SE457010B - Reglerbar smoerjmedelspump - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 457 010 2 där om en vingpump för flödesreglering med en enda reglerkamma- re och en vridbart styrd lyftring, på vilken en inuti alstrad, riktningsstyrd mottryckskraft verkar, som är så styrd att ett ständigt vridmoment alstras i en riktning omkring lyftringens vridpunkt mot ett utifrån kommande reglertryck. En dylik pump har hittills icke använts för smörjmedelsförsörjningen i för- bränningsmotorer, utan är avsedd för flödesreglering 1 en auto- matväxel. Viaenámmtsvarighet därtill komplicerad reglermeka- nism hålles flödet i den kända pumpen i överensstämmelse med ett givet börvärde.

I en färbränningsmotor föreligger ett annat problem, b1.a. nämligen att hålla trycket konstant, närmare bestämt obe- roende av motorns sugvolym och lagrens förslitningstillstând osv. Smörjmedelspumpar för en förbränningsmotor måste ofta kunna optimalt anpassa sig själv till systemets förslitning.

Dessa möjligheter finnes icke vid den kända vingpumpen, då den- na är förhållandevis dyrbart bearbetad, och det uppstår med nackdel tätningsproblem, förbunden med en kraftig friktion hos de rörda tätningslisterna. Vidare är konstruktionssättet skrym- mande.

Inte ens om man skulle förse ovannämnda vingpump med enkla tryckregleranordningar skulle man kunna uppnå en optimal anpassning av smörjmedelsmängden till kraven i en för- bränningsmotor. Detta är problematiskt i synnerhet vid s k kall- start. Då är smörjmedlets viskositet så hög att den kända ving- pumpen regleras tillbaka i förtid till nollslag, då det inwtorn föreligger ett högt strömningsmotstând. Vid användning av den kända regleranordningen âstadkommes icke en säker smörjmedels- försörjning under svåra betingelser, särskilt vid kallstart.

Syftet med uppfinningen är därför att så förbättra den kända vingpumpen att den anpassar smörjmedelsmängden och trycket till förbränningsmotorns krav och föreliggande tillstånd, sär- skilt ocksä åstadkomma en optimal anpassning till motorns före- liggande förslitningstillstând, utan att vid andra extremt varierbara driftsparametrar förlora de andra fördelarna hos kän- da pumpar.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att pumpen erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen. Genom 10 15 20 25 30 35 457 010 3 anslaget på nämnda mothåll erhålles efter flödets tillbakareg- lering ett visst belopp resp. vridning av lyftringen en viss sträcka en tryckhöjning, då lyftringen anslår mot anslaget och dessutom belastas av förhandenvarande tryckfjäder. Pâ detta sätt uppnår man även vid kallstart, då lägre varvfrekvenser vid högre viskositet föreligger, ett minimiflöde, varigenom en för- bränningsmotor även vid kallstart med fördel smörjes i tillräck- lig grad. Man uppnår dessa optimala kallstartbetingelser genom anslaget, dvs genom tryckstegringen även då lyftringen vrides nämnda bestämda sträcka före anslâendet mot anslaget och därmed minskar flödet. Om nämligen en oljas viskositet är stor behöver flödet inte vara jämförelsevis så stort som i varm drift av en motor.

Allmänt utgöres de viktiga driftsparametrarna för pumpen enligt uppfinningen, företrädesvis med vingar, av temperatur, tryck, flöde, viskositet och varvfrekvens. Vid pumpar i fasta, kända system är dessa driftsparametrar konstama eller förändras endast något. Vid en förbränningsmotor i de vanliga motorfordo- nen, särskilt de numera i bruk vanliga personbilarna, är detta som synes annorlunda, dvs där pendlar de nämnda storheterna inom vida områden. Den reglerbara smörjmedelspumpen enligt upp- finningen lämpar sig likaså för kompressor osv, varvid det i praktiska försök redan visat sig att utomordentliga resultat uppnåtts för oljetryck till omkring 25 bar, viskositeter på mellan 5 och 20 000 m2/s och temperaturer mellan -50°G Gæxmfönämüngavtryckfjädern i mothållet, som redan förekommer i den kända vingpumpen, kan man ställa in matningstrycket. Dvs tryckfjäderns karakteristik bestämmer matningstrycket. Den kan emellertid i stället för utbyte av hela tryckfjädern också för- ändras med ställskruvar. Pâ detta sätt kan matartrycket som parameter ställas in på ett bestämt värde, och tryckfjädern verkar vid funktionen hos pumpen enligt uppfinningen som en stel del tills matartrycket har uppnått fjädermottrycket. Då kan pumpens excentricitet minskas genom vridning av lyftringen, var- igenom även matarflödet minskas.

Genom detta kännetecken är det möjligt att motorsugkurvan och den reglerbara pumpens kurva, som visar flödets beroende av motorpumpsvarvfrekvensen, mer eller mindre täcker varandra resp. 10 15 20 25 30 35 457 010 4 sammanfaller. Detta innebär emellertid en avsevärd effektbe~ sparing i hela driftsomrâdet.

Pumpen enligt uppfinningen håller via en tryckberoende flödesreglering systemtrycket konstant inom trånga gränser och närmare bestämt oberoende av det driftsparameterberoende för- brukarflödet. Därmed uppnås i jämförelse med de kända konstant- pumparna avsevärda effektbesparingar. Den nya smörjmedelspumpen anpassar genom tryckberoende, kontinuerlig omställning av slag- volymen flödet till behovet, så att ett onödigt effektuttag, som omtalats i samband med fig. 3, icke längre sker. Man er- håller alltså en optimal och automatisk anpassning av flödet till förbrukarens behov.

Reglerkolven med den dess inre med pumpens trycksida förbindande reglerledningen i ett kompakt byggsätt integreras i pumpens hus, och uppbyggnaden av en dylik regulator är även uppenbart enklare än den som föreligger vid den inledningsvis Omnämnda kända vingpumpen.

Mothållets anslag träder senare i ingrepp med lyftring- ens tapp liksom tryckfjädern, så att den beskrivna nedreglering- en av flödet med det nämnda bestämda beloppet är möjlig. Där- efter är vid ytterligare tryckstegring en tillbakareglering av flödet icke längre möjlig , utan i stället stiger även trycket, och denna önskade ändring gör att vid kallstart det stora mot- ståndet till följd av högviskös olja kan övervinnas.

Enligt uppfinningen är det fördelaktigt om anslaget är stegformigt i ett företrädesvis som styrkolv för tryckfjädern utformat mothàll. Då kan systemet drivas i beroende av regler- slaget med skilda trycksteg. Man kan med flera, i följd anord- nade anslag i mothâllet uppnå en fingradering, exempelvis vid drift på andra temperaturnivâer, vid förbränningsmotorer före- trädesvis med ännu lägre temperaturer, allmänt vid ännu olämp- ligare yttre betingelser.

Vid lämplig ytterligare utformning av uppfinningen upp- visar anslaget minst en fjäder. I det nämnda mothâllet är då företrädesvis tvâ âterställningsfjädrar insatta, varvid den första utgöres av redan nämnda tryckfjäderu och den andra kom- mer till insats först efter en viss förskjutning av lyftringen i riktning mot mindre flöde. Därigenom âstadkommes en 10 15 20 25 30 35 457 010 5 förstärkning av återställningskraften och den redan diskuterade och önskade tryckhöjningen. Exempelvis kan genom ytterligare avstödjande av lyftringen mot den andra fjädern, t.ex. det fjädrande anslaget, uppnås att vid kallstart cirka 15 % av det maximala flödet tryckes genom förbränningsmotorn. Om anslaget i den ovannämnda meningen enligt uppfinningen är en fjäder räcker det om dess riktningskraft är ungefär lika med den först be- skrivna tryckfjäderns, då båda krafterna vid den ytterligare anslagsfjäderns insats adderas, så att i varje fall erhålles ett kraftigare uppstödjande av lyftringen. Om anslagsfjädern resp. det fjädrande anslaget är hård, kan man i stor utsträck- ning förhindra en minskning av flödet. Vid ett fast anslag är en minskning av flödet teoretiskt sett icke möjlig. En lämplig driftsbetingelse för fjädern gäller, om man begränsar trycket i matarmediet genom det fjädrande anslaget till t.ex. 10 bar.

Anslaget, vare sig fast eller fjädrande, kan även vara axiellt inställbart, varigenom den ytterligare avstödjandet i mothållet blir inställbart och därigenom anpassbart till olika motortyper. _ Det är tänkbart att förutom den först beskrivna tryck- fjädern i mothållet använda endast en fjäder som anslag. Tänk- bart är även det ovannämnda exemplet med ett enda fast anslag.

Det är emellertid också möjligt att använda flera fjädrar eller flera fjädrar och därtill ett fast anslag eller också flera fasta anslag.

Då man utformar smörjmedelspumpen enligt uppfinningen som vingpump, kan man uppnå jämnvikt mellan de yttre och de inre på vingarna i drift verkande krafterna och därigenom minska den mekaniska friktionen, så att företrädesvis även icke metalliska material, t.ex.plast, kan användas för några delar i pumpen, t.ex. för lyftringen och vingarna. Om man framställer särskilt vingarna av material med väsentligt lägre densitet än stål, t.ex. plast, kan på ett fördelaktigt sätt centrifugalkrafts-- betingade störningskrafter pâ regulatorn minskas.

Den mindre friktionen ger en lägre bullernivå vid pum- pens drift och likaså en mindre förslitning i förbindelse med en mindre temperaturstegring. Eventuellt kan följaktligen läng- re tillsynsintervall eller mindre mängd smörjmedel tillåtas, 10 15 20 25 30 35 457 010 6 och eventuellt blir tillsatskylning överflödig.

Genom integrering av den tryckberoende regulatorn enligt uppfinningen, som väsentligen består av den i rotorns i för- hållande till rotorns axel förskjutbara lyftringen, en tryckpå- verkad ställkolv och âterställningsfjädern, uppnås en förlustlåg flödesanpassning till oljebehovet i en förbränningsmotor vid alla ariftstillstäna. ' Pumpen enligt uppfinningen tillåter en friktionsminskning vid lagrens oljeförsörjning. Det är känt att effektförlusten för hjälpmaskiners drift, särskilt smörjoljepumpar, vid lägre delbelastning är rätt avsevärd. Den mekaniska verkningsgraden sjunker så kraftigt att bränsleförbrukningen övervägande hänför sig till täckande av friktionsarbetet, dvs bl a för täckande av pumpeffekten. Om man kan hålla oljematningen och därmed pump- effekten mycket låg, särskilt förbättra pumpverkningsgraden, nämligen genom tillämpning av uppfinningens lära, kan dessa effektförluster minskas. Genom belastnings- och varvfrekvens- beroende oljetrycksreglering kan, särskilt i mindre bilmotorer, de nämnda besparingarna uppnås.

Ytterligare fördelar med, känntecken på och användnings- möjligheter för föreliggande uppfinning framgår av följande be- skrivning av föredragna utföringsformer i förbindelse med rit- ningarna, på vilka fig. 1 visar ett tvärsnitt enligt linjen I - I i fig. 2 genom en smörjmedelspump enligt uppfinningen, i vilken regula- torn uppvisar såväl en reglerkolv somett.fjädrande förspänt mot- håll, fig. 2 visar ett snitt enligt linjen II - II i fig. 1, fig. 3 visar matarkurvan för en konstantpump, sugkurvan för en motor och matarkurvan för den reglerbara pumpen enligt uppfinningen, fig. 4 visar ett diagram över anslagets verkan i posi- tionerna S1, S2 etc. och fig. 5 visar ett diagram över motorns sugflöde som en funktion av motorvarvfrekvensen n.

Av fig. 1 och 2 framgår uppbyggnaden av en särskilt före- dragen utföringsform av en vingpump som smörjmedelspump enligt uppfinningen. I huset 1 mynnar uppifrån en sugledning 12 och 10 15 20 25 30 35 457 010 7 skilt från denna underifrån en tryckledning 11. Pâ dessa led- ningar 11 och 12 motsatt sida av huset sörjer ett lock 2 för tillslutning av innerrummet. I detta befinner sig en allmänt med 27 betecknad rotor med rotorkropp 18, drivtapp 3 och lager- tapp 19. Pâ de båda ändytorna 20 av rotorkroppen 18 är ring- formiga kammare 14 upptagna, i vilka är rörligt anordnade var- sin styrring 6. vederbörande styrring 6 stödjer inifrån vingar 5 radiellt utåt mot en lyftring 4.

Lyftringen 4 är på sin ena sida, på ritningarna upptill, svängbart lagrad i huset 1 via ett stift 16 och uppvisar pâ sin diametralt motliggande sida en tapp 21, som kan bringas i ingrepp med regulator, dvs mellan en reglerkolv 8 med förslut- ningsdel 10 och en med ett tryckfjäder 9 förspänt mothâll 7, som så att säga bildar styrkolv för tryckfjädern 9. Inuti tryck- fjädern 9, men kortare än denna, visas en som anslag verkande fjäder 17.

Av fig. 1 framgår även vingpumpens pumprums förbindelse med ledningarna 11 och 12, nämligen de njurformiga öppningarna 22 och 23. Den övre bildar den sugledningen 12 med pumprummet förbindande sugporten 22, medan den nedre bildar den tryckled- ningen 11 med pumprummets trycksida förbindande tryckporten 23.

Av fig. 1 framgår även att bägge öppningarna 22 och 23 ligger symmetriskt omkring mittlinjen genom ledningarna 11 och 12, dvs symmetriskt i förhållande till ett plan genom svänglagret eller stiftet 16 för lyftringen 4 å ena sidan och rotorns 27 axel 24 å andra sidan. _ En reglerledning 25 (fig. 1) förbinder pumpens trycksida med reglerkolvens 8 inre och leder härmed pumpmediets tryckkraft till reglerkolvens 8 bakre ändyta, varvid pumpmediets flöde till denna yta sker via mittledningen 26. Genom detta tryck från pumpmediet är reglerkolvens kraftriktning mot tappen 21 åt vänster i fig. 1. Däremot verkar tryckfjäderns 9 kraft via mot- hållet 7 i form av styrkolven.

J I fig. 2 synes vidare en kanal 13, via vilken från pum- pens trycksida till efter tryckporten 23 överföres pumpmedium resp. dettas tryck i kammaren 14 och därmed också i lagret 15 för lagertappen 19. Detta tryck överföres emellertid även till den inre området under vingarna 5, som antydes i fig. 1 genom 10 15 20 25 30 35 457 010 8 det radiellt vid vingarnas 5 inre ände visade runda området, som så att säga bildar vingslitsarnas botten, och anländer därmed även till drivtappens 3 lager 15. Rotorns 27 rotations- riktning antydes i fig. 1 med pilen 29,och pilarna 28 i fig. 2 visar pumpmediets riktning.

I fig. 3 visas pumpflödet Q som en funktion av motor- resp. pumpvarvfrekvensen n. Den cirka 450 lutande, räta, hel- dragna linjen A utgör kurvan för de i dag använda kända kon- stantpumparna, t.ex. kugghjulspumpen. Därunder visas streckat motorsugkurvan B, dvs pumpflödets Q beroende av motorvarvfrek- vensen n ett flöde som motorn i huvudsak förbrukar. Däremellan tilltar med tilltagande varvfrekvens n en yta under kurvan A som representerar den förlusteffekt som med en tryckbegräns- ningsventil nedstrypes.

Dessutom visar fig. 3 den till motorsugkurvan B optimalt anpassade kurvan C för den reglerbara vingpumpen enligt uppfin- ningen, visad i fig. 1 och 2. Den optimala anpassningen av pump- kurvan till motorsugkurvan framgår.

I drift fungerar pumpen enligt fig. 1 och 2 på följande sätt. vid användning som smörjmedelspump införes smörjolja upp- ifrån i pilens 28 riktning in i sugledningen 12 och insuges genom sugporten 22 in i pumprummet. Rotorn 27 vrider sig i den böjda pilens 29 riktning och transporterar smörjoljan ut genom tryckporten 23 och ut genom tryckledningen 11. Transporten sker endast då lyftringen 4 har det i fig. 1 visade exentriska läget resp. överhuvudtaget har en excentricitet.

Om vid insats av det fjädrande anslaget 17, dvs det inuti tryckfjädern 9 koncentriskt i fig. 1 till vänster anord- nade tryckfjädern 17, kallstart skall genomföras, inser man att tappen 21 först kan röras en sträcka s åt vänster, medan pump- flödet minskar. Sedan kommer innerskuldran hos det som styrkolv utformade mothâllet 7, som hela tiden anligger mot högra änden av tryckfjädern 9, mot transportsidan, dvs i fig. 1 den högra sidan av anslagsfjädern 17. I detta ögonblick får det totala fjädersystemet med de bägge tryckfjädrarna 9 och 17 en avsevärt större karakteristik, vilket framgår av fig. 4 I fig. 4 är som funktion av fjädervägen s resp. tappens 21 rörelseväg uppritad fjädersystemets kraft F, som via ll 10 15 20 25 30 35 457 010 9 mothàllet 7 verkar på tappen 21. Denna fjäderkraft motsvarar reglertrycket. Om från viloläge tappen 21 rör sig från O till s1, rör det sig om det område i vilket pumpflödet kan minskas genom omställning av lyftringen 4. I normalt, dvs varmt drifts- tillstând hos förbränningsmotorn är detta område från O till s1 det normala reglerområdet vid vanlig viskositet och en Ölje- temperatur av exempelvis 80°C. t Efter överskridandet av vägen s1 anligger en första an- slagsfjäder 17 dessutom mot mothàllet 7, så att karakteristiken blir den streckade kurvan i fig. 4 (en rät linje). Då vägsträck- an till sz överskrides tillkommer en tredje anslagsfjäder och karakteristiken följer den punktstreckade kurvan. -Om slutligen vid s3 är anordnat ett fast anslag blir resultatet dubbellinjen i fig. 4, som anger en praktiskt taget oändlig tryck- eller kraftstegring.

I fig. 5 visas motorns Q sugflöde som funktion av dess varvfrekvens n, varvid oljetemperaturen är den ytterligare para- metern. Den nedre kurvan 1' ligger ungefär på ett sugflöde på O, då en enkel tryckfjäder 9 utan anslagsfjäder 17 användes eller enligt den inledningsvis nämnda brittiska patentskriften.

Här ligger trycket vid 5 bar, som betingas av den enda tryck- fjäderns 9 karakteristik, och temperaturen kan t.ex. ligga i ett intervall mellan -15°C och OOC.

Om man använder fjäderanslaget 17 enligt uppfinningen kan ett sugflöde på 5 1/min från förbränningsmotorn ge kurvan 2', medan här en tryckstegring till 10 bar har ägt rum. Tempera- turområdet ligger här likaledes mellan OOC och -15°C.

För âskådlighets skull visas den övre kurvan 3', där motorns sugflöde uppgår till 10 l/min, trycket åter är inställt på 5 bar och oljetemperaturen uppgår till cirka 80°C. Denna kurva 3' visar det normala driftstillstândet.

Naturligtvis kan denna nya pump även utföras som fler- stegspump, varvid på en drivaxel flera rotorer i skilda kammare alstrar differentierade tryck och pumpflöden. En fördelaktig användningsmöjlighet för en flerstegspump är servostyrning, automatväxlar, bromskraftsförstärkare o.likn.

Claims (2)

10 15 20 457 010 ID PATENTKRAV

1. Reglerbar smörjmedelspump med automatisk tryckregle- ring och försedd med i en rotorkropp (18) radiellt Förskjutbara vingar (5), en i ett hus (1) vid ena sidan svängbart lagrad (16) lyftring (4), vars excentricítet av pumpmediet från tryck- området är inställbar medelst en regulator, som uppvisar ett fjädrande förspänt mothåll (7), samt i huset (13) befint- liga sug- och tryckportar (22 resp 23), varvid för radiellt av- stödjande av vingarna (5) mot lyftringen (4) minst två styr- ríngar (6) är radíellt rörligt anordnade i kammare (14) på de båda ändytorna (20) av rotorkroppen (18) och en kanal (13) för- binder trycksídan med dessa kammare, k ä n n e t e c k n a d av att en tapp (21) på lyftringen (4) står i ingrepp mellan mot- hållet (7), som är förspänt av en tryckfjäder (9) och innefattar flera efter en bestämd förskjutning av lyftringen (4) i följd ingripbara fjäderelement (9, 17), och en mittemot mothållet (7) liggande reglerkolv (8), vars inre via en reglerledníng (25) är direkt förbunden med pumpens trycksida.

2. Smörjmedelspump enligt patentkravet 1, k ä n n e- t e c k n a d för tryckfjädern (9). av att mothållet (7) är utformat som styrkolv 41-1»