DE102005029086A1

DE102005029086A1 - Ölpumpe für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005029086A1
Application number: DE102005029086A
Authority: DE
Inventors: Norman Dipl.-Ing. Wöckel (FH); Jürgen Dipl.-Ing. Bohner (FH); Kurt Dipl.-Ing. Schlegel (FH); Sven Peters; Paul Wahl; Hilmar Dr.-Ing. Gärtner
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH; Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: US20090123314A1; FR2887921A1; US7544052B2; FR2887921B1; US7967580B2; US20070009372A1; DE102005029086B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe für eine Brennkraftmaschine zur Absaugung des in einer Ölauffangvorrichtung (2) befindlichen Schmieröls, mit einerm Ölpumpengehäuse (14), in dem mindestens zwei Paare von Zahnrädern (16a, 16b; 18a, 18b) angeordnet sind, wobei zur Ausbildung der Pumpenstufen (16, 18) die Zahnradpaare (16a, 16b; 18a, 18b) auf der Saugseite mit einem im Ölpumpengehäuse (14) ausgebildeten Saugkanal (46) und auf der Druckseite mit einem Druckkanal (48) verbunden sind. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass im Ölpumpengehäuse (14) ein mit dem Saugkanal (46) einer ersten Pumpenstufe (16a, 16b) verbundener Ölversorgungskanal (56) integriert ist, über den Schmieröl zur Saugseite der ersten Pumpenstufe (16) förderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 101 59 088 ist eine Zahnradölpumpe für die Schmierölversorgung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der über eine erste Pumpenstufe aus einem hinteren Ölabsaugraum eines Ölauffanggehäuses der Brennkraftmaschine das Schmieröl in den eigentlichen Ölsumpf gefördert wird, um es von dort über eine zweite Pumpenstufe den Verbrauchern, wie z.B. die Hauptlager der Kurbelwelle oder die Lager der Nockenwelle etc. zu zuführen. Insbesondere bei längeren Bergabfahrten kann die erste Pumpenstufe Luft ansaugen, so dass das betreffende Zahnradpaar der Pumpenstufe u.U. nicht ausreichend geschmiert ist. Eine ausreichende Schmierung der Zahnräder ist insbesondere dann erforderlich, wenn über die betreffende Pumpenstufe nachgeschaltete Pumpenstufen angetrieben sind und somit ein entsprechendes Drehmoment übertragen werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine als Zahnradpumpe ausgebildete Ölpumpe einer Brennkraftmaschine in allen Betriebssituationen des Kraftfahrzeuges eine dauerhafte und zuverlässige Schmierung der ineinander kämmenden Zahnradpaare sicher zu stellen.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch den im Ölpumpengehäuse integrierten Ölversorgungskanal wird Schmieröl zur Saugseite der Pumpenstufe der Ölpumpe gefördert, so dass eine zuverlässige und sichere Schmierung der beiden die Pumpenstufe bildenden Zahnräder sichergestellt ist. Auch in Betriebszuständen, in denen von der Pumpenstufe teilweise kein Schmieröl gefördert wird, kann z.B. durch eine andere Pumpenstufe gefördertes Schmieröl über den Ölversorgungskanal zur Saugseite der Pumpenstufe gefördert werden und damit eine Schmierung der Zahnräder, insbesondere an den Zahneingriffsflächen der beiden Pumpenräder sowie an den Begrenzungswänden der Pumpenkammer sicherstellen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Ölpumpe möglich.

Die Schmierung der Zahnräder auf der Saugseite der ersten Pumpenstufe erfolgt in vorteilhafter Weise über die zweite Pumpenstufe – der eigentlichen Druckstufe der Ölpumpe – da diese in allen Betriebszuständen des Motors bzw. des Kraftfahrzeuges aus dem Ölsumpf des Ölauffanggehäuses ausreichend Schmieröl fördert.

Zur Umsetzung eines variablen Fördervolumens ist die Druckstufe mit einer Stelleinrichtung versehen, die ein elektrisch ansteuerbares Regelventil aufweist, welches gleichzeitig die Schmierölzufuhr über den Ölversorgungskanal zur Saugseite der ersten Pumpenstufe sicherstellt.

Das axial verschiebbare Abtriebszahnrad der zweite Pumpenstufe ist an mindestens einer Stirnseite von einer im Ölpumpengehäuse integrierten ersten Druckkammer begrenzt; damit kann das Fördervolumen der Druckstufe entsprechend verändert bzw. dem Betriebzustand des Motors angepasst werden.

In einer zweiten, auf der anderen Stirnseite des Abtriebszahnrades angeordneten (Druck-) Kammer ist ein Federelement aufgenommen, dessen Federkraft der in der ersten Druckkammer aufgebrachten hydraulischen Stellkraft entgegenwirkt.

Da mit dem Federelement nur ein bestimmter maximaler Öldruck, z.B. 2 bar, einstellbar ist und um den Öldruck im Motor variieren zu können, wird die zweite (Druck-) Kammer im Bedarfsfall ebenfalls mit Hydrauliköl beaufschlagt. Damit lassen sich unabhängig von der Motordrehzahl unterschiedliche Öldrücke einstellen.

Die Druckentlastung der zweiten (Druck-) Kammer erfolgt über den im Ölpumpengehäuse integrierten Ölversorgungskanal, der zur Saugseite der ersten Pumpenstufe führt. Normalerweise würde das in der zweiten (Druck-) Kammer befindliche Hydrauliköl zum Öltank bzw. zum Ölsumpf zurück geführt werden; hier wird es auf vorteilhafte Art und Weise zur saugseitigen Schmierung des Zahnradpaares der ersten Pumpenstufe genutzt.

Das Abtriebszahnrad der zweiten Pumpenstufe bildet zusammen mit zwei an seinen Stirnflächen angeordneten Kolbenelementen eine Baueinheit, wobei die freie Stirnfläche der beiden Kolbenelemente u.a. als Wirkflächen für die hydraulischen Verstellung des Abtriebszahnrades dienen.

Das der Druckkammer zugeordnete Kolbenelement ist gestuft ausgebildet, wobei der im Durchmesser reduzierte Kolbenabschnitt u.a. als Führung für das als Spiralfeder ausgebildete Federelement dient.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:
1 ein Ölführungsgehäuse mit einer darin angeordneten Ölpumpe,
2 einen Längsschnitt durch das Ölführungsgehäuse,
3 eine Perspektivansicht auf die Ölpumpe,
4 den Innenaufbau der Ölpumpe,
5 eine schematische Darstellung der Regelung der Ölpumpe und
6 eine Innenansicht der Ölpumpe im Bereich einer Saugstufe.
In dem in 1 und 2 dargestellten Olauffanggehäuse, im folgenden als Ölwanne 2 bezeichnet, ist eine als Doppelpumpe ausgebildete Schmierölpumpe 4 aufgenommen. In der Ölwanne 2 ist ein erster Ölsammelraum 6 ausgebildet, in dem sich das für die Schmierölversorgung notwendige Öl in einem Ölsumpf ansammelt, wobei das Schmieröl über ein Ölabsaugrohr 7 abgesaugt wird. In der Ölwanne 2 ist ein zweiter, hinterer Ölsammelraum 8 ausgebildet, in dem ein zweites Ölabsaugrohr 10 angeordnet ist. Der erste und der zweite Ölsammelraum 6, 8 sind durch ein Einlegeteil 12 – bestehend aus einem Mittelteil 12a und zwei Seitenteilen 12b und 12c – voneinander getrennt. Im zweiten Ölsammelraum 8 wird das Schmieröl von den Hauptlagern der Kurbelwelle und das Schmieröl aus den nicht dargestellten Spritzdüsen für die Kolbenkühlung aufgefangen und über das Ölabsaugrohr 10, das an die Saugseite einer ersten Pumpenstufe 16 der Schmierölpumpe 4 angeschlossen ist, in den ersten Ölsammelraum 6 zurückgefördert. Von dort wird das Schmieröl über eine zweite Pumpenstufe 18 der Ölpumpe 4 zu den Verbrauchern gefördert.
Die im Gehäuse 14 der Ölpumpe 4 ausgebildeten beiden Pumpenstufen 16, 18 werden durch jeweils zwei ineinander kämmende Zahnräder 16a und 16b (6) bzw. 18a und 18b (4, 5) gebildet. Das Antriebszahnrad 16a der ersten Pumpenstufe 16 ist auf einer ersten Pumpenwelle 20 angeordnet, die stirnseitig über ein Kettenzahnrad 22 angetrieben ist. Das Antriebszahnrad 18a der zweiten Pumpenstufe 18 ist auf einer zweiten Pumpenwelle 24 angeordnet. Das Abtriebszahnrad 18b der zweiten Pumpenstufe 18 ist im Gehäuse 14 der Ölpumpe 4 axial verschiebbar aufgenommen und mit einem Stellkolben 26 zu einer Baueinheit zusammengefasst. Auf der dem Stellkolben 26 gegenüberliegenden Stirnseite des Abtriebszahnrades 18b ist eine Spiralfeder 28 angeordnet, die bei einer axialen Verschiebung des Abtriebszahnrades 18b – bewirkt durch das Aufbringen einer hydraulischen Kraft F an der Stirnseite 26a des Stellkolbens 26 – entsprechend komprimiert wird. Der Stellkolben 26 weist auf seiner Mantelfläche eine kreisbogenförmige Ausnehmung 26b auf, die bei einer axialen Verschiebung des Stellkolbens 26 zur Aufnahme des Antriebszahnrades 18a dient. Die axiale Verschiebung des Abtriebszahnrades 18b über den Stellkolben 26 erfolgt – wie später noch näher erläutert – hydraulisch; dazu ist ein im Gehäuse 14 der Ölpumpe 4 verschraubtes, elektrisch ansteuerbares Steuerventil 29 vorgesehen, das entsprechende, im Gehäuse 14 integrierte Ölkanäle freigibt, über die eine Druckbeaufschlagung des Stellkolbens 26 erfolgt.
Über die erste Pumpenwelle 20 werden noch zwei weitere, als Zahnradpaarungen ausgebildete Pumpenstufen 30 und 32 (3) angetrieben. Die beiden Pumpenstufen 30 und 32 bilden zwei Turbolader-Absaugpumpen, die das über die zweite Pumpenstufe 18 zu den Abgasturboladern geförderte Schmieröl absaugen und in den ersten Ölsammelraum 6 zurückführen.
In 5 ist das Prinzip der Fördermengen- bzw. Öldruckregelung der variablen Schmierölpumpe 4 genauer dargestellt. Wie bereits erwähnt, ist das Abtriebszahnrad 18b der zweiten Pumpenstufe 18 – der eigentlichen Druckstufe – axial verschiebbar im Ölpumpengehäuse 14 aufgenommen. Dazu ist auf der Seite des Stellkolbens 26 eine erste Druckkammer 38 ausgebildet, die durch einen nur schematisch dargestellten Ölkanal 40 mit dem Druckausgang P₁₈ der zweiten Pumpenstufe 18 über das Steuerventil 29 verbindbar ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine zweite Druckkammer 41 ausgebildet, in der die Spiralfeder 28 aufgenommen ist. Auf dieser Seite ist das Abtriebszahnrad 18b stirnseitig mit einem gestuft ausgebildeten Stellkolben – im folgenden als Stufenkolben 42 bezeichnet – versehen. Der mit dem kleineren Durchmesser versehene Kolbenabschnitt 42a dient dabei als Führung für die Spiralfeder 28 und als Endanschlag für die axiale Verschiebung des Abtriebszahnrades 18b. Auch die zweite Druckkammer 41 ist über einen Ölkanal 44 mit dem Druckausgang P₁₈ der zweiten Pumpenstufe 18 verbindbar; die Steuerung erfolgt hierbei ebenfalls über das Ventil 29.
Mit dieser Regeleinrichtung lassen sich unterschiedliche Ölfördermengen bzw. unterschiedliche Öldrücke einstellen. Ist beispielsweise nur die erste Druckkammer 38 mit dem Druckausgang P₁₈ der zweiten Pumpenstufe 18 verbunden, so wirkt nur die Spiralfeder 28 der auf der Stirnseite des Stellkolbens 26 aufgebrachten hydraulischen Kraft entgegen. Bei einem Öldruck von bspw. 2 bar wird die Federkraft überwunden und das Abtriebszahnrad 18b bzw. die gesamte Baueinheit – bezogen auf die Darstellung in 5 – nach rechts verschoben.
Sind für eine ausreichende Schmierölversorgung, z.B. bei hohen Motordrehzahlen und hohen Öltemperaturen höhere Öldrücke erforderlich, so wird die zweite Druckkammer 41 ebenfalls mit dem Druckausgang P₁₈ der zweiten Pumpenstufe 18 verbunden.
In 6 ist der Teil des Ölpumpengehäuses 14 dargestellt, in dem die erste Pumpenstufe 16 mit den beiden Zahnrädern 16a, 16b aufgenommen ist. Die Pumpenstufe 16 weist einen die Ansaugseite bildenden Saugkanal 46 sowie einen durch die beiden ineinander kämmenden Zahnrädern 16a, 16b vom Saugkanal 46 getrennten Druckkanal 48 auf. In der Flanschfläche des Gehäuseteils sind weiterhin drei langlochförmige Öffnungen 50, 52 und 54 eingebracht, die vom Ventilkörper 29a des Ventils 29 überwacht sind. Die Öffnung 50 ist mit der ersten Druckkammer 38 und die Öffnung 52 mit der zweiten Druckkammer 41 verbunden. Die Öffnung 54 ist mit einem im Ölpumpengehäuse 14 integrierten Rücklaufkanal – im folgenden als Ölversorgungskanal 56 bezeichnet – verbunden, der zur Saugseite der ersten Pumpenstufe 16 führt bzw. in den Saugkanal 46 einmündet. Zur Öldruckregelung ist die Ansteuerung des Ventils 29 pulsweitenmoduliert (pwm- Signal); dadurch wird permanent ein „Leckage"-Ölstrom über den Ölversorgungskanal 56 auf die Saugseite der Pumpenstufe 16 gefördert. Damit wird die Schmierung des Zahnradpaares 16a, 16b auf der Saugseite auch in den Situationen sichergestellt, in denen von der ersten Pumpenstufe 16 kein Schmieröl angesaugt wird.

Claims

Ölpumpe für eine Brennkraftmaschine zur Absaugung des in einer Ölauffangvorrichtung (2) befindlichen Schmieröls, mit einem Ölpumpengehäuse (14), in dem mindestens zwei Paare von Zahnrädern (16a, 16b; 18a, 18b) angeordnet sind, wobei zur Ausbildung der Pumpenstufen (16, 18) die Zahnradpaare (16a, 16b; 18a, 18b) auf der Saugseite mit einem im Ölpumpengehäuse (14) ausgebildeten Saugkanal (46) und auf der Druckseite mit einem Druckkanal (48) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Ölpumpengehäuse (14) ein mit dem Saugkanal (46) einer ersten Pumpenstufe (16a, 16b) verbundener Ölversorgungskanal (56) integriert ist, über den Schmieröl zur Saugseite der ersten Pumpenstufe (16) förderbar ist.
Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das über den Ölversorgungskanal (56) der Saugseite der ersten Pumpenstufe (16) zugeführte Schmieröl über die zweite Pumpenstufe (18) gefördert wird.
Ölpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpenstufe (18) der Ölpumpe eine Stelleinrichtung (26, 29) zur Umsetzung eines variablen Fördervolumens aufweist und die Schmierölversorgung der Saugseite der ersten Pumpenstufe (16) durch ein elektrisch ansteuerbares Ventil (29) gesteuert ist, das Bestandteil der Stelleinrichtung (26, 29) ist.
Ölpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebszahnrad (18b) der zweiten Pumpenstufe (18) zur Umsetzung der Druckstufe mit variablen Fördervolumen axial verschiebbar gegenüber dem Antriebszahnrad (18a) im Ölpumpengehäuse (14) aufgenommen ist, wobei zur axialen Verstellung das Antriebszahnrad (18b) an mindestens einer Stirnseite von einer im Ölpumpengehäuse (14) integrierten Druckkammer (38) begrenzt ist.
Ölpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebszahnrad (18b) auf seiner anderen Stirnseite ebenfalls von einer (Druck-) Kammer (41) begrenzt ist, in der ein Federelement (28) aufgenommen ist, das dem in der anderen Druckkammer (38) anliegenden Öldruck entgegenwirkt.
Ölpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die (Druck-) Kammer (41), in der das Federelement (28) aufgenommen ist, zusätzlich mit Öldruck beaufschlagbar ist.
Ölpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung der beiden Druckkammern (38, 41) über das Ventil (29) gesteuert ist.
Ölpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulische Entlastung der (Druck-) Kammer (41) über den Ölversorgungskanal (56) erfolgt.
Ölpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebszahnrad (18b) zusammen mit an beiden Stirnseiten angeordneten Kolbenelementen (26, 42) eine Baueinheit bildet.
Ölpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Kolbenelement (42) als Stufenkolben ausgebildet ist, wobei der im Durchmesser reduzierte Kolbenabschnitt (42a) u.a. als Führung des als Spiralfeder ausgebildeten Federelementes (28) dient.