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Die
Erfindung betrifft fördermengenregelbare Schierölpumpen
von Verbrennungsmotoren mit hydraulischer Fördermengenregelung durch einen
Regelkolben.
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Eine
derartige Schmierölpumpe
ist als Außenzahnrad-Regelölpumpe aus
der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen AZ10237801.0 (17.08.2002)
bekannt. Sie weist als Fördermengenregler
eine Verschiebeeinheit mit axial veränderlichem Zahneingriff der
Förderzahnräder auf,
die einerseits vom Förderdruck
und gegenüberliegend
andererseits von der Kraft einer als Verschiebefeder bezeichneten
Rückstellfeder
sowie durch einen Regelkolben mit Steuerdruck beaufschlagt wird.
Die Auslegungskraft der Verschiebefeder bestimmt für den Förderdruck
das unterste Druckregelniveau der Regelölpumpe, über die Höhe des in der Federkammer wirkenden
Steuerdruckes wird der Förderdruck
im Druckregelbereich der Regelölpumpe
variiert.
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Während durch
eine schwach ausgelegte Verschiebefeder verbrauchsvorteilhaft ein
relativ niedriger Förderdruck,
beispielsweise 1,5 bar im unteren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors, durch
den Regelkolben einstellbar ist, bewirkt die geringe Kraft der Verschiebefeder
jedoch nachteilig eine relativ langsame Ölpumpenverstellung bei einer Fördermengenerhöhung. Hierdurch
kann bei schnellen Drehzahlabsenkungen des Verbrennungsmotors mit
dann erforderlichem Nachregelbedarf der Regelölpumpe durch eine zu geringe
Verstellgeschwindigkeit kurzzeitig das betriebssichere Öldruckniveau
unterschritten werden.
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Dieser
Nachteil kann durch eine stärkere Verschiebefeder
mit für
den Förderdruck
erhöhtem Druckregelniveau,
dann jedoch mit geringeren Verbrauchsvorteilen, kompensiert werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fördermengenregelbare
Schmierölpumpe
mit einem Druckregelbereich bis hin zu niedrigen Förderdrücken durch
die Verwendung einer relativ schwachen Rückstellfeder des Fördermengenreglers
auszuführen,
ohne dass nachteilig eine geringere Verstellgeschwindigkeit bei
erforderlichen Fördermengenverstellungen
in Kauf genommen werden muss.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Verwendung eines Druckspeichers gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen
Ansprüchen,
sowie aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit
beigefügten
Zeichnungen. Diese zeigen in
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1 eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
einem externen Federdruckspeicher
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2 eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
einem am Ölpumpengehäuse angeordneten,
entspannten Federdruckspeicher
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3 eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
einem am Ölpumpengehäuse angeordneten,
teilgespannten Federdruckspeicher
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4 eine kompakte Ausführungsaltemative zu 3
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5 eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
einem im Ölpumpengehäuse integrierten
Federdruckspeicher
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6 eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit
einem im Ölpumpengehäuse integrierten
Gasdruckspeicher
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Die 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine bekannte Außenzahnrad-Regelölpumpe,
die mit einem erfindungsgemäßen, externen
Druckspeicher hydraulisch verbunden ist. Ein angetriebenes Förderzahnrad 1 steht
mit einem weiteren Förderzahnrad 2 einer
Verschiebeeinheit 3 in fördermengenvariabler, axialer
Zahneingriffsbreite. Während
der Verschiebekolben 4 der Verschiebeeinheit 3 vom
in Kammer 5 ständig
wirkenden Förderdruck
mit einer Hydraulikkraft beaufschlagt wird, wirkt hierzu gegenüberliegend über einen
Federkolben 6 der Verschiebeeinheit 3 eine Gegenkraft,
die sich aus der Kraft einer Verschiebefeder 7 mit einer
Abstützung
am Gehäuse 8 wie
auch aus einer Hydraulikkraft durch den in Federkammer 9 herrschenden
Steuerdruck zusammensetzt. Der Steuerdruck wird von einem Regelkolben 10 über eine
Steuerbohrung 11 in bekannter Weise bedarfsgerecht in einem
Druckbereich zwischen dem verfügbaren
Förderöldruck und
einer vollkommenen Druckentlastung eingeregelt.
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Durch
die erfindungsgemäße Verwendung eines
mit der Federkammer 9 hydraulisch verbundenen Druckspeichers,
der in 1 als Federdruckspeicher 12 ausgebildet
ist, wird trotz der relativ kleinen Kraft der Verschiebefeder 7 bei
erforderlicher Fördermengenerhöhung eine
schnelle Fördermengenverstellung
der Regelölpumpe
erreicht. Der vom Regelkolben 10 in der Federkammer 9 eingestellte und
damit auch im Federdruckspeicher 12 wirksame Steuerdruck
positioniert je nach Steuerdruckhöhe den federkraftbeaufschlagten
Speicherkolben 13 in seinem Arbeitshubbereich.
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Bei
einem betriebsbedingt kurzzeitigen Abfall des Förderdruckes unter den Soll-Förderdruck, beispielsweise
durch eine schnelle Drehzahlabsenkung des die Ölpumpe antreibenden Ver brennungsmotors
mit dann resultierender Abnahme der Ölpumpenfördermenge, kann der Regelkolben 10 bedingt durch
die Strömungsverluste
seines mit Förderdruck gespeisten
Leitungssystems die Ölbefüllung der
Federkammer 9 nicht schnell genug für eine erforderliche Fördermengenerhöhung ausführen, so
dass ohne Federdruckspeicher 12 der Steuerdruck kurzzeitig
abfällt
und dadurch nur eine langsame Fördermengenanhebung
erfolgt. Durch den Federdruckspeicher 12 wird der Steuerdruck
in der Federkammer 9 jedoch auch bei schneller Fördermengennachregelung
auf einem relativ hohen Druckniveau gehalten, so dass der Förderdruck
stabil bleibt. Ein Rückschlagventil 14 in
der Förderdruckleitung 15 des
Regelkolbens 10 verhindert bei kurzeitig unter dem Steuerdruck
liegendem Förderdruck
ein Ölrückströmen über den
Regelkolben 10 mit nachteiligem Steuerdruckabfall in der
Federkammer 9.
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Bei
einem betriebsbedingt schnellen Anstieg des Förderdruckes über den
Soll-Förderdruck,
beispielsweise durch eine plötzliche
Drehzahlerhöhung, erlaubt
der Federdruckspeicher 12 entsprechend auch eine schnelle
Verschiebung der Verschiebeeinheit 3 im Sinne einer Fördermengenreduzierung.
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Der
Regelkolben 10 korrigiert nach allen durch der Federdruckspeicher 12 ermöglichten, schnellen
Fördermengenverstellungen
die hierdurch verursachten, geringen Steuerdruckabweichungen den
Steuerdruck in der Federkammer 9 auf das für den Soll-Förderdruck
erforderliche Steuerdruckniveau, bedingt durch seine Strömungswiderstände jedoch
leicht zeitverzögert.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
zeigt 2 einen am Ölpumpengehäuse angebrachten Federdruckspeicher 22.
Die auf den Federkolben 6 wirkende Verschiebefeder 7 stützt sich
nun nicht mehr im modifizierten Gehäuse 16, sondern direkt
an einem Speicherkolben 17 des Förderdruckspeichers 22 ab,
der in einem Speichergehäuse 18 mit
einem Endanschlag 19 geführt ist. Eine gegenüber der
Verschiebefeder 7 stärkere
Speicherfeder 20 drückt
den Speicherkolben 17 bei in Federkammer 9 niedrigem Steuerdruck
gegen einen Anschlag 21, der von der Anflanschfläche des
Gehäuses 16 für das Speichergehäuse 18 gebildet
ist.
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Die 3 zeigt abweichend zu 2 den Speicherkolben 17 in
einer mittleren Betriebsposition, die sich durch einen die Speicherfeder 20 zusammendrückenden,
erhöhten
Steuerdruck in der Federkammer 9 einstellt. Der Federdruckspeicher 22 kann abhängig von
den einwir kenden Kräften
von Verschiebefeder 7 und Speicherfeder 20 wie
auch von dem in der Federkammer 9 wirkenden Steuerdruck grundsätzlich in
den drei nachfolgend beschriebenen, verschiedenen Betriebsbereichen
arbeiten.
- a) Position des Speicherkolbens 17 am
Anschlag 21 entsprechend 2:
In
dieser Position, die durch in der Federkammer 9 niedrig
eingeregelte Steuerdrücke
von beispielsweise max. 2 bar bei niedrigen Motordrehzahlen auftritt,
ist der Federdruckspeicher 22 unwirksam.
- b) Position des Speicherkolbens 17 zwischen dem Anschlag 21 und
dem Endanschlag 19 entsprechend 3:
Bei mittleren Motordrehzahlen
mit zur Förderdrucksteigerung
angehobenen Steuerdrücken
in Federkammer 9, beispielsweise zwischen 2 und 3 bar,
bewegt sich der Speicherkolben 17 gegen die Kraft der Speicherfeder 20 in
eine vom Steuerdruck abhängige
Position zwischen Anschlag 21 und Endanschlag 19.
Je nach Position des Speicherkolbens 17 ist abhängig von
der nun teilgespannten Speicherfeder 20 eine teilwirksame
Federdruckspeicherfunktion gegeben.
- c) Position des Speicherkolbens 17 am Stufenanschlag 19:
Bei
höheren
Motordrehzahlen mit Steuerdrücken von
beispielsweise über
3 bar ist der Speicherkolben 17 gegen seinen Endanschlag 19 gedrückt. Die
nun maximal vorgespannte Speicherfeder 20 gewährleistet
eine maximale Funktion des Federdruckspeichers 22.
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Im
Betriebsbereich b mit einer nur teilweise gespannten Speicherfeder 20 reagiert
der Speicherkolben 17 auf jede geringe Änderung des Steuerdruckes durch
den Regelkolben 10. Hierdurch wird eine schnelle Reaktion
der Verschiebeeinheit 3 auf Steuerdruckkorrekturen des
Regelkolbens 10 behindert, was sich nachteilig auf die
Regelfunktion auswirken kann. Deshalb kann es sinnvoll sein, die
Regelölpumpe
nur in den Betriebsbereichen a und c zu betreiben. Die im Betriebsbereich
a fehlende Funktion des Federdruckspeichers 22 ist nicht
nachteilig, da im unteren Motordrehzahlbereich nur relativ geringe
Drehzahlabsenkungen mit dann nur geringen Fördermengenverstellungen der
Regelölpumpe
auftreten können.
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Die
Betriebsfunktion des Federdruckspeichers 22 von 2 bzw. 3 entspricht der des Federdruckspeichers 12 von 1. Durch die Anordnung des
Federdruckspeichers 22 am Gehäuse 16 ergibt sich
eine kompakte Systemausbildung, die durch eine direkte Wirkung des
Speicherkolbens 17 auf den Steuerdruck in Federkammer 9,
ohne die in 1 drosselnde
Verbindungsleitung zwischen Federkammer 9 und Federdruckspeicher 12,
eine besonders schnelle Fördermengenanhebung
ermöglicht.
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Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel
mit einem Federdruckspeicher 23, der alternativ zu 3 eine Speicherfeder 24 mit
einem verkleinerten Durchmesser aufweist. Hierdurch ist eine teilweise Anordnung
der Speicherfeder 24 innerhalb der teilgeschnittenen Verschiebefeder 7 möglich, so
dass gegenüber 3 entweder eine Speicherfederverlängerung
oder wie gezeigt ein verkürztes
Speichergehäuse 25 realisierbar
ist.
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Hierbei
ist die Speicherfeder 24 an einer Hülse 26 abgestützt, die
in einem entsprechend modifizierten Speicherkolben 27 fixiert
ist.
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In 5 ist ein besonders kompaktes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt, bei dem der Federdruckspeicher 32 vollkommen
in einem entsprechend ausgebildeten Gehäuse 28 der Regelölpumpe integriert
ist. Im Gegensatz zu 2 sind
die Verschiebefeder 7 und die Speicherfeder 20 mit
ihrem zugehörigen
Speicherkolben 29 nebeneinander angeordnet. Der Speicherkolben 29 liegt
in seiner gezeigten Grundstellung an einem Deckel 30 an,
der auch die Verschiebefeder 7 abstützt und deren Federkammer 9 verschließt. Der
von Regelkolben 10 in die Federkammer 9 eingeregelte
Steuerdruck wirkt über
eine Ausnehmung 31 des Gehäuses 28 auf den Speicherkolben 29.
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Der
Druckspeicher in 6 ist
abweichend zu 5 als
im Gehäuse 38 integrierter
Gasdruckspeicher 33 ausgebildet. Er ist oberhalb der Federkammer 9 angeordnet
und von dem auch die Federkammer 9 erfassenden Gehäusedeckel 30 verschlossen. Über eine
Verbindung 34 steht die Federkammer 9 mit dem
Gasdruckspeicher 33 in hydraulischer Verbindung. Zwischen
dem Gehäusedeckel 30 und
dem Gehäuse 38 ist
zur gasdichten Abdichtung des Gasdruckspeichers 33 eine
umlaufende Dichtnut 35 vorgesehen, die über eine Leitung 36 mit
Förderdruck
beaufschlagtes Öl
erhält.
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Bei
längerem
Motorstillstand sorgen die Ablaufleckagen der leerlaufenden und
damit dann unwirksamen Dichtnut 35 für eine vollständige Ölentleerung
des über
dem Ölspiegel
der Ölwanne
befindlichen Gasdruckspeichers 33. Mit jedem Motorstart speist
der Regelkolben 10 Drucköl über die Federkammer 9 in
den leergelaufenen Gasdruckspeicher 33, so dass je nach
Höhe des
von Regelkolben 10 eingestellten Steuerdruckes, beispielsweise
2 bar, sich ein entsprechender Ölspiegel 37 im
Gasdruckspeicher 33 einstellt. Die Dichtnut 35 ist
nun wieder mit vom Förderdruck
beaufschlagten Öl
zur gasdichten Abdichtung des Gasdruckspeichers 33 gefüllt. Durch
das vollständige
Leerlaufen des Gasdruckspeichers 33 bei längerem Motorstillstand
werden etwaige Gasverluste im Betrieb, beispielsweise durch geringe Leckagen
oder eine gewisse Gasaufnahme des Öls, kompensiert und auslegungsgemäße Bedingungen
geschaffen.
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Die
Betriebsfunktion des Gasdruckspeichers 33 entspricht prinzipiell
der Funktion eines Federdruckspeichers. Aufgrund der gegenüber einer
mechanischen Feder mit fester Federkonstante jedoch veränderlichen
Federkennlinie des Gasdruckspeichers 33 ergeben sich entsprechende
Auslegungs- und Funktionsunterschiede.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung von
Druckspeichern an Regelölpumpen
können
diese auch bei einem verbrauchsvorteilhaft niedrigen Druckregelniveau
betrieben werden, ohne das die Betriebssicherheit hinsichtlich einer
bedarfsgerechten Schmierölversorgung
des Verbrennungsmotors durch eine zu langsame Fördermengenverstellung gefährdet ist.