[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Regelung des Schmieröldruckes
einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff der beiden Hauptansprüche.
[0002] Aus der DE 30 33 820 C2 ist eine Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer
Brennkraftmaschine bekannt, bei der das den Öldruck bestimmende Überlaufventil mit
einem thermostatisch geregelten Ventilkörper versehen ist. Mit Hilfe eines Dehnstoffelementes,
das vom Schmieröl umgeben ist, kann die Vorspannung der den Ventilkörper beaufschlagenden
Druckfeder in Abhängigkeit von der Temperatur des Schmieröls verändert werden. Wenn
sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine das Schmieröl erwärmt, dehnt sich das Dehnstoffelement
aus, wodurch über ein zweites Federelement die Vorspannung der Druckfeder vermindert
wird, so daß das Überlaufventil früher öffnet und damit der Schmieröldruck im warmen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine reduziert wird. Die Herabsetzung des Schmieröldruckes
mit zunehmender Öltemperatur wird damit begründet, daß auch unter diesen Bedingungen
eine ausreichende Schmierung der Lagerstellen stattfinden kann.
[0003] In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund der abnehmenden Viskosität des
Schmieröls und der größeren Öl-Schluckmenge des Motors mit zunehmenden Öltemperaturen
eine Reduzierung des Öldrucks im warmen Zustand des Motors, insbesondere in hohen
Drehzahlbereichen, unerwünscht ist. Eine Ölpumpe muß in der Regel so dimensioniert
werden, daß auch bei hohen Öltemperaturen und bei hohen Motordrehzahlen noch ausreichend
Öldruck vorhanden ist. Dies hat zur Folge, daß bei kaltem Motor schon bei niedrigen
Drehzahlen ein unnötig hoher Öldruck aufgebaut wird, der den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine
verschlechtert.
[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein thermostatisch überwachtes Öldruckregelventil
für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zu entwickeln, bei der dieser Nachteil
überwunden werden kann.
[0005] Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der beiden Hauptansprüche. Das
erfindungsgemäße thermostatische Öldruckregelventil ist mit Mitteln versehen, die
bewirken, daß im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Öffnung für die
Bypassleitung bzw. für die Rücklaufleitung zur Saugseite der Ölpumpe früher freigegeben
wird, als im warmen Betriebszustand. Damit wird der Öldruck im kalten Betriebszustand
der Brennkraftmaschine abgesenkt, wodurch in vorteilhafter Weise der spezifische Kraftstoffverbrauch
reduziert werden kann.
[0006] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine
enthalten.
[0007] In einer ersten Ausführungsform ist der Druckfeder des thermostatisch überwachten
Öldruckregelventils ein Dehnstoffelement in Reihe vorgeschaltet, das mit zunehmender
Schmieröltemperatur die Gesamtlänge beider Elemente vergrößert.
[0008] In einer zweiten Ausführungsform ist die Druckfeder als Thermobimetall ausgebildet,
wobei die Federkennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur des Schmieröls derart
verändert wird, daß die Federrate der Druckfeder mit zunehmender Temperatur des Schmieröls
vergrößert wird und umgekehrt.
[0009] In einer dritten vorteilhaften Ausführungsform ist die Druckfeder aus einer Legierung
aufgebaut, bei der sich aufgrund einer reversiblen temperaturabhängigen Gefügezustandsänderung
die Federrate der Druckfeder mit zunehmender Temperatur des Schmieröls vergrößert.
[0010] Bei allen drei Ausführungsbeispielen kann auf Standardbauteile zurück gegriffen werden,
so daß für das erfindungsgemäße thermostatische Druckregelventil keine oder nur geringe
Mehrkosten entstehen.
[0011] Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden
nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung
des Schmieröldruckes nach einem ersten Ausführungsbeispiel und
- Fig. 2
- eine schematische Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung
des Schmieröldruckes nach einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
[0012] Mit Hilfe einer Ölpumpe 10 wird aus einer Ölwanne 12 eines nicht näher dargestellten
Motors Schmieröl angesaugt und den mit V gekennzeichneten Verbrauchern, wie z.B. den
Lagerstellen der Kurbelwelle, den Pleuellagern, den Lagern der Nockenwelle etc. zugeführt.
Zwischen Ausgangsseite 13 der Ölpumpe 10 und den Verbrauchern ist ein Öldruckregelventil
14 zwischengeschaltet. Das Öldruckregelventil 14 besteht im wesentlichen aus einem
als Arbeitskolben ausgebildeten becherförmigen Ventilkörper 16, der in einer Bohrung
18 des Gehäuses 20 des Öldruckregelventils 14 längs verschiebbar angeordnet ist. Der
Ventilboden 16a des Ventilkörpers 16 wird durch das im Druckraum 22 befindliche Schmieröl,
schematisch dargestellt durch die gestrichelte Flußlinie, beaufschlagt. Gegen den
sich im Druckraum 22 aufbauenden Schmieröldruck wirkt eine auf der anderen Seite des
Ventilbodens 16a in der Bohrung 18 des Öldruckregelventils 14 angeordnete Druckfeder
24, die in den becherförmig ausgebildeten Ventilkörper 16 eingesteckt ist und durch
den Ventilmantel 16b geführt wird. Die Druckfeder 24 stützt sich an einem ebenfalls
in der Bohrung 18 angeordneten Dehnstoffelement 26 ab, welches sich wiederum an einer
am Gehäuse 20 angeordneten Verschlußeinrichtung 28 abstützt.
[0013] Im Gehäuse 20 ist weiterhin eine mit der Bohrung 18 verbundene und dazu senkrecht
angeordnete Öffnung 30 vorgesehen, die in bestimmten Betriebszuständen des Motors
durch den Ventilmantel 16b des Ventilkörpers 16 freigegeben wird. Die Öffnung 30 steht
mit einem schematisch dargestellten Rücklaufkanal 32 in Verbindung, der zur Saugseite
33 der Ölpumpe 10 zurückführt. In Druckrichtung des Schmieröls gesehen ist hinter
der Öffnung 30 eine zweite mit der Bohrung 18 verbundene Öffnung 34 angeordnet, die
über einen im spitzen Winkel zur Bohrung 18 verlaufenden Kanal 36 ebenfalls mit der
Rücklaufleitung 32 in Verbindung steht.
[0014] Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird Schmieröl von der Ölpumpe 10 in
den Druckraum 22 gefördert und gelangt von diesem an die Schmierstellen der Brennkraftmaschine.
Da die Ölpumpe 10 direkt über die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird, erhöht
sich mit der Motordrehzahl auch die Ölfördermenge und damit der Öldruck. Mit zunehmendem
Druck des Schmieröls wird der Ventilkörper 16 entgegen der Kraft der Druckfeder 24
soweit verschoben, daß die Öffnung 30 teilweise oder vollständig durch den Ventilmantel
16b freigegeben wird. Damit wird, wie aus dem Stand der Technik bekannt, der Öldruck
in der Brennkraftmaschine begrenzt und der nicht zum Verbraucher gelangende Teilölstrom
kann über die Öffnung 30 und die Rücklaufleitung 32 zur Saugseite 33 der Ölpumpe 10
zurückfließen. Da der Raum, der die Druckfeder 24 umgibt, ebenfalls mit Schmieröl
gefüllt ist, kann bei der Bewegung des Ventilkörpers 16 entgegen der Kraft der Druckfeder
24 über die Öffnung 34 und den Kanal 36 ein entsprechender Druckausgleich erfolgen.
[0015] Das Dehnstoffelement 26, das ebenfalls in der Bohrung 18 vom Schmieröl umgeben ist,
verändert in Abhängigkeit von der Öltemperatur seine Länge z. Nimmt die Öltemperatur
zu, nimmt die Länge z des Dehnstoffelements 26 zu, wodurch sich die Gesamtlänge x
von Dehnstoffelement 26 und Druckfeder 24 ebenfalls vergrößert. Damit wird erst bei
höheren Öldrücken die Regelkante der Öffnung 30 durch den Arbeitskolben 16 freigegeben,
so daß der Öldruck im Motor bei kaltem Öl reduziert bzw. bei heißem Öl erhöht wird.
Öffnet beispielsweise bei einem Öldruckbegrenzer, der nicht thermostatisch geregelt
ist, das Druckregelventil sowohl bei 20°C als auch bei 80°C Öltemperatur bei einem
Druck von beispielsweise 6 bar, so öffnet das im Ausführungsbeispiel beschriebene
Öldruckregelventil 14 bei einer Öltemperatur von 20°C beispielsweise bei 4 bar, während
bei einer Öltemperatur von 80°C das Öldruckregelventil 14 erst bei 6 bar Öldruck öffnet.
Damit wird eine Reduzierung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs, insbesondere in
der Kaltstartphase des Motors, erreicht. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß sowohl
im kalten, als auch im warmen Zustand des Motors eine ausreichende Ölmenge zu den
Verbrauchern gelangt. Die Freigabe der Öffnung 30 durch den Arbeitskolben 16 kann
über eine entsprechende Federcharakteristik so gesteuert werden, daß der Öldruck mit
weiterer Erhöhung der Motordrehzahl nicht auf einen konstanten Wert gehalten wird,
sondern sich weiter mit geringerer Steigung als vor dem Öffnen des Öldruckregelventils
erhöht. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß im oberen Drehzahlbereich des
Motors für eine zuverlässige Schmierung ein höherer Öldruck erforderlich ist.
[0016] In Figur 2 ist ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel eines thermostatisch geregelten
Öldruckregelventils 14 dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Zur temperaturabhängigen Regelung des Öldrucks wird im zweiten Ausführungsbeispiel
für das Öldruckregelventil 14 eine Druckfeder 24' verwendet, die als Thermobimetall
ausgebildet ist. Bei diesen als Verbundwerkstoffe bekannten Thermobimetallen ändert
sich die Federkennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur. Beim Einsatz eines thermostatisch
geregelten Öldruckregelventils für eine Brennkraftmaschine kann diese Eigenschaft
im Sinne einer Regelung, wie Sie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde,
ausgenutzt werden, indem die Federrate der Druckfeder 24' mit zunehmender Temperatur
des die Druckfeder 24' umgebenden Schmieröls vergrößert wird und umgekehrt.
[0017] In einem dritten Ausführungsbeispiel ist die Druckfeder 24'' als eine Legierung mit
sogenanntem Formgedächtnis-Effekt ausgebildet. Dieser beruht auf reversiblen temperaturabhängigen
Gefügezustandsänderungen, wobei die Änderung der Federkennlinie aufgrund der Gefügeumwandlung
beim thermostatisch geregelten Öldruckregelventil 14 wiederum im gewünschten Sinnne
ausgenutzt werden kann. Aus der Literatur bekannte Legierungen sind z.B. Nickel-Titan,
Kupfer-Zink-Aluminium und Kupfer-Aluminium-Nickel (siehe "Metallfedern", Springer-
Verlag, 1997, S. 55ff.)
1. Einrichtung zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine, mit einem
thermostatisch überwachten Öldruckregelventil, dessen Ventilkörper durch eine Druckfeder
in Schließrichtung beaufschlagt ist, wobei der Ventilkörper in Abhängigkeit von der
Ölfördermenge und der Öltemperatur eine Öffnung im Öldruckregelventil freigibt, über
die das Öl auf die Saugseite der Ölpumpe zurückströmt, dadurch gekennzeichnet, daß
das thermostatisch geregelte Öldruckregelventil (14) Mittel aufweist, durch die der
Ventilkörper (16) die Öffnung (30) im Öldruckregelventil (14) mit steigender Schmieröltemperatur
später freigibt und umgekehrt, so daß der Öldruck im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine
abgesenkt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfeder (24) ein Dehnstoffelement
(26) in Reihe vorgeschaltet ist, das mit steigender Schmieröltemperatur die Gesamtlänge
(x) von Druckfeder (24) und Dehnstoffelement (26) vergrößert.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (24') als
Thermobimetall ausgebildet ist, dergestalt, daß die Federkennlinie in Abhängigkeit
von der Temperatur des Schmieröls verändert wird, indem die Federrate der Druckfeder
(24') mit zunehmender Temperatur des Schmieröls vergrößert wird und umgekehrt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (24'') aus
einer Legierung besteht, bei der ab einer bestimmten Temperatur eine Gefügeumwandlung
auftritt, die dazu führt, daß die Federrate der Druckfeder (24'') mit zunehmender
Temperatur des Schmieröls vergrößert wird und umgekehrt.
5. Verfahren zur Regelung des Schmieröldruckes einer Brennkraftmaschine, mit einem thermostatisch
überwachten Öldruckregelventil, dessen Ventilkörper duch eine Druckfeder in Schließrichtung
beaufschlagt wird, wobei der Ventilkörper in Abhängigkeit von der Ölfördermenge und
der Öltemperatur einer Öffnung im Öldruckregelventil freigibt, über die das Öl auf
die Saugseite der Ölpumpe zurückströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper
(16) die Öffnung (30) im Öldruckregelventil (14) mit steigender Schmieröltemperatur
später freigibt und umgekehrt, so daß der Öldruck im kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine
abgesenkt wird.