DE102005034712A1 - Regelbare Ölpumpe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine regelbare Ölpumpe eines Motors mit einem durch einen Aktor verstellbaren geometrischen Kammervolumen, mit einem ersten Aktor, einem zweiten, elektromechanisch ansteuerbaren Aktor und einem Steuergerät sowie ein Verfahren zur Steuerung der Pumpleistung einer regelbaren Ölpumpe. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, die Förderleistung einer Ölpumpe eines Motors besser an den Bedarf anzupassen. DOLLAR A Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Steuergerät eine Temperatur, eine Drehzahl oder eines Last des Motors erfasst und dem elektromechanisch ansteuerbaren Aktor eine anhand dieser Daten aus Kennfeldern ermittelte, zu erzeugende Stellkraft vorgibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine regelbare Ölpumpe eines Motors mit einem durch einen Aktor verstellbaren geometrischen Kammervolumen, mit einem ersten Aktor, einem zweiten, elektromechanisch ansteuerbaren Aktor und einem Steuergerät sowie ein Verfahren zur Steuerung der Pumpleistung einer regelbaren Schmiermittelpumpe. Der Begriff Aktor bezeichnet ein Stellglied in einem Regelkreis. Ein Aktor setzt Signale einer Regelung in meist mechanische Arbeit, das heißt Bewegungen um.
  • Aus der DE 43 02 610 C2 ist ein Verfahren zum Regeln der Pumpleistung einer Schmiermittelpumpe eines Motors bekannt. Dabei benötigt der Motor das Schmiermittel und treibt gleichzeitig die Pumpe an. Über den am Pumpenausgang oder an der Verbraucherstelle herrschenden Druck wird die effektive Pumpleistung reduziert. Es findet eine zusätzliche unabhängige Begrenzung der Förderleistung über eine Temperatur und/oder Drehzahlerfassung statt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Pumpleistung einer Ölpumpe eines Motors besser an den tatsächlichen Ölbedarf anzupassen und den Energiebedarf der Ölpumpe zu senken.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Steuergerät eine Temperatur, eine Drehzahl oder eine Last des Motors erfasst und dem elektromechanisch ansteuerbaren Aktor eine anhand dieser Daten aus Kennfeldern ermittelte, zu erzeugende Stellkraft vorgibt. Der Ölbedarf des Motors ist von den aktuellen Betriebsbedingungen des Motors abhängig. Diese Betriebsbedingungen werden erfindungsgemäß als Temperatur des Motors, Drehzahl oder Last des Motors erfasst. Bei der Temperatur handelt es sich bevorzugt um die Öltemperatur des Motors. Damit kann der benötigte Bedarf an Öl besser ermittelt werden.
  • Bevorzugt werden alle drei Betriebsbedingungen erfasst. Damit erhöht sich die Genauigkeit des ermittelten Ölbedarfs. Auch können zur Verbesserung und Absicherung der Berechnung der benötigten Ölmenge noch weitere relevante Betriebsparameter erfasst und der Berechnung zu Grunde gelegt werden. Beispielsweise kann die Temperatur des Öles als Betriebsparameter in die Berechnung eingehen.
  • Die geförderte Ölmenge ist vom Kammervolumen der Pumpe und von der Temperatur des Öles abhängig. Das erfindungsgemäße Verfahren regelt die Stellkraft des elektromechanisch ansteuerbaren Aktors derart ein, dass ein geeignetes Kammervolumen gebildet wird, um dem Motor die benötigte Ölmenge zur Verfügung zu stellen. Somit ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Einstellung des Kammervolumens durch den elektromechanisch ansteuerbaren Aktor eine genauere und niedrigere Einstellung der benötigten Ölmenge möglich. Dies führt zu einem geringeren Energieverbrauch der Ölpumpe.
  • Insbesondere kann die Ölpumpe als Innenzahnradpumpe, als Außenzahnradpumpe oder als Flügelzellenpumpe ausgeführt sein.
  • Damit kann auf spezielle Anforderungen, wie einen beengten Bauraum oder große Druckbelastung eingegangen werden.
  • In einer Ausführungsform ist der erste Aktor druckgesteuert und wirkt einseitig auf einen Stellring und verschiebt diesen. Im einfachsten Fall baut der Motor einen Öldruck auf und das mit diesem Öldruck beaufschlagte Öl wirkt einseitig auf den Stellring. In diesem Fall ist der Motor selbst der Aktor der auf den Stellring wirkt. Ebenso kann der Aktor ein Ventil sein, das den Druck regelt.
  • In einer Ausführungsform ist der erste druckgesteuerte Aktor als Regelkolben ausgeführt, der auf einen Stellring wirkt und diesen verschiebt. Dabei wird der Kolben typischerweise vom Öldruck des Motors beaufschlagt.
  • In einer Ausführungsform ist der zweite elektromechanisch ansteuerbare Aktor als Regelkolben ausgeführt, der auf einen Stellring wirkt und diesen verschiebt. Beispielsweise wirkt der elektromechanisch ansteuerbare Aktor auf den druckgesteuerten Aktor. Ist der vom elektromechanisch ansteuerbaren Aktor aufgebrachte Druck größer als der vom druckgesteuerten Aktor aufgebrachte Druck, so wird die Pumpe nach Maßgabe des elektromechanisch ansteuerbaren Aktor geregelt.
  • Ist der vom elektromechanisch ansteuerbaren Aktor aufgebrachte Druck kleiner als der vom druckgesteuerten Aktor aufgebrachte Druck (beispielsweise bei einem Ausfall des elektromechanisch ansteuerbaren Aktors), so wird die Pumpe nach Maßgabe des druckgesteuerten Aktors geregelt. Bei einem Ausfall des elektromechanisch ansteuerbaren Aktors fällt die Regelung der Ölpumpe nicht völlig aus, sondern es erfolgt eine Regelung über den druckgesteuerten Aktor. Die Ölpumpe verfügt damit über eine fehlersichere Regelung (fail save).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Pumpleistung einer regelbaren Ölpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur, eine Drehzahl oder eine Last des Motors in einem Steuergerät erfasst wird, ein Steuergerät anhand dieser Daten aus einem Kennfeld eine Stellkraft für einen elektromechanisch ansteuerbaren Aktor vorgibt, die Stellkraft des elektromechanisch ansteuerbaren Aktors entsprechend eingestellt wird. Damit werden das Fördervolumen und damit auch der Öldruck und die Leistung der Pumpe auf das notwendige Maß reduziert. Dies senkt den Energieverbrauch der Pumpe und damit letztlich den Kraftstoffverbrauch des Motors.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden eine Temperatur, eine Drehzahl und eine Last des Motors in einem Steuergerät erfasst. Je mehr Randbedingungen bekannt sind, umso genauer kann die Stellkraft des elektromechanisch ansteuerbaren Aktors festgelegt werden. Dies verbessert die Qualität der Pumpeneinstellung.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der zugehörigen Figuren.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine als Flügelzellenpumpe ausgeführte Form der erfindungsgemäßen Ölpumpe,
  • 2 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe,
  • 3 eine als Innenzahnradpumpe ausgeführte Form einer erfindungsgemäßen Ölpumpe.
  • 1 zeigt eine als Flügelzellenpumpe ausgeführte erfindungsgemäße Ölpumpe. Der mit der Antriebswelle 6 der Pumpe verbundene Rotor 5 führt in radial angeordneten Schlitzen eine Anzahl von Flügeln 14, die bei Drehung des Rotors 5 durch die Fliehkraft an die zylindrische Innenlauffläche des Stellrings 2 gedrückt werden. Der geometrische Mittelpunkt des Stellrings 2 hat zur Drehachse des Rotors 5 einen Abstand, die Exzentrizität. Diese Exzentrizität ist maßgebend dafür, dass sich bei Drehung des Rotors 5 die Größe der Pumpenkammern 4 verändert. Bei einer Drehung des Rotors 5 entgegen dem Uhrzeigersinn wird das Volumen der sich unterhalb der Drehachse befindlichen Pumpenkammern 4 zunehmend größer. Öl wird über einen nicht dargestellten Sauganschluss angesaugt. Nach Erreichen des größten Volumens der Pumpenkammer 4 wird das Volumen der sich oberhalb der Drehachse befindenden Pumpenkammern 4 zunehmend kleiner. Öl wird über einen nicht dargestellten Druckanschluss abgegeben.
  • Die Größe der Exzentrizität und das davon abhängige Fördervolumen sind über eine Verschiebung des Stellrings 2 in einer am Gehäuse 1 der Ölpumpe ausgebildeten Führung 15 des Stellrings 2 veränderbar. Eine Druckfeder 3 wirkt mit ihrer Kraft parallel zur Führung auf den Stellring 2. Ihr entgegen wirkt der Öldruck des Motors 9. Je höher der Öldruck umso mehr wird der Stellring 2 in Richtung Druckfeder 3 verschoben und die Druckfeder 3 zusammengedrückt. Dabei kann der öldruckerzeugende Motor als erster Aktor 9 aufgefasst werden.
  • Die in der 1 dargestellte Ausführungsform weist außerdem einen zweiten Aktor 11 mit einem Kolben 12 auf. Eine Steuereinheit 13 regelt die Stellkraft des Aktors 11. Der Kolben 12 überträgt die Stellkraft des Aktors 11 auf den Stellring 2. Erfindungsgemäß ist der zweite Aktor 11 elektromechanisch ansteuerbar. In der dargestellten Ausführungsform liegt der zweite Aktor 11 fluchtend in einer Linie mit der Druckfeder 3 und der Antriebswelle 6 der Pumpe. Ist die Stellkraft des zweiten Aktors 11 größer als die Stellkraft des ersten Aktors 9, so wird der Stellring 2 nach Maßgabe der Stellkraft des zweiten Aktors 11 verschoben. Ist die Stellkraft des zweiten Aktors 11 kleiner als die Stellkraft des ersten Aktors 9, so wird der Stellring 2 nach Maßgabe der Stellkraft des ersten Aktors 9 verschoben. Eine Verschiebung des Stellrings 2 bewirkt eine Veränderung der Exzentrizität der Pumpe und ändert die maximale Größe der Pumpenkammer 4. Über die maximale Größe der Pumpenkammer 4 ist die Förderleistung der Pumpe einstellbar.
  • Entspricht die Stellkraft des ersten Aktors 9 der gewünschten Stellkraft, so kann in einer Ausführungsform der zweite Aktor 11 kraftlos geschaltet werden. Entspricht die Stellkraft des ersten Aktors 9 nicht der gewünschten Stellkraft, so gibt der zweite Aktor 11 nach Maßgabe der Steuereinheit 13 die benötigte Stellkraft an den Stellring 2 weiter. Fällt der zweite Aktor 11 aus, so erfolgt die Einstellung des Stellrings 2 weiterhin über den ersten Aktor 9. Damit ist auch bei einem Ausfall des zweiten Aktors 11 eine Regelung der Förderleistung der Pumpe gewährleistet. Die Regelung der Fördermenge der Ölpumpe ist fail-save.
  • In 2 ist der Stellring 2 der Flügelzellenpumpe über eine Verstellachse 7 drehbar gelagert. Der Stellring 2 weist einen Stellzapfen 8 auf, der in der dargestellten Ausführungsform gegenüberliegend der Verstellachse 7 auf dem Stellring 2 angeordnet ist.
  • Auf den Stellzapfen 8 wirkt ein von einer Druckfeder 3 beaufschlagter Kolben. Der Kolben der Druckfeder 3 wirkt einseitig auf den Stellzapfen 8. Er bewegt den Stellzapfen 8 von der Druckfeder 3 weg und der Stellring 2 wird um seine Verstellachse 7 verdreht.
  • Auf die andere Seite des Stellzapfens 8 wirkt ein von einem Öldruck beaufschlagter Kolben 10 dieser Wirkung der Druckfeder 3 entgegen. Dabei kann der den beaufschlagenden Öldruck erzeugende Aktor 9 beispielsweise der Motor sein (ggf. in Kombination mit einem Abregelventil oder dergleichen) oder ein Hydrauliksystem. Je höher der auf den Kolben 10 wirkende Öldruck ist, umso mehr wird der Stellzapfen 8 des Stellrings 2 in Richtung Druckfeder 3 verschoben und umso mehr wird die Druckfeder 3 zusammengedrückt. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kolben 10 fluchtend in einer Linie mit der Druckfeder 3 und dem ihr zugeordneten Kolben bewegbar.
  • In 2 wird der Kolben 10 außer von dem Öldruck noch von einem Kolben 12 beaufschlagt. Der Kolben 12 ist einem Aktor 11 zugeordnet. Eine Steuereinheit 13 regelt die Stellkraft des Aktors 11. Der Kolben 12 überträgt die Stellkraft des Aktors 11 auf den Kolben 10. Der zweite Aktor 11 ist über die Steuereinheit 13 elektromechanisch ansteuerbar.
  • Wie in 1 kann hier, wenn die Stellkraft des ersten Aktors 9 der gewünschten Stellkraft entspricht, der zweite Aktor 11 kraftlos geschaltet werden. Entspricht die Stellkraft des ersten Aktors 9 nicht der gewünschten Stellkraft, so gibt der zweite Aktor 11 nach Maßgabe der Steuereinheit 13 die benötigte Stellkraft an den Kolben 10 weiter. Fällt der zweite Aktor 11 aus, so erfolgt die Einstellung des Stellrings 2 weiterhin über den ersten Aktor 9. Damit ist auch bei einem Ausfall des zweiten Aktors 11 eine Regelung der Förderleistung der Pumpe gewährleistet. Die Regelung der Fördermenge der Ölpumpe ist fail-save.
  • 3 zeigt eine Innenzahnradpumpe. Bei der Innenzahnradpumpe ist das als Rotor 5 wirkende außenverzahnte Zahnrad mit der Antriebswelle 6 der Pumpe verbunden. Der Rotor 5 ist im inneren eines innenverzahnten Zahnrades 16 angeordnet. Das innenverzahnte Zahnrad 16 wird von der Bewegung des Rotors 5 mitgenommen. Das Öl gelangt über einen nicht dargestellten Sauganschluss in den Saugraum der Pumpe und wird in den Lückenräumen der Zähne von Rotor 5 und innenverzahntem Zahnrad 16 entlang der Kontur eines nicht dargestellten sichelförmigen Füllstücks zum Druckraum befördert. Dort verdrängen die in Eingriff kommenden Zähne das Öl aus den Lückenräumen über einen nicht dargestellten Druckanschluss in Richtung Verbraucher.
  • Das innenverzahnte Zahnrad 16 ist der in 3 dargestellten Ausführungsform in einem Stellring 2 angeordnet. Der hier dargestellte Stellring 2 weist eine zahnförmige Außenkontur auf, die zu der zahnlückenförmigen Innenkontur des Pumpengehäuses 1 passt. Die Lage des Stellrings 2 im Pumpengehäuse 1 kann durch einen auf die Außenkontur des Stellrings 2 wirkenden Kolben 10 eines Aktors 9 verändert werden. Der Stellring 2 nimmt das auf seiner Innenfläche laufende innenverzahnte Zahnrad 16 mit. Dadurch verändert sich auch die Exzentrizität und damit das Fördervolumen der Pumpe.
  • Wie in 2 wird der Kolben 10 außer von dem Öldruck noch von einem Kolben 12 beaufschlagt. Der Kolben 12 ist einem Aktor 11 zugeordnet. Eine Steuereinheit 13 regelt die Stellkraft des Aktors 11. Der Kolben 12 überträgt die Stellkraft des Aktors 11 auf den Kolben 10. Der zweite Aktor 11 ist über die Steuereinheit 13 elektromechanisch ansteuerbar.
  • Wie in 1 und 2 kann hier, wenn die Stellkraft des ersten Aktors 9 der gewünschten Stellkraft entspricht, der zweite Aktor 11 kraftlos geschaltet werden. Entspricht die Stellkraft des ersten Aktors 9 nicht der gewünschten Stellkraft, so gibt der zweite Aktor 11 nach Maßgabe der Steuereinheit 13 die benötigte Stellkraft an den Kolben 10 weiter. Fällt der zweite Aktor 11 aus, so erfolgt die Einstellung des Stellrings 2 weiterhin über den ersten Aktor 9. Damit ist auch bei einem Ausfall des zweiten Aktors 11 eine Regelung der Förderleistung der Pumpe gewährleistet. Die Regelung der Fördermenge der Ölpumpe ist fail-save. Vorteil der Innenzahnradpumpe ist ein geringer Bauraum und eine hohe Belastbarkeit.

Claims (10)

  1. Regelbare Ölpumpe eines Motors mit einem durch einen Aktor verstellbaren geometrischen Kammervolumen, mit – einem ersten Aktor (9), – einem zweiten, elektromechanisch ansteuerbaren Aktor (11) und – einem Steuergerät (13), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (13) eine Temperatur, eine Drehzahl oder eine Last des Motors erfasst und dem elektromechanisch ansteuerbaren Aktor (11) eine anhand dieser Daten aus Kennfeldern ermittelte, zu erzeugende Stellkraft vorgibt.
  2. Regelbare Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe als Innenzahnradpumpe ausgeführt ist.
  3. Regelbare Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe als Außenzahnradpumpe ausgeführt ist.
  4. Regelbare Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe als Flügelzellenpumpe ausgeführt ist.
  5. Regelbare Ölpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktor (9) druckgesteuert ist und einseitig auf einen Stellring (2) wirkt und diesen verschiebt.
  6. Regelbare Ölpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktor (9) einen Regelkolben (10) aufweist, der auf den Stellring (2) wirkt und diesen verschiebt.
  7. Regelbare Ölpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aktor (11) einen Regelkolben (12) aufweist, der auf einen Stellring (2) wirkt und diesen verschiebt.
  8. Regelbare Ölpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aktor (11) unabhängig von dem ersten Aktor (9) auf den Stellring (2) wirkt.
  9. Regelbare Ölpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aktor (11) auf den ersten Aktor (9) wirkt.
  10. Verfahren zur Steuerung der Pumpleistung einer regelbaren Ölpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Temperatur, eine Drehzahl oder eine Last des Motors in einem Steuergerät (13) erfasst wird, – das Steuergerät (13) anhand dieser Daten aus einem Kennfeld eine Stellkraft für einen elektromechanisch ansteuerbaren Aktor (11) vorgibt und – die Stellkraft des elektromechanisch ansteuerbaren Aktors (11) entsprechend eingestellt wird.
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