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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
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Die Anwendung beansprucht Priorität und den Vorteil der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 63/221.660, eingereicht am 14. Juli 2021, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kraftstoffpumpenbaugruppe zur Verwendung bei hohen Kraftstoffdruckbedingungen.
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STAND DER TECHNIK
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Kraftstoffpumpen werden an Verbrennungsmotoren bereitgestellt, um Kraftstoff mit hohem Druck an die Kraftstoffeinspritzventile zu liefern, wodurch bei Betrieb des Motors Hochdruckeinspritzeignisse ermöglicht werden. Abhängig von den Betriebsparametern des Motors können Kraftstoffpumpen konfiguriert sein, um hohe und/oder niedrige Kraftstoffdrücke zu handhaben. Bei Bedarf an Kraftstoff mit hohem Druck können kraftstoffgeschmierte Hochdruckpumpen verwendet werden. Obwohl solche Kraftstoffpumpen für Hochdruckkraftstoffe ausgelegt sind, führen die an die verschiedenen Komponenten angelegten Kräfte jedoch zu Ermüdung und Verschleiß der Komponenten und zu Leistungsverlusten.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem Satz von Ausführungsformen schließt eine Kraftstoffpumpenbaugruppe für einen Motor eine Kraftstoffpumpe ein. Die Kraftstoffpumpe schließt eine Nockenwelle ein, die eine Nockenerhebung aufweist. Die Nockenwelle ist konfiguriert, um zu rotieren. Die Kraftstoffpumpe schließt eine erste Nockenrolle und eine zweite Nockenrolle ein, die um eine Außenoberfläche der Nockenerhebung herum angeordnet ist, eine erste Pumpbaugruppe, die konfiguriert ist, um mit der ersten Nockenrolle zusammenzuwirken, und eine zweite Pumpbaugruppe, die konfiguriert ist, um mit der zweiten Nockenrolle zusammenzuwirken. Die zweite Pumpbaugruppe ist von der ersten Pumpbaugruppe versetzt.
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In einem anderen Satz von Ausführungsformen schließt ein Motorsystem einen Motorblock, einen Zylinderkopf, der mit dem Motorblock gekoppelt ist, und ein Kraftstoffsystem ein. Das Kraftstoffsystem schließt eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen ein, die innerhalb des Zylinderkopfs positioniert ist und eine Kraftstoffpumpe einschließt. Die Kraftstoffpumpe schließt eine Nockenwelle ein, die eine Nockenerhebung aufweist. Die Nockenwelle ist konfiguriert, um zu rotieren. Die Kraftstoffpumpe schließt eine erste Nockenrolle und eine zweite Nockenrolle ein, die um eine Außenoberfläche der Nockenerhebung herum angeordnet ist, eine erste Pumpbaugruppe, die konfiguriert ist, um mit der ersten Nockenrolle zusammenzuwirken, und eine zweite Pumpbaugruppe, die konfiguriert ist, um mit der zweiten Nockenrolle zusammenzuwirken. Die zweite Pumpbaugruppe ist von der ersten Pumpbaugruppe versetzt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehend genannten und andere Merkmale dieser Erfindung und die Art und Weise, diese zu erlangen, werden deutlicher und die Erfindung selbst wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, besser verständlich, wobei:
- 1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors ist, der zur Verwendung mit einer Kraftstoffpumpenbaugruppe eines Ausführungsbeispiels konfiguriert ist;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Kraftstoffpumpenbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels ist;
- 3 eine schematische Ansicht einer Kraftstoffpumpenbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels ist;
- 4 eine weitere Querschnittsansicht der Kraftstoffpumpenbaugruppe von 3 ist;
- 5 eine Vorderansicht der Kraftstoffpumpenbaugruppe von 3 ist; und
- 6 eine schematische Ansicht einer Kraftstoffpumpenbaugruppe gemäß eines Ausführungsbeispiels ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Zum Zweck eines besseren Verständnisses der Prinzipien der Offenbarung wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen verwiesen, und für deren Beschreibung werden bestimmte Begriffe verwendet. Es versteht sich dennoch, dass dadurch keine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung beabsichtigt ist; jegliche Änderungen und weitere Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen und alle weiteren Anwendungen der Prinzipien der Offenbarung wie hierin dargestellt, die sich üblicherweise für Fachleute auf dem Gebiet der Offenbarung ergeben können, sind hierin berücksichtigt.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren beziehen sich die verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen auf kraftstoffgeschmierte Kraftstoffpumpen, die für verschiedene Kraftstoffdrücke konfiguriert sind, einschließlich hoher Kraftstoffdrücke. Die hierin offenbarte Konfiguration der Kraftstoffpumpen stellt ein Kolbenschnittstellendesign bereit, das dazu dient, die Ermüdungsfähigkeit des Kolbens an dem Kolbenfußübergang zu verbessern, Seitenbelastungskräfte an dem Kolben zu reduzieren, um Verschleiß- und Abriebsleistungsverluste zu verringern und die Gleitbewegung des Kolbenfußes an der Schnittstelle mit dem Nockenring oder der Nockenrolle zu reduzieren.
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Die Figuren veranschaulichen eine Exzenterpumpe mit zwei Kolben und zwei Nockenringen, die an einer einzelnen Nockenerhebung arbeiten. Die Pumpenbaugruppe weist einen Exzenternocken einer Nockenwelle auf. Der Exzenternocken rotiert mit der Nockenwelle. Zwischen dem Innendurchmesser des Nockenrings und dem Außendurchmesser der Nockenerhebung befindet sich ein Fluidfilm, so dass der Nockenring einen Rotationsfreiheitsgrad relativ zu dem Nocken aufweist. Die zwei Kolben bewegen sich gemäß der Umdrehung des Nockenrings hin und her, um Kraftstoff unter Druck zu setzen, der in die Kraftstoffdruckkammern eintritt und aus diesen austritt, deren Volumen sich in Reaktion auf die axiale Bewegung der Kolben ändern. Die beiden Kolben, die sich phasenverschoben dieselbe Nockenerhebung teilen, arbeiten mit separaten Nockenringen. Infolge der Gestaltung des Kolbens und jedes Kolbens, der mit einem eigenen Nockenring arbeitet, ist der dominante Kontaktmechanismus an der Schnittstelle zwischen dem Nockenring und dem Kolbenfuß rollend und nicht gleitend, was dazu dient, die Haltbarkeit und Leistung der Pumpe, der Spitzenbetriebsdruckfähigkeit und des Gehäuses zu verbessern, während die Kosten minimiert werden. Außerdem entfällt durch zwei separate Nockenrollen, die auf der einzigen Erhebung arbeiten, die Notwendigkeit von zwei separaten Nockenerhebungen, die ansonsten den Abstand zwischen den zwei Nockenrollen trennen würden. Dadurch werden Kosten, der benötigte Platz und das Gewicht der Pumpenbaugruppe weiter reduziert.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Abschnitt eines Verbrennungsmotors 10 vereinfacht dargestellt. Der Motor 10 schließt einen Motorkörper 12 ein, der einen Motorblock 14, einen Zylinderkopf 16, der mit dem Motorblock 14 gekoppelt ist, und ein Kraftstoffsystem 20 aufnimmt. Der Motorkörper 12 schließt ferner eine Kurbelwelle 22, eine Vielzahl von Kolben 24 und eine Vielzahl von Verbindungsstangen 26 ein. Die Kolben 24 sind für eine Hin- und Herbewegung innerhalb einer Vielzahl von Motorzylindern 28 konfiguriert, wobei ein Kolben 24 in jedem Motorzylinder 28 positioniert ist. Jeder Kolben 24 ist über eine der Verbindungsstangen 26 mit der Kurbelwelle 22 wirkgekoppelt. Eine Vielzahl von Brennkammern 32 ist jeweils durch die Kombination aus einem Kolben 24, dem Zylinderkopf 16 und dem Motorzylinder 28 definiert. Die Bewegung der Kolben 24 unter der Wirkung eines Verbrennungsprozesses in dem Motor 10 bewirkt, dass die Verbindungsstangen 26 die Kurbelwelle 22 bewegen.
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Wenn der Motor 10 arbeitet, tritt ein Verbrennungsprozess in den Brennkammern 32 auf, um eine Bewegung der Kolben 24 zu bewirken. Die Bewegung der Kolben 24 bewirkt eine Bewegung der Verbindungsstangen 26, die mit der Kurbelwelle 22 antriebsverbunden sind, und die Bewegung der Verbindungsstangen 26 bewirkt eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle 22. Der Rotationswinkel der Kurbelwelle 22 kann durch ein Steuersystem gemessen werden, um die zeitliche Abstimmung der Verbrennungsereignisse in dem Motor 10 und für andere Zwecke zu unterstützen. Der Rotationswinkel der Kurbelwelle 22 kann an einer Vielzahl von Stellen gemessen werden, einschließlich einer Hauptkurbelriemenscheibe (nicht gezeigt), eines Motorschwungrades (nicht gezeigt), einer Motornockenwelle (nicht gezeigt) oder an der Kurbelwelle 22.
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Das Kraftstoffsystem 20 schließt eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen 30 ein, die innerhalb des Zylinderkopfs 16 positioniert ist. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 30 ist fluidisch mit einer Brennkammer 32 gekoppelt. Im Betrieb stellt das Kraftstoffsystem 20 den Kraftstoffeinspritzventilen 30 Kraftstoff bereit, der dann durch die Wirkung der Kraftstoffeinspritzventile 30 in die Brennkammern 32 eingespritzt wird. Wie hierin näher beschrieben, kann der Einspritzzyklus als das Intervall definiert sein, das mit der Bewegung eines Düsen- oder Nadelelements des Kraftstoffeinspritzventils 30 beginnt, um zu erlauben, dass Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 30 in eine zugeordnete Brennkammer 32 strömt, und endet, wenn sich das Düsen- oder Nadelelement in eine Position bewegt, um den Kraftstofffluss von dem Kraftstoffeinspritzventil 30 in die Brennkammer 32 zu blockieren.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kurbelwelle 22 über einen Antriebsmechanismus (z. B. ein Zahnradgetriebe, einen Zahnriemen, eine Steuerkette usw.) (nicht gezeigt) mit einer Nockenwelle mindestens einer Kraftstoffpumpe wirkverbunden sein. Die Kurbelwelle 22 kann somit die mindestens eine Kraftstoffpumpe antreiben, um Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu ziehen, um Kraftstoff in Richtung der Kraftstoffeinspritzventile 30 zu bewegen. In verschiedenen Ausführungsformen schließt das Kraftstoffsystem 20 eine elektrische Hubpumpe ein, um Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zu ziehen und der mindestens einen Kraftstoffpumpe Brennstoff zuzuführen. Ein Steuersystem (nicht gezeigt) stellt Steuersignale an die Kraftstoffeinspritzventile 30 bereit, die die Betriebsparameter für jedes Kraftstoffeinspritzventil 30 bestimmen, wie die Zeitdauer des Betriebs der Kraftstoffeinspritzventile 30, und die Anzahl der Betankungsimpulse pro Zünd- oder Einspritzzyklusperiode, wodurch die Menge an Kraftstoff bestimmt wird, die von jedem Kraftstoffeinspritzventil 30 abgegeben wird.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann eine Kraftstoffpumpe 40 eine kraftstoffgeschmierte Hochdruckpumpe sein. Die Kraftstoffpumpe 40 schließt ein Gehäuse 42 ein, das konfiguriert ist, um mehrere Komponenten, wie ein Antriebselement, veranschaulichend eine Nockenwelle 44, das konfiguriert ist, um um eine Rotationsachse 50 und mindestens eine Pumpbaugruppe 46 zu rotieren, abzustützen. Die Nockenwelle 44 kann mit einem Antriebsmechanismus (z. B. einem Getriebe, einem Getriebezug usw.) gekoppelt sein (nicht gezeigt). In verschiedenen Ausführungsformen ist die mindestens eine Pumpbaugruppe 46 eine Einheitstrommelpumpbaugruppe. In verschiedenen Ausführungsformen ist die mindestens eine Pumpbaugruppe 46 einstückig mit dem Gehäuse 42. Veranschaulichend schließt die Pumpbaugruppe 46 eine erste Pumpbaugruppe 46a ein, die auf einer ersten Seite 48a des Gehäuses 42 positioniert ist, und eine zweite Pumpbaugruppe 46b, die auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite 48b des Gehäuses 42 positioniert ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Pumpbaugruppe 46 ferner eine dritte Pumpbaugruppe (nicht gezeigt) einschließen. Die Nockenwelle 44 ist konfiguriert, um sich durch das Gehäuse 42 zu erstrecken. Wie gezeigt, ist die Nockenwelle 44 innerhalb eines zentralen Hohlraums 52 des Gehäuses 42 untergebracht. Die erste Pumpbaugruppe 46a und die zweite Pumpbaugruppe 46b sind auf gegenüberliegenden Seiten des zentralen Hohlraums 52 in einer Richtung senkrecht zur Nockenwellenrotationsachse 50 positioniert. Beispielsweise sind in verschiedenen Ausführungsformen die erste Pumpbaugruppe 46a und die zweite Pumpbaugruppe 46b in etwa 180 Grad voneinander relativ zur Rotationsachse 50 positioniert. In verschiedenen Ausführungsformen können die erste Pumpbaugruppe 46a und die zweite Pumpbaugruppe 46b in anderen Konfigurationen positioniert sein, wie sie durch die Platzbeschränkungen der Kraftstoffpumpe 40 vorgegeben werden können.
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Unter Bezugnahme auf 3 bis 6 ist in dem Gehäuse 42 ferner eine erste Nockenrolle 54 (z. B. ein Nockenring) untergebracht, der konfiguriert ist, um in eine Nockenerhebung 56 der Nockenwelle 44 einzugreifen. Die erste Pumpbaugruppe 46a schließt einen ersten Kolben 70, ein erstes Zugelement 68 (z. B. eine Feder) und eine erste Ventilbaugruppe 72 ein, die konfiguriert ist, um den Fluss von Niederdruckfluid in und aus einer ersten Pumpenkammer 74 zu regulieren. Die erste Pumpenkammer 74 ist durch einen Abschnitt des ersten Kolbens 70 und einen Abschnitt der ersten Pumpbaugruppe 46a definiert, wie hierin weiter offenbart. Der erste Kolben 70 ist auch fluidisch mit einem ersten Kolbenauslassventil 73 der ersten Pumpbaugruppe 46a gekoppelt.
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Der erste Kolben 70 schließt einen ersten Kolbenfuß 76 ein. Der erste Kolbenfuß 76 ist konfiguriert, um während des Betriebs der Kraftstoffpumpe 40 mit der ersten Nockenrolle 54 in Kontakt zu stehen und an ihr entlang zu fahren (z. B. gegenüberstehend dazu). Insbesondere rotiert während des Betriebs der Kraftstoffpumpe 40 die Nockenwelle 44, welche dadurch die Nockenerhebung 56 rotiert. Die Nockenwelle 44 ist eine Exzenternockenwelle, in der der Rotationspunkt der Nockenerhebung 56 relativ zur Rotationsachse 50 der Nockenwelle 44 versetzt ist. Die erste Nockenrolle 54 umgibt die Nockenerhebung 56 und ist so konfiguriert, dass sie um die Nockenerhebung 56 rotiert. Eine Buchse 58, die mit einem Hydraulikfilm oder Fluid arbeitet, ist an der Schnittstelle zwischen dem Innendurchmesser der ersten Nockenrolle 54 und dem Außendurchmesser der Nockenerhebung 56 positioniert, um die Bewegung der ersten Nockenrolle 54 relativ zu der Nockenerhebung 56 zu erleichtern. Der erste Kolben 70 ist aufgrund des ersten Zugelements 68 in Richtung der ersten Nockenrolle 54 vorgespannt, sodass der erste Kolbenfuß 76 während der Rotation von dieser den Kontakt mit der ersten Nockenrolle 54 hält. Der Kontakt des ersten Kolbenfußes 76 mit der ersten Nockenrolle 54 führt zu einer Hin- und Herbewegung des ersten Kolbens 70 entlang der Wände, da die Rotation der Nockenerhebung 56 den ersten Kolben 70 entlang einer ersten Achse für die Hin- und Herbewegung 82 bewegt. Die erste Achse für die Hin- und Herbewegung 82 ist konzentrisch mit einer Mittellinie des ersten Kolbens 70.
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Bei der Hin- und Herbewegung des ersten Kolbens 70 entlang der ersten Achse für die Hin- und Herbewegung 82 (was zu einer Bewegung des ersten Kolbens 70 führt) bewegt sich der erste Kolbenfuß 76 zu und weg von der Rotationsachse 50 der Nockenwelle 44, wodurch das Volumen der ersten Pumpenkammer 74 angepasst wird. Wenn insbesondere die Nockenerhebung 56 in eine Position in Richtung der ersten Pumpbaugruppe 46a rotiert, bewegt sich der erste Kolben 70 auch in Richtung der ersten Pumpbaugruppe 46a und befindet sich in einer oberen Totpunktposition, wodurch das Volumen der ersten Pumpenkammer 74 minimiert wird.
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Da die Nockenwelle 44 weiterhin um die Rotationsachse 50 rotiert und die Nockenerhebung 56 in Richtung der zweiten Pumpbaugruppe 46b rotiert, bewegt sich der erste Kolben 70 entlang der ersten Achse für die Hin- und Herbewegung 82 hin und her und bewegt sich in Richtung der Rotationsachse 50. Aufgrund des ersten Zugelements 68 ist der erste Kolben 70 in Richtung der ersten Nockenrolle 54 vorgespannt und der erste Kolben 70 bewegt sich in Richtung der Rotationsachse 50, wodurch das Volumen der ersten Pumpenkammer 74 vergrößert wird. Wenn das Volumen der ersten Pumpenkammer 74 maximiert ist, befindet sich der erste Kolben 70 an einer unteren Totpunktposition und eine maximale Fluidmenge von der ersten Pumpbaugruppe 46a fließt darin.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 3 bis 4 ist in dem Gehäuse 42 ferner eine zweite Nockenrolle 55 (z. B. ein Nockenring) untergebracht, die konfiguriert ist, um in die Nockenerhebung 56 der Nockenwelle 44 einzugreifen. In verschiedenen Ausführungsformen kann in dem Gehäuse 42 ferner eine dritte Nockenrolle (nicht gezeigt) untergebracht sein, und die dritte Pumpbaugruppe ist konfiguriert, um mit der dritten Nockenrolle zusammenzuwirken. Die zweite Pumpbaugruppe 46b schließt einen zweiten Kolben 71, ein zweites Zugelement 69 (z. B. eine Feder) und eine zweite Ventilbaugruppe 75 ein, die konfiguriert ist, um den Fluss von Niederdruckfluid in und aus einer zweiten Pumpenkammer 77 zu regulieren. Die zweite Pumpenkammer 77 ist durch einen Abschnitt des zweiten Kolbens 71 und einen Abschnitt der zweiten Pumpbaugruppe 46b definiert. Der zweite Kolben 71 ist auch fluidisch mit einem zweiten Kolbenauslassventil 79 der zweiten Pumpbaugruppe 46b gekoppelt.
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Der zweite Kolben 71 schließt einen zweiten Kolbenfuß 81 ein. Der zweite Kolbenfuß 81 ist konfiguriert, um während des Betriebs der Kraftstoffpumpe 40 mit der zweiten Nockenrolle 55 in Kontakt zu stehen und an ihr entlang zu fahren (z. B. gegenüberstehend dazu). Insbesondere rotiert während des Betriebs der Kraftstoffpumpe 40 die Nockenwelle 44, welche dadurch die Nockenerhebung 56 rotiert. Die Nockenwelle 44 ist eine Exzenternockenwelle, in der der Rotationspunkt der Nockenerhebung 56 relativ zur Rotationsachse 50 der Nockenwelle 44 versetzt ist. Die zweite Nockenrolle 55 umgibt die Nockenerhebung 56 und ist konfiguriert, um um die Nockenerhebung 56 herum zu rotieren. Die Buchse 58, die mit einem Hydraulikfilm oder -fluid arbeitet, ist an der Schnittstelle zwischen dem Innendurchmesser der zweiten Nockenrolle 55 und dem Außendurchmesser der Nockenerhebung 56 positioniert, um die Bewegung der zweiten Nockenrolle 55 relativ zu der Nockenerhebung 56 zu erleichtern. Der zweite Kolben 71 ist aufgrund des zweiten Zugelements 69 in Richtung der zweiten Nockenrolle 55 vorgespannt, sodass der zweite Kolbenfuß 81 während der Rotation von dieser den Kontakt mit der zweiten Nockenrolle 55 hält. Der Kontakt des zweiten Kolbenfußes 81 mit der zweiten Nockenrolle 55 führt zu einer Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens 71 entlang der Wände, da die Rotation der Nockenerhebung 56 den zweiten Kolben 71 entlang einer zweiten Achse für die Hin- und Herbewegung 83 bewegt. Die zweite Achse für die Hin- und Herbewegung 83 ist konzentrisch mit einer Mittellinie des zweiten Kolbens 71.
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Bei Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens 71 entlang der zweiten Achse für die Hin- und Herbewegung 83 (was zu einer Bewegung des zweiten Kolbens 71 führt), bewegt sich der zweite Kolbenfuß 81 zu und weg von der Rotationsachse 50 der Nockenwelle 44, wodurch das Volumen der zweiten Pumpenkammer 77 angepasst wird. Insbesondere bewegt sich der zweite Kolben 71, wenn sich die Nockenerhebung 56 auf eine Position in Richtung der zweiten Pumpbaugruppe 46b rotiert, auch in Richtung der zweiten Pumpbaugruppe 46b und befindet sich in einer oberen Totpunktposition, wodurch das Volumen der zweiten Pumpenkammer 77 minimiert wird.
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Da die Nockenwelle 44 weiterhin um die Rotationsachse 50 rotiert und die Nockenerhebung 56 in Richtung der ersten Pumpbaugruppe 46a rotiert, bewegt sich der zweite Kolben 71 entlang der zweiten Achse für die Hin- und Herbewegung 83 hin und her und bewegt sich in Richtung der Rotationsachse 50. Aufgrund des zweiten Zugelements 69 ist der zweite Kolben 71 in Richtung der zweiten Nockenrolle 55 vorgespannt und der zweite Kolben 71 bewegt sich in Richtung der Rotationsachse 50, wodurch das Volumen der zweiten Pumpenkammer 77 vergrößert wird. Wenn das Volumen der zweiten Pumpenkammer 77 maximiert ist, befindet sich der zweite Kolben 71 in einer unteren Totpunktposition und eine maximale Fluidmenge von der zweiten Pumpbaugruppe 46b fließt darin.
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Der erste Kolbenfuß 76 und der zweite Kolbenfuß 81 können unterschiedliche Konfigurationen aufweisen. Zum Beispiel weisen in der in 3 und 4 gezeigten Ausführungsform jeder des ersten Kolbenfußes 76 und des zweiten Kolbenfußes 81 eine im Allgemeinen konvexe Konfiguration auf. Insbesondere weist eine Kontaktoberfläche jeder der ersten Nockenrolle 54 und der zweiten Nockenrolle 55 eine im Allgemeinen konkave Konfiguration auf, die der konvexen geometrischen Konfiguration des mindestens einen des ersten Kolbenfußes 76 bzw. des zweiten Kolbenfußes 81 entspricht. In verschiedenen Konfigurationen kann mindestens einer des ersten Kolbenfußes 76 und des zweiten Kolbenfußes 81 konkav sein, während die Kontaktoberfläche von mindestens einer der ersten Nockenrolle 54 und der zweiten Nockenrolle 55 konvex ist, entsprechend der konkaven geometrischen Konfiguration des mindestens einen des ersten Kolbenfußes 76 bzw. des zweiten Kolbenfußes 81. Aufgrund der gekrümmten geometrischen Konfigurationen des ersten Kolbenfußes 76 und der ersten Nockenrolle 54 wird die Lastverteilung an der ersten Nockenrolle 54 und dem ersten Kolbenfuß 76 erhöht. Durch Erhöhen der Lastverteilung an der Kontaktoberfläche werden Biegespannungen am ersten Kolbenfuß 76 reduziert.
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Außerdem können die erste Nockenrolle 54 und der erste Kolbenfuß 76 und die zweite Nockenrolle 55 und der zweite Kolbenfuß 81 andere variierende Konfigurationen aufweisen. Zum Beispiel können die erste Nockenrolle 54, der erste Kolbenfuß 76, die zweite Nockenrolle 55 und der zweite Kolbenfuß 81 im Allgemeinen flache oder lineare Konfigurationen aufweisen. Die erste flache geometrische Konfiguration von mindestens einem des ersten Kolbenfußes 76 und des zweiten Kolbenfußes 81 entspricht der zweiten flachen geometrischen Konfiguration mindestens einer der ersten Nockenrolle 54 bzw. der zweiten Nockenrolle 55. Zum Beispiel können die erste Nockenrolle 54, der erste Kolbenfuß 76, die zweite Nockenrolle 55 und der zweite Kolbenfuß 81 im Allgemeinen flache oder lineare Konfigurationen nahe der Mitte der Kontaktbereiche zwischen dem ersten Kolbenfuß 76 und der ersten Nockenrolle 54 und zwischen dem zweiten Kolbenfuß 81 und der zweiten Nockenrolle 55 aufweisen und dann Oberflächen nahe den Außenbegrenzungen der Kontaktbereiche aufweisen, in denen die lokalen axialen Trennungsabstände zwischen den Oberflächen des ersten Kolbenfußes 76 und der ersten Nockenrolle 54 und zwischen den Oberflächen des zweiten Kolbenfußes 81 und der zweiten Nockenrolle 55 erhöht sind, um die Kantenbelastungsgrößen zwischen den Kontaktoberflächen zu reduzieren.
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Unter Bezugnahme auf 6 kann die Kraftstoffpumpe 40 in verschiedenen Ausführungsformen ferner einen ersten Steuermechanismus 84 und einen zweiten Steuermechanismus 85 einschließen, der konfiguriert ist, um die relative Position der ersten Nockenrolle 54 in Bezug auf den ersten Kolben 70 (z. B. die erste Achse für die Hin- und Herbewegung 82) zu steuern. Beispielsweise können die erste Nockenrolle 54 und der erste Kolbenfuß 76 konfiguriert sein, um mit einem ersten Steuermechanismus 84 und einem zweiten Steuermechanismus 85 zusammenzuwirken, der auf der Nockenerhebung 56 angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen können der erste Steuermechanismus 84 und ein zweiter Steuermechanismus 85 an dem Gehäuse 42 angeordnet sein. Insbesondere können der erste Steuermechanismus 84 und ein zweiter Steuermechanismus 85 die erste Nockenrolle 54 in Bezug auf den ersten Kolben 70 steuern und bei Bedarf die Schublast tragen. Die zweite Nockenrolle 55 und der zweite Kolbenfuß 81 können konfiguriert sein, um mit dem zweiten Steuermechanismus 85 und einem dritten Steuermechanismus 86 zusammenzuwirken, der auf der Nockenerhebung 56 angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen können der zweite Steuermechanismus 85 und ein dritter Steuermechanismus 86 auf dem Gehäuse 42 angeordnet sein. Insbesondere können der zweite Steuermechanismus 85 und ein dritter Steuermechanismus 86 eine relative Position der zweiten Nockenrolle 55 in Bezug auf den zweiten Kolben 71 steuern und, falls erforderlich, die Schublast tragen.
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Während eines typischen Betriebs der Kraftstoffpumpe 40 gibt es eine erste Rollbewegung zwischen dem ersten Kolbenfuß 76 und der ersten Nockenrolle 54 und eine zweite Rollbewegung (unabhängig von der ersten Rollbewegung) zwischen dem zweiten Kolbenfuß 81 und der zweiten Nockenrolle 55, da der erste Kolben 70 und der zweite Kolben 71 in Verbindung mit ihrem spezifischen Nockenring (d. h. der ersten Nockenrolle 54 bzw. der zweiten Nockenrolle 55) arbeiten.
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Wenn hingegen der erste Kolben 70 und der zweite Kolben 71 denselben Nockenring/dieselbe Rolle teilen, übertragen der erste Kolben 70 und der zweite Kolben 71 Kräfte, die auf den Nockenring in entgegengesetzten Rotationsrichtungen wirken. Die entgegengesetzten Kraftrichtungen führen zu einer Gleitbewegung von mindestens einem des ersten Kolbens 70 und des zweiten Kolbens 71 (z. B. zwischen den Kolbenfüßen und seiner jeweiligen Nockenrolle aufgrund eines Ungleichgewichts in der Kraft, die durch eine volle Rotation der Nockenerhebung ausgeübt wird). Dieses Gleiten erzeugt Wärme, verringert die Effizienz, verursacht Verschleiß usw. Somit werden der erste Kolben 70 und der zweite Kolben 71 jeweils auf seinem eigenen spezifischen Nockenring (d. h. der ersten Nockenrolle 54 bzw. der zweiten Nockenrolle 55) betrieben, was dazu führt, dass die relative Schnittstellenbewegung überwiegend rollend ist. Ein relativer Versatz in der Position entlang der Rotationsachse 50 zwischen den Kolben und ihren entsprechenden Elementen ermöglicht es dem ersten Kolben 70 und dem zweiten Kolben 71, die axiale Position jeder der ersten Nockenrolle 54 bzw. der zweiten Nockenrolle 55 unabhängig zu steuern. Durch einen weiteren Rotationsversatz des ersten Kolbens 70 und des zweiten Kolbens 71 sind die zwei Pumpereignisse ausreichend phasenverschoben zueinander, um sowohl die maximalen positiven als auch negativen Rotationsmomente auf der Nockenwelle 44 zu minimieren.
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Wie hierin gezeigt und erläutert, schließt die Kraftstoffpumpe 40 zwei Pumpelemente, die erste Pumpbaugruppe 46a und die zweite Pumpbaugruppe 46b ein, die jeweils den ersten Kolben 70 und den zweiten Kolben 71 und die erste Nockenrolle 54 und die zweite Nockenrolle 55 umfassen. Somit rotiert oder dreht sich die erste Nockenrolle 54 um die Außenoberfläche der Nockenerhebung 56 herum und die Hin- und Herbewegung des ersten Kolbens 70 ermöglicht es, dass die Kontaktoberfläche an der Schnittstelle des ersten Kolbenfußes 76 und der ersten Nockenrolle 54 ohne die entgegengesetzte Kraft des zweiten Kolbens 71 rotieren kann, während die zweite Nockenrolle 55 gleichzeitig um die Außenoberfläche der Nockenerhebung 56 herum rotiert oder sich dreht und umgekehrt. Die Positionierung der ersten Nockenrolle 54 und der zweiten Nockenrolle 55 auf derselben Nockenerhebung 56 reduziert vorteilhafterweise die Biegespannungen auf die Nockenwelle 44, da die erste Nockenrolle 54 und die zweite Nockenrolle 55 nahe beieinander liegen. Ferner wird durch Reduzieren der Gleitwirkung zwischen den Kolbenfüßen und den Nockenrollen eine Verringerung der Reibung und Wärme beobachtet, was zu einer verbesserten Effizienz und einer längeren Lebensdauer des Systems führt.
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Obwohl diese Patentschrift viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen des Umfangs dessen aufgefasst werden, was beansprucht sein kann, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Implementierungen spezifisch sind. Bestimmte, in dieser Patentschrift im Kontext separater Ausführungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Ausführung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Ausführung beschriebene Merkmale auch in mehreren Ausführungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Zudem können, obwohl Merkmale möglicherweise so beschrieben sind, dass sie in bestimmten Kombinationen wirken und auch anfänglich als solche beansprucht sind, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
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Wie hierin verwendet, sollen der Begriff „im Allgemeinen“ und ähnliche Begriffe eine weitreichende Bedeutung haben im Einklang mit der gebräuchlichen und akzeptierten Verwendung durch den Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich der Gegenstand dieser Offenbarung bezieht. Es ist für den Fachmann, der diese Offenbarung liest, offensichtlich, dass diese Begriffe eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale zulassen sollen, ohne den Schutzumfang dieser Merkmale auf die bereitgestellten, genauen numerischen Bereiche einzuschränken. Demgemäß sollen diese Begriffe so ausgelegt werden, dass sie angeben, dass unwesentliche oder unbedeutende Modifikationen oder Abänderungen an dem beschriebenen und beanspruchten Gegenstand als innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung, wie in den beiliegenden Ansprüchen aufgeführt, liegend betrachtet werden.
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Die Begriffe „gekoppelt“ und dergleichen, wie hierin verwendet, bedeuten das direkte oder indirekte Verbinden zweier Komponenten miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. abnehmbar oder lösbar) geschehen. Ein solches Verbinden kann erreicht werden, indem die zwei Komponenten oder die zwei Komponenten und alle zusätzlichen Zwischenkomponenten einstückig als ein einheitlicher Körper miteinander ausgebildet werden, wobei die beiden Komponenten oder die beiden Komponenten und alle zusätzliche Zwischenkomponenten aneinander befestigt sind.
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Es ist wichtig, zu beachten, dass der Aufbau und die Anordnung der in den vielfältigen beispielhaften Implementierungen gezeigten verschiedenen Systemen lediglich veranschaulichender und nicht einschränkender Art sind. Es wird gewünscht, dass sämtliche Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Geistes bzw. Schutzumfangs der beschriebenen Implementierungen fallen, geschützt sind. Es versteht sich, dass einige Merkmale nicht zwingend sind, und dass Implementierungen, denen die verschiedenen Merkmale fehlen, als innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung liegend betrachtet werden können, wobei der Schutzumfang durch die folgenden Ansprüche definiert wird. Wenn die Formulierung „ein Abschnitt/Anteil/Teil“ verwendet wird, kann das Element einen Abschnitt/Anteil/Teil und/oder das gesamte Element einschließen, sofern nicht spezifisch anders angegeben.
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Auch wird der Begriff „oder“, im Kontext einer Liste von Elementen, in seinem einschließenden Sinn (und nicht in seinem ausschließenden Sinn) verwendet, sodass, wenn er verwendet wird, um eine Liste von Elementen zu verbinden, der Begriff „oder“ ein, einige oder alle Elemente in der Liste bedeutet. Verbindende Sprache wie der Begriff „mindestens einer von X, Y, und Z,“ sofern nicht speziell anders angegeben, versteht sich auch im Kontext, um im Allgemeinen auszudrücken, dass ein Gegenstand, Begriff, usw. entweder X, Y, Z, X und Y, X und Z, Y und Z oder X, Y, und Z (d.h. eine beliebige Kombination von X, Y und Z) sein kann. Daher beabsichtigt diese verbindende Sprache im Allgemeinen nicht, zu interpretieren, dass bestimmte Ausführungsformen mindestens eines der X, mindestens eines der Y und mindestens eines der Z erfordern, sofern nicht anderweitig angegeben.
