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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.
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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.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Pumpleistung einer Ölpumpe eines Motors besser
an den tatsächlichen Ölbedarf
anzupassen und den Energiebedarf der Ölpumpe zu senken.
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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.
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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.
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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.
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Insbesondere
kann die Ölpumpe
als Innenzahnradpumpe, als Außenzahnradpumpe
oder als Flügelzellenpumpe
ausgeführt
sein.
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Damit
kann auf spezielle Anforderungen, wie einen beengten Bauraum oder
große
Druckbelastung eingegangen werden.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
anhand der zugehörigen Figuren.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
als Flügelzellenpumpe
ausgeführte
Form der erfindungsgemäßen Ölpumpe,
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2 eine
alternative Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe,
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3 eine
als Innenzahnradpumpe ausgeführte
Form einer erfindungsgemäßen Ölpumpe.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.