DE69919658T2

DE69919658T2 - Hydrauliksystem mit einer pumpe mit variabler fördermenge

Info

Publication number: DE69919658T2
Application number: DE69919658T
Authority: DE
Inventors: D. Michael ANDERSON; H. Dennis GIBSON; D. Ronald SHINOGLE; D. Matthew FRIEDE
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: US6162022A; EP1000245A1; EP1000245B1; DE69919658D1; WO1999061796A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Flüssigkeitspumpen mit variabler Lieferung und insbesondere auf ein hydraulisches Untersystem für einen Verbrennungsmotor, der eine Hochdruck-Pumpe mit variabler Lieferung verwendet.
Technischer Hintergrund
Im Allgemeinen weist ein Hydrauliksystem eine oder mehrere hydraulisch betätigte Vorrichtungen auf, die mit einer Quelle für unter Druck gesetztes Strömungsmittel verbunden sind. Ein Beispiel eines solchen Systems weist die hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzsysteme auf, die von Caterpillar Inc., Peoria, Illinois, USA, zur Anwendung bei Dieselmotoren hergestellt werden. Bei gegenwärtigen Systemen dieser Bauart ist eine Vielzahl von hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzvorrichtungen in einem Motor montiert und ist mit einer Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung (Verteilerleiste) verbunden, die Hochdruck-Schmieröl enthält. Die Common-Rail wird durch eine Pumpe mit fester Verdrängung unter Druck gehalten, die direkt vom Motor angetrieben wird. Der Druck in der Common-Rail wird durch ein herkömmliches elektronisches Steuermodul gesteuert, welches den Druck auf einem erwünschten Niveau hält, in dem ein Anteil des unter Druck gesetzten Öls zurück zum Sumpf abgelassen wird. Während diese hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzsysteme hervorragend für viele Jahre gearbeitet haben, bleibt Raum zur Verbesserung. Insbesondere kommt bei der Steuerung des Strömungsmitteldruckes durch Ablassen eines Teils des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zurück zum Öldrucksumpf eine Energieverschwendung zusammen, die sich als höher als notwendig für den spezifischen Brennstoffverbrauch des Motors erweist. Somit bleibt Raum zur Verbesserung des gesamten Wirkungsgrades des hydraulischen Systems und des Motors, wenn der Druck in der Common-Rail aufrechterhalten werden kann und ohne eine übermäßige Energieverschwendung aufgrund des Ablassens von dem unter Druck gesetzten Strömungsmittel zu rück zum Sumpf gesteuert werden kann.
EP-A-0 270 720 offenbart eine Pumpe mit variabler Verdrängung, bei der der Ausgangsfluss durch Ventilmittel auf der Einlassseite der Pumpe gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung ist auf diese und andere Probleme gerichtet, die mit Pumpen für Hydrauliksysteme assoziiert sind.
Offenbarung der Erfindung
Ein Flüssigkeitspumpensystem mit variabler Lieferung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Anspruch 1 dargelegt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein hydraulisches Untersystem in Anspruch 9 definiert. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung können aus den abhängigen Ansprüchen gewonnen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine diagrammartige geschnittene Frontansicht einer Pumpe mit variabler Lieferung gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine diagrammartige geschnittene Seitenansicht der Pumpe mit variabler Lieferung der 2, wie entlang der Schnittlinie 3-3 zu sehen.
4a-e sind Kurvendarstellungen von dem Common-Rail-Druck, der Position des Flussbeschränkungsventils, der Tauchkolben/Stößel-Positionen 1, 2 und 3 gegenüber der Zeit, jeweils für ein hydraulisches System gemäß eines Aspektes der vor liegenden Erfindung.
5a-e sind Kurvendarstellungen des Common-Rail-Druckes, der Position des Flussbeschränkungsventils, der Tauchkolben/Stößel-Positionen 1, 2 und 3 gegenüber der Zeit, jeweils für ein hydraulisches System gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Mit Bezug auf 1 weist ein Verbrennungsmotor 10 ein hydraulisches Untersystem 11 auf, welches daran angebracht ist. Das System 11 weist eine Vielzahl von hydraulisch betätigten Vorrichtungen auf, die in diesem Fall hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 sind, die jedoch auch andere Vorrichtungen sein könnten, wie beispielsweise Gasaustauschventilbetätigungsvorrichtungen oder Auslass- bzw. Abgasbremsenbetätigungsvorrichtungen usw. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 werden bei ihrem Betrieb durch ein Hochdruck-Betätigungsströmungsmittel angetrieben, welches vorzugsweise Hochdruck-Schmieröl ist, welches in einer Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung (Verteilerleiste) 15 enthalten ist. Eine Hochdruck-Pumpe 16 mit variabler Lieferung, die vorzugsweise direkt vom Motor 10 angetrieben wird, hält den Strömungsmitteldruck in der Common-Rail 15 aufrecht. Niederdruck-Schmieröl wird zu der Hochdruck-Pumpe 16 durch eine Niederdruck-Ölzirkulationspumpe 13 geliefert, die Öl direkt aus dem Motorölsumpf 12 zieht. Bei diesem Ausführungsbeispiel teilt sich das hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzsystem 11 sowohl die Niederdruck-Ölzirkulationspumpe 13 als auch den Motorölsumpf 12 mit dem Schmieröluntersystem des Motors 10.
Der Fachmann wird erkennen, dass die Leistung und der Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 eine starke Funktion des Druckes des Schmieröls in der Common-Rail 15 ist. Wie Systeme des Standes der Technik, verwendet ein elektronisches Steuermodul 17 eine Vielzahl von Sensoreingangsgrößen und Steuermechanismen, um die Größe des Strö mungsmitteldruckes in der Common-Rail 15 zu steuern. Beispielsweise kann das elektronische Steuermodul 17 einen Motorsensor 59 verwenden, um die gegenwärtige Drehzahl und die Lastzustände des Motors 10 zu bestimmen, und kann diese Informationen verwenden, um einen erwünschten Druck für die Common-Rail 15 zu berechnen. Dieser erwünschte Druck kann mit dem tatsächlichen Druck in der Common-Rail 15 verglichen werden, der durch einen Drucksensor 50 gemessen wird und an das elektronische Steuermodul 17 über eine Kommunikationsleitung 51 übermittelt wird. Die primäre Steuerung des Brennstoffdruckes in der Common-Rail 15 wird durch einen Ausgangssteuermechanismus 23 aufrechterhalten, der eine Volumenratenausgabe aus der Hochdruck-Pumpe 16 zur Common-Rail 15 steuern kann. Wenn jedoch das elektronische Steuermodul 17 bestimmt, dass die Common-Rail 15 im Wesentlichen übermäßig unter Druck gesetzt ist, oder dass es einen Wunsch nach einem schnellen Druckabfall gibt, kann das elektronische Steuermodul 17 anweisen, dass ein Druckentlastungsventil 52 geöffnet wird, um schnell den Druck in der Common-Rail 15 abzulassen. Das Druckentlastungsventil 52 ist in einem Druckentlastungsdurchlass 53 positioniert, der sich zwischen der Common-Rail 15 und dem Motorölssumpf 12 erstreckt. Das Druckentlastungsventil 52 ist normalerweise geschlossenen, kann jedoch über eine Kommunikationsleitung 54 in herkömmlicher Weise angewiesen werden, sich zu öffnen.
Während des Hauptteils seines Betriebs ist das Druckentlastungsventil 52 geschlossenen, und das Schmieröl für das hydraulische System 11 beginnt und beendet seinen Kreislauf in dem Motorölsumpf 12 entlang einer anderen Route. Insbesondere erstreckt sich ein Versorgungsdurchlass 21 zwischen dem Einlass 26 der Hochdruck-Pumpe 16 und dem Auslass aus der Niederdruck-Ölzirkulationspumpe 13. Der Ausgabesteuermechanismus 23 für die Hochdruck-Pumpe 16 weist ein elektronisch gesteuertes Flussbegrenzungsventil 20 auf, welches in dem Versorgungsdurchlass 21 positioniert ist und in seinem Betrieb durch das elektronische Steuermodul 17 über eine Kommunikationsleitung 22 gesteuert wird. Das Flussbegrenzungsventil 20 steuert die Ausgabe aus der Hochdruck-Pumpe 16 durch Steuerung des Versor gungsdruckes und der Flussrate, die am Einlass 26 der Hochdruck-Pumpe 16 zu sehen sind. Beim typischen Betrieb wird das Flussbegrenzungsventil 20 auf eine Position eingestellt, die bewirkt, dass die Hochdruck-Pumpe 16 kontinuierlich die Common-Rail 15 mit einer gewissen minimalen Flussrate von Hochdruck-Öl aus dem Auslass 30 beliefert.
Wenn der Motor 10 arbeitet, wird Hochdruck-Öl von der Common-Rail 15 kontinuierlich von den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 verbraucht. Somit muss die Ausgabe aus der Hochdruck-Pumpe 16 zu der gesammelten Anforderung der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 passen oder diese überschreiten, damit das System 11 ordnungsgemäß arbeitet. Die Einlässe 56 von jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 sind mit der Common-Rail 15 über einen getrennten Verzweigungsdurchlass verbunden. Nach der Ausführung von Arbeit in den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 tritt das gebrauchte Öl aus den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 bei dem Auslassen 57 aus und wird zum Motorölsumpf 12 über den Ablaufdurchlass 58 zur Rückzirkulation zurückgeleitet. Da das Hydrauliksystem 11 in diesem Ausführungsbeispiel etwas anderes als Brennstoffströmungsmittel als sein hydraulisches Medium verwendet, werden die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 kontinuierlich mit Brennstoff über einen Brennstoffversorgungsdurchlass 55 versorgt, der mit einer Brennstoffquelle 18 verbunden ist.
Nun mit Bezug auf die 2 und 3 wird die Struktur der Hochdruck-Pumpe 16 veranschaulicht. Vorzugsweise hat die Hochdruck-Pumpe 16 eine Anzahl von sich hin und her bewegenden Stößeln, die mit der Anzahl von hydraulisch betätigten Vorrichtungen in dem System in Beziehung stehen. Bei diesem Beispiel weist die Hochdruck-Pumpe 16 drei hin und her laufende Tauchkolben auf, und der Motor 10 ist vorzugsweise einen Vier-Takt-Dieselmotor mit sechs Zylindern, und daher mit sechs Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14. Auf diese Weise kann der Pumpzyklus der einzelnen Tauchkolben derart ausgeführt werden, dass er mit dem Betätigungszeitpunkt der Brennstoffeinspritzvorrichtungen zusammenfällt, so dass der Druck in der Common-Rail 15 so stetig wie möglich gehalten werden kann. Somit kann bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Anzahl der sich hin und her bewegenden Tauchkolben und der Pumpwirkung davon in enger Weise mit dem Betrieb des Motors synchronisiert werden, und mit den entsprechenden hydraulisch betätigten Vorrichtungen. Aufgrund dieser Betrachtungspunkte, aufgrund von Betrachtungspunkten bezüglich der Packung und anderen Auslegungsfaktoren werden die sich hin und her bewegenden Tauchkolben der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in einer einzigen Ebene angeordnet, die senkrecht zu der sich drehenden Welle 27 der Pumpe orientiert ist, die vorzugsweise direkt mit der Antriebswelle des Motors 10 gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine einzige Nocke 28 verwendet werden, um alle drei sich hin und her bewegenden Tauchkolben sequenziell zu betätigen. Vorzugsweise sind die Struktur und der Betrieb von allen drei Tauchkolben nun im Wesentlichen identisch, außer dass sie um 120° außer Phase zueinander sind. Daher werden nur die Struktur und der Betrieb des Tauchkolbens Nr. 1 im Detail beschrieben.
Die Hochdruck-Pumpe 16 weist ein Pumpengehäuse 25 auf, in dem ein sich hin und her bewegender Tauchkolben 31 mit einem Druckstirnseitenende 32 getrennt von einem Kontakt ende 34 durch eine zylindrisch geformte Seitenfläche 33 positioniert ist. Der Tauchkolben 31 bewegt sich in einer Tauchkolbenbohrung 43, die zusammen mit dem Druckstirnseitenende 32 eine Pumpenkammer 42 definiert. Wenn der Tauchkolben 31 seinen Rückhub ausführt, fließt Strömungsmittel in die Pumpenkammer 42 über das Rückschlagventil 45 über den Einlassdurchlass 48 und den Versorgungsdurchlass 21b. Wenn der Tauchkolben 31 seinen Pumphub ausübt, wird das Rückschlagventil 45 geschlossen, und eine Strömungsmittelmenge in der Pumpenkammer 42 wird in den Auslassdurchlass 49 über das Rückschlagventil 46 verdrängt. Der Auslassdurchlass 49 öffnet sich durch den Auslass 30, der mit der Hochdruck-Rail 15 verbunden ist (1), wie früher bemerkt. Der Fachmann wird erkennen, dass die mit jeder Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 31 verdrängte Strömungsmittelmenge eine Funktion dessen ist, wie weit der Tauchkolben 31 sich mit jeder Drehung der Nocke 28 und der Welle 27 hin und her bewegt. Obwohl die Nocke 28 eine Distanz D für feste Verdrängung definiert, kann die Ausgabe der Pumpe dadurch gesteuert werden, dass man den Tauchkolben 31 über eine Distanz hin- und herlaufen lässt, die geringer ist, als die Distanz D der Nocke 28 für feste Verdrängung.
Um die Fähigkeit zu haben, die Hin- und Herbewegungsdiszanz des Tauchkolbens 31 zu variieren, weist die Pumpe 16 einen getrennten Stössel (Abstandselement) 37 auf, welches immer in Kontakt mit der Nocke 28 über die Wirkung der Stösselvorspannfeder 41 gehalten wird, die auf den Stösselhalter 39 wirkt. Somit bewegt sich mit jeder Drehung der Welle 27 der Stößel 37 und der Stößelhalter 39 über eine Distanz D für feste Verdrängung hin und her. Der Stößelhalter 39 weist einen nach innen gerichteten Absatz 40 auf, der sich in einem Ring 35 bewegt, der in der Seitenfläche 33 des Tauchkolbens 31 definiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel können die Wirkung des Stößel 37 und des Stößelhalters 39 nur bewirken, dass der Tauchkolben 31 sich zurückzieht, wenn die Ringhöhe 36 geringer als die Distanz D für feste Verdrängung plus der Dicke des inneren Absatzes 40 ist. Somit kann die Ringhöhe 36 ausreichend groß sein, dass der Tauchkolben 31 trotz der fortgesetzten Bewegung des Stößels 37 und des Stößelhalters 39 stationär bleibt. Jedoch ist die Ringhöhe 36 so ausgewählt, dass der Tauchkolben 31 über eine gewisse minimale Distanz bei jeder Drehung der Nocke 28 zurückgezogen wird. Wenn somit ein unzureichender Druck auf das Druckstirnseitenende 32 wirkt, um zu bewirken dass der Tauchkolben 31 sich zurückzieht, wie beispielsweise während Startperioden des Motors, kann eine gewisse minimale Ausgabe aus der Pumpe 16 dadurch aufrechterhalten werden, dass man eine Ringhöhe 36 derart auswählt, dass sie ein gewisses minimales Ausmaß an Rückzugsbewegung des Tauchkolbens bewirkt, wenn der Stößel 37 und der Stößelhalter 39 sich mit der Drehung der Nocke 28 hin und her bewegenden.
Um die Ausgabe aus der Pumpe 16 zu steuern, zieht die vorliegende Erfindung die Steuerung dessen in Betracht, wie weit der Tauchkolben 31 sich zwischen den Pumpzyklen zurückzieht. Um dies zu erreichen beruht die vor liegende Erfindung primär auf dem Strömungsmitteldruck, der auf das Druckstirnseitenende 32 des Tauchkolbens 31 wirkt, um den Tauchkolben 31 zurück zu ziehen, um die Pumpenkammer 42 zwischen den Pumpzyklen erneut zu füllen. Wenn somit der Strömungsmittelversorgungsdruck in dem Einlassdurchlass 48 relativ hoch ist, wird die Strömungsmittelkraft, die auf das Druckstirnseitenende 32 wirkt, bewirken, dass der Tauchkolben 31 dem Stößel 37 folgt, so dass seine Hin- und Herbewegungsdiszanz ungefähr gleich der Distanz D der Nocke 28 für feste Verdrängung ist. Wenn jedoch der Strömungsmitteldruck in dem Einlassdurchlass 48 relativ gering ist, wird der Tauchkolben 31 sich nur über eine relativ kurze Distanz zwischen den Pumpzyklen zurückziehen. Ein minimaler Druck, der nötig ist, um den Tauchkolben 31 zurückzuziehen, wird über die Positionierung einer Einstellfeder 44 zwischen den Tauchkolben 31 und dem Stößel 37 gesteuert. Der Druck, der nötig ist, um den Tauchkolben 31 zurückzuziehen, und daher für die Ausgabe der Pumpe 16, wird durch das Flussbegrenzungsventil 20 gesteuert, welches den Versorgungsdruck in dem Einlassdurchlass 48 steuern kann. Wenn das Flussbegrenzungsventil 20 zumindest teilweise geschlossen ist, ist der Druck in dem Einlassdurchlass 48 nur ausreichend hoch, um den Tauchkolben 31 über eine Distanz zurückzuziehen, die geringer ist, als die Distanz D für feste Verdrängung der Nocke 28. Es ist jedoch wichtig zu bemerken, dass der nötige Druck, um vollständig den Tauchkolben zurückzuziehen, bei einer Motordrehzahl beträchtlich anders sein wird als bei einer anderen Motordrehzahl, weil die Zeitdauer, die verfügbar ist, damit sich der Tauchkolben zurückzieht, eine Funktion der Drehzahl der sich drehenden Welle ist, die direkt vom Motor angetrieben wird. Somit gibt es verschiedene Konstruktionsparameter, die ordnungsgemäß bemessen werden müssen, um eine maximale Ausgangsteuerungsgröße für die Pumpe 16 über ihren erwarteten Betriebsbereich vorzusehen. Unter diesen sind der Ausgangversorgungsdruck aus der Ölzirkulationspumpe 13, der Bereich der Druckabfälle, die durch das Flussbegrenzungsventil 20 verfügbar sind, die Fläche des Druckstirnseitenendes 32 und die Stärke der Einstellfeder 44, falls vorhanden.
Industrielle Anwendbarkeit
Zusätzlich nun mit Bezug auf die 4a-e sind verschiedene Parameter über die Zeit für eine aufgenommene Betriebsperiode des hydraulisch betätigten Systems 11 der 1 aufgezeichnet. Diese Kurvendarstellungen zeigen bei ihrem Beginn, dass der Common-Rail-Druck auf einem relativ niedrigen Niveau gehalten werden kann, indem man den Fluss durch das Flussbegrenzungsventil einschränkt. Die 4c-e zeigen, dass dieses Flussbegrenzungsventil bewirkt, dass die Tauchkolben sich bei jedem Zyklus über eine Distanz hin und her bewegen, die wesentlich geringer ist als die Distanz für feste Verdrängung, wie durch die Stößelglieder bewegt. Somit trennt sich über einen Teil von jedem Zyklus das Kontakt ende 34 von der Kontaktfläche 38 des Stößels 37. Später bewegen sich in dem Zyklus das Kontaktende 34 und die Kontaktfläche 38 wieder zusammen, und die Kollision zwischen diesen beiden Teilen wird durch die Anwesenheit von Strömungsmittel und durch eine entsprechende Bemessung der Dämpfungszumessöffnung 29 gedämpft.
Zur Mitte der Kurvendarstellungen der 4 hin springt der erwünschte Common-Rail-Druck auf ein relativ hohes Niveau. Um schnell den tatsächlichen Druck in der Common-Rail anzuheben, bewegt sich das Flussbegrenzungsventil 20 in eine vollständig offene Position. Dies bewirkt, dass die Hin- und Herbewegungsdiszanz des Tauchkolbens beträchtlich ansteigt, so dass sie fast zu der Hin- und Herbewegungsdiszanz D für feste Verdrängung passt, über die sich die Stößel bewegen. Nachdem der tatsächliche Rail-Druck bis auf den erwünschten Druck angehoben wurde, oszilliert das Flussbegrenzungsventil zwischen verschiedenen, teilweise geschlossenen Positionen, um den tatsächlichen Druck so nah wie möglich an dem erwünschten Common-Rail-Druck zu halten. Während dieser Zeitperiode bewegen sich die Tauchkolben mit dem Stößel über einen Teil von zwei Dritteln ihres jeweiligen Hubes.
Nun mit Bezug auf die 5a-c wird eine Aufnahmestartperiode für das Hydrauliksystem der 1 veranschaulicht. In diesem Beispiel wird angenommen, dass aufgrund von Viskositätszuständen beim Kaltstart usw. es einen unzureichenden Versorgungsdruck gibt, um die Tauchkolben zurückzuziehen, auch wenn das Flussbegrenzungsventil vollständig offen ist. Während dieser Startperiode werden die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 nicht betrieben, weil noch kein ausreichender Hydraulikdruck in der Common-Rail vorhanden ist, um Brennstoff mit einem erwünschten Druck einzuspritzen. Diese Kurvendarstellungen veranschaulichen wie wünschenswert es ist, eine gewisse minimale Rückzugsbewegung der Tauchkolben zu haben, die in dem System eingebaut ist, um eine gewisse Pumpenausgabe aus der Pumpe 16 während Startbedingungen mit niedrigem Druck und hoher Viskosität zu haben. In diesem Fall ist die Ringhöhe 36, die in Figur zwei gezeigt ist, klein genug, dass die innere Schulter 40 des Stößelhalters 39 in Kontakt mit einem ringförmigen Absatzteil des Ringens 35 kommt, um den Tauchkolben 31 um eine minimale Distanz über jede Drehung der Welle 27 zurückzuziehen. In diesem Beispiel ist die minimale Distanz ungefähr 10% bis 15% der gesamten festen Hin- und Herbewegungsdiszanz D der Nocke 28. Diese Kurvendarstellungen zeigen, dass bei jedem aufeinanderfolgenden kleineren Pumpenhub der Tauchkolben Nr. 1-3 der Common-Rail-Druck inkrementell angehoben wird. Schließlich wäre der Druck in der Common-Rail ausreichend hoch, dass die Brennstoffeinspritzvorrichtungen ausreichend arbeiten könnten, um den Motor zu starten. Ein diesem Punkt sollte es einen ausreichenden Versorgungsdruck geben, dass das Flussbegrenzungsventil verwendet werden kann, um die Rückzugdistanzen der Tauchkolben zu steuern, und daher die Ausgabe aus der Hochdruck-Pumpe 16 und die Größe des Druckes in der Common-Rail.
Anders als bei Hydrauliksystem des Standes der Technik gibt es keine Notwendigkeit bei der vorliegenden Erfindung, kontinuierlich Hochdruck-Öl zurück zum Motorölsumpf abzuleiten, um den Common-Rail-Druck auf dem erwünschten Niveau zu halten. Somit sollte ein Motor, der ein Hydrauliksystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, einen verbesserten spezifischen Brennstoffverbrauch zeigen, weil die vorliegende Erfindung ausgelegt ist, dafür zu sorgen, dass die Pumpenausgabe nahe zu dem Verbrauchsniveau der hydraulischen Brennstoffeinspritzvorrichtungen passt. Somit könnte die Pumpe der vorliegenden Erfindung mögliche Anwendung bei einer Vielzahl von hydraulischen Systemen finden, insbesondere bei jenen, wo die Pumpenausgabe den Versorgungsdruck der hydraulischen Vorrichtungen steuert, während er im Wesentlichen zum Verbrauchsniveau der Vorrichtungen passt.
Weil die Hochdruck-Pumpe 16 der vorliegenden Erfindung nahezu ausschließlich auf dem Strömungsmitteldruck beruht, um ihre Tauchkolben zurückzuziehen, und nicht auf mechanischen Federkräften, wie bei einigen Pumpen des Standes der Technik, gibt es eine geringe Chance, dass unerwünschte und möglicherweise schadensverursachende Kavitationsblasen sich innerhalb der Pumpe bilden. Es gibt die Möglichkeit einer Entwicklung von Kavitation, wenn der Tauchkolben dazu gezwungen wird, sich über eine minimale Distanz zurückziehen und zwar, aufgrund der speziellen Abmessung der Ringhöhe 36, jedoch können die Bedingungen für eine Kavitation vermieden werden, indem man sicherstellt, dass das Flussbegrenzungsventil 20 immer zumindest teilweise offen ist. Somit kann, indem sie in geeigneter Weise verschiedene Parameter bemisst und ein Flussbegrenzungsventil in dem Pumpeneinlass aufweist, die vorliegende Erfindung viele der Vorteile einer herkömmlichen Pumpe mit fester Verdrängung erreichen, jedoch die Fähigkeit haben, die Lieferung zu variieren, so dass die Pumpe in einem wirkungsvolleren Hydrauliksystem arbeiten kann.
Die obige Beschreibung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und sollte nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken. Verschiedene Modifikationen können an dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der bezüglich der unteren dargelegten Ansprüche definiert ist.

Claims

Flüssigkeitspumpensystem (16) mit variabler Fördermenge, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse (25), das einen Einlass (26), einen Auslass (30) und eine Plunger- bzw. Tauchkolbenbohrung (43) definiert; eine sich drehende Welle (27), die eine Nocke (28) aufweist, welche einen festgelegten Verdrängungsabstand D mit jeder Drehung der Welle (27) definiert, einen Plunger- bzw. Tauchkolben (31), der verschiebbar in der Plunger- bzw. Tauchkolbenbohrung (43) angeordnet ist; eine Flüssigkeitsversorgung mit einem Versorgungsdruck, wobei die Flüssigkeitsversorgung an dem Einlass befestigt ist durch einen Versorgungsdurchlass (21); und einen Ausgabesteuermechanismus (23), der ein elektronisch gesteuertes Flussbegrenzungsventil (20) aufweist, das in dem Versorgungsdurchlass (21) angeordnet ist, wobei der Tauchkolben (31) sich um weniger als den festgelegten Verdrängungsabstand D während jeder Drehung der Welle (27) zurückzieht, wenn das Flussbegrenzungsventil (20) mindestens teilweise geschlossen ist, und gekennzeichnet durch einen Minimalrückkehrmechanismus bzw. Mechanismus zur minimalen Rückstellung, der betriebsmäßig angeordnet ist zum Zurückziehen des Tauchkolbens (31) um einen minimalen Verdrängungsabstand, der geringer ist als der festgelegte Verdrängungsabstand D während jeder Drehung der Welle (27).
Pumpensystem (16) gemäß Anspruch 1, wobei der Versorgungsdruck ausreichend hoch ist, um den Tauchkolben (31) über den festgelegten Verdrängungsabstand D während jeder Drehung der Welle (27) hydraulisch zurückzuziehen, wenn das Flussbegrenzungsventil (20) offen ist; und wobei der Versorgungsdruck ausreichend niedrig ist, um den Tauchkolben (31) um weniger als den festgelegten Verdrängungsabstand D während jeder Drehung der Welle (27) hydraulisch zurückzuziehen, wenn das Flussbegrenzungsventil (20) mindestens teilweise geschlossen ist.
Pumpensystem (16) gemäß Anspruch 1, wobei das Pumpensystem ferner Folgendes aufweist: einen Stößel (37), der zwischen dem Tauchkolben (31) und der Nocke (28) angeordnet ist; und eine Feder (41), die betriebsmäßig angeordnet ist zum Vorspannen des Stößels (37) im Kontakt mit der Nocke (28).
Pumpensystem (16) gemäß Anspruch 1, welches ferner ein elektronisches Steuermodul (17) aufweist, das in Verbindung mit dem Flussbegrenzungsventil (20) steht, und in der Lage ist, dieses zu steuern.
Pumpensystem (16) gemäß Anspruch 1, welches ferner eine Vielzahl von Plungern bzw. Tauchkolben (31) aufweist, die um die Welle (27) herum angeordnet sind und in einer Ebene liegen.
Pumpensystem (16) gemäß Anspruch 1, welches ferner eine Einstellfeder (44) aufweist, die zwischen dem Tauchkolben (31) und dem Stößel (37) angeordnet ist.
Pumpensystem (16) gemäß Anspruch 1, das eine Vielzahl von Plungern bzw. Tauchkolben (31) aufweist, die um die Welle herum verteilt sind und in einer Ebene liegen, und ferner Folgendes aufweist: einen separaten Stößel (37), der zwischen jedem der Tauchkolben (31) und der Nocke (28) angeordnet ist; und eine separate Feder (41), die betriebsmäßig angeordnet ist, um jeden der Stößel (37) in Kontakt mit der Nocke (28) vorzuspannen; und ein elektronisches Steuermodul (17), das in Verbindung mit dem Flussbegrenzungsventil (20) ist und in der Lage ist, dieses zu steuern.
Pumpensystem (16) gemäß Anspruch 6, das ferner eine Vielzahl von Minimalrückkehrmechanismen bzw. Mechanismen zur minimalen Rückstellung aufweist, die betriebsmäßig angeordnet sind zum Zurückziehen jedes der Tauchkolben (31) um einen minimalen Verdrängungsabstand, der geringer ist als der festgelegte Verdrängungsabstand D während jeder Drehung der Welle (27).
Hydraulisches Untersystem (11), das Folgendes aufweist: eine Niederdruckpumpe (13) mit einem Einlass, welcher mit einer Flüssigkeitsquelle (12) verbunden ist; eine Hochdruckpumpe (16), die durch ein Flüssigkeitspumpensystem mit variabler Fördermenge gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet wird, mit einem Auslass (30), welcher mit einem Hochdruckreservoir (15) der Flüssigkeit verbunden ist; einen Versorgungsdurchlass (21), welcher sich zwischen einem Auslass der Niederdruckpumpe (13) und einem Einlass (26) der Hochdruckpumpe (16) erstreckt; und mindestens eine hydraulisch betätigte Einrichtung (14) mit einem Einlass (56), welcher mit dem Hochdruckreservoir (15) verbunden ist; wobei der Auslasssteuermechanismus (23) eine Volumenrate der Flüssigkeit steuert, die von der Hochdruckpumpe (16) an das Hochdruckreservoir (15) geliefert wird.
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß Anspruch 9, welches ferner Folgendes aufweist: einen Drucksensor (50), welcher an dem Hochdruckreservoir (15) befestigt ist; ein elektronisches Steuermodul (17) in Verbindung mit dem Drucksensor (50) und ferner in Verbindung mit dem Flussbegrenzungsventil (20) und in der Lage, dieses zu steuern.
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß Anspruch 10, welches ferner Folgendes aufweist: einen Druckentlastungsdurchlass (53), welcher mit dem Hochdruckreservoir (15) verbunden ist; ein elektronisch gesteuertes Druckentlastungsventil (52), das in dem Druckentlastungsdurchlass (53) angeordnet ist; und wobei das elektronische Steuermodul (17) in Verbindung mit dem Druckentlastungsventil (52) steht und in der Lage ist, dieses zu steuern.
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß Anspruch 10, wobei die Flüssigkeit in dem Versorgungsdurchlass (21) zwischen der Niederdruckpumpe (13) und dem Flussbegrenzungsventil (20) auf einem Versorgungsdruck ist.
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß Anspruch 10, wobei die Hochdruckpumpe (16) eine Vielzahl von Plungern bzw. Tauchkolben (31) aufweist, die um die Welle (27) verteilt sind und in einer Ebene liegen; einen separaten Stößel (37), der zwischen jedem der Vielzahl von Tauchkolben (31) und der Nocke (28) angeordnet ist; und eine Feder (41), die betriebsmäßig angeordnet ist zum Vorspannen jedes der separaten Stößel (37) in Kontakt mit der Nocke (28).
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, welches ferner Folgendes aufweist: einen Motor (10) mit einem Schmierölsumpf (12); wobei die Niederdruckpumpe (13) an dem Motor (10) befestigt ist und wobei der Einlass (26) davon mit dem Schmierölsumpf (12) verbunden ist; wobei die Hochdruckpumpe (16) an dem Motor (10) befestigt ist und der Auslass (30) davon mit einer gemeinsamen Hochdruckleitung bzw. einer Hochdruck-Common-Rail (15) verbunden ist, und wobei die Hochdruckpumpe (16) eine Vielzahl hin- und herbewegbarer Plunger bzw. Tauchkolben (31) besitzt, die um die Welle (27) herum verteilt sind und in einer Ebene liegen; einen Ölversorgungsdurchlass (21), welcher sich zwischen dem Auslass der Niederdruckpumpe (13) und dem Einlass (26) der Hochdruckpumpe (16) erstreckt; eine Vielzahl hydraulisch betätigter Einrichtungen (14) mit Einlässen (56), die mit der Hochdruck-Common-Rail (15) verbunden sind, und Auslässen (57), die mit dem Schmierölsumpf (12) verbunden sind; wobei der Auslasssteuermechanismus (23) eine Volumenrate des Öls steuert, das von der Hochdruckpumpe (16) an die Hochdruck-Common-Rail (15) geliefert wird; und wobei die Vielzahl hin- und herbewegbarer Tauchkolben (31) sich um weniger als den festgelegten Verdrängungsabstand D während jeder Drehung der Welle (27) zurückzieht, wenn das Flussbegrenzungsventil (20) mindestens teilweise geschlossen ist.
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß Anspruch 14, wobei der Drucksensor (50) an der Hochdruck-Common-Rail (15) befestigt ist; wobei das elektronische Steuermodul (17) ferner in Verbindung mit der Vielzahl von hydraulisch betätigten Einrichtungen (14) steht und in der Lage ist, diese zu steuern.
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß Anspruch 15, welches ferner einen Druckentlastungsdurchlass (53) aufweist, welcher sich zwischen der Hochdruck-Common-Rail (15) und dem Schmierölsumpf (12) erstreckt.
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß Anspruch 16, welches ferner Folgendes aufweist: einen separaten Stößel (37), der zwischen jedem der Vielzahl von Tauchkolben (31) und der Nocke (28) angeordnet ist; eine Feder (41), die betriebsmäßig angeordnet ist zum Vorspannen jedes der separaten Stößel (37) in Kontakt mit der Nocke (28); eine Menge an Dämpfungsöl, das zwischen den Stößeln (37) und den Tauchkolben (31) angeordnet ist.
Hydraulisches Untersystem (11) gemäß Anspruch 17, welches ferner einen Minimalrückkehrmechanismus bzw. Mechanismus zur minimalen Rückstellung aufweist, der betriebsmäßig angeordnet ist zum Zurückziehen der Vielzahl von hin- und herbeweglichen Tauchkolben (31) um einen minimalen Verdrängungsabstand, der geringer ist als der festgelegte Verdrängungsabstand D während jeder Drehung der Welle (27).