DE69716227T2

DE69716227T2 - Druckbegrenzungsvorrichtung in einem schmierölkreislauf einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69716227T2
Application number: DE69716227T
Authority: DE
Inventors: Reinhold Trzoska
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: DE19631296A1; DE19631296C2; EP0853717A1; DE69716227D1; WO1998005851A1; EP0853717B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Begrenzung des Öldrucks in dem Schmierölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Ölpumpe und mit einem zur Freigabe eines Öffnungsquerschnittes zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite der Ölpumpe oder der Druckseite der Ölpumpe und einer Ölwanne vorgesehenen Überdruckventil, welches ein in einem Ventilgehäuse bei Druckanstieg entgegen einer Vorspannkraft bewegbares, den Öffnungsquerschnitt freigebendes Absperrorgan aufweist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Um eine Überbelastung und eine Fehlfunktion von Komponenten der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden und um die Förderleistung der Ölpumpe niedrig zu halten ist es erforderlich, eine Begrenzung des maximalen Öldruckes vorzunehmen. Hierzu ist es bekannt, aufwendige druckgeregelte Ölpumpen oder auch mit zwei Einzelpumpen versehene Ölpumpen einzusetzen, bei denen im oberen Drehzahlbereich eine Pumpe abgeschaltet wird.
Aus der Veröffentlichung EP 0 624 719 A1 ist ein Überdruckventil der eingangs beschriebenen Art benannt, welches bei einem definierten Öldruck einen Öffnungsquerschnitt frei gibt, über den das überschüssige Öl von der Druckseite der Pumpe entweder zur Saugseite oder zur Ölwanne hin abströmt. Obwohl derartige Überdruckventile vielfach im Einsatz befindlich sind, können sie nur unvollständig den an den Öldruck gestellten Anforderungen genügen.
In den Patent Abstracts of Japan vol. 017, no. 633 (M-1513), 24 November 1993 & JP 05 195742 A, wird ein Überdruckventil mit zwei Öffnungen verschiedener Größe in der Zylinderwand des Ventils und mit einer Öffnung in einem hohlen, gegen eine Federkraft beweglichen Kolben offenbart. In Abhängigkeit vom Öldruck zu einem gegebenen Zeitpunkt entsteht ein wechselseitiger Überlapp zwischen dem einem oder dem anderen der zwei Löcher in der Zylinderwand und dem Loch im Kolben.
Das Abstract der JP 8158839 A offenbart ein Überdruckventil im Schmiermittelsystem einer Brennkraftmaschine, welches zwei Öffnungen unterschiedlicher Größe im Ventilgehäuse aufweist, die bei Anstieg des Öldrucks von einem Zylinder nacheinander geöffnet werden.
Die DE 25 42 042 A1 offenbart ein Überdruckventil, bei dem die Form der Öffnung im Ventilgehäuse die Druckcharakteristik des Ventils steuert.
Eine Verbrennungskraftmaschine benötigt einen Mindestöldruck im Leerlauf, um die Schmierung von Motorkomponenten, wie z. B. der hydraulischen Stößel, sicher zu stellen. Weiterhin benötigt eine Verbrennungskraftmaschine bei der maximalen Drehzahl einen Mindestöldruck, um eine ausreichende Ölversorgung der Pleuellager sicher zu stellen. Bei einer Druckbegrenzung mit einem herkömmlichen Überdruckventil der vorstehend beschriebenen Art ist der Öldruck über einen weiten Drehzahlbereich unnötig hoch.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und robusteres Überdruckventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem eine bessere Anpassung an die Öl- druckanforderungen der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Öffnungsquerschnitt des Überdruckventils gemäß Anspruch 1 in wenigstens zwei in Bewegungsrichtung des Absperrorgans in Abstand zueinander angeordnete Teilöffnungsquerschnitte unterteilt ist.
Hierbei ist von Vorteil, daß bei einem Drehzahlanstieg und damit verbundenem Öldruckanstieg die beiden Teilöffnungsquerschnitte nacheinander freigegeben werden, und zwar wird bei einem ersten (niedrigen) Öldruckwert der erste Teilöffnungsquerschnitt und bei einem höheren Druck der nächste Teilöffnungsquerschnitt freigegeben. Wenn zwei Teilöffnungsquerschnitte vorgesehen sind, arbeitet das Überdruckventil somit zweistufig, wodurch eine bessere Anpassung an die Druckanforderungen des Motoröls als bei einem lediglich einstufig ausgebildeten Überdruckventil der bekannten Bauart erreicht wird. Im unteren und im oberen Drehzahlbereich ergeben sich im Vergleich zu den herkömmlichen Überdruckventilen keine Öldruckunterschiede, da die Minimalanforderungen an den Motoröldruck in diesen Bereichen in gleicher Weise erfüllt werden. Im mittleren Drehzahlbereich kann aber durch Einsatz des erfindungsgemäß ausgebildeten Überdruckventils der Öldruck merklich abgesenkt werden. Da über einen weiten Drehzahlbereich sowohl bei kaltem als auch bei heißem Öl der Ölpumpendruck und damit die Ölpumpenförderleistung merklich reduziert werden kann, führt dies bei geringem Aufwand zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Teilöffnungsquerschnitte unterschiedlich groß ausgebildet sind, und daß einem Hauptöffnungsquerschnitt ein kleinerer erster Öffnungsquerschnitt vorgeschaltet ist, derart, daß bei einem bestimmten Öldruck zunächst der erste Öffnungsquerschnitt freigegeben wird, und daß bei einem bestimmten höheren Öldruck zusätzlich der Hauptöffnungsquerschnitt freigegeben wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Teilöffnungsquerschnitte unterschiedliche Öffnungsformen und/oder Abstände aufweisen. Bei größerem Abstand der Teilöffnungsquerschnitte im Vergleich zu einem kleineren Abstand wird erreicht, daß die erste Stufe bei einem niedrigerem Öldruck als bei einem kleineren Abstand einsetzt.
Je größer der erste Öffnungsquerschnitt ausgebildet ist, umso größer ist der Drehzahlbereich, in welchem die erste (niedrige) Druckstufe zur Verfügung steht. Die Steigung der ersten Druckstufe bei graphischer Darstellung in einem Diagramm, bei dem auf der Ordinate der Öldruck und auf der Abszisse die Drehzahl aufgetragen ist, ist bei einem - in Bewegungsrichtung des Absperrorgans gesehen - kurz, aber breit ausgebildeten ersten Öffnungsquerschnitt flacher als bei einem lang und schmal ausgebildeten ersten Öffnungsquerschnitt.
Somit kann durch die Gestaltung der Größe, der Form und des Abstandes der Teilöffnungsquerschnitte Einfluß auf den Öldruck insbesondere im mittleren Drehzahlbereich genommen werden. Der erste Öffnungsquerschnitt kann beispielsweise als schlitzförmige Öffnung, als Bohrung, als dreieckige oder auch als ovale Öffnung ausgebildet sein.
Beide Teilöffnungsquerschnitte können in dem Absperrorgan angeordnet sein. Die Teilöffnungsquerschnitte werden dann jeweils bei Erreichen der Kante einer im Inneren des Gehäuses umlaufend ausgebildeten Nut (sog. Freistich) freigegeben. Schließlich kann vorgesehen sein, daß ein Teilöffnungsquerschnitt in dem Ventilgehäuse und ein weiterer Öffnungsquerschnitt in dem Absperrorgan angeordnet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines zweistufigen Überdruckventils nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 einen schematischen Längsquerschnitt durch eine Ausführungsform eines zweistufigen Überdruckventils gemäß der Erfindung;
Fig. 3 einen schematischen Längsquerschnitt durch eine andere Ausführungsform eines zweistufigen Überdruckventils gemäß der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Ein insgesamt mit 1 bezeichnetes bekanntes Überdruckventil weist in einem Gehäuse 2 einen Kolben 3 auf, der entgegen der Vorspannkraft einer Druckfeder 4 in einer Zylinderbohrung 5 in Richtung des Pfeils A bewegbar angeordnet ist. Die Feder 5 wird durch einen Stopfen 6 gehalten. Zu der der Druckfeder 4 abgewandten Seite des Kolbens 3 führt ein mit der Druckseite einer (nicht dargestellten) Ölpumpe verbundener Druckkanal 7. Die Saugseite der Ölpumpe ist mit 8 bezeichnet. Seitlich in der Zylinderbohrung sind zwei Teilöffnungsquerschnitte vorgesehen, und zwar ein erster Öffnungsquerschnitt 9 und ein Hauptöffnungsquerschnitt 10. Die beiden Teilöffnungsquerschnitte 9 und 10 sind im Abstand B zueinander angeordnet, und zwar derart, daß bei Anstieg des Öldrucks auf der Druckseite des Kolbens 3 und der daraus resultierenden Bewegung des Kolbens in Pfeilrichtung A zunächst der erste Öffnungsquerschnitt 9 freigegeben wird, und daß dann bei einem weiteren Druckanstieg der Hauptöffnungsquerschnitt 10 freigegeben wird. Wie ohne weiteres ersichtlich, kann nach der Freigabe des ersten Teilöffnungsquerschnittes 9 ein Teil des Drucköls durch den Öffnungsquerschnitt 9 zur Saugseite 8 der Ölpumpe abfließen, so daß überschüssiges Öl von der Druckseite zur Saugseite der Ölpumpe strömt. Dies hat im mittleren Drehzahlbereich einer einen Schmierölkreislauf mit einer Ölpumpe und einem solchen Überdruckventil aufweisenden Brennkraftmaschine eine Absenkung des Öldrucks im Vergleich zum Einsatz eines einstufigen Überdruckventils zur Folge. Sowohl der Ölpumpendruck als auch der Unterdruck auf der Saugseite der Ölpumpe sind im mittleren Drehzahlbereich merklich niedriger als bei einstufigen Überdruckventilen. Die zweite Stufe wird durch Erreichen des Hauptöffnungsquerschnittes 10 dann freigegeben, wenn ein bestimmter höherer Öldruck erreicht ist. Eine Entlüftungsbohrung trägt die Bezugsziffer 11.
In den Fig. 2 und 3 sind die der Darstellung von Fig. 1 entsprechenden Teile gemäß Fig. 1 mit "'" bzw. """ gekennzeichnet. Ein Überdruckventil 1' weist ein Gehäuse 2' und ein als Kolben 3' ausgebildetes bewegliches Absperrorgan auf, welches entgegen der Druckkraft einer Feder 4' in einer Zylinderbohrung 5' beweglich angeordnet ist. Ein Kanal, der mit der Druckseite einer (nicht dargestellten) Ölpumpe verbunden ist, ist mit 7' bezeichnet. Ein Stopfen trägt die Bezugsziffer 6' und eine Entlüftungsbohrung die Bezugsziffer 8'.
Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die beiden Teilöffnungsquerschnitte 9 und 10 in dem Ventilgehäuse 2 angeordnet sind, sind bei dem Überdruckventil gemäß Fig. 2 die beiden hier mit 9' und 10' bezeichneten Teilöffnungsquerschnitte in dem als Kolben ausgebildeten Absperrorgan 3' angeordnet. Der erste Öffnungsquerschnitt 9' ist winkelförmig wie ein Schlitz geformt und kann in mehrere kleine, über den Umfang des Kolbens verteilte Öffnungsquerschnitte unterteilt sein. In einem Abstand dazu (in Bewegungsrichtung A des Absperrorgans 3' gesehen) ist der eckig ausgebildete Hauptöffnungsquerschnitt 10' angeordnet, der ebenfalls wie dargestellt in mehrere Einzel-Hauptöffnungsquerschnitte unterteilt sein kann, die über den Umfang verteilt angeordnet sind. Eine umlaufend im Inneren des Ventilgehäuses 3' angeordnete Nut 12 mündet in den Bereich der Saugseite der Ölpumpe. Wenn der Kolben 3' infolge des in dem Kanal 7 herrschenden Öldruckes in Pfeilrichtung A bewegt wird, werden nacheinander die Teilquerschnitte 9' und 10' bei Erreichen der Kante 13 der Nut 12 freigegeben. Eine Entlüftungsbohrung ist hier mit 11' bezeichnet.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist ein als erster Öffnungsquerschnitt ausgebildeter Teilöffnungsquerschnitt mit 9" bezeichnet. Der erste Öffnungsquerschnitt 9" befindet sich in dem Ventilgehäuse 2". Ein zweiter Teilöffnungsquerschnitt, der den Hauptöffnungsquerschnitt bildet, ist mit 10" bezeichnet und in dem als Kolben 3" ausgebildeten Absperrorgan vorgesehen. Bei Bewegung des Kolbens 3' in Pfeilrichtung A wird der erste Öffnungsquerschnitt 9" freigegeben, sobald das rückwärtig Stirnende 14 des Kolbens 3" in den Bereich des Teilöffnungsquerschnittes 9" gelangt. Der Hauptöffnungsquerschnitt 10" wird durch Passieren der Kante 13" der Nut 12" freigegeben.

Claims

1. Vorrichtung zur Begrenzung des Öldrucks in dem Schmierölkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Ölpumpe und mit einem zur Freigabe eines Öffnungsquerschnittes zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite der Ölpumpe oder der Druckseite der Ölpumpe und einer Ölwanne vorgesehenen Überdruckventil, welches ein in einem Ventilgehäuse entgegen einer Vorspannkraft bewegbares, den Öffnungsquerschnitt freigebendes Absperrorgan aufweist, wobei der Öffnungsquerschnitt des Überdruckventils (1', 1") in wenigstens zwei in Bewegungsrichtung des Absperrorgans in einem Abstand (B) zueinander angeordnete Teilöffnungsquerschnitte (9', 10', 9", 10") unterteilt ist, wobei die wenigstens zwei Teilöffnungsquerschnitte nacheinander bei entsprechenden bestimmten Öldrücken freigegeben werden und freigegeben bleiben, solange die entsprechenden bestimmten Öldrücke überschritten werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Teilöffnungsquerschnitte (9', 10'; 9", 10") im Absperrorgan (3', 3") vorgesehen ist, und dass er freigegeben wird, wenn er die Kante (13; 13") einer Nut (12) erreicht, die an der Innenseite des Ventilgehäuses (2', 2") umläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilöffnungsquerschnitte unterschiedlich groß ausgebildet sind, und daß einem Hauptöffnungsquerschnitt (10', 10") ein kleinerer erster Öffnungsquerschnitt (9', 9") vorgeschaltet ist, derart, daß bei einem bestimmten Öldruck zunächst der erste Öffnungsquerschnitt freigegeben wird und daß bei einem bestimmten höheren Öldruck zusätzlich der Hauptöffnungsquerschnitt freigegeben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilöffnungsquerschnitte (9', 10' bzw. 9", 10") unterschiedliche Formen aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilöffnungsquerschnitte (9', 10') in dem Absperrorgan (3') vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilöffnungsquerschnitte (9", 10") in dem Ventilgehäuse (2") bzw. in dem Absperrorgan (3") vorgesehen sind.