DE3814750A1 - Einrichtung zum antrieb einer schmiermittelpumpe einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Antrieb einer Schmiermittelpumpe einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 36 22 335 als bekannt hervorgeht.

Zur Schmierölversorgung von Brennkraftmaschinen werden häufig einfache Zahnradpumpen verwendet, die über einen Abtrieb der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Die Drehzahlen der Zahnradpumpen schwanken im selben Verhältnis wie die Drehzahlen der Brennkraftmaschine und entsprechend ändern sich die geförderten Schmiermittelmengen. Da der Schmiermittelbedarf nicht proportional mit der Drehzahl ansteigt, wird in oberen Drehzahlbereichen mehr Schmieröl gefördert als benötigt. Zugleich nimmt der Schmiermitteldruck unerwünscht hohe Werte an. Es werden deshalb Druckbegrenzungsventile eingesetzt, die auf ca. 6 bar eingestellt sind, und mit denen das im Überfluß geförderte Schmiermittel abgesteuert wird. Diese Überschußförderung mit Absteuerung von Schmiermittel bewirkt ein unerwünschtes Aufschäumen des Schmieröls, was das Schmieröl vorzeitig altern läßt und damit die Schmierfähigkeit herabsetzt. Infolge Temperaturerhöhung sind große Kühleinrichtungen erforderlich. Nicht zuletzt ist mit der im Übermaß geförderten Schmiermittelmenge auch ein Leistungsverlust verbunden, der sich in einem Brennstoffmehrbedarf der Brennkraftmaschine niederschlägt.

In der eingangs genannten DE-OS 36 22 335 dient ein Planetengetriebe dazu, das Übersetzungsverhältnis zwischen Brennkraftmaschine und einem Antrieb für Nebenaggregate im Sinne einer Drehzahlherabsetzung bei hohen Motordrehzahlen zu ändern. Die Übersetzung des Planetengetriebes kann dabei durch eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom Druck des geförderten Mediums, vornehmlich Schmieröl, in zwei Stufen geändert werden. Im Leerlauf der Brennkraftmaschine, also bei Vollförderung, wird über die Steuereinrichtung durch eine hydraulische Bremseinrichtung die Festhaltung des Ringrads des Planetengetriebes, und damit eine Übersetzung ins Schnelle bewirkt. Dabei wird ein parallel zum Planetengetriebe geschalteter Freilauf überholt. Bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine, also bei Teilförderung, sind getriebene und angetriebene Welle über den Freilauf verbunden, und das Planetengetriebe läuft im Block. Aufgrund der Ausbildung mit einem Freilauf und einer hydraulischen Bremseinrichtung mit zugehöriger Steuereinrichtung ist die Antriebseinrichtung aufwendig und teuer. Nachteilig ist vor allem, daß eine Anpassung der Drehzahl nur in zwei Stufen erfolgen kann, so daß nur in zwei Auslegungspunkten der Antrieb der Nebenaggregate in optimaler Weise erfolgt. In anderen Betriebspunkten, insbesondere bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, muß nach wie vor Schmiermittel abgesteuert werden, um zu hohe Schmiermitteldrücke zu vermeiden. Die mit der Überschußförderung verbundenen, schon aufgezeigten Nachteile sind somit nicht beseitigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen Auftrieb für eine Schmiermittelpumpe aufzuzeigen, der es ermöglicht, in allen Betriebsbereichen einer Brennkraftmaschine eine bedarfsgerechte Förderung von Schmiermittel ohne Absteuerung zu erreichen, wobei der Druck des Schmiermittels im wesentlichen konstant gehalten wird, und einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Übersetzung eines Planetengetriebes, das zwischen einer Brennkraftmaschine und der Schmiermittelpumpe angeordnet ist, wird durch eine Regulierpumpe und ein damit verbundenes Steuerventil abhängig vom Druck des geförderten Schmiermittels stufenlos geändert. In einer bevorzugten Ausführung wird das Ringrad des Planetengetriebes von der Brennkraftmaschine angetrieben, während der Antrieb der Schmiermittelpumpe durch eine mit dem Sonnenrad verbundene Welle erfolgt. Die Regulierpumpe steht in Antriebsverbindung mit dem Planetenträger. Im Leerlauf bzw. bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ist der Druck des geförderten Schmiermittels nicht ausreichend, um einen Durchgang im Steuerventil zu öffnen, über den die Förderung von Schmiermittel durch die Regulierpumpe erfolgen kann, weshalb sie sich auch nicht drehen kann. Infolgedessen können der Planetenträger mit den Planetenrädern keine Umlaufbewegung ausführen. Die Übersetzung des Planetengetriebes und die Förderkapazität der Schmiermittelpumpe sind so gewählt, daß in diesem Betrieb der Brennkraftmaschine eine ausreichende Versorgung mit Schmiermittel erfolgt. Das Steuerventil ist so eingestellt, daß sich bei einem Druck von ca. 6 bar der Durchgang im Steuerventil öffnet und von der Regulierpumpe Schmiermittel gefördert werden kann. Dreht sich aber die Regulierpumpe, so dreht sich auch der Planetenträger und die Schmiermittelpumpe wird langsamer bis sich der gewünschte Schmiermitteldruck einstellt. Durch die Regulierpumpe erfolgt also bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine durch Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit des Planetenträgers eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses im Sinne einer Drehzahlherabsetzung. Dadurch wird die Schmiermittelförderung an den tatsächlichen Bedarf stufenlos angepaßt.

Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Antriebs mit einer Regulierpumpe und einem Steuerventil zur variablen Steuerung der Schmiermittelpumpe.

Die in der einzigen Figur dargestellte Antriebseinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Planetengetriebe und einer Steuereinrichtung, die wiederum aus einer Regulierpumpe 1 und einem Steuerventil 2 gebildet ist. Das Planetengetriebe ist in bekannter Weise aus einem Ringrad 4, den Planetenrädern 5, dem Sonnenrad 6 und einem mit den Planetenrädern 5 verbundenen Planetenträger 7 aufgebaut. Im Ausführungsbeispiel erfolgt der Antrieb des Planetengetriebes durch ein Zahnrad 12, das mit einem Antrieb, beispielsweise der Nockenwelle der nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbunden ist, und am Ringrad 4 eingreift. Die Schmiermittelpumpe 3 wird durch Zahnrad 8 angetrieben, das mit der Welle 11 verbunden ist, die ihrerseits mit dem Sonnenrad 6 fest verbunden ist. Der Planetenträger 7 treibt eine Welle 10 mit einem Zahnrad 9, das im Eingriff mit einem Zahnrad 13 steht. Zahnrad 9 und Zahnrad 13 bilden die Regulierpumpe 1. Planetengetriebe und Zahnradpumpen sind in geeigneter Weise in einem Gehäuse eingebettet. Beide Pumpen sind - wie jedoch nicht dargestellt - über geeignete Leitungen auf ihrer Saugseite mit einem Schmiermittelvorratsbehälter der Brennkraftmaschine verbunden. Die Druckseite der Schmiermittelpumpe 3 ist mit dem Schmiermittelkanal 15 verbunden, der zu den Schmierstellen der Brennkraftmaschine führt. Der Schmiermittelkanal 15 ist über eine Leitung 21 mit einem Druckraum 16 im Steuerventil 2 verbunden. Der Steuerkolben 17 des Steuerventils 2 ist somit gegen die Kraft einer Feder 19 mit dem Schmiermitteldruck der Schmiermittelpumpe 3 beaufschlagt. Im Steuerkolben 17 ist eine Steuernut 18 eingearbeitet, die in Verbindung mit rundumlaufenden Innennuten 23, 24 des Ventilzylinders 22 und Ein- und Auslaßöffnungen als Durchgang für Schmiermittel dient, das von der Druckseite der Regulierpumpe 1 über die Leitung 14 und 20 zum Schmiermittelkanal 15 gefördert wird.

Die Regelung der Drehzahl der Schmiermittelpumpe 3 erfolgt selbsttätig stufenlos in Abhängigkeit vom Druck des geförderten Schmiermittels. Im Leerlauf und bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, ist der Druck des geförderten Schmiermittels kleiner als der Öffnungsdruck am Steuerventil 2. Durch die Regulierpumpe 1 kann deshalb kein Schmiermittel gefördert werden, weshalb sie sich auch nicht drehen kann. Infolgedessen können der Planetenträger 7 mit den Planetenrädern 5 keine Umlaufbewegung ausführen. In diesem Betrieb steht die Pumpendrehzahl in einem festen Verhältnis zur Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine. Würde bei diesem Übersetzungsverhältnis die Schmiermittelpumpe 3 auch bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine betrieben, würden Schmiermitteldruck und Schmiermittelmenge über den Bedarf ansteigen. Dies wird dadurch verhindert, daß durch die Regulierpumpe 1 und das Steuerventil 2 die Übersetzung des Getriebes herabgesetzt wird, indem bei Anstieg des Schmiermitteldrucks über einen vorbestimmten Druckwert eine Umlaufbewegung des Planetenträgers mit den Planetenrädern 5 zugelassen wird. Hierzu ist das Steuerventil 2 so eingestellt, daß sich bei einem Druck von ca. 6 bar der Durchgang öffnet, über den von der Regulierpumpe 1 Schmiermittel in den Schmiermittelkanal 15 gefördert wird. Dreht sich aber die Regulierpumpe 1, so dreht sich auch der Planetenträger 7 und die Schmiermittelpumpe 3 wird langsamer bis sich der gewünschte Schmiermitteldruck einstellt. Es wird dadurch ohne Absteuerung von Schmiermittel ein ungefähr konstanter Schmiermitteldruck über dem Drehzahlgebiet der Brennkraftmaschine erreicht, wobei jeweils nur der tatsächliche Schmiermittelbedarf der Brennkraftmaschine gedeckt wird. Infolgedessen werden Aufschäumen des Schmiermittels und die damit verbundenen Nachteile vermieden. Auch entstehen keine Leistungsverluste durch Überflußförderung. Die Steuernut 18 des Steuerventils 2 ist vorzugsweise mit schrägen Steuerkanten ausgebildet, was den Vorteil hat, daß eine allmähliche und nicht schlagartige Querschnittsänderung des Durchgangs erfolgt. Dabei ist die umlaufende Steuernut 18 ständig mit Schmiermittel aus der Leitung 14 gefüllt, da die umlaufende Innennut 23 ständig in Überdeckung mit der Steuernut 18 steht. In der gezeichneten Stellung des Steuerkolbens 17 kann kein Schmiermittel zur Leitung 20 fließen da Steuernut 18 und Innennut 24 nicht in Verbindung stehen.

Die Regulierpumpe 1 besitzt im Vergleich zur Schmiermittelpumpe 3 eine geringe Förderkapazität. Dies wird beispielsweise durch geringe Zahnbreite der Pumpe erreicht. Der Einfluß auf die Gesamtfördermenge ist deshalb gering. Die von der Regulierpumpe 1 geförderte Schmiermittelmenge wird in den Schmiermittelkanal eingeleitet und auf den dort herrschenden Druck entspannt.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein erstes und zweites Getriebeglied durch Ringrad 4 und Sonnenrad 6 gebildet. Am dritten Getriebeglied, dem Planetenträger 7 mit den Planetenrädern 5 wird die Regulierpumpe 1 angetrieben. Es ist auch denkbar, das Sonnenrad 6 in Antriebsverbindung mit der Brennkraftmaschine zu setzen und mit dem Ringrad 4 die Schmiermittelpumpe 3 anzutreiben. Außerdem sind Kombinationen denkbar, in denen der Antrieb der Regulierpumpe 1 durch das Ringrad 4 oder das Sonnenrad 6 erfolgt. Selbstverständlich muß das Planetengetriebe dann so ausgelegt sein, daß im Leerlauf der Brennkraftmaschine eine ausreichende Schmiermittelversorgung erfolgt und bei höheren Drehzahlen eine Herabsetzung der Pumpendrehzahl auf eine gewünschte Fördermenge erreicht wird.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Antrieb einer Schmiermittelpumpe einer Brennkraftmaschine, mit einem aus drei Getriebegliedern, dem Sonnenrad, dem Ringrad und dem Planetenträger mit den Planetenrädern bestehenden Planetengetriebe, das mit einem ersten Getriebeglied in Wellenverbindung mit der Brennkraftmaschine und einem zweiten in Wellenverbindung mit der Schmiermittelpumpe steht, ferner mit einer die Übersetzung des Planetengetriebes an einem dritten Getriebeglied in Abhängigkeit vom Druck des geförderten Schmiermittels ändernden Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einer Regulierpumpe (1) und einem Steuerventil (2) gebildet ist, wobei die Regulierpumpe (1) in Antriebsverbindung mit dem dritten Getriebeglied steht, und das Steuerventil (2) oberhalb eines vorbestimmten Druckwerts des von der Schmiermittelpumpe (3) geförderten Schmiermittels einen Durchgang freigibt, der die Druckseite der Regulierpumpe (1) mit einem Abfluß in Verbindung setzt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringrad (4) des Planetengetriebes von der Brennkraftmaschine angetrieben ist, und der Antrieb der Schmiermittelpumpe (3) durch eine mit dem Sonnenrad (6) verbundene Welle (11) erfolgt, und die Regulierpumpe (1) in Antriebsverbindung mit dem Planetenträger (7) steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierpumpe (1) als Zahnradpumpe ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierpumpe (1) im Vergleich zur Schmiermittelpumpe (3) ein geringes Fördervolumen besitzt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Regulierpumpe (1) und der Schmiermittelpumpe (3) geförderte Schmiermittel in einen gemeinsamen Schmiermittelkanal (15) gelangt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (2) als Wegeventil mit einem mit einer Steuernut (18) versehenen Steuerkolben (17) ausgebildet ist, der an seinem einen Ende gegen die Kraft einer Feder (19) mit dem Schmiermitteldruck des von der Schmiermittelpumpe (3) geförderten Schmiermittels beaufschlagt ist, und daß die Steuernut (18) in Verbindung mit Öffnungen im Ventilzylinder (22) den Durchgang für das von der Regulierpumpe (1) geförderte Schmiermittel bildet.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernut (18) mit schrägen Steuerkanten ausgebildet ist, und mit Innennuten (23, 24) des Ventilzylinders (22) zusammenwirkt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang im Steuerventil (2) mit dem von der Druckseite der Schmiermittelpumpe (3) wegführenden Schmiermittelkanal (15) verbunden ist.