DE10119924B4

DE10119924B4 - Brennkraftmaschine mit Druckumlaufschmierung

Info

Publication number: DE10119924B4
Application number: DE10119924.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Westphal Christian; Klaus Schmidt-Loose; Klaus Dörel; Klaus Blumensaat; Volker Ambrosius; Uwe Brückner; Sven Hönicke; Dirk Kobus; Viktor Schultz; Dr. Schön Helmut; Dr. Gunther Martin; Reiner Zorn; Dr. Hadler Jens
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2021-04-24
Also published as: CZ300655B6; DE10119924A1

Abstract

Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ölfördereinrichtung (22) zur Ölversorgung von Schmierstellen, wobei eine Ölwanne (10) zum Sammeln von rücklaufendem Öl (42, 44) vorgesehen ist, wobei in der Ölwanne (10) eine Trennvorrichtung (12) vorgesehen ist, welche die Ölwanne (10) in einen ersten und einen zweiten Abschnitt (14, 16) unterteilt, wobei eine Vorrichtung (30) zur Nasssumpfschmierung mit einem Nasssumpfkreislauf, welche mit dem ersten Abschnitt (14) verbunden ist, und eine Vorrichtung (24, 26, 28, 34) zur Trockensumpfschmierung mit einem Trockensumpfkreislauf, welche mit dem zweiten Abschnitt (16) verbunden ist, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (12) ein sich in Richtung des ersten Abschnitts (14) mit Nasssumpfschmierung öffnendes Rückschlagventil (18) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ölfördereinrichtung zur Ölversorgung von Schmierstellen, wobei eine Ölwanne zum Sammeln von rücklaufendem Öl vorgesehen ist, wobei in der Ölwanne eine Trennvorrichtung vorgesehen ist, welche die Ölwanne in einen ersten und einen zweiten Abschnitt unterteilt, wobei eine Vorrichtung zur Nasssumpfschmierung mit einem Nasssumpfkreislauf, welche mit dem ersten Abschnitt (14) verbunden ist, und eine Vorrichtung zur Trockensumpfschmierung mit einem Trockensumpfkreislauf, welche mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist, vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Ölversorgung von Schmierstellen einer Brennkraftmaschine sind bisher Ölkreisläufe mit einer tief im Ölsumpf angeordneten Zentralabsaugung oder mit einer Vielzahl von Absaugpunkten bekannt. Trotzdem ist besonders bei lang bauenden Brennkraftmaschinen eine Längs- oder Querneigung derselben nur in engen Grenzen zulässig, da ansonsten die Gefahr droht, dass keine ausreichende Ölversorgung der Schmierstellen mehr gewährleistet ist. Folgende Schmiersysteme sind u. a. bekannt:
Bei der Druckumlaufschmierung (Nasssumpfschmierung) saugt eine Pumpe, meist über ein Ölsieb, das Öl aus der Ölwanne des Motors an und drückt es über Leitungen zu entsprechenden Schmierstellen. Meist sind Filter und gelegentlich auch ein Ölkühler in den Ölkreislauf integriert. Bei Neigung der Brennkraftmaschine besteht jedoch die Gefahr, dass die Pumpe statt Öl nur Luft ansaugt und dadurch der Ölkreislauf unterbrochen wird.
Die Trockensumpfschmierung ist eine Sonderbauart der Druckumlaufschmierung und wird vorwiegend für Brennkraftmaschinen von Geländefahrzeugen und Sportfahrzeugen verwendet. Das in die Ölwanne zurück laufende Öl wird durch eine Absaugpumpe in einen Vorratsbehälter, vorzugsweise mit großem Höhen/Breitenverhältnis gefördert und von dort durch eine Druckölpumpe zu den Schmierstellen gebracht. Durch diese Anordnung wird eine zuverlässige Schmierung auch bei Schräglagen der Brennkraftmaschine gewährleistet. Außerdem wird eine bessere Kühlung des Öls erzielt.
Bei der Druckumlauf- und der Trockensumpfschmierung sind Ölmanometer und Öldruckleuchten zur Überwachung des Öldruckes eingebaut.
Aus der DE 100 14 368 A1 ist eine Ölauffangvorrichtung und eine Ölpumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt. Öl fließt sowohl in einen tiefen Ölsammelraum als auch einen flachen Ölsammelraum über entsprechende Ölrückführkanäle zurück. So fließt das Öl aus einem Zylinderkopf über Ölrückführkanäle in den tiefen Ölsammelraum und aus Hauptlagern einer Kurbelwelle und aus Spritzdüsen für die Kolbenschmierung in den flachen Ölsammelraum zurück. Das Öl wird aus dem tiefen Ölsammelraum von einer ersten Pumpstufe zu Verbrauchern gefördert. Das Öl wird aus dem flachen Ölsammelraum von einer zweiten Pumpstufe in den tiefen Ölsammelraum gefördert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der obengenannten Art hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Ölversorgung von Schmierstellen auch in Extremsituationen, insbesondere bei starker Neigung bzgl. der Schwerkraftrichtung, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Trennvorrichtung ein sich in Richtung des ersten Abschnitts mit Nasssumpfschmierung öffnendes Rückschlagventil aufweist.
Dies hat den Vorteil, dass es durch eine kompakt bauende Ölwanne im Bereich des Nasssumpfes zusammen mit der abschnittsweisen Unterteilung der Ölwanne mit dem Rückschlagventil möglich ist, Ansaugpunkte von Druckpumpen für den Nasssumpf derart anzuordnen, dass auch bei starken Neigungen der Brennkraftmaschine bzgl. der Schwerkraftrichtung noch ein ausreichendes Ansaugen von Schmieröl aus dem Nasssumpf gewährleistet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trennvorrichtung ein sich in Richtung des ersten Abschnitts mit Nasssumpfschmierung öffnendes Flatterventil, auf. In Längsrichtung der Ölwanne nimmt der erste Abschnitt mit Nasssumpfschmierung 2/3 der Ölwanne und der zweite Abschnitt mit Trockensumpfschmierung 1/3 der Ölwanne ein.
Alternativ dazu kann die Trennung der Ölwannenbereiche zwischen einer Nasssumpfschmierung und einer Trockensumpfschmierung auch allein durch die Gestaltung der Form und Kontur der Ölwanne, z. B. durch Stege, Absätze oder ähnliches erfolgen.
Zweckmäßigerweise weist die Ölfördereinrichtung wenigstens eine Saugpumpe für den Trockensumpfkreislauf und wenigstens eine Druckpumpe für den Nasssumpfkreislauf auf. Die Ölfördereinrichtung ist beispielsweise als mehrflutige Pumpeneinheit ausgebildet, mit zwei separaten Saugpumpen für den Trockensumpfkreislauf und einer zweiflutigen Druckpumpe für den Nasssumpfkreislauf.
Zum Abtrennen von Luft aus aufgeschäumten Öl ist im ersten Abschnitt mit Nasssumpfschmierung wenigstens ein Ölabscheider, insbesondere wenigstens ein Zyklon, vorgesehen, welcher mit der Saugpumpe der Trockensumpfschmierung verbunden ist. Bevorzugt weist der Ölabscheider zwei separate Zyklone auf, die jeweils mit einer Saugpumpe der Trockensumpfschmierung verbunden sind. Die beiden Zyklone sind beispielsweise in einem Gehäuse zu einem zweiflutigen Ölabscheider kombiniert. Der Ölabscheider taucht wenigstens teilweise in Öl im Nasssumpf ein, wobei ein unterer Abschnitt des Ölabscheiders als Ruheraum für das Öl im Nasssumpf ausgebildet ist.
Zum Antrieb der Ölfördereinrichtung mit näherungsweise Kurbelwellendrehzahl ist eine über ein Zwischenzahnrad von der Kurbelwelle angetriebene Ausgleichswelle vorgesehen.
Um die Aufschäumung des Öls zu reduzieren, ist im Bereich des Kurbeltriebs ein Ölhobel, insbesondere in Form eines gekrümmten Bleches, vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind im Trockensumpf wenigstens zwei Saugleitungen mit jeweiligen Ansaugpunkten angeordnet, wobei ein Ansaugpunkt direkt unterhalb des Ölhobels und ein Saugpunkt seitlich des Ölhobels angeordnet ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
1 eine Prinzipdarstellung eines Ölkreislaufsystems zur Ölversorgung von Schmierstellen für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
2 ein Ölwannenoberteil einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht von oben,
3 das Ölwannenoberteil von 2 in perspektivischer Ansicht von unten,
4 ein zu dem Ölwannenoberteil von 2 und 3 gehörendes Ölwannenunterteil in perspektivischer Ansicht,
5 ein Ölwannenoberteil einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht von oben,
6 das Ölwannenoberteil von 5 in perspektivischer Ansicht von unten und
7 ein zu dem Ölwannenoberteil von 5 und 6 gehörendes Ölwannenunterteil in perspektivischer Ansicht.
1 veranschaulicht schematisch ein Ölkreislaufsystem zur Ölversorgung von Schmierstellen für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine. Hierbei ist eine Ölwanne 10 durch eine Trennvorrichtung 12 in einen ersten Abschnitt 14 und einen zweiten Abschnitt 16 unterteilt. Die Trennvorrichtung 12 weist ein Rückschlagventil in Form eines Flatterventils 18 auf, welches in Richtung des ersten Abschnitts 14 öffnet. Die Trennvorrichtung 12 ist in der Ölwanne 10 als Querschott ausgebildet und das Flatterventil 18 weist mehrere Gummiklappen auf. Der erste Abschnitt 14 ist als Nasssumpf mit einem statischen Ölstand 20 ausgebildet, wohingegen der zweite Abschnitt 16 als Trockensumpf ausgebildet ist. Eine Ölfördereinrichtung 22 umfasst zwei separate Saugpumpen 24 für den Trockensumpfkreislauf, welche über Saugleitungen 26 und jeweilige Ansaugpunkte 28 mit dem zweiten Abschnitt 16 verbunden sind, und eine zweiflutige Druckpumpe 30, welche über einen Saugpunkt 32 mit dem Nasssumpf des ersten Abschnitts 14 verbunden ist. Die Saugpumpen 24 sind jeweils mit einem Ölabscheider 34 in Form eines Zyklons verbunden, welcher Luft aus Öl abtrennt. Die beiden Zyklone 34 sind in einem Gehäuse zu einem zweiflutigen Ölabscheider kombiniert.
Die Druckpumpe 30 saugt Schmieröl aus dem Nasssumpf im ersten Abschnitt 14 an und fördert das Schmieröl über einen Druckölkanal 36 im Zylinderkurbelgehäuse zu einem Verteilungssystem 38 (Druckölsystem in der Brennkraftmaschine) für Schmierstellen in der Brennkraftmaschine. Stromab der Schmierstellen ist ein Rücklaufsystem 40 für das Schmieröl ausgebildet. Erste Ölrückläufe 42 leiten das Öl direkt in den ersten bzw. zweiten Abschnitt 14, 16, während zweite Ölrückläufe 44 in einen Sammelkanal 46 münden, von dem aus eine Ölrückführung über einen Rückführungskanal 48 in den Nasssumpf im ersten Abschnitt 14 unterhalb des Ölspiegels 20 erfolgt. Ferner ist ein Ölhobel 50 vorgesehen, welcher aufgeschäumtes Öl aus einem nicht näher dargestellten Kurbeltrieb abscheidet. Mit 52 ist das Rücklauföl vom Kurbeltrieb über den Ölhobel 50 bezeichnet.
Die Saugpumpen 24 saugen Öl aus dem zweiten Abschnitt 16, dem Trockensumpf, über Saugpunkte 28 und Saugleitungen 26 ab und führen das abgesaugte Öl den Zyklonen 34 zu. Diese trennen Luft und Öl und scheiden das Öl ab. Das abgeschiedene Öl entweicht aus den Zyklonen 34 nach unten in den Nasssumpf im ersten Abschnitt 14 und Luft entweicht nach oben in Richtung Zylinderkurbelgehäuse.
Erfindungsgemäß sind somit in einer einzigen Brennkraftmaschine zwei Schmierölkreisläufe realisiert: Ein Trockensumpfkreislauf über Druckölkanal 36, Verteilersystem 38, Rücklaufsystem 40, erste Ölrückläufe 42, Trockensumpf im zweiten Abschnitt 16, Saugleitungen 26, Saugpumpen 24, Ölabscheider 34, Nasssumpf im ersten Abschnitt 14 und Druckpumpe 30 sowie ein Nasssumpfkreislauf über Druckölkanal 36, Verteilersystem 38, Rücklaufsystem 40, erste und zweite Ölrückläufe 42, 44, Sammelkanal 46, Ölrückführungskanal 48, Nasssumpf im ersten Abschnitt 14, Saugpunkt 32 und Druckpumpe 30. Die gesamte Ölversorgung ist in die Ölwanne 10 integriert, so dass keine zusätzliche Verschlauchung notwendig ist. Die Ölpumpen 24, 30 sind zu einer Einheit als Ölfördereinrichtung 22 zusammengefasst und im ersten Abschnitt 14 im Nasssumpf angeordnet. Die Zentrierung der Ölfördereinrichtung 22 erfolgt über zwei feste Zentrierpunkte und zwei verschiebbare Zentrierhülsen.
Die elastischen Rückschlagklappen des Rückschlagventils 18 in der Trennvorrichtung 12 verhindern bei starker Neigung des Motors um eine Querachse, beispielsweise bei Steilfahrten eines Kraftfahrzeuges, welches mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ausgerüstet ist, ein Rückströmen von Öl aus dem Nasssumpf im ersten Abschnitt 14 in den zweiten Abschnitt 16 mit Trockensumpf. Hierdurch ist ein Trockenlaufen des Ölsumpfes im ersten Abschnitt 14 verhindert. Die Absaugpumpen 24 sind auf der gleichen Welle angeordnet wie die Druckpumpen 30 und bilden so eine kompakte Einheit 22. Der Ölhobel 50 ist zur Reduzierung der Ölverschäumung eng an einer Gaswalze einer nicht dargestellten Kurbelwelle und einer Ausgleichswelle angeordnet. Zusätzlich ist ein Ölhobel an einem Antriebsrad der Ölpumpenantriebswelle vorgesehen.
Die 2 bis 4 veranschaulichen eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Ölwannenoberteils 54 mit zugehörigem Ölwannenunterteil 56 in perspektivischen Ansichten. Hierbei ist insbesondere die Anordnung und Lage der Saugleitungen 26 sowie der Saugpunkte 28 zu erkennen. Mit 58 ist ein Durchbruch für einen Ölrücklauf in den Nasssumpf des ersten Abschnitts 14 bezeichnet. Auch die Lage der Trennvorrichtung 12 mit Gummiklappen 18 sowie des Saugpunktes für den Nasssumpf ist ersichtlich.
Die 5 bis 7 veranschaulichen eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Ölwannenoberteils 54 mit zugehörigem Ölwannenunterteil 56 in perspektivischen Ansichten. Die Anordnungen und Ausführungen der Abschnitt 14, 16, der Trennwand 12 und der Saugleitungen 26 sind ersichtlich. In dieser Ausführungsform bildet das Ölwannenunterteil 56 lediglich den ersten Abschnitt 14 mit Nasssumpf aus, während der zweite Abschnitt 16 mit Trockensumpf lediglich im Ölwannenoberteil 54 ausgebildet ist. Dementsprechend ist die Trennvorrichtung 12 nur im Ölwannenoberteil 54 ausgebildet.
Bezugszeichenliste

10: Ölwanne
12: Trennvorrichtung
14: erster Abschnitt mit Naßsumpfschmierung
16: zweiter Abschnitt mit Trockensumpfschmierung
18: Rückschlagventil in Form eines Flatterventils/elastische Rückschlagklappen
20: statischer Ölstand/Ölspiegel
22: Ölfördereinrichtung
24: Saugpumpen für den Trockensumpfkreislauf
26: Saugleitungen
28: Ansaugpunkte
30: Druckpumpe für den Naßsumpf
32: Saugpunkt im Naßsumpf
34: Ölabscheider in Form eines Zyklons
36: Druckölkanal
38: Verteilungssystem
40: Rücklaufsystem
42: erste Ölrückläufe
44: zweite Ölrückläufe in Sammelkanal
46: Sammelkanal
48: Ölrückführungskanal unterhalb des Ölspiegels
50: Ölhobel
52: Rücklauföl vom Kurbeltrieb über den Ölhobel
54: Ölwannenoberteils
56: Ölwannenunterteil
58: Durchbruch für Ölrücklauf

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ölfördereinrichtung (22) zur Ölversorgung von Schmierstellen, wobei eine Ölwanne (10) zum Sammeln von rücklaufendem Öl (42, 44) vorgesehen ist, wobei in der Ölwanne (10) eine Trennvorrichtung (12) vorgesehen ist, welche die Ölwanne (10) in einen ersten und einen zweiten Abschnitt (14, 16) unterteilt, wobei eine Vorrichtung (30) zur Nasssumpfschmierung mit einem Nasssumpfkreislauf, welche mit dem ersten Abschnitt (14) verbunden ist, und eine Vorrichtung (24, 26, 28, 34) zur Trockensumpfschmierung mit einem Trockensumpfkreislauf, welche mit dem zweiten Abschnitt (16) verbunden ist, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (12) ein sich in Richtung des ersten Abschnitts (14) mit Nasssumpfschmierung öffnendes Rückschlagventil (18) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (18) ein Flatterventil ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung von einem Nass- und Trockensumpfbereich durch die Gestaltung der Kontur der Ölwanne (10) erfolgt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung der Ölwanne (10) der erste Abschnitt (14) mit Nasssumpfschmierung der Ölwanne (10) und der zweite Abschnitt (16) mit Trockensumpfschmierung der Ölwanne (10) ausgestaltet ist.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölfördereinrichtung (22) wenigstens eine Saugpumpe (24) für den Trockensumpfkreislauf und wenigstens eine Druckpumpe (30) für den Nasssumpfkreislauf aufweist.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölfördereinrichtung (22) als vierflutige Pumpe ausgebildet ist, mit zwei separaten Saugpumpen (24) für den Trockensumpfkreislauf und einer zweiflutigen Druckpumpe (30) für den Nasssumpfkreislauf.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Abschnitt (14) mit Nasssumpfschmierung wenigstens ein Ölabscheider (34), insbesondere wenigstens ein Zyklon, vorgesehen ist, welcher mit der Saugpumpe (24) der Trockensumpfschmierung verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (34) zwei separate Zyklone aufweist, die jeweils mit einer Saugpumpe der Trockensumpfschmierung verbunden sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zyklone (34) in einem Gehäuse zu einem zweiflutigen Ölabscheider kombiniert sind.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (34) wenigstens teilweise in Öl im Nasssumpf eintaucht, wobei ein unterer Abschnitt des Ölabscheiders (34) als Ruheraum für das Öl im Nasssumpf ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine über ein Zwischenzahnrad von einer Kurbelwelle angetriebene Welle vorgesehen ist, welche die Ölfördereinrichtung (22) vorzugsweise mit Kurbelwellendrehzahl antreibt.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Kurbeltriebs ein Ölhobel (50), insbesondere in Form eines gekrümmten Bleches, vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Trockensumpf wenigstens zwei Saugleitungen (26) mit jeweiligen Ansaugpunkten (28) angeordnet sind, wobei ein erster Ansaugpunkt (28) direkt unterhalb des Ölhobels (50) und ein zweiter Ansaugpunkt (28) seitlich des Ölhobels angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nasssumpf des Nasssumpfkreislaufes einen Vorratsbehälter des Trockensumpfkreislaufes der Trockensumpfschmierung bildet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugpumpe für den Trockensumpfkreislauf und die Druckpumpe (30) für den Nasssumpfkreislauf der Nasssumpfschmierung eine Baueinheit bilden.