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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil einer Schmierölpumpe für Verbrennungsmotoren.
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STAND DER TECHNIK
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Bypassventile
werden üblicherweise
derart gestaltet, dass sie nur bei einem bestimmten Pegel öffnen und
den Durchtritt von Öl
aus einem Zufuhrkanal zum Ansaugkanal ermöglichen.
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Die
genannten Ventile ermöglichen
es demgemäß nur, die
geförderte Ölmenge dem
Verbrennungsmotor „in
Stufen" zuzuführen. Die
dem Verbrennungsmotor zugeführte Ölmenge steigt
in der Tat proportional zu den Umdrehungen (gemäß der Pumpenumdrehungen), bis
der Druck den Öffnungspegel
im Bypassventil erreicht. Ist dieser Pegel erreicht, so verbleibt
die dem Motor zugeführte Ölmenge praktisch
konstant (oder fällt
mit den Umdrehungen leicht ab, entsprechend dem progressiven Öffnungsgesetz
des Bypassventils). Hat das Bypassventil den maximalen Druck erreicht,
der vom Motor bei hochdrehenden Geschwindigkeiten erforderlich ist,
so ermöglicht
das Ventil nicht eine Regulierung der dem Motor zugeführten Ölmenge bei
geringen Drehzahlen.
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US 6 488 479 sieht jedoch
verschiedene Lösungen
vor, um die Möglichkeit
des Regelns des Zufuhröldruckes
kontinuierlich zu verbessern, anstatt schrittweise.
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Bei
den in dieser Druckschrift gezeigten Ausführungsformen wird der Ventilschieber
beispielsweise direkt von einem Magnetventil bewegt, das auf einen
Anker einwirkt, einteilig mit dem Schieber selbst. Die einstellbare
Erregung des Elektromagneten erfolgt über eine Elektronik, die über geeignete
Sensoren die charakteristischen Parameter des Ölverbrauchs und der laufenden
Parameter des Motors misst.
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Darüber hinaus
wird das Ventil über
eine Feder in eine geschlossene Position gebracht, wenn der Elektromagnet
nicht erregt wird.
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Dennoch
bietet diese Ausführungsform
den Nachteil, dass der Elektromagnet in der Lage sein muss, beachtliche
Kräfte
zu überwinden,
die vom Öldruck
und von der Rückstellfeder
auf ihn einwirken.
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Aus
diesem Grund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Steuerventil einer Schmierölpumpe
für Verbrennungsmotoren
frei von den oben beschriebenen Nachteilen herzustellen.
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Aus
diesem Grund wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Steuerventil für
eine Schmierölpumpe
für Verbrennungsmotoren
entsprechend der Eigenschaften aus Anspruch 1 hergestellt.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der angefügten Figuren dargestellt, die
ein nicht-einschränkendes
Figurenbeispiel davon veranschaulichen, in dem:
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1 einen
Schnitt durch ein Steuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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2 zeigt
ein erstes Diagramm, in welchem die Leistung eines Steuerventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit dem eines konventionellen Ventils in einer ersten
Betriebskennzahl dargestellt wird; und
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3 zeigt
ein Diagramm, welches die Leistung des Steuerventils gemäß der vorliegenden
Erfindung bezüglich
des gleichen konventionellen Ventils aus 2 anhand
einer zweiten Betriebskennzahl desselben Verbrennungsmotors darstellt.
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BESTE AUSGESTALTUNGSFORM FÜR DIE ERFINDUNG
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Wie
bereits bekannt ist, muss ein Teil des von der Pumpe zur Verfügung gestellten Öls zurück in die
Ansaugleitung fließen,
um die Ölzufuhr
zum Verbrennungsmotor zu regulieren.
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In 1 ist
ein Steuerventil 10 für
eine Schmierölpumpe
ohne Verbrennungsmotor gezeigt. Dieses Ventil 10 ist das
Hauptobjekt der vorliegenden Erfindung.
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Das
Ventil 10 umfasst ein Ventilkörper 11, in dem eine
Kammer 12 ausgebildet ist. Die Kammer 12 ist arbeitsmediumleitend
mit einer Ansaugleitung 13 und einer Versorgungsleitung 14 verbunden.
Darüber hinaus
ist eine Pumpe P (hier nicht gezeigt) zwischen der Ansaugleitung 13 und
der Versorgungsleitung 14 angeordnet, die durch ein Ventil 10 umgangen
wird. Die Pumpe P und das Ventil 10 bilden eine Pumpengruppe 100.
Darüber
hinaus sieht die Kammer 12 einen ersten Teil 12a,
der direkt in Verbindung steht mit der Versorgungsleitung 14 und
einen zweiten Teil 12b (in Serie mit dem ersten Teil 12a geschaltet),
der im Durchmesser größer ist
als der aus Teil 12a und arbeitsmediumleitend mit der Ansaugleitung 13 verbunden
ist.
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Aus
dem Durchmesserunterschied der Teile 12a und 12b entsteht
ein Vorsprung 15, in dem ein Ventilschieber 16 in
seiner Ruheposition derart sitzt, dass dieser einen transversalen
Abschnitt im Wesentlichen gleicher Größe zu der zum zweiten Teil 12b der
Kammer 12 freigibt.
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Im
vorliegenden Fall liegt der Ventilschieber 16 infolge der
Druckkraft der Druckfeder 17, dessen erstes Ende 17a in
einer Aussparung 18 des Ventilschiebers 16 am
Vorsprung 15 anliegt, während
ein zweites Ende 17b in einem Sitz eines Bundelementes 20 sitzt.
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Wie
abermals in 1 gezeigt, sieht der Ventilschieber 16 zusätzlich zur
benannten Aussparung an seinem ersten Ende 16a eine weitere
Aussparung 21, die am anderen Ende 16b der Versorgungsleitung 14 zugewandt
ist, vor.
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Die
Aushöhlungen 18 und 21 sind
arbeitsmediumleitend mit einer Öffnung 22a und
einem Kanal 22b in Serie geschaltet.
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Weiterhin
ist der Zwischenraum 23, der zustande kommt aus Teil 12b der
Kammer 12 und teilweise von der Druckfeder 17 eingenommen
wird, durch den Zwischenraum zwischen Ventilschieber 16 und
Bund 20 definiert.
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Wie
im weiteren Verlauf näher
beschrieben wird, ändert
sich das Volumen des Zwischenraums 23 entsprechend der
Kennzahl des Verbrennungsmotors, der von der Pumpengruppe 100 mit Öl geschmiert
wird.
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Zusätzlich ist
der Zwischenraum 23 arbeitsmediumleitend mit einem Druckregler 24 verbunden. Dies
wird nur kurz beschrieben, um die vorliegende Beschreibung nicht
weiter zu verkomplizieren.
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Wie
bereits in 1 gezeigt, besteht der Druckregler 24 aus
einem hohlen Körper 25,
in dem ein magnetischer Anker 26 angeordnet ist, der von
einer Feder 27 beaufschlagt wird.
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Ein
Ende des Ankers 26 drückt
auf eine Kugel 28, welche das Arbeitsmedium zwischen einer Zuführungsleitung 29,
einer Weiterführung
des Sitzes 19, und der zwei der beiden Absaugleitungen 30 und 31 in
Richtung des Auslasses (nicht gezeigt) trennt.
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Ein
Elektromagnet S, der mit einer Elektronik 1000 verbunden
ist, der auch dazu geeignet ist, die Signale der Öltemperatur
und Viskosität
sowie der endothermischen Motorfunktion (nicht gezeigt) zu verarbeiten,
ist in einem Raum 32 im Körper 25 angeordnet.
Der Elektromagnet S ist koaxial zum Anker 26 angeordnet
und überwacht
den axialen Abstand eines solchen Ankers 24 mit den nun
folgenden Methoden.
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Der
Ventilschieber 16 weist an einer äußeren Oberfläche einen
O-Ring 33 auf, welcher das Austreten von Öl aus der
Versorgungsleitung 14 und dem Zwischenraum 23 in
dem sehr engen Spalt zwischen der äußerlichen Oberfläche des
Ventilschiebers 16 selbst und der zylindrischen Oberfläche des
Teils 12b aus der Kammer 12 austritt.
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Im
Gebrauch kann das Öffnen
oder Schließen
des Druckreglers 24 kontinuierlich über die Elektronik 1000 reguliert
werden, und zwar entsprechend den Eigenschaften des Schmieröls, welche
durch geeignete Sensoren (nicht gezeigt) sowie die Betriebskennzahlen
des endothermischen Motors (auch nach gebräuchlichen Methoden) ermittelt
werden.
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Wird
die Kugel 28 vom Anker 26 heruntergedrückt, so
dass die Zuführleitung 29 geschlossen wird,
besteht Druckgleichheit im Teil 12a sowie im Zwischenraum 23 (da
der Teil 12a und der Zwischenraum 23 arbeitsmediumleitend über die
Aussparung 21 und die Öffnung 22a sowie
den Anschluss 22b verbunden sind). Aus diesem Grund wird
der Ventilschieber 16 nicht bewegt und verbleibt mit seiner Stirnfläche am Vorsprung 15,
wie es in 1 gezeigt ist.
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Wenn
dazu im Gegensatz der Elektromagnet S, der sich im Druckregler 24 befindet,
infolge eines Signals der Elektronik 1000 ausgelöst wird
und eine Bewegung des Ankers 26 entsprechend dem Pfeil
F1 bewirkt, wird das Öl,
das sich im Zwischenraum 23 befindet, durch die Absaugleitung 30 und 31 evakuiert.
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Aus
diesem Grund wird das Öl,
das sich in dem Zwischenraum 12a befindet, in Richtung
des Zwischenraums 13 durch die Öffnung 22a (und dem Anschluss 22b)
fließen,
und entsprechend den bekannten Gesetzen der Hydraulik wird dort
ein Druckverlust zu vermelden sein.
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Aus
diesem Grund wird der Öldruck
im Zwischenraum 23 geringer sein als der Öldruck im
Raum 12a und daraus wird sich eine Verschiebung des Ventilschiebers 16 in
Richtung des Pfeiles V1 ergeben.
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Wenn
sich der Ventilschieber 16 weit genug verschiebt, wird
er einen Teil der Ansaugleitung 13 freigeben, wodurch eine
gewisse Menge an Öl über einen
Bypass von der Versorgungsleitung 14 zu der Ansaugleitung 13 fließt.
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Offenbar
wird die Menge an Öl,
die in die Ansaugleitung 13 zurückströmt, proportional zu der Druckdifferenz
zwischen dem Raum 12a und dem Zwischenraum 23 sowie
zu dem Auslauf der nicht bedeckten Fläche der Ansaugleitung 13 selbst.
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Auf
diese Weise kann eine feine Druckregulierung des Versorgungsdruckes
in der Versorgungsleitung 14 sichergestellt werden.
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Um
die geschlossene Lage, wie sie in 1 gezeigt
ist, zu erreichen, wird der Elektromagnet S des Druckreglers 24,
der durch die Elektronik 1000 gesteuert wird, den Anker 26 loslassen,
welcher sich gemäß dem Pfeil
F2 bewegen wird, was die gleiche Bewegung des Ventilschiebers 16 entlang
des Pfeiles V2 hervorruft.
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2 zeigt
das erste Diagramm, in welchem die Leistung eines Ventils gemäß vorliegender
Erfindung mit einem konventionellen Ventil bei einer ersten Betriebstemperatur
des Verbrennungsmotors verglichen wird.
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Bei
genauer Betrachtungsweise zeigt das Diagramm in 2 auf
der Abszisse die Winkelgeschwindigkeit einer Kurbelwelle eines hier
nicht gezeigten Verbrennungsmotors in Umdrehung pro Minute, während die
Ordinate die hydraulische Leistung anzeigt, wobei hier mit hydraulischer
Leistung das Produkt aus Druck und Durchflussrate des Öls gemeint
ist.
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Im
typischen Fall ist die Pumpengruppe derart ausgelegt, dass sie Drücke von
1,5 bar bei 700 Umdrehungen pro Minute und einer Öltemperatur von
140°C aushält.
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Die
Situation, wie sie in 2 beschrieben ist, bezieht sich
auf Öl
von 140°C.
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Die
Kurve in (a1) bezieht sich auf die Anforderung des Verbrennungsmotors,
während
die Kurve (b1) den Trend einer Pumpgruppe, die mit einem Ventil
gemäß vorliegender
Erfindung (Konstantdruckregelung), aufzeigt.
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Die
Kurve (c1) bezieht sich dagegen auf eine Pumpengruppe, die mit konventionellen
Ventilen (stufenweise Druckregelung) ausgestattet ist.
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Wie
in 2 angemerkt werden kann, liegt die Kurve (b1)
näher an
Kurve (a1) als an Kurve (c1).
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Dieser
Vorteil ist für
dieselbe Pumpengruppe, wie es die 3 zeigt,
deutlich sichtbar (mit einer Öltemperatur
von 65°C),
besonders bei niedrigen Umdrehungen pro Minute beträgt die hydraulische Leistung,
die benötigt
wird bei einem Ventil entsprechend der vorliegenden Erfindung, weniger
als die Hälfte
der hydraulischen Leistung, wie sie eine Pumpengruppe mit einem
konventionellen Ventil benötigen
würde.
Vergleiche dazu die Kurven (b2) und (c2) mit der Kurve (a2).
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Die
Vorteile des vorliegenden Ventils sind wie folgt:
- – der Elektromagnet
betätigt
nicht in direkter Weise das Ventilschieberventil; folglich hat der
Elektromagnet des Druckreglers in der vorliegenden Erfindung lediglich
die Funktion eines Schalters, aus diesem Grund können größere Kräfte den Anker nicht bewegen;
- – kontinuierliche
und einfache Regelung des Schmieröldruckes zum Umwälzen von Öl genau bei
jenem Druck, der vom Motor benötigt
wird; und
- – verringerter
Energieaufwand durch die Pumpe.
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STEUERVENTIL EINER SCHMIERÖLPUMPE FÜR VERBRENNUNGSMOTOREN
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Steuerventil einer Ölpumpe für Verbrennungsmotoren, umfassend:
- – ein
Hauptgehäuse,
in dem sich eine Kammer befindet, die hydraulisch an eine Ausgangsleitung sowie
an eine Versorgungsleitung angeschlossen ist, und in der ein Ventilschieber
angeordnet ist, der der Wirkung eines elastischen Mittels unterworfen
ist, wobei die Position des Ventilschiebers in der Kammer eine leitende
Verbindung zwischen der Versorgungsleitung und der Ausgangsleitung zur
Abgabe des Öls
erlaubt; und
- – eine
elektronische Einrichtung zum Einstellen der Position des Ventilschiebers
entlang einer im Wesentlichen symmetrischen Achse des Ventilschiebers
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Die
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
- – der Ventilschieber
auf einer Seite eine Aussparung aufweist, die hydraulisch mit der
Versorgungsleitung kommuniziert, und auf der anderen Seite einen
Raum, der ebenfalls mit Mitteln kommuniziert, die in der Lage sind,
den hierin enthaltenen Öldruck
zu justieren, wobei die Aussparung und der Raum hydraulisch miteinander
verbunden sind durch Mittel, die dazu in der Lage sind, einen örtlichen
Verlust an hydraulischer Belastung auszuführen, und die im Ventilschieber
angeordnet sind.