DE10350017A1

DE10350017A1 - Axialkolbenpumpe mit Strömungsmittellageranordnung

Info

Publication number: DE10350017A1
Application number: DE10350017A
Authority: DE
Inventors: Bryan E. Lacon Nelson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2004-06-03
Also published as: US6893228B2; US20040101419A1

Abstract

Eine Pumpe weist ein stationäres Pumpengehäuse mit einer mittleren Längsachse und einer Gehäusekammer auf, weiter mit einer sich drehenden Pumpenwelle, die sich durch das Pumpengehäuse und in die Gehäusekammer erstreckt, weiter eine sich drehende Trommel, die an der Pumpenwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Pumpenkammern aufweist, und eine Vielzahl von sich drehenden und sich hin- und herbewegenden Pumpenkolben. Jeder Pumpenkolben ist zumindest teilweise in einer jeweiligen Pumpenkammer enthalten. Eine Strömungsmittelliefersteueranordnung ist vorgesehen, um die Menge des Strömungsmittels zu variieren, die von der Pumpe geliefert wird. Mindestens ein unter Druck gesetzter Strömungsmittelspeicher (Pool) ist zwischen einem Teil der sich drehenden Trommel und einem Teil des Pumpengehäuses gelegen. Der unter Druck gesetzte Strömungsmittelspeicher kann entlang einer Endfläche der sich drehenden Trommel und/oder entlang einer Seite der sich drehenden Trommel gelegen sein.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf hydraulisch betätigte Systeme, die bei Verbrennungsmotoren verwendet werden, und insbesondere auf eine Axialkolbenpumpe eines hydraulisch betätigten Hochdruck-Systems.

Hintergrund

Axialkolbenpumpen werden bekanntermaßen in hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzssystemen verwendet. Der wirkungsvolle Betrieb von solchen Pumpen ist wichtig für den gesamten Betrieb des Motors. Darüber hinaus ist die Fähigkeit von solchen Pumpen, ohne Instandhaltung zu arbeiten, wichtig zur Verringerung der Zeit, in der das System abgeschaltet ist. Während ein wirkungsvoller Betrieb ein wichtiges Konstruktionskriterium ist, beeinflussen Dinge, wie beispielsweise das Gewicht, die Größe, die Kosten und eine einfache Montage die gesamte Konstruktion von solchen Pumpen.

Das US-Patent 6 035 828 von Anderson und anderen beschreibt eine Axialkolbenpumpe mit fester Verdrängung und variabler Lieferung für ein hydraulisch betätigtes Brennstoffeinspritzssystem. Bei dem System liefert eine Hochdruck-Common-Rail bzw. Hochdruck-Leitung hydraulisches Strömungsmittel zu einer Vielzahl von hydraulisch betätigten Brennstofteinspritzvorrichtungen, die in einem Dieselmotor montiert sind. Das hydraulische Strömungsmittel, welches in der Common-Rail aufgenommen wird, wird durch die Axialkolbenpumpe mit fester Verdrängung unter Druck gesetzt, die direkt von dem Motor angetriebenen wird. Die Pumpe weist eine Vielzahl von Kolben auf, die parallel um die mittlere Längsachse der Pumpe angeordnet sind, und die Hin- und Herbewegung der Kolben wird durch die Drehung einer abgewinkelten Nockenfläche oder Taumelplatte erreicht, die gegen ein nahe gelegenes Ende der Kolben vorgespannt ist. Die Verdrängung der Pumpe wird variiert durch ein Steuerventil, welches selektiv die Menge des unter Druck gesetzten Strömungsmittels variiert, die zum Pumpenauslass während des Auslasshubes von jedem Kolben geliefert wird.

Während die Pumpe von Anderson und anderen im Betrieb gut arbeitet, wirken die axialen Kräfte, die während des Auslasshubes eines Kolbens erzeugt werden, gegen die Taumelplatte, und gegen die Pumpenwelle, wobei diese mit der Pumpenwelle verbunden ist, so dass die Anwendung von Axiallagern auf der Pumpenwelle erforderlich ist. 2 der Schrift von Anderson und anderen veranschaulicht zwei gegenüberliegende Kegelrollenlageranordnungen, um die axialen Kräfte aufzunehmen, die während des Betriebs der Pumpe erzeugt werden. Solche mechanischen Lager haben eine begrenzte Lebensdauer. Entsprechend müssen die Lager der gesamten Pumpe jedesmal dann ersetzt werden, wenn die Lager versagen. Weiterhin werden die Aspekte des Bauraums, des Gewichtes, der Kosten und der Montage der Pumpe nachteilig durch die Notwendigkeit des Vorsehens von solchen mechanischen Lagern beeinflusst.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Axialkolbenpumpe vor, die einige oder alle der zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der Erfindung weist eine Pumpe ein stationäres Pumpengehäuse mit einer mittleren Längsachse und einer Gehäusekammer auf, wobei eine sich drehende Pumpenwelle sich durch das Pumpengehäuse und in die Gehäusekammer erstreckt, weiter eine sich drehende Trommel, die an der Pumpenwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Pumpenkammern aufweist, und eine Vielzahl von sich drehenden und sich hin und her bewegenden Pumpenkolben. Jeder Pumpenkolben ist zumindest teilweise innerhalb einer jeweiligen Pumpenkammer enthalten. Eine Strömungsmittelliefersteueranordnung ist vorgesehen, um selektiv die Menge des Strömungsmittels zu variieren, die von der Pumpe geliefert wird. Mindestens ein unter Druck gesetzter Strömungsmittelspeicher ist zwischen einem Teil der sich drehenden Trommel und einem Teil des Pumpengehäuses gelegen.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Verringerung der Abnutzung in einer Pumpe das Unterdrucksetzen von Strömungsmittel während eines Auslasshubes von mindestens einem Kolben der Pumpe auf, und die Bildung eines abgeschlossenen Speichers eines Teils des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zwischen Teilen von gegenüberliegenden Oberflächen einer sich drehenden Trommel und einem Gehäuse der Pumpe. Die sich drehende Trommel weist mindestens ein Pumpenkammergehäuse an mindestens einem Teil des mindestens einen Kolben auf.

Gemäß noch eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein hydraulisch betätigtes System eine Pumpe mit einer mittleren Längsachse auf, weiter eine sich drehende Pumpenwelle, eine sich drehende Trommel, die an der Pumpenwelle befestigt ist, eine Vielzahl von sich drehenden und sich hin und her bewegenden Pumpenkolben, die zumindest teilweise in den Pumpenkammern der sich drehenden Trommel gelegen sind, weiter eine Strömungsmittelliefersteueranordnung und mindestens einen unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeicher (Pool) der zwischen einem Teil der sich drehenden Trommel und einem Teil des Pumpengehäuses gelegen ist. Eine Hochdruck-Rail bzw. Hochdruck-Leitung ist mit der Pumpe verbunden. Mindestens eine hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtung ist mit der Hochdruck-Rail verbunden. Ein elektronisches Steuermodul ist vorgesehen, welches in Verbindung mit der Strömungsmittelliefersteueranordnung ist und diese steuern kann.

Gemäß noch eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung weist eine Pumpe ein stationäres Pumpengehäuse mit einer mittleren Längsachse und mit einer Gehäusekammer auf, eine sich drehende Pumpenwelle, die sich durch das Pumpengehäuse und in die Gehäusekammer erstreckt, eine sich drehende Trommel, die an der Pumpenwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Pumpenkammern aufweist, und eine Vielzahl von sich drehenden und sich hin und her bewegenden Pumpenkolben, die parallel um die Längsachse des Pumpengehäuses herum angeordnet sind. Jeder Pumpenkolben ist zumindest teilweise innerhalb einer jeweiligen Pumpenkammer enthalten. Eine Strömungsmittelliefersteueranordnung, die konfiguriert ist, um selektiv die Menge des von der Pumpe gelieferten Strömungsmittels zu variieren wird vorgesehen, wobei die Anordnung eine Vielzahl von verschiebbaren Hülsen hat. Jede verschiebbare Hülse ist auf einem jeweiligen Kolben gelegen und ist steuerbar positionierbar, um einen Anschluss in dem Pumpenkolben freizulegen, der strömungsmittelmässig mit der Pumpenkammer verbunden ist. Eine Vielzahl von unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeichern (Pool) ist innerhalb eines hohlen Teils eines Vorsprungs gelegen, der entweder auf der sich drehenden Trommel oder auf dem Pumpengehäuse gelegen ist, und zwischen einem Teil von einer Endfläche der sich drehenden Trommel und einem Teil des Pumpengehäuses.

Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung teilweise dargelegte und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch die praktische Ausführung der Erfindung erkannt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung werden mittels der Elemente und der Kombinationen verwirklicht und erreicht, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen deutlich dargelegt werden.

Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind und nicht die Erfindung einschränken sollen, wie sie beansprucht wird.

Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung miteingeschlossen sind und einen Teil davon bilden veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzsystems gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht einer Axialkolbenpumpe gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Ansicht eines entfernten Endes der Axialkolbenpumpe, die beim Schnitt 3-3 der 2 aufgenommen wurde;
4 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht einer alternativen Anordnung einer Axialkolbenpumpe gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail auf die beispielhaften Ausführungsbeispiele der Erfindung Bezug genommen, wobei die Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo es auch immer möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf die gleichen Teile oder auf ähnliche Teile zu beziehen.
Mit Bezug auf 1 kann eine Arbeitsströmungsmittelschaltung 10 für ein hydraulisch betätigtes Brennstoffeinspritzssystem eine Komponente eines Verbrennungsmotors ausmachen. Die Arbeitsströmungsmittelschaltung 10 kann eine Quelle 12 für Niederdruck-Arbeitsströmungsmittel aufweisen, welche beispielsweise der Schmierölsumpf des Motors sein kann. Eine Versorgungspumpe 14 kann Arbeitsströmungsmittel durch eine Niederdruck-Versorgungsleitung 16 zu einer Hochdruck-Axialkolbenpumpe 18 liefern. Die Axialkolbenpumpe 18 kann dann Hochdruck-Arbeitsströmungsmittel entlang einer Hochdruck-Versorgungsleitung 20 zu einer Hochdruck-Strömungsmittel Common-Rail 22 (Common-Rail = gemeinsame Druckleitung) liefern. Die Hochdruck-Strömungsmittel-Rail 22 ist strömungsmittelmässig mit jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 24 verbunden und liefert selektiv Hochdruck-Arbeitsströmungsmittel zum Antrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 24. Nachdem das Hochdruck-Arbeitsströmungsmittel von den einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 24 verwendet wurde, kann das Arbeitsströmungsmittel zum Sumpf 12 über einen Ablaufdurchlass 26 zurückgebracht werden.
Wie es in der Technik wohlbekannt ist, ist der erwünschte Druck in der Hochdruck-Rail 22 im allgemeinen eine Funktion des Motorbetriebszustandes. Beispielsweise soll bei hohen Drehzahlen und hohen Belastungen der Rail-Druck im allgemeinen beträchtlich höher als der erwünschte Rail-Druck sein, wenn der Motor in einem Leerlaufzustand arbeitet. Eine Reihe von Motorbetriebszustandssensoren 30 kann mit dem Motor an verschiedenen Stellen gekoppelt sein, um ein elektronisches Steuermodul 32 mit Daten durch Kommunikationsleitungen 34 zu beliefern. Die Sensoren 34 können Motorparameter detektieren, die beispielsweise die Motordrehzahl, die Kurbelwellenposition des Motors, die Kühlmitteltemperatur des Motors, den Abgasrückdruck des Motors, denn Einlasssammelleitungluftdruck oder die Drosselposition mit einschließen. Zusätzlich kann ein Drucksensor 36 dem elektronischen Steuermodul 32 eine Größe für den Strömungsmitteldruck in der Hochdruck-Rail 22 über die Kommunikationsleitung 38 liefern. Das elektronische Steuermodul 32 kann ausgelegt sein, um einen erwünschten Rail-Druck, der eine Funktion des Motorbetriebszustandes ist, mit dem tatsächlichen Rail-Druck zu vergleichen, wie er von dem Drucksensor 36 gemessen wird.
Falls die erwünschten und gemessenen Rail-Drücke unterschiedlich sind, kann das elektronische Steuermodul 32 eine Bewegung der Brennstoffliefersteueranordnung 40 über eine Kommunikationsleitung 42 anweisen. Die Position der Steueranordnung 40 bestimmt die Menge des Arbeitsströmungsmittels, die die Pumpe 18 über die Hochdruck-Versorgungsleitung 20 verlässt und zu der Hochdruck-Rail 22 geht. Sowohl die Steueranordnung 40 als auch die Pumpe 18 können in einem einzigen stationären Pumpenge häuse 44 enthalten sein. Weiterhin kann das elektronische Steuermodul 32 mit jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 24 über die Kommunikationsleitung 28 gekoppelt sein, um Steuersignal zu den Arbeitsströmungsmittelventilen von jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 24 zu liefern, um den Zeitpunkt und die Dauer von jeder Brennstoffeinspritzung zu steuern.
Mit Bezug auf 2 kann die Pumpe 18 eine sich drehende Welle 46 aufweisen, die direkt mit dem Ausgang des Motors gekoppelt ist, so dass die Drehgeschwindigkeit der Welle 46 direkt proportional zur Drehgeschwindigkeit der (nicht gezeigten) Antriebswelle des Motors ist. Eine sich drehende Pumpentrommel 48 kann fest an der Welle 46 über einen Keilwelleneingriff 50 angebracht sein, so dass die Welle 46 und die Pumpentrommel 48 sich zusammen drehen. Irgendeine andere geeignete Anordnung kann verwendet werden, um fest die Pumpentrommel 48 an der Welle 46 zu befestigen.
Die Pumpentrommel 48 kann ein nahe gelegenes Ende 52 und ein entfernt gelegenes Ende 54 aufweisen, und kann im allgemeinen in einer zylindrischen Form geformt sein. Das nahe liegende Ende 52 der Pumpentrommel 48 kann eine Vielzahl von Pumpenkammern oder Pumpenöffnungen 56 zur Aufnahme einer Vielzahl von Pumpenkolben 58 aufweisen. Beispielsweise kann die Pumpentrommel 48 fünf Pumpenkammern 56 aufweisen, um fünf Pumpenkolben 58 aufzunehmen. Die Pumpentrommel 48 kann auch eine Vielzahl von zusätzlichen Kammern oder Durchlässen aufweisen, die mit jedem Pumpenkolben 58 assoziiert sind. Diese zusätzlichen Durchlässe können beispielsweise einen Hochdruck-Auslassdurchlass 60 aufweisen, der strömungsmittelmässig mit der Pumpenkammer 56 verbunden ist, und einen Strömungsmittelspeicherdurchlass 62, der ebenfalls strömungsmittelmässig mit der Pumpenkammer 56 verbunden ist. Der Hochdruck-Auslassdurchlass 60 für jeden Pumpenkolben 58 kann ein Rückschlagventil 64 oder einen anderen geeigneten Mechanismus aufweisen, um einen Ein-Weg-Strömungsmittelfluss von der Pumpenkammer 56 durch einen Auslassdurchlass 60 vorzusehen. Der Auslassdurchlass 60 für jede Pumpenkammer 56 kann zu einem mittleren Auslass 66 zusammenlaufen, der um eine gemein same mittlere Längsachse 67 der Pumpentrommel 48, des Pumpengehäuses 44, der Welle 46 und der Pumpe 18 zentriert ist. Der mittlere Auslass 66 kann mit der Hochdruck-Versorgungsleitung 20 (1) in Verbindung stehen. Der mittlere Auslass 66 kann in irgendeiner anderen geeigneten Weise geformt werden, um eine letztendliche Verbindung mit der Hochdruck-Versorgungsleitung 20 vorzusehen.
Jeder Pumpenkolben 58 kann zu einer zylindrischen Form mit einem entfernt gelegenen Teil 68, mit einem nahe gelegenen Teil 70 und einer axialen Bohrung 72 geformt werden, die sich vollständig durch den Pumpenkolben 58 in einer Richtung parallel zur mittleren Längsachse 67 der Pumpe 18 erstreckt. Wie unten genauer beschrieben wird, kann sich eine Vielzahl von radialen Anschlüssen 74 von der axialen Bohrung 72 radial durch die jeweiligen Wandteile des Pumpenkolbens 58 erstrecken.
Der Pumpenkolben 58 kann mit einem kugelförmigen nahe gelegenen Ende 76 ausgeformt sein, um mit einer teilweise kugelförmigen Ausnehmung 78 eines Kolbenschuhs 80 zusammen zu passen. Die Verbindung des nahe gelegenen Endes 76 des Pumpenkolbens mit der Ausnehmung 78 des Kolbenschuhs 80 bildet eine Kugelgelenkkupplung, die eine relative Winkelbewegung zwischen dem Pumpenkolben 58 und dem Kolbenschuh 80 gestattet, jedoch nicht eine relative axiale Bewegung zwischen den Elementen gestattet. Irgendeine andere geeignete Kupplung kann verwendet werden, um den Pumpenkolben 58 und den Kolbenschuh 80 zu verbinden, solange die Kupplung eine relative Winkelbewegung gestattet und eine axiale Relativbewegung begrenzt. Der Kolbenschuh 80 kann auch eine Bohrung 82 aufweisen, die sich von seinem entfernt gelegenen Ende 84 in einer Ausnehmung 78 erstreckt und ausgerichtet ist, um mit der axialen Bohrung 72 des Pumpenkolbens 58 in Verbindung zu stehen. Das nahe gelegene Ende 84 des Kolbenschuhs kann eine Lagerfläche gegen das Pumpengehäuse 44 bilden. Ein entferntes Ende 86 des Kolbenschuhs 80 kann eine Ausnehmung oder Nut 88 darauf aufweisen, um eine Vorspannungsplatte 90 aufzunehmen.
Die Vorspannungsplatte 90 kann eine Vielzahl von Schuhlöchern 92 aufweisen, die gleichmäßig um ein mittleres Loch 94 beabstanden sind, und eine nahe gelegene bzw. diesseitige Lagerfläche 96, die benachbart zum mittleren Loch 94 zur Berührung mit dem Pumpengehäuse 44 gelegen ist. Die Schuhlöcher 92 können gestatten, dass der Kolbenschuh 80 sich dort hindurch für die Länge der Ausnehmung oder Nut 88 erstreckt, und das mittlere Loch 94 kann einen abgerundeten Teil 98 aufweisen, um einen ähnlich geformten abgerundeten Vorsprung 100 der Welle 46 aufzunehmen. Der abgerundete Wellenvorsprung 100 kann auf einer entfernten Seite der Vorspannungsplatte 90 gelegen sein. Eine Druckfeder 102 kann sich zwischen der Pumpentrommel 48 und einem ebenen Teil 104 des Vorsprungs 100 erstrecken, um den Vorsprung 100 in den abgerundeten Teil 98 und gegen die Vorspannungsplatte 90 vorzuspannen. Dies wiederum drückt die Vorspannungsplatte 90 und die Kolbenschuhe 80 gegen das Pumpengehäuse 44. Irgendeine andere geeignete Anordnung von Elementen kann verwendet werden, um die Pumpenkolben 58 und die Kolbenschuhe 80 gegen das Pumpengehäuse 44 vorzuspannen.
Das Pumpengehäuse 44 kann eine Gehäusekammer 106 zur Aufnahme der Pumpentrommel 48, der Pumpenkolben 58, der Kolbenschuhe 80, der Vorspannungsplatte 90 und eines Teils der Welle 46 aufweisen. Eine Seite 110 der Gehäusekammer 106 kann einen kreisförmigen Querschnitt mit einer Abmessung bilden, die geringfügig größer ist als ein Durchmesser der Pumpentrommel 48, um eine Drehung der Pumpentrommel 48 in der Gehäusekammer 106 zu gestatten.
Das Pumpengehäuse 44 kann ebenfalls eine Wellenöffnung 112 an seinem nahe gelegenen Ende 114 und einen Auslassdurchlass 116 an seinem entfernt gelegenen Ende 118 aufweisen. Die Wellenöffnung 112 kann in Verbindung mit der Gehäusekammer 106 stehen und kann einen Teil der Welle 46 dort hindurch aufnehmen. Der Auslassdurchlass 116 kann mit der Hochdruck-Versorgungsleitung 20 (1) und mit der Gehäusekammer 106 in Verbindung stehen, und kann mit dem mittleren Auslass 66 ausgerichtet sein. Das nahe gelegene Ende 114 des Pumpengehäuses 44 kann eine abgewinkelte Lagerfläche 120 aufweisen, und zwar zur Anlage an dem nahe gelegenen Ende 84 der Kolbenschuhe 80, und eine Lagerfläche 96 der Vorspannungsplatte 90. Das Pumpengehäuse 44 kann auch einen (in gestrichelter Linien gezeigten) Einlassdurchlass 122 aufweisen, der sich von einer Strömungsmittelversorgungsquelle, wie beispielsweise der Gehäusekammer 106, zu einem Teil der abgewinkelten Lagerfläche 120 erstreckt. Der Einlassdurchlass 122 kann eine (nicht gezeigte) nierenförmige (Öffnung in der abgewinkelten Lagerfläche 120 bilden, und zwar ausgerichtet, um eine Strömungsmittelverbindung mit der axialen Bohrung 72 des Pumpenkolbens 58 durch die Bohrung 82 des Kolbenschuhs 80 in einem Bereich von Winkelpositionen der Welle 46 vorzusehen, die den Ansaughüben von jedem Pumpenkolben 58 entsprechen. Der Einlassdurchlass 122 und die Auslassdurchlässe 60 können in irgendeiner anderen geeigneten Weise geformt werden, die den Fluss von Strömungsmittel in die Axialbohrung 72 hinein und aus dieser heraus während eines Pumphubes gestatten.
Das Pumpengehäuse 44 kann auch einen Durchlass 124 zur Gehäusekammer 106 aufweisen, um einen Steuerhebel 126 aufzunehmen, der mit einer Kolbenbetätigungsvorrichtung 128 verbunden ist. Der Steuerhebel 126 kann eine Lagernut 130 aufweisen, um eine äußere radiale Oberfläche 132 eines sich drehenden Leerlaufrings 134 aufzunehmen. Der Leerlaufring 134 kann mit einer Vielzahl von Löchern 136 geformt werden, wobei jedes Loch der Lage eines Pumpenkolbens 58 entspricht. Die Löcher 136 können eine Steuerhülse 138 aufweisen, die fest damit gekoppelt ist. Die Steuerhülsen 138 sind konfiguriert, um axial entlang eines Teils einer Außenfläche 108 des Pumpenkolbens 58 in der Nachbarschaft der radialen Anschlüsse 74 zu gleiten. Wie genauer unten beschrieben wird, sorgt die zuvor erwähnte Verbindung der Elemente für eine Bewegung der Steuerhülsen 138, um die radialen Anschlüsse 74 in dem Pumpenkolben 58 basierend auf der Bewegung der Kolbenbetätigungsvorrichtung 128 in einer Richtung zum nahe gelegenen Ende oder zum entfernt gelegenen Ende zu bedecken oder freizulegen.
3 veranschaulicht eine entfernt gelegene Endfläche 139 der Pumpentrommel 48, die in 2 veranschaulicht ist. Die entfernt gelegene Endfläche 139 kann eine Vielzahl von ringförmigen Stegen oder Vorsprüngen 140 aufweisen, die um jeden Strömungsmittelspeicherdurchlass 62 von jeder Pumpenkammer 56 zentriert sind und diesen vollständig umgeben. Der Bereich, der innerhalb des ringförmigen Vorsprungs 140 und zwischen der entfernt gelegenen Endfläche 139 der Pumpentrommel 48 und einer entfernt gelegenen Endfläche 142 (2) des Pumpengehäuses 44 geformt wird, bildet einen Bereich bzw. eine Fläche für einen unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeicher (Pool) 144. Ein ringförmiger Steg oder Vorsprung 146 kann ebenfalls auf der entfernt gelegenen Endfläche 139 ausgeformt sein und um den mittleren Auslass 66 der Pumpentrommel 48 zentriert sein. Die Form und Größe der Vorsprünge 140 und 146 kann variiert werden, solange sie ihren jeweiligen Durchlass oder Auslass umgeben.
Die entfernt gelegene Endfläche 139 der Pumpentrommel 48 kann auch eine Vielzahl von äußeren Stegen oder Vorsprüngen 148 aufweisen, die um einen äußeren radialen Teil der Pumpentrommel 48 beabstandet sind. Die äußeren Stegen 148 können so konfiguriert sein, dass sie zu der gekrümmten Kontur der Pumpentrommel 48 passen, oder sie könnten irgendeine andere geeignete Form haben und könnten gleichmäßig um die entfernt gelegene Endfläche 139 beabstanden sein. Jeder Steg oder Vorsprung 140, 146 und 148, der auf einer Endfläche 139 der Pumpentrommel 48 geformt ist, kann eine ebene Oberseite aufweisen, die eine Lagerfläche gegen eine entfernt gelegene Endfläche 142 des Pumpengehäuses 44 während der Relativdrehung der Pumpentrommel 48 und des Pumpengehäuses 44 bildet.
4 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel weist alle Aspekte des Ausführungsbeispiels auf, welches in den oben beschriebenen 2 und 3 gezeigt ist, außer dass der mittlere Auslass 66 entfernt wurde und sich Hochdruck-Auslassdurchlässe 60' radial durch ein Rückschlagventil 64' nach außen er strecken, und nicht radial nach innen innerhalb der Pumpentrommel 48. Entsprechend öffnet sich ein Auslassdurchlass 60' in eine Seitenfläche 150 der Pumpentrommel 48. Ebenfalls wird in diesem Ausführungsbeispiel ein axialer Durchlass 152 in der Pumpentrommel 48 geformt, um eine Verbindung mit dem radialen Durchlass 60' herzustellen, und kann sich innerhalb der Pumpentrommel 48 nahe gelegen bzw. parallel erstrecken. Ein radialer Durchlass 154 kann dann vorgesehen werden, um das nahe gelegene Ende des axialen Durchlasses 152 mit der Seitenfläche 150 der Pumpentrommel 48 zu verbinden. Der axialer Durchlass 152 kann so geformt werden, dass er sich nicht durch das nahe gelegene Ende 54 oder das entfernt gelegene Ende 52 der Pumpentrommel 48 erstreckt.
Das Pumpengehäuse 44 des Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in 4 veranschaulicht wurde, kann eine Ausnehmung 156 aufweisen, die darin ausgeformt ist, die sich um den gesamten Umfang der Gehäusekammer 106 erstreckt. Weiterhin kann das Pumpengehäuse 44 einen gemeinsamen Auslass 158 aufweisen, der die Auslassdurchlässe 60' von jedem Pumpenkolben 58 mit einem einzigen Auslass 160 verbindet, der mit der Hochdruck-Versorgungsleitung 22 verbunden ist. In einer alternativen Konfiguration können die Durchlässe 152 und 154 und die Ausnehmung 156 entweder einzeln oder zusammen in dem Pumpengehäuse 44 und nicht in der Pumpentrommel 48 geformt sein.
Industrielle Anwendbarkeit
Im Betrieb bewirkt die Drehung der Antriebswelle des Motors die Drehung der Welle 46 der Pumpe 18. Diese Drehung der Welle 46 wirkt dahingehend, dass sie die Pumpentrommel 48 und die Pumpenkolben 58 relativ zum Pumpengehäuse 44 dreht. Die Druckfeder 102 drückt die Welle 46 gegen die Vorspannungsplatte 90, um den Kolbenschuh 80 und den Pumpenkolben 58 gegen die abgewinkelte Lagerfläche 120 des Pumpengehäuses 44 zu halten. Entsprechend bewirkt die Drehung der Pumpentrommel 48 und der Pumpenkolben 58, dass die Pumpenkolben 58 sich gemäß des axialen Anstiegs und Abfallens der abgewinkelten Lagerfläche 120 hin und her bewegen. Während eines Ansaughubes eines Pumpenkolbens 58 (der mit der Bewegung des Kolbens von seiner am weitesten entfernt gelegenen oberen Totpunktposition zu seiner am nächsten gelegenen unteren Totpunktposition assoziiert ist) wird Niederdruck-Strömungsmittel von der Niederdruck-Versorgungsleitung 16 in die Gehäusekammer 106 hinein durch den Einlassdurchlass 122, durch die Kolbenschuhbohrung 80 und in die axiale Bohrung 72 und die Pumpenkammer 56 gezogen. Während eines Auslasshubes eines Pumpenkolbens 58 (der mit der Bewegung des Kolbens von seiner am nächsten gelegenen unteren Totpunktposition zu seiner am weitesten entfernten oberen Totpunktposition assoziiert ist) hat sich der Pumpenkolben 58 weg außer Ausrichtung mit dem Einlassdurchlass 122 gedreht, so dass die Bewegung des Pumpenkolbens 58 in einer Richtung nach außen die Größe der Pumpenkammer 56 reduziert, um das Strömungsmittel innerhalb der axialen Bohrung 72 und der Pumpenkammer 56 unter Druck zu setzen. Ein Teil des unter Druck gesetzten Strömungsmittels wird dann durch den Auslassdurchlass 60 über das Rückschlagventil 64 und in den mittleren Auslass 66 in den Auslassdurchlass 116 des Pumpengehäuses 44 und durch die Hochdruck-Versorgungsleitung 20 zur Common-Rail 22 ausgestoßen.
Wenn wie oben besprochen ein erwünschter Strömungsmitteldruck in der Rail bzw. Druckleitung 22 anders ist als der tatsächliche Druck in der Rail 22 kann die Menge des Hochdruck-Strömungsmittels, die die Pumpe 18 verlässt, durch die Steueranordnung 40 variiert werden. Die Steueranordnung 40 kann eine Steuerbetätigungsvorrichtung 128, einen Steuerhebel 126, einen sich drehenden Leerlaufring 134 und Kolbensteuerhülsen 138 aufweisen. Wenn das elektrische Steuermodul 32 bestimmt, dass die Pumpe 18 übermäßig viel Strömungsmittel durch die Hochdruck-Versorgungsleitung 20 zur Rail 22 liefert, kann ein Signal entlang der Kommunikationsleitung 42 gesandt werden, um die Anordnung 40 dahingehend zu steuern, dass sie die Betätigungsvorrichtung 128, den Steuerhebel 126, den Leerlaufring 134 und die Steuerhülsen 138 so bewegt, dass die radialen Anschlüsse 74 des Pumpenkolbens 58 an einem gewissen Punkt während des Auslasshubes des Kolbens freigelegt sind. Sobald die radialen Anschlüsse 74 freigelegt sind, wird unter Druck gesetztes Strömungsmittel innerhalb der Pumpenkammer 56 und der axialen Bohrung 72 zur Gehäusekammer 106 und nicht durch den Auslassdurchlass 60 ausgestoßen. Somit steuert die Position der Steuerhülse 138 auf dem Pumpenkolben 58 die Menge des Strömungsmittels in der Pumpenkammer 56, die unter Druck gesetzt wird und durch den Hochdruck-Auslassdurchlass 60 gedrückt wird.
Während des Auslasshubes des Kolbens 58 wird Hochdruck-Strömungsmittel ebenfalls durch den Strömungsmittelspeicherdurchlass 62 geliefert, um den unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeicher (Pool) 144 innerhalb des hohlen Teils des ringförmigen Vorsprungs 140 zu bilden, und auch zwischen der entfernt gelegenen Endfläche 142 des Pumpengehäuses 44 und der entfernt gelegenen Endfläche 139 der Pumpentrommel 48. Die Bildung des abgeschlossenen unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeichers (Pool) 144 wirkt dahingehend, dass dieser die entfernt gelegenen Endfläche 139 der Pumpentrommel 48 weg von der entfernt gelegenen Endfläche 142 des Pumpengehäuses 44 drückt, und somit die Kontaktkräfte zwischen der Pumpentrommel 48 und dem Pumpengehäuse 44 reduziert. Die größten Kontaktkräfte zwischen der Pumpentrommel 48 und dem Pumpengehäuse 44 entsprechen einer Fläche des entfernt gelegenen Endes 54 der Pumpentrommel 48 benachbart zu dem Kolben, der seinen Auslasshub ausführt. Dies kommt von den hohen Drücken, die innerhalb der Pumpenkammer 56 gebildet werden, die dahingehend wirken, dass sie die Pumpentrommel 48 gegen das Pumpengehäuse 44 drücken. Entsprechend wird der unter Druck gesetzte Strömungsmittelspeicher (Pool) 144 immer während des Zeitpunktes der maximalen Kontaktkräfte zwischen der Pumpentrommel 48 und dem Pumpengehäuse 44 gebildet.
Der Vorsprung 146 wirkt dahingehend, dass er den mittleren Auslass 66 abdichtet, der das Hochdruck-Strömungsmittel von der Gehäusekammer 106 leitet, die das Niederdruck-Strömungsmittel enthält. Weiterhin helfen die äußeren Vorsprünge 148 bei der radialen Ausrichtung der Pumpentrommel 48 in der Gehäusekammer 106, sie gestatten jedoch, dass Strömungsmittel zwischen den Endflächen 139 und 142 vorhanden ist, um mit dem Niederdruck-Strömungsmittel der Gehäusekammer 106 in Verbindung zu treten.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 4 veranschaulicht wurde, wirkt in ähnlicher Weise wie jenes, welches oben in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 beschrieben wurde, einschließlich der Bildung eines unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeichers (Pool) 144. Das Ausführungsbeispiel der 4 weist auch die Anwendung von Hochdruck-Strömungsmittel auf, um den Kontakt der Pumpentrommel 48 mit dem Pumpengehäuse 44 zu reduzieren, der aus radialen Kräften resultiert, die während des Pumpenbetriebes erzeugt werden. Während des Pumpenbetriebes läuft Hochdruck-Strömungsmittel vom Auslassdurchlass 60' durch das Rückschlagventil 64' und durch die Auslässe 158 und 160 zu der Hochdruck-Versorgungsleitung 20. Ein Teil des Hochdruck-Strömungsmittels läuft auch durch den axialen Durchlass 152 zum radialen Durchlass 154 und in einen axialen Spalt 162, der zwischen der Seitenfläche 150 der Pumpentrommel 48 und der Gehäuseseite 110 der Pumpenkammer 106 gebildet wird. Das Hochdruck-Strömungsmittel kann dann in die Gehäuseausnehmung 156 fließen. Entsprechend wird ein Druckspeicher innerhalb der Ausnehmung 156 erzeugt, um bei der radialen Ausrichtung der Pumpentrommel 48 innerhalb des Pumpengehäuses 44 zu helfen, und um eine Abnutzung zwischen diesen Teilen der Pumpe 18 zu reduzieren. Hochdruck-Strömungsmittel, welches in den Auslass Durchlass 158 vom Durchlass 60' läuft, kann ebenfalls durch den axialen Spalt 162 und in die Gehäuseausnehmung 156 laufen, um bei der Bildung eines Ausgleichsspeichers (Pool) in der Ausnehmung 156 zu helfen.
Der unter Druck gesetzte Strömungsmittelspeicher 144 erzeugt alleine oder in Kombination mit dem unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeicher, der in der Ausnehmung 156 gebildet wird, ein Strömungsmittellager bzw. ein hydrostatisches Lager, welches die Abnutzung zwischen den sich bewegenden und dem stationären Teilen der Pumpe 18 reduziert. Entsprechend können die Strömungsmittelager die Notwendigkeit oder die Belastung der mechanischen Lager reduzieren, was wiederum die Lebensdauer der Pumpe verlängern kann oder die Zeitdauer zwischen der Instandhaltung der Pumpe reduzieren kann.
Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und bei der praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich. Beispielsweise können Druckausgleichsspeicher (Pool) der vorliegenden Erfindung bei Pumpen verwendet werden, die sich nicht drehende Kolben und eine sich drehende abgewinkelte Lagerfläche haben (d.h. eine Taumelplatte). Bei einer solchen Pumpe könnten die Ausgleichsspeicher verwendet werden, um die Abnutzung zwischen den Kolbenschuhen und der sich drehenden abgewinkelten Lagerfläche zu reduzieren. Weiterhin könnte die Pumpe 18 gemäß der vorliegenden Erfindung weniger als alle der hier offenbarten Ausgleichsspeicher aufweisen, beispielsweise nur einen Ausgleichsspeicher, der um die mittlere Längsachse 67 des Pumpengehäuses 48 zentriert ist. Weiterhin kann der Ausgleichsspeicher 156, der entlang der Seite 150 der sich drehenden Pumpentrommel 48 geformt ist, der einzige Ausgleichsspeicher sein, der in der Pumpe vorgesehen ist. Noch weiterhin können Vorsprünge, ähnlich dem Vorsprung 140, der an der entfernt gelegenen Endfläche 139 der Pumpentrommel 48 ausgebildet ist, auf einer Seite 150 der Pumpentrommel ausgeformt sein. Die Vorsprünge 140, 146 und 148 können alternativ auf der geeigneten Oberfläche des Pumpengehäuses 44 und nicht auf den Oberflächen der Pumpentrommel 48 geformt sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Kern und Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche gezeigt wird.

Claims

Pumpe, die Folgendes aufweist: ein stationäres Pumpengehäuse mit einer mittleren Längsachse und mit einer Gehäusekammer; eine sich drehende Pumpenwelle, die sich durch das Pumpengehäuse und in die Gehäusekammer erstreckt; eine sich drehende Trommel, die an der Pumpenwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Pumpenkammern aufweist; eine Vielzahl von sich drehenden und hin und her bewegenden Pumpenkolben, wobei jeder Pumpenkolben zumindest teilweise innerhalb einer jeweiligen Pumpenkammer enthalten ist; eine Strömungsmittelliefersteueranordnung, die konfiguriert ist, um selektiv die Menge des Strömungsmittels zu variieren, die von der Pumpe geliefert wird; und mindestens einen unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeicher (Pool), der zwischen einem Teil der sich drehenden Trommel und einem Teil des Pumpengehäuses gelegen ist.
Pumpe nach Anspruch 1, wobei ein Durchlass eine Pumpenkammer mit dem mindestens einen unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeicher verbindet.
Pumpe nach Anspruch 2, die weiter einen Vorsprung aufweist, der auf einer Oberfläche von der sich drehenden Trommel oder dem Pumpengehäuse in einem Bereich gelegen ist, der den Durchlass umgibt, wobei der unter Druck gesetzte Strömungsmittelspeicher zumindest teilweise innerhalb eines hohlen Teils des Vorsprungs und zwischenassoziierten Oberflächen der sich drehenden Trommel und des Pumpengehäuses enthalten ist.
Pumpe nach Anspruch 1, wobei zumindest ein unter Druck gesetzter Strömungsmittelspeicher eine Vielzahl von unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeichern aufweist, und zwar in der Anzahl gleich der Vielzahl von Pumpenkammern, und wobei ein getrennter Durchlass jeden unter Druck gesetzten Strömungsmittelspeicher mit einer jeweiligen Pumpenkammer verbindet.
Pumpe nach Anspruch 1, wobei der unter Druck gesetzte Speicher (Pool) an einem Ende der sich drehenden Trommel gelegen ist.
Pumpe nach Anspruch 5, wobei ein zusätzlicher unter Druck gesetzte Speicher entlang einer Seite der sich drehenden Trommel gelegen ist.
Pumpe nach Anspruch 1, wobei der unter Druck gesetzte Speicher entlang einer Seite der sich drehenden Trommel gelegen ist und eine Ausnehmung aufweist, die sich vollständig um einen Teil der sich drehenden Trommel erstreckt.
Pumpe nach Anspruch 1, wobei die Strömungsmittelliefersteueranordnung eine Vielzahl von verschiebbaren Hülsen aufweist, wobei jede verschiebbare Hülse auf einem jeweiligen Kolben gelegen ist und steuerbar positionierbar ist, um einen Anschluss in dem Pumpenkolben freizulegen, der strömungsmittelmässig mit der Pumpenkammer verbunden ist.
Hydraulisch betätigtes System nach einem der Ansprüche 1–8, welches weiter Folgendes aufweist: eine Hochdruck-Rail bzw. Hochdruck-Leitung, die mit der Pumpe verbunden ist; mindestens eine hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtung, die mit der Hochdruck-Rail verbunden ist; und ein elektronisches Steuermodul in Verbindung mit der Liefersteueranordnung, welches diese steuern kann.
Verfahren zur Verringerung der Abnutzung in einer Pumpe, welches Folgendes aufweist: Komprimieren von Strömungsmittel während eines Auslasshubes von mindestens einem Kolben der Pumpe; und Formen eines abgeschlossenen Speichers (Pool) eines Teils des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zwischen Teilen von gegenüberliegenden Oberflächen einer sich drehenden Trommel und eines Gehäuses der Pumpe, wobei die sich drehende Trommel mindestens ein Pumpenkammergehäuse an mindestens einem Teil des mindestens einem Kolben aufweist.