen des Motors verhältnis­ mäßig schnell wieder Wärme für die Heizung zur Verfügung. Dazu kommt, daß der Kühlwasserkreislauf, der nur noch den Zylinder­ kopf zu kühlen hat, im Volumen kleiner ausgebildet werden kann. Auch die Kühlwassermenge kann dadurch schneller auf Temperatur gebracht werden und gibt zusätzlich Wärme wieder an das Öl ab.

Durch die neue Kühlanordnung können Motoren, insbesondere Kraft­ fahrzeugmotoren, intensiv gekühlt werden. Trotzdem kann die Betriebstemperatur schneller als bei bisher bekannten Bauformen erreicht werden, so daß sich auch günstige Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch und auf die Abgasemission ergeben.

Claims (7)

1. Brennkraftmaschine mit einem durch Kühlwasser aus einem Kühlwasserkreis gekühlten Zylinderkopf und mit einem durch Schmieröl aus einem Schmierölkreis gekühlten Zylinderge­ häuse, wobei im Schmierölkreis eine erste Druckölpumpe vor­ gesehen ist, von der Schmieröl aus einem Ölbehälter abgesaugt und in Abhängigkeit der Öltemperatur direkt oder nach Durch­ strömen eines Ölkühlers in einen Schmieröl-Hauptkanal zur Schmierung der Triebwerksteile gefördert wird und wobei eine zweite Druckölpumpe vorgesehen ist, von der zumindest das aus den Lagerstellen der kurbelgehäuseseitigen Trieb­ werksteile in einen Auffangraum abtropfende Schmieröl ab­ gesaugt und als Kühlöl in einen die Zylinder umgebenden Kühl­ mantel gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das an den Lagerstellen sämtlicher Triebwerksteile an­ fallende Schmieröl im Auffangraum (6) gesammelt und von der zweiten Druckölpumpe (8) intermittierend durch den Kühl­ mantel und durch eine sich anschließende Rückführleitung (11) in den außerhalb des Motorgehäuses (3) angeordneten Ölbehälter (12) gefördert wird, in dem Mittel zur Entgasung des Schmieröles vorgesehen sind und der über eine Leitung (15) mit der ersten Druckölpumpe (10) verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entgasung des Schmieröles im Ölbehälter (12) ein Prallblech (13) angeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlräume im oberen Kurbelgehäuseteil (3) so angeordnet sind, daß die Wände der Zylinder (4) maximal nur auf Hublänge (h) gekühlt sind.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (a) der im oberen Kurbelgehäuseteil (3) an­ geordneten Kühlräume im Bereich der Zylinder nur etwa ²/₃ der Hublänge (h) beträgt.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Rückführleitung (11) eine Vorlaufleitung (42) mit einem Steuerventil (34) und einer Entlüftungsdrossel (47) zu einem Heizungs-Wärmetauscher (33) abgezweigt ist, der über eine Rücklaufleitung (44) mit dem Auffangraum (6) bzw. der Saugseite der zweiten Druckölpumpe (8) verbunden ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Entlüftungsdrossel (47) eine zum Ölbehälter (12) führende Verbindungsleitung (48) vorgesehen ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungs-Wärmetauscher (33) durch eine zwischen Steuerventil ( 34) und Entlüftungsdrossel (47) von der Vor­ laufleitung (42) abführende Bypaßleitung (45) überbrückt ist.