DE4437076A1

DE4437076A1 - Sauggeregelte Zahnringpumpe für eine Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE4437076A1
Application number: DE19944437076
Authority: DE
Inventors: Siegfried A Dipl Ing Eisenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-17
Filing date: 1994-10-17
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: DE4437076C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und die Verwendung einer sauggeregelten Zahnring pumpe als Förderpumpe einer Arbeitsflüssigkeit zum Betätigen der Ventilsteuerung entsprechend dem Anspruch 16.

Im Zuge der fortschreitenden Entwicklung im Automobilbau steigen die Anforderun gen an die Motorleistung ständig. Die Motoren sollen über einen weiten Drehzahlbe reich optimal gesteuert werden. Um diese Anforderung sowohl im unteren als auch im oberen Drehzahlbereich des Motors erfüllen zu können, sind Ven tilsteuerungen entwickelt worden, mit denen die Überlappungszeiten von Einlaß- und Auslaßventilen drehzahlabhängig verändert werden kann. Bei Steuerungen zum Verstellen der Ventilüberlappungszeiten, bekannt als sogenannte VTC (valve timing control)-Steuerungen werden die Nockenwellen für jeweils die Einlaßventile und die Auslaßventile gegeneinander verstellt, so daß die Nocken der beiden Nockenwelle eine Phasenverschiebung erfahren.

Zusätzlich zu dieser Nockenwellenverstellung durch gegenseitiges Verdrehen der Nockenwellen können auch die Ventilhübe verändert werden. Dabei werden große Ventilhübe mit entsprechend längeren Überlappungszeiten im oberen Drehzahlbereich und geringere Ventilhübe mit kurzen oder gar keinen Überlappungszeiten im unteren Drehzahlbereich des Motors eingestellt. Ferner ist eine Verstellung des Ventilhubs und/oder der Überlappungszeiten vom Warmlaufbetrieb zum Normalbetrieb wünschenswert.

Ein Mehrphasen-Ventileinstellmechanismus ist aus der "Motortechnische Zeitschrift" 55 (1994) 6, Seite 342, bekannt. Der dabei verwendete Nockensatz eines Sechszylin dermotors verfügt über zwei Kipphebel. T-Wellen steuern je nach Drehzahl gleichzeitig die beiden Einlaß- und Auslaßventile pro Zylinder. Bei hoher Drehzahl verbinden Hydraulikkolben die entsprechenden Kipphebel mit den T-Wellen. Bei niedriger Drehzahl werden die T-Wellen mit den Hebeln für geringe Drehzahlen verbunden. Zusätzlich ist mit diesem Mechanismus eine Zylinderabschaltung möglich. Dazu werden die T-Wellen von den Kipphebeln für die hohen Drehzahlen ausgeklingt, so daß nur noch drei der sechs Zylinder arbeiten.

Gewöhnliche Pumpen zum Fördern von Motoröl, beispielsweise Flügelzellenpumpen oder übliche Zahnradpumpen, fördern ihr Arbeitsmedium mit einem mit der Pumpendrehzahl ständig steigenden Förderdruck bzw. Fördervolumenstrom. Die Pumpen werden üblicherweise direkt mechanisch vom Motor über einen ent sprechenden Zahnriemenantrieb oder ein sonstiges geeignetes Getriebe angetrieben, so daß Förderdruck bzw. Volumenstrom mit der Motordrehzahl steigen. Um die erforderlichen Ventilsteuervorgänge bereits bei niedrigen Motordrehzahlen durchführen zu können, müssen die verwendbaren Pumpen im unteren Drehzahlbe reich des Motors einen steilen Anstieg ihres geförderten Volumenstroms aufweisen. Die bekannten Pumpen sind daher groß mit einer entsprechend hohen Leis tungsaufnahme ausgeführt. Bei steigender Motordrehzahl fördern sie deshalb mehr Motoröl als von den Stellmitteln der Ventilsteuerung benötigt wird, so daß der Überschuß direkt von dem Pumpenausgang in einen Sumpf zurückgeleitet werden muß.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Ventilsteuerung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei der Stellglieder zum Verstellen von Steuer mitteln für Ventile des Motors in einer energiesparenden und damit kostengünstigen Weise mit der zum Betätigen der Stellglieder notwendigen Arbeitsflüssigkeit versorgt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1. und 15 gelöst.

Eine Ventilsteuerung für einen Verbrennungsmotor wird nach der Erfindung mit einer sauggeregelten Zahnringpumpe ausgestattet, die einen Dichtsteg mit mehreren sich von einem Einlaß für Arbeitsflüssigkeit zu einem Pumpenauslaß hin ver kleinernden Förderzellen, den sog. Druckzellen, aufweist. Solch eine für die Zwecke der Erfindung verwendete Pumpe weist bereits von Hause aus eine drehzahl abhängige Förderkennlinie auf, die im wesentlichen dem Bedarf der Ventilsteuerung entspricht. In ihrem unteren Drehzahlbereich weist solch eine Pumpe einen steilen Anstieg der Fördermenge auf, um alle Verbraucher sofort ausreichend mit Öl versorgen zu können. Die Förderkurve flacht im oberen Drehzahlbereich ab bzw. ist dort im wesentlichen konstant, was dem tatsächlichen Bedarf einer Ventilsteuerung entspricht. So kann die hydraulische Verlustleistung reduziert werden. Bei ent sprechender konstruktiver Ausführung der Pumpe kann auf die nach dem Stand der Technik notwendigen teuren Druckregelventile verzichtet werden. Einfache Si cherheitsventile reichen aus, um besonders empfindliche Verbraucher bei Kaltstart des Motors vor Überdruck zu schützen. Durch die Anpassung der Fördermenge an den Bedarf wird neben einer hydrostatischen Leistungseinsparung noch eine Einsparung bei den Bauelementen im Pumpenförderkreis erzielt.

Vorteilhafterweise kommt eine sauggeregelte Zahnringpumpe als Förderpumpe für eine Nockenwellenverstellung zur Anwendung. Eine andere bevorzugte Verwendung ist die Verwendung als Förderpumpe für eine Ventilhubverstellung. Desweiteren kann solch eine Pumpe mit Vorteil für die Zu- und Abschaltung von Zylindern, wie sie beispielsweise in der vorbezeichneten "Motortechnische Zeitschrift" 55 (1994) 6, Seite 342, beschrieben ist, verwendet werden. Eine Kombination solcher Ventil steuerarten kann ebenso vorteilhaft durch solch eine sauggeregelte Zahnringpumpe versorgt werden. Bei entsprechender Dimensionierung kann die erfindungsgemäß zum Zwecke der Ventilsteuerung verwendete Pumpe zusätzlich den Motor mit Schmieröl versorgen. Das Schmier- bzw. Motoröl dient dabei gleichzeitig auch als Arbeitsöl für die Stellmittel der Ventilsteuerung.

Bevorzugterweise weist die Pumpe einsaugseitig eine Drosselung auf, die veränderbar ist, um die Fördercharakteristik der Pumpe noch besser an den Bedarf der Verbraucher anpassen zu können. So kann bereits mit einer mehrstufigen Drosselung eine Pumpe mit einer mehrstufigen Förderkennlinie, deren Anzahl von Stufen derjenigen der Drosselung entspricht, bereitgestellt werden. Als Dros selelemente kommen einfache Blenden oder Drosseln, aber auch Regelventile in Frage. Eine kontinuierliche Verstellbarkeit der Drosselung kann mit Vorteil ebenfalls zur Anwendung kommen, um Pumpen einer Pumpengröße unterschiedlichen Anforderungen flexibel vor Ort anpassen zu können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungs beispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des Arbeitsölbedarfs einer Ventilsteuerung;

Fig. 2 eine sauggeregelte Zahnringpumpe mit Drosselblende im Einlaßkanal;

Fig. 3 die Förderkennlinie der sauggeregelten Zahnringpumpe nach Fig. 2;

Fig. 4 eine sauggeregelte Zahnringpumpe im Querschnitt;

Fig. 5 eine weitere sauggeregelte Zahnringpumpe im Querschnitt;

Fig. 6 den Leckölstrom als Funktion der Drehzahl N für die Pumpe nach Fig. 5;

Fig. 7 den Saugdruck im Einlaß der Pumpe nach Fig. 5 als Funktion der Pumpendrehzahl; und

Fig. 8 den Zwischendruck PI und die Druckdifferenz PI-PH bei der Pumpe nach Fig. 5 als Funktion der Pumpendrehzahl.

In Fig. 1 sind ein Volumenstrom _P einer Pumpe und ein Volumenstrombedarf einer Ventilsteuerung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl D_M dargestellt. Der Volumenstrombedarf der Ventilsteuerung steigt zunächst bis zu einer Motordrehzahl D1_M an, bleibt in dem sich daran anschließenden Drehzahlbereich zwischen D1_M und D2_M im wesentlichen konstant, steigt ein zweites Mal von der Drehzahl D2_M bis zu einer Motordrehzahl D3_M wieder an, um danach bei weiter wachsenden Motordrehzahlen im wesentlichen bei dem bei D3_M erreichten Wert zu verharren.

Fig. 2 zeigt eine sauggeregelte Zahnringpumpe 100, die aufgrund der Saugregelung bereits eine Förderkennlinie aufweist, die dem Volumenstrombedarf einer Ventilsteuerung angepaßt ist. Die Förderkennlinie der sauggeregelten Zahnringpumpe nach Fig. 2, nämlich deren über der Pumpendrehzahl aufgetragenen Volumenstrom _P, der auch durch den Pumpenförderdruck ersetzt gedacht werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt. Danach flacht oder knickt der von der Pumpe geförderte Volumenstrom V_P ab einer konstruktiv festlegbaren oder auch während des Betriebs einstellbaren Grenzdrehzahl D_g, dem sogenannten Abregelpunkt, ab und bleibt trotz weiter steigender Pumpendrehzahl D_P danach im wesentlichen konstant.

Durch eine Drosselblende 14 im Saugrohr oder Einlaßkanal 12 der Pumpe 100 wird die Ölmenge im Abregelpunkt D_g begrenzt. Es stellt sich eine kritische Strömungs geschwindigkeit an der Drosselblende 14 ein, und die angesaugte und geförderte Ölmenge bleibt trotz einer weiteren Drehzahlzunahme ab dem Abregelpunkt D_g im wesentlichen konstant. Durch die einsaugseitige Drosselung ergibt sich nach der Blende 14 ein starker Unterdruck, der geringer ist als der Dampfdruck des Öls. Das Öl beginnt zu sieden und verdampft. Bei einer Rotation eines innen verzahnten Hohlrads 2 und eines damit in Eingriff stehenden Ritzels 4 oberhalb des Abregel punktes D_g füllen sich die Zahnkammern 13 über einen in das Pumpeninnere mündenden Einlaß, der sog. Saugniere 11, mit einem Öl-Gasgemisch. Bei einer herkömmlichen Zahnringpumpe ist der Abdichtsteg zwischen der Saugniere 11 und einem Pumpenauslaß, der sog. Druckniere 20, klein. Würde eine solche Pumpe Verwendung finden, würde das unter geringem Druck stehende Zahnvolumen plötzlich druckbeaufschlagt. Das "Hochdrucköl" würde in den "Niederdruckbereich" eindringen und die Gasblasen würden schlagartig vom gasförmigen Zustand in flüssigen Aggregatzustand überwechseln, d. h. sie würden implodieren. Dieses unter dem Begriff "Kavitation" bekannte Phänomen verursacht Geräusche und Schäden an der Pumpe. Um dies zu vermeiden, weist die sauggeregelte Zahnringpumpe einen langen Dichtsteg zwischen der Saugniere 11 und der Druckniere 20 auf. Der Dichtsteg sollte einen Winkel von mindestens 45, vorzugsweise mindestens 90°, überdecken. Das Öl/Gas-Gemisch wird dadurch bei maximalem Zahnkammervolu men und nach Saugende und anschließender Volumenverkleinerung durch Drehung der Pumpe langsam und nicht schlagartig komprimiert. Das Gas kann in den den Dichtsteg bildenden Druckzellen 17 einen kontrollierten Aggregatzustandwechsel durchlaufen und in den flüssigen Zustand übergangen sein, bevor das Zahnkammer volumen in die Druckniere 20 entleert wird.

Im unteren Pumpendrehzahlbereich vor dem Abregelpunkt D_g sind die entlang des Dichtstegs zwischen der Saugniere 11 und der Druckniere 20 liegenden Zahnkam mern 17 zu 100% mit Öl gefüllt. Ausgehend vom maximalen Zahnkammervolumen wird bei Drehung des Radsatzes 2, 4 die Saugnierenkante überschnitten, das Zahnkammervolumen wird abgetrennt und bei weiterer Drehung durch Volumen verkleinerung druckbeaufschlagt. Nun treten Kugelventile 21 in Funktion, die im äußeren Hohlrad 2 in Überströmkanälen 128 angeordnet sind und wie Rück schlagventile wirken. Steigt der Druck in einer Zahnkammer 17, so wird das nachlaufende Ventil 21 gegenüber der als Saugraum wirkenden Saugniere 11 geschlossen, das vorlaufende Ventil 21 gegenüber der als Druckraum wirkenden Druckniere 20 geöffnet. Das Öl strömt über den dadurch gebildeten Bypasskanal in die nächste Zahnkammer. Da auch dort bei Drehung der Druck erhöht wird, strömt das Öl in die dann folgende Zahnkammer und so fort bis es in die Druckniere 20 gelangt. Es konnte durch Messung nachgewiesen werden, daß diese Pumpe keine Kavitation erzeugt. Das Öl kann zwar Gasblasen bilden, sie implodieren aber nicht, sondern gehen langsam und kontrolliert in den flüssigen Zustand über.

Bei einer einsaugseitig zu einem Abregelpunkt D_g hin gedrosselten und wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Zahnringpumpe kann somit, wie in Fig. 3 dargestellt, bei entsprechender Dimensionierung der Pumpe der gewünschte steile Anstieg des geförderten Ölvolumenstroms _P bei niedriger Pumpendrehzahl erreicht werden. Trotz des sich bei steigender Pumpendrehzahl D_P bildenden Öl/Gas- Gemisches im Dichtsteg zwischen Saugniere 11 und Druckniere 20, bleibt die Leistungsaufnahme der Pumpe bei dann im wesentlichen konstantem Volumenstrom _P vergleichsweise gering. Bei Verwendung solch einer Pumpe im Versorgungskreis einer Ventilsteuerung muß wenig oder gar kein überschüssig gefördertes Öl in einen Sumpf abgleitet werden. Auf den Einsatz teurer Druckregelventile kann ebenfalls verzichtet werden. Es sind allenfalls billige Druckbegrenzungsventile notwendig. Die Leistungsersparnis entspricht gegenüber den herkömmlicherweise verwendeten Pumpen in etwa dem Volumenstromdreieck oberhalb des Abregelpunktes D_g, d. h. in etwa der oberen, dunkel dargestellten Dreiecksfläche in Fig. 3.

Fig. 4 zeigt eine für die Zwecke der Erfindung besonders geeignete Pumpe, wie sie aus der DE 42 09 143 C1 bekannt ist. Diese Pumpe besitzt ein vereinfacht dargestelltes Pumpengehäuse 1, in dessen zylindrischer Zahnradkammer des Hohlrads 2 mit seinem Umfang auf der Umfangswandung der Zahnradkammer gelagert ist. Ebenfalls im Pumpengehäuse 1 ist die das Ritzel 4 der Zahnringpumpe tragende Welle 3 gelagert; es sind insoweit jedoch auch andere Lagerungen möglich. Das Ritzel 4 besitzt einen Zahn weniger als das Hohlrad 2, so daß jeder Zahn des Ritzels 4 ständig mit einem Zahn des Hohlrads 2 in Eingriff ist, wodurch alle durch die Zahnlücken von Ritzel und Hohlrad gebildeten Förderzellen ständig gegen die benachbarten Zellen abgedichtet sind. Die Pumpe dreht im Uhrzeigersinn. Die Ansaugniere 11 ist in der hinter der Zeichenebene liegenden Stirnwand der Zahnradkammer vorgesehen. Entsprechendes gilt für die Druckniere 20. Die Mittelpunkte der beiden Zahnräder 2 und 4 besitzen eine Exzentrizität, die zusammen mit den Kopfkreisdurchmessern und der Breite der Zahnräder die Steilheit der Pumpenförderlinie (Fig. 3) bestimmt.

Bei niedriger Drehzahl ist die Ansauggeschwindigkeit im Saugrohr 12 klein, so daß aus der sich fast über den ganzen Ansaugumfangsbereich erstreckenden, seitlich im Gehäuse 1 angeordneten Saugniere 11 das Öl blasenfrei einströmen kann, da kein wesentlicher Unterdruck auftritt. Da bei niedriger Drehzahl und Zahnfrequenz auch die Strömungsimpedanz zwischen Zahn und Zahnlücke klein ist, werden die durch die Zähne der Räder 2 und 4 der Saugseite gebildeten Saugzellen 13 mit weitgehend blasenfreiem Öl gefüllt. Die als Saugrohrmündung dienende Ansaugniere 11 erstreckt sich in Umfangsrichtung der Räder 2 und 4 bis nahe an einen Punkt 16 geringsten Zahneingriff heran. Im Bereich dieses Punktes 16 haben die durch zwei jeweils einander gegenüberliegende Zahnlücken gebildeten Förderzellen 13 ihr größtes Volumen erreicht und sind bei niedriger Drehzahl vollständig mit Öl gefüllt. Dreht die Pumpe dann weiter und gelangen die Förderzellen in den Bereich links von Punkt 16, so werden die Zellen in den Positionen 17.1, 17.2 und 17.3 zu Verdrängerzellen, da sich das Volumen der Förderzellen von hieran bis zur Stelle 7 tiefsten Zahnein griffs, der dem Punkt 16 geringsten Zahneingriffs diametral gegenüberliegt, bis auf fast Null stetig verringert.

Bei nicht sauggeregelten Zahnringpumpen kann die als Auslaßöffnung dienende Druckniere 20 bis nahe an den Punkt 16 heranreichen. Dabei würden die Druckniere 20 und somit auch schon die Förderzelle in der ersten Position 17.1 unter vollem Förderdruck stehen.

Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Pumpe die Druckniere 20 der Zahnradkammer sehr weit in Umfangsrichtung auf die Stelle tiefsten Zahneingriffs hin verkürzt, so daß mehrere Förderzellen 17.1 bis 17.3 zwischen der Saugniere 11 und der Druckniere 20 liegen. Der Dichtsteg überdeckt im Ausführungsbeispiel einen Winkel von mehr als 90°. Dabei müssen sich die Förderzellen 17.1 bis 17.3 bei blasenfreier Ölfüllung entleeren können. Dies ermöglichen Überströmkanäle 128 in den Zähnen des Hohlrads 2. Jeder Überströmkanal 128 ist mit einem Rück schlagventil 21 versehen. Die Förderzellen 17.1 bis 17.3, in denen das Volumen des komprimierten Mediums ständig abnimmt, können sich durch die in Reihe geschalteten Überströmkanäle 128 mit den darin angeordneten Rückschlagventilen 21.1 bis 21.3 in Förderrichtung zur Druckniere 20 hin entleeren. Hierbei muß dann in den Förderzellen 17.1 bis 17.3 ein etwas höherer statischer Druck herrschen als in der Druckniere 20, da die Überströmkanäle 128 mit den Rückschlagventilen 21 wegen des Strömungswiderstandes verlustbehaftet sind. Bei niedriger Drehzahl sind diese Verluste nicht hoch, da die Strömungsgeschwindigkeiten klein sind. Die Drosselverluste sollten durch eine entsprechende Konstruktion der Rückschlagventile so klein wie möglich gehalten werden.

Bis zu einer bestimmten Grenzdrehzahl D_g (Fig. 3) wird eine der Drehzahl in etwa proportionale Fördermenge geliefert. Wird diese Grenzdrehzahl D_g überschritten, so beginnt der statische Druck im Saugrohr 12 abzufallen und sinkt dabei unter einen kritischen Wert ab. Bei der untersuchten Pumpe nach dem Ausführungsbeispiel liegt diese Grenzdrehzahl D_g in etwa bei 1200 U/min. Ab etwa 1500 U/min stagniert die Fördermenge trotz steigender Drehzahl, da der statische Saugdruck unter den Verdampfungsdruck des Arbeitsöls gefallen ist. Von nun an entstehen Hohlräume in den Förderzellen der Saugseite der Pumpe, die sich theoretisch im Bereich des Fußkreises des Ritzels 4, also bei 22, konzentrieren, da das blasenfreie Öl durch Fliehkraft radial nach außen gedrängt wird. Bei etwa 2100 U/min fördert die Pumpe nur noch etwa 2/3 ihres maximalen Fördervolumens. Dieser Zustand ist durch eine gestrichelte Niveaulinie 23 als zum Hohlradmittelpunkt konzentrischer Kreis dargestellt. Diese Niveaulinie 23 ist mit dem Niveauzeichen 24 versehen. Radial innerhalb der Niveaulinie 23 befindet sich im wesentlichen Öldampf und/oder Luft radial außerhalb im wesentlichen Öl. Die Niveaulinie 23 geht durch den Fußpunkt 25 der Ritzelzahnlücke der Förderzelle 17.3, die gerade im Begriff ist, mit der Druckniere 20 in Verbindung zu treten. Die Pumpe ist vorteilhafterweise so ausgelegt, daß auch bei den zu erwartenden maximalen Betriebsdrehzahlen die Niveaulinie 23 nicht wesentlich weiter radial nach außen wandert als bis zum Fußpunkt 25 der Ritzelzahnlücke der Förderzelle 17.3, die gerade beginnt, die Kante der Druckniere 20 zu erreichen. Radial weiter innen kann diese Niveaulinie 23 natürlich immer liegen, solange die Saugregelung nicht leidet.

Da die Förderzellen 17.1 bis 17.3 durch Zahnflanken- bzw. Zahnkopfeingriff gegeneinander abgedichtet sind und die Rückschlagventile 21 bei der gezeigten Konstruktion nicht nur durch die auf die Ventilkugel wirkende Fliehkraft einerseits, sondern auch durch den von den Zellen 17.1 über 17.2 zu 17.3 hin ansteigenden statischen Druck geschlossen sind, kann der Förderdruck in der Druckniere 20 nicht in die Förderzellen 17.1 bis 17.3 hineinwirken. Die Hohlräume innerhalb der Niveauringfläche 23 haben daher genug Zeit, sich bis zum Erreichen der Förderzelle 17.3 hin durch die Volumenverringerung der Zellen abzubauen.

Um die Grenzdrehzahl D_g nach oben zu verschieben, ist im Saugrohr 12 parallel zur Blende 14 ein Bypass vorgesehen, in dem eine weitere Drossel, nämlich eine Drosselklappe 43, angeordnet ist, die zwischen den Positionen "offen" und "sperren" verstellt werden kann.

Die derart ausgeführte Pumpe mit der Drosselblende 14 und der dazu parallel angeordneten Drosselklappe 43 ist der Bedarfskurve der Ventilsteuerung nach Fig. 1 bereits angepaßt. Es braucht lediglich bei der in Fig. 3 eingetragenen Motor drehzahl D2_M die Drosselklappe 43 von ihrer Stellung "sperren"in die Stellung "offen" zu wechseln.

Ferner wird der Ablaufkanal 19 der Druckniere 20 nicht nur aus der Druckniere 20 gespeist, sondern auch aus einer dieser Druckniere 20 vorgeschalteten weiteren Auslaßöffnung 35, die über einen Kanal 36 mit dem Auslaßkanal 19 in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise verbunden ist. Im Kanal 36 befindet sich ebenfalls eine Drosselklappe 37, die zwischen einer dem Kanal 36 sperrenden und einer den Durchfluß durch den Kanal 36 freigebenden Position verstellbar oder schaltbar ist.

Im normalen Betriebszustand sind die beiden Drosselklappen 43 und 37 geschlossen. Werden nun, weil ein Stellmittel 76 bzw. 82 zugeschaltet wird, größere Ölmengen erforderlich, so öffnet eine entsprechende Steuereinrichtung die beiden Drossel klappen 43 und 37. Dadurch wird zum einen der Ansaugwiderstand stark verringert und die Niveaulinie 23 entsprechend nach außen verschoben. In Fig. 3 wandert die Grenzdrehzahl D_g der Förderkennlinie entlang der schrägen Linie nach oben. Das Öffnen der Drosselklappe 43 wird an die Pumpendrehzahl und damit an die Motordrehzahl über eine geeignete Steuerelektronik so gekoppelt, daß die Klappe 43 beispielsweise bei Erreichen der in Fig. 3 eingetragenen Motordrehzahl D2_M geöffnet wird.

Dadurch, daß mit dem Umschalten der Drosselklappe 43 auch die Drosselklappe 37 umgeschaltet wird, muß nicht die nunmehr größere Ölmenge zusätzlich durch die Überströmkanäle 128 nach vorne zum vorderen Ende der Druckniere 20 verschoben werden. Durch die vorgelagerte Auslaßöffnung 35 und dem Kanal 36 liegt jetzt vielmehr die funktionell entscheidende Kante der Druckniere 20 näher an der Stelle 16 geringsten Zahneingriffs. Auf dieser Weise werden Drosselverluste in den Überströmkanälen 128 minimiert. Der Wirkungsgrad der Pumpe wird gehoben und die Fördermenge steigt in etwa linear, bis die Drehzahl des Motors die neue, höhere Grenzdrehzahl erreicht hat.

Andere Drosselanordnungen im Saugrohr 12 sind möglich. So ist unter Wegfall eines Bypasses die Anordnung einer einzigen stufenweise oder kontinuierlich verstellbaren Drosselklappe ebenso vorteilhaft verwendbar. Ebenso kann ein Regelventil vorgesehen werden. Die Drosselung im Saugrohr 12 - und auch die im Auslaßkanal 19, 36 - wird in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, von der auch der Arbeits ölbedarf der Ventilsteuerung des Motors abhängt, gesteuert. Durch entsprechende Drosselanordnungen kann die sauggeregelte Zahnringpumpe somit den verschie densten Bedarfslinien angepaßt werden.

Zusätzlich zu den mit Rückschlagventilen 21 ausgestatteten Überströmkanälen 128, kann im Wege der Förderzellen 17.1 bis 17.3, und zwar nahe dem Zahnfußkreis des Hohlrads 2 ein zusätzlicher Bypass in einer Stirnwand der Zahnradkammer vorgesehen sein, der sich in Umfangsrichtung zur vorderen Kante der Druckniere 20 hin erstreckt. Die Ausbildung solch eines Bypass ist aus der Anmeldung P 43 30 586.5 bekannt und in Fig. 5 dargestellt.

Entsprechend der relativ großen Zähnezahl wird dieser Bypass durch in der Stirnwand der Zahnradkammer ausgebildete Öffnungen, im Ausführungsbeispiel handelt es sich um zwei Öffnungen 50 und 51, und einen ebenfalls in der Stirnwand ausgebildeten Verbindungskanal 53 gebildet. Die Öffnungen 50 und 51 verlaufen nahe dem Fußkreis der Verzahnung des Hohlrads 2 innerhalb dieses Fußkreises. Jede der beiden Öffnungen 50 und 51 ist über ein kurzes, radial-nach außen verlaufendes Kanalstück 54 bzw. 55 mit dem in Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungskanal 53 verbunden, welcher an die Druckniere 20 angeschlossen ist. Die radialen Kanalstücke, die Öffnungen 50, 51 und der Verbindungskanal 53 sind als Nuten in der Stirnwand der Zahnradkammer ausgebildet. Sie können beispielsweise Rechteckquerschnitt mit abgerundeten Ecken haben, wobei die Tiefe etwa gleich der gezeigten Breite der Nut ist. Der Verbindungskanal 53 ist ständig durch den die Zähne tragenden Ringteil des Hohlrads 2 abgedeckt. Da kurz nach dem Verlassen der Stelle 16 der Zahnscheitelberührung die Förderzellen sich noch langsam verkleinern, kann das dieser Stelle 16 zugewandte Ende der ersten Öffnung 50 in Umfangsrichtung von dieser Stelle einen relativ großen Winkelabstand haben, der hier etwa gleich 2/3 der im Winkelmaß gemessenen Zahnteilung des dieser Öffnung 50 überstreichenden Zahnkranzes ist. Demgegenüber ist das in Förderrichtung gelegene Ende der Öffnung 51 von der Vorderkante der Druckniere 20 wesentlich weiter entfernt, nämlich geringfügig mehr als eine Zahnteilung, so daß immer dann, wenn eine Förderzelle den Kontakt mit der Öffnung 51 verliert, sie alsbald beginnt, sich in die Druckniere 20 zu öffnen. Der Abstand der einander zugekehrten Enden der beiden Öffnungen 50 und 51 ist so groß, daß die beiden Öffnungen 50 und 51 niemals durch eine Förderzelle verbunden sind; er kann auch etwas größer sein, wenn die Öffnungen schmal sind.

Bei der Auslegung der Öffnungen 50 und 51 ist auch die Radiallage dieser Öffnungen zu berücksichtigen. So muß, um gleiche Öffnungs- und Schließzeiten zu erhalten, die Erstreckung der Öffnungen 50, 51 in Umfangsrichtung um so kleiner werden, je mehr die Öffnungen vom Zahnfußkreis des Hohlrads 2 entfernt liegt. Um dies anzudeuten, ist die Öffnung 50 etwas weiter radial innenliegend als die Öffnung 51 angeordnet, dafür aber auch etwas weniger lang sich in Umfangsrichtung erstreckend. Beide Öffnungen 50 und 51 sind in Ausführungsbeispiel relativ kurz, vielfach werden sie auch etwas länger ausgebildet.

Im Betrieb der Zahnringpumpe mit niedriger Drehzahl entspricht der Quetschölstrom QL durch den Verbindungskanal 53 dem Verdrängungsvolumen der Förderzellen 17.1 bis 17.3. Mit zunehmender Drehzahl wächst nun der Strömungsscheinwider stand für die Strömung durch den Verbindungskanal 53, da die Offenszeiten für die Öffnungen 50 und 51 immer kürzer werden. Dementsprechend steigt der Druck PI in den Zellen 17.1 bis 17.3 bei einem gleichzeitigen Abfallen des Quetschölstroms QL durch den Verbindungskanal 53. Diese Verhältnisse gelten jedoch nur bis zu der Drehzahl, bei welcher noch keine Kavitation in der Saugniere 11, also in den Förderzellen 13, auftritt. Im Kavitationsbereich bei höherer Drehzahl, wo dementsprechend die Förderkennlinie (Fig. 3) vom einem linear ansteigenden Verlauf in einen angenähert waagrechten Verlauf übergegangen ist, sinken die Drücke PI in den Förderzellen ab bis in die Nähe des Atmosphärendrucks. Da der Ansaugdruck über die Drehzahl konstant gehalten wird, durchläuft nun die QL-Kurve den Nullpunkt und wird sogar geringfügig negativ. Es strömt Öl in geringem Umfang von der Druckniere 20 durch den Verbindungskanal 53 zurück in die Förderzellen. Bei sehr hoher Drehzahl, wie sie in der Praxis nahezu nie vorkommt, würde sich der negative Leckölstrom QL von der Druckniere 20 zu den Öffnungen 50 und 51 wegen des Anwachsens des Strömungsscheinwiderstands wieder der Nullinie nähern. Diese Verhältnisse sind in Fig. 6 dargestellt. Fig. 7 zeigt den entsprechenden Saugdruck PS in der Saugniere 11 als Funktion der Pumpendrehzahl, während Fig. 8 den Zwischendruck PI im Dichtsteg und die Druckdifferenz PI-PH, PH ist der Druck in der Druckniere 20, als Funktion der Pumpendrehzahl für eine solche Pumpe zeigt.

Der durch die Öffnungen 50 und 51 und den Verbindungskanal 53 gebildete Bypass kann auch zusätzlich zu den mit den Rückschlagventilen 21 versehenen Über strömkanälen 128 der Pumpe nach Fig. 4 vorgesehen sein. Dies stellt sogar ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar, da durch solch einen Bypass die Strömung durch die Überströmkanäle 128 zusätzlich stabilisiert und einem Vibrieren der Ventile 21 entgegengewirkt werden kann.

Claims

1. Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors

a) mit einem hydraulisch betätigbaren Stellmittel (76; 82) zum motor drehzahlabhängigen Verstellen eines Ventilsteuermittels (75; 60, 70) und
b) mit einer vom Motor angetriebenen Pumpe (100) zur Versorgung des Stellmittels (76; 82) mit Arbeitsflüssigkeit,

dadurch gekennzeichnet, daß

c) die Pumpe (100) als sauggeregelte Zahnringpumpe mit einem sich über mehrere Förderzellen (17.1-17.3) erstreckenden Dichtsteg ausgebildet ist und eine drehzahlabhängige Förderkennlinie aufweist, die dem Arbeitsflüssigkeitsbedarf des Stellmittels (76; 82) angepaßt ist.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil steuermittel Nockenwellen (60, 70) sind, deren Phasenlage zur Steuerung von Überlappungszeiten von Ein- und Auslaßventilen (78) veränderbar ist.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (100) ein Stellmittel (76) zur Veränderung eines Ventilhubs mit Arbeitsflüssigkeit versorgt.

4. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (100) ein Stellmittel mit Arbeitsflüssigkeit versorgt, mit dem ein Zylinder des Motors zu- und abschaltbar ist.

5. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (100) den Motor mit Schmieröl versorgt und das Schmieröl auch als Arbeitsöl für die hydraulischen Stellmittel (76; 82) dient.

6. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einsaugseitige Drosselung (14; 43) der Pumpe (100) veränderbar ist, um die Förderkennlinie der Pumpe dem Bedarf der Ventil steuerung anpassen zu können.

7. Ventilsteuerung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, daß die Drosselung (14, 43) stufig, insbesondere zweistufig, aus gebildet ist.

8. Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pumpe mit

- einem Gehäuse (1),
- einem in einer Zahnradkammer des Gehäuses (1) drehbar angeord neten, innenverzahnten Hohlrad (2),
- einem einen Zahn weniger als das Hohlrad (2) aufweisenden mit dem Hohlrad (2) kämmenden, in diesem angeordneten Ritzel (4), dessen Zähne zusammen mit den Zähnen des Hohlrads (2) sich vergrößernde (13) und sich wieder verkleinernde (17) Förderzellen bilden, die aufeinanderfolgen und gegeneinander abgedichtet und jeweils mit den benachbarten Förderzellen durch in dem Hohlrad (2) und/oder dem Ritzel (4) vorgesehene Überströmkanäle (128) verbunden sind,
- Rückschlagventilen (21) in den Überströmkanälen (128), die einem Strömen der Arbeitsflüssigkeit entgegen der Förderrichtung entgegen wirken,
- im Gehäuse (1) angeordneten Ein- und Auslaßkanälen (12, 19) für die Zufuhr und Abfuhr des Arbeitsöls, welche in die Zahnradkammer zu beiden Seiten der Stelle (7) tiefsten Zahneingriffs münden, wobei sich ein der Steile (7) tiefsten Zahneingriffs abliegendes Ende einer Mündung (20) des Auslaßkanals (19) so nahe an der Stelle (7) tiefsten Zahneingriffs befindet, das sich zwischen ihm und der Umfangsstelle, an der die Förderzellen beginnen, sich zu verkleinern, ständig mehrere sich verkleinernde Förderzellen (17.1-17.3) befinden.

9. Ventilsteuerung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, daß

- der Mündung (20) des Auslaßkanals (19) wenigstens eine weitere mit dem Auslaßkanal (19) verbundene Mündung (35) in Umfangsrichtung der Pumpe im Abstand vorgeschaltet ist, welche über eine Leitung (36) mit dem Auslaßkanal (19) verbunden ist,
- der Durchfluß durch diese Leitung (36) mittels eines Drosselelements (37) steuerbar, insbesondere absperrbar ist, und daß
- eine Steuervorrichtung für die einsaugseitige Drosselung (14, 43) und das Drosselelement (37) vorgesehen ist.

10. Ventilsteuerung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuervorrichtung die einsaugseitige Drosselung (14, 43) und das Drosselelement (37) dem Arbeitsflüssigkeitsbedarf der Stellmittel (76, 82) angepaßt steuert.

11. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

- im Bereich der sich verkleinernden Förderzellen (17.1-17.3) in einer Wandung der Zahnradkammer in Umfangsrichtung im Abstand von der Mündung (20) des Auslaßkanals (19) wenigstens eine abwechselnd von Förderzellen (17.1-17.3) und diese begrenzenden Zähnen überstrichene Öffnung (50, 51) liegt,
- die Öffnung (50, 51) über einen Verbindungskanal (53) mit dem Auslaßkanal (19) verbunden ist, und daß
- die Öffnung (50, 51) bei jedem Überlaufen durch einen Zahn von diesem ganz oder wenigstens zum Großteil abgedeckt wird.

12. Ventilsteuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Öffnungen (50, 51) über den gemeinsamen Verbindungskanal (53) mit dem Auslaßkanal (19) verbunden sind.

13. Ventilsteuerung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (53) ein radial von der Öffnung (50, 51) abzweigendes Kanalstück (54, 55) aufweist.

14. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß bei mehreren in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Öffnungen (50, 51) diese einen Abstand von etwa einer halben Zahnteilung voneinander haben und die Erstreckung der Öffnung (50, 51) in Umfangs richtung angenähert gleich der Dicke der sie überstreichenden Zähne auf der radialen Höhe der Öffnung (50, 51) ist.

15. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Öffnungen (50, 51) sich radial auf etwa 1/5 bis etwa 1/3 der Höhe der sie überstreichenden Zähne erstrecken.

16. Sauggeregelte Zahnringpumpe, die einen Dichtsteg mit mehreren Förderzellen (17.1-17.3) aufweist und die innerhalb eines Drehzahlbereichs des Motors einen mit der Pumpendrehzahl ansteigenden und bei Überschreiten dieses Drehzahlbereichs weniger stark weitersteigenden oder im wesentlichen konstanten Volumenstrom (V) einer Arbeitsflüssigkeit fördert, gekennzeichnet durch die Verwendung als Förderpumpe (100) für die Arbeitsflüssigkeit eines Stellmittels (76; 82) einer Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors.