DE102009021636A1

DE102009021636A1 - Steuereinheit für die Öldruckverstellung von Ölpumpen

Info

Publication number: DE102009021636A1
Application number: DE200910021636
Authority: DE
Inventors: Dieter Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-16
Filing date: 2009-05-16
Publication date: 2010-11-18

Abstract

Für die Verstellung des Öldruckes von Ölpumpen zur Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren ist in einer Steuerdruckleitung zwischen der Hauptölleitung und der Ölpumpe eine elektrisch verstellbare Steuereinheit angeordnet. Die Steuereinheit umfasst ein Elektroventil und zwei im Ventilgehäuse angeordnete Drosseln, die abhängig von der Ansteuerung des Elektroventils über einen veränderlichen Druckabfall das Öldruckniveau verstellen.

Description

Die Erfindung betrifft Ölpumpen mit verstellbarem Öldruck für die Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren. Durch eine Anpassung des Öldruckes an den im Wesentlichen drehzahlabhängig veränderlichen Öldruckbedarf von Verbrennungsmotoren werden Vorteile im Kraftstoffverbrauch bzw. in der CO₂-Abgasemission erzielt.
Aus der DE 10 237 801 B4 ist eine Regelölpumpen bekannt, die für eine zweistufige Öldruckverstellung einen zweistufigen Regelkolben im Pumpengehäuse aufweist. Ein in einer den Motoröldruck zuführenden Steuerdruckleitung ist ein Magnetventil angeordnet, das zur Öldruckverstellung eine Wirkfläche des Regelkolbens entweder mit Motoröldruck beaufschlagt oder druckentlastet.
Weiterhin ist aus der DE 10 2008 006 861 A1 für einen Verbrennungsmotor eine elektrische Umschaltung des Öldruckes einer Regelölpumpe mit einem von einem Steuerdruck beaufschlagten Regler bekannt, wobei in der Steuerdruckleitung zwischen einer Hauptölleitung und der Regelölpumpe eine erste Drossel angeordnet ist. In einer zwischen der ersten Drossel und der Regelölpumpe von der Steuerdruckleitung zur drucklosen Umgebung führenden Abzweigleitung ist eine zweite Drossel und ein Magnetventil angeordnet. Bei geschlossenem Magnetventil entspricht der in der Hauptölleitung herrschende Motoröldruck infolge eines nur minimalen Öldurchflusses der ersten Drossel praktisch ohne Druckabfall direkt dem vom Regler bestimmten Steuerdruck. Bei Öffnung des Magnetventils fließt über die erste Drossel und die zweite Drossel ein kleiner Ölstrom beispielsweise in die Ölwanne des Verbrennungsmotors ab, so dass durch den erhöhten Druckabfall der ersten Drossel der Steuerdruck am Regler der Regelölpumpe zunächst abfällt. Da der Regler den Steuerdruck jedoch immer auf demselben Auslegungs-Druckniveau halten will, erhöht er entsprechend die Fördermenge der Regelölpumpe, was schließlich zu einer entsprechenden Öldruckerhöhung in der Hauptölleitung führt.
Die Ausführung der DE 10 237 801 B4 erfordert für eine zweistufige Öldruckregelung in der Regelölpumpe einen zweistufigen Regelkolben sowie zwei Steuerdruckleitungen zur Regelölpumpe, wobei eine davon durch das Magnetventil abschaltbar ist.
Die Ausführung der DE 10 2008 006 861 A1 weist gegenüber der DE 10 237 801 B4 insofern eine Verbesserung auf, als die Regelölpumpe mit einem einstufigen Regelkolben auskommt, der eine Druckbeaufschlagung über nur noch eine Steuerdruckleitung erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Öldruckverstellung von Ölpumpen eine kompakte Steuereinheit zu schaffen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die erste und die zweite Drossel kompakt im Ventilgehäuses der Steuereinheit angeordnet sind und sich der Ventilsitz des Elektroventils direkt an die zweite Drossel anschließt.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den in Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1: eine in einem Zylinderkurbelgehäuse angeordnete Steuereinheit für eine Regelölpumpe bei geschlossenem Elektroventil
2: die Steuereinheit von 1 bei geöffnetem Elektroventil
3: die Steuereinheit von 1 bei teilweise geöffnetem Elektroventil
Die 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Steuereinheit 1 für die Öldruckverstellung einer Regelölpumpe 2 eines Verbrennungsmotors. Die Steuereinheit 1 ist an einem Kurbelgehäuse 3 über eine Schraube 4 fixiert. Die am Kurbelgehäuse 3 angeflanschte Regelölpumpe 2 saugt aus einer Ölwanne 5 Öl an und fördert es unter Förderdruck in eine Druckölbohrung 6 des Kurbelgehäuses 3. Von der Druckölbohrung 6 gelangt das Öl in eine Hauptölbohrung 7, beispielsweise über einen nicht dargestellten Ölfilter, und versorgt die Motorschmierstellen mit Öldruck. Zur Druckregelung der Regelölpumpe 2 steht das unter Öldruck stehende Öl der Hauptölbohrung 7 über eine Steuerdruckleitung, bestehend aus einer ersten Steuerdruckbohrung 8, einer Gehäusebohrung 9 zur Aufnahme der Steuereinheit 1 und eine zweite Steuerdruckbohrung 10, in Druckverbindung mit der Regelölpumpe 2. Die Steuereinheit 1 weist ein Elektroventil auf, das aus einer elektrisch ansteuerbaren Spule 11 und einem in der Gehäusebohrung 9 geführten Ventilgehäuse 12 mit einem Ventilsitz 13 und einer Ventilkammer 14 besteht, in der ein von der Spule 11 magnetisch verstellbares Nadelventil 15 mit einer Feder 16 angeordnet ist. Auf der Mittelachse 17 des Ventilgehäuses 12 sind eine erste Drossel 18 und eine zweite Drossel 19 angeordnet, wobei der Ventilsitz 13 den Übergang von der zweiten Drossel 19 zur Ventilkammer 14 darstellt. Zwischen der ersten Drossel 18 und der zweiten Drossel 19 ist im Ventilgehäuse 12 eine Querbohrung 20 angeordnet, die mit der zweiten Steuerdruckbohrung 10 in Druckverbindung steht. Zwischen der unter Öldruck stehenden Gehäusebohrung 9 und der ersten Drossel 18 ist im Ventilgehäuse 12 ein Filter 21 zur Vermeidung von verschmutzungsbedingten Störungen der Druckregelung angeordnet. Die Ventilkammer 14 steht über eine Querbohrung 22 und eine Bohrung 23 des Kurbelgehäuses 3 in Druckverbindung mit dem drucklosen Kurbelraum oberhalb der Ölwanne 5. Jeweils an den Querbohrungen 20 und 22 angeordnete Umfangsnuten 24 des Ventilgehäuses 12 erlauben eine beliebige Fixierung der Steuereinheit 1 über die Schraube 4 am Kurbelgehäuse 3.
Bei maximaler Bestromung der Spule 11, beispielsweise mit 12 Volt Bordspannung, wird das Nadelventil 15 gegen die Kraft der Feder 16 auf den Ventilsitz 13 gedrückt, so dass wie in 1 gezeigt das Elektroventil geschlossen und die zweite Drossel 19 ohne Öldurchsatz ist. Da die interne Druckregelung der Regelölpumpe 2 keinen oder nur einen minimalen Öldurchsatz aufweist und damit die erste Drossel 18 effektiv ohne Öldurchfluss auch kein Druckverlust verursacht, sind der in der zweiten Steuerdruckbohrung 10 von der Druckregelung der Regelölpumpe 2 eingeregelte Steuerdruck von beispielsweise 1,8 bar und der Öldruck in der von einem Manometer 25 überwachten Hauptölleitung 7 gleich. Bei Druckabweichungen vom Soll-Steuerdruck von 1,8 bar verstellt die Druckregelung der Regelölpumpe 2 die Fördermenge so lange, bis sich der Soll-Steuerdruck wieder auf 1,8 bar und damit auch der Öldruck in der Hauptölleitung 7 auf 1,8 bar eingeregelt hat.
Die 2. zeigt abweichend zu 1 die Steuereinheit 1 ohne Bestromung der Spule 11. Ohne von der Spule 11 erzeugter Magnetkraft drückt die Feder 16 das Nadelventil 15 in die linke Anschlagposition am Ventilgehäuse 12, so dass das Nadelventil 15 maximal vom Ventilsitz 13 abgehoben ist. In der nun geöffneten Druckentlastungsleitung, bestehend aus der zweiten Drossel 19, dem offenen Ventilsitz 13, der Ventilkammer 14, der Querbohrung 22 und der Bohrung 23, stellt sich ein Öldurchsatz in den drucklosen Kurbelraum oberhalb der Ölwanne 5 ein. Der die zweite Drossel 19 durchfließende Öldurchsatz tritt praktisch auch an der ersten Drossel 18 auf, denn die zwischen den Drosseln 18 und 19 über die zweite Steuerdruckbohrung 10 angeschlossenen Druckregelung der Regelölpumpe 2 arbeitet wie angenommen effektiv ohne Öldurchsatz. Der von der Hauptölleitung 7 über die beiden Drosseln 18 und 19 abfließende Öldurchsatz ruft an den beiden in Reihe angeordneten Drosseln 18 und 19 jeweils einen Druckabfall etwa im umgekehrten Verhältnis ihrer Drosselquerschnitte hervor. Da die Regelölpumpe 2 den zwischen den Drosseln 18 und 19 wirkenden Steuerdruck beispielsweise immer auf 1,8 bar einregelt, würde bei gleich großen Drosseln 18 und 19 mit dann jeweils auch gleichem Druckabfall von 1,8 bar der Öldruck in der Hauptölleitung 7 dann 3,6 bar betragen. Bei einer, wie in den 1 und 2 dargestellt, gegenüber der ersten Drossel 18 kleineren zweiten Drossel 19 ergeben sich entsprechend unterschiedliche Druckabfälle, beispielsweise bei einem von der Regelölpumpe 2 wieder auf 1,8 bar eingeregeltem Steuerdruck in der zweiten Steuerdruckbohrung 10 entsprechend auch 1,8 bar Druckabfall an der zweiten Drossel 19 und nur noch 1,5 bar Druckabfall an der ersten Drossel 18. In diesem gezeigten Auslegungsfall beträgt der am Manometer 25 ablesbare Öldruck 3,3 bar in der Hauptölleitung 7.
Die 3 zeigt die Steuereinheit 1 bei einer elektrisch variablen Bestromung der Spule 11 mit einer beispielsweise anliegenden Spannung von 8 Volt, alternativ hierzu wäre auch eine gepulste Ansteuerung der Spule 11 mit der Bordspannung von 12 Volt möglich. Durch die variable Bestromung der Spule 11 kann der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 13 und dem Nadelventil 15 beliebig stufenlos verstellt werden, so dass der die zweite Drossel 19 durchfließende Öldurchsatz entsprechend stufenlos variiert werden kann. Während bei geschlossenem Nadelventil 15 (1) in der Hauptölleitung 7 der Öldruck 1,8 bar und bei maximal geöffnetem Nadelventil 15 (2) der Öldruck 3,3 bar beträgt, kann bei von einem Steuergerät variabel erfolgender Bestromung der Spule 11 entsprechend dem veränderlichen Öldruckbedarf des Verbrennungsmotors der Öldruck in der Hauptölleitung 7 stufenlos auf einen entsprechenden Zwischenwert, beispielsweise auf 2,5 bar wie in 3 am Manometer 25 ablesbar, eingeregelt werden.
Die beschriebene Steuereinheit für die Öldruckverstellung von Ölpumpen weist eine sehr kompakte Ausbildung auf und ermöglicht eine kostengünstige Systemauslegung bei zweistufiger oder stufenloser Öldruckregelung im Hinblick auf eine Verbrauchs- und CO₂-Reduzierung von Verbrennungsmotoren. Die Steuereinheit kann eine Öldruckverstellung sowohl für Regelölpumpen, wie in den Ausführungsbeispielen beschrieben, selbstverständlich aber auch für konventionelle Konstantpumpen mit Bypassventil durchführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10237801 B4 [0002, 0004, 0005]
- DE 102008006861 A1 [0003, 0005]

Claims

Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen mit einer Öldruckregeleinrichtung für die Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren; mit einer Steuerdruckleitung als Druckverbindung zwischen einer unter Öldruck stehenden Hauptölleitung des Verbrennungsmotors und der Druckregeleinrichtung der Ölpumpe; mit einer ersten Drossel in der Steuerdruckleitung; mit einer von der Steuerdruckleitung zwischen der ersten Drossel und der Druckregeleinrichtung der Ölpumpe abzweigenden Druckentlastungsleitung; mit einer Anordnung eines Elektroventils, bestehend aus einer Spule und einem einen Ventilsitz und eine Ventilkammer aufweisenden Ventilgehäuse mit einem magnetisch gegen eine Feder verstellbaren Nadelventil, und einer zweiten Drossel in der Druckentlastungsleitung; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drossel (18) und die zweite Drossel (19) in dem Ventilgehäuse (12) des Elektroventils angeordnet sind und der Ventilsitz (13) als Übergang von der zweiten Drossel (19) zur Ventilkammer (14) ausgebildet ist.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drossel (18) und die zweite Drossel (19) auf der Längsachse (17) des Ventilgehäuses (12) angeordnet sind und unterschiedliche Querschnitte aufweisen können.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Drossel (18) und der zweiten Drossel (19) im Ventilgehäuse eine Querbohrung (20) als Teil der Steuerdruckleitung angeordnet ist.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer (14) über eine Querbohrung (22) mit der drucklosen Umgebung in Verbindung steht.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Querbohrungen (20, 22) an ihren äußeren Enden jeweils eine Umfangsnut (24) aufweisen.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Ventilgehäuses (12) ein Filter (21) angeordnet ist, das über die Steuerdruckbohrung (8) mit dem in der Hauptölleitung (7) herrschenden Öldruck beaufschlagt ist.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroventil ohne Bestromung seiner Spule (11) geöffnet und bei maximaler Bestromung geschlossen ist.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroventil bei teilweiser Bestromung der Spule (11) entsprechend einen anteiligen Öffnungsquerschnitt zwischen dem Nadelventil (15) und dem Ventilsitz (13) freigibt.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öldruckregeleinrichtung als Fördermengen-Verstelleinrichtung ausgebildet und die Ölpumpe eine Regelölpumpe (2) ist.
Steuereinheit zur Öldruckverstellung von Ölpumpen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öldruckregeleinrichtung als Bypassventil ausgebildet und die Ölpumpe eine Konstantpumpe ist.