AT407563B

AT407563B - Ölpumpe für eine brennkraftmaschine mit innerer verbrennung

Info

Publication number: AT407563B
Application number: AT0034898A
Authority: AT
Inventors: Heinz Klaus; Gerald Ing Buha
Original assignee: Tcg Unitech Ag
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2001-04-25
Also published as: ATE241775T1; EP0940622B1; ATA34898A; EP0940622A1; DE59905695D1; US6206651B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölpumpe für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit mindestens zwei Zahnradpaaren, die miteinander in Eingriff stehen, mindestens einer Ansaugöffnung und mindestens einer Ausstossöffnung, und einer ersten gemeinsamen Welle, auf der jeweils ein erstes Zahnrad jedes Paares von Zahnrädern angeordnet ist Ölpumpen für Brennkraftmaschinen, die insbesonders in Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, sind zumeist als Zahnradpumpen ausgebildet. Sie bestehen aus einem Paar von Zahnrädern, die miteinander in Eingriff stehen, wobei die Ölförderung durch die Verdrängungswirkung der Zähne hervorgerufen wird Die Förderwirkung von solchen Zahnradpumpen hängt im wesentlichen linear von der Drehzahl ab, mit der diese Zahnradpumpen angetrieben werden.

Da der Antrieb im allgemeinen direkt über die Brennkraftmaschine selbst erfolgt, ist die Förderleistung daher im wesentlichen proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine. Die für den Betrieb der Brenn- kraftmaschine benötigte Ölmenge ist jedoch nicht linear von der Drehzahl abhängig. Dies bedeutet, dass in einigen Drehzahlbereichen, und zwar insbesonders bei niederen Drehzahlen, die Gefahr einer mangelnden Ölversorgung besteht, während in anderen Drehzahlbereichen eine relativ grosse Menge über Druckbegrenzungsventile abgesteuert werden muss.

Aus der DE-A 38 37 599 ist eine Zahnradpumpe bekannt, bei der zwei Zahnradpaare vorge- sehen sind, die aus einem gemeinsamen Saugraum in getrennte Druckräume fördern. Um die Pumpenleistung verändern zu können, kann das Drucköl aus einem Druckraum in den Saugraum abgesteuert werden. Der andere Druckraum ist ständig mit einem Druckausgang verbunden Mit einer solchen Pumpe können zwei Kapazitätsstufen dargestellt werden. Dies ist jedoch für eine feine Anpassung in vielen Fällen nicht ausreichend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ölpumpe der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass diese Nachteile vermieden werden. Insbesonders besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den Energiebedarf für den Antrieb einer Ölpumpe zu verringern, um den Gesamtwirkungsgrad von Brennkraftmaschinen zu erhöhen.

Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass jedem Zahnradpaar eine eigene Ansaugöffnung und eigene Ausstossöffnung zugeordnet ist und dass ein Ventil vorgesehen ist, um wahlweise mindestens eine Ansaugöffnung mit der zugehörigen Ausstossöffnung zu verbin- den, um die einzelnen Zahnradpaare in Abhängigkeit von der erforderlichen Ölfördermenge mit O1 zu beaufschlagen.

Bei der erfindungsgemässen Lösung ist es möglich, die Förderleistung der Ölpumpe in gewis- sen Stufen an den tatsächlichen Bedarf anzupassen, indem mindestens drei Förderstufen erreicht werden. Die Abhängigkeit der Fördermenge von der Drehzahl bleibt zwar auch bei der erfindungs- gemässen Lösung grundsätzlich erhalten, es kann jedoch der Proportionalitätsfaktor verändert werden. Das oder die leerlaufende(n) Zahnradpaar (e) wird/werden im Umlauf und im wesentlichen drucklos betrieben, so dass Kühlung und Schmierung gewährleistet ist, jedoch mit Ausnahme der
Reibungsverluste kein Antriebsmoment für die Bewegung der Zahnräder erforderlich ist.

Die erfindungsgemässe Lösung ist so ausgebildet, dass bei relativ geringem Ölbedarf nur ein
Zahnradpaar die tatsächliche Förderung übernimmt. Bei maximalem Ölbedarf werden alle Zahn- radpaare parallel zueinander zur Förderung eingesetzt
In einer besonders einfachen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein Steuerventil vorgesehen ist, um die einzelnen Zahnradpaare wahlweise mit Öl zu ver- sorgen, und dass der Öldruck in der Ausstossleitung als Steuerdruck für dieses Schaltventil verwen- det wird Alternativ dazu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine elektronische Steuervor- richtung vorgesehen ist, um die einzelnen Zahnradpaare mit Öl zu beaufschlagen. Die erfindungs- gemässe Ölpumpe kann dabei in intelligenter Weise vom Motormanagement gesteuert werden.

Auf diese Weise ist es auch möglich, einen etwaigen zusätzlichen Ölbedarf abzudecken, der beispiels- weise aus einer Vorrichtung zur Änderung des Einstellwinkels einer Nockenwelle resultiert.

Eine Erhöhung der Möglichkeiten der Einstellungen ergibt sich dadurch, dass die einzelnen
Zahnradpaare eine unterschiedliche Breite aufweisen. Bei einer Ölpumpe mit beispielsweise zwei
Zahnradpaaren ist es dadurch möglich, drei verschiedene Leistungskennlinien zu erzielen.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Aus- führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 schematisch eine Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, die Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Ölpumpe und die
Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Fördermenge uber der Antriebsdrehzahl aufgetragen ist.

Die erfindungsgemässe Ölpumpe besteht aus einem Gehäuse 1, in dem zwei Kammern 2, 2 vorgesehen sind, die durch eine Trennwand 4 voneinander getrennt sind. In der ersten Kammei befindet sich ein Zahnradpaar, bestehend aus den Zahnrädern 5a, 5b, während in der zweiter Kammer 3 ein Zahnradpaar vorgesehen ist, das aus den Zahnrädern 6a, 6b besteht. Die Zahn- räder 5a, 6a sind dabei auf einer gemeinsamen Welle 7 befestigt, die auch zum Antrieb der Pumpe dient. Eine erste Ansaugöffnung 8a steht mit der Kammer 2 in Verbindung, während eine zweite Ansaugöffnung 9a mit der Kammer 3 in Verbindung steht. Eine erste Ausstossöffnung 8b führt von der Kammer 2 weg, während eine zweite Ausstossöffnung 9b von der zweiten Kammer 3 wegführt.

Ein Schaltventil 10 ist dazu vorgesehen, die verschiedenen Betriebsmodi der Ölpumpe umzu- schalten.

In einer ersten Stellung des Schaltventils 10, das als Schieberventil ausgebildet ist, wird eine Ansaugleitung 11, die in einem Vorratsbehälter 12, wie etwa die Ölwanne einer nicht näher darge- stellten Brennkraftmaschine, führt, mit der ersten Ansaugöffnung 8a verbunden. Die erste Ausstoss- öffnung 8b wird mit einer Ölversorgungsleitung 13, die zu den zu schmierenden Bauteilen führt, in Verbindung gesetzt. Weiters werden in dieser Stellung des Ventils 10 die zweite Ansaugöffnung 9a und die zweite Ausstossöffnung 9b miteinander verbunden, so dass das Zahnradpaar 6a, 6b im Kurzschluss betrieben wird.

In einer zweiten Stellung des Ventils 10 wird die Beschaltung der ersten Ansaugöffnung 8a bzw. Ausstossöffnung 8b und der zweiten Ansaugöffnung 9a und Ausstossöffnung 9b umgekehrt.

Daher wird in dieser Stellung das Zahnradpaar 5a, 5b im Kurzschluss betrieben, während die Ölförderung über das Zahnradpaar 6a, 6b erfolgt.

Da das Zahnradpaar 6a, 6b breiter ausgeführt ist als das Zahnradpaar 5a, 5b, ist die Förder- leistung der Ölpumpe in diesem Zustand erhöht.

In einer dritten Schaltstellung des Ventils 10 werden beide Ansaugöffnungen 8a, 9a mit der Ansaugleitung 11 verbunden, und es werden beide Ausstossöffnungen 8b, 9b mit der Ölversor- gungsleitung 13 verbunden. Die Ölfördermenge der Pumpe ist in diesem Zustand maximal.

Die Steuerung des Ventils 10 kann erfindungsgemäss in der Weise erfolgen, dass bei geringem Öldruck das Steuerventil 10 jedenfalls in der dritten Stellung ist. Bei überschreiten eines ersten
Druckgrenzwertes kann die Umschaltung in den zweiten Zustand erfolgen, und wenn dieser Druck wiederum erreicht wird, kann weiter in den dritten Zustand umgeschaltet werden. Alternativ dazu kann jedoch die Umschaltung des Ventils 10 auch über das Motormanagement erfolgen. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass beispielsweise beim Kaltstart oder in anderen Betriebszuständen, bei denen eine grosse Ölfördermenge benötigt wird, das Ventil 10 in die dritte Stellung gebracht werden kann.

Auch dann, wenn zusätzliche Ölverbrauchsquellen, wie bestimmte Betätigungsvorrichtun- gen, zugeschaltet werden, kann das Motormanagement bereits vorauseilend einen höheren Öldruck zur Verfügung stellen.

In der Fig. 2 ist eine mögliche Ausführung einer erfindungsgemässen Ölpumpe dargestellt.

Dabei sind in einem Gehäuse 1 ein Hohlrad 15a und ein mit diesem Hohlrad 15a in Eingriff stehen- des Zahnrad 15b vorgesehen. Die Zahnräder 15a und 15b sind exzentrisch zueinander, um in
Eingriff zu stehen In dem Spalt zwischen den Zahnrädern 15a und 15b ist ein Leitelement 16 vorgesehen, das den Ansaugraum 17 von dem Ausstossraum 18 trennt. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Zahnräder 15a, 15b in der Richtung des Pfeils 19 rotieren.

In der Fig. 3 ist der Ölbedarf und die Ölfördermenge einer Ölpumpe nach dem Stand der
Technik und einer Ölpumpe gemäss der vorliegenden Erfindung über der Drehzahl n der Brenn- kraftmaschine aufgetragen. Die Kurve 20 entspricht dabei dem unterproportional zunehmenden Ölbedarf der Brennkraftmaschine. Die durchgezogene Gerade 21 entspricht der Ölfördermenge einer bekannten Ölpumpe. Die abgestufte Linie 22, die unterbrochen dargestellt ist, entspricht der
Kennlinie einer erfindungsgemässen Ölpumpe. Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Leistung der bekannten Ölpumpe gemäss der Kennlinie 21 wesentlich rascher zunimmt als der Ölbedarl (Kurve 20).

Obgleich im Bereich niederer Drehzahlen ein Bereich 23 besteht, in dem die Ölförder- menge mit der bekannten Pumpe zu gering ist, ist die Ölfördermenge bei höheren Drehzahlen wesentlich grösser als der tatsächliche Bedarf. Dies bedeutet, dass eine relativ grosse Menge von O1 über ein Druckbegrenzungsventil abgesteuert werden muss, und dass daher in diesem Dreh- zahlbereich eine relativ grosse Antriebsenergie der Ölpumpe nutzlos verbraucht wird. Im Gegensatz dazu liegt die Kennlinie 22 der erfindungsgemässen Ölpumpe in allen Drehzahlbereichen über der

< urve 20, die den Ölbedarf angibt Die Ölversorgung des Motors ist daher gegenüber dem Stand der Technik verbessert. Trotzdem ist die im oberen Drehzahlbereich abzusteuernde Ölmenge deutlich geringer als die bei der bekannten Ölpumpe.

Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Schalt- zeitpunkte, bei denen die Leistung der ölpumpe verringert wird, bei 2000 Umdrehungen bzw bei 3500 Umdrehungen gewählt sind Wie dies oben bereits ausgeführt worden ist, ist es jedoch nicht erforderlich, die Schaltzeitpunkte von der Motordrehzahl abhängig zu machen, sondern sie können n Abhängigkeit einer Vielzahl von Betriebsparametern gewählt werden.

Claims

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine Ölpumpe zu schaffen, die einerseits eine bes- sere Versorgung des Motors mit O1 gewährleistet, und die andererseits einen geringeren Leis- tungsbedarf aufweist PATENTANSPRÜCHE: 1 Ölpumpe für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit mindestens zwei Zahn- radpaaren (5a, 5b ; 6b), die miteinander in Eingriff stehen, mindestens einer Ansaug- öffnung (8a, 9a) und mindestens einer Ausstossöffnung (8b, 9b), und einer ersten gemein- samen Welle (7), auf der jeweils ein erstes Zahnrad (5a, 6a) jedes Paares von Zahnrädern (5a, 5b; 6a, 6b) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zahnradpaar (5a, 5b;

6a, 6b) eine eigene Ansaugöffnung (8a, 9a) und eigene Ausstossöffnung (8b, 9b) zuge- ordnet ist und dass ein Ventil (10) vorgesehen ist, um wahlweise mindestens eine Ansaug- offnung (8a, 9a) mit der zugehörigen Ausstossöffnung (8b, 9b) zu verbinden, um die einzel- nen Zahnradpaare (5a, 5b ; 6b) in Abhängigkeit von der erforderlichen Ölfördermenge mit O1 zu beaufschlagen
2. Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander getrennte Kammern (2, 3) vorgesehen sind, die jeweils ein Zahnradpaar (5a, 5b; 6a, 6b) aufnehmen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steu- erventil (10) vorgesehen ist, um die einzelnen Zahnradpaare (5a, 5b ; 6a,6b) wahlweise mit Öl zu versorgen, und dass der Öldruck in der Ausstossleitung (11) als Steuerdruck fur dieses Schaltventil verwendet wird
4. Ölpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektro- nische Steuervorrichtung vorgesehen ist, um die einzelnen Zahnradpaare (5a, 5b; 6a, 6b) mit Öl zu beaufschlagen.
5. Ölpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zahnradpaare (5a, 5b; 6a, 6b) eine unterschiedliche Breite aufweisen.
6 Ölpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Zahnrad (15b) eines Zahnradpaares (15a, 15b) eine Innenverzahnung aufweist