-
Die Erfindung betrifft ein System
zur Regeneration von Schmieröl
bei Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
-
Bei einem bekannten System der vorgenannten
Art (
US 5 630 912 ) erfolgt
die Regeneration des über
einen Filter umlaufenden Schmieröls
der Brennkraftmaschine dadurch, dass das Öl nachfolgend zum Filter zur
Vergasung flüchtiger
Verunreinigungen des Schmieröles
aufgeheizt wird. Eine solche, auch anderweitig bekannte (z. B.
US 5 630 956 ,
EP 0 295 871 A2 ,
DE 28 48 795 A1 )
auf die Filtrierung folgende Behandlung des Schmieröles geht
entsprechend der notwendigen, ständigen
Filtrierung des Schmieröles
von einer ständigen
Aufheizung desselben aus.
-
Eine nur zeitweise Aufheizung von
Schmier- und/oder Kraftstoffen zur Sicherung eines ungestörten Betriebes
der Brennkraftmaschine auch im Kaltstartbetrieb oder bei extremen
Kältegraden
ist beispielsweise aus der
DE
33 00 497 A1 oder der
DD 264 584 A3 bekannt.
-
Entsprechend den außerordentlich
unterschiedlichen Betriebsweisen von Brennkraftmaschinen ist deren
Schmieröl
sowohl be züglich
der thermischen Belastung als auch der Verunreinigung unterschiedlich
beansprucht.
-
Im Besonderen gilt dies bezüglich des
Eintrages von Kraftstoff in das Schmieröl, zu dem es vor allem in kälteren Betriebszuständen kommt,
so in Phasen des Kaltlaufs, des Leerlaufs, sowie im Kurzstrecken-
und im Stop-and-go-Verkehr. Daneben wird das Schmieröl durch
sogenannte Blow-by-Gase belastet, die ungeachtet der Abdichtung
durch Kolbenringe vom Brennraum auf das Kurbelgehäuse übertreten
und sich in Säuren
umwandeln.
-
Schließlich ist das Schmieröl hohen
thermischen Belastungen, insbesondere im brennraumnahen Bereich,
besonders im Bereich des oberen Kolbenringes, ausgesetzt, die zu
einer Oxidation führen. Entsprechende
Oxidationsprodukte sowie auch Verschleißpartikel aus dem gesamten
Bereich der Brennkraftmaschine dringen in das Schmieröl ein.
-
Wird die Brennkraftmaschine in Fahrzeugen eingesetzt,
die gemischte Fahrzyklen durchlaufen – damit auch in nicht allzu
großen
zeitlichen Abständen zu
Arbeitssituationen der Brennkraftmaschine führen, in denen hohen Öltemperaturen
in der Größenordung
bis zu etwa 150° erreicht
werden – so führt dies
zur Verdunstung der leichtflüchtigen
Verunreinigungen des Schmieröles,
so beispielsweise des Kraftstoffes, und damit zu einer gewissen
Regeneration des Schmieröles.
Daneben sind im Schmieröl aber
auch schwerflüchtige
Bestandteile, die bei solchen Öltemperaturen
noch nicht in Gasform überführt werden,
enthalten.
-
Es kann somit zwar für die Mehrzahl
der betrieblichen Einsätze
von Fahrzeugen von einer Regeneration des Schmieröles aufgrund
der Betriebsbedingungen, unter denen die Brennkraftma schine zeitweise
arbeitet, ausgegangen werden, sofern man von schwerflüchtigen
Verunreinigungen des Schmieröles
absieht. Darüber
hinaus werden auch all jene Fälle
nicht erfasst, bei denen die Fahrzeuge aufgrund besonderer Betriebsbedingungen,
insbesondere auch besonderer Fahrgewohnheiten letztlich fast ausschließlich in
Bereichen betrieben werden, in denen das Schmieröl die angesprochenen höheren Temperaturen
nicht erreicht.
-
Insbesondere diesen Fällen muss
aber bei der Festlegung von Ölwechselintervallen
auch Rechnung getragen werden, was teils durch entsprechende Handbuchhinweise
geschieht und teilweise durch die rechnergestützte Festlegung von Serviceintervallen
unter Berücksichtigung
von Fahr- und Betriebsbedingungen. Dessen ungeachtet stellen die
festgelegten und/oder ermittelten Serviceintervalle aber immer Kompromisse
dar, die besonders ungünstigen Betriebsbedingungen
ebenso Rechnung zu tragen haben wie der Belastung des Schmieröls mit schwerflüchtigen
Schmieröleinträgen, die
im Rahmen der üblicherweise
im Betrieb erreichten Schmieröltemperaturen
nicht verdampfen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen
Zustand dadurch zu verbessern, dass durch gezielte Regeneration
die Schmierölverunreinigung reduziert
und insbesondere die Schmierölqualität über die
Zeit auch vergleichmäßigt wird.
-
Erfindungsgemäß wird dies mit einem System
zur Regeneration von Schmieröl
bei Brennkraftmaschinen gemäß dem Anspruch
1 erreicht, demzufolge die Aufheizung des Schmieröles in Berücksichtigung
von Betriebsparametern und/oder des Schmierölzustandes gesteuert erfolgt.
-
Die Erfindung geht hierfür einmal
davon aus, dass hohe Öltemperaturen
die Ölalterung
zwar begünstigen
und auch zur Beein trächtigung
der Schmierfähigkeit
des Öles
beitragen können,
dass diese negativen Effekte aber bei kurzzeitiger Überhitzung
des Schieröles,
verglichen mit üblichen,
hohen Betriebstemperaturen, aber zurücktreten gegenüber den
Vorteilen der mit einer Temperaturerhöhung verbundenen Regeneration
des Schmieröles
auch im Hinblick auf schwerflüchtige
Bestandteile. Zum anderen eröffnet
die erfindungsgemäße Vorgehensweise die
Möglichkeit,
mit der Anhebung der Temperatur des Schmieröles verbundene zusätzliche
Belastungen des Schmieröles
weitgehend auf solche Betriebsbereiche zu beschränken, in denen für das Schmieröl ohnehin
schon gehobene Temperaturen gegeben sind, so dass der Energiebedarf
für die
zusätzliche
Aufheizung gering ist und eine kurzzeitige zusätzliche Aufheizung zu den angestrebten
Effekten führt.
Zweckdienlich werden hierfür
Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine gewählt, die nicht mit extremen
Belastungsverhältnissen
für die
Brennkraftmaschine zusammenfallen, um Extrembelastungen zu vermeiden.
-
Andererseits kann die zusätzliche
Aufheizung aber auch genutzt werden, um in Phasen ungünstig niedriger Öltemperaturen,
wie bei Kaltstart, längeren
Leerlaufphasen, Kurzstrecken- oder Stop-and-go-Verkehr die Öltemperatur
anzuheben, und dadurch gegebenenfalls schon in der Entstehungsphase
Beeinträchtigungen
der Schmiereigenschaften des Öles
entgegenzuwirken bzw. unabhängig
davon, dass motorisch aufgrund der Fahrgegebenheiten ein entsprechend
angehobenes Temperaturniveau nicht erreicht wird, über die
Aufheizung des Schmieröles
dessen Regeneration zu betreiben. Dadurch können von der Ölseite ausgehend
insgesamt, unabhängig
von den jeweiligen Betriebsweisen des Fahrzeuges, vergleichmäßigte Arbeitsbedingungen gewährleistet
werden, die eine Verlängerung
der Nutzungsdauer für
die jeweilige Ölfüllung, und
dadurch verlängerte
Serviceintervalle, ermöglichen.
-
Zweckmäßigerweise erfolgt die zeit- und/oder
leistungsgesteuerte Aufheizung des Schmieröles in Berücksichtigung des Grades der Verunreinigung
des Schmieröles,
in Berücksichtigung
der Art der Verunreinigung des Schmieröles, in Berücksichtigung des Betriebstemperatur
des Schmieröles
und/oder in Berücksichtigung
von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, letzteres insbesondere
in Berücksichtigung
der Belastung der Brennkraftmaschine.
-
Im Hinblick auf die Aufheizung des
Schmieröles
erweist es sich insbesondere als zweckmäßig, wenn diese in Intervallen
erfolgt, wobei der Abstand zwischen aufeinander folgenden Heizintervallen
insbesondere auch in Berücksichtigung
der Verhältnisse des
Betriebszeiten der Brennkraftmaschine im unteren und im oberen Lastbereich
bestimmt wird. Entsprechendes erweist sich auch im Hinblick auf
die Festlegung des Länge
der jeweiligen Heizintervalle als zweckmäßig, wobei die Beurteilung
des Verunreinigungsgrades des Schmieröles ein Kriterium bildet, das
sich insbesondere auch für
Kontrollzwecke eignet und das sich sensorisch, sowie verhältnismäßig grob
und mit gebräuchlichen
Füllstandsmessern, auch
füllstandsabhängig berücksichtigen
lässt.
-
Als zweckmäßig erweist es sich darüber hinaus,
den Abstand zwischen aufeinander folgenden Heizintervallen und/oder
deren Länge
in Berücksichtigung
des thermischen Lastkollektivs der Brennkraftmaschine über einem
vorausgegangenen Zeitraum zu bestimmen, wobei derartige, globalere
Größen insbesondere
auch zur Plausibilitätsprüfung und
damit zur Überprüfung der
Funktion der Aufheizung herangezogen werden können, die wegen ihrer Auswirkungen
auf die Schmierölqualität und deren
Auswirkungen auf die Festlegung von Serviceintervallen im Rahmen
der erfindungsgemäßen Lösung zweckmäßigerweise überwacht wird.
Im Hinblick darauf, welche Faktoren als für die Minderung der jeweiligen Schmierölqualität bestimmend
erkannt sind, erfolgt die Aufheizung in einem Heizintervall auf
eine Temperatur, die der Öltemperatur
bei im oberen Lastbereich arbeitender Brennkraftmaschine entspricht oder
die oberhalb dieses Temperaturbereiches liegt, um im Rahmen der
erfindungsgemäßen Möglichkeiten
gezielt die eine oder die andere Art der Verunreinigung weitmöglichst
zu beseitigen.
-
In baulicher Hinsicht können im
Rahmen der Erfindung unterschiedliche Wege für die Aufheizung des Schmieröles einzeln
oder kombiniert begangen werden, wobei eine diesbezügliche und
bezüglich der
Steuerung der Aufheizung besonders zweckmäßige Lösung darin besteht, die Aufheizung über eine vom Öl beaufschlagte
Heizquelle vorzunehmen, die im Ölstrom,
bevorzugt in einem Nebenstrom liegt und als Fremdheizquelle insbesondere
elektrisch beheizt ist. Ferner kommen als Heizquellen auch die Abwärme der
Brennkraftmaschine nutzende Heizquellen in Frage, wobei sich auch
die kombinierte Nutzung verschiedener diesbezüglicher Möglichkeiten als zweckmäßig erweist
und Einfluss auf die Heizleistung insbesondere auch dadurch genommen
werden kann, dass die Menge des über
die Heizquelle geführten Anteiles
des Schmieröles
gezielt beeinflusst wird.
-
Eine weitere im Rahmen der Erfindung
liegende Möglichkeit
zur Aufheizung des Schmieröles liegt
bei mit aktiver Kurbelgehäuseentlüftung betriebenen
Maschinen in der Aufheizung des dem Kurbelgehäuse zugeführten Luftstromes, wobei zweckmäßigerweise
in der Luftzuführung
zum Kurbelgehäuse eine
Heizquelle vorgesehen ist, insbesondere die Luftzuführung auch über heiße Bereiche
der Brennkraftmaschine bzw. von deren Abgasstrang geführt werden
kann.
-
Weitere Einzelheiten und Merkmale
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner wird die Erfindung
anhand stark schematisierter Ausführungsbeispiele nachfolgend
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 im
Schema eine Brennkraftmaschine mit dem zugehörigen System zur Regeneration
des Schmieröles
der Brennkraftmaschine durch Aufheizung des Schmieröles,
-
2 eine
weitere schematisierte Darstellung einer Brennkraftmaschine mit
einer zusätzlichen Lösung für die Aufheizung
des Schmieröles
zur Regeneration und
-
3 und 4 schematische Zylinderkopfdarstellungen
einer Brennkraftmaschine mit Lösungen zur
Aufheizung des in der Brennkraftmaschine umlaufenden Schmieröles zu Regenerationszwecken.
-
In der Darstellung gemäß 1 ist mit 1 die Brennkraftmaschine
bezeichnet, für
die mit 2 der Zylinderkopf, mit 3 das Kurbelgehäuse und
mit 4 die Ölwanne
angedeutet sind. Auf den Zylinderkopf 2 mündet das
Saugrohr 5 aus, und vom Zylinderkopf 2 geht der
Abgasstrang 6 aus. Im Saugrohr 5 liegt für die symbolisch
dargestellte Brennkraftmaschine 1 eine Drosselklappe 7,
und vom Saugrohr geht, bezogen auf die gezeigte Schemadarstellung,
eine Luftzuleitung 8 aus, die auf das Kurbelgehäuse 3 mündet.
-
Die Luftzuleitung 8 bildet
einen Bestandteil einer aktiven Kurbelgehäuseentlüftung, die ausgehend vom Zylinderkopf 2 und
einmündend
auf das Saugrohr 5 stromab der Drosselklappe 7 ei ne
Rückführleitung 9 umfasst.
In der Rückführleitung 9 ist,
im Ausführungsbeispiel,
eine Pumpe 10 angeordnet, der ein Bypass 11 zugeordnet
ist, in dem ein Absperrventil 12 liegt. Das Absperrventil 12 kann
auch als bezogen auf den jeweiligen freien Durchschlussquerschnitt
einstellbares Durchflussventil ausgebildet sein.
-
In die Luftzuleitung 8 ist
als symbolisch dargestellte Heizquelle ein Heizelement 13 integriert, das
bevorzugt als elektrisches Heizelement ausgebildet ist. Als Heizelement 13 kann
aber auch ein kraftstoffbefeuerter Heizer vorgesehen kann, oder
ein Wärmetauscher,
der beispielsweise, was nicht gezeigt ist, abgasbeaufschlagt ist.
Grundsätzlich
kommen auch entsprechende Kombinationen von Heizelementen in Frage,
um in Abhängigkeit
von jeweiligen Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine 1 die jeweilige Heizenergie bei
minimaler externer Einspeisung zur Verfügung stellen zu können.
-
Des Weiteren ist in der Ölwanne 4 – eine Heizquelle
symbolisierend – eine
Heizspirale 14 angedeutet, und zwar wiederum elektrisch
beheizt. Auch für
die Heizspirale 14 kommt aber, wie für das Heizelement 13,
auch eine anderweitige Beheizung, beispielsweise mit Abgasenergie,
in Frage. Ferner kann anstelle einer Ölwanne 4, je nach
für die
Brennkraftmaschine 1 verwendetem Schmiersystem, auch eine
Ausgestaltung mit separatem Ölsumpf
oder dergleichen vorgesehen werden, wobei es bei jeder dieser Möglichkeiten
zweckmäßig ist,
die Heizspirale 14 so in das System zu integrieren, dass
sich die Aufheizung auf ein abgegrenztes Teilvolumen des Ölvorrates
beschränkt.
-
Die Pumpe 10 in der Rückführleitung 9 ist nicht
zwingend. Ist eine Pumpe 10 vorgesehen, so ist diese bevorzugt
steuerbar, insbesondere abschaltbar, und es kann bei entsprechendem
Un terdruck im Saugrohr 5 stromab der Drosselklappe 7 bei
geöffnetem
Bypass 11 ebenfalls eine aktive Kurbelgehäuselüftung mit
Zulauf über
die Luftzufuhrleitung 8 realisiert werden.
-
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 zeigt symbolisch die Anordnung
einer Heizplatte 15 – als Heizquelle – in der Ölwanne 4,
wobei auch hier unterschiedliche Beheizungsmethoden Verwendung finden
können.
Der Heizplatte 15 ist eine vom Schmierölkreislauf, der nicht gezeigt
ist, abgezweigte Leitung 16 zugeordnet, die bevorzugt einen
durchmesserreduzierten Austrittsquerschnitt 17 aufweist, der
beispielsweise trichter- oder schnabelartig ausgestaltet ist, so
dass sich, kontinuierlich oder auch intermittierend, eine Beaufschlagung
der Heizplatte 15 mit Schmieröl, das über die Leitung 16 zugeführt wird,
ergibt. Um die gezielte Aufheizung dieser Teilmenge des Schmieröles zu erreichen,
ist die Heizplatte 15, wie angedeutet, so angeordnet, dass
sie mit ihrer Heizfläche 18 oberhalb
des Ölstandsniveaus 19 in
der Ölwanne 4 liegt.
Hierdurch lässt
sich eine gezielte Aufheizung von verhältnismäßig kleinen Teilmengen des
Schmierölvolumens
auf Temperaturen erreichen, die oberhalb der betrieblich erreichbaren
Grenztemperaturen für
das Schmieröl
liegen, so dass sich eine Vergasung auch von schwerflüchtigen,
im Schmieröl
als Verunreinigungen enthaltenen Bestandteilen erreichen lässt. Die
Heizfläche 18 kann
beispielsweise auch napfförmig
quasi als Fangschale ausgebildet sein, so dass das jeweils aufzuheizende
Volumen vorgegeben und dementsprechend auch der erforderliche Energieeintrag
so bestimmt werden kann, dass sich keine unzulässig hohen Überhitzungen des Schmieröles ergeben.
-
Ähnlich
wie über
die Heizfläche 17 der
Heizplatte 15 kann auch über die Heizspirale 14 eine
Aufheizung von Teilmengen des Schmieröles erreicht werden, wobei
die diesbezüglich
angedeutete elektrische Beheizung besonders gute Steuerungsmög 1ichkeiten
eröffnet,
insbesondere über
ein nicht dargestelltes Steuergerät, in dem für die Aufheizung des Schmieröles zum
Zwecke der Regeneration relevante Daten verarbeitet werden, wobei
bezüglich
dieser Daten weitgehend auf bereits anderweitig für die Motorsteuerung
oder dergleichen verwendete Daten zurückgegriffen werden kann. Zusätzlich lassen
sich in einem solchen Steuergerät auch
schmierölrelevante
Daten, wie Temperatur, Verunreinigungsgrad und dergleichen verarbeiten,
wobei deren Erfassung symbolisch über einen Sensor 20 veranschaulicht
ist, der der Ölwanne 4 zugeordnet ist.
-
Die in 1 veranschaulichten
Möglichkeiten
zur Aufheizung von Teilmengen des im Schmierkreislauf umlaufenden
Schmieröles
eignen sich insbesondere für
jene Fälle,
in denen, aufgrund der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1,
für das Schmieröl keine
Temperaturen erreicht werden, die – ohne Zusatzmaßnahmen – die Vergasung
von leichtflüchtigen
Verunreinigungen des Schmieröles
zur Folge haben, so dass die entsprechende Vergasung durch Zusatzmaßnahmen,
wie veranschaulicht, angestrebt werden muss, um unabhängig von
den Betriebsbedingungen eine etwa gleich bleibende Schmierölqualität zu gewährleisten.
-
3 und 4 zeigen weitere, im Rahmen
der Erfindung liegende Lösungen
für die
gezielte Aufheizung von Teilmengen des im Schmierölkreislauf
umlaufenden Schmieröles,
wobei die 3 und 4 stark schematisiert Ausschnitte
aus dem Zylinderkopfbereich 3 einer Brennkraftmaschine 1 zeigen.
-
In 3 ist
der diesbezüglich
teilweise dargestellte Zylinderkopf 3 mit einem Ausschnitt 21 veranschaulicht,
dem die Ventilführung
für das
Auslassventil 22 zugeordnet ist. Das kältere Einlassventil ist bei 23 angedeutet.
Um eine unzulässig
hohe Aufheizung des Zylinderkopfes 3 im Ausschnittsbe reich 21, sowie
auch eine Überhitzung
des Auslassventiles 22 zu vermeiden, ist dieses zylinderkopfseitig
von einem Wasserkanal 24 umschlossen, und benachbart zur Führung des
Auslassventiles 22 ist zylinderkopfseitig ferner ein Ölkanal 25 vorgesehen.
Dieser ist so angeordnet, dass sich aufgrund der Temperatur des
Zylinderkopfes 3 in diesem Bereich eine Aufheizung des Schmieröles ergibt,
so dass der Zylinderkopf 3 in dem entsprechenden Bereich
quasi unter Nutzung der Abwärme
eine Heizquelle für
das Schmieröl
bildet.
-
4 zeigt
eine weiter vereinfachte Variante eines Zylinderkopfes 3 mit
Auslasskanal 26 und Einlasskanal 27, sowie den
diesbezüglich
zugeordneten Ventilen 22 und 23. Zur Aufheizung
ist erfindungsgemäß in 4 eine Lösung in Analogie zu 2 veranschaulicht, wobei
eine Leitung 28, die in nicht näher gezeigter Weise mit dem
Schmierölkreislauf
in Verbindung steht, benachbart zum Auslasskanal 26 endet
und einen verengten oder verjüngten
Austrittsquerschnitt 29 aufweist, so dass sich tropfend
oder langsam fließend
eine Beaufschlagung des Auslasskanales 26 bzw. einer diesem
zugeordneten Heizfläche 30 als
Heizquelle erreichen lässt.
Damit lassen sich Effekte erzielen, wie sie schon anhand der 2 erläutert wurden, wobei auch bei
dieser Lösung
die entsprechende Aufheizung des Schmieröles mit geringstmöglichem
Aufwand zu realisieren ist.