CN101641535A - 用于驱动活塞泵的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于驱动活塞泵的装置，其包括至少一个布置在凸轮轴上的凸轮，该凸轮与泵活塞或者布置在凸轮和泵活塞之间的构件共同作用，以产生泵活塞的往复运动，其中该凸轮的凸轮升程曲线具有用于向上冲程的第一区段和用于向下冲程的第二区段，其中，所述凸轮升程曲线(15，18)从基本上对应正弦波(14，19)的形状进行改变，使其与正弦波形状(14，19)相比，在向上冲程的开始处产生活塞加速度的提高，并且在向上冲程的结束处产生活塞减速度的减小。

Description

用于驱动活塞泵的装置
技术领域
本发明涉及一种用于驱动活塞泵的装置，它包括至少一个布置在凸轮轴上的凸轮，该凸轮与泵活塞或者布置在凸轮和泵活塞之间的构件共同作用，以产生泵活塞的往复运动，其中该凸轮的凸轮升程曲线具有用于向上冲程的第一区段和用于向下冲程的第二区段。
背景技术
活塞泵例如使用作为内燃机中的高压泵。高压泵提供在发动机工作期间要储存在轨道中的高压燃料。为了能够保证在所有工作点的功能，高压泵的最大输送量在此必须明显超过发动机需要的全负荷量。但是另一方面，在部分负荷工作或者说空载运行时，只需要少量的泵输送量。因此通过计量单元(ZME)电子调节输送量，它根据轨道中的燃料压力确定到高压泵的注入量。这样必须在轨道中输入在相应的工作点上实际需要的量，而不是通过压力调节阀重新释放累积的过量的量并回输到油箱中，而这会引起能量损失和燃料的强烈加热。
高压泵由至少一个泵元件组成，该泵元件通过滚轮挺杆驱动或者直接由凸轮轴驱动。输送泵例如齿轮泵在抽吸侧从油箱中提供具有较小压力的燃料。在压力侧，压缩过的燃料通过集流管达到轨道中。
对于凸轮驱动的共轨高压泵来说，特殊的挑战在于高的泵转速，该转速用于高的特殊的输送功率。该泵的凸轮升程一般由不同的部分区域，如切线升程或者具有正的或者负的半径的圆弧组成。由此得出预定的加速度曲线，如直线的、正弦形的或者抛物线形的。此外还有在整个冲程曲线上具有正弦(或者说余弦)形的凸轮升程。
不同的凸轮升程曲线已经由EP 244340B 1、JP 7133749A和JP5263727A公开。
对凸轮形状的要求在于，达到尽可能高的极限转速，这样得到滚轮挺杆在上死点(OT)的区域中的尽可能小的减速度，由此不存在滚轮挺杆抬起的危险，并且此外这样泵元件弹簧的动力振动激励保持较小。由不同的部分区域所组成的凸轮升程可以达到高的极限转速，但是由于加速度曲线中的折点导致泵元件弹簧的高的激励频率，因为可能在输送频率中出现高次谐波振动。另一方面，正弦形的凸轮升程具有泵元件弹簧的较小的振动激励的优点(只有输送频率，没有谐波振动)，当然是在极限转速潜能受限的情况下。
发明内容
由此本发明的目的是，在同时提高极限转速的情况下，提供一种具有较小的泵元件弹簧的动力振动激励的凸轮升程曲线。
为解决该任务，本发明提出，凸轮升程曲线由基本上对应正弦波的形状进行改变，使它与正弦波形状相比，在向上冲程的开始处产生活塞加速度的提高，并且在向上冲程的结束处产生活塞减速度的减小，其中凸轮升程曲线在它的第一区段中具有由第一正弦波的半波同第二正弦波相叠加产生的形状，其中第二正弦波具有第一正弦波的双倍的频率并比第一正弦波具有更小的振幅。特别是通过活塞减速度在向上冲程的结束处的减小，也就是说通过在泵活塞达到上死点那里更平坦的凸轮升程曲线走向，减小了沿着活塞从凸轮上抬起的方向上的加速度分量，这样可以提高极限转速。同时弹簧的振动激励的程度保持较小，因为凸轮升程曲线是从正弦波变形的。为了避免不希望的振动分量的产生，该装置这样构造，即凸轮升程曲线在它的第一区段中具有由第一正弦波的半波同第二正弦波相叠加产生的形状，其中第二正弦波具有第一正弦波的双倍的频率并具有比第一正弦波更小的振幅。在这样的叠加的情况下，实现了活塞加速度在向上冲程的开始处的提高以及活塞减速度在向上冲程的结束处的减小的所期望的效应，并且同时避免了不可控制地引入谐波振动，这种谐波振动在比较低的转速下就已导致泵活塞抬起。
正弦振动与另一个具有双倍频率的正弦振动的叠加在此可以有利地在凸轮升程曲线的整个长度上进行，并且在这种情况下优选规定，凸轮升程曲线具有由第一正弦波的全波同第二正弦波相叠加产生的形状，其中第二正弦波具有第一正弦波的双倍的频率并具有比第一正弦波更小的振幅。
如已经提及的那样，第二正弦波的振幅，也就是说，那个用于叠加的正弦波的振幅，小于第一正弦波的振幅，也就是说那个表征凸轮升程的基本形状的正弦波的振幅。在这种情况下，优选第二正弦波的振幅为第一正弦波的振幅的1/5至1/15，优选1/8至1/12。通过第二正弦波的振幅保持低于第一正弦波的振幅的1/6，可以使附加振动的引入程度保持在合理的极限内，这样弹簧不会被以不希望的方式激励。
为了使凸轮升程曲线匹配更好，以实现更高的极限转速，根据一种优选的构造方案规定，另外至少一个正弦波与谐波的、特别是偶数次谐波的频率相叠加。在此，除了与具有双倍频率的正弦波叠加外，基本振动例如可以附加地与另外的具有基本振动的四倍频率的正弦波相叠加。偶数次的谐波在这种情况下特别合适，由此凸轮升程曲线不会有局部的凹陷或者类似情况。
附图说明
本发明接下来借助在图中示意示出的实施例详细说明。在图中，图1示出了按照现有技术的泵元件的基本结构，图2示出了根据本发明的凸轮升程曲线，并且图3示出了泵活塞的冲程和加速度的曲线。
具体实施方式
图1示出了按照现有技术的泵元件的基本结构。泵元件1由缸体2和在缸体中纵向移动地导引的活塞3组成。由内燃机驱动的凸轮轴4使活塞3在缸体2中上下运动，其中活塞弹簧3a维持与活塞3相连的滚轮挺杆13同凸轮轴4之间的接触。在活塞3的向下过程中，通过抽吸阀5将燃料从泵抽吸室6抽出，并且接着在向上过程中通过压力阀7压入轨道8中。凸轮轴4在此由轴构件9和用于每个要控制的泵元件1的凸轮10组成。凸轮10的确定了泵元件1的冲程的轮廓一般由多个圆形11的和切线的凸轮部段12组成。替代地，凸轮的形状也可以由正弦振动产生。
根据本发明的凸轮形状在图2中示出。在此可以看出，凸轮升程曲线18由第一正弦波19和第二正弦波20相叠加形成，其中第二正弦波20与第一正弦波19相比，具有双倍的频率和更小的振幅。在此要注意，正弦波的概念在本发明的框架下表示如在图2中示出的波形，并且对应如其在严格的数学意义上由正弦函数在-90和+270°之间的范围内产生的曲线。这样的曲线也可以称为具有负号的余弦振动。
图3示出了在正弦形的凸轮的情况下，冲程14和加速度16的曲线，以及在根据本发明的双正弦凸轮的情况下，冲程曲线15和加速度曲线17，其中在X轴上绘出凸轮角并且在Y轴上绘出冲程以及加速度。在正弦凸轮的情况下，加速度16在输送开始时(0°)小于在双正弦凸轮情况下的加速度17。在上死点(180°)处，双正弦凸轮的减速度17小于正弦凸轮的减速度16，这样可以实现更高的极限转速。替代地，存在此可能性，即再叠加另外的谐波振动，以由此进一步提高停止转速。

Claims (9)

1.一种用于驱动活塞泵的装置，其包括至少一个布置在凸轮轴上的凸轮，该凸轮与泵活塞或者布置在凸轮和泵活塞之间的构件共同作用，以产生泵活塞的往复运动，其中该凸轮的凸轮升程曲线具有用于向上冲程的第一区段和用于向下冲程的第二区段，其特征在于，所述凸轮升程曲线(15，18)从基本上对应正弦波(14，19)的形状进行改变，使其与正弦波形状(14，19)相比，在向上冲程的开始处产生活塞加速度的提高，并且在向上冲程的结束处产生活塞减速度的减小，其中凸轮升程曲线(18)在该凸轮升程曲线的第一区段中具有由第一正弦波(19)的半波同第二正弦波(20)相叠加产生的形状，其中第二正弦波(20)具有第一正弦波(19)的双倍的频率和比第一正弦波(19)更小的振幅。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凸轮升程曲线(18)具有由第一正弦波(19)的全波同第二正弦波(20)相叠加产生的形状，其中第二正弦波(20)具有第一正弦波(19)的双倍的频率和比第一正弦波(19)更小的振幅。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二正弦波(20)的振幅为第一正弦波(19)的振幅的1/5至1/15，优选1/8至1/12。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，另外至少一个正弦波与谐波的、特别是偶数次谐波的频率相叠加。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述布置在泵活塞(3)和凸轮(10)之间的构件构造成滚轮挺杆(13)。
6.用于根据权利要求1至5中任意一项所述的装置的凸轮，该凸轮的凸轮升程曲线具有用于向上冲程的第一区段和用于向下冲程的第二区段，其特征在于，所述凸轮升程曲线(15，18)由基本上对应正弦波(14，19)的形状进行改变，使其与正弦波形状(14，19)相比，在向上冲程的开始处产生活塞加速度的提高，并且在向上冲程的结束处产生活塞减速度的减小，其中凸轮升程曲线(18)在该凸轮升程曲线的第一区段中具有由第一正弦波(19)的半波同第二正弦波(20)相叠加产生的形状，其中第二正弦波(20)具有第一正弦波(19)的双倍的频率和比第一正弦波(19)更小的振幅。
7.根据权利要求6所述的凸轮，其特征在于，所述凸轮升程曲线(18)具有由第一正弦波(19)的全波同第二正弦波(20)相叠加产生的形状，其中第二正弦波(20)具有第一正弦波(19)的双倍的频率和比第一正弦波(19)更小的振幅。
8.根据权利要求6或7所述的凸轮，其特征在于，所述第二正弦波(20)的振幅为第一正弦波(19)的振幅的1/5至1/15，优选1/8至1/12。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的凸轮，其特征在于，另外至少一个正弦波与谐波的、特别是偶数次谐波的频率相叠加。
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