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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Vibrationen
reduzierendes System, und genauer, auf ein Vibrationen reduzierendes System,
das eine Pumpe verwendet.
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Stand der Technik
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Treibstoffsysteme
mit einer gemeinsamen Leitung verwenden typischerweise mehrere Injektoren,
die mit einer gemeinsamen Leitung (common rail) verbunden sind,
die mit unter hohem Druck stehenden Treibstoff versorgt wird. Um
auf effiziente Weise verschiedene Kombinationen von Einspritzvorgängen
zu verschiedenen Zeitpunkten und mit verschiedenen Einspritzmengen
zu ermöglichen, weisen die Systeme im Allgemeinen eine
Pumpe mit variabler Austragsmeng aufe, welche in strömungsmitteltechnischer
Verbindung mit der gemeinsamen Leitung steht. Eine Art der Pumpe
mit variabler Austragsmenge ist eine von Nocken- bzw. Kurvenscheiben
angetriebene Pumpe mit dosiertem Einlass oder Auslass.
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Eine
von Nockenscheiben angetriebene Pumpe mit dosiertem Einlass oder
Auslass weist im Allgemeinen mehrere Kolben auf, wobei jeder Kolben in
einer individuellen Pumpkammer angeordnet ist. Der Kolben ist mit
einer mit Nocken versehenen Kurvenscheibe mittels einer Kurvenrolle
derart verbunden, dass, wenn eine Kurbelwelle eines angeschlossenen
Antriebs rotiert, die Nockenscheibe in gleicher Weise rotiert, und
die damit verbundene(n) Nocken(n) den Kolben hin und her antreiben,
um Kraftstoff aus der Pumpkammer in die gemeinsame Leitung zu verdrängen
(d. h. zu pumpen). Die von dem Kolben in die gemeinsame Leitung
gepumpte Menge an Kraftstoff hängt von der vor der Verdrängungsbewegung
des Kolbens in die Pumpkammer dosierte Kraftstoffmenge ab, oder
von der Menge des Kraftstoffs, der während des Verdrängungshubs
des Kolbens in einen Niederdruckvorratsbehälter überläuft.
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Die
Pumpe mit variabler Austragsmenge kann verwendet werden, um Vibrationen
und Lärm zu unterbinden oder zu dämpfen. Das heisst,
dass durch das Variieren der Kraftstoffverdrängung ein
sich ergebendes Drehmoment in entgegengesetzter Richtung auf die
Nockenscheibe übertragen werden kann, was Vibrationen und
Lärm verringert und/oder unterbindet. Die Bestimmung und
Steuerung der Zeiteinteilung und der Verdrängung des Kraftstoffs um
Vibrationen zu unterbinden oder zu verringern kann schwierig sein.
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Ein
Ansatz zur Verringerung der Antriebsschwingungen ist im
US-Patent Nr. 5111748 (das '748er-Patent),
erteilt an Kuriyama et al. am 12. Mai 1992, beschrieben. Das '748er-Patent
offenbart eine Vorrichtung, die Vibrationen in einem Alternator
bzw. Generator hervorruft, um Vibrationen eines Fahrzeugantriebs
und eines Fahrzeugaufbaus aufgrund irregulären Verbrennungsverhaltens
zu reduzieren. Insbesondere ändert das '748er-Patent das
Lastdrehmoment des Generators, welcher an dem Antrieb befestigt
ist, um ein Winkelmoment auf den Körper des Generators
zu erzeugen. Dieses Winkelmoment wird auf den Antrieb übertragen
und reduziert die Vibrationen des Antriebs. Insbesondere wird eine Spannung,
die höher ist als die Ausgangsspannung des Generators,
auf Feldwindungen angelegt, um das Lastdrehmoment ansprechend auf
eine Änderung der Motordrehdrehzahl zu ändern.
Somit können die Vibrationen des Generators die Vibrationen des
Motor unterbinden, wenn die Vibrationen des Generators und die Vibrationen
des Motor eine zueinander inverse Phasenlage aufweisen.
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Obwohl
die in dem '748er-Patent offenbarte Vorrichtung helfen kann, Antriebsvibrationen
zu minimieren, kann sie eine begrenzte Reichweite aufweisen. Das
heisst, dass ein Generator sehr beschränkt bezüglich
der Vibrationsamplitude und der Periode ist, die er erzeugen kann.
Somit kann die Vibration des Generators zu gering sein, um innerhalb
des Antriebs hervorgerufene Vibrationen mit großer Amplitude
zu beeinflussen.
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Zusammenfasssung
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In
einer Hinsicht bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein
System zu Verringerung von Vibrationen für einen Antrieb.
Das System zur Verringerung von Vibrationen kann zumindest ein Pumpbauteil
aufweisen. das während eines Antriebszyklus durch eine
Vielzahl von Pumphüben bewegbar ist. Das System zur Verringerung
von Vibrationen kann auch eine Steuerungseinheit aufweisen, die
eingerichtet ist, um eine Vibrationscharakteristik des Antriebs
zu identifizieren. Die Steuerungseinheit kann auch eingerichtet
sein, um die Verdrängung des Kraftstoffs während
zumindest einem der Vielzahl von Pumphüben basierend auf
der Vibrationscharakteristik einzustellen.
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In
anderer Hinsicht bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein
Verfahren zur Steuerung der Treibstoffzufuhr zu einem Antrieb. Das
Verfahren kann die Verdrängung von Treibstoff durch zumindest
ein Pumpbauteil, das Einspritzen von Treibstoff in den Antrieb,
und das Identifizieren einer Vibrationscharakteristik des Antriebs
umfassen. Das Verfahren kann weiterhin das Variieren der Treibstoffverdrängung
durch zumindest ein Pumpbauteil basierend auf der Vibrationscharakteristik
umfassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung eines beispielhaften
offenbarten Treibstoffsystems; und
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2 ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung einer beispielhaften
offenbarten Pumpe, die mit dem Treibstoffsystem der 1 verwendet
werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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1 stellt
ein Antriebssystem 10 dar, das einen Motor (Antrieb) 12 und
ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Treibstoffsystems 28 aufweist.
Das Antriebssystem 10 wird für die Zwecke dieser
Offenbarung als Viertaktdieselmotor dargestellt und beschrieben.
Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 12 jegliche
Art von Verbrennungsmotor sein kann, wie beispielsweise ein mit Benzin
oder gasförmigem Treibstoff betriebener Motor.
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Wie
in 1 dargestellt, kann der Motor 12 einen
Motorblock 14 aufweisen, der zumindest teilweise eine Vielzahl
von Zylindern 16 definiert. Ein Kolben 18 kann
gleitend innerhalb jedes Zylinders 16 angeordnet sein,
und der Motor 12 kann auch einen mit jedem Zylinder 16 assoziierten
Zylinderkopf 20 aufweisen. Zylinder 16, Kolben 18 und
Zylinderkopf 20 können zusammen eine Brennkammer 22 bilden. In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Motor 12 sechs
Brennkammern 22 auf. Ein Fachmann wird jedoch leicht erkennen,
dass der Motor 12 eine größere oder geringere
Anzahl Brennkammern 22 aufweisen kann, und dass die Brennkammern 22 in
einer Reihenanordnung, einer V-Anordnung, oder in jeder anderen
herkömmlichen Anordnung angeordnet sein können.
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Der
Motor 12 kann eine Kurbelwelle 24 aufweisen, die
drehbar innerhalb des Motorblocks 14 angeordnet ist. Eine
Verbindungsstange (Pleuel) 26 kann jeden der Kolben 18 mit
der Kurbelwelle 24 verbinden, sodass eine gleitende Bewegung
jedes Kolbens 18 innerhalb jedes jeweiligen Zylinders 16 zu
einer Rotation der Kurbelwelle 24 führt. In ähnlicher Weise
kann eine Rotation der Kurbelwelle 24 zu einer gleitenden
Bewegung des Kolbens 18 führen. Der Motor 12 kann
auch einen Zahntrieb 48 aufweisen, der mit der Kurbelwelle 24 gekoppelt
bzw. verbunden ist.
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Das
Treibstoffsystem 28 kann Bestandteile aufweisen, die durch
die Kurbelwelle 24 angetrieben werden, um Einspritzvorgänge
unter Druck stehenden Strömungsmittels in jede Brennkammer 22 auszuführen.
Insbesondere kann das Treibstoffsystem 28 einen Tank 30 aufweisen,
der gestaltet ist, um einen Vorrat an Treibstoff aufzunehmen, eine
Treibstoffpumpanordnung 32, die gestaltet ist, um den Treibstoff
mit Druck zu beaufschlagen und den unter Druck stehenden Treibstoff
mittels einer Rohranordnung oder einer „common rail” 36 in
eine Vielzahl von Treibstoffinjektoren bzw. Treibstoffeinspritzvorrichtungen 34 zu
leiten, und ein Steuerungssystem 38.
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Die
Treibstoffpumpanordnung 32 kann eine oder mehrere Pumpvorrichtungen
aufweisen, die wirken, um den Druck des Treibstoffs zu erhöhen,
und einen oder mehrere Ströme unter Druck stehenden Treibstoffs
in die Rohranordnung 36 zu leiten. In einem Beispiel kann
die Treibstoffpumpanordnung 32 eine Niederdruckquelle 40 aufweisen,
die mit einer Hochdruckquelle 42 in Reihe angeordnet ist.
Die Niederdruckquelle 40 kann eine Transferpumpe darstellen,
die mittels eines Durchlasses 43 einen Zufluss zur Hochdruckquelle 42 bereitstellt.
Die Hochdruckquelle 42 kann den Zufluss geringen Drucks
aufnehmen und den Druck des Treibstoffs weiter erhöhen. Die
Hochdruckquelle 42 kann mittels einer Treibstoffleitung 44 mit
der Rohranordnung 36 verbunden sein. Eines oder mehrere
Filterelemente (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein primärer
Filter und ein sekundärer Filter können in den
Treibstoffleitungen 44 und/oder dem Durchlass 43 hintereinander
angeordnet sein, um Verunreinigungen und/oder Wasser aus dem durch
die Pumpanordnung 32 unter Druck gesetzten Treibstoff zu
entfernen, falls gewünscht.
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Die
Niederdruckquelle 40 oder die Hochdruckquelle 42 oder
beide können betriebsmäßig mit dem Motor 12 verbunden
sein und durch die Kurbelwelle 24 angetrieben werden. Die
Niederdruckquelle 40 und/oder die Hochdruckquelle 42 können
mit der Kurbelwelle 24 in jeglicher Weise verbunden sein,
die dem Fachmann auf einfache Weise offensichtlich erscheint, wodurch
eine Rotation der Kurbelwelle 24 zu einer entsprechenden
Rotation einer Pumpenwelle führen wird. Beispielsweise
ist in 1 eine Pumpenwelle 46 der Hochdruckquelle 42 als
mit der Kurbelwelle 24 durch den Zahntrieb 48 verbunden
dargestellt.
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Wie
in 2 dargestellt, kann die Hochdruckquelle 42 ein
Gehäuse 50 aufweisen, das einen ersten Zylinder 52 und
einen zweiten Zylinder 54 bildet.
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Die
Hochdruckquelle 42 kann auch einen ersten Kolben 56 aufweisen,
der innerhalb des ersten Zylinders 52 derart verschiebbar
angeordnet ist, sodass der erste Kolben 56 und der erste
Zylinder 52 zusammen eine erste Pumpkammer 58 definieren können.
Die Hochdruckquelle 42 kann auch einen zweiten Kolben 60 aufweisen,
der innerhalb des zweiten Zylinders 54 derart verschiebbar
angeordnet ist, sodass der zweite Kolben 60 und der zweite
Zylinder 54 zusammen eine zweite Pumpkammer 62 definieren
können. Es ist vorgesehen, dass zusätzliche Pumpkammern
innerhalb der Hochdruckquelle 42 vorhanden sein können,
falls gewünscht.
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Ein
erstes Antriebselement 66 und ein zweites Antriebselement 68 können
die Rotation der Kurbelwelle 24 jeweils betriebsmäßig
mit den ersten und zweiten Kolben 56, 60 verbinden.
Die ersten und zweiten Antriebselemente 66, 68 können
jeden Mechanismus für den Antrieb der ersten und zweiten Kolben 56, 60 umfassen,
wie beispielsweise eine Nocke, eine Schrägscheibe, eine
Taumelscheibe, einen elektromagnetischen Aktor, einen Piezoaktor,
einen hydraulischen Aktor, einen Motor, oder jeden andere gemäß Stand
der Technik bekannten Antriebsmechanismus. In dem Beispiel der 2 sind
die ersten und zweiten Antriebselemente 66, 68 Nockenscheiben,
die jeweils zwei Nocken 67, 69 aufweisen. Somit kann
eine einzelne volle Umdrehung des ersten Antriebselements 66 zu
zwei entsprechenden Hin-und-Her-Bewegungen zwischen zwei beabstandeten
Endpositionen des ersten Kolbens 56 führen. Und
eine einzelne volle Umdrehung des zweiten Antriebselements 68 kann
zu zwei ähnlichen entsprechenden Hin-und-Her-Bewegungen
des zweiten Kolbens 60 führen.
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Der
Zahntrieb 48 kann derart gestaltet sein, dass während
eines einzelnen Motorzyklus (d. h. der Bewegung des Kolbens 18 durch
einen Einlasstakt, einen Verdichtungstakt, einen Arbeitstakt, und
einen Auslasstakt oder zwei volle Umdrehungen der Kurbelwelle 24)
die Pumpenwelle 46 sowohl das erste als auch das zweite
Antriebselement 66, 68 zweimal drehen kann. Somit
können sowohl der erste als auch der zweite Kolben 56, 60 sich
innerhalb ihrer jeweiligen Zylinder bei einem einzelnen Motorzyklus viermal
hin und her bewegen, um insgesamt acht aufeinander folgende Pumphübe
auszuführen, die von 1–8 nummeriert sind. Die
Hübe mit ungerader Nummer können der Bewegung
des ersten Kolbens 56 entsprechen und die Hübe
mit gerader Nummer können der Bewegung des zweiten Kolbens 60 entsprechen.
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Die
ersten und zweiten Antriebselemente 66, 68 können
in Bezug zueinander derart positioniert werden, dass die ersten
und zweiten Kolben 56, 60 dazu veranlasst werden,
sich ausser Phase zueinander hin und her zu bewegen, und dadurch
die acht Pumphübe im Wesentlichen gleichmäßig
bezüglich des Rotationswinkels der Kurbelwelle 24 zu
verteilen. Es ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Antriebselemente 66, 68,
falls sie als mit Nocken versehene Nockenscheiben ausgeführt
sind, alternativ jede Anzahl von Nocken aufweisen können,
um eine entsprechende Anzahl von Pumphüben zu erzeugen. Es
ist ebenfalls vorgesehen, dass ein einzelnes Antriebselement sowohl
mit dem ersten als auch mit dem zweiten Kolben 56, 60 zwischen
ihren jeweiligen Endpositionen verbunden ist, wenn gewünscht.
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Die
Hochdruckquelle 42 kann einen Einlass 70 aufweisen,
der die Hochdruckquelle 42 strömungstechnisch
mit dem Durchlass 43 verbindet. Die Hochdruckquelle 42 kann
ebenfalls eine Niederdruckbohrung 72 aufweisen, die in
strömungstechnischer Verbindung mit dem Einlass 70 und
wahlweise mit den ersten und zweiten Pumpkammern 58, 62 steht.
Ein erstes Einlassrückschlagventil 74 kann zwischen
der Niederdruckbohrung 72 und der ersten Pumpkammer 58 angebracht
sein, um einen unidirektionalen Strom von unter geringem Druck stehenden
Strömungsmittel in die erste Pumpkammer 58 zuzulassen.
Ein zweites Einlassrückschlagventil 76 kann zwischen
der Niederdruckbohrung 72 und der zweiten Pumpkammer 62 angebracht
sein, um einen unidirektionalen Strom von unter geringem Druck stehenden
Strömungsmittel in die zweite Pumpkammer 62 zuzulassen.
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Die
Hochdruckquelle 42 kann auch einen Auslass 78 aufweisen,
der die Hochdruckquelle strömungsmitteltechnisch mit der
Treibstoffleitung 44 verbindet. Die Hochdruckquelle 42 kann
eine Hochdruckbohrung 80 aufweisen, die in selektiver Verbindung
mit den ersten und zweiten Pumpkammern 58, 62 und
dem Auslass 78 steht. Ein erstes Auslassrückschlagventil 82 kann
zwischen der ersten Pumpkammer 58 und der Hochdruckbohrung 80 angebracht
sein, um es Strömungsmittel zu ermöglichen, aus
der ersten Pumpkammer 58 in die Hochdruckbohrung 80 verdrängt
zu werden. Ein zweites Auslassrückschlagventil 82 kann
zwischen der zweiten Pumpkammer 62 und der Hochdruckbohrung 80 angebracht
sein, um es aus der zweiten Pumpkammer verdrängtem Strömungsmittel
zu ermöglichen, in die Hochdruckbohrung 80 zu
gelangen.
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Die
Hochdruckquelle 42 kann zudem einen ersten Überlaufdurchlass 86 aufweisen,
der die erste Pumpkammer 58 selektiv strömungsmitteltechnisch mit
einem gemeinsamen Überlaufdurchlass 90 verbindet.
Die Hochdruckquelle 42 kann zudem einen zweiten Überlaufdurchlass 88 aufweisen,
der die zweite Pumpkammer 62 selektiv strömungsmitteltechnisch
mit einem gemeinsamen Überlaufdurchlass 90 verbindet.
Ein Überlaufsteuerventil 92 kann innerhalb des
gemeinsamen Überlaufdurchlasses 90 zwischen der
ersten und zweiten Überlaufdurchlässen 86, 88 und
der Niederdruckbohrung 72 angeordnet sein, um es einer
gewissen Menge des aus den ersten und zweiten Pumpkammern 58, 62 verdrängten
Strömungsmittels zu ermöglichen, durch die ersten
und zweiten Überlaufdurchlässe 86, 88 und
in die Niederdruckbohrung 72 zu strömen. Die Menge
des aus den ersten und zweiten Pumpkammern 58, 62 in die
Niederdruckbohrung verdrängten (d. h. überlaufenden)
Strömungsmittels kann invers proportional zu der Menge
des Strömungsmittels sein, das in die Hochdruckbohrung 80 verdrängt
(d. h. gepumpt) wird.
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Die
strömungsmitteltechnische Verbindung zwischen den Pumpkammern 58, 62 und
der Niederdruckbohrung 72 kann mittels eines Mehrwegeventils 94 hergestellt
werden, sodass zu einem gegebenen Zeitpunkt nur entweder die erste
Pumpkammer 58 oder die zweite Pumpkammer 62 mit
der Niederdruckbohrung 72 verbunden sein kann. Weil die
ersten und zweiten Kolben 56, 60 aufeinander bezogen außer
Phase laufen können, kann eine Pumpkammer unter hohem Druck
stehen (Pumptakt), während die andere unter geringem Druck
steht (Einlasstakt), und umgekehrt. Dieser Vorgang kann verwendet werden,
um ein Element des Mehrwegeventils 94 vor und zurück
zu bewegen, um entweder den ersten Überlaufdurchlass 86 mit
dem Überlaufsteuerventil 92 strömungsmitteltechnisch
zu verbinden, oder den zweiten Überlaufdurchlass 88 mit
dem Überlaufsteuerventil 92 strömungsmitteltechnisch
zu verbinden. Somit können sich die erste und die zweite
Pumpkammer 58, 62 ein gemeinsames Überlaufsteuerventil 92 teilen.
Es ist jedoch vorgesehen, dass alternativ ein separates Überlaufsteuerventil
der Steuerung der tatsächlichen Verdrängung von
Strömungsmittel aus jeder einzelnen Pumpkammer gewidmet
sein kann, falls erwünscht. Es ist weiter vorgesehen, dass
anstelle des Dosierens einer aus den ersten und zweiten Pumpkammern 58, 62 überlaufenden
Menge Kraftstoffs (auch als Auslass-Dosieren bekannt), alternativ
die in die ersten und zweiten Pumpkammern eingesogene und darauf
folgend daraus verdrängte Menge an Kraftstoff dosiert werden
kann (auch bekannt als Einlass-Dosieren).
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Das Überlaufsteuerventil 92 kann
normalerweise mittels einer Vorspannfeder 96 in Richtung
einer ersten Position voreingestellt sein, in der es Strömungsmittel
ermöglicht wird, in die Niederdruckbohrung 72 zu
strömen. Das Überlaufsteuerventil 92 kann
auch mittels einer elektromagnetischen oder Vorsteuerkraft in eine
zweite Position bewegt werden, in der das Strömen von Strömungsmittel
in die Niederdruckbohrung 72 blockiert wird. Die Bewegung
und die zeitliche Steuerung des Überlaufsteuerungsventils
zwischen den ein Strömen erlaubenden und ein Strömen
blockierenden Positionen relativ zu den Verdrängungspositionen
der ersten und/oder zweiten Kolben 56, 60 kann
festlegen, welcher Anteil des aus den jeweiligen Pumpkammern verdrängten Strömungsmittels
zur Niederdruckbohrung 72 überläuft oder
in die Hochdruckbohrung 80 gepumpt wird.
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Wieder
mit Bezug auf 1 können Treibstoffeinspritzvorrichtungen 34 in
dem Zylinderkopf 20 angeordnet und mit der Rohranordnung 36 durch Verteilerleitungen 102 verbunden
sein, um den aus den ersten und zweiten Pumpkammern 58, 62 verdrängten
Treibstoff einzuspritzen. Die Treibstoffeinspritzvorrichtungen 34 können
beispielsweise elektronisch betätigte und gesteuerte Einspritzvorrichtungen,
mechanisch betätigte und elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtungen,
digital gesteuerte Treibstoffventile, oder jede andere gemäß Stand
der Technik bekannten Art von Treibstoffeinspritzvorrichtung darstellen.
Jede Treibstoffeinspritzvorrichtung 34 kann betätigbar
sein, um eine Menge unter Druck stehenden Treibstoffs in eine entsprechende
Brennkammer 22 mit vorbestimmten zeitlichen Abläufen, Treibstoffdrücken
und Treibstoffströmungsraten einzuspritzen.
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Die
zeitlichen Abläufe der Treibstoffeinspritzung in die Brennkammer 22 können
mit der Bewegung des Kolbens 18 und damit mit der Rotation
der Kurbelwelle 24 synchronisiert werden. Beispielsweise
kann Treibstoff eingespritzt werden, wenn sich der Kolben 18 einem
oberen Totpunkt während eines Verdichtungstakts nähert,
um eine durch die Verdichtung gezündete Verbrennung des
eingespritzten Treibstoffs zu ermöglichen. Alternativ kann.
Treibstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 den
Verdichtungstakt beginnt, indem er sich in Richtung eines oberen
Totpunkts für den Verdichtungszündungsbetrieb
mit homogener Ladung nähert. Treibstoff kann auch für
eine späte Nacheinspritzung eingespritzt werden, wenn sich
der Kolben 18 von einem oberen Totpunkt in Richtung eines
unteren Totpunkts während eines Ausdehnungstakts bewegt,
um eine reduzierende Atmosphäre für die Nachbehandlungs-Regeneration
zu erzeugen. Die aus der Einspritzung des Treibstoffs resultierende
Verbrennung kann eine Kraft auf den Kolben 18 hervorrufen,
die durch das Pleuel 26 und die Kurbelwelle 24 wandert, um
den Zahntrieb 48 zu drehen, um weiteren Treibstoff mit
Druck zu beaufschlagen.
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Nun,
mit Bezug auf die 1 und 2 kann das
Steuerungssystem 38 steuern, welche Menge des aus den ersten
und zweiten Pumpkammern 58, 62 verdrängten
Strömungsmittels in die Niederdruckbohrung 72 überläuft,
und welche restliche Menge an Treibstoff durch die Hochdruckbohrung 80 in
die Rohranordnung 36 zur nachfolgenden Einspritzung und
Verbrennung gepumpt wird. Insbesondere kann das Steuerungssystem 38 ein
elektronisches Steuerungsmodul (electronic control module, ECM) 98 aufweisen,
das mit dem Überlaufsteuerungsventil 92 in Verbindung
steht. Durch das ECM 98 erzeugte Steuerungssignale, die
mittels einer Verbindungsleitung 100 an das Überlaufsteuerungsventil 92 übermittelt
werden, können einen zeitliche Öffnungs- und Schliessablauf
für das Überlaufsteuerungsventil 92 festlegen,
der zu einer gewünschten Treibstoffströmungsrate
in die Rohranordnung 36 und/oder einem gewünschten
Treibstoffdruck innerhalb der Rohranordnung 36 führt.
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Das
ECM 98 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere
Mikroprozessoren umfassen, die ein Mittel zur Steuerung zur Steuerung
des Betriebs des Treibstoffsystems 28 aufweisen. Eine Vielzahl
kommerziell erhältlicher Mikroprozessoren kann eingerichtet
werden, um die Funktionen der ECM 98 auszuführen.
Es sollte berücksichtigt werden, dass das ECM 98 leicht
einen allgemeinen Motor- oder Kraftsystemmikroprozessor darstellen
kann, der in der Lage ist, vielfältige und verschiedene
Funktionen zu steuern und zu überwachen, falls gewünscht.
Beispielsweise kann das ECM 98 eine Last, eine Geschwindigkeit,
und/oder ein Verdichtungsverhältnis des Motors 12 und
Einspritzzeitabläufe der Einspritzvorrichtung 34 überwachen.
Das ECM 98 kann eine Speicher, eine sekundäre
Speichervorrichtung, einen Prozessor, Software, und jegliche andere
Bestandteile für das Ausführen einer Anwendung
aufweisen. Verschiedene andere Schaltkreise können mit
dem ECM 98 verbunden sein, wie beispielsweise Leistungsversorgungsschaltkreise,
Signalzustandsschaltkreise, Schaltkreise für den Betrieb
von Elektromagneten, und andere Arten von Schaltkreisen.
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Das
ECM 98 kann das Überlaufsteuerungsventil 92 wählbar öffnen
und schliessen, um ansprechend auf eine Anforderung Treibstoff überlaufen
zu lassen oder zu pumpen. Das heisst, dass in Abhängigkeit
von einer Drehgeschwindigkeit des Motors 12 und der Last
auf dem Motor 12 ein vorbestimmte Menge an Treibstoff eingespritzt
und verbrannt werden, um die Motorgeschwindigkeit und ein gewünschtes
Ausgangsdrehmoment aufrecht zu erhalten. Damit die Einspritzvorrichtungen 34 diese
vorbestimmte Menge an Treibstoff einspritzen, muss zum Zeitpunkt
des Einspritzvorgangs eine bestimmte Menge und ein bestimmter Druck
des Treibstoffs in der Rohranordnung 36 vorliegen. Das
ECM 98 kann einen oder mehrere Treibstoffkennfelder aufweisen, die
in einem seiner Speicher gespeichert sind, die verschiedene Motorzustände
mit der benötigten Menge an Treibstoff und verschiedene
Motoreigenschaften mit erwünschten Zeitabläufen
der Pumphübe in Beziehung setzen. Jedes dieser Kennfelder kann
in Form von Tabellen, Graphen, und/oder Gleichungen vorliegen und
eine Sammlung von Daten beinhalten, die im Laboreinsatz und/oder
der Felderprobung gesammelt wurden.
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Wenn
beispielsweise die gesamte Treibstoffanforderung für einen
einzelnen gesamten Motorzyklus 7200 mm3 beträgt,
und die Verdrängungskapazität eines einzelnen
Hubs 900 mm3 beträgt, wäre
es notwendig, dass jeder Hub 100% der Kapazität des Hubes
(d. h. die volle Verdrängung) erzeugt, um die gesamte Treibstoffanforderung
zu erfüllen. In dieser Situation kann jeder der acht Pumphübe
im Wesentlichen gleichermaßen zu der Gesamtmenge des gepumpten
Treibstoffs beitragen. Unter keinen Umständen kann einer
der Pumphübe mehr als 100% der Verdrängungskapazität
des Hubes erzeugen. Jedoch können einige Hübe
mehr als 100% eines gleichen Pumpanteils verdrängen. Das
heisst, dass jeder der acht Pumphübe einen ungleichen Betrag
beitragen kann.
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Zusätzlich
kann das ECM 98 ein Schwingungs- bzw. Oszillationskennfeld
beinhalten, das die Last und die Geschwindigkeit eines Motors 12 zu
einem Schwingungs- bzw. Oszillationssignal des Zahntriebs 48 in
Bezug setzt. Das heisst, dass einzelne Bestandteile des Zahntriebs 48 beschleunigen
oder abbremsen können, wenn sich die Last und/oder die Geschwindigkeit
des Motors 12 beispielsweise aufgrund des Starts oder der
Beendigung des Betriebs eines Luftkompressors (nicht gezeigt) ändert.
Die sich ändernden Geschwindigkeiten können ein
oszillierendes Signal erzeugen, das in spezifische Vibrationsfrequenzen
und -amplituden zerlegt werden kann.
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Das
Schwingungskennfeld kann aus Felderprobung und/oder Labortests erhaltene
spezifische Zeitabläufe und Treibstoffverdrängungsmengen
einzelner Pumphübe enthalten, die sich auf diese Vibrationsfrequenzen
und -amplituden beziehen. Das heisst, dass die hin und hergehende
Bewegung der Kolben 56, 60 ein rückwärts
gerichtetes Drehmoment erzeugen kann, das durch die Antriebselemente 66, 68 zurück
auf den Zahntrieb 48 geleitet wird, wenn die Hochdruckquelle 42 betrieben
wird, um Treibstoff mit Druck zu beaufschlagen. Dieses rückwärts
gerichtete Drehmoment kann Frequenz- und Amplitudeneigenschaften
aufweisen, die sich abhängig von den Verdrängungsmengen
und -zeitabläufen (d. h. dem Zeitanteil) des Treibstoffs
innerhalb jedes der acht Pumphübe ändern. Die
Zeitabläufe und Verdrängungsmengen des Treibstoffs
innerhalb der Kolben 56, 60 kann ein Profil des
Eingangsdrehmoments darstellen.
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Das
Schwingungskennfeld kann bestimmte Vibrationsfrequenzen und -amplituden
des Motors 12 mit verschiedenen Drehmomentprofilen in Bezug
setzen, die durch die Treibstoffpumpanordnung 32 erzeugt
werden können. Das ECM 98 kann Bezug auf das Schwingungskennfeld
nehmen und basierend auf den Zusammenhängen selektiv die
Kolben 56, 60 steuern, um das oben beschriebene
Schwingungssignal zu dämpfen oder sogar ganz zu eliminieren.
Das heisst, dass das ECM 98 eine Veränderung der
auf den Motor 12 wirkenden Last oder seiner Geschwindigkeit
abfühlen kann, wie beispielsweise, wenn der Betrieb des
Kompressors eingeleitet wird, und eine damit verbundene Änderung
der Vibrationeigenschaften im Zahntrieb 48. Das ECM 98 kann
dann das Schwingungskennfeld hinzuziehen und ein Profil des Eingangsdrehmoments
bestimmen, das notwendig ist, um die Vibrationen zu dämpfen,
während die gegenwärtigen Treibstoffanforderungen
erfüllt werden, und die Kolben 56, 60 basierend
auf dem Profil des Eingangsdrehmoments selektiv steuern.
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Alternativ
oder zusätzlich können einer oder mehrere Sensoren 103 mit
dem ECM 98 in Verbindung stehen, um Veränderungen
in der Vibration und/oder des Geräusches des Zahntriebs 48 zu überwachen.
Das ECM 98 kann Eingaben von den Sensoren 103 empfangen
und das Schwingungs- sowie das Treibstoffkennfeld hinzuziehen, um
das Eingangsdrehmomentprofil der Kolben 56, 60 zu
bestimmen, das notwendig ist, um die Vibrationen und/oder Geräusche
zu dämpfen, während der benötigte Treibstoff
an die Einspritzvorrichtungen 34 geliefert wird. Es ist
weiterhin vorgesehen, dass die Sensoren 103 die Vibrationseigenschaften
anderer mit dem Motor verbundener Bestandteile zu überwachen,
die Vibrationen ausgesetzt sein können, wie beispielsweise
die Motoraufhängung, falls gewünscht.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das
offenbarte System findet eine mögliche Anwendung in jedem
Motor, in dem es erwünscht ist, Vibrationen und Geräusche
auszuschalten und/oder zu verringern. Das offenbarte System kann
dabei helfen, Vibrationen und Geräusche innerhalb des Motors
auszuschalten und/oder zu dämpfen, indem es die zeitlichen
Abläufe und Verdrängungsmengen einer betreffenden
Pumpe steuert. Ein Fachmann wird erkennen, dass die offenbarte Pumpe
in Bezug auf jedes Strömungsmittelsystem verwendet werden kann.
Die offenbarte Pumpe könnte beispielsweise mit Bezug auf
einen Treibstoff oder ein hydraulisches Medium, das kein Treibstoff
ist, verwendet werden, wie beispielsweise ein Motorschmiermittel.
Der Betrieb des Antriebssystems 10 wird nun erläutert
werden.
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Mit
Bezug auf 1 können beim Betrieb des
Antriebssystems 10 die ersten und zweiten Antriebselemente 66, 68 durch
die Pumpenantriebswelle 46 rotiert werden, was die ersten
und zweiten Kolben 56, 60 veranlasst, sich innerhalb
der ersten und zweiten Zylinder 52, 54 ausser
Phase zueinander hin und her zu bewegen. Wenn sich der erste Kolben 56 durch
den Einlasshub bewegt, kann sich der zweite Kolben 60 durch
den Pumphub bewegen. Während des Einlasshubs des ersten
Kolbens 56 kann Strömungsmittel durch das erste
Einlassrückschlagventil 74 in die erste Pumpkammer 58 gesogen
werden. Wenn der erste Kolben 56 den Pumphub beginnt, kann
der steigende Druck des Strömungsmittels innerhalb der
ersten Pumpkammer 58 das Mehrwegeventil 94 dazu
veranlassen, sich zu bewegen und es dem verdrängten Strömungsmittel
zu ermöglichen, aus der ersten Pumpkammer 58 durch
das Überlaufsteuerungsventil 92 zur Niederdruckbohrung 72 zu strömen
(d. h. überzulaufen). Wenn es gewünscht ist, unter
hohem Druck stehendes Strömungsmittel aus der Hochdruckquelle 42 abzugeben
(d. h. zu pumpen), kann sich das Überlaufsteuerungsventil 92 bewegen,
um den Fluss des Strömungsmittels aus der ersten Pumpkammer 58 zur
Niederdruckbohrung 72 zu blockieren.
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Das
Schliessen des Überlaufsteuerungsventils 92 kann
einen sofortigen Druckaufbau innerhalb der ersten Pumpkammer 58 bewirken.
Wenn der Druck innerhalb der ersten Pumpkammer 58 weiterhin
ansteigt, kann ein Druckunterschied durch das erste Auslassrückschlagventil 82 hindurch
eine Öffnungskraft hervorrufen, die eine Federschliesskraft des
ersten Auslassrückschlagsventils 82 übersteigt. Wenn
die Federschliesskraft des ersten Auslassrückschlagsventils 82 überschritten
wurde, kann sich das erste Auslassrückschlagsventil 82 öffnen,
und von innerhalb der ersten Pumpkammer 58 stammendes, unter
hohem Druck stehendes Strömungsmittel kann durch das erste
Auslassrückschlagsventil 82 in die Hochdruckbohrung 80 und
dann mittels der Treibstoffleitung 44 in die Rohranordnung 36 strömen.
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Ein
Fachmann wird erkennen, dass der zeitliche Ablauf, mit dem sich
das Überlaufsteuerungsventil 92 schliesst und/oder öffnet,
festlegen kann, welcher Anteil des durch den ersten Kolben 56 verdrängten
Strömungsmittels in die Hochdruckbohrung 80 gepumpt
wird, und welcher Anteil zurück in die Niederdruckbohrung 72 zurück
gepumpt wird. Dieser Ablauf kann als Mechanismus dienen, durch den
der Druck in der Rohranordnung 36 aufrecht erhalten und gesteuert
werden kann. Wie im vorhergehenden Abschnitt dargelegt, kann die
Steuerung des Überlaufsteuerungsventils 92 durch
Signale bereitgestellt werden, die mittels der Kommunikationsleitung 100 von
der ECM 98 empfangen wird.
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Gegen
Ende des Pumphubes, wenn sich der Winkel des Nockenscheibenvorsprungs 67,
der den ersten Kolben 56 veranlasst, sich zu bewegen, verringert,
kann sich die Geschwindigkeit des Hin- und Hergehens des ersten
Kolbens 56 proportional verringern. Wenn sich die Geschwindigkeit
des Hin- und Hergehens des ersten Kolbens 56 verringert,
kann sich die durch den Druckunterschied durch das erste Auslassrückschlagsventil 82 hindurch
erzeugte Öffnungskraft der Federkraft des ersten Auslassrückschlagsventils 82 annähern
und dann darunter fallen. Das erste Auslassrückschlagsventil 82 kann
sich bewegen, um hindurchströmendes Strömungsmittel
zu blockieren, wenn die durch den Druckunterschied erzeugte Öffnungskraft
unter die Federkraft des ersten Auslassrückschlagsventils 82 fällt.
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Wenn
der zweite Kolben 60 seien Zustand von Füllen
auf Pumpen umschaltet (und der erste Kolben 56 von Pumpen
auf Füllen umschaltet), kann sich das Mehrwegeventil 94 bewegen,
um den Strom von Strömungsmittel aus der ersten Pumpkammer 58 zu
blockieren und den Durchgang zwischen der zweiten Pumpkammer 62 und
dem Überlaufsteuerungsventil 92 zu öffnen.
Auf diese Weise wird es dem Überlaufsteuerungsventil 92 ermöglicht,
die Ausflussmenge der zweiten Pumpkammer 62 zu steuern.
Der zweite Kolben 60 kann dann einen Pumphub ausführen,
der ähnlich dem oben bezüglich des ersten Kolbens 56 beschriebenen
ist.
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Während
jedem der Pumphübe der ersten und zweiten Kolben 56, 60 kann
der Beitrag jedes Pumphubes zu dem gesamten durch die Hochdruckquelle 42 bereitgestellten
Treibstoffs individuell variiert werden, um die Vibration und/oder
das Geräusch zu dämpfen, das durch die Antriebselemente 66, 68 und
den Zahntrieb 48 auf die Kurbelwelle 24 übertragen
wird. Die Beitragsmenge, und damit die effektive Verdrängung
jedes Hubes kann verringert werden, indem das Überlaufsteuerungsventil 92 während
des Pumphubes für einen längeren Zeitraum in der
offenen Position gehalten wird. Die effektive Verdrängung
jedes Hubes kann erhöht werden, indem das Überlaufsteuerungsventil 92 während
des Pumphubes für einen längeren Zeitraum in der
geschlossenen Position gehalten wird. Das ECM 98 kann die Beitragsmenge
und die effektive Verdrängung ansprechend auf angenommene,
bekannte und/oder gemessene Vibrationen, Geräusche etc.
und/oder eines Treibstoffbedarfs, der geringer ist als eine maximale
Ausflussmengenkapazität der Hochdruckquelle 42.
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Insbesondere
kann die Druck hervorrufende Kraft in umgekehrter Richtung durch
die Pumpenantriebswelle 46 und den Zahntrieb 48 auf
die Kurbelwelle 24 geleitet werden, wenn Treibstoff durch
die Kolben 56, 60 verdrängt wird. Die
Frequenz und Amplitude dieser Kraft kann zu dem oben beschriebenen Drehmomentprofil
führen. Das Drehmomentprofil kann unerwünschte
Vibrationen und oder Geräusche dem Motors 12 dämpfen
und/oder eliminieren.
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Die
zeitlichen Abläufe der Pumphübe der Kolben 56, 60 kann
durch das ECM 98 entsprechend bekannter Motorbetriebszustände
reguliert werden. Insbesondere kann das ECM 98 die zeitlichen
Abläufe und/oder die Verdrängung von Treibstoff
ansprechend auf bekannte Eigenschaften des Zahntriebs 48 oder Änderungen
in der Last und/oder der Geschwindigkeit des Motors 12 innerhalb
individueller Pumphübe anpassen. Beispielsweise kann sich
die Last auf dem Motor 12 ändern, wenn ein damit
verbundener Luftkompressor, eine hydraulische Pumpe, eine Klimaanlage,
oder eine andere parasitäre Vorrichtung betrieben wird.
Wenn sich die Last und/oder die Geschwindigkeit des Motors 12 ändert,
können sich auch die Vibrationseigenschaften des Zahntriebs 48 treiben.
Diese sich ändernden Vibrationseigenschaften könnten,
falls sie nicht berücksichtigt werden, übermäßig
werden und zu unerwünschten Geräuschen innerhalb
des Zahntriebs 48, der Kurbelwelle 24 und/oder
dem Motor 12 führen. Ansprechend darauf kann das
ECM 98 selektiv die zeitlichen Abläufe und/oder
die Verdrängungsmengen des Treibstoffs innerhalb der Pumphübe
variieren, um ein spezifisches Drehmomentprofil auf die Pumpenantriebswelle 46 aufzubringen,
das die Vibrationen und Geräusche des Motors 12 aktiv
dämpft und möglicherweise sogar eliminiert.
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Wenn
beispielsweise eine gesamte Treibstoffanforderung für einen
gesamten Motorzyklus weniger als 7200 mm3 beträgt,
können einige oder alle acht Pumphübe von ihrer
maximalen Kapazität von 900 mm3 ausgehend
verringert werden. Das heisst, dass wenn die gesamte Treibstoffanforderung
5400 mm3 beträgt, könnten
sechs Hübe angesteuert werden, um ihre gesamte Kapazität
beizutragen, und die beiden übrigen könnten vollkommen
eliminiert werden. Alternativ könnten alle acht Hübe
angesteuert werden, um 75% ihrer maximalen Kapazität zu
verdrängen. Jeder Hub könnte auch angesteuert
werden, um variierende Mengen zu verdrängen, wobei die
Summe der verdrängten Volumina gleich der gesamten Treibstoffanforderung
ist. Jede Kombination von Pumphüben kann einem bestimmten
Drehmomentprofil enstprechen, das die Vibrationen und Geräusche
des Motors 12 aktiv dämpfen und/oder eliminieren
kann.
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Das
ECM 98 kann die Verdrängung von Treibstoff durch
die richtige Kombination und zeitlichen Abläufe jedes Pumphubes
festlegen, um die Vibration und Geräusche durch Bezugnahme
auf das Schwingungskennfeld zu dämpfen. Beispielsweise kann
das ECM 98 eine durch den Betrieb eines Luftkompressors
gesteigerte Last auf dem Motor 12 detektieren. Das ECM 98 kann
basierend auf dieser abgefühlten Last und einer gegenwärtigen
Drehzahl des Motors 12, wie beispielsweise zwischen 1000 U/min
und 1700 U/min, ein Schwingungssignal. entwickeln. Unter Verwendung
dieser Bedingungen als Parameter kann das ECM 98 Bezug
auf das Schwingungskennfeld nehmen, um dasjenige Drehmomentprofil
zu bestimmen, das die erzeugten Vibrationen und Geräusche
am besten dämpfen würde. Das Drehmomentprofil
kann beispielsweise aus dem Betreiben der Pumphübe 1, 2, 4, 6, 7 bestehen,
während die Pumphübe 3, 5, 8 eliminiert
werden. In diesem Beispiel kann die Sicherheit gegen Ermüdung um
mehr als 20% gesteigert werden, Lastwechsel können zudem
in signifikanter Weise reduziert werden, und Geräusche
des Motors 12 in ihrer Lautstärke verringert werden.
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Das
System zur Verringerung von Vibrationen der vorliegenden Erfindung
kann vorteilhaft beim Dämpfen und möglicherweise
Eliminieren von Vibrationen und/oder Geräuschen durch das
selektive Variieren der zeitlichen Abläufe und der effektiven
Verdrängungsmenge individueller Pumphübe der Treibstoffpumpanordnung 32 sein.
Durch das Dämpfen und/oder das Eliminieren der Vibrationseigenschaften
und der Geräusche kann die Abnutzung betroffener Bauteile
verringert werden, und strenge Richtlinien bezüglich der
Lärmentwicklung können erfüllt werden.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedenen Änderungen
und Variationen an der Pumpe der vorliegenden Erfindung vorgenommen
werden können. Andere Ausführungsbeispiele der
Pumpe werden dem Fachmann bei Betrachtung der Beschreibung und der
Ausführung der hier offenbarten Pumpe. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele lediglich als beispielhaft
betrachtet werden, wobei der tatsächliche Umfang durch
die folgenden Patentansprüche und ihre Entsprechungen angezeigt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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