DE10023330C1 - Regelbare Pumpe - Google Patents

Abstract

Eine regelbare Pumpe, insbesondere für die Druckerzeugung in einer druckumlaufgeschmierten Brennkraftmaschine, weist eine Saugseite, welche mit einem Zulauf versehen ist, und eine Druckseite, welche mit einem Ablauf versehen ist, sowie eine Regeleinrichtung auf, durch welche der Volumenstrom und/oder der Druck am Ablauf einstellbar ist. Die Regeleinrichtung weist ein Regelelement auf, welches über eine Regelleitung mit einem Regeldruck beaufschlagbar ist. In der Regelleitung zu dem Regelelement ist eine Ventileinrichtung angeordnet, welche bei Erreichen eines bestimmten, durch die Pumpe hervorgerufenen Drucks die Regelleitung zu dem Regelelement freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine regelbare Pumpe für die Druckerzeugung in einer druckumlaufgeschmierten Brenn­ kraftmaschine.

Eine den nächstliegenden Stand der Technik bildende Pumpe beschreibt die US-PS 42 93 284.

Ein hydraulisches System zur Beaufschlagung eines hy­ draulischen Verbrauchers ist in der DE 43 34 167 A1 beschrieben. Eine weitere Pumpe ist aus der DE 33 33 647 C2 bekannt.

Bei solchen Pumpen kann der Volumenstrom bzw. der am Ablauf entstehende Druck durch Verstellung der Exzen­ trizität des sogenannten Stellrings einer Regelein­ richtung verändert werden. Hierzu ist beispielsweise ein Regelkolben und ein dem Regelkolben entgegenwir­ kendes und diesen abstützendes Federelement vorgese­ hen. Auf diese Art und Weise kann der Volumenstrom, der bei einer nicht einstellbaren Pumpe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt, bei höheren Dreh­ zahlen begrenzt werden, indem eine sehr geringe Exzen­ trizität eingestellt wird. Je geringer die Exzentrizi­ tät des Stellrings ist, um so geringer ist bei solchen Pumpen auch der Volumenstrom, da die Kammern des Saug- und des Druckbereichs in diesem Zustand annähernd die gleiche Größe aufweisen und durch die verminderte bzw. nicht mehr erfolgende Verdrängung nur noch eine ent­ sprechend reduzierte Ölförderung erfolgt.

Bevor solche regelbaren Pumpen eingesetzt wurden, er­ gab sich bei nicht regelbaren Pumpen das Problem, daß diese auf eine maximale Ölförderung bei minimaler Drehzahl der Brennkraftmaschine eingestellt werden mußten, um auch in Zuständen des Heißleerlaufs die Brennkraftmaschine ausreichend mit Öl versorgen zu können. Bei höheren Drehzahlen förderten solche Pumpen aufgrund ihrer Drehzahlabhängigkeit jedoch einen zu großen Volumenstrom, was dazu führte, daß ein Großteil des Öls, das die Pumpe bereits durchlaufen hatte, wie­ der in den Saugbereich oder in die Ölwanne zurückge­ fördert wurde. Derartige Pumpen hatten somit einen sehr großen Energiebedarf, der auch zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauches beitrug.

Pumpen von der Art, wie sie in der DE 33 33 647 C2 beschrieben sind, ermöglichen gegenüber den zuvor ver­ wendeten Pumpen also einen niedrigeren Kraftstoffver­ brauch, da sie eine geringere Energieaufnahme notwen­ dig machen.

Die Einstellung, wann eine solche Pumpe an- und abre­ gelt bzw. wann die Verstellung der Exzentrizität des Stellrings beginnt und wann sie endet, hängt jedoch von der Beschaffenheit des Federelements ab, welches dem auf den Regelkolben wirkenden Druck entgegentritt. Dies führt dazu, daß die Druckdifferenz zwischen dem An- und Abregeln solcher Pumpen häufig sehr groß ist, da die Feder von maximaler bis minimaler Exzentrizität einen verhältnismäßig großen Weg zurücklegen muß. Für den Konstrukteur einer solchen Pumpe bedeutet dies in der Praxis, daß er zum Erreichen eines gewünscht nied­ rigen Volumenstroms bei einem bestimmten Druck bereits bei einem sehr viel geringeren Druck den Volumenstrom verringern muß. Wird dieser Punkt vom Konstrukteur zu niedrig angesetzt, so ist nicht in allen Betriebspunk­ ten eine ausreichende Ölversorgung gewährleistet, wird der Punkt allerdings zu hoch ausgewählt, so kann dies zu einem unzulässig hohen Öldruck mit der Gefahr des Versagens einzelner Dichtungselemente führen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Pumpe zu schaffen, die dem Ölbedarf des von ihr versorgten Aggregats, insbesondere einer Brenn­ kraftmaschine, Folge leisten kann und bei der gleich­ zeitig sowohl eine ausreichende Ölversorgung in jedem Betriebspunkt als auch eine wirksame Begrenzung des Öldrucks gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch das erfindungsgemäß als 3/2-Wegeventil ausgebil­ dete, druckgesteuerte Ventil in der Steuerleitung zu dem Stellglied wird es ermöglicht, daß erst bei Errei­ chen eines bestimmten, definierten Druckniveaus in einem Bereich nach der Druckleitung die Steuerleitung zu dem Stellglied freigegeben wird. Auf diese Art und Weise wird bei einem bestimmten Druck dieser über die Steuerleitung sofort an das Stellglied weitergegeben, welches in der Lage ist, in sehr kurzer Zeit und daher auch mit einer sehr geringen Druckdifferenz den Volu­ menstrom der Pumpe mit Hilfe der Regeleinrichtung zu verringern. Vorteilhafterweise ergibt sich also eine weitaus geringere Druckdifferenz zwischen dem An- und Abregeln als dies bei bisher bekannten Pumpen der Fall ist und es wird ein stark verbessertes Abregelverhal­ ten der Pumpe realisiert.

Erfindungsgemäß ist es nunmehr möglich, eine sehr viel weichere Feder, d. h. eine Feder mit einer niedrigeren Federkonstante, einzusetzen, die bei dem vorgewählten, nach dem Schalten des Ventils schlagartig anstehenden Druck sofort vollständig komprimiert wird. Es kann eine Feder mit niedrigerer Federkonstante eingesetzt werden, was eine Verringerung des maximal erreichbaren Druckes und der Leistungsaufnahme in entsprechenden Betriebszuständen sowie die Vermeidung von Schäden an Dichtungselementen bewirkt. Dies ist möglich, da die im Stellglied der Pumpe eingesetzte Feder bis zum Schalten des Ventils nur Kräfte im Inneren der Pumpe aufnehmen und den Stellring dagegen abstützen muß. Die Regelung der Pumpe wird auf diese Art und Weise also von den innerhalb der Pumpe herrschenden Störkräfte entkoppelt und es kann ein erheblich verbessertes Ab­ regelverhalten der Pumpe realisiert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen regelba­ ren Pumpe mit dem erfindungsgemäßen Ventil;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der regelbaren Pumpe; und

Fig. 3 ein Diagramm, in dem der jeweilige Volumen­ strom zweier verschiedener Pumpen über dem Druck aufgetragen ist.

In dem Schaltbild gemäß Fig. 1 ist eine regelbare Pum­ pe 1 mit einer Saugleitung 2 und einer Druckleitung 3 stark schematisiert dargestellt. Die Saugleitung 2 befindet sich auf einer Saugseite 4 der Pumpe 1 und ist mit einem Ölbehälter 5 verbunden. Die Druckleitung 3 ist dagegen auf einer Druckseite 6 der Pumpe 1 ange­ ordnet bzw. schließt sich derselben an. Des weiteren sind eine Antriebswelle 8 für die Pumpe 1 sowie eine zu der Pumpe 1 führende Steuerleitung 9 vorgesehen.

In der Druckleitung 7 und in der Steuerleitung 9 ist ein (als 3/2-Wegeventil ausgebildetes) Ventil 10 ange­ ordnet. Von der Druckleitung 7 zweigt eine weitere Steuerleitung 11 ab, die zu dem Ventil 10 führt und in der Lage ist, dasselbe in an sich bekannter Weise um­ zuschalten. Außerdem ist zu erkennen, daß von einem Ausgang des Ventils 10 die zu der Pumpe 1 führende Steuerleitung 9 ausgeht. Von einem anderen Ausgang des Ventils 10 setzt sich die Druckleitung 7 zu einer nur schematisch dargestellten druckumlaufgeschmierten Brennkraftmaschine 12, fort.

In der vorliegenden Stellung des Ventils 10 ist die Steuerleitung 9 gesperrt, d. h. am pumpenseitigen Ende der Steuerleitung 9 liegt kein Druck an und die Pumpe 1 fördert das Öl durch die Druckleitung 7 zu der Brennkraftmaschine 12. Wird in der Druckleitung 7 ein bestimmtes, frei wählbares Druckniveau erreicht, so wird über die Steuerleitung 11 das Ventil 10 in seine zweite Position gebracht. Dann strömt das die Druck­ seite 6 verlassende Öl nicht nur durch die Drucklei­ tung 3 zu der Brennkraftmaschine 12, sondern es steht auch in der Steuerleitung 9 der entsprechende Druck an. Folglich ergibt sich aus der Pumpe 1, der Druck­ leitung 3, der Steuerleitung 11, der Steuerleitung 9 und dem Ventil 10 ein geschlossener Regelkreis zur Regelung der Pumpe 1.

Der Regeldruck in der Steuerleitung 9 wirkt auf ein in Fig. 2 dargestelltes, als Bolzen 13 ausgebildetes Stellglied, welches auch als Regelkolben 13 bezeichnet wird und Teil einer nachfolgend beschriebenen Regel­ einrichtung 14 der Pumpe 1 ist, durch welche der Volu­ menstrom und/oder der Druck in der Druckleitung 3 der Pumpe 1 einstellbar ist.

Wie in Fig. 2 erkennbar, ist die Pumpe 1 im vorliegen­ den Fall als Flügelzellenpumpe 1 ausgebildet, es könn­ te sich jedoch auch um eine andere Form einer regelba­ ren Pumpe 1 handeln, z. B. um eine Innen- oder Außen­ zahnradpumpe, eine Verdrängerpumpe oder auch eine Kreiselpumpe. Neben dem Regelkolben 13 weist die Re­ geleinrichtung 14 des weiteren einen an sich bekannten Stellring 15 auf, der über einen Lagerzapfen 16 an einem Gehäuseteil 17 der Pumpe 1 gelagert ist. Auf der dem Lagerzapfen 16 gegenüberliegenden Seite weist der Stellring 15 einen Nocken 18 auf, auf welchen von der einen Seite der Regelkolben 13 und von der anderen Seite eine an dem Gehäuseteil 17 abgestützte Feder 19 wirken.

In bekannter Weise befindet sich im Inneren des Stell­ rings 15 die Antriebswelle 8, ein Rotorkörper 20, in welchem sich mehrere über den Umfang verteilt angeord­ nete, radial verschiebbare Flügel 21 befinden, und ein Führungsring 22 zur radialen, inneren Abstützung der Flügel 21 gegen den Stellring 15.

In Fig. 2 sind des weiteren die Druckseite 6 und die Saugseite 4 der Flügelzellenpumpe 1 erkennbar, die beide nierenförmig ausgebildet sind. Die Saugleitung 2 zu der Saugseite 4 ist im Gegensatz zu der in der Dar­ stellung verdeckten Druckleitung 3 der Druckseite 6 erkennbar. Im dargestellten Zustand weist die Rege­ leinrichtung 14 der Flügelzellenpumpe 1 eine maximale Exzentrizität auf, d. h. die Feder 19 ist vollständig, der Regelkolben 13 gar nicht ausgelenkt. Wenn nun in der Steuerleitung 9, die in Fig. 2 direkt oberhalb des Regelkolbens 13 endet, ein bestimmter Druck ansteht, so wird der Regelkolben 13 in axialer Richtung ausge­ lenkt und bewegt den Nocken 18 nach unten, wodurch die Feder 19 zusammengedrückt wird. Da die Feder 19 eine verhältnismäßig niedrige Federkonstante aufweist, wird sie innerhalb sehr kurzer Zeit zusammengedrückt und die Regeleinrichtung 14 nimmt die Stellung minimaler Exzentrizität ein.

Durch die in dieser Position geringe Exzentrizität des Stellrings 15 kann die Pumpe 1 nur eine sehr geringe Ölmenge fördern, auch wenn die Antriebswelle 8 mit sehr hoher Drehzahl rotiert. Die niedrige Federkon­ stante der Feder 19 bewirkt im normalen Betrieb der Pumpe 1 geringere maximale Drücke, ohne die Gefahr einer unzureichenden Ölversorgung durch einen zu frü­ hen Regelbeginn. Dieser kann nach dem Stand der Tech­ nik auftreten, wenn auf eine ohne das beschriebene, als Vorsteuerventil wirkende Ventil 10 eingesetzte Feder 19 in der Regeleinrichtung 14 der Pumpe 1 gleichzeitig innere (Stör-)Kräfte und die Druckkraft des Regelkolbens 13 wirken. Des weiteren gewährleistet die Feder 19, daß sich der Stellring 15 zu den Zeit­ punkten, zu denen die Steuerleitung 9 drucklos ist, in der Position maximaler Exzentrizität befindet. Wie bereits oben beschrieben hängt der Druck in der Steu­ erleitung 9 vom Zustand des Ventils 10 ab, welches, bei der Schaltung gemäß Fig. 1, bei einem bestimmten Druck in der Druckleitung 7 schaltet und somit wieder­ um einen Druck auf die Steuerleitung 9 bewirkt.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem der Volumenstrom Q über dem Druck p aufgetragen ist. In diesem Diagramm sind drei verschiedene, bezüglich der angegebenen Drücke als beispielhaft zu betrachtende Regelkurven dargestellt, auf die im folgenden näher eingegangen wird. Bei der Kurve III wird im Gegensatz zu den Kur­ ven I und II das oben beschriebene Ventil 10 einge­ setzt.

Die Kurven I und II zeigen das Regelverhalten von Pum­ pen nach dem Stand der Technik.

In Kurve I wird zur Einhaltung eines mindest erforder­ lichen Druckniveaus im Betrieb der Pumpe 1 ein Regel­ beginn bei höherem Druck gewählt. Dadurch können die beschriebenen unzulässig hohen Maximaldrücke auftre­ ten.

Demgegenüber wird bei Federauslegung entsprechend Kur­ ve II ein zulässiges Niveau des maximalen Druckes si­ chergestellt. Durch den frühen Regelbeginn ist dabei nicht in allen Betriebspunkten eine ausreichende För­ dermenge der Pumpe 1 gewährleistet.

Die Kurve III zeigt das Regelverhalten bei Verwendung des beschriebenen Ventils 10. Es ist sowohl ein zuläs­ siges maximales Druckniveau als auch eine in allen Betriebspunkten mindestens erforderliche Fördermenge der Pumpe 1 gewährleistet. Durch den Einsatz des be­ schriebenen Ventils 10 verringert sich die Druckdiffe­ renz zwischen Regelbeginn und Regelende der Pumpe 1 auf einen minimalen Wert.

Alternativ zu der beschriebenen Verwendung des Drucks in der Druckleitung 7 und der Rückführung desselben über die Steuerleitung 11 zu dem Ventil 10 als Regel­ größe für das Stellglied bzw. den Regelkolben 13 kann auch der von der Pumpe 1 erzeugte bzw. hervorgerufene Öldruck an einer beliebigen Stelle der Brennkraftma­ schine 12 bzw. allgemein des Verbrauchers gemessen und elektronisch an das Ventil 10 weitergegeben werden. Das in einem solchen Fall durch ein elektrisches Si­ gnal betätigbares Ventil 10 kann dann, bei Erreichen eines vorbestimmten Druckniveaus, die Steuerleitung 9 zu dem Regelkolben 13 freigeben und eine Verstellung der Regeleinrichtung 14 bewirken. Das Ventil 10 müßte dann nicht notwendigerweise in der Druckleitung 7 son­ dern nur in der Steuerleitung 9 angeordnet sein.

Claims (5)

1. Regelbare Pumpe (1) für die Druckerzeugung in ei­ ner druckumlaufgeschmierten Brennkraftmaschine (12), mit einer Saugleitung (2) und mit einer Druckleitung (3), sowie mit einer Regeleinrichtung (14), durch welche der Volumenstrom und/oder der Druck an der Druckleitung (3) einstellbar ist, wo­ bei die Regeleinrichtung (14) ein druckgesteuertes Ventil (10) sowie ein der Pumpe (1) zugeordnetes Stellglied (13) zum Steuern deren Förderleistung aufweist, wobei das druckgesteuerte Ventil (10) als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist, welches bei einem niedrigen Förderdruck die Druckleitung (3) und bei einem hohen Förderruck eine mit dem Stell­ glied (13) verbundene Steuerleitung (9) freigibt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 3/2-Wegeventil (10) in der Druckleitung (3) angeordnet ist und bei Erreichen eines vorgebbaren Druckes die Steuerleitung (9) freigibt.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 3/2-Wegeventil (10) durch ein von einem be­ stimmten Druck innerhalb der Brennkraftmaschine abgeleitetes elektrisches Signal die Steuerleitung (9) freigibt.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied einen Regelkolben (13) aufweist, welcher durch eine Feder (19) mit vergleichsweise niedriger Federkonstante an einem Gehäuseteil (17) der Pumpe (1) abgestützt ist.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Regelkolben (13) und der Feder (19) ein Nocken (18) angeordnet ist, der Teil eines in­ nerhalb des Gehäuse (17) sich befindlichen Stell­ ringes (15) ist.