DE60317399T3 - Regelbare Verdrängerpump sowie Steursystem dafür - Google Patents

Regelbare Verdrängerpump sowie Steursystem dafür Download PDF

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    • F04C2270/18—Pressure

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung der Ausgabe einer verstellbaren Verdrängerpumpe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Steuerung einer Ölpumpe zur Öldrucksteuerung in einem Verbrennungsmotor, in einem Getriebe oder dergleichen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es ist wünschenswert, die sich bewegenden Komponenten in einem Verbrennungsmotor ordnungsgemäß zu schmieren und hydraulische Kraft bereitzustellen. In der Regel sind in Motoren verwendete Ölpumpen direkt mit der Kurbelwelle des Motors verbunden. Obgleich diese Konfiguration im Allgemeinen angemessen ist, gibt es einige Nachteile. Zunächst kann der Istförderdruck bezüglich des von dem Motor unter bestimmten/gegebenen Betriebsbedingungen benötigten Drucks nicht genau gesteuert werden. Unter Startbedingungen kann es zum Beispiel wünschenswert sein, einen höheren Anfangsdruck zu haben, um Motoröl in den Motor zu bekommen. Beim kritischen Start kann dies mit Direktantriebspumpen nicht erleichtert werden. Wenn die Drehzahl der Pumpenwelle mit der Drehzahl des Motors direkt verbunden ist, ist darüber hinaus in vielen Bereichen über den Drehzahlbereich der Motoröldruck größer oder kleiner als der, der wünschenswert ist. Dies führt zu einer ineffizienten Verwendung der Motorleistung und/oder zu einer ineffizienten Motorölschmierung.
  • In der eigenen gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung mit der lfd. Nr. 10/021,566 ( US 2002/0114708 ) wird eine hydraulische Anordnung zur Bereitstellung von Steuerung einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarer Verdrängung gezeigt. Dies gewährleistet eine optimiertere Steuerung des Motoröldrucks. Es ist jedoch wünschenswert, eine weitere Steuerung in Abhängigkeit von dem Bedarf oder den Variablen des Motors bereitzustellen. Somit werden bei der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System zur Steuerung einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarer Verdrängung durch die Verwendung einer Motorsteuereinheit, die einen Elektromagneten zur direkten oder indirekten Steuerung des Hubs einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarer Verdrängung betätigt, bereitgestellt.
  • In der US 2001/0036412 wird eine verstellbare Verdrängerpumpe für ein Servolenksystem beschrieben. Ein Nockenring in der Pumpe wird zum Verstellen der Pumpleistung verstellt. Der Nockenring wird durch Hydraulikfluiddrücke in einander gegenüberliegenden Kammern auf Grundlage von Fluiddrücken auf einander gegenüberliegenden Seiten einer mit dem Pumpenaustritt verbundenen Dosierdrossel beaufschlagt. Ein Schieberventil steuert die Fluidströmung zu den Kammern, und ein Elektromagnet ist dahingehend betätigbar, die Pumpleistung zu erhöhen, wenn das Schieberventil ansonsten ausgeglichen und die Pumpleistung niedrig ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Pumpensystem zur Förderung eines gesteuerten Ölflusses und Öldrucks zu einem Kreislauf in einem Motor mit Folgendem bereitgestellt: einer Pumpe; einer Austrittsleitung, die eine direkte hydraulische Verbindung zwischen der Pumpe und dem Motor bereitstellt; und einem Steuersystem, das ein Betätigungsglied, das die Verdrängung der Pumpe gezielt steuern kann; einen verstellbar betätigbaren Elektromagneten, der dem Betätigungsglied wirkzugeordnet ist; und eine Motorsteuereinheit, die dem Motor wirkzugeordnet ist, enthält, wobei die Motorsteuereinheit mit dem Elektromagneten verbunden ist und ihm ein verstellbares Eingangssteuersignal zuführt; wobei die Austrittsleitung mit dem Steuersystem in Hydraulikverbindung steht, um dem Steuersystem von der Pumpe hydraulische Kraft zuzuführen.
  • Bei einem Pumpensystem gemäß der Erfindung wird durch Eingangssignale von der Motorsteuereinheit ein Elektromagnet zur Steuerung des Motoröldrucks auf die gewünschte Höhe unter beliebigen Betriebsbedingungen betätigt.
  • Anhand der Beschreibung der Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit den angehängten Ansprüchen, wird ein besseres Verständnis gefördert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich; darin zeigen:
  • 1 ein hydraulisches Schaltschema, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ein hydraulisches Schaltschema, das eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2a eine Variation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein hydraulisches Schaltschema, das eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ein hydraulisches Schaltschema, das eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist rein beispielhaft und soll in keiner Weise die Erfindung in ihrer Anwendung oder in ihren Verwendungen einschränken.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer verstellbaren Verdrängerpumpe 10 für einen Motor bereitgestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die einen Elektromagneten 26 enthält, versteht sich, dass, falls nicht anders angegeben, der Elektromagnet 26 normalerweise in die geschlossenen Position voreingestellt ist, wenn dem Elektromagneten 26 keine Energie zugeführt wird. Wenn sich der Elektromagnet 26 in der geschlossenen Position befindet, gibt es eine starke Fluidverdrängung durch die Pumpe 10. In einem Notfall, wenn zum Beispiel ein elektrisches Versagen auftritt, bewegt sich der Elektromagnet 26 somit in seine voreingestellte Position, so dass der Öldruck hoch bleibt und das Fahrzeug weiter betrieben werden kann, bis es gewartet werden kann. Es versteht sich jedoch, dass das System auch so konfiguriert sein könnte, dass eine Fluidverdrängung bei der Pumpe 10 vorliegt, wenn sich der Elektromagnet in der geschlossenen Position befindet.
  • Gemäß 1 handelt es sich bei der Pumpe um eine Flügelzellenpumpe mit verstellbarer Verdrängung, wie in der am 12. Dezember 2000 eingereichten gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der lfd. Nr. 10/021,566, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, angeführt. Insbesondere ist die Pumpe für einen Motorschmierkreis ausgeführt. Die Pumpe wird allgemein bei 10 gezeigt. Bei der Pumpe 10 kann es sich um eine Flügelzellenpumpe handeln, deren Verdrängung durch Bewegung eines Exzenterrings 11 verstellt wird. Es ist auch möglich, andere Pumpenarten einzubauen, bei denen der Hub oder die Verdrängung im Betrieb verstellt werden kann.
  • Ein Stromregelventil 12 wird dazu verwendet, die Verdrängung der Pumpe 10 durch Bewegen des Exzenterrings 11 auf Grundlage eines Motorvorsteuerdrucks 14, der auf das Stromregelventil 12, das das Ölvolumen in jeder Steuerkammer auf jeder Seite des Exzenterrings 11 steuert, einwirkt, mechanisch zu verstellen. Eine Druckfeder 16 wirkt gegen einen Vorsteuerdruck 14, um einen bestimmten Druck auf das Stromregelventil 12 aufrechtzuerhalten und um bei Fehlen des Vorsteuerdrucks 14 einen Rückstelldruck bereitzustellen. Das Stromregelventil 12 ist bei dieser bestimmten Ausführungsform ein Schieberventil, wie zum Beispiel ein Dreiwege-Schieberventil. Es versteht sich jedoch, dass das Stromregelventil 12 ein Schieberventil mit irgendeiner beliebigen Konfiguration sein kann. Die Druckfeder 16 gestattet dem Schieberteil des Ventils 12 einen Hubweg, der proportional zur Differenz zwischen dem Istdruck des Systems und dem gewünschten oder Sollsystemdruck ist. Der Differenzdruck ist mittels eines Ventils 18 verstellbar, das die Höhe des gegen die Feder 22 auf den Kolben 20 mit verstellbarem Sollwert wirkenden Drucks zum Ändern der Höhe des Drucks der Feder 16 auf das Ventil 12 steuert. Eine Motorsteuereinheit (ECU) 24 überwacht die Motorzustände und -parameter, wie zum Beispiel Temperatur, Drehzahl und Motorlast. Bei dieser Ausführungsform überwacht die Motorsteuereinheit 24 die Motorzustände Druck, Drehzahl und Motorlast und wählt dann einen gewünschten Öldruck und sendet den angemessenen Strom zu dem auf das Ventil 18 wirkenden Elektromagneten 26. Dies ändert den auf den Kolben 20 wirkenden Druck, ändert seine Position und reduziert oder erhöht dadurch den Solldruck in Abhängigkeit von dem gewünschten Motoröldrucksollwert. Dann reguliert dass Stromregelventil 12 den Exzenterring 11 der Pumpe 10, um den Solldruck aufrechtzuerhalten.
  • Auf 2 Bezug nehmend, werden ähnliche Objekte, wie die in 1 aufgeführten, mit sich um 100 unterscheidenden Bezugszahlen ähnlich bezeichnet. Die Funktionsweise dieser Ausführungsform ähnelt der in 1 gezeigten Ausführungsform. Das Ventil 112a enthält einen geschlossenen Mittelventilteil 112b. Der Hauptfunktionsunterschied besteht jedoch in der Verwendung eines Druckminder- und -regelventils 128. Das Regelventil 128 erzeugt insofern einen festen Eingangsdruck für das Magnetventil 118, als der Druck, der in 1 von der Austrittsöffnung der Pumpe 10 in das Magnetsteuerventil 18 genommen wurde, nun ein konstanter Druck ist und deshalb eine bessere Steuerung des auf den Kolben 120 wirkenden verstellbaren Solldrucks bereitstellt. Diese gewährleistet letztendlich eine verbesserte Steuerung der gewünschten Bewegung des Exzenterrings 11 der Pumpe 110.
  • 2a funktioniert auf ähnliche Weise wie 2. Der Hauptunterschied zwischen den 2 und 2a besteht darin, dass das Druckminder- und -regelventil 128 von 2a einen festen Solldruck erzeugt, der direkt auf den Kolben 120 wirkt. Der Elektromagnet 126 öffnet oder schließt sich, um den auf den Kolben 120 wirkenden Fluiddruck weiter einzustellen. Wenn der Elektromagnet 126 das Ventil 118a in die geschlossene Position bewegt, wird der verstellbare Solldruck erhöht. Wenn der Elektromagnet 126 das Ventil 118a in die geöffnete Position bewegt, nimmt der variable Solldruck ab, während sich das Fluid mit weniger Widerstand zum Sumpf bewegt. Darüber hinaus wird vor Druck das Druckminder- und -regelventil 128 hinter dem Filter nicht reduzierter Druck dem Schieberventil 112A zugeführt. Genau wie in 2 ist auch diese Ausführungsform ein passives System zur Steuerung von Ölfluss und Öldruck, da eine Motorsteuereinheit 124 den Elektromagneten 126 zur Positionierung des Kolbens 120 steuert, jedoch erfasst die Motorsteuereinheit 124 nicht direkt Öldruck.
  • Unter Bezugnahme auf 3 werden ähnliche Objekte, wie die in 2 aufgeführten, mit sich um 100 unterscheidenden Bezugszahlen ähnlich bezeichnet. In 3 wird die Quelle für den Druck, der durch das Ventil 218 geregelt wird, statt von der Austrittsleitung von der Vorsteuerleitung genommen. Ansonsten ähnelt die Funktionsweise der Steuerung der in den 1 und 2 gezeigten.
  • Auf 4 Bezug nehmend, werden ähnliche Objekte wie die in 3 aufgeführten mit sich um 100 unterscheidenden Bezugszahlen ähnlich bezeichnet. Bei dieser besonderen Ausführungsform steuert der Elektromagnet 326 direkt die Bewegung des Kolbens 320 mit verstellbarem Sollwert. Die Motorsteuereinheit 324 ist mit dem Elektromagneten 326 verbunden und steuert die Betätigung des Elektromagneten. Die Konfiguration dieser Ausführungsform (das heißt der direkt auf den Kolben 320 mit verstellbarem Sollwert wirkenden Elektromagneten) gestattet, dass der Kolben mit verstellbarem Sollwert gemäß den Befehlen der Motorsteuereinheit 324 direkt verstellt wird, anstatt dass eine zusätzliche Hydraulik verwendet wird.
  • Wie in den Zeichnungen zu sehen, handelt es sich bei dem in den 1 bis 4 gezeigten Verfahren um passive Systeme, die es der ECU gestatten, Motorzustände zu überwachen und dem Pumpensystem einen Solldruck zuzuführen, jedoch wird das Pumpensystem durch mechanische und hydraulische Steuerungen selbstreguliert.
  • Für Fachleute geht nun aus der vorhergehenden Beschreibung hervor, dass die allgemeinen Lehren der vorliegenden Erfindung in den verschiedensten Formen implementiert werden können. Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen davon beschrieben worden ist, sollte der wahre Schutzbereich der Erfindung nicht darauf beschränkt sein, da für den Fachmann bei genauer Betrachtung der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche auch andere Modifikationen offensichtlich werden.
  • Die Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhaft, und somit sollen Variationen, die nicht von dem Schutzbereich der Erfindung abweichen, im Schutzbereich der Erfindung liegen. Solche Variationen sollen nicht als Abweichung vom Schutzbereich der Erfindung betrachtet werden.

Claims (18)

  1. Pumpensystem zur Förderung eines gesteuerten Ölflusses und Öldrucks zu einem Kreislauf in einem Motor, mit Folgendem: einer Pumpe (10); einer Austrittsleitung, die eine direkte hydraulische Verbindung zwischen der Pumpe und dem Motor bereitstellt; und einem Steuersystem, das ein Betätigungsglied, das die Verdrängung der Pumpe gezielt steuern kann; einen verstellbar betätigbaren Elektromagneten (26), der dem Betätigungsglied wirkzugeordnet ist; und eine Motorsteuereinheit (24), die dem Motor wirkzugeordnet ist, enthält, wobei die Motorsteuereinheit (24) mit dem Elektromagneten (26) verbunden ist und ihm ein verstellbares Eingangssteuersignal zuführt; wobei die Austrittsleitung mit dem Steuersystem in Hydraulikverbindung steht, um dem Steuersystem von der Pumpe hydraulische Kraft zuzuführen, das Betätigungsglied hydraulisch betätigt ist und der Elektromagnet (26) zur Steuerung des Ölflusses und des Öldrucks von der Pumpe verwendet wird, ein Stromregelschieberventil (12) durch den Elektromagneten (26) zur Steuerung von Betätigungsfluss zum Betätigungsglied gesteuert wird und das Stromregelschieberventil (12) mit einem Aufregel- und Abregelstellglied an der Pumpe verbunden ist, wobei Öl von dem Stromregelschieberventil (12) entweder an das Aufregel- oder an das Abregelstellglied gegeben wird, um die Verdrängung der Pumpe während des Betriebs einzustellen.
  2. Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Motorsteuereinheit Motorbedingungen und -parameter überwacht und die Strommenge zum Elektromagneten als Reaktion auf die Bedingungen und die Parameter ändert.
  3. Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei der Elektromagnet (426) direkt mit dem Schieberventil verbunden ist.
  4. Pumpensystem nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Kolben (20) mit verstellbarem Sollwert und einer mit dem Schieberventil (12) verbundenen Kolbenfeder (19), wobei der Elektromagnet (26) die Position des Kolbens (20) mit verstellbaren Sollwert und der Kolbenfeder (16) verstellt, um den von der Pumpe abgegebenen Solldruck einzustellen.
  5. Pumpensystem nach Anspruch 1, weiterhin mit: einem Ventilglied (18), das funktional zwischen dem Elektromagneten (26) und dem Schieberventil (12) verbunden ist, wobei das Schieberventil die Größe des an das Betätigungsglied gegebenen Hydraulikdrucks als Reaktion auf die Bewegung des Elektromagneten steuert.
  6. Pumpensystem nach Anspruch 5, wobei der Elektromagnet (26) direkt mit dem Ventilglied (18) verbunden ist und das Öffnen und Schließen des Ventilglieds steuert.
  7. Pumpensystem nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin mit einem Kolben (20) mit verstellbarem Sollwert und einer Kolbenfeder (19), die mit dem Schieberventil verbunden ist, wobei das Ventilglied (18) den auf den Kolben (20) mit verstellbarem Sollwert und die Kolbenfeder (19) ausgeübten Druck ändert, um den von der Pumpe abgegebenen Solldruck einzustellen.
  8. Pumpensystem nach Anspruch 7, wobei das Ventilglied (118) mit einem Sumpf verbunden ist, so dass der Eingangsdruck an das Betätigungsglied zunimmt, wenn der Elektromagnet (26) das Ventilglied schließt.
  9. Pumpensystem nach Anspruch 7 oder 8, weiterhin mit einem Druckminder- und -regelventil (128), das zwischen dem Ventilglied (118) und einer Austrittsöffnung der Pumpe konfiguriert ist, wobei das Druckminder- und -regelventil einen festen Eingangsdruck an das Ventilglied erzeugt.
  10. Pumpensystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei der Eingangsdruck an das Betätigungsglied abnimmt, wenn der Elektromagnet (126) das Ventilglied (118) schließt.
  11. Pumpensystem nach Anspruch 5, 6 oder 7, weiterhin mit einem Druckminder- und -regelventil (228), das zwischen dem Ventilglied (218) und einer Steuerdrucköffnung von der Pumpe konfiguriert ist, wobei das Druckminder- und -regelventil einen festen Eingangsdruck an das Ventilglied (218) erzeugt.
  12. Pumpensystem nach den Ansprüchen 7 bis 11, wobei die Motorsteuereinheit Motorbedingungen überwacht und dem Kolben (20; 120; 220) mit verstellbarem Sollwert und dem Schieberventil einen Solldruck zuführt, wobei die Pumpe durch mechanische und hydraulische Steuerungen auf den Solldruck selbstreguliert ist.
  13. Pumpensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Motorsteuereinheit mit einer mit einem Motoröldruckkreis verbundenen Steuerleitung verbunden ist und den Druck darin überwacht, wobei die Motorsteuereinheit als Reaktion auf Druckbedingungen in der Steuerleitung zur Steuerung der Verdrängung der Pumpe Eingangssignale an den Elektromagneten (26) erzeugt.
  14. Pumpensystem nach Anspruch 9, wobei die Motorsteuereinheit den Öldruck auf Echtzeitbasis überwacht und das System aktiv verstellt, um den Öldruck in dem Motoröldruckkreis zu steuern.
  15. Pumpensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Motorsteuereinheit Motorbedingungen überwacht und dem Elektromagneten einen den Solldruck anzeigenden Strom zuführt, und wobei die Pumpe durch mechanische und hydraulische Steuerungen auf den Solldruck selbstreguliert ist.
  16. Pumpensystem nach Anspruch 15, wobei die überwachten Motorbedingungen Motortemperatur, Motordrehzahl, Motorlast und Kombinationen davon umfassen.
  17. Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei das Schieberventil (412) mit einer Rückstellfeder (416) in einer ersten Richtung vorgespannt wird und der Elektromagnet (426) das Ventil gegen die Rückstellfeder vorspannt, indem er das Stromregelventil direkt in Eingriff nimmt.
  18. Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei das Schieberventil (12) hydraulisch betätigt ist und der Elektromagnet (26) ein Ventil (18) zum Bewegen von Öl von einem Austritt der Pumpe zum Schieberventil steuert, um das Schieberventil zu steuern.
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