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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf
einen Entlastungsventilmechanismus für eine Ölpumpe.
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Hintergrund
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Entwicklungen vor kurzem haben zu
einem Verbrennungsmotor geführt,
der mit beispielsweise einem variablen Ventiltaktungssteuerungs-
und Regelungssystem versehen ist, einem Ölstrahl zum Kühlen eines
Motorkolbens, einem Ausgleichsregler für den Motor oder ähnlichem.
Das variable Ventiltäktungsteuerungs-
und Regelungssystem steuert eine Öffnungs-/Schließtaktung
eines Ventils eines Motors. Diese Art von Motor kann Arbeitsöl aufweisen,
das zunehmend zu verbrauchen ist. Dabei wird diese Art von Motor
in einem weiten Temperaturbereich betrieben, so dass ein Öldruckmechanismus
für den
Motor gestaltet worden ist, um einen erforderlichen Öldruck an
einem oberen Schwellenwert des Öltemperaturniveaus,
wie z.B. 130°C,
sicherzustellen. Der Motor wird jedoch im allgemeinen bei einer
Betriebstemperatur von z.B. 80°C
verwendet. Die verbrauchte Ölmenge,
d.h. der Öldruck,
ist somit möglicherweise unnötig in der
Gegend der normalen Betriebstemperatur erhöht. In diesem Fall ist es möglich, dass
folgende in die Überlegung
einzuschließende
Dinge auftreten: eine unnötige
Zunahme der Antriebskraft zum Betreiben einer Ölpumpe; eine unnötige Zunahme
eines Motorreibdrehmoments; ein übermäßiger Verbrauch
von Fahrzeugkraftstoff usw.
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Es gibt einige Referenzen, die eine
Beschreibung offenbaren, um die oben beschriebenen Dinge zu lösen. Ein
Entlastungsventilmechanismus ist in der Veröffentlichung des Japanischen
Gebrauchsmusters Nr. 1985-99370 offenbart. Gemäß diesem Dokument ist der Entlastungsventilsmechanismus mit
einem Ventilgehäuse
versehen, das eine Ventilöffnung
aufweist, einem Hauptkolben, der in der Ventilöffnung untergebracht ist, und
einer Feder, die den Hauptkolben verschiebbar in einer Richtung
zum Schließen
eines Öldruckführungsbereichs und
eines Abflussbereichs drückt.
Der Entlastungsventilmechanismus ist ferner mit einem Nebenkolben
und einer anderen Feder versehen, die aus einer Shape-Memory Legierung
gefertigt ist. Der Nebenkolben ist verschiebbar in dem Hauptkolben
aufgenommen. Die aus einer Shape-Memory Legierung gefertigte Feder drückt den
Nebenkolben stets in einer Richtung zum Schließen eines Durchlasses, der
in dem Hauptkolben definiert ist, um den Öldruck zu einem Ende des Nebenkolbens
zuzuführen.
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Ein Ventil zum Justieren eines Öldrucks,
das eine Temperatur erfasst, ist in der Japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung
Nr. 1990-44182 beschrieben. Gemäß dieser
Referenz ist ein Ventilkörper
unter Verwendung eines Shape-Memory Materials derart gestaltet,
dass er auf einem Ventilsitz in einem Öldruckkreis sitzt. Ferner ist
eine Ölpumpenvorrichtung
in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 1997-256969 offenbart,
die in der U.S. Patentveröffentlichung
Nr. 5759013 beschrieben ist. Gemäß dem Dokument
werden eine Saugöffnung, eine
Zwischenöffnung
und eine Ablassöffnung
unter der Kontrolle eines Ventilkörpers durch ein elektromagnetisches
Proportionalsteuerungsmittel geöffnet und
geschlossen.
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Die aus einer Shape-Memory Legierung
gefertigte Feder für
das Ventil zum Justieren des Öldrucks
gemäß den ersten
zwei Dokumenten weist jedoch eine geringere zulässige Spannung als eine normale
Feder auf. Wenn daher ein Ventilöffnungsdruck
derart eingestellt ist, dass er auf einer zulässigen Spannung oder unter
dieser liegt, müssen
ein Durchmesser eines Federdrahts, ein Windungsdurchmesser und eine
freie Länge
der Feder verhältnismäßig lang
gestaltet werden. In diesem Fall kann der Entlastungsventilmechanismus
an sich vergrößert sein.
Ferner verlangt diese Art von Feder, die aus einer Shape-Memory
Legierung gefertigt ist, hohe Herstellungskosten. Da das Ventil
zum Justieren des Öldrucks
gemäß dem dritten
Dokument das elektromagnetische Proportionalsteuerungsmittel enthält, weist
dabei das Ventil zum Justieren des Öldrucks hohe Herstellungskosten
und eine unnötig große Bauweise
auf.
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Es besteht somit ein Bedarf zum Vorsehen einer
verbesserten Ölpumpe,
die mit einem Entlastungsventilmechanismus versehen ist, der mit
einer kompakten Struktur und unter Verwendung von verhältnismäßig geringen
Herstellungskosten hergestellt wird, der den Motoröldruck einstellen
kann.
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Darstellung
der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung enthält
ein Entlastungsventilmechanismus für eine Ölpumpe einen Körper, der
eine erste Öffnung
aufweist, eine Feder, die in dem Körper aufgenommen ist und dazu
angepasst ist, eine Vorbelastungskraft auf ein Ventil als Antwort
auf die Kontraktion der Feder aufzubringen, eine erste Öffnung,
die mit der ersten Bohrung des Körpers
verbunden ist, wobei das Ventil dazu angepasst ist, die erste Öffnung als
Antwort auf die Vorbelastungskraft der Feder zu schließen, und
dazu angepasst ist, die erste Öffnung
gegen die Vorbelastungskraft als Antwort auf Fluiddruck von der Ölpumpe,
der auf ein Ende des Ventils aufgebracht wird, zu öffnen, wobei
der Entlastungsventilmechanismus dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Entlastungsventilmechanismus ferner ein Mittel zum Erfassen
einer Temperatur enthält,
das an der Feder auf einer Seite des Ventils oder auf einer Seite
gegenüber
zum Ventil positioniert ist. Es wird bevorzugt, dass sich das Mittel
zum Erfassen der Temperatur in einer Axialrichtung der Feder sich ändert. Daher
kann der Entlastungsventilmechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
einen Druck eines Arbeitsöls
auf ein vorgegebenes Druckniveau mit kompakter Struktur und unter
verhältnismäßig geringen
Herstellungskosten einstellen.
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Es wird bevorzugt, dass das Mittel
zum Erfassen der Temperatur ein zylindrisches Element mit zumindest
einem Boden, einen Halter, der verschiebbar in einer zweiten Bohrung
des zylindrischen Elements positioniert ist, und ein thermisch angepasstes Material
enthält,
das durch den Halter und die zweite Bohrung umschlossen wird.
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Es wird weiter bevorzugt, dass das
zylindrische Element ein Stöpsel
ist, der dazu angepasst ist, die erste Bohrung zu schließen und
ein Herausfallen des Ventils zu verhindern. Daher werden weniger Komponenten
zum Konstruieren des Entlastungsventilmechanismus benötigt.
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Die vorhergehenden und zusätzlichen
Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, wenn diese
unter Verweis auf die beigefügten
Zeichnungsfiguren betrachtet wird, wobei:
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1 eine
Querschnittsansicht ist, die einen Entlastungsventilmechanismus
für eine Ölpumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
andere Querschnittsansicht ist, die den Entlastungsventilmechanismus
für die Ölpumpe gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 ein
Diagramm ist, das eine Öldruckcharakteristik
eines Motors erklärt,
der mit dem Entlastungsventilmechanismus für die Ölpumpe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung versehen ist; und
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4 eine
Querschnittsansicht ist, die einen Entlastungsventilmechanismus
für eine
herkömmliche Ölpumpe veranschaulicht.
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Detaillierte
Beschreibung
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Wie es in 1 und 2 dargestellt
ist, ist eine Ölpumpe 10 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem Pumpengehäuse (nicht dargestellt) versehen,
das einen inneren Rotor (nicht dargestellt) und einen äußeren Rotor
(nicht dargestellt) aufnimmt. Der innere Rotor kann zur Rotation
durch die Rotationskraft einer Kurbelwelle angetrieben werden. Der äußere Rotor
ist in dem Pumpengehäuse
aufgenommen, so dass er auf exzentrische Weise bei einer vorgegebenen
Umdrehungszahl relativ zum inneren Rotor gedreht wird. Eine Innenverzahnung
des äußeren Rotors
kann in Eingriff mit einer Außenverzahnung
des inneren Rotors derart sein, dass der äußere Rotor durch den Eingriff
in identischer Richtung gedreht wird. Wie oben beschrieben, weist
die Ölpumpe 10 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine bekannte Pumpenstruktur auf. Ferner
pumpt die Ölpumpe 10 Fluid,
z.B. Arbeitsöl,
das in einer Ölwanne 11 bereitgehalten
wird, durch einen Ansaugdurchlass 20, d.h. einen ersten
Durchlass, und gibt Fluid aus.
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Das durch die Ölpumpe 10 unter Druck
gesetzte Arbeitsöl
wird aus der Ölpumpe 10 an
mit Öl versorgte
Abschnitte durch einen Ablassdurchlass 21, d.h. einen zweiten
Durchlass, zugeführt.
Als nicht einschränkende
Beispiele sind die Abschnitte, denen Öl zugeführt wird, durch ein hydraulisch
betriebenes Stellglied eines variablen Ventiltaktungssteuerungs- und
Regelungssystems, einen geschmierten Bereich, wie z.B. ein Motorlager,
einen durch Öl
gekühlten
Bereich, wie z.B. einen Zylinder und einem Kolben, oder ähnliches
dargestellt. Ferner kann das an diese mit Öl versorgten Abschnitte geförderte Arbeitsfluid
zur Ölwanne 11 durch
einen Ablassdurchlass zurückgeführt werden,
der nicht dargestellt ist. Es sind zwei Entlastungsdurchlässe 22a und 22b vorgesehen.
Der Entlassungsdurchlass 22a ist vom Ablassdurchlass 21 verzweigt.
Ein Entlastungsventilmechanismus 30 ist zwischen den Entlastungsdurchlässen 22a und 22b vorgesehen.
Der Entlastungsdurchlass 22b ist mit dem Ansaugdurchlass 20 verbunden.
Daher kann das Öl
aus dem Entlastungsdurchlass 22a zum Entlastungsdurchlass 22b über den
Entlastungsventilmechanismus 30 strömen.
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Der Entlastungsventilmechanismus 30 enthält einen
Ventilkörper 31,
der eine Bohrung 32 (d.h. eine erste Bohrung) aufweist,
und ein Entlastungsventil 40. Das Entlastungsventil 40 ist
in der Bohrung 32 positioniert und kann in Axialrichtung
der Bohrung 32 verschoben werden. Eine Entlastungsöffnung 34 (d.h.
eine erste Öffnung)
ist an einem Bereich einer inneren Umfangsfläche der Bohrung 32 geöffnet. Das Entlastungsventil 40 ist
stets durch eine Feder 41 in einer Richtung zum Schließen der
Entlastungsöffnung 34 vorbelastet,
d.h. in einer Richtung nach oben in 1 und 2. Der Ventilkörper 31 weist
ferner eine Ölzufuhröffnung 33 auf
der Seite von einem Ende des Entlastungsventils 40 auf.
Wenn das Arbeitsöl dem
einen Ende des Entlastungsventils 40 von der Pumpe 10 bei
einem bestimmten Druckniveau über die Ölzufuhröffnung 33 zugeführt wird,
wird das Entlastungsventil 40 gegen die Vorbelastungskraft
der Feder 41 verschoben. Dabei kann das Arbeitsfluid, das
in dem Ölzufuhrdurchlass 21 strömt, über die Entlastungsöffnung 34 abgeführt werden.
Daher kann der Druck des Arbeitsöls,
das den Abschnitten, die mit Öl
versorgt werden, zugeführt
wird, auf ein geeignetes Druckniveau eingestellt werden. Eine Ablassöffnung 35 ist
an einem Bereich der Bohrung 32 auf einer Seite eines Temperaturerfassungsmittels 50 offen,
das später
beschrieben wird. Die Ablassöffnung 35 ist
mit dem Saugdurchlass 20 über einen Ablassdurchlass 23 verbunden,
wie es in 1 und 2 dargestellt ist, so dass
das Arbeitsöl
oder Luft auf der Seite der Feder 41 entlang dieser Durchlässe abgeführt werden
kann.
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Das Temperaturerfassungsmittel 50 ist stromabwärts in Bezug
auf die Feder 41 positioniert, d.h. auf einer gegenüberliegenden
Seite zum Entlastungsventil 40. Das Temperaturerfassungsmittel 50 enthält einen
Stöpsel 51,
d.h. ein zylindrisches Element, einen Halter 53 und ein
thermisch angepasstes Material, wie z.B. ein thermisches Wachs 54 als
nicht beschränkendes
Beispiel. Der Stöpsel 51 ist
in den Ventilkörper 31 eingesetzt
und schließt
eine Öffnung der
Bohrung 32. Der Halter 53 ist in eine Bohrung 52 des
Stöpsels 51 derart
eingesetzt, dass er darin verschoben werden kann. Das thermische
Wachs 54 wird durch die Bohrung 52 und den Halter 53 umschlossen.
Ferner ist ein O-Ring 55 in einen ringförmigen Kanal 56, der
auf einer inneren Oberfläche
der Bohrung 52 definiert ist, derart eingesetzt, dass er
einen Zwischenraum zwischen der Bohrung 52 und dem Halter 53 dichtet.
Bei dieser Struktur kann das thermische Wachs 54 hermetisch
abgeschlossen gehalten werden. Der Halter 53 ist mit einem
vertieften Bereich 53a auf einer Seite der Feder 41 versehen, so
dass er ein Ende der Feder 41 hält. Der Stöpsel 51 ist mit einer
Bohrung 51a zum Einbringen des thermischen Wachses 54 an
einer Stelle versehen. Die Bohrung 51a ist hermetisch durch
einen Dichteinsatz 51b geschlossen.
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Wie es in 1 und 2 dargestellt
ist, ist der Ventilkörper 31 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von der Ölpumpe 10 getrennt. Alternativ
kann der Ventilkörper 31 integral
mit dem Pumpengehäuse
(nicht dargestellt) der Ölpumpe 10 vorgesehen
werden. In diesem Fall können
die Entlastungsdurchlässe 22a und 22b in
dem Pumpengehäuse
definiert werden.
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Die folgende Beschreibung erläutert die
Arbeitsweise des Entlastungsventilsmechanismus für die Ölpumpe 10, der oben
beschrieben wurde, gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wenn der durch die Ölpumpe 10 erzeugte
und abgegebene Öldruck
ein vorgegebenes Druckniveau erreicht, wird das Entlastungsventil 40 gegen
die Vorbelastungskraft der Feder 41 als Antwort auf den Öldruck verschoben,
der auf einen Kopfbereich 40a, d.h. das eine Ende des Entlastungsventils 40, über die Ölzufuhröffnung 33 aufgebracht
wird. Wenn der Öldruck
dann ein Druckniveau zur Ventilöffnung
erreicht, wird das Entlastungsventil 40 weiter bewegt und
komprimiert die Feder 41, die ansteigenden Abmessungen
festgelegt ist. Die Bewegungsrichtung des Entlastungsventils 40 ist
entgegengesetzt zur Vorbelastungsrichtung der Feder 41.
Wenn der Kopfbereich 40a des Entlastungsventils 40 die
Entlastungsöffnung 34 erreicht,
strömt
das Arbeitsöl
in den Saugdurchlass 20 über den Entlastungsdurchlass 22a,
die Bohrung 32, die Entlastungsöffnung 34 und den
Entlastungsdurchlass 22b.
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Wenn zu diesem Zeitpunkt der Motor
bei einer normalen Ölarbeitstemperatur,
wie z.B. 80°C oder
ungefähr
80°C (d.h.
in einem ersten Temperaturbereich) aktiviert wird, nimmt ein Volumen
des thermischen Wachses 54 aufgrund der Temperatur des
Arbeitsöls
ab. Der Halter 53 wird danach stromabwärts in Richtung auf den Stöpsel 51 bewegt,
wie es in 1 gezeigt
ist. In diesem Fall wird die Einbaudimension der Feder 41 vergrößert. Wenn
der Motor bei einer derartigen Arbeitstemperatur oder ungefähr dieser
Arbeitstemperatur aktiviert wird, ist daher der Ventilöffnungsdruck
des Entlastungsventils 40 auf ein verhältnismäßig niedriges Druckniveau geschaltet.
Daher kann der Öldruck
für den
Motor, der in diesem Fall arbeitet, wie es in 3 dargestellt ist, durch eine charakteristische
Linie 101 für
den Öldruck
charakterisiert werden, die bei einem Ventilöffnungsdruck 101a gekrümmt ist.
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Wenn andererseits der Entlastungsventilmechanismus
für die Ölpumpe nicht
mit dem Temperaturerfassungsmittel 50 versehen ist, wie
es in 40 dargestellt ist, kann der
erforderliche Ventilöffnungsdruck
des Entlastungsventils 40 bei der Ölbetriebstemperatur am oberen
Schwellenwert, wie z.B. 130°C,
sichergestellt werden. Wenn der Motor bei der Arbeitstemperatur
von beispielsweise 80°C
aktiviert wird, kann daher der Motoröldruck durch eine gestrichelte
charakteristische Linie 103 für den Öldruck charakterisiert werden,
die an einem Ventilöffnungsdruck 103a in 3 gekrümmt ist. Wie oben beschrieben,
kann der Ventilentlastungsmechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
effektiv das Auftreten eines zusätzlichen Öldrucks
verhindern, der durch eine schraffierte Fläche in 3 dargestellt ist. Ferner kann der Ventilentlastungsmechanismus
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung effektiv eine Zunahme der Antriebskraft
der Ölpumpe
und des Motorreibmoments verhindern, und kann ferner einen Zusatzverbrauch
des Fahrzeugkraftstoffs vermeiden.
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Wenn der Motor bei der Ölarbeitstemperatur am
oberen Schwellenwert, wie z.B. 130°C, oder ungefähr dieser
Temperatur (d.h. in einem zweiten Temperaturbereich) aktiviert wird,
nimmt das Volumen des thermischen Wachses 54 aufgrund der Ölarbeitstemperatur
zu. Der Halter 53 bewegt sich dann nach oben in Richtung
auf das Entlastungsventil 40, wie es in 2 dargestellt ist. In diesem Fall schrumpft
die Einbauabmessung der Feder 41. Wenn der Motor bei einer
solchen Arbeitstemperatur oder ungefähr dieser Arbeitstemperatur
aktiviert wird, ist daher der Ventilöffnungsdruck des Entlastungsventils 40 auf ein
verhältnismäßig hohes
Druckniveau festgelegt. Daher kann, wie es in 3 gezeigt ist, der Öldruck für den Motor, der in diesem
Fall arbeitet, durch eine charakteristische Linie 102 für den Öldruck charakterisiert
werden, die an einem Ventilöffnungsdruck 102a gekrümmt ist.
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Wenn der Entlastungsventilmechanismus
für die Ölpumpe nicht
mit dem Temperaturerfassungsmittel 50 versehen ist, wie
es in 4 dargestellt
ist, kann auf gleiche Weise der erforderliche Ventilöffnungsdruck
des Entlastungsventils 40 am oberen Schwellenwert der Ölarbeitstemperatur,
wie z.B. 130°C,
sichergestellt werden. Wenn der Motor bei einer Ölarbeitstemperatur von beispielsweise
130°C aktiviert
wird, kann daher der Motoröldruck
durch eine gestrichelte charakteristische Linie 104 für den Öldruck charakterisiert
werden, die an einem Ventilöffnungsdruck 104a gekrümmt ist,
wie es in 3 gezeigt
ist. Wenn der Motor bei einer verhältnismäßig hohen Arbeitstemperatur
aktiviert ist, d.h. wenn die Kurbelwelle bei einer verhältnismäßig hohen
Umdrehungszahl gedreht wird, kann, wie oben beschrieben, der erforderliche Öldruck durch
die Ölpumpe
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf die gleiche Weise wie bei einer herkömmlichen Ölpumpe sichergestellt
werden.
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Der Entlastungsventilmechanismus
für die Ölpumpe gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann auf jede Art von Ölpumpen
angewendet werden, wie z.B. eine Trochoidpumpe, eine Zykloidpumpe
oder eine Innenzahnradpumpe als nicht einschränkende Beispiele.
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Ferner ist das Temperaturerfassungsmittel 50 an
oder nahe an der Feder 41 an einer gegenüberliegenden
Seite zum Entlastungsventil 40 positioniert. Alternativ
kann das Temperaturerfassungsmittel 50 an oder nahe an
der Feder 41 auf einer Seite des Entlastungsventils 40 positioniert
werden.
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Die Prinzipien, eine Ausführungsform
und die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wurden in der vorhergehenden
Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung, die
geschützt werden
soll, ist jedoch nicht als auf die spezielle offenbarte Ausführungsform
beschränkt
anzusehen. Ferner sind die hier beschriebenen Ausführungsformen
als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Mehrere Aufgaben
werden durch die vorliegende Erfindung erzielt und sie ist bereits dann
nützlich,
wenn eine der Aufgaben erreicht wird. Variationen und Veränderungen
können
durch andere vorgenommen werden, Äquivalente eingesetzt werden,
ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend
wird ausdrücklich beabsichtigt,
dass alle derartigen Variationen, Änderungen und Äquivalente,
die in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen, wie er in den
Ansprüchen definiert
ist, dadurch umfasst sind.
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Es wird explizit festgehalten, dass
alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als
getrennt und unabhängig
voneinander für
den Zweck der ursprünglichen
Offenbarung ebenso wie für
den Zweck des Einschränkens
der beanspruchten Erfindung anzusehen sind, unabhängig von
den Zusammensetzungen der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen. Es wird
explizit festgehalten, dass alle Wertebereiche oder Angaben von
Gruppen von Einheiten jedem möglichen
Zwischenwert oder jede Zwischeneinheit zum Zweck der ursprünglichen
Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung
offenbaren.