DE19926350C1 - Ölversorgungssystem - Google Patents

Abstract

Ein Ölversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine weist wenigstens eine Pumpe und wenigstens eine Kolbenspritze zur Kolbenkühlung auf, welche über wenigstens eine Kolbenspritzzuleitung mit Öl versorgbar ist. Die Pumpe weist hierbei wenigstens zwei voneinander räumlich getrennte Förderkammern auf, wobei eine als Hochdruckkammer die Schmierstellen und die andere als Niederdruckkammer die Kolbenspritze versorgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ölversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Pumpe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definier­ ten Art.

Je höher bei Brennkraftmaschinen die thermische Bela­ stung und je größer der Durchmesser der in der Brenn­ kraftmaschine angeordneten Kolben ist, um so mehr neh­ men die Temperaturen und Temperaturdifferenzen zu. Bei Hochleistungsbrennkraftmaschinen und bei großen Brenn­ kraftmaschinen wird daher eine besondere Kolbenkühlung erforderlich. Dies erfolgt meist über sogenannte Kol­ benspritzen, die von einer Pumpe mit Öl versorgt wer­ den.

Die Pumpe erzeugt bei solchen Systemen einen Druck von ca. 6 bar, welcher für die Versorgung der Lager und weiterer Schmierstellen erforderlich ist. Für die Kol­ benspritzen wird jedoch nur ein Druck von ca. 0,5 bar benötigt. Da die Versorgung der Kolbenspritze mit Öl jedoch ebenfalls durch die Pumpe erfolgt, muß der Druck von ca. 6 bar auch die Kolbenspritzen passieren, wodurch das Öl unnötig erhitzt wird und dasselbe zu­ sätzlich zur Motorwärme thermisch belastet wird, wo­ durch das Öl wiederum schneller altert, die Ölviskosi­ tät abnimmt und damit auch die Sicherheit gegen Mischreibung.

Der Hauptnachteil ist jedoch, daß die Motorölpumpe relativ viel Leistung aufnimmt, um diesen Druck von 6 bar liefern zu können. Dies ist wiederum sehr unwirt­ schaftlich, da die größere Menge des Öls wieder an der Spritzdüse gedrosselt wird und somit ein nicht uner­ heblicher Teil der in die Pumpe eingebrachten Leistung praktisch verschwendet wird. Bei Brennkraftmaschinen mit hoher Zylinderzahl und/oder Aufladung kommt man hier an Machbarkeitsgrenzen, da die Erwärmung des Öles praktisch kaum noch beherrschbar ist.

In der gattungsgemäßen DD 252 413 A1 ist eine Einrich­ tung zur Öldrucksteuerung von Brennkraftmaschinen of­ fenbart. Mit der darin beschriebenen Einrichtung soll die Ölpumpenleistung verringert und damit die Wirt­ schaftlichkeit und des weiteren die Lebensdauer der Brennkraftmaschine erhöht werden.

Nachteilig an der in dieser Schrift beschriebenen Ein­ richtung ist jedoch, daß die Kolbenspritzen durch ein Steuerventil erst ab einer bestimmten, durch den Auf­ bau des Ventils fest vorgegebenen Drehzahl der Motor­ ölpumpe die Kolben gekühlt werden, so daß eine optima­ le Anpassung der Kolbenkühlung nicht möglich ist.

Die DE 41 17 152 C1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Hauptölkreislauf und einem Nebenölkreislauf, bei welcher eine Verbindung dieser beiden Ölkreisläufe unter einer möglichst einfachen Leitungsführung er­ reicht werden soll.

Die DE 38 14 750 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Antrieb einer Schmiermittelpumpe einer Brennkraftma­ schine. Die Einrichtung weist ein zwischen der Brenn­ kraftmaschine und der Schmiermittelpumpe angeordnetes Planetgetriebe auf, dessen Übersetzung durch eine Re­ gulierpumpe, abhängig vom Druck des Schmiermittels, stufenlos geändert wird.

Weitere Ölversorgungs- bzw. Schmiersysteme sind in der DE 27 20 034 C2, der DE 195 02 235 A1, der DE 195 31359 A1, der WO 96/32570, der US 2,550,967 und der JP 07071216 A beschrieben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ölver­ sorgungssystem für eine Brennkraftmaschine unter Bei­ behaltung eines einfachen Aufbaus zu schaffen, welches Lager, Schmierstellen und Kolbenspritzen zur Kühlung der Kolben versorgt, wobei das Ölversorgungssystem möglichst wenig Leistung aufnimmt und gleichzeitig eine Aufheizung des Öls durch eine Drosselung dessel­ ben innerhalb des Ölversorgungssystems vermieden wird. Des weiteren soll die Kühlung der Kolben optimal an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Brennkraftma­ schine angepaßt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Ölversorgungssystem werden die Schmierstellen und die Kolbenspritzen aus zwei voneinander räumlich getrennten Förderkammern ver­ sorgt. Durch die Versorgung der Schmierstellen mit einem hohen Druck aus der Hochdruckkammer und der Ver­ sorgung der Kolbenspritzen mit einem niedrigen Druck aus der Niederdruckkammer, wird vermieden, daß das gesamte Öl erst auf ein hohes Druckniveau gebracht werden muß, wovon ein Großteil zur Versorgung der Kol­ benspritzen dann wieder, unter nicht unerheblicher Wärmeentwicklung, auf ein niederes Druckniveau gedros­ selt werden muß. Somit wird die Erwärmung des Öls in Folge der Drosselung desselben vermieden, was zu einer längeren Haltbarkeit des Öls und einer sichereren Schmierung führt, da die Ölviskosität nur innerhalb eines relativ kleinen Bereiches schwankt.

Weiter nimmt die Ölversorgungspumpe des erfindungsge­ mäßen Ölversorgungssystems eine relativ geringe Lei­ stung auf, was zu einem verbesserten Gesamtwirkungs­ grad der Brennkraftmaschine führt, wodurch wiederum mehr nutzbare Leistung an der Kurbelwelle der Brenn­ kraftmaschine zur Verfügung steht bzw. Kraftstoff ein­ gespart wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung, bei welcher eine Druckbegrenzungseinheit vom Druck der Hochdruckkammer ansteuerbar und der Druck in der Niederdruckkammer über die Druckbegrenzungseinheit regelbar ist, insbe­ sondere dadurch, daß der Druck in der Kolbenspritzzu­ leitung über die Druckbegrenzungseinheit regelbar ist, läßt sich der Druck der Kolbenspritzen optimal an ent­ sprechende Betriebsparameter anpassen.

Außerdem ist das erfindungsgemäße Ölversorgungssystem in seinem Aufbau einfach und somit kostengünstig.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dar­ gestellten Ausführungsbeispiel.

In der einzigen Figur ist ein Ölversorgungssystem 1 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine zu se­ hen. Das Ölversorgungssystem 1 weist eine Saugglocke 2 auf, welche in ein, sich in einer Ölwanne 3 befindli­ ches, Ölbad 4 hineinragt. Über eine in Förderrichtung (Pfeil 5) gesehene hinter der Saugglocke 2 befindliche Leitung 6 ist das Öl einer Pumpe 7 zuführbar.

Die Pumpe 7 ist über ein auf einer Antriebswelle 8 angeordnetes Kettenrad 9 in bekannter Art und Weise von einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brenn­ kraftmaschine antreibbar. Die Pumpe 7 ist hierbei als Außenzahnradpumpe ausgeführt. Außenzahnradpumpen haben den Vorteil, daß sie einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen und trotzdem relativ preisgünstig sind.

Von der Leitung 6 führt eine Leitung 10 in eine Hoch­ druckkammer 11 der Pumpe 7 und eine Leitung 12 in eine Niederdruckkammer 13 der Pumpe 7. In der Hochdruckkam­ mer 11 und in der Niederdruckkammer 13 sind die beiden jeweiligen Zahnradpaare 14 und 15 der Pumpe 7 (in der Zeichnung ist nur jeweils ein Zahnrad ersichtlich, denn das andere liegt in Zeichnungsebene dahinter) angeordnet.

Das Zahnradpaar 15, welches in der Niederdruckkammer 13 angeordnet ist, weist hierbei eine größere axiale Ausdehnung auf als das in der Hochdruckkammer 11 ange­ ordnete Zahnradpaar 14. Durch diese unterschiedliche axiale Ausdehnung der beiden Zahnradpaare 14 und 15 ist das Verhältnis der Volumenströme, welche durch die Hochdruckkammer 11 und die Niederdruckkammer 13 geför­ dert werden, festgelegt.

Der aus der Hochdruckkammer 11 austretende Ölstrom strömt über eine Austrittsleitung 16 zu einer Lei­ tungsabzweigung 17, an welcher sich der aus der Hoch­ druckkammer 11 der Pumpe 7 kommende Ölstrom aufteilt und über eine Leitung 18 einem Ölfilter 19 zugeführt wird, wobei ein Überdruckventil 16a den maximalen Öl­ druck begrenzt. Der andere Teil des aufgeteilten Öl­ stroms wird im Beispiel über eine Steuerölleitung 20, durch ein Dämpfungselement 21 und einem elektromagne­ tischen Stellelement 22 hindurch einer Druckbegren­ zungseinheit 23 zugeführt, wodurch sich die Druckbe­ grenzungseinheit 23 ansteuern läßt. In diesem Beispiel wird die Servoenergie für die Druckbegrenzungseinheit 23 der Hochdruckkammer 11 entnommen. Selbstverständ­ lich sind auch andere Regelorgane darstellbar, z. B. rein elektrische.

Über das elektromagnetische Stellelement 22 läßt sich mit sehr geringem Energieaufwand der Steuerdruck, mit welchem die Druckbegrenzungseinheit 23 beaufschlagt werden soll, regeln. Das in der Steuerölleitung 20 angeordnete Dämpfungselement 21 hat hierbei die Aufga­ be, eventuell auftretende starke Schaltreaktionen aus­ zugleichen bzw. zu dämpfen. Das Dämpfungselement 21 kann hierbei z. B. eine Drossel sein.

Der aus der Niederdruckkammer 13 austretende Ölstrom strömt über eine Leitung 24 zu einer Leitungsabzwei­ gung 25, an welcher sich der Ölstrom aufteilt und über eine Kolbenspritzenzuleitung 26 vier Kolbenspritzen 27 zugeführt wird. Der andere Teil des aufgeteilten aus der Niederdruckkammer 13 der Pumpe 7 kommenden Öl­ stroms, wird über eine Eintrittsleitung 28 der Druck­ begrenzungseinheit 23 zugeführt. Die Druckbegrenzungs­ einheit 23 weist einen axial verschiebbaren Ansteuer­ kolben 29 auf, an welchem ein Nocken 30 angeordnet ist. Der Ansteuerkolben 29 ist hierbei mit dem in der Steuerölleitung 20 herrschenden Öldruck beaufschlagt. Der an dem Ansteuerkolben 29 angeordnete Nocken 30 steht mit seiner der Steuerölleitung 20 abgewandten Seite an einem ebenfalls axial verschiebbaren Mengen­ regulierkolben 31 an. Der Mengenregulierkolben 31 ist hohl ausgeführt und an einer, seiner dem Nocken 30 abgewandten Stirnseite 32 offen. Von dieser Stirnseite 32 ist eine Schraubendruckfeder 33 in den Mengenregu­ lierkolben 31 eingeschoben. Die Schraubendruckfeder 33 drückt den Mengenregulierkolben 31 an den Nocken 30 des Ansteuerkolbens 29, welcher wiederum, wie bereits erwähnt, aufgrund des in der Steuerölleitung 20 herr­ schenden Druckes den am Ansteuerkolben 29 angeordneten Nocken 30 dem Mengenregulierkolben 31 entgegendrückt.

Die Federkonstante der Schraubendruckfeder 33 ist hierbei so gewählt, daß bei einem bestimmten Druck, z. B. 0,5 bar, der Ansteuerkolben 29 über den an dem­ selben angeordneten Nocken 30, den Mengenregulierkol­ ben 31 derart axial verschiebt, daß ein Überströmen von der Eintrittsleitung 28 zu einer Austrittsöffnung 34 der Druckbegrenzungseinheit 23 möglich ist, und da­ durch der in der Leitung 24 herrschende Druck begrenz­ bar ist.

Die Druckbegrenzungseinheit 23 weist des weiteren ei­ nen induktiven Wegaufnehmer 35 auf, mit welchem die Stellung bzw. die Position des Mengenregulierkolbens 31 feststellbar ist. Der induktive Wegaufnehmer 35 steht mit einer Motorelektronikeinheit 36 über eine Sensorleitung 37 in elektrischer Verbindung. Die Mo­ torelektronikeinheit 36 steht des weiteren mit der elektromagnetischen Stelleinrichtung 22 über eine Steuerleitung 36 in elektrischer Verbindung, wobei sich die Stellung bzw. der Zustand der Stelleinrich­ tung 22 über die Motorelektronikeinheit 36 steuern bzw. regeln läßt.

Nachfolgend wird die Funktion des Ölversorgungssystems 1 erläutert.

Die Pumpe 7 fördert durch den Antrieb der Zahnradpaare 14 und 15 Öl in die Leitungen 16 und 24, wodurch in den Leitungen 16 und 24 ein Druck aufgebaut wird. Der Druck aus der Hochdruckkammer 11, welcher von dem Zahnradpaar 14 aufgebaut wird, liegt an dem Ansteuer­ kolben 29 an. Über das elektromagnetische Stellelement 22 läßt sich der Steuerdruck, mit welchem der Ansteu­ erkolben 29 beaufschlagt wird, steuern bzw. regeln. Sobald der an dem Ansteuerkolben 29 anliegende Steuer­ druck einen bestimmten Wert, z. B. 0,5 bar, erreicht, drückt der Ansteuerkolben 29, aufgrund der sich aus der Fläche des Ansteuerkolbens 29 und dem an demselben anliegenden Druck ergebende Kraft, über den Nocken 30 auf den Mengenregulierkolben 31 und verschiebt densel­ ben entgegen der von der Schraubendruckfeder 33 auf den Mengenregulierkolben 31 ausgeübten Federkraft.

Durch diese Verschiebung des Mengenregulierkolbens 31 gibt dieser innerhalb der Druckbegrenzungseinheit 23 eine Verbindung zwischen der Eintrittsleitung 28 und der Austrittsöffnung 34 frei, so daß der in der Lei­ tung 24 herrschende Druck von ca. 0,5 bar nicht weiter ansteigt. Somit ist gewährleistet, daß die Kolben­ spritzen 27 mit einem für dieselben geeigneten Öl­ druck, nämlich ca. 0,5 bar, versorgt werden.

Das aus der Austrittsöffnung 34 austretende Öl wird dann über eine nicht dargestellte Leitung dem sich in der Ölwanne 3 befindlichen Ölbad 4 zugeführt.

Da der Druck, wie bereits beschrieben, in der Leitung 24 relativ niedrig ist, ist gewährleistet, daß das in der Niederdruckkammer der Pumpe 7 angeordnete Zahn­ radpaar 15 nicht gegen ein hohes Druckniveau mit einer dafür erforderlichen hohen Leistung fördern muß, so daß die Antriebsleistung der Pumpe 7 klein gehalten werden kann. Da das Zahnradpaar 15 wie erwähnt nur gegen einen geringen Öldruck fördern muß, kann für dieses Zahnradpaar ein Werkstoff mit weniger hohen Festigkeitswerten verwendet werden, welcher gleichzei­ tig kostengünstiger ist, als Werkstoffe mit hohen Fe­ stigkeitswerten. Das treibende Zahnradpaar 15 ist hierbei auf der Antriebswelle 8 schwimmend gelagert, um axiale Verspannungen zu vermeiden.

Der Druck, welcher in der Leitung 16 herrscht und von dem in der Hochdruckkammer 11 der Pumpe 7 angeordneten Zahnradpaar 14 erzeugt wird, steigt mit zunehmender Drehzahl der von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschi­ ne über das Kettenrad 9 angetriebenen Antriebswelle 8 und dem darauf angeordneten Zahnradpaar 14. Dieser von dem Zahnradpaar 14 erzeugte Druck wird zur Schmierung der einzelnen Lagerstellen der Brennkraftmaschine be­ nötigt und denselben über eine Zuleitung 39 und weite­ re nicht dargestellte Zweigleitungen zugeführt.

Dadurch, daß sich der Steuerdruck, mit welchem der Ansteuerkolben 29 beaufschlagt wird, über das Stell­ element 22 steuern bzw. regeln läßt, kann das Öff­ nungsverhalten des Mengenregulierkolbens 31 und somit auch der an den Kolbenspritzen 27 anliegende Öldruck gesteuert bzw. geregelt werden. Zur einwandfreien Funktion benötigt der Kolben 29 ein gewisses Leckage­ spiel zwecks Rückstellung.

Der optimale Druck, mit welchem die Kolbenspritzen 27 versorgt werden bzw. mit welchem Druck dieselben die Kolben der Brennkraftmaschine kühlen, läßt sich da­ durch regeln, daß der an der Druckbegrenzungseinheit 23 angeordnete Wegaufnehmer 35 und das Stellelement 22 mit der Motorelektronikeinheit 36 über die Sensorlei­ tung 37 bzw. die Steuerleitung 38 in elektrischer Ver­ bindung stehen. Die komplette Regelung übernimmt somit die Motorelektronikeinheit 36, so daß die Kühlung der Kolben den entsprechenden Motorbetriebsparametern op­ timal angepaßt werden kann.

Selbstverständlich kann die Position des Mengenregu­ lierkolbens 31 so geregelt werden, daß dieser inner­ halb der Druckbegrenzungseinheit 23 einen solch großen Querschnitt zwischen der Eintrittsleitung 28 und der Austrittsöffnung 34 freigibt, daß nur noch ein ver­ schwindend geringer Druck an den Kolbenspritzen 27 vorhanden ist und diese die Kolben somit nicht mehr kühlen, wenn dies nicht erforderlich ist. Bei System­ ausfall der Motorelektronikeinheit 36 wird eine Magnetspule 22a des Stellelements 22 stromlos geschal­ tet, wodurch die Funktion der Spritzkühlung der Kolben durch die Kolbenspritzen 27 gewährleistet bleibt.

Die Darstellung des Ölversorgungssystems 1 in Fig. 1 ist lediglich schematisch. Selbstverständlich können die Hochdruckkammer 11 und die Niederdruckkammer 13 auch in einem einzigen kompakten Gehäuse angeordnet sein.

Die Anordnung der beiden Zahnradpaare 14 und 15 auf derselben Antriebswelle 8 stellt eine in ihrem Aufbau sehr einfache und relativ leicht zu fertigende Lösung dar. Ein weiterer, fertigungstechnisch nicht unerheb­ licher Vorteil ist, daß die Abdichtung des Nieder­ druckteiles des Ölversorgungsystems 1 mit relativ ge­ ringem Aufwand und groben Toleranzen realisiert werden kann, da der Druck gegen welchen abgedichtet werden soll sehr niedrig ist.

Claims (10)

1. Ölversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Pumpe und wenigstens einer, über eine Kolbenspritzzuleitung mit Öl versorgbare Kolbenspritze zur Kolbenkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (7) wenigstens zwei voneinander räumlich getrennte Förderkammern (11, 13) aufweist, wobei eine als Hochdruckkammer (11) die Schmierstellen versorgt, und wobei die andere als Niederdruckkam­ mer (13) die Kolbenspritzen (27) versorgt.

2. Ölversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckbegrenzungseinheit (23) von einem Druck der Hochdruckkammer (11) ansteuerbar ist, und daß der Druck in der Niederdruckkammer (13) über die Druckbegrenzungseinheit (23) regelbar ist.

3. Ölversorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Kolbenspritzzuleitung (26) über die Druckbegrenzungseinheit (23) regelbar ist.

4. Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (7) als Außenzahnradpumpe ausgeführt ist.

5. Ölversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Ausdehnung der Zahnradpaare (14, 15), welche in den beiden Förderkammern (11, 13) der Pumpe (7) angeordnet sind, abhängig von dem jewei­ ligen Fördervolumen ausgeführt ist.

6. Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochdruckförderkammer (11) und der Druckbegrenzungseinheit (23) ein Dämpfungselement (21) angeordnet ist.

7. Ölversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnradpaare (14, 15) auf einer An­ triebswelle (8) angeordnet sind.

8. Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellelement (22) mit einer Motorelektronik­ einheit (36) über eine Steuerleitung (38) in elek­ trischer Verbindung steht, durch das der Druck, mit welchem die Druckbegrenzungseinheit (23) den in der Kolbenspritzzuleitung herrschenden Druck beeinflußt, nach Betriebsparametern regelbar ist.

9. Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Druckbegrenzungseinheit (23) ein Wegaufnehmer (35) angeordnet ist, mit welchem die Position eines innerhalb der Druckbegrenzungsein­ heit (23) angeordneter Mengenregulierkolben (31) erfaßbar ist, durch den der Druck in der Kolben­ spritzzuleitung (26) regelbar ist.

10. Ölversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (35) über eine Sensorleitung (37) mit der Motorelektronikeinheit (36) in elektri­ scher Verbindung steht.