DE19934800A1 - Verfahren zum Steuern des Ausgangsdruckes einer Motorölpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine. DOLLAR A Gemäß der Erfindung weist das Schmiermittelsystem die folgenden Merkmale auf: DOLLAR A 1.1 einen Motorschmiermittelkreislauf mit einer Ausgleichseinheit (Counter-Balance Assembly); DOLLAR A 1.2 einen Schmiermittelsumpf, der mit dem Schmiermittelkreislauf in leitender Verbindung steht; DOLLAR A 1.3 eine Ölpumpe, die mit dem Schmiermittelkreislauf und mit dem Sumpf in leitender Verbindung steht und die einen Auslaß aufweist, um ein Schmiermittel aus dem Sumpf durch den Schmiermittelkreislauf sowie zurück zum Sumpf zu fördern; DOLLAR A 1.4 ein Drucksteuerventil zum Steuern des Ölstromes von der Ölpumpe in Abhängigkeit von einem überlagerten Schmiermitteldruck, umfassend einen ersten Schmiermitteldruck, der am Auslaß der Schmiermittelpumpe herrscht und einem zweiten Schmiermitteldruck, der am Ende des Schmiermittelkreislaufes herrscht, um den Schmiermitteldruck im Schmiermittelsystem einzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil, insbesondere ein Verfahren zum Steuern des Pilotdruckes, der einem Drucksteuerventil einer Motorölpumpe eingespeist wird.

Die Schmierung ist bei Verbrennungsmotoren zur Verringerung der Reibung und des Verschleißes bekanntlich von entscheidender Bedeutung. Dabei wird ein unter Druck stehendes Schmiermittel von einer Ölpumpe durch den Motorblock, die Zylinderköpfe und so weiter eines Motorfahrzeuges umgewälzt, um die verschiedenen, sich bewegenden Teile zu schmieren, insbesondere die Kurbelwelle, die Nockenwelle, die Kolben sowie die verschiedenen Lager.

Zum Steuern der dem Motor zugeführten Ölmenge gibt es verschiedene Möglichkeiten. So läßt sich die Ölmenge durch ein Drucksteuerventil steuern, das Öl selektiv von einer Pumpe dem Motor zuführt. Üblicherweise wird dabei der am Ausgang der Ölpumpe herrschende Druck dazu ausgenutzt, das Drucksteuerventil zu betätigen. Das Betätigen des Drucksteuerventils führt dazu, daß Öl zu einer Innenkammer der Ölpumpe oder zum Ölsumpf zurückgeführt wird. Auf diese Weise steuert das Drucksteuerventil nicht nur den Durchsatz von Öl im Schmiermittelkreislauf, sondern regelt auch den Öldruck am Ausgang der Pumpe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den von einer Ölpumpe erzeugten Schmiermittelstrom dadurch zu regeln, daß ein Druckregelventil oder ein Drucksteuerventil verwendet wird, um damit den Druck im Schmiermittelsystem einzustellen. Es soll ferner ermöglicht werden, das Drucksteuerventil auf stabilere Weise zu überwachen. Schließlich soll ein übermäßig hoher Pumpendruck während des Kaltstarts verhindert werden, und während des warm gelaufenen Betriebes dafür gesorgt werden, daß der Öldruck in sämtlichen Lagern ungeachtet des Lagerzustandes ein angemessener ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung geht somit von einem Schmiermittelsystem aus, umfassend ein Drucksteuerventil zum Einstellen des Öldruckes einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeuges. Dabei ist eine Ölpumpe zum Umwälzen des Öls durch das Schmiermittelsystem vorgesehen, ferner ein Ölsumpf. Das Drucksteuerventil in der Ölpumpe führt in Abhängigkeit von einem Steueröldruck eine Schieberbewegung aus. Nimmt der Öldruck zu, so arbeitet das Drucksteuerventil dahingehend, daß es einen Teil des Öles in den Ölsumpf zurückführt. Hierdurch wird der Öldurchsatz durch die Ölpumpe gesteuert, womit der Öldruck im Schmiersystem eingestellt wird. Um ein stabileres Ansprechen durch das Drucksteuerventil zu erzielen, wird der zum Betätigen des Ventils verwendete Steuerdruck durch ein Überlagern erzielt, und zwar eines Druckes, der am Auslaß der Ölpumpe herrscht, und eines Druckes, der am Ende oder im Bereich des Endes des Schmiermittelkreislaufes herrscht.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild und zeigt die Komponenten eines erfindungsgemäßen Schmiermittelsystems.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer Ölpumpeneinheit, angeschlossen an eine Ausgleichswelleneinheit eines erfindungsgemäßen Schmiersystems.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2 der erfindungsgemäßen Ölpumpeneinheit.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2 der Ölpumpeneinheit und der Ausgleichswelleneinheit gemäß der Erfindung.

Fig. 5-7 sind Teilschnittansichten entlang der Linie A-A von Fig. 2 der Ölpumpeneinheit; sie veranschaulichen das Betätigen eines Drucksteuerventils gemäß der Erfindung.

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild und zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmiermittelsystems.

Fig. 9 ist eine Draufsicht auf eine Ölpumpeneinheit, angekoppelt an eine Ausgleichswelleneinheit der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schmiermittelsystems.

Fig. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 9 der erfindungsgemäßen Pumpeneinheit.

Fig. 11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von Fig. 9 der erfindungsgemäßen Ölpumpeneinheit und Ausgleichswelleneinheit.

Das in Fig. 1 gezeigte Schmiermittelsystem 10 ist für eine Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs vorgesehen. Eine Ölpumpe 20 steht mit einem Schmiermittelkreislauf 12 in leitender Verbindung. Im Schmiermittelkreislauf 12 wird Öl einer Mehrzahl der sich bewegenden Teile des Motors zugeführt, unter anderem den Hauptlagern und den Pleuellagern. Ein Sumpf steht mit der Ölpumpe 20 und dem Schmiermittelkreislauf 12 in leitender Verbindung. Aus dem Ölsumpf 14 wird von der Pumpe 20 Öl entnommen beziehungsweise dem Sumpf 14 wird aus dem Schmiermittelkreislauf 12 Öl wieder zugeleitet. Außerdem versteht es sich, daß dem Sumpf 14 Lecköl oder Tropföl aus dem Schmiermittelkreislauf 12 zugeführt wird.

Die Ölpumpe 20 umfaßt ein Drucksteuerventil 22 zum Einstellen des Öldruckes im gesamten Schmiermittelsystem 12. Das Drucksteuerventil 22 wird üblicherweise in Abhängigkeit vom Öl aus dem Auslaß der Ölpumpe 20 betätigt. Zu Beginn erlaubt das Ölsteuerventil 22, daß der gesamte Öldurchsatz vom Auslaß der Ölpumpe 20 dem Schmiermittelkreislauf 12 zugeführt wird. Mit zunehmendem Öldruck arbeitet das Ölsteuerventil 22 dahingehend, daß es einen Teil des Öls in der Ölpumpe 20 oder dem Sumpf 14 zuführt und somit den Durchsatz von Öl durch den Schmiermittelkreislauf 12 einstellt.

Wie man aus Fig. 1 weiterhin erkennt, wird der Öldruck aus dem Auslaß der Ölpumpe 20 gemischt oder überlagert mit dem Öldruck am Ende oder im Bereich des Endes des Schmiermittelkreislaufes 12. Dies dient dazu, die Handhabung bezüglich des Ausgangsöldruckes aus der Ölpumpe 20 zu verbessern. Jedenfalls wird durch diese Maßnahme das Einstellen des Drucksteuerventils 22 stabiler gestaltet. So ist beispielsweise während des Kaltstarts des Motors der Öldruck am Auslaß der Ölpumpe 20 relativ hoch, gegenüber dem Öldruck am Ende des Schmiermittelkreislaufes 12. Der höhere Druck am Auslaß der Ölpumpe 20 ist jedoch kein Maß für den Druck im gesamten Schmiermittelkreislauf 12. Ein kombinierter Öldruck gibt genauer den Öldruckwert im gesamten Schmiermittelsystem wieder und wird somit ausgenutzt als Feedback-Control-Variable. Dem gemäß wird durch die Erfindung sichergestellt, daß am Ende des Schmiermittelkreislaufes 12 während eines Kaltstartes der richtige Öldruck herrscht, wodurch der Verschleiß der bewegten Teile des Motors verringert und die Lebensdauer verlängert werden.

Das Drucksteuerventil 22 weist einen Auslaß 23 zum Sumpf 14 auf. Dieser dient zum Verringern von Öldruck im Schmiermittelsystem 10. Auslaß 23 stellt somit sicher, daß der richtige Öldurchsatz im Schmiermittelsystem 10 vorliegt. Eine Auslaßdrossel 24 kann vorgesehen werden, die sicherstellt, daß das Entlassen von Öldruck im Schmiermittelsystem 10 erleichtert wird. Um zu verhindern, daß ungefiltertes schmutziges Öl in das Schmiermittelsystem 10 zurückströmt, ist eine Pumpenzufuhrdrossel 25 und eine Kreislaufzufuhrdrossel 34 vorgesehen.

Fig. 2 zeigt eine Zwei-Stufen-Ölpumpe 20. Diese ist an eine Ausgleichswelleneinheit 30 angekoppelt, um einen Teil des Schmiermittelsystems 10 zu umfassen. Wie dem Fachmann geläufig, lassen sich Ölpumpe 20 und Ausgleichswelleneinheit 30 in den übrigen Teilen des Motor-Schmiermittelkreislaufes und des Sumpfes integrieren. Das eine zweistufige Pumpe verwendet wird, ist jedoch nicht zwingend.

Es soll nunmehr auf Fig. 3 eingegangen werden. Es wird Öl von der Ölpumpe 20 zurück zum Einlaß 21 in das Drucksteuerventil 22 eingespeist, wo eine Pumpenzufuhrdrossel 25 den Durchtritt von Öl in einen inneren Kanal 26 des Drucksteuerventiles 22 erlaubt. Demzufolge wird Öl vom Auslaß der Ölpumpe 20 gemischt mit Öl vom Ende des Schmiermittelkreislaufes (wie unten beschrieben), um einen kombinierten Druck 40 herzustellen. Das Drucksteuerventil 22 wird ständig durch den kombinierten Druck 40 beaufschlagt. Es spricht daher auf einen Anstieg des kombinierten Druckes 40 an. Der Bewegung des Drucksteuerventiles 22 wirken eine Feder 27 sowie ein Referenzdruck 28 in Bezug auf den kombinierten Druck 40 entgegen. Die Bewegung des Drucksteuerventiles 22 führt zu einer Umwälzung von Öl in eine oder mehrere Innenkammern der Ölpumpe 20, womit der Ölstrom aus der Ölpumpe 20 gesteuert wird. Wie der Fachmann weiß, hängen die Belastung und die Federkennlinie von dem gewünschten Ausgangsdruck der Ölpumpe 20 ab.

Fig. 4 veranschaulicht, auf welche Weise ein zweiter Öldruck von der Ausgleichseinheit 30 mit Öl vom Auslaß der Ölpumpe 20 gemischt wird. Ein Verbindungskanal 32 erlaubt eine Ölströmung von einem Schmiermittelkreislauf 36 der Ausgleichswelleneinheit 30 durch die Zufuhrdrossel 34 und in den Kanal des Drucksteuerventiles 22. Wie zuvor beschrieben, addiert sich der zweite Öldruck zum kombinierten Druck 40, der auf das Drucksteuerventil 22 einwirkt. Obgleich ein Ablassen dieses zweiten Öldruckes von der Ausgleichswelleneinheit derzeit bevorzugt wird, ist dies jedoch nicht zwingend notwendig. Statt dessen können andere Stellen am Ende des Schmiermittelkreislaufes oder in dessen Nähe zum Empfang eines zweiten Öldrucks geeignet sein.

Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen, auf welche Weise das Drucksteuerventil gemäß der bevorzugten Ausführungsform betätigt werden kann, um Öl in der Pumpe umzuwälzen. Fig. 5 zeigt folgendes: Ist der Öldruck niedrig, so befindet sich das Drucksteuerventil 22 in einer anfänglichen, unbeaufschlagten Position. Öldruck vom Auslaß der Pumpe herrscht am Drucksteuerventil 22 über einen ersten Abgabekanal 42 und einen zweiten Abgabekanal 44. In dieser Ausgangsposition ist der erste Abgabekanal 42 gegenüber dem zweiten Abgabekanal 44 offen, jedoch ist der erste Abgabekanal 42 gegenüber einem ersten Auslaßkanal 46 offen und der zweite Abgabekanal 44 ist gegenüber einem zweiten Auslaßkanal 48 geschlossen. Demzufolge wird kein Öl zur Pumpe zurückgeführt, sondern es wird der gesamte Ölstrom durch den Auslaß der Pumpe und in den Schmiermittelkreislauf gefördert.

Baut sich im Schmiermittelsystem Öldruck auf (zum Beispiel bis zu 375 kPa), so wird der Schieber des Drucksteuerventils 22 in verschiedene Positionen verschoben. In Fig. 6 erreicht das Drucksteuerventil 22 eine Übergangsposition (etwa 10 mm Verschiebeweg), so daß der zweite Abgabekanal 44 gegenüber dem ersten Abgabekanal 42 abgesperrt ist. Außerdem verbleibt der erste Abgabekanal 42 abgesperrt gegenüber dem ersten Auslaßkanal 46, und der zweite Abgabekanal 44 verbleibt abgesperrt gegenüber dem zweiten Auslaßkanal 48. Während dieser vorübergehenden Übergangsperiode öffnet ein Ein-Wege-Ventil (nicht dargestellt), so daß Öl im zweiten Abgabekanal durch den Auslaß der Pumpe fließen kann. Unmittelbar nach dieser Übergangsperiode öffnet der zweite Abgabekanal 46 gegenüber dem zweiten Auslaßkanal 48, während der erste Abgabekanal 42 gegenüber dem ersten Auslaßkanal 46 geschlossen bleibt. Auf diese Weise beginnt Öl, das am zweiten Abgabekanal 44 vorhanden ist, durch den zweiten Auslaßkanal 48 zur Pumpe zurückzuströmen.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Betriebsphase hat der gestiegene Öldruck das Drucksteuerventil 22 in die voll geöffnete Position verbracht (etwa 14 mm Hub). Der zweite Abgabekanal 44 verbleibt gegenüber dem zweiten Auslaßkanal 48 offen, aber gegenüber dem ersten Abgabekanal 42 geschlossen. Der erste Abgabekanal 42 ist jedoch wenigstens teilweise gegenüber dem ersten Auslaßkanal 46 offen, wodurch die zur Pumpe zurückgeförderte Ölmenge vergrößert wird. Wird zur Pumpe eine größere Ölmenge zurückgeführt, so nimmt der Ölausgangsdruck ab. Bei einem zweiten vorgegebenen Öldruck, (zum Beispiel 525 pa oder mehr) wird das Drucksteuerventil 22 in eine vollständig geöffnete Position verbracht. Es versteht sich, daß die oben beschriebene Ausführungsform des Drucksteuerventils lediglich beispielhaft ist.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8 veranschaulicht. In diesem Falle ist zwischen dem Auslaß der Ölpumpe 20 und dem Steuerventil 22 ein Rückschlagventil 60 vorgesehen. Beim Kaltstart sowie bis zu jenem Zeitpunkt, zu welchem der Steuerdruck eine Bewegung des Steuerventils 22 veranlaßt, erlaubt die lange Transferzeit des Druckanstieges durch den Schmiermittelkreislauf 12 einen großen Druckanstieg am Auslaß der Ölpumpe 20. Um das Auftreten eines übermäßig hohen Öldruckes zu verhindern, wird Öl am Auslaß der Pumpe 20 durch das Rückschlagventil 60 dem Steuerventil 22 zugeführt. Rückschlagventil 60 ist deshalb offen, weil der Öldruck am Auslaß der Ölpumpe relativ hoch ist, verglichen mit dem Öldruck am Ende des Schmiermittelkreislaufes oder in dessen Bereich. Auf diese Weise wird der Öldruck des Auslasses der Ölpumpe 20 dem Öldruck am Ende oder im Bereich des Endes des Schmiermittelkreislaufes 12 überlagert.

Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform spricht das Steuerventil 22 beim warmen Motorbetrieb auf den Druck an, der im wesentlichen am Ende des Schmiermittelkreislaufes 12 herrscht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Öldruck beidseits des Rückschlagventiles 60 im wesentlichen gleich groß. Demzufolge schließt Rückschlagventil 20, und das Drucksteuerventil wird lediglich aktiviert durch den Öldruck, der am Ende des Schmiermittelkreislaufes oder in dessen Nähe herrscht. Durch Betätigen des Steuerventiles 22 unter Ausnutzung des Öldruckes, der am Ende des Schmiermittelkreislaufes 12 herrscht, läßt sich der Öldruck in allen Lagern während des Warmbetriebes des Motors besser einstellen, ungeachtet des Lagerzustandes. Der Fachmann vermag leicht einen bevorzugten Haltedruck oder Schwellwert des Druckes des Rückschlagventiles zu ermitteln, so daß der Öldruck am Pumpenauslaß die Ölströmung während eines Kaltstarts erleichtert, jedoch innerhalb derjenigen Grenzen verbleibt, die durch die Pumpe vorgegeben sind.

Die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist auch in den Fig. 9 bis 11 veranschaulicht. Auch hier ist wiederum eine zweistufige Ölpumpe 20 an die Ausgleichswelleneinheit 30 angekoppelt, um einen Teil des Schmiermittelsystems 10 zu umfassen, so wie in Fig. 9 gezeigt.

Es soll nunmehr auf Fig. 10 eingegangen werden. Am Auslaß der Ölpumpe 20 herrschender Öldruck wird durch einen Einlaß 21 dem Drucksteuerventil 22 eingespeist. Ist das Rückschlagventil 60 offen, so tritt Öl durch einen Innenkanal 26 des Drucksteuerventils 22 hindurch. Demzufolge mischt sich Öl vom Auslaß der Ölpumpe 20 mit Öl vom Ende des Schmiermittelkreislaufes (wie unten beschrieben), um einen kombinierten Druck 40 zu bilden. Der kombinierte Druck 40 wirkt ständig auf das Drucksteuerventil 22 ein. Der Ventilschieber bewegt sich daher in Abhängigkeit von einem Anstieg des kombinierten Druckes 40. Eine Feder 27 sowie ein Referenzdruck 28 wirken der Bewegung des Drucksteuerventils 22 in Bezug auf den kombinierten Druck 40 entgegen. Die Bewegung des Drucksteuerventils 22 führt dazu, daß Öl in eine oder mehrere Kammern der Ölpumpe 20 zurückgeführt wird, um damit den Öldurchsatz aus der Ölpumpe 20 zu steuern.

Fig. 11 veranschaulicht die Art und Weise, in welcher ein zweiter Öldruck von der Ausgleichseinheit 30 dem Öldruck am Auslaß der Ölpumpe 20 überlagert wird. Ein Verbindungskanal 32 erlaubt eine Ölströmung von einem Schmiermittelkreislauf 36 der Ausgleichswelleneinheit 30 in den inneren Kanal des Drucksteuerventiles (wie mit Bezugszeichen 40 in Fig. 4 veranschaulicht). Wie zuvor beschrieben, addiert sich der zweite Öldruck zum kombinierten Öldruck 40, der auf das Drucksteuerventil 22 einwirkt. Obgleich ein Abführen dieses zweiten Öldruckes von der Ausgleichswelleneinheit 30 derzeit bevorzugt ist, muß dies nicht so sein. Statt dessen können auch andere Stellen im Bereich des Endes des Schmiermittelkreislaufes zum Aufnehmen eines zweiten Öldruckes geeignet sein.

Claims (9)

1. Schmiermittelsystem für eine Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeuges, umfassend:

• 1. 1.1 einen Motorschmiermittelkreislauf mit einer Ausgleichseinheit (Counter- Balance Assembly);
• 2. 1.2 einen Schmiermittelsumpf, der mit dem Schmiermittelkreislauf in leitender Verbindung steht;
• 3. 1.3 eine Ölpumpe, die mit dem Schmiermittelkreislauf und mit dem Sumpf in leitender Verbindung steht und die einen Auslaß aufweist, um ein Schmiermittel aus dem Sumpf durch den Schmiermittelkreislauf sowie zurück zum Sumpf zu fördern;
• 4. 1.4 ein Drucksteuerventil zum Steuern des Ölstromes von der Ölpumpe in Abhängigkeit von einem überlagerten Schmiermitteldruck, umfassend einen ersten Schmiermitteldruck, der am Auslaß der Schmiermittelpumpe herrscht, und einem zweiten Schmiermitteldruck, der am Ende des Schmiermittelkreislaufes herrscht, um den Schmiermitteldruck im Schmiermittelsystem einzustellen.

2. Schmiermittelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil vom kombinierten Druck ständig beaufschlagt ist und auf einen Anstieg des kombinierten Druckes anspricht.

3. Schmiermittelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil Schmiermittel in wenigstens eine Innenkammer der Ölpumpe zurückströmen läßt, um damit die Schmiermittelströmung aus der Ölpumpe zu steuern.

4. Schmiermittelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl an die genannte Ausgleichseinheit des Schmiermittelkreislaufes angeschlossen ist, um damit den zweiten Druck zu schaffen, der im wesentlichen am Ende des Schmiermittelkreislaufes herrscht.

5. Schmiermittelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslaßöffnung zum Ablassen von Schmiermittel aus der Ölpumpe in den Sumpf vorgesehen ist, um den Durchsatz des Schmiermittels anzuheben.

6. Schmiermittelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Auslaß der Ölpumpe und dem Steuerventil ein Rückschlagventil vorgesehen ist, um den Durchsatz von Schmiermittel vom Auslaß der Ölpumpe zum Steuerventil zu beschränken.

7. Schmiermittelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil auf einen ersten kombinierten Druck des Schmiermittels dann anspricht, wenn der Druck des auf das Rückschlagventil wirkenden Öles einen bestimmten Grenzwert erreicht oder darunter liegt, daß der erste kombinierte Druck definiert ist als jener Druck, der am Auslaß der Schmiermittelpumpe herrscht sowie den Druck, der im wesentlichen am Ende des Schmiermittelkreislaufes herrscht, und daß das Steuerventil auf den Druck anspricht, der im wesentlichen am Ende des Schmiermittelkreislaufes dann herrscht, wenn der Druck des auf das Rückschlagventil wirkenden Öles den genannten Schwellwert überschreitet, um den Druck im Schmiermittelsystem einzustellen.

8. Schmiermittelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpenzufuhrdrossel zwischen der Ölpumpe und dem Steuerventil vorgesehen ist.

9. Schmiermittelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmiermittelkreislaufdrossel zwischen dem Steuerventil und dem Schmiermittelkreislauf vorgesehen ist.