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Dokumentenidentifikation DE3620903A1 23.12.1987
Titel Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einer Aufteilung in einen Schmierölkreislauf und einen Rückkühlkreislauf
Anmelder Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln, DE
Erfinder Finsterwalder, Gerhard, 5060 Bergisch Gladbach, DE
DE-Anmeldedatum 21.06.1986
DE-Aktenzeichen 3620903
Offenlegungstag 23.12.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.12.1987
IPC-Hauptklasse F01P 11/08
IPC-Nebenklasse F01M 5/00   F01M 1/02   
IPC additional class // B60H 1/00  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere ölgekühlte Brennkraftmaschine, mit getrennt voneinander ausgeführtem Schmieröl- und Kühlölkreislauf mit einem Ölkühler.

Es ist durch die DE-PS 6 48 930 eine ölgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine in einen Schmieröl- und einen Kühlkreislauf aufgeteilt ist, die voneinander getrennt sind. Jeder Ölkreislauf ist mit einer eigenen Schmierölpumpe versehen.

Der ständige Antrieb der Schmierölpumpe zur Umwälzung des Öls im Kühlölkreislauf verzögert das gewollte schnelle Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart. Die gleich bei lnbetriebsetzung der Brennkraftmaschine mitlaufende Pumpe für den Kühlölkreislauf verursacht die Umwälzung von erheblichen Ölströmen im Kühlkreislauf auch dann, wenn noch keine Notwendigkeit zur Rückkühlung besteht. Durch das Umwälzen des kalten, zähflüssigen Öls ergeben sich hohe Pumpendrücke; diese erfordern entsprechend hochdruckbeständige Kühler, Verbindungsleitungen und Armaturen. Weiter muß eine höhere Antriebsleistung für die Umwälzpumpe berücksichtigt werden, die bei erkaltetem Öl erheblich zunimmt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine, insbesondere ölgekühlt, der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß das Kaltstartproblem beseitigt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rückkühlölkreislauf als Niederdruckkreislauf ausgelegt ist und der Ölkühler den höchsten Punkt des Kühlkreislaufs bildet. Der Kühlölkreislauf im Niederdruck erlaubt die vorteilhafte Verwendung von kostengünstigeren Bauteilen, wie Ölpumpe, Verbindungsleitungen, Ölkühler und Armaturen, da keine Hochdruckfestigkeit erforderlich ist.

ln weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Kühlölpumpe, die Umwälzpumpe im Kühlölkreislauf, öltemperaturabhängig gesteuert ist. Damit wird die Kühlölpumpe nur eingeschaltet, immer dann, wenn zum Beispiel das Öl eine Temperatur erreicht, bei der ein Kühlen notwendig wird. Die Bedarfssteuerung, d.h. die Einschaltung der Kühlölpumpe nur bei Erreichung einer vorgegebenen Temperatur bietet den Vorteil, daß die Brennkraftmaschine schneller die Betriebstemperatur erreicht und weiter, daß sich die schnellere Erwärmung der Brennkraftmaschine verschleißmindernd auswirkt, da die Kaltlaufphase verkürzt wird. Außerdem stellt sich vorteilhaft ein günstigerer Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine ein, da der Antrieb der Kühlölpumpe im kalten Zustand der Brennkraftmaschine entfällt, und die gerade bei der Förderung von kaltem Öl eine hohe Antriebsleistung verlangt.

Die Beaufschlagung des Kühlölkreislaufs in Abhängigkeit von der Öltemperatur bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, den Installationsaufwand zu verringern. Durch die Möglichkeit, das Umwälzen des Öls im kalten Zustand zu vermeiden, entfällt auch der Antrieb der Pumpe, deren Leistungsaufnahme bei der Förderung von kaltem und damit dickflüssigem und zähem Öl wesentlich ansteigt. Weiter wird der Systemdruck ebenso erheblich gesenkt. Damit können für Niederdruck ausgelegte Armaturen und Leitungen verwendet werden, die den Installationsaufwand und Kosten erheblich verringern.

Der Erfindungsgedanke bietet darüber hinaus den Vorteil, daß sich kein Kaltölpfropfen im Ölkühler bilden kann, da der Ölkühler erfindungsgemäß ausschließlich mit erwärmtem, zu kühlenden Öl beaufschlagt wird. Bei abnehmender Öltemperatur kann das Öl aus dem Ölkühler durch die stillstehende Kühlölpumpe leerlaufen. Bei früheren Installationen konnte es dazu kommen, daß, wenn das im Ölkühler erkaltete zähe Öl den Durchfluß versperrte und der Ölkühler beim Motorstart mit kaltem Öl beaufschlagt wurde, keine Möglichkeit bestand, den Kaltölpfropfen zu beseitigen und damit den Ölkühler funktionsfähig zu machen. Der sich aufbauende hohe Öldruck wurde dann über ein Öldruckventil abgesteuert.

Als Kühlölpumpe ist nach dem Erfindungsgedanken eine Zentrifugalpumpe vorgesehen, die es erlaubt, daß vorteilhaft bei Stillstand der Zentrifugalpumpe die Pumpe selbst wie auch das dazugehörige Leitungssystem, Druckleitungen, leerlaufen kann und dabei Luft durch die oberhalb des Ölspiegels mündende Rücklaufleitung aus dem Kurbelgehäuse zieht. Vorgesehen ist dabei die Anordnung der einzelnen Komponenten, wie Druckleitungen und Kühler oberhalb der Zentrifugalölpumpe. Die Zentrifugalpumpe ist außerdem kostengünstig und für den vorgesehenen Kühlölkreislauf völlig ausreichend.

Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht vor, daß die Kühlölpumpe unterhalb des Ölspiegels der Schmierölwanne angebracht ist. Damit ist eine Selbstansaugung immer gewährleistet und der Ansaugwiderstand der Kühlölpumpe gering. Die Kühlölpumpe ist dabei innerhalb, aber auch außerhalb der Schmierölwanne anbaubar. Bei einer außerhalb der Schmierölwanne angeordneter Kühlölpumpe besteht eine direkte Verbindung zwischen beiden Bauteilen. Zu beachten ist dabei die Einhaltung eines kurzen Abstandes.

Die Ansprüche 6 und 7 der vorliegenden Erfindung sehen vor, daß die Kühlölpumpe durch einen Öltemperaturschalter ein- und ausgeschaltet wird. Insbesondere für elektrisch angetriebene Kühlölpumpen bietet sich die Verwendung eines Öltemperaturschalters an, der beispielsweise bei Einbau der Kühlölpumpen im Ölsumpf der Schmierölwanne direkt an der Ölpumpe angeflanscht sein kann und so eine kompakte Baueinheit bildet. Darüber hinaus ist auch ein Öltemperaturschalter einsetzbar, der durch einen Thermostat beaufschlagt wird. Insbesondere bei außerhalb der Schmierölwanne angebauten Kühlölpumpen sieht die Erfindung den Anbau des Öltemperaturschalters an einer beliebigen Stelle im Schmierölkreislauf, d.h. Hochdruckkreislauf, einschließlich der Schmierölwanne vor.

Der Anbau des Ölkühlers nach dem Erfindungsgedanken erfolgt so, daß der Rücklauf insbesondere oberhalb des Ölspiegels der Ölwanne in das Kurbelgehäuse mündet. Durch eine Ölkühlerlage über dem Ölspiegel und einen Verlauf der Zu- und Rücklaufleitungen, die ein natürliches Gefälle zeigen, wird erreicht, daß alles Öl aus dem Ölkühler wie auch aus den Leitungen nach Stillsetzung der Brennkraftmaschine in die Ölwanne zurücklaufen kann. Diese Ölkühlerlage verhindert vorteilhaft eine Kaltölpfropfenbildung im Ölkühler.

Der Anspruch 9 sieht vor, daß vorteilhaft der Schmieröl- und der Kühlölkreislauf einen gemeinsamen Ölsumpf aufweisen, von dem beide Kreisläufe gespeist werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Volumen der Schmierölwanne zur Aufnahme des gesamten Umlauföls von dem Schmieröl- und Kühlölkreislauf ausgelegt ist. Ebenfalls ist die Kontrolleinrichtung, z.B. Peilstab, so ausgelegt, daß alles Umlauföl aufgenommen und gemessen werden kann, ohne daß die höchstzulässige Markierung, d.h. maximaler Ölstand, überschritten wird.

Der Anspruch 11 beschreibt die Verwendung des Motorölkühlers auch als Heißluftwärmetauscher. Insbesondere im Fahrzeugeinsatz bietet es sich an, die anfallende Motorwärme - übertragen auf das Kühlöl - zur Fahrerhaus beheizung zu nutzen. Vorteilhaft ist es dabei, den Ölkühler in Fahrerhausnähe zu plazieren und durch zweckdienliche Luftleitbleche die vom Fahrtwind und/oder zusätzlich von einem am Ölkühler installierten Lüfter die erwärmte Luft in das Fahrerhaus zu leiten. Zur besseren Einflußnahme auf die Temperatur im Fahrerhaus kann z.B. der Fahrer den Zeitpunkt bestimmen, ab wann die Kühlölpumpe läuft. Dies gilt für den Temperaturbereich unterhalb des Schaltpunktes vom Öltemperaturschalter, um auch beispielsweise im Teillastbereich der Brennkraftmaschine eine gewisse Heizwirkung zu erzielen. Ebenso kann die Lüfterbetätigung auf den Fahrer übertragen werden, die ansonsten von einem Temperaturschalter erfolgt. Alternativ sieht die Erfindung vor, daß ein zusätzlicher Temperaturschalter bzw. ein Thermostat sicherstellt, daß die Heizung erst ab einer Mindestöltemperatur einschaltbar ist. Der Kühlerlüfter kann weiter ausschließlich zur besseren Kühlung des Öls im Ölkühler dienen, beispielsweise beim Betrieb der Brennkraftmaschine in hohen Umgebungstemperaturen sowie bei Stationärmotoren.

Ein Ausführungsbeispiel, das zur weiteren Erläuterung der Erfindung beitragen soll, ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt:

den Rückkühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, ausgelegt als Niederdruckkreis.

Die Darstellung zeigt die Brennkraftmaschine 1 in vereinfachter Darstellung. Als Beispiel wurde ein Reihenmotor beliebiger Zylinderzahl gewählt. Die Darstellung zeigt in der Schmierölwanne 3 unterhalb des Ölspiegels 8 die im Schmierölsumpf 4 angeordnete Kühlölpumpe 6, die erfindungsgemäß als Zentrifugalpumpe ausgelegt ist. Eine solche Pumpe bietet den Vorteil, daß bei Stillstand der Brennkraftmaschine 1 das druckseitige Rückkühlsystem leerlaufen kann, da die Kühlölpumpe 6 nicht druckhaltend wirkt. Die an der Kühlölpumpe 6 befindliche Ansaugleitung 5 ist so verlegt, daß von der tiefsten Stelle der Schmierölwanne 3 Öl angesaugt werden kann. Der Öltemperaturschalter 7 dient zum Ein- und Ausschalten der vorteilhaft elektrisch angetriebenen Kühlölpumpe 6. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich der Öltemperaturschalter 7 unmittelbar im Gehäuse der Kühlölpumpe 6, kann jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle im Hochdruckschmierölkreis bzw. in der Schmierölwanne 3 angeordnet sein. Der über der Brennkraftmaschine 1 angeordnete Ölkühler 15 ist durch die Druckleitung 10 mit der Kühlölpumpe 6 verbunden. Die Ölrückkühlung im Ölkühler 15 wird beispielsweise durch den Fahrtwind bei Fahrzeugeinsatz und/oder durch einen Lüfter 16 erreicht, der für einen Luftstrom durch den Kühler sorgt. Der erwärmte Luftstrom auf der Austrittsseite des Ölkühlers 15 kann beispielsweise zur Fahrerhausheizung genutzt werden. Dabei ist gedacht, daß der Fahrer den Öltemperaturschalter 7 auch vor Erreichen des vorgegebenen Schaltpunktes betätigen kann, um beispielsweise auch im Teillastbereich der Brennkraftmaschine eine gewisse Heizwirkung zu erhalten. Der durch den Lüfterschalter 17, vorteilhaft Thermostat, betätigte Lüfter 16 kann ebenso getrennt zur Verstärkung des Warmluftstroms aus dem Ölkühler 15 eingeschaltet werden. Weiter sieht die Erfindung vor, daß bei hohen Umgebungstemperaturen und nicht benötigtem Warmluftstrom dieser durch nicht dargestellte Leitbleche gezielt abgelenkt werden kann. Damit alles Öl aus dem Ölkühler 15 in die Schmierölwanne 3 nach Stillstand der Brennkraftmaschine 1 zurücklaufen kann, sieht die Erfindung vor, daß die Rücklaufleitung 14 am unteren Teil des Ölkühlers 15 angeschlossen ist und ein natürliches Gefälle zur Brennkraftmaschine 1 besteht. Zudem ist der Eintritt 12 der Rücklaufleitung 14 oberhalb des Ölspiegels 8 angebracht, so daß das Kühlöl durch die als Zentrifugalpumpe ausgebildete Kühlölpumpe 6 aus dem Ölkühler 15 ablaufen kann und dabei Luft aus dem Kurbelgegehäuseraum 2 über die Rücklaufleitung 14 ansaugt.


Anspruch[de]
  1. 1. Brennkraftmaschine, insbesondere ölgekühlte Brennkraftmaschine, mit getrennt voneinander ausgeführtem Schmieröl- und Kühlölkreislauf mit einem Ölkühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlölkreislauf als Niederdruckkreislauf ausgelegt ist und der Ölkühler (12) den höchsten Punkt des Kühlölkreislaufs bildet und einen drucklosen Ablauf aufweist.
  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kühlölkreislauf eine Kühlölpumpe (6) temperaturabhängig gesteuert ist.
  3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlölpumpe (6) als Zentrifugalpumpe ausgebildet ist.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlölpumpe (6) innerhalb einer Schmierölwanne (3) unterhalb des Ölspiegels (8) angeordnet ist.
  5. 5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlölpumpe (6) außerhalb der Schmierölwanne (3) unterhalb des Ölspiegels (8) angeordnet ist.
  6. 6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlölpumpe (6) durch einen Öltemperaturschalter (7) ein- und ausschaltbar ist.
  7. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öltemperaturschalter (7) an beliebiger Stelle im Schmierölkreislauf bzw. in der Schmierölwanne (3), insbesondere im Schmierölkreislauf, angeordnet ist.
  8. 8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölkühler (12) so angebracht ist, daß eine Rücklaufleitung (14) in das Kurbelgehäuse (2) mündet, insbesondere oberhalb des Ölspiegels (8), und ein natürliches Gefälle zur Brennkraftmaschine (1) besitzt.
  9. 9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmieröl- und Kühlölkreislauf einen gemeinsamen Ölsumpf (4) aufweisen.
  10. 10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölwanne (3) zur Aufnahme des gesamten Umlauföls des Kühlölkreislaufs ausgebildet ist.
  11. 11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölkühler (12) als Heißluft-Wärmetauscher Anwendung findet.






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