EINRICHTUNG ZUR REGELUNG DER PUMPLEISTUNG EINER SCHMIERMITTELPUMPE FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Pumpleistung einer Schmiermittelpumpe für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Es ist allgemein bekannt, bei Verbrennungsmotoren zur Versorgung des Ölkreislaufs starr angetriebene Ölpumpen, die beispielsweise als Außen- oder Innenzahnradpumpen oder als Flügelzellenpumpen ausgebildet sind, einzusetzen. Dabei handelt es sich um Ölpumpen mit variablem oder konstantem Fördervolumen pro Pumpenradumdrehung. Sog. Konstantförderpumpen sind mit einem Druckbegrenzungsventil ausgestattet, mit deren Hilfe der maximale Öldruck eingestellt werden kann. Öffnet das Öldruckbegrenzungsventil bei einem vorab eingestellten Maximalöldruck, so wird das überschüssige Ölvolumen in den Niederdruckteil der Ölpumpe zurückgeführt.

[0003] Da der für die Schmierung des Motors erforderliche Ölvolumenstrom nicht immer proportional zur Drehzahl des Motors bzw. zur Drehzahl der Pumpe ist, gibt es Vorschläge, den Öldruck zu regeln, um insbesondere im Teillastbereich die Antriebsleistung der Motorölpumpe reduzieren zu können. So ist beispielsweise aus der JP - OS 9 - 885 33 eine Vorrichtung zur Regelung des Öldrucks einer Zahnradpumpe bekannt, bei der ein vom Druckregelventil überwachter Bypass der Zahnradpumpe druckabhängig geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Dazu ist der Kolbenboden mit einer Öffnung bzw. Drossel versehen, die mit einem auf der Rückseite des Kolbenventils ausgebildeten Innenraum in Verbindung steht. Dem Innenraum des Kolbenventils ist ein Steuerventil vorgeschaltet, mit dessen Hilfe der zwischen Vorder- und Rückseite des Kolbenventils herrschende Differenzdruck verändert und damit der Öffnungs - Öldruck eingestellt werden kann.

[0004] Aus der EP 1 043 504 A2 ist eine Flügelzellenpumpe bekannt, bei der ein Hubring in einem Gehäuse schiebbar oder einseitig in einer ortsfesten Lagerstelle schwenkbar gelagert ist, wobei zur Einstellung einer bestimmten Exzentrizität der Lage des Hubringes eine schieb- und/oder drehbare Kurve vorgesehen ist, die mittels eines von einem Druckregelkreis angesteuerten Stellgliedes verlagerbar ist.

[0005] Aus der DE 43 02 610 A1 ist eine Flügelzellenpumpe mit variablem Fördervolumen bekannt, bei der durch eine Veränderung der Lage des Hubringes zur Rotordrehachse der Volumenstrom eingestellt werden kann. Darüber hinaus wird neben der reinen Maximalöldruckbegrenzung bzw. der Fördervolumenregelung eine zusätzliche Begrenzung des Fördervolumens in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Drehzahl des Motors vorgeschlagen. Dazu sind aufwendige temperaturabhängige Stellglieder sowie zusätzliche Druckregelsysteme erforderlich, die neben der Maximalöldruckbegrenzung eine Verstellung des Hubringes der Flügelzellenpumpe und damit ggf. eine Reduzierung des geförderten Ölvolumenstromes bewirken.

[0006] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für eine volumenstromgeregelte Flügelzellenpumpe eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auf einfache Art und Weise ein bedarfsgerechte Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine erfolgt, so dass die aufgenommene Leistung der Ölpumpe durch eine Absenkung des Öldrucks in bestimmten Betriebszuständen reduzierbar ist.

[0007] Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

[0008] Mit der vorgeschlagenen Einrichtung kann auf einfache Art und Weise bei einer Flügelzellenpumpe die zur Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine erforderliche Antriebsleistung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert werden. Damit können die für die verschiedenen Betriebszustände des Motors erforderlichen Öldrücke eingestellt bzw. angepasst werden, so dass aufgrund der reduzierten Aufnahmeleistung gegenüber einer ungeregelten Ölpumpe ein weiteres Kraftstoffeinsparpotential vorhanden ist. Die vorgeschlagene Einrichtung zur Reduzierung des Öldrucks ist auf einfache Art und Weise bei bereits in Betrieb befindlichen Flügelzellenpumpen nachrüstbar.

[0009] Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Regelung der Pumpleistung einer Schmiermittelpumpe möglich.

[0010] Die auf der Kolbenrückseite des Druckregelventils dem Motoröldruck entgegen gerichtete Kraft wird durch eine Spiralfeder erzeugt, die in einer auf der Rückseite des Kolbens vorgesehenen Aufnahmeöffnung geführt und abgestützt ist.

[0011] Zur druckabhängigen Steuerung des Ölvolumenstroms ist in einer vom Regelventil zum Tank führenden Hydraulikleitung ein Ventilelement integriert, über das der zur Saugseite der Ölpumpe zurückführbare Ölstrom einstellbar ist.

[0012] Der Öldruck bzw. der von der Ölpumpe geförderte Ölvolumenstrom wird in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Last oder Motoröltemperatur gesteuert.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.

[0014] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematischen Gesamtansicht einer Einrichtung zur Regelung der Pumpleistung einer Flügelzellenpumpe in einer ersten Betriebsstellung,

Fig. 2

die Einrichtung in einer zweiten Betriebsstellung,

Fig. 3

eine graphische Darstellung einer betriebspunktabhängigen Öldrucksteuerung und

Fig. 4

ein Blockschaltbild für eine kalibrierte Öldrucksteuerung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0015] Die in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Flügelzellenpumpe 2 weist einen Rotor 4 auf, der drehfest mit einer Antriebswelle 6 verbunden ist. Im Rotor 4 sind radial nach außen verlaufende Ausnehmungen 8 vorgesehen, in denen auf bekannte Art und Weise längsverschiebbare Rotorflügel 10 aufgenommen sind. Rotor 4 und die darin aufgenommenen Rotorflügel 10 sind von einem Hubring 12 umschlossen, so dass zwischen Rotor 4, Hubring 12 und zwischen zwei jeweils benachbarten Rotorflügeln 10 entsprechende Ölförderräume 14 ausgebildet sind. Der Hubring 12 ist an einem gehäusefesten Punkt um eine Achse 16 schwenkbar gelagert; damit ist seine Lage bezüglich der Rotordrehachse zur Einstellung einer bestimmten Ölfördermenge pro Umdrehung veränderbar. Dazu weist der Hubring 12 eine der Lagerachse 16 gegenüberliegende eine Anlenkzunge 18 auf, die mit einem Führungszapfen 20 versehen ist, der nach Art einer Kulissenführung mit einem Kulissenfenster 22 einer Stellstange 24 zusammenwirkt. Die Stellstange 24 ist am Außenumfang eines in einem Druckregelventil 26 geführten Stellkolbens 28 angebunden.

[0016] Zwischen dem Gehäuse 32 und der Kolben - Vorderseite 34 ist ein erster Druckraum 36 ausgebildet, der mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe 2 in Verbindung steht. Auf der Kolbenrückseite 37 ist im Stellkolben 28 eine Aufnahmeöffnung 38 vorgesehen, in der eine Spiralfeder 40 aufgenommen bzw. geführt ist. Die Spiralfeder 40 stützt sich an ihrem einen Ende am Boden der Kolbenrückseite 37 und an ihrem anderen Ende an einem Verschlusselement 42 des Druckregelventils 26 ab. Zwischen Verschlusselement 42 und Kolbenrückseite ist ein zweiter Druckraum 44 ausgebildet, der über eine im Verschlusselement 42 vorgesehene Öffnung 46 und eine daran angeschlossene Hydraulikleitung 48 mit dem Eingang 50 eines Regelventils 52 verbunden ist. Der Eingang 50 des Regelventils 52 wird von einem Stellkolben 54 überwacht, der von einem am Regelventil 52 vorgesehenen Elektromagneten 56 gesteuert ist. Der Ausgang 58 des Regelventils 52 ist mit dem Öltank bzw. dem Ölvorratsbehälter 60 der Brennkraftmaschine verbunden, in den wiederum die Saugseite der Flügelzellenpumpe 2 einmündet. Die beiden im Druckregelventil 26 ausgebildeten Druckräume 36 und 44 stehen über eine im Stellkolben 28 ausgebildete Drossel, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Stufenbohrung 62 ausgebildet ist, in Verbindung.

[0017] Im nachfolgenden wird die Funktionsweise der Einrichtung zur Regelung der Pumpleistung der Flügelzellenpumpe näher erläutert. Die vom Motor der Brennkraftmaschine starr angetriebene Flügelzellenpumpe fördert in Abhängigkeit von Betriebsparametern, die anhand des Steuerdiagramms in Fig. 3 noch näher erläutert werden, einen bestimmten Ölvolumenstrom zu den Verbrauchern der Brennkraftmaschine. Dabei ist der Druckraum 36 des Druckregelventils 26 mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe 2 verbunden. In Abhängigkeit von dem im ersten Druckraum 36 herrschenden Öldruck wird die Lage des Hubringes 12 bezogen auf die Rotordrehachse und damit die Ölfördermenge pro Rotorumdrehung eingestellt. Damit kann, wie allgemein bekannt ist, der von der Flügelzellenpumpe 2 geförderte Ölvolumenstrom zwischen einer Maximalfördermenge (siehe Fig. 1) und einer Nullfördermenge (siehe Fig. 2) stufenlos eingestellt werden. Durch die nachfolgend näher erläuterte Ansteuerung des Druckregelventils 26 können, wie bereits eingangs erläutert, zur weiteren Reduzierung der aufgenommenen Antriebsleistung der Flügelzellenpumpe 2 in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie Drehzahl, Öltemperatur oder Lastzustand der Brennkraftmaschine die Ölfördermenge und damit der Öldruck zur Reduzierung der aufgenommenen Antriebsleistung angepaßt werden. Der Stellkolben 54 des Regelventils 52 wird über ein im Motorsteuergerät abgelegtes Kennlinienfeld angesteuert. Bei der in Fig. 1 dargestellten Position des Stellkolbens 54 wird der Eingang 50 des Regelventils 52 vollständig verschlossen; damit ist der Druck im ersten und im zweiten Druckraum 36, 44 gleich groß, so dass der Stellkolben 28 aufgrund der Spiralfeder 40 eine Position innerhalb der Ventilbohrung 30 einnimmt, bei der die Exzentrizität der Lage des Hubringes 12 bezogen auf die Rotordrehachse der Flügelzellenpumpe 2 maximal ist. Gibt der Stellkolben 54 den Eingang 50 frei (siehe Fig. 2), so fließt über die Stufenbohrung 62 ein bestimmter Ölvolumenstrom über die Hydraulikleitung 48 zum Ölvorratsbehälter 60 und damit zur Saugseite der Flügelzellenpumpe 2 ab. Aufgrund der Drosselwirkung der Stufenbohrung 62 wird zwischen der Vorder- und der Kolbenrückseite 34, 37 ein Differenzdruck erzeugt, so dass der Druck im zweiten Druckraum 44 gegenüber dem im ersten Druckraum 36 abgesenkt ist. Damit verändert sich die Verstellcharakteristik des Stellkolbens 28 und dieser wird, wie in Fig. 2 dargestellt, entgegen der Federkraft der Spiralfeder 40 in Richtung des Verschlusselementes 42 bewegt. Damit wird über die Stellstange 24 und die Anlenkzunge 18 die Lage des Hubringes 12 bezogen auf die Rotordrehachse dergestalt verändert, dass die Ölfördermenge der Flügelzellenpumpe 2 und damit der Öldruck reduziert wird. Entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Kennlinienfeld, welches im Motorsteuergerät abgelegt ist, können in Abhängigkeit von Öltemperatur und Drehzahl der Brennkraftmaschine beliebige Ölvolumenströme eingestellt werden, die dem entsprechenden Öldruckbedarf des Motors angepasst sind. So wird beispielsweise bei niedrigen Drehzahlen ein deutlich geringerer Öldruck für eine ausreichende Lagerversorgung benötigt, als bei hohen Drehzahlen. Extrem hohe bzw. niedrige Öltemperaturen erfordern einen höheren Öldruck, um einerseits dem höheren Kühlungsbedarf der Lager gerecht zu werden und andererseits den Leitungsdruckverlust und den Lagereintrittsdruck bei niedrigen Öltemperaturen kompensieren zu können. Darüber hinaus wird bei einem durch die Stellung der Drosselklappe signalisierten hohen Lastzustand des Motors ein höherer Öldruck als bei kleineren und mittleren Lasten benötigt.

[0018] Bei Motoren, die zur Kolbenkühlung Ölspritzdüsen verwenden, die bei einem bestimmten Schwellenöldruck öffnen, besteht nunmehr die Möglichkeit, die Kolbenspritzdüsen über das im Motorsteuergerät hinterlegte Kennfeld zu steuern. Dadurch werden zusätzlich die Reibungsverluste gesenkt und der erforderliche Förderstrom zur Motorversorgung verringert.

[0019] Im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen betriebspunktabhängigen Öldrucksteuerung ist weiterhin eine Selbstkalibrierung vorgesehen. Wie anhand von Fig. 4 veranschaulicht, wird dabei der Soll - Öldruck mit dem ist - Öldruck verglichen. Weicht der Ist - Öldruck vom Soll - Öldruck um ein vorher definiertes Δp ab, so wird die Steuerkurve durch einen Korrekturfaktor so lange verschoben, bis das Δp dem vorgegebenen Kriterium entspricht. Hintergrund für die vorgesehene Selbstkalibrierung ist die Tatsache, dass sich der Ölbedarf des Motors über seine Lebensdauer aufgrund von Lagerverschleiss, Pumpenverschleiss oder sich ändernder Ölviskosität verändert.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Regelung der Pumpleistung einer als eine Flügelzellenpumpe (2) ausgebildeten Motorölpumpe für eine Brennkraftmaschine, die Flügelzellenpumpe (2) einen Rotorkörper, radial im Rotorkörper verschiebbare Rotorflügel sowie einen Hubring aufweist, dessen Lage bezüglich der Rotordrehachse zur Veränderung des Fördervolumens in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einstellbar ist wobei

- auf der Kolbenrückseite eines in einer Ventilbohrung (30) eines Druckegelventils (26) geführten Stellkolbens (28) ein Druckraum (44) ausgebildet ist, in dem zusätzlich ein Federelement (40) Aufnahme findet, sowie mit einer hydraulischen Leitung (48), die mit dem Druckraum (44) in Verbindung steht und über ein Regelventil (52) zur Saugseite der Flügelzellenpumpe führt, wobei

- das Fördervolumen der Flügelzellenpumpe in Abhängigkeit von einem in der Drosselbohrung (62) eingestellten Ölvolumenstrom veränderbar ist;

dadurch gekennzeichnet, daβ

- der Hubring (12) an dem Stellkolben (28) angelenkt ist, der auf einer Kolben - Vorderseite (34) vom Motoröldruck beaufschlagt ist, und wobei

- die Kolbenvorderseite (34) mit der Kolbenrückseite (37) über eine im Stellkolben angeordnete Drosselbohrung (62) in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (28) auf seiner Rückseite eine Aufnahmeöffnung (38) aufweist, in der zumindest teilweise das Federelement (40) geführt und abgestützt ist, wobei dieses als eine Spiralfeder ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über das in der hydraulischen Leitung (48) angeordnete Regelventil (52) der zur Saugseite der Flügelzellenpumpe (2) zurückführbare Ölstrom einstellbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölstrom in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Last oder Motoröltemperatur gesteuert ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine betriebspunktabhängige Öldrucksteuerung der Flügelzellenpumpe ein Kennlinienfeld in einem Steuergerät hinterlegt ist, durch das der Öldruck in Abhängigkeit von der Drehzahl, der Motoröltemperatur oder dem Lastzustand der Brennkraftmaschine festgelegt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennlinienfeld durch einen Korrekturfaktor kalibrierbar ist.

Claims

1. Device for regulating the pumping capacity of an engine-oil pump, designed as a vane-cell pump (2), for an internal combustion engine, which vane-cell pump (2) has a rotor body, rotor vanes which are radially displaceable in the rotor body and a lifting ring, of which the position with respect to the rotor axis of rotation can be set as a function of operating parameters of the internal combustion engine in order to vary the feed volume, there being formed on the piston rear side of an actuating piston (28) guided in a valve bore (30) of a pressure-regulating valve (26) a pressure space (44) in which a spring element (40) is additionally received, and with a hydraulic line (48) which is connected to the pressure space (44) and which leads via a regulating valve (52) to the suction side of the vane-cell pump, the feed volume of the vane-cell pump being variable as a function of an oil volume flow set in the throttle bore (62), characterized in that the lifting ring (12) is articulated on the actuating piston (28) which is acted upon on a piston front side (34) by the engine-oil pressure, the piston front side (34) being connected to the piston rear side (37) via a throttle bore (62) arranged in the actuating piston.

2. Device according to Claim 1, characterized in that the actuating piston (28) has on its rear side a reception orifice (38) in which the spring element (40) is at least partially guided and supported, the latter being designed as a helical spring.

3. Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the oil stream returnable to the suction side of the vane-cell pump (2) can be set via the regulating valve (52) arranged in the hydraulic line (48).

4. Device according to Claim 3, characterized in that the oil stream is controlled as a function of operating parameters of the internal combustion engine, such as rotational speed, load or engine-oil temperature.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that, for an oil-pressure control of the vane-cell pump as a function of the operating point, a characteristic map is stored in a control unit, by means of which characteristic map the oil pressure is fixed as a function of the rotational speed, of the engine-oil temperature or of the load state of the internal combustion engine.

6. Device according to Claim 5, characterized in that the characteristic map can be calibrated by means of a correcting factor.

Revendications

1. Dispositif pour la régulation de la puissance de pompage d'une pompe à huile de moteur réalisée sous forme de pompe à ailettes (2) pour un moteur à combustion interne, la pompe à ailettes (2) présentant un corps de rotor, des pales de rotor déplaçables radialement dans le corps de rotor, ainsi qu'une couronne à cames dont la position peut être ajustée par rapport à l'axe de rotation du rotor pour modifier le volume refoulé en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne,

- un espace de pression (44) étant réalisé sur le côté arrière du piston d'un piston de commande (28) guidé dans un alésage de soupape (30) d'une soupape de régulation de la pression (26), un élément de ressort (40) étant logé dans cet espace de pression, et une conduite hydraulique (48) étant prévue, laquelle est en liaison avec l'espace de pression (44) et conduisant par le biais d'une soupape de régulation de la pression (52) vers le côté d'aspiration de la pompe à ailettes,

- le volume refoulé de la pompe à ailettes pouvant être modifié en fonction d'un débit volumique d'huile ajusté dans un alésage d'étranglement (62),

caractérisé en ce que

- la couronne à cames (12) est articulée au piston de commande (28) qui est sollicité par la pression d'huile du moteur d'un côté avant (34) du piston, et

- le côté avant du piston (34) est en liaison avec le côté arrière du piston (37) par le biais de l'alésage d'étranglement (62) disposé dans le piston de commande.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston de commande (28) présente, sur son côté arrière, une ouverture de réception (38) dans laquelle l'élément de ressort (40) est au moins en partie guidé et supporté, celui-ci étant réalisé sous forme de ressort spiral.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le flux d'huile pouvant être ramené vers le côté d'aspiration de la pompe à ailettes (2) peut être ajusté par le biais de la soupape de régulation (52) disposée dans la conduite hydraulique (48).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le flux d'huile est commandé en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne, comme le régime, la charge ou la température de l'huile du moteur.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour une commande de la pression d'huile de la pompe à ailettes en fonction d'un point de fonctionnement, on consigne un champ caractéristique dans un appareil de commande, lequel permet d'établir la pression d'huile en fonction du régime, de la température de l'huile du moteur ou de l'état de charge du moteur à combustion interne.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le champ caractéristique peut être calibré par un facteur de correction.

Zeichnung