DE102015007507A1

DE102015007507A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015007507A1
Application number: DE102015007507.1A
Authority: DE
Inventors: Roman Menzel; Carsten Buchheister; Jan-Tilman Dörel; Christian Westphal
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (10) mit einer Umlaufschmiervorrichtung und einer mit der Umlaufschmiervorrichtung motorölführend verbundenen Ölkühlung (12), wobei die Ölkühlung (12) eine Zylinderstegkühlvorrichtung (14) und eine Kolbenkühlvorrichtung (16) aufweist. Erfindungsgemäß sind die Zylinderstegkühlvorrichtung (14) und die Kolbenkühlvorrichtung (16) in Ölströmungsrichtung in Reihe angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
An ein Ölsystem bzw. eine Umlaufschmiervorrichtung einer Brennkraftmaschine werden zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Eine Anforderung betrifft die Kühlung von hochbelasteten Bauteilen und Bauteilbereichen der Brennkraftmaschine. Dazu zählen u. a. die Zylinderstege und Kolben der Brennkraftmaschine. Gleichzeitig soll zur Minimierung der Ölpumpenantriebsleistung und damit zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs eine bedarfsgerechte und effiziente Strategie umgesetzt werden.
Aus der DE 36 38 437 A1 ist eine ölgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Kühl- und einem Schmierkreislauf bekannt, wobei das rücklaufende Motoröl Wärmetauschern zugeführt werden kann. Es sind ein erster Ölweg für die Schmierung und innere Kühlung von bewegten Teilen und deren Reibflächen und ein zweiter Ölweg für. die äußere Kühlung von Zylindern und Ventilstegen vorgesehen. Beide Ölwege sind getrennt und verbindungslos voneinander ausgebildet. Der Schmierkreislauf ist als Spritzölkreislauf ausgebildet, und zur äußeren Kühlung von Zylinderstegbereichen ist eine Bohrung zur Kühlmittelzufuhr vorgesehen. Jedoch wird der Kühlölstrom nicht effizient genutzt, da nur der Zylinderstegbereich gekühlt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wege aufzuzeigen, wie ein Kühlölstrom effizient genutzt werden kann.
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 weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einer Brennkraftmaschine der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zylinderstegkühlvorrichtung und die Kolbenkühlvorrichtung in Ölströmungsrichtung in Reihe angeordnet sind.
Dadurch, dass die Ölkühlung eine Zylinderstegkühlvorrichtung und eine Kolbenkühlvorrichtung in Reihe hintereinander aufweist, ergibt sich der Vorteil, dass der Motorölstrom der Ölkühlung effizient zur Kühlung besonders thermisch belasteter Bauteile der Brennkraftmaschine, wie z. B. von Zylinderstegen zwischen den Zylindern der Brennkraftmaschine, genutzt wird. Da das an den Zylinderstegen erwärmte Motoröl eine noch nicht vollständig ausgeschöpfte Wärmeaufnahmekapazität, also eine Restaufnahmekapazität, aufweist, können mit dem Motoröl noch die Kolben gekühlt werden, so dass auch die besonders thermisch belasteten Kolben der Brennkraftmaschine effizient gekühlt werden. Somit durchströmt das Motoröl die Zylinderstegkühlvorrichtung und die Kolbenkühlvorrichtung nacheinander und wird doppelt genutzt. So wird eine Überhitzung eines beispielsweise aus Aluminium gefertigten Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine vermieden. Es kann daher der leichtere Werkstoff Aluminium zur Herstellung des Kurbelgehäuses verwendet werden, was wiederum das Gewicht der Brennkraftmaschine und damit das Gewicht des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs reduziert. Diese Gewichtreduzierung wiederum senkt den Kraftstoffverbrauch. Außerdem wird so ein Hochtemperaturbetrieb mit Temperaturen im Bereich von 200°C bis 250°C möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in Ölströmungsrichtung die Zylinderstegkühlvorrichtung vor der Kolbenkühlvorrichtung angeordnet. Somit werden zuerst die Zylinderstege gekühlt, und dann werden die Kolben der Brennkraftmaschine gekühlt. Es wird also zuerst das Motoröl an den Zylinderstegen erwärmt, bevor es auf die Kolben trifft. So kann besonders effizient die Restaufnahmekapazität des Motoröls genutzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Zylinderstegkühlvorrichtung einen Zylinderstegleitungsabschnitt, einen ersten Leitungsabschnitt und einen zweiten Leitungsabschnitt auf, wobei der Zylinderstegleitungsabschnitt zwischen dem ersten Leitungsabschnitt und dem zweiten Leitungsabschnitt motorölführend angeordnet ist. Dies erlaubt eine Ausführung der Zylinderstegkühlvorrichtung ohne lange Verbindungsleitungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Zylinderstegleitungsabschnitt in eine Richtung rechtwinklig zu einer Haupterstreckungsachse einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder erstrecken sich der erste Leitungsabschnitt und der zweite Leitungsabschnitt jeweils in eine Richtung rechtwinklig zu einer Haupterstreckungsachse der Kurbelwelle. So kann die Zylinderstegkühlvorrichtung einen besonders einfachen Aufbau aufweisen. Sie ist daher einfach zu fertigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Zylinderstegleitungsabschnitt in eine Richtung rechtwinklig zu einer Richtung, in die sich der erste Leitungsabschnitt und/oder der zweite Leitungsabschnitt erstrecken. Somit bilden der Zylinderstegleitungsabschnitt, der erste Leitungsabschnitt und/oder der zweite Leitungsabschnitt ein besonders einfach zu fertigendes Leitungssystem.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Leitungsabschnitt mit einer Ölgalerie motorölführend verbunden, wobei sich die Ölgalerie in Richtung einer Haupterstreckungsachse einer Kurbelwelle erstreckt, und/oder ist der zweite Leitungsabschnitt mit einer Kolbenkühlgalerie motorölführend verbunden, wobei sich die Kolbenkühlgalerie in Richtung der Haupterstreckungsachse der Kurbelwelle erstreckt. So kann die Zylinderstegkühlvorrichtung besonders einfach zur Versorgung weiterer in Richtung der Haupterstreckungsachse der Kurbelwelle angeordneter Kolben mit Motoröl erweitert werden, in dem eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Zylinderstegbohrungen zwischen je zwei Zylindern der Brennkraftmaschine gebildet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ölkühlung parallel zu einem Schmiermittelkreislauf der Umlaufschmiervorrichtung angeordnet. Somit bilden die Ölkühlung und die Umlaufschmiervorrichtung zwei parallel Pfade, durch die im Betrieb Öl strömt. Durch diese Anordnung kann die Antriebsleistung einer Ölpumpe reduziert werden, was wiederum den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Umlaufschmiervorrichtung eine Ölwanne auf, wobei eine Leitung der Ölkühlung in die Ölwanne mündend ausgebildet ist. So kann das notwendige Schmier- und Kühlmittel in der Ölwanne mitgeführt werden, und das zur Kühlung verwendete Motoröl kann sich in der Ölwanne abkühlen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ölkühlung einen drucklosen Ölraum auf, der in Ölströmungsrichtung vor der Ölwanne angeordnet ist. Somit muss die Ölwanne nicht druckdicht ausgebildet sein.
Ferner gehört zur Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Die 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10.
Die Brennkraftmaschine 10 ist zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wie z. B. eines PKWs, ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 10 kann als Otto- oder Dieselmotor ausgebildet sein.
Die Brennkraftmaschine 10 weist eine Motorschmierung (nicht dargestellt) auf, die zur Verringerung von Reibung zwischen beweglichen Teilen der Brennkraftmaschine 10 mittels Motoröl ausgebildet ist. Die Motorschmierung ist als Umlaufschmiervorrichtung, z. B. als Druckumlaufschmierung oder Trockensumpfschmierung, ausgebildet. Die Umlaufschmiervorrichtung weist einen Schmierstoff- bzw. Motorölkreislauf auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Reservoir, z. B. einer Ölwanne 36, sowie Zuführ- und Rückleitungen zur Zufuhr von Motoröl zu Schmierstellen bzw. zur Rückführung von dem Motoröl besteht. Zusätzlich kann ein Ölfilter zur Motorölaufbereitung vorgesehen sein. Eine derartige Umlaufschmierung benötigt durch die Wiederverwendung des Motoröls weniger Schmierstoff als z. B. eine Verlustschmierung.
Im Betrieb saugt eine Ölpumpe der Umlaufschmiervorrichtung Motoröl an und fördert es durch Kanäle, die die Zuführ- und Rückleitungen bilden, an die Schmierstellen der Brennkraftmaschine 10.
Eine weitere Funktion der Motorschmierung ist eine Wärmeabführung von Lagerstellen und von Kolben der Brennkraftmaschine 10. Die Motorschmierung ist somit zusätzlich als Ölkühlung 12 ausgebildet.
Die Ölkühlung 12 bildet zusammen mit der Motorschmierung abschnittsweise zwei parallele motorölführende Pfade, durch die im Betrieb Motoröl strömt. Durch diese Anordnung wird die erforderliche Antriebsleistung einer Ölpumpe der Motorschmierung reduziert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ölkühlung 12 zur Kühlung von Zylinderstegen zwischen Kolben der Brennkraftmaschine und von Kolben der Brennkraftmaschine 10 ausgebildet. Hierzu weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ölkühlung 12 eine Zylinderstegkühlvorrichtung 14 und eine Kolbenkühlvorrichtung 16 auf.
Die Zylinderstegkühlvorrichtung 14 weist einen Zylinderstegleitungsabschnitt 18 auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Zylinderstegbohrung gebildet ist. Die Zylinderstegbohrung ist im Zwischenraum zwischen zwei in Richtung der Haupterstreckungsachse einer Kurbelwelle 26 der Brennkraftmaschine 10 hintereinander angeordneter Kolben der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen, wobei der Zwischenraum einen Zylinderstegbereich 34 bildet. Um eine Mehrzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine 10 zu kühlen, kann eine Mehrzahl von Zylinderstegbohrungen vorgesehen sein, die jeweils zwischen zwei benachbarten Zylindern verlaufen. Dabei können die Zylinderstegbohrungen parallel zueinander verlaufend ausgebildet sein.
Die Zylinderstegkühlvorrichtung 14 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner einen ersten Leitungsabschnitt 20 und einen zweiten Leitungsabschnitt 22 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils durch eine Ölbohrung gebildet sind.
Der erste Leitungsabschnitt 20 ist über eine Zuführleitung 24 mit einer Ölgalerie 30 verbunden. Dabei erstreckt sich die Ölgalerie 30 in Richtung der Haupterstreckungsachse der Kurbelwelle 26 der Brennkraftmaschine 10, während im vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste Zuführleitung 20 sich in eine Richtung rechtwinklig zu der Richtung der Ölgalerie 30 erstreckt.
Ferner ist der Zylinderstegleitungsabschnitt 18 in Ölströmungsrichtung vor dem zweiten Leitungsabschnitt 22 angeordnet. Der zweite Leitungsabschnitt 22 ist über eine Abführleitung 28 mit einer Kolbenkühlgalerie 32 der Brennkraftmaschine 10 verbunden. In Ölströmungsrichtung ist vor der Ölwanne 36 ein drucklos ausgebildeter Ölraum vorgesehen (nicht dargestellt). Dabei erstreckt sich die Kolbenkühlgalerie 32 in Richtung der Haupterstreckungsachse der Kurbelwelle 26 der Brennkraftmaschine 10, während im vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweite Zuführleitung 20 sich in eine Richtung rechtwinklig zu der Richtung der Kolbenkühlgalerie 32 erstreckt. Somit verläuft die Haupterstreckungsachse der Zylinderstegbohrung des Zylinderstegleitungsabschnitts 18 jeweils im rechten Winkel zu dem ersten Leitungsabschnitt 20 und der zweiten Verbindungsleitung 22.
Im Betrieb strömt Motoröl zu Kühlzwecken über die Zuführleitung 24 durch den ersten Leitungsabschnitt 20, durch den Zylinderstegleitungsabschnitt 18 und dann durch den zweiten Leitungsabschnitt 22 und kühlt dabei den Zylinderstegbereich 34 der Brennkraftmaschine 10. Anschließend strömt das Motoröl durch die Kolbenkühlgalerie 32 und kühlt dann die Kolben der Brennkraftmaschine 10. Hierzu weist die Kolbenkühlvorrichtung 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel Spritzdüsen auf, mit denen Motoröl auf die Kolben der Brennkraftmaschine 10 gespritzt werden kann, um diese zu kühlen.
Um die Kühlwirkung zu maximieren, können die Spritzdüsen derart ausgebildet sein, dass die Kolben von unten mit Motoröl besprüht werden, oder die Spritzdüsen sind derart ausgebildet, dass das Motoröl die Kolben durchgängig besprüht. Ferner können die Spritzdüsen derart ausgebildet sein, dass die Kolben nur dann mit Motoröl besprüht werden, wenn sich die jeweiligen Kolben unten, d. h. an ihrem unteren Totpunkt befinden. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Spritzdüsen zum Versprühen von Motoröl mit unterschiedlichem Druck ausgebildet sind, damit unten und oben die Kolben gleichmäßig mit Motoröl besprüht werden Alternativ können Spritzdüsen zum Besprühen der Kolben von unten und weitere Spritzdüsen zum Besprühen der Kolben weiter oben angeordnet sein.
Somit wird das Motoröl zweimal zur Kühlung eingesetzt. Dabei wird ausgenutzt, dass das Motoröl nach dem Kühlen der Zylinderstege noch eine Wärmerestaufnahmekapazität aufweist, die ausreichend ist, um die Kolben wirksam zu kühlen. Daher wird der Motorölstrom effizient genutzt. Diese Effizienzsteigerung erlaubt es, ein Kurbelgehäuse aus z. B. dem leichteren Werkstoff Aluminium zu verwenden, was wiederum das Gewicht der Brennkraftmaschine und damit das Gewicht des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs reduziert. Diese Gewichtsreduzierung wiederum senkt den Kraftstoffverbrauch. Dadurch wird ein Hochtemperaturbetrieb mit Temperaturen im Bereich von 200°C bis 250°C möglich.
Bezugszeichenliste

10: Brennkraftmaschine
12: Ölkühlung
14: Zylinderstegkühlvorrichtung
16: Kolbenkühlvorrichtung
18: Zylinderstegleitungsabschnitt
20: erster Leitungsabschnitt
22: zweiter Leitungsabschnitt
24: Zuführleitung
26: Kurbelwelle
28: Abführleitung
30: Ölgalerie
32: Kolbenkühlgalerie
34: Zylinderstegbereich
36: Ölwanne

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3638437 A1 [0003]

Claims

Brennkraftmaschine (10) mit einer Umlaufschmiervorrichtung und einer mit der Umlaufschmiervorrichtung motorölführend verbundenen Ölkühlung (12), wobei die Ölkühlung (12) eine Zylinderstegkühlvorrichtung (14) und eine Kolbenkühlvorrichtung (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderstegkühlvorrichtung (14) und die Kolbenkühlvorrichtung (16) in Ölströmungsrichtung in Reihe angeordnet sind.
Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Ölströmungsrichtung die Zylinderstegkühlvorrichtung (14) vor der Kolbenkühlvorrichtung (16) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderstegkühlvorrichtung (14) einen Zylinderstegleitungsabschnitt (18), ersten Leitungsabschnitt (20) und einen zweiten Leitungsabschnitt (22) aufweist, wobei der Zylinderstegleitungsabschnitt (18) zwischen dem ersten Leitungsabschnitt (20) und dem zweiten Leitungsabschnitt (22) motorölführend angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zylinderstegleitungsabschnitt (18) in eine Richtung rechtwinklig zu einer Haupterstreckungsachse einer Kurbelwelle (26) der Brennkraftmaschine (10) erstreckt und/oder dass der erste Leitungsabschnitt (20) und der zweite Leitungsabschnitt (22) sich jeweils in eine Richtung rechtwinklig zu einer Haupterstreckungsachse einer Kurbelwelle (26) erstrecken.
Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zylinderstegleitungsabschnitt (18) in eine Richtung rechtwinklig zu einer Richtung erstreckt, in die sich der erste Leitungsabschnitt (20) und/oder der zweite Leitungsabschnitt (22) erstrecken.
Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (20) mit einer Ölgalerie (30) motorölführend verbunden ist, wobei sich die Ölgalerie (30) in Richtung einer Haupterstreckungsachse einer Kurbelwelle (26) erstreckt, und/oder dass der zweite Leitungsabschnitt (22) mit einer Kolbenkühlgalerie (32) motorölführend verbunden ist, wobei sich die Kolbenkühlgalerie (32) in Richtung der Haupterstreckungsachse der Kurbelwelle (26) erstreckt.
Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die (Ölkühlung (12) parallel zu einem Schmiermittelkreislauf der Umlaufschmiervorrichtung angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufschmiervorrichtung eine Ölwanne (36) aufweist, wobei eine Leitung der Ölkühlung (12) in die Ölwanne (36) mündend ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölkühlung (12) einen drucklosen Ölraum aufweist, der in Ölströmungsrichtung vor der Ölwanne (36) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.