DE102004007347A1

DE102004007347A1 - Ölpumpe für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004007347A1
Application number: DE200410007347
Authority: DE
Inventors: Bojan Cernota
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe für Brennkraftmaschinen mit einer Baugruppe zur druckabhängigen Regelung einer Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Saugraum, wobei im Gehäuse der Ölpumpe eine Zylinderbohrung ausgestaltet ist, die in den Druckraum mündet, die in ihrer Zylinderwand zumindest eine Abströmöffnung zum Saugraum aufweist und in der ein Abregelkolben axial verlagerbar geführt wird, der vom Druck im Pumpenraum und von der Kraft einer zugeordneten Feder derart beaufschlagbar ist, dass die Mantelfläche des Abregelkolbens die zumindest eine Abströmöffnung zum Saugraum in Abhängigkeit der konkreten Kolbenstellung verschließt oder öffnet. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Abregelkolben für eine solche Ölpumpe zu schaffen, mit dem sowohl lokale Sogwirkungen im Strömungsweg des Öls als auch Resonanzen am Kolben weitgehend vermieden werden. Dies wird erreicht, indem der Abregelkolben (5) einen in Einbaulage rechtwinkling zur Längsachse der Zylinderbohrung (3) verlaufenden und vollflächig geschlossenen mittleren Abschnitt (51) aufweist, der nach beiden Seiten in Längsrichtung der Zylinderbohrung (3) jeweils in einen äußeren Abschnitt (52, 53) übergeht, wobei diese beiden äußeren Abschnitte (52; 53) jeweils die Kontur eines Hohlzylinders aufweisen und an der zum mittleren Abschnitt (51) entgegengesetzt angeordneten Stirnseite offen ausgestaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe für Brennkraftmaschinen mit einer Baugruppe zur druckabhängigen Regelung einer Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Saugraum, wobei im Gehäuse der Ölpumpe eine Zylinderbohrung ausgestaltet ist, die in den Druckraum mündet, die in ihrer Zylinderwand zumindest eine Abströmöffnung zum Saugraum aufweist und in der ein Abregelkolben axial verlagerbar geführt wird, der vom Druck im Pumpenraum und von der Kraft einer zugeordneten Feder derart beaufschlagbar ist, dass die Mantelfläche des Abregelkolbens die zumindest eine Abströmöffnung zum Saugraum in Abhängigkeit der konkreten Kolbenstellung verschließt oder öffnet.
Moderne Brennkraftmaschinen werden überwiegend mit einer Druckumlaufschmierung im geschlossenen System konzipiert. Das Öl wird vorzugsweise mit einer Zahnradpumpe zunächst über eine Einlassleitung in das Pumpengehäuse angesaugt, danach über eine Auslassleitung ausgestoßen und im weiteren Strömungsweg zum Verbraucher gefördert. Um den von der Ölpumpe erzeugten Druck auf definierte Parameter einstellen zu können, wird eine zusätzliche Baugruppe verwendet, die in Abhängigkeit der jeweils konkreten Druckverhältnisse eine Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Saugraum regelt.

Bei einer diesbezüglichen technischen Lösung ist gemäß DE 101 09 679 A1 im Gehäuse der Ölpumpe eine Zylinderbohrung ausgestaltet, die in den Druckraum mündet und die in ihrer Zylinderwand zumindest eine Abströmöffnung zum Saugraum aufweist. In der Zylinderbohrung wird ein Hohlzylinder geführt, der eine vollständig geschlossene Mantelfläche sowie eine offene und eine geschlossene Stirnseite aufweist. Dieser Hohlzylinder wirkt als „Abregelkolben", indem er mit seiner Mantelfläche in Abhängigkeit der konkreten Kolbenstellung die zumindest eine Abströmöffnung zum Saugraum verschließt oder öffnet und somit die Verbindung zwischen Druckraum und Saugraum regelt. Die geschlossene Stirnseite des Abregelkolbens wird an ihrer Außenfläche vom Pumpendruck beaufschlagt und steht an ihrer Innenfläche mit einer Feder in Wirkverbindung. Die Feder verläuft im Bereich des Abregelkolbens innerhalb des freien Bauraums im Hohlzylinder und wird mit ihrem zum Abregelkolben entgegengesetzt angeordneten Endabschnitt im Pumpengehäuse abgestützt.

Folglich wird der Abregelkolben gegen den auf der Außenfläche der geschlossenen Stirnseite angreifenden Pumpendruck vorgespannt. Dabei ist die Federkraft derart ausgelegt, dass bei Übersteigen eines als Abregeldruck definierten Wertes eine Verlagerung des Abregelkolbens bewirkt wird. Die Feder wird dann zusammengedrückt und der Abregelkolben gleitet axial in Richtung der Abstützung der Feder im Pumpengehäuse. Dabei wird die zumindest eine Abströmöffnung, die zunächst von der Mantelfläche des Abregelkolbens überdeckt worden ist, zunehmend freigelegt. Somit kann Öl von der Druckseite zur Saugseite strömen und der Druck im Pumpenraum wird vermindert. Sobald der am Abregelkolben angreifende Pumpendruck kleiner wird als der von der Federkraft erzeugte Widerstand, ändert sich die Bewegungsrichtung. Nunmehr wird die zumindest eine Abströmöffnung von der Mantelfläche des Abregelkolbens wieder zunehmend verschlossen.

Solche Konstruktionen haben sich grundsätzlich bewährt, um das Öffnen bzw. Schließen von Abströmöffnungen zum Saugraum druckabhängig zu regeln. Allerdings ist die Ausgestaltung des Abregelkolbens als Hohlzylinder mit einseitig geschlossener Stirnfläche problematisch. Die vom Pumpendruck beaufschlagte geschlossene Stirnfläche ist bei einer solchen topfähnlichen Kontur direkt in einem Bereich angeordnet, in dem große Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Somit ergeben sich hier große Angriffsflächen für das mit hoher Geschwindigkeit strömende Öl, so dass eine lokale Sogwirkung auftritt. Weiterhin ist die topfähnliche Kontur sehr schwingungsanfällig, so dass am Ventilkolben Resonanzen hervorgerufen werden können. Die Sogwirkungen und Kolbenresonanzen beeinträchtigen jedoch die Betriebsparameter, insbesondere ergeben sich nachteilige Druckpulsationen und gegebenenfalls auch Kolbenfresser in der Ölpumpe. Somit wird letztlich das Betriebsverhalten der gesamten Brennkraftmaschine beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Abregelkolben für eine Ölpumpe zu schaffen, mit dem sowohl lokale Sogwirkungen im Strömungsweg des Öls als auch Resonanzen am Kolben weitgehend vermieden werden. Dies soll insbesondere durch eine veränderte Kontur des Abregelkolbens erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Abregelkolben einen in Einbaulage rechtwinklig zur Längsachse der Zylinderbohrung verlaufenden und vollflächig geschlossenen mittleren Abschnitt aufweist, der nach beiden Seiten in Längsrichtung der Zylinderbohrung jeweils in einen äußeren Abschnitt übergeht, wobei diese beiden äußeren Abschnitte jeweils die Kontur eines Hohlzylinders aufweisen und an der zum mittleren Abschnitt entgegengesetzt angeordneten Stirnseite offen ausgestaltet sind. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren technische Merkmale und Funktionen im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Abregelkolbens werden die Stirnflächen der Bauteile im Übergangsbereich von Zylinderbohrung und Druckraum, also im Bereich des Abregelquerschnitts, wesentlich reduziert. Somit sind in diesem Bereich großer Strömungsgeschwindigkeit lediglich kleine Angriffsflächen für das Strömungsmedium vorhanden. Dadurch werden lokale Sogwirkungen im Strömungsweg des Öls und Resonanzen am Abregelkolben wesentlich vermindert, wodurch sowohl Druckpulsationen als auch Kolbenfresser weitgehend vermieden werden. Folglich verbessert ein derart schwingungsoptimierter Abregelkolben die Funktionsfähigkeit der Ölpumpe und letztlich das Betriebsverhalten der gesamten Brennkraftmaschine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ölpumpe in teilweise demontierten Zustand in räumlicher Darstellung
2 eine Ölpumpe im montierten Zustand in Schnittdarstellung
3 einen Abregelkolben in Schnittdarstellung
3a ein erstes Detail aus 3 in vergrößerter Darstellung
3b ein weiteres Detail aus 3 in vergrößerter Darstellung
4 ein Diagramm zum Druckverlauf einer konventionellen Ölpumpe
5 ein Diagramm zum Druckverlauf einer erfindungsgemäßen Ölpumpe
In der Zeichnung ist eine Ölpumpe für Brennkraftmaschinen dargestellt. Diese, im Aufbau in 1 und 2 gezeigte Ölpumpe weist eine Baugruppe zur druckabhängigen Regelung einer Verbindung zwischen dem Druckraum 1 und dem nicht näher dargestellten Saugraum auf. Hierfür ist im Gehäuse 2 der Ölpumpe eine Zylinderbohrung 3 ausgestaltet, die in den Druckraum 1 mündet. In der Wand der Zylinderbohrung 3 ist zumindest eine Abströmöffnung 4 vorgesehen, die mit dem Saugraum verbunden ist. Weiterhin ist in der Zylinderbohrung 3 ein Abregelkolben 5 angeordnet. Der Abregelkolben 5 ist axial verlagerbar und wird sowohl vom Druck im Druckraum 1 als auch von der Kraft einer zugeordneten Feder 6 beaufschlagt. In Abhängigkeit der jeweils konkreten Kolbenstellung wird somit die Abströmöffnung 4 durch die Mantelfläche des Abregelkolbens 5 entweder verschlossen oder geöffnet. Ein solcher Aufbau und die hiermit realisierten Funktionen sind an sich bekannt, so dass an dieser Stelle auf diesbezügliche Darlegungen verzichtet werden kann.
Wesentlich im vorliegenden Sachverhalt ist jedoch die konstruktive Ausgestaltung des Abregelkolbens 5. Der Abregelkolben 5 besteht aus einem vollflächig geschlossenen mittleren Abschnitt 51. Der mittlere Abschnitt verläuft – wie aus 2 ersichtlich – in Einbaulage rechtwinklig zur Längsachse der Zylinderbohrung 3. Weiterhin geht der vollflächig geschlossene mittlere Abschnitt 51 an beiden Seiten in Längsrichtung der Zylinderbohrung 3 jeweils in einen äußeren Abschnitt 52 bzw. 53 über. Dabei weisen die beiden äußeren Abschnitte 52 und 53 jeweils die Kontur eines Hohlzylinders auf. Außerdem sind die beiden äußeren Abschnitte 52 und 53 an ihrer zum mittleren Abschnitt 51 entgegengesetzten Stirnseite jeweils offen ausgestaltet. Somit weist der Abregelkolben 5 in Längsrichtung einen Querschnitt auf, der einem Buchstaben "H" ähnlich ist. Während der äußere Abschnitt 52 vom Öldruck im Druckraum 1 beaufschlagt wird, greift am äußeren Abschnitt 53 die Feder 6 an.
In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der mit der Feder 6 in Wirkverbindung stehende äußere Abschnitt 53 des Abregelkolbens 5 eine größere axiale Ausdehnung aufweist als der vom Druckraum 1 beaufschlagbare äußere Abschnitt 52, siehe 3. Ferner ist vorgesehen, dass der Außendurchmesser der Feder 6 kleiner ist als der Innendurchmesser des äußeren Abschnitts 53. Somit kann die Feder 6 innerhalb der Hohlzylinderkontur dieses Abschnitts 53 geführt werden, wodurch eine vorteilhafte Abstützung und Kraftübertragung erzielt wird. Hierbei ergeben sich weitere Vorteile bei der Montage, sofern die Wandung des mit der Feder 6 in Wirkverbindung stehenden äußeren Abschnitts 53 an ihrer offenen Stirnseite eine kegelförmige Kontur aufweist, die beispielsweise gemäß 3a gestaltet werden kann. Die kegelförmige Kontur dient auch dafür, dass bei einer Bewegung des Abregelkolbens 5 die Kante nicht an die Windungen der Feder 6 stößt, wodurch die Kolbenbewegung behindert würde.
An der Mantelfläche des Abregelkolbens 5 ist im Bereich von beiden äußeren Abschnitten 52 und 53 jeweils eine umlaufende Ringnut 71 bzw. 72 ausgestaltet, die insbesondere aus 3b ersichtlich ist. Die geometrische Zuordnung ist dabei so vorgesehen, dass die Ringnut 72 im Bereich des von der Feder 6 beaufschlagten äußeren Abschnitts 53 bei weitgehend entspannter Feder 6 mit der Abströmöffnung 4 in Wirkverbindung steht.
In Funktion befindet sich der Abregelkolben 5 zunächst in einer Ausgangsstellung gemäß 2. Dabei ist der Abregelkolben 5 mittels der Feder 6 gegen den im Druckraum 1 angreifenden Pumpendruck vorgespannt. Die Kraft der Feder 6 ist so ausgelegt, dass bei Übersteigen eines als Abregeldruck definierten Wertes eine Verlagerung des Abregelkolbens 5 bewirkt wird. Die Feder 6 wird dann zusammengedrückt und der Abregelkolben 5 gleitet axial in Richtung der Abstützung der Feder 6 im Gehäuse 2, in 2 also nach rechts. Dabei wird die Abströmöffnung 4, die zunächst von der Mantelfläche des Abregelkolbens 5 überdeckt wurde, zunehmend freigelegt. Somit kann Öl von der Druckseite zur Saugseite strömen und der Druck im Druckraum 1 wird vermindert. Sobald der am Abregelkolben 5 angreifende Pumpendruck kleiner wird als der von der Federkraft erzeugte Widerstand, ändert sich die Bewegungsrichtung. Nunmehr wird die Abströmöffnung 4 von der Mantelfläche des Abregelkolbens 5 wieder zunehmend verschlossen.
In 4 und 5 sind Diagramme zum Druckverlauf in Ölpumpen dargestellt, die im Ergebnis entsprechender Versuche an einer Brennkraftmaschine für PKW ermittelt worden sind. Dabei ist mit "PP" der Druck in der Ölpumpe bezeichnet und mit "PF" der Druck im Ölfilter. Während bei Anwendung konventioneller Bauteile (4) deutliche Druckschwankungen festgestellt worden sind, wurde durch Anwendung eines erfindungsgemäßen Abregelkolbens (5) ein gleichmäßiger Druckverlauf ohne erkennbare Druckpulsationen erreicht.

1: Druckraum
2: Gehäuse
3: Zylinderbohrung
4: Abströmöffnung
5: Abregelkolben
51: mittlerer Abschnitt
52: äußerer Abschnitt
53: äußerer Abschnitt
6: Feder
71: Ringnut
72: Ringnut
"PP": Druck in der Ölpumpe
"PF": Druck im Ölfilter

Claims

Ölpumpe für Brennkraftmaschinen mit einer Baugruppe zur druckabhängigen Regelung einer Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Saugraum, wobei im Gehäuse der Ölpumpe eine Zylinderbohrung ausgestaltet ist, die in den Druckraum mündet, die in ihrer Zylinderwand zumindest eine Abströmöffnung zum Saugraum aufweist und in der ein Abregelkolben axial verlagerbar geführt wird, der vom Druck im Pumpenraum und von der Kraft einer zugeordneten Feder derart beaufschlagbar ist, dass die Mantelfläche des Abregelkolbens die zumindest eine Abströmöffnung zum Saugraum in Abhängigkeit der konkreten Kolbenstellung verschließt oder öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Abregelkolben (5) einen in Einbaulage rechtwinklig zur Längsachse der Zylinderbohrung (3) verlaufenden und vollflächig geschlossenen mittleren Abschnitt (51) aufweist, der nach beiden Seiten in Längsrichtung der Zylinderbohrung (3) jeweils in einen äußeren Abschnitt (52; 53) übergeht, wobei diese beiden äußeren Abschnitte (52; 53) jeweils die Kontur eines Hohlzylinders aufweisen und an der zum mittleren Abschnitt (51) entgegengesetzt angeordneten Stirnseite offen ausgestaltet sind.
Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mantelfläche des Abregelkolbens (5) im Bereich von beiden äußeren Abschnitten (52; 53) jeweils eine umlaufende Ringnut (71; 72) ausgestaltet ist.
Ölpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (72) im Bereich des von der Feder (6) beaufschlagten äußeren Abschnitts (53) des Abregelkolbens (5) bei weitgehend entspannter Feder (6) mit der zumindest einen Abströmöffnung (4) zum Saugraum in Wirkverbindung steht.
Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Feder (6) in Wirkverbindung stehende äußere Abschnitt (53) des Abregelkolbens (5) eine größere axiale Ausdehnung aufweist als der vom Druck im Druckraum (1) beaufschlagbare äußere Abschnitt (52) des Abregelkolbens (5).
Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Feder (6) kleiner ist als der Innendurchmesser des zugeordneten äußeren Abschnitts (53) vom Abregelkolben (5).
Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des mit der Feder (6) in Wirkverbindung stehenden äußeren Abschnitts (53) des Abregelkolbens (5) an ihrer offenen Stirnseite eine kegelförmige Kontur aufweist.