IFM Motorentechnik

innovative Ölpumpenkonzepte

Prototypen

Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten bei IFM Motorentechnik wurden erfolgversprechende Lösungsansätze für fördermengenvariable Regelölpumpen und deren Regelungen konstruktiv ausgearbeitet und teilweise in Form entsprechend hergestellter Prototypen realisiert. Am IFM-Pumpenprüfstand wurden folgende Prototyp-Regelölpumpen funktionserprobt und optimiert.


1. Einflutige Außenzahnrad-Regelölpumpe

Die Abbildung zeigt eine Außenzahnrad-Regelölpumpe, mit einem ersten Förderzahnrad auf einer Antriebswelle und einem mit ihm in Zahneingriff stehenden zweiten Förderzahnrad, das Bestandteil einer axial verstellbaren Verschiebeeinheit ist. Durch eine öldruckgeregelte Verstellung der axialen Zahneingriffs-Überdeckung wird über die veränderliche Fördermenge der Öldruck eines zu versorgenden Verbrennungsmotors geregelt. Mit diesem Prototyp wurden verschiedene Grundsatzuntersuchungen zu diversen Regelungsverfahren vorgenommen, insbesondere für die Optimierung des vorteilhaften zweistufigen Regelungsverfahrens (vorheriges Diagramm, blaue Kennlinie). Der MTZ-Bericht "Kraftstoffverbrauchsvorteile durch Regelölpumpen" zeigt hierzu am IFM-Pumpenprüfstand ermittelte Versuchsergebnisse.




2. Zweiflutige Außenzahnrad-Regelölpumpe

Als Erweiterung zur vorher gezeigten einflutigen Außenzahnrad-Regelölpumpe weist die unten abgebildete zweiflutige Außenzahnrad-Regelölpumpe zusätzlich ein drittes Förderzahnrad auf. Die beiden äußeren Förderzahnräder bilden jeweils mit dem gemeinsamen mittleren Förderzahnrad im Prinzip zwei Ölpumpen. Das mittlere Förderzahnrad ist zur Variation der Fördermenge öldruckgeregelt axial verstellbar. Die in ihrer Strömungsrichtung im Pumpengehäuse entgegengesetzt fließenden Ölströme der beiden Ölpumpen werden über vier Axialbohrungen des Pumpengehäuses und zwei Diagonalkanäle im Gehäusedeckel zusammengeführt.

Gegenüber der einflutigen Außenzahnrad-Regelölpumpe führt das dritte Förderzahnrad der zweiflutigen Außenzahnrad-Regelölpumpe zu einer Verdoppelung der Ölfördermenge, so dass sie insbesondere für größere Verbrennungsmotoren geeignet ist. Die zunächst nachteilig erscheinenden, entgegengesetzten Fließrichtungen der beiden Teilölströme sind jedoch mit dem Vorteil verknüpft, dass die axiale Verstellung der Verschiebeeinheit infolge der beiden gegenüberliegenden Druckseiten nahezu reibungsfrei erfolgt. Hieraus resultiert eine sensible Öldruckregelung sowie eine insbesondere für Nutzfahrzeuganwendungen hohe Langlebigkeit der Verstellkomponenten.

Wesentliche Versuchsergebnisse der zweiflutigen Außenzahnrad-Regelölpumpe wurden in dem MTZ-Bericht "Zweiflutige Außenzahnrad-Regelölpumpe für Nutzfahrzeug-Motoren" veröffentlicht.




3. Mehrstufen-Ölpumpe

Die Variation der Förderölmenge einer Ölpumpe kann alternativ zu stufenlos variablen Regelölpumpen auch an mehrstufigen Ölpumpen durch Abschaltung einzelner Förderstufen vorgenommen werden.

Bei schon bekannten Lösungen hierzu wird bei der jeweils abgeschalteten Förderstufe deren dann druckloser Förderstrom wieder zur Pumpensaugseite zurückgeführt. Hierdurch geht bei einer zweistufigen Duopumpe mit beispielsweise zwei gleichgroßen Förderstufen die Pumpenantriebsleistung etwa um 30% zurück, da bei der abgeschalteten Förderstufe der mit Strömungsverlusten behaftete Ölstrom weiterhin ca. 20% betragende Antriebsverluste verursacht.

Alternativ hierzu könnte eine der beiden Einzelpumpen einer Duopumpe durch eine schaltbare Trennkupplung abgekoppelt werden. Dem dann 50%igen Antriebsleistungsvorteil stünde jedoch ein unakzeptabler Mehraufwand mit zusätzlichen Bauraumnachteilen entgegen. 

Von IFM wurde eine vorteilhafte Mehrstufen-Ölpumpe entwickelt, bei der die Abschaltung einer Förderstufe durch eine komplett saugseitige Absperrung des Förderstroms der weiterhin rotierenden Förderzahnräder erfolgt. Die Abbildung zeigt einen IFM-Prototypen mit drei jeweils bypassgeregelten Förderstufen. Bei bestehender Überversorgung des zugehörigen Verbrennungsmotors werden öldruckgesteuert eine bzw. zwei Förderstufen abgeschaltet, indem jeweils das zunächst konventionell einen Teilölstrom ableitende Bypassventil schließlich die Ölansaugung der entsprechenden Förderstufe verschließt. Hierdurch ist  der Ölfluss abgeschaltet, so dass die weiterhin dann "im Vakuum" rotierenden Förderzahnräder fast ohne Antriebsleistung laufen, ihre Schmierung bleibt dabei durch austretendes Schmieröl der Pumpenwellen gewährleistet.


 


Der abgebildete Prototyp, bestehend aus nahezu drei gleichen Pumpenmodulen, wurde am Pumpenprüfstand erfolgreich erprobt. Das nachfolgende Diagramm zeigt für die Öltemperaturen 50°C und 80°C im Vergleich zu einer konventionellen Bypass-Ölpumpe für die zweistufig schaltbare Mehrstufen-Ölpumpe Antriebsleistungsvorteile um ca. 60%, die am IFM-Pumpenprüfstand gemessen wurden .


Aus dem nachfolgenden Diagramm ist ersichtlich, dass die abgeschalteten Förderstufen einen saugseitigen Unterdruck von ca. 0,9 bar nahe dem Vakuum erzeugen, der für Fahrzeug-Unterdrucksysteme nutzbar ist. Hierdurch kann gegebenenfalls auf eine anzutreibende Unterdruckpumpe verzichtet oder diese zumindest verkleinert ausgeführt werden, wodurch dann zusätzliche Verbrauchs- und Kostenvorteile erzielt werden.


Bei ähnlich hohen Antriebsleistungsvorteilen wie bei stufenlos fördermengenvariablen Regelölpumpen ist die schaltbare Mehrstufen-Ölpumpe durch ihre robuste, modular aufgebaute Pumpentechnik insbesondere auch für langlebige Nfz-Motoren geeignet.  



4. Flügelzellen-Regelölpumpe

Als Alternative zu Außenzahnrad-Regelölpumpen wurde bei IFM Motorentechnik auch eine Flügelzellen-Regelölpumpe entwickelt. Mit dem abgebildeten Prototypen wurden am IFM-Pumpenprüfstand Funktionsoptimierungen durchgeführt.