DE102004049029A1

DE102004049029A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102004049029A1
Application number: DE200410049029
Authority: DE
Inventors: Franz Lukas; Volker Verhees; Joachim Bazlen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-09
Also published as: DE102004049029B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors mit einer Ölpumpe (10) und wenigstens einem von einem von der Ölpumpe (10) geförderten Drucköl beaufschlagten Absteuerventileinrichtung (36) mit wenigstens einem Absteuerventil (20, 30, 40) sowie einem die Absteuerventileinrichtung (36) mit einem Steuerdruck beaufschlagenden Ventil (19). Abhängig von einem einzustellenden Druckniveau sind unterschiedliche Wirkflächen (22, 32, 42, 43) eines oder mehrerer Arbeitskolben (22', 32', 44) der Absteuerventileinrichtung (36) beaufschlagbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors gemäß den Oberbegriffen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 8.
Die Druckregelung bei Ölpumpen, insbesondere die von Schmierölpumpen an Verbrennungsmotoren, erfolgt in der Regel durch Absteuern des zuviel geförderten Öl-Volumenstroms. Ein auf eine Fläche eines Absteuerkolbens wirkender Steuerdruck verschiebt den Absteuerkolben gegen eine Feder derart, dass ab einem definierten Regeldruck ein Absteuerquerschnitt freigegeben wird.

In der DE 101 41 786 A1 ist eine Vorrichtung zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors beschrieben mit einem Absteuerventil, dessen als Kolben ausgebildeter Ventilkörper durch den Öldruck in eine Öffnungsrichtung und durch eine Druckfeder an dessen Rückseite in Schließrichtung beaufschlagbar ist. In Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter und/oder Betriebszustände sind verschiedene Öldrücke einstellbar, indem ein die Druckfeder aufnehmender Gehäuseraum des Absteuerventils über eine zu- bzw. abschaltbare Hydraulikleitung mit der Druckseite des Absteuerventils verbunden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Regelung eines Schmieröldrucks, die abhängig von Betriebsparametern und/oder Betriebszuständen mit unterschiedlichen Druckniveaus arbeiten kann, zu verbessern. Ebenso soll ein Verfahren zur Regelung des Schmieröldrucks angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 8 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer Ölpumpe und einer von einem von der Ölpumpe geförderten Drucköl beaufschlagten Absteuerventileinrichtung mit wenigstens einem Absteuerventil sowie einem die Absteuerventileinrichtung mit einem Steuerdruck beaufschlagenden Ventil weist abhängig von einem einzustellenden Druckniveau beaufschlagbare unterschiedliche Wirkflächen eines oder mehrerer Arbeitskolben der Absteuerventileinrichtung auf. Durch eine geeignete Auslegung einer Federsteifigkeit einer einen Arbeitskolben beaufschlagenden Feder sowie der Wirkfläche des Arbeitskolbens eines bestimmten Absteuerventils kann erreicht werden, dass dieses Absteuerventil bereits bei einem geringen Regeldruck abzuregeln beginnt. Damit können abhängig von Betriebsparametern und/oder Betriebsbedingungen unterschiedliche Druckniveaus eingestellt werden. Ein Abregeln kann, z.B. bei geringen Drehzahlen des Motors, schon bei relativ niedrigem Druck beginnen. Das System kann insgesamt dann auf relativ geringem Druckniveau arbeiten.

Zusätzlich ist vorteilhaft, dass bei einem Ausfall des Ventils dasjenige Absteuerventil bzw. diejenige Wirkfläche deaktivierbar ist, mit der ein geringes Druckniveau einstellbar ist. Eine sichere Betriebsweise der Vorrichtung ist gewährleistet und eine Versorgung des Verbrennungsmotors mit einem hohen Druckniveau an Schmieröl auf diese Weise stets gewährleitstet.

Vorzugsweise ist ein hohes Druckniveau für Volllast oder ein niedriges Druckniveau für eine geringe Last des Verbrennungsmotors einstellbar. Das einzustellende Druckniveau ist bevorzugt von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig und/oder von anderen Betriebsparametern und/oder Betriebszuständen des Fahrzeugs.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer günstigen Ausgestaltung umfasst die Absteuerventileinrichtung wenigstens zwei parallel geschaltete Absteuerventile, von denen eines für das hohe Druckniveau und eines für das niedrige Druckniveau ausgelegt ist. Die Auslegung der Absteuerventile erfolgt zweckmäßig durch eine geeignete Auswahl von Federsteifigkeiten der den jeweiligen Arbeitskolben beaufschlagenden Druckfeder. Die zwei parallel angeordneten Absteuerventile mit unterschiedlichen Federsteifigkeiten für unterschiedliche Abregeldrücke werden über ein Ventil vorzugsweise in Abhängigkeit von der Motordrehzahl geschaltet. Alternativ dazu können die Federsteifigkeiten gleich und die Wirkflächen unterschiedlich sein. Ebenso können Federsteifigkeiten und Wirkflächen unterschiedlich sein. Denkbar ist auch eine Abhängigkeit von anderen Betriebsparametern oder Betriebszuständen des Verbrennungsmotors als der Motordrehzahl. Grundsätzlich sind auch mehr als zwei derartige Absteuerventile denkbar, um mehr als zwei Druckniveaus einzustellen.

Zur Beaufschlagung des Absteuerventils für das niedrige Druckniveau ist ein Ventil bevorzugt in einer Steuerleitung zwischen Steuereingängen der beiden Absteuerventile angeordnet. Das Ventil ist vorzugsweise als Wegeventil, bevorzugt als 3/2-Wegeventil, ausgebildet.

In einer alternativen Ausgestaltung umfasst die Absteuerventileinrichtung ein Absteuerventil, dessen von einem Öl mit Steuerdruck beaufschlagbarer Arbeitskolben zwei Wirkflächen aufweist. Das Absteuerventil weist vorzugsweise einen ersten Eingang für eine erste Steuerleitung und einen zweiten Eingang für eine zweite Steuerleitung auf, die abhängig vom einzustellenden Druckniveau mit einem Steuerdruck beaufschlagbar sind. Es kann eine sehr kompakte Anordnung geschaffen werden. Für ein hohes Druckniveau wird der Steuerdruck nur an einer Teilfläche des Arbeitskolbens wirksam, während für ein niedriges Druckniveau der Steuerdruck auch auf eine weitere Teilfläche zuschaltbar ist. Grundsätzlich sind auch mehr als zwei derartige Wirkflächen des Arbeitskolbens des Absteuerventils denkbar, um mehr als zwei Druckniveaus einzustellen.

Vorteilhafterweise ist ein Durchgangspfad im Absteuerventil zwischen einem Eingang und einem Ausgang für von der Ölpumpe gefördertes Schmieröl (Drucköl) im Wesentlichen senkrecht zu einer Verschieberichtung des Arbeitskolbens angeordnet. Auf die Wirkflächen wirkt nur eine geringere Ölmenge mit einem Steuerdruck aus einer Hydraulikleitung, während das eigentliche Volumen des Schmieröls, das zum Abregeln aus der Druckleitung über das Absteuerventil z.B. in eine Ölwanne zurückgeführt wird, durch eine separate Öffnung in das Absteuerventil eintritt und aus dem Absteuerventil austritt. Der Steuerdruck wird vorzugsweise mit Öl erzeugt, das in Förderrichtung hinter der Ölpumpe nach einer Reinigung mit einem Filter aus der Reinölseite abgezweigt wird.

Vorteilhaft ist, dass bei Ruhestellung und/oder Ausfall des Ventils am Motor das hohe Druckniveau anliegt. Dazu kann das Absteuerventil oder der Steuereingang deaktivierbar sein, der bei niedrigem Druckniveau beaufschlagt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors werden abhängig von einem einzustellenden Druckniveau unterschiedliche Wirkflächen eines oder mehrerer Arbeitskolben einer Absteuerventileinrichtung beaufschlagt.

Vorzugsweise wird eine Steuerleitung abhängig von dem einzustellenden Druckniveau zwischen wenigstens zwei Absteuerventilen freigegeben oder gesperrt. Es ist günstig, einen Steuerdruck abhängig von dem einzustellenden Druckniveau zwischen wenigstens zwei Steuereingängen eines Absteuerventils umzuschalten. Es kann ein weiteres Ventil zugeschaltet oder abgeschaltet werden und/oder eine weitere Wirkfläche eines Stufenkolbens zugeschaltet oder abgeschaltet werden.

Weitere Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine erste erfindungsgemäße Anordnung mit zwei parallel geschalteten Absteuerventilen;
2 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung mit einem Absteuerventil mit zwei Wirkflächen;
3 ein Druckverlauf über einer Drehzahl des Verbrennungsmotors der Anordnungen in 1 und 2.
1 zeigt zur Veranschaulichung der Erfindung eine erste bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mittels einer Ölpumpe 10 wird aus einer nicht näher dargestellten Ölwanne 48 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors über einen Eingang 13 der Ölpumpe 10 Schmieröl angesaugt und über einen Ausgang 14 Verbrauchern, wie z.B. Lagerstellen der Kurbelwelle, den Pleuellagern, den Lagern der Nockenwelle etc., zugeführt. Die Verbraucher werden über eine Hauptölgalerie 16 versorgt. Vom Ausgang 14 gelangt das von der Ölpumpe 10 geförderte Drucköl in eine Leitung 15, in der ein Kühler 11 und ein Filter 12 angeordnet sind und tritt von dort gekühlt und gereinigt als Reinöl in die Hauptölgalerie 16 ein, die Verbraucher mit Schmieröl versorgt.
Zwischen dem Ausgang 14 und den Verbrauchern ist eine Absteuerventileinrichtung 36 mit einem ersten Absteuerventil 20 und einem zweiten Absteuerventil 30 angeordnet. Das erste Absteuerventil 20 besteht aus einem als Arbeitskolben 22' ausgebildeten Ventilkörper, der in einer Bohrung des Ventilgehäuses längsverschieblich angeordnet ist. An der Stirnseite des Arbeitskolbens 22' ist eine Wirkfläche 22 ausgebildet, die von Öl mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist. An dem der Wirkfläche 22 entgegengesetzten Ende des Arbeitskolbens 22' ist eine als Druckfeder ausgebildete Feder 21 angeordnet, deren Federkraft gegen den sich im Druckraum des Absteuerventils 20 aufbauenden Schmieröldruck wirkt. Ist der Druck groß genug, wird der Arbeitskolben 22' soweit gegen die Feder 21 gedrückt, dass ein Absteuerquerschnitt des Absteuerventils 20 freigegeben wird und Drucköl von einem Eingang 24 am Absteuerventil 20 zu einem Ausgang 25 gelangen kann. Von dort wird es in die Ölwanne 48 oder einen Öltank abgeführt.
Das zweite Absteuerventil 30 ist vergleichbar aufgebaut und besteht aus einem als Arbeitskolben 32' ausgebildeten Ventilkörper, der in einer Bohrung des Ventilgehäuses längsverschieblich angeordnet ist. An der Stirnseite des Arbeitskolbens 32' ist eine Wirkfläche 32 ausgebildet, die von Öl mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist. An der der Wirkfläche 32 entgegengesetzten Ende des Arbeitskolbens 32' ist eine als Druckfeder ausgebildete Feder 31 angeordnet, deren Federkraft gegen den sich im Druckraum des Absteuerventils 30 aufbauenden Schmieröldruck wirkt. Ist der Druck groß genug, wird das überschüssige Schmieröl abgeregelt, indem der Arbeitskolben 32' soweit gegen die Feder 31 gedrückt wird, dass ein Absteuerquerschnitt des Absteuerventils 30 freigegeben wird und Drucköl von einem Eingang 34 am Absteuerventil 30 zu einem Ausgang 35 und weiter in die Ölwanne 48 oder den Öltank gelangen kann.
Wie aus 1 ersichtlich führt von der Hauptölgalerie 16 eine Hydraulikleitung 26 zur Absteuerventileinrichtung 36. Von der Hydraulikleitung 26 führt eine erste Steuerleitung 27 zu dem Steuereingang 23 des ersten Absteuerventils 20. Dort beaufschlagt das Öl mit dem Steuerdruck die Wirkfläche 22 des Arbeitskolbens 22'. Ist der Druck zu niedrig, kann der Arbeitskolben 22' nicht weit genug gegen die Federkraft der Feder 21 verschoben werden, und der Durchgangspfad für das Drucköl bleibt verschlossen. 1 zeigt eine hohe Druckstufe, bei der ein Ventil 19 abgeschaltet ist. Das Ventil 19 wird zur Einstellung des niedrigen Druckniveaus entsprechend auf Durchgang geschaltet, und Öl mit dem Steuerdruck kann über eine zweite Steuerleitung 28 an den Eingang 33 des zweiten Absteuerventils 32' gelangen und die Wirkfläche 32 des Arbeitskolbens 32' mit Steuerdruck beaufschlagen, womit das zweite Absteuerventil 32' zugeschaltet wird. Die Feder 31 weist eine Federkonstante auf, die gering genug ist, um bei einem geringen Druck den Durchlasspfad zwischen Eingang 34 und Ausgang 35 für das Drucköl freizugeben, das von dort in die Ölwanne 48 zurückgeführt wird. Soll ein hohes Druckniveau eingestellt werden, schaltet das Ventil 19 um und sperrt die zweite Steuerleitung 28 gegen den Steuerdruck. In Ruhestellung und/oder bei Ausfall des Ventils 19 ist das zweite Absteuerventil 30 deaktiviert, so dass die Versorgung des Verbrennungsmotors mit hohem Druckniveau stets sichergestellt ist.
Die bevorzugte Ausgestaltung in 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung, bei der eine Absteuerventileinrichtung 36 ein Absteuerventil 40 umfasst, dessen von einem Steuerdruck beaufschlagbarer Arbeitskolben 44 zwei Wirkflächen 42, 43 aufweist. Das Absteuerventil 40 weist einen ersten Eingang 45 für eine erste Steuerleitung 27 und einen zweiten Eingang 29 für eine zweite Steuerleitung 28 auf. Ein Durchgangspfad im Absteuerventil 40 zwischen einem Eingang 46 und einem Ausgang 47 für Schmieröl mit hohem Druck ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Verschieberichtung des Arbeitskolbens 44 angeordnet. Die Anordnung zeigt diejenige für ein hohes Druckniveau.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors mit einer Ölpumpe 10, wobei wenigstens eine Absteuerventileinrichtung 36 mit wenigstens einem Absteuerventil 20, 30, 40 von einem von der Ölpumpe 10 geförderten Drucköl beaufschlagt wird und ein Ventil 19 die Absteuerventileinrichtung 36 mit einem Steuerdruck beaufschlagt, werden abhängig von einem einzustellenden Druckniveau unterschiedliche Wirkflächen 22, 32, 42, 43 eines oder mehrerer Arbeitskolben 22', 32', 44 der Absteuerventileinrichtung 36 beaufschlagt. Dabei wird in einer ersten Ausgestaltung eine Steuerleitung 28 abhängig von dem einzustellenden Druckniveau zwischen zwei Absteuerventilen 20, 30 freigegeben oder gesperrt. Alternativ kann ein Steuerdruck abhängig von dem einzustellenden Druckniveau zwischen zwei Steuereingängen 45, 29 eines einzigen Absteuerventils 40 umgeschaltet werden und verschiedene Wirkflächen 42, 43 des als Stufenkolben ausgebildeten Arbeitskolbens 44 beaufschlagt. Bei Ruhestellung und/oder Ausfall des Ventils 19 wird das Absteuerventil 32 oder der Steuereingang 29 deaktiviert, der für niedriges Druckniveau beaufschlagt wird.
3 verdeutlicht einen Druckverlauf p des Öls in einer Hauptölgalerie 16 als Funktion einer Drehzahl n eines Verbrennungsmotors bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung des Schmieröldrucks gemäß den beiden Ausgestaltungen in 1 und 2. Der Druckverlauf p(n) ist ungefähr stufenartig mit einer ersten Stufe bei einem Druck p₂ mit einer ersten Drehzahl n₁ und einer zweiten Stufe bei einem Druck p₁ und einer zweiten Drehzahl n₂. Die Druckniveaus bei p₂ und p₁ sind annähernd konstant und zeigen nur eine geringe positive Steigung. Die Stufen ergeben sich aus den unterschiedlichen Ab steuerdrücken p₁, p₂. Aufgrund des vergrößerten Absteuerquerschnitts steigt der Gegenhaltedruck an. Gestrichelt ist der Druckverlauf eingezeichnet, der einer Anordnung mit nur einem Absteuerventil und einer einzigen Wirkfläche entsprechen würde. Erkennbar ist, dass bereits bei geringeren Drücken ein Abregeln erfolgt und das System über den Drehzahlbereich bis n₂ insgesamt bei niedrigeren Drücken arbeiten kann.
Das zweite Absteuerventil 30 gemäß 1 wird zwischen einer niedrigen ersten Drehzahl n₁ und einer höheren zweiten Drehzahl n₂ des Verbrennungsmotors mit einem Steuerdruck beaufschlagt. Gemäß 2 wird für ein hohes Druckniveau p₁, oberhalb der zweiten Drehzahl n₂, nur die Fläche 42 mit Steuerdruck beaufschlagt, während für ein niedriges Druckniveau p₁, unterhalb der zweiten Drehzahl n₂, auch Steuerdruck auf die Wirkfläche 43 wirkt. Erst ab der zweiten Drehzahl n₂ wird das Ventil 19 umgeschaltet und ein höherer Druck p₁ eingestellt. 1 zeigt eine hohe Druckstufe, bei der das Ventil 19 abgeschaltet ist.

10: Ölpumpe
11: Kühler
12: Filter
13: Eingang
14: Ausgang
15: Leitung rohölseitig
16: Hauptölgalerie
17: Leitung Drucköl
18: Leitung Drucköl
19: Ventil
20: Absteuerventil
21: Feder
22: Wirkfläche
22': Kolben
23: Steuereingang
24: Eingang Drucköl
25: Ausgang
26: Steuerleitung
27: Steuerleitung
28: Steuerleitung
29: Steuereingang
30: Absteuerventi1
31: Feder
32: Wirkfläche
32': Kolben
33: Steuereingang
34: Eingang Drucköl
35: Ausgang
36: Absteuerventileinrichtung
40: Absteuerventil
41: Feder
42: Wirkfläche
43: Wirkfläche
44: Kolben
45: Steuereingang
46: Eingang Drucköl
47: Ausgang
48: Ölwanne
n: Drehzahl
n₁: Drehzahl
n₂: Drehzahl
p: Druck
p₁: Druck
p₂: Druck

Claims

Vorrichtung zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors mit einer Ölpumpe (10) und wenigstens einem von einem von der Ölpumpe (10) geförderten Drucköl beaufschlagten Absteuerventileinrichtung (36) mit wenigstens einem Absteuerventil (20, 30, 40) sowie einem die Absteuerventileinrichtung (36) mit einem Steuerdruck beaufschlagenden Ventil (19), dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einem einzustellenden Druckniveau unterschiedliche Wirkflächen (22, 32, 42, 43) eines oder mehrerer Arbeitskolben (22', 32', 44) der Absteuerventileinrichtung (36) beaufschlagbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absteuerventileinrichtung (36) wenigstens zwei parallel geschaltete Absteuerventile (20, 30) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (19) in einer Steuerleitung (26) zwischen Steuereingängen (23, 33) der beiden Absteuerventile (20, 30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absteuerventileinrichtung (36) ein Absteuerventil (40) umfasst, dessen von einem Steuerdruck beaufschlagbarer Arbeitskolben (44) wenigstens zwei unterschiedliche Wirkflächen (42, 43) aufweist.
Vorrichtung nach zumindest Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absteuerventil (40) einen ersten Eingang (45) für eine erste Steuerleitung (27) und einen zweiten Eingang (29) für eine zweite Steuerleitung (28) aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchgangspfad im Absteuerventil (20, 30, 40) zwischen einem Eingang (24, 34, 46) und einem Ausgang (25, 35, 47) für Schmieröl im Wesentlichen senkrecht zu einer Verschieberichtung des Arbeitskolbens (22', 32', 44) angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ruhestellung und/oder Ausfall des Ventils (19) das Absteuerventil (32) oder der Steuereingang (29) deaktivierbar ist, der für niedriges Druckniveau beaufschlagbar ist.
Verfahren zur Regelung eines Schmieröldrucks eines Verbrennungsmotors mit einer Ölpumpe (10), wobei wenigstens eine Absteuerventileinrichtung (36) mit wenigstens einem Absteuerventil (20, 30, 40) von einem von der Ölpumpe (10) geförderten Drucköl beaufschlagt wird und ein Ventil (19) die Absteuerventileinrichtung (36) mit einem Steuerdruck beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einem einzustellenden Druckniveau unterschiedliche Wirkflächen (22, 32, 42, 43) eines oder mehrerer Arbeitskolben (22', 32', 44) der Absteuerventileinrichtung (36) beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerleitung (28) abhängig von dem einzustellenden Druckniveau zwischen wenigstens zwei Absteuerventilen (20, 30) freigegeben oder gesperrt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerdruck abhängig von dem einzustellenden Druckniveau zwischen wenigstens zwei Steuereingängen (45, 29) eines Absteuerventils umgeschaltet wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ruhestellung und/oder Ausfall des Ventils (19) das Absteuerventil (32) oder der Steuereingang (29) deaktiviert wird, der für niedriges Druckniveau beaufschlagt wird.