EP2567095A2 - Schmierstoffventil für ölpumpen von verbrennungsmotoren - Google Patents

Schmierstoffventil für ölpumpen von verbrennungsmotoren

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EP2567095A2
EP2567095A2 EP11726680A EP11726680A EP2567095A2 EP 2567095 A2 EP2567095 A2 EP 2567095A2 EP 11726680 A EP11726680 A EP 11726680A EP 11726680 A EP11726680 A EP 11726680A EP 2567095 A2 EP2567095 A2 EP 2567095A2
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EP
European Patent Office
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piston
control
lubricant
valve
cold start
Prior art date
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EP11726680A
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English (en)
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Toni Steiner
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Nidec GPM GmbH
Original Assignee
Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
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    • F01M1/00—Pressure lubrication
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    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/06—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations specially adapted for stopping, starting, idling or no-load operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y10T137/85978—With pump
    • Y10T137/85986—Pumped fluid control

Definitions

  • the invention relates to a lubricant valve for oil pumps of internal combustion engines to optimally provide the bearings and sliding surfaces of the motors to reduce wear with lubricant.
  • valves are arranged in the lubricant circuit, downstream of the oil pump, which open as cold-start valves in the start-up phase of the engine, since cold lubricating oil has a high viscosity and so long avoid pressure spikes until the lubricating oil has heated so far that its viscosity ensures control over another arranged in the oil circuit control valve.
  • This control valve is required in addition to the cold start valve in the oil circuit to ensure optimum oil pressure in continuous operation of internal combustion engines, since the used for the supply of lubricant to internal combustion oil pumps, such as gerotor or gear pumps, with increasing engine speed generate an increasing lubricant flow, ie promote more lubricant than for Lubrication of the bearings and sliding surfaces of each engine is required. Therefore, as the speed increases, the pump discharge pressure would also increase.
  • the control valve located in the oil circuit of internal combustion engines now serves to ensure a nearly uniform oil pressure in the gallery over all engine speed ranges.
  • control valve is described in the prior art, for example in EP 1 529 958 B1 or DE 60 2004 010 989 T2.
  • This prescribed there control valve has a production and assembly technically complicated structure and a complicated component geometry.
  • this design is very sensitive to dirt, so that entrained by the lubricant abrasion, or foundry sand can easily store in the control valve and under unfavorable conditions for jamming the valve piston, and thus can lead to a total failure of the scheme.
  • control valve introduced in EP 1 529 958 B1 can not be used as a cold start valve.
  • the invention is therefore based on the object to develop a lubricant valve for oil pumps of internal combustion engines, which eliminates the aforementioned disadvantages of the prior art, in particular the functions of a cold-start valve and a control valve combined with minimal space in itself, it is constructed so that it is insensitive to the entrained by the lubricant abrasion and / or molding sand, thereby high flow rates possible, also constructed in terms of manufacturing and assembly technology cost, and can be produced inexpensively, and beyond even in extreme conditions always robust, reliable and trouble-prone working.
  • Figure 1 a section through a possible design of an oil pump for
  • FIG. 2 shows the lubricant valve shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the lubricant valve shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the lubricant valve shown in FIG.
  • FIG. 5 shows the design of an oil pump illustrated in FIG.
  • a double piston 12 consisting of a arranged in a control piston 13 cold start piston 14 which is guided linearly displaceable in a arranged in the control piston 13 cold start piston guide 15 ,
  • Essential to the invention is in this context that arranged in the control piston 13 inner piston guide, the cold start piston guide 15, in which a cold start piston 14 is arranged as an inner piston, wherein the piston head 16 of the control piston 13, the cold start piston guide 15 opposite the piston rod 17 is disposed at the from Spaced piston head 16 of the control piston 13 spaced a separate piston 18 is arranged, which projects beyond the piston rod 17 in the form of a spacer rod 19. It is also characteristic that in the piston head 16 of the control piston 13, the working piston 18 adjacent the inflow bores 20, and in the cylinder wall 21 of the cold start piston guide 15 of the control piston 13, the piston head 16 adjacent the outflow holes 22 are arranged.
  • the cold start piston 14 is designed as a unilaterally open, multi-stage cylinder piston, which is arranged adjacent to the guide cylinder 23 in an open in the cold start piston 15 of the control piston 13 slidably disposed guide cylinder 23 with a Federstromring Chemistry 24 and a Federstromring Chemistry Cylinder diameter smaller lock cylinder 25 is made, which with its lock cylinder jacket
  • the control block 34 is arranged r arranged the furskoben 18.
  • the arrangement of the invention by means of a prestressed compression spring 30, the inlet holes 20 in the control piston 13 sealing, in The control piston 13 pressed cold-start piston 14 is preferably also characterized by the fact that both the control piston 13 as well as the cold start piston 14 are made of the same material, for example steel.
  • the construction according to the invention simultaneously enables the double piston 12 to be prefabricated separately together with the compression spring 30, and it can also be tested separately for its cold-starting function safety even before installation.
  • valve spring chamber 31 via a damping bore 35 with the oil pan, the working chamber 33 via the pressure channel 8 with the pressure kidney 5 and the control chamber 34 via a control bore 36 to the control channel 9 are connected.
  • the solution according to the invention also enables high flow rates.
  • the inventive arrangement of only a few, compact, easy to manufacture, usually multifunctional assemblies in conjunction with the flow guide according to the invention, as well as the valve assembly according to the invention in the pump housing that allows the Lubricant valve according to the invention not only manufacturing technology is inexpensive to produce, but that it is very well preassembled due to the structure of the invention, tested before installation, and can be installed easily, quickly and inexpensively in the oil pump
  • the lubricant valve according to the invention works because of the large pressure bearing surfaces and flow cross sections, even under very extreme conditions of use always robust, reliable and störunan stricture.
  • a wear plate 37 with a passage bore 38 is arranged between the compression spring 30 and the valve seat 7 arranged in the pump housing 1.
  • the wear plate 37 prevents incorporation of the compression spring 30 in the valve seat 7 of the pump housing 1.
  • the arranged in the wear plate 37 passage bore 38 also allows unimpeded inflow and outflow of the lubricating oil in / from the valve chamber 31 during displacement of the cold start piston 14th
  • a pressure compensation chamber 39 is arranged inside the piston head 16 of the control piston 13, which connects all inlet bores 20 arranged in the piston bottom 16 and can be completely closed by the lock cylinder cover 27 of the cold start piston.
  • a drain hole 40 is arranged between the bearing 2 and the valve spring chamber 31, so that the emerging from the bearing point 2 leakage fluid is derived defined.
  • FIG. 3 now shows the lubricant valve according to the invention, shown in FIGS. 1 and 2, in its control function during a cold start.
  • the oil pump initially conveys the highly viscous oil and builds after some
  • the assemblies of the lubricant valve according to the invention are now sized, i. the piston surfaces and the spring force of the compression spring 30 are coordinated so that at a pump pressure of 11 bar, the integrated in the lubricant valve cold start valve starts with its control function.
  • the pressure on the pressure for example, to 11 bar, increased at which the integrated in the lubricant valve cold start valve to start its control function ,
  • the voltage applied in the working chamber 33 builds pressure on the Einströmbohronne 20 in the pressure compensation chamber 39, which acts on the lock cylinder cover 27 of the cold start piston 14, wherein, as already explained, the compression spring 30 is dimensioned so that at a pressure of 11 bar the Cold start piston 14 moves in the cold start piston guide 15 of the cylinder 21 of the control piston 13, while the cold start chamber 32 "opens", so that the highly viscous oil from the pressure channel 8 via the working chamber 33, the inflow bores 20, the Pressure compensation chamber 39, the cold start chamber 32, via the arranged in the cylinder wall 21 of the control piston 13 outflow holes 22 can flow directly into the overflow channel 10 to the oil pan.
  • the present in the inventive solution, aerodynamically favorable structure, as well as the large, available flow cross-sections cause the solution of the invention also allows greater flow rates during cold start and is insensitive to the entrained by the lubricating oil abrasion and / or foundry sand.
  • the warming engine causes the lubricating oil located there to warm up and a gallery pressure builds up.
  • This gallery pressure eliminates the force balance existing during the cold start, and leads to a displacement of the working piston 18, which now accommodates the normal control operation of the lubricant valve according to the invention with a warm engine as a control piston.
  • FIG. 4 shows the lubricant valve shown in FIG. 1 in its control function when the engine is running warm in continuous operation.
  • a gallery pressure of, for example, 4 bar and a pump pressure of, for example, 6 bar was selected.
  • the pressure applied in the control channel 9 gallery pressure causes that on the trained as a diaphragm control bore 36, which absorbs pressure surges and thus decisively determines the "softness" of the control, lubricating oil enters the control chamber 34.
  • This lubricating oil from the gallery acts on the control chamber 34, and thus the working piston 18 with the gallery pressure of, for example, 4 bar, so that the working piston 18, for example, in the pressure channel 8 and thus in the working chamber 33 applied pump pressure of 6 bar, by means of Piston rod 17 the control piston 13 along its piston guide 11 moves so far that it opens the overflow 10, and thus a bypass line for the "excess" volume flow directly from the pressure kidney 5 via the pressure channel 8 into the working chamber 33 and from there into the overflow 10th to the oil pan free.
  • the connected to the piston 18 via the piston rod control piston 13 thus takes on the concern of a gallery pressure in the control channel 9 on its normal control operation. That is, when opening the overflow channel 10, the pressure in the cold start chamber 32 is reduced, and the shooting cylinder cover 27 is pressed by the compression spring 30, the pressure compensation chamber 39 sealingly against the piston head 16 of the control piston 13.
  • the compression spring 30 presses the free end of the spacer rod 19 in the end position, i. against the screw plug.
  • FIG. 5 shows the design of an oil pump for internal combustion engines shown in FIG. 1 with a lubricant valve according to the invention integrated in the pump housing when the engine is at a standstill in a design modified relative to FIG.
  • the free end of the spacer rod 19 is located on the valve seat 7 of the pump housing 1, or on a between spacer rod 19 and valve seat 7 arranged wear plate 37, which incorporating the free end of the spacer rod 19 in the valve seat 7 of the pump housing 1 prevents, which consists for example of aluminum.
  • the compression spring 30 is applied to a locking screw.
  • a lubricant valve for oil pumps of internal combustion engines which combines the functions of the cold start valve and the control valve in a minimal space in itself, it is constructed so that it against the entrained by the lubricant abrasion and / or Resilient sand is insensitive, thereby enabling high flow rates, also constructed in terms of manufacturing and assembly technology cost, and can be produced inexpensively, and beyond Even under extreme operating conditions, it is always robust, reliable and immune to interference.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren, um die Lager und Gleitflächen der Motore zur Reduzierung des Verschleißes optimal mit Schmierstoff zu versorgen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren zu entwickeln, welches insbesondere die Funktionen eines Kaltstartventils und die eines Regelventils bei minimalem Bauraum in sich vereinigt, und so aufgebaut ist, dass es gegenüber dem vom Schmiermittel mitgeführten Abrieb und/oder Formsand unempfindlich ist, dabei hohe Durchflussmengen ermöglicht, zudem fertigungs- und montagetechnisch kostengünstig aufgebaut, und kostengünstig herstellbar ist, und darüber hinaus selbst unter extremen Einsatzbedingungen stets robust, zuverlässig und störunanfällig arbeitet. Das erfindungsgemäße Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in einer Kolbenführung (11) eines Ventilsitzes (7) des Pumpengehäuses (1) ein Doppelkolben (12), bestehend aus einem in einem Regelkolben (13) angeordneten Kaltstartkolben (14) der in einer im Regelkolben (13) angeordneten Kaltstartkolbenführung (15) angeordnet ist, wobei am Kolbenboden (16) des Regelkolbens (13), der Kaltstartkolbenführung (15) gegenüberliegend eine Kolbenstange (17) angeordnet ist, an der vom Kolbenboden (16) des Regelkolbens (13) beabstandet ein Arbeitskolben (18) angeordnet ist, den die Kolbenstange (17) in Form einer Distanzstange (19) überragt, wobei im Kolbenboden (16) des Regelkolbens (13), dem Arbeitskolben (18) benachbart, Einströmbohrungen (20), und in der Zylinderwandung (21) der Kaltstartkolbenführung (15) des Regelkolbens (13), dem Kolbenboden (16) benachbart Ausströmbohrungen (22) angeordnet sind.

Description

Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft ein Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren, um die Lager und Gleitflächen der Motore zur Reduzierung des Verschleißes optimal mit Schmierstoff zu versorgen.
In der Praxis des Motorbaues, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sind die unterschiedlichsten Schmierstoffventile bekannt.
Um Druckspitzen in der Anlaufphase des Motors zu vermeiden und den Verschleiß des Motors zu minimieren und werden im Schmierstoffkreislauf, in Fließrichtung des Schmierstoffes hinter der Ölpumpe, Ventile angeordnet, welche als Kaltstartventile in der Anlaufphase des Motors, da kaltes Schmieröl eine hohe Viskosität aufweist, öffnen und so lange Druckspitzen vermeiden bis das Schmieröl sich so weit erwärmt hat, dass dessen Viskosität eine Regelung über ein weiteres im Ölkreislauf angeordnetes Regelventil gewährleistet.
Dieses Regelventil ist neben dem Kaltstartventil im Ölkreislauf zur Gewährleistung eines optimalen Schmieröldruckes im Dauerbetrieb von Verbrennungsmotoren erforderlich, da die zur Schmierstoffversorgung von Verbrennungsmotoren eingesetzten Ölpumpen, beispielsweise Gerotor- oder Zahnradpumpen, mit steigender Motordrehzahl einen steigenden Schmierstoffvolumenstrom generieren, d.h. mehr Schmierstoff fördern als zur Schmierung der Lager und Gleitflächen des jeweiligen Motors erforderlich ist. Daher würde mit zunehmender Drehzahl auch der Pumpenabgabedruck steigen.
Das im Ölkreislauf von Verbrennungsmotoren angeordnete Regelventil dient nun dazu, über alle Drehzahlbereiche einen nahezu gleichmäßigen Schmieröldruck in der Galerie zu gewährleisten.
Aus der DE 10 2007 058 759 A1 , wie auch die DE 202 15 258 U1 sind Druckbegrenzungsventile für den Schmierstoffkreislauf von Verbrennungsmotoren bekannt.
Der Nachteil dieser im jeweiligen Motorblock separat angeordneten Druckbegrenzungsventile besteht einerseits in dem hohem Fertigungsaufwand zur Herstellung dieser Druckbegrenzungsventile und andererseits im hohen Montageaufwand für den Einbau dieser Ventile.
Im Stand der Technik wird zudem, beispielsweise in der EP 1 529 958 B1 bzw. der DE 60 2004 010 989 T2 ein Regelventil vorbeschrieben.
Dieses dort vorbeschriebene Regelventil weist einen fertigungs- und montagetechnisch komplizierten Aufbau und eine komplizierte Bauteilgeometrie auf. Infolge der mehrfach unterbrochenen Regelbohrung ist diese Bauform sehr schmutzempfindlich, so dass sich vom Schmiermittel mitgeführter Abrieb, oder Formsand leicht im Regelventil einlagern kann und unter ungünstigen Randbedingungen zum Verklemmen des Ventilkolbens, und damit zu einem Totalausfall der Regelung führen kann.
Dabei ist die vorliegende Lösung, wegen der relativ geringen Spaltgeometrien, nur für geringe Durchflussmengen geeignet.
Das in der EP 1 529 958 B1 vorgestellte Regelventil ist zudem nicht als Kaltstartventil einsetzbar.
Andere Bauformen von Regelventilen sind aus der DE 31 42 604 A1 , wie auch aus der US 6,185,750 (DE 100 15 971 A1) bekannt. Diese Bauformen für Pumpeneinheiten mit zwei Pumpenstufen erfordern zwingend eine zweite Pumpe, und sind daher für klassische Niederdruckölpumpen ungeeignet. Neben den aus einer zweiten Pumpenstufe resultierenden erhöhten Kosten, weisen beide der vorgenannte Lösungen, d.h. die in der DE 31 42 604 A1 wie auch die in der US 6,185,750 B1 bzw. der DE 100 15 971 A1 vorgestellte Lösung, wiederum komplizierte Bauteilgeometrien auf, erfordern zudem ein zusätzliches Sicherheitsventil und sind ebenso wie die in der EP 1 529 958 B1 vorgestellte Lösung sehr schmutzempfindlich, da auch die in der DE 3142604 A1 ebenso wie die in der US 6,185,750 B1 angeordneten Regelbohrungen funktionsbedingt mehrfach unterbrochen sind, so dass sich auch bei diesen Lösungen der vom Schmiermittel mitgeführte Abrieb und/oder Formsand sehr leicht einlagern kann, und unter ungünstigen Randbedingungen zum Verklemmen des Ventilkolbens, und damit zu einem Totalausfall der Regelung führen kann.
Auch diese in der DE 31 42 604 A1 und in der US 6,185,750 B1 vorgestellten Regelventile sind wiederum nicht als Kaltstartventile einsetzbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren zu entwickeln, welches die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, insbesondere die Funktionen eines Kaltstartventils und die eines Regelventils bei minimalem Bauraum in sich vereinigt, dabei so aufgebaut ist, dass es gegenüber dem vom Schmiermittel mitgeführte Abrieb und/oder Formsand unempfindlich ist, dabei hohe Durchflussmengen ermöglicht, zudem fertigungs- und montagetechnisch kostengünstig aufgebaut, und kostengünstig herstellbar ist, und darüber hinaus selbst unter extremen Einsatzbedingungen stets robust, zuverlässig und störunanfällig arbeitet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten wie auch weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit sechs zeichnerischen Darstellungen näher erläutert werden.
Es zeigt dabei die
Figur 1 : einen Schnitt durch eine mögliche Bauform einer Ölpumpe für
Verbrennungsmotore mit dem im Pumpengehäuse integrierten erfindungsgemäßen Schmierstoffventil bei Motorstillstand;
Figur 2 : das in der Figur 1 dargestellte Schmierstoffventil bei
Motorstillstand in einer vergrößerten Darstellung;
Figur 3 : das in der Figur 1 dargestellte Schmierstoffventil in seiner
Regelfunktion beim Kaltstart;
Figur 4 : das in der Figur 1 dargestellte Schmierstoffventil in seiner
Regelfunktion bei warm gelaufenem Motor im Dauerbetrieb;
Figur 5 : die in der Figur 1 dargestellte Bauform einer Ölpumpe für
Verbrennungsmotoren mit dem im Pumpengehäuse integrierten erfindungsgemäßen Schmierstoffventil bei Motorstillstand in einer etwas modifizierten Bauform. Das in der Figur 1 dargestellte Pumpengehäuse 1 mit Lagerstellen 2, einem in Lagerstellen 2 gelagerten, von einer Antriebswelle 3 angetriebenen Laufradsatz 4 einer Zahnradpumpe (selbstverständlich könnte es sich analog auch um den Laufradsatz einer anderen Ölpumpenbauform, beispielsweise den einer Gerotorpumpe handeln) mit im Druckbereich des Pumpengehäuses 1 angeordneter/en Druckniere/n 5, mit einen am Pumpengehäuse 1 angeordneten Druckanschlusskanal 6 mit einem am Pumpengehäuse 1 angeordneten Ventilsitz 7, einem zwischen dem Ventilsitz 7 und dem Druckanschlusskanal 6 angeordneten Druckkanal 8, einem zwischen dem Ventilsitz 7 und der Galerie angeordneten Steuerkanal 9 und einem zwischen dem Ventilsitz 7 und der Ölwanne angeordneten Überströmkanal 10, mit einem in einer Kolbenführung 11 des Ventilsitzes 7 im Pumpengehäuse 1 angeordneten Doppelkolben 12 mit einem äußeren Regelkolben 13 in dem eine innere Kolbenführung für einen Innenkolben angeordnet ist, wobei am Regelkolben eine Kolbenstange 17 mit mindestens einem Arbeitskolben 18 angeordnet ist, den die Kolbenstange 17 in Form einer Distanzstange 19 überragt, wobei im Kolbenboden 16 des Regelkolbens 13 Einströmbohrungen 20 und im Bereich der innere Kolbenführung in der Zylinderwandung 21 des Regelkolbens 13 Ausströmbohrungen 22 angeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, in einer Kolbenführung 11 des Ventilsitzes 7 im Pumpengehäuse 1 ein Doppelkolben 12, bestehend aus einem in einem Regelkolben 13 angeordneten Kaltstartkolben 14, der in einer im Regelkolben 13 angeordneten Kaltstartkolbenführung 15 linear verschiebbar geführt ist.
Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass die im Regelkolben 13 angeordnete innere Kolbenführung, die Kaltstartkolbenführung 15, in der als Innenkolben ein Kaltstartkolben 14 angeordnet ist, wobei am Kolbenboden 16 des Regelkolbens 13, der Kaltstartkolbenführung 15 gegenüberliegend die Kolbenstange 17 angeordnet ist, an der vom Kolbenboden 16 des Regelkolbens 13 beabstandet ein separater Arbeitskolben 18 angeordnet ist, ist den die Kolbenstange 17 in Form einer Distanzstange 19 überragt. Kennzeichnend ist auch, dass im Kolbenboden 16 des Regelkolbens 13, dem Arbeitskolben 18 benachbart die Einströmbohrungen 20, und in der Zylinderwandung 21 der Kaltstartkolbenführung 15 des Regelkolbens 13, dem Kolbenboden 16 benachbart die Ausströmbohrungen 22 angeordnet sind.
Erfindungswesentlich ist darüber hinaus, dass der Kaltstartkolben 14 als einseitig offener, mehrstufiger Zylinderkolben ausgebildet ist, welcher aus einem offenen in der Kaltstartkolbenführung 15 des Regelkolbens 13 verschiebbar angeordneten Führungszylinder 23 mit einer Federanlageringfläche 24 und einem der Federanlageringfläche 24 benachbart angeordneten, gegenüber dem Führungszylinder 23 im Zylinderdurchmesser kleineren Schließzylinder 25 besteht, welcher mit seinem Schließzylindermantel
26 an der Federanlageringfläche 24 angeordnet ist und einen Schließzylinderdeckel 27 aufweist, der bei Anlage des Schließzylinderdeckels
27 am Kolbenboden 16 die Einströmbohrungen 20 verschließt.
Erfindungsgemäß ist dabei, dass bei Motorstillstand eine, zwischen einer Federanlage 28 am Pumpengehäuse 1 und der im Führungszylinder 23 des Kaltstartkolbens 14 angeordneten Federanlageringfläche 24, vorgespannte Druckfeder 30 den Kaltstartkolben 14, die Einströmbohrungen 20 abdichtend, in den Regelkolben 13 hineinpresst, und dabei den Regelkolben 13 mit der an diesem angeordneten Kolbenstange 17 mit dem Arbeitskolben 18 und der Distanzstange 19 so weit verfährt, bis gegenüberliegend der Federanlage 28 das freie Ende der Distanzstange 19 an einer im Pumpengehäuse 1 angeordneten Montage- und Verschlussschraube 29 anliegt, und dabei den im Ventilsitz 7 angeordneten Arbeitsraum in eine Ventilfederkammer 31 , eine zwischen dem Regelkolben 13 und dem Kaltstartkolben 14 angeordnete Kaltstartkammer 32, eine zwischen dem Kolbenboden 16 des Regelkolbens 13 und dem Arbeitskoben 18 im Bereich der Kolbenstange 17 angeordnete Arbeitskammer 33, sowie eine im Bereich der Distanzstange hinter dem Arbeitskoben 18 angeordnete Steuerkammer 34 aufteilt.
Die erfindungsgemäße Anordnung eines mittels einer vorgespannten Druckfeder 30, die Einströmbohrungen 20 im Regelkolben 13 abdichtend, in den Regelkolben 13 hineinpressten Kaltstartkolbens 14 zeichnet sich vorzugsweise auch dadurch aus, dass sowohl der Regelkolben 13 wie auch der Kaltstartkolben 14 aus dem gleichen Material, beispielsweise aus Stahl, gefertigt werden.
Diese aus dem gleichen Material, beispielsweise aus Stahl, gefertigten Kolben, der Regelkolben 13 und der Kaltstartkolben 14, bewirken nun im Rahmen ihrer erfindungsgemäßen Funktion, dem Zusammenwirken als Doppelkolben 12, dass die zwischen den beiden Kolben erforderlichen, minimalen Arbeitsspalte selbst bei Temperaturausdehnungen stets gleich bleiben, wodurch im gesamten Arbeitsbereich eine minimierte Spaltleckage gewährleistet werden kann.
Dabei ermöglicht der erfindungsgemäße Aufbau gleichzeitig, dass der Doppelkolben 12 zusammen mit der Druckfeder 30 separat vorgefertigt, und auch bereits vor dem Einbau separat auf seine Kaltstartfunktionssicherheit geprüft werden kann.
Weiterhin ist kennzeichnend, dass bei Motorstillstand die Ventilfederkammer 31 über eine Dämpfungsbohrung 35 mit der Ölwanne, die Arbeitskammer 33 über den Druckkanal 8 mit der Druckniere 5 und die Steuerkammer 34 über eine Steuerbohrung 36 mit dem Steuerkanal 9 verbunden sind.
Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen ein Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren zu entwickeln, welches die Funktionen des Kaltstartventils und die des Regelventils bei minimalem Bauraum in sich vereinigt, dabei so aufgebaut ist, dass es gegenüber dem vom Schmiermittel mitgeführte Abrieb und/oder Formsand unempfindlich ist.
Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung auf Grund der großen im erfindungsgemäßen Schmierstoffventil angeordneten Strömungsquerschnitte auch hohe Durchflussmengen.
Zudem ermöglicht die erfindungsgemäßen Anordnung von nur wenigen, kompakten, einfach herstellbaren, zumeist multifunktionalen Baugruppen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Strömungsführung, wie auch der erfindungsgemäßen Ventilanordnung im Pumpengehäuse, dass das erfindungsgemäße Schmierstoffventil nicht nur fertigungstechnisch kostengünstig herstellbar ist, sondern dass es auf Grund des erfindungsgemäßen Aufbaus sehr gut vormontiert, vor dem Einbau geprüft, und in die Ölpumpe auch einfach, schnell und kostengünstig eingebaut werden kann
Dabei arbeitet das erfindungsgemäße Schmierstoffventil wegen der großen Druckanlageflächen und Strömungsquerschnitte selbst unter sehr extremen Einsatzbedingungen stets robust, zuverlässig und störunanfällig.
Erfindungsgemäß ist auch, dass zwischen der Druckfeder 30 und dem im Pumpengehäuse 1 angeordneten Ventilsitz 7 eine Verschleißscheibe 37 mit einer Durchlassbohrung 38 angeordnet ist. Die Verschleißscheibe 37 verhindert ein Einarbeiten der Druckfeder 30 in den Ventilsitz 7 des Pumpengehäuses 1. Die in der Verschleißscheibe 37 angeordnete Durchlassbohrung 38 ermöglicht zudem einen ungehinderten Zu- und Abfluss des Schmieröls in/aus der Ventilkammer 31 bei Verschiebung des Kaltstartkolbens 14.
Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass innen im Kolbenboden 16 des Regelkolbens 13 eine Druckausgleichskammer 39 angeordnet ist, die alle im Kolbenboden 16 angeordneten Einströmbohrungen 20 miteinander verbindet und kaltstartkammerseitig vom Schließzylinderdeckel 27 des Kaltstartkolbens vollflächig verschlossen werden kann.
Dadurch wird ein optimaler Druckaufbau am Schließzylinderdeckel 27, und ein sicheres Ventilspiel während des Kaltstarts gewährleistet.
Vorteilhaft ist, dass zwischen der Lagerstelle 2 und der Ventilfederkammer 31 eine Ablassbohrung 40 angeordnet ist, so dass die aus der Lagerstelle 2 austretende Leckageflüssigkeit definiert abgeleitet wird.
Die Figur 3 zeigt nun das erfindungsgemäße, in den Figuren 1 und 2 dargestellte Schmierstoffventil in seiner Regelfunktion beim Kaltstart.
Beim Kaltstart ist das Schmiermittel noch kalt und daher hochviskos. Der Druck in der Galerie beträgt beim Starten des Motors zunächst 0 bar.
Die Ölpumpe fördert zunächst das hochviskose Öl und baut nach einigen
Motorumdrehungen einen Pumpendruck auf, der auf Grund der fehlenden Strömungsgeschwindigkeit schnell stark ansteigt und dadurch die Aggregate des noch kalten Motors stark beanspruchen würde.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind nun die Baugruppen des erfindungsgemäßen Schmierstoffventils so bemessen, d.h. die Kolbenflächen und die Federkraft der Druckfeder 30 so aufeinander abgestimmt, dass bei einem Pumpendruck von 11 bar das im erfindungsgemäßen Schmierstoffventil integrierte Kaltstartventil mit seiner Regelfunktion beginnt.
Beim Kaltstart beträgt der Galeriedruck noch 0 bar, d.h. im Steuerkanal 9 wie auch in der, über die (als Blende ausgebildete) Steuerbohrung 34 mit dem Steuerkanal 9 verbundenen Steuerkammer 34 liegt kein Druck an, so dass der Arbeitskolbens 18 in der Endlage (d.h. die Distanzstange 19 liegt an der Verschlussschraube 29 an) verbleibt.
In dem mit der Druckniere 5 direkt verbundenen Druckkanal 8 und damit auch in der Arbeitskammer 33 des erfindungsgemäßen Schmierstoffventils hat sich in unserem Ausführungsbeispiel nun der Druck auf den Druck, beispielsweise auf 11 bar, erhöht bei dem das im erfindungsgemäßen Schmierstoffventil integrierte Kaltstartventil seine Regelfunktion beginnen soll.
Da die beidseitig der Kolbenstange 17 angeordneten Kolbenflächen des Arbeitskolbens 18 und des Kolbenbodens 16, einschließlich der vom Schließzylinderdeckel 27 des Kaltstartkolbens 14 verschlossenen Einströmbohrungen 20 des Regelkolbens 13, übereinstimmen, bewirkt der in der Arbeitskammer 33 anliegende Pumpendruck von 11 bar kein translatorisches Verfahren des Arbeitskolbens.
Der in der Arbeitskammer 33 anliegende Druck baut jedoch über die Einströmbohrungen 20 in der Druckausgleichskammer 39 einen Druck auf, der auf den Schließzylinderdeckel 27 des Kaltstartkolbens 14 einwirkt, wobei wie bereits erläutert die Druckfeder 30 so bemessen ist, dass bei einem Druck von 11 bar der Kaltstartkolben 14 in der Kaltstartkolbenführung 15 der Zylinderwandung 21 des Regelkolbens 13 verfährt, und dabei die Kaltstartkammer 32„öffnet", so dass das hochviskose Öl aus dem Druckkanal 8 über die Arbeitskammer 33, die Einströmbohrungen 20, die Druckausgleichskammer 39, die Kaltstartkammer 32, über die in der Zylinderwandung 21 des Regelkolbens 13 angeordneten Ausströmbohrungen 22 in den Überströmkanal 10 zur Ölwanne direkt abfließen kann.
Der bei der erfindungsgemäßen Lösung vorliegende, strömungstechnisch günstige Aufbau, wie auch die großen, zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitte bewirken, dass die erfindungsgemäße Lösung auch beim Kaltstart größere Durchflussmengen ermöglicht und dabei unempfindlich gegenüber dem vom Schmieröl mitgeführte Abrieb und/oder Formsand ist.
Der sich erwärmende Motor bewirkt, dass sich das dort befindliche Schmieröl erwärmt und sich nun ein Galeriedruck aufbaut.
Dieser Galeriedruck hebt das beim Kaltstart bestehende Kräftegleichgewicht auf, und führt zu einer Verschiebung des Arbeitskolbens 18, der nun als Regelkolben den normalen Regelbetrieb des erfindungsgemäßen Schmierstoffventils bei betriebswarmen Motor aufnimmt.
Die Figur 4 zeigt das in der Figur 1 dargestellte Schmierstoffventil in seiner Regelfunktion bei warm gelaufenem Motor im Dauerbetrieb.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Galeriedruck von beispielsweise 4 bar und ein Pumpendruck von beispielsweise 6 bar gewählt. Der im Steuerkanal 9 anliegende Galeriedruck bewirkt, dass über die als Blende ausgebildete Steuerbohrung 36, welche Druckstöße abfedert und so die „Weichheit" der Regelung entscheidend bestimmt, Schmieröl in die Steuerkammer 34 eintritt.
Dieses Schmieröl aus der Galerie beaufschlagt die Steuerkammer 34, und damit den Arbeitskolben 18 mit dem Galeriedruck von beispielsweise 4 bar, so dass der Arbeitskolben 18, bei einem beispielsweise im Druckkanal 8 und somit auch in der Arbeitskammer 33 anliegenden Pumpendruck von 6 bar, mittels der Kolbenstange 17 den Regelkolben 13 entlang seiner Kolbenführung 11 so weit verfährt, dass dieser den Überströmkanal 10 öffnet, und somit eine Bypassleitung für den „überschüssigen" Volumenstrom direkt aus der Druckniere 5 über den Druckkanal 8 in die Arbeitskammer 33 und von dort in den Überströmkanal 10 zur Ölwanne frei gibt. Der mit dem Arbeitskolben 18 über die Kolbenstange verbundene Regelkolben 13 nimmt somit nach dem Anliegen eines Galeriedruckes im Steuerkanal 9 seinen normalen Regelbetrieb auf. D.h. beim Öffnen des Überströmkanals 10 wird der Druck in der Kaltstartkammer 32 abgebaut, und der Schießzylinderdeckel 27 wird mittels der Druckfeder 30, die Druckausgleichskammer 39 abdichtend, an den Kolbenboden 16 des Regelkolbens 13 gepresst.
Beim Abschalten des Motors geht der Galeriedruck im Steuerkanal 9, und damit auch der Druck in der Steuerkammer 34 auf 0 bar zurück.
Dabei presst die Druckfeder 30 das freie Ende der Distanzstange 19 in die Endlage, d.h. gegen die Verschlussschraube.
Die Figur 5 zeigt die in der Figur 1 dargestellte Bauform einer Ölpumpe für Verbrennungsmotore mit einem im Pumpengehäuse integrierten erfindungsgemäßen Schmierstoffventil bei Motorstillstand in einer gegenüber Figur 1 modifizierten Bauform. In dieser Bauform des erfindungsgemäßen Schmierstoffventils liegt das freie Ende der Distanzstange 19 am Ventilsitz 7 des Pumpengehäuses 1 , bzw. an einer zwischen Distanzstange 19 und Ventilsitz 7 angeordneten Verschleißscheibe 37 an, die ein Einarbeiten des freien Endes der Distanzstange 19 in den Ventilsitz 7 des Pumpengehäuses 1 verhindert, welches beispielsweise aus Aluminium besteht.
Dem gegenüber liegt die Druckfeder 30 an einer Verschlussschraube an.
Diese in der Figur 5 dargestellte, etwas modifizierte Bauform des erfindungsgemäßen Schmierstoffventils arbeitet/funktioniert jedoch ebenso wie die in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschriebe Bauform.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen ein Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren zu entwickeln, welches die Funktionen des Kaltstartventils und auch die des Regelventils bei minimalem Bauraum in sich vereinigt, dabei so aufgebaut ist, dass es gegenüber dem vom Schmiermittel mitgeführte Abrieb und/oder Formsand unempfindlich ist, dabei hohe Durchflussmengen ermöglicht, zudem fertigungs- und montagetechnisch kostengünstig aufgebaut, und kostengünstig herstellbar ist, und darüber hinaus selbst unter extremen Einsatzbedingungen stets robust, zuverlässig und störunanfällig arbeitet.
Bezugszeichenzusammenstellung
1 Pumpengehäuse
2 Lagerstelle
3 Antriebswelle
4 Laufradsatz
5 Druckniere
6 Druckanschlusskanal
7 Ventilsitz
8 Druckkanal
9 Steuerkanal
10 Überströmkanal
11 Kolbenführung
12 Doppelkolben
13 Regelkolben
14 Kaltstartkolben
15 Kaltstartkolbenführung
16 Kolbenboden
17 Kolbenstange
18 Arbeitskolben
19 Distanzstange
20 Einströmbohrung
21 Zylinderwandung
22 Ausströmbohrung Führungszylinder Federanlageringfläche Schließzylinder
Schließzylindermantel Schließzylinderdeckel Federanlage
Verschlussschraube Druckfeder
Ventilfederkammer Kaltstartkammer
Arbeitskammer
Steuerkammer
Dämpfungsbohrung Steuerbohrung
Verschleißscheibe Durchlassbohrung Druckausgleichskammer Ablassbohrung

Claims

Patentansprüche
1. Schmierstoffventil für Ölpumpen von Verbrennungsmotoren mit einem Pumpengehäuse (1) mit Lagerstellen (2), einem in den Lagerstellen (2) gelagerten, von einer Antriebswelle (3) angetriebenen Laufradsatz (4) einer Ölpumpe mit im Druckbereich des Pumpengehäuses (1) angeordneter/en Druckniere/n (5), und einem am Pumpengehäuse (1) angeordneten Druckanschlusskanal (6), mit einem am Pumpengehäuse (1) angeordneten Ventilsitz (7), einem zwischen dem Ventilsitz (7) und dem Druckanschlusskanal (6) angeordneten Druckkanal (8), einem zwischen dem Ventilsitz (7) und der Galerie angeordneten Steuerkanal (9) und einem zwischen dem Ventilsitz (7) und der Ölwanne angeordneten Überströmkanal (10) mit einem in einer Kolbenführung (11) des Ventilsitzes (7) im Pumpengehäuse (1) angeordneten Doppelkolben (12) mit einem äußeren Regelkolben (13) in dem eine innere Kolbenführung für einen Innenkolben angeordnet ist, wobei am Regelkolben eine Kolbenstange (17) mit mindestens einem Arbeitskolben (18) angeordnet ist, den die Kolbenstange (17) in Form einer Distanzstange (19) überragt, wobei im Kolbenboden (16) des Regelkolbens (13) Einströmbohrungen (20) und im Bereich der inneren Kolbenführung in der Zylinderwandung (21) des Regelkolbens (13) Ausströmbohrungen (22) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
- dass die im Regelkolben (13) angeordnete innere Kolbenführung, als Kaltstartkolbenführung (15) ausgebildet ist, in der als Innenkolben ein Kaltstartkolben (14) angeordnet ist, wobei am Kolbenboden (16) des Regelkolbens (13), der Kaltstartkolbenführung (15) gegenüberliegend die Kolbenstange (17) angeordnet ist, an welcher ein vom Kolbenboden (16) des Regelkolbens (13) beabstandeter Arbeitskolben (18) angeordnet ist, und
- dass die im Kolbenboden (16) angeordneten Einströmbohrungen (20) dem Arbeitskolben (18), und die in der Zylinderwandung (21) des Regelkolbens (13) angeordneten Ausströmbohrungen (22) dem Kolbenboden (16) benachbart angeordnet sind, und
- dass der Kaltstartkolben (14) als einseitig offener, mehrstufiger Zylinder ausgebildet ist, welcher aus einem, in der Kaltstartkolbenführung (15) des Regelkolbens (13) verschiebbar angeordneten, offenen Führungszylinder (23) mit einer Federanlageringfläche (24) und einem der Federanlageringfläche (24) benachbart angeordneten, gegenüber dem Führungszylinder (23) im Zylinderdurchmesser kleineren Schließzylinder (25) mit einem Schließzylindermantel (26) und einen Schließzylinderdeckel (27) besteht, dessen Schließzylindermantel (26) an der Federanlageringfläche (24) angeordnet ist, und der bei Anlage des Schließzylinderdeckel (27) am Kolbenboden (16) die Einströmbohrungen (20) verschließt, und
- dass bei Motorstillstand eine, zwischen einer Federanlage (28) am Pumpengehäuse (1), bzw. an einer im Pumpengehäuse (1) angeordnete Verschlussschraube (29) und der im Führungszylinder (23) des Kaltstartkolbens (14) angeordneten Federanlageringfläche (24), vorgespannte Druckfeder (30) den Kaltstartkolben (14), die Einströmbohrungen (20) abdichtend, in den Regelkolben (13) hineinpresst, und dabei den Regelkolben (13) mit der an diesem angeordneten Kolbenstange (17) mit dem Arbeitskolben (18) und der Distanzstange (19) so weit verfährt, bis gegenüberliegend der Federanlage (28) das freie Ende der Distanzstange (19) am Pumpengehäuse (1), bzw. an einer im Pumpengehäuse (1) angeordneten Verschlussschraube (29) anliegt, und dabei den im Ventilsitz (7) angeordneten Arbeitsraum in eine Ventilfederkammer (31), eine zwischen dem Regelkolben (13) und dem Kaltstartkolben (14) angeordnete Kaltstartkammer (32), eine zwischen dem Kolbenboden (16) des Regelkolbens (13) und dem Arbeitskoben (18) im Bereich der Kolbenstange (17) angeordnete Arbeitskammer (33), sowie eine im Bereich der Distanzstange hinter dem Arbeitskoben (18) angeordnete Steuerkammer (34) aufteilt.
2. Schmierstoffventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfederkammer (31) über eine Dämpfungsbohrung (35) mit der Ölwanne, die Arbeitskammer (33) über den Druckkanal (8) mit der Druckniere (5) und die Steuerkammer (34) über eine Steuerbohrung (36) mit dem Steuerkanal (9) verbunden sind.
3. Schmierstoffventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Regelkolben (13) wie auch der Kaltstartkolben (14) aus dem gleichen Material gefertigt sind.
4. Schmierstoffventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Regelkolben (13) wie auch der Kaltstartkolben (14) aus Stahl gefertigt sind.
5. Schmierstoffventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckfeder (30) und dem im Pumpengehäuse (1) angeordneten Ventilsitz (7) eine Verschleißscheibe (37) mit einer Durchlassbohrung (38) angeordnet ist.
6. Schmierstoffventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verschleißscheibe (37) eine Durchlassbohrung (38) angeordnet ist.
7. Schmierstoffventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem freien Ende der Distanzstange (19) und dem im Pumpengehäuse (1) angeordneten Ventilsitz (7) eine Verschleißscheibe (37) angeordnet ist.
8. Schmierstoffventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass innen im Kolbenboden (16) des Regelkolbens (13) eine Druckausgleichskammer (39) angeordnet ist, die alle im Kolbenboden (16) angeordneten Einströmbohrungen (20) miteinander verbindet und kaltstartkammerseitig vom Schließzylinderdeckel vollflächig verschlossen werden kann.
9. Schmierstoffventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der/den Lagerstelle/n (2) und der Ventilfederkammer (31) Ablassbohrung/en (40) angeordnet ist/sind.
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