DE10120252B4

DE10120252B4 - Pumpe mit veränderlichem Förderhub

Info

Publication number: DE10120252B4
Application number: DE10120252A
Authority: DE
Inventors: Hideo Konishi
Original assignee: Unisia JKC Steering Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: DE10120252A1; JP3933843B2; KR20010098932A; KR100419672B1; US6524076B2; US20010036412A1; JP2001304139A

Abstract

Pumpe mit veränderlichem Förderhub, mit
einem Rotor (15);
einem Hubring (17), der mit dem Rotor (15) eine Pumpenkammer (18) bildet,
einem Pumpengehäuse (11), in dem der schwenkbare Hubring (17) angeordnet ist, an dessen beiden Seiten eine erste bzw. eine zweite Druckkammer (33, 34) ausgebildet sind;
einem Steuerventil (30), das einen Schieber (32) aufweist, der in Axialrichtung durch die Differenz des Drucks an der Zulaufseite und der Ablaufseite einer Meßdrossel (50) betätigt wird, die in einem Abschnitt eines auslaßseitigen Durchlasses (27) der Pumpenkammer (18) ausgebildet ist, wobei das Steuerventil (30) wenigstens den Druck in der ersten Druckkammer (33) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß
eine elektronische Antriebseinheit (60) zum Ausüben eines Schubs in Axialrichtung auf den Schieber (32) des Steuerventils (30) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe mit veränderlichem Förderhub gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, die für ein Servolenkungssystem (eine Vorrichtung, die Druckfluid verwendet) als eine Öldruckquelle (Druckquelle) verwendet wird, um z.B. die für das Lenkrad eines Fahrzeuges erforderliche Kraft zu verringern.
Bei der für ein Servolenkungssystem verwendeten Pumpe ist es wünschenswert, daß einem Servozylinder des Servolenkungssystems Druckfluid in ausreichender Menge zugeführt wird, um eine Lenkunterstützungskraft zu erhalten, die dem Lenkzustand bei der Lenkoperation des Lenkrades entspricht (d.h. beim Lenken). Im Gegensatz hierzu ist beim Nicht-Lenken, wie z.B. einer Geradeausfahrt des Fahrzeuges, das Zuführen des Druckfluids nicht erforderlich.
Außerdem ist es bei der für ein Servolenkungssystem verwendeten Pumpe wünschenswert, daß die Fördermenge an Druckfluid bei hoher Fahrgeschwindigkeit kleiner ist als bei mittlerer oder niedriger Fahrgeschwindigkeit, wobei die Fahrstabilität bei Hochgeschwindigkeits-Geradeausfahrt mit einem schwergängigen Gefühl des Lenkrades bei hoher Fahrgeschwindigkeit aufrechterhalten wird.
Für eine solche Art von Pumpe für ein Servolenkungssystem wird im allgemeinen eine Pumpe mit festem Förderhub verwendet, die vom Motor des Fahrzeuges angetrieben wird. Die Pumpe mit festem Förderhub hat die Eigenschaft, daß die Förderrate mit zunehmender Drehzahl des Motors ansteigt. Um somit die Pumpe mit festem Förderhub als Pumpe für ein Servolenkungssystem zu verwenden, ist ein Strömungsventil notwendig, welches die Förderrate der Pumpe unabhängig von der Drehzahl auf eine definierte Menge regelt. Bei der Pumpe mit festem Förderhub, die ein solches Strömungsventil aufweist, nimmt jedoch die Last für den Motor nicht ab, selbst wenn ein Teil des Druckfluids über das Strömungsventil in einen Tank zurückgeführt wird, wobei keine Energiesparwirkung erhalten wird, da die Antriebsleistung der Pumpe gleich bleibt.

Um diese ungünstigen Bedingungen zu beseitigen, wurden in der JP 06-200883A , JP 07-243 385 A und JP 08-200239A Flügelzellenpumpen mit veränderlichem Förderhub vorgeschlagen, die die Förderrate pro Umdrehung der Pumpe (cm³/min^–1) proportional zur Verringerung der Drehzahl senken. Diese Pumpen mit veränderlichem Förderhub sind sogenannte motordrehzahl-sensitive Pumpen, wobei die Förderrate der Pumpe verringert werden kann, da der Hubring in eine Richtung bewegt wird, in der die Pumpkapazität der Pumpenkammer abnimmt, entsprechend der Größe des Drucks auf der Auslaßseite der Pumpe, wenn die Motordrehzahl (Pumpendrehzahl) zunimmt.

Somit kann die Pumpe mit veränderlichem Förderhub das Lenken erleichtern, wobei beim Lenken während eines Halts oder bei niedriger Fahrgeschwindigkeit eine große Lenkunterstützungskraft erhalten wird, da die Förderrate der Pumpe relativ erhöht wird, wenn die Motordrehzahl klein ist, auch bei einem Halt oder bei geringer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges. Da bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges die Motordrehzahl groß wird und die Förderrate der Pumpe relativ klein wird, wird ein Lenken mit mäßig schwergängigem Gefühl bei der Lenkbetätigungskraft möglich.

Obwohl bei dieser Art von Pumpe mit veränderlichem Förderhub bei Verwendung als Öldruckquelle eines Servolenkungssystems eine Fördermenge erhalten wird, die der Motordrehzahl folgt, wurden bisher andere Bedingungen, zum Beispiel eine Bedingungsänderung des Lenkzustands, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkgeschwindigkeit, des Lenkwinkels und dergleichen, nicht berücksichtigt. Es treten somit folgende ungünstige Bedingungen auf.

Da die herkömmliche Pumpe mit veränderlichem Förderhub ein sogenannter motordrehzahl-sensitiver Typ ist, wird die Motordrehzahl bei Beschleunigung, einer Steigung und einem Gefälle hoch, während die Fahrgeschwindigkeit niedrig ist, so daß die Förderrate der Pumpe absinkt. Bei einer Lenkoperation während einer solchen Langsamfahrt wird nicht der erforderliche Durchfluß im Servolenkungssystem erhalten aufgrund der sehr geringen Fördermenge der Pumpe, so daß möglicherweise ein Mangel an Lenkunterstützungskraft herrscht. Daher wird bei der herkömmlichen Pumpe der Durchfluß nicht so stark vermindert, um den erforderlichen Durchfluß zu erhalten.

Die herkömmliche Pumpe mit veränderlichem Förderhub ist daher hinsichtlich der Verringerung der Förderrate der Pumpe bei ansteigender Motordrehzahl beschränkt, wobei die Wirkung nicht ausreicht, um die für die Lenkoperation erforderliche Fluidförderrate der Pumpe mit veränderlichem Förderhub zu erhalten und Energie einzusparen.

Gemäß dieser Art von Pumpe mit veränderlichem Förderhub ist es hinsichtlich der Energieeinsparung wünschenswert, daß die designierte Lenkunterstützungskraft erhalten wird durch Zuführen von Druckfluid mit dem designierten Durchfluß beim Lenken (wenn ein Lenken erforderlich ist), wobei die Förderrate des Druckfluids beim Nicht-Lenken (wenn kein Lenken erforderlich ist) nahezu gleich 0 oder gleich dem erforderlichen Minimum gemacht wird. Wenn z.B. die Pumpe mit veränderlichem Förderhub direkt vom Motor des Fahrzeuges angetrieben wird, ist beim Nicht-Lenken keine Fördermenge von der Pumpe erforderlich, selbst wenn die Motordrehzahl hoch ist, wobei die Antriebsleistung der Pumpe verringert wird, indem die Fördermenge der Pumpe zu diesem Zeitpunkt verringert wird. Eine Berücksichtigung dieses Punkts ist erwünscht.

Wenn diese Art von Pumpe mit veränderlichem Förderhub gesteuert wird, ist es erwünscht, die am besten geeignete Pumpensteuerung entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges auszuführen, wobei berücksichtigt wird, ob das Fahrzeug hält, mit niedriger, mittlerer oder hoher Geschwindigkeit fährt, und ob ein Lenken beim jeweiligen Fahren ausgeführt wird oder nicht. Es ist somit erforderlich, daß ein solcher Fahrzustand und Lenkzustand des Fahrzeuges sicher erfaßt werden, wobei sich die Leistungsfähigkeit eines Servolenkungssystems bei der Ausführung einer geeigneten Pumpensteuerung zeigt. Ferner ist es erforderlich, einige Maßnahmen zu ergreifen, um eine Energiesparwirkung zu erzielen, wenn die Pumpe mit veränderlichem Förderhub den Betriebszustand der Pumpe und den Fahrzustand des Fahrzeuges berücksichtigt, indem eine Antriebssteuerung der Pumpe bei zugewiesener Bedingung ausgeführt wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die obenerwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Pumpe mit veränderlichem Förderhub zu schaffen, die einen niedrigen Energieverbrauch und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Auch soll ein komfortables Lenkungsgefühl beibehalten werden.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Pumpe mit veränderlichem Förderhub nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.

Gemäß der Erfindung wird durch zwangsweises Beaufschlagen eines Schubes in Axialrichtung des Schiebers des Steuerventils, das die elektronische Antriebseinheit in Reaktion auf die Notwendigkeit beim Lenken steuert, das Steuerventil elektrisch gesteuert, zusätzlich zur üblichen Drucksteuerung, wobei der Hubring außerdem sofort in den designierten Zustand mittels Druck in der Druckkammer bewegt wird, der sich hieraus ergibt.

Das heißt, gemäß der Erfindung wird der Schieber des Steuerventils in der designierten Stellung der Axialrichtung positioniert, wobei die Differenz auf der Zulaufseite und der Ablaufseite der Meßdrossel, die auf dem Weg des Pumpenauslaßseitendurchlasses ausgebildet ist, und die Druckanregungskraft der Anregungseinheit, die den Schieber in eine Richtung anregt, ausgeglichen sind, und wobei die Förderrate des Druckfluids von der Pumpenkammer minimal gehalten werden kann. Wenn ein Schub in Axialrichtung auf den Schieber mittels der elektronischen Antriebseinheit ausgeübt wird, kann die Förderrate des Druckfluids von der Pumpenkammer auf einen gewünschten Wert angehoben werden z.B. durch Verbinden der Pumpenansaugseite mit der ersten Druckkammer und durch Verbinden des Drucks der nachgelagerten Seite der Meßdrossel mit der zweiten Druckkammer.

Durch selektives Verbinden des Drucks der Zulaufseite der Meßdrossel und der Pumpenansaugseite mit der ersten Druckkammer und Verbinden des Drucks der Ablaufseite der Meßdrossel und der Pumpenansaugseite mit der zweiten Druckkammer im obenerwähnten Steuerventil kann die Differenz des Drucks zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer zum Bewegen des Hubrings groß gemacht werden, wobei eine Bewegung und Verschiebung des Hubrings bei Bedarf sicher ausgeführt werden kann.

Gemäß der Erfindung weist eine Pumpe mit veränderlichem Förderhub, die als Druckquelle eines Servolenkungssystems verwendet wird, einen erforderlichen minimalen Durchfluß bei gewöhnlicher Geradeausfahrt ohne Lenkoperation während der Fahrt des Fahrzeuges auf. Wenn eine Lenkunterstützungskraft vom Servolenkungssystem erforderlich ist, ist es möglich, die elektronische Antriebseinheit entsprechend der Lenkgeschwindigkeit oder entsprechend der Lenkgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit mittels der elektronischen Steuereinheit zu betätigen und sofort einen ausreichenden Durchfluß auf der Pumpenauslaßseite bereitzustellen.

Ferner kann die Pumpe mit veränderlichem Förderhub eine Energiesparwirkung aufweisen durch frühestmögliche Senkung der Förderrate beim Nicht-Lenken während der Geradeausfahrt des Fahrzeuges, wobei die Fördermenge der Pumpe sofort auf die benötigte Menge reduziert wird, wenn ein Lenken angefordert wird, und wobei die designierte Lenkunterstützungskraft erhalten bleibt.

Weitere Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
1 eine Konstruktionsansicht einer Pumpe mit veränderlichem Förderhub einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, die eine Druckschaltungskonstruktion unter Verwendung der Pumpe beschreibt;
2 eine Seitenansicht, die einen aufgeschnittenen Hauptabschnitt der Pumpe mit veränderlichem Förderhub in 1 zeigt;
3 eine vergrößerte Hauptschnittansicht, die einen Steuerventilabschnitt der Pumpe mit veränderlichem Förderhub in 1 zeigt;
4 eine vergrößerte Hauptschnittansicht, bei der der Ventilabschnitt von einem Ruhezustand der 3 in einen Gleichgewichtszustand bewegt wird;
5 eine vergrößerte Hauptschnittansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem der maximale Durchfluß ausgestoßen wird, entsprechend 3 und 4;
6 eine Kennlinienansicht, die die Förderratenkennlinie beim Nicht-Lenken (bei Geradeausfahrt) und beim Lenken über der Geschwindigkeit zeigt, wenn die Pumpe mit veränderlichem Förderhub gemäß der Erfindung als Druckquelle eines Servolenkungssystems verwendet wird; und
7 eine Kennlinienansicht, die die Förderratenkennlinie über der Lenkgeschwindigkeit zeigt, wenn die Pumpe mit veränderlichem Förderhub gemäß der Erfindung als Druckquelle eines Servolenkungssystems verwendet wird.
Die 1 bis 3 sind Ansichten, die eine Ausführungsform einer Pumpe mit veränderlichem Förderhub gemäß der Erfindung zeigen. In dieser Ausführungsform wird beschrieben, wie die Pumpe mit veränderlichem Förderhub gemäß der Erfindung als eine Flügelzellenölpumpe verwendet wird, die eine Öldruckerzeugungsquelle für ein Servolenkungssystem ist.
In 1 und 2 weist eine Flügelzellenpumpe mit veränderlichem Förderhub mit dem Bezugszeichen 10 ein vorderes Gehäuse 11 und ein hinteres Gehäuse 12 auf, die ein Pumpengehäuse bilden. Das vordere Gehäuse 11 weist insgesamt eine Becherform auf, wobei ein Speicherraum 14, der die Pumpenbestandteile als eine Pumpenkassette aufnimmt und anordnet, im Inneren desselben ausgebildet ist, wobei das hintere Gehäuse 12 so angefügt ist, daß es das offene Ende des Speicherraums 14 verschließt.
Am vorderen Gehäuse 11 ist eine Antriebswelle 16 zum Antreiben und Drehen eines Rotors 15, die die Pumpenbestandteile bildet, von außen drehbar im Durchdringungszustand gelagert. Der Rotor 15 rotiert in 1 im Gegenuhrzeigersinn.
Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Hubring, der eine Innennockenfläche 17a aufweist, die so angeordnet ist, daß sie in einen Außenumfangabschnitt des Rotors 15 mit Flügeln 15a eingesetzt ist, wobei eine Pumpenkammer 18 zwischen der Innennockenfläche 17a und dem Rotor 15 ausgebildet ist. Der Hubring 17 ist in einem vorbelasteten Zustand bezüglich des Rotors 15 positioniert, wobei ein nahezu halbmondförmiger Raum, der zwischen dem Hubring 17 und dem Rotor 15 ausgebildet wird, die Pumpenkam mer 18 definiert. Der Hubring 17 ist hin und her beweglich in einem Adapterring 19 angeordnet, der im Paßzustand an einem Raum am Innenwandabschnitt im Speicherraum 14 ausgebildet ist, um somit die Kapazität (Pumpenkapazität) der Pumpenkammer 18 wie im folgenden beschrieben zu verändern. Das Bezugszeichen 17b ist eine Kompressionsschraubenfeder, die den Hubring 17 in eine Richtung drückt, in der die Pumpenkapazität der Pumpenkammer 8 maximal wird.
In 2 zeigt das Bezugszeichen 20 eine Druckplatte. Die Druckplatte 20 ist so angeordnet, daß sie geschichtet ist, wobei sie zur Seite des vorderen Gehäuses 11 der Pumpenkassette (Pumpenbestandteile) in Kontakt gedrückt wird, welche vom obenerwähnten Rotor 18, dem Hubring 17 und dem Adapterring 19 gebildet wird. An der gegenüberliegenden Seitenfläche der Pumpenkassette ist die Stirnfläche des hinteren Gehäuses 12 kontaktiert, die als eine Seitenplatte gepreßt wird, wobei das vordere Gehäuse 11 und das hintere Gehäuse 12 in Baueinheit zusammengefügt sind.
Die Druckplatte 20 und das hintere Gehäuse 12, das die über den Hubring 17 geschichtete Seitenplatte ist, sind in dem Zustand in Baueinheit zusammengefügt, in dem sie durch einen Schwenkpunktstift 21 in Umdrehungsrichtung positioniert sind. Der Schwenkpunktstift 21 wirkt wie ein. Wellendrehpunktabschnitt und ein Positionierungsstift, der die Hubbewegung des Hubrings 17 bewirken kann, und wie ein Dichtungsmaterial, das die Druckkammer definiert, in der sich der Hubring 17 hin und her bewegt.
Die Bezugszeichen 22 und 23 bezeichnen eine Pumpenansaugseitenöffnung und eine Pumpenauslaßseitenöffnung, die an der Pumpenkammer 18 ausgebildet sind, wobei diese Öffnungen 22 und 23 von nahezu bogenförmigen Rillenabschnitten gebildet werden und an einer Pumpenansaugfläche einer Startseite und einer Pumpenauslaßseitenfläche einer Endseite der Drehrichtung des Rotors 15 offen sind, wie in 1 gezeigt ist. Die Ansaugseitenöffnung 22 ist an einer Stirnfläche konkav ausgebildet, die der Pumpenkammer 18 des hinteren Gehäuses 20 zugewandt ist, während die Auslaßseitenöffnung 23 konkav an einer Stirnfläche der Seite der Pumpenkammer 18 der Druckplatte 20 ausgebildet ist, wie in 1 gezeigt ist.
Am hinteren Gehäuse 20 ist ein Ansaugseitendurchlaß 25 ausgebildet, der Ansaugseitenfluid, das aus einem Tank T angesaugt worden ist, der Ansaugseitenöffnung 22 über einen Ansauganschluß zuführt. Das aus dem Tank T angesaugte Ansaugseitenfluid (Pumpenansaugseite) gelangt durch den Pumpenansaugseitendurchlaß 25 im hinteren Gehäuse 12 vom Ansauganschluß und wird von der Ansaugseitenöffnung 22, die sich an einer Stirnfläche des hinteren Gehäuses 12 öffnet, in die Pumpenkammer 18 geleitet. Das Bezugszeichen 25a bezeichnet einen Pumpenansaugseitendurchlaß, der sich im Mittelabschnitt einer Ventilbohrung 31 öffnet.
An der Vorderseite der Druckplatte 20 des vorderen Gehäuses 11 ist eine Druckkammer 26 mit nahezu bogenförmiger Pumpenauslaßseite um die Antriebswelle 16 ausgebildet. Die Druckkammer 26 ist über einen Pumpenauslaßseitendurchlaß 27, der im vorderen Gehäuse 11 ausgebildet ist, mit einem Auslaßanschluß 27a verbunden und stößt Auslaßseitendruck aus, der vom Auslaßanschluß 27a zur Druckkammer 26 geleitet wird.
Das Bezugszeichen 30 bezeichnet ein Steuerventil, das eine senkrecht zur Richtung der Welle 16 an der Oberseite des vorderen Gehäuses 11 ausgebildete Ventilbohrung und einen Schieber 32 umfaßt. Das Steuerventil wird betätigt durch einen Schub in Axialrichtung, der durch die Druckdifferenz zwischen dem Zulauf und dem Ablauf einer Meßdrossel 50 ausgeübt wird, die in einem Abschnitt des im folgenden beschriebenen Pumpenauslaßseitendurchlasses vorgesehen ist, und durch ein Solenoid 60, das als eine elektronische Antriebseinheit vorgesehen ist. Das Steuerventil 30 steuert den Druck in einer ersten und einer zweiten Druckkammer 33 und 34, die an beiden Seiten des Hubrings 17 ausgebildet sind und durch ein Dichtungsmaterial 35 getrennt sind, das am Schwenkpunktstift 21 und einer symmetrischen Position bezüglich der Achse des Adapterrings 19 vorgesehen ist, wie in 1 oder in 3 gezeigt ist.
An einem Ende der Ventilbohrung 31 ist eine Kammer ausgebildet, wo der Druck der Pumpenauslaßseite mit einem Vorsteuerdruckdurchlaß 41 von der Druckkammer 26 verbunden ist und ein Druck P1 von der Zulaufseite der Meßdrossel 50 weitergeleitet wird.
An der anderen Seite der Ventilbohrung 31 ist eine Federkammer ausgebildet, die eine Kompressionsschraubenfeder 36a enthält, die den Schieber 32 zu dem einen Ende drückt. Der Schieber 32 wird in 2 nach links gedrückt. In der Federkammer 36 wird der Druck P2 der unteren Seite der Meßvorrichtung 50, die zwischen dem Pumpenauslaßseitendurchlaß 27 und einer Vorrichtung, die Druckfluid verwendet (hier ein Servozylinder PS eines Servolenkungssystems), ausgebildet ist, von einem Vorsteuerdruckdurchlaß 42 weitergeleitet.
An der Innenseite des Schiebers 32 ist ein Entlastungsventil 49 vorgesehen.
Im Abschnitt des Vorsteuerdruckdurchlasses 42 kann eine Vorsteuerdrossel 42a vorgesehen sein, wie mit einer gestrichelten Linie in 3 gezeigt ist. Durch Vorsehen der Vorsteuerdrossel 42a kann ein schlechter Einfluß, wie z.B. eine Druckänderung und dergleichen, auf den Schieber 32 des Steuerventils 30 verhindert werden. Die Vorsteuerdrossel 42a läßt den Druck in der Federkammer 36 des Steuerventils 30 bei Entlastung des im Schieber 32 ausgebildeten Entlastungsventils 49 sinken. Da der Hubring 17 sich durch die durch den Druck hervorgerufene Operation des Steuerventils 30 in der Richtung verschiebt, in der die Kapazität der Pumpenkammer 18 abnimmt, sinkt die Fördermenge, so daß vorteilhaft an der Pumpe Energie eingespart werden kann.
Die Federkammer 36 ist mit einem Verbindungsdurchlaß 37 und der zweiten Druckkammer 34 verbunden, wenn der Schieber 32 in der Position der 1 und der 3 platziert ist. Wenn der Schieber 32 sich zur Seite der Federkammer 36 bewegt (rechte Seite in der Figur), wird der Schieber 32 allmählich von der zweiten Druckkammer 34 getrennt und mit einer Pumpenansaugseitenkammer 30a, die durch eine ringförmige Rille definiert ist, die im Mittelabschnitt der Axialrichtung des Schiebers 32 definiert ist, über einen Spaltdurchlaß verbunden, der durch einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 32b definiert ist, welcher an einem Stegabschnitt 32c an einer Stirnseite des Schiebers 32 ausgebildet ist. Somit werden der zweiten Druckkammer 34 der Druck P2 der Ablaufseite der Meßdrossel 50 und der Druck der Pumpenansaugseite selektiv über die Federkammer 36 und die Pumpenansaugseitenkammer 30a mit der Bewegung des Schiebers 32 zugeführt. An einem Abschnitt des obenerwähnten Verbindungsdurchlasses 37 ist eine Dämpfungsdrossel 37a ausgebildet.
Der Vorsteuerdruckdurchlaß 42 ist über einen Lochabschnitt 70a und ein Innenloch 70b, das an einem Abschnitt eines im folgenden beschriebenen Steckelements 70 ausge bildet ist, mit der Federkammer 36 verbunden.
Eine Hochdruckseitenkammer 38, die an einer Stirnseite des Schiebers 32 ausgebildet ist, ist bei Nichtbetätigung geschlossen, d.h. wenn der Schieber 32 in der Position der 1 und der 3 angeordnet ist, wobei der Verbindungsdurchlaß 39 mit der Pumpenansaugseitenkammer 30a über den Spaltdurchlaß verbunden ist, der von dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 32b definiert wird, der am Stegabschnitt 32a einer Stirnseite des Schiebers 32 ausgebildet ist.
Da das Fluid der Auslaßseite über den Vorsteuerdruckdurchlaß 41 in die Kammer 38 geleitet wird, wenn die Pumpe 10 startet, bewegt sich der Schieber 32 zur Seite der Federkammer 36 (rechte Seite in der Figur), wobei der Schieber 32 allmählich von der Pumpenansaugseite getrennt wird und mit der ersten Druckkammer 33 über den Verbindungsdurchlaß 39 verbunden wird. Somit werden der ersten Druckkammer 33 der Druck der Pumpenansaugseite und der Druck P1 der Zustromseite der Meßdrossel 50 selektiv über die Pumpenansaugseitenkammer 30a und die Hochdruckseitenkammer 38 mit der Bewegung des Schiebers 32 zugeführt. An einem Abschnitt des Verbindungsdurchlasses 39 ist eine Dämpfungsdrossel 39a ausgebildet.
Durch Verwenden des obenerwähnten Steuerventils 30 wird der Druck der Pumpenansaugseite mit wenigstens einer der Druckkammern 33 und 34 verbunden, die an beiden Seiten der Bewegungsrichtung des Hubrings 17 ausgebildet sind, trotz der kleinen Betätigungskraft (Betätigungsdruck, der durch den Druckunterschied und den Solenoidschub erzeugt wird) der Feder, um somit einen Betätigungsdruck zu erzeugen. Somit wird eine bestimmte Bewegungsverschiebung des Hubrings erhalten, da eine Differenz des Drucks zwischen den Druckkammern 33 und 34 groß wird.
Da die Differenz des Drucks (Differentialdruck) auf der Zulaufseite und der Ablaufseite der Meßdrossel 50 unmittelbar nach dem Starten der Pumpe im obenerwähnten Steuerventil 30 klein ist, ist der Schieber 32 in der in
1 und in 3 gezeigten Position angeordnet, wobei die erste Druckkammer 33 mit der Pumpenansaugseite verbunden ist, so daß der Druck PO weitergeleitet wird. Andererseits wird der zweiten Druckkammer 34 der Druck P2 der Pumpenauslagseite auf der Ablaufseite der Meßdrossel 50 zugeführt, so daß der Hubring 17 sich in dem Zustand befindet, in welchem die Kapazität der Pumpenkammer 18 maximal ist.
Wenn die Förderrate der Pumpenkammer 18 ansteigt und der Differentialdruck an der Zulaufseite und Ablaufseite der Meßdrossel 50 auf einen designierten Differentialdruck ansteigt, der durch die feste Drossel der Meßdrossel 50 gesteuert wird, bewegt sich der Schieber 32 in eine Richtung, in der die Feder 36a komprimiert wird (die Seite der Federkammer 36), wobei ein Gleichgewicht in der designierten Position gehalten wird, wie in 4 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Schieber 32 einen nahezu stabilen Zustand, bei dem die Pumpenansaugseite mit der ersten und der zweiten Druckkammer 33 und 34 auf beiden Seiten des Hubrings 17 verbunden ist oder verbunden werden kann.
In einem solchen Gleichgewichtszustand des Schiebers 32 bewegt sich der Hubring 17 aufgrund des Differenzdrucks zwischen den beiden Druckkammern 33 und 34 und der Anregungskraft der komprimierten Schraubenfeder 17b in der Figur zur rechten Seite und hält das Gleichgewicht in der Position, in der die Pumpenkammer 18 die minimale Pumpkapazität erreicht. In diesem Zustand weist die Pumpe 10 die minimale Pumpförderleistung auf, z.B. 41/min. Dieser Wert wird geeignet eingestellt durch die feste Drosselgröße der Meßdrossel 50, die Kapazität der Pumpenkammer 18 und dergleichen anhand der notwendigen minimalen Lenkunterstützungskraft.
Bei der obigen Flügelzellenpumpe mit veränderlichem Förderhub 10 sind nahezu alle Konstruktionen und Betriebszustände aus der Vergangenheit wohlbekannt, so daß eine genaue Beschreibung weggelassen wird. Die grundlegende Pumpenkonstruktion der Pumpe mit veränderlichem Förderhub 10 ist nahezu dieselbe, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 06-200883A und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 08-200239A offenbart ist.
Gemäß der Erfindung ist in der Pumpe mit veränderlichem Förderhub 10 ein Solenoid 60 als eine elektronische Antriebseinheit hinzugefügt, die einen Schub in Axialrichtung von der Seite der Federkammer 36 am Schieber 32 des Steuerventils 30 zur Seite der Hochdruckseitenkammer 38 ausübt.
Als elektronische Steuereinheit des Solenoids 60 sind eine CPU 61, eine Antriebsschaltung 62, ein Geschwindigkeitssensor 63 und ein Lenksensor 64 vorgesehen.
Genauer ist eine Gewindebohrung an der Seite der Federkammer 36 des Steuerventils 30 vorgesehen, wobei das Steckelement 70 in die Gewindebohrung geschraubt ist, um es zu fixieren. Am äußeren Ende des Steckelements 70 ist das Solenoid 60 in einem Zustand angebracht, in dem die Solenoidstange 65 hervortritt. Die Solenoidstange 65 ist am Endabschnitt der Seite der Federkammer 36 des Schiebers 32 angebracht und liegt der Spitze einer Stange 71a eines Stangenelements 71 gegenüber, das hin und her beweglich an der inneren Stirnseite des Steckelements 70 gehalten wird.
Obwohl diese Stangen 65 und 71a im Ruhezustand der Pumpe 10 einander mit designiertem Spalt gegenüberliegen, wie in l und 3 gezeigt ist, liegen die beiden so, daß sie sich berühren, wie in 4 gezeigt ist, wenn die Pumpe arbeitet.
Bei einer solchen Konstruktion wird der in 4 gezeigte Zustand im Ruhezustand beibehalten, wobei die Förderrate von der Pumpe 10 die von der Meßdrossel 50 gesteuerte minimale Förderrate ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Solenoid im nichtleitenden Zustand gehalten.
In einem solchen Gleichgewichtszustand wird eine Pumpenförderrate entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Lenkgeschwindigkeit und dergleichen erhalten, wenn ein Lenken erforderlich ist. Das heißt, der designierte Stromfluß durch das Solenoid 60 anhand dieser Signale von den Sensoren 63 und 64 gelangt durch die CPU 61 und die Antriebsschaltung 62. Die Stange 65 übt einen Druck auf den Schieber 32 über das Stangenelement 71 in der Figur nach links aus, wie in 4 gezeigt ist. Anschließend bewegt sich der Schieber 32 in der Figur nach links, entsprechend dem Schub auf der Grundlage der Größe des durchfließenden Stroms, wobei die erste Druckkammer 33 mit der Pumpenansaugseite (PO) verbunden ist. Die zweite Druckkammer 34 ist mit dem Druck P2 der Ablaufseite der Meßdrossel 50 verbunden, wodurch sich der Hubring 17 in der Figur nach links bewegt, um somit die Kapazität der Pumpenkammer 18 groß zu machen. Somit wird die Fördermenge der Pumpe 10 um einen Wert erhöht, der durch die obenerwähnte elektronische Steuereinheit (Bezugszeichen 61 bis 64) gesteuert wird.
Ein Beispiel einer solchen Durchflußkennlinie ist in 6 gezeigt. Hierbei zeigt eine dicke durchgezogene Linie den minimalen Durchfluß der Pumpe mit veränderlicher Förderhub 10 gemäß der Erfindung (z.B. 41/min), während eine dünne durchgezogene Linie den maximalen Durchfluß zeigt, der bei schnellem Lenken erforderlich ist (z.B. 71/min). Dies sind bestimmte Durchflußraten ohne Einfluß der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Wenn sich die Geschwindigkeit ändert, hängt die Durchflußkennlinie von der Lenkgeschwindigkeit (Grad/s) ab, wie in 6 gezeigt ist.
Durch eine Steuerung derart, daß eine solche Durchflußkennlinie erhalten wird, bewegt sich der Schieber 32 des Steuerventils 30 so, daß der minimale Durchfluß (z.B. 41/min), der von der Meßdrossel 50 gesteuert wird, beibehalten wird und der Nichtlenk-Zustand beibehalten wird. Da der Schieber 32 im Gleichgewichtszustand mit dem minimalen Durchfluß beim Nichtlenken gehalten wird, kann der Differentialdruck an der Meßdrossel 50 klein eingestellt sein. Somit ist der Druckverlust an der Meßdrossel 50 klein. Da das Solenoid 60 sich zu diesem Zeitpunkt in einem nichtleitenden Zustand befindet, können der Energieverbrauch zum Antreiben der Pumpe 10 und der Energieverbrauch des elektronischen Steuersystems reduziert werden.
Andererseits wird beim Lenken sofort der Schieber 32 in der Figur direkt nach links bewegt, aus dem Zustand der 4 in den Zustand der 5, durch einen Schub, der entsprechend der durch das Solenoid 60 fließenden Stromstärke erzeugt wird. Somit ist es möglich, den Druck der ersten und der zweiten Druckkammer 33 und 34 zu steuern und eine designierte Lenkunterstützungskraft zu erzeugen, indem die Pumpenfördermenge schnell auf den designierten Durchfluß angehoben wird. Somit ist es möglich, die designierte Lenkunterstützungskraft zu erzeugen und die Leistungsfähigkeit eines Servolenkungssystems ohne Reaktionsverzögerung aufrechtzuerhalten, selbst bei schnellem Lenken.
Mit anderen Worten, gemäß der Konstruktion der obenerwähnten Ausführungsform kann eine Lenkunterstützungskraft geeignet erzeugt werden, wenn eine Lenkoperation erforderlich ist, unabhängig vom Fahrzustand, indem der Durchfluß des Druckfluids, das von der Pumpe mit veränderlichem Förderhub an das Servolenkungssystem geliefert wird, in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Fahrzeuges gesteuert wird, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkgeschwindigkeit und dergleichen. Da ferner das Solenoid 60 sich beim Nichtlenken wie z.B. bei Geradeausfahrt im nichtleitenden Zustand befindet, behält der Schieber 32 des Steuerventils 30 den Gleichgewichtszustand der 4 bei. Da die Pumpenförderrate wie oben erwähnt in diesem Gleichgewichtszustand minimal gehalten wird und der Differenzdruck zum Halten des minimalen Durchflusses in diesem Zustand klein ist, ist ein Druckverlust an der Meßdrossel 50 klein. Somit wird bei der Pumpe mit veränderlichem Förderhub 10 gemäß der Erfindung eine große Energieeinsparwirkung erwartet. Das heißt, durch die Erfassung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Lenkgeschwindigkeit unter Verwendung der elektronischen Steuerung ist es möglich, ein komfortables Lenkgefühl und eine Energiesparwirkung zu erreichen.
Hierbei sind in der Steuervorrichtung in der obenerwähnten Pumpe mit veränderlichem Förderhub 10 Umsetzungstabellen für die Fahrzeuggeschwindigkeit über dem Strom und die Lenkgeschwindigkeit über dem Strom zum Steuern des Stroms durch das Solenoid 60 entsprechend den Signalen vom Geschwindigkeitssensor 63 und Lenksensor 64 in der CPU 61 vorgesehen, die die elektronische Steuereinheit ist, wobei die Stromsteuerung entsprechend hierzu ausgeführt wird. Eine genauere Beschreibung wird weggelassen.
Der Schieber 32 des Steuerventils 30 wird durch die Differenz des Drucks im Gleichgewichtszustand gehalten, so daß er durch die Meßdrossel 50 durchflußgesteuert ist, wobei in diesem Zustand beim Nichtlenken von der Pumpe mit veränderlichem Förderhub 10 der minimale Durchfluß ausgestoßen wird. Zu diesem Zeitpunkt kann er so eingestellt sein, daß er selbst beim Lenken einen geeigneten minimalen Durchfluß beibehält, wie z.B. beim haltenden Lenken während der Kurvenfahrt und beim korrigierenden Lenken. Ferner ist es möglich, daß keine Reaktionsverzögerung auftritt, wenn der Durchfluß ausgehend vom minimalen Durchfluß, der ähnlich hierzu gesetzt ist, beim schnellen Lenken erhöht wird.
Indem das Solenoid 60 beim Nichtlenken in den nichtleitenden Zustand versetzt wird und das Solenoid beim erforderlichen Lenken in den leitenden Zustand versetzt wird, um einen Solenoidschub zu erzeugen, und indem der Schieber 32 durch eine resultierende Kraft mit Hilfe der Federkraft bewegt wird, wird der Energieverbrauch auf ein Minimum reduziert.
Durch die Steuerung des Steuerventils 30 wird ferner der Energieverbrauch zum Ansteuern der Pumpe als Pumpe mit veränderlichem Förderhub 10 minimiert, wobei es möglich ist, die Energiesparwirkung zu verbessern.
Wenn beim obenerwähnten Steuerventil 30 die Querschnittsfläche des Schiebers 32 z.B. 1,33 cm² beträgt, beträgt der Differenzdruck an der Meßdrossel 500,07 MPa, wenn beim Nichtlenken der Solenoidschub eingeschaltet ist, und es wird der minimale Durchfluß von 4 l/min erhalten. Da die Kraft vom Differentialdruck und die Federkraft von 9,29 N im Gleichgewicht sind, befindet sich der Schieber 32 in einem Gleichgewichtszustand.
Wenn andererseits Strom durch das Solenoid 60 fließt und der Solenoidschub von 17,26 N während des schnellen Lenkens einwirkt, bewegt sich der Schieber 32 in der Figur nach links. Anschließend sind die Kraft vom Differenzdruck an der Meßdrossel 50, der Solenoidschub und die Federkraft im Gleichgewicht. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Differenzdruck 0,2 MPa und es wird der maximale Durchfluß von 7 l/min erhalten.
Bei der obenerwähnten Struktur wird der Solenoiddruck weggenommen, wenn die elektronische Steuerung aufgrund irgendwelcher Elemente defekt ist, die die elektronische Steuereinheit bilden. Selbst zu diesem Zeitpunkt wird jedoch der Schieber 32 in einer Position des Gleichgewichtszustands gehalten, der bewirkt wird durch den Differenzdruck zwischen der Zulaufseite und der Ablaufseite der Meßdrossel 50, wodurch die Pumpenfördermenge mit minimalem Durchfluß, der vorher gesetzt worden ist, und die benötigte minimale Lenkleistung beibehalten werden können.
Obwohl der minimale Durchfluß, der von der Pumpe geliefert wird, in dieser Ausführungsform z.B. 4 l/min beträgt, kann ein kleinerer Durchfluß als der obige ohne Einschränkung eingestellt werden, wenn die Lenkkraft entsprechend dem Fahrzustand, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkgeschwindigkeit, ausreicht.
In der Ausführungsform wird der Antriebsstrom für das Solenoid 60 dadurch gesteuert, daß die CPU 61 und die Ansteuerschaltung 62 als elektronischer Steuerabschnitt verwendet werden, um die elektronische Antriebseinheit wie z.B. das Solenoid und dergleichen zu steuern, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit vom Geschwindigkeitssensor 63 und die Lenkgeschwindigkeit vom Lenksensor 64 als Eingangssignale in die CPU 61 eingegeben werden. Die Förderrate der Pumpe kann auch entsprechend den verschiedenen Fahrbedingungen des Fahrzeuges gesteuert werden, wie z.B. anhand der Drehzahl des Motors, des Lenkwinkels, der Lenkrichtung und der Achsbelastung.
Wie in 7 gezeigt, wird z.B. der Antriebsstrom für das Solenoid 60, das die elektronische Antriebseinheit ist, unter Verwendung der Lenkgeschwindigkeit vom Lenksensor 64 als Eingangssignal gesteuert, wobei das Solenoid so konstruiert sein kann, daß es sich beim Nichtlenken in nichtleitendem Zustand befindet und beim Lenken im leitenden Zustand befindet.
Die elektronische Antriebseinheit ist z.B. das Solenoidventil 60. Die elektronische Antriebseinheit kann auch eine Einheit sein, die eine Antriebsvorrichtung bildet, wie z.B. eine elektromagnetische Vorrichtung und ein Elektromotor, die direkt oder indirekt über eine mechanische Übertragungseinheit wie z.B. einen Hebel, einen Nocken und dergleichen wirken. Ein Beispiel ist in der japanischen Patentanmeldung Nr.4135/1979 gezeigt.
In der Ausführungsform ist eine Pumpe mit veränderlichem Förderhub 10 gezeigt, die als Öldruckquelle für ein in einem Fahrzeug installiertes Servolenkungssystem verwendet wird. Die Zuverlässigkeit des Betriebs der Vorrichtung, die ein Druckfluid verwendet, kann auch aufrecht erhalten werden durch Erhöhen oder Verringern der Förderrate in Reaktion auf den Bedarf, wobei die Pumpenleistung reduziert wird, um somit eine Energiesparwirkung zu erreichen.
In dieser Ausführungsform ist die Meßdrossel 50, die die feste Drossel umfaßt, an einer Position an der Seitenwand des Hubrings 17 zugewandt vorgesehen. Die Meßdrossel kann auch an einer geeigneten Position des Auslaßseitendurchlasses 27 vorgesehen sein. Der Druck auf der Zulaufseite und der Ablaufseite der Meßdrossel 50 kann zu beiden Seitenkammern 38 und 36 des Steuerventils 30 weitergeleitet werden.
Obwohl das Stangenelement 71 vorgesehen ist, das die Seite des Endabschnitts der Federkammer 36 der Spule 32 verbindet, um einen Schub des Solenoids 60 auf den Schieber 32 des Steuerventils 30 auszuüben und in dieser Ausführungsform in Axialrichtung zu bewegen, hat dies den Zweck der gemeinsamen Nutzung des Schiebers 32 mit der Pumpe eines anderen Typs, wobei diese in Baueinheit verbunden werden können durch eine Preßpassung, oder in Baueinheit ausgebildet sein können. Ferner kann eine Veränderung in Betracht gezogen werden, bei der das Stangenelement 71 und die Stange 65 des Solenoids 60 in einem Gehäuse oder in Baueinheit ausgebildet sind und der Endabschnitt des Schiebers 32 und das Stangenelement 71 in nahezu berührendem Zustand einander gegenüberliegen.
Wie oben beschrieben worden ist, ist gemäß der Pumpe mit veränderlichem Förderhub der Erfindung eine elektronische Antriebseinheit vorgesehen, die einen Schub in Axialrichtung auf den Schieber des Steuerventils ausübt, weshalb die Erfindung trotz der einfachen Struktur folgende überlegene Vorteile aufweist.
Da die Pumpenfördermenge beim Nichtlenken auf das notwendige Minimum gesetzt werden kann, z.B. beim Geradeausfahren, kann entsprechend der Erfindung der Energieverbrauch reduziert werden. Wenn die Pumpenfördermenge z.B. bei erforderlichem Lenken schnell ansteigen soll aufgrund eines benötigten Durchflusses, wirkt die Kraft der elektronischen Antriebseinheit direkt auf den Schieber des Steuerventils.
Da gemäß der Erfindung die Meßdrossel eine feste Drossel mit einer bestimmten Öffnungsfläche ist, ist der Differenzdruck, der den Schieber bei minimalem Durchfluß beim Nichtlenken im Gleichgewichtszustand hält, klein. Da somit der Druckverlust des Fluids an der Meßdrossel in diesem Zustand klein ist, kann der Energieverbrauch der Pumpe weiter reduziert werden.
Da gemäß der Erfindung die Summe aus dem Schub von der elektronischen Antriebseinheit und aus der Federkraft des Steuerventils gleich der Federkraft des herkömmlichen Steuerventils ist, kann im Vergleich zur herkömmlichen Feder eine kleinere Feder für das Steuerventil verwendet werden, wobei das Steuerventil gleichmäßig betätigt werden kann, ähnlich der herkömmlichen Pumpe. Somit wird der Energieverbrauch beim Antreiben der Pumpe auf das erforderliche Minimum reduziert und eine maximale Energiesparwirkung mit geringen Kosten erreicht.
Wenn gemäß der Erfindung eine Öldruckpumpe für ein Fahrzeug als Ölquelle für ein Servolenkungssystem verwendet wird, wird z.B. ein geeignetes Lenkgefühl erhalten, das zu verschiedenen Fahrzuständen des Fahrzeuges paßt, da die Pumpenfördermenge mittels des Steuerventils und der Ansteuerung durch die elektronische Antriebseinheit entsprechend den Bedingungen wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkgeschwindigkeit und dergleichen gesteuert wird.

Claims

Pumpe mit veränderlichem Förderhub, mit einem Rotor (15); einem Hubring (17), der mit dem Rotor (15) eine Pumpenkammer (18) bildet, einem Pumpengehäuse (11), in dem der schwenkbare Hubring (17) angeordnet ist, an dessen beiden Seiten eine erste bzw. eine zweite Druckkammer (33, 34) ausgebildet sind; einem Steuerventil (30), das einen Schieber (32) aufweist, der in Axialrichtung durch die Differenz des Drucks an der Zulaufseite und der Ablaufseite einer Meßdrossel (50) betätigt wird, die in einem Abschnitt eines auslaßseitigen Durchlasses (27) der Pumpenkammer (18) ausgebildet ist, wobei das Steuerventil (30) wenigstens den Druck in der ersten Druckkammer (33) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Antriebseinheit (60) zum Ausüben eines Schubs in Axialrichtung auf den Schieber (32) des Steuerventils (30) vorgesehen ist.
Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektronische Steuereinheit (61) zum Steuern der elektronischen Antriebseinheit (60), die einen Lenksensor (64) zum Erfassen einer Lenkgeschwindigkeit eines Lenkrades enthält und die elektronische Antriebseinheit (60) entsprechend einem Signal vom Lenksensor (64) steuert.
Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (61) einen Geschwindigkeitssensor (63) zum Erfassen einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges enthält und die elektronische Antriebseinheit (60) entsprechend einem Signal vom Geschwindigkeitssensor (63) steuert.