DE102009024698A1 - Schmierstoffpumpensystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kennfeld gesteuertes Schmierstoffpumpensystem (1) mit einer Schmierstoffpumpe (2) zur Versorgung eines Verbrennungsmotors (3) mit Schmierstoff,
- wobei die Schmierstoffpumpe (2) von einem Proportionalventil (6) gesteuert ist,
- mit einer in der Schmierstoffpumpe (2) angeordneten und von einer Feder (10) vorgespannten Stelleinheit (9),
- mit einer ersten auf die Stelleinheit (9) wirkenden Druckkammer (11), welche in der Schmierstoffpumpe (2) angeordnet und Kennfeld gesteuert mit Druck beaufschlagt ist und dadurch die Stelleinheit (9) entgegen der Feder (10) verstellt und welcher das Proportionalventil (6) vorgeschaltet ist,
- mit zumindest einer zweiten auf die Stelleinheit (9) wirkenden Druckkammer (12, 12'), welche in der Schmierstoffpumpe (2) angeordnet und ebenfalls mit Druck beaufschlagt ist und dadurch die Stelleinheit (9) entgegen der Feder (10) verstellt,
- wobei die zumindest eine zweite Druckkammer (12, 12') kleiner dimensioniert ist als die erste Druckkammer (11),
- wobei bei einem Ausfall des Proportionalventils (6) die Schmierstoffpumpe (2) ausschließlich über die zumindest eine zweite Druckkammer (12, 12') mit Druck beaufschlagt ist.
- wobei die Schmierstoffpumpe (2) von einem Proportionalventil (6) gesteuert ist,
- mit einer in der Schmierstoffpumpe (2) angeordneten und von einer Feder (10) vorgespannten Stelleinheit (9),
- mit einer ersten auf die Stelleinheit (9) wirkenden Druckkammer (11), welche in der Schmierstoffpumpe (2) angeordnet und Kennfeld gesteuert mit Druck beaufschlagt ist und dadurch die Stelleinheit (9) entgegen der Feder (10) verstellt und welcher das Proportionalventil (6) vorgeschaltet ist,
- mit zumindest einer zweiten auf die Stelleinheit (9) wirkenden Druckkammer (12, 12'), welche in der Schmierstoffpumpe (2) angeordnet und ebenfalls mit Druck beaufschlagt ist und dadurch die Stelleinheit (9) entgegen der Feder (10) verstellt,
- wobei die zumindest eine zweite Druckkammer (12, 12') kleiner dimensioniert ist als die erste Druckkammer (11),
- wobei bei einem Ausfall des Proportionalventils (6) die Schmierstoffpumpe (2) ausschließlich über die zumindest eine zweite Druckkammer (12, 12') mit Druck beaufschlagt ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein kennfeldgesteuertes Schmierstoffpumpensystem mit einer Schmierstoffpumpe zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Schmierstoff. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schmierstoffpumpe für ein derartiges kennfeldgesteuertes Schmierstoffpumpensystem.
- Der Einsatz von mengengeregelten Schmierstoffpumpen in Verbrennungsmotoren ist Stand der Technik, um beispielsweise eine Fördermenge und einen Druck an den Bedarf der jeweiligen Bedürfnisse des Verbrennungsmotors annähern zu können. Dies geschieht meist über das Beaufschlagen einer Stelleinheit innerhalb der Schmierstoffpumpe, wie beispielsweise eines Steuerkolbens oder eines Stellringes, mit einem aus einer Hauptölgalerie des Verbrennungsmotors stammenden Öldruck. Der Nachteil einer derartigen Steuerung liegt darin, dass die Regelung in direkter Verbindung von dem im Verbrennungsmotor herrschenden Öldruck, dem Volumenstrom, einer Motordrehzahl, einer Schmierstofftemperatur sowie einer an der Stelleinheit anliegenden Federkraft ist. Ziel von sogenannten Kennfeldsteuerungen ist das Entkoppeln der genannten direkten Einflussgrößen auf die Steuerung, um ein Regelkennfeld der Schmierstoffpumpe zu erreichen, welches auf jede einzelne Einflussgröße reagieren kann, um somit den Bedürfnissen des Verbrennungsmotors näher zu kommen und weitere Antriebs- und Verlustleistungen zumindest zu reduzieren. Hierzu finden meist proportionale Ventile Verwendung, die einen Steueröldruck aus der Hauptölgalerie oder aus einem Ausgang der Schmierstoffpumpe je nach Bedarf auf die Stelleinheiten hin zu- oder abschalten.
- Kommt es zu Steuerungen in einem derartigen Regelkreis oder zu einem Defekt des Proportionalventils, kann dies zu einer Unterversorgung des Verbrennungsmotors und damit zu einer Beschädigung desselben führen. Aus diesem Grund ist bei den üblichen Schmierstoffpumpen eine Art Notlaufsteuerung auf einem höheren Druckniveau vorgesehen, um den Verbrennungsmotor auch bei einem Ausfall des Proportionalventils weiterhin mit Schmierstoff versorgen zu können. Ein derartiges sogenanntes „Second-Level-Ventil”, welches eine Art Kolbenventil darstellt, wird im normalen Betrieb beiderseits mit Schmierstoffdruck beaufschlagt und einerseits mit einer Feder vorgespannt, um die Stelleinheit in einer Vorzugsstellung halten zu können, damit der Regeldruck vom Proportionalventil direkt auf die Stelleinheit der Schmierstoffpumpe wirken kann. Bei einem Defekt des Proportionalventils bekommt die Schmierstoffpumpe keinen Abregeldruck über das Proportionalventil und fördert somit die maximal mögliche Fördermenge in die Hauptölgalerie des Verbrennungsmotors. Das Second-Level-Ventil wird in diesem Fall nur einseitig mit dem steigenden Schmierstoffdruck der Hauptölgalerie beaufschlagt und nimmt gleichzeitig eine Stellung ein, in der der Schmierstoff, d. h. das Öl, der Hauptölgalerie in Abhängigkeit des Öldrucks zur Stelleinheit zu- und abströmen kann und somit die Schmierstoffpumpe auf ein gewünschtes höheres Druckniveau regelt. Nachteilig bei einem derartigen Schmierstoffversorgungssystem ist jedoch eine hohe Teilevielfalt mit damit verbundenen hohen Montage-, Lager- und Logistikkosten.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein kennfeldgesteuertes Schmierstoffpumpensystem anzugeben, welches zuverlässig arbeitet und gleichzeitig kostengünstig zu realisieren ist.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem kennfeldgesteuerten Schmierstoffpumpensystem mit einer Schmierstoffpumpe ein bisher übliches „Second-Level-Ventil” durch eine entsprechende Ausbildung einer Schmierstoffpumpe entfallen zu lassen. In dem erfindungsgemäßen kennfeldgesteuerten Schmierstoffpumpensystem ist der eigentlichen Schmierstoffpumpe ein Proportionalventil vorgeschaltet, welches eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor und/oder mit einem Ausgang der Schmierstoffpumpe kommunizierend verbunden ist. Innerhalb der erfindungsgemäßen Schmierstoffpumpe ist eine federvorgespannte Stelleinheit, beispielsweise ein Ring oder ein Schieber, angeordnet, über welchen eine Förderleistung der Schmierstoffpumpe, welche üblicherweise als Zellenpumpe ausgebildet ist, regelbar ist. Die erfindungsgemäße Schmierstoffpumpe weist dabei eine erste auf die Stelleinheit einwirkende Druckkammer auf, welche kennfeldgesteuert mit Druck beaufschlagbar ist und dadurch die Stelleinheit entgegen der Feder verstellt sowie zumindest eine zweite in gleicher Weise auf die Stelleinheit einwirkende Druckkammer. Die zweite Druckkammer ist dabei kleiner dimensioniert als die erste, so dass bei einem Ausfall des Proportionalventils die Schmierstoffpumpe ausschließlich über die zumindest eine zweite Druckkammer mit Druck beaufschlagt wird und aufgrund ihrer kleineren Dimension einen höheren Schmiermitteldruck, das heißt einen höheren Öldruck, erzeugt, so dass der Verbrennungsmotor beim Ausfall des Proportionalventils auf einem höheren Druckniveau mit Schmierstoff versorgt wird. Auf die erste Druckkammer wirkt dabei ein permanent anliegender Schmierstoffdruck ein, ebenso wie auf die zumindest eine zweite Druckkammer, wobei das Verhältnis der beiden Druckkammern und der die Stelleinheit vorspannenden Feder so ausgelegt wird, dass der permanent anliegende Schmierstoffdruck sowie der über das Proportionalventil zugesteuerte Schmierstoffdruck das komplette Kennfeld abdeckt. Die zumindest eine zweite permanent angeströmte Druckkammer ist dabei so dimensioniert, dass bei einem Ausfall des Proportionalventils, also dem alleinigen Anliegen des permanenten Schmierstoffdruckes an der zumindest einen zweiten Druckkammer, die Schmierstoffpumpe aufgrund der gleichbleibenden Federgegenkraft auf die Stelleinheit, auf einem höheren Druckniveau weiterarbeitet und den Verbrennungsmotor mit Schmierstoff, das heißt insbesondere mit Öl, versorgt. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass durch das Entfallen des bisher separat auszubildenden „Second-Level-Ventils” sowie dem Entfallen sämtlicher notwendiger Bearbeitungen in einem Ventilbereich deutlich weniger Einzelteile vorliegen, die zudem aufwändig montiert werden müssten. Das erfindungsgemäße Schmierstoffpumpensystem weist somit eine geringere Teilevielfalt und damit verbunden geringere Lager- und Logistikkosten sowie geringere Montagekosten auf. Durch das Wegfallen des Second-Level-Ventils werden darüber hinaus Wechselwirkungen mit der Stelleinheit ausgeschlossen. Weiterhin arbeitet das erfindungsgemäße kennfeldgesteuerte Schmierstoffpumpensystem beim Ausfall des Proportionalventils auf einem höheren Kräftegleichgewicht, was den Einfluss von inneren Kräften aus einem Pumpenlaufsatz minimiert. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Schmierstoffpumpe auch andernorts eingesetzt werden, so dass das erfindungsgemäße Schmierstoffpumpensystem eine Kennfeldsteuerung sämtlicher hydraulisch variabel regelbarer Schmierstoffpumpen für Verbrennungsmotoren mit Second-Level-Regelung betrifft. Die Faktoren wie Schmierstoffdruck, Volumenstrom, Motordrehzahl, Schmierstofftemperatur sowie die an der Stelleinheit anliegende Federkraft können dabei getrennt voneinander berücksichtigt werden.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
- Dabei zeigen, jeweils schematisch,
-
1 ein erfindungsgemäßes Schmierstoffpumpensystem, -
2 eine Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform einer Schmierstoffpumpe, -
3 eine Darstellung wie in2 , jedoch bei einer anderen Ausführungsform. - Entsprechend der
1 , weist ein kennfeldgesteuertes Schmierstoffpumpensystem1 eine Schmierstoffpumpe2 auf, welche beispielsweise als Zellenpumpe ausgebildet ist, und welche zur Versorgung eines Verbrennungsmotors3 mit Schmierstoff dient. Innerhalb des erfindungsgemäßen Schmierstoffpumpensystems1 ist noch ein mit einer Ausgangsseite der Schmierstoffpumpe2 verbundenes Filter4 , ein Drucksensor5 sowie ein Proportionalventil6 angeordnet, wobei letzteres beispielsweise als 3/2-Wegeventil ausgebildet sein kann. Selbstverständlich gehört zu dem erfindungsgemäßen Schmierstoffpumpensystem1 noch ein Schmierstoffreservoir7 , in welchem der Schmierstoff, beispielsweise das Öl8 , gesammelt wird. Unabhängig ob im Folgenden von Öl8 gesprochen wird, soll hierunter selbstverständlich auch jeder andere gängige Schmierstoff verstanden werden. - Zur Steuerung der Leistung der Schmierstoffpumpe
2 dient dabei das Proportionalventil6 , welches eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor3 bzw. einem Ausgang der Schmierstoffpumpe2 kommunizierend verbunden ist. Betrachtet man hierbei insbesondere die2 und3 , so kann erkennen, dass innerhalb der Schmierstoffpumpe2 eine verstellbare Stelleinheit9 angeordnet ist, über welche eine Förderleistung der Schmierstoffpumpe2 regelbar ist, und welche von einer Feder10 vorgespannt ist. Entgegen einer Federkraft der Feder10 wirkt dabei ein Öldruck, der über eine erste auf die Stelleinheit9 wirkende Druckkammer11 sowie über zumindest eine zweite Druckkammer12 ,12' wirkt. Wie dabei insbesondere den2 und3 zu entnehmen ist, ist dabei die zumindest eine zweite Druckkammer12 ,12' kleiner dimensioniert als die erste Druckkammer11 und beim Vorhandensein von zwei Druckkammern12 ,12' , sind diese in Summe kleiner dimensioniert als die erste Druckkammer11 . Sowohl die erste Druckkammer11 als auch die zumindest eine zweite Druckkammer12 ,12' ist dabei mit einem Kennfeld gesteuerten Öldruck beaufschlagt und verstellt je nach eingebrachtem Öldruck die Stelleinheit9 entgegen der Federkraft der Feder10 . - Die erste und/oder die zumindest eine zweite Druckkammer
11 ,12 ,12' sind dabei eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor3 und/oder mit einem Ausgang der Schmierstoffpumpe2 kommunizierend verbunden, wobei bei der gemäß der3 dargestellten Schmierstoffpumpe2 insgesamt zwei zweite Druckkammern12 ,12' vorgesehen sind, die über einen Verbindungskanal13 miteinander verbunden sind. - Bei einem Ausfall des Proportionalventils
6 wird die Schmierstoffpumpe2 ausschließlich über die zumindest eine zweite Druckkammer12 ,12' mit Druck beaufschlagt, wobei aufgrund der kleineren Dimensionierung der zumindest einen zweiten Druckkammer12 ,12' ein höherer Schmierstoffdruck erzeugt wird, so dass der Verbrennungsmotor3 auch beim Ausfall des Proportionalventils6 einerseits ausreichend mit Schmierstoff versorgt wird, dies andererseits jedoch auf einem vergleichsweise höheren Druckniveau erfolgt. - Gemäß der
2 ist die Stelleinheit9 schwenkbar ausgestaltet, während sie gemäß der3 als translatorisch verstellbarer Schieber ausgebildet ist. Durch das erfindungsgemäße kennfeldgesteuerte Schmierstoffpumpensystem1 kann ein bisher erforderliches „Second-Level-Ventil” entfallen, wodurch weniger Teile produziert und montiert und damit das gesamte Schmierstoffpumpensystem1 kostengünstiger gestaltet werden kann. Darüber hinaus können Wechselwirkungen des nunmehr entfallenen Second-Level-Ventils mit der Stelleinheit9 ausgeschlossen werden, wobei das erfindungsgemäße Schmierstoffpumpensystem1 zudem in seiner Second-Level-Regelung, in welcher ausschließlich die zumindest eine zweite Druckkammer12 ,12' mit Druck beaufschlagt ist, auf einem höheren Kräftegleichgewicht arbeitet, was den Einfluss von inneren Kräften aus einem Pumpenlaufsatz minimiert. Mit der erfindungsgemäßen Schmierstoffpumpe2 können darüber hinaus ohne zusätzliches Second-Level-Ventil sämtliche Faktoren, wie beispielsweise Öldruck, Volumenstrom, Motordrehzahl, Öltemperatur sowie Federkraft getrennt voneinander berücksichtigt werden. Das im normalen Betriebszustand zur Steuerung der Schmierstoffpumpe2 dienende Proportionalventil6 ist dabei eingangsseitig über eine Hauptölgalerie mit dem Verbrennungsmotor3 bzw. mit dem Ausgang der Schmierstoffpumpe2 verbunden.
Claims (8)
- Kennfeldgesteuertes Schmierstoffpumpensystem (
1 ) mit einer Schmierstoffpumpe (2 ), insbesondere einer Zellenpumpe, zur Versorgung eines Verbrennungsmotors (3 ) mit Schmierstoff, insbesondere mit Öl, – wobei die Schmierstoffpumpe (2 ) von einem Proportionalventil (6 ) gesteuert ist, das eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor (3 ) und/oder einem Ausgang der Schmierstoffpumpe (2 ) kommunizierend verbunden ist, – mit einer in der Schmierstoffpumpe (2 ) angeordneten, und von einer Feder (10 ) vorgespannten Stelleinheit (9 ), über welche eine Förderleistung der Schmierstoffpumpe (2 ) regelbar ist, – mit einer ersten auf die Stelleinheit (9 ) wirkenden Druckkammer (11 ), welche in der Schmierstoffpumpe (2 ) angeordnet und Kennfeld gesteuert mit Druck beaufschlagt ist und dadurch die Stelleinheit (9 ) entgegen der Feder (10 ) verstellt, und welcher das Proportionalventil (6 ) vorgeschaltet ist, – mit zumindest einer zweiten auf die Stelleinheit (9 ) wirkenden Druckkammer (12 ,12' ), welche in der Schmierstoffpumpe (2 ) angeordnet und ebenfalls mit Druck beaufschlagt ist und dadurch die Stelleinheit (9 ) entgegen der Feder (10 ) verstellt, – wobei die zumindest eine zweite Druckkammer (12 ,12' ) kleiner dimensioniert ist als die erste Druckkammer (11 ), – wobei bei einem Ausfall des Proportionalventils (6 ) die Schmierstoffpumpe (2 ) ausschließlich über die zumindest eine zweite Druckkammer (12 ,12' ) mit Druck beaufschlagt ist und aufgrund ihrer kleineren Dimension einen höheren Schmiermitteldruck erzeugt, so dass der Verbrennungsmotor (3 ) auch beim Ausfall des Proportionalventils (6 ) ausreichend mit Schmierstoff versorgt ist. - Schmierstoffpumpensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckkammer (
11 ) und/oder die zumindest eine zweite Druckkammer (12 ,12' ) eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor (3 ) und/oder einem Ausgang der Schmierstoffpumpe (2 ) kommunizierend verbunden ist. - Schmierstoffpumpensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zweite Druckkammern (
12 ,12' ) vorgesehen sind, die über einen Verbindungskanal (13 ) kommunizierend miteinander verbunden sind, wobei die beiden zweiten Druckkammern (12 ,12' ) in Summe kleiner dimensioniert sind als die erste Druckkammer (11 ). - Schmierstoffpumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Proportionalventil (
6 ) und dem Verbrennungsmotor (3 ) ein Drucksensor (5 ) angeordnet ist. - Schmierstoffpumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig der Schmierstoffpumpe (
2 ) ein Filter (4 ) vorgesehen ist. - Schmierstoffpumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil (
6 ) eingangsseitig über eine Hauptölgalerie mit dem Verbrennungsmotor (3 ) verbunden ist. - Schmierstoffpumpensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckkammer (
11 ) indirekt über das Proportionalventil (6 ) und die zumindest eine zweite Druckkammer (12 ,12' ) direkt mit der Hauptölgalerie verbunden sind. - Kennfeldgesteuerte Schmierstoffpumpe (
2 ), insbesondere eine Zellenpumpe, für ein Schmierstoffversorgungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – mit einer in der Schmierstoffpumpe (2 ) angeordneten, federvorgespannten Stelleinheit (9 ), über welche eine Förderleistung der Schmierstoffpumpe (2 ) regelbar ist, – mit einer ersten auf die Stelleinheit (9 ) wirkenden Druckkammer (11 ), welche in der Schmierstoffpumpe (2 ) angeordnet und Kennfeld gesteuert mit Druck beaufschlagt ist und dadurch die Stelleinheit (9 ) entgegen der Feder (10 ) verstellt, – mit zumindest einer zweiten auf die Stelleinheit (9 ) wirkenden Druckkammer (12 ,12' ), welche in der Schmierstoffpumpe (2 ) angeordnet und ebenfalls mit Druck beaufschlagt ist und dadurch die Stelleinheit (9 ) entgegen der Feder (10 ) verstellt, – wobei die zumindest eine zweite Druckkammer (12 ,12' ) kleiner dimensioniert ist als die erste Druckkammer (11 ).
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