DE3639122A1

DE3639122A1 - Pump arrangement

Info

Publication number: DE3639122A1
Application number: DE19863639122
Authority: DE
Inventors: Kurt Heisler; Ekkehard Honsell; Ludwig Schmid; Frieder Schaedle; Heinrich Schuler
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1986-11-15
Filing date: 1986-11-15
Publication date: 1987-11-19

Abstract

The invention relates to a pump arrangement with a plurality of pumps for the delivery of variable quantities of fluid, particularly lubricant, to the lubrication points of an internal combustion engine. At full delivery, all the pumps take in lubricating oil from a tank, the pumps in this case being connected in parallel, and the said lubricating oil is delivered under pressure to the lubrication points. In the case of partial delivery, individual pumps can be connected in series. This is accomplished by the use of switching valves to establish connection between the delivery side of one pump and the inlet side of another pump so that lubricant which is already under the delivery pressure required at the lubrication points enters the second pump on the inlet side. In the case of pumps with the same displacement, the delivery side of the first pump can simultaneously be separated from the delivery line leading to the lubrication points. The inlet side of the second pump is likewise separated from the lubricant tank. The advantage is that, in the case of partial delivery, lower losses occur with this pump circuit arrangement than would be the case if, in the case of partial delivery, the delivery side of the unused pump were merely connected to the return. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 8 65 260 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a pump arrangement according to the Preamble of claim 1, as for example from the DE-PS 8 65 260 emerges as known.

In der DE-PS 8 65 260 ist eine Pumpenanordnung zur Förderung variabler Flüssigkeitsmengen unter Druck beschrieben. Bei Vollförderung entnehmen mehrere parallel geschaltete Pumpen aus einem Flüssigkeitsvorratsbehälter das zu fördernde Medium. Bei Teilförderung, wenn also nur ein Teil der geförderten Druckflüssigkeit von einem Verbraucher benötigt wird, wird die im Überfluß geförderte Druckflüssigkeit in den Flüssigkeitsvorratsbehälter zurückbefördert. Die von den Druckseiten wegführenden Druckleitungen der jeweils nicht benötigten Pumpen sind dann auf einen Flüssigkeitsrücklauf umgeschaltet, der mit dem Flüssigkeitsvorratsbehälter verbunden ist. An den auf Rücklauf geschalteten Pumpen erfolgt eine Leistungsaufnahme zur Überwindung der Leitungswiderstände und der damit verbundenen Druckerhöhung. An den auf Rücklauf geschalteten Pumpen ist ferner Leistung aufzubringen zur Erzeugnung eines Unterdrucks in den Saugleitungen und zur Beschleunigung der angesaugten Flüssigkeit. Diese Leistung ist bei Teilförderung als Verlustleistung aufzubringen. Nachteilig ist ferner, daß infolge des Unterdrucks in den Saugleitungen Kavitation auftreten kann mit den bekannten Nachteilen auf die Lebensdauer der Maschinenteile. Da ferner die auf Rücklauf geschalteten Pumpenstufen bei Teilförderung ständig Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter ansaugen, wird bei Teilförderung dieselbe große Flüssigkeitsmenge wie auch bei Vollförderung umgewälzt. Wenn das Fördermedium Schmieröl ist, das an den Schmierstellen einer Brennkraftmaschine benötigt wird, ist es aber nachteilig, im Überschuß zu fördern, weil dadurch ein unerwünschtes Aufschäumen des Schmieröls bei der Rückförderung bewirkt werden kann.In DE-PS 8 65 260 is a pump arrangement for promotion variable amounts of liquid described under pressure. At Full delivery is taken from several pumps connected in parallel the liquid to be pumped from a liquid storage container Medium. In the case of partial funding, if only part of the pumped hydraulic fluid required by a consumer is, the excess fluid delivered in the Liquid reservoir returned. The one from the Pressure lines leading away from the pressure sides of the respective not The pumps required are then on a liquid return switched over to the one with the liquid reservoir connected is. On the pumps switched to return there is a power consumption to overcome the Line resistances and the associated pressure increase. There is also power on the pumps switched to return apply to generate a vacuum in the Suction lines and to accelerate the suction Liquid. This benefit is for partial funding as To generate power loss. Another disadvantage is that due to the negative pressure in the suction lines cavitation can occur with the known disadvantages on the Service life of machine parts. Furthermore, since the return switched pump stages with partial delivery constantly Aspirate liquid from the liquid reservoir, the same large amount of liquid as circulated even with full funding. If the medium Lube is the one at the lubrication points Internal combustion engine is needed, but it is disadvantageous in To promote excess because this is an undesirable Foaming of the lubricating oil causes the return can be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistung, die an Pumpenanordnungen der aufgezeigten Art aufgrund einer Überflußförderung bei Teilförderung aufzubringen ist, herabzusetzen, und insbesondere auch zu vermeiden, daß bei Teilförderung unnötig große Flüssigkeitsmengen umgewälzt werden.The invention is based, the performance, the task on pump arrangements of the type shown due to a Abundance funding is to be raised for partial funding, reduce, and in particular to avoid that at Partial conveyance circulates unnecessarily large quantities of liquid will.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is carried out in a generic facility solved by the characterizing features of claim 1.

Der veränderliche Bedarf an Druckflüssigkeit wird bei Pumpenanordnungen mit mehreren Pumpen dadurch angepaßt, daß bei Teilförderung eine Anzahl von Pumpen zumindest einen Teil ihrer Druckflüssigkeit nicht direkt zu einem Verbraucher liefert, sondern zur Saugseite einer anderen Pumpe, deren Druckseite mit dem Verbraucher verbunden ist. Bei Pumpen mit gleicher Förderkapazität brauchen nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung diejenigen Pumpen, bei denen an der Saugseite Druckflüssigkeit zugeführt wird, dann nicht mit dem Flüssigkeitsvorratsbehälter verbunden zu sein. Zugleich liefern die zur Saugseite einer anderen Pumpe Druckflüssigkeit abgebenden Pumpen keine Druckflüssigkeit zum Verbraucher. In anderen Worten heißt das, daß bei Teilförderung die Pumpen in Reihe und bei Vollförderung parallel geschaltet sind. Bei Pumpenanordnung mit zwei gleichen Pumpen wird auf diese Weise nur die halbe Flüssigkeitsmenge als bei Vollförderung umgewälzt. An einer Pumpe, die bei Teilförderung bereits Flüssigkeit mit am Verbraucher erforderlichen Druck ansaugt, erfolgt keine Leistungsaufnahme zur Druckerhöhung. Da die an der Saugseite zugeführte Druckflüssigkeit auch bereits ein entsprechendes Geschwindigkeitsniveau aufweist ist bei Teilförderung die an den Pumpen aufzubringende Leistung geringer als bei einer Pumpenanordnung, deren sämtliche Pumpen auch bei Teilförderung eine ruhende Flüssigkeit ansaugen. Ferner ist die Gefahr von Kavitation geringer, weil auf der Saugseite kein Unterdruck entsteht, der zur Bläschenbildung führen kann. Damit ergibt sich auch zugleich der Vorteil des geräuscharmen Laufs der Pumpe und geringerer Beschädigungsgefahr durch Kavitation.The changing need for hydraulic fluid is at Adjusted pump arrangements with several pumps in that in the case of partial funding, a number of pumps at least a part their pressure fluid not directly to a consumer delivers, but to the suction side of another pump whose Print page is connected to the consumer. For pumps with same funding capacity need an advantageous Embodiment of the invention those pumps in which hydraulic fluid is supplied to the suction side, then not with to be connected to the liquid reservoir. At the same time deliver the hydraulic fluid to the suction side of another pump pumps deliver no hydraulic fluid to the consumer. In In other words, this means that the pumps in Series and in parallel with full funding are connected. At Pump arrangement with two identical pumps is made in this way only half the amount of liquid than with full delivery circulated. On a pump that is already in the process of partial funding Sucks in liquid at the pressure required at the consumer, there is no power consumption to increase the pressure. Since the on hydraulic fluid supplied to the suction side is also already on corresponding speed level is at Partial funding of the performance to be applied to the pumps less than a pump arrangement, all of which Pumps a still liquid even with partial delivery suck in. Furthermore, the risk of cavitation is lower because on the suction side there is no negative pressure which leads to Can cause blistering. This also results at the same time the advantage of the quiet running of the pump and less Risk of damage from cavitation.

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on one in the drawings illustrated embodiment explained in more detail. It shows

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Pumpenanordnung mit zwei gleichen Pumpen mit einem Schaltbild für ein Schaltventil zum Herstellen zweier Schaltstellungen, Fig. 1 is a schematic illustration of a pump assembly with two identical pumps with a circuit diagram for a switching valve for making two switching positions,

Fig. 2: die Ausführung eines Schaltventils, mit dem zwei Pumpen parallel und hintereinander schaltbar sind, und mit dem außerdem für eine stufenlose Mengensteuerung ein Teil der geförderten Flüssigkeit absteuerbar ist. Fig. 2: the design of a switching valve with which two pumps can be connected in parallel and in series, and with which part of the delivered liquid can also be controlled for a continuous flow control.

Die in der Figur dargestellte Pumpenanordnung mit zwei gleichen Pumpen 1, 2, die als räumlich getrennte Zahnradpumpen ausgeführt sind, dient beispielweise zur Förderung von Schmieröl aus einem Flüssigkeitsvorratsbehälter 4 zu den Schmierstellen einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Pumpen 1, 2 sind so ausgelegt, daß im Leerlauf, bzw. im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine durch beide Pumpen zusammen eine ausreichende Schmiermittelmenge gefördert wird. Da dies bei nicht linear mit der Drehzahl ansteigendem Schmiermittelbedarf im oberen Drehzahlbereich zu einer unerwünschten übermäßigen Schmierung und Druckanstieg führen würde, wird in diesem Bereich die Fördermenge so weit verringert, bis sie nur noch der Fördermenge einer einzigen Pumpe entspricht, und entsprechend weniger Schmiermittel zu den Schmierstellen gelangt. Im Leerlauf ist deshalb das als 4/2-Ventil ausgeführte Schaltventil 3 so geschaltet, daß beide Pumpen 1, 2 Schmieröl aus einem Schmiermittelvorratsbehälter 4 über eine Saugleitung 5 entnehmen können, die über die Leitungen 6 mit der Saugseite der Pumpen in Verbindung steht. Insbesondere ist dann der Durchgang durch das Ventil, der die Saugseite der Pumpe 2 mit dem Schmiermittelbehälter verbindet, geöffnet. Ebenfalls geöffnet ist der Durchgang durch das Ventil, der die von der Druckseite der Pumpe 1 wegführende Druckleitung 7 mit der Förderleitung 9 verbindet. Zwischen Druckseite der Pumpe 1 und Saugseite der Pumpe 2 besteht in dieser Schaltstellung keine Verbindung. Bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine ist die von beiden Pumpen 1, 2 geförderte Ölmenge über Bedarf groß. Da mit der im Übermaß geförderten Ölmenge auch eine entsprechende Leistungsaufnahme der Pumpen verbunden ist, die sich in einem entsprechenden Brennstoffbedarf der Brennkraftmaschine niederschlägt, wird die angesaugte Fördermenge verringert, was dadurch erreicht wird, daß in der anderen Schaltstellung des Schaltventils 3, das im übrigen förderdruckabhängig schaltbar ist, die von der Druckseite der Pumpenstufe 1 wegführende Druckleitung 7 zur Förderleitung 9 unterbrochen wird. Ebenso wird die mit der Saugleitung 5 in Verbindung stehende Leitung 6, die zur Saugseite der Pumpenstufe 2 führt, unterbrochen. Dagegen wird ein einen Verbindungskanal darstellender Durchgang im Schaltventil 3 geöffnet, so daß nunmehr das von der Pumpe 1 unter Druck geförderte Schmieröl gänzlich von deren Druckseite über den Verbindungskanal zur Saugseite der Pumpe 2 fließen kann. Damit wird bei gleichen Pumpen die Fördermenge halbiert. Bei Pumpen unterschiedlicher Förderkapazität, oder zur Einstellung von Zwischenfördermengen, kann ein Teil der geförderten Schmiermittelmenge abgesteuert werden. Ein entsprechendes Ventil ist in Fig. 2 dargestellt.The pump arrangement shown in the figure with two identical pumps 1 , 2 , which are designed as spatially separate gear pumps, is used, for example, to deliver lubricating oil from a liquid reservoir 4 to the lubrication points of an internal combustion engine, not shown. The pumps 1 , 2 are designed in such a way that a sufficient amount of lubricant is conveyed together by both pumps in idle or in the lower speed range of the internal combustion engine. Since this would lead to an undesirable excessive lubrication and pressure increase with non-linearly increasing lubricant demand in the upper speed range, the delivery rate is reduced in this area until it only corresponds to the delivery rate of a single pump, and accordingly less lubricant to the Lubrication points reached. The idle switching valve 3, designed as a 4/2 valve, is therefore switched so that both pumps 1 , 2 can remove lubricating oil from a lubricant reservoir 4 via a suction line 5 , which is connected via lines 6 to the suction side of the pumps. In particular, the passage through the valve which connects the suction side of the pump 2 to the lubricant container is then opened. Also open is the passage through the valve, which connects the pressure line 7 leading away from the pressure side of the pump 1 to the delivery line 9 . In this switching position, there is no connection between the pressure side of pump 1 and the suction side of pump 2 . At higher engine speeds, the amount of oil pumped by both pumps 1 , 2 is greater than required. Since a corresponding power consumption of the pumps, which is reflected in a corresponding fuel requirement of the internal combustion engine, is associated with the excess oil output, the intake volume is reduced, which is achieved in that in the other switching position of the switching valve 3 , which is otherwise dependent on the delivery pressure is switchable, the pressure line 7 leading away from the pressure side of the pump stage 1 to the delivery line 9 is interrupted. Likewise, the line 6 , which is connected to the suction line 5 and leads to the suction side of the pump stage 2 , is interrupted. In contrast, a passage in the switching valve 3 which represents a connecting channel is opened, so that the lubricating oil delivered by the pump 1 under pressure can now flow entirely from its pressure side via the connecting channel to the suction side of the pump 2 . With the same pumps, the flow rate is halved. In the case of pumps with different delivery capacities, or for setting intermediate delivery volumes, part of the delivered lubricant volume can be shut off. A corresponding valve is shown in Fig. 2.

In Fig. 2 ist ein Schaltventil 3 ausgeführt, das abhängig von einem Steuerdruck, der in einer stirnseitigen Kammer 10 anliegt, bei Teilförderung die gesamte von der Pumpe 1 geförderte Ölmenge in Leitung 16 zur Saugseite der Pumpe 2 zuführt. Der Ventilkolben 11 befindet sich dann in der links angeschlagenen Position. Befindet sich der Ventilkolben 11 in der rechts angeschlagenen Position, saugen beide Pumpen 1, 2 über die Saugleitungen 13 und 15 aus dem Vorratsbehälter an und fördern die Höchstmenge. Die Ventilbauart erlaubt es aber auch, einen Teil der von Pumpe 1 geförderten Druckflüssigkeit über Druckleitung 14 direkt zum Verbraucher zu führen, und den andern Teil zu einem Ventilraum, in den auch die Saugleitung 13 der Pumpe 2 mündet. Je nach der Überdeckung der Durchflußöffnungen im Kolbengehäuse 12 lassen sich somit durch Absteuern Fördermengen einstellen, die zwischen der Fördermenge der Pumpe 1 allein und der Fördermenge beider Pumpen 1, 2 im Parallelbetrieb liegen. Bei Verwendung des dargestellten Ventils können auch auf unterschiedliche Fördermengen ausgelegte Pumpen 1 und 2 eingesetzt werden. Falls Pumpe 2 einen größeren Durchsatz als Pumpe 1 besitzt, ist darauf zu achten, daß stets, also auch bei Teilförderung, Pumpe 2 Schmiermittel aus dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 4 ansaugen kann. Im Überfluß von Pumpe 1 gefördertes Schmiermittel wird abgesteuert. Besitzt Pumpe 1 einen höheren Durchsatz als Pumpe 2, darf die zum Verbraucher führende Druckleitung 14 auf der Druckseite von Pumpe 1 niemals gänzlich verschlossen sein, um zu verhindern, daß zu hohe Drücke im Leitungssystem aufgebaut werden oder über die Saugleitung 13 der Pumpe 2 Schmiermittel zum Vorratsbehälter zurück gedrückt wird. Leitung 17 ist eine Entlüftungsleitung. In FIG. 2, a switching valve 3 is carried out, that the total delivered by the pump 1 feeds oil quantity depending on a control pressure applied to an end chamber 10 at partial extraction in line 16 to the suction side of the pump 2. The valve piston 11 is then in the position shown on the left. If the valve piston 11 is in the position struck on the right, both pumps 1 , 2 draw in via the suction lines 13 and 15 from the storage container and convey the maximum quantity. However, the valve design also allows part of the hydraulic fluid delivered by pump 1 to be fed directly to the consumer via pressure line 14 , and the other part to a valve chamber into which the suction line 13 of pump 2 also opens. Depending on the overlap of the flow openings in the piston housing 12 , delivery rates can thus be set by shutting off, which are between the delivery rate of pump 1 alone and the delivery rate of both pumps 1 , 2 in parallel operation. When using the valve shown, pumps 1 and 2 designed for different delivery quantities can also be used. If pump 2 has a greater throughput than one pump, it must be ensured that there is always, that can suck two lubricant from the fluid reservoir 4 even with partial funding, pump. Lubricant delivered in excess of pump 1 is shut off. If pump 1 has a higher throughput than pump 2 , the pressure line 14 leading to the consumer on the pressure side of pump 1 must never be completely closed in order to prevent excessive pressures from being built up in the line system or via the suction line 13 of pump 2 lubricant for Reservoir is pushed back. Line 17 is a vent line.

Das an einer Pumpenanordnung mit zwei Pumpen aufgezeigte Prinzip kann natürlich auch auf eine Pumpenanordnung mit mehr als zwei Pumpen angewandt werden. So können beispielsweise mit vier gleichen Pumpen vier verschiedene Förderstufen erzeugt werden, sieht man einmal davon ab, daß, wie dargestellt, durch Absteuern die Fördermenge zusätzlich nach stufenlos veränderbar ist. Angewendet auf eine Brennkraftmaschine würden im Leerlauf alle vier Pumpen parallel Schmieröl aus dem Ölvorratsbehälter entnehmen. Die Fördermenge verringert sich bei höherer Drehzahl um ein Viertel, wenn die Saugseite einer Pumpe mit der Druckseite einer anderen verbunden wird. Die halbe Menge ergibt sich, wenn die Druckseite einer Pumpe mit der Saugseite einer weiteren und die Druckseite dieser Pumpe wiederum mit der Saugseite einer dritten Pumpe verbunden wird. Ein Viertel der Fördermenge ergibt sich, wenn nur eine einzige Pumpe Schmiermittel aus dem Schmiermittelvorratsbehälter entnimmt, und das geförderte Öl jeweils nacheinander zur Saugseite der anderen drei geleitet wird, nachdem das Schmiermittel jeweils von der Druckseite der Pumpe abgenommen wurde.That shown on a pump arrangement with two pumps The principle can of course also be applied to a pump arrangement more than two pumps are used. So can for example, four different pumps with the same four Funding levels are generated, apart from the fact that as shown, by reducing the delivery rate is infinitely variable. Applied to one Internal combustion engine would idle all four pumps Remove the lubricating oil from the oil reservoir in parallel. The Delivery rate decreases by at higher speed Quarter if the suction side of a pump with the pressure side another is connected. Half the amount is if the pressure side of a pump with the suction side of a further and the pressure side of this pump in turn with the Suction side of a third pump is connected. A quarter of the Flow rate results when only a single pump Removes lubricant from the lubricant reservoir, and the extracted oil one after the other to the suction side of the another three is passed after the lubricant each has been removed from the pressure side of the pump.

Anstatt von vier einzelnen Pumpen können auch zwei Doppelpumpen verwendet werden, die jeweils drei ineinander greifende Zahnräder besitzen. Jede dieser Doppelpumpen hat zwei Saug- und zwei Druckräume, die in entsprechender Weise wie vier Einzelpumpen zu schalten sind, um vier Förderstufen zu erhalten. Leitung 17 ist eine Entlüftungsleitung.Instead of four individual pumps, two double pumps can be used, each with three intermeshing gear wheels. Each of these double pumps has two suction and two pressure chambers, which can be switched in the same way as four single pumps in order to obtain four delivery levels. Line 17 is a vent line.

Claims

1. Pump arrangement for conveying variable amounts of liquid under pressure, with several pumps connected in parallel during full delivery, which draw liquid from a liquid reservoir via a suction line, and pressure lines leading from the pressure side of the pumps to a consumer, as well as switching valves, by means of which during partial delivery by shutting off at least part of the passage cross section of a number of the pressure lines and diverting pressure fluid into connecting channels branching off from the pressure lines, the amount of liquid arriving at the consumer can be reduced, characterized in that connecting channels exist between the pressure side and the suction side of different pumps ( 1 , 2 ) all are blocked off in the case of full funding, and a number of which are open in the case of partial funding

2. Pump arrangement according to claim 1, characterized in that with the same pumps with partial delivery at the same time the connection of those pumps ( 2 ) with the liquid reservoir ( 4 ) can be completely interrupted, to the suction side via the connecting channels hydraulic fluid from the pressure side of another pump ( 1 ) is supplied, and at the same time the pressure lines ( 7 ) of those pumps ( 1 ) to the consumer can be completely shut off, which supply pressure fluid to the suction side of another pump ( 2 ).

3. Pump arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in each case two pumps ( 1 , 2 ) is assigned a switching valve ( 3 ) which, in a switching position, the connecting channel between the pressure side of one pump ( 1 ) and suction side of the other pump ( 2nd ), and in another switching position the suction sides of the pumps ( 1, 2 ) with the liquid reservoir ( 4 ), and the pressure sides with the pressure line ( 9 ) leading to the consumer.

4. Pump arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the switching valve ( 3 ) is controllable depending on the delivery pressure.

5. Pump arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the pump arrangement for Lube oil supply to the lubrication points Internal combustion engine is used.