DE10238261B4

DE10238261B4 - Motorölpumpe und Ausgleichswellenmodul

Info

Publication number: DE10238261B4
Application number: DE10238261A
Authority: DE
Inventors: Alan W. Romeo Hayman; David R. Flushing Staley; Rolland D. Caro Giampa
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: DE10238261A1; MXPA02008395A; US6601557B1

Abstract

Modul (22) zur Befestigung an einem Hubkolbenmotor (10), der eine Kurbelwelle (14) aufweist, die in einem Motorrahmen befestigt ist, wobei das Modul (22) derart ausgebildet ist, um eine zweifache Drucköllieferung an den Hubkolbenmotor (10) vorzusehen und um ein rotierendes Unwuchtpaar zum Ausgleich eines Unwuchtpaars des Hubkolbenmotors (10) vorzusehen, wobei das Modul (22) umfasst:
ein Gehäuse (24), das zur Befestigung an dem Motorrahmen ausgebildet ist, um sich unterhalb der Kurbelwelle (14) in eine Ölwanne (16) des Hubkolbenmotors (10) zu erstrecken;
eine Ausgleichswelle (36), die drehbar in dem Gehäuse (24) befestigt ist und sich in Längsrichtung durch gegenüberliegende Enden des Gehäuses (24) erstreckt;
erste und zweite Rotationsölpumpen, die an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses (24) angeordnet sind und Rotoren (44, 46) umfassen, die antreibbar mit der Ausgleichswelle (36) verbunden sind, wobei die Rotationsölpumpen jeweils einen Einlass (70, 74), der zum Ziehen von Öl von einem Sumpf (18) ausgebildet ist,...

Description

Diese Erfindung betrifft ein Modul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Modul ist aus der WO 00/15976 A1 bekannt.

Es ist in der Technik von Hubkolbenmotoren bekannt, eine oder mehrere Ausgleichswellen mit Ausgleichsgewichten vorzusehen, um verschiedene Typen von Motorunwucht auszugleichen, die durch die Anordnung der rotierenden und hin- und herbewegbaren Komponenten (z. B. Hubkomponenten) des Motors erzeugt wird. Derartige Ausgleichswellen können an verschiedenen Orten in oder an dem Motor abhängig von dem bestimmten Typ von Unwuchtkräften, die betroffen sind, und dem Raum, der in oder um den Motormantel verfügbar ist, montiert sein. In einigen Fällen ist es geeignet, eine oder mehrere Ausgleichswellen vorzusehen, die in einem Modul angeordnet sind, das separat zusammengebaut und dann an dem Rahmen oder Kurbelgehäuse eines Motors und manchmal zum Betrieb in der Motorölwanne befestigt wird.

Die US 5,063,597 offenbart die Anordnung von zwei Schmierölpumpen auf einer von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Zubehörwelle.

Die DE 100 07 660 A1 beschreibt ein Modul zum Massenausgleich, bei welchem die Ausgleichswellen und eine Schmierölpumpe in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Modul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Pumpleistung der Ölpumpe nicht beeinträchtigt ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung sieht ein derartiges Ausgleichswellenmodul zur Befestigung unterhalb des Motorrahmens oder -kurbelgehäuses vor. Das Modul umfasst ein Gehäuse, das eine Ausgleichswelle lagert, die über ein Getriebe mit der Motorkurbelwelle in Verbindung steht und Ausgleichsgewichte an gegenüberliegenden Enden aufweist, die gedreht werden, um Unwuchtkräfte auszugleichen, die durch die Motorkomponenten entwickelt werden. Um die Ausgleichsgewichte sind Abdeckungen vorgesehen, um einen Kontakt der Gewichte mit Öl in dem Kurbelgehäuse zu beschränken. Die Abdeckungen sind an dem oberen Bereich offen, und es sind Pumpschaufeln in Verbindung mit den Ausgleichsgewichten vorgesehen, um jegliches Öl, das in den eingeschlossenen Raum eintritt, herauszupumpen. Eines der Ausgleichsgewichte ist bevorzugt an einem angetriebenen Zahnrad der Ausgleichswelle montiert, das mit einem kämmenden Zahnrad an der Kurbelwelle zum Antrieb der Ausgleichsgewichte in Eingriff steht.

Das Modul der Erfindung umfasst ferner ein Paar Ölpumpen, die an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses angebracht sind und Rotoren besitzen, die durch die Ausgleichswelle angetrieben werden. Das Gehäuse umfasst einen Ölaufnahmeeinlass, durch den Öl in die separaten Einlässe der Ölpumpen gezogen wird und Öl durch Pumpenauslässe ausgetragen wird, um Ölsysteme des Motors zu trennen. Bei einer bevorzugten Ausfüh rungsform liefert eine erste der Ölpumpen unter Druck stehendes Öl an das Hauptschmiersystem des Motors bei einem geeigneten Druck. Ein Einlass einer zweiten der Ölpumpen ist mit dem Auslass der ersten Ölpumpe verbunden und liefert Öl bei einem höheren Druck an ein separates Motorsystem, das zur Betätigung verschiedener Vorrichtungen in der Motoranordnung vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine Darstellung ist, die einen unteren Abschnitt eines Motorkurbelgehäuses und einer Ölwanne im ausge schnittenen Zustand zeigt, um innere Abschnitte des Motors und Ausgleichsmoduls zu zeigen;
2 eine Darstellung des Zusammenbaus der Ölpumpe und des Ausgleichswellenmoduls ist; und
3 eine Explosionsdarstellung in teilweise weggebrochener Ansicht ist, um innere und äußere Merkmale des Moduls zu zeigen.
In 1 der Zeichnungen zeigt Bezugszeichen 10 allgemein einen Abschnitt eines Hubkolben-Verbrennungsmotors, wobei Abschnitte ausgeschnitten sind, um einen unteren Abschnitt des Motorrahmens oder Kurbelgehäuses 12 zu zeigen, in dem eine Kurbelwelle 14 drehbar gelagert ist. In dem Motor ist die Kurbelwelle mit Pleuelstangen und Kolben verbunden, nicht gezeigt, die sich in Zylindern eines Zylinderblocks auf eine bekannte Art und Weise hin- und herbewegen. Eine Ölwanne 16 ist an einer unteren Seite des Kurbelgehäuses angebracht und sieht einen Behälter (Umhüllung) mit einem tiefen Sumpf 18 vor, der das Schmieröl in dem Motor aufnimmt. Ein Verwirbelungsboden (windage tray) 20 ist an dem Kurbelgehäuse befestigt und erstreckt sich unterhalb der Kurbelwelle, um eine teilweise Trennung zwischen dem Kurbelgehäusebereich und der Ölwanne vorzusehen.
Gemäß der Erfindung ist eine Ölpumpe und ein Ausgleichswellenmodul 22 unterhalb des Kurbelgehäuses befestigt und erstreckt sich in den Ölsumpf 18 der Ölwanne. Das Modul 22, das auch in den 2 und 3 gezeigt ist, umfasst ein Gehäuse 24 mit beabstandeten Flanschen 26, 28, die derart ausgebildet sind, um an Befestigungsflächen auf der unteren Seite des Kurbelgehäuses 12 befestigt zu werden. Die Flansche sind einwärts mit einem Hauptkörper 30 verbunden, der unter der Verwirbelungsschale zwischen und geringfügig unterhalb der Flansche vorgesehen ist. Der Flansch 26 umfasst Öffnungen von internen Öldurchgängen 32, 34, wie nachfolgend beschrieben wird.
Wie am besten in 3 zu sehen ist, ist eine Ausgleichswelle 36 drehbar in dem Gehäuse 24 gelagert und erstreckt sich durch erste und zweite Ölpumpenkörper 38, 40, in denen die Welle durch Buchsen 42 gelagert ist, von denen nur eine gezeigt ist. Jeder Ölpumpenkörper 38, 40 umgibt einen Pumpenrotor 44, 46. Die Rotoren sind drehbar mit der Welle 36 verbunden, um die Pumpenrotoren auf eine herkömmliche Art und Weise anzutreiben.
An einem Ende der Welle 36 benachbart der ersten Ölpumpe ist ein als angetriebenes Zahnrad 48 ausgebildetes angetriebenes Element angeschraubt. Wenn das Zahnrad 48 in dem Motor installiert ist, steht es mit einem kämmenden Antriebszahnrad 50 in Eingriff, das an dem rückwärtigen Ende der Kurbelwelle 14 zum Antrieb der Ausgleichswelle 36 befestigt ist. Das angetriebene Zahnrad 48 trägt ein Ausgleichsgewicht 52, das ein erstes Ausgleichsgewicht für das Modul bildet, das an dem Zahnradende oder dem vorderen Ende des Moduls 22 angeordnet ist. Das Zahnrad und das Ausgleichsgewicht 48, 52 sind im wesentlichen zwischen inneren und äußeren Abdeckungen 54, 56 eingeschlossen, die einen Behälter vorsehen, der an dem oberen Bereich offen ist, um Sumpföl von dem rotierenden Zahnrad 50 und Ausgleichsgewicht 52 weg zu halten. Schaufeln 58, die an dem Antriebszahnrad und gleichsgewicht ausgebildet sind, dienen dazu, jegliches Öl durch den oberen Bereich des eingeschlossenen Raumes herauszupumpen, das durch den oberen Bereich in den Behälter eintritt.
An dem rückwärtigen Ende der Ausgleichswelle 36 ist ein zweites Ausgleichsgewicht 60 befestigt und mit der Welle 36 drehbar vorgesehen. Das Ausgleichsgewicht 60 ist als eine Scheibe ausgebildet, von der eine Seite mit einem Gewicht versehen ist. Sie kann auch Schaufeln 62 umfassen. Innere und äußere Abdeckungen 64, 66 schließen das Ausgleichsgewicht 60 ein. Schlitze sind in der Außenabdeckung 66 vorgesehen, so dass die Schaufeln 62 Öl, das in den Behälter eintritt, durch die durch die Schlitze ausgebildeten Öffnungen herauspumpen können.
Das Modulgehäuse 24 ist auch mit einem Einlassdurchgang oder einer Ölaufnahme 68 versehen, die sich abwärts in die Nähe des unteren Bereiches des Ölwannensumpfes erstreckt, um Öl in das Gehäuse zu ziehen. Das Öl wird durch interne Durchgänge, nicht gezeigt, durch einen internen Einlass 70 an den ersten Pumpenrotor 44 geführt. Ein Auslass 72 von dem ersten Pumpenrotor liefert Öl durch Durchgang 32 an den Motor zur Schmierung der verschiedenen Motorkomponenten. Der interne Durchgang ist auch intern mit einem Einlass 74 des zweiten Pumpenrotors 46 verbunden. Ein Auslass 78 von dem Pumpenrotor 46 ist intern mit dem Durchgang 34 des Flansches 26 verbunden, durch den unter Druck stehendes Öl an ein zweites Ölsystem des Motors geliefert wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform pumpt der erste Ölpumpenrotor 44 Öl mit einem ersten gesteuerten Druck zur Verwendung in dem Motorölschmiersystem, während der zweite Ölpumpenrotor 46 unter Druck stehendes Öl von der ersten Pumpe aufnimmt und dieses mit einem höheren Druck an ein zweites Motorölsystem liefert, das zur Betätigung hydraulischer Vorrichtungen innerhalb des Motors verwendet wird. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise Nockenwellenphaseneinstelleinrichtungen und/oder Zylinderdeaktivierungsvorrichtungen für einen unterbrochenen Betrieb gewählter Motorventile umfassen. Alternativ dazu können die beiden Pumpen Öl direkt von dem Sumpf ziehen und/oder unter Druck stehendes Öl an eines oder mehrere Ölsysteme des Motors liefern.
Wenn der Motor betrieben wird, ziehen die Ölpumpen Öl von dem Ölsumpf und liefern unter Druck stehendes Öl an die beiden Motorölsysteme, wie vorher beschrieben wurde. Gleichzeitig dreht die Ausgleichswelle die Ausgleichsgewichte, die an jedem Ende der Welle befestigt sind, und erzeugt ein rotierendes Unwuchtpaar, dessen Phase relativ zu der Motorkurbelwelle so abgestimmt ist, um einem Unwuchtpaar innerhalb des Motors entgegenzuwirken und dadurch ein System vorzusehen, das ein grundsätzliches Gleichgewicht der Komponenten aufweist. Die Ölpumpenkörper 38, 40 umfassen einzelne Entlastungsventile 78, 80 zur Steuerung des Druckes des Öls, das durch ihre jeweiligen Pumpen geliefert wird. Zusätzlich werden, wie vorher erwähnt wurde, die eingeschlossenen Räume, die das Antriebszahnrad 48 und die Ausgleichsgewichte 52, 60 umgeben, durch die Schaufeln 58, 62 von Öl relativ frei gehalten, die jegliches Öl, das in die eingeschlossenen Räume eintritt, durch die oberen Bereiche der Gehäuse herauspumpen.
Die Ölpumpe und das Ausgleichswellenmodul des Motors führen dementsprechend eine Kombination von Funktionen aus, die umfassen: Aus gleich eines rotierenden Unwuchtpaares eines Motors; Liefern von unter Druck stehendem Öl an zwei verschiedene Drucksysteme des Motors, von denen eines bei einem höheren Druck als das andere vorliegen kann; und Zulassen einer Drehung von Ausgleichsgewichten in der Motorölwanne, während abgedeckte Rotationsbehälter für die Gewichte beibehalten werden, von denen Öl durch Schaufeln ausgetragen wird, die Öl während des Betriebs durch einen offenen oberen Bereich oberhalb des Ölpegels in der Wanne nach außen drängen.
Das gezeigte Modul wurde zur Verwendung mit einem V8-Motor mit einem Neigungswinkel von 75 Grad entwickelt, um ein rotierendes Hauptunwuchtpaar des Motors auszugleichen. Jedoch können die Merkmale des Moduls auch auf andere Motorkonfigurationen angewendet werden, die beispielsweise V6- und V10-Zylinderanordnungen mit engen Neigungswinkel wie auch andere umfassen können. Gegebenenfalls könnten die doppelten Pumpen so angeordnet werden, dass eine Pumpe Öl mit einem gesteuerten Druck an ein System bei niedrigeren Motor- oder Pumpendrehzahlen liefert, und die andere Pumpe Öl bei gesteuertem Druck an das System bei höheren Motor- und Pumpendrehzahlen liefert.
Zusammengefasst umfasst eine Kombination aus Ölpumpe und Ausgleichsmodul zur Befestigung in einer Ölwanne eines Hubkolbenmotors ein Gehäuse, der eine drehbare Ausgleichswelle lagert, die an gegenüberliegenden Enden Ausgleichsgewichte zum Ausgleich von Unwuchtkräften des Motors trägt. Die Ausgleichsgewichte sind in Behältern mit offenem oberem Bereich eingeschlossen, aus denen Öl durch Schaufeln an den Gewichten und einem zugeordneten Zahnrad, das durch die Motorkurbelwelle angetrieben wird, gepumpt wird. Ein Paar von Ölpumpen ist an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses einwärts der Gewichte befestigt. Die Pumpen ziehen Öl von dem Sumpf durch Gehäusedurchgänge und liefern das Öl an eines oder mehrere Motorölsysteme. Bei einer Ausführungsform speist die erste Pumpe Öl an ein Schmiersystem und an die zweite Pumpe, die Öl bei einem höheren Druck an ein hydraulisches Betätigungssystem des Motors liefert.

Claims

Modul (22) zur Befestigung an einem Hubkolbenmotor (10), der eine Kurbelwelle (14) aufweist, die in einem Motorrahmen befestigt ist, wobei das Modul (22) derart ausgebildet ist, um eine zweifache Drucköllieferung an den Hubkolbenmotor (10) vorzusehen und um ein rotierendes Unwuchtpaar zum Ausgleich eines Unwuchtpaars des Hubkolbenmotors (10) vorzusehen, wobei das Modul (22) umfasst: ein Gehäuse (24), das zur Befestigung an dem Motorrahmen ausgebildet ist, um sich unterhalb der Kurbelwelle (14) in eine Ölwanne (16) des Hubkolbenmotors (10) zu erstrecken; eine Ausgleichswelle (36), die drehbar in dem Gehäuse (24) befestigt ist und sich in Längsrichtung durch gegenüberliegende Enden des Gehäuses (24) erstreckt; erste und zweite Rotationsölpumpen, die an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses (24) angeordnet sind und Rotoren (44, 46) umfassen, die antreibbar mit der Ausgleichswelle (36) verbunden sind, wobei die Rotationsölpumpen jeweils einen Einlass (70, 74), der zum Ziehen von Öl von einem Sumpf (18) ausgebildet ist, und einen Auslass (72, 78) zur Lieferung von unter Druck stehendem Öl an ein Ölsystem des Hubkolbenmotors (10) umfassen; ein angetriebenes Element (48), das an einem Ende der Ausgleichswelle (36) benachbart einer der Rotationsölpumpen befestigt ist, wobei das angetriebene Element (48) mit der Kurbelwelle (14) zur Dre hung der Ausgleichswelle (36) bei einer vorbestimmten Funktion der Kurbelwellendrehzahl koppelbar ist; ein Paar von Ausgleichsgewichten (52, 60), die an gegenüberliegenden Enden der Ausgleichswelle (36) getragen und so positioniert sind, um eine rotierende Unwuchtkraft zum zumindest teilweisen Ausgleichen von Unwuchtkräften zu erzeugen, die durch einen Betrieb der rotierenden und hin- und herbewegbaren Massen des Motors (10) erzeugt werden; und Abdeckungen (54, 56, 64, 66), welche Behälter schaffen, die die Ausgleichsgewichte (52, 60) und das angetriebene Element (48) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter in einem oberen Bereich offen sind, und dass an den Ausgleichsgewichten (52, 60) und dem angetriebenen Element (48) Schaufeln (58, 62) angeordnet sind, um Öl durch die oberen Bereiche aus den Behältern herauszupumpen und damit ein Schäumen des Öls infolge eines Kontakts von Öl mit dem angetriebenen Element (48) und den Ausgleichsgewichten (52, 60) zu minimieren.
Modul nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (24) einen Einlassdurchgang (68) umfasst und die Ölpumpeneinlässe (70, 74) so verbunden sind, um Öl aufzunehmen, das durch den Einlassdurchgang (68) in das Gehäuse (24) eintritt.
Modul nach Anspruch 2, wobei der erste Ölpumpeneinlass (70) direkt mit dem Einlassdurchgang (68) des Gehäuses (24) zum Ziehen von Öl von dem Motorsumpf (18) verbunden ist, und der zweite Ölpumpeneinlass (74) mit dem Auslass (72) der ersten Rotationsölpumpe zur Aufnahme von unter Druck stehendem Öl davon und zur Lieferung des Öls bei einem höheren Druck durch den zweiten Ölpumpenauslass (78) verbunden ist.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der Ausgleichsgewichte (52) an dem angetriebenen Element (48) befestigt ist.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgleichsgewichte (52, 60) unter entgegengesetzten Winkeln positioniert sind, um ein rotierendes Unwuchtpaar zu bilden, das zeitlich so abgestimmt ist, um ein mit entgegengesetzter Phase betriebenes Unwuchtpaar des Hubkolbenmotors (10) auszugleichen.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul zur Verwendung mit einem V8-Motor mit einem Neigungswinkel von 75 Grad ausgebildet ist, und die Ausgleichswelle (36) derart ausgebildet ist, um mit einer Kurbelwellendrehzahl in einer entgegengesetzten Rotationsrichtung angetrieben zu werden, um ein Hauptunwuchtpaar des Hubkolbenmotors (10) auszugleichen.
Modul nach Anspruch 4, wobei das angetriebene Element ein Zahnrad (48) ist, das derart ausgebildet ist, um mit einem Antriebszahnrad (50) in der Kurbelwelle (14) in Eingriff zu stehen.