DE102018215021B3

DE102018215021B3 - Ölpumpenvorrichtung für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, Hydrauliksystem sowie Verfahren zum Erwärmen von Öl

Info

Publication number: DE102018215021B3
Application number: DE102018215021.4A
Authority: DE
Inventors: Yuji Kato
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2038-09-05

Abstract

Eine Ölpumpenvorrichtung für einen hydraulischen Nockenwellenversteller umfasst eine Pumpe und einen umkehrbaren Elektromotor, der die Pumpe antreibt, wobei der Elektromotor über einen integrierten Ölbehälter verfügt und die Ölpumpe Öl zuführt, wenn der Elektromotor in einer ersten Richtung betrieben wird. Die Ölpumpe stellt keine Pumpfunktion bereit, wenn der Elektromotor in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung umgekehrt ist, betrieben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölpumpenvorrichtung für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, ein Hydrauliksystem sowie ein Verfahren zum Erwärmen von Öl.
Im Stand der Technik sind Ventilzugsysteme mit variablen Ventilsteuerungssystemen versehen, um den Betrieb und die Emissionsleistung von Verbrennungsmotoren zu verbessern. Diese Ventilsteuerungssysteme umfassen Vorrichtungen zum Ausführen einer variablen Nockenwellenverstellung, die hydraulische Komponenten für ein Beschleunigen oder Verzögern des Nockenwellenverstellers nutzen. Aus dem Stand der Technik ist zudem das Ersetzen eines hydraulischen Nockenwellenverstellers durch einen elektrischen Nockenwellenversteller bekannt.
Aus DE 42 27 001 A1 geht eine Ölpumpenvorrichtung für einen hydraulischen Nockenwellenversteller hervor, bei der die Pumpe von in einem in zwei Drehrichtungen betreibbaren Elektromotor angetrieben wird, und in beiden Drehrichtungen Druckfluid zum Nockenwellenversteller zugeführt wird.
Die EP 1 780 383 A1 betrifft eine Ölpumpenvorrichtung für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, bei der das Hydraulikfluid im Umschaltventil elektrisch erwärmt wird.
Schließlich zeigt die EP 2 353 969 B1 eine Ölpumpenvorrichtung für ein hydraulisches Betätigungssystem, bei der die Pumpe von in einem in zwei Drehrichtungen betreibbaren Elektromotor angetrieben wird, und in beiden Drehrichtungen Druckfluid zum Betätigungssystem zugeführt wird, wobei die Abwärme des Elektromotors zur Erwärmung des Hydraulikfluids verwendet wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ölpumpenvorrichtung für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, ein Hydrauliksystem sowie ein Verfahren zum Erwärmen von Öl bereitzustellen, die kostengünstig verfügbar sind und eine verbesserte Leistung bei niedrigen Temperaturen aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch eine Ölpumpenvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1, ein Hydrauliksystem nach Anspruch 7 sowie ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
Insbesondere umfasst die Ölpumpenvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die für einen hydraulischen Nockenwellenversteller vorgesehen ist, wenigstens eine Pumpe und wenigstens einen umkehrbaren Elektromotor, der die Pumpe antreibt, wobei der Elektromotor über einen integrierten Ölbehälter verfügt. Die Ölpumpe führt Öl zu, wenn der Elektromotor in einer ersten Richtung betrieben wird, und sie stellt keine Pumpfunktion bereit, wenn der Elektromotor in einer zweiten Richtung, die umgekehrt zur ersten Richtung ist, betrieben wird.
Die Ölpumpenvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bietet eine kompakte Konstruktion, die einen Elektromotor und einen als Sammelbehälter dienenden Ölbehälter kombiniert. Dies ermöglicht das Speichern von Öl, z. B. innerhalb des Motorgehäuses, d. h. in großer Nähe zum Motor. Da der Elektromotor in einer umgekehrten Richtung betrieben werden kann, in der die Ölpumpe keine Pumpfunktion bereitstellt, ist es möglich, Wärme durch den Elektromotor zu generieren, und diese Wärme kann verwendet werden, um Öl im Behälter aufzuheizen, um eine ausreichende Temperatur zu erreichen, damit es nicht aufgrund einer hohen Viskosität des Öls bei niedrigen Temperaturen (z. B. bis zu -40 °C) zu Steuerungsproblemen kommt.
Wird ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Ölpumpenvorrichtung bei kalten Temperaturen eingeschaltet, kann der Elektromotor zuerst in der zweiten Richtung betrieben werden, um das Öl im Ölbehälter aufzuheizen, und dann kann der Elektromotor für einen Betrieb in der ersten Richtung, die umgekehrt ist, umgekehrt werden, um Öl zuzuführen und um ein Beschleunigen oder Verzögern des Nockenwellenverstellers zu wählen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen offenbart.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Ölpumpenvorrichtung eine integrierte Motorsteuerung umfassen, die gegen die Pumpe und den Ölbehälter abgedichtet ist. Dies bietet den Vorteil, dass jegliche von der Motorsteuerung generierte Wärme zu der Wärmeerzeugung der Ölpumpenvorrichtung beitragen kann und somit das Erwärmen von kaltem Öl im Ölbehälter beschleunigt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein Kühlelement des Elektromotors und/oder einer Motorsteuerung in den Ölbehälter hineinragen oder an diesem anliegen. Dies verbessert weiter eine effiziente und rasche Wärmeübertragung von wärmeerzeugenden Elementen der Ölpumpenvorrichtung an das kalte Öl im Ölbehälter.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Pumpe als Doppelpumpe ausgelegt sein. Entsprechend kann ein einzelner Elektromotor zwei Pumpeneinheiten betreiben, um zwei Nockenwellenversteller mit unter Druck stehendem Öl zu versorgen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Elektromotor wenigstens teilweise im Ölbehälter positioniert sein, um eine rasche Wärmeübertragung vom Elektromotor an das Öl weiter zu verbessern.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Einlass der Ölpumpe mit dem in den Elektromotor integrierten Ölbehälter in Kommunikation stehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Ölpumpe in der Lage, Öl vom Ölbehälter zuzuführen, das zuerst vom Elektromotor erwärmt wurde.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Pumpe kann als binäre Flügelzellenpumpe ausgelegt sein.
Weiterhin ist es möglich, einen Elektromotor zu verwenden, der Öl im Ölbehälter durchrührt, wenn er in der zweiten Richtung betrieben wird, z. B. mittels eines Rührwerks, Mischflügeln oder Ähnlichem, die mit dem Elektromotor z. B. mittels einer Freilaufkupplung derart verbunden sind, dass das Öl nicht durchrührt wird, wenn der Elektromotor in der ersten Richtung betrieben wird.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hydraulikölsystem bereitgestellt, das eine Ölpumpenvorrichtung wie vorstehend beschrieben, wenigstens einen hydraulischen Nockenwellenversteller und Ventileinrichtungen zum Wählen eines Beschleunigens oder Verzögerns des Nockenwellenverstellers umfasst.
Das obenstehende Hydraulikölsystem kann einen Temperaturfühler und eine Steuereinrichtung umfassen, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist, um die Betriebsrichtung des Elektromotors in Abhängigkeit von einer durch den Temperaturfühler gemessenen Temperatur umzukehren. Dies ermöglicht ein automatisches Umschalten zwischen einem Heizmodus, in dem das Öl und der Behälter erwärmt werden, und einem Pumpmodus, in dem Öl vom Ölbehälter zum Nockenwellenversteller gepumpt wird.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erwärmen von Öl in einer Ölpumpenvorrichtung wie vorstehend beschrieben bereitgestellt, das die Schritte des Messens einer Temperatur, Vergleichens der gemessenen Temperatur mit einer voreingestellten Schwellentemperatur und Betreibens des Elektromotors in der zweiten Richtung, wenn die gemessene Temperatur unterhalb der voreingestellten Schwellentemperatur liegt, um das Öl im Behälter zu erwärmen, umfasst. Mittels dieses Verfahrens ist es möglich, eine bestimmte Betriebstemperatur vorzuwählen, bei der das Öl eine hinreichende Viskosität zum Betreiben des hydraulischen Nockenwellenverstellers ohne potentielle Probleme erreicht hat.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform können die Umgebungstemperatur oder die Temperatur des Öls gemessen werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Betriebsrichtung des Elektromotors umgekehrt wird, nachdem der Elektromotor in der zweiten Richtung betrieben wurde und die gemessene Temperatur die Schwellentemperatur erreicht hat.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beschrieben, die in der beigefügten Figur dargestellt ist.
Die Figur zeigt eine Ölpumpenvorrichtung 10 für einen hydraulischen Nockenwellenversteller 12, 14 eines Verbrennungsmotors 30 eines Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung eine Pumpe 16 und einen umkehrbaren Elektromotor 18, der die Pumpe 16 antreibt, umfasst. Der Elektromotor 18 verfügt über einen integrierten Ölbehälter 20, was bedeutet, dass der Ölbehälter 20 und der Elektromotor 18 eine kombinierte oder einheitliche Einheit bilden. Beispielsweise könnte das Gehäuse des Elektromotors 18 mit dem Ölbehälter 20 einstückig ausgeführt sein, oder der Elektromotor 18 und der Ölbehälter 20 könnten in großer Nähe zueinander positioniert sein, so dass ein Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Komponenten ohne erhebliche Verluste von stattengeht.
Die Ölpumpe 16 ist ausgelegt, um Öl zuzuführen, wenn der Elektromotor 18 in einer ersten Richtung betrieben wird und um keine Pumpfunktion bereitzustellen, wenn der Elektromotor 18 in einer zweiten Richtung, die umgekehrt zur ersten Richtung ist, betrieben wird. Beispielsweise kann die Pumpe 16 als Flügelzellenpumpe ausgelegt sein. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Pumpe 16 eine binäre Flügelzellenpumpe, die zwei separate Pumpeneinheiten zum Pumpen von unter Druck stehendem Öl vom Ölbehälter 20 zu einem ersten Nockenwellenversteller 12 und zu einem zweiten Nockenwellenversteller 14 einschließt. Zwischen der Pumpe 16 und den Nockenwellenverstellern 12 und 14 wird eine Ventileinrichtung 24 bereitgestellt, die für das Wählen eines Beschleunigens oder Verzögerns des jeweiligen Nockenwellenverstellers 12 und 14 geeignet ist. Wird der Elektromotor in der ersten Richtung betrieben, wird unter Druck stehendes Öl von der Ölpumpe 16 zu der Ventileinrichtung 24 geführt und mittels Steuersignalen von einer Motorsteuerung (nicht dargestellt) wird ein Beschleunigen oder Verzögern des Nockenwellenverstellers von der Ventileinrichtung 24 gewählt, um unter Druck stehendes Öl wie gewünscht zum jeweiligen Nockenwellenversteller zu leiten. Entsprechend können der Nockenwellenversteller 12 und/oder der Nockenwellenversteller 14 aktiviert werden, um eine zugeordnete Nockenwelle 26 und/oder 28 des Verbrennungsmotors 30 zu beschleunigen oder zu verzögern.
Ein Einlass der Ölpumpe 16 bietet eine direkte Kommunikation (nicht dargestellt) mit dem Ölbehälter 20. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 eine integrierte Motorsteuerung 22, die gegen die Pumpe 16 und gegen den Ölbehälter 20 abgedichtet ist. Die Motorsteuerung 22 kann zudem derart positioniert sein, dass sie in den Ölbehälter 20 hineinragt oder an diesem anliegt, wobei geeignete Isolierungseinrichtungen bereitgestellt werden, um die Motorsteuerung 20 elektrisch zu isolieren.
Die Figur zeigt weiterhin, dass Kühlrippen 32 des Elektromotors in den Ölbehälter 20 hineinragen können. Zusätzlich oder alternativ könnte die Motorsteuerung 22 mit Kühlelementen versehen sein, die in den Ölbehälter 20 hineinragen, Teil desselben sind oder an diesem anliegen.
Weiterhin umfasst das in der Figur dargestellte Hydraulikölsystem einen Temperaturfühler (nicht dargestellt), und die Steuerung 22 ist angepasst, um die Betriebsrichtung des Elektromotors 18 in Abhängigkeit von einer durch den Temperaturfühler gemessenen Temperatur umzukehren. Die gemessene Temperatur kann als eine Umgebungstemperatur, eine Temperatur eines Bestandteils der Ölpumpenvorrichtung, die Temperatur eines Bestandteils des Kraftfahrzeugs oder die Temperatur von Öl im Ölbehälter 20 gewählt werden. Selbstverständlich können auch andere Temperaturen verwendet werden.
Um eine rasche Erwärmung des Öls im Ölbehälter 20 zu erreichen, wird der Elektromotor 18 der beschriebenen Ausführungsform mittels einer Freilaufkupplung 34 mit einer Schaufel 36 verbunden, wobei die Schaufel nur dann im Behälter 20 rotiert, wenn der Elektromotor 18 in der zweiten Richtung rotiert. Wird der Elektromotor 18 in der ersten Richtung, in der die Ölpumpe Öl zuführt, betrieben, verhindert die Freilaufkupplung 34 eine Rotation der Schaufel 36.
Selbstverständlich ist die oben beschriebene als Rührer fungierende Schaufel 36 optional und nur eine beispielhafte Ausführungsform, und es versteht sich, dass viele Variationen einer Rührvorrichtung bereitgestellt werden können, um Öl im Behälter zu bewegen und zu vermischen und um eine verbesserte Erwärmung von Öl im Behälter zu ermöglichen, wenn der Elektromotor in der zweiten Richtung betrieben wird.
Wird der Verbrennungsmotor 30 eingeschaltet, misst der Temperaturfühler eine Temperatur, z. B. die Temperatur im Ölbehälter 20, und die Motorsteuerung 22 vergleicht die gemessene Temperatur mit einer voreingestellten Schwellentemperatur. Liegt die gemessene Temperatur unterhalb der Schwellentemperatur, wird die Motorsteuerung 22 aktiviert, um den Elektromotor 16 in der zweiten Richtung zu betreiben und somit Öl im Ölbehälter 20 zu erwärmen. In diesem Prozess tragen die Kühlrippen 32 und der Rührer 36 zu einer Erwärmung des Öls bei. Hat die gemessene Temperatur, z. B. die Temperatur im Ölbehälter, die Schwellentemperatur erreicht, kehrt die Motorsteuerung 22 die Betriebsrichtung des Elektromotors 18 um, so dass der Elektromotor in der ersten Richtung betrieben wird, in der die Pumpe 16 eine Pumpfunktion bereitstellt und der Ventileinrichtung 24 Öl zuführt.

Claims

Ölpumpenvorrichtung (10) für einen hydraulischen Nockenwellenversteller (12, 14), die Folgendes umfasst wenigstens eine Pumpe (16) und wenigstens einen umkehrbaren Elektromotor (18), der die Pumpe (16) antreibt, wobei der Elektromotor (18) einen integrierten Ölbehälter (20) aufweist, wobei die Ölpumpe (16) Öl zuführt, wenn der Elektromotor (18) in einer ersten Richtung betrieben wird und wobei die Ölpumpe (16) keine Pumpfunktion bereitstellt, wenn der Elektromotor (18) in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung umgekehrt ist, betrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine integrierte Motorsteuerung (22) umfasst, die gegen die Pumpe (16) und den Ölbehälter (20) abgedichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Kühlelement (32) des Elektromotors (18) und/oder einer Motorsteuerung (22) in den Ölbehälter (20) hineinragt oder an diesem anliegt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (16) eine Doppelpumpe ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (18) wenigstens teilweise im Ölbehälter (20) positioniert ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (18) Öl im Ölbehälter (20) durchrührt, wenn er in der zweiten Richtung betrieben wird.
Hydraulikölsystem, das eine Ölpumpenvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wenigstens einen hydraulischen Nockenwellenversteller (12, 14) und Ventileinrichtungen (24) zum Wählen eines Beschleunigens oder Verzögerns des Nockenwellenverstellers umfasst.
Hydraulikölsystem nach Anspruch 7, das einen Temperaturfühler und eine Steuerung (22) umfasst, wobei die Steuerung angepasst ist, um die Betriebsrichtung des Elektromotors (18) in Abhängigkeit von einer Temperatur, die von dem Temperaturfühler gemessen wurde, umzukehren.
Hydraulikölsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (22) ein automatisches Umschalten zwischen einem Heizmodus, in dem das Öl und der Behälter erwärmt werden, und einem Pumpmodus, in dem Öl vom Ölbehälter (20) zum Nockenwellenversteller (12, 14) in Abhängigkeit von einer vom Temperaturfühler gemessenen Temperatur gepumpt wird, ermöglicht.
Verfahren zum Erwärmen von Öl in einer Ölpumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, das die folgenden Schritte umfasst: Messen einer Temperatur, Vergleichen der gemessenen Temperatur mit einer voreingestellten Schwellentemperatur, Betreiben des Elektromotors in der zweiten Richtung, wenn die gemessene Temperatur unterhalb der voreingestellten Schwellentemperatur liegt, um das Öl im Behälter zu erwärmen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die gemessene Temperatur eine Umgebungstemperatur oder eine Temperatur von Öl ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Betriebsrichtung des Elektromotors umgekehrt wird, nachdem der Elektromotor in der zweiten Richtung betrieben wurde und die gemessene Temperatur die Schwellentemperatur erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei Öl im Ölbehälter mittels des Elektromotors nur dann durchrührt wird, wenn dieser in der zweiten Richtung betrieben wird.