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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ölpumpanlage. Insbesondere ist diese Erfindung auf eine Ölpumpanlage anwendbar, die eine sich steigernde Hydraulikdruckcharakteristik entfaltet, d. h., die einen zunehmenden Hydraulikdruck erzeugt, wenn eine Umlaufgeschwindigkeit einer Antriebsquelle, z. B. einer Kurbelwelle einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, größer wird.
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Beschreibung des relevanten Standes der Technik
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In Ölpumpanlagen wird, wenn eine Drehzahl deren Rotor ansteigt, Hydrauliköl aus einer Auslaßöffnung in einer zunehmenden Ausstoßmenge gefördert. Als Ergebnis erzeugen Ölpumpanlagen einen sich erhöhenden Hydraulikdruck.
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Die ungeprüfte
JP-GM-Veröffentlichung (KOKAI) Nr. 61-23485 offenbart bereits eine herkömmliche Ölpumpanlage, die mit zwei Zahnradpumpen ausgestattet ist, welche darin integriert angeordnet sind. Bei der herkömmlichen Ölpumpanlage werden die zwei Zahnradpumpen betrieben, um mit Sicherheit Hydrauliköl in einer vorbestimmten Ausstoßmenge in einem niedrigen Drehzahlbereich, in dem ein Hydraulikdruck voraussichtlich niedrig sein soll, auszufördern. Somit erzeugt die Ölpumpanlage in gesicherter Weise einen geforderten Hydraulikdruck. Andererseits wird in einem hohen Drehzahlbereich nur eine der beiden Zahnradpumpen betrieben, weil eine Austoßmenge in so hohem Maß erhöht wird, daß eine Hydraulikdruckzunahme erwartet werden kann. Somit ist die Ölpumpanlage daran gehindert, einen Hydraulikdruck, der größer als erforderlich ist, zu erzeugen, und dadurch wird ihre Arbeitsnutzleistung oder ihr Wirkungsgrad verbessert.
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Es ist auch eine andere Ölpumpanlage bisher bekanntgeworden, und wie in 10 gezeigt ist, ist diese Ölpumpanlage mit einem Entlastungsventil 300 ausgestattet. Des weiteren besitzt die Ölpumpanlage ein Pumpengehäuse 100 mit einer Einlaßöffnung 101 sowie einer Auslaßöffnung 102 und einen Rotor oder Drehkörper 200, der drehbar in der Pumpenkammer 105 des Pumpengehäuses 100 angeordnet und mit einer Mehrzahl von Zähnen versehen ist. Das Entlastungsventil 300 wird im Ansprechen auf einen Hydraulikdruck im Öl, das aus der Auslaßöffnung 102 ausgestoßen wird, betätigt.
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In gleichartiger Weise zur erstgenannten herkömmlichen Ölpumpanlage wird auch bei dieser bekannten Ölpumpanlage, wenn die Drehzahl des Rotors 200 erhöht wird, das aus der Auslaßöffnung 102 ausgestoßene Öl in seiner Menge vermehrt. Wird die Drehzahl des Rotors 200 erhöht, um einen Hydraulikdruck mit einem Bezugsdruck P1 oder darüber zu erzeugen, überwindet der Druck des aus der Auslaßöffnung 102 ausgestoßenen Hydrauliköls die Druckkraft des Entlastungsventils, wodurch dieses Ventil 300 zum Öffnen gebracht wird. Folglich wird das überschüssige Hydrauliköl zur Außenseite über eine Entlastungsöffnung des Ventils 300 abgeführt.
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Ferner erfordert die in der ungeprüften
JP-GM-Veröffentlichung (KOKAI) Nr. 61-23485 beschriebene herkömmliche Ölpumpanlage zwei Zahnradpumpen. Demzufolge ist sie vom Gesichtspunkt einer Abmessungsverminderung von Nachteil und unvorteilhaft hinsichtlich einer bordseitigen Einbaufähigkeit, wenn sie an oder in Trägern, wie Fahrzeugkarosserien, aufgenommen werden soll.
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Darüber hinaus wird gemäß der in 10 dargestellten herkömmlichen Ölpumpanlage, wenn ein Hydraulikdruck mit dem Bezugsdruck P1 oder darüber erzeugt wird, das Entlastungsventil 300 durch den Druck des von der Auslaßöffnung 102 abgegebenen Hydrauliköls zum Öffnen betätigt und das überschüssige Hydrauliköl zur Außenseite abgeführt, wie oben gesagt wurde. Demzufolge wird das überschüssige, zur Außenseite abgeführte Hydrauliköl auch einem hohen Hydraulikdruck mit dem Bezugsdruck P1 oder darüber ausgesetzt, und demzufolge arbeitet die herkömmliche Ölpumpanlage derart, um eine überflüssige, unnötige Arbeit zu leisten. Insofern ist die herkömmliche Ölpumpanlage hinsichtlich ihres Wirkungsgrades ungünstig.
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Des Weiteren sind aus der
DE 43 08 506 A1 Ölpumpanlagen gemäß dem Oberbegriff von Patentansprüchen 1 und 13 bekannt.
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Abriß der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist mit Blick auf die vorerwähnten Umstände entwickelt worden. Es ist deshalb Aufgabe dieser Erfindung, eine Ölpumpanlage zu schaffen, die Mittel verwendet, um ein überschüssiges Hydrauliköl zu ihrer Einlaßöffnung, ohne einen hohen Druck auf das ausgestoßene überschüssige Hydrauliköl aufzubringen, zurückzuführen, wenn die Drehzahl ihres Rotors erhöht wird, um auf diese Weise mit Sicherheit einen spezifizierten Hydraulikdruck zu erzeugen. Die Mittel zum Zurückführen können das überschüssige Hydrauliköl mittels eines Hydraulikölspeichers zurückleiten. Eine Ölpumpanlage gemäß dieser Erfindung ermöglicht, die Arbeitsnutzleistung (den Wirkungsgrad) zu verbessern, und sie trägt dadurch bei, in vorteilhafter Weise die Antriebsleistung ihrer Ölpumpe zu vermindern. Darüber hinaus ist die Ölpumpanlage der Erfindung in vorteilhafter Weise klein zu bemessen und kann insofern hinsichtlich ihrer bordseitigen Einbaufähigkeit, wenn sie an oder in Trägern, wie Fahrzeugkarosserien, eingebaut wird, günstig ausgestaltet werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Ölpumpanlage gemäß Anspruch 1 sowie mit einer Ölpumpanlage gemäß Anspruch 13 gelöst.
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Wenn in der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage ein geforderter Hydraulikdruck mit Sicherheit im ersten Hydraulikkanal erzeugt wird, kann der Rückführ-Hydraulikkanal ein Kanal sein, der imstande ist, das überschüssige Hydrauliköl unmittelbar zur Einlaßöffnung der Ölpumpe zurückzuführen, oder der imstande ist, das überschüssige Hydrauliköl mittels der Hydraulikölspeichereinheit zurückzuleiten. Demzufolge kann der Rückführ-Hydraulikkanal den zweiten Hydraulikkanal mit der Einlaßöffnung der Ölpumpe direkt verbinden, so daß das im zweiten Hydraulikkanal fließende Öl zur Einlaßöffnung zurückgeführt wird. Alternativ kann der Rückführ-Hydraulikkanal den zweiten Hydraulikkanal mit der Einlaßöffnung der Ölpumpe mittels der Hydraulikölspeichereinheit, z. B. einer Ölwanne, einem Speicher und einem Ölbehälter, verbinden, so daß das im zweiten Hydraulikkanal fließende Öl über die Hydraulikölspeichereinheit zur Einlaßöffnung zurückgeführt wird.
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Der hier gebrauchte Ausdruck ”Hydrauliköl-Empfangsaggregat” bedeutet eine Vorrichtung, der das Hydrauliköl vom Hydrauliköl-Förderkanal zugeführt wird. Beispielsweise kann das Hydrauliköl-Empfangsaggregat eine zu schmierende Vorrichtung, wie ein Lager, eine ölgekühlte Vorrichtung, wie ein Zylinder oder ein Kolben einer Brennkraftmaschine oder ein hydraulisch betätigter Stellantrieb, sein.
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In der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage steigt die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors an, wenn die Umlaufgeschwindigkeit der Antriebsquelle zunimmt, und die Menge an aus der ersten Auslaßöffnung ausgestoßenem Hydrauliköl wird größer. Somit steigt der Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal an.
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Wenn die Drehzahlen der Antriebsquelle und des Rotors niedrig sind sowie der Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal niedriger als ein vorbestimmter Wert Pm ist, wird der Ventilkörper des Regelventils in die erste Position gebracht, wodurch das im ersten Hydraulikkanal fließende Öl mit dem im zweiten Hydraulikkanal fließenden Öl zusammengebracht wird. Das auf diese Weise gereinigte Hydrauliköl wird dem Hydrauliköl-Förderkanal zugeführt. Als Ergebnis kann, selbst wenn die Drehzahl des Rotors niedrig ist, das geforderte Hydrauliköl mit Sicherheit dem Hydrauliköl-Empfangsaggregat zugeführt werden.
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Wenn andererseits die Drehzahl des Rotors größer wird, um die Menge an aus der ersten Auslaßöffnung ausgefördertem Hydrauliköl zu vergrößern, und wenn der Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal höher als der vorbestimmte Wert Pm ist, so wird der Ventilkörper des Regelventils in die zweite Position verstellt, wodurch die oben beschriebene Vereinigung der Hydraulikölströme nicht zustandekommen kann. Als Ergebnis wird das im ersten Hydraulikkanal fließende Öl dem Hydrauliköl-Förderkanal zugeführt, jedoch wird das im zweiten Hydraulikkanal fließende Öl zum Rückführ-Hydraulikkanal zurückgeleitet.
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Anders ausgedrückt heißt das, daß es, sobald die Drehzahlen der Antriebsquelle und des Rotors ansteigen, um die Menge an aus der ersten Auslaßöffnung ausgestoßenem Öl zu vergrößern, und sobald der Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal höher als der vorbestimmte Wert Pm ist, so daß der erste Hydraulikkanal allein mit Sicherheit den geforderten Hydraulikdruck erzeugen kann, unnötig ist, den Hydraulikdruck durch Vereinigen der Hydraulikölströme, wie oben erwähnt wurde, zu erhöhen. Folglich wird das überschüssige Hydrauliköl mittels des Rückführ-Hydraulikkanals zur Einlaßöffnung zurückgeführt. Es ist zu bemerken, daß das überschüssige Hydrauliköl aus der zweiten Auslaßöffnung zum zweiten Hydraulikkanal gefördert wird und daß es unmittelbar zur Einlaßöffnung oder mittels der Ölspeichereinheit zur Einlaßöffnung zurückgeleitet werden kann.
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Auf diese Weise wird eine Förderung des überschüssigen Hydrauliköls zum Hydrauliköl-Förderkanal unterbunden und das Öl vom zweiten Hydraulikkanal zum Rückführ-Hydraulikkanal zurückgeführt. Demzufolge wird das überschüssige Hydrauliköl einem hohen Hydraulikdruck nicht unterworfen. Folglich kann, wenn der geforderte Hydraulikdruck sicher durch den ersten Hydraulikkanal allein erzeugt wird, die erfindungsgemäße Ölpumpanlage überflüssige, unnötige Arbeit vermindern oder kann sie ein Ansteigen dieser hindern. Insgesamt kann die Antriebsleistung zum Betreiben der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage herabgesetzt werden.
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Wenn der geforderte Hydraulikdruck mit Sicherheit allein durch den ersten Hydraulikkanal erzeugt wird, kann ferner die überflüssige Arbeit aufgehoben werden, so daß die erfindungsgemäße Ölpumpanlage hinsichtlich der Arbeitsnutzleistung verbessert wird und daß sie sich gegenüber der herkömmlichen Ölpumpanlage, die in der genannten
JP-GM-Veröffentlichung Nr. 61-23485 offenbart ist, unterscheidet. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Ölpumpanlage von der Anordnung mit zwei integriert vorgesehenen Ölpumpen der herkömmlichen Ölpumpanlage befreit werden. Deshalb kann die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise zu einer Abmessungsverminderung von herkömmlichen Ölpumpanlagen wie auch zur Verminderung deren Masse oder Gewicht beitragen, und schließlich kann sie in vorteilhafter Weise deren bordseitige Einbaufähigkeit zum Anbringen an oder in Trägern, wie Fahrzeugaufbauten, verbessern.
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Eine vollkommenere Würdigung dieser Erfindung und von vielen ihrer Vorteile wird ohne weiteres erlangt, wenn diese unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch besser verständlich wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Anordnung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ölpumpanlage, wobei deren Rotor mit niedriger Drehzahl gedreht wird;
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2 zeigt die erste bevorzugte Ausführungsform, wobei deren Rotor mit hoher Drehzahl gedreht wird;
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3 zeigt eine Anordnung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Ölpumpanlage, wobei der Rotor mit einer mittleren Drehzahl gedreht wird;
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4 zeigt eine Seitenansicht eines Pumpengehäuses in einer realen Ausgestaltung bei der ersten bevorzugten Ausführungsform;
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5 ist ein Querschnitt nach der Linie ”5”–”5” in der 4;
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6 zeigt eine Auslaßmengen-Kennlinie, die durch die erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage erzielt wird;
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7 zeigt eine Anordnung eines Regelventils in einer Variante der ersten Ausführungsform;
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8 zeigt eine Anordnung einer weiteren Variante der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage;
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9 zeigt eine Auslaßdruck-Kennlinie, die bei der weiteren Variante erzielt wird;
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10 zeigt grob schematisch eine Anordnung einer herkömmlichen Ölpumpanlage.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich Zwecken einer Erläuterung der Erfindung und sollen den Rahmen der Erfindung in keiner Weise einschränken, der durch die beigefügten Patentansprüche abgesteckt wird.
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Erste bevorzugte Ausführungsform
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Eine erfindungsgemäße Ölpumpanlage wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine erste bevorzugte Ausführungsform erläutert, welche zur Aufnahme in einem Fahrzeug ausgestaltet und durch eine Brennkraftmaschine betrieben wird, um einen Hydraulikdruck zu erzeugen.
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Wie in 1 schematisch gezeigt ist, ist eine Ölpumpe 1 der Ölpumpanlage mit einem Pumpengehäuse 1a versehen, das aus Metall, z. B. einer Al- oder Fe-Legierung, gefertigt ist. Im Pumpengehäuse 1a ist eine Pumpenkammer 10 ausgestaltet, in welcher ein Innenzahnrad oder -kranz 12, das/der mit einer Mehrzahl von Innenzähnen 11 versehen ist, ausgebildet ist, um ein getriebenes Rad zu bilden. Ferner ist in der Pumpenkammer 10 ein aus Metall gefertigter Rotor oder Drehkörper 2 drehbar angeordnet, welcher mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die eine Antriebsquelle darstellt, verbunden ist und mit der Kurbelwelle gedreht wird. Im allgemeinen ist der Rotor 2 dazu ausgelegt, mit einer Geschwindigkeit von 600–7000 U/min zu drehen.
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Am Außenumfang des Rotors 2 ist ein Außenzahnrad oder -kranz 22 ausgestaltet, der mit einer Mehrzahl von Außenzähnen 21 versehen ist und ein treibendes Rad bildet. Es ist festzuhalten, daß die Innenzähne 11 sowie die Außenzähne 21 durch eine Trochoidenkurve bestimmt sind.
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Der Rotor 2 wird in der Richtung des in 1 angegebenen Pfeils A1 gedreht. Bei Drehen des Rotors 2 kommen die Außenzähne 21 von diesem mit den Innenzähnen 11 einer nach dem anderen in Eingriff, und deshalb wird das Innenzahnrad 12 in derselben Richtung gedreht. Zwischen den Außenzähnen 21 und den Innenzähnen 11 werden Räume 22a–22k gebildet, wie in 1 gezeigt ist, wobei der Raum 22a das größte Volumen und der Raum 22f das kleinste Volumen der Räume 22a–22k besitzt.
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Die mit Bezug zum Raum 22a stromab angeordneten Räume 22b–22f erzeugen einen Auslaßdruck, weil ihr Volumen bei Drehen des Rotors 2 vermindert wird, und sie dienen dem Ausstoßen von Hydrauliköl. Die mit Bezug zum Raum 22a stromauf angeordneten Räume 22f–22k erzeugen einen Einlaß- oder Ansaugdruck, weil ihr Volumen bei Drehen des Rotors 2 vergrößert wird, und sie dienen dem Ansaugen des Hydrauliköls.
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Im Pumpengehäuse 1a der Ölpumpe 1 ist eine Auslaßöffnungsanordnung 33 ausgebildet, die mit einer Hauptauslaßöffnung 31, welche als erste Auslaßöffnung arbeitet, und mit einer Hilfs- oder Unterauslaßöffnung 32, die als eine zweite Auslaßöffnung arbeitet, versehen ist. Die Auslaßöffnungsanordnung 33 ist dazu eingerichtet, das Hydrauliköl aus der Pumpenkammer 10 bei Drehen des Rotors 2 auszufördern. Die Hauptauslaßöffnung 31 ist mit Endflächen 31a sowie 31c versehen, während die Hilfsauslaßöffnung 32 mit Endflächen 32a und 32c ausgestattet ist. Ferner ist im Pumpengehäuse 1a auch eine Einlaßöffnung 36 ausgestaltet, die dazu eingerichtet ist, bei Drehen des Rotors 2 das Hydrauliköl in die Pumpenkammer 10 zu saugen. Die Einlaßöffnung 36 ist mit Endflächen 36a und 36c versehen.
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Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Hauptauslaßöffnung 31 mit Bezug zur Hilfsauslaßöffnung 32 in der durch den Pfeil A1 angegebenen Drehrichtung des Rotors 2 stromab angeordnet. Der Öffnungsquerschnitt der Hauptauslaßöffnung 31 ist größer als der Öffnungsquerschnitt der Hilfsauslaßöffnung 32 bemessen. Wie der 1 zu entnehmen ist, sind die Berührungspunkte E1 und E2 zwischen den Innenzähnen 11 und den Außenzähnen 21 zwischen der Hauptauslaßöffnung 31 sowie der Hilfsauslaßöffnung 32 angeordnet. Demzufolge kommen die Hauptauslaßöffnung 31 und die Hilfsauslaßöffnung 32 längs der Umfangsrichtung der Pumpenkammer 10 nicht miteinander in Verbindung, und diese Auslaßöffnung 31 sowie 32 sind dazu eingerichtet, das Hydrauliköl unabhängig voneinander auszufördern.
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Ein Hydrauliköl-Förderkanal 5 ist ein zur Lieferung eines Hydraulikdrucks des Öls zu einem Hydrauliköl-Empfangsaggregat eingerichteter Kanal. Allgemein kann das Hydrauliköl-Empfangsaggregat eine zu schmierende Vorrichtung, wie ein eine Zufuhr von Hydrauliköl benötigendes Lager, ein Ventilmechanismus einer Brennkraftmaschine oder ein Betätigungsmechanismus, z. B. ein Zylinder und ein Kolben, einer Brennkraftmaschine, sein.
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Ein erster Hydraulikkanal 61 verbindet die Hauptauslaßöffnung 31 mit dem Hydrauliköl-Förderkanal 5. Somit wirkt dieser, um aus der Hauptauslaßöffnung 31 gefördertes Hydrauliköl dem Hydrauliköl-Förderkanal 5 zuzuführen.
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Ein zweiter Hydraulikkanal 62 verbindet den Hydrauliköl-Förderkanal 5 mit der Hilfsauslaßöffnung 32. Somit dient dieser dazu, das aus der Hilfsauslaßöffnung 32 geförderte Öl dem Hydrauliköl-Förderkanal 5 zuzuführen.
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Ein Rückführ-Hydraulikkanal 66 ist mit dem zweiten Hydraulikkanal 62, der an die Einlaßöffnung 36 angeschlossen ist, verbunden. Ferner ist dieser Kanal 66 mit einem Kanal 66m ausgestattet, der dazu dient, das Hydrauliköl zur Einlaßöffnung 36 zurückzuführen, und des weiteren ist ein Kanal 66n vorhanden, der dazu dient, das Hydrauliköl von einer Ölwanne 69 anzusaugen.
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Ein Regelventil 7 ist mit einer Ventilkammer 70, einem ersten Ventilanschluß 71, einem zweiten Ventilanschluß 72, einem Rückführanschluß 73 und einem Zusammenflußanschluß 74 ausgestattet. Der erste Ventilanschluß 71 steht mit dem ersten Hydraulikkanal 61 über einen Zwischen-Hydraulikkanal 61r in Verbindung. Der zweite Ventilanschluß 72 ist mit dem zweiten Hydraulikkanal 62 verbunden. Der Rückführanschluß 73 ist mit dem Rückführ-Hydraulikkanal 66 verbunden. Der Zusammenflußanschluß 74 hat mit einer Zusammenflußzone 5T Verbindung. Ein Regelkolben, d. h. ein Ventikörper 77, ist in die Ventilkammer 70 des Regelventils 7 eingepaßt und wird durch eine Feder 79 in die Richtung des Pfeils 81 in der 1 belastet.
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Gemäß der 1, die schematisch die erfindungsgemäße Ölpumpanlage zeigt, ist das Regelventil 7 über den langen ersten Hydraulikkanal 61, den langen Zwischen-Hydraulikkanal 61r und den langen zweiten Hydraulikkanal 62 mit den Auslaßöffnungen 31 und 32 verbunden. Jedoch wird gemäß den 4 und 5, die eine reale, an Bord eines Fahrzeugs befindliche Konstruktion zeigen, das Regelventil 7 nahe den Auslaßöffnungen angeordnet. Somit sind die Längen der Hydraulikkanäle kurz zu gestalten, wodurch eine Vergrößerung des bordseitigen Raumes der Ölpumpanlage sowie deren Gewichtszunahme verhindert werden und der Druckverlust in den Hydraulikkanälen vermindert wird.
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Wie aus der 1 zu entnehmen ist, wirkt in der derart aufgebauten Ölpumpanlage der Druck des aus der Hauptauslaßöffnung 31 zum ersten Hydraulikkanal 61 geförderten Öls auf den Regelkolben 77 über den Zwischen-Hydraulikkanal 61r und den ersten Ventilanschluß 71 des Regelventils 7. Somit wird eine Kolbenbetätigungskraft F1 erzeugt, um den Regelkolben 77 zu betätigen. Ist diese Kolbenbetätigungskraft F1 kleiner als die Druckkraft F3 der Feder 79 (ist F1 < F3), wird der Regelkolben 77 durch die Feder 79 in der Pfeilrichtung 81 in 1 bewegt und dadurch in eine erste Position gebracht. Hierbei schließt im einzelnen ein erster Kolbenabschnitt 77x des Regelkolbens 77 den ersten Ventilanschluß 77, und ein zweiter Kolbenabschnitt 77y dieses Kolbens schließt den Rückführanschluß 73. Gleichzeitig verbindet der in der ersten Position befindliche Regelkolben 77 den zweiten Ventilanschluß 72 mit dem Zusammenflußanschluß 74.
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Überwindet dagegen die Kolbenbetätigungskraft F1 die Druckkraft F3 der Feder 79, ist F1 > F3, so wird der Regelkolben 77 in der Richtung des Pfeils 82 in 1 bewegt, bis F1 im Gleichgewicht mit F3 ist, womit der Regelkolben 77 in eine zweite Position verstellt wird, wie in 2 gezeigt ist.
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Die 3 zeigt den Ventilkolben 77 des Regelventils 7 in einer Zwischenposition bei seinem Weg von der ersten zur zweiten Position. Wie gezeigt ist, kann der Kolben 77 in eine Zwischenposition gebracht werden, in der sein erster Kolbenabschnitt 77x den Zusammenflußanschluß 74 mit ΔS1 sowie zugleich sein zweiter Kolbenabschnitt 77y den Rückführanschluß mit ΔS2 öffnet. Wie aus der 3 ersichtlich wird, stehen, wenn sich der Kolben 77 in der Zwischenposition befindet, sowohl der zweite Ventilanschluß 72 als auch der Zusammenflußanschluß 74 mit dem Rückführanschluß 73 in Verbindung.
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Die Funktionsweise der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage wird nachstehend beschrieben.
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Wenn die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, d. h. der Antriebsquelle, zunimmt, steigt die Drehzahl des Rotors 2 an. Demzufolge ergibt sich die Charakteristik: die Menge an aus der Hauptauslaßöffnung 31 gefördertem Hydrauliköl wird größer, und der Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal 61 steigt an; gleicherweise wird die Menge an aus der Hilfsauslaßöffnung 32 gefördertem Hydrauliköl größer, und nimmt der Hydraulikdruck im zweiten Hydraulikkanal 62 zu.
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Ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine geringer als eine vorbestimmte Drehzahl, die nach Wunsch festgesetzt werden kann, z. B. mit 3000 U/min, und ist die Drehzahl des Rotors 2 niedrig, so wird die Menge an aus der Hauptauslaßöffnung 31 gefördertem Hydrauliköl geringer. Als Ergebnis ist der Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal 61 niedriger als der vorbestimmte Wert Pm, der beispielsweise etwa 5 bar betragen kann. Unter diesen Umständen wird die Beziehung zwischen der Kolbenbetätigungskraft F1 und der Druckkraft F3 der Feder 79 zu F1 < F3. Folglich wird der Regelkolben 77 durch die Feder 79 in der Pfeilrichtung B1 in 1 belastet und schließt den ersten Ventilanschluß 71, womit der Regelkolben 77 des Regelventils 7 in die erste Position verstellt ist. In diesem Fall wird, wie der 1 zu entnehmen ist, der Rückführanschluß 73 geschlossen und gleichzeitig der zweite Ventilanschluß 72 mit dem Zusammenflußanschluß 74 verbunden. Folglich fließt das vom zweiten Hydraulikkanal 62 kommende Öl über den zweiten Ventilanschluß 72 und den Zusammenflußanschluß 74 in die Zusammenflußzone 5T. Als Ergebnis wird das vom ersten Hydraulikkanal 61 kommende Öl mit dem vom zweiten Hydraulikkanal 62 kommenden Öl in der Zusammenflußzone 5T vereinigt. Folglich wird der geforderte Hydraulikdruck mit Sicherheit im Hydrauliköl-Förderkanal 5 erzeugt. Selbst wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, kann somit der Hydraulikdruck in ausreichender Weise, wie er gefordert wird, mittels des Zusammenfließens erlangt werden.
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Wird andererseits die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht, z. B. über 3000 U/min hinaus, wird die Drehzahl des Rotors dementsprechend vergrößert. Unter diesen Umständen wird die Menge von aus der Hauptauslaßöffnung 31 gefördertem Hydrauliköl vergrößert, und dadurch wird der Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal 61 über den vorbestimmten Wert Pm hinaus erhöht. Schließlich wird die Kolbenbetätigungskraft F1 vergrößert, um die Druckkraft F3 der Feder 79 zu überwinden, d. h. es wird F1 > F3, und folglich wird, wie der 2 zu entnehmen ist, der Regelkolben 77 in der Pfeilrichtung B2 in 2 bewegt, wobei die Feder 79 elastisch zusammengedrückt wird. Damit wird der Regelkolben 77 des Regelventils 7 in die zweite Position verstellt. Im einzelnen schließt der erste Kolbenabschnitt 77x des Regelkolbens 77 den Zusammenflußanschluß 74, um das Zusammenfließen der Ölströme zu unterbinden, d. h. um zu verhindern, daß das vom ersten Hydraulikkanal 61 kommende Hydrauliköl mit dem vom zweiten Hydraulikkanal 62 kommenden Öl vereinigt wird.
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Wie ferner der 2 zu entnehmen ist, wird der Regelkolben 77 in der zweiten Position so angeordnet, um den zweiten Ventilanschluß 72 mit dem Rückführanschluß 73 zu verbinden. Als Ergebnis wird das vom zweiten Hydraulikkanal 62 kommende Öl mittels des zweiten Ventilanschlusses 72 und des Rückführanschlusses 73 in der Richtung des Pfeils Y1 in der 2 zum Rückführ-Hydraulikkanal 66 zurückgeführt. Das auf diese Weise zum Rückführ-Hydraulikkanal 66 geführte Öl wird dem Kanal 66m zugeleitet und unmittelbar in die Einlaßöffnung 36 gesaugt.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, wird bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, wenn die Drehzahlen der Brennkraftmaschine und des Rotors 2 erhöht werden, so daß der Hydraulikdruck, der aus der Menge an aus der Hauptauslaßöffnung 31 gefördertem Hydrauliköl resultiert, größer als der vorbestimmte Wert Pm ist, ein geforderter Hydraulikdruck dann mit Sicherheit im Hydrauliköl-Förderkanal 5 allein durch das vom ersten Hydraulikkanal 61 kommende Öl erzeugt. Somit ist es nicht nötig, das vom ersten Hydraulikkanal 61 kommende Öl mit dem vom zweiten Hydraulikkanal 62 kommenden Hydrauliköl zu vereinigen. Folglich wird das aus der Hilfs-Auslaßöffnung 32 zum zweiten Hydraulikkanal 62 geförderte überschüssige Hydrauliköl mittels des zweiten Ventilanschlusses 72, des Rückführanschlusses 73 und des Rückführ-Hydraulikkanals 66 zur Einlaßöffnung 36 zurückgeführt.
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Die 6 ist ein Diagramm, das schematisch die Beziehungen zwischen den Drehzahlen der Brennkraftmaschine und den Auslaßmengen bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage zeigt. Die gestrichelte Linie A gibt die Kennlinie der gesamten Auslaßmengen an, die von beiden Auslaßöffnungen, d. h. der Hauptauslaßöffnung 31 und der Hilfs-Auslaßöffnung 32, ausgestoßen werden. Bei der ersten Ausführungsform sind beide Auslaßöffnungen 31 und 32 so ausgelegt, die gleiche Auslaßmenge auszustoßen und die gleiche Auslaßmengen-Kennlinie zu zeigen.
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Wie durch die ausgezogene Linie in 6 dargestellt ist, zeigt die erste bevorzugte Ausführungsform der Ölpumpanlage, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedriger als die vorbestimmte Drehzahl N1 ist, die Auslaßmengen-Kennlinie, die durch die gestrichelte Linie A angegeben ist. Somit wird die gesamte Auslaßmenge ausgestoßen, wobei die von beiden Auslaßöffnungen 31 und 32 ausgestoßenen Auslaßmengen vereinigt werden.
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Ferner wird, nachdem die Drehzahl der Brennkraftmaschine die vorbestimmte Drehzahl N1 überschreitet oder über den Punkt Y in 6 hinausgeht, der Kolben 77 des Regelventils in die oben erwähnte Zwischenposition verstellt. Folglich werden, wie in 3 gezeigt ist, der zweite Ventilanschluß 72 und der Zusammenflußanschluß 74 mit dem Rückführanschluß 73 verbunden. Als Ergebnis wird die Auslaßmenge in bezug auf die Zunahme in der Drehzahl in geringerem Ausmaß erhöht.
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Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine zum Punkt Z in der 6 erhöht wird, dann schließt der Kolben 77 des Regelventils 7 den Zusammenflußanschluß 74, um dadurch diesen Anschluß 74 und den Rückführanschluß 73 zu trennen, wie in 3 gezeigt ist. Demzufolge wird die Auslaßmenge zu dem durch die strich-punktierte Linie B in der 6 angegebenen Punkt erhöht, und danach ist die Auslaßmengen-Kennlinie diejenige, die durch die Linie B angegeben ist. Es ist zu bemerken, daß der Unterschied zwischen der strich-punktierten Linie B und der ausgezogenen Linie aus einer Ölleckage od. dgl. resultiert. Auch ist darauf hinzuweisen, daß der Ort des Punkts Z verändert werden kann, indem der Verlagerungsweg, über den der Kolben 77 zum Schließen des Zusammenflußanschlusses 74 bewegt wird, variiert wird.
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Wenn bei der soweit beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der geforderte Hydraulikdruck lediglich durch das vom ersten Hydraulikkanal 61 kommenden Öl erzeugt wird, wird das vom zweiten Hydraulikkanal 62 kommende überschüssige Öl direkt zum Rückführ-Hydraulikkanal 66 geleitet, ohne in den Hydrauliköl-Förderkanal 7 geführt zu werden. Als Ergebnis wird auf das überschüssige Hydrauliköl kein hoher Hydraulikdruck aufgebracht. Beispielsweise kann der am überschüssigen Hydrauliköl aufgebrachte Hydraulikdruck auf einen Wert so niedrig wie etwa 0,3–0,5 bar herabgedrückt werden. Deshalb kann, nachdem der geforderte Hydraulikdruck in sicherer Weise erzeugt ist, eine zusätzliche Arbeit vermindert oder vermieden werden, und dadurch kann die Antriebsleistung zum Betrieb der Ölpumpanlage 1 herabgesetzt werden. Das Vermindern oder Vermeiden einer zusätzlichen Arbeit wird in der Verminderung der Belastung an der Ölpumpe 1 resultieren, und folglich wird in vorteilhafter Weise deren Abmessungsverminderung wie auch die Reduzierung deren Gewichts ermöglicht. Insgesamt kann in Übereinstimmung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform die Ölpumpe 1 in vorteilhafter Weise hinsichtlich ihrer bordseitigen Einbaufähigkeit, wenn sie bei Trägern, wie Fahrzeugaufbauten, eingebaut wird, verbessert werden.
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Abwandlung der ersten bevorzugten Ausführungsform
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Die 7 zeigt eine Variante der ersten bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere eine Abwandlung in der Konstruktion des Regelventils 7 ist. Bei dieser Konstruktion ist ein Verschlußstopfen 80 zwischen einer Feder 79 und einem der einander entgegengesetzten Enden der Ventilkammer 70 angeordnet. Der Verschlußstopfen 80 ist mit einem Vorsprung 80h versehen, der in den axial mittigen Raum der Schraubenfeder 79 ragt.
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Wie in 7 gezeigt ist, ist mit a ein Verlagerungsweg bezeichnet, über welchen der Kolben 77 bewegt wird, um den zweiten Ventilanschluß 72 mit dem ersten Kolbenabschnitt 77x zu verschließen, während mit b der Verlagerungsweg bezeichnet ist, über den der Kolben 77 bewegt wird, um den zweiten Kolbenabschnitt 77y in Berührung mit dem Vorsprung 80h des Verschlußstopfens 80 zu bringen. Es ist zu bemerken, daß der Vorsprung 80h so bemessen ist, damit a größer als b ist (d. h. a > b).
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In der derart konstruierten Variante des Regelventils 7 wird, selbst wenn sich der Kolben 77 des Regelventils 7 in der zweiten Position befindet, in der der erste Kolbenabschnitt 77x den Zusammenflußanschluß 74 verschließt, der zweite Ventilanschluß 72 geöffnet. Demzufolge werden der zweite Ventilanschluß 72 und der Rückführanschluß 73 miteinander in Verbindung gehalten. Als Ergebnis ist es möglich, wenn die Temperatur des Hydrauliköls niedrig und der Hydrauliköldruck übermäßig ist, das Brechen des Pumpengehäuses 1a und des Rotors 2, was aus dem übermäßigen Hydraulikdruck resultiert, zu vermeiden.
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Bei der in 7 gezeigten Variante wird der Verlagerungsweg des Regelkolbens 77 durch den Vorsprung 80h des Verschlußstopfens 80 geregelt. Es ist jedoch auf die Möglichkeit hinzuweisen, denselben Vorteil ohne das Vorsehen des Verschlußstopfens 80 zu erzielen. Beispielsweise kann in dem Regelventil 7 der ersten bevorzugten Ausführungsform die Wendelteilung der Schraubenfeder 79 derart justiert werden, daß die einander benachbarten, die Feder 79 bildenden Windungen in enge Berührung miteinander gebracht werden, bevor der erste Kolbenabschnitt 77x den zweiten Ventilanschluß 72 verschließt.
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Bei der vorbeschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Auslaßöffnungsanordnung 33 von einer Hauptauslaßöffnung 31 und einer Hilfsauslaßöffnung 32 gebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise ist bei der Auslaßöffnungsanardnung die Zahl für die Hilfsauslaßöffnung 32 nicht auf Eins begrenzt, d. h. eine Auslaßöffnungsanordnung kann von einer einzelnen Hauptauslaßöffnung 31, einer ersten Hilfsauslaßöffnung sowie einer zweiten Hilfsauslaßöffnung gebildet werden.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage, wobei die Auslaßöffnungsanordnung wie oben konstruiert ist, betätigt der Hydraulikdruck des aus der Hauptauslaßöffnung 31 geförderten Hydrauliköls ebenfalls den Regelkolben 77 des Regelventils 7. Jedoch können bei dieser abgewandelten Ausführungsform zwei der Hydraulikölströme (z. B. das von der Hauptauslaßöffnung 31 und das von der ersten Hilfsauslaßöffnung kommende Hydrauliköl) miteinander vereinigt werden, oder es können drei Hydraulikölströme (z. B. das von der Hauptauslaßöffnung 31, das von der ersten Hilfsauslaßöffnung und das von der zweiten Hilfsauslaßöffnung kommende Hydrauliköl) miteinander zusammengeführt werden.
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Die 8 und 9 zeigen eine weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Ölpumpanlage. Bei dieser Abwandlung wird ein Regelventil 107 durch eine bekannte elektromagnetische Proportional-Regeleinrichtung 90 betätigt. Die Proportional-Regeleinrichtung 90 wird durch Ausgangssignale betätigt, die von einer elektrischen Regelvorrichtung 91 in Abhängigkeit von einem Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal 61, einer Hydrauliköltemperatur, einem Öffnungsgrad einer Drosselklappe und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine ausgegeben werden.
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Mit Ausnahme der elektromagnetischen Proportional-Regeleinrichtung 90, der elektrischen Regelvorrichtung 91 und des Regelventils 107 ist diese Abwandlung grundsätzlich in derselben Weise wie die erste bevorzugte Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, konstruiert. Deshalb sind Bauteile mit gleicher Funktion mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter beschrieben.
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Bei dieser Abwandlung ermittelt die elektrische Regelvorrichtung 91 den Hydraulikdruck im ersten Hydraulikkanal 61, die Hydrauliköltemperatur, den Öffnungsgrad einer Drosselklappe und die Drehzahl der Brennkraftmaschine direkt oder indirekt und gibt die Ventilbetätigungssignale im Ansprechen auf die so ermittelten Signale aus. Das Regelventil 107 wird in Übereinstimmung mit den Ventilbetätigungssignalen so betrieben, daß die erfindungsgemäße Ölpumpanlage die Auslaßdruck-Kennlinie, die in 9 dargestellt ist, zeigt.
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Die Auslaßdruck-Kennlinie der 9 ist im wesentlichen zu derjenigen, die in 6 dargestellt ist, identisch. Bei dieser Abwandlung kann in Abhängigkeit von den Belastungen der Brennkraftmaschine ein optimaler Auslaßdruck (oder eine optimale Auslaßmenge) durch eine elektromagnetische Regelung bewerkstelligt werden. Somit vermeidet diese Abwandlung die Erzeugung von nutzloser, vergeudeter Arbeit.
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Es sollte klar sein, daß dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet bei Kenntnis der vermittelten Lehre dieser Erfindung zahlreiche Abwandlungen und Abänderungen nahegelegt sind, die jedoch in den Rahmen dieser Erfindung fallen.
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Insbesondere ist die erfindungsgemäße Ölpumpanlage nicht auf die erste bevorzugte Ausführungsform und die Abwandlung von dieser begrenzt, die vorstehend beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Beispielsweise soll der vorbestimmte Hydraulikdruckwert Pm schwerlich auf den vorgenannten Wert begrenzt werden. Die erfindungsgemäße Ölpumpanlage kann auf solche Anlagen angewendet werden, die für eine ganze Reihe von industriellen Anlagen außer einem Fahrzeug geeignet sind. Ferner muß die Ölpumpe nicht notwendigerweise eine solche vom Trochoidentyp sein. Des weiteren kann die Ölpumpe 1 durch andere Antriebsquellen als der direkt gekoppelten Kurbelwelle, z. B. durch Riemenscheiben und einen Zahnriemen, angetrieben werden.
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Eine erfindungsgemäße Ölpumpanlage umfaßt somit eine Ölpumpe, einen ersten Hydraulikkanal, einen zweiten Hydraulikkanal, einen Rückführ-Hydraulikkanal und ein Regelventil. Wenn eine Drehzahl eines Rotors der Ölpumpe niedrig ist und wenn ein Druck eines aus einer ersten Auslaßöffnung der Ölpumpe zum ersten Hydraulikkanal geförderten Öls niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, wird ein Ventilkörper des Regelventils in eine erste Position verstellt, in welcher das im ersten Hydraulikkanal fließende Öl mit dem aus einer zweiten Auslaßöffnung der Ölpumpe zum zweiten Hydraulikkanal geförderten Öl vereinigt und das somit zusammengeführte Hydrauliköl einem Hydrauliköl-Empfangsaggregat über einen Hydrauliköl-Förderkanal zugeführt wird. Ist die Drehzahl des Rotors hoch und der Hydraulikdruck des aus der ersten Auslaßöffnung zum ersten Hydraulikkanal geförderten Öls höher als der vorbestimmte Wert, wird der Ventilkörper in eine zweite Position verstellt, in der eine Vereinigung der Hydraulikölströme unterbunden und lediglich das aus der ersten Auslaßöffnung zum ersten Hydraulikkanal geförderte Öl dem vorgenannten Hydrauliköl-Empfangsaggregat zugeführt wird. Die Ölpumpanlage ist in vorteilhafter Weise klein zu bemessen und von leichtem Gewicht, und sie ist hinsichtlich ihres Wirkungsgrades sowie ihrer Einbaufähigkeit, z. B. an Bord eines Fahrzeugs, verbessert.
