DE112017007483T5 - Adjustable liquid displacement pump - Google Patents
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Abstract
Die Offenbarung bezieht sich auf eine verstellbare Flüssigkeits-Verdrängerpumpe (10) zum Pumpen von druckbeaufschlagter Flüssigkeit, umfassend einen Pumpenrotor (44) mit radial verschiebbaren Schiebern (46), die sich in einem verschiebbaren Steuerring (42) drehen, ein Drucksteuersystem zum Steuern des Austrittsdrucks der druckbeaufschlagten Flüssigkeit. Das Steuersystem umfasst eine Drucksteuerkammer (54) zum Schieben des Steuerrings (42) in eine Richtung für eine große Fördermenge und ein Drucksteuerventil (78), das den Druck in der Drucksteuerkammer (54) steuert. Das Drucksteuerventil (78) umfasst einen Steuerstößel (86), der zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich ist, einen Eingangsdruckstößel (90), der mit einem Ist-Druck (PA) in einer Eingangsdruckkammer (88) beaufschlagt wird, wobei der Eingangsdruckstößel (90) mit dem Steuerstößel (86) mechanisch verbunden ist, und eine Steuerventilfeder (92), die den Steuerstößel (86) gegen den Druck in der Eingangsdruckkammer (88) in die zweite Position vorbelastet. Das Steuersystem umfasst ferner eine getrennte Dämpfungseinheit (100), die einen Kolben (108) umfasst, der sich in einer getrennten Dämpfungskammer (112) bewegt und der die Dämpfungskammer (112) in zwei Kammerteile (112a, 112b), die durch einen Dämpfungskanal (118; 120) fluidisch miteinander verbunden sind, unterteilt, wobei der Kolben (108) mit dem Steuerstößel (86) starr verbunden ist. The disclosure relates to an adjustable fluid displacement pump (10) for pumping pressurized fluid, comprising a pump rotor (44) with radially displaceable slides (46) rotating in a displaceable control ring (42), a pressure control system for controlling the outlet pressure the pressurized liquid. The control system includes a pressure control chamber (54) for pushing the control ring (42) in one direction for a large flow and a pressure control valve (78) which controls the pressure in the pressure control chamber (54). The pressure control valve (78) comprises a control tappet (86) which is movable between a first position and a second position, an inlet pressure tappet (90) which is acted upon by an actual pressure (PA) in an inlet pressure chamber (88), the Inlet pressure tappet (90) is mechanically connected to the control tappet (86), and a control valve spring (92) which biases the control tappet (86) against the pressure in the input pressure chamber (88) to the second position. The control system further comprises a separate damping unit (100) which comprises a piston (108) which moves in a separate damping chamber (112) and which divides the damping chamber (112) into two chamber parts (112a, 112b) which are passed through a damping channel ( 118; 120) are fluidly connected to one another, with the piston (108) being rigidly connected to the control tappet (86).
Description
Verstellbare Flüssigkeits-VerdrängerpumpeAdjustable liquid displacement pump
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Flüssigkeits-Verdrängerpumpe zum Pumpen von druckbeaufschlagter Flüssigkeit.The present invention relates to an adjustable liquid displacement pump for pumping pressurized liquid.
Eine verstellbare Flüssigkeits-Verdrängerpumpe wird durch den Motor mechanisch angetrieben und umfasst einen Pumpenrotor mit radial verschiebbaren Schiebern, die sich in einem verschiebbaren Steuerring drehen, wodurch der Steuerring durch eine Drucksteuerkammer in eine Richtung für eine große Fördermenge gedrückt wird. Die Pumpe ist mit einem Drucksteuersystem zum Steuern des Austrittsdrucks der druckbeaufschlagten Flüssigkeit an dem Pumpenauslassanschluss versehen. Die Pumpe ist mit einem Drucksteuerventil versehen, das den Druck in der Drucksteuerkammer steuert. Das Drucksteuerventil umfasst einen Stößel, der durch eine Steuerventilfeder vorbelastet ist.An adjustable fluid displacement pump is mechanically driven by the motor and includes a pump rotor with radially slidable vanes that rotate in a slidable control ring, thereby pushing the control ring in one direction for a large flow rate through a pressure control chamber. The pump is provided with a pressure control system for controlling the outlet pressure of the pressurized liquid at the pump outlet connection. The pump is equipped with a pressure control valve that controls the pressure in the pressure control chamber. The pressure control valve includes a plunger that is preloaded by a control valve spring.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „radial verschiebbare Schieber“ auch radial verschiebbare Pendelschieber, wobei die Ausrichtung der Schieber nicht als genau radial verstanden werden muss, sondern eine konstante oder variable Komponente in einer Radialrichtung haben kann.According to the present invention, the term “radially displaceable slide valve” also includes radially displaceable pendulum slide valve, wherein the orientation of the slide valve does not have to be understood as exactly radial, but can have a constant or variable component in a radial direction.
Die
Die Pumpe umfasst ein Drucksteuersystem, das eine Drucksteuerkammer zum Schieben des Steuerrings zu einer Position für eine große Fördermenge umfasst. Ferner umfasst das Steuersystem ein Drucksteuerventil, das den Druck in der Drucksteuerkammer steuert. Ein Steuerkolben ist in dem Steuerventil verschiebbar dazu vorgesehen, einen Austrittsanschluss der Drucksteuerkammer zu öffnen und zu schließen und dadurch den Druck in der Drucksteuerkammer zu steuern. Der Steuerkolben ist an einem axialen Ende durch eine Feder vorbelastet.The pump includes a pressure control system that includes a pressure control chamber for pushing the control ring to a large delivery position. The control system further includes a pressure control valve that controls the pressure in the pressure control chamber. A control piston is slidably provided in the control valve to open and close an outlet port of the pressure control chamber and thereby control the pressure in the pressure control chamber. The control piston is preloaded at one axial end by a spring.
Vorteilhafterweise wird der Schmiermitteldruck am Motorschmiermittelauslass als die durch den Drucksteuerkreis zu steuernde Steuervariable verwendet. Dieses Konzept gewährleistet einen ausreichenden Schmiermitteldruck im Motor. Da der Ist-Schmiermitteldruck am Motorschmiermittelauslass abgegriffen wird, wird der Regelkreis anfälliger für Druckschwankungen.The lubricant pressure at the engine lubricant outlet is advantageously used as the control variable to be controlled by the pressure control circuit. This concept ensures sufficient lubricant pressure in the engine. Since the actual lubricant pressure is tapped at the engine lubricant outlet, the control loop is more susceptible to pressure fluctuations.
Die Fluid-Verdrängerpumpe gemäß dem Stand der Technik weist Schwankungen des Schmiermittelauslassdrucks im Bereich von 5 bis 50 Hz auf. Die Schwankungen des Auslassdrucks befinden sich um einen mittleren Druckwert herum, der sich bei einer hohen Drehzahl unter dem eingestellten Druckwert befindet. Infolgedessen ist der mittlere Druckwert bei einer hohen Drehzahl niedriger als erwartet.The fluid displacement pump according to the prior art has fluctuations in the lubricant outlet pressure in the range from 5 to 50 Hz. The fluctuations in the outlet pressure are around an average pressure value that is below the set pressure value at high speed. As a result, the average pressure value at a high speed is lower than expected.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verstellbaren Flüssigkeits-Verdrängerpumpe mit einer verbesserten Druckstabilität.The object of the present invention is to provide an adjustable liquid displacement pump with improved pressure stability.
Diese Aufgabe wird durch eine verstellbare Flüssigkeits-Verdrängerpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an adjustable liquid displacement pump with the features of claim 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die verstellbare Flüssigkeits-Verdrängerpumpe mit einer getrennten Dämpfungseinheit versehen. Demgemäß ist die Dämpfungseinheit nicht in dem Drucksteuerventil integriert, sondern ist als eine getrennte Einheit des Drucksteuersystems vorgesehen. Die Dämpfungseinheit umfasst einen Kolben, der sich in einer getrennten Dämpfungskammer bewegt und der die Dämpfungskammer in zwei Kammerteile unterteilt, die durch einen Dämpfungskanal fluidisch verbunden sind. Eine Druckdifferenz zwischen beiden Kammerteilen wird über den Dämpfungskanal ausgeglichen. Das zeitliche Verhalten des Ausgleichs der Druckdifferenz zwischen den Kammerteilen hängt von der Geometrie und der Ausführung des Dämpfungskanals und von dem Dämpfungsfluid ab. Infolgedessen kann das zeitliche Verhalten durch die Geometrie und die Ausführung des Dämpfungskanals und die Beschaffenheit und Viskosität des Dämpfungsfluids beeinflusst werden. Hochfrequenzbewegungen des Kolbens in der Dämpfungskammer werden daher gedämpft. Der Kolben der Dämpfungseinheit ist mit dem Steuerstößel starr verbunden, so dass auch die Bewegung des Steuerstößels gedämpft wird. Hochfrequenzschwingungen des Steuerstößels, die zu einem schwankenden Auslassdruck führen, werden daher gedämpft und reduziert. Infolgedessen weist die verstellbare Flüssigkeits-Verdrängerpumpe bei einer hohen Drehzahl der Pumpe eine höhere Druckstabilität auf.According to the present invention, the adjustable liquid displacement pump is provided with a separate damping unit. Accordingly, the damping unit is not integrated in the pressure control valve, but is provided as a separate unit of the pressure control system. The damping unit comprises a piston which moves in a separate damping chamber and which divides the damping chamber into two chamber parts which are fluidly connected by a damping channel. A pressure difference between the two chamber parts is compensated for via the damping channel. The temporal behavior of the compensation of the pressure difference between the chamber parts depends on the geometry and the design of the damping channel and on the damping fluid. As a result, the temporal behavior can be influenced by the geometry and the design of the damping channel and the nature and viscosity of the damping fluid. High-frequency movements of the piston in the damping chamber are therefore damped. The piston of the damping unit is rigidly connected to the control tappet, so that the movement of the control tappet is also damped. High-frequency vibrations of the control tappet, which lead to a fluctuating outlet pressure, are therefore damped and reduced. As a result, the adjustable liquid displacement pump has a higher pressure stability at a high speed of the pump.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Flüssigkeitspumpe eine Schmiermittelpumpe.According to a preferred embodiment of the present invention, the liquid pump is a lubricant pump.
Die Steuerventilfeder ist vorzugsweise in dem Drucksteuerventil vorgesehen. Bei dieser Anordnung kann die Dämpfungseinheit einem bestehenden Drucksteuerventil leicht hinzugefügt werden.The control valve spring is preferably provided in the pressure control valve. With this arrangement, the damping unit can be easily added to an existing pressure control valve.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Steuerventil in der Dämpfungskammer vorgesehen. Die Steuerventilfeder ist dadurch in einem Kammerteil vorgesehen, vorzugsweise in dem Kammerteil, der sich an einem freien axialen Ende der Dämpfungskammer befindet. Infolgedessen ist ein leichter Zugang zu der Steuerventilfeder von dem freien axialen Ende möglich. Daher kann die Steuerventilfeder leicht ausgetauscht werden, um zum Beispiel die Federkonstante anzupassen. In an alternative embodiment, the control valve is provided in the damping chamber. The control valve spring is thereby provided in a chamber part, preferably in the chamber part which is located at a free axial end of the damping chamber. As a result, easy access to the control valve spring from the free axial end is possible. Therefore, the control valve spring can be easily replaced, for example to adjust the spring constant.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Dämpfungsfluid in der Dämpfungskammer die Pumpflüssigkeit. Demgemäß ist kein getrenntes Dämpfungsfluid erforderlich.In a preferred embodiment of the present invention, a damping fluid in the damping chamber is the pump liquid. Accordingly, no separate damping fluid is required.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Dämpfungsfluid in der Dämpfungskammer Öl. Im Gegensatz zu Gas ist Öl nicht kompressibel, so dass durch Verwendung von Öl als ein Dämpfungsfluid keine weitere Federwirkung bereitgestellt wird.According to a further preferred embodiment, a damping fluid in the damping chamber is oil. In contrast to gas, oil is not compressible, so that no additional spring action is provided by using oil as a damping fluid.
Ferner besitzt Öl einen hohen Siedepunkt, so dass Öl einen großen Arbeitsbereich aufweist.Furthermore, oil has a high boiling point, so that oil has a large working range.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist ein Dämpfungsfluid in der Dämpfungskammer Luft. Die Viskosität von Luft erhöht sich mit zunehmender Temperatur leicht, so dass die Dämpfungswirkung im Gegensatz zu Flüssigkeiten mit zunehmender Temperatur nicht abnimmt.According to an alternative embodiment, a damping fluid in the damping chamber is air. The viscosity of air increases slightly with increasing temperature, so that the damping effect does not decrease with increasing temperature, in contrast to liquids.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform ist ein Dämpfungsfluid in der Dämpfungskammer Fett. Fett ist ein Fluid mit einer hohen Viskosität, so dass eine hohe Dämpfungswirkung erreicht werden kann.In another alternative embodiment, a damping fluid in the damping chamber is fat. Fat is a fluid with a high viscosity, so that a high damping effect can be achieved.
Vorzugsweise sind der Kolben und der Steuerstößel durch eine starre Stange mechanisch miteinander verbunden. Eine Stange ist ein einfaches Strukturelement zum starren Verbinden des Steuerstößels und des Kolbens.The piston and the control plunger are preferably mechanically connected to one another by a rigid rod. A rod is a simple structural element for rigidly connecting the control tappet and the piston.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Dämpfungskanal als eine Axialbohrung im Kolben vorgesehen. Der Kolben kann leicht mit einer Bohrung versehen werden, so dass die Herstellung einfach ist. Ferner kann die Bohrung an verschiedene Viskositäten des Dämpfungsfluids angepasst werden, indem eine angepasste Geometrie der Bohrung vorgesehen wird.According to a preferred embodiment of the invention, a damping channel is provided as an axial bore in the piston. The piston can be easily drilled so that manufacture is easy. Furthermore, the bore can be adapted to different viscosities of the damping fluid by providing an adapted geometry of the bore.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Dämpfungskanal als ein radialer Zwischenraum zwischen dem Kolben und einer Dämpfungskammerwand vorgesehen. Der radiale Zwischenraum kann durch Auswahl eines Außenradius für den Kolben, der wesentlich kleiner als ein Innenradius der Dämpfungskammer ist, so dass zwischen der Dämpfungskammerwand und dem Kolben ein Spalt definiert wird, vorgesehen werden. Eine an der Außenumfangsfläche des Kolbens vorgesehene Dichtung ist nicht erforderlich. Ferner kommt es nicht zu Reibung.In a further preferred embodiment of the present invention, the damping channel is provided as a radial space between the piston and a damping chamber wall. The radial space can be provided by selecting an outer radius for the piston that is substantially smaller than an inner radius of the damping chamber, so that a gap is defined between the damping chamber wall and the piston. A seal provided on the outer peripheral surface of the piston is not necessary. Furthermore, there is no friction.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kolbens und des Gehäuses der Dämpfungskammer voneinander, so dass der radiale Zwischenraum mit variierender Temperatur variiert. Da die Viskosität des Dämpfungsfluids, wie zum Beispiel von Öl, mit zunehmender Temperatur abnimmt, ist es möglich, den radialen Zwischenraum zu verkleinern, um den radialen Zwischenraum an die Viskosität des Dämpfungsöls anzupassen. Infolgedessen wird eine im Wesentlichen stabile Dämpfungswirkung über einen großen Temperaturbereich realisiert.In a preferred embodiment of the present invention, the coefficient of thermal expansion of the piston and the housing of the damping chamber differ from one another, so that the radial space varies with varying temperature. Since the viscosity of the damping fluid, such as oil, decreases with increasing temperature, it is possible to reduce the radial gap in order to adapt the radial gap to the viscosity of the damping oil. As a result, an essentially stable damping effect is realized over a wide temperature range.
Vorzugsweise ist der Austrittsanschluss direkt mit einem Flüssigkeitstank verbunden.The outlet connection is preferably connected directly to a liquid tank.
Der Steuerring ist vorzugsweise durch eine Feder in die Richtung für eine große Fördermenge vorgespannt. Die Feder ist ein Antagonist für eine Vorsteuerkammer und wirkt mit der Steuerkammer zusammen.The control ring is preferably biased by a spring in the direction of large flow. The spring is an antagonist for a pilot chamber and interacts with the control chamber.
Vorzugsweise ist der Ist-Druck der Schmiermittelauslassdruck des Motors am Motorschmiermittelauslass. Der Steuerdruck ist nicht der Pumpenauslassdruck, sondern der Schmiermittelauslassdruck des Motors. Dadurch wird vermieden, dass der Schmiermitteldruck im Motor unter einen bestimmten Wert fällt. Durch Verwendung des Schmiermitteldrucks am Motorschmiermittelauslass als den Ist-Druck wird eine bestimmte Totzeit im Steuerkreis erzeugt. Infolgedessen wird der Regelkreis anfälliger für Schmiermitteldruckschwankungen. Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Schwankungen des Schmiermitteldrucks im Motor reduziert.The actual pressure is preferably the lubricant outlet pressure of the engine at the engine lubricant outlet. The pilot pressure is not the pump outlet pressure, but the engine's lubricant outlet pressure. This prevents the lubricant pressure in the engine from falling below a certain value. By using the lubricant pressure at the engine lubricant outlet as the actual pressure, a certain dead time is generated in the control circuit. As a result, the control loop becomes more susceptible to lubricant pressure fluctuations. In the present invention, these fluctuations in the lubricant pressure in the engine are reduced.
Weitere Vorteile gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Kombination mit den Zeichnungen hervor; darin zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsform der Fluidverstellpumpe in einem offenen Zustand des Drucksteuerventils, -
2 die Ausführungsform nach1 in einem geschlossenen Zustand des Drucksteuerventils, -
3 eine zweite Ausführungsform der Fluidverstellpumpe in einem offenen Zustand des Drucksteuerventils und -
4 eine vergrößerte Ansicht der Dämpfungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Fluidverstellpumpe.
-
1 1 a first embodiment of the fluid adjustment pump in an open state of the pressure control valve, -
2 the embodiment according to1 in a closed state of the pressure control valve, -
3 a second embodiment of the fluid variable displacement pump in an open state of the pressure control valve and -
4 an enlarged view of the damping unit according to a third embodiment of the fluid pump.
Das Gehäuse
Der Steuerring
Eine vorgespannte Steuerkammerfeder
Ein Ist-Druck
Der Ist-Druck
Der Druck in der Drucksteuerkammer
In Abhängigkeit von der axialen Position eines Steuerstößels
Die Steuerventilfeder
Zum Dämpfen geringer Druckschwankungen der Verstellbare Schmiermittel-Verdrängerpumpe
Es sollte auf der Hand liegen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Insbesondere sind verschiedene strukturelle Änderungen und Modifikationen möglich, die in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Zum Beispiel kann auch der Ist-Druck direkt an den Auslassanschluss der Pumpe gemessen werden.It should be obvious that the invention is not limited to the described embodiment. In particular, various structural changes and modifications are possible that fall within the scope of the present invention. For example, the actual pressure can also be measured directly at the pump outlet connection.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Verstellbare Schmiermittel-VerdrängerpumpeAdjustable lubricant positive displacement pump
- 1212
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1414
- Pumpeinheitpump unit
- 4040
- Gehäusecasing
- 4141
- Hohlraumcavity
- 4242
- Steuerringcontrol ring
- 4444
- Pumpenrotorpump rotor
- 4646
- Schieberpusher
- 4747
- Drehachseaxis of rotation
- 4848
- SeitenwandSide wall
- 5050
- Pumpenkammernpump chambers
- 5252
- erster Steuerringstößelfirst control ring tappet
- 5454
- DrucksteuerkammerPressure control chamber
- 5555
- zweiter Steuerringstößelsecond control ring tappet
- 5656
- Vorsteuerkammerpilot chamber
- 5757
- SteuerkammerfederControl chamber spring
- 5858
- Einlassanschlussinlet port
- 6060
- Schmiermitteltanklubricant tank
- 6262
- Auslassanschlussoutlet
- 6464
- MotorzuführungsleitungMotor supply line
- 6565
- MotorschmiermittelauslassMotorschmiermittelauslass
- 6666
- Leitungmanagement
- 6767
- Leitungmanagement
- 6868
- Leitungmanagement
- 7070
- DruckdrosselventilPressure throttle valve
- 7171
- VorsteuerkammerleitungPilot chamber line
- 7272
- Leitungmanagement
- 7676
- EinlassdruckanschlussInlet pressure port
- 7878
- DrucksteuerventilPressure control valve
- 7979
- Auslassanschlussoutlet
- 8181
- Leitungmanagement
- 8383
- Steueranschlusscontrol connection
- 8484
- Zylinderwandcylinder wall
- 8585
- DrucksteuerventilgehäusePressure control valve housing
- 8686
- Steuerstößelcontrol tappet
- 8787
- Austrittsanschlussoutlet connection
- 8888
- EingangsdruckkammerInlet pressure chamber
- 9090
- EingangsdruckstößelInlet pressure plunger
- 92 92
- SteuerventilfederControl valve spring
- 100100
- Dämpfungseinheitdamping unit
- 104104
- Trennwandpartition wall
- 108108
- Kolbenpiston
- 110110
- Stangepole
- 112112
- Dämpfungskammerdamping chamber
- 112a112a
- Kammerteilchamber member
- 112b112b
- Kammerteilchamber member
- 113113
- Gehäusecasing
- 118118
- Dämpfungskanaldamping channel
- 120120
- Dämpfungskanaldamping channel
- 124124
- Kammerwandchamber wall
- PAPA
- Ist-DruckActual pressure
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- WO 2014/187503 A1 [0004]WO 2014/187503 A1 [0004]
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