Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckregelung einer Ölpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Die Vorrichtung zur Druckregelung dient dazu, die Förderleistung der Ölpumpe und/oder den bereitgestellten Öldruck der Ölpumpe an den wechselnden Bedarf des Schmiersystems des Verbrennungsmotors anzupassen. Es werden vorzugsweise unnötig hohe Öldrucke vermieden, um die zum Antrieb der Ölpumpe erforderliche Antriebsleistung gering zu halten.

Aus der gattungsbildenden DE 102 37 801 A1 ist eine Vorrichtung zur Druckregelung einer Ölpumpe bekannt. Die Ölpumpe weist ein auf einer Antriebswelle fixiertes Antriebszahnrad und ein mit dem Antriebszahnrad kämmendes Verschiebezahnrad auf. Bei einer Fördermengenregelung wird das Verschiebezahnrad axial verschoben, so dass durch eine veränderte Zahneingriffsbreite die Ölfördermenge verändert wird. Das Verschiebezahnrad ist auf einem nicht rotierenden Bolzen gelagert, der einen Verschiebekolben und einen Federkolben trägt. Dieser Verbund bildet eine Verschiebeeinheit. Die Verschiebeeinheit ist am Verschiebekolben ständig mit Öldruck beaufschlagt, während hierzu entgegenwirkend am Federkolben eine Kolbenfeder und ein in der Federkammer wirkender, regelbarer Steuerdruck die Fördermengenregelung vornehmen. Die Regelung des Steuerdrucks wird über einen Regelkolben vorgenommen. Der Regelkolben und die Federkammer sind über eine Steuerbohrung miteinander verbunden. Der Regelkolben ist als Stufenkolben ausgebildet und weist drei Wirkflächen auf. Der Regelkolben weist eine erste Wirkfläche auf, wobei an der ersten Wirkfläche ständig ein Öldruck anliegt. Die zweite Wirkfläche ist durch zwei Ansteuereinrichtungen zusätzlich mit Öldruck beaufschlagbar oder druckentlastbar, um eine Zusatzkraft auf den Regelkolben auszuüben. Die dritte Wirkfläche ist durch einen Regelzapfen gebildet, wobei mittels der dritten Wirkfläche bzw. mittels des Regelzapfen die Steuerbohrung offenbar und verschließbar ist, wodurch der Steuerdruck geregelt wird. Der Öldruck kann in zumindest zwei Regeldruckstufen eingestellt werden. Der von den Ansteuervorrichtungen mit einer veränderlichen Kraft beaufschlagbare Regelkolben bewirkt die zugehörige Einstellung der Fördermengenregeleinrichtung. Als Gegenkraft zum Steuerdruck wirkt eine Regelfeder auf den Regelkolben. Die erste Ansteuereinrichtung weist ein erstes Stellventil auf. Das erste Stellventil ist als drehzahlabhängiges Fliehkraftventil mit einem Schaltkolben und einer Schaltkolbenfeder ausgebildet. Der Schaltkolben und die

BESTÄTIGUNGSKOPIE Schaltkolbenfeder sind innerhalb eines Förderzahnrades angeordnet. Der Schaltkolben weist in seiner Achse einen Winkelversatz zur radialen Fliehkraftrichtung auf. Der Öldruck zur Druckbeaufschlagung der Wirkflächen des Regelkolbens wird hinter einem Ölfilter abgezweigt. Nach Überschreiten einer Umschaltdrehzahl von beispielsweise 2500 Umdrehungen pro Minute wird der Schaltkolben fliehkraftbedingt gegen die Schaltkolbenfeder in eine äußere Endposition verschoben. Bei diesen hohen Drehzahlen wird der Öldruck auf ein Öldruckniveau von beispielsweise 5,0 bar erhöht, wobei eine Druckentlastung der zweiten Wirkfläche des Regelkolbens erfolgt. Ferner ist eine zweite Ansteuereinrichtung vorgesehen. Diese zweite Ansteuervorrichtung weist ein zweites Stellventil in Form eines Elektroventils auf. Bei einer Aktivierung des Elektroventils wird zur Öldruckabsenkung ein Steuerkanal freigeschaltet, wodurch eine Druckbelastung mit dem Öldruck der zweiten Wirkfläche hervorgerufen wird. Damit sind beide Wirkflächen öldruckbelastet, so dass der Regelkolben bereits bei 2,5 bar Öldruck - der ersten Regeldruckstufe - seine Regelfunktion ausübt und den entsprechenden Steuerdruck zur Fördermengenregelung bereitstellt. Wenn das Elektroventil unbestromt ist, wird die Öldruckzufuhr zum Steuerkanal und somit zur zweiten Wirkfläche unterbrochen und über einen Entlastungsstutzen am Elektroventil wird eine Druckentlastung der zweiten Wirkfläche hervorgerufen. Der nun nur noch an der ersten Wirkfläche anliegende Öldruck verlagert den Regelbeginn dann auf beispielsweise 5 bar, wodurch die zweite, höhere Regeldruckstufe gebildet ist. Diese zweite Regeldruckstufe ist bei einer defektbedingten Unterbrechung der elektrischen Anschlüsse des Elektroventils als Sicherheitsöldruck für alle Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors gewährleistet.

Diese gattungsbildende Vorrichtung zur Druckregelung der Ölpumpe ist noch nicht optimal ausgebildet. Die eingestellte Regeldruckstufe ist abhängig von der Fliehkraft und damit abhängig von der Drehzahl des Antriebszahnrades. Bei hohen Drehzahlen des Antriebszahnrades wird die höhere Regeldruckstufe gewählt. Der Aufbau des Antriebszahnrades mit dem im Antriebszahnrad angeordneten Schaltkolben ist aufwändig herzustellen und zu montieren. Ferner ist der Aufbau der Verschiebeeinheit aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsbildende Vorrichtung zur Druckregelung der Ölpumpe derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht ist.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch eine Vorrichtung zur Druckregelung der Ölpumpe, mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Regelung der Ölpumpe erfolgt dadurch, dass mittels des Regelkolbens ein Bypass offenbar und schließbar ist, wobei der Bypass eine Druckseite der Ölpumpe mit einer Saugseite der Ölpumpe verbindet. Dies hat den Vorteil, dass der Aufbau der Ölpumpe und damit der Aufbau der gesamten Vorrichtung vereinfacht werden kann. Die Ölpumpe benötigt kein Verschiebezahnrad und keine Verschiebeeinheit für ein solches Zahnrad. Hierdurch ist ein kostengünstiger einfacherer Aufbau erzielt,

Die Ölpumpe ist vorzugsweise als Innenzahnradpumpe oder als Zahnringpumpe ausgebildet. Durch den Bypass ist auf einfache Weise eine Druckregelung der Innenzahnradpumpe oder der Zahnringpumpe mit mindestens zwei Druckstufen ermöglicht. Die Zahnringpumpe weist vorzugsweise eine Trochoidenverzahnung auf, wobei ein mittig gelagertes Antriebszahnrad einen äußeren exzentrisch gelagerten Zahnring antreibt. Hierdurch entstehen in der Pumpe sich verkleinernde und vergrößernde Räume, die die Saug- und Förderwirkung erzeugen. Das Antriebszahnrad ist antriebstechnisch mit der Kurbelwelle gekoppelt.

Je nach Stellung des Regelkolbens ist der Bypass verschlossen oder geöffnet. Der Pumpenausgangsdruck liegt an der dritten Wirkfläche an. Auf die erste Wirkfläche und die zweite Wirkfläche wirkt eine vom Öldruck abhängige Kraft. Der Regelkolben ist federbelastet. Die auf die Wirkflächen wirkenden Kräfte sind der Federkraft entgegengesetzt. Der Regelkolben ist als Summenkolben ausgebildet. Wenn der Bypass geöffnet ist, wird der Pumpenausgangsdruck abgesenkt. Ab einer bestimmten Kolbenstellung strömt Öl intern über den Bypass von der Druck- auf die Saugseite der Ölpumpe zurück. Der Pumpenausgangsdruck beziehungsweise der Öldruck wird bedarfsgerecht reduziert. Hierdurch erfolgt eine Regelung des Regelkolbens. Beim Kaltstart wirkt nur der Pumpenausgangsdruck auf die dritte Wirkfläche, wodurch der Maximaldruck begrenzt wird. Im Betrieb regelt die Summe beider Drücke auf die erste und zweite Wirkfläche einen festen Öldruck ein.

Durch Regelung von mindestens zwei Druckstufen kann so zum einen der Energiebedarf zur Ölversorgung bedarfsgerecht reduziert werden und zum anderen vorzugsweise mindestens eine Kolbenkühldüse aktiv über den Öldruck geschaltet werden. Insbesondere werden mehrere Kolbenkühldüsen in Abhängigkeit der Schaltstellung des Stellventils und somit in Abhängigkeit von der gewählten Druckstufe geschaltet. In einer Hochdruckstufe ist die mindestens eine Kolbenkühldüse aktiviert und in einer Niederdruckstufe ist die mindestens eine Kolbenkühldüse deaktiviert. Auf eine erste Wirkfläche des Regelkolbens wirkt ein Öldruck, nämlich insbesondere ein sogenannter Galeriedruck. Mit Hilfe des Stellventils ist ein Steuerkanal offenbar und schließbar, der eine zweite Wirkfläche des Regelkolbens freigibt. Der auf die erste Wirkfläche wirkende Öldruck ist insbesondere geringer als der Pumpenausgangsdruck. Der Öldruck beziehungsweise Galeriedruck zur Beaufschlagung der ersten und zweiten Wirkfläche wird vorzugsweise hinter einem Ölfilter und hinter einem Ölkühler abgezweigt. Dieser Öldruck kann als Galeriedruck bezeichnet werden.

Das Stellventil ist vorzugsweise als elektromagnetisch betätigtes Stellventil ausgebildet. Das Stellventil ist durch ein on-/off-Ventil gebildet. Hierdurch ist es möglich, die unterschiedlichen Druckstufen unabhängig von der Eingangsdrehzahl der Ölpumpe zu wählen. Das elektromagnetische Stellventil ist vorzugsweise an einem Gehäuse der Ölpumpe angeordnet, wobei der Steuerkanal sich innerhalb des Gehäuses erstreckt. Das Stellventil ist von außen zugänglich am Gehäuse der Ölpumpe angeordnet. Der Regelkolben ist innerhalb des Gehäuses der Ölpumpe angeordnet.

Eine Hochdruckstufe ist realisiert, wenn das Stellventil stromlos geschaltet ist. In der Hochdruckstufe ist der Steuerkanal gesperrt. Der Steuerkanal ist über das Stellventil mit einer Leitung zum Ölsumpf verbunden, wodurch die zweite Wirkfläche druckentlastet ist. Die zweite Wirkfläche ist hierbei nicht von dem Öldruck beaufschlagt. Das Öl strömt lediglich zur ersten Wirkfläche. Auf die erste Wirkfläche wirkt eine vom Öldruck abhängige Kraft, welche den Kolben entgegen der Federkraft verschieben kann, wenn der Öldruck steigt. Ab einer bestimmten Kolbenstellung strömt Öl über den Bypass von der Druckseite auf die Saugseite der Ölpumpe zurück, wodurch der Pumpenausgangsdruck und im Falle des Kaltstarts der maximale Öldruck begrenzt wird.

Eine Niederdruckstufe ist realisiert, wenn das Stellventil bestromt ist, wobei das Stellventil zum Steuerkanal und somit zu der zweiten Wirkfläche geöffnet ist. Das Öl strömt durch den Steuerkanal zu der zweiten Wirkfläche. In der Niederdruckstufe ist der Steuerkanal geöffnet. Die erste und die zweite Wirkfläche sind mit dem Öldruck entgegen der auf den Regelkolben wirkenden Federkraft beaufschlagt. Durch die Summierung der ersten und der zweiten Wirkfläche und somit der Kräfte auf die erste und zweite Wirkfläche wird für die gleiche Verstellung des Regelkolbens ein geringerer Öldruck benötigt. Der Regelbeginn beginnt früher und der Bypass wird früher geöffnet.

Es ist denkbar, dass der Regelkolben weitere Wirkflächen aufweist, die über weitere Kanäle beziehungsweise Steuerkanäle freischaltbar beziehungsweise beaufschlagbar sind. Die eingangs genannten Nachteile sind hierdurch vermieden und entsprechend Vorteile sind erzielt.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Druckregelung der Ölpumpe auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Druckregelung einer

Ölpumpe,

Fig. 2 in einer schematischen, teilgeschnittenen Darstellung eine in einem Gehäuse angeordnete Ölpumpe,

Fig. 3 in einer schematischen, teilgeschnittenen Detaildarstellung des Gehäuses, und

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung die Ölpumpe und ein Teil des Gehäuses.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Druckregelung einer Ölpumpe 2 dargestellt. Fig. 2 bis 4 zeigen eine entsprechende Ölpumpe und einen Teil der Vorrichtung 1. Die Ölpumpe 2 fördert Öl aus einer Ölwanne 3. Die Ölwanne 3 bildet einen Ölsumpf.

Die Vorrichtung 1 weist nun einen Regelkolben 4 und ein Stellventil 5 auf. Mittels des Regelkolbens 4 sind mindestens zwei Druckstufen regelbar, nämlich eine Niederdruckstufe und eine Hochdruckstufe. Der Regelkolben 4 weist dazu eine erste Wirkfläche 6, eine zweite Wirkfläche 7 und insbesondere eine dritte Wirkfläche 8 auf. An der ersten Wirkfläche 6 liegt ein Öldruck an, der durch eine Öldruckleitung 9 bereitgestellt ist. Die Öldruckleitung 9 mündet in eine Kammer 10, wobei die Kammer 10 einerseits von der Wirkfläche 6 des Regelkolbens begrenzt wird.

Die Ölpumpe 2 fördert das Öl aus der Ölwanne 3 durch eine Kammer 12 und stellt einen Pumpenausgangsdruck bereit. Der Pumpenausgangsdruck liegt an einem Anschluss der Kammer 12 und einer hiermit verbundenen Ölleitung 1 1 an. Diese Ölleitung 11 kann sich insbesondere im Gehäuse der Ölpumpe 2 erstrecken. Dieser Förderstrom der Ölpumpe 2 wird über die Ölleitung 11 einem Ölfilter ÖF und einem Ölkühler ÖK zugeführt. Hinter dem Ölkühler ÖK wird der Öldruck an einer Öldruckleitung 16 abgezweigt. Dieser Öldruck kann auch als Galleriedruck bezeichnet werden. Der Öldruck ist infolge von Druckverlusten über den Ölfilter ÖF und den Ölkühler ÖK kleiner als der Pumpenausgangsdruck.

Mittels des Stellventils 5 ist ein Steuerkanal 13 zur Beaufschlagung der zweiten Wirkfläche 7 mit dem Öldruck offenbar und schließbar. Der Steuerkanal 13 verbindet den Anschluss A des Stellventils 5 mit der Kammer 14 des Regelkolbens 4. Eine weitere Öldruckleitung 15 ist mit einem Anschluss P des Stellventils 5 verbunden. Die Öldruckleitungen 9 und 15 werden von der gemeinsamen Öldruckleitung 16 gespeist. Die Öldruckleitung 16 ist zumindest teilweise in einem Kurbelgehäuse 17 ausgebildet.

In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Stellventils 5 ist der Anschluss P zum Anschluss A des Stellventils 5 geöffnet, d. h. der Steuerkanal 13 ist geöffnet, so dass die Kammer 14 und somit die zweite Wirkfläche 7 mit dem Öldruck beaufschlagt wird. Unabhängig von der Ansteuerung des Stellventils 5 wird die Kammer 10 mit der ersten Wirkfläche 6 mit Öldruck aus der Öldruckleitung 9 beaufschlagt.

Das Stellventil 5 ist vorzugsweise als elektromagnetisches Stellventil 5 ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die zwei Druckstufen in Abhängigkeit von dem Bestromungszustand des Stellventils 5 gewählt werden können. Die erste Druckstufe kann bspw. einen Öldruck von 1 ,8 bar und die zweite Druckstufe kann bspw. einen Öldruck von 3,3 bar einregeln. Da die Druckstufen unabhängig von der Antriebsdrehzahl der Ölpumpe 2 geschaltet werden können, ist eine Leistungseinsparung möglich.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung werden die Druckstufen mittels des Stellventils 5 derart geschaltet, dass mindestens eine Kolbenkühldüse (nicht dargestellt) aktiv über den Öldruck geschaltet werden kann. Insbesondere sind mehrere Kolbenkühldüsen vorhanden. Die Kolbenkühldüsen weisen einen Öffnungsdruck auf, der zwischen dem Druck der Niederdruckstufe und dem Druck der Hochdruckstufe liegt. Hierbei wird die Unterseite der Kolben über die mit dem Ölkreislauf verbundenen Kolbenkühldüse von unten mit Öl bespritzt, um den Kolben und damit auch zu einem Teil den Brennraum zu kühlen. Hierdurch lässt sich die Kolbentemperatur absenken. Die Kolbenkühldüsen sind mittels des Stellventils 5 schaltbar. Die Kolbenkühldüsen öffnen dabei, wenn der anliegende Öldruck oberhalb eines Öffnungsdruckes liegt. Liegt der Öldruck unterhalb des Öffnungsdrucks, so ist die Kolbenkühldüse deaktiviert und es wird kein Öl auf den Kolbenunterseite gespritzt. Jedem Kolben ist vorzugsweise eine Kolbenkühldüse zugeordnet. Die Kolbenkühldüsen werden von Abzweigen von der Öldruckleitung 16 gespeist (nicht dargestellt).

Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass mittels des Regelkolbens 4 ein Bypass 18 offenbar und schließbar ist, wobei der Bypass 18 eine Druckseite 19 der Ölpumpe 2 mit einer Saugseite 20 der Ölpumpe 2 verbindet. Mittels der dritten Wirkfläche des Regelkolbens 4 ist der Bypass 18 offenbar und verschließbar, indem die dritte Wirkfläche 8 derart verschoben ist, so dass die Druckseite 19 der Ölpumpe 2 über die Kammer 12 mit dem Bypass 18 fluidtechnisch verbunden ist. Der Bypass 18 kann auch als Umgehungsleitung bezeichnet werden.

Dies hat den Vorteil, dass der Aufbau der Ölpumpe 2 und damit der Aufbau der gesamten Vorrichtung 1 vereinfacht werden kann. Die Ölpumpe 2 ist vorzugsweise als Rotorpumpe ausgebildet. Die Ölpumpe 2 ist von der Kurbelwelle antreibbar. Die Ölpumpe 2 ist vorzugsweise als Zahnringpumpe ausgebildet ist. Die Zahnringpumpe weist ein mittig angeordnetes Antriebszahnrad und einen äußeren exzentrisch angeordneten Zahnring auf. Der Zahnring ist mittels des Antriebszahnrads antreibbar. Der Zahnring weist einen Zahn mehr als das Antriebszahnrad auf.

Der Regelkolben 4 ist federbelastet. Auf die erste Wirkfläche 6 wirkt der Öldruck. Auf die zweite Wirkfläche 7 kann der Öldruck wirken in Abhängigkeit der Schaltstellung des Stellventils 5. Auf die dritte Wirkfläche 8 wirkt der Pumpenausgangsdruck. Auf die drei Wirkflächen 6, 7 und 8 wirken jeweils vom Öldruck und vom Pumpenausgangsdruck abhängige Kräfte, welche den Kolben entgegen der Federkraft verschieben. Ab einer bestimmten Kolbenstellung strömt das Öl aus der Kammer 12 über den Bypass 18 zur Saugseite 20 der Ölpumpe 2 zurück. Wenn nun der Steuerkanal 13 durch das Stellventil 5 geöffnet ist, ist ein geringerer Öldruck und ein geringerer Pumpenausgangsdruck hinreichend, um die Bypassleitung 18 zu öffnen bzw. mit der Kammer 12 zu verbinden. Dies entspricht vorzugsweise der bestromten Stellung des Stellventils 5.

Wenn das Stellventil 5 stromlos geschaltet ist, ist der Steuerkanal 13 gesperrt. Die zweite Wirkfläche 7 ist nicht mit dem Öldruck beaufschlagt, sondern die Kammer 14 ist über das Stellventil 5 mit einer Leitung 21 zur Ölwanne 3 verbunden. Da nun zum Öffnen des Bypass 18 ein höherer Öldruck erforderlich ist, stellt sich am Pumpenausgang ein entsprechender höherer Pumpenausgangsdruck ein. Es ist eine Hochdruckstufe realisiert. Beim Kaltstart wirkt nur der Pumpenausgangsdruck auf die dritte Wirkfläche 8, wodurch ein Maximaldruck begrenzt wird. Im Betrieb regelt die Summe der auf die Wirkflächen 6 bis 8 wirkenden Kräfte die beiden Druckstufen ein. Das Stellventil 5 ist vorzugsweise an einem Gehäuse der Ölpumpe 2 angeordnet. Die Ölleitung 1 1 , die Öldruckleitung 9, der Steuerkanal 13 und die Öldruckleitung 15 können zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses ausgebildet sein.

Es ist denkbar, dass in alternativer Ausgestaltung der Regelkolben 4 weitere Wirkflächen (nicht dargestellt) aufweist, wobei diese weiteren Wirkflächen über weitere Stellventile (nicht dargestellt) entsprechend mit dem Öldruck beaufschlagt werden können, um weitere Druckstufen zu realisieren.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Vorrichtung

2 Ölpumpe

3 Ölwanne

4 Regelkolben

5 Stellventil

6 erste Wirkfläche

7 zweite Wirkfläche

8 dritte Wirkfläche

9 Öldruckleitung

10 Kammer

11 Ölleitung

12 Kammer

13 Steuerkanal

14 Kammer

15 Öldruckleitung

16 Öldruckleitung

17 Kurbelgehäuse

18 Bypass

19 Druckseite

20 Saugseite

21 Leitung

ÖF Ölfilter

ÖK Ölkühler

P Anschluss des Stellventils

A Anschluss des Stellventils

T Anschluss des Stellventils