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Die
Erfindung betrifft Ölpumpen
mit veränderlichen
Fördermengen,
insbesondere Außenzahnrad-Regelölpumpen
für die
Schmierölversorgung
von Verbrennungsmotoren. Sie stellen automatisch ihre Fördermenge
auf den Schmieröl-Versorgungsbedarf von
Verbrennungsmotoren ein und erzielen damit Vorteile in der Pumpenantriebsleistung,
wodurch für Verbrennungsmotoren
ein Beitrag zur Absenkung des Kraftstoffverbrauches geleistet wird.
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Bei
Außenzahnrad-Regelölpumpen
wird die Variation der Fördermenge
durch eine axial veränderliche Überdeckung
des Zahneingriffes der Förderzahnräder vorgenommen,
was abhängig
vom Öldruck
durch axiale Verschiebung einer mit einem Förderzahnrad bestückten Verschiebeeinheit
erfolgt. Während
einfache Ausführungen
der Pumpenregelung lediglich die Fördermenge bei nahezu konstantem
Förderdruck
regeln, weisen effektivere Regelölpumpen
eine zusätzliche Öldruckvariation
auf, die beispielsweise abhängig
von der Betriebsdrehzahl den Öldruck
an den Öldruckbedarf
von Verbrennungsmotoren anpassen.
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Eine
derartig druckvariable Regelölpumpe
ist beispielsweise aus der
DE10237801B4 bekannt.
Sie weist für
eine Außenzahnrad-Regelölpumpe eine
Regelung auf, bei der ein mit Öldruck
beaufschlagter Regler für
eine Versteileinrichtung der Fördermenge den Öldruck variiert.
Für die
Druckbeaufschlagung des Reglers wie auch für die Verstelleinrichtung wird der
hinter einem Ölfilter
sich einstellende Öldruck verwendet,
um einen beispielsweise mit Förderöl zu versorgenden
Verbrennungsmotor unabhängig
vom verschmutzungsabhängigen
Druckverlust des Ölfilters
mit einem bedarfsgerechten Öldruck
zu versorgen. Der Druckverlust des Ölfilters bewirkt vor dem Ölfilter
einen entsprechend höheren
Förderdruck
der Regelölpumpe
gegenüber
dem geregelten Öldruck hinter
dem Ölfilter.
Die Verwendung des hinter einem Ölfilter
sich einstellenden Öldruckes
für die
Pumpenregelung weist vorteilhaft nicht nur eine unabhängig von
dem veränderlichen Ölfilter-Druckverlust arbeitende Öldruckregelung
auf, sondern beaufschlag den Regler wie auch die zugehörige Verstelleinrichtung, im
Beispiel der
DE10237801B4 die
Verschiebeeinheit, mit gefiltertem Förderöl für eine betriebssichere Funktion
der gesamten Pumpenregelung.
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Aus
der WO2005/057013A1 ist eine Regelölpumpe bekannt, die durch die
Nutzung eines sog. Fliehdruckes automatisch eine drehzahlabhängig variable Öldruckregelung
vornimmt. Sie weist in einem Ausführungsbeispiel als Außenzahnrad-Regelölpumpe eine sehr
kompakte Pumpenausbildung auf, bei der sämtliche Teile der Pumpenregelung
in deren entsprechend ausgebildeten Verschiebeeinheit angeordnet
sind. Auch diese Regelölpumpe
regelt den Öldruck
hinter einem Ölfilter,
was unabhängig
von dessen Druckverlust eine betriebssichere Öldruckversorgung beispielsweise
für einen
Verbrennungsmotor gewährleistet.
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Ausschließlich mit
gefiltertem Förderöl betriebene
Regelungen von Außenzahnrad-Regelölpumpen
haben jedoch den Nachteil, dass der der temperatur- und verschmutzungsabhängig veränderliche
Druckverlust des Ölfilters
oder auch eines Ölkühlers durch
den dann entsprechend auch veränderlichen
Förderdruck
der Regelölpumpe
zu Regelungsproblemen führen
kann. Der auf der Druckseite der Regelölpumpe wirkende Förderdruck
beaufschlagt deren Verschiebeeinheit mit einer Querkraft gegen deren
radiale Führung
im Pumpengehäuse, so
dass ein erhöhter
Förderdruck
zu einer der axialen Verstellbewegung der Verschiebeeinheit verstärkt entgegenwirkenden
Reibkraft führt.
Da die beidseitig auf die Verschiebeeinheit wirkenden Hydraulikkräfte jedoch
maximal mit um den Druckverlust des Ölfilters/Ölkühlers geringeren Öldruck beaufschlagt
werden können,
führt ein
zunehmender Ölfilter-Druckverlust
allmählich
zu einer schwergängigen
Verstellung der Fördermenge
und schließlich
zu einem Ausfall der Regelung der Regelölpumpe, was insbesondere bei
einem zu niedrigen Öldruck
und dann erforderlicher Erhöhung
der Fördermenge
zu einem Motorschaden führen
kann.
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Bei
kaltem, hochviskosem Öl
kann sogar bei noch unverschmutztem Ölfilter ein erhöhter Druckverlust
des Ölfilters/Ölkühlers entsprechende
Regelungsprobleme hervorrufen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Regelölpumpen eine Regelung zu schaffen,
die unabhängig
von Druckverlusten an Ölfiltern/Ölkühlern eine
hinsichtlich Öldruck
und Öldurchsatz
bedarfsminimierte und doch betriebssichere Ölversorgung beispielsweise
für Verbrennungsmotoren
gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird für
Regelölpumpen
mit einer Druckregelung hinter einem Ölfilter/Ölkühler erfindungsgemäß entsprechend
Anspruch 1 in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, dass die Regelung zumindest
bei Bedarf direkt das hohe Druckniveau des Förderdruckes der Regelölpumpe im
Sinne einer betriebssicheren Verstellung der Fördermenge nutzt.
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Einzelheiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
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1:
eine Schnittdarstellung einer Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
Beaufschlagung der Regelung mit Förderdruck;
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2:
eine Schnittdarstellung durch eine Verschiebeeinheit einer Fliehdruck-Regelölpumpe mit
Beaufschlagung der Regelung mit Förderdruck;
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3:
eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
bedarfsweiser Beaufschlagung der Regelung mit Förderdruck mit einer ersten
Stellung des Regelkolbens;
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4:
eine Außenzahnrad-Regelölpumpe gemäß 3 mit
einer zweiten Stellung des Regelkolbens;
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5:
eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
Fliehdruck-Verschiebeeinheit mit bedartsweiser Beaufschlagung der
Regelung mit Förderdruck
mit einer ersten Stellung des Regelkolbens;
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6:
eine Außenzahnrad-Regelölpumpe gemäß 5 mit
einer zweiten Stellung des Regelkolbens;
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Die 1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
einer erfindungsgemäßen Ausführung der
Regelung. Ein Pumpengehäuse 1 weist
einen Deckelkolben 2 auf, in dem eine Antriebswelle 3 gelagert
ist. Auf der Antriebswelle 3 ist ein erstes Förderzahnrad 4 fixiert, das
in kämmendem
Zahneingriff mit einem zweiten Förderzahnrad 5 steht.
Das Förderzahnrad 5 ist
auf einem Laufbolzen 6 gelagert, der rechtsseitig einen Druckkolben 7 und
linksseitig einen Federkolben 8 mit einer zugehörigen Feder 9 aufweist.
Der Zusammenbau von Förderzahnrad 5,
Laufbolzen 6, Druckkolben 7 und Federkolben 8 wird
als Verschiebeeinheit 10 bezeichnet, die axial verschiebbar
im Gehäuse 1 geführt ist.
Durch die axial variable Überdeckung der
Förderzahnräder 4 und 5 kann
in bekannter Weise die Fördermenge
der Regelölpumpe
verstellt werden.
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Das über einen
Ansaugkanal 11 angesaugte Förderöl wird von den rotierenden
Förderzahnrädem 4 und 5 mit
Förderdruck über einen
Druckkanal 12 und eine Druckleitung 13 einem Ölfilter 14 zugeführt, hinter
dem eine Hauptleitung 15 mit gefiltertem Öl versorgt wird.
In der Hauptleitung 15, die beispielsweise einen Verbrennungsmotor
mit Öl
versorgt, stellt sich ein Öldruck
ein, der um den Druckverlust des Ölfilters 14 gegenüber dem
Förderdruck
in der Druckleitung 13 reduziert ist.
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Der
in der Hauptleitung 15 herrschende Öldruck wirkt über eine
Signalleitung 16 sowohl auf einen Regler 17, dessen
Regelfunktion elektrisch beeinflussbar ist, und auch über eine
Druckleitung 18 und eine Druckkammer 19 auf den
Druckkolben 7 der Verschiebeeinheit 10. Gegenüberliegend
zur Druckkammer 19 weist das Pumpengehäuse 1 eine die Feder 9 aufnehmende
Federkammer 20 auf, die mit einem vom Regler 17 bereitgestellten
Regeldruck beaufschlagt ist. Die axiale Position der Verschiebeeinheit 10 wird
von dem in der Druckkammer 19 wirkenden Öldruck sowie
von der Kraft der Feder 9 und dem in der Federkammer 20 wirkenden
Regeldruck in bekannter Weise geregelt, wobei ein zu hoher Öldruck in
der Hauptleitung 15 die Fördermenge reduziert und ein
zu niedriger Öldruck
die Fördermenge
erhöht.
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Der
vom Regler 17 in der Federkammer 20 bereitgestellte
Regeldruck wird abweichend zu bekannten Regelölpumpen nicht aus dem Öldruck der Hauptleitung 15 erzeugt,
sondern erfindungsgemäß aus dem
Förderdruck
der Druckleitung 13, der über eine Leitung 21 mit
einem vorzugsweise zusätzlichen Filter 22 dem
Regler 17 zugeführt
wird.
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Bei
erforderlicher Erhöhung
der Fördermenge
der Regelölpumpe
infolge Unterschreitung eines vorgegebenen Öldruckes in der Hauptleitung 15 steigert
der Regler 17 den Regeldruck in der Federkammer 20.
Hierbei kann der Regeldruck maximal das Druckniveau des Förderdruckes
der Druckleitung 13 annehmen, während der in der Druckkammer 19 immer
wirksame Öldruck
der Hauptleitung 15 ein um den Filter-Druckverlust geringeres
Druckniveau aufweist. Damit wird bei einer Verstellung der Verschiebeeinheit 10 im
Sinne einer erforderlichen Fördermengenanhebung
die Verstellung nicht nur von der Feder 9 bewirkt, sondern
bei Bedarf auch durch das erfindungsgemäß genutzte Druckgefälle des Ölfilters zwischen
der Federkammer 20 und der gegenüberliegenden Druckkammer 19 unterstützt. Hierdurch wird
eine betriebssichere Regelung von Fördermenge und Öldruck gewährleistet,
die unabhängig
von einem im Betrieb veränderlichen
Druckverlust des Ölfilters
und daraus resultierend veränderlichen
Reibkräften
der Verschiebeeinheit 10 arbeitet.
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Die
Erfindung kann auch an Außenzahnrad-Regelölpumpen
mit Fliehdruckregelung, insbesondere auch in deren Kompaktausführung mit
in deren Verschiebeeinheit integrierter Fliehdruckregelung, angewandt
werden. Die 2 zeigt hierzu eine Schnittansicht
durch eine entsprechend ausgebildete Verschiebeeinheit 31 mit
einem Förderzahnrad 32, deren Schnittebene
senkrecht zu der Schnittebene in 1 steht
und dadurch nicht mehr das mit dem Förderzahnrad 32 im
Zahneingriff befindliche Förderzahnrad
der Antriebswelle abbildet. Die Verschiebeeinheit 31 weist
einen das Förderzahnrad 32 lagernden
Laufzapfen 33 auf, der linksseitig einteilig mit einem
Federkolben 34 ausgebildet ist und rechtsseitig einen Druckkolben 35 trägt. Im Laufzapfen 33 ist
ein Regler 36 angeordnet, der von dem entsprechend 1 auf
den Druckkolben 35 wirkenden Öldruck einer Druckammer 37 des
Pumpengehäuses 38 beaufschlagt
ist. Auf den Federkolben 34 wirkt indirekt über seinen
Deckel eine Feder 39 und in deren Federkammer 40 ein
Regeldruck, der vom Regler 36 über ein Druckrohr 41 eingespeist
wird. Die Fördermengenvariation
erfolgt über
eine axiale Variation des Zahneingriffes der Förderzahnräder durch eine axiale Verstellung
der Verschiebeeinheit 31 im Pumpengehäuse 38, wobei ein
in Fliehdruckbohrungen 42 von Förderzahnrad 32 erzeugter
Fliehdruck über
einen im Federkolben 34 angeordneten Differenzdruckkolben 43 eine
drehzahlabhängig
veränderliche
Zusatzkraft in bekannter Weise auf den Regler 36 ausübt.
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Das
Pumpengehäuse 38 weist
einen Saugraum 44 und diesem gegenüberliegend einen Druckraum 45 auf.
Der bei Pumpenbetrieb im Druckraum 45 wirkende Förderdruck übt auf die
Verschiebeeinheit 31 eine entsprechenden Querkraft aus,
die bei Verstellung der Fördermenge
durch axiale Verschiebung der Verschiebeeinheit 31 eine
der Verstellbewegung entgegenwirkende, vom Pumpengehäuse 38 auf
die Verschiebeeinheit 31 wirkende Reibkraft hervorruft.
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Das
Förderöl gelangt
vom Druckraum 45 über
eine Leitung 46 zu einem Ölfilter-Kühler-Modul 47, dessen Druckverlust
in einer sich anschließenden
Hauptleitung 48 zu einem entsprechend reduzierten Öldruck führt, der über eine
Leitung 49 auch in der Druckkammer 37 wirkt.
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Der
in der Federkammer 40 wirkende Regeldruck wird vom Regler 36 so
eingeregelt, dass der Öldruck
in der Hauptleitung einem drehzahlabhängig veränderlichen Solldruck entspricht.
Hierfür
steht der Regler 36 mit seiner Nut 50 in variabler Überdeckung mit
zwei axial versetzten Bohrungen 51 und 52 des Laufzapfens 33,
wobei die Bohrung 51 über
eine Entlastungsbohrung 53 und eine Saugtasche 54 des Druckkolbens 35 mit
dem Saugraum 44 in Verbindung steht, während die Bohrung 52 über eine
Druckbohrung 55 mit einem Filter 56 und über eine
Drucktasche 57 des Druckkolbens 35 den Förderdruck
aus dem Druckraum 45 des Pumpengehäuses 38 dem Regler 36 zuführt. Somit
kann wie auch im Ausführungsbeispiel
der 1 der Regeldruck in der Federkammer 40 maximal
den Förderdruck
annehmen, so dass erfindungsgemäß bei Bedarf
ein dem Druckverlust des Ölfilter-Kühler-Moduls 47 entsprechendes Druckgefälle auf
die Verschiebeeinheit 31 wirkt und die Verstellung der
Verschiebeeinheit zu höheren Fördermengen
begünstigt.
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In 3 ist
abweichend zu 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt, bei dem die Regelung der Regelölpumpe einerseits in
bekannter Art und Weise vorteilhaft weitgehend mit Öldruck aus
einer Hauptleitung hinter einem Ölfilter versorgt
wird, andererseits jedoch aber in den relativ seltenen Betriebsfällen mit
Bedarf an erhöhtem
Regeldruck erfindungsgemäß den höheren Förderdruck für die Regelung
nutzt. Hierdurch kann der in 1 erforderliche
Filter 22 sehr viel kleiner ausgeführt werden oder gar ganz entfallen.
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Ein
im Pumpengehäuse 61 axial
verschieblich gelagerter Regelkolben 62 weist zwischen
einer Drucknut 63 und einer Entlastungsnut 64 einen
Zapfen 65 auf, der in bekannter Weise über eine Bohrung 66 den
Regeldruck in der Federkammer 67 der Verschiebeeinheit 68 einstellt.
Die Drucknut 63 steht mit der Hauptleitung 69 in
Verbindung und ist dadurch vorteilhaft mit gefiltertem Öl des Ölfilters 70 versorgt. Gegenüberliegend
zur Bohrung 66 ist am Zapfen 65 eine kleinere
Bohrung 71 angeordnet, die über eine Leitung 72 und
einem Filter 73 erfindungsgemäß unter dem Förderdruck
der vor dem Ölfilter 70 befindlichen
Druckleitung 74 steht.
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Die
gezeigte Stellung der Regelkolbens 62 mit mittiger Position
des Zapfens 65 zu den beiden Bohrungen 66 und 71 ist
die normale Regelposition, in der sowohl die mit gefiltertem Öl druckbeaufschlagte
Drucknut 63 wie auch die Entlastungsnut 64 geringfügig in Überdeckung
mit der Bohrung 66 stehen, während die unter Förderdruck
stehende Bohrung 71 vom Zapfen 65 verschlossen
ist. Bei normaler Regelung bewirken bereits geringfügige Verschiebungen
des gegenüber
der Bohrung 66 etwas schmaleren Zapfens 65 eine
Erhöhung
bzw. eine Reduzierung des Regeldruckes in der Bohrung 66 und in
der Federkammer 67, wobei ausschließlich gefiltertes Öl die Regelung
versorgt.
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In
Situationen einer erhöhten
Unterschreitung des Öldruckes
der Hauptleitung 69 vom gewünschten Sollöldruck,
beispielsweise durch eine schwergängig verstellbare Verschiebeeinheit 68 infolge
eines erhöhten
Druckverlustes von Ölfilter 70, verschiebt
sich der Regelkolben 62 und damit der Zapfen 65 im
Sinne eines erhöhten
Regeldruckes in der Federkammer 67 zunächst soweit nach rechts, bis
die Überdeckung
der Bohrung 66 zur Entlastungsnut 64 unterbrochen
ist und sich die Überdeckung
zur Drucknut 63 entsprechend vergrößert. Hierdurch steigt der
Regeldruck in der Federkammer 67 maximal auf das Druckniveau
des Öldruckes
der Hauptleitung 69 an. Reagiert die Verschiebeeinheit 68 auf
diese Erhöhung
des Regeldruckes noch nicht mit einer Verstellung im Sinne einer
Fördermengen- bzw. Öldruckerhöhung, verstellt
sich der Regelkolben 62 entsprechend
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4 noch
weiter nach rechts, wodurch dann die Drucknut 63 in Überdeckung
mit der unter Förderdruck
stehenden Bohrung 71 kommt, während die Verbindung der Drucknut 63 zur
Hauptleitung 69 durch den Regelkolben 62 unterbrochen
ist, so dass dann der Regeldruck in der Federkammer 67 maximal
das hohe Druckniveau des Förderdruckes
annimmt und dadurch dann eine Verstellung der Verschiebeeinheit 68 erfolgt.
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Die
erfindungsgemäß zweistufige
Druckversorgung des Regelkolbens 62, überwiegend mit Öldruck bzw.
gefiltertem Öl
aus der Hauptleitung 69 und nur in relativ seltenen Fällen bei
Bedarf mit dem gegenüber
dem Öldruck
höheren
Förderdruck,
ermöglicht
in der den Förderdruck
zuführenden
Leitung 72 die Verwendung eines sehr kleinen Filters 73 ohne Wechselerfordernis
oder sogar dessen Entfall.
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Prinzipiell
lässt sich
entsprechend 5 die vorteilhaft zweistufige
Druckversorgung der Regelung, überwiegend
mit Öldruck
gefilterten Öls
und nur bei Bedarf mit Förderdruck,
auch bei Außenzahnrad-Regelölpumpen
mit Fliehdruckregelung in deren Verschiebeeinheit 81 anwenden.
Bei dem gegenüber der 2 abgewandelten
Ausführungsbeispiel
weist der in einem Laufzapfen 82 angeordneter Regelkolben 83 mit
seiner Nut 84 bei Regelbetrieb eine Überdeckung mit einer Entlastungsbohrung 85 und
einer Druckbohrung 86 des Laufzapfens 81 auf und
stellt in bekannter Weise den Regeldruck in der Federkammer 87 der
Verschiebeeinheit 81 bereit. Die Druckbohrung 86 ist über eine
Ausnehmung 88 des den Laufzapfens 82 umschließenden Druckkolbens 89 und über eine
Speisebohrung 90 des Laufzapfens 82 mit Öldruck aus
der Hauptleitung 48 beaufschlagt, die über das Filter-Kühler-Modul 47 mit
gefiltertem Öl versorgt
wird.
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Wenn
im Falle einer schwergängigen
Verstellung der Verschiebeeinheit 81, beispielsweise infolge
eines erhöhten
Druckverlustes des Filter-Kühler-Moduls 47,
der vom Regelkolben 83 in die Federkammer 87 eingespeiste Öldruck als
Regeldruck für eine
Verstellung der Verschiebeeinheit 81 im Sinne einer Fördermengenerhöhung nicht
mehr ausreicht und der Öldruck
entsprechend abfällt,
reagiert der Regelkolben 83 mit einer wie in der 6 dargestellt erhöhten Verschiebung
nach rechts. Hierdurch wird die Nut 84 einerseits erfindungsgemäß mit einer
unter hohem Förderdruck
stehenden Bohrung 91 verbunden und andererseits durch Verschluss
der Speisebohrung 90 die Beaufschlagung der Nut 84 mit
um den Druckverlust des Filter/Kühler-Moduls 47 geringeren Öldruck aufgehoben.
Der nun maximal in der Federkammer 87 wirkende Förderdruck
erzeugt ein entsprechend vorteilhaft erhöhtes Kraftniveau für die Verstellung
der Verschiebeeinheit 81 im Sinne einer Fördermengen-
bzw. Öldruckerhöhung.
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Die
Bohrung 91 wird aus dem Druckraum 45 der Regelölpumpe über eine
Drucktasche 92 und eine Bohrung 93 des Druckkolbens 89 mit
einem bei Bedarf erforderlichen Filter 94 mit Lebensdauerfunktion
mit Förderdruck
beaufschlagt.
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Die
erfindungsgemäße Regelung
von Regelölpumpen
führt zu
einer erhöhten
Betriebssicherheit, wobei einerseits ein beispielsweise zu versorgender Verbrennungsmotor
in einer Hauptleitung hinter einem Ölfilter/Ölkühler bedarfsgerecht mit Öldruck und Öldurchsatz
versorgt wird und andererseits ein erhöhter Druckverlust des Ölfilters/Ölkühlers durch
zunehmende Verschmutzung oder erhöhte Ölviskosität keinen nachteiligen Einfluss
auf die Regelung ausüben
kann.