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Die Erfindung betrifft ein Ventilmodul für einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Um einen Öldruck im Ölkreislauf von Verbrennungsmotoren auf ein gewünschtes Öldruckniveau anzupassen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, diverse Ventile einzusetzen. Häufig werden hierzu mechanische, über eine Feder vor gespannte Ventile eingesetzt. Ein Regelventil, welches auf einen Öldruck in einem Hauptölkanal der Verbrennungskraftmaschine reagiert, dient dabei häufig dazu, den Öldruck auf das benötigte Öldruckniveau anzupassen und dabei beispielsweise zu senken. Ein Sicherheitsventil, welches an einer Ölpumpe angebracht ist und auf einen durch die Ölpumpe bereitgestellten Pumpendruck reagiert kann den Öldruck insbesondere bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine so weit absenken, dass etwaige, durch einen Überdruck von Motoröl hervorgerufene Schäden am Ölkreislauf zumindest weitgehend vermieden werden können.
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Aus der
DE 10 2009 023 824 A1 ist ein Thermostat-Druckbegrenzungsventil bekannt, bei welchem ein zylindrisches Ventilglied, eine Schraubendruckfeder und ein zylindrisches Dehnstoffelement hintereinander in eine, in einen Strömungskanal mündende Bohrung eines Ventilgehäuses des Thermostat-Druckbegrenzungsventils eingesetzt sind. Beim Beaufschlagen des Strömungskanals dieses Ventils mit einem Fluid strömt dieses in die Bohrung und bewegt dabei das zylindrische Ventilglied entgegen einer Federkraft der Schraubendruckfeder, bis das zylindrische Ventilglied eine Abströmöffnung in dem Ventilgehäuse freigibt, über welche schließlich das Fluid aus dem Ventilgehäuse austreten kann.
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Aus der
DE 10 2008 032 494 A1 ist ein Öl-Kühlmittel-Modul bekannt, welches ein Gehäuse mit einer Ölthermostataufnahme aufweist. Des Weiteren weist das Gehäuse einen ersten Aufnahmeraum für einen Ölfilter und einen zweiten Aufnahmeraum für einen Öl-Wasser-Wärmetauscher auf.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventilmodul für einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welche eine besonders zuverlässiger Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Motoröl ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Ventilmodul für einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht von einem Ventilmodul für einen Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Ventilgehäuse, welches eine Öleinlassöffnung zum Einleiten eines Hauptölstroms in einen Gehäuseinnenraum des Ventilgehäuses, eine Ölauslassöffnung zum Ausleiten eines Regelölstroms aus dem Gehäuseinnenraum, sowie eine zwischen der Öleinlassöffnung und der Ölauslassöffnung angeordnete Bypassöffnung zum Ausleiten eines Bypassölstroms aufweist, sowie mit einem Ventilschieber, welcher zum Einstellen des Regelölstroms und des Bypassölstroms zwischen der Öleinlassöffnung und der Ölauslassöffnung zumindest zwischen einer Sperrposition, in welcher der Ventilschieber die Bypassöffnung bedeckt, in eine Bypassposition, in welcher der Ventilschieber ein Durchströmen des Bypassölstroms durch die Bypassöffnung freigibt, verlagerbar ist, und welcher eine, die Öleinlassöffnung und die Ölauslassöffnung ölleitend verbindende Durchströmöffnung aufweist, und mit einem Federelement, mittels welchem eine, von einem Hauptöldruck des Hauptölstroms abhängige Federkraft zum Verlagern des Ventilschiebers zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilschieber übertragbar ist, aus. Der Ventilschieber kann beispielsweise als Ventilkolben ausgebildet sein. Durch das Bedecken der Bypassöffnung durch den Ventilschieber in dessen Sperrposition kann ein Austreten des Bypassölstroms über die Bypassöffnung blockiert sein. Der Ventilschieber kann bei dessen Verlagerung entlang einer Längsachse des Ventilgehäuses also sozusagen axial entlang dem Ventilgehäuse verschiebbar sein. Das Ventilgehäuse, der Ventilschieber sowie das Federelement können dabei eine sogenannte Hauptventilstufe des Ventilmoduls bilden. Der Regelölstrom kann einem der Verbrennungskraftmaschine zuzuführenden Motorölstrom entsprechen. Der Regelölstrom kann dabei sowohl davon abhängen, in welchem Maße der Ventilschieber die Bypassöffnung bedeckt, als auch davon, wie das Pilotventil angesteuert wird.
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Gemäß der Erfindung weist das Ventilmodul ein ölleitend mit der Ölauslassöffnung gekoppeltes Pilotventil zum Einstellen des Regelölstroms auf und der Ventilschieber ist unabhängig von einer Funktionsfähigkeit des Pilotventils entgegen der Federkraft und in Abhängigkeit von dem Hauptöldruck in die Bypassposition verlagerbar, um ein Ausströmen des Bypassölstroms freizugeben. Dies ist von Vorteil, da somit durch das Ventilmodul eine Mindestdruckhaltefunktion, also ein Bereitstellen des Regelölstroms des Motoröls unter einem vorgebbaren Mindestdruck, im motorischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, auch wenn das Pilotventil defekt ist. Diese Mindestdruckhaltefunktion kann auch als sogenannte „Failsafe-Funktion“ bezeichnet werden. Durch die Möglichkeit, den Bypassölstrom unabhängig von dem beispielsweise magnetisch betätigbaren Pilotventil freizugeben, kann also eine besonders zuverlässige Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Motoröl auch bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion des Pilotventils ermöglicht werden.
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Insgesamt kann eine lastabhängige Öldruckregelung mittels des Ventilmoduls ermöglicht werden, wobei das beispielsweise als Magnetventil ausgebildete Pilotventil über ein Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine angesteuert werden kann. Die Ölauslassöffnung kann unter Vermittlung des Pilotventils mit einem Hauptölkanal der Verbrennungskraftmaschine ölleitend verbunden sein. Das Pilotventil kann also an dem Hauptölkanal angeschlossen sein, wobei durch Betätigung des Pilotventils der über die Ölauslassöffnung austretende Regelölstrom einstellbar sein kann. Durch Ansteuern des Pilotventils kann also der, der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Regelölstrom eingestellt werden. Über die Öleinlassöffnung kann der Hauptölstrom mittels einer Ölpumpe in den Gehäuseinnenraum des Ventilgehäuses gefördert werden. Das Pilotventil kann Prinzip bedingt auch bei dessen Fehlfunktion oder in dessen ausgeschaltetem Zustand von Motoröl durchströmt werden, wobei der Regelölstrom beispielsweise bei ausgeschaltetem Pilotventil jedoch nicht durch dieses geregelt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Pilotventil in dem Ventilgehäuse angeordnet. Dies ist von Vorteil, da das Ventilmodul dadurch besonders kompakt und leicht ausgebildet sein kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventilschieber bei einem Druckwert des Hauptöldrucks von wenigstens 1 bar Überdruck entgegen der Federkraft von der Sperrposition in die Bypassposition verlagerbar und gibt die Bypassöffnung dabei teilweise frei. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Motoröl bei zumindest einem geringen Druck und somit wenigstens in einem sogenannten Notlaufbetrieb ermöglicht ist. Mit anderen Worten kann also auch bei einem Ausfall des Pilotventils ein Minimaldruck des Regelölstroms zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine aufrechterhalten werden. Bei einem Fehlerfall, bei welchem das Pilotventil dauerhaft offen, blockiert oder permanent elektrisch angesteuert wird, kann somit unabhängig zumindest ein Minimaldruck zur Versorgung der Verbrennungskraftmaschine aufrechterhalten werden und damit eine sogenannte „Limp-Home-Funktion“ realisiert werden. Diese „Limp-Home-Funktion“ ermöglicht zumindest eine Notversorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Motoröl. Durch das Ventilmodul ist somit eine Ölversorgung der Verbrennungskraftmaschine bei einem höheren Öldruck möglich, als dies bei aus dem Stand der Technik bekannten, konventionellen Pilotventilsystemen der Fall ist. Bei solchen, konventionellen Pilotventilsystemen liegt ein minimaler Öffnungsdruck bei weniger als 0,2 bar und ein maximaler Haltedruck sehr hoch und im Bereich von mehr als 15 bar. Der maximale Haltedruck kann - bezogen auf das Ventilmodul - demjenigen Druck entsprechen, bei welchem beispielsweise der Ventilschieber entgegen der Federkraft aufgedrückt wird, der Ventilschieber dabei die Bypassöffnung vollständig freigibt und somit die Hauptventilstufe ohne elektrische Ansteuerung maximal öffnet. Der minimale Öffnungsdruck kann - bezogen auf das Ventilmodul - demjenigen Druck entsprechen, welcher bei funktionsfähigem und voll geöffnetem Pilotventil gerade ausreicht, um den Ventilschieber (an der Hauptventilstufe) entgegen der Federkraft so weit zu verlagern, dass dieser die Bypassöffnung zumindest minimal freigibt, sodass der Bypassölstrom durch diese hindurch treten kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventilschieber bei einem Druckwert des Hauptöldrucks von wenigstens 10 bar Überdruck entgegen der Federkraft von der Sperrposition in die Bypassposition verlagerbar und gibt dabei die Bypassöffnung vollständig frei. Dies ist von Vorteil, da ich hierdurch eine Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Motoröl auch bei einem Ausfall des Pilotventils mit hohem Druck ermöglicht ist. Mit anderen Worten kann mittels des Ventilmoduls somit auch ein Maximaldruck bereitgestellt werden. Der maximale Haltedruck kann hierbei so weit gesenkt werden, dass sich unabhängig von der Ansteuerung des Pilotventils an der Verbrennungskraftmaschine ein maximaler Öldruck von beispielsweise 10 bar einstellt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer für die Erfindung beispielhaften Ausführungsform eines Ventilmoduls, wobei ein Pilotventil des Ventilmoduls voll funktionsfähig ist und einen Regelölstrom einstellt;
- 2 eine weitere Schnittdarstellung des Ventilmoduls, wobei das Pilotventil defekt ist und somit keine Einstellung des Regelölstroms durch das Pilotventil erfolgt;
- 3 eine weitere Schnittdarstellung des Ventilmoduls, wobei das Pilotventil geschlossen ist und somit keine Einstellung des Regelölstroms durch das Pilotventil erfolgt; und
- 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung des Ventilmoduls in einem Ölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den jeweils gleichen Bezugszeichen versehen.
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1, 2 und 3 zeigen jeweils ein Ventilmodul 10 für einen in 4 schematisch dargestellten Ölkreislauf 12 einer Verbrennungskraftmaschine.
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Das Ventilmodul 10 umfasst ein Ventilgehäuse 14, welches eine Öleinlassöffnung 16 zum Einleiten eines Hauptölstroms 18 in einen Gehäuseinnenraum 20 des Ventilgehäuses 14, eine Ölauslassöffnung 22 zum Ausleiten eines Regelölstroms 24 aus dem Gehäuseinnenraum 20, sowie eine zwischen der Öleinlassöffnung 16 und der Ölauslassöffnung 22 angeordnete Bypassöffnung 26 zum Ausleiten eines Bypassölstroms 28 aufweist.
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Das Ventilmodul 10 umfasst weiterhin einen Ventilschieber 30, welcher zum Einstellen des Regelölstroms 24 und des Bypassölstroms 28 zwischen der Öleinlassöffnung 16 und der Ölauslassöffnung 22 zumindest zwischen einer Sperrposition, in welcher der Ventilschieber 30 die Bypassöffnung 26 bedeckt, in eine in 1, 2 und 3 jeweils unterschiedlich ausgeprägte Bypasspositionen 32 verlagerbar sind. In den jeweiligen, in 1, 2 und 3 gezeigten Bypasspositionen 32 gibt der Ventilschieber 30 ein Durchströmen des Bypassölstroms 28 durch die Bypassöffnung 26 frei.
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Der Ventilschieber 30 weist eine, im vorliegenden Ausführungsbeispiel in axialer Erstreckungsrichtung des Ventilgehäuses 14 orientierte Durchströmöffnung 34 auf, durch welche die Öleinlassöffnung 16 und die Ölauslassöffnung 22 ölleitend verbunden sind.
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Das Ventilmodul 10 umfasst des Weiteren ein Federelement 36, mittels welchem eine, von einem Hauptöldruck des Hauptölstroms 18 abhängige Federkraft zum Verlagern des Ventilschiebers 30 zwischen dem Ventilgehäuse 14 und dem Ventilschieber 30 übertragbar ist.
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Das Ventilmodul 10 umfasst weiterhin ein ölleitend mit der Ölauslassöffnung 22 gekoppeltes Pilotventil 38 zum Einstellen des Regelölstroms 24.
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Um nun eine besonders zuverlässige Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Motoröl zu ermöglichen, indem der, in den 1 bis 4 durch einen Pfeil 24 verdeutlichte Regelölstrom über einen Hauptölkanal 40 in ein, in 4 lediglich schematisch dargestelltes, Ölkanalsystem 42 der Verbrennungskraftmaschine gefördert wird, ist der Ventilschieber 30 unabhängig von einer Funktionsfähigkeit des Pilotventils 38 entgegen der Federkraft und in Abhängigkeit von dem Hauptöldruck des Hauptölstroms 18 in die jeweilige Bypassposition 32 verlagerbar, um ein Ausströmen des Bypassölstroms 28 über die Bypassöffnung 26 freizugeben.
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Das Pilotventil 38 kann in dem Ventilgehäuse 14 angeordnet sein, wenngleich dies hier nicht gezeigt ist. Hierzu kann ein, zu dem Ventilgehäuse 14 gehörendes Teilgehäuse vorgesehen sein, in welchem das Pilotventil 38 angeordnet sein kann.
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1 zeigt eine Ölstromregelung mittels des Ventilmoduls 10, wobei das Pilotventil 38 voll funktionsfähig ist. Hierbei kann durch das Verlagern des Ventilschiebers 30 entgegen der Federkraft des Federelements 36 eine Einstellen des Hauptöldrucks in einem Bereich von beispielsweise zwischen 1 bar und 10 bar erfolgen. In der, in 1 gezeigten Bypassposition 32 des Ventilschiebers 30 gibt dieser dabei exemplarisch die Bypassöffnung 26 teilweise frei, um den Hauptöldruck innerhalb des gewünschten Druckbereichs einzustellen.
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2 zeigt eine weitere Ölstromregelung mittels des Ventilmoduls 10, wobei das Pilotventil 38 defekt ist. Durch das Verlagern des Ventilschiebers 30 entgegen der Federkraft des Federelement 36 in die Bypassposition 32, bei welcher der Ventilschieber 30 in 2 lediglich einen minimalen Bereich der Bypassöffnung 26 freigibt, stellt sich zumindest ein Druckwert des Hauptöldrucks von beispielsweise 1 bar Überdruck ein. Das Motoröl kann mit diesem Mindestdruck (1 bar Überdruck) über die Durchströmöffnung 34 zu der Ölauslassöffnung 22 und von dort als der (bei defektem Pilotventil 38 ungeregelter) Regelölstrom 24 durch das Pilotventil 38 und über den Hauptölkanal 40 in das Ölkanalsystem 42 strömen, um zumindest eine Versorgung der Verbrennungskraftmaschine bei einem Minimaldruck zu ermöglichen. Eine Funktionsfähigkeit des Pilotventils 38 und damit jeweilige Positionen von hier nicht weiter dargestellten Stellgliedern des Pilotventils 38 zum Einstellen des Regelölstroms 24, sind für das Bereitstellen des Regelölstroms 24 unter dem besagten Mindestdruck unbedeutend. Mit anderen Worten spielt es also keine Rolle, ob das Pilotventil 38 funktionsfähig, oder, wie in 3 exemplarisch dargestellt ist, ausgeschaltet ist.
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In der, in 3 gezeigten Bypassposition 32 des Ventilschiebers 30 gibt der Ventilschieber 30 die Bypassöffnung 26 bei Vorliegen eines Maximaldrucks von mehr als 10 bar Überdruck vollständig frei. Mit diesem Maximaldruck kann der Regelölstrom 24 somit bis hin zu dem Ölkanalsystem 42 der Verbrennungskraftmaschine strömen.
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4 zeigt nochmals exemplarisch eine Anordnung des Ventilmoduls 10 in dem Ölkreislauf 12 der Verbrennungskraftmaschine. Das Ventilmodul 10 ist dabei zwischen einem Ölfilter 44 des Ölkreislaufs 12 und einer in das Ölkanalsystem 42 mündenden Öleintrittsöffnung der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Der Ölkreislauf 12 umfasst weiterhin einen Ölkühler 46, ein Ölthermostat 48 und eine Ölpumpe 50, durch welche der Hauptölstrom 18 mit dem entsprechenden Hauptöldruck bereitgestellt werden kann.
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Lediglich exemplarisch sind in 4 ein Regelventil 52, sowie ein Sicherheitsventil 54 dargestellt, welche bei aus dem Stand der Technik bekannten Ölkreisläufen vorgesehen sind, jedoch durch die Anordnung und den Betrieb des Ventilmoduls 10 zwischen dem Ölfilter 44 und der Öleintrittsöffnung entfallen können. Durch den Einfall des Regelventils 52 sowie des Sicherheitsventils 54 können Gewicht und Kosten eingespart werden. Des Weiteren geht mit der Einsparung des Regelventils 52 und des Sicherheitsventils 54 vor allem beim Fördern von kaltem und damit eine besonders hohe Viskosität aufweisenden Motoröl eine Druckverlustreduzierung einher, wodurch insgesamt beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff eingespart werden kann. Durch die Einsparung des Regelventils 52 und des Sicherheitsventils 54 steigt auch die Wartungsfreundlichkeit des gesamten Ölkreislaufs 12.
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Um eine lastabhängige Öldruckregelung des Regelölstroms 24 zu ermöglichen, kann das Pilotventil 38 beispielsweise magnetgesteuert ausgebildet sein. Das Pilotventil 38 kann dann beispielsweise über ein Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine angesteuert werden. Das Ventilmodul 10 ist in den Hauptölkanal 40 integriert, wobei in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Pilotventils 38 der Bypassölstrom 28 eingestellt werden kann. Der Bypassölstrom 28 kann beispielsweise in eine hier nicht weiter dargestellte Ölwanne des Ölkreislaufs 12 zurück gefördert werden. Ist das Pilotventil 38 also funktionsfähig, so kann der Öldruck des Regelölstroms 24 in einem Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine abgesenkt, eine Leistungsaufnahme der Ölpumpe 50 reduziert und somit der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine gesenkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventilmodul
- 12
- Ölkreislauf
- 14
- Ventilgehäuse
- 16
- Öleinlassöffnung
- 18
- Hauptölstrom
- 20
- Gehäuseinnenraum
- 22
- Ölauslassöffnung
- 24
- Regelölstrom
- 26
- Bypassöffnung
- 28
- Bypassölstrom
- 30
- Ventilschieber
- 32
- Bypassposition
- 34
- Durchströmöffnung
- 36
- Federelement
- 38
- Pilotventil
- 40
- Hauptölkanal
- 42
- Ölkanalsystem
- 44
- Ölfilter
- 46
- Ölkühler
- 48
- Ölthermostat
- 50
- Ölpumpe
- 52
- Regelventil
- 54
- Sicherheitsventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009023824 A1 [0003]
- DE 102008032494 A1 [0004]
