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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffpumpen-Antriebssystem.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Ein
Kraftstoff-Einspritzsystem mit gemeinsamer Kraftstoff-Druckleitung zum
Einspritzen von Kraftstoff in eine Maschine ist bekannt als ein
System, das einen Einspritzdruck steigern kann und das die Einspritzbedingungen,
wie beispielsweise die Kraftstoff-Einspritzgeschwindigkeit und Zeiteinstellungen,
in Abhängigkeit
vom Betriebszustand der Maschine optimal steuert.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das typischerweise und schematisch ein solches
Kraftstoff-Einspritzsystem mit gemeinsamer Kraftstoff-Druckleitung
zeigt, wobei der Kraftstoff in einem Kraftstofftank 1 durch
eine Kraftstoffpumpe 2, beispielsweise in der Form einer
Hochdruck-Tauchkolben-Verstellpumpe, unter
Druck gesetzt wird.
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Diese
Kraftstoffpumpe 2 wird durch eine Maschinenleistung angetrieben,
um den Kraftstoff auf einen erforderlichen Druck zu bringen und
denselben über
eine Kraftstoffleitung 3 einer gemeinsamen Kraftstoff-Druckleitung 4 zuzuführen, wo
der Kraftstoff in unter Druck gesetztem Zustand gesammelt wird.
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Die
Kraftstoffpumpe 2 ist mit einem Ventilmittel 5 versehen,
das die Kraftstoff-Ausströmungsmenge
so steuert, dass der Kraftstoff in der gemeinsamen Kraftstoff-Druckleitung 4 bei
einem vorbestimmten Druck gehalten wird. Abgelassener Kraftstoff
von der Pumpe 2 wird durch eine Rückführungsleitung 6 zum Tank 1 zurückgeführt.
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Der
Kraftstoff in der gemeinsamen Kraftstoff-Druckleitung 4 wird über Zufuhrleitungen 7 mehreren
Einspritzvorrichtungen 8, jeweils für jeden Zylinder der Maschine,
zugeführt,
um den Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder einzuspritzen; ein
Teil des über
die Leitungen 7 den Einspritzvorrichtungen 8 zugeführten Kraftstoffs,
der nicht für
das Einspritzen in die Zylinder verbraucht worden ist, wird über eine Rückführungsleitung 9 zum
Tank 1 zurückgeführt.
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Die
Bezugszahl 10 bezeichnet einen Maschinensteuerungsrechner
oder ein ECU (elektronisches Steuergerät), der oder das zum Erkennen
des Betriebszustandes der Maschine verschiedene Signale empfängt, wie
beispielsweise ein Zylinderselektionssignal 11 von einem
Zylinderselektionssensor, ein Kurbelwinkelsignal 12 von
einem Kurbelwinkelsensor zum Abfühlen
des Phasenunterschiedes beispielsweise im Verhältnis zu einem oberen Totopunkt (TDC),
ein Gasöffnungssignal 13 von
einem Gasöffnungssensor
(Maschinenlastsensor) zum Abfühlen eines
Druckmaßes
eines Gaspedals und ein Maschinendrehzahlsignal 14 von
einem Maschinendrehzahlsensor.
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Die
gemeinsame Kraftstoff-Druckleitung 4 ist mit einem Drucksensor 15 versehen,
der den Druck in der gemeinsamen Kraftstoff-Druckleitung 4 erfasst. Ein
Drucksignal 16 vom Sensor 15 wird ebenfalls in das
elektronische Steuergerät 10 eingespeist.
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Auf
der Grundlage dieser Signale gibt das elektronische Steuergerät 10 Einspritzanweisungen 18 an
elektromagnetische Ventile 17 der Einspritzvorrichtungen 8 aus,
um die Maschinenleistung entsprechend dem Betriebszustand zu optimieren,
wodurch die Kraftstoff-Einspritzbedingungen, d.h., die Kraftstoff-Einspritzgeschwindigkeit
und die Zeitsteuerungen (Zeitsteuerungen für Einspritzbeginn und -ende)
optimal gesteuert werden.
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Der
Druck in der gemeinsamen Kraftstoff-Druckleitung 4, der
auf Grund eines Verbrauchs des Kraftstoffs in der Kraftstoff-Druckleitung 4 durch Einspritzen
durch die Einspritzvorrichtungen 8 abgesenkt werden kann,
wird durch das elektronische Steuergerät 10 auf einen erforderlichen
Kraftstoff-Einspritzdruck in Abhängigkeit
von Betriebszustand der Maschine geregelt. Im Einzelnen gibt das Gerät 10 eine
Drucksteuerungsanweisung 20 an ein elektromagnetisches
Ventil 19 des Ausströmungsmengen-Steuerventilmittels 5 der
Kraftstoffpumpe 2 aus, um die Ausströmungsmenge der Kraftstoffpumpe 2 zu
regeln, wodurch der Druck in der gemeinsamen Kraftstoff-Druckleitung 4 geregelt
wird.
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Die
Zeitsteuerungen des Einspritzbeginns und -endes des Kraftstoffs
werden derart gesteuert, dass ein Phasenunterschied gegenüber einem
vorbestimmten Kurbelwinkel (wie beispielsweise dem des TDC) durch
den Kurbelwinkelsensor berechnet wird, auf dessen Grundlage das
elektronische Steuergerät 10 Anweisungsimpulse
(die Einspritzanweisungen 18) ausgibt, um einen Ansteuerungsstrom
zu den elektromagnetischen Ventilen 17 der Einspritzvorrichtungen 8 herzustellen,
um so den Kraftstoff über
einen vorbestimmten Zeitraum in Bezug auf das Kurbelwinkelsignal 12 einzuspritzen.
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Bei
dem so aufgebauten Kraftstoff-Einspritzsystem mit gemeinsamer Kraftstoff-Druckleitung
ist die Kraftstoffpumpe 2 maschinengetrieben, durch ein Drehmoment,
das von einer Kurbelwelle über
einen Getriebezug übertragen
wird, wobei das Drehzahlverhältnis
der Maschine zu der Kraftstoffpumpe 2 zwei-zu-eins beträgt (d.h.,
zwei Umdrehungen der Maschine pro Umdrehung der Kraftstoffpumpe),
wie es in Bezug auf die Zeitsteuerungen der herkömmlichen mechanischen Kraftstoff-Einspritzsysteme üblich ist;
dies wird unnötigerweise
eine Steigerung der Leistung der Kraftstoffpumpe 2 mit
sich bringen, ungeachtet der Tatsache, dass ein solches Drehzahlverhältnis bei
dem Kraftstoff-Einspritzsystem mit gemeinsamer Kraftstoff-Druckleitung
keine wesentlichen Bedeutungen oder Vorteile hat.
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Das
heißt,
bei einem mechanischen Kraftstoff-Einspritzsystem, bei dem die Kraftstoff-Ausströmungszeitsteuerung
der Kraftstoffpumpe 2 mechanisch entsprechend der Kraftstoff-Einspritzungszeitsteuerung
für einen
Viertaktmotor vorgenommen wird, muss das Drehzahlverhältnis der
Maschine zu der Kraftstoffpumpe zwei-zu-eins betragen, um zwei Umdrehungen
der Maschine pro Einspritzung in den jeweiligen Zylindern zu erreichen,
während
ein solches Drehzahlverhältnis
von zwei-zu-eins bei einem Kraftstoff-Einspritzsystem mit gemeinsamer
Kraftstoff-Druckleitung, bei dem der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 2 in
unter Druck gesetztem Zustand in der gemeinsamen Kraftstoff-Druckleitung 4 gesammelt
wird und die Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Zylindern
elektronisch gesteuert wird, keine spezifischen Bedeutungen oder
Notwendigkeiten besitzt.
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Angesichts
des Obigen dachten die Erfinder an eine Maschine mit einem Kraftstoff-Einspritzsystem
mit gemeinsamer Kraftstoff-Druckleitung, bei dem das Drehzahlverhältnis der
Maschine zu einer Kraftstoffpumpe auf eins-zu-eins festgesetzt ist,
was eine verringerte Kraftstoff-Ausströmungsmenge pro Umdrehung der
Kraftstoffpumpe ermöglicht
und folglich ermöglicht,
dass die Kraftstoffpumpe kleiner bemessen wird, was zu einer Verbesserung
der Montierbarkeit der Maschine in einem Fahrzeug führt.
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Es
gibt jedoch Probleme in dieser Hinsicht. Wie in 2 gezeigt,
bewirkt bei einem herkömmlichen
Getriebezug G zum Übertragen
eines Drehmoments von einer Kurbelwelle 21 zu der Kraftstoffpumpe 2 eine
Drehung oder Umdrehung der Kurbelwelle 21, die integral
mit dem Kurbelgetriebe 22 ist, dass sich ein größeres Hauptzwischenrad 23 in
Eingriff mit dem Getriebe 22 integral mit einem kleineren Hauptzwischenrad 24 dreht;
danach wird ein Luftkompressorgetriebe 25 in Eingriff mit
dem Zwischenrad 24 integral mit einer Antriebswelle 26 gedreht,
die dazu dient, nicht nur die Kraftstoffpumpe 2, sondern ebenfalls
einen Luftkompressor 27 (siehe 4) anzutreiben.
Daher muss, falls das Drehzahlverhältnis von zwei-zu-eins, wie
in 2 gezeigt, zu eins-zu-eins, wie in 3 gezeigt,
geändert
werden soll, das Luftkompressorgetriebe 25 in Eingriff
mit dem größeren Hauptzwischenrad 23 sein,
das eine Zahl von Zähnen,
doppelt so groß wie
die des kleineren Hauptzwischenrades 24, hat, was eine
wesentliche Verschiebung einer Achse des Luftkompressorgetriebes 25 mit
sich bringen wird. Im Ergebnis dessen muss ein Schwungradgehäuse 28,
das einen solchen Getriebezug G aufnehmen soll, unvermeidlich in
der Form geändert
werden, was zu einer bedeutenden Steigerung der Kosten führt.
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Im
Einzelnen ist das Schwungradgehäuse 28,
wie in 4 in Bezug auf die in 2 gezeigte Struktur
gezeigt wird, integral mit einem Aufnahmeraum S für den Getriebezug
G geformt, der teilweise durch eine Stütze 28a des Gehäuses 28 definiert wird.
Die Stütze 28a ist
mit einem Getriebedurchgangsloch 29 geformt, durch welches
das Luftkompressorgetriebe 25 zum Raum S hindurchgeführt wird,
wobei der Luftkompressor 27 zusammen mit der Kraftstoffpumpe 2 an
der Stütze 28a angebracht wird;
folglich wird die Anordnung des Luftkompressorgetriebes 25 in
einer in 3 gezeigten Position, ganz und
gar weg von seiner ursprünglichen
oder herkömmlichen
Position, ein neues Schwungradgehäuse 28 erfordern,
wobei sein Getriebedurchgangsloch 29 in einer anderen Position
an demselben geformt ist. Das Schwungradgehäuse 28 selbst ist
ein teures und größer bemessenes
Teil und hat unterschiedliche Arten derart, dass üblicherweise
Dutzende alternativer Schwungradgehäuse vorrätig gehalten werden. Daher
wird die Erneuerung eines solchen Gehäuses, wenn herkömmliche
Vorräte
in Reserve sind, zu einer enormen Steigerung der Kosten unter dem
Gesichtspunkt nicht nur der Fertigung, sondern auch der Lagerhaltung,
führen.
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Das
Dokument
DE-B-1252466 offenbart
ein Kraftstoffpumpen-Antriebssystem
des Standes der Technik.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde vorgenommen angesichts des Obigen und
hat ihre Aufgabe darin, das Drehzahlverhältnis einer Maschine zu einer Kraftstoffpumpe
auf eins-zu-eins festzusetzen, ohne eine enorme Steigerung der Kosten
mit sich zu bringen, wodurch ermöglicht
wird, dass eine Kraftstoffpumpe kleiner bemessen sein kann.
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Die
Erfindung ist auf ein Kraftstoffpumpen-Antriebssystem für Maschinen,
das eine Kraftstoffpumpe durch ein Drehmoment, das von einer Kurbelwelle über einen
Getriebezug übertragen
wird, antreibt, mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1,
gerichtet.
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Folglich
kann die Verwendung des vorhandenen oder herkömmlichen Schwungradgehäuses mit
dem Getriebedurchgangsloch zum Aufnehmen des Getriebezuges mit einem
Drehzahlverhältnis
der Maschine zu der Kraftstoffpumpe von zwei-zu-eins, ohne die Auslegung
des Schwungradgehäuses
zu ändern,
und zusammen mit dem neuen Eingangsgetriebe und dem Leerlaufgetriebe,
die in dem Getriebedurchgangsloch des vorhandenen Schwungradgehäuses aufgenommen
werden können,
das Drehzahlverhältnis
der Maschine zu der Kraftstoffpumpe auf eins-zu-eins ändern, was eine verringerte
Kraftstoff-Ausströmungsmenge
pro Umdrehung der Kraftstoffpumpe ermöglicht, wodurch ermöglicht wird, dass
die Kraftstoffpumpe kleiner bemessen wird.
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Darüber hinaus
kann bei der Erfindung ein Luftkompressor zwischen dem Adapter und
der Kraftstoffpumpe angeordnet sein, wobei sowohl die Kraftstoffpumpe
als auch der Luftkompressor durch eine Antriebswelle angetrieben
werden. Dies ermöglicht,
bei einem Fahrzeug, wobei der Luftkompressor zwischen dem Adapter
und der Kraftstoffpumpe angeordnet ist, dass der Luftkompressor
ebenfalls mit einem Drehzahlverhältnis
von eins-zu-eins in Bezug auf die Maschine angetrieben wird, so
dass die notwendige Luftkompressionsarbeit durch den Luftkompressor
erreicht werden kann, der in der Leistung kleiner ist als die herkömmlichen,
was zu der Möglichkeit
führt,
dass der Luftkompressor kleiner bemessen wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, um schematisch ein herkömmliches Kraftstoff-Einspritzsystem mit
gemeinsamer Kraftstoff-Druckleitung
zu zeigen,
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2 ist
eine Vorderansicht eines herkömmlichen
Getriebezuges mit einem Drehzahlverhältnis einer Maschine zu einer
Kraftstoffpumpe, das zwei-zu-eins beträgt,
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3 ist
eine Vorderansicht des in 2 gezeigten
Getriebezuges, wobei das Drehzahlverhältnis auf eins-zu-eins geändert ist,
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten
herkömmlichen
Struktur,
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt,
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6 ist
eine Vorderansicht, die den Getriebezug in der Ausführungsform
zeigt, und
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Adapter von 5 ausführlich zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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5 bis 7 zeigen
eine Ausführungsform
der Erfindung, wobei alle Teile, die denen in 1 bis 4 ähneln, durch
die gleichen Bezugszahlen bezeichnet werden.
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Wie
gezeigt, wird bei der Ausführungsform ein
Luftkompressorgetriebe 25 (ein herkömmliches Eingangsgetriebe:
siehe 2 und 4), das für ein Drehzahlverhältnis der
Maschine zu der Kraftstoffpumpe 2 von zwei-zu-eins verwendet
wird, ersetzt durch ein Luftkompressorgetriebe 30 (ein
neues oder Ersatz-Eingangsgetriebe), das einen Radius und Zahnradzähne hat,
die im Wesentlichen halb so groß sind
wie die des herkömmlichen
Eingangsgetriebes. Wie es üblich
ist, ist eine Kraftstoffpumpe 2 konzentrisch mit diesem
Luftkompressorgetriebe 30 verbunden. Im Einzelnen werden
sowohl die Kraftstoffpumpe 2 als auch der Luftkompressor 27 in
Einklang durch eine Antriebswelle 26 angetrieben, die integral
mit dem Luftkompressorgetriebe 30 gedreht wird.
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Das
neue Luftkompressorgetriebe 30 wird zusammen mit einem
Leerlaufgetriebe 31 innerhalb eines Bereichs eines Getriebedurchgangslochs 29 eines
herkömmlichen
oder vorhandenen Schwungradgehäuses 28 aufgenommen,
das für
einen Getriebezug G für
ein Drehzahlverhältnis
der Maschine zu der Kraftstoffpumpe 2 von zwei-zu-eins
ausgelegt ist, wobei das Loch 29 ursprünglich zum Aufnehmen des herkömmlichen
Luftkompressorgetriebes 25 geöffnet ist. Durch dieses Leerlaufgetriebe 31 wird
ein kleineres Hauptzwischenrad 24 (Ausgangsgetriebe) mit dem
Luftkompressorgetriebe 30 in Eingriff gebracht, so dass
ein Drehmoment zu der Kraftstoffpumpe 2 übertragen
wird, wobei das Drehzahlverhältnis
der Maschine zu der Kraftstoffpumpe 2 auf eins-zu-eins geändert wird.
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Das
Leerlaufgetriebe 31 in Eingriff mit dem Luftkompressorgetriebe 30 wird
durch einen Adapter 32, der zwischen das Schwungradgehäuse 28 und den
Luftkompressor 27 eingefügt ist, drehbar unterstützt.
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Dieser
Adapter 32 ist an dem Schwungradgehäuse 28 angebracht,
an dem der Luftkompressor 27 angebracht worden ist, derart,
dass das Leerlaufgetriebe 31 richtig angeordnet ist, um
mit dem kleineren Hauptzwischenrad 24 ineinanderzugreifen.
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Folglich
ermöglichen
ohne eine Auslegungsänderung
des vorhandenen Schwungradgehäuses 28,
das für
den Getriebezug G mit einem Drehzahlverhältnis der Maschine zur Kraftstoffpumpe 2 von zwei-zu-eins
ausgelegt ist, das neue Luftkompressorgetriebe 30 und das
Leerlaufgetriebe 31, die im Bereich des Getriebedurchgangslochs
aufgenommen werden können,
das dafür
eingerichtet ist, ursprünglich
das herkömmliche
Luftkompressorgetriebe 25 (siehe 2 und 4)
aufzunehmen, dass das Drehzahlverhältnis der Maschine zu der Kraftstoffpumpe 2 auf
eins-zu-eins geändert
wird, was die Kraftstoff-Ausströmungsmenge
pro Umdrehung der Kraftstoffpumpe verringern wird und erlaubt, dass
die Kraftstoffpumpe 2 kleiner bemessen wird.
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Daher
kann nach der obigen Ausführungsform
ohne eine Auslegungsänderung
des vorhandenen Schwungradgehäuses 28 das
Drehzahlverhältnis
der Maschine zu der Kraftstoffpumpe 2 auf eins-zu-eins
geändert
werden, was ermöglicht,
dass die Kraftstoffpumpe 2 kleiner bemessen wird; folglich kann
in Bezug auf eine Maschine mit einem angewendeten Kraftstoff-Einspritzsystem mit
gemeinsamer Kraftstoff-Druckleitung die Montierbarkeit der Maschine
in einem Fahrzeug ohne eine enorme Steigerung der Kosten drastisch
verbessert werden.
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Darüber hinaus
werden insbesondere bei dieser Ausführungsform die Kraftstoffpumpe 2 und der
zwischen dem Adapter 32 und der Kraftstoffpumpe 2 eingefügte Luftkompressor 27 durch
ein und dieselbe Antriebswelle 26 angetrieben, so dass
der Luftkompressor 27 ebenfalls so angetrieben werden kann,
dass das Drehzahlverhältnis
in Bezug auf die Maschine eins-zu-eins beträgt. Im Ergebnis dessen kann
die notwendige Luftkompressionsarbeit durch den Luftkompressor 27 verrichtet
werden, der in der Leistung kleiner ist als die herkömmlichen,
was ermöglicht,
dass der Luftkompressor 27 kleiner bemessen wird.