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Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelpumpe für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei derzeit auf dem Markt befindlichen Brennkraftmaschinen besteht unter Umständen der Bedarf, abhängig von der Brennkraftmaschinenarchitektur das Brennkraftmaschinenschmiermittel aus den Zylinderköpfen oder aus den Turboladern abzusaugen. Bei sog. Trockensumpfschmierungen wird gelegentlich auch der Kurbelraum zusätzlich abgesaugt. Die Notwendigkeit hierzu wird verstärkt durch die Dynamikeffekte wie z. B. Bergfahrt, Kurvenfahrt usw.. Hierfür werden in der Regel hydraulische Konstantpumpen, in besonderen Fällen auch elektrisch angetriebene Absaugpumpen eingesetzt.
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Die hydraulischen Konstantpumpen können beispielsweise als Innen- oder Außenzahnradpumpen ausgeführt werden und werden in der Regel stets angetrieben, so dass unabhängig von der wirklichen Notwendigkeit der Absaugung stets die mechanische Reibleistung aufzubringen ist. Durch die mechanische Reibleistung wird die gesamte Reibung der Brennkraftmaschine erhöht und dadurch ergeben sich Verbrauchsnachteile. Beim Einsatz von elektrisch angetriebenen Pumpen entstehen ebenfalls Verbrauchsnachteile, je nach Anwendungsfall können die elektrischen Pumpen bedarfsgerecht zugeschaltet werden, wodurch sich der Verbrauchsnachteil reduziert. Elektrische Absaugpumpen sind jedoch mit sehr hohen Gesamtkosten verbunden.
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Eine gattungsgemäße Schmiermittelpumpe für eine Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 029 086 A1 bekannt. In dieser ist eine Schmiermittelpumpe für eine Brennkraftmaschine beschrieben zur Absaugung des in einer Schmiermittelauffangvorrichtung befindlichen Schmiermittels, mit einem Schmiermittelpumpengehäuse, in dem mindestens zwei Paare von Zahnrädern angeordnet sind. Zur Ausbildung der Pumpenstufen sind die Zahnradpaare auf der Saugseite mit einem in dem Schmiermittelpumpengehäuse ausgebildeten Saugkanal und auf der Druckseite mit einem Druckkanal verbunden. In der
DE 10 2005 029 086 A1 wird vorgeschlagen, dass in dem Schmiermittelpumpengehäuse ein mit dem Saugkanal der ersten Pumpenstufe verbundener Schmiermittelversorgungskanal integriert ist, über den Schmiermittel zur Saugseite der ersten Pumpenstufe förderbar ist.
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Auch an dieser, aus dem Stand der Technik bekannten Schmiermittelpumpe für eine Brennkraftmaschine, ist es von Nachteil, dass die Pumpenstufen permanent laufen, wodurch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine erhöht wird.
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Aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 025 535 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Schmiermittelpumpe für eine Brennkraftmaschine mit eine Absaugstufe bekannt. Sie offenbart eine Schmiermittelpumpe in einem Maschinengehäuse für eine Brennkraftmaschine, mit einer ersten Pumpe mit einer ersten Druckseite zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Schmiermittel mit einem Schmiermitteldruck und mit einer ersten Saugseite, sowie mit einer zweiten Pumpe in dem Maschinengehäuse mit einer zweiten Druckseite und einer zweiten Saugseite, an die ein Absaugkanal angeordnet ist, zum Absaugen von Schmiermittel aus der Brennkraftmaschine. Die zweite Pumpe ist von der ersten Pumpe über deren Antriebswelle über ein Schaltelement zuschaltbar anteibbar. Erfindungsgemäß ist der Absaugkanal von einem einseitig mit einer Federkraft eines Federelementes beaufschlagten Verschlusselement verschließbar ist, wobei auf der dem Federelement abgewandten Seite ein Druckraum vorgesehen ist, der mit dem Schmiermitteldruck beaufschlagbar ist und wobei der Druckraum Schmiermittel führend mit dem Schaltelement in Wirkverbindung steht und wobei bei Beaufschlagung des Druckraumes mit Schmiermitteldruck der Absaugkanal gegen die Federkraft öffenbar ist und gleichzeitig das Schaltelement mit Reib- oder Formschluss gegen die Antriebswelle drückbar ist.
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Dauerhaft angetriebene Absaugstufen in niedrigen Drehzahl- / Leistungs-Anforderungs-Bereichen einer Brennkraftmaschine sind aufgrund des geringeren Schmiermittelschluckvolumenbedarfs der Brennkraftmaschine nicht notwendig und somit wirkt sich die Antriebsleistung der Absaugstufe negativ auf den Gesamtkraftstoffverbrauch (Reibleistung) aus (Permanenter Verbraucher). Saugt die Absaugstufe Luft an, wirkt sich dies nachteilig auf den Schmiermittelkreislauf aus, da Schmiermittelverschäumung gefördert wird und somit die Druckstufe mehr leisten muss. Durch die letzten beiden Punkte ergibt sich auch eine höhere akustische Abstrahlung (Luft- und Körperschall). Die Absaugstufe fördert somit immer mit gleicher Drehzahl wie die Druckstufe (Hauptschmiermittelpumpe). Das Fördervolumen des Schmiermittels ist in nachteiliger Weise direkt an die Drehzahl der Brennkraftmaschine gekoppelt. Hohe Drehzahl = Hohes Fördervolumen.
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Bezugnehmend auf die Offenlegungsschrift
DE 10 2009 025 535 A1 : Hier erfolgt eine Kopplung der Absaugstufe (zweite Schmiermittelpumpe) an die Antriebswelle der Hauptschmiermittelpumpe (erste Schmiermittelpumpe) abhängig von der Drehzahl. D. h. die Absaugstufe fördert nur wenn eine bestimmte Drehzahl überschritten wird. Dann aber immer. In Folge ist z. B. keine Absaugung bei niedriger Drehzahl möglich. Das Fördervolumen ist ebenso ausschließlich direkt an die Motordrehzahl gekoppelt. Wiederum: Hohe Drehzahl = Hohes Fördervolumen.
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In beiden Ausprägungen ist es nicht möglich, das Fördervolumen der Absaugstufe unabhängig von der Motordrehzahl zu steuern. D.h. Die Abhängigkeit des Fördervolumens von der Drehzahl abzukoppeln.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oben genannte Nachteile zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schmiermittelpumpe führt zu einer Reduzierung des Kraftstoffbedarfs der Brennkraftmaschine sowie zu Kostenvorteilen gegenüber dem Einsatz einer elektrischen Schmiermittelpumpe oder Schmiermittelabsaugpumpe.
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Eine über das elektronische Steuergerät geregelte Schmiermittelpumpe (KFR-Geregelte Pumpe = Kennfeld geregelte Pumpe) ermöglicht es, den Pumpenausgangsdruck der ersten Schmiermittelpumpe in vorteilhafter Weise unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu regeln. Durch die Fähigkeit dieser Schmiermitteldruckregelung lässt sich auch die Kupplung der Absaugstufe, der zweiten Schmiermittelpumpe, betätigen und somit die Absaugstufe ebenso unabhängig von der Motordrehzahl steuern. Die Steuerung der Kupplung erfolgt erfindungsgemäß durch das elektronische Steuergerät der Brennkraftmaschine.
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Insgesamt ergeben sich folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:
- • Kraftstoffverbrauchsvorteil, da weniger Mechanik bewegt wird und somit die Antriebsleistung für den Schmiermittelkreislauf verringert wird.
- • Akustik, da weniger Mechanik bewegt wird und der Zustand Luft-Ansaugen durch die Schmiermittelpumpe reduziert wird.
- • Da Schmiermittelpumpen bei hohem Luftanteil im Schmiermittel eher zum Kavitieren neigen, trägt die erfindungsgemäße Lösung auch zur Haltbarkeit und Robustheit der Schmiermittelpumpe bei.
- • Anwendungsbeispiel: Bei hohem Schmiermitteldruck-Bedarf steigt auch das Schmiermittel-Schluckvolumen der Brennkraftmaschine und damit auch der Bedarf, das Schmiermittel über eine Absaugstufe, die zweite Schmiermittelpumpe optimal zum Saugpunkt der ersten Schmiermittelpumpe zurück zu fördern. Dies kann mit der vorgeschlagenen Verschaltung bewerkstelligt werden.
- • Turbo-Brennkraftmaschinen: Das Maximale Drehmoment liegt nicht im Leistungspunkt mit maximaler Drehzahl an. Mit o.g. Verschaltung lässt sich hier jedoch die Saugstufe, die zweite Schmiermittelpumpe bereits zuschalten.
- • Schwachlast-Fahrten: Die Möglichkeit, kurz nach dem Start im Leerlauf für einige Sekunden die Absaugstufe, die zweite Schmiermittelpumpe, zu aktivieren und den Sammelpunkt der Absaugstufe zu leeren und dem Hauptschmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen.
- • Durch die hierdurch geschaffene Möglichkeit, der Bedatung (gemäß Anspruch 2) der Schmiermitteldruckregelung in Abhängigkeit von Quer- und Längsbeschleunigung ermöglicht somit auch das bedarfsgerechte Zu- und Abschalten der zweiten Schmiermittelpumpe.
- • Die zweite Schmiermittelpumpe kann somit über längere Zeiträume still gelegt werden. Folglich kann das Bauteil technisch anspruchsloser gestaltet sein.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt eine Schmiermittelpumpe gemäß dem Stand der Technik.
- 2 zeigt in einem Diagramm einen Betriebsbereich einer zweiten Schmiermittelpumpe (Absaugpumpe) gemäß dem Stand der Technik.
- 3 zeigt eine Schmiermittelpumpe gemäß der Erfindung.
- 4 zeigt in einem Diagramm einen Betriebsbereich einer zweiten Schmiermittelpumpe (Absaugpumpe) gemäß der Erfindung.
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Im Folgenden gelten in den 1 bis 4 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
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1 zeigt schematisch eine Schmiermittelpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Schmiermittelpumpe 1 ist für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine vorgesehen und weist eine erste Schmiermittelpumpe 2, mit einer ersten Druckseite 2'' zur Versorgung von Lagerstellen der Brennkraftmaschine mit Schmiermittel und mit einer ersten Saugseite 2', sowie mit eine zweite Schmiermittelpumpe 4, eine sogenannte Absaugpumpe, mit einer zweiten Druckseite 4" und einer zweiten Saugseite 4' auf. Mit der zweiten Schmiermittelpumpe 4 wird Schmiermittel aus einer ersten Schmiermittelwanne 6 in eine zweite Schmiermittelwanne 7 gepumpt, damit stets ausreichend Schmiermittel in der zweiten Schmiermittelwanne 7 zur Versorgung der Lagerstellen der Brennkraftmaschine vorhanden ist. Aus einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse in die Schmiermittelwannen 6, 7 rückfließendes Schmiermittel ist mit Pfeilen schematisch dargestellt.
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Die erste Schmiermittelpumpe 2 weist eine erste Antriebswelle 3 und die zweite Schmiermittelpumpe 4 weist eine zweite Antriebswelle 5 auf, die über eine Kupplung 9 miteinander verbindbar sind. Dies erfolgt dadurch, dass die erste Schmiermittelpumpe 2 beim Betrieb der Brennkraftmaschine druckseitig Druck aufbaut und das Schmiermittel in einer Leitung 8 Druck gesteuert ein Ventil 10 öffnet und mit dem anliegenden Schmiermitteldruck die Kupplung 9 schließt.
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2 zeigt in einem ersten Diagramm einen Betriebsbereich der zweiten Schmiermittelpumpe 4 (Absaugpumpe) gemäß dem Stand der Technik. Über eine Y-Achse ist ein Schmiermitteldruck von 0 bis 4 bar aufgetragen, über eine X-Achse ist eine Drehzahl der Brennkraftmaschine von 0 bis 6000 1/min aufgetragen. Ein nicht bezifferter Graph zeigt den Schmiermitteldruck über die Drehzahl der Brennkraftmaschine.
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Erst wenn die erste Schmiermittelpumpe 2 einen Schmiermitteldruck > PV (waagrechter Strich bei 2 bar Schmiermitteldruck) liefert, wird die Kupplung geschlossen und die Absaugstufe aktiviert. Da der Ausgangsdruck der ersten Schmiermittelpumpe 2 in einer Brennkraftmaschine aber durch das Schmiermittelschluckvolumen der Brennkraftmaschine abhängt, ergibt sich der Schmiermitteldruck als Funktion der Viskosität, der Schmiermitteltemperatur und der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der ersten Schmiermittelpumpe 2, dies wird allgemein als Schmiermittelpumpenkennlinie bezeichnet. Somit verändert sich auch der Betriebsbereich für die zweite Schmiermittelpumpe 4. Hier der oberhalb von PV dargestellte Bereich im Diagramm, da die Kupplung 9 erst betätigt wird, wenn die erste Schmiermittelpumpe 2 ausreichend Schmiermitteldruck liefert.
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3 zeigt eine Schmiermittelpumpe 1 gemäß der Erfindung. Prinzipiell ist die Schmiermittelpumpe 1 identisch mit der Schmiermittelpumpe 1 aus 1. Somit gilt alles zu 1 ausgeführte auch für 3. Im Unterschied zu 1 ist jedoch das Ventil 10 erfindungsgemäß von einem elektronischen Steuergerät 11 (DME) der Brennkraftmaschine ansteuerbar. Besonders bevorzugt ist in dem Steuergerät 11 ein Betriebskennfeld hinterlegt.
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4 zeigt in einem zweiten Diagramm einen Betriebsbereich der zweiten Schmiermittelpumpe 4, einer Absaugpumpe gemäß der Erfindung. Durch die Betätigung der Kupplung 9 über das Ventil 10 (z. B. ein hydraulisches Magnetventil), welches mit dem elektronischen Steuergerät 11 verknüpft ist, ergibt sich eine Aufweitung des Betriebsbereiches unabhängig von der Schmiermittelumpenkennlinie der ersten Schmiermittelpumpe 2. Dadurch lassen sich andere Einschaltbedingungen realisieren, die zweite Schmiermittelpumpe 4, die Absaugstufe, kann somit bedarfsgerecht zu- und abgeschaltet werden. Mögliche Einschaltbedingungen sind beispielsweise die Fahrzeugbeschleunigungen (quer und längs), Neigungswinkel, Temperatur, Turboladerdrehzahl, Last der Brennkraftmaschine usw..
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Schmiermittelpumpe
- 2.
- erste Schmiermittelpumpe
- 2'
- erste Saugseite
- 2''
- erste Druckseite
- 3.
- erste Antriebswelle
- 4.
- zweite Schmiermittelpumpe
- 4'
- zweite Saugseite
- 4''
- zweite Druckseite
- 5.
- zweite Antriebswelle
- 6.
- erste Schmiermittelwanne
- 7.
- zweite Schmiermittelwanne
- 8.
- Leitung
- 9.
- Kupplung
- 10.
- Ventil
- 11.
- Steuergerät
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005029086 A1 [0004]
- DE 102009025535 A1 [0006, 0008]
