内燃機関のオイルポンプ用の潤滑剤バルブ

本発明は、エンジンの軸受と摺動面に摩耗を低減するために最適に潤滑剤を供給するための、内燃機関のオイルポンプ用の潤滑剤バルブに関する。

実際のエンジン構造、特に自動車用のエンジン構造においては、いろいろな潤滑剤バルブが公知である。

エンジンの始動段階内の圧力ピークを回避するため、及び、エンジンの摩耗を最小化するため、潤滑剤回路内に、即ち潤滑剤の流れ方向でオイルポンプの後に、コールドスタートバルブとして、エンジンの始動段階で、低温の潤滑油が高い粘度を備えるので開放し、粘度がオイル回路内に配設された別のコントロールバルブを介してのコントロールを保証するほどに潤滑剤が温まるまで、圧力ピークを回避するバルブが配設される。

このコントロールバルブは、内燃機関の連続運転中の最適な潤滑油圧を保証するために、コールドスタートバルブ以外にオイル回路内に必要であるが、それは、潤滑剤供給のために内燃機関によって使用されるオイルポンプ、例えばジェロータポンプ又はギヤポンプが、エンジン回転数の上昇と共に上昇する潤滑剤容積流を発生させるから、即ち、それぞれのエンジンの軸受と摺動面を潤滑するために必要であるよりも多くの潤滑剤を移送するからである。従って、回転数の上昇と共に、出力圧も上昇することになる。

内燃機関のオイル回路内に配設されたコントロールバルブは、全ての回転数領域にわたってほぼ均等なギャラリ内の潤滑油圧を保証するために使用される。

特許文献1及び特許文献2から、内燃機関の潤滑剤回路用の圧力制限バルブが公知である。

それぞれのエンジンブロック内に別々に配設されたこれら圧力制限バルブの欠点は、一方では、これら圧力制限バルブを製造するための高い製造費にあり、他方では、これらバルブの取付けるための高い組立費にある。

加えて、従来技術では、特許文献3もしくは特許文献4に、コントロールバルブが記載されている。

そこに記載されたこのコントロールバルブは、製造技術的及び組立技術的に複雑な構造と、複雑な部品ジオメトリとを備える。何度も中断されるコントロール孔のために、この構造形態は、非常に汚れに敏感であるので、潤滑剤によって運ばれる摩耗片又は型砂は、容易にコントロールバルブ内に堆積し、不利な境界条件下で、バルブピストンの引掛りを生じさせ、これによりコントロール部の全損を生じさせることがあり得る。

この場合、この解決策は、比較的少ない隙間ジオメトリのために、少ない貫流量のためにしか適していない。

加えて、特許文献3で紹介されたコントロールバルブは、コールドスタートバルブとして使用可能でない。

コントロールバルブの他の構造形態は、特許文献5からも、特許文献6からも公知である。2つのポンプ段を有するポンプユニット用のこれら構造形態は、必然的に、第2のポンプを必要とし、従って、古典的な低圧オイルポンプのためには不適である。

第2のポンプ段から生じる高いコスト以外に、前記解決策の両方、即ち、特許文献5及び特許文献6で紹介された解決策は、更にまた、複雑な部品ジオメトリを備え、加えて付加的な安全バルブを必要とし、特許文献3で紹介された解決策と同様に非常に汚れに敏感であるが、それは、特許文献5及び特許文献6において配設されるコントロール孔も、機能に依存して何度も中断されているので、これら解決策の場合も、潤滑剤によって運ばれる摩耗片及び/又は型砂が、非常に容易に堆積し、不利な条件下で、バルブピストンの引掛りを生じさせ、これによりコントロール部の全損を生じさせることがあり得るからである。

特許文献5及び特許文献6で紹介されたこれらコントロールバルブも、更にまた、コールドスタートバルブとして使用可能でない。

独国特許出願公開第10 2007 058 759号明細書

独国実用新案第202 15 258号明細書

欧州特許第1 529 958号明細書

独国特許出願公開第60 2004 010 989号明細書

独国特許出願公開第31 42 604号明細書

米国特許第6,185,750号明細書(独国特許出願公開第100 15 971号明細書)

従って、本発明の根底にある課題は、従来技術の前記欠点を排除し、特に、コールドスタートバルブの機能とコントロールバルブの機能とを最小の構造空間で自己内で一体化する、この場合、潤滑剤によって運ばれる摩耗片及び/又は型砂に対して鈍感で、その場合に高い貫流量を可能にし、加えて製造技術的及び組立技術的に安価に構成され、安価に製造可能であり、更に、極端な使用条件下でさえも常にしっかりと、確実に、故障なく作動するように構成された、内燃機関のオイルポンプ用の潤滑剤バルブの開発にある。

本発明によれば、この課題は、請求項1の特徴を有する内燃機関のオイルポンプ用の潤滑剤バルブによって解決される。

本発明の有利な構成、詳細及び別の特徴は、従属請求項と、本発明の解決策のための図面と関係させた本発明の実施例の以下の説明に記載されている。

以下で、5つの図と関係させた実施例によって本発明を詳細に説明する。

エンジン停止時の、ポンプハウジングに統合された本発明による潤滑剤バルブを有する内燃機関用のオイルポンプの可能な一構造形態の断面図

エンジン停止時の、図1に図示した潤滑剤バルブの拡大図

コールドスタート時のコントロール機能中の図1に図示した潤滑剤バルブ

ウォームアップされたエンジンが連続運転中にある、コントロール機能中の図1に図示した潤滑剤バルブ

若干変更を加えた構造形態の、エンジン停止時の、ポンプハウジングに統合された本発明による潤滑剤バルブを有する内燃機関用のオイルポンプの図1に図示した構造形態

図1に図示したポンプハウジング1は、軸受箇所2と、ポンプハウジング1の吐出領域に配設された吐出ポート5を有するギヤポンプの、軸受箇所2内に支承された、駆動軸3によって駆動されるホイールセット4(当然、同様に、他のオイルポンプ構造形態のホイールセット、例えばジェロータポンプのホイールセットでもよい)と、ポンプハウジング1に配設された弁座7を有する、ポンプハウジング1に配設された吐出接続通路6と、弁座7と吐出接続通路6間に配設された吐出通路8と、弁座7とギャラリ間に配設された制御通路9と、弁座7とオイル溜り間に配設されたオーバフロー通路10と、ポンプハウジング1内の弁座7のピストンガイド11内に配設された二重ピストン12とを有し、この二重ピストンが、内部ピストン用の内側のピストンガイドを内部に配設した外側のコントロールピストン13を有し、このコントロールピストンに、少なくとも1つの作動ピストン18を有するピストンロッド17が配設され、この作動ピストンから、スペーサロッド19の形態のピストンロッドが突出し、コントロールピストン13のピストンヘッド16内に、流入孔20が配設され、コントロールピストン13のシリンダ壁21内の内側のピストンガイドの領域に、流出孔22が配設されている。

本発明によれば、図1及び2に図示したように、ポンプハウジング1内の弁座7のピストンガイド11内に、二重ピストン12が配設され、この二重ピストンは、コントロールピストン13内に配設されたコールドスタートピスト14から成り、このコールドスタートピストンは、コントロールピストン13内に配設されたコールドスタートピストンガイド15内に直線的に移動可能に案内されている。

この関係で、コントロールピストン13内に配設された内側のピストンガイドが、内部ピストンとしてコールドスタートピストン14を内部に配設したコールドスタートピストンガイド15であり、コントロールピストン13のピストンヘッド16の、コールドスタートピストンガイド15の反対側に、ピストンロッド17が配設され、このピストンロッドに、コントロールピストン13のピストンヘッド16から間隔を置いて、別個の作動ピストン18が配設され、この作動ピストンから、スペーサロッド19の形態のピストンロッド17が突出することが、本発明にとって重要である。

コントロールピストン13のピストンヘッド16内に、作動ピストン18に隣接して流入孔20が配設され、コントロールピストン13のコールドスタートピストンガイド15のシリンダ壁21内に、ピストンヘッド16に隣接して流出孔22が配設されていることも特徴である。

更に、コールドスタートピストン14が、片側が開放した多段のシリンダピストンとして形成され、このシリンダピストンが、コントロールピストン13のコールドスタートピストンガイド15内に移動可能に配設された開放したガイドシリンダ23から成り、このガイドシリンダが、バネ当接リング面24と、このバネ当接リング面24に隣接して配設された、ガイドシリンダ23に対してシリンダ直径が小さい閉鎖シリンダ25とを有し、この閉鎖シリンダが、その閉鎖シリンダジャケット26を、バネ当接リング面14に沿って配設され、閉鎖シリンダカバー27を備え、この閉鎖シリンダカバーが、閉鎖シリンダカバー27のピストンヘッド16への当接時に、流入穴20を閉鎖することも、本発明にとって重要である。

この場合、本発明によれば、エンジン停止時に、ポンプハウジング1のバネ当接部28と、コールドスタートピストン14のガイドシリンダ23内に配設されたバネ当接リング面24間で予荷重を与えられた圧縮バネ30が、コールドスタートピストン14を、流入孔20をシールするようにコントロールピストン内に押し込み、この場合、バネ当接部28の反対側で、スペーサロッド19の自由端が、ポンプハウジング1内に配設された組立及び閉鎖ネジ29に当接するまで、作動ピストン18とスペーサロッド19を有するピストンロッド17が配設されたコントロールピストン13を移動させ、更にこの場合、弁座7内に配設された作動室を、弁バネチャンバ31と、コントロールピストン13とコールドスタートピストン14間に配設されたコールドスタートチャンバ32と、コントロールピストン13のピストンヘッド16と作動ピストン18間のピストンロッド17の領域内に配設された作動チャンバ33と、スペーサロッドの領域内で作動ピストン18の後に配設された制御チャンバ34とに分割する。

予荷重を与えられた圧縮バネ30によってコントロールピストン13内の流入孔20をシールするようにコントロールピストン13内に押し込まれたコールドスタートピストン14の本発明による配設は、特に、コントロールピストン13とコールドスタートピストン14が、同じ材料から、例えばスチールから製造されていることによっても際立っている。

同じ材料から、例えばスチールから製造されたこれらピストン、即ちコントロールピストン13とコールドスタートピストン14は、その本発明による機能の範囲内で、二重ピストン12として協働することから、両ピストン間で必要な最小の作動隙間を、温度膨張時ですら常に等しく構成し、これにより、全作動領域で最小の隙間漏れを保証し得ることを生じさせる。

この場合、本発明による構成は、同時に、二重ピストン12を圧縮バネと共に別個に予備製造し、取付け前に既に、別個にそのコールドスタート機能の信頼性をチェックし得ることを可能にする。

更に、エンジン停止時に、弁バネチャンバ31が、緩衝孔35を介してオイル溜りと接続され、作動チャンバ33が、吐出通路8を介して吐出ポート5と接続され、制御チャンバ34が、制御孔36を介して制御通路9と接続されていることが、特徴である。

本発明による解決策により、コールドスタートバルブの機能とコントロールバルブの機能とを最小の構造空間で自己内で一体化する、この場合、潤滑油によって運ばれる摩耗片及び/又は型砂に対して鈍感であるように構成された、内燃機関のオイルポンプ用の潤滑剤バルブの開発に成功している。

同時に、本発明による解決策は、本発明による潤滑剤バルブ内に配設された大きい流れ横断面に基づいて、高い貫流量も可能にする。

加えて、少なく、コンパクトで、簡単に製造可能で、大抵は多機能の構造群の本発明による配設は、本発明によるフローコントロールと、ポンプハウジング内への本発明によるバルブの配設とに関係して、本発明による潤滑剤バルブが、製造技術的に安価に製造可能であるだけでなく、本発明による構成に基づいて非常に良好に予組立すること、取付け前にチェックすること、オイルポンプに、簡単、迅速及び安価に取付け得ることを可能にする。

この場合、本発明による潤滑剤バルブは、大きい圧力当接面及び流れ横断面のため、非常に極端な使用条件下でさえ、常にしっかりと、確実に、故障なく作動する。

また、本発明によれば、圧縮バネ30と、ポンプハウジング1内に配設された弁座7との間に、貫通穴38を有する耐摩耗プレート37が配設されている。この耐摩耗プレート37は、ポンプハウジング1の弁座7への圧縮バネ30の食込みを防止する。

加えて、耐摩耗プレート37内に配設された貫通穴38は、コールドスタートピストン14の移動時の弁バネチャンバ31への/からの潤滑油の妨げられることのない流入及び流出可能にする。

更に、コントロールピストン13のピストンヘッド16内に、圧力補正チャンバ39が配設されており、この圧力補正チャンバが、ピストンヘッド16内に配設された全ての流入孔20を互いに接続させ、コールドスタートチャンバ側を、コールドスタートピストンの閉鎖シリンダカバー27によって全面的に閉鎖され得ることが、本発明にとって重要である。

これにより、閉鎖シリンダカバー27での最適な圧力上昇と、コールドスタート中の確実なバルブクリアランスが保証される。

軸受箇所2と弁バネチャンバ31間に排出孔40が配設され、これにより、軸受箇所2から流出するリーク液が限定的に導出されることが、有利である。

図3は、コールドスタート時のコントロール機能中の図1及び2に図示した本発明による潤滑剤バルブを示す。

コールドスタート時、潤滑剤は、未だ低温で、従って高粘度である。ギャラリ内の圧力は、エンジンのスタート時はまず0barである。

オイルポンプは、まず、高粘度のオイルを移送し、若干のエンジン回転後にポンプ圧力を上昇させ、このポンプ圧力は、流速の不足に基づいて迅速に強く上昇し、これにより、未だ低温のエンジンのユニットが負荷を受ける。

この実施例では、本発明による潤滑剤バルブの構造群は、ポンプ圧力が11barの時に、本発明による潤滑剤バルブに統合されたコールドスタートバルブがそのコントロール機能時を始めるように、寸法設定されている、即ち、ピストン面と圧縮バネ30のバネ荷重が互いに調整されている。

コールドスタート時、ギャラリ圧力は、未だ0barであり、即ち、制御通路9内にも、(絞りとして形成された)制御孔36を介して制御通路9と接続された制御チャンバ34内にも、圧力がかかっていないので、作動ピストン18は、終端位置に留まっている(即ち、スペーサロッド19は閉鎖ネジ29に当接している)。

吐出ポート5と直接接続された吐出通路8内では、これにより本発明による潤滑剤バルブの作動チャンバ33内では、この実施例では、圧力が、本発明による潤滑剤バルブに統合されたコールドスタートバルブがその機能を開始すべき圧力、例えば11barに高まっている。

ピストンロッド17の両側に配設された、作動ピストン18のピストン面積と、コールドスタートピストン14の閉鎖シリンダカバー27によって閉鎖されるコントロールピストン13の流入孔20を含めたピストンヘッド16のピストン面積が、一致するので、作動チャンバ33内にかかっている11barのポンプ圧力は、作動ピストンの直進移動を生じさせない。

しかしながら、作動チャンバ33内にかかっている圧力は、流入孔20を介して圧力補正チャンバ39内の、コールドスタートピストン14の閉鎖シリンダカバー27に作用する圧力を上昇させるが、既に説明したように、圧縮バネ30は、圧力が11barの時に、コールドスタートピストン14が、コントロールピストン13のシリンダ壁21のコールドスタートピストンガイド15内を移動するように、この場合、コールドスタートチャンバ32が開放し、これにより、吐出通路8からの高粘度のオイルが、作動チャンバ33、流入孔20、圧力補正チャンバ39、コールドスタートチャンバ32、コントロールピストン13のシリンダ壁21内に配設された流出孔22を介して、オイル溜りに向かうオーバフロー通路10に直接流出し得るように、寸法設定されている。

本発明による解決策で問題にしている流れ技術的に有利な構成と、提供される大きい流れ横断面は、本発明による解決策が、コールドスタート時でも大きい貫流量を可能にし、その場合に、潤滑油によって運ばれる摩耗片及び/又は型砂に対して鈍感であることを生じさせる。

温まったエンジンは、そこに存在する潤滑油が温まり、ギャラリ圧力が上昇することを生じさせる。

このギャラリ圧力は、コールドスタート時に存在する力のバランスを打ち消し、作動ピストン18の移動を生じさせ、この作動ピストンは、コントロールピストンとして、エンジンが作動温度になった時の本発明による潤滑剤バルブの標準的なコントロール操作を受け入れる。

図4は、ウォームアップされたエンジンが連続運転中にある、コントロール機能中の図1に図示した潤滑剤バルブを示す。

この実施例では、例えば4barのギャラリ圧力と、例えば5barのポンプ圧力が選択された。

制御通路9内にかかっているギャラリ圧力は、サージを緩和し、従ってコントロールの“柔軟さ”を決定的に決める、絞りとして形成された制御孔36を介して、潤滑油が制御チャンバ34に流入することを生じさせる。

ギャラリからのこの潤滑油は、制御チャンバ34に、従って作動ピストン18に、例えば4barのギャラリ圧力を作用させるので、作動ピストン18は、例えば吐出通路8内と作動チャンバ33内にかかっているポンプ圧力が6barの場合、コントロールピストン13がオーバフロー通路10を開放し、これにより、直接的に吐出ポート5から吐出通路8を介して作動チャンバ33への、そこからオイル溜りに向かうオーバフロー通路10への“過剰な”容積流用のバイパスラインを解放するまで、ピストンロッド17によってコントロールピストン13をそのピストンガイド11に沿って移動させる。

従って、作動ピストン18とピストンロッドを介して結合されたコントロールピストン13は、制御通路9内にギャラリ圧力をかけることにより、その標準的なコントロール操作を受け入れる。即ちオーバフロー通路10の開放時に、コールドスタートチャンバ32内の圧力が低下させられ、閉鎖シリンダカバー27が、圧縮バネ30によって、圧力補正チャンバ39をシールするようにコントロールピストン13のピストンヘッド16に押し付ける。

エンジンの停止時、制御通路9内のギャラリ圧力は、従って制御チャンバ34内の圧力も、0barに戻る。

この場合、圧縮バネ30は、スペーサロッド19の自由端を最終位置に、即ち閉鎖ネジに押し付ける。

図5は、図1に対して変更を加えた構造形態の、エンジン停止時の、ポンプハウジングに統合された本発明による潤滑剤バルブを有する内燃機関用のオイルポンプの図1に図示した構造形態を示す。本発明による潤滑剤バルブのこの構造形態では、スペーサロッド19の自由端は、ポンプハウジング1の弁座7もしくはスペーサロッド19と弁座7間に配設された耐摩耗プレート37に当接するが、この耐摩耗プレートは、例えばアルミニウムから成るポンプハウジング1の弁座7へのスペーサロッド19の自由端の食込みを防止する。

反対側では、圧縮バネ30が、閉鎖ネジに当接する。

しかしながら、本発明による潤滑剤バルブの図5に図示した若干変更を加えたこの構造形態は、図1〜4と関係させて説明した構造形態と同様に作動/機能する。

従って、本発明による解決策により、コールドスタートバルブの機能とコントロールバルブの機能とを最小の構造空間で自己内で一体化する、この場合、潤滑剤によって運ばれる摩耗片及び/又は型砂に対して鈍感で、その場合に高い貫流量を可能にし、加えて製造技術的及び組立技術的に安価に構成され、安価に製造可能であり、更に、極端な使用条件下でさえも常にしっかりと、確実に、故障なく作動するように構成された、内燃機関のオイルポンプ用の潤滑剤バルブの開発に成功している。

1 ポンプハウジング 2 軸受箇所 3 駆動軸 4 ホイールセット 5 吐出ポート 6 吐出接続通路 7 弁座 8 吐出通路 9 制御通路 10 オーバフロー通路 11 ピストンガイド 12 二重ピストン 13 コントロールピストン 14 コールドスタートピストン 15 コールドスタートピストンガイド 16 ピストンヘッド 17 ピストンロッド 18 作動ピストン 19 スペーサロッド 20 流入孔 21 シリンダ壁 22 流出孔 23 ガイドシリンダ 24 バネ当接リング面 25 閉鎖シリンダ 26 閉鎖シリンダジャケット 27 閉鎖シリンダカバー 28 バネ当接部 29 閉鎖ネジ 30 圧縮バネ 31 弁バネチャンバ 32 コールドスタートチャンバ 33 作動チャンバ 34 制御チャンバ 35 緩衝孔 36 制御孔 37 耐摩耗プレート 38 貫通穴 39 圧力補正チャンバ 40 排出孔