DE19952287B4

DE19952287B4 - Druckentlastungsventil

Info

Publication number: DE19952287B4
Application number: DE19952287A
Authority: DE
Inventors: Shoji Atsugi Morita; Hideaki Atsugi Ohnishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: DE19952287A1; JP2001050411A; US6352085B1

Abstract

Druckentlastungsventil, mit
einer Wand (W), die innerhalb eine Ventilaufnahmebohrung (3) definiert und mit mehreren Druckentlastungslöchern (7, 8) versehen ist, durch die in der Ventilaufnahmebohrung (3) befindliches Öl an die äußere Umgebung der Wand (W) abgegeben werden kann;
einem Ventilkörper (11), der in der Ventilaufnahmebohrung (3) und längs der Wand (W) in einem Gleichgewichtszustand zwischen dem auf den Ventilkörper (11) in einer ersten Richtung wirkenden Öldruck und der auf den Ventilkörper (11) in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung wirkenden Vorspannkraft einer Feder (13) gleitend beweglich ist und wobei,
dann, wenn wenigstens eines der Druckentlastungslöcher (7, 8) bis zur maximalen Querschnittsöffnungsfläche geöffnet ist, die verbleibenden Druckentlastungslöcher (7, 8) während der Bewegung des Ventilkörpers (11) in der ersten Richtung längs der Achse der Ventilaufnahmebohrung (3) nacheinander geöffnet werden,
gekennzeichnet durch,
einen Führungs- und Unterstützungsabschnitt (16), der an einem den Öldruck aufnehmenden Ende (11a) des Ventilkörpers...

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Druckentlastungsventile und insbesondere ein Druckentlastungsventil, das einen Teil des von einer Ölpumpe einer Brennkraftmaschine geförderten Öls als überschüssiges Öl abgeben kann.

Es sind viele verschiedene Druckentlastungsventile vorgeschlagen worden und in praktischen Gebrauch gelangt, mit denen ein Teil des von einer Ölpumpe oder dergleichen geförderten Öls abgegeben werden kann. Eines von ihnen ist aus JP 63-19088-U bekannt, das einen Ventilkörper enthält, der in einer Ventilaufnahmebohrung in einem Gleichgewichtszustand zwischen dem Öldruck einer Ölpumpe und der Vorbelastungskraft einer Feder gleitend beweglich ist, um eine Öffnungs- und Schließsteuerung für erste und zweite Druckentlastungslöcher zu erzielen, die in die Ventilaufnahmebohrung münden. Die Querschnittsöffnungsfläche des ersten Druckentlastungslochs ist größer als diejenige des zweiten Druckentlastungslochs.

Bei einem solchen Druckentlastungsventil werden die Druckentlastungslöcher bei der Bewegung des Ventilkörpers in der Ventilaufnahmebohrung geöffnet, so daß überschüssiges Öl durch die Druckentlastungslöcher abgegeben werden kann. Wenn hierbei der Öldruck der Ölpumpe ansteigt, so daß der Ventilkörper bewegt wird, wird zunächst das erste Druckentlastungsloch mit der größeren Querschnittsöffnungfläche geöffnet. Dann wird das zweite Druckentlastungsloch mit der kleineren Querschnittsöffnungsfläche geöffnet, während die Querschnittsöffnungsfläche des ersten Druckentlastungslochs erhöht wird.

Somit ist in dem oben beschriebenen herkömmlichen Druckentlastungsventil die Querschnittsöffnungsfläche des zuerst geöffneten ersten Druckentlastungslochs größer als diejenige des zuletzt geöffneten zweiten Druckentlastungslochs. Außerdem wird das zweite Druckentlastungsloch geöffnet, während die Querschnittsöffnungsfläche des ersten Druckentlastungslochs erhöht wird. Daher wird unter der Wirkung des so beschaffenen Druckentlastungsventils eine Öldruckkennlinie C3, wie sie durch die durchgezogene Linie in 5 angegeben ist, erhalten. In dieser Öldruckkennlinie wird an einem Punkt a in 5 das erste Druckentlastungsloch geöffnet, um die Anstiegsrate des Öldrucks geringfügig zu verringern. An einem Punkt b in dem Prozeß, in dem die Querschnittsöffnungsfläche des ersten Druckentlastungslochs erhöht wird, wird das zweite Druckentlastungsloch geöffnet, wodurch die Anstiegsrate des Öldrucks weiter reduziert wird, so daß der Öldruck auf einen im wesentlichen konstanten Pegel eingestellt wird.

Die so erhaltene Öldruckkennlinie, die durch die durchgezogene Linie in 5 erhalten wird, ist jedoch im Vergleich zu einer geforderten oder idealen Öldruckkennlinie, die durch die gestrichelte Linie R in 5 angegeben ist, insgesamt erheblich zu hoch. Die geforderte Öldruckkennlinie ist für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs erforderlich. Daher erzwingt der Druck, der dem schraffierten Abschnitt zwischen den durchgezogenen und gestrichelten Linien entspricht, eine übermäßige Arbeit der Ölpumpe.

Ferner ist ein Druckentlastungsventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus der DE 197 17 922 A1 bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckentlastungsventil zu schaffen, das die obenerwähnten Nachteile herkömmlicher Druckentlastungsventile nicht besitzt, das ohne weiteres eine im wesentlichen einer geforderten Öldruckkennlinie entsprechende Öldruckkennlinie eines Mechanismus, der mit Druck beaufschlagtes Öl erfordert, schaffen kann und das für eine Pumpe einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine geeignet ist, um eine Öldruckkennlinie der Pumpe zu schaffen, die im wesentlichen der von der Brennkraftmaschine geforderten Öldruckkennlinie entspricht.

Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung ausgehend von dem gattungsbildenden Stand der Technik ein Druckentlastungsventil bereitzustellen, dessen Wirksamkeit im Wesentlichen unbeeinflusst von eventuellen Strömungen des Öls ist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Druckentlastungsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das Druckentlastungsventil der Erfindung kann ohne weiteres eine Öldruckkennlinie schaffen, die einer geforderten oder idealen Öldruckkennlinie für einen mit Druck beaufschlagtes Öl erfordernden Mechanismus, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, ähnlich ist oder dieser im wesentlichen entspricht. Dadurch kann verhindert werden, daß die Brennkraftmaschine und die Ölpumpe zu einer übermäßigen Arbeit gezwungen werden.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer zweckmäßigen Ausführungsform, die auf die Zeichnung Bezug nimmt weiter erläutert; es zeigen:
1 eine Draufsicht eines Pumpengehäuses einer Ölpumpe, die mit einem Druckentlastungsventil gemäß der Ausführungsform der Erfindung versehen ist;
2 eine Teilschnittansicht eines wesentlichen Teils der Ölpumpe längs der Linie II-II in 1, die das Druckentlastungsventil von 1 zeigt;
3 einen Graphen, der eine Öldruckkennlinie der mit dem Druckentlastungsventil nach 2 versehenen Ölpumpe zeigt, die durch den Öldruck und die Drehzahl der Ölpumpe definiert ist;
4A eine Teilschnittansicht ähnlich derjenigen von 2, die jedoch eine erste Betriebsart des Druckentlastungsventils nach 2 zeigt;
4B eine Teilschnittansicht ähnlich derjenigen von 2, die jedoch eine zweite Betriebsart des Druckentlastungsventils nach 2, die der ersten Betriebsart nachfolgt, zeigt;
4C eine Teilschnittansicht ähnlich derjenigen von 2, die jedoch eine dritte Betriebsart des Druckentlastungsventils nach 2, die der zweiten Betriebsart nachfolgt, zeigt;
5 bereits erwähnten Graphen, der ähnlich demjenigen von 3 ist, der jedoch eine Öldruckkennlinie einer Ölpumpe zeigt, die mit einem herkömmlichen Druckentlastungsventil versehen ist, die durch den Öldruck und durch die Drehzahl der Ölpumpe definiert ist.
In den 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines Druckentlastungsventils V der Erfindung, das in eine Ölpumpe P eingebaut ist, gezeigt. In diesem Beispiel dient die Ölpumpe der Zufuhr von Schmieröl an mehrere verschiedene Teile einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Ölpumpe P enthält ein Pumpengehäuse 1, in dem (nicht gezeigte) Pumpenelemente wie etwa ein Rotor oder Zahnräder drehbar angeordnet sind. Das Pumpengehäuse 1 ist mit einer Pumpenabdeckung (nicht dargestellt) fest abgedeckt, um ein nicht. verschlossenes Gehäuse zu bilden. Das Pumpengehäuse 1 besitzt einen im allgemeinen zylindrischen Abschnitt der von einem (nicht bezeichneten) Hauptabschnitt des Pumpengehäuses vorsteht. In dem zylindrischen Abschnitt ist eine Ventilaufnahmebohrung 3 ausgebildet. Der zylindrische Abschnitt besitzt ein hinteres offenes Ende (nicht bezeichnet), das mit einem Stopfen 4 verschlossen ist, der in die Bohrung 3 geschraubt ist. Ein Öldurchlaß 6 ist so ausgebildet, daß er die Bohrung 3 mit einer Ölförderkammer 5 verbindet, die sich in bezug auf die Ölströmung hinter den Pumpenelementen befindet. Der Öldurchlaß 6 ist koaxial zur Ventilaufnahmebohrung 3 ausgebildet und so angeordnet, daß er mit einem vorderen Ende (gegenüber dem hinteren offenen Ende des zylindrischen Abschnitts der Ventilaufnahmebohrung 3 verbunden ist. Der Öldurchlaß 6 besitzt einen Durchmesser, der etwas kleiner als derjenige der Ventilaufnahmebohrung 3 ist. Mit Druck beaufschlagtes Öl, das sich in der Ölförderkammer 5 befindet, wird durch den Öldurchlaß 6 in die Ventilaufnahmebohrung 3 eingeleitet.
In einer Wand W, die innerhalb der Ventilaufnahmebohrung 3 definiert und außerhalb einen Ölsaugdurchlaß 9, der sich vor den Pumpenelementen befindet, definiert, sind ein erstes und ein zweites Druckentlastungsloch 7 bzw. 8 ausgebildet. Die Ventilaufnahmebohrung 3 steht mit dem Ölsaugdurchlaß 9 über das erste und das zweite Druckentlastungsloch 7 bzw. 8 in Verbindung. Die ersten und zweiten Druckentlastungslöcher 7, 8 befinden sich in axialer Richtung der Ventilaufnahmebohrung 3 nebeneinander, wobei das erste Druckentlastungsloch 7 näher am Öldurchlaß 6 als das zweite Druckentlastungsloch 8 ausgebildet ist. Die ersten und zweiten Druckentlastungslöcher 7, 8 sind getrennt voneinander ausgebildet. Das erste Druckentlastungsloch 7 mit kreisförmigem Querschnitt besitzt eine Querschnittsöffnungsfläche, die kleiner als diejenige des zweiten Druckentlastungslochs 8 mit rechtwinkliger Querschnittsform ist, wie in 1 gezeigt ist. Die ersten und zweiten Druckentlastungslöcher 7, 8 können jedoch auch die gleiche Querschnittsöffnungsfläche besitzen. Die Querschnittsöffnungsfläche ist eine Quer schnittsfläche in einer Ebene senkrecht zur Achse der Ventilaufnahmebohrung 3.
Ein im wesentlichen zylindrischer Ventilkörper oder Kolben 11 ist in der Ventilaufnahmebohrung 3 gleitend angeordnet. Der zylindrische Ventilkörper 11 ist an seinem vorderen Ende 11a mit einer (nicht bezeichneten) Stirnwand, die dem Öldurchlaß 6 zugewandt ist, verschlossen. Das hintere Ende 11b des Ventilkörpers 11 ist offen und dem Stopfen 4 zugewandt, so daß der Ventilkörper 11 im allgemeinen becherförmig beschaffen ist. Somit teilt der Ventilkörper 11 den Innenraum der Ventilaufnahmebohrung 3 in eine öldurchlaßseitige Kammer 3a und eine stopfenseitige Kammer 3b. Der Innenraum des becherförmigen Ventilkörpers 11 bildet einen Teil der stopfenseitigen Kammer 3b. Die stopfenseitige Kammer 3b steht mit dem Ölsaugdurchlaß 9 über einen Durchlaß 12 in Verbindung, um eine Volumenänderung der stopfenseitigen Kammer 3b bei einer Bewegung des Ventilkörpers 11 zu kompensieren.
Der Ventilkörper 11 ist durch eine Druckentlastungsfeder 13, die zwischen der Stirnwand des Ventilkörpers 11 und dem Stopfen 4 angeordnet ist, stets in Richtung des Öldurchlasses 6 vorbelastet. Wenn daher der durch den Öldurchlaß 6 angelegte Öldruck niedrig ist, wird ein Unterstützungsabschnitt 16 des Ventilkörpers 11 mit einem ringförmigen Ventilsitzabschnitt S in Kontakt gebracht, so daß sowohl das erste Druckentlastungsloch 7 als auch das zweite Druckentlastungsloch 8 den Unterstützungsabschnitt 16 bzw. Wandabschnitt 11c des Ventilkörpers 11 verschlossen sind, wie in 2 gezeigt ist.
Die Öldruckkennlinie von 3 wird nun erläutert. In 3 ist die Öldruckkennlinie durch den von der Ölpumpe P erzeugten Öldruck und die Drehzahl der Ölpumpe P defi niert. An einem Punkt A in 3 beginnt sich das erste Druckentlastungsloch 7 zu öffnen, um eine Anstiegsrate des Öldrucks der Ölpumpe geringfügig zu verringern. Ar. einem Punkt B ist das erste Druckentlastungsloch 7 bis zur maximalen Querschnittsöffnungsfläche geöffnet. Anschließend dient dieses erste Druckentlastungsloch 7 als sogenannte feste Blende, weil die Querschnittsöffnungsfläche des ersten Druckentlastungslochs 7, das bereits maximal geöffnet worden ist, nicht mehr geändert werden kann, selbst wenn die Fördermenge der Ölpumpe P zunimmt. Daher steigt der Öldruck ab dem Punkt B allmählich an. Wenn danach der Öldruck einen bestimmten Pegel erreicht, wird am Punkt C in 3 das zweite Druckentlastungsloch 8 geöffnet, wodurch die Anstiegsrate des Öldrucks verringert wird, so daß der Öldruck auf einem im allgemeinen konstanten Pegel gehalten wird.
Weiterhin ist die Querschnittsöffnungsfläche des ersten Druckentlastungslochs 7, das früher geöffnet wird, kleiner als diejenige des zweiten Druckentlastungslochs 8, das später geöffnet wird. Daher kann das zuerst geöffnete erste Druckentlastungsloch 7 in Brennkraftmaschinendrehzahlbereichen, in denen der Öldruck der Ölpumpe verhältnismäßig niedrig ist, bis zur maximalen Größe geöffnet werden, weshalb die Öldruckkennlinie der Ölpumpe P einfach an die geforderte Öldruckkennlinie angenähert werden kann.
Selbstverständlich können die Querschnittsöffnungsflächen der ersten und zweiten Druckentlastungslöcher 7 bzw. 8 gleich sein, wodurch die Bearbeitung der Druckentlastungslöcher 7, 8 erleichtert wird.
Bei der in den 2 und 4 gezeigten Ausführungsform des Druckentlastungsventils V gemäß der Erfindung ist ferner am vorderen Endabschnitt 11a des Ventilkörpers 11 ein Führungs- und Unterstützungsabschnitt 16 ausgebildet, um die Bewegung des Ventilkörpers 11 wirksam zu führen.
Genauer ist der zylindrische Führungs- und Unterstützungsabschnitt 16 einteilig mit dem vorderen Ende 11a des Ventilkörpers 11 ausgebildet. Der Führungs- und Unterstützungsabschnitt 16 ist zum zylindrischen Ventilkörper 11 koaxial und besitzt einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich demjenigen des Ventilkörpers 11 ist. Das freie Ende (vordere Ende) des Führungs- und Unterstützungsabschnitts 16 ist offen, so daß Öl von der Ölförder kammer 5 durch den Öldurchlaß 6 in den Führungs- und Unterstützungsabschnitt 16 eingeleitet werden kann. Die zylindrische Wand des Führungs- und Unterstützungsabschnitts 16 weist vier Verbindungslöcher 17 auf, die mit dem zweiten Druckentlastungsloch 8 verbunden werden können. Die vier Verbindungslöcher 17 sind in Umfangsrichtung des Führungs- und Unterstützungsabschnitts 16 angeordnet. Die Verbindungslöcher 17 verlaufen durch die zylindrische Wand des Führungs- und Unterstützungsabschnitts 15, so daß Öl, das in den Führungs- und Unterstützungsabschnitt 16 eingeleitet wird, durch die Verbindungslöcher 17 und das zweite Druckentlastungsloch 8 zum Ölsaugdurchlaß 9 abgegeben werden kann. Jedes Verbindungsloch 17 besitzt die im wesentlichen gleiche Querschnittsöffnungsfläche wie das zweite Druckentlastungsloch 8.
Der Ventilkörper 11 ist durch die Vorbelastungskraft der Druckentlastungsfeder 13, die auf dem Stopfen 4 sitzt, stets zum Öldurchlaß 6 vorbelastet. Wenn daher der Öldruck des vom Öldurchlaß 6 eingeleiteten Öls niedrig ist, schließt der Führungs- und Unterstützungsabschnitt 16, der am vorderen Ende 11a des Ventilkörpers 11 ausgebildet ist, das erste Druckentlastungsloch 7, während die zylindrische Wand 11c des Ventilkörpers 11 das zweite Druckentlastungsloch 8 verschließt, wie in 2 gezeigt ist.
Wenn bei diesem Druckentlastungsventil V Öl, das von der Ölförderkammer 5 gefördert wird, durch den Öldurchlaß 6 in die Ventilaufnahmebohrung 3 eingeleitet wird, bewegt sich der Ventilkörper 11 gleitend in der Ventilaufnahmebohrung 3 längs der Wand W, wobei zwischen dem Öldruck und der Vorbelastungskraft der Druckentlastungsfeder 13 ein Gleichgewichtszustand herrscht, wodurch eine Öffnungs- und Schließsteuerung der ersten und zweiten Druckentlastungslöcher 7, 8 erzielt wird. Wenn die ersten und zweiten Druckentlastungslöcher 7, 8 aufgrund der Bewegung des Ventilkörpers 11 in der Ventilaufnahmebohrung 3 geöffnet werden, wird ein Teil des von der Ölförderkammer 5 der Ölpumpe P geförderten Öls als überschüssiges Öl durch die ersten und zweiten Druckentlastungslöcher 7, 8 zum Ölsaugdurchlaß 9 abgegeben.
Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich zunächst das erste Druckentlastungsloch 7 aufgrund der Bewegung des Ventilkörpers 11 zu öffnen, wie in 4A gezeigt ist. Wenn das erste Druckentlastungsloch 7 bis zur maximalen Querschnittsöffnungsfläche geöffnet ist, wie in 4B gezeigt ist, wird das Verbindungsloch 17 mit dem zweiten Druckentlastungsloch 8 verbunden, so daß sich das zweite Druckentlastungsloch 8 zu öffnen beginnt, wie in 4C gezeigt ist.
Im Ergebnis kann bei einer Öffnung der ersten und zweiten Druckentlastungslöcher 7 bzw. 8 in der obenbeschriebenen Weise eine Öldruckkennlinie wie durch die durchgezogene Linie C1 in 3 erhalten werden. Daher kann das Druckentlastungsventil V gemäß dieser Ausführungsform eine Öldruckkennlinie schaffen, die der erforderlichen oder idealen Öldruckkennlinie, die durch eine Strichlinie R in 3 angegeben ist, für die Brennkraftmaschine ähnlich ist.
Kraft des Führungs- und Unterstützungsabschnitts 16, der mit dem Verbindungsloch 17 versehen ist, das mit dem zweiten Druckentlastungsloch 8 verbunden werden kann, kann außerdem der Ventilkörper 11 unter der Führungs- und Unterstützungswirkung des Führungs- und Untersützungsabschnitts 16 gleichmäßig gleitend bewegt werden, selbst wenn der Ventilkörper 11 einer Vorbelastung aufgrund einer Strömung von Öl, das durch die Druckentlastungslöcher 7, 8 abgegeben wird, unterliegt, insbesondere bei einer Strömung von mit hohem Druck beaufschlagtem Öl, das durch die Verbindungsbohrung 17 und das zweite Druckentlastungsloch 8 abgegeben wird.
Obwohl bei der obigen Ausführungsform der Erfindung das Druckentlastungsventil eine oder zwei Druckentlastungslöcher besitzt, kann das erfindungsgemäße Druckentlastungsventil selbstverständlich auch mehr als zwei Druckentlastungslöcher aufweisen.

Claims

Druckentlastungsventil, mit einer Wand (W), die innerhalb eine Ventilaufnahmebohrung (3) definiert und mit mehreren Druckentlastungslöchern (7, 8) versehen ist, durch die in der Ventilaufnahmebohrung (3) befindliches Öl an die äußere Umgebung der Wand (W) abgegeben werden kann; einem Ventilkörper (11), der in der Ventilaufnahmebohrung (3) und längs der Wand (W) in einem Gleichgewichtszustand zwischen dem auf den Ventilkörper (11) in einer ersten Richtung wirkenden Öldruck und der auf den Ventilkörper (11) in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung wirkenden Vorspannkraft einer Feder (13) gleitend beweglich ist und wobei, dann, wenn wenigstens eines der Druckentlastungslöcher (7, 8) bis zur maximalen Querschnittsöffnungsfläche geöffnet ist, die verbleibenden Druckentlastungslöcher (7, 8) während der Bewegung des Ventilkörpers (11) in der ersten Richtung längs der Achse der Ventilaufnahmebohrung (3) nacheinander geöffnet werden, gekennzeichnet durch, einen Führungs- und Unterstützungsabschnitt (16), der an einem den Öldruck aufnehmenden Ende (11a) des Ventilkörpers (11) ausgebildet ist, wobei der Führungs- und Unterstützungsabschnitt (16) ein Verbindungsloch (17) aufweist, welches wenigstens mit einem der ersten und zweiten Druckentlastungslöcher (7, 8) verbindbar ist, um die Abgabe von Öl, das sich an der Einlassseite des Ventilkörpers (11) befindet, in die äußere Umgebung der Wand (W) zu ermöglichen.
Druckentlastungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungs- und Unterstützungsabschnitt (16) zylindrisch ausgebildet ist.
Druckentlastungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungs- und Unterstützungsabschnitt (16) einen Durchmesser aufweist, der demjenigen des Ventilkörpers (11) entspricht.
Druckentlastungsventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckentlastungsloch (7) eine Querschnittsöffnungsfläche besitzt, die kleiner als diejenige des zweiten Druckentlastungsloches (8) ist.
Druckentlastungsventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungs- und Unterstützungsabschnitt (16) derart angeordnet ist, dass das erste Druckentlastungsloch (7) durch den Führungs- und Unterstützungsabschnitt (16) verschließbar ist.
Druckentlastungsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungs- und Unterstützungsabschnitt (16) derart angeordnet ist, dass das zweite Druckentlastungsloch (8) durch einen zylindrischen Wandabschnitt (11c) des Ventilkörpers (11) verschließbar ist.