DE102011114388B3

DE102011114388B3 - Elektrohydraulische Regeleinrichtung für eine Verstellpumpe

Info

Publication number: DE102011114388B3
Application number: DE201110114388
Authority: DE
Inventors: René Schulz
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2011-09-24
Filing date: 2011-09-24
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-09-25

Abstract

Elektrohydraulische Regeleinrichtung für eine Verstellpumpe (4) zur Förderung von Schmieröl für Verbrennungsmotoren mit einem umschaltbaren Regeldruck. Das den Regeldruck steuernde Schaltventil (2) ist mit einer doppeltwirkenden Magnetanordnung (21) ausgerüstet, die nur kurzzeitig mit elektrischen Strom beaufschlagt wird. Das Schaltventil (2) wird durch eine Feder in der Ruhelage gehalten und von dem geschalteten Druck (14) im Sinne einer hydraulischen Selbsthaltung in der Arbeitslage gehalten. Die hydraulische Selbsthaltung wird aufgehoben, wenn die Magnetanordnung das Ventil zurückstellt oder wenn die Öltemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Regeleinrichtung für eine Verstellpumpe zur Förderung von Schmieröl in einem Verbrennungsmotor.
Verstellpumpen zur Schmierölförderung sind zum Beispiel aus den Patentschriften DE19915737A1 , DE19837275C2 oder DE10237801B4 bekannt. In der Regel sind solche Verstellpumpen mit einer Druckregelung ausgerüstet, damit sie unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Druck des Schmieröls bereitstellen. Solche Verstellpumpen zeigen im Vergleich zu Konstantpumpen mit Abregelventil eine beachtlich verminderte Leistungsaufnahme, vor allem bei hohen Motordrehzahlen. Die Leistungsaufnahme bei mittleren Drehzahlen des Verbrennungsmotors lässt sich aber auch vermindern, wenn man die Pumpe nicht auf einen konstanten Druck regelt, sondern auf einen variablen bedarfsgerechten Druck. Einen großen Teil der Verbesserung in der Leistungsaufnahme erreicht man schon bei einer bedarfsgerechten Umschaltung des Regeldrucks zwischen zwei Festwerten, einem hohen und einem niedrigen Regeldruck. Solche Regelungen mit einer Verstellung des Regeldrucks sind bekannt (zum Beispiel im Motor des Mercedes S400 Hybrid). Ein Regelventil für eine Verstellpumpe mit einem umschaltbaren Regeldruck zeigt zum Beispiel die Druckschrift EP 2 031 475 A2 . Bei einer solchen Regelung mit Umschaltung des Sollwerts muss gewährleistet sein, dass sich im Falle eines Ausfalls der elektrischen Schalteinrichtung der höhere Druck einstellt, damit das Schmieröl nicht überhitzt. Das wird bei bekannten Einrichtungen dadurch erreicht, dass man ein elektrohydraulischen Schaltventil oder einen Schaltmagneten so mit der Regeleinrichtung verbindet, dass in der Ruhelage des Schaltventils oder des Schaltmagneten der höhere Druck an der Pumpe eingestellt wird.
Diese Vorgehensweise hat aber den Nachteil, dass der Schaltmagnet immer mit elektrischem Strom durchflossen sein muss, wenn im Teillastbetrieb der Zustand der geringeren Leistungsaufnahme mit dem geringeren Druck vorliegen soll. Durch die dauerhafte elektrische Leistungsaufnahme des Schaltmagneten wird ein Teil der Verminderung in der Leistungsaufnahme der Pumpe wieder zunichte gemacht. Aus der elektrischen Schaltungstechnik und auch aus der hydraulischen Ventiltechnik sind Relaisschaltungen beziehungsweise Ventilschaltungen bekannt, die Schaltsignale speichern können, sie werden als Selbsthaltungen bezeichnet, weil das betreffende Relais oder das betreffende Ventil selbst das Signal erzeugen, das den Schaltzustand aufrechterhält, bis ein kurzes Abschaltsignal erfolgt, nach dem das Relais oder das Ventil im Ruhezustand verbleibt, bis wieder ein kurzes Einschaltsignal erfolgt.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, den Nachteil der dauerhaften elektrischen Leistungsaufnahme durch den Schaltmagneten bei niedrigem Regeldruck der Pumpe zu vermeiden, ohne aber gleichzeitig die Funktionssicherheit der geregelten Pumpe zu verschlechtern und ohne die Regeleinrichtung erheblich zu verteuern.
Die Aufgabe wird durch die charakteristischen Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Die Verstellpumpe wird in bekannter Weise durch einen ungleichflächigen Zylinder verstellt, der auf der Seite der kleineren Kolbenfläche konstant mit dem Druck des Pumpenauslasses und auf der Seite der größeren Kolbenfläche mit dem Auslassdruck eines Druckregelventils beaufschlagt wird. Es sind auch Regelungen mit gleichflächigen Stellzylindern bekannt, die ein 4-Wege-Druckregelventil erforderlich machen. Das Druckregelventil vergleicht die Kraft des Drucks des Pumpenauslasses mit einer Federkraft. Wenn die Kraft des Drucks überwiegt, weil der Druck zu hoch ist, verlagert sich der Ventilkolben des Regelventils aus der Mittelstellung und das Regelventil verbindet seinen Auslass mit dem Pumpenauslass und als Folge davon fährt der ungleichflächige Zylinder aus und verstellt die Verstellpumpe auf ein geringeres Hubvolumen. Damit ist der Regelkreis für die Druckregelung geschlossen, der Druck sinkt auf den von der Feder vorgegebenen Wert. Entsprechend funktioniert die Regelung bei einem zu niedrigen Druck am Pumpenauslass. Am Druckregelventil überwiegt dann die Kraft der Feder und das Druckregelventil verbindet seinen Auslass mit dem Tank. Als Folge davon fährt der ungleichflächige Zylinder ein und verstellt die Verstellpumpe auf ein größeres Hubvolumen. Diese bekannte Druckregelung wird um eine ebenfalls bekannte Umschaltung des Drucksollwerts erweitert. Dazu kann man entweder bekannterweise in die Federvorspannung der Feder eingreifen, die den Drucksollwert vorgibt, oder man verändert die effektive Wirkfläche für den Druck, der das Regelventil gegen die Kraft der Feder beaufschlagt. Im ersten Fall verwendet man einen weiteren Zylinder, der die Auflage der Feder verschiebt und damit die Federvorspannung verändert. Im zweiten Fall ordnet man dem Regelventil zwei Wirkflächen für den gegen die Feder wirkenden Druck zu; soll der höhere Druck eingestellt werden, ist nur eine Fläche wirksam, soll der geringere Druck eingestellt werden, schaltet man die zweite Fläche dazu. Die Gesamtwirkfläche kann man auch dadurch umschalten, dass man eine erste große Wirkfläche gegen die Feder und eine zweite kleine Wirkfläche mit der Feder wirken lässt. Ein allen Fällen benötigt man ein Schaltventil, das entweder den weiteren Zylinder ansteuert oder die zweite Wirkfläche mit dem zu regelnden Druck oder mit dem Tank verbindet. Das Schaltventil ist in bekannter Weise als elektrohydraulisches Ventil ausgeführt; ein Elektromagnet betätigt das Ventil und dieses verbindet seinen Auslass entweder mit dem Pumpenauslass oder mit dem Tank. Es sind aber je nach Ansteuerung des Regelventils zwei unterschiedliche Schaltventile erforderlich, für die Ansteuerung eines Zylinders zur Veränderung der Federvorspannung oder für die Zuschaltung einer weiteren gegensinnig wirkenden Wirkfläche ist ein Schaltventil erforderlich, das in der Arbeitsstellung den Druck ausschaltet, und für die Zuschaltung einer weiteren gleichsinnig wirksamen Fläche für die Druckregelung ist ein Schaltventil erforderlich, das in der Arbeitsstellung den Druck einschaltet. Damit ist in allen Fällen gewährleistet, dass in der Ruhestellung des Schaltventils der höhere der beiden möglichen Regeldrücke eingeregelt wird.
Erfindungsgemäß ist dieses Schaltventil mit einer hydraulischen Selbsthaltung versehen, die das Schaltventil in seiner Arbeitslage hält, auch wenn der Elektromagnet oder die Elektromagnete nicht mehr von elektrischem Strom durchflossen sind. Der Elektromagnet oder die Elektromagnete dienen nur noch dazu, das Ventil von der Ruhelage in die Arbeitslage oder von der Arbeitslage in die Ruhelage zu bringen. In der Ruhelage hält eine Feder das Ventil in dieser Lage, die Feder ist stark genug, die Beschleunigungs- und Strömungskräfte zu überwinden, die in der Ruhelage auf die beweglichen Teile des Ventils einwirken, aber der Elektromagnet, der das Ventil in die Arbeitslage bringen soll, kann die Federkraft überwinden. Die Drücke, die auf die Wirkflächen des Ventils wirken, sind in der Ruhelage entweder sehr klein, oder sie gleichen sich in ihrer Wirkung aus. In der Arbeitslage wirkt der Auslassdruck des Schaltventils auch auf eine Wirkfläche desselben Schaltventils und dadurch wird das Schaltventil in der Arbeitslage gehalten. Wenn das Schaltventil ein einschaltendes Ventil ist, also in der Arbeitslage seinen Auslass mit dem Pumpenauslass verbindet, wird der Druck des Ventilauslasses mit einer Wirkfläche des Schaltventils verbunden, und zwar so, dass dieser Druck gegen die Feder wirkt. Wenn dagegen das Schaltventil ein ausschaltendes Ventil ist, also in der Arbeitslage seinen Auslass mit dem Tank verbindet und in der Ruhelage ihn mit dem Pumpenauslass verbindet, werden sowohl der geschaltete Druck des Ventilauslasses als auch der nicht geschaltete Druck des Pumpenauslasses mit je einer Wirkfläche des Schaltventils verbunden. Dabei wirkt dann der Druck des Pumpenauslasses gegen die Feder und der Druck des Ventilauslasses mit der Feder. In der Ruhelage des Schaltventils gleichen sich die Druckkräfte aus und haben keine Wirkung, in der Arbeitslage des Schaltventils dagegen hat nur die Druckkraft eine erhebliche Größe, die gegen die Feder wirkt, denn der Ventilauslass ist mit dem Tank verbunden. Damit hält die Differenz der Druckkräfte das Schaltventil gegen die Kraft der Feder in der Arbeitslage. Die Wirkflächen sind so bemessen, dass die vorliegenden Drücke die Federkraft, die Strömungskräfte und die Reibungskräfte überwinden. Der Schaltmagnet oder die Schaltmagnete sind so bemessen, dass sie gemeinsam mit der Federkraft die hydraulische Selbsthaltung überwinden können und das Ventil bei Bedarf wieder in die Ruhelage bringen können. Bei den bekannten umschaltbaren Regeleinrichtungen ohne Selbsthaltung des Schaltventils wird durch die rückstellende Feder sichergestellt, dass bei einem Ausfall der elektrischen Ansteuerung des Elektromagneten das Schaltventil in seine sichere Lage zurückfällt, und damit der höhere der beiden möglichen Regeldrücke eingestellt wird. Dieses selbsttätige Zurückfallen in die sichere Lage ist bei dem Einsatz einer hydraulischen Selbsthaltung nicht ohne weiteres gegeben, denn die hydraulischen Kräfte, die das Ventil in seiner Arbeitslage halten, wirken auch bei einem Ausfall der elektrischen Ansteuerung fort. Lediglich nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors wird die Regeleinrichtung immer mit dem höheren Druck starten, weil vor dem Anlassen noch kein Druck für die Selbsthaltung vorhanden war. In einer Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Vermeidung einer Überhitzung des Schmieröls in der Folge eines Ausfalls der elektrischen Ansteuerung bei dem niedrigen der beiden möglichen Drücke die hydraulische Selbsthaltung temperaturabhängig aufgehoben wird. Dazu wird beispielsweise ein von einem Temperaturschalter geschaltetes Vorsteuerventil an die Leitung angeschlossen, die den Druck für die hydraulische Selbsthaltung auf die Wirkfläche am Schaltventil leitet, und in diese Leitung wird eine nicht temperaturabhängige Blende eingefügt. Überschreitet die Öltemperatur einen am Temperaturschalter eingestellten Grenzwert, so öffnet das Vorsteuerventil zum Tank und an der Blende fällt eine erhebliche Druckdifferenz ab, die den auf die Wirkfläche des Schaltventils wirkenden Druck vermindert. Dadurch kann die Feder das Ventil in die Ruhelage schalten, der Druck am Auslass ändert sich und die Selbsthaltung bleibt unabhängig von der Öltemperatur aufgehoben.
Alternativ zu dem Einsatz eines Vorsteuerventils mit Temperaturschalter wird in einer Weiterbildung der Erfindung eine Druckteilerschaltung aus einer nicht temperaturabhängigen Blende und einer temperaturabhängigen Laminardrossel vorgesehen. Die Temperaturabhängigkeit der Laminardrossel ergibt sich aus der starken Temperaturabhängigkeit der Ölviskosität. Im Gegensatz zur kurzen, scharfkantigen Blende, deren Widerstand nur in sehr geringem Maß von der Viskosität und damit von der Temperatur abhängig ist, ergibt sich bei einer langen Drossel mit laminarer Strömung eine starke Abhängigkeit des Widerstands von der Viskosität des Öls und damit von der Öltemperatur. Der Druck zur Aufrecherhaltung der Selbsthaltung wird zwischen den beiden Widerständen abgegriffen, er ändert sich daher erheblich, wenn die Öltemperatur stark zunimmt. In einer vorteilhaften Weiterführung der Erfindung wird die Lagerung des Ventilstößels, der die Kraft des Elektromagneten überträgt, auch als Drossel mit laminarer Strömung verwendet. Dazu muss der Lagerspalt der Lagerung so bemessen werden, dass in dem bestimmungsgemäßen Betriebstemperaturbereich der Verstellpumpe sicher noch laminare Strömungsverhältnisse vorliegen. Bei einer zu hohen Öltemperatur ergibt sich dann ein deutlich kleinerer Widerstand, aber es kann auch ein Übergang zu turbulenter Strömung hingenommen werden, solange der Widerstand für den Fall einer Überschreitung der zulässigen Öltemperatur noch deutlich kleiner ist als der Widerstand der Blende. In einer weiteren vorteilhaften Weiterführung der Erfindung wird der Druck zur Beaufschlagung des Magnetankers für die Selbsthaltung durch den hohlen Stößel geführt, der die Kraft des Magneten in das Ventil weiterleitet. Wenn im Leitungszug zur Wirkfläche des Ankers eine Drossel liegen soll, bietet es sich an, diese Drossel durch eine abgesetzte enge Bohrung in dem Stößel darzustellen, vor allem ist dies in Verbindung mit der Nutzung der Stößellagerung als Laminardrossel vorteilhaft. In einer weiteren vorteilhaften Weiterführung der Erfindung wird das Schaltventil nicht mit zwei Elektromagneten und auch nicht mit einem Elektromagneten, der zwei Spulen enthält, ausgerüstet, sondern mit einem doppeltwirkenden Elektromagneten, der nur eine Spule enthält. Doppeltwirkende und rastende Elektromagnete sind aus der Relaistechnik bekannt, in der Regel aber immer im Zusammenwirken mit Permanentmagneten. Der Einsatz von permanentmagnetischen Bauteilen wäre in dieser Anwendung nachteilig, denn die Permanentmagnete neigen dazu, eisenhaltige Partikel anzuziehen und festzuhalten, und diese Partikel kommen im Schmieröl von Verbrennungsmotoren in großer Zahl vor. Sie lassen sich auch nicht leicht herausfiltern, denn durch Verschleiß im Motor werden laufend neue Partikel erzeugt. Daher werden hier keine permanentmagnetischen Bauteile zur Erzielung einer Rastwirkung eingesetzt, sondern das Halten des Ankers in seinen Endlagen wird durch eine Feder einerseits und durch die oben beschriebene hydraulische Selbsthaltung andererseits bewirkt. Um den doppeltwirkenden Magneten mit nur einer Spule ausführen zu können, sind beide Pole ähnlich aufgebaut, beide weisen einen Konus auf und beide ermöglichen dem Anker des Magneten, tief in den Pol einzudringen. Durch diese Ausführung wird erreicht, dass sich die Magnetkraft in Abhängigkeit vom Hub stark ändert und sich beim Durchfahren der Mittelstellung die Kraftrichtung umkehrt. Um diesen Magneten als Schaltmagneten nutzen zu können, muss die Ansteuerung mit elektrischem Strom auf die Besonderheiten des Magneten abgestimmt sein. Zu Beginn der Bewegung des Ankers von einer Endlage aus wird die Spule stark bestromt, und vor dem Erreichen der Mittelstellung wird der Strom ausgeschaltet. Der Anker bewegt sich dann wegen seiner Massenträgheit weiter bis zur alternativen Endstellung. In dieser Endstellung wird er durch nichtmagnetische Kräfte gehalten, wie oben beschrieben.
Der wichtigste Vorteil dieser elektrohydraulischen Pumpenansteuerung liegt in der Vermeidung des dauerhaften Stromverbrauchs durch den Schaltmagneten, daneben zeigen die Unteransprüche Maßnahmen zur Vermeidung von Mehrkosten und zur Kostenreduzierung. Der sichere Betrieb der Ansteuerung ist auch bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung gewährleistet.
Die Pumpenansteuerung der beschriebenen Art lässt sich bei variablen Schmierölpumpen von Verbrennungsmotoren einsetzen und hilft dort, den Kraftstoffverbrauch der Motoren zu vermindern.
Bilder:
1: Pumpenansteuerung mit Druckumschaltung durch Verstellung der Wirkflächen am Regelventil
2: Pumpenansteuerung mit Druckumschaltung durch Verstellung der Federkraft am Regelventil
3: Schaltventil für eine Pumpenansteuerung gemäß 1 mit hydraulischer Selbsthaltung
4: Doppeltwirkender Elektromagnet mit einer Spule
1 zeigt den Hydraulikschaltplan einer beispielhaften erfindungsgemäßen Pumpenansteuerung. Die verstellbare Schmierölpumpe 4 wird von dem Stellzylinder 3 verstellt. Der Auslass der Pumpe 4 ist mit der Leitung 13 verbunden. Diese Leitung 13 ist auch an der Seite des Stellzylinders 3 angeschlossen, an der die kleinere Kolbenfläche wirksam ist. Die Rückstellfeder 5 und die Kraft des Drucks der Leitung 13 lassen den Stellzylinder 3 einfahren und damit die Pumpe 4 auf ein größeres Fördervolumen stellen. Der Feder 5 wirkt die Kraft des Drucks der Leitung 11 entgegen. Die Leitung 11 ist auch am Auslass des Regelventils 1 angeschlossen. An dem Regelventil 1 wird ein Kraftvergleich zwischen der Kraft der Feder 15 und den Druckkräften der Drücke der Leitungen 13 und 14 vorgenommen. Sind die Druckkräfte größer als die Federkraft, verbindet das Regelventil 1 seinen Auslass mit der Leitung 13. Dadurch steigt der Druck in der Leitung 11 und als Folge davon fährt der Stellzylinder 3 aus. Damit wird die Pumpe 4 auf ein geringeres Fördervolumen verstellt und der Druck in der Leitung 13 fällt. Somit schließt sich der Regelkreis und der Druck in der Leitung 13 stellt sich auf einen Wert ein, der zur Kraft der Feder 15 proportional ist. Ähnlich selbsttätig regelnd ist die Funktion bei einem zu geringen Druck in der Leitung 13. Wenn die Kraft der Feder 15 größer ist als die Druckkräfte, verbindet das Regelventil 1 seinen Auslass mit dem Tank, der Druck in der Leitung 11 fällt, der Stellzylinder 3 fährt ein und die Pumpe 4 wird auf ein größeres Fördervolumen verstellt, was den Druck in der Leitung 13 ansteigen lässt. Da der Druck in der Leitung 13, der Auslassdruck der Pumpe, bedarfsgerecht verstellt werden soll, wird mittels des Drucks in der Leitung 14 in diese Regelung eingegriffen. Das Schaltventil 2 verbindet die Leitung 14 in seiner Ruhelage mit dem Tank und in seiner Arbeitslage mit der Leitung 13. Damit wirkt der Druck der Leitung 13 wahlweise nur auf die erste Wirkfläche 17 oder auf die Wirkflächen 16 und 17. Durch diese Umschaltung der Wirkflächen ergibt sich jeweils ein anderes Gleichgewicht zwischen der Federkraft und der Kraft des Drucks der Leitung 13 und damit stellen sich über den geschlossenen Regelkreis zwei unterschiedliche Regeldrücke in der Leitung 13 ein, je nachdem, welche Schaltlage das Schaltventil 2 einnimmt. In der Ruhelage des Schaltventils stellt sich der höhere Regeldruck und in der Arbeitslage der niedrigere Regeldruck ein. Sind die beiden Wirkflächen 16 und 17 gleich groß, so ist der höhere Regeldruck doppelt so hoch wie der niedrige Regeldruck.
Das Schaltventil 2 wird durch die Feder 22 in seine Ruhelage gebracht und durch den Doppelhubmagneten 21 umgeschaltet. Die Leitung 14 ist in der Arbeitslage des Schaltventils mit der Leitung 13 verbunden. In dieser Lage des Schaltventils muss die betreffende erste Magnetspule nicht dauerhaft bestromt werden, denn der Druck der an den Auslass angeschlossenen Leitung 14 hält mittels der Wirkfläche 23 das Schaltventil gegen die Kraft der Feder 22 in seiner Arbeitslage. Durch ein Stromsignal auf die zweite Magnetspule wird eine rückstellende Magnetkraft erzeugt, die zusammen mit der Kraft der Feder 22 das Schaltventil 2 wieder in die Ruhelage bringt. Danach kann der Strom wieder abgeschaltet werden, weil die Leitung 14 jetzt mit dem Tank verbunden ist, der Druck in dieser Leitung ist dementsprechend sehr niedrig und die Feder kann allein das Schaltventil in der Ruhelage halten. Kommt es im laufenden Betrieb der Verstellpumpe bei einer Stellung des Schaltventils 2 in der Arbeitslage und folglich bei niedrigem Regeldruck der Verstellpumpe 4 zu einem Ausfall der elektrischen Versorgung, geht das Schaltventil 2 zunächst nicht in die Ruhelage zurück, denn es wird durch die hydraulische Selbsthaltung in der Arbeitslage gehalten. Bei einer gleichzeitigen starken Belastung des Verbrennungsmotors könnte es zu einer unzulässigen Erwärmung des Schmieröls kommen. In diesem Fall steigt infolge der temperaturbedingten Verminderung der Ölviskosität der Durchfluss durch die Laminardrossel 33 stark an und an der nicht temperaturabhängigen Blende 32 stellt sich eine hohe Druckdifferenz ein. Dadurch sinkt der die Selbsthaltung des Schaltventils bewirkende Druck an der Wirkfläche 23 ab, so dass die Feder 22 das Schaltventil 2 zurück in die Ruhelage bringt, wobei der Druck in der Leitung 14 auf den Tankdruck abfällt und sich der höhere der beiden Regeldrücke für den Druck in der Leitung 13 einstellt.
2 zeigt ein alternatives Beispiel für eine erfindungsgemäße Pumpenansteuerung. Die verstellbare Schmierölpumpe 4 wird von einem Stellzylinder 3 verstellt. Der Auslass der Pumpe 4 ist mit der Leitung 13 verbunden. Diese Leitung 13 ist auch an der Seite des Stellzylinders 3 angeschlossen, an der die kleinere Kolbenfläche wirksam ist. Die Rückstellfeder 5 und die Kraft des Drucks der Leitung 13 lassen den Stellzylinder 3 einfahren und damit die Pumpe 4 auf ein größeres Fördervolumen stellen. Der Feder 5 wirkt die Kraft des Drucks der Leitung 11 entgegen. Die Leitung 11 ist auch am Auslass des Regelventils 1 angeschlossen. An dem Regelventil 1 wird ein Kraftvergleich zwischen der Kraft der Feder 15 und der Druckkraft des Drucks der Leitung 13 vorgenommen. Ist die Druckkraft größer als die Federkraft, verbindet das Regelventil 1 seinen Auslass mit der Leitung 13. Dadurch steigt der Druck in der Leitung 11 und als Folge davon fährt der Stellzylinder 3 aus. Damit wird die Pumpe 4 auf ein geringeres Fördervolumen verstellt und der Druck in der Leitung 13 fällt. Somit schließt sich der Regelkreis und der Druck in der Leitung 13 stellt sich auf einen Wert ein, der zur Kraft der Feder 15 proportional ist. Ähnlich selbsttätig regelnd ist die Funktion bei einem zu geringen Druck in der Leitung 13. Wenn die Kraft der Feder 15 größer ist als die Druckkraft, verbindet das Regelventil 1 seinen Auslass mit dem Tank, der Druck in der Leitung 11 fällt, der Stellzylinder 3 fährt ein und die Pumpe 4 wird auf ein größeres Fördervolumen verstellt, was den Druck in der Leitung 13 ansteigen lässt. Da der Druck in der Leitung 13, der Auslassdruck der Pumpe, bedarfsgerecht verstellt werden soll, wird mittels eines Drucks in der Leitung 14 in diese Regelung eingegriffen. Ein Schaltventil 2 verbindet die Leitung 14 in seiner Ruhelage mit der Leitung 13 und in seiner Arbeitslage mit dem Tank. Die Leitung 14 ist mit einem Zylinder 18 verbunden, der die Abstützung der Feder 15 und damit die Kraft dieser Feder verändert. Je nach Lage des Zylinders 18 stellen sich über den geschlossenen Regelkreis zwei unterschiedliche Regeldrücke in der Leitung 13 ein. In der Ruhelage des Zylinders 18 stellt sich der niedrigere Regeldruck und in der Arbeitslage der höhere Regeldruck ein. Die Lage des Zylinders 18 wird durch den Druck in der Leitung 14 und mittelbar durch die Lage des Schaltventils 2 bestimmt. Befindet sich das Schaltventil in seiner Ruhelage, verbindet es die Leitung 14 mit der Leitung 13 und der Druck in der Leitung 14 gleicht sich dem Regeldruck in der Leitung 13 an, was den Zylinder 17 in seine Arbeitslage bringt. Befindet sich das Schaltventil 2 in seiner Arbeitslage, verbindet es die Leitung 14 mit dem Tank, was den Zylinder 18 in seine Ruhelage bringt. Das Schaltventil 2 wird durch die Feder 22 in seine Ruhelage gebracht und durch einen Doppelhubmagneten 21 umgeschaltet. In der Arbeitslage des Schaltventils ist die Leitung 14 mit dem Tank verbunden. In dieser Lage des Schaltventils muss eine erste Magnetspule, die die Arbeitslage erzeugt hat, nicht dauerhaft bestromt werden, denn der Druck der Leitung 13 hält mittels einer Wirkfläche 23 das Schaltventil gegen die Kraft der Feder 22 in seiner Lage. Der Druck der Leitung 14 beaufschlagt zwar die Wirkfläche 24 des Schaltventils, aber der Druck ist in dieser Lage so gering, dass er keine erhebliche Wirkung hat. Durch ein Stromsignal auf eine zweite Magnetspule des Doppelhubmagneten 21 wird eine rückstellende Magnetkraft erzeugt, die zusammen mit der Kraft der Feder 22 das Schaltventil 2 wieder in die Ruhelage bringt. Danach kann der Strom wieder abgeschaltet werden, weil die Leitung 14 jetzt mit der Leitung 13 verbunden ist, die Druckkräfte an den Wirkflächen 23 und 24 heben sich jetzt gegenseitig auf und die Feder kann allein das Schaltventil in der Ruhelage halten. Kommt es im laufenden Betrieb der Verstellpumpe bei einer Stellung des Schaltventils 2 in der Arbeitslage und folglich bei niedrigem Regeldruck der Verstellpumpe 4 zu einem Ausfall der elektrischen Versorgung, geht das Schaltventil 2 zunächst nicht in die Ruhelage zurück, denn es wird durch die hydraulische Selbsthaltung in der Arbeitslage gehalten. Bei einer gleichzeitigen starken Belastung des Verbrennungsmotors könnte es zu einer unzulässigen Erwärmung des Schmieröls kommen. In diesem Fall wird ein Thermoventil 30 durch einen Temperaturschalter 31 geöffnet und an einer nicht temperaturabhängigen Blende 32 stellt sich eine hohe Druckdifferenz ein. Dadurch sinkt der die Selbsthaltung des Schaltventils bewirkende Druck an der Wirkfläche 23 ab, so dass die Feder 22 das Schaltventil 2 zurück in die Ruhelage bringt, wobei der Druck in der Leitung 14 auf den Druck in der Leitung 13 ansteigt und sich der höhere der beiden Regeldrücke für den Druck in der Leitung 13 einstellt.
3 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Schaltventils für die erfindungsgemäße Pumpenansteuerung gemäß 1 in der Arbeitslage. Eine Magnetanordnung 21 enthält zwei Magnetspulen, der Magnet ist dadurch doppeltwirkend. In der dargestellten Arbeitslage verbindet das Ventil die Leitung 14 mit der Leitung 13, in der nicht dargestellten Ruhelage verbindet das Ventil die Leitung 14 mit dem Tank. Die Selbsthaltung des Ventils in der Arbeitslage wird durch die Verbindung der Leitung 14 mit dem Ankerraum des Ventils durch eine Bohrung 26 in einem Stößel 25 bewirkt. Weil die beiden für den Druck wirksamen und axial verschieblichen Stirnflächen am Anker 52 unterschiedlich groß sind, ergibt sich aus der Differenz eine resultierende Wirkfläche auf das Ventil, die der Wirkfläche 23 in 1 entspricht. In der Ruhelage des Ventils wird der Anker durch die Feder 22 in seiner Lage gehalten, denn die Feder überwindet alle anderen Kräfte auf den Anker und die mit ihm kraftschlüssig verbundenen Bauteile. Die hydraulische Kraft auf die Wirkfläche 23 ist in dieser Lage unbedeutend, weil die Bohrung 26 mit dem Tank verbunden ist.
Wenn die Öltemperatur wegen einer Fehlfunktion der elektrischen Ansteuerung bei gleichzeitiger Lage des Ventils in der Arbeitslage eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet, nimmt ein Ölfluss durch die Lagerstelle 33 des Stößels 25 im Magnetpol 27 stark zu, weil die Viskosität des Öls abnimmt und die Lagerstelle 33 wegen ihrer Länge und ihrer Form einen laminaren und damit viskositätsabhängigen Ölfluss bewirkt. Im Zulauf von der Leitung 14 zur Bohrung 26 liegt eine Drossel 32, die wegen ihrer Form schon bei geringem Öldurchfluß eine turbulente Strömung aufweist und damit einen von der Viskosität des Öls unabhängigen Strömungswiderstand hat. An dieser Drossel 32 fällt bei starkem Ölabfluss durch die Lagerstelle 33 eine Druckdifferenz von erheblicher Größe ab, in der Folge sinkt der Druck im Ankerraum so stark ab, dass die Kraft der Feder 22 diesen Druck überwindet und das Ventil in die Ruhelage verschiebt. Damit wird für diesen Störfall die hydraulische Selbsthaltung aufgehoben.
Das Bild 4 zeigt eine Magnetanordnung 21 in der beispielhaften Ausführung als doppeltwirkender Elektromagnet mit einer Magnetspule. Ein Anker 52 bewegt sich zwischen zwei nicht dargestellten Anschlägen zwischen der Ruhelage und der Arbeitslage des Ventils. In beiden Endlagen taucht der Anker 53 jeweils tief in einen Pol 53 ein und überlappt nur geringfügig mit einem Konus 51 des gegenüberliegenden Pols. Liegt der Anker in einer der Endlagen, entsteht bei einer Bestromung der Magnetspule 50 eine starke Magnetkraft in axialer Richtung zu dem gegenüberliegenden Pol hin, die Magnetkraft fällt bei einer Bewegung des Ankers bis zur Mitte des Hubs ab und kehrt sich bei einer Fortsetzung der Bewegung über die Mitte hinaus um. Die Magnetanordnung 21 wird so betrieben, dass der Strom durch die Spule 50 nur kurzzeitig eingeschaltet wird und spätestens kurz nach dem Durchfahren der Mittelstellung ausgeschaltet wird. Der Anker 52 setzt nach dem Ausschalten des Stroms wegen seiner Massenträgheit die Bewegung fort, bis er den gegenüberliegenden Anschlag erreicht. Die Bewegung des Ankers zurück an den ersten Anschlag erfolgt ebenfalls durch eine kurze Bestromung der Spule 50. Wegen der oben beschriebenen Umkehrung der Kraftwirkung muss der Strom wieder bei dem Durchfahren der Mittelstellung ausgeschaltet werden. Diese Magnetanordnung ist nicht in der Lage, den Anker durch magnetische Kräfte in einer der Endlagen zu halten, weil der Strom durch die Spule jeweils bei dem Überfahren der Mittellage abgeschaltet werden muss, wenn eine sofortige Umkehr des Ankers vermieden werden soll. Zum Halten des Ankers in der Endlage sind nichtmagnetische Kräfte vorhanden, in der Ruhelage des Ventils ist es die Federkraft und in der Arbeitslage des Ventils ist es die Kraft der hydraulischen Selbsthaltung.
Bezugszeichenliste

1: Regelventil
2: Schaltventil
3: Stellzylinder
4: Verstellpumpe
5: Rückstellfeder
11: Leitung (Auslass Ventil 1)
13: Leitung (Pumpenauslass)
14: Leitung (Auslass Ventil 2)
15: Feder (Ventil 1)
16: zweite Wirkfläche (Ventil 1)
17: erste Wirkfläche (Ventil 1)
18: Zylinder
21: Magnetanordnung
22: Feder (Ventil 2)
23: erste Wirkfläche (Ventil 2)
24: zweite Wirkfläche (Ventil 2)
25: Ventilstößel
30: Vorsteuerventil
31: Temperaturschalter
32: Blende
33: Laminardrossel
51: Konus
52: Anker
53: Polscheibe

Claims

Elektrohydraulische Regeleinrichtung für eine Verstellpumpe (4) zur Förderung von Schmieröl für Verbrennungsmotoren mit einer Verstellung der Pumpe durch einen Druck in einer Leitung 11 gegen eine Rückstellfeder 5 und einer Unterstützung der Rückstellfeder 5 durch einen Druck in einer Leitung 13, wobei der Durchfluss und indirekt auch der Druck in der Leitung 11 von einem Regelventil 1 eingestellt wird, und wobei das Regelventil 1 an seiner ersten Wirkfläche 17 von dem Druck in der Leitung 13 beaufschlagt wird, dessen Kraft gegen eine Feder 15 wirkt, und wobei zusätzlich ein Druck in einer Leitung 14 auf das Regelventil 1 wirkt und damit indirekt den geregelten Druck in der Leitung 13 in seiner Höhe verstellt, entweder indem er mittels einer zweiten Wirkfläche 16 in die Kraftbilanz am Ventilkolben des Regelventils 1 eingreift oder indem er mittels eines Zylinders 18 die Vorspannung der Feder 15 verstellt und wobei die Leitung 14 von einem Schaltventil 2 schaltend mit der Leitung 13 oder dem Tank verbunden wird, und wobei das Schaltventil 2 mindestens von einer Magnetanordnung 21 und einer Feder 22 beaufschlagt wird dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung 21 aus zwei Magneten besteht, die entgegengesetzt wirken oder aus einem doppeltwirkenden Magneten mit zwei Spulen oder aus einem doppeltwirkenden Magneten mit einer Spule, und dass das Schaltventil 2 zusätzlich von dem geschalteten Druck in der Leitung 14 im Sinne einer den letzten Schaltzustand bewahrenden hydraulischen Selbsthaltung beaufschlagt wird, wobei entweder der vom Schaltventil 2 geschaltete Druck in der Leitung 14 gegen die Feder 22 wirkt oder der vom Schaltventil 2 geschaltete Druck in der Leitung 14 mit der Feder 22 wirkt, und der ungeschaltete Druck in der Leitung 13 gegen die Feder 22 wirkt, und dass Wirkflächen für die Drücke in den Leitungen 13 und 14 auf das Schaltventil 2 so dimensioniert sind, dass die Druckkräfte in der Arbeitslage des Schaltventils 2 die Kraft der Feder 22 überwinden, aber die Kraft der Magnetanordnung 21 und die Kraft der Feder 22 zusammen die genannten Druckkräfte überwinden können.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil 2 in der durch die Feder 22 vorgegebenen Ruhelage einen Durchfluss von der Leitung 13 zur Leitung 14 öffnet, wobei in der Arbeitslage das Ventil diesen Durchfluss sperrt und die Leitung 14 mit dem Tank verbindet und wobei der Druck in der Leitung 14 in die Regelung des Regelventils 1 eingreift, indem er den Zylinder 18 beaufschlagt, der seinerseits die Federvorspannung der Feder 15 vergrößert oder verkleinert, wobei der Druck in der Leitung 14 auch die Wirkfläche 24 des Schaltventils 2 beaufschlagt, wobei der Druck in der Leitung 13 die Selbsthaltung des Schaltventils 2 bewirkt, indem er das Ventil mittels der Wirkfläche 23 in der Arbeitslage hält, wenn in der Arbeitslage des Schaltventils 2 der Druck in der Leitung 14 abgesenkt wird.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil 2 in der Ruhelage den Durchfluss von der Leitung 13 zu der Leitung 14 sperrt und die Leitung 14 mit dem Tank verbindet, wobei in der Arbeitslage das Schaltventil den Durchfluss von Leitung 13 zur Leitung 14 öffnet und der Druck in Leitung 14 in die Regelung des Regelventils 1 eingreift, indem er die zweite Wirkfläche 16 des Regelkolbens des Regelventils 1 beaufschlagt, wobei der Druck in der Leitung 14 auch die Selbsthaltung des Schaltventils 2 bewirkt, indem er das Schaltventil 2 mittels der Wirkfläche 23 in der Arbeitslage hält.
Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsthaltung des Schaltventils 2 aufgehoben wird, wenn die Öltemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wobei im Zuge einer Leitung von dem Auslass des Schaltventils 2 zur Wirkfläche 23 eine Blende 32 und ein Vorsteuerventil 30 als Druckteiler zusammenwirken, und beim Überschreiten des Temperaturgrenzwerts im Öl ein Temperaturschalter 31 das Vorsteuerventil 30 zum Tank öffnet und der Druck an der Wirkfläche 23 abfällt.
Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Leitung von dem Auslass des Schaltventils 2 zur Wirkfläche 23 die scharfkantige Blende 32 und eine Laminardrossel 33 als Druckteiler zusammenwirken, wobei die Blende 32 und die Laminardrossel 33 so dimensioniert sind, dass bei unzulässig hoher Öltemperatur so viel Öl durch die Laminardrossel 33 fließt, dass an der Blende 32 eine beachtliche Druckdifferenz abfällt und als Folge davon die Selbsthaltung des Schaltventils 2 aufgehoben wird, weil die Kraft der Feder 22 die verbleibende Druckkraft an der Wirkfläche 23 überwindet, während bei einer Öltemperatur im zulässigen Bereich die Laminardrossel 33 einen so großen Strömungswiderstand besitzt, dass infolge des geringen Durchflusses an der Blende 32 keine wirksame Druckdifferenz abfällt.
Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung 14 zur Wirkfläche 23 oder 24 des Drucks auf den Anker des Schaltventils 2 im Inneren eines Ventilstößels 25 durch eine Bohrung 26 geführt wird.
Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende 32 durch eine abgesetzte Bohrung im Inneren des Ventilstößels 25 geformt wird.
Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminardrossel 33 durch einen Lagerspalt des Ventilstößels 25 im Magnetpol 27 gebildet wird.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung 21 aus einem doppeltwirkenden Magneten mit einer Spule besteht und dass beide Magnetpole des Magnetstators jeweils einen Konus 51 aufweisen und ein Anker 52 des Magneten in der jeweiligen Endlage tief in einen Magnetpol 53 eintaucht.
Verfahren zum Betrieb einer Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der doppeltwirkende Magnet mit einer Spule zum Umschalten nur jeweils kurz mit elektrischem Strom beaufschlagt wird, so dass der Anker 52 des Magneten unter der Wirkung der magnetischen Kraft beschleunigt wird und bevor oder bald nachdem sich die Kraftrichtung des Magneten in der Mitte des Hubs umkehrt, der Strom abgeschaltet wird und der Anker dank seiner Massenträgheit die jeweilige alternative Endlage einnimmt, wobei der Anker durch andere als magnetische Kräfte in der jeweiligen Endlage gehalten wird, nämlich durch die Kraft einer Feder 22 in der Ruhelage und durch hydraulische Kräfte auf die Wirkflächen 23 und 24 in der Arbeitslage.