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Title:
METHOD AND DEVICE FOR COOLING A PISTON IN A RECIPROCATING PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/114701
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a device for cooling a piston (21) in a reciprocating piston internal combustion engine (20), which comprises a lubricating oil system for lubricating and cooling, having at least one electrically actuatable piston spray nozzle (15) arranged in a crankcase (22) of the reciprocating piston internal combustion engine (20) to which lubricating oil (11) is supplied from the lubricating oil system by means of an electrically actuatable lubricating oil pump (12) as required. The at least one piston spray nozzle (15) comprises at least one outlet (16) for the lubricating oil (11), wherein the at least one outlet (16) is aligned in such a manner that lubricating oil (11) is sprayed onto the underside of the piston (21). The volume of lubricating oil (11) supplied to the piston (21) is regulated as a function of the current surface temperature (T_OBK) of the piston (21).

Inventors:
ZHANG HONG (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/083100
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
December 15, 2017
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
International Classes:
F01M1/08; F01P3/08
Foreign References:
DE102014219995A12016-04-07
JP2003097269A2003-04-03
JP2014211128A2014-11-13
JP2002147236A2002-05-22
US20130139768A12013-06-06
DE102014203930A12014-09-11
JPH0835425A1996-02-06
DE102015007455A12016-12-08
DE102004017909A12005-11-10
DE102005006054A12006-08-31
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Kühlen eines Kolbens (21) einer Hubkolben- brennkraftmaschine (20), die ein Schmierölsystem zur Schmierung und Kühlung aufweist, mit mindestens einer in einem Kurbelgehäuse (22) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Kolbenspritzdüse (15) der mittels einer elektrisch ansteuerbaren Schmierölpumpe (12) bei Bedarf

Schmieröl (11) aus dem Schmierölsystem zugeführt wird und die mindestens eine Kolbenspritzdüse (15) mindestens eine Aus¬ trittsöffnung (16) für das Schmieröl (11) aufweist, wobei die mindestens eine Austrittsöffnung (16) derart ausgerichtet ist, dass Schmieröl (11) auf die Unterseite des Kolbens (21) gespritzt wird, und die dem Kolben (21) zugeführte Menge an Schmieröl (11) in Abhängigkeit der aktuellen Oberflächentemperatur (T_OBK) des Kolbens (21) geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine stationäre Oberflächentemperatur (T_OBK_STAT) des Kolbens (21) mit Hilfe einer Modellbildung auf der Basis von Betriebspa¬ rametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter eine Drehzahl (N) , ein induzierte Drehmoment (MDi) , eine Kühlmitteltemperatur (TKW) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20), sowie eine Erwärmungszeitkonstante (ZK) herangezogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungszeitkonstante (ZK) in Abhängigkeit der Drehzahl (N) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) gewählt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (21) Schmieröl (11) zugeführt wird, wenn die stationäre Oberflächentemperatur (T_OBK_STAT) des Kolbens (21) einen vorgegebenen Schwellenwert (T_OBK_SW) überschreitet .

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Oberflächentemperatur (T_OBK_STAT) des Kolbens (21) abhängig von der abgespritzten Menge an Schmieröl (11) pro Zyklus und der Drehzahl (N) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) mittels eines Temperaturwertes (delta_T_ÖL) korrigiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Schmieröl (11), mit welcher der Kolben (21) angespritzt wird, wird mittels eines Reglers geregelt wird, so dass die Abweichung zwischen dem Wert der aktuellen Oberflächentemperatur (T_OBK) des Kolbens (21) und dem Schwellenwert (T_OBK_SW) den Wert Null annimmt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die geforderte Menge an Schmieröl (11) pro Zyklus bei hoher Drehzahl (N) und hoher Last (L) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) beim aktuellen Schmieröldruck nicht realisiert werden kann, um den Schwellenwert (T_OBK_SW) einzuhalten, über den Regler zusätzlich der Schmieröldruck passend zum Mengenbedarf angehoben wird .

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kolbenspritzdüse (15) mit mehreren Austrittsöffnungen (16) unterschiedliche Teilbereiche der Unterseite des Kolbens angespritzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Teilbereiche Eingänge von Kühlkanälen an der

Unterseite des Kolbens (21) darstellen.

11. Vorrichtung zum Kühlen eines Kolbens (21) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (20), die ein Schmierölsystem zur

Schmierung und Kühlung aufweist, mit mindestens einer in einem Kurbelgehäuse (22) der Hubkolbenbrennkraftmaschine (20) an¬ geordneten, elektrisch ansteuerbaren Kolbenspritzdüse (15) der mittels einer elektrisch ansteuerbaren Schmierölpumpe (12) bei Bedarf Schmieröl (11) aus dem Schmierölsystem zugeführt wird und die mindestens eine Kolbenspritzdüse (15) mindestens eine

Austrittsöffnung (16) für das Schmieröl (11) aufweist, und die mindestens eine Austrittsöffnung (16) derart ausgerichtet ist, dass Schmieröl (11) auf die Unterseite des Kolbens (21) gespritzt wird, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 durchzuführen.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer HubkoIbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei den Kolben über eine Düseneinrichtung unter Druck stehendes Schmieröl zugeführt wird.

Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen wird im Zylinder die in Kraftstoff gebundene chemische Energie in Wärme umgewandelt. Ein Teil dieser Wärme wird vom Kolben in mechanische Arbeit um ¬ gewandelt und diese über das Pleuel auf die Kurbelwelle übertragen. Der Rest dieser Wärme wird teils mittels des Abgases abgeführt und teils durch Konvektion und Strahlung auf die den Brennraum begrenzenden Teile der Brennkraftmaschine übertragen. Insbesondere sind die Kolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, dabei in erster Linie der Kolbenboden als bewegliche Wand des Brennraumes sehr hohen Temperaturen ausgesetzt.

Bei hoch belasteten, modernen Brennkraftmaschinen mit immer steigenden spezifischen Leistungen, beispielsweise durch Downsizing und Aufladung kommt man dann in der Regel nicht mehr ohne besondere Kühlung der Kolben aus, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Zur Reduzierung der Kolbentemperatur ist es bekannt, eine Kühlfläche des Kolbens, meist die Unterseite des Kolbenbodens mittels des Schmieröls aus dem Schmierölkreislauf anzuspritzen. Hierzu sind im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine sog.

Kolbenspritzdüsen gehäusefest angeordnet und mit dem

Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden. Der aus den Kolbenspritzdüsen austretende Schmierölstrahl ist auf die Unterseite des Kolbenbodens gerichtet, so dass das Schmieröl Wärme aufnimmt und damit diese Stelle gekühlt wird. Ein solches Vorgehen wird im Allgemeinen als Anspritzkühlung bezeichnet. Werden elektrisch schaltbare Kolbenspritzdüsen zur Anspritzkühlung verwendet, so werden diese in der Regel erst bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes für die Brennkraftmaschinentemperatur zum Anspritzen des Kolbens freigegeben. Die abgespritzte Menge an Schmieröl ist dabei abhängig von Last und Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine . Die dynamische Än ¬ derung der Temperatur auf der Kolbenoberfläche, insbesondere am Kolbenboden wird dabei nicht berücksichtigt. Dies führt dazu, dass bei Wiedereinsetzen der Kraftstoffeinspritzung nach einer Schubabschaltungsphase die Kolbenoberfläche sofort durch den Kraftstoff gekühlt wird, bevor sie die maximal erlaubte Tem ¬ peratur erreicht hat. Somit wird vorhandenes Potential hin ¬ sichtlich Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen nicht vollständig ausgeschöpft. Auch wird bei bekannten Systemen der Schmieröldruck durch entsprechende Ansteuerung der

Schmierölpumpe bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht, ohne dass dabei die dynamische Temperaturänderung der Kolbenoberfläche berücksichtigt wird. Die DE 10 2004 017 909 AI offenbart eine Vorrichtung zur Kühlung von zumindest einem Kolben einer Brennkraftmaschine mittels einer Schmierölpumpe, welche Öl aus dem Schmierölkreislauf jeden Kolben über jeweils eine, eine Austrittsöffnung aufweisende Zuführleitung zumindest bodenseitig zuführt, wobei die Ölzufuhr über zumindest ein Ventil erfolgt. Hierbei wird entweder eine Schmierölpumpe oder ein Magnetventil lastabhängig gesteuert. Eine Steuereinheit gewährleistet, dass die Schmierölpumpe zur Bereitstellung eines variablen Druckes im Schmierölkreislauf bei unterschiedlichen Betriebszuständen lastabhängig geregelt wird, wobei ein Rückschlagventil eine Zuführung von Schmieröl erst ab einem definierten Druck im Schmierölkreislauf zulässt. Bei einer anderen Variante ist das Ventil ein steuerbares Magnetventil, welches von der Steuereinheit lastabhängig gesteuert wird. Zudem kann das Magnetventil zusätzlich in Abhängigkeit von der Mo- tortemperatur, der Motordrehzahl und/oder der Schmieröltemperatur angesteuert werden. Aus der DE 10 2005 006 054 AI ist ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine bekannt, welche ein Schaltventil zur Steuerung der Ölmenge zur Kühlung des Kolbens aufweist, wobei das

Schaltventil die Vorrichtung zur Kühlung des Kolbens be- triebspunktabhängig steuert. Das Schaltventil wird von einem Steuergerät angesteuert, welches Betriebsparameter wie z. B. die Drehzahl, die Last, die Kühlmitteltemperatur, die Öltemperatur und/oder die hydraulische Anforderung als Eingangswert erhält. Hieraus errechnet das Steuergerät die Öffnungszeiten des Schaltventils. Aus den Betriebsparametern ermittelt das

Steuergerät den Kühlbedarf und veranlasst das Schaltventil intermittierend zu öffnen. Allerdings schließt das Schaltventil nicht bei höchster Belastung des Kolbens, vielmehr ist das Schaltventil dauernd geöffnet. Das Schaltventil wird ge- schlössen, wenn an einer anderen Stelle der Hubkolbenmaschine ein vorübergehend erhöhter Ölbedarf vom Steuergerät für ein hyd ¬ raulisch zu betätigendes Element, beispielsweise für einen Nockenwellenversteller festgestellt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das bzw. die auf effektive Weise eine bedarfsgerechte Kühlung eines Kolbens einer Hubkolbenbrenn- kraftmaschine gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen

Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den ab ¬ hängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Kühlen eines Kolbens einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die ein Schmierölsystem zur Schmierung und Kühlung aufweist, mit mindestens einer in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordneten, elektrisch ansteuerbaren Kolbenspritzdüse der mittels einer elektrisch ansteuerbaren Schmierölpumpe bei Bedarf Schmieröl aus dem Schmierölsystem zugeführt wird. Die mindestens eine Kol ¬ benspritzdüse weist mindestens eine Austrittsöffnung für das Schmieröl auf, wobei die mindestens eine Austrittsöffnung derart ausgerichtet ist, dass Schmieröl auf die Unterseite des Kolbens gespritzt wird. Die dem Kolben zugeführte Menge an Schmieröl wird in Abhängigkeit der aktuellen Oberflächentemperatur des Kolbens geregelt .

Durch Berücksichtigung der während des Betriebes der Hubkol- benbrennkraftmaschine auftretenden Änderung der Temperatur der Kolbenoberfläche, auch als sogenannte dynamische Kolbenober ¬ flächentemperatur bezeichnet, kann die Anspritzung des Kolbens mit Schmieröl und damit die Kühlung des Kolbens derart erfolgen, dass er mit maximal erlaubter Temperatur betrieben werden kann, ohne dass einerseits thermische Schäden am Kolben auftreten und anderseits ein wirtschaftlicher Betrieb hinsichtlich hohem Wirkungsgrad und geringen Emissionen möglich ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird eine stationäre Oberflächentemperatur des Kolbens mit Hilfe einer Modellbildung auf der Basis von Betriebsparametern der Hubkolbenbrenn- kraftmaschine ermittelt. Dadurch kann auf einen Temperatursensor verzichtet werden, welcher ohnehin nicht die Temperatur des

Kolbens direkt erfassen könnte, sondern nur mittelbar an einem stationären Motorteil in der Nähe des Kolbens, was wiederum ungenaue Ergebnisse liefern würde. Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Betriebsparameter eine Drehzahl, ein induziertes Drehmoment, eine Kühlmitteltemperatur der Hubkolbenbrennkraftmaschine, sowie eine Erwärmungszeit ¬ konstante herangezogen werden, wobei letztere in Abhängigkeit der Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine gewählt ist. Da diese Betriebsparameter ohnehin in der Steuerungseinrichtung für andere Steuer- und/oder Regelungsstrategien vorhanden sind, sind, ergibt sich ein einfaches Verfahren ohne den Bedarf von zusätzlicher Sensorik. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgastalung des Verfahrens wird dem Kolben nur Schmieröl zur Kühlung zugeführt, wenn die stationäre Oberflächentemperatur des Kolbens einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. So kann ansonsten aufzuwendende Energie für die Schmierölpumpe und der Kolbenspritzdüse in Betriebspunkten geringer Last und/oder Drehzahl der Hubkol- benbrennkraftmaschine vermieden werden. Durch Verwendung eines Korrekturtermes , der abhängig von der abgespritzten Menge an Schmieröl pro Zyklus und der Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine gewählt ist, wird die stationäre Oberflächentemperatur des Kolbens korrigiert, wodurch dynamische Einflüsse berücksichtigt werden und eine genaue Dosierung hinsichtlich Menge und Druck des abzuspritzenden Schmieröls ermöglicht wird.

Ein besonders effektives Verfahren ergibt sich, wenn die Menge an Schmieröl, mit welcher der Kolben angespritzt wird, mittels eines Reglers derart geregelt wird, dass die Abweichung zwischen dem Wert der aktuellen Oberflächentemperatur des Kolbens und dem Schwellenwert den Wert Null annimmt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird dann, wenn die geforderte Menge an Schmieröl pro Zyklus bei hoher Drehzahl und hoher Last der Hubkolbenbrennkraftmaschine beim aktuellen Schmieröldruck nicht realisiert werden kann, um den Schwellenwert einzuhalten, über den Regler zusätzlich der Schmieröldruck passend zum Mengenbedarf angehoben wird. So kann eine optimale Kühlung des Kolbens erreicht werden, ohne dass dabei der Schwellenwert überschritten wird. Wird eine Kolbenspritzdüse mit mehreren Austrittsöffnungen verwendet, so ist es vorteilhaft, dass unterschiedliche

Teilbereiche der Unterseite des Kolbens angespritzt werden. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßigere Wärmeabfuhr von der Kolbenoberfläche und sogenannte hotspots können vermieden werden.

Sollen Kolben gekühlt werden, welche an deren Unterseite Kühlkanäle aufweisen, die in das Innere der Kolben führen, so ist es vorteilhaft dass die Austrittsöffnungen der Kolbenspritzdüsen derart ausgerichtet sind, dass Schmieröl auf und in die Eingänge dieser Kühlkanäle gespritzt wird. So ergibt sich eine sehr effektive Kühlung des Kolbens

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung zur Kühlung eines Kolbens einer

Hubkolbenbrennkraftmaschine und

Figur 2 ein Ablaufdiagramm zum Betreiben der Vorrichtung. Die Figur 1 zeigt in Prinzipdarstellung eine Vorrichtung 10 zur Kühlung eines innerhalb eines Zylinders angeordneten Kolbens 21 einer nur teilweise dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine 20. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 weist ein Kurbelgehäuse 22 auf, das eine Kurbelwelle 23 aufnimmt und auch eine Pleu- elstange 24, welche mit dem Kolben 21 gekoppelt ist, so dass die Auf- und Abbewegung des Kolbens 21 in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle 23 umgewandelt wird.

Das Kurbelgehäuse 22 ist teilweise mit Schmieröl 11, meist als Motoröl bezeichnet, befüllt. Eine elektrisch angetriebene Schmierölpumpe 12 saugt mittels einer Saugleitung 13 das Schmieröl 11 aus einer, einen Teil des Kurbelgehäuses 22 bildenden Ölwanne 25 an und versorgt über eine an der Druckseite der Schmierölpumpe 12 angeschlossene Zuführleitung 14 den Kolben 21 zwecks Kühlung mit Schmieröl 11. Hierzu ist in der Zu ¬ führleitung 14 eine als Schaltventil wirkende, elektrisch betätigbare Kolbenspritzdüse 15 angeordnet. Mittels der Kol ¬ benspritzdüse 15 kann der Schmierölfluss in der Zuführleitung 14 freigegeben oder unterbunden werden. Die Kolbenspritzdüse 15 ist dabei ortsfest innerhalb des Kurbelgehäuses 22 derart ange ¬ ordnet, dass bei der Bewegung des Kolbens 21 zwischen den beiden Extremstellungen - oberer Totpunkt und unterer Totpunkt - Schmieröl 11 bei aktivierter Schmierölpumpe und in Offenstellung befindlicher Kolbenspritzdüse 15 Schmieröl auf die Unterseite des Kolbenbodens gespritzt wird. Die Kolbenspritzdüse weist hierzu eine Austrittsöffnung 16 für das Schmieröl 11 auf. Zur Erhöhung der Kühlwirkung kann die Kolbenspritzdüse 15 auch mehrere, insbesondere zwei Austrittsöffnungen 16 aufweisen, so dass die einzelnen Spritzstrahlen aus den einzelnen Austrittsöffnungen 16 verschiedene Bereiche der Unterseite des Kolbenbodens erreichen. Weist der Kolben 21 Kühlkanäle auf, so kann vorgesehen sein, dass die oder mehrere der Austritts ¬ öffnungen 16 der Kolbenspritzdüse 15 unmittelbar auf den Eingang eines solchen Kühlkanales gerichtet ist. Dadurch kann die Kühlwirkung weiter erhöht werden. Zum Steuern der Schmierölmenge und damit zur Steuerung der abgeführten Wärmemenge ist die Schmierölpumpe 12 als sog. vollvariable Schmierölpumpe aus ¬ gestaltet, deren Druck annähernd beliebig geregelt bzw. ge ¬ steuert werden kann.

In der Figur 1 ist nur ein einziger Kolben 21 der Hubkolben- brennkraftmaschine 20 dargestellt. Die Hubkolbenbrennkraft- maschine 20 kann aber auch mehrere Zylinder mit je einem Kolben aufweisen, wobei für jeden Kolben eine eigene Kolbenspritzdüse vorgesehen ist, die vorzugsweise von einer einzigen Schmierölpumpe versorgt werden. Es kann aber auch jeder der Kolben- spritzdüsen eine eigene Schmierölpumpe zugeordnet sein.

Zur Steuerung und oder Regelung der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 ist eine elektronische Steuerungseinrichtung (ECU, electronic control unit) 30 vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung 30 enthält eine Recheneinheit (Prozessor) 31, die mit einem

Programmspeicher 32 und einem Wertespeicher 33 (Datenspeicher) gekoppelt ist. Die Recheneinheit 31, der Programmspeicher 32 und der Wertespeicher 33 können jeweils ein oder mehrere mikroelektronische Bauelemente umfassen. Alternativ können diese Komponenten teilweise oder vollständig in einem einzigen mikroelektronischen Bauteil integriert sein. In dem Programmspeicher 32 bzw. den Wertespeicher 33 sind Programme bzw. Werte abgespeichert, die für den Betrieb der Hubkolbenbrenn- kraftmaschine 20 nötig sind. Insbesondere ist in dem Pro ¬ grammspeicher 32 ein Verfahren FKT_KÜHL zum Kühlen des Kolbens 21 implementiert, das während des Betriebes der Hubkolben- brennkraftmaschine 20 von der Recheneinheit 31 abgearbeitet wird, wie es anhand der Beschreibung von Figur 2 noch näher erläutert wird.

Der Steuerungseinrichtung 30 sind mehrere Sensoren zugeordnet, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch davon abgeleitete Größen. Die Steuerungseinrichtung 30 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen und/oder der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.

Die Sensoren sind beispielsweise ein Luftmassenmesser oder ein Saugrohrdrucksensor 26, der ein Lastsignal L liefert, ein Temperatursensor 27, der ein die Temperatur der Hubkolben- brennkraftmaschine 20 repräsentierendes Signal, in der Regel die Kühlmitteltemperatur TKW der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 liefert und ein Kurbelwellenwinkelsensor 28, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, den dann eine Drehzahl N zugeordnet wird. Die Signale von weiteren, nicht explizit dargestellten Sensoren, welche für den Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 und seiner Nebenaggregate nötig sind, sind allgemein mit dem Bezugszeichen ES bezeichnet.

Die Stellglieder sind beispielsweise die elektrisch ansteuerbare Schmierölpumpe 12 und die elektrisch ansteuerbare Kolben ¬ spritzdüse 15. Die Signale für weitere, nicht explizit dar ¬ gestellte Stellglieder, die zum Betreiben der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 und seiner Nebenaggregate nötig sind, sind allgemein mit dem Bezugszeichen AS bezeichnet.

Die Figur 2 zeigt in Form eines Ablaufdiagramms ein Verfahren FKT KÜHL zum Kühlen eines Kolbens 21 +einer Hubkolbenbrenn- kraftmaschine 20, das von der Steuerungseinrichtung 30 ausgeführt wird.

Das Verfahren wird in einem Schritt Sl gestartet, wobei dieser Zeitpunkt zeitnah zum Start der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 erfolgt .

In einem Schritt S2 wird eine stationäre Kolbenoberflächentemperatur T_OBK_STAT ermittelt. Dies geschieht vorzugsweise mittels einer Modellbildung unter Heranziehung der Drehzahl N der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20, dem induzierten Drehmoment der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 und der Kühlmitteltemperatur TKW der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20. Diese Parameter sind ohnehin in der Steuerungseinrichtung 30 für andere Steuer- und/oder Regelungsstrategien vorhanden. Des Weiteren wird bei der Ermittlung der stationären Kolbenoberflächentemperatur T_OBK_STAT noch eine Erwärmungszeitkonstante ZK mit einbezogen, welche abhängig von der Drehzahl N in dem Wertespeicher 33 der

Steuerungseinrichtung 30 abgelegt ist.

Es gilt: dT_OBK/dt = (T_OBK_STAT - T_OBK) /ZK

In einem Schritt S3 wird geprüft, ob die stationäre Oberflä ¬ chentemperatur T_OBK_STAT des Kolbens 21 einen vorgegebenen Schwellenwert T_OBK_SW überschreitet. Dieser Schwellenwert T_OBK_SW gibt den maximal zulässigen Temperaturwert wieder, der nicht überschritten werden darf, da ansonsten Schädigungen oder gar Zerstörungen des Kolbens 21 zu erwarten sind. Er ist in erster Linie abhängig von der konstruktiven Gestaltung und dem Material des Kolbens 21 und wird entweder vom Hersteller vorgegeben oder empirisch ermittelt und ist in dem Wertespeicher 33 der

Steuerungseinrichtung 30 hinterlegt.

Ergibt die Abfrage im Schritt S3 ein negatives Ergebnis, d.h. die stationäre Oberflächentemperatur T_OBK_STAT des Kolbens 21 liegt unterhalb des genannten Schwellenwertes T_OBK_SW, so ist zu diesem Zeitpunkt eine Kühlung des Kolbens 21 nicht nötig und das Verfahren verzweigt- gegebenenfalls nach Ablauf einer vorge ¬ gebenen Wartezeitdauer T_WAIT- zu dem Schritt S2 zurück. Hat aber die stationäre Oberflächentemperatur T_OBK des Kolbens 21 den Schwellenwert T_OBK_SW erreicht oder liegt er darüber, so ist eine Kühlung des Kolbens 21 notwendig und in einem nach ¬ folgenden Schritt S4 wird über entsprechende elektrische Signale der Steuerungseinrichtung 30 die Schmierölpumpe 12 eingeschaltet und die Kolbenspritzdüse 15 in eine Offenstellung geschaltet, so dass Schmieröl 11 auf die Unterseite des Kolbens 21 gespritzt wird. Dadurch führt das Schmieröl 11 einen Teil der am Kolben 21 vorhanden Wärme ab und die Temperatur am Kolben 21 sinkt. Da sich die Oberflächentemperatur T_OBK am Kolben 21 während des Betriebes der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 und durch aktive Schmierölanspritzung des Kolbens 21 ändert, wird im einen Schritt S5 die stationäre Kolbenoberflächentemperatur T_OBK_STAT abhängig von der abgespritzten Menge an Schmieröl 11 pro Zyklus und der Drehzahl N der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 mit einem Temperaturwert delta_T_ÖL korrigiert:

T_OBK_STAT_KORR = T_OBK_STAT - delta_T_ÖL

Die Menge an Schmieröl 11, mit welcher der Kolben 21 angespritzt wird, wird mittels eines Reglers, vorzugsweise mittels eines PID-Reglers geregelt, damit die Abweichung zwischen dem Wert der aktuellen Oberflächentemperatur T_OBK des Kolbens 21 und dem gerade noch zulässigen Wert für die Temperatur, d.h. dem Schwellenwert T_OBK_SW, den Wert Null annimmt (Schritt S6) .

Wenn die geforderte Menge an Schmieröl 11 pro Zyklus bei hoher Drehzahl N und hoher Last L der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 beim aktuellen Schmieröldruck nicht realisiert werden kann, um den Schwellenwert T_OBK_SW einzuhalten, wird über den Regler zusätzlich der Schmieröldruck passend zum Mengenbedarf angehoben. Dies geschieht durch entsprechende Ansteuerung der Schmierölpumpe 12 mittels Steuersignalen der Steuerungseinrichtung 30.

Bei einem Lastwechsel der Hubkolbenbrennkraftmaschine 20 braucht die Kolbenoberflächentemperatur T_OBK je nach Drehzahl N etwa 2-20 Sekunden, bis sich die neu eingestellte Temperatur ein- stellt. Bezugs zeichen- /Begriffsliste

10 Vorrichtung zur Kühlung des Kolbens

11 Schmieröl

12 elektrisch angetriebene Schmierölpumpe

13 Saugleitung

14 Zuführleitung

15 Kolbenspritzdüse

16 Austrittsöffnung

20 Hubkolbenbrennkraftmaschine

21 Kolben

22 Kurbelgehäuse

23 Kurbelwelle

24 Pleuelstange

25 Ölwanne

26 Saugrohrdrucksensor/Luftmassenmesser

27 Temperatursensor

28 Kurbelwellenwinkelsensor

30 Steuerungseinrichtung

31 Recheneinheit, Prozessor

32 Programmspeicher

33 Datenspeicher, Wertespeicher

AS Ausgangssignale

ES Eingangssignale

L Lastsignal

N Drehzahl

FKT_KÜHL Funktion zum Kühlen der Kolben

TKW Kühlmitteltemperatur

S1-S6 Verfahrensschritt

T OBK Oberflächentemperatur des Kolbens T OBK S AT stationäre Oberflächentemperatur des Kolben

T_OBK_SW Schwellenwert für Oberflächentemperatur des

Kolbens

delta_T_ÖL Korrekturterm

ZK Zeitkonstante