DE102004040781A1 - Öldrucksteuersystem und -verfahren für Motoren mit hydraulischer Zylinderabschaltung - Google Patents

Abstract

Ein Ölschmier- und -steuersystem für einen Motor mit Zylinderabschaltstößeln, die mit dem Druck des ganzen Ölsystems betrieben werden, ist mit einem Hilfsüberdruckventil versehen, das sich öffnet, um den maximalen Öldruck in dem System zu steuern, wenn die Motordrehzahl und die Temperaturbedingungen jenseits der Möglichkeit der Ölpumpendrucksteuerungseinheit liegen, um die maximale Druckgrenze beizubehalten. Das Hinzufügen des Hilfsüberdruckventils erlaubt einen ausgedehnten Betrieb der Schaltstößel, die aufgrund ihres Aufbaus darauf begrenzt sind, unterhalb einer vorbestimmten Druckgrenze zu arbeiten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hilfsüberdruckventil in dem Motorkurbelgehäuse in einer Bohrung angebracht, die direkt mit der Hauptölleitung verbunden ist, um ein Anbringen und Betätigen des Hilfsüberdruckventils mit einem Minimum an Modifikationen an dem Motorölsystemaufbau bereitzustellen.

Description

• Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Voranmeldung Nr. 60/498,266, eingereicht am 26. August 2003.
• Diese Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Steuern von Öldruck in Motoren mit hydraulischen Zylinderabschaltstößelnstößeln.
• Aus dem Stand der Technik, der Motorzylinderabschaltung betrifft, ist bekannt, so genannte Schaltventilstößel, die auf ein Öldrucksignal antworten, zu verwenden, um entweder einen vollen Betrieb aller Motorzylinder aufrechtzuerhalten oder die Zylinderventile mit den Schaltstößeln abzuschalten. Dies schaltet den Betrieb dieser Zylinder als ein Teil des Motorleistungsentwicklungsprozesses ab. Gegenwärtig verfügbare Schaltstößel umfassen einen Rollenschlepphebel, der eine hydraulische Ventilspieleinstellvorrichtung einschließt, die durch einen Einraststift eingerastet ist. Wenn der Stößel in einer Position ist, um ein zugeordnetes Motorventil zu betätigen, ermöglicht ein Herunterdrücken des Einraststifts durch ein Öldrucksignal den Ventilstößeln sich innerhalb des Stößelkörpers gegen die Kraft einer Leerlauffeder hin- und herzubewegen. Dies ermöglicht dem Ventil, geschlossen zu bleiben und zur Abschaltung des zugeordneten Zylinders beitragen.
• Wenn der Stößeleinraststift in der eingerasteten Position ist, wird ein geringer Anteil an Ventilspiel durch die Durchgangsbohrung um den Stift bereitgestellt. Der Stift wird durch die Kraft einer Totgang- oder Leerlauffeder, die gegen einen Öldruck in der Ventilspieleinstellvorrichtung wirkt und die dazu neigt, Ventilspiel von dem Ventilbetätigungsmechanismus zu entfernen, in einem relativ freien Zustand in dem Loch gehalten. Deshalb muss der Ölversorgungsdruck zu der Ventilspieleinstellvorrichtung unterhalb eines vorbestimmten Maximaldrucks gehalten werden, so dass die Kraft der Leerlauffeder ausreichend ist, um den Einraststift in einer Position zu halten, die eine reibungsfreie, Ausrast- und Einrastbewegung gegen den Stößelkörper erlaubt. Eine übermäßige Reibung würde eine Abschalt- und Wiedereinschaltbewegung des Einraststifts verhindern. Demgemäß ist der Zylinderabschaltungsbetriebsmodus normalerweise während Betriebszuständen, in denen der Motoröldruck größer als der spezifische Maximalwert ist, gesperrt, da Versuche, die Zylinder mit übermäßigem Öldruck anzuschalten und abzuschalten, zu einer Fehlfunktion führen könnte, was zu einem nicht zufrieden stellenden Betrieb der Motorzylinder führt.
• Bei den meisten normalen Zuständen mit betriebswarmen Motor wird die Systemöldruckzuführung zu der Ventilspieleinstellvorrichtung durch ein Ölüberdruckventil oder Bypassventil, das der Motorölpumpe zugeordnet ist und das entweder überschüssigen Ölfluss umlaufen lässt oder in die Ölwanne zurückführt, um einen gewünschten Maximalöldruck beizubehalten, in angemessener Weise gesteuert. Jedoch können bei einigen Zuständen mit mittleren Motoröltemperaturen, die geringer sind als die normalen maximalen Betriebstemperaturen, hohe Motordrehzahlen Motorölsystemdrücke aus der motorangetriebenen Ölpumpe erzeu gen, die den spezifischen Maximaldruck überschreiten, und somit die Verwendung der Zylinderabschaltungseinrichtung verhindern.
• Die vorliegende Erfindung stellt eine Modifikation des Ölsteuersystems bereit sowie ein Betriebsweise, die ein Hilfsüberdruckventil verwendet, das an einer geeigneten Stelle in dem Ölzulieferungssystem hinzugefügt ist und das wirksam ist, um den maximalen Öldruck zu begrenzen, indem überschüssiges Öl aus dem System abgelassen wird. Das Hilfsventil öffnet nur, wenn der Öldruckbypass, der der Ölpumpe zugeordnet ist, unfähig ist, den Ölfluss, der zur Öldrucksteuerung benötigt wird, zu bewältigen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Hilfsüberdruckventil in einer Öffnung des Zylinderblocks oder Kurbelgehäuses, die direkt mit der Hauptölleitung verbunden ist, angebracht. Öl wird aus der Pumpe über die Hauptölleitung an die Stößelleitungen und Hauptlagerölzuführungen geführt sowie zu Steuerdurchgängen für die Schaltstößel. Das Hilfsüberdruckventil arbeitet nur, wenn die Kombination von Motordrehzahl und Öltemperatur zu einem Zustand extrem hohen Öldrucks jenseits des Steuerpunkts des Ölpumpenbypasses führt. Dann öffnet das Hilfsüberdruckventil und lässt jeden überschüssigen Ölfluss in das Motorölkurbelgehäuse ab, so dass der maximale Ölsystemdruck unterhalb des Drucks gehalten wird, bei dem die hydraulischen Abschaltstößel gesperrt werden müssten. Auf diese Weise wird der Betriebsbereich der Zylinderabschaltstößel auf höhere Motorbetriebsdrehzahlen und niedrigere Ölbetriebstemperaturen ausgedehnt, so dass die Zylinderabschaltung weiter verwendet werden kann, um Verbesserungen bei der Kraftstoffersparnis des Fahrzeugs bereitzustellen.
• Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einiger spezifischer Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher verstanden.
• 1 ist eine Querschnittsansicht eines V8-Kraftfahrzeugmotors, der ein Öldrucksteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
• 2 ist eine bildhafte Ansicht der Öldurchgänge in einem System der Erfindung.
• 3 ist eine bildhafte Ansicht eines Motorblocks ähnlich zu der von 1 und zeigt die Lage eines Befestigungslochs für ein Hilfsüberdruckventil; und
• 4 ist eine vergrößerte bildhafte Ansicht, die die Anordnung des Überdruckventils, das mit der Hauptölleitung verbunden ist, zeigt.
• Mit Bezug zunächst auf 1 der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein einen V8-Kraftfahrzeugverbrennungsmotor. Der Motor 10 umfasst einen Zylinderblock 12 mit zwei Zylinderreihen 14, die Kolben 16 umfassen, denen durch Rotation einer Kurbelwelle 18, die in einem Kurbelgehäuseteil 20 des Zylinderblocks 12 angebracht ist, eine Hin- und Herbewegung ermöglicht wird. Die Zylinder sind durch Zylinderköpfe 22 geschlossen, die ein Einlass- und ein Auslassdurchgang 24, 26 umfassen, welche durch ein Einlass- bzw. Auslassventil 28, 30 gesteuert werden.
• Die Ventile werden durch einen Ventiltrieb betätigt, der eine Nockenwelle 32 umfasst, die durch die Motorkurbelwelle 18 angetrieben wird. Die Nockenwelle 32 betätigt Ventilstößel, die sowohl konventionelle Rollenhydraulikstößel 34 als auch so genannte Schaltstößel 36 umfassen. Die Stößel greifen in Stößelstangen 38, die mit Kipphebeln 40 verbunden sind, um die Ventile 28, 30 gegen die Kraft von Ventilfedern 42 zu betätigen.
• Der Motor 10 umfasst eine Ölschmierung und ein Steuersystem 44, wie in 1 bis 4 gezeigt. Das Ölsystem umfasst eine Ölpumpe 46, die direkt durch die Kurbelwelle 18 angetrieben wird und ein inneres Öldrucksteuerventil enthält. Die Ölpumpe zieht Öl aus einer Ölwanne 48, die unterhalb des Kurbelgehäuseteils 20 des Zylinderblocks angebracht ist.
• Wie in 2 der Zeichnungen gezeigt, liefert die Ölpumpe unter Druck stehendes Öl an eine Hauptölleitung 50. Die Hauptölleitung liefert Öl über einen Ölfilter, nicht gezeigt, direkt an Ventilstößelölleitungen 52, 54, die wiederum Öl an die Ventilstößel 34, 36 (1) liefern, um ihre hydraulischen Ventilspieleinstellvorrichtungen, nicht gezeigt, zu betätigen. Die Ölzuführung der Ventilspieleinstellvorrichtung geht sowohl zu den konventionellen Stößelbohrungen 56 als auch zu den Schaltstößelbohrungen 58. Die Stößelleitung 52 liefert über Kanäle 60 Öl auch direkt an die Hauptlager, nicht gezeigt, des Motors.
• Wie in 1 gezeigt, umfasst der Motor 10 auch eine Magnetsteuerventilanordnung 62, die unter Druck stehendes Öl über innere Durchgänge, nicht gezeigt, aus dem Ölsystem erhält. Die Ventilanordnung 62 umfasst ein Magnetsteuerventil 64, das den Ölfluss aus dem Ölsystem über Zuführungsdurchgänge 66 an die Bohrungen 58 der Schaltstößel 36, wie in den 1 und 2 gezeigt, steuert.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung und am besten in den 2-4 dargestellt, umfasst das Ölsystem 44 auch ein Hilfsüberdruckventil 68. Das Ventil 68 ist in einer Bohrung 70 angebracht, die in einem Motorkurbelgehäuseteil 20 ausgebildet ist und direkt mit der Hauptölleitung 50 verbunden ist. Das Ventil 68 ist benachbart zu einer Wange 72 des Kurbelgehäuseteils angeordnet und wird durch ein Feststellelement 74, das durch eine Schraube 76 oder andere geeignete Mittel befestigt ist, in der Bohrung 70 gehalten. Das Hilfsventil 68 liegt benachbart zu einem Hauptlagerdeckel 78, der mit anderen Lagerdeckeln vorgesehen ist, um die Hauptlager der Kurbelwelle zu tragen.
• In der dargestellten Ausführungsform ist der Ort des Hilfsüberdruckventils 68 in dem Ölsystem aufgrund seines Vorteils bezüglich der Hauptölleitung 50 ausgewählt, um bei einem minimalen Modifikationsaufwand des Motorkurbelgehäuses und des Zylinderblocks eine Verbindung des Ventils mit der Leitung bereitzustellen. Jedoch kann das Ventil bei anderen Motoranordnungen angeordnet sein, um mit der Hauptölleitung, den Stößelölleitungen oder mit anderen geeigneten Stellen in dem System, die passend sein können, verbunden zu sein.
• Im Betrieb des beschriebenen Motors dreht die Bewegung der Kolben, die durch Verbrennungsgase angetrieben werden, die Kurbelwelle 18, um Energie von dem Motor zu liefern. Die Kurbelwellenrotation treibt die Ölpumpe 46 an, um unter Druck stehendes Öl an die Gesamtschmierung und an das Steuersystem des Motors über die Hauptölleitung zu liefern. Das unter Druck stehende Öl wird verwendet, um die beweglichen Teile des Motors einschließlich der Haupt- und Kurbelwellenlager, der Stößel, der Kipphebel und andere Bauteile zu schmieren. Das unter Druck stehende Öl wird auch verwendet, um die Ventilspieleinstellvorrichtungen, die innerhalb beider Ventilstößelsätze 34, 36 getragen sind, zu betätigen.
• Der gleiche Öldruck wird auch der Steuerventilanordnung 62 zugeführt und wird durch das Magnetsteuerventil 64, das den Öldruck an die Zuführungsdurchgänge 66 steuert, welche zu den Schaltstößelbohrungen 58 führen, geliefert oder abgeschaltet. Beim Betrieb aller Zylinder wird der Öldruck abgeschaltet und die Schaltstößel bleiben in der Betriebsposition eingerastet. Wenn es erwünscht ist, die Zylinder, die mit den Schaltstößeln verbunden sind, abzuschalten, wird das Magnetventil geöffnet, um die Zuführungsdurchgänge 66 unter Druck zu setzen. Der Öldruck löst die Verriegelungsstifte in den Stößelkörpern, was den Stößelkörpern ermöglicht, sich um ihre Ventilspieleinstellvorrichtungen hin- und herzubewegen und somit den Betrieb der Ventile, die mit den Schaltstößeln 36 verbunden sind, zu sperren.
• Da der Betrieb der Schaltstößel einen Öldruck innerhalb eines vorbestimmten Bereichs benötigt, können die Stößel nur betätigt werden, wenn der Öldruck oberhalb eines minimalen Werts ist, der den Verriegelungsstift betätigt, und unterhalb eines Maximaldrucks, oberhalb dessen der Einraststift nicht mehr ordentlich arbeiten kann. Im Allgemeinen wird der Motoröldruck in dem gewünschten Bereich durch ein Drucksteuerventil, nicht gezeigt, das als Teil der Motorölpumpe 46 ausgebildet ist, gesteuert. Bei Bedingungen mit hoher Motordrehzahl und einem mittleren Öldruck, der geringer ist als die übliche maximale Betriebstemperatur, ist die Ölpumpendrucksteuerung jedoch unzulänglich, um genügend Öl so vorbeizuleiten, dass verhindert wird, dass der Öldruck über das Maximum ansteigt, bei welchem die Schaltstößel nicht mehr betätigt werden können. Aus diesem Grund sind in dem System Steuerungen vorgesehen, um eine Betätigung der Schaltstößel zu verhindern, wenn der Öldruck über die vorbestimmte Druckgrenze steigt. Dies führt zur Unfähigkeit, den Vorteil von zusätzlicher Kraftstoffersparnis durch den Betrieb des Motors bei einer reduzierten Zylinderzahl zu nutzen, zu Zeiten, wenn der Motor bei höheren Drehzahlen betrieben wird und den Vorteil aus dem Betrieb in dem Zylinderabschaltungmodus haben würde.
• In der vorliegenden Erfindung ist das Hilfsüberdruckventil, das mit der Hauptölleitung 50 verbunden ist, kalibriert, um sich zu öffnen, wenn der Öldruck in die Nähe des zulässigen Maximalniveaus ansteigt. Das Ventil 68 lässt dann genügend Öl aus der Hauptölleitung ab, um den Öldruck unterhalb des festgesetzten Maximums zu halten. Auf diese Weise kann der Betrieb der Zylinderabschaltschaltstößel in Zustände mit hoher Motordrehzahl und mäßiger oder durchschnittlicher Öltemperatur ausgedehnt werden, wodurch der Vorteil der Kraftstoffersparnis der Zylinderabschaltung ausgeweitet wird und die Gesamtkraftstoffersparnis, d.h. der Kraftstoffwirkungsgrad, des Motors erhöht wird.
• Zusammengefasst betrifft die Erfindungein Ölschmier- und Steuersystem für einen Motor mit Zylinderabschaltschaltstößeln, die mit dem Druck des ganzen Ölsystems betätigt werden, wobei das Ölschmier- und Steuersystem mit einem Hilfsüberdruckventil versehen ist, das sich öffnet, um den maximalen Öldruck in dem System zu steuern, wenn die Motordrehzahl und die Temperaturbedingungen jenseits der Möglichkeit der Ölpumpendrucksteuerungseinheit liegen, um die maximale Druckgrenze beizubehalten. Das Hinzufügen des Hilfsüberdruckventils erlaubt einen ausgedehnten Betrieb der Schaltstößel, die aufgrund ihres Aufbaus darauf begrenzt sind, unterhalb einer vorbestimmten Druckgrenze zu arbeiten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hilfsüberdruckventil in dem Motorkurbelgehäuse in einer Bohrung angebracht, die direkt mit der Hauptölleitung verbunden ist, um ein Anbringen und Betätigen des Hilfsüberdruckventils mit einem Minimum an Modifikationen an dem Motorölsystemaufbau bereitzustellen.

Claims (9)

1. System zum Steuern eines Öldrucks in Motoren mit hydraulischen Zylinderabschaltstößeln, wobei das System umfasst: eine Ölpumpe, die von dem Motor angetrieben wird, die unter Druck stehendes Öl an eine Ölleitung zum Schmieren ausgewählter Motorbauteile liefert und die eine Betätigung der Zylinderabschaltventilstößel steuert; eine Öldrucksteuerung, die der Ölpumpe zugeordnet ist und wirksam ist, um einen Öldruck, der an die Ölleitung geliefert wird, bei normalen Betriebstemperaturen zu steuern; und ein Hilfsüberdruckventil in dem System, das wirksam ist, um Öldrücke bei hohen Motordrehzahlen und niedrigen Öltemperaturen unterhalb eines zulässigen Maximaldrucks zu halten, wodurch die Betätigung der Abschaltstößel ermöglicht wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsüberdruckventil mit einer Hauptölleitung verbunden ist.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsüberdruckventil mit einer Ventilstößelleitung verbunden ist.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor einen Zylinderblock umfasst, und dass das Hilfsüberdruckventil in einer Leitung in dem Zylinderblock angebracht ist und mit dieser verbunden ist.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsüberdruckventil in einem Kurbelgehäuseteil des Zylinderblocks angebracht ist.
6. Verfahren zum Erweitern des Betriebsbereichs von Zylinderabschaltventilstößeln in einem Motorölsystem während eines Betriebs des Motors bei niedrigen Öltemperaturen und hohen Drehzahlen, wobei das Verfahren umfasst: Liefern von unter Druck stehendem Öl von einer motorangetriebenen Ölverdrängerpumpe an eine Ölleitung zum Schmieren ausgewählter Motorbauteile und zum Steuern einer Betätigung der Zylinderabschaltventilstößel; Begrenzen einer Fördermenge der Pumpe durch Vorbeileiten überschüssigen Öls, um einen Öldruck, der an die Ölleitung bei normalen Ölbetriebstemperaturen geliefert wird, zu steuern; und Begrenzen des Drucks in dem System bei hohen Motordrehzahlen und niedrigen Öltemperaturen durch Öffnen eines Hilfsüberdruckventils in dem System, das bei reduzierten Ölbetriebstemperaturen wirksam ist, um Öldrücke unterhalb eines zulässigen Maximaldrucks zu halten, wodurch eine Betätigung der Abschaltventilstößel ermöglicht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Anbringen des Hilfsüberdruckventils in einem Teil des Motors, der eine Hauptleitung enthält, umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Hilfsüberdruckventil in dem Motorkurbelgehäuse befindet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsüberdruckventil in einer Bohrung eines Kurbelwellengehäuses, die mit der Hauptleitung verbunden ist, angebracht ist.