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Dokumentenidentifikation DE19615738A1 23.10.1997
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Motors mit Schmierflüssigkeitskreislauf
Anmelder Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Gasthuber, Herbert, Dipl.-Ing., 89075 Ulm, DE;
Lübbing, Bernd-Eric, Dipl.-Ing., 73061 Ebersbach, DE;
Schulz, Martin, Dipl.-Ing., 73207 Plochingen, DE;
Wiesner, Michael, Dipl.-Ing., 70563 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 20.04.1996
DE-Aktenzeichen 19615738
Offenlegungstag 23.10.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.10.1997
IPC-Hauptklasse F01M 5/00
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Motors, beispielsweise eines Kraftfahrzeugmotors, der einen Schmierflüssigkeitskreislauf beinhaltet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Temperaturniveau im Schmierflüssigkeitskreislauf unabhängig von schwankenden Motorlastbedingungen konstant zu halten, wozu beispielsweise bei sich verringernder Motorlast die Schmierflüssigkeit im Kreislauf beheizt oder dem Schmierflüssigkeitskreislauf ein Teil der Schmierflüssigkeitsmenge entzogen wird. Dadurch läßt sich über den gesamten Motorbetriebsbereich hinweg eine konstante, vorzugsweise geringe Schmierflüssigkeitsviskosität erzielen.
Verwendung z. B. für Kraftfahrzeugmotoren.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Motors, der einen Schmierflüssigkeitskreislauf beinhaltet. Bekanntermaßen gibt der Motor im Betrieb an reibungsbelasteten Stellen Reibungswärme an die Schmierflüssigkeit des Schmierflüssigkeitskreislaufs ab. Da diese Reibungswärme abhängig vom Motorbetriebspunkt unterschiedlich hoch ist, d. h. bei Vollastbetrieb höher als bei Teillastbetrieb, schwankt dementsprechend die Temperatur der Schmierflüssigkeit im Schmierflüssigkeitskreislauf bei wechselnden Motorbetriebsbedingungen, wie sie insbesondere im Fall eines Kraftfahrzeugmotors auftreten, wenn keine gegenwirkenden Maßnahmen getroffen werden.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Betrieb eines Motors mit Schmierflüssigkeitskreislauf zugrunde, mit denen ein Motorbetrieb mit verbessertem Verhalten der Schmierflüssigkeit bei wechselnder Motorlast erzielt wird.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 oder 4 gelöst. Erfindungsgemäß wird das Temperaturniveau im Schmierflüssigkeitskreislauf unabhängig von der momentanen Motorlast auf ein konstantes, vorgegebenes Niveau eingeregelt. Hierzu sind gemäß Anspruch 3 Mittel vorgesehen, der im Schmierflüssigkeitskreislauf befindlichen Schmierflüssigkeit Wärme zuführen, während gemäß Anspruch 4 Mittel zur Regulierung der Menge an Schmierflüssigkeit in dem Kreislauf vorgesehen sind. Mit dem Verfahren nach Anspruch 1 sowie der Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 ist es folglich möglich, im gesamten Motorbetriebsbereich ein im wesentlichen konstantes Temperaturniveau im Schmierflüssigkeitskreislauf aufrechtzuerhalten und damit eine gleichbleibende, vorzugsweise geringe Schmierflüssigkeitsviskosität mit entsprechend niedrigen Reibungsverlusten zu gewährleisten.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Betriebsverfahren wird die Schmierflüssigkeitstemperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf während Motorbetriebsphasen mit geringerer Motorlast dadurch auf einem Temperaturniveau, das während Betriebsphasen mit höherer Motorlast vorliegt, gehalten, daß dem Schmierflüssigkeitskreislauf Wärme zugeführt oder Schmierflüssigkeit teilweise aus dem Kreislauf abgezogen wird. Die letztgenannte Maßnahme bewirkt, daß im Teil- oder Nullastbereich nur noch eine geringere Schmierflüssigkeitsmenge im Schmierflüssigkeitskreislauf von der Reibungswärme des Motors zu erwärmen ist, wodurch sich die Schmierflüssigkeitstemperatur im Kreislauf konstant halten läßt und eine Temperaturabsenkung vermieden wird. Entsprechend wird bei dieser Vorgehensweise im Fall steigender Motorlast zuvor entzogene Schmierflüssigkeit wieder dem Schmierflüssigkeitskreislauf zugeführt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Betrieb eines Motors mit mittels eines Wärmertauschersystems temperierbarem Schmierflüssigkeitskreislauf und

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Betrieb eines Motors mit Schmierflüssigkeitskreislauf mit regelbarer Schmierflüssigkeitsmenge.

Die Fig. 1 zeigt blockdiagrammatisch einen Verbrennungsmotor (1) eines Kraftfahrzeuges, der neben weiteren, herkömmlichen und hier nicht weiter interessierenden Komponenten einen Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) und einen Kühlflüssigkeitskreislauf (1b) beinhaltet. Dem Motor ist eine Vorrichtung zum Betrieb desselben dergestalt zugeordnet, daß die Temperatur der Schmierflüssigkeit im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) unabhängig vom jeweiligen Motorbetriebspunkt im wesentlichen konstant gehalten wird, und zwar auf dem sich ohne Regelungsmaßnahme unter Vollastbedingungen ergebenden Niveau. Die Vorrichtung umfaßt eine Regelungseinheit (2), einen an geeigneter Stelle im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) positionierten Temperatursensor (3), dessen Ausgangssignal der Regelungseinheit (2) zugeführt ist, sowie einen Wärmetauscher (4), dem ein von der Regelungseinheit (2) gesteuerter Temperierfluidkreislauf (5) zugeordnet ist.

Der Wärmetauscher (4) dient zusammen mit dem Temperierfluidkreislauf (5), in welchem in von der Regelungseinheit (2) gesteuerter Weise ein Temperierfluid zirkuliert, zur Erwärmung der Schmierflüssigkeit im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) derart, daß deren Temperatur unabhängig von der Motorlast auf einem im wesentlichen konstanten Niveau gehalten wird. Der Wärmetauscher (4) ist zu diesem Zweck an geeigneter Stelle im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) positioniert. Die Regelungseinheit (2) erfaßt über eine entsprechende Sensorleitung (6) die vom Temperatursensor (3) gemessene Temperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) und regelt diese Temperatur auf ein Niveau ein, welches der Schmierflüssigkeitstemperatur entspricht, die sich aufgrund der bei Motorvollast vorliegenden Reibungsverlustwärme ergibt. Hierzu unterläßt die Regelungseinheit (2) eine Beheizung des Wärmetauschers (4), solange der Motor nach Warmlaufen unter Vollastbedingungen läuft und daher das Soll-Temperaturniveau im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) vorliegt. Sobald ausgehend von einer Vollastbetriebsphase die Motorlast auf Teil- oder Nullast abfällt, würde sich ohne Regelungseingriff die Temperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf aufgrund der geringer werdenden Reibungsverlustwärme verringern, was eine höhere Schmierflüssigkeitsviskosität zur Folge hätte. Dem wirkt die Regelungseinheit (2) dadurch entgegen, daß sie den Temperierfluidkreislauf (5) aktiviert und den Wärmetauscher (4) gerade in dem Maße aufheizt, daß die Temperatur der solchermaßen erwärmten Schmierflüssigkeit im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) auf dem Niveau gehalten wird, das dem Vollastbetrieb entspricht. Die dazu von der Regelungseinheit (2) in den Temperierfluidkreislauf (5) einzuspeisende Wärmemenge (Q) wird hier zweckmäßigerweise von einem Kühlflüssigkeitswärmetauscher (7) zugeführt, mit dem die im Kühlflüssigkeitskreislauf (1b) des Motors (1) zirkulierende Kühlflüssigkeit gekühlt wird. In analoger Weise wie beim beschriebenen Übergang vom Vollastbetrieb auf Teillastbetrieb wird die Schmierflüssigkeit im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) während einer Kaltstartphase beheizt, so daß die Schmierflüssigkeit schneller ihr Soll-Temperaturniveau erreicht.

Alternativ zu der beschriebenen Wärmezufuhr mittels Wärmetauscher (4) und Temperierfluidkreislauf (5) kann die Schmierflüssigkeit im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) bei Bedarf mittels einer elektrischen Heizeinrichtung oder unter Verwendung eines Latentwärmespeichers, die jeweils von der Regelungseinheit (2) geeignet angesteuert werden, beheizt werden. Als weitere Alternative kann bei Bedarf vorgesehen sein, die Solltemperatur etwas unterhalb des bei maximaler Motorlast höchstmöglichen Temperaturwertes zu wählen und den Wärmetauscher (4) im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) samt zugehörigem Temperierfluidkreislauf (5) in einer Kühlkreislauffunktion zur Kühlung der Schmierflüssigkeit zu verwenden, wenn die Schmierflüssigkeitstemperatur über die Solltemperatur ansteigt. Die dadurch dem Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) entzogene Wärme kann dann von der Regelungseinheit (2) gespeichert und über den nunmehr wieder als Heizkreislauf fungierenden Temperierfluidkreislauf (5) und den Wärmetauscher (4) dem Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) wieder zugeführt werden, sobald die Schmierflüssigkeitstemperatur unter die Solltemperatur absinkt.

Eine zur aktiven Beheizung der Schmierflüssigkeit im Schmierflüssigkeitskreislauf alternative Maßnahme zur Konstantregelung der Schmierflüssigkeitstemperatur ist durch die in Fig. 2 blockdiagrammatisch dargestellte Vorrichtung realisiert. Bei dieser Vorrichtung beinhaltet ein zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs verwendeter Motor (10) wiederum neben weiteren, nicht gezeigten Komponenten einen Schmierflüssigkeitskreislauf (10a), dem eine Vorrichtung zur Regelung der im Schmierflüssigkeitskreislauf befindlichen Schmierflüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Motorlast zugeordnet ist. Zu diesem Zweck umfaßt die Vorrichtung einen Temperaturregler (11), der über einen im Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) angeordneten Temperatursensor (12) die Temperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf erfaßt. Des weiteren weist die Vorrichtung eine Ausströmleitung (13) mit einem ansteuerbaren Ventil (14) und einer Förderpumpe (15) und entsprechend eine Zufuhrleitung (16) mit ebenfalls einem ansteuerbaren Ventil (17) und einer Förderpumpe (18) auf. Die beiden Ventile (14, 17) und die beiden Förderpumpen (15, 18) sind vom Temperaturregler (11) ansteuerbar. Die Ausströmleitung (13) mündet aus einem Auslaß (19) des Schmierflüssigkeitskreislaufs (10a) und führt zu einem Schmierflüssigkeitsspeicher (20). Die Zufuhrleitung (16) führt umgekehrt vom Schmierflüssigkeitsspeicher (20) zu einem Einlaß (21) in den Schmierflüssigkeitskreislauf (10a).

Mit der Anordnung von Fig. 2 läßt sich das Temperaturniveau im Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) durch Regulierung der im Kreislauf (10a) befindlichen Schmierflüssigkeitsmenge auf demjenigen Niveau im wesentlichen konstant halten, das sich bei Vollastbetrieb des Motors und voller Befüllung des Schmierflüssigkeitskreislaufs (10a) ergibt. Sobald sich die Motorlast ausgehend vom Vollastbetrieb auf Teil- oder Nullast verringert, steuert der Temperaturregler (11) die Ventile (14, 17) und Förderpumpen (15, 18) so an, daß die Zufuhrleitung (16) abgesperrt ist und Schmierflüssigkeit über die Ausströmleitung (13) aus dem Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) abgezogen und in den Schmierflüssigkeitsspeicher (20) geleitet wird. Da der in den Schmierflüssigkeitsspeicher (20) eingeleitete Teil der gesamten Schmierflüssigkeitsmenge nicht mehr zur Aufnahme von Motorreibungswärme im Schmierflüssigkeitskreislauf beiträgt, ergibt sich eine entsprechend stärkere Erwärmung der im Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) verbliebenen Schmierflüssigkeitsmenge. Durch geeignete Regulierung des Schmierflüssigkeitsabzugs aus dem Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) in Abhängigkeit von der Motorlast läßt sich folglich die Temperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) im wesentlichen auf dem Soll-Temperaturniveau, das sich für Vollastbetrieb und maximaler Schmierflüssigkeitsmenge im Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) ergibt, konstant halten. Steigt anschließend die Motorlast wieder an, steuert der Temperaturregler (11) das Ventil (14) in der Ausströmleitung (13) in seine Schließstellung und schaltet die zugehörige Förderpumpe (15) ab, während er gleichzeitig das zuvor geschlossene Ventil (17) in der Zufuhrleitung (16) in seine geöffnete Stellung steuert und die zugehörige, zuvor abgeschaltete Förderpumpe (18) aktiviert. Dadurch wird Schmierflüssigkeit aus dem Schmierflüssigkeitsspeicher (20) in den Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) zurückgespeist, wodurch sich die Schmierflüssigkeitsmenge im Kreislauf (10a) wieder erhöht. Die Rückspeisung erfolgt in geregelter Weise gerade so, daß die aufgrund der ansteigenden Motorlast entstehende zusätzliche Reibungsverlustwärme die rückgespeiste Schmierflüssigkeitsmenge erwärmt und folglich keinen Temperaturanstieg im Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) verursacht. Die Schmierflüssigkeitstemperatur im Kreislauf (10a) läßt sich folglich auch bei wieder ansteigender Motorlast konstant auf dem vorgegebenen Soll-Temperaturniveau halten.

In beiden gezeigten Ausführungsbeispielen wird somit eine Temperatur-Konstantregelung der Schmierflüssigkeit innerhalb eines Schmierflüssigkeitskreislaufs eines Verbrennungsmotors erzielt, wodurch im gesamten Motorbetriebsbereich eine konstant geringe Schmierflüssigkeitsviskosität gewährleistet wird, ohne daß es zu merklichen Temperaturschwankungen der Schmierflüssigkeit in Abhängigkeit von der Motorlast kommt. Es versteht sich, daß die Erfindung zum Betrieb jedweden Motors mit Schmierflüssigkeitskreislauf auch außerhalb der Fahrzeugtechnik geeignet ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Betrieb eines Motors mit Schmierflüssigkeitskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierflüssigkeitstemperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a, 10a) unabhängig von der jeweiligen Motorlast auf ein konstantes Niveau eingeregelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierflüssigkeitstemperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a, 10a) während Betriebsphasen des Motors mit niedrigerer Motorlast dadurch auf einem Temperaturniveau, das während Betriebsphasen des Motors mit höherer Motorlast vorliegt, gehalten wird, daß dem Schmierflüssigkeitskreislauf Wärme zugeführt wird oder die Schmierflüssigkeit teilweise aus dem Schmierflüssigkeitskreislauf abgezogen wird.
  3. 3. Vorrichtung zum Betrieb eines Motors mit Schmierflüssigkeitskreislauf, gekennzeichnet durch Mittel (2 bis 6) zur Regelung der Schmierflüssigkeitstemperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf (1a) derart, daß die Temperatur unabhängig von der Motorlast auf ein konstantes Niveau eingeregelt wird.
  4. 4. Vorrichtung zum Betrieb eines Motors mit Schmierflüssigkeitskreislauf, gekennzeichnet durch Mittel (11 bis 21) zur Regulierung der Schmierflüssigkeitsmenge im Schmierflüssigkeitskreislauf (10a) derart, daß die Schmierflüssigkeitstemperatur im Schmierflüssigkeitskreislauf unabhängig von der Motorlast auf ein konstantes Niveau eingeregelt wird.






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