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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Druckregeleinheit, die insbesondere
für einen Schmiermittelkreislauf einer Brennkraftmaschine
mit einer Schmiermittelpumpe mit veränderbarem Fördervolumenstrom
vorgesehen ist.
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Bei
Brennkraftmaschinen neueren Standes erfolgt in der Regel eine Volumenstromregelung
der Schmiermittelpumpe oder Ölpumpe, um den benötigten
Schmiermittelstrom zur Verfügung zu stellen.
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Bei
einer solchen Volumenstromregelung können als Regelparameter
beispielsweise die Last oder ein Drosselklappenwinkel verwendet
werden, so dass eine Schmiermittelpumpe, deren geförderter Volumenstrom
verändert werden kann, so angesteuert wird, dass bei niedrigen
Lasten oder kleinen Drosselklappenwinkeln weniger Schmiermittel
durch den Schmiermittelkreislauf gepumpt wird, als dies bei großen
Lasten oder großen Drosselklappenwinkeln der Fall ist.
Einer solchen Regelung kann beispielsweise auch noch die Temperatur
des Schmiermittels überlagert werden, da die Viskosität
des Schmiermittels temperaturabhängig ist.
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Die
Verstellung des Volumenstroms wird dabei in der Regel hydraulisch
durchgeführt und zwar mittels eines Stellkolbens, der mittels Öldruck
beaufschlagt die Exzentrizität einer als Schmiermittelpumpe
eingesetzten Flügelzellenpumpe verändern kann.
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Der
Stellkolben wird dabei über ein Magnetventil beaufschlagt,
welches elektrisch angesteuert und in der Ölwanne der Brennkraftmaschine
angeordnet wird. Hierbei ist aber dafür zu sorgen, dass
bei einem Ausfall der elektrischen Stromversorgung für das
Magnetventil nicht der Fall auftritt, dass sich die Schmiermittelpumpe
im Niederlastbetrieb befindet und sich der Schmiermittelkreislauf
aber gerade im Hochlastbetrieb befinden sollte, da sich die Brennkraftmaschine
in einem Zustand mit hoher Last befindet.
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Zur
Realisierung einer solchen fehlersicheren Anordnung ist zusätzlich
ein Abströmventil erforderlich, welches einen Kanal im
Schmiermittelkreislauf freischaltet, mit dem der Stellkolben so
beaufschlagt werden kann, dass die Flügelzellenpumpe in Richtung
Hochlastbetrieb verstellt werden kann.
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Dies
macht deutlich, dass einerseits eine elektrische Kabeldurchführung
in der Ölwanne vorgesehen sein muss, um das Magnetventil
an die elektrische Stromversorgung anschließen zu können und
zusätzlich das vorstehend erwähnte Abströmventil
notwendig ist. Eine solche Kabeldurchführung in einem aufgrund
der hohen Öltemperaturen thermisch hoch belasteten Bauteil
ist negativ und kann zu Undichtigkeiten führen und erhöht
mit dem zusätzlich erforderlichen Abströmventil
den Bauaufwand und damit die Kosten.
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Anhand
der
DE 10 2005
050 063 A1 ist eine auf die Anmelderin zurückgehende
Druckregeleinheit bekannt geworden, die eine temperaturabhängige Druckregelung
im Schmiermittelkreislauf einer Brennkraftmaschine gestattet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, den Bau-
und Montageaufwand in Verbindung mit einer Druckregeleinheit für
eine Schmiermittelpumpe mit veränderbarem Fördervolumenstrom
zu verringern und damit auch die Kabeldurchführung in der Ölwanne
zu vermeiden.
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Die
Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch
1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon
sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung schafft eine Druckregeleinheit, die insbesondere für
einen Schmiermittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einer
Schmiermittelpumpe mit veränderbarem Fördervolumenstrom
vorgesehen ist, wobei die Druckregeleinheit einen in einem Gehäuse
verlagerbaren Steuerkolben besitzt, der von einem in einem Hauptölkanal
der Brennkraftmaschine herrschenden Hauptölkanaldruck beaufschlagbar
ist und der Steuerkolben von einer Federeinrichtung gegen den Hauptölkanaldruck
beaufschlagbar ist und der Fördervolumenstrom mittels eines,
eine Verstelleinrichtung der Schmiermittelpumpe beaufschlagenden
förderseitigen Drucks der Schmiermittelpumpe verringerbar
ist und der Steuerkolben mittels Unterdrucks zur freigebenden Verlagerung
einer den förderseitigen Druck auf die Verstelleinrichtung
versperrenden Steuerkante beaufschlagbar ist.
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Die
Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass bei Brennkraftmaschinen
neueren Standes regelmäßig mittels Unterdruck
gesteuerte Bauteile vorhanden sind, um Steuerungs- oder Regelvorgänge
durch die Applikation von Unterdruck vornehmen zu können.
Zu diesem Zweck kann eine Vakuumpumpe an der Peripherie der Brennkraftmaschine vorgesehen
sein, um den zu den genannten Zwecken erforderlichen Unterdruck
zu erzeugen.
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Der
Steuerkolben der erfindungsgemäßen Druckregeleinheit
weist eine Kolbenfläche auf, die mittels Unterdruck beaufschlagt
werden kann, und zwar entgegen der Wirkung einer den Steuerkolben beaufschlagenden
Federeinrichtung, so dass die Applikation von Unterdruck auf die
Kolbenfläche dazu führt, dass der Steuerkolben,
der in einem Gehäuse axial verlagerbar aufgenommen sein
kann, verlagert wird und dabei eine Steuerkante eine Steueröffnung frei
gibt, über die ein von der Schmiermittelpumpe erzeugter
Schmiermitteldruck eine Verstelleinrichtung beaufschlagt, die wiederum
den Fördervolumenstrom der Schmiermittelpumpe verändern
kann.
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Wird
die Verstelleinrichtung von dem Schmiermitteldruck beaufschlagt,
so wird die Schmiermittelpumpe in Richtung Niederlastbetrieb verstellt,
also beispielsweise die Exzentrizität einer Flügelzellenpumpe
so verändert, dass sich ein kleiner Fördervolumenstrom
einstellt. Wird dahingegen die Steuerfläche der Steuerkolbens
nicht mit Unterdruck beaufschlagt, also beispielsweise eine Saugleitung
belüftet, die die Steuerfläche des Steuerkolbens
mit der Vakuumpumpe fluidisch verbindet, so führt die Beaufschlagung
der Steuerfläche des Steuerkolbens mit der Federeinrichtung
dazu, dass die Steuerkante die Steueröffnung wieder versperrt
und der förderseitige Druck nicht mehr zur Verstelleinrichtung
gelangt und dadurch die Verstelleinrichtung den Fördervolumenstrom
auch nicht mehr verringert und somit die Schmiermittelpumpe in Richtung
Hoch lastbetrieb verstellt wird und damit gleichzeitig eine fehlersichere
Anordnung geschaffen worden ist.
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Der
förderseitige Druck kann nämlich den Fördervolumenstrom
der Schmiermittelpumpe nur verringern, die Schmiermittelpumpe befindet
sich ohne die Beaufschlagung der Versteileinrichtung durch den förderseitigen
Druck in der Stellung Hochlastbetrieb, liegt also kein förderseitiger
Druck an, was beispielsweise unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine
der Fall sein kann oder auch bei einem Systemfehler im elektrischen
System oder auch bei einer Undichtigkeit in der Saugleitung von der
Vakuumpumpe zur Steuerfläche des Steuerkolbens, so befindet
sich die Schmiermittelpumpe automatisch in der Stellung Hochlastbetrieb
und eine entsprechende Beschädigung der Brennkraftmaschine kann
vermieden werden.
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Soll
also die Schmiermittelpumpe nach der Applikation von Unterdruck
auf die Steuerfläche des Steuerkolbens und der entsprechenden
Stellung Niederlastbetrieb wieder in die Stellung Hochlastbetrieb verbracht
werden, so ist es nur erforderlich, die Saugleitung zwischen der
Vakuumpumpe und der Steuerfläche des Steuerkolbens zu belüften.
Zu diesem Zweck ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen,
dass der den Steuerkolben beaufschlagende Unterdruck insbesondere
auf Umgebungsdruck verändert werden kann, wozu ein Umschaltventil
eine Öffnung im Bereich der Saugleitung zum Umgebungsdruck
freigeben kann.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass der
Steuerkolben eine erste, vom Hauptölkanaldruck beaufschlagte
Kolbenfläche und eine zweite, vom Unterdruck beaufschlagte Kolbenfläche,
die vorstehend bereits erwähnte Steuerfläche,
aufweist und die erste Kolbenfläche kleiner ist als die
zweite Kolbenfläche. Der Steuerkolben kann also als Stufenkolben
ausgebildet sein und über die Anpassung des Größenverhältnisses
der ersten Kolbenfläche zur zweiten Kolbenfläche
kann dem Druckabfall vom förderseitigen Druck auf einem Druck
im Hauptölkanal der Brennkraftmaschine Rechnung getragen
werden. Zwischen dem förderseitigen Druck nach der Schmiermittelpumpe
und dem Hauptölkanaldruck kann nämlich beispielsweise ein
Wärmetauscher vorgesehen sein, der zusammen mit den erforderlichen
Fluidleitungen für einen be stimmten Druckabfall sorgt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist ein von einem Steuergerät
betätigtes Umschaltventil vorgesehen, welches eine Fluidleitung
zu dem Gehäuse öffnet oder belüftet.
Bei dem Steuergerät kann es sich beispielsweise um ein
Motorsteuergerät handeln, welches also auch zur Steuerung
von Funktionen der Brennkraftmaschine vorgesehen ist und sich demgemäß im
elektrischen System der Brennkraftmaschine beziehungsweise eines
mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs angeordnet befindet.
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Das
Steuergerät kann das Umschaltventil so ansteuern, dass
es die vorstehend erwähnte Fluidleitung zu dem den Steuerkolben
aufweisenden Gehäuse öffnet, dann wird eine fluidische
Verbindung zwischen der Vakuumpumpe und der Steuerfläche des
Steuerkolbens geöffnet und der Steuerkolben mit Unterdruck
beaufschlagt oder die Fluidleitung belüftet wird, dann
stellt sich in der Fluidleitung Umgebungsdruck ein und der Steuerkolben
wird nicht mehr vom Unterdruck beaufschlagt.
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Wird
der Steuerkolben vom Unterdruck beaufschlagt, so wird in Verbindung
mit dem den Steuerkolben beaufschlagenden Hauptölkanaldruck
die Steuerkante, die die Applikation des förderseitigen Drucks
der Schmiermittelpumpe auf die Verstelleinrichtung versperrt, freigegeben
und die Verstelleinrichtung verstellt die Schmiermittelpumpe derart, dass
der Fördervolumenstrom der Schmiermittelpumpe in Richtung
Niederlastbetrieb verstellt wird, der Fördervolumenstrom
also klein ist.
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Wird
das System belüftet, verlagert die Beaufschlagung der Federeinrichtung
des Steuerkolbens den Steuerkolben so, dass die Steuerkante die fluidische
Verbindung zwischen dem förderseitigen Druck der Schmiermittelpumpe
und der Verstelleinrichtung versperrt und die Verstelleinrichtung
die Schmiermittelpumpe so angesteuert, dass diese in Richtung Hochlastbetrieb
verstellt wird, also sich ein hoher Fördervolumenstrom
einstellt. Der nun erforderliche Druck im Hauptölkanal
zur Abregelung des Fördervolumens der Schmiermittelpumpe
ist höher als der entsprechende Druck im Niederlastbetrieb,
da der Steuerkolben nicht mehr vom Unterdruck beaufschlagt wird
und der Haupt ölkanaldruck zur Verlagerung des Steuerkolbens
entgegen der Wirkung der Federeinrichtung höher sein muss,
als im Niederlastbetrieb.
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Bei
der Schmiermittelpumpe kann es sich um eine Flügelzellenpumpe
handeln, deren Gehäuse relativ zum Rotor über
die Verstelleinrichtung so verlagert werden kann, dass die Exzentrizität
zwischen dem Rotor und dem Gehäuse vergrößert
und verkleinert werden kann und zwar derart, dass die Verstelleinrichtung
die Exzentrizität in ihrem, nicht vom förderseitigen
Druck beaufschlagten Zustand vergrößert, sich
also ein hoher Fördervolumenstrom einstellt und die Verstelleinrichtung
die Exzentrizität verringert, wenn sie vom förderseitigen
Druck der Schmiermittelpumpe beaufschlagt wird, sich also ein kleiner
Fördervolumenstrom einstellt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Diese zeigt in:
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1 einen
Schmiermittelkreislauf im Hochlastbetrieb mit einer erfindungsgemäßen
Druckregeleinheit; sowie
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2 einen
Schmiermittelkreislauf mit der erfindungsgemäßen
Druckregeleinheit im Niederlastbetrieb.
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1 der
Zeichnung zeigt einen Schmiermittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine
mit einstellbarem Fördervolumenstrom mit einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Druckregeleinheit 1.
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Über
ein Steuergerät 2 kann ein Umschaltventil 3 in
zwei Stellungen gestaltet werden, nämlich eine erste Stellung,
in der eine Saugleitung 4 mit einer Vakuumpumpe VaPu verbunden
ist, die in der Saugleitung 4 einen Unterdruck erzeugt,
der kleiner ist als der Umgebungsdruck und der demgemäß auch
auf eine Steuerfläche 5 eines Steuerkolbens 6 wirkt,
der in einem Gehäuse 7 axial verlagerbar angeordnet
ist.
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Die
Steuerfläche 5 des Steuerkolbens 6 wird auch
von einer Federeinrichtung 8, die sich gegen das Gehäuse 7 abstützt,
beaufschlagt.
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In
der zweiten Stellung des Umschaltventils 3 wird die Saugleitung 4 belüftet,
es stellt sich in ihr also ein dem Umgebungsdruck entsprechender Druck
ein, dieser beaufschlagt dann auch die Steuerfläche 5 des
Steuerkolbens 6.
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Die
Zeichnung zeigt darüber hinaus auch eine Schmiermittelpumpe 9 in
der Form einer Flügelzellenpumpe, deren Gehäuse 10 über
eine Verstelleinrichtung 11 relativ zum Rotor 12 der
Flügelzellenpumpe verlagert werden kann und somit die Exzentrizität
der Flügelzellenpumpe verändert werden kann und
damit der Fördervolumenstrom.
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Im
Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine ist auch ein Wärmetauscher 13 vorgesehen, der
das von der Schmiermittelpumpe 9 geförderte Schmiermittel
wärmen oder kühlen kann, bevor es in einen Hauptölkanal 13' der
nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine eintritt.
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Der
Steuerkolben 6 weist eine Steuerkante 14 auf,
die eine in dem Gehäuse 10 ausgebildete Steueröffnung 15 freigegeben
oder versperren kann. In der in 1 dargestellten
Stellung, bei der die Steuerfläche 5 des Steuerkolbens 6 nicht über
die Saugleitung 4 mit Unterdruck beaufschlagt wird, führt die
Beaufschlagung der Steuerfläche 5 mit der Federeinrichtung 8 dazu,
dass die Steuerkante 14 die Steueröffnung 15 versperrt
und somit der förderseitige Druck pD nicht über
die Steueröffnung 15 in Richtung zur Verstelleinrichtung 11 gelangen
kann und einen in einem Gehäuse 16 der Verstelleinrichtung 11 angeordneten
Steuerkolben 17 demgemäß nicht beaufschlagen
kann.
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Der
Steuerkolben 17 der Verstelleinrichtung 11 wird
mittels der Federeinrichtung 18 so beaufschlagt, dass die
Verstelleinrichtung 11 die Exzentrizität der Flügelzellenpumpe 9 vergrößert
und somit sich ein hoher Fördervolumenstrom einstellt.
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Der
Steuerkolben 6 weist darüber hinaus eine erste
Kolbenfläche 19 auf, die kleiner ist als die zweite
Kolbenfläche oder Steuerfläche 5 und
von dem im Hauptölkanal 13' herrschenden Hauptölkanaldruck
beaufschlagt wird.
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Dieser
Hauptölkanaldruck p2 muss demgemäß hoch
sein, um den Steuerkolben 6 verschieben zu können,
erst dann, wenn der Hauptölkanaldruck hoch ist, wird die
Flügelzellenpumpe 9 abgesteuert, das heißt
der Steuerkolben 6 verlagert, so dass die Steueröffnung 15 freigegeben
wird und der Fördervolumenstrom der Flügelzellenpumpe 9 verringert
wird.
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Der
Hauptölkanaldruck muss deshalb hoch sein, um die Absteuerung
der Flügelzellenpumpe 9 zu bewirken, da die im
Hochlastbetrieb die Steuerfläche 5 des Steuerkolbens 6 nicht
mit Unterdruck beaufschlagt wird. Im Hochlastbetrieb sorgt daher
erst ein hoher Druck im Hauptölkanal der Brennkraftmaschine
dafür, dass der Fördervolumenstrom der Flügelzellenpumpe 9 verringert
wird.
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Soll
nun die Schmiermittelpumpe 9 in den Niederlastbetrieb geschaltet
werden, so sorgt das Steuergerät 2 über
eine entsprechende Ansteuerung des Umschaltventils 3 dafür,
dass die Belüftung der Saugleitung 4 unterbrochen
wird und die Vakuumpumpe VaPu den Druck zwischen dem Gehäuse 7 und
der Steuerfläche 5 des Steuerkolbens 6 verringert
wird. Hierdurch wird der Steuerkolben 6 entgegen der Wirkung
der Federeinrichtung 8 in der Zeichnungsebene in Richtung
nach unten verlagert und die Steuerkante 14 des Steuerkolbens 6 gibt
die Steueröffnung 15 frei.
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Der
förderseitigen Druck pD pflanzt
sich nun über die Steueröffnung 15 in
Richtung zur Verstelleinrichtung 11 fort und beaufschlagt
dort den Steuerkolben 17 der Verstelleinrichtung 11 so,
dass die Exzentrizität des Gehäuses 10 der
Flügelzellenpumpe 9 relativ zum Rotor 12 verringert
wird und somit der Fördervolumenstrom der Flügelzellenpumpe 9 verringert wird.
Wie es in 1 und 2 gezeigt
ist, saugt die Flügelzellenpumpe 9 über
eine Saugleitung 20 Schmiermittel aus einem Schmiermittelvorratsbehälter 21 ab,
bei dem es sich beispielsweise um die Ölwanne der nicht
näher dargestellten Brennkraftmaschine handeln kann. Befindet
sich die Flügelzellenpumpe 9 im Niederlastbetrieb,
so reicht ein geringerer Druck p2 im Hauptölkanal
aus, um den Fördervolumenstrom der Flügelzellenpumpe 9 abzusteuern, als
dies im Hochlastbetrieb der Fall ist.
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Kommt
es zu einem nicht vorgesehenen Ausfall des elektrischen Systems
der Brenn kraftmaschine, von dem auch das Steuergerät 2 oder
das Umschaltventil 3 betroffen ist, so wird die Saugleitung 4 automatisch
belüftet und die Federeinrichtung 8 verschiebt
den Steuerkolben 6 und damit die Steuerkante 14 so,
dass die Steueröffnung 15 versperrt wird und sich
der förderseitige Druck pD nicht
mehr bis zur Verstelleinrichtung 11 fortsetzen kann und
damit der Steuerkolben 17 der Verstelleinrichtung 11 nicht mehr
vom förderseitigen Druck beaufschlagt wird.
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Die
Federeinrichtung 18 der Verstelleinrichtung 11 sorgt
dafür, dass der Steuerkolben 17, der mit einer
Verstelleinrichtung für das Gehäuse 10 der
Flügelzellenpumpe 9 verbunden ist, so verlagert
wird, dass die Exzentrizität der Flügelzellenpumpe 9 ansteigt
und damit der Fördervolumenstrom der Flügelzellenpumpe 9 automatisch
beim Ausfall des elektrischen Systems oder einer Undichtigkeit im
Bereich des Umschaltventils 3 oder der Saugleitung 4 ansteigt
und eine Beschädigung der Brennkraftmaschine vermieden
wird.
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Wird
die Brennkraftmaschine gestartet, so vergeht in jedem Fall eine
bestimmte Zeit, bis sich ein förderseitiger Druck nach
der Flügelzellenpumpe aufbaut, der den Steuerkolben 17 der
Verstelleinrichtung 11 in Richtung Verkleinerung der Exzentrizität
der Flügelzellenpumpe 9 beaufschlagen könnte.
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Der
Start der Brennkraftmaschine erfolgt daher aufgrund der Beaufschlagung
des Steuerkolbens 17 der Verstelleinrichtung 11 durch
die Federeinrichtung 18 immer in der Stellung Hochlastbetrieb,
also mit hohem Fördervolumenstrom der Flügelzellenpumpe 9.
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Die
erfindungsgemäße Druckregeleinheit kommt ohne
das vorstehend beschrieben Magnetventil und Abströmventil
aus. Auch ist damit die Notwendigkeit in Wegfall geraten, zu dem
in der Ölwanne angeordneten Magnetventil eine elektrische
Verbindungsleitung vorsehen zu müssen.
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Hinsichtlich
vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter
Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich
auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.
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- 1
- Druckregeleinheit
- 2
- Steuergerät
- 3
- Umschaltventil
- 4
- Saugleitung
- 5
- Steuerfläche,
zweite Kolbenfläche
- 6
- Steuerkolben
- 7
- Gehäuse
- 8
- Federeinrichtung
- 9
- Schmiermittelpumpe,
Flügelzellenpumpe
- 10
- Gehäuse
- 11
- Verstelleinrichtung
- 12
- Rotor
- 13
- Wärmetauscher
- 13'
- Hauptölkanal
- 14
- Steuerkante
- 15
- Steueröffnung
- 16
- Gehäuse
- 17
- Steuerkolben
- 18
- Federeinrichtung
- 19
- erste
Kolbenfläche
- 20
- Saugleitung
- 21
- Schmiermittelvorratsbehälter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005050063
A1 [0008]