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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Ölpumpenanordnung, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Aus der gattungsbildenden
US 2008/0257648 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit einer Ölpumpenanordnung bekannt. Die Ölpumpenanordnung weist eine Ölpumpe in Form einer Pendelschieberpumpe und eine zweistufige Öldruckregeleinrichtung mit einem Regelkolben und mit einem Stellventil auf, wobei mittels des Regelkolbens zwei Druckstufen regelbar sind. Der Regelkolben weist zwei Wirkflächen für eine Druckbeaufschlagung auf, wobei der Öldruck den Regelkolben entgegen einer Federkraft einer Druckfeder verschieben kann, je nachdem ob eine oder beide Wirkflächen mit einem Öldruck beaufschlagt werden. Ein elektromagnetisch betätigtes Stellventil ist zum Öffnen und Schließen eines Steuerkanals vorgesehen. Über den Steuerkanal kann die zweite Wirkfläche des Regelkolbens mit dem Öldruck beaufschlagt werden. Durch eine Verschiebung des Regelkolbens wird mittels eines Verstellzylinders ein Steuerring der Pendelschieberpumpe derart verlagert, dass sich ein entsprechendes Fördervolumen einstellt, das wiederum zu dem gewünschten Öldruck führt.
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Dieser gattungsbildende Verbrennungsmotor ist noch nicht optimal ausgebildet. Der Verbrennungsmotor hat den Nachteil, dass die Ölpumpenanordnung hinsichtlich der Bauteile noch nicht kostenoptimiert ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor mit einer kostengünstigeren Ölpumpenanordnung bereitzustellen.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch einen Vebrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Der Verbrennungsmotor weist einen Abgasturbolader mit einem Verdichter auf. Mittels des Verdichters ist Ladeluft in einem Saugrohr komprimierbar. Das Stellventil ist druckbetätigt. Eine Steuerleitung des Stellventils ist mit dem Saugrohr verbunden, wobei ein Saugrohrdruck als Steuerdruck für das Stellventil dient. Dies hat den Vorteil, dass das elektromagnetisch betätigte Stellventil durch ein druckbetätigtes Stellventil ersetzt werden kann. Hierdurch sind die Kosten der Ölpumpenanordnung reduziert. Bei einem entsprechend aufgeladenen Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader herrscht im Ladebetrieb Überdruck und im Saugbetrieb Unterdruck im Saugrohr. Mit Hilfe des Saugrohrdruckes wird nun das Stellventil betätigt, wobei das Stellventil den Steuerkanal schaltet. Der Regelkolben weist eine erste Wirkfläche und eine zweite Wirkfläche auf, wobei an der ersten Wirkfläche ein Öldruck anliegt. Mittels des Stellventils und somit in Abhängigkeit vom Saugrohrdruck ist ein Steuerkanal zur Beaufschlagung der zweiten Wirkfläche mit dem Öldruck öffenbar und schließbar. In Abhängigkeit des Saugrohrdruckes sind zwei Druckstufen schaltbar.
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Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn im Ladebetrieb eine Hochdruckstufe geschaltet ist und im Saugbetrieb eine Niederdruckstufe. Die Hochdruckstufe ist dadurch realisiert, dass das Stellventil über die Steuerleitung mit einem im Saugrohr herrschenden Überdruck gesteuert ist. In der Hochdruckstufe ist der Steuerkanal gesperrt und der Steuerkanal ist über das Stellventil mit einer Leitung zur Ölwanne verbunden. Hierdurch ist die zweite Wirkfläche in der Hochdruckstufe druckentlastet. In einer Niederdruckstufe ist das Stellventil mit einem im Saugrohr herrschenden Unterdruck über die Steuerleitung gesteuert, wobei in der Niederdruckstufe der Steuerkanal geöffnet ist und somit die zweite Wirkfläche mit dem Öldruck entgegen einer auf den Regelkolben wirkenden Federkraft beaufschlagt ist. Durch die Summierung der ersten und der zweiten Wirkfläche und somit der Kräfte auf die erste und zweite Wirkfläche wird für die gleiche Verstellung des Regelkolbens ein geringerer Öldruck benötigt. Der Regelbeginn beginnt früher.
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Eine besonders einfache Regelung der Ölpumpe ist dadurch erzielbar, dass mittels des Regelkolbens ein Bypass öffenbar und schließbar ist, wobei der Bypass eine Druckseite der Ölpumpe mit einer Saugseite der Ölpumpe verbindet. Je nach Stellung des Regelkolbens ist der Bypass verschlossen oder geöffnet. Der Pumpenausgangsdruck liegt an einer dritten Wirkfläche des Regelkolbens an. Auf die erste Wirkfläche und die zweite Wirkfläche wirkt eine vom Öldruck abhängige Kraft. Der Regelkolben ist federbelastet. Die auf die Wirkflächen wirkenden Kräfte sind der Federkraft entgegengesetzt. Der Regelkolben ist als Summenkolben ausgebildet. Wenn der Bypass geöffnet ist, wird der Pumpenausgangsdruck abgesenkt. Ab einer bestimmten Kolbenstellung strömt Öl intern über den Bypass von der Druck- auf die Saugseite der Ölpumpe zurück. Der Pumpenausgangsdruck beziehungsweise der Öldruck wird bedarfsgerecht reduziert. Hierdurch erfolgt eine Regelung des Regelkolbens. Beim Kaltstart wirkt nur der Pumpenausgangsdruck auf die dritte Wirkfläche, wodurch der Maximaldruck begrenzt wird. Im Betrieb regelt die Summe beider Drücke auf die erste und zweite Wirkfläche einen festen Öldruck ein.
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Auf die erste Wirkfläche des Regelkolbens wirkt ein Öldruck, nämlich insbesondere ein sogenannter Galeriedruck. Mit Hilfe des Stellventils ist der Steuerkanal öffenbar und schließbar, der eine zweite Wirkfläche des Regelkolbens freigibt. Der auf die erste Wirkfläche wirkende Öldruck ist insbesondere geringer als der Pumpenausgangsdruck. Der Öldruck beziehungsweise Galeriedruck zur Beaufschlagung der ersten und zweiten Wirkfläche wird vorzugsweise hinter einem Ölfilter und hinter einem Ölkühler abgezweigt.
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Die Kosten der Ölpumpenanordnung können ferner verringert werden, indem beispielsweise die Ölpumpe als kostengünstigere Innenzahnradpumpe oder als Zahnringpumpe ausgebildet ist.
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In besonders bevorzugter Weiterbildung des Verbrennungsmotors ist mindestens eine Kolbenkühldüse in Abhängigkeit der Schaltstellung des Stellventils und somit in einer Abhängigkeit von der gewählten Druckstufe schaltbar, wobei in der Hochdruckstufe die mindestens eine Kolbenkühldüse aktiviert ist, wobei in der Niederdruckstufe die mindestens eine Kolbenkühldüse deaktiviert ist, wobei die mindestens eine Kolbenkühldüse einen Öffnungsdruck aufweist und der Öffnungsdruck zwischen dem Druck der Niederdruckstufe dem Druck der Hochdruckstufe liegt.
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Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit der Ölpumpenanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung eine Ölpumpenanordnung eines Verbrennungsmotors, und
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2 in einer stark schematischen Darstellung den Verbrennungsmotor.
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In 1 ist eine Ölpumpenanordnung 1a für einen in 2 dargestellten Verbrennungsmotor 1b dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1b und die Ölpumpenanordnung 1a dienen zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
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Die Ölpumpenanordnung 1a weist mindestens eine Ölpumpe 2 auf. Vorzugsweise ist genau eine Ölpumpe 2 vorhanden, die von der Kurbelwelle angetrieben ist. In alternativer Ausgestaltung können mehr als zwei Ölpumpen 2 angetrieben werden. Die Ölpumpe 2 fördert Öl aus einer Ölwanne 3. Die Ölwanne 3 bildet einen Ölsumpf. Die Ölpumpenanordnung 1a weist nun einen Regelkolben 4a, einen zugehörigen Zylinder 4b und ein Stellventil 5 auf. Mittels des Regelkolbens 4a sind mindestens zwei Druckstufen regelbar, nämlich eine Niederdruckstufe und eine Hochdruckstufe. Der Regelkolben 4a weist dazu eine erste Wirkfläche 6, eine zweite Wirkfläche 7 und insbesondere eine dritte Wirkfläche 8 auf. An der ersten Wirkfläche 6 liegt ein Öldruck an, der durch eine Öldruckleitung 9 bereitgestellt ist. Die Öldruckleitung 9 mündet in eine Kammer 10, wobei die Kammer 10 vom Zylinder 4b und von der Wirkfläche 6 des Regelkolbens 4a begrenzt wird.
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Die Ölpumpe 2 fördert das Öl aus der Ölwanne 3 durch eine Kammer 12 und stellt einen Pumpenausgangsdruck bereit. Der Pumpenausgangsdruck liegt an einem Anschluss des Zylinders 4b im Bereich der Kammer 12 und einer hiermit verbundenen Ölleitung 11 an. Diese Ölleitung 11 kann sich insbesondere im Gehäuse der Ölpumpe 2 erstrecken. Dieser Förderstrom der Ölpumpe 2 wird über die Ölleitung 11 einem Ölfilter ÖF und einem Ölkühler ÖK zugeführt. Hinter dem Ölkühler ÖK wird der Öldruck an einer Öldruckleitung 16 abgezweigt. Dieser Öldruck kann auch als Galeriedruck bezeichnet werden. Der Öldruck ist in Folge von Druckverlusten über den Ölfilter ÖF und den Ölkühler ÖK kleiner als der Pumpenausgangsdruck. Mittels des Stellventils 5 ist ein Steuerkanal 13 zur Beaufschlagung der zweiten Wirkfläche 7 mit dem Öldruck öffenbar und schließbar. Der Steuerkanal 13 verbindet den Anschluss A des Stellventils 5 mit einer Kammer 14 im Zylinder 4b, die zum einen von dem Zylinder 4b und zum anderen von der zweiten Wirkfläche 7 des Regelkolbens 4a begrenzt ist. Die zweite Wirkfläche 7 ist durch die stirnseitige Fläche des Regelkolbens 4a gebildet. Eine weitere Öldruckleitung 15 ist mit einem Anschluss P des Stellventils 5 verbunden. Die Öldruckleitungen 9 und 15 werden von der gemeinsamen Öldruckleitung 16 gespeist. Die Öldruckleitung 16 ist zumindest teilweise in einem Kurbelgehäuse 17 ausgebildet.
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In der in 1 dargestellten Stellung des Stellventils 5 ist der Anschluss P zum Anschluss A des Stellventils 5 geöffnet, wobei der Steuerkanal 13 geöffnet ist, so dass die Kammer 14 und somit die zweite Wirkfläche 7 mit dem Öldruck beaufschlagt wird. Unabhängig von der Ansteuerung des Stellventils 5 wird die Kammer 10 mit der ersten Wirkfläche 6 mit Öldruck aus der Öldruckleitung 9 beaufschlagt.
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Mit dem Stellventil 5 sind vorzugsweise zwei Druckstufen schaltbar. Die Niederdruckstufe kann beispielsweise einen Öldruck von 1,8 bar und die Hochdruckstufe kann beispielsweise einen Öldruck von 3,3 bar aufweisen bzw. einregeln. Es ist denkbar, dass die Druckstufen mittels des Stellventils 5 derart geschaltet werden, dass mindestens eine Kolbenkühldüse (nicht dargestellt) aktiv über den Öldruck geschaltet werden kann. Insbesondere sind mehrere Kolbenkühldüsen vorhanden. Die Kolbenkühldüsen weisen einen Öffnungsdruck auf, der zwischen dem Druck der Niederdruckstufe und dem Druck der Hochdruckstufe liegt. Hierbei wird die Unterseite der Kolben über die mit dem Ölkreislauf verbundenen Kolbenkühldüsen von unten mit Öl bespritzt, um den Kolben und damit auch zu einem Teil den Brennraum zu kühlen. Hierdurch lässt sich die Kolbentemperatur absenken. Die Kolbenkühldüsen sind mittels des Stellventils 5 schaltbar. Die Kolbenkühldüsen öffnen dabei, wenn der anliegende Öldruck oberhalb eines Öffnungsdruckes liegt. Liegt der Öldruck unterhalb des Öffnungsdrucks, so ist die Kolbenkühldüse deaktiviert und es wird kein Öl auf die Kolbenunterseite gespritzt. Jedem Kolben ist vorzugsweise eine Kolbenkühldüse zugeordnet. Die Kolbenkühldüsen werden von Abzweigen von der Öldruckleitung 16 gespeist (nicht dargestellt).
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Mittels des Regelkolbens 4a ist ein Bypass 18 öffenbar und schließbar. Der Bypass 18 verbindet eine Druckseite 19 der Ölpumpe 2 mit einer Saugseite 20 der Ölpumpe 2. Mittels der dritten Wirkfläche 8 des Regelkolbens 4a ist der Bypass 18 öffenbar und schließbar, indem die dritte Wirkfläche 8 derart verschoben wird, so dass die Druckseite 19 der Ölpumpe 2 über die Kammer 12 mit dem Bypass 18 fluidtechnisch verbunden ist. Der Bypass 18 kann auch als Umgehungsleitung bezeichnet werden.
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Dies hat den Vorteil, dass der Aufbau der Ölpumpe 2 und damit der Aufbau der gesamten Ölpumpenanordnung 1 vereinfacht werden kann. Die Ölpumpe 2 ist vorzugsweise als Rotorpumpe ausgebildet. Die Ölpumpe 2 ist von der Kurbelwelle antreibbar. Die Ölpumpe 2 ist vorzugsweise als Zahnringpumpe (nicht näher dargestellt) ausgebildet. Die Zahnringpumpe weist ein mittig angeordnetes Antriebszahnrad und einen äußeren, exzentrisch angeordneten Zahnring auf. Der Zahnring ist mittels des Antriebszahnrades antreibbar. Der Zahnring weist einen Zahn mehr als das Antriebszahnrad auf.
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Der Regelkolben 4a ist federbelastet. Auf die erste Wirkfläche 6 wirkt der Öldruck. Auf die zweite Wirkfläche 7 kann der Öldruck wirken in Abhängigkeit von der Stellung des Stellventils 5. Auf die dritte Wirkfläche 8 wirkt der Pumpenausgangsdruck. Auf die drei Wirkflächen 6, 7 und 8 wirken jeweils vom Öldruck und vom Pumpenausgangsdruck abhängige Kräfte, welche den Regelkolben 4a entgegen der Federkraft verschieben. Ab einer bestimmten Kolbenstellung strömt das Öl aus der Kammer 12 über den Bypass 18 zur Saugseite 20 der Ölpumpe 2 zurück. Wenn nun der Steuerkanal 13 durch das Stellventil 5 geöffnet ist, ist ein geringerer Öldruck und ein geringerer Pumpenausgangsdruck hinreichend, um den Bypass 18 zu öffnen beziehungsweise mit der Kammer 12 zu verbinden. In der anderen Stellung des Stellventils 5 ist der Steuerkanal 13 gesperrt. Die zweite Wirkfläche 7 ist nicht mit dem Öldruck beaufschlagt, sondern die Kammer 14 ist über das Stellventil 5 mit einer Leitung 21 zur Ölwanne 3 verbunden. Die Leitung 21 bildet eine Entlastungsleitung. Da nun zum Öffnen des Bypass 18 ein höherer Öldruck erforderlich ist, stellt sich am Pumpenausgang ein entsprechend höherer Pumpenausgangsdruck ein. Es ist die Hochdruckstufe realisiert.
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Beim Kaltstart wirkt nur der Pumpenausgangsdruck auf die Wirkfläche 8, wodurch ein Maximaldruck begrenzt wird. Im Betrieb regelt die Summe der auf die Wirkflächen 6 bis 8 wirkenden Kräfte die beiden Druckstufen ein. Das Stellventil 5 ist an einem Gehäuse der Ölpumpe 2 angeordnet. Die Ölleitung 11, die Öldruckleitung 9, der Steuerkanal 13 und die Öldruckleitung 15 können zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses ausgebildet sein. Es ist denkbar, dass in alternativer Ausgestaltung der Regelkolben 4a weitere Wirkflächen (nicht dargestellt) aufweist, wobei diese weiteren Wirkflächen über weitere Stellventile 5 (nicht dargestellt) entsprechend mit dem Öldruck beaufschlagt werden können, um weitere Druckstufen zu realisieren.
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Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass der Verbrennungsmotor 1b einen Abgasturbolader (nicht dargestellt) mit einem Verdichter (nicht dargestellt) aufweist, wobei mittels des Verdichters Ladeluft in einem Saugrohr 22 komprimierbar ist, wobei das Stellventil 5 druckbetätigt ist, wobei eine Steuerleitung 23 das Stellventil 5 mit dem Saugrohr 22 verbindet, wobei ein Saugrohrdruck als Steuerdruck für das Stellventil 5 dient. Das Stellventil 5 ist über die Steuerleitung 23 mit dem Saugrohr 22 des Verbrennungsmotors 1b steuerbar. Das Saugrohr 22 ist Teil des Ansaugtraktes (nicht näher dargestellt) des Verbrennungsmotors 1b.
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In 2 ist erkennbar, dass das Saugrohr 22 in Höhe des Zylinderkopfes 24 angeordnet ist. Das Saugrohr 22 ist am Zylinderkopf 24 angeordnet. Das Saugrohr 22 ist über entsprechende Einlassventile mit den Brennräumen (nicht dargestellt) verbunden beziehungsweise verbindbar. In 2 ist ferner eine Zylinderkopfhaube 25 auf den Zylinderkopf 24 dargestellt. Die Steuerung der Druckstufen erfolgt in Abhängigkeit des Saugrohrdruckes. Wenn der Saugrohrdruck kleiner als ein bestimmter Druckwert ist, wird die niedrigere Druckstufe geschaltet. Wenn ein Überdruck herrscht, nämlich wenn der Saugrohrdruck größer als der bestimmte Druckwert ist, schaltet die Ölpumpenanordnung 1a auf die höhere Druckstufe von beispielsweise 3,3 bar. Der Saugrohrdruck wirkt über die Steuerleitung 23 auf das federbelastete Stellventil 5. Das Stellventil 5 schaltet die Wirkfläche 7 des Regelkolbens 4a frei.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass das elektrisch betätigte Stellventil 5 durch ein druckbetätigtes Stellventil 5 ersetzt werden kann. Hierdurch können Bauteilkosten eingespart werden. Im Ladebetrieb herrscht Überdruck und im Saugbetrieb herrscht Unterdruck im Saugrohr 22. Mit Hilfe des Saugrohrdruckes ist nun den Steuerkanal 13 schaltbar, der eine zweite Druckstufe einregelt. Es sind zwei Druckstufen mit Hilfe des Saugrohrdruckes schaltbar. Mittels des Saugrohrdruckes sind somit die Kolbenkühldüsen schaltbar.
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Die Hochdruckstufe ist dadurch realisiert, dass das Stellventil 5 über die Steuerleitung 23 mit einem im Saugrohr 22 herrschenden Überdruck gesteuert ist. Die Niederdruckstufe ist dadurch realisiert, dass das Stellventil 5 über die Steuerleitung 23 mit einem im Saugrohr 22 herrschenden Unterdruck gesteuert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1a
- Ölpumpenanordnung
- 1b
- Verbrennungsmotor
- 2
- Ölpumpe
- 3
- Ölwanne
- 4a
- Regelkolben
- 4b
- Zylinder
- 5
- Stellventil
- 6
- erste Wirkfläche
- 7
- zweite Wirkfläche
- 8
- dritte Wirkfläche
- 9
- Öldruckleitung
- 10
- Kammer
- 11
- Ölleitung
- 12
- Kammer
- 13
- Steuerkanal
- 14
- Kammer
- 15
- Öldruckleitung
- 16
- Öldruckleitung
- 17
- Kurbelgehäuse
- 18
- Bypass
- 19
- Druckseite
- 20
- Saugseite
- 21
- Leitung
- 22
- Saugrohr
- 23
- Steuerleitung
- 24
- Zylinderkopf
- 25
- Zylinderkopfhaube
- ÖF
- Ölfilter
- ÖK
- Ölkühler
- P
- Anschluss des Stellventils
- A
- Anschluss des Stellventils
- T
- Anschluss des Stellventils
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0257648 A1 [0002]
