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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Regeln der Temperatur des Schmieröls für die mechanischen Organe eines
Verbrennungsmotors. Die Erfindung findet vor allem in der Automobilindustrie Anwendung.
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Ein Verbrennungsmotor weist im Allgemeinen
ein Zylindergehäuse,
einen Zylinderkopf und eine Ölwanne
auf. Das Öl
wird von einer Ölpumpe
in seine Wanne gesaugt und im Motor verteilt, um die Organe im Zylindergehäuse und
im Zylinderkopf zu schmieren.
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Die Temperatur des Motor-Schmieröls stellt einen
wichtigen Parameter zum Verringern der Reibungs- oder passiven Verluste
im Motor dar.
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Aus der FR 2 544 793 ist ein Verfahren
zur schnellen Erwärmung
und Temperaturregelung des Schmieröls eines Motors bekannt. Dieses
Verfahren besteht darin, an den oberen Bereichen der Zylinder oder
den Büchsen
des Motors für
einen Wärmeaustausch
zwischen dem Kühlfluid
des Kühlkreislaufs des
Motors und dem Schmieröl
zu sorgen. Das in die Ölwanne
gesaugte Öl
kommt in Wärmeaustausch
mit der Kühlflüssigkeit,
bevor es den Zylinderkopf schmiert. Ein Teil des Öls, das
im Zylinderkopf zirkuliert ist, zirkuliert im Zylindergehäuse, bevor
es in die Ölwanne
zurückkehrt.
Bei einem Kaltstart des Motors wird das Öl durch eine Schleifenzirkulation
mittels einer volumetrischen Pumpe und durch Wärmeaustausch mit dem Zylinderkopf
schnell erwärmt.
So wird das Schmieröl
genutzt, um die vom Zylinderkopf kommenden Kalorien aufzufangen,
dessen Temperaturen die der Zylinder oder Büchsen übersteigen können. Bei
normalem Betrieb des Motors gibt das Öl Kalorien an die Kühlflüssigkeit
ab, wodurch die Wärmeregelung
des Öls
sichergestellt ist. Dieses Verfahren erlaubt zum einen, die Reibungen
im Motor zu verringern und zum anderen ein Öl mit geringer Viskosität zu verwenden.
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Es ist jedoch festzustellen, dass
auch bei dem in der FR 2 544 793 beschriebenen Verfahren die Reibungen
im Motor stark bleiben.
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Außerdem ist bekannt, dass die
Schmierung im oberen Motorberereich eine „gemischte" Schmierung ist,
das heißt
die mechanischen Teile sind stellenweise in Metall/Metall-Kontakt
und an anderen Stellen durch einen Ölfilm voneinander getrennt;
dagegen ist die Schmierung im unteren Motorbereich „hydrodynamisch",
das heißt,
die Teile sind durch einen Ölfilm
voneinander getrennt.
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Außerdem haben von der Anmelderin
durchgeführte
Versuche zum einen gezeigt, dass die Reibungen im oberen Motor (Zylinderkopf)
abnehmen, wenn die Sommerfeld-Zahl S = μN/ P steigt (wobei μ die dynamische
Viskosität
des Öls
in Pa · s
und N die Drehzahl in Umdrehungen/Min. und P die Gewichtskraft in
N ist), und zum anderen, dass die Reibungen im unteren Motor (Zylinderblock)
mit steigender Sommerfeld-Zahl zunehmen. So muss zum Verringern der
Reibungen im oberen Motor bei konstanter Drehzahl und Gewichtskraft
die Öltemperatur
gesenkt, zum Verringern der Reibungen im unteren Motor hingegen
erhöht
werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
darin, ein Verfahren zum Temperaturregeln des Schmieröls für die mechanischen
Organe eines Verbrennungsmotors vorzuschlagen, das die oben gezeigten
Nachteile des Stands der Technik ganz oder teilweise behebt. Insbesondere
besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Temperaturregeln
des Schmieröls
vorzuschlagen, das die Reibungen im Motor gegenüber dem Stand der Technik minimiert.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
zum Regeln der Temperatur des Schmieröls für die mechanischen Organe eines
Verbrennungsmotors erfüllt,
bei dem die Temperaturen des im ersten und zweiten Schmierkreislauf
zirkulierenden Schmieröls unabhängig voneinander
geregelt werden, wobei der Motor einen Zylinderblock, einen Zylinderkopf,
eine Ölwanne
und eine Einrichtung zum Ansaugen des Öls in einen ersten und einen
zweiten Schmierkreislauf der mechanischen Organe im Zylindergehäuse beziehungsweise
im Zylinderkopf aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin, eine Vorrichtung zum Regeln der Temperatur des Schmieröls für die mechanischen
Organe eines Verbrennungsmotors vorzuschlagen, die dieses Verfahren
einsetzt.
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Diese Aufgabe wird dadurch erfüllt, dass
die Vorrichtung zum Regeln der Temperatur des Schmieröls für die mechanischen
Organe eines Verbrennungsmotors erste und zweite Mittel zum Regeln der Öltemperatur
des ersten beziehungsweise des zweiten Schmierkreislaufs, eine Einrichtung
zum Messen der Öltemperatur
sowie eine Einrichtung zum automatischen Steuern der Mittel zum
Regeln der Öltemperatur
des ersten und zweiten Schmierkreislaufs abhängig von der gemessenen Öltemperatur
aufweist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal lassen
sich die ersten und zweiten Mittel zum Regeln von der Steuereinrichtung
zwischen einem inaktiven und einem aktiven Zustand umschalten, wobei
der aktive Zustand der Mittel zum Regeln entweder zum Kühlen oder
zum Erwärmen
des im betreffenden Schmierkreislauf zirkulierenden Öls dient.
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Gemäß einem weiteren Merkmal werden
die ersten Mittel zum Regeln des Öls aktiviert, wenn die Öltemperatur
niedriger ist als eine Referenztemperatur, um das im ersten Schmierkreislauf
zirkulierende Öl
zu erwärmen,
wobei die zweiten Mittel zum Regeln entweder deaktiviert oder aktiviert
werden, um das im zweiten Schmierkreislauf zirkulierende Öl zu kühlen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal beträgt die Referenztemperatur
zwischen circa 80 und 120 Grad.
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Gemäß einem weiteren Merkmal werden
die ersten Mittel zum Regeln deaktiviert, wenn die Temperatur des
Schmieröls
zwischen der Referenztemperatur und einer Grenztemperatur liegt,
während
die zweiten Mittel zum Regeln aktiviert werden, um das im zweiten
Schmierkreislauf zirkulierende Öl
zu kühlen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal werden
die ersten und zweiten Mittel zum Regeln aktiviert, wenn die Temperatur
des Schmieröls
eine Grenztemperatur übersteigt,
um das im ersten beziehungsweise zweiten Schmierkreislauf zirkulierende Öl zu kühlen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal weisen
die ersten und zweiten Mittel zum Regeln der Öltemperatur jeweils einen Tauscher
und zugehörige
Schaltmittel auf, wobei die Tauscher vor dem ersten beziehungsweise
zweiten Schmierkreislauf angeordnet sind und die Schaltmittel es
erlauben, das Schmieröl wahlweise
in Wärmeaustausch
mit der Kühlflüssigkeit
eines Kühlkreislaufs
des Motors zu bringen oder nicht.
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Gemäß einem weiteren Merkmal bringen
die Schaltmittel die Kühlflüssigkeit
und das Öl
des ersten Schmierkreislaufs in Wärmeaustausch und deaktivieren
den Wärmeaustausch
der Kühlflüssigkeit
mit dem Öl
des zweiten Schmierkreislaufs, wenn die Temperatur des Schmieröls bei normalem
Betrieb des Motors unter der stabilisierten Maximaltemperatur der
Kühlflüssigkeit
liegt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal bringen
die Schaltmittel die Kühlflüssigkeit
und das Öl
des zweiten Schmierkreislaufs in Wärmeaustausch und deaktivieren
den Wärmeaustausch
der Kühlflüssigkeit
mit dem Öl
des ersten Schmierkreislaufs, wenn die Temperatur des Schmieröls zwischen
der stabilisierten Maximaltemperatur der Kühlflüssigkeit und einer Grenztemperatur
liegt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal bringen
die Schaltmittel die Kühlflüssigkeit
und das Öl
des ersten und zweiten Schmierkreislaufs in Wärmeaustausch, wenn die Temperatur
des Schmieröls
höher ist
als eine Grenztemperatur.
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Gemäß einem weiteren Merkmal beträgt die Grenztemperatur
zwischen circa 140 und 180 Grad.
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Gemäß einem weiteren Merkmal ist
die stabilisierte Maximaltemperatur der Kühlflüssigkeit ein fester, der Steuereinrichtung
bekannter Wert oder ein variabler, in Echtzeit gemessener Wert.
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Gemäß einem weiteren Merkmal weist
der Kühlkreislauf
zwei parallele Abzweigungen auf, wobei jeder der beiden Wege einer
Abzweigung ein Ventil aufweist, welches das zum betreffenden Tauscher
gehörige
Schaltmittel bildet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden bei der Lektüre
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich, die sich
auf die beigefügten
Zeichnungen bezieht.
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1 zeigt
eine schematische, perspektivische Teilansicht eines Motors, der
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Temperaturregeln von Schmieröl
ausgestattet ist.
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2 zeigt
schematisch das Funktionsprinzip der Vorrichtung zum Temperaturregeln
von Schmieröl
aus 1.
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Nun wird die Erfindung unter Bezugnahme auf
die 1 und 2 beschrieben.
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1 zeigt
in schematischer Teilansicht einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock 1, einem
Zylinderkopf 2, einer Ölwanne 3 und
einer Einrichtung 12 zum Ansaugen von Öl. Die Ansaugeinrichtung 12 kann
aus einer Ölpumpe
bestehen. Die Ölpumpe 12 saugt
das Öl
aus der Wanne 3 mit einem Saugkopf 13 in einen
ersten Kreislauf 4A zum Schmieren der mechanischen Organe
im Zylindergehäuse 1 und
zu einem zweiten Kreislauf 4B zum Schmieren der mechanischen
Organe im Zylinderkopf 2. Zu den mechanischen Organen,
die im Zylinderblock 1 geschmiert werden sollen, gehören zum Beispiel
die Kurbelwellenlager, die Pleuelstangenköpfe sowie die Kolben/Büchsen-Kontakte.
Zu den mechanischen Organen, die im Zylinderkopf 2 geschmiert
werden sollen, gehören
dagegen die Nockenwellenlager sowie die Kontakte Nocke/Stößel oder
Nocke/Kipper.
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Wie in 1 dargestellt,
können
der erste Schmierkreislauf 4A und der zweite Schmierkreislauf 4B zwei
Abschnitte ein und desselben Schmierkreislaufs bilden. Das heißt, das
von der Pumpe 12 angesaugte Öl teilt sich auf der Höhe einer
Abzweigung zwischen dem Zylindergehäuse 1 und dem Zylinderkopf 2.
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Der Motor weist auch einen Kühlkreislauf 9 auf,
in dem eine Kühlflüssigkeit
zirkuliert. Der Einfachheit halber ist der Kühlkreislauf 9 in 1 nur schematisch und teilweise
dargestellt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperaturregeln
des Schmieröls
umfasst erste Mittel 5, 8A, 8B zum Regeln
der Temperatur des im ersten Schmierkreislauf 4A zirkulierenden Öls und zweite
Mittel 6, 7A, 7B zum Temperaturregeln
des im zweiten Schmierkreislauf 4B zirkulierenden Öls.
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Wie in 2 dargestellt,
umfasst die Vorrichtung zum Regeln der Temperatur des Schmieröls außerdem eine
Einrichtung 10 zum Messen der Temperatur des Schmieröls. Die
Messeinrichtung 10 kann aus einer in die Ölwanne 3 eingetauchten
Sonde oder jedem anderen geeigneten Mittel bestehen. Die Vorrichtung
weist außerdem
eine Einrichtung 11 zur automatischen Steuerung der Mittel 6, 7A, 7B; 5, 8A, 8B zum
Temperaturregeln des ersten Schmierkreislaufs 4A und des
zweiten Schmierkreislaufs 4B abhängig von der von den Mitteln 10 gemessenen Öltemperatur
auf. Die Steuereinrichtung 11 weist beispielsweise eine
Einrichtung zur elektronischen Datenverarbeitung von der Art eines
Rechners oder ein anderes gleichwertiges Mittel auf.
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In dem in 1 dargestellten Beispiel werden die ersten
und zweiten Mittel zum Regeln der Temperatur des Öls jeweils
von einem Tauscher 5, 6 gebildet, der entsprechenden
Schaltmitteln 8A, 8B; 7A, 7B zugeordnet
ist. Die Schaltmittel 7A, 7B; 8A, 8B dienen
dazu, die Kühlflüssigkeit
in Wärmeaustausch
mit dem Schmieröl
zu bringen oder nicht.
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Die Tauscher 5, 6 sind
vor dem ersten Schmierkreislauf 4A beziehungsweise dem
zweiten Schmierkreislauf 4B angeordnet, das heißt stromaufwärts des
Zylindergehäuses 1 beziehungsweise
des Zylinderkopfs 2.
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Die jedem Tauscher 5, 6 zugeordneten Schaltmittel
werden von einem Paar Ventile 8A, 8B; 7A, 7B gebildet,
die die Zirkulation der Kühlflüssigkeit im
Tauscher entweder zulassen oder nicht. Das heißt der Kühlkreislauf 9 umfasst
zwei parallele Abzweigungen, die im betreffenden Schmierkreislauf 4A, 4B einen
Wärmeaustausch
zwischen dem Öl
und der Kühlflüssigkeit
erlauben oder nicht.
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Jeder der parallelen Wege einer Abzweigung umfasst
ein Ventil 7A, 7B; 8A, 8B. So
zirkuliert die Kühlflüssigkeit
im betreffenden Tauscher 6, 5, wenn ein erstes
Ventil 7A, 8A des Ventilpaars 7A,
7B ; 8A, 8B geöffnet und
das zweite Ventil 7B, 8B geschlossen ist. Wenn
das zweite Ventil 7B, 8B offen und das erste Ventil 7A, 8A geschlossen
ist, zirkuliert die Kühlflüssigkeit
im betreffenden Tauscher 6, 5 nicht.
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Wenn die Einrichtung 10 zum
Messen der Schmieröltemperatur
eine Temperatur unter der Referenztemperatur Tr misst, bringt die
Steuereinrichtung 11 die Kühlflüssigkeit und das Öl des ersten Schmierkreislaufs 4A erfindungsgemäß in Wärmeaustausch
und deaktiviert den Wärmeaustausch
der Kühlflüssigkeit
mit dem Öl
des zweiten Schmierkreislaufs 4B (2). In dem nachfolgend beschriebenen,
nicht einschränkenden
Beispiel kann die Referenztemperatur Tr die stabilisierte Maximaltemperatur
Ts der Kühlflüssigkeit
bei normalem Betrieb des Motors sein. Die stabilisierte Maximaltemperatur
Ts der Kühlflüssigkeit,
die für
jeden Motortyp bekannt und/oder gemessen ist, kann zwischen circa
80 und 120 Grad betragen. Das heißt, wenn die Öltemperatur
niedriger ist als eine Temperatur Ts von beispielsweise circa 90
Grad, wird die Kühlflüssigkeit
in Wärmeaustausch
mit dem Öl
im Tauscher des Schmierkreislaufs 4A des Zylindergehäuses 1 gebracht,
nicht aber im Tauscher 6 des Schmierkreislaufs 4B des
Zylinderkopfs 2.
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Auf diese Weise wird das Erwärmen des Schmieröls für die mechanischen
Organe des Zylindergehäuses 1 beschleunigt,
ohne dass das Erwärmen
des Schmieröls
für die
mechanischen Organe des Zylinderkopfs 2 beschleunigt wird.
Denn es wurde festgestellt, dass in dieser ersten Phase, die auf einen
Kaltstart des Motors folgt, die Temperatur der Kühlflüssigkeit schneller ansteigt
als die des Schmieröls.
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Wenn die Temperatur des Schmieröls zwischen
der stabilisierten Maximaltemperatur Ts der Kühlflüssigkeit und einer Grenztemperatur
Tmax zwischen circa 140 und 180 Grad liegt, bringen die Schaltmittel 7A, 7B; 8A, 8B die
Kühlflüssigkeit
und das Öl
des zweiten Schmierkreislaufs 4B in Wärmeaustausch und deaktivieren
den Wärmeaustausch des
Wassers mit dem Öl
des ersten Schmierkreislaufs (4A), damit dieses nicht abkühlt.
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Das heißt wenn die Öltemperatur
zwischen der stabilisierten Maximaltemperatur Ts der Kühlflüssigkeit
und einer Grenztemperatur Tmax von vorzugsweise circa 155 Grad liegt,
wird die Kühlflüssigkeit
in Wärmeaustausch
mit dem Öl
im Tauscher 6 des Schmierkreislaufs 4B des Zylinderkopfs 2 gebracht,
aber nicht im Tauscher 5 des Schmierkreislaufs 4A des
Zylindergehäuses 1.
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Auf diese Weise wird das im Zylinderkopf 2 zirkulierende Öl gekühlt, nicht
hingegen das Öl
zum Schmieren des Zylinderblocks 1. Denn in dieser zweiten
Phase stabilisiert sich die Temperatur der Kühlflüssigkeit um eine Temperatur
von beispielsweise circa 90 Grad, während die Temperatur des Schmieröls weiter
auf gut über
90 Grad steigt.
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Die stabilisierte Maximaltemperatur
Ts der Kühlflüssigkeit
ist entweder ein fester, der Steuereinrichtung 11 bekannter
oder ein in Echtzeit gemessener Wert. Im letztgenannten Fall umfasst
die erfindungsgemäße Regelvorrichtung
eine (nicht dargestellte) Einrichtung zum Messen der Temperatur
der Kühlflüssigkeit.
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Schließlich stellt die Steuereinrichtung 11 die Schaltmittel 7A, 7B; 8A, 8B so
ein, dass die Kühlflüssigkeit
und das Öl
des ersten Schmierkreislaufs 4A und des zweiten Schmierkreislaufs 4B in
Wärmeaustausch
gebracht werden, wenn die Temperatur des Schmieröls höher ist als eine Grenztemperatur
Tmax zwischen circa 140 und 180 Grad.
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Somit erfolgt ein Kühlen des Öls, das
im Zylindergehäuse 1 und
im Zylinderkopf 2 zirkulieren soll. Auf diese Weise lässt sich
verhindern, dass bestimmte mechanische Organe wie etwa Lagerfutter durch
zu heißes Öl beschädigt werden.
Denn während
der dritten Phase ist die Temperatur der Kühlflüssigkeit noch immer um etwa
90 Grad stabil.
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Es ist festzustellen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Temperaturregeln von Schmieröl
die Reibungen im Motor gegenüber
dem Stand der Technik deutlich verringert.
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Diese Verringerung der passiven Verluste
im Motor lässt
sich vor allem dadurch erklären,
dass die erfindungsgemäß geregelten Öltemperaturen
im oberen und unteren Motor besser an die Schmierarten der geschmierten
mechanischen Organe angepasst sind.
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Wenngleich die Erfindung anhand besonderer
Ausführungsarten
beschrieben wurde, deckt sie sämtliche
technisch entsprechende Mittel ab.