DE102004026296A1

DE102004026296A1 - oil pump

Info

Publication number: DE102004026296A1
Application number: DE200410026296
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Fischer; Marco Dipl.-Ing. Ruppel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-15
Also published as: EP1600637A2

Abstract

Die Erfindung geht von einer Ölpumpe (10) mit einem variablen Fördervolumen aus, das durch mindestens ein Stellelement entgegen der Kraft einer Feder (20) in Abhängigkeit von dem hydraulischen Druck einstellbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Stellelement bzw. die Stellelemente mindestens zwei unterschiedliche, vom Förderdruck abhängige Stellkraftniveaus besitzen, zwischen denen frei umgeschaltet werden kann.The invention is based on an oil pump (10) with a variable delivery volume which can be adjusted by at least one adjusting element against the force of a spring (20) as a function of the hydraulic pressure. It is proposed that the actuating element or the actuating elements have at least two different, dependent on the delivery pressure Stellkraftniveaus between which can be freely switched.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an oil pump according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 102 23 466 A1 ist eine Pumpe, insbesondere für Schmieröl von Brennkraftmaschinen oder für Getriebeöl, mit verstellbarem Hubvolumen und mit mindestens einem Stellmittel bekannt. Die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Pumpe ist eine Flügelzellenpumpe, die einen Rotor mit radial verschiebbaren Flügeln und einen Hubring umfasst. Zwischen dem Rotor, den Flügeln und dem Hubring, der auch Kurvenring, Konturenring oder Exzenterring genannt wird, sowie den Seitenteilen der Pumpe werden Arbeitsräume gebildet, die sich während einer Umdrehung des Rotors vergrößern und verkleinern. Im Bereich des Umfangs des Hubrings sind in einer Seitenwand mindestens eine Ansaugniere und eine Druckniere so angeordnet, dass während der Umdrehung Öl von der Ansaugniere zur Druckniere gefördert wird. Durch Verlagern des Hubrings relativ zum Rotor kann das Fördervolumen der Pumpe verändert werden.From the DE 102 23 466 A1 is a pump, in particular for lubricating oil of internal combustion engines or transmission oil, with adjustable displacement and with at least one actuating means known. The pump shown in the embodiments is a vane pump comprising a rotor with radially displaceable vanes and a cam ring. Between the rotor, the wings and the cam ring, which is also called cam ring, contour ring or eccentric ring, and the side parts of the pump working spaces are formed, which increase and decrease during a revolution of the rotor. In the region of the circumference of the cam ring, at least one suction kidney and one pressure kidney are arranged in a side wall so that oil is conveyed from the suction kidney to the pressure kidney during the rotation. By displacing the cam ring relative to the rotor, the delivery volume of the pump can be changed.

Das Verlagern des Hubrings kann translatorisch oder durch eine Schwenkbewegung um ein Schwenklager am Umfang des Hubrings erfolgen. Dabei wird der Hubring in Verstellrichtung einerseits durch eine Feder und andererseits durch ein Stellelement belastet, das der Feder entgegenwirkt. Das Stellelement kann in Abhängigkeit von Temperaturen angesteuert werden. Es sind aber auch Stellelemente mit einem Kolben bekannt, der von einem Förderdruck abhängigen Steuerdruck be aufschlagt wird. Bei Überschreiten eines eingestellten Druckniveaus reduzieren sie dann das Hubvolumen der Pumpe. Solche Pumpen haben jedoch den Nachteil, dass die Volumenreduzierung erst bei Erreichen des Grenzdrucks ausgeführt wird, der durch die Feder und die hydraulisch wirksame Kolbenfläche bestimmt wird. Dieser Druck kann bei relativ niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine bzw. der Pumpe erreicht werden. Dies entspricht jedoch nicht der Bedarfskurve einer Brennkraftmaschine, sodass es in einigen Betriebsbereichen, z.B. im unteren Drehzahlbereich und bei Temperaturen unterhalb der Auslegungstemperatur einer Schmierölpumpe, zur Überversorgung der Brennkraftmaschine mit Schmieröl kommt. Dadurch entstehen unerwünschte Verlustleistungen mit einem entsprechend hohen Energieverbrauch.The Relocating the cam ring can be translatory or by a pivoting movement take place around a pivot bearing on the circumference of the cam ring. It will the cam in the adjustment on the one hand by a spring and on the other hand loaded by an actuating element which counteracts the spring. The actuator can be dependent be controlled by temperatures. But there are also control elements known with a piston, the dependent of a delivery pressure control pressure be aufschlagt. When crossing a set pressure level then reduce the stroke volume the pump. However, such pumps have the disadvantage that the volume reduction only when reaching the limit pressure is performed by the spring and the hydraulically effective piston area is determined. This pressure can at relatively low speeds of the internal combustion engine or the pump can be achieved. However, this does not match the demand curve an internal combustion engine, so that in some operating areas, e.g. in the lower speed range and at temperatures below the Design temperature of a lubricating oil pump, to over supply the Internal combustion engine with lubricating oil comes. This creates undesirable Power losses with a correspondingly high energy consumption.

Ferner wird eine elektrische Verstellung des Regeldrucks bei einer regelbaren Außenzahnradpumpe in der motortechnischen Zeitschrift MTZ 12/2003, S. 1050 ff. „Kraftstoffverbrauchsvorteile durch Regelpumpen" beschrieben. Allerdings ist hier der Einsatz eines aufwändigen Regelkolbens und eines elektromagnetischen 2/3-Wegeventils erforderlich. Außerdem ist die Regelstrecke sehr langsam und störanfällig.Further is an electrical adjustment of the control pressure at a controllable External gear pump in the motor technical magazine MTZ 12/2003, P. 1050 ff. "Fuel consumption advantages by Control pumps "described. However, here is the use of a complex control piston and a electromagnetic 2/3-way valve required. Besides that is the controlled system is very slow and prone to failure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen und zuverlässigen Mitteln bei einer druckgeregelten Ölpumpe den Energieverbrauch zu reduzieren. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Of the Invention is based on the object with simple and reliable means in a pressure-controlled oil pump to reduce energy consumption. It is according to the invention by the features of claim 1. Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Nach der Erfindung sind ein oder mehrere Stellelemente vorgesehen, die mindestens zwei unterschiedliche, vom Förderdruck abhängige Stellkraftniveaus besitzen, zwischen denen frei umgeschaltet werden kann. Ist das niedrigere Stellkraftniveau geschaltet, beginnt die Verstellung des Fördervolumens erst bei einem höheren Grenzdruck, während bei einem größeren Stellkraftniveau die Verstellung bereits bei einem niedrigeren Grenzdruck beginnt. Dadurch kann das Fördervolumen in Be triebsbereichen, in denen normalerweise eine Überversorgung auftreten würde, bereits bei einem niedrigeren Grenzdruck verringert werden, sodass der Energieverbrauch gesenkt wird.To The invention provides one or more adjusting elements, which at least two different, depending on the delivery pressure Stellkraftniveaus own, between which can be switched freely. Is this Lower power level switched, the adjustment begins the volume of funding only at a higher Limit pressure while at a greater power level the adjustment starts already at a lower limit pressure. This allows the delivery volume in operating areas where there is usually an oversupply would occur already be reduced at a lower limit pressure, so the energy consumption is lowered.

Unterschiedliche Stellkraftniveaus können bei Verwendung eines einzigen Stellelements dadurch erreicht werden, dass es mit einem Grundstellkraftniveau ausgelegt ist, das durch eine schaltbare Übersetzungsstufe angehoben wird. Solche Übersetzungsstufen können in üblicher Weise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch ausgeführt werden. Bei einem hydraulisch betätigten Stellelement können z.B. mehrere hydraulisch wirksame Flächen vorgesehen werden, z.B. in Form eines Stufenkolbens. Die hydraulisch wirksamen Flächen können gleich oder verschieden groß sein. Die einzelnen Flächen bzw. Stufen können wahlweise angesteuert werden. Die kleinste hydraulisch wirksame Fläche ergibt das niedrigste Stellkraftniveau, während das höchste Stellkraftniveau dadurch erreicht wird, dass alle hydraulisch wirksamen Flächen additiv gleichzeitig angesteuert werden. Zwischen diesen Extrempositionen können Stellkraftniveaus durch Ansteuern von einzelnen hydraulisch wirksamen Flächen unterschiedlicher Größe oder kombiniertes Ansteuern mehrerer hydraulisch wirksamer Flächen erzielt werden, die gleich oder unterschiedlich groß sind. Die hydraulisch wirksamen Flächen können auch auf mehrere Stellelemente verteilt angeordnet sein. Im einfachen Fall werden zwei gleiche Stellelemente verwendet, von denen für ein niedriges Stellkraftniveau nur eines angesteuert wird, während im anderen Fall beide gemeinsam angesteuert werden.different Stellkraftniveaus can at Use of a single actuator can be achieved thereby that it is designed with a Grundstellkraftniveau by a switchable translation stage is raised. Such translation stages can in usual Be performed mechanically, hydraulically, pneumatically or electrically. In a hydraulically operated Control element can e.g. a plurality of hydraulically-effective surfaces are provided, e.g. in the form of a stepped piston. The hydraulically effective surfaces can be the same or be different in size. The individual surfaces or stages can optionally controlled. The smallest hydraulically effective area gives the lowest power level, while the highest power level thereby is achieved that all hydraulically effective surfaces additively be controlled simultaneously. Between these extreme positions can Stellkraftniveaus by controlling individual hydraulically effective surfaces different size or achieved combined control of several hydraulically effective surfaces be equal or different in size. The hydraulically effective surfaces can be arranged distributed over several control elements. Im simple Case, two equal control elements are used, of which for a low Stellkraftniveau is driven only one, while in the other case both be controlled together.

Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass als Ölpumpe eine Flügelzellenölpumpe verwendet wird. Hierbei ist es möglich, dass der Hubring als ein Stellelement dient, indem ein Teil seines äußeren Umfangs als Kolben vom Steuerdruck beaufschlagt ist. Ein anderes Stellelement kann über ein Zwischenglied, das eine Kraftübersetzung beinhalten kann, ebenfalls auf den Hubring wirken.According to one embodiment is presented suggest that a vane oil pump be used as the oil pump. Here, it is possible that the cam ring serves as an actuating element by a part of its outer circumference is acted upon by the control pressure as a piston. Another actuator can also act on the cam via an intermediate member, which may include a power transmission.

Zweckmäßigerweise wird zwischen den Kraftniveaus durch ein elektrisch betätigtes Wegeventil umgeschaltet. Die elektromotorische oder elektromagnetische Betätigung kann von einer elektronischen Steuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von betriebsspezifischen Parametern, z.B. Drehzahl, Last, Temperatur usw. angesteuert werden. Auch mechanische Betätigungen sind möglich. Die erfindungsgemäße Umschaltung der Stellkraftniveaus erfordert keinen großen Regel- oder Steueraufwand. Da der Öldurchsatz am Ventil sehr gering ist, ergibt sich eine geringe Baugröße des Ventils, sodass es wahlweise innerhalb oder außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet werden kann. Auf Grund der einfachen Bauweise ist die Umschaltung der Stellkraftniveaus sehr ausfallsicher. Da es bei Stromausfall eine sichere Position entsprechend dem geringsten Stellkraftniveau angefahren wird, ist stets ein sicherer Betrieb gewährleistet, sodass selbst bei einem Totalausfall keine Fehlermeldung notwendig ist.Conveniently, is between the force levels by an electrically operated directional control valve switched. The electromotive or electromagnetic actuation can of an electronic control of the internal combustion engine in dependence of operational parameters, e.g. Speed, load, temperature etc. are controlled. Also mechanical operations are possible. The Switching according to the invention the Stellkraftniveaus requires no large control or tax. Since the oil flow at the valve is very small, results in a small size of the valve, so that it is optionally located inside or outside the pump housing can be. Due to the simple design, the switching of Force levels very fail-safe. Since there is a power failure approached safe position corresponding to the lowest level of force A safe operation is always guaranteed, so even with a total failure no error message is necessary.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further Advantages are shown in the following description of the drawing. In the drawing is an embodiment represented the invention. The drawing, the description and the Claims included numerous features in combination. The skilled person will become the characteristics appropriately also individually consider and summarize to meaningful further combinations.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 ein Schaltbild einer druckabhängig regelbaren Ölpumpe und 1 a diagram of a pressure-dependent controllable oil pump and

2 eine qualitative Darstellung einer Regelcharakteristik. 2 a qualitative representation of a control characteristic.

Die in 1 dargestellte Schmierölpumpe ist eine Flügelzellenölpumpe 10. Sie besitzt einen Rotor 14, in dem Flügel 13 radial verschiebbar gelagert sind. Der Rotor 14 wird von ei nem Hubring 11 umgeben. Zwischen diesem, dem Rotor 14 und den Flügeln 13 werden Arbeitsräume gebildet, die sich bei einer Drehung des Rotors 14 um eine Rotorwelle 15 je nach Position des Hubrings 11 relativ zum Rotor 14 mehr oder weniger verkleinern bzw. vergrößern. Dadurch wird über eine Saugniere 16 und eine Saugleitung 19 Öl aus einem Ölsumpf 18 angesaugt und über eine Druckniere 17 in einen Hauptölkanal 22 einer nicht dargestellten Arbeitsmaschine, z.B. einer Brennkraftmaschine, gefördert. Der maximal zulässige Druck wird durch ein Druckbegrenzungsventil 21 begrenzt.In the 1 illustrated lubricating oil pump is a vane oil pump 10 , It has a rotor 14 in which wing 13 are mounted radially displaceable. The rotor 14 is from a Hubring 11 surround. Between this, the rotor 14 and the wings 13 work spaces are formed, resulting in a rotation of the rotor 14 around a rotor shaft 15 depending on the position of the cam ring 11 relative to the rotor 14 reduce or enlarge more or less. This is done via a suction kidney 16 and a suction line 19 Oil from an oil sump 18 sucked and over a pressure kidney 17 into a main oil channel 22 a work machine, not shown, for example, an internal combustion engine, promoted. The maximum allowable pressure is provided by a pressure relief valve 21 limited.

Der Hubring 11 ist in einem Pumpengehäuse 12 translatorisch verstellbar. Dabei drückt ihn eine Druckfeder 20 in Verstellrichtung 26 in eine in 1 dargestellte Endlage, in der das maximale Fördervolumen der Flügelzellenölpumpe 10 eingestellt ist. In der Gegenrichtung wirkt auf den Hubring 11 ein hydraulisch betätigtes Stellelement, das einen Zylinder 28 und einen Kolben 29 umfasst, der mit einem Stößel 31 auf den Hubring 11 wirkt. Anstelle des Stößels 31 kann auch ein nicht dargestelltes, zuschaltbares Kraftübersetzungselement vorgesehen sein. Eine Kolbenfläche 30 des Kolbens 29, die die hydraulisch wirksame Fläche des Stellelements bildet, kann über eine Steuerleitung 23 von einem förderdruckabhängigen Öldruck beaufschlagt werden. Die Steuerleitung 23 zweigt von dem Hauptölkanal 22 ab, sie kann aber auch mit einer anderen, geeigneten Stelle des Druckölsystems verbunden sein. Erreicht der Steueröldruck einen durch die Druckfeder 20 und die Kolbenfläche 30 vorgegebenen Grenzdruck p_G, verstellt der Kolben 29 über den Stößel 31 den Hubring 11, wodurch das Fördervolumen der Flügelzellenölpumpe 10 verringert wird.The lifting ring 11 is in a pump housing 12 translationally adjustable. He is pressed by a compression spring 20 in adjustment 26 in an in 1 shown end position in which the maximum delivery volume of the vane oil pump 10 is set. In the opposite direction acts on the cam ring 11 a hydraulically actuated actuator, which is a cylinder 28 and a piston 29 includes that with a pestle 31 on the lifting ring 11 acts. Instead of the pestle 31 can also be provided not shown, switchable power transmission element. A piston surface 30 of the piston 29 , which forms the hydraulically effective surface of the actuating element, can via a control line 23 be acted upon by a delivery pressure dependent oil pressure. The control line 23 branches off the main oil channel 22 but it can also be connected to another suitable location of the pressurized oil system. When the control oil pressure reaches the pressure spring 20 and the piston surface 30 given limit pressure p _G , adjusted the piston 29 over the pestle 31 the lifting ring 11 , whereby the delivery volume of the vane oil pump 10 is reduced.

Ein weiteres Stellelement wird durch einen Druckraum 25 gebildet, der auf der Seite des Hubrings 11 angeordnet ist, die der Druckfeder 20 abgewandt ist. Der Druckraum 25 ist separat vom Zylinder 28 über die Steuerleitung 23 ansteuerbar. Er besitzt eine hydraulisch wirksame Fläche 27, die der Projektion der Umfangsfläche des Hubrings 11 in Verstellrichtung ent spricht. Der Hubring 11 ist somit gleichzeitig Stellkolben. Die hydraulisch wirksame Fläche 27 ist deutlich größer als die Kolbenfläche 30 des Kolbens 29, sodass bei gleichem Druck ein höheres Stellkraftniveau erreicht wird.Another actuator is a pressure chamber 25 formed on the side of the cam ring 11 is arranged, that of the compression spring 20 turned away. The pressure room 25 is separate from the cylinder 28 over the control line 23 controllable. He has a hydraulically effective surface 27 that the projection of the circumferential surface of the cam ring 11 in the direction of adjustment ent speaks. The lifting ring 11 is thus simultaneously actuating piston. The hydraulically effective surface 27 is significantly larger than the piston area 30 of the piston 29 , so that at the same pressure a higher force level is achieved.

Zum Schalten zwischen den zwei Stellkraftniveaus wird als Umschaltventil ein Wegeventil 32 verwendet, dass elektrisch durch einen Elektromagneten 34 oder einen anderen Elektroantrieb in Abhängigkeit frei wählbarer Parameter der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Eine Feder 24 stellt das Wegeventil 32 in die dargestellte, sichere Ausgangsposition, in der der Zylinder 28 über die Steuerleitung 23 mit dem Hauptölkanal 22 verbunden ist, während der Druckraum 25 über eine Rücklaufleitung 33 mit dem Ölsumpf 18 bzw. der Saugleitung 19 verbunden ist. Überschreitet der Druck, der auf die hydraulisch wirksame Kolbenfläche 30 des Kolbens 29 wirkt, den vorbestimmten wert p_G, beginnt der Kolben 29 den Hubring 11 so zu verstellen, dass das Fördervolumen auf einen dem Druck p_G entsprechenden Wert verringert wird.For switching between the two Stellkraftniveaus as a switching valve is a directional control valve 32 used that electrically by an electromagnet 34 or another electric drive is driven in dependence of freely selectable parameters of the internal combustion engine. A feather 24 represents the directional valve 32 in the illustrated, safe starting position in which the cylinder 28 over the control line 23 with the main oil channel 22 is connected while the pressure chamber 25 via a return line 33 with the oil sump 18 or the suction line 19 connected is. Exceeds the pressure on the hydraulically effective piston surface 30 of the piston 29 acts, the predetermined value p _G , the piston begins 29 the lifting ring 11 to be adjusted so that the delivery volume is reduced to a value corresponding to the pressure p _G.

Arbeitet die Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich, in dem es zu einer Überversorgung mit Schmieröl kommt, schaltet das Wegeventil 32 auf seine zweite Schaltposition, bei der der Zylinder 28 mit dem Ölsumpf 18 und die Druckkammer 25 mit der Steuerleitung 23 verbunden ist. Auf Grund der größeren hydraulisch wirksamen Fläche 27 erzeugt bereits ein niedrigerer Druck in der Steuerleitung 23 ein ausreichendes Stellkraftniveau, um entgegen der Feder 20 den Hubring 11 zu verstellen und das Fördervolumen zu reduzieren. Eine vereinfacht dargestellte Drossel 39 symbolisiert den hydraulischen Gesamtwiderstand der ölführenden Kanäle und Leitungen.If the internal combustion engine operates in an operating range in which there is an oversupply of lubricating oil, the directional valve switches 32 to its second switching position, where the cylinder 28 with the oil sump 18 and the pressure chamber 25 with the control line 23 connected is. Due to the larger hydraulically effective surface 27 already produces a lower pressure in the control line 23 a sufficient power level to counter the spring 20 the lifting ring 11 to adjust and reduce the delivery volume. A simplified throttle 39 symbolizes the hydraulic total resistance of the oil-carrying channels and lines.

In 2 ist der Druck über der Drehzahl aufgetragen. Mit 36 ist eine Sollkennlinie des Öldrucks bezeichnet. Mit einem bekannten Stellelement mit nur einem Stellkraftniveau nimmt die Istkennlinie 35 den gestrichelten Verlauf 37 ein, während bei einem erfindungsgemäßen Stellelement mit mehreren Stellkraft niveaus der Verlauf 38 der Istkennlinie 35 stufenweise der Sollkennlinie 36 angenähert ist.In 2 the pressure is above the speed. With 36 is a nominal characteristic of the oil pressure called. With a known actuator with only one actuating force level, the actual characteristic decreases 35 the dashed course 37 a, while in an actuator according to the invention with several actuating force levels of the course 38 the actual characteristic 35 gradually the nominal characteristic 36 is approximated.

Claims

Oil pump ( 10 ) with a variable delivery volume, which is adjustable by at least one adjusting element against the force of a spring in dependence on the hydraulic pressure, characterized in that the adjusting element or the adjusting elements have at least two different, dependent on the delivery pressure Stellkraftniveaus, between which are freely switched can.

Oil pump according to claim 1, characterized in that it comprises a vane oil pump ( 10 ) with a lifting ring ( 11 ) which is translatable by the adjusting element or the adjusting elements or by a pivot point on its outer periphery relative to a rotor ( 14 ) can be relocated.

Oil pump according to claim 1 or 2, characterized in that the adjusting element or the adjusting elements are hydraulically actuated and at least two mutually separately controllable hydraulically effective surfaces ( 27 . 30 ).

Oil pump according to claim 3, characterized in that the hydraulically effective surfaces ( 27 . 30 ) can be switched together in groups at the same time.

Oil pump according to claim 3 or 4, characterized in that the hydraulically effective surfaces ( 27 . 30 ) have the same or at least partially different sizes.

Oil pump according to one of the preceding claims, characterized in that at least one adjusting element for transmitting power to a conveying device, a mechanical intermediate member ( 31 ) having.

Oil pump according to claim 6, characterized in that the intermediate member ( 31 ) has a power transmission.

Oil pump according to one of claims 2 to 7, characterized in that the lifting ring ( 11 ) serves as an actuating element by a part of its outer circumference can be acted upon by the control pressure.

Oil pump according to one of the preceding claims, characterized in that between the force levels via an electrically operated directional control valve ( 32 ) can be switched.

Oil pump according to claim 9, characterized in that in case of power failure, the directional control valve ( 32 ) switches to the lowest force level by spring force.