WO2008095459A1 - Pumpe - Google Patents

Abstract

Pumpe zur Versorgung von hydraulischen Ventilsteuerungen im Kraftfahrzeug, wobei die Pumpe im Schmierölkreislauf des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Versorgung von hydraulischen Ventilsteuerungen in Kraftfahrzeugen, wobei die Pumpe im Schmierolkreislauf des Kraftfahrzeugs angeordnet ist

In der Regel werden für solche Anwendungen elektrisch angetriebene Ölpumpen eingesetzt. Bei diesen Pumpen führt aber der elektrische Wirkungsgradverlust zu einer Erhöhung des Leistungsbedarfes. Weiterhin führen die Mehrkosten von Elektromotoren, Kabeln und Steuerungen dazu, dass Elektromotorpumpen in dieser Anwendung einen zu großen Kostenanteil verursachen.

Weiterhin werden Pumpensysteme untersucht, bei denen die Schmierölpumpe so konzipiert wird, dass sie die hydraulische Versorgung mit übernehmen kann. Wenn man aber Niedrigdruckpumpen, wie die Schmierölpumpe, so auslegt, dass Drücke von bis zu 50 bar erzeugt werden können, werden die mechanisch-hydraulischen Verluste für den Schmierolkreislauf inakzeptabel groß.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe zur Versorgung von hydraulischen Ventilsteuerungen in Kraftfahrzeugen darzustellen, die diese Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe zur Versorgung von hydraulischen Ventilsteuerungen in Kraftfahrzeugen, wobei die Pumpe im Schmierölkreislauf des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und wobei der Ansaugbereich der Pumpe von der eigentlichen Schmierölpumpe unter Schmieröldruck (ca. 4 bar) aufgeladen wird.

Das hat den Vorteil, dass durch die Vorbefüllung durch die eigentliche Schmierölpumpe eine Reduzierung der Druckdifferenz an der Pumpe zur Versorgung der hydraulischen Ventilsteuerung und damit zu einer Leistungsreduzierung führt. Weiterhin kann hierdurch verhindert werden, dass Kavitation auftritt, da immer ein Überdruck an den Saugnieren der Pumpe vorliegt. Hierdurch kann auf einen eigenen Öltank bzw. Ölsumpf verzichtet werden, und es ist nicht notwendig, eine Medientrennung im Zylinderkopf durchzuführen. Außerdem sollte die Filterung des Motorenöls durch den Motorölfilter ausreichend sein. Somit kann auf einen zusätzlichen Feinfilter verzichtet werden. Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, welche von der Nockenwelle angetrieben wird. Das hat den Vorteil geringer Pumpendrehzahlen, da die Nockenwelle nur mit der halben Motordrehzahl läuft. Niedrigere Drehzahlen reduzieren die Reibleistungsaufnahme. Weiterhin sind in diesem Bereich des Motors bereits Ölkanäle zur Schmierung und Druckölversorgung vorhanden (Nockenwellenlager, Nockenwellenversteller, Vakuumpumpe). Hier wäre also lediglich die Dimensionierung der Leitungsquerschnitte zu prüfen.

Auch wird eine Pumpe bevorzugt, welcher ein 2/2 -Wegeventil, gegebenenfalls ein Sitzventil, nachgeschaltet ist, welches einen im Wesentlichen drucklosen Umlauf ermöglicht. Ebenso wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher das 2/2-Wegeventil den im Wesentlichen drucklosen Umlauf in den Ansaugbereich der Ventilsteuerungspumpe, wo der Schmieröldruck (bis ca. 4 bar) herrscht, schaltet. Das hat den Vorteil, dass ein geringerer Druckabfall im Bereich der Ventilsteuerungspumpe erzeugt wird. Das Öl ist ja bereits durch die Schmierölpumpe auf ein bestimmtes Druckniveau angehoben worden (bis zu 4 bar). Ein Abfließen direkt zum Tank würde bei einem Volumenstrom von drei Litern pro Minute eine hydraulische Verlustleistung von 20 Watt erzeugen. Bei einem Gesamtwirkungsgrad von 70 % würde sich sogar eine Verlustleistung an der Kurbelwelle von fast 30 Watt ergeben.

Eine weitere erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Pumpe mit einer weiteren Pumpe, insbesondere der Vakuumpumpe, kombiniert als Doppelpumpe ausgeführt ist. Da in Zukunft zunehmend immer mehr Motoren durch die Entdrosselung des Ansaugtraktes eine Vakuumpumpe benötigen, bietet es sich an, eine Kombination aus Vakuumpumpe und Zylinderkopfhochdruckpumpe (Ventilsteuerungspumpe) aufzubauen. Das hat den Vorteil, dass beide Pumpen in einem Gehäuse vereint werden können und damit entsprechend zur Kostenreduzierung für die zusätzliche Ölpumpe führen. Da die Vakuumpumpe ebenfalls Motorenöl zur Abdichtung der Spalte nutzt, wäre eine Medientrennung nicht notwendig. Somit kann auf Wellendichtringe verzichtet werden.

Diese erfindungsgemäße Pumpen- und Ventilkombination ist die kostengünstigste und aus Leistungssicht die beste Lösung. Bezüglich der Kosten hat eine erste Abschätzung gezeigt, dass das vorgeschlagene Konzept nur 20 - 25 % Anteil an den Kosten des hydraulischen Gesamtsystems für die Ventilsteuerungen im Kraftfahrzeug hat.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben. Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Pumpe zur Versorgung einer hydraulischen Ventilsteuerung innerhalb des Schmierölkreislaufes.

Figur 2 zeigt die Anordnung aus Figur 1 , wobei das 2/2-Wegeventil in den Ansaugbereich der Ventilsteuerungspumpe zurückführt.

Figur 3 zeigt schematisch eine Doppelpumpenkombination aus der hydraulischen Ventilsteuerungspumpe und einer Vakuumpumpe.

In Figur 1 ist eine Pumpe 1 zur Versorgung der hydraulischen Ventilsteuerung mit ihrem Ansaugbereich 3 im Abzweigungspunkt 5 an den hydraulischen Schmierölkreislauf 7 eines Verbrennungsmotors angeschlossen. Der Schmierölkreislauf 7 wird durch eine Schmierölpumpe 9, welche das Schmieröl aus dem Ölsumpf 11 ansaugt, versorgt. Die Schmierölpumpe 9 ist durch ein Druckbegrenzungsventil 13 abgesichert, und der Schmierölkreislauf 7 selbst wird durch ein Schmierölfilter 15 entsprechend von Schadstoffen freigehalten. Die Hochdruckpumpe 1 für die hydraulische Ventilsteuerung fördert das entsprechende Steueröl über die Leitung 17 in das Nockenwellenverstellungssystem. Das Nockenwellenverstellungssystem realisiert damit eine variable Ventilsteuerung für den Verbrennungsmotor, wobei das Hydrauliksystem bei Volumenströmen von 1 - 3 Litern pro Minute und einem Druck zwischen 50 und 100 bar betrieben wird. Ein 2/2-Wegeventil 19, welches durch eine Feder 21 in Schließstellung gehalten wird, kann durch einen Elektromagneten 23 geöffnet werden und somit über die Leitung 25 einen drucklosen Umlauf in den Ölsumpf erzeugen, wenn die variable Ventilsteuerung keine Hydraulikölversorgung benötigt. Das 2/2-Wegeventil kann gegebenenfalls auch als leckölfreies Sitzventil ausgeführt werden.

In Figur 2 ist eine Variante des Hydrauliksystems aus Figur 1 dargestellt. Gleiche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und sollen hier zur Vermeidung von Wiederholungen nicht noch einmal beschrieben werden. Der Unterschied zu Figur 1 liegt darin, dass das Wegeventil 19 den so genannten drucklosen Umlauf nicht in den Hauptölsumpf zurückführt wie in Figur 1 , sondern über eine separate Rückführleitung 27 in den Ansaugbereich 3 der Ventilsteuerungspumpe 1. Im Ansaugbereich 3 herrscht der von der Schmierölpumpe 9 erzeugte Druck von bis ca. 4 bar, so dass diese Druckdifferenz nicht als Verlustleistung für den drucklosen Umlauf der Ventilsteuerungspumpe auftritt. Die entsprechenden Abschätzungen der Vorteile und Verlustleistungen wurden vorab schon beschrieben. - A -

In Figur 3 ist das Hydrauliksystem aus Figur 2 mit einer zusätzlichen zweiten Pumpe 29 dargestellt. Die Pumpe 29 ist dabei Vorteilhafterweise eine ebenfalls an der Nockenwelle angeordnete Vakuumpumpe, welche hier mit der Versorgungspumpe 1 für die hydraulische No- ckenweliensteuerung vorzugsweise in einem Pumpengehäuse angeordnet werden kann. Die sich hierdurch ergebenden Vorteile wurden ebenfalls vorab bereits beschrieben.

Claims

Patentansprüche

1. Pumpe (1 ) zur Versorgung von hydraulischen Ventilsteuerungen im Kraftfahrzeug, wobei die Pumpe im Schmierölkreislauf (7) des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugbereich (3) der Pumpe (1 ) von der eigentlichen Schmierölpumpe (9) unter Schmieröldruck (ca. 4 bar) aufgeladen wird.

2. Pumpe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1 ) von der Nockenwelle angetrieben wird.

3. Pumpe (1 ) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpe (1 ) ein 2/2 -Wegeventil (19), gegebenenfalls ein Sitzventil, nachgeschaltet ist, welches einen im Wesentlichen drucklosen Umlauf ermöglicht.

4. Pumpe (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das 2/2 -Wegeventil (19) den drucklosen Umlauf in den Ansaugbereich (3) der Pumpe (1 ), wo der Schmieröldruck (ca. 4 bar) herrscht, schaltet.

5. Pumpe (1 ) nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1 ) mit einer weiteren Pumpe (29), insbesondere einer Vakuumpumpe, kombiniert als Doppelpumpe ausgeführt ist.