DE69723071T2

DE69723071T2 - Hydraulisches regelsystem für den druck einer pumpe

Info

Publication number: DE69723071T2
Application number: DE69723071T
Authority: DE
Inventors: Oded E Sturman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: DE69723071D1; US5813841A; JP2000511612A; WO1997043548A1; CA2254360A1; EP0898653B1; AU3128997A; EP0898653A2; EP0898653A4

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungsmotors kann durch eine Verdrängerpumpe unter Druck gesetzt werden. Zur Vermeidung eines Überdrucks in der Anlage kann die Pumpe mit einem Überlaufventil ausgestattet sein, das die Leistung der Pumpe abführt, wenn der Anlagendruck eine festgelegte Höhe erreicht. Das Überlaufventil stellt ein Mittel zum Regeln des Höchstdrucks der Anlage bereit. Bekannte Überlaufventile enthalten in der Regel ein federbeaufschlagtes Überdruckventil, das sich öffnet, wenn der Flüssigkeitsdruck die Federkraft überwindet. Die Pumpe wirkt somit durchgehend gegen die Feder des Überlaufventils. Die zusätzliche Arbeit, die erforderlich ist, um die Feder des Überlaufventils zu überwinden, verringert die Energieleistung der Pumpe.
Der Abgabedruck einer Verdrängerpumpe ist auch durch Verändern der Drehzahl des Antriebsmotors veränderbar. Die Reaktionszeit beim Verändern der Drehzahl des Antriebsmotors ist aufgrund der Trägheit der Pumpe und des Motors relativ lang. Wünschenswert wäre somit die Bereitstellung einer Verdrängerpumpe mit einer wirkungsvollen Überlauffunktion und die den Abgabedruck der Pumpe genau regeln kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdrängerpumpenaufbau mit einem hydraulisch geregelten Ansaugabsperrventil, das durch ein Dreiwege-Magnetventil geregelt wird. Das Ansaugventil enthält ein Einwege-Absperrventil, das öffnet, wenn sich der Pumpenkolben im Ansaughub befindet und in der Regel schließt, wenn sich der Pumpenkolben im Arbeitshub befindet. Das Absperrventil enthält weiter einen hydraulisch geregelten Kolben, der das Absperrventil während des Arbeitshubs öffnet, so dass die Abgabeflüssigkeit der Pumpe abfließt. Der Kolben wird durch das Magnetventil geregelt. Das Regelventil ist mit einem Paar digital verklinkter Magnetventile versehen. Der Abgangsdruck der Pumpe ist regelbar, indem eines der Magnetventile erregt wird und Hydraulikdruck auf den Kolben aufgebracht wird, um das Absperrventil während des Arbeitshubs der Pumpe zu öffnen. Bei der Pumpe handelt es sich vorzugsweise um eine Zweikolben-Taumelscheibenpumpe mit einem Paar hydraulisch geregelter Ansaugabsperrventile, die beide durch ein einziges Magnetregelventil geregelt werden.
US-Patentschrift 2,134,693 beschreibt eine Pumpvorrichtung mit einer gemeinsamen Öffnung, die in ein kombiniertes Eingangs- und Ausgangsventil öffnet, wobei das Einlassventil insbesondere in der Anlaufphase des Kompressors offen gehalten werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt eine Einlassöffnung und eine separate Auslassöffnung bereit. Die vorliegende Erfindung regelt einen Flüssigkeitsrückstrom durch die Einlassöffnung, um den Abgangsdruck der Pumpe zu regeln.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und anhängenden Zeichnungen deutlich.
1 ist eine schematische Darstellung eines Pumpenaufbaus der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung der Pumpe während eines Arbeitshubs mit geöffnetem Ansaugabsperrventil.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Verweisend auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Bezugszahlen zeigt die 1 eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Pumpe 10. Die Pumpe 10 kann in einem Flüssigkeitskreislauf, etwa einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Verbrennungsmaschine, eingesetzt werden. In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Pumpe 10 um ein Verdrängungsgerät mit Taumelscheiben. Obwohl eine Taumelscheibenpumpe beschrieben und gezeigt wird, ist klar, dass die vorliegende Erfindung auch mit anderen Pumpentypen einsetzbar ist.
Die Pumpe 10 ist mit einem Gehäuse 12 versehen, das eine erste Kammer 14 und eine zweite Kammer 16 enthält. In der ersten Kammer 14 befindet sich ein erster Kolben 18, der eine erste Pumpenkammer 20 von einer zweiten Pumpenkammer 22 trennt. In der zweiten Kammer 16 befindet sich ein zweiter Kolben 24, der eine dritte Pumpenkammer 26 von einer vierten Pumpenkammer 28 trennt. Die Kolben 18 und 24 werden von einem Paar Taumelscheiben 30 hin und her bewegt, die an einer drehenden Antriebswelle 32 befestigt sind. Die Antriebswelle 32 kommt in der Regel von einem Elektromotor 34 und ist über Lagervorrichtungen 36 ausgerichtet.
Die Pumpe 10 hat einen ersten Einlass 38 und einen ersten Auslass 40, der mit der ersten Pumpenkammer 20 verbunden ist, einen zweiten Einlass 42 und einen zweiten Auslass 44, der mit der zweiten Pumpenkammer 22 verbunden ist, einen dritten Einlass 46 und einen dritten Auslass 48, der mit einer dritten Pumpenkammer 24 verbunden ist, und einen vierten Einlass 50 und einen vierten Auslass 52, der mit der vierten Pumpenkammer 28 verbunden ist. Die Antriebswelle 32 und die Taumelscheiben 30 bewegen die Kolben 18 und 24 zwischen den Ansaug- und Abgabehüben im Wechsel hin und her, wobei die erste 20 und die dritte Pumpenkammer 26 Flüssigkeit einziehen, wenn die zweite 22 und vierte Pumpenkammer 28 Flüssigkeit herauspumpen, und umgekehrt. Die Pumpenkammern nehmen Flüssigkeit durch die Einlässe auf und pumpen Flüssigkeit durch die Auslässe ab. Jeder Auslass ist mit einem Auslassabsperrventil 54 versehen, das eine Feder 56 enthält, die gegen ein Kugelventil 58 drückt, um zu verhindern, dass Flüssigkeit in die Pumpenkammer zurück strömt.
Der erste 38 und der dritte Einlass 46 sind mit einem ersten hydraulischen Absperrventil 60 verbunden. Der zweite 42 und der vierte Einlass 50 sind mit einem zweiten hydraulischen Absperrventil 62 verbunden. Die Absperrventile 60 und 62 regulieren den Flüssigkeitsstrom in die Pumpenkammern hinein und aus ihnen heraus. Jedes Regelventil enthält ein Kugelventil 64, das von einer Feder 70 in einen Ventilsitz 66 eines Gehäuses 68 gedrückt wird. Das Gehäuse 70 ist mit einem Einlass 72 und einem Auslass 74 versehen, die jeweils mit der Flüssigkeitsquelle und einer Pumpenkammer in Flüssigkeitsverbindung stehen.
Die Kolben 18 und 24 bewegen sich in einer Weise hin und her, dass die Pumpenkammern ausgedehnt und zusammengezogen werden. Durch das Ausdehnen der Pumpenkammern wird der Druck in den Kammern gesenkt. Der Differenzdruck über jedem Kugelventil 64 überwindet die Kraft der Feder 70 und öffnet das Absperrventil, damit Flüssigkeit in die Kammer strömen kann. Mit kleiner werdendem Pumpenkammervolumen steigt der entsprechende Druck an und drückt das Kugelventil zu, so dass Flüssigkeit nur durch das Ablassventil strömt.
Jedes Absperrventil ist mit einem Kolben 76 versehen, der das Kugelventil 64 in die geöffnete Stellung bewegen kann. Der Kolben 76 wird von einer Treibflüssigkeit in der Kammer 78 angetrieben. Der Druck der Treibflüssigkeit in der Kammer 78 wird über ein Magnetventil 80 geregelt. Das Magnetventil 80 ist vorzugsweise ein Dreiwegeventil mit einer ersten Öffnung 82, die mit einer Hochdruckflüssigkeitsquelle verbunden ist, einer zweiten Öffnung 84, die mit einer Niedrigdruckflüssigkeitsquelle verbunden ist, und einer dritten Öffnung 86, die mit den Kammern 78 der Absperrventile verbunden ist.
Das Magnetventil 80 ist mit einem ersten Tauchmagneten 88 und einem zweiten Tauchmagneten 90 versehen, die mit einer Spule 92 verbunden sind. Durch Erregung eines Tauchmagneten wird die Spule zu einem Ende des Ventils gezogen. Tauchmagneten und Spule sind in einem Gehäuse 98 angeordnet. Spule und Gehäuse bestehen vorzugsweise aus einem magnetischen Material, etwa gehärteter Stahl 52100 oder 440c, so dass der Restmagnetismus des Materials die Spule auch nach dem Abschalten der Tauchmagneten in einer der zwei Stellungen bleibt.
Die Tauchmagneten sind mit einem Regler 100 verbunden, der mehrere digitale Impulse an die Tauchmagneten abgibt, um die Spule zu bewegen. Durch Erregen des ersten Tauchmagneten wird die Spule in eine erste Stellung bewegt, um die zweite Öffnung mit der ersten Öffnung zu verbinden. Der erste Tauchmagnet wird kurz erregt, um die Spule zum Ende des Gehäuses zu ziehen. Nach dem Kurzimpuls wird die Kraft weggenommen, wobei der Restmagnetismus des Materials die Stellung der Spule hält. Der zweite Tauchmagnet kann dann durch einen digitalen Impuls vom Regler 100 erregt werden, um die Spule in eine zweite Stellung zu bringen, in der die erste Öffnung mit der dritten Öffnung verbunden wird und Hochdrucktreibflüssigkeit in die Kammern 78 der Absperrventile eingeführt wird.
Wie in 1 gezeigt, bewegen die Taumelscheiben in Betrieb die Kolben, um die erste 20 und die dritte Pumpenkammer 26 auszudehnen, die Flüssigkeit durch das Absperrventil 60 einziehen. Die zweite 22 und die vierte Pumpenkammer 28 pumpen Flüssigkeit durch die Auslässe. Das Absperrventil 62 bleibt geschlossen, so dass das ganze Volumen der Flüssigkeit in der zweiten 22 und der vierten Pumpenkammer 28 in die Ausgangsöffnungen gepumpt wird. Durch fortlaufendes Drehen der Taumelscheiben pumpen die Kolben Flüssigkeit aus der ersten 20 und dritten Pumpenkammer 26 und ziehen Flüssigkeit in die zweite 22 und vierte Pumpenkammer 28.
Wie in 2 gezeigt, ist der Abgangsdruck der Pumpe durch Erregung des zweiten Tauchmagneten 90 der Regelventile 80 regelbar, so dass die Treibflüssigkeit in die Absperrventilkammern 78 strömt und die Kolben 76 die Kugelventile 64 öffnet. Die geöffneten Absperrventile lassen die Abgangsflüssigkeit der Pumpenkammern durch die Einlassöffnungen in die Niedrigdrucklinie der Anlage zurückströmen. Die Kolben können die Ansaugabsperrventile in der geöffneten Stellung halten, bis der Systemdruck den gewünschten Druck erreicht hat. Hierzu kann der Regler 100 mit einem Druckfühler verbunden sein, der den Flüssigkeitsdruck des Systems erfasst und Rückführsignale an den Regler abgibt. Der Regler kann die Abgabe der Pumpe entsprechend den Rückführsignalen regeln. Das hydraulisch geregelte Ansaugventil stellt einen Flüssigkeitsüberlauf bereit, ohne dass die Pumpe zusätzliche Energie während des Überlauftaktes der Pumpe benötigt.

Claims

Pumpe (10), umfassend: ein Pumpengehäuse (12) mit einer ersten Kammer (14) und einer zweiten Kammer (16), einen ersten Kolben (20), der die erste Kammer (14) in eine erste Pumpenkammer (20) und in eine zweite Pumpenkammer (22) unterteilt, einen zweiten Kolben (24), der die zweite Kammer (16) in eine dritte Pumpenkammer (26) und in eine vierte Pumpenkammer (28) unterteilt, zwei Taumelscheiben (30), die den ersten Kolben (20) und den zweiten Kolben (24) mit entgegengesetzter Bewegungsrichtung bewegen, einen ersten, der ersten Pumpenkammer (20) zugeordneten Einlass (38), einen zweiten, der zweiten Pumpenkammer (22) zuordneten Einlass (42), einen dritten der dritten Pumpenkammer (26) zugeordneten Einlass (46) und einen vierten der vierten Pumpenkammer (28) zugeordneten Einlass (50), ein erstes hydraulisch geregeltes Einlassabsperrventil (60) zum Regeln des Durchflusses einer Pumpflüssigkeit durch den ersten Einlass (38) und den dritten Einlass (46), ein zweites hydraulisch geregeltes Einlassabsperrventil (62) zum Regeln des Durchflusses der Pumpflüssigkeit durch den zweiten Einlass (42) und den vierten Einlass (50) und ein magnetisches Regulierventil (80) zum Ansteuern der ersten und zweiten hydraulisch geregelten Einlassabsperrventile (60, 62) zum Regulieren einer Rückströmung von Pumpflüssigkeit durch die Einlässe (38, 42, 46, 50), um den Abgangsdruck der Pumpe (10) zu regeln.
Pumpe (10) nach Anspruch 1, bei der das Magnetventil (8) ein 3-Wege-Ventil ist.
Pumpe (10) nach Anspruch 1, bei der das Magnetventil (80) eine Spule (92) umfasst, die mit einem ersten Tauchmagneten (88) und mit einem zweiten Tauchmagneten (90) zusammenwirkt, um den Durchfluss einer Treibflüssigkeit zum Betätigen der ersten und zweiten hydraulisch geregelten Einlassabsperrventile (60, 62) zu regeln, wobei sich die Spule (92) in eine erste Position bewegt, wenn der erste Tauchmagnet (88) erregt ist, um eine Betätigung der hydraulisch geregelten ersten und zweiten Einlassabsperrventile (60, 62) zu verhindern, und wobei sich die Spule (92) in eine zweite Position bewegt, wenn die zweite Tauchspule (90) erregt ist, damit die Treibflüssigkeit das erste und zweite hydraulisch geregelte Einlassabsperrventil (60, 62) beaufschlagt und Pumpflüssigkeit aus den Pumpenkammern (20, 22, 26, 28) durch die Einlässe (38, 42, 46, 50) strömen kann.
Pumpe (10) nach Anspruch 3, bei der die erste und zweite Tauchspule (88, 90) durch eine Vielzahl digitaler Pulse erregt werden.
Pumpe (10) nach Anspruch 3, bei der die hydraulisch geregelten Einlassabsperrventile (60, 62) jeweils ein Absperrventil (64) aufweisen, das durch einen Kolben (76) geöffnet wird, wenn die Treibflüssigkeit in das hydraulisch geregelte Einlassabsperrventil (60, 62) einströmt.
Pumpe (10) nach Anspruch 5, wobei diese ferner eine Vielzahl von Absperrventilen (54) aufweist, die an eine Vielzahl von Auslässen (40, 44, 48, 52) in Flüssigkeitsverbindung mit den Pumpenkammern (20, 22, 26, 28) stehend angeschlossen sind.