EP1911974A1

EP1911974A1 - Druckregelung für Aussenzahnrad-Regelölpumpen

Info

Publication number: EP1911974A1
Application number: EP07117939A
Authority: EP
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2008-04-16

Abstract

Eine Außenzahnrad-Regelölpumpe für die Schmierölversorgung eines einen Ölfilter aufweisenden Verbrennungsmotors weist einen Regler (17,36) auf, der den hohen Förderdruck vor dem Ölfilter (14) für die Regelung des nach dem Ölfilter um dessen Druckverlust geringeren Öldruckes nutzt.

Description

Die Erfindung betrifft Ölpumpen mit veränderlichen Fördermengen, insbesondere Außenzahnrad-Regelölpumpen für die Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren. Sie stellen automatisch ihre Fördermenge auf den Schmieröl-Versorgungsbedarf von Ver-brennungsmotoren ein und erzielen damit Vorteile in der Pumpenantriebsleistung, wodurch für Verbrennungsmotoren ein Beitrag zur Absenkung des Kraftstoffverbrauches geleistet wird.
Bei Außenzahnrad-Regelölpumpen wird die Variation der Fördermenge durch eine axial veränderliche Überdeckung des Zahneingriffes der Förderzahnräder vorgenommen, was abhängig vom Öldruck durch axiale Verschiebung einer mit einem Förderzahnrad bestückten Verschiebeeinheit erfolgt. Während einfache Ausführungen der Pumpenregelung lediglich die Fördermenge bei nahezu konstantem Förderdruck regeln, weisen effektivere Regelölpumpen eine zusätzliche Öldruckvariation auf, die beispielsweise abhängig von der Betriebsdrehzahl den Öldruck an den Öldruckbedarf von Verbrennungsmotoren anpassen.
Eine derartig druckvariable Regelölpumpe ist beispielsweise aus der DE10237801 B4 bekannt. Sie weist für eine Außenzahnrad-Regelölpumpe eine Regelung auf, bei der ein mit Öldruck beaufschlagter Regler für eine Verstelleinrichtung der Fördermenge den Öldruck variiert. Für die Druckbeaufschlagung des Reglers wie auch für die Verstelleinrichtung wird der hinter einem Ölfilter sich einstellende Öldruck verwendet, um einen beispielsweise mit Förderöl zu versorgenden Verbrennungsmotor unabhängig vom verschmutzungsabhängigen Druckverlust des Ölfilters mit einem bedarfsgerechten Öldruck zu versorgen. Der Druckverlust des Ölfilters bewirkt vor dem Ölfilter einen entsprechend höheren Förderdruck der Regelölpumpe gegenüber dem geregelten Öldruck hinter dem Ölfilter.
Die Verwendung des hinter einem Ölfilter sich einstellenden Öldruckes für die Pumpenregelung weist vorteilhaft nicht nur eine unabhängig von dem veränderlichen Ölfilter-Druckverlust arbeitende Öldruckregelung auf, sondern beaufschlag den Regler wie auch die zugehörige Verstelleinrichtung, im Beispiel der DE10237801 B4 die Verschiebeeinheit, mit gefiltertem Förderöl für eine betriebssichere Funktion der gesamten Pumpenregelung.
Aus der WO2005/057013A1 ist eine Regelölpumpe bekannt, die durch die Nutzung eines sog. Fliehdruckes automatisch eine drehzahlabhängig variable Öldruckregelung vornimmt. Sie weist in einem Ausführungsbeispiel als Außenzahnrad-Regelölpumpe eine sehr kompakte Pumpenausbildung auf, bei der sämtliche Teile der Pumpenregelung in deren entsprechend ausgebildeten Verschiebeeinheit angeordnet sind. Auch diese Regelölpumpe regelt den Öldruck hinter einem Ölfilter, was unabhängig von dessen Druckverlust eine betriebssichere Öldruckversorgung beispielsweise für einen Verbrennungsmotor gewährleistet.
Ausschließlich mit gefiltertem Förderöl betriebene Regelungen von Außenzahnrad-Regelölpumpen haben jedoch den Nachteil, dass der der temperatur- und verschmutzungsabhängig veränderliche Druckverlust des Ölfilters oder auch eines Ölkühlers durch den dann entsprechend auch veränderlichen Förderdruck der Regelölpumpe zu Regelungsproblemen führen kann. Der auf der Druckseite der Regelölpumpe wirkende Förderdruck beaufschlagt deren Verschiebeeinheit mit einer Querkraft gegen deren radiale Führung im Pumpengehäuse, so dass ein erhöhter Förderdruck zu einer der axialen Verstellbewegung der Verschiebeeinheit verstärkt entgegenwirkenden Reibkraft führt. Da die beidseitig auf die Verschiebeeinheit wirkenden Hydraulikkräfte jedoch maximal mit um den Druckverlust des Ölfilters/Ölkühlers geringeren Öldruck beaufschlagt werden können, führt ein zunehmender Ölfilter-Druckverlust allmählich zu einer schwergängigen Verstellung der Fördermenge und schließlich zu einem Ausfall der Regelung der Regelölpumpe, was insbesondere bei einem zu niedrigen Öldruck und dann erforderlicher Erhöhung der Fördermenge zu einem Motorschaden führen kann. Bei kaltem, hochviskosem Öl kann sogar bei noch unverschmutztem Ölfilter ein erhöhter Druckverlust des Ölfilters/Ölkühlers entsprechende Regelungsprobleme hervorrufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Regelölpumpen eine Regelung zu schaffen, die unabhängig von Druckverlusten an Ölfiltern/Ölkühlern eine hinsichtlich Öldruck und Öldurchsatz bedarfsminimierte und doch betriebssichere Ölversorgung beispielsweise für Verbrennungsmotoren gewährleistet.
Diese Aufgabe wird für Regelölpumpen mit einer Druckregelung hinter einem Ölfilter/Ölkühler erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 1 in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, dass die Regelung zumindest bei Bedarf direkt das hohe Druckniveau des Förderdruckes der Regelölpumpe im Sinne einer betriebssicheren Verstellung der Fördermenge nutzt.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung einer Außenzahnrad-Regelölpumpe mit Beaufschlagung der Regelung mit Förderdruck;
Fig. 2: eine Schnittdarstellung durch eine Verschiebeeinheit einer Fliehdruck-Regelöl-pumpe mit Beaufschlagung der Regelung mit Förderdruck;
Fig. 3: eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit bedarfsweiser Beaufschlagung der Regelung mit Förderdruck mit einer ersten Stellung des Reglers;
Fig. 4: eine Außenzahnrad-Regelölpumpe gemäß Fig. 3 mit einer zweiten Stellung des Reglers;
Fig. 5: eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
Fliehdruck-Verschiebeeinheit mit bedarfsweiser Beaufschlagung der Regelung mit Förderdruck mit einer ersten Stellung des Reglers;
Fig. 6: eine Außenzahnrad-Regelölpumpe gemäß Fig. 5 mit einer zweiten Stellung des Reglers;

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Außenzahnrad-Regelölpumpe mit einer erfindungsgemäßen Ausführung der Regelung. Ein Pumpengehäuse 1 weist einen Deckelkolben 2 auf, in dem eine Antriebswelle 3 gelagert ist. Auf der Antriebswelle 3 ist ein erstes Förderzahnrad 4 fixiert, das in kämmendem Zahneingriff mit einem zweiten Förderzahnrad 5 steht. Das Förderzahnrad 5 ist auf einem Laufbolzen 6 gelagert, der rechtsseitig einen Druckkolben 7 und linksseitig einen Federkolben 8 mit einer zugehörigen Feder 9 aufweist. Der Zusammenbau von Förderzahnrad 5, Laufbolzen 6, Druckkolben 7 und Federkolben 8 wird als Verschiebeeinheit 10 bezeichnet, die axial verschiebbar im Gehäuse 1 geführt ist. Durch die axial variable Überdeckung der Förderzahnräder 4 und 5 kann in bekannter Weise die Fördermenge der Regelölpumpe verstellt werden.
Das über einen Ansaugkanal 11 angesaugte Förderöl wird von den rotierenden Förderzahnrädern 4 und 5 mit Förderdruck über einen Druckkanal 12 und eine Druckleitung 13 einem Ölfilter 14 zugeführt, hinter dem eine Hauptleitung 15 mit gefiltertem Öl versorgt wird. In der Hauptleitung 15, die beispielsweise einen Verbrennungsmotor mit Öl versorgt, stellt sich ein Öldruck ein, der um den Druckverlust des Ölfilters 14 gegenüber dem Förderdruck in der Druckleitung 13 reduziert ist.
Der in der Hauptleitung 15 herrschende Öldruck wirkt über eine Signalleitung 16 sowohl auf einen Regler 17, dessen Regelfunktion elektrisch beeinflussbar ist, und auch über eine Druckleitung 18 und eine Druckkammer 19 auf den Druckkolben 7 der Verschiebeeinheit 10. Gegenüberliegend zur Druckkammer 19 weist das Pumpengehäuse 1 eine die Feder 9 aufnehmende Federkammer 20 auf, die mit einem vom Regler 17 bereitgestellten Regeldruck beaufschlagt ist. Die axiale Position der Verschiebeeinheit 10 wird von dem in der Druckkammer 19 wirkenden Öldruck sowie von der Kraft der Feder 9 und dem in der Federkammer 20 wirkenden Regeldruck in bekannter Weise geregelt, wobei ein zu hoher Öldruck in der Hauptleitung 15 die Fördermenge reduziert und ein zu niedriger Öldruck die Fördermenge erhöht.
Der vom Regler 17 in der Federkammer 20 bereitgestellte Regeldruck wird abweichend zu bekannten Regelölpumpen nicht aus dem Öldruck der Hauptleitung 15 erzeugt, sondern erfindungsgemäß aus dem Förderdruck der Druckleitung 13, der über eine Leitung 21 mit einem vorzugsweise zusätzlichen Filter 22 dem Regler 17 zugeführt wird.
Bei erforderlicher Erhöhung der Fördermenge der Regelölpumpe infolge Unterschreitung eines vorgegebenen Öldruckes in der Hauptleitung 15 steigert der Regler 17 den Regeldruck in der Federkammer 20. Hierbei kann der Regeldruck maximal das Druckniveau des Förderdruckes der Druckleitung 13 annehmen, während der in der Druckkammer 19 immer wirksame Öldruck der Hauptleitung 15 ein um den Filter-Druckverlust geringeres Druckniveau aufweist. Damit wird bei einer Verstellung der Verschiebeeinheit 10 im Sinne einer erforderlichen Fördermengenanhebung die Verstellung nicht nur von der Feder 9 bewirkt, sondern bei Bedarf auch durch das erfindungsgemäß genutzte Druckgefälle des Ölfilters zwischen der Federkammer 20 und der gegenüberliegenden Druckkammer 19 unterstützt. Hierdurch wird eine betriebssichere Regelung von Fördermenge und Öldruck gewährleistet, die unabhängig von einem im Betrieb veränderlichen Druckverlust des Ölfilters und daraus resultierend veränderlichen Reibkräften der Verschiebeeinheit 10 arbeitet.
Die Erfindung kann auch an Außenzahnrad-Regelölpumpen mit in deren Verschiebeeinheit angeordneten Reglern realisiert werden, beispielsweise bei Regelölpumpen mit Fliehdruckregelung. Die Fig. 2 zeigt hierzu eine Schnittansicht durch eine entsprechend ausgebildete Verschiebeeinheit 31 mit einem Förderzahnrad 32, deren Schnittebene senkrecht zu der Schnittebene in Fig. 1 steht und dadurch nicht mehr das mit dem Förderzahnrad 32 im Zahneingriff befindliche Förderzahnrad der Antriebswelle abbildet. Die Verschiebeeinheit 31 weist einen das Förderzahnrad 32 lagernden Laufzapfen 33 auf, der linksseitig einteilig mit einem Federkolben 34 ausgebildet ist und rechtsseitig einen Druckkolben 35 trägt. Im Laufzapfen 33 ist ein Regler 36 angeordnet, der von dem entsprechend Fig. 1 auf den Druckkolben 35 wirkenden Öldruck einer Druckammer 37 des Pumpengehäuses 38 beaufschlagt ist. Auf den Federkolben 34 wirkt indirekt über seinen Deckel eine Feder 39 und in deren Federkammer 40 ein Regeldruck, der vom Regler 36 über ein Druckrohr 41 eingespeist wird. Die Fördermengenvariation erfolgt über eine axiale Variation des Zahneingriffes der Förderzahnräder durch eine axiale Verstellung der Verschiebeeinheit 31 im Pumpengehäuse 38, wobei ein in Fliehdruckbohrungen 42 von Förderzahnrad 32 erzeugter Fliehdruck über einen im Federkolben 34 angeordneten Differenzdruckkolben 43 eine drehzahlabhängig veränderliche Zusatzkraft in bekannter Weise auf den Regler 36 ausübt.
Das Pumpengehäuse 38 weist einen Saugraum 44 und diesem gegenüberliegend einen Druckraum 45 auf. Der bei Pumpenbetrieb im Druckraum 45 wirkende Förderdruck übt auf die Verschiebeeinheit 31 eine entsprechenden Querkraft aus, die bei Verstellung der Fördermenge durch axiale Verschiebung der Verschiebeeinheit 31 eine der Verstellbewegung entgegenwirkende, vom Pumpengehäuse 38 auf die Verschiebeeinheit 31 wirkende Reibkraft hervorruft.
Das Förderöl gelangt vom Druckraum 45 über eine Leitung 46 zu einem Ölfilter-Kühler-Modul 47, dessen Druckverlust in einer sich anschließenden Hauptleitung 48 zu einem entsprechend reduzierten Öldruck führt, der über eine Leitung 49 auch in der Druckkammer 37 wirkt.
Der in der Federkammer 40 wirkende Regeldruck wird vom Regler 36 so eingeregelt, dass der Öldruck in der Hauptleitung einem drehzahlabhängig veränderlichen Solldruck entspricht. Hierfür steht der Regler 36 mit seiner Nut 50 in variabler Überdeckung mit zwei axial versetzten Bohrungen 51 und 52 des Laufzapfens 33, wobei die Bohrung 51 über eine Entlastungsbohrung 53 und eine Saugtasche 54 des Druckkolbens 35 mit dem Saugraum 44 in Verbindung steht, während die Bohrung 52 über eine Druckbohrung 55 mit einem Filter 56 und über eine Drucktasche 57 des Druckkolbens 35 den Förderdruck aus dem Druckraum 45 des Pumpengehäuses 38 dem Regler 36 zuführt. Somit kann wie auch im Ausführungsbeispiel der Fig.1 der Regeldruck in der Federkammer 40 maximal den Förderdruck annehmen, so dass erfindungsgemäß bei Bedarf ein dem Druckverlust des Ölfilter-Kühler-Moduls 47 entsprechendes Druckgefälle auf die Verschiebeeinheit 31 wirkt und die Verstellung der Verschiebeeinheit zu höheren Fördermengen begünstigt.
In Fig. 3 ist abweichend zu Fig. 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Regelung der Regelölpumpe einerseits in bekannter Art und Weise vorteilhaft weitgehend mit Öldruck aus einer Hauptleitung hinter einem Ölfilter versorgt wird, andererseits jedoch aber in den relativ seltenen Betriebsfällen mit Bedarf an erhöhtem Regeldruck erfindungsgemäß den höheren Förderdruck für die Regelung nutzt. Hierdurch kann der in Fig. 1 erforderliche Filter 22 sehr viel kleiner ausgeführt werden oder gar ganz entfallen.
Ein im Pumpengehäuse 61 axial verschieblich gelagerter Regler 62 weist zwischen einer Drucknut 63 und einer Entlastungsnut 64 einen Zapfen 65 auf, der in bekannter Weise über eine Bohrung 66 den Regeldruck in der Federkammer 67 der Verschiebeeinheit 68 einstellt. Die Drucknut 63 steht mit der Hauptleitung 69 in Verbindung und ist dadurch vorteilhaft mit gefiltertem Öl des Ölfilters 70 versorgt. Gegenüberliegend zur Bohrung 66 ist am Zapfen 65 eine kleinere Bohrung 71 angeordnet, die über eine Leitung 72 und einem Filter 73 erfindungsgemäß unter dem Förderdruck der vor dem Ölfilter 70 befindlichen Druckleitung 74 steht.
Die gezeigte Stellung der Reglers 62 mit mittiger Position des Zapfens 65 zu den beiden Bohrungen 66 und 71 ist die normale Regelposition, in der sowohl die mit gefiltertem Öl druckbeaufschlagte Drucknut 63 wie auch die Entlastungsnut 64 geringfügig in Überdeckung mit der Bohrung 66 stehen, während die unter Förderdruck stehende Bohrung 71 vom Zapfen 65 verschlossen ist. Bei normaler Regelung bewirken bereits geringfügige Verschiebungen des gegenüber der Bohrung 66 etwas schmaleren Zapfens 65 eine Erhöhung bzw. eine Reduzierung des Regeldruckes in der Bohrung 66 und in der Federkammer 67, wobei ausschließlich gefiltertes Öl die Regelung versorgt.
In Situationen einer erhöhten Unterschreitung des Öldruckes der Hauptleitung 69 vom gewünschten Sollöldruck, beispielsweise durch eine schwergängig verstellbare Verschiebeeinheit 68 infolge eines erhöhten Druckverlustes von Ölfilter 70, verschiebt sich der Regler 62 und damit der Zapfen 65 im Sinne eines erhöhten Regeldruckes in der Federkammer 67 zunächst soweit nach rechts, bis die Überdeckung der Bohrung 66 zur Entlastungsnut 64 unterbrochen ist und sich die Überdeckung zur Drucknut 63 entsprechend vergrößert. Hierdurch steigt der Regeldruck in der Federkammer 67 maximal auf das Druckniveau des Öldruckes der Hauptleitung 69 an. Reagiert die Verschiebeeinheit 68 auf diese Erhöhung des Regeldruckes noch nicht mit einer Verstellung im Sinne einer Fördermengen- bzw. Öldruckerhöhung, verstellt sich der Regler 62 entsprechend Fig. 4 noch weiter nach rechts, wodurch dann die Drucknut 63 in Überdeckung mit der unter Förderdruck stehenden Bohrung 71 kommt, während die Verbindung der Drucknut 63 zur Hauptleitung 69 durch den Regler 62 unterbrochen ist, so dass dann der Regeldruck in der Federkammer 67 maximal das hohe Druckniveau des Förderdruckes annimmt und dadurch dann eine Verstellung der Verschiebeeinheit 68 erfolgt.
Die erfindungsgemäß zweistufige Druckversorgung des Reglers 62, überwiegend mit Öldruck bzw. gefiltertem Öl aus der Hauptleitung 69 und nur in relativ seltenen Fällen bei Bedarf mit dem gegenüber dem Öldruck höheren Förderdruck, ermöglicht in der den Förderdruck zuführenden Leitung 72 die Verwendung eines sehr kleinen Filters 73 ohne Wechselerfordernis oder sogar dessen Entfall.
Prinzipiell lässt sich entsprechend Fig. 5 die vorteilhaft zweistufige Druckversorgung der Regelung, überwiegend mit Öldruck gefilterten Öls und nur bei Bedarf mit Förderdruck, auch bei Außenzahnrad-Regelölpumpen mit Fliehdruckregelung in deren Verschiebeeinheit 81 anwenden. Bei dem gegenüber der Fig. 2 abgewandelten Ausführungsbeispiel weist der in einem Laufzapfen 82 angeordneter Regler 83 mit seiner Nut 84 bei Regelbetrieb eine Überdeckung mit einer Entlastungsbohrung 85 und einer Druckbohrung 86 des Laufzapfens 81 auf und stellt in bekannter Weise den Regeldruck in der Federkammer 87 der Verschiebeeinheit 81 bereit. Die Druckbohrung 86 ist über eine Ausnehmung 88 des den Laufzapfens 82 umschließenden Druckkolbens 89 und über eine Speisebohrung 90 des Laufzapfens 82 mit Öldruck aus der Hauptleitung 48 beaufschlagt, die über das Filter-Kühler-Modul 47 mit gefiltertem Öl versorgt wird.
Wenn im Falle einer schwergängigen Verstellung der Verschiebeeinheit 81, beispielsweise infolge eines erhöhten Druckverlustes des Filter-Kühler-Moduls 47, der vom Regler 83 in die Federkammer 87 eingespeiste Öldruck als Regeldruck für eine Verstellung der Verschiebeeinheit 81 im Sinne einer Fördermengenerhöhung nicht mehr ausreicht und der Öldruck entsprechend abfällt, reagiert der Regler 83 mit einer wie in der Fig. 6 dargestellt erhöhten Verschiebung nach rechts. Hierdurch wird die Nut 84 einerseits erfindungsgemäß mit einer unter hohem Förderdruck stehenden Bohrung 91 verbunden und andererseits durch Verschluss der Speisebohrung 90 die Beaufschlagung der Nut 84 mit um den Druckverlust des Filter/Kühler-Moduls 47 geringeren Öldruck aufgehoben. Der nun maximal in der Federkammer 87 wirkende Förderdruck erzeugt ein entsprechend vorteilhaft erhöhtes Kraftniveau für die Verstellung der Verschiebeeinheit 81 im Sinne einer Fördermengen- bzw. Öldruckerhöhung. Die Bohrung 91 wird aus dem Druckraum 45 der Regelölpumpe über eine Drucktasche 92 und eine Bohrung 93 des Druckkolbens 89 mit einem bei Bedarf erforderlichen Filter 94 mit Lebensdauerfunktion mit Förderdruck beaufschlagt.
Die erfindungsgemäße Regelung von Regelölpumpen führt zu einer erhöhten Betriebssicherheit, wobei einerseits ein beispielsweise zu versorgender Verbrennungsmotor in einer Hauptleitung hinter einem Ölfilter/Ölkühler bedarfsgerecht mit Öldruck und Öldurchsatz versorgt wird und andererseits ein erhöhter Druckverlust des Ölfilters/Ölkühlers durch zunehmende Verschmutzung oder erhöhte Ölviskosität keinen nachteiligen Einfluss auf die Regelung ausüben kann.
WP-2137-EP

Claims

Verfahren zur Regelung für eine Hydraulikpumpen mit verstellbarer Fördermenge, sogenannten Regelölpumpen, mit einem mit dem Förderdruck der Regelölpumpe beaufschlagten, nach ihr angeordneten Bauteil zur Filtrierung und/oder zur Kühlung der Hydraulikflüssigkeit, das den Förderdruck durch seinen Druckverlust auf einen Öldruck für einen beispielsweise zu schmierenden Verbrennungsmotor mindert, mit einer die Fördermenge der Regelölpumpe verstellbaren Verstelleinrichtung, die einerseits mit Öldruck und entgegenwirkend andererseits von einer Feder und einem Regeldruck eines den Öldruck regelnden Reglers beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (17, 36, 62, 83) den Regeldruck aus dem Förderdruck der Regelölpumpe erzeugt.
Verfahren zur Regelung für eine Hydraulikpumpe mit verstellbarer Fördermenge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Regler (62, 83) den Regeldruck nur bei Bedarf an erhöhtem Regeldruck aus dem Förderdruck erzeugt, während der Regler (62, 83) bei Bedarf an geringerem Regeldruck den Regeldruck aus dem geringeren Öldruck hinter einem Filter (14) bzw. Filter-Kühler-Modul (47) erzeugt.
Vorrichtung zur Regelung für eine Hydraulikpumpe mit verstellbarer Fördermenge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (21, 55, 72, 93) ein Filterelement (22, 56, 73, 94) aufweist.
Vorrichtung zur Regelung einer Hydraulikpumpe mit verstellbarer Fördermenge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe als Außenzahnrad-Regelölpumpe ausgebildet ist.