EP0678166A1 - Control device for a variable intake volume pump - Google Patents

Control device for a variable intake volume pump

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EP0678166A1
EP0678166A1 EP94930902A EP94930902A EP0678166A1 EP 0678166 A1 EP0678166 A1 EP 0678166A1 EP 94930902 A EP94930902 A EP 94930902A EP 94930902 A EP94930902 A EP 94930902A EP 0678166 A1 EP0678166 A1 EP 0678166A1
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pressure
valve
pump
displacement
valves
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EP94930902A
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German (de)
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Wolfgang Schneider
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CRT Common Rail Technologies AG
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EIDGENOESSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE LABORATORIUM fur VERBRENNUNGSMOTOREN und VERBRENNUNGSTECHNIK
Eidgenossische Technische Hochschule Laboratorium fur Verbrennungsmotoren und Verbrennungstechnik
Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
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Publication date
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    • F04B2205/08Pressure difference over a throttle

Definitions

  • the invention relates to a control device for a filling .
  • Grad-variable pump with at least one displacement chamber which works according to the suction throttle principle with an inevitable change in volume of the displacement chamber or displacement chambers, which pumps the liquid to be delivered from a liquid reservoir with a free surface which is acted upon by a gas pressure, usually atmospheric pressure , through a line or possibly via a hydraulic system but without gas supply.
  • Filling level variable pumps are hydrostatic pumps with displacement effect through reciprocating pistons (e.g. radial piston pump, axial piston pump, in-line pump) or rotary or swinging piston pumps (e.g. vane pump, vane pump, roller cell pump).
  • the invention relates only to such filling degree variable pumps that operate on the principle of suction throttling with an inevitable displacement movement.
  • the displacement space is partially filled by controlled cavity formation in the pressure fluid.
  • Inevitably moving displacers can be considered both pistons with an oscillating movement and rotary displacers (vane cell pump, blocking vane pump, etc.).
  • variable pumps To increase the energy efficiency in hydrostatic systems, there has long been a desire for increased use of variable pumps.
  • the designs of such variable pumps available today which are mostly implemented according to the principle of stroke adjustment, are still too expensive for many applications or have an inefficient efficiency with partial delivery, ie with a low degree of filling.
  • the trend of linking electronics and fluid technology continues, so that there is an increasing call for direct but nevertheless inexpensive electrical control of variable pumps.
  • variable pumps For the integration into control systems (in the form of actuators), future variable pumps must have defined flow characteristics and reproduce them precisely, with little hysteresis and with sufficient speed (e.g. without great dead time). As is well known, such properties are, in part, indispensable for control elements in control loops, in some cases at least of considerable advantage.
  • a high level of uniformity of conveyance between the individual displacers is important, on the one hand because of the noise excitation and because of any consumers who are dependent on uniformity, and on the other hand so that no additional disturbances of different frequency are carried into the high-pressure system, which could irritate a regulator.
  • Hydrostatic filling level adjustment pumps of this type can be used in many fields of application in vehicle, industrial, flight and water hydraulics as well as especially for general automotive hydraulics and the so-called common rail diesel injection systems.
  • phase gating principle in such filling degree variable pumps see bibliography at the end of the description
  • very high efficiencies can also be achieved with partial conveying, and in particular even with low-viscosity media, very high pressures and the lowest speed.
  • the duration of the pressurization of the displacer body and that with it is reduced in the case of the phase-controlled pump with decreasing delivery rate per work cycle associated loss work (such as piston gap leakage).
  • This property of being insensitive to leakage leads, among other reasons (see FIGS. 2 and 4 of the bibliography at the end of the description), to the particular suitability of such pumps for common-rail diesel injection technology.
  • the low expenditure of force also enables a very high adjustment dynamics, so that the necessary adjustments are not only calculated quickly by electronic means, but that the adjustments can be realized by using fast components for the electrical direct drive. Because of the low forces, the size and manufacturing costs of the electric drives are also low. In general, low forces allow the control of hydraulic-mechanical systems with largely no feedback from the manipulated variable from the measurement signal.
  • the common-rail diesel injection system is an example of the high adjustment dynamics required;
  • the delivery rate of the pump must be able to be adjusted an order of magnitude faster - a pump cycle can be reached as little as possible.
  • you can again refer to 4 of the bibliography.
  • Such a pump also has to be constant Pressure on the order of about two injections can provide other flow rates.
  • PCT / EP89 / 01057 discloses an example of a generic control device for filling level variable pumps, which manages with only one converter element for a large number of displacement spaces and has an inlet-side slot control, as is sufficient for many applications.
  • a special flow guide in the eccentric housing is intended to achieve a uniform filling of all displacement spaces and thus a high level of delivery even with partial delivery which is sufficiently small for many applications.
  • the dynamics are not sufficient for various applications, since all cylinders are filled from the central eccentric housing, and this must first be filled by the throttle element in the case of a direct transition to full delivery and must be emptied in the reverse process before the filling and the delivery flow returns to a steady state.
  • n-cylindrical pump has a high periodicity, i.e.
  • each displacement chamber has its own control element with drive must be equipped or the control elements have to be connected to a central drive element by means of complex mechanics, with the corresponding problems of quantity adjustment.
  • This conflict of goals between simplicity (as few or only one control element as possible) and high dynamics, exactness of the conveying characteristic and freedom from hysteresis are all the more apparent when the individual displacement spaces, for example in the case of radial or row arrangements, are far apart or when the Displacement space is large.
  • a central arrangement of an adjusting element would in principle be conceivable, but the installation space is often too narrow or provided for other components.
  • the object of the invention is therefore to create an inexpensive control device according to the preamble, which at least considerably reduces the effect of this obstacle to premature cavity formation with little effort and is thus generally applicable to various pump types of the displacer type of different sizes Degrees of freedom in the implementation of this actually very interesting and promising flow control can help.
  • the creation of degrees of freedom is understood to mean that - from the point of view of manufacturing costs, the general applicability mentioned for various pump types, sizes and Design of the entire pump - it should be possible to combine control elements and, for example, actuate them directly using an electromechanical converter, and to be able to arrange the adjustable elements anywhere in the pump without significant deterioration in properties, or even to place them at a certain distance from the pump can, which gives a remote control possibility.
  • the present invention uses these physical phenomena and the further, more well-known fact that liquid which has been given time to saturate in a gas atmosphere of a pressure p1 (for example when resting in a tank ventilated to the atmosphere), when it falls below this Pressure - especially if turbulence is added when flowing through or around an obstacle - has a strong tendency to get rid of the excess gas.
  • a pressure p1 for example when resting in a tank ventilated to the atmosphere
  • a control device according to claim 1 or according to claim 15 is provided to solve the above-mentioned problems.
  • the main characteristic of the invention is an upstream connection of passive, according to the rules of the claims, throttling valves in front of the individual displacement spaces, in front of groups of displacers or the entire pump, which ensures that the pressure behind a throttle actuator up to these valves the pressure pl des Liquid reservoirs and preferably pl plus does not fall below an amount ⁇ pTemp , which is explained later, at least substantially, and thus a noteworthy and disturbing cavity formation is limited to the comparatively small volume behind these valves up to the displacement spaces.
  • claims 5 and 6 take into account the specific properties of the liquids and gases.
  • the formula according to claims 5 and 6 enables the determination of the minimum opening pressure difference ⁇ pömin at which the or each pressure difference-actuated throttling 2/2-way valve opens both for pumps with inlet slots and for pumps with automatic, spring-loaded, displacement-controlled inlet valves. If gas outlet pressures pGasaus and steam outlet pressures pDampfaus are not known, the formula is on the safe side with 0 bar for these pressures.
  • solubility coefficient becomes smaller in the direction of the temperature change, this can lead to a sudden oversaturated state of the liquid, which can lead to disruptive gas release even before the throttling, spring-loaded valve.
  • the maximum temperature-related drop in the solubility coefficient k that occurs during operation can be prevented by increasing the minimum opening difference by a ⁇ ptemp.
  • p x (k (T ⁇ / k (T ⁇ ) -l) p 1 if k (T ⁇ ) ⁇ k (T 1 ) , in which T ⁇ and T x determine the maximum temperature difference of the liquid between the liquid reservoir and the throttling, spring-loaded valve that occurs during operation at intervals of a few hours.
  • the main advantage of the control device chosen according to the invention is the desired fast, reproducible, low hysteresis and low dead time reaction of the delivery rate to adjustments of the actuators.
  • This exact, calculable assignment of actuator position and pump flow is in turn a prerequisite for the integration of this pump in control loops of hydraulic systems, especially in those with high demands on the control dynamics, such as those that exist for common rail diesel injection systems, among other things.
  • the assigned, full response to the delivery rate takes place with the first subsequent, complete suction process (in principle, it could't be any faster). In this way, the pump delivery flow can already be changed at the same time in a hydraulic system if an expected sudden change in consumption is known.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a control device according to the invention for a pump with automatic inlet valves
  • Fig. 2 shows another embodiment of an inventive
  • Fig. 3 shows a special embodiment of an inventive
  • Control device for a pump the inlet valves being designed with a special spring characteristic and a damper and the adjusting throttles being combined in a continuous way valve,
  • FIG. 4 shows a cross section of an executed pump with a control device according to the invention which is installed in the pump
  • Fig. 5 is a partially longitudinal sectional schematic
  • FIG. 6A and 6B drawings to explain the mode of operation of the inlet valves of the pump of FIGS. 4 and 5, FIG. 6A representing the opening process and FIG. 6B the closing process,
  • FIG. 8 is a graphical representation of the operating cycle of a pump according to FIG. 3 for full delivery, 9 and 10 representations corresponding to FIG. 8, but for half funding or zero funding,
  • FIG. 13 shows an embodiment of a control device according to the invention with a switching valve as an adjusting device
  • FIG. 14 shows an embodiment of a control device according to the invention for a filling degree variable pump, in which the adjusting device is formed by a variable displacement machine,
  • Fig. 16 shows a further variant of an inventive
  • Control device for a filling level variable pump in which an adjustable pressure relief valve serves as an adjusting device
  • FIG. 17 shows a preferred variant of a control device according to the invention for a filling degree distribution pump, in which the adjustment device is equipped with an auxiliary medium, i.e. does not work with the liquid to be pumped, and
  • FIG. 18 shows a schematic view of a further degree of filling variable pump according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first possible embodiment of a control Direction for a pump with automatically operating inlet valves.
  • the pump according to the schematic representation of FIG. 1 has three individual displacement pistons 9, only one of which can be seen in FIG. 1.
  • the three displacers ben angetrie ⁇ of a "rotation shaft 12 via respective eccentric 11, each cam 11 is disposed in a lifting member 10, which is located at the lower end of the associated piston.
  • the rotary movement A of the eccentric 11 initiates an oscillating movement B, the piston 9, as a displacer in the displacement space 15, moving back and forth between the two dead center positions C (bottom dead center) and D (top dead center) and triggering the periodic suction movement.
  • the piston 10 does not lift off the eccentric 11 in any phase of its movement (inevitable displacement movement).
  • An inlet valve 28 and an outlet valve 17 are provided for each displacement chamber in a manner known per se, whereby both the inlet valve 28 and the outlet valve 17 can be biased into the respectively closed positions by respective springs (for example 29 for the inlet valve 28). This means that the valve 28 is designed as an inlet check valve.
  • the inlet check valve is turned on in a known manner via the pressure difference p4-p5 which arises and the suction process is triggered.
  • the previously collected amount of liquid is displaced from the displacer space 15 by the outlet valve 17, that is, it rises from its seat against the action of the biasing spring and the liquid which is now under high pressure is supplied via line 18 with corresponding Amounts of liquid Conveyed via lines 18a and 18b into a common line 19, where there is a pressure p6 and which represents, for example, the so-called "common rail” (the distribution pipe) of a "common rail” injection system.
  • the individual pistons or displacers 9 are moved out of phase in order to achieve an equalization of the outlet pressure p6 in the common line and to ensure that the pump is operated with as little vibration as possible. That is, in the case of three displacers, as shown in the example according to FIG. 1, the individual displacement pistons each carry out their stroke movement out of phase with the neighboring displacer by 120 °.
  • the flow rate through each displacer is determined by a respective, upstream, throttling, spring-loaded 2/2-way valve 21 and by an adjusting device 27, which in this example is designed as an adjusting throttle 30.
  • the adjusting device 27 like the adjusting device 27a and 27b of the same design, is fed by a common line 32, which provides the liquid to be pumped, here diesel oil, with a pressure p2.
  • the diesel fuel 2 comes from a liquid reservoir 1, where it is in contact with a gas 3 at a pressure p x here air at atmospheric pressure pl at a contact surface 4.
  • the liquid can become saturated with gas.
  • the liquid initially flows through a system 7, in which preferably no further gas is to be added to the liquid. Since the pressure is to be increased from p1 to p2, a pressure-increasing device, ie a pressure source 8, is integrated in the system 7 in this example.
  • the diesel fluid then flows through line 32 the three adjustment throttles 30, 30a, 30b and the throttling 2/2-way valves 21, 21a and 21b assigned to them and operated by pressure difference. Due to the continuity equation for incompressible media (which can only be assumed on the basis of the freedom from voids), the flow rate through each adjustment throttle and the 2/2-way valve 21, 21a or 21b "assigned to it is the same. This results in an equilibrium state the pressure p3 on the active surface 24 of the 2/2-way valve 21 on one side and a reservoir-like pressure pl2 near pl on the active surface 23 on the other side of the 2/2-way valve and from the opening-path-dependent force of the spring 22.
  • the adjusting throttles 30, 30a, 30b can theoretically be individually adjusted or matched to one another.
  • valve active surfaces 24, 24a, 24b and the associated throttles 30, 30a, 30b the system has an inherent damping effect which increases with higher throttling, which ensures compliance and reproducibility of the delivery characteristics (see FIGS. 10 and 11 ) important is.
  • the damping works by already producing a slight overshoot of the throttling 2/2-way valves 21, 21a, 21b in the opening phase that suddenly begins, which produces the product of the surface 24, 24a, 24b and the stroke difference in the connection 31, 31a, 31b Volume increase causes a decrease in pressure p 3 by a considerable ⁇ p 3 which counteracts overshoot - because of the lack of voids according to the invention!
  • the throttling 2/2-way valves 21, 21a and 21b actuated by pressure difference are on its active surface 23 connected to the return 6, whereby the reservoir-like pressure pl2 prevails near pl on the active surface 23.
  • This arrangement has the advantage that the spring 22 - depending on the size of the surface 23 - can be chosen to be very weak and serves less for preloading than for the regulating resetting of the valve (21) against the opening pressure p3 on the other active surface 24, since with the pressure pl2 on the active surface 23 there is already a considerable part of the necessary pretension and maybe even more.
  • FIG. 2 shows a similar control device to FIG. 1, with the difference that the pump has inlet slots 35 and only one central adjusting device 27 is provided, which has an adjusting throttle 30.
  • Pumps with inlet slots can generally be manufactured more cost-effectively than those with inlet valves, while their main application is less for the highest pressures and low-viscosity pressure media.
  • the low cost target is accommodated by the central adjustment device 27, which in principle permits simple manual adjustment or electrical adjustment.
  • the individual adjusting throttle 30 in the adjusting device 27 can also be inexpensively represented in a manner known per se.
  • the pressure difference p2-p3 above the adjustment throttle is kept approximately constant, regardless of the flow rate, by means of a pressure difference valve 40 connected in parallel, whereby the effect of a flow control valve results in the combination of the adjustment throttle 30 and the pressure difference valve 40.
  • the simplicity of using the same adjusting throttle 30 for all displacement elements 16, 16a, 16b gives further advantages in this constellation with the inlet line slit control of the pump.
  • a first advantage is that the control cross section of the throttle 30 for a certain speed and certain relative displacement space filling is significantly "larger" than the individual throttles in the constellation according to FIG. 1 in terms of the number of displacement spaces served and the shortness of the respective suction phases . (Assumption of the same speed and the same relative filling).
  • the filling of the channel pieces 36, 36a, 36b between the respective 2/2-way valve 21, 21a, 21b and the respective inlet cross-sections 35 can basically continue between the suction phases. This also helps in the channel pieces 36, 36a, 36b, i.e. H. to reach at least one cavity void up to the displacement space limit in the form of the inlet cross-section 35.
  • the pressure p 3 in the connecting channels can even rise to a maximum of p 2 , since no fluid is removed from the channel pieces 36, 36a, 36b by any suction element. This leads to a temporary larger opening of the 2/2-way valves and to an acceleration of the filling of the duct sections.
  • FIG. 3 shows a particularly favorable embodiment of the control device of FIG. 1.
  • An important property of the invention is that the liquid volumes enclosed between the one adjusting device 27 and the individual throttling 2/2-way valves 21 in a channel are hardly elastic due to the lack of voids, so that hardly any additional liquid quantities enter or leave must flow out in order to achieve the respective steady state of a filling process or the time period between two filling processes.
  • the adjusting device 27 is even connected to the pump by hose lines 41, 41a, 41b, which allows the pump to be remotely controlled over a multiple length of the characteristic pump dimension (e.g. diameter in the case of a radial piston pump).
  • FIG. 3 also shows a further possible and advantageous variant of the invention in that an additional damper is the inherent one described above under FIG. 1 Damping added.
  • the damper shown is only one example of possible designs.
  • the respective throttling 2/2-way valves 21 which are actuated by pressure difference are connected to respective damping pistons 73 which can be moved back and forth in respective cylinders 70 in accordance with the movement of the slide of the 2/2-way valves 21.
  • the effect of the damping is good and constant due to the lack of voids.
  • Damping chambers 71 and 72 are formed in the respective cylinders 70 on opposite sides of the respective damping pistons 73.
  • Fig. 3 also shows an inexpensive variant of the invention in that the pressure-differential actuated 2/2-way valves 21 are simultaneously designed as inlet valves, which saves effort.
  • FIGS. 4 and 5 show in cross section or in longitudinal section a particularly favorable embodiment of a pump with a control device according to the invention.
  • the pump according to FIGS. 4 and 5 is equipped with four displacement spaces 129a-d, which are arranged in pairs above and below the drive shaft 110.
  • the displacement space 129b cannot be seen in the drawing, since in FIG. 5 it lies behind the cutting plane (VV in FIG. 4) in the upper part of the drawing.
  • a respective piston or displacer 117 is provided for each displacement space.
  • the displacers 117 are held in contact by two springs 135 in contact with two drive rings 114 eccentrically mounted on the drive shaft 110.
  • the drive rings 114 are rotatably supported by means of needle bearings 115 on eccentrics 113 which are connected to the drive shaft 110 in a rotationally fixed manner relative to one another.
  • the springs 135 for the respective displacement pistons 117 are supported on a plate-shaped abutment 116 at the end of each individual displacement piston and the drive ring 114 presses on the respective sides of the spring abutments 116 opposite the displacement piston 117.
  • the rotation of the drive shaft 110 therefore causes them to rotate with it non-rotatably connected eccentric 113 and the rings 114 a reciprocating movement of the displacement piston 117, the lifting movement of the upper displacement piston 117 being offset by 180 ° to the lifting movement of the respectively opposite lower displacement piston 117.
  • the two eccentrics 113 are connected to the rotary shaft 110 offset from one another by 90 °, so that the stroke phase difference of two displacement pistons 117 arranged next to one another, i.e. of the lower displacement piston 117 in FIG. 5 and the upper displacement piston is also 90 °. On the one hand, this contributes to a smooth running of the pump, and on the other hand it contributes to an even supply of liquid.
  • the rotary shaft 110 is rotatably supported in the main housing 138 of the pump via the ball bearing 136 and the roller bearing 137.
  • a respective inlet valve 134 and a respective outlet valve 118 are provided for each displacement space 129a-d (of which the displacement space 129c is not shown).
  • the respective inlet and outlet valve pairs 134, 118 which belong to the respective displacement spaces 129a-d, are accommodated in respective housing parts 133a-133d, in which the cylinders forming the displacement spaces 129a-d and serving to hold the displacement pistons 117 are also arranged are.
  • These housing parts 133a-d each have a cylindrical extension which is arranged coaxially with the respective cylinder, ie with the respective displacement piston 117, and is inserted in a corresponding cylinder bore in the main housing part 138.
  • each housing part 133a-d There is a respective ring seal between the cylindrical extension of each housing part 133a-d and the housing 138, so that the main housing 138 is sealed against leakage.
  • the cylindrical extension of each housing part 133a-d also has an annular shoulder on which the end of the respective spring 135 facing away from the plate-shaped abutment 116 is supported. That is, the ring shoulder forms a further abutment for the spring 135.
  • Each housing part 133a-133d is also provided with a respective valve cover 119a-d, the individual valve covers 119a-d having a respective cylindrical recess 121 which is arranged coaxially with the cylindrical extension of the respectively assigned housing part 133a-d and a stem part of the Intake valve 134 and the components cooperating therewith, which are shown in FIGS. 6A and 6B on an enlarged scale.
  • the valve covers 119a-d and the housing parts 133a-d are screwed to the crankcase 138 by means of continuous screws, which are shown in FIG. 5.
  • valve 150 integrated into the construction, which is designed, for example, in accordance with DE-PS 37 14 691 can be.
  • the valve 150 is the adjustable element which is used to control the pressure-differential-operated, throttling 2/2-way valves, which in this embodiment are formed by the respective inlet valves 134 with the associated parts, as will be described in more detail later .
  • each distributor bore 130a-d there are respective oblique bores 127a-d in the respective cylinder heads 119a-d, which open into the cylindrical spaces 121, the oblique bores 127c and 127d not being shown.
  • the hollow rotary slide valve 150 which in this example is designed as an easily replaceable cartridge, receives liquid in the direction of arrow E via a housing bore 132 from a reservoir 1 with the pressure p2, as shown for example in FIG. 3.
  • the fluid reaches the interior of the hollow rotary valve without a significant pressure loss via a constantly open, sufficiently large inlet cross-section 156.
  • an electric drive 158 FIG.
  • valve cartridge on the rear side, not shown, in each chamber can have symmetrically opposite identical openings 155a-155d and 156 and the movable slide can be made very thin-walled, so that the valve has the advantages of a valve according to DE-PS 37 14 691.
  • rotary valves or axial slide valves of this type have the advantage that they can be actuated very quickly with low actuating forces due to low friction, low inertia and low flow forces, so that the electric actuator (actuator motor ) 158 can be small and inexpensive.
  • drain holes 112a-d depart from the respective outlet valves 118, of which the flow holes 112c and d are not shown, which merge into a common drain line 111 which, for example, leads to the "common rail" of one Common rail diesel injection system leads.
  • the pressure p3 in the distributor lines 130a to 13Od is communicated via the oblique bores 127a-d in the respective cylinder spaces 121 and here acts on the valve 134 via the cross-sectional area of the stem of the valve 134 in the opening direction.
  • the same pressure p3 also acts on the side of the valve head facing the chamber 134 in the opening direction of the valve.
  • the two springs 125 and 126 exert a closing force on the valve 124 at this stage.
  • the relatively strong spring 125 which acts on the abutment 124 at the end of the valve stem, permanently exerts a closing force on the valve 124, while the relatively weak spring 126 is supported on a spring plate 126T which is arranged displaceably with respect to the valve 124 in the chamber 121. In the closed state of the valve and when the spring plate 126T is in contact with the abutment 124, the spring 126 also exerts a closing force on the valve 134.
  • the spring plate 126T with spring 126 is primarily used for damping purposes.
  • the height of the opening stroke of the valve member 134 and the amount of liquid that flows past the head of the valve member 134 into the displacement chamber 129 depends on the pressure p3 in the distributor line 130.
  • the volume of the displacer chamber 129 decreases and the pressure in this chamber increases, albeit initially only slightly, owing to the small amount of gas or liquid molecules escaping. On the one hand, this leads to a closing force being exerted on the valve member 134 which is greater than the opening force, so that the valve 134 closes.
  • the damping openings in spring plate 126T operate to dampen the closing movement of the spring plate, so that valve 134 closes the valve seat relatively gently and spring plate 126T also gently engages abutment 124 at a later time.
  • the damper is so is that it is only effective during the opening stroke of the throttling valve, that is, in the phase in which vibrations are most likely to be initiated and would be effective for the longest. 6, the damping piston can remain behind the valve movement in the closing phase. Through the opening that is released, fluid flows into the damper chamber under the damping piston and prevents the creation of negative pressure and cavities. The increasing pressure in the displacement spaces 129a-d also causes the respective exhaust valves 118 to lift off, so that diesel enters the lines 112a-d and 111 with the desired outlet pressure.
  • valve 150 can be integrated into the pump construction in a space-saving manner, since it does not matter on differently long distribution paths 130a-d.
  • the design of the valve 150 with elongated linear slots 155a-d permits particularly good controllability of the pump down to the smallest delivery rates.
  • poppet valves 134a-d as inlet valves, which also serve here as the pressure difference-actuated, throttling 2 / w-way valves, is generally the more economical variant than the use of slide valves. Above all, the displacement space has less leakage path, which is particularly important for pumps for the highest pressures, low speeds and lowest viscosities (as they occur in connection with common rail diesel injection) if the highest levels of efficiency are to be achieved.
  • the tightness of the inlet seat valves 134 also has a positive effect on the equal conveyance from displacement space 129a-d to displacement space 129a-d, since leakage is generally subject to component tolerance.
  • the general delivery characteristics of the pump can also be better adhered to in series production in designs with a seat valve.
  • Vibrations of the throttling valves can - like general vibrations - lead to spring breakage or, in the case of seat valves, increased wear or shaft breakage, here these vibrations damage above all with regard to the conveying characteristic, which is thereby changed. Vibrations often occur randomly as a result of stochastically fluctuating damping effects or excitations. In such a case, stochastic flow fluctuations or hysteresis effects would occur on the pump, both of which would make the use of the pumps for control purposes more difficult.
  • the use of a damper on the throttling valve is therefore proposed for the purpose of defined valve damping. With simple piston dampers of known design, the damping forces also generate negative pressures, which in turn can create cavities which are harmful to the damping function.
  • the possibility of arranging the adjusting elements at a greater distance from the throttling valves or individual displacement spaces allows several or all adjusting elements to be combined to form an actuator with only one drive, which in turn then enables, for example, simple manual actuation.
  • the need for only one converter for several or all displacement spaces is a great advantage in terms of cost and installation space.
  • the liquid volumes enclosed between an adjusting element and a throttling valve in a channel are hardly elastic due to the lack of cavities, so that hardly any additional liquid quantity has to flow in or out in order to determine the respective steady state of a filling process or between two Filling processes are to reach the time period.
  • the geometrical channel volumes may deviate greatly from one another, which is why the invention is suitable for all geometrical displacement arrangements (for example axial, radial, row in the case of piston pumps) and for all of these a location for the adjusting device 27 which is favorable in terms of installation space and appearance can be found.
  • FIG. 7 now shows, for throttle actuating elements, some special features of the design of the throttling valves, for example the valves 30 in FIG. 1 or 150 in the embodiment according to FIGS. 4 to 6.
  • the pressure difference at the adjusting element enters the metered amount of liquid with the root of the pressure difference.
  • this pressure difference decreases with increasing throttle valve opening.
  • the use of a differential pressure valve 40 in FIG. 2 shows how this pressure difference can in principle be kept constant by using the differential pressure valve to change the admission pressure parallel to the pressure upstream of the throttling valve.
  • the same goal can at least be largely achieved in that the spring-loaded throttling 2/2 way valves have a steep opening characteristic, which is achieved by a soft spring or a large pressurized valve surface or a combination of both, and in that the feed pressure p2 is sufficiently high so that even for maximum pump volume flow, ie large valve Opening, the pressure difference across the adjustment device is not significantly reduced.
  • These measures basically ensure that the flows at the throttle elements are only slightly influenced by variations in the spring stiffness or spring preload of the inlet valve springs or by differences in the effective valve area. This design also eliminates the need for precise spring sorting or the setting of the spring preload on each individual inlet valve.
  • FIGS. 8 shows the state for the full filling or conveying of the displacer spaces 15, FIG. 9 the state for half the filling or conveying of the displacer spaces 15 and FIG. 10 the state of not exactly zero conveying of the displacer spaces 15 and as a function of the angle of rotation of the drive shaft, based on the top dead center OTP and the bottom dead center UTP of the respective displacement pistons 9.
  • incompressibility may be assumed between inflow with pressure p 2 and displacement space p 5 .
  • the pressure p 3 upstream of the throttling valve 21 occurs without significant delay due to the continuity condition that the flow at the individual throttle cross-section 30, V 30 must be equal to r the flow at the throttling valve 21, V 21 :
  • a specific A ⁇ is thus assigned a specific A ⁇ (p 3 ) in the suction phase and also a specific p 3 via the constants c 1 and c 2 .
  • the free flow cross section A valve through the inlet valves 28 assumes the maximum value.
  • the valves 28 are only partially open.
  • the delivered volumes V correspond to the area under the volume flow functions. 10 shows the case in which the delivery is currently 0 and the filling therefore also tends towards O.
  • the displacers can be filled slightly to cover any piston leakage as a result of the compression / decompression.
  • a minimal opening A s (V ⁇ O) is therefore shown in FIG. 10.
  • the duration of this opening extends approximately over the entire revolution, interrupted only by the relatively short compression / decompression phase. Similar courses are created for the further embodiments according to FIGS. 2, 3 and 4 to 6 and 13, 14, 15, 16 and 17.
  • FIG. 12 shows the corresponding flow characteristics for slot-controlled pumps, as in the embodiment according to FIG. 2.
  • FIG. 13 shows an embodiment similar to FIG. 3, but with a different design of the throttling 2/2-way valves actuated by pressure difference and with a different type of actuating throttle actuation.
  • the 2/2-way valves of the embodiment according to FIG. 13 each consist of a ball 54, which is pressed against a valve seat by means of a spring 53.
  • the movement of the ball 54 with respect to the valve seat when the valve is open depends on the pressure p3 prevailing in the respective line 31, 31a and 31b, as a result of which the filling of the displacement spaces is controlled as a function of p3.
  • 1 is particularly suitable for integration in analog control loops
  • a switching valve 50 as a converter according to FIG. 13 has advantages in connection with digital electronics.
  • FIG. 13 shows such an arrangement, wherein, as in FIG. 2, with slot-controlled pumps and with an opening angle adapted to the number of cylinders, one switching valve 50 is sufficient for several displacement elements 9.
  • 14 shows an embodiment in which only one 2/2-way valve 81 is used for three displacement spaces in this example, the 2/2-way valve 81 being arranged outside the pump and the individual displacement spaces 15 feeds via lines 36, 36a and 36b.
  • the adjusting device consists of an adjustable displacement machine 84 which has a flow-limiting function.
  • the displacement machine 84 is preferably driven by an electric machine which is variable in speed.
  • the displacement machine is designed as a constant displacement machine and draws the liquid to be conveyed from the line 33 directly or indirectly via the system 7 from the liquid reservoir.
  • the pressure relief valve 80 in this case functions as a safety valve or relief valve. This prevents an inadmissible increase in the pressure difference at the pre-feed pump if it is adjusted to a position in which it delivers more than the maximum amount of swallowing by the main pump.
  • an adjustable pre-feed pump here in the form of the adjustable displacement machine 86, which is driven at the pump speed or a speed proportional to this.
  • the drive of the displacement machine 84 can be accomplished via the drive shaft 12 of the pump.
  • FIG. 16 shows an embodiment similar to the embodiment of FIG. 3, in which the pre-feed pump 34 runs at constant speed, but in which the input pressure is controlled by controlling the spring preload of the pressure limiting valve 90, i.e. the variable pressure relief valve represents the adjustment device.
  • This constellation has advantages if the fluid to be pumped is very viscous or contains contaminants that could impair its function (example: common rail injection system for heavy oil engines), or if the variable pump is to be self-priming or only a very low admission pressure is to be used . All that is then required is a considerably less powerful pressure source 100 for the actuating fluid, such a pressure source often already being available (e.g. compressed air network).
  • the actuating fluid is conducted via lines 101 with the controllable pressure p10 to the individual 2/2-way valves 103.
  • the pressure plO acts on the active surface 102 on one side of the slide of the 2/2-way valve 103, while a spring 104 and the output pressure of the 2/2-way valve via line 106 acts on the active surface 105 on the other side of the slide 102.
  • FIG. 18 shows a schematic illustration of a pump in a radial design with three displacement pistons 9, only the central part of the pump housing around the drive shaft 12 being shown and only the upper displacement piston 9 being shown completely.
  • the latter like the two further displacement pistons, is always kept in contact with the eccentric cam 11 by means of a spring 200.
  • all three displacement pistons are driven by the common eccentric cam 11, it would also be conceivable to move the displacement pistons in the axial direction of the drive shaft and to drive them via separate eccentric cams. Any other number of displacement pistons can also be selected.
  • the connecting line to the liquid reservoir is provided with the reference number 33.
  • the reference numeral 30 indicates an adjustable throttle element which leads into the interior 202 via the line 31.
  • the pump in FIG. 18 is slot-controlled and has inlet slots 35 for this purpose (only shown for the upper displacement piston). wherein the inlet slots 35 communicate via a pressure-differential operated and throttling 2/2-way valve 51 (as shown in FIG. 13) and corresponding line sections 204 and 206 in the pump housing with the interior 202.
  • the reference numeral 17 indicates the outlet valve, which is connected via a line 18 to corresponding lines of the further displacement pistons 9 (not shown) and finally leads to the "common rail" of the internal combustion engine connected to it.
  • an opening 208 is provided in the displacement piston 9, which communicates with the inlet slot 35 and cooperates with it in the desired angle range.
  • the individual displacement pistons 9 are moved back and forth by the eccentric cam 11 with the cooperation of the corresponding spring 200 in the respective cylinders 210.
  • the fuel through the line 33, the throttle 30, the line 31, the interior 202, the line 206, the 2/2-way valve 51, the line 204, the inlet slot 35 and the opening 208 of the displacer 9 in the displacement space sucked and then flows out through the outlet valve 17 under the action of the displacer 9.

Abstract

PCT No. PCT/CH94/00215 Sec. 371 Date Jul. 10, 1995 Sec. 102(e) Date Jul. 10, 1995 PCT Filed Nov. 7, 1994 PCT Pub. No. WO95/13474 PCT Pub. Date May 18, 1995A control device for a filling-ratio adjusting pump with at least one displacement space works on the suction-throttle principle with a positive variation in volume of the displacement space or displacement spaces and is intended inter alia particularly for common-rail diesel injection systems. It allows an exact, precise and highly dynamic control of the filling-ratio adjusting pump at low outlay, without the system being impaired by undesirable cavitation. Located on the suction side of the pump is at least one throttling 2/2-way valve (21, 21a, 21b; 134; 51, 52, 53, 54; 81; 103) actuated by pressure difference. Either such a 2/2-way valve can be used for a group of displacement spaces or for the entire pump or a respective valve of this type can be inserted in front of each individual displacement space. The pressure-difference control of the or each 2/2-way valve takes place via an adjusting device (27; 150) which is arranged on the inflow side of the 2/2-way valve and which is designed either as a throttling valve or as a flow-regulating valve.

Description

Steuereinrichtung für eine Füllgrad-Verstellpumpe Control device for a filling level variable pump
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Füll- . grad-Verstellpumpe mit mindestens einem Verdrängerräum, wel¬ cher nach dem Saugdrosselprinzip mit zwangsläufiger Volumen¬ veränderung des Verdrängerraumes bzw. der Verdrängerräume arbeitet, welche die zu fördernde Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsreservoir mit einer freien Oberfläche, welche mit einem Gasdruck, meist Atmosphärendruck, beaufschlagt ist, durch eine Leitung oder gegebenenfalls über ein hydraulisches System jedoch ohne Gaszufuhr bezieht.The invention relates to a control device for a filling . Grad-variable pump with at least one displacement chamber, which works according to the suction throttle principle with an inevitable change in volume of the displacement chamber or displacement chambers, which pumps the liquid to be delivered from a liquid reservoir with a free surface which is acted upon by a gas pressure, usually atmospheric pressure , through a line or possibly via a hydraulic system but without gas supply.
Füllgrad-Verstellpumpen sind hydrostatische Pumpen mit Verdrängerwirkung durch Hubkolben (z.B. Radialkolbenpumpe, Axialkolbenpumpe, Reihenpumpe) oder Rotations- oder Schwenkkolbenpumpen (z.B. Flügelzellenpumpe, Sperrflügelpumpe, Rollenzellenpumpe) . Die Erfindung bezieht sich dabei nur auf solche Füllgrad-Verstellpumpen, welche nach dem Prinzip der Saugdrosselung mit zwangsläufiger Verdrängerbewegung arbeiten. Bei diesen erfolgt eine Teilbefüllung des Verdrängerraums durch gesteuerte Hohlraumbildung in der Druckflüssigkeit. Als zwangsläufig bewegte Verdränger können sowohl Kolben mit oszillierender Bewegung als auch Rotationsverdränger (Flügelzellenpu pe, Sperrflügelpumpe usw.) betrachtet werden.Filling level variable pumps are hydrostatic pumps with displacement effect through reciprocating pistons (e.g. radial piston pump, axial piston pump, in-line pump) or rotary or swinging piston pumps (e.g. vane pump, vane pump, roller cell pump). The invention relates only to such filling degree variable pumps that operate on the principle of suction throttling with an inevitable displacement movement. In these, the displacement space is partially filled by controlled cavity formation in the pressure fluid. Inevitably moving displacers can be considered both pistons with an oscillating movement and rotary displacers (vane cell pump, blocking vane pump, etc.).
Zur Steigerung der Energieeffizienz in hydrostatischen Systemen besteht schon lange der Wunsch nach vermehrtem Einsatz von Verstellpumpen. Die heute erhältlichen Bauformen solcher Verstellpumpen, welche meistens nach dem Prinzip der Hubverstellung realisiert werden, sind für viele Anwendungen jedoch noch zu teuer oder besitzen einen zu schlechten Wirkungsgrad bei Teilförderung, d.h. bei kleinem Füllgrad. Gleichzeitig geht aufgrund des unvermindert steigenden Nutzen/Kosten-Verhältnisses der Elektronik der Trend der Verknüpfung von Elektronik und Fluidtechnik weiter, so daß zunehmend der Ruf nach direkter aber trotzdem preisgünstiger elektrischer Ansteuerung von Verstellpumpen besteht .To increase the energy efficiency in hydrostatic systems, there has long been a desire for increased use of variable pumps. The designs of such variable pumps available today, which are mostly implemented according to the principle of stroke adjustment, are still too expensive for many applications or have an inefficient efficiency with partial delivery, ie with a low degree of filling. At the same time, due to the undiminished increasing cost-benefit ratio of electronics, the trend of linking electronics and fluid technology continues, so that there is an increasing call for direct but nevertheless inexpensive electrical control of variable pumps.
Für die Einbindung in Regelsysteme (in Form von Stellorganen) müssen zukünftige Verstellpumpen definierte Förderstromkennlinien besitzen und diese genau, hysteresearm und mit genügender Schnelligkeit (d.h. z.B. ohne große Totzeit) reproduzieren. Solche Eigenschaften sind bekanntlich für Stellorgane in Regelkreisen zum Teil unabdingbar, zum Teil mindestens von erheblichem Vorteil.For the integration into control systems (in the form of actuators), future variable pumps must have defined flow characteristics and reproduce them precisely, with little hysteresis and with sufficient speed (e.g. without great dead time). As is well known, such properties are, in part, indispensable for control elements in control loops, in some cases at least of considerable advantage.
Ferner ist eine hohe Fördergleichmäßigkeit der einzelnen Verdränger untereinander wichtig, zum einen wegen der Geräuschanregung und wegen etwaiger auf Gleichmäßigkeit angewiesener Verbraucher, zum anderen, damit keine zusätz¬ lichen andersfreguenten Störungen in das Hochdrucksystem getragen werden, welche einen Regler irritieren könnten.Furthermore, a high level of uniformity of conveyance between the individual displacers is important, on the one hand because of the noise excitation and because of any consumers who are dependent on uniformity, and on the other hand so that no additional disturbances of different frequency are carried into the high-pressure system, which could irritate a regulator.
Hydrostatische Füllgradverstellpumpen dieser Art können in vielen Anwendungsgebieten der Fahrzeug-, Industrie-, Flug- und Wasserhydraulik sowie besonders für die allgemeine Kraftfahrzeughydraulik und die sogenannten Common-Rail- Dieseleinspritzsysteme eingesetzt werden. Durch Anwendung des Phasenanschnittprinzips bei solchen Füllgradverstell¬ pumpen (siehe Literaturverzeichnis am Ende der Beschreibung) können sehr hohe Wirkungsgrade auch bei Teilförderung und dies insbesondere sogar bei dünnflüssigen Medien, sehr hohen Drücken und niedrigster Drehzahl erreicht werden. Anders nämlich als bei der Hubverstellpumpe, verringert sich bei der phasenanschnitt-gesteuerten Pumpe mit abnehmender Fördermenge pro Arbeitstakt auch die Dauer der Druckbeaufschlagung der Verdrängerkörper und der mit ihr verbundenen Verlustarbeiten (wie z.B. Kolbenspaltleckage) . Diese Eigenschaft der Leckageunempfindlichkeit führt neben anderen Gründen (siehe 2 und 4 des sich am Ende der Beschreibung befindlichen Literaturverzeichnisses) zu der besonderen Eignung solcher Pumpen für die Common-Rail- Dieseleinspritztechnik.Hydrostatic filling level adjustment pumps of this type can be used in many fields of application in vehicle, industrial, flight and water hydraulics as well as especially for general automotive hydraulics and the so-called common rail diesel injection systems. By using the phase gating principle in such filling degree variable pumps (see bibliography at the end of the description), very high efficiencies can also be achieved with partial conveying, and in particular even with low-viscosity media, very high pressures and the lowest speed. Unlike in the case of the stroke variable displacement pump, the duration of the pressurization of the displacer body and that with it is reduced in the case of the phase-controlled pump with decreasing delivery rate per work cycle associated loss work (such as piston gap leakage). This property of being insensitive to leakage leads, among other reasons (see FIGS. 2 and 4 of the bibliography at the end of the description), to the particular suitability of such pumps for common-rail diesel injection technology.
Ein solcher Grund ist auch der geringe Energie- bzw. Kraft¬ aufwand für die Verstellung, da diese häufig über die Ver¬ stellung einer Drossel im Niederdruckteil erfolgt (US 4 907 949) . Das ermöglicht unter anderem auch Handver¬ stellung.Such a reason is also the low expenditure of energy or force for the adjustment, since this is often done by adjusting a throttle in the low-pressure part (US Pat. No. 4,907,949). This also enables manual adjustment, among other things.
Grundsätzlich ermöglicht der niedrige Kraftaufwand auch eine sehr hohe Verstelldynamik, so daß die erforderlichen Verstel¬ lungen nicht nur schnell auf elektronischen Wegen errechnet, sondern daß die Verstellungen durch den Einsatz von schnel¬ len Bauelementen für den elektrischen Direktantrieb reali¬ siert werden können. Aufgrund der niedrigen Kräfte sind Größe und Herstellkosten der elektrischen Antriebe ebenfalls gering. Im allgemeinen erlauben geringe Kräfte die Regelung von hydraulisch-mechanischen Systemen mit weitgehender Rückwirkungsfreiheit der Stellgröße vom Meßsignal.In principle, the low expenditure of force also enables a very high adjustment dynamics, so that the necessary adjustments are not only calculated quickly by electronic means, but that the adjustments can be realized by using fast components for the electrical direct drive. Because of the low forces, the size and manufacturing costs of the electric drives are also low. In general, low forces allow the control of hydraulic-mechanical systems with largely no feedback from the manipulated variable from the measurement signal.
Ein Beispiel für hohe geforderte Verstelldynamik stellt wiederum das Common-Rail-Dieseleinspritzsystem dar; das Verteilrohr (= common rail) und die anderen hochdruckfüh¬ renden Volumina müssen auf Signal der Motorelektronik hin sehr schnell (bei Anwendung im Automobil Größenordnung 0,2 Sekunden) auf einen erheblich höheren Druck aufgepumpt werden können. Die Fördermenge der Pumpe muß zu diesem Zweck noch eine Größenordnung schneller - minimal erreichbar ist ein Pumpenarbeitstakt - verstellt werden können. Dazu kann wiederum in 4) des Literaturverzeichnisses nachgelesen werden. Ebenso muß eine solche Pumpe auch bei konstantem Druck in der Größenordnung von ca. zwei Einspritzungen andere Fördermengen bereitstellen können.The common-rail diesel injection system is an example of the high adjustment dynamics required; The manifold (= common rail) and the other high-pressure-carrying volumes must be able to be inflated to a considerably higher pressure very quickly (in the order of 0.2 seconds when used in an automobile) when the engine electronics signal. For this purpose, the delivery rate of the pump must be able to be adjusted an order of magnitude faster - a pump cycle can be reached as little as possible. For this, you can again refer to 4) of the bibliography. Such a pump also has to be constant Pressure on the order of about two injections can provide other flow rates.
Insbesondere für Pumpen mit einer größeren Zahl von Verdrängerräumen sind andere bisherige Lösungen, z.B. mit einzeln gesteuerten Einlaßventilen, zu aufwendig. Es ist ein großer Vorteil, mit nur einem Verstellelement für eine große Zylinderzahl auszukommen.Other previous solutions, e.g. for pumps with a larger number of displacement spaces, are with individually controlled inlet valves, too expensive. It is a great advantage to get by with just one adjustment element for a large number of cylinders.
Ein Beispiel einer gattungsgemäßen Steuereinrichtung für Füllgrad-Verstellpumpen, welches mit nur einem Wandlerelement für eine Vielzahl von Verdrängerräumen auskommt und eine einlaßseitige Schlitzsteuerung besitzt, wie sie für viele Anwendungen genügt, ist aus der PCT/EP89/01057 bekannt. Eine besondere Strömungsführung im Exzentergehäuse soll eine gleichmäßige Befüllung aller Verdrängerräume und also eine hohe Gleichförderung auch bei für viele Anwendungen genügend kleiner Teilförderung bewir¬ ken. Die Dynamik ist für verschiedene Anwendungsfälle jedoch nicht ausreichend, da alle Zylinder vom zentralen Exzenterge¬ häuse aus befüllt werden, und dieses bei unmittelbarem Übergang auf Vollförderung zunächst durch das Drosselelement gefüllt und beim umgekehrten Vorgang entleert werden muß, bevor sich in der Befüllung und im Förderstrom wieder ein stationärer Zustand einstellt. Oberflächen- und Schwerkraft- effekte können jedoch auch dann noch sporadische lokale Blasenansammlungen mit nachfolgenden gruppenweisen Lösen etwa von Wandungen erzeugen, was zu statistischen Fördermen¬ gen-Streuungen und Hystereseeffekten im Pumpenbetrieb führen kann. Beispielsweise können sich Zustände einstellen, bei denen die einen Verdrängerräume mehr Flüssigkeit und die anderen Verdrängerräume mehr Hohlraumanteil bei der Befüllung erhalten, und dadurch die Förderung ebenfalls ungleichmäßig wird. Die Dynamik einer ähnlich der im vorgenannten Patent ausgeführten Pumpe wurde von Faßbender (siehe 6 im Literaturverzeichnis) gemessen. Der Förderstrom hinkt in dem Fall um eine Totzeit von ca. 7 Arbeitstakten gegenüber der Bewegung des Stellorgans zurück. Ein schnelles Stellglied allein genügt also nicht. In der schon vorstehend als Beispiel herangezogenen Common-Rail-Dieseleinspritztechnik würde in dieser Zeitspanne der Druck im Verteilrohr aufgrund dessen kleinen Volumens bereits unzulässig steigen und nur schwerlich regelbar sein.PCT / EP89 / 01057 discloses an example of a generic control device for filling level variable pumps, which manages with only one converter element for a large number of displacement spaces and has an inlet-side slot control, as is sufficient for many applications. A special flow guide in the eccentric housing is intended to achieve a uniform filling of all displacement spaces and thus a high level of delivery even with partial delivery which is sufficiently small for many applications. However, the dynamics are not sufficient for various applications, since all cylinders are filled from the central eccentric housing, and this must first be filled by the throttle element in the case of a direct transition to full delivery and must be emptied in the reverse process before the filling and the delivery flow returns to a steady state. However, surface and gravity effects can still produce sporadic local bubble accumulations with subsequent group-wise loosening of walls, for example, which can lead to statistical delivery rate spreads and hysteresis effects in pump operation. For example, conditions can arise in which one displacer receives more liquid and the other displacer receives more void fraction during the filling, and as a result the delivery is also uneven. The dynamics of a pump similar to that in the aforementioned patent was measured by Fassbender (see 6 in the bibliography). In this case, the flow rate lags by a dead time of approx. 7 work cycles compared to the movement of the actuator. So a fast actuator alone is not enough. In the common rail diesel injection technology already used as an example above, the pressure in the distributor pipe would already increase inadmissibly during this period due to its small volume and would be difficult to regulate.
Ein weiteres Beispiel einer gattungsgemäßen Steuereinrich¬ tung für eine Pumpe mit als Rückschlagventile realisierten Einlaßventilen ist aus der CH 674 243 = EP-A-299 337 - bekannt. Dieser veröffentlichte Stand der Technik gibt keine Angaben zu den verwendeten Drucken an. Bei untersuchten Pumpen dieser Art wurde aber festegestellt, daß sie unter Hohlraumbildung bei der Saugdrosselung leiden, so daß erhebliche Gasvolumen entstehen, welche die erwünschte genaue, präzise und einfache Steuerung erheblich beeinträchtigen.Another example of a generic control device for a pump with inlet valves implemented as check valves is known from CH 674 243 = EP-A-299 337. This published state of the art does not give any information on the prints used. When examined pumps of this type, however, it was found that they suffer from cavitation in the suction throttling, so that considerable gas volumes arise which significantly impair the desired precise, precise and simple control.
Aufgrund der Hohlraumbildung bei der Saugdrosselung mit zwangsläufiger Verdrängerbewegung wurde zur Erzielung der gewünschten hohen Dynamik das Drosselverstellelement dicht an den Verdrängerraum gesetzt. Folglich wird zumindest bei der Radialkolbenbauart wiederum ein Wandler pro Verdrängerräum benötigt, oder ein aufwendiges mechanisches Gestänge. Die einzylindrige Bauart wurde bevorzugt, und zur Erzielung eines höheren Volumenstroms und höherer Pumpfrequenz wurde wahlweise ein Mehrfachnocken oder ein Getriebe vorgeschlagen. Abgesehen von den damit verbundenen baulichen und gegebenenfalls belastungsmäßigen Ein¬ schränkungen resultieren aus einer solchen Lösung mit n-fach-Nocken oder n-facher Antriebsübersetzung gebenüber einer n-zylindrischen Pumpe zwar eine hohe Periodizität, d.h. eine hohe Ähnlichkeit der einzelnen Förderverläufe, jedoch auch ein größerer Unterbrechungsgrad, erheblich (n-fach) höhere Drehmomentspitzen im Antrieb, größere Lärmemissionen durch (n-mal) steilere Druckanstiege in den Zylindern sowie die Gefahr, daß der Wiedereintrittsprozeß von Gasmolekülen aus den Hohlräumen zurück in die Flüssig¬ keit mit der Geschwindigkeit der Druckanstiege nicht mehr mithalten kann (siehe 1 in der Literaturaufstellung) und dann unter dieser Bedingung Kavitationsschäden entstehen können.Due to the formation of cavities in suction throttling with an inevitable displacement movement, the throttle adjustment element was placed close to the displacement space in order to achieve the desired high dynamics. Consequently, at least in the case of the radial piston type, one converter is required per displacement space, or a complex mechanical linkage. The single-cylinder design was preferred, and a multiple cam or a gearbox was optionally proposed to achieve a higher volume flow and higher pump frequency. Apart from the associated structural and possibly load-related restrictions, such a solution with n-fold cams or n-fold drive ratio results An n-cylindrical pump has a high periodicity, i.e. a high similarity of the individual delivery processes, but also a greater degree of interruption, significantly (n times) higher torque peaks in the drive, larger noise emissions due to (n times) steeper pressure increases in the cylinders and the Danger that the re-entry process of gas molecules from the cavities back into the liquid can no longer keep up with the speed of the pressure increases (see 1 in the literature listing) and cavitation damage can then occur under this condition.
Die Firma Cooper Bessemer Corporation, Mt. Vernon, Ohio, USA baute lange Jahre für Common-Rail-Dieseleinspritzsysteme eine Zweizylinder-Kolbenpumpe der gattungsgemäßen Art. Diese Pumpe besaß zwei Zylinder, wobei das Verstelldrosselelement zwischen beiden Zylindern angeordnet war, so daß die mit Hohlräumen füllbaren Schadräume minimal wurden. Auch hier ist die Erweiterung auf mehr als zwei Zylinder schwierig und aufwendig. Die Position des Verstelldrosselelements zwischen den beiden Zylindern schränkt die Freiheit in der Verdrän¬ geranordnung (radial-, axial-, in Reihe) ein. Diese Pumpe war wiederum mit Einlaßschlitzen ausgestattet, wobei eine zufriedenstellende Dichtheit der Verdrängerräume offenbar durch Langhubigkeit (d.h. entsprechend große Dichtlängen und kleinere Spaltlängen) erreicht wurde, was aber eine richtige Kurbelwelle mit Querkräfte aufnehmenden Tassenstösseln erforderte und das Bauvolumen erheblich vergrößerte.The company Cooper Bessemer Corporation, Mt. Vernon, Ohio, USA built a two-cylinder piston pump of the generic type for common rail diesel injection systems for many years. This pump had two cylinders, the variable throttle element being arranged between the two cylinders, so that the cavities fillable harmful spaces were minimal. Here too, expanding to more than two cylinders is difficult and time-consuming. The position of the adjusting throttle element between the two cylinders limits the freedom in the displacement arrangement (radial, axial, in series). This pump was again equipped with inlet slots, whereby a satisfactory tightness of the displacement spaces was apparently achieved by long stroke (i.e. correspondingly large sealing lengths and smaller gap lengths), but this required a correct crankshaft with cup tappets that absorb transverse forces and significantly increased the construction volume.
Zusammenfassend läßt sich (erstens) sagen, daß als Nachteil heute noch das Problem besteht, daß für optimale Dynamik, Exaktheit der Förderkennlinie und Hysteresefreiheit, Eigenschaften, wie sie besonderes bei Einsatz der Pumpe in Regelungen erwünscht sind, jeder Verdrängerräum mit einem eigenen Stellelement mit Antrieb ausgerüstet werden muß oder die Stellelemente durch eine aufwendige Mechanik mit einem zentralen Antriebselement verbunden werden müssen, mit den entsprechenden Problemen des Mengenabgleichs. Dieser Ziel- konflikt zwischen Einfachheit (möglichst wenige oder nur ein Stellelement) und hoher Dynamik, Exaktheit der Förderkenn¬ linie und Hysteresefreiheit tritt um so deutlicher zu Tage, wenn die einzelnen Verdrängerräume, wie beispielsweise bei Radial- oder Reihenanordnungen weit auseinander liegen oder wenn die Verdrängerraumzahl groß ist. Bei dicht nebenein¬ anderliegenden Verdrängerräumen wie bei Axialkolbenpumpen wäre eine zentrale Anordnung eines Verstellelementes grund¬ sätzlich denkbar, der Bauraum ist aber häufig zu eng oder für andere Bauteile vorgesehen.In summary, it can be said (firstly) that the disadvantage still exists today that for optimal dynamics, exactness of the delivery characteristic and freedom from hysteresis, properties as are particularly desirable when using the pump in controls, each displacement chamber has its own control element with drive must be equipped or the control elements have to be connected to a central drive element by means of complex mechanics, with the corresponding problems of quantity adjustment. This conflict of goals between simplicity (as few or only one control element as possible) and high dynamics, exactness of the conveying characteristic and freedom from hysteresis are all the more apparent when the individual displacement spaces, for example in the case of radial or row arrangements, are far apart or when the Displacement space is large. In the case of closely spaced displacement spaces such as axial piston pumps, a central arrangement of an adjusting element would in principle be conceivable, but the installation space is often too narrow or provided for other components.
Die Ursache dieser verschiedenen Einschränkungen bei Anwen¬ dung der Befüllungssteuerung durch Saugdrosselung mit zwangs¬ läufiger Verdrängerbewegung liegt in der bisher zur Förder¬ mengenverstellung notwendigen Hohlraumbildung begründet, die aufgrund der immer vorhandenen, teils zwecks Viskositätsunab¬ hängigkeit erwünschten Turbulenz, meist bereits in der dros¬ selnden Vorrichtung einsetzt, und nicht erst in den Verdrän¬ gerräumen.The reason for these various restrictions when using the filling control by suction throttling with inevitable displacement movement lies in the void formation that was previously necessary for adjusting the delivery rate, which due to the turbulence that is always present and is sometimes desired for the purpose of viscosity independence, usually already in the throttling direction uses the switching device, and not only in the displacement rooms.
Die Erfindung setzt sich daher zur Aufgabe, eine preisgün¬ stig herstellbare Steuervorrichtung gemäß Oberbegriff zu schaffen, welche bei geringem Aufwand dieses Hindernis der zu frühzeitigen Hohlraumbildung in seiner Wirkung zumindest erheblich einzudämmen und damit allgemeingültig für verschie¬ dene Pumpentypen des Verdrängertyps zu verschiedenen größe¬ ren Freiheitsgraden bei der Realisierung dieser eigentlich äußerst interessanten und zukunftsträchtigen Förderstrom¬ steuerung zu verhelfen vermag. Unter der Schaffung von Frei¬ heitsgraden wird verstanden, daß es - unter dem Gesichts¬ punkt von Herstellkosten, der erwähnten allgemeingültigen Anwendbarkeit bei verschiedenen Pumpenbauarten, Baugröße und Design der ganzen Pumpe - möglich sein soll, Stellelemente zu vereinigen und beispielsweise von einem elektromechani- schen Wandler direkt zu betätigen sowie die verstellbaren Elemente ohne bedeutende Verschlechterung der Eigenschaften an beliebigem Ort der Pumpe anordnen zu können, oder sogar in gewisser Entfernung der Pumpe plazieren zu können, was eine Fernsteuermöglichkeit ergibt.The object of the invention is therefore to create an inexpensive control device according to the preamble, which at least considerably reduces the effect of this obstacle to premature cavity formation with little effort and is thus generally applicable to various pump types of the displacer type of different sizes Degrees of freedom in the implementation of this actually very interesting and promising flow control can help. The creation of degrees of freedom is understood to mean that - from the point of view of manufacturing costs, the general applicability mentioned for various pump types, sizes and Design of the entire pump - it should be possible to combine control elements and, for example, actuate them directly using an electromechanical converter, and to be able to arrange the adjustable elements anywhere in the pump without significant deterioration in properties, or even to place them at a certain distance from the pump can, which gives a remote control possibility.
Die Hohlraumbildung in Flüssigkeiten bei stationären Strömun¬ gen sowie die damit verbundenen Kavitationsschäden ist in der Vergangenheit vielfach untersucht worden. Der instatio¬ näre und quasi nicht strömende Fall von Hohlraumbildung in Pumpenzylindern wurde bisher jedoch nur in geringerem Ausmaß untersucht. Offenbar ist jedoch bei im Pumpenbau üblichen Materialien nicht mit Schäden durch Hohlraumzerfall zu rech¬ nen. Einer von mehreren Gründen ist möglicherweise, daß die Zeit zu kurz ist, um wirklich große Gas- oder Dampfmengen herauszulösen. Schweitzer (siehe bitte 5) im Literaturver¬ zeichnis) untersuchte den Austritt gelöster Gase aus Flüssig¬ keiten, und fand Diffusionszeitkonstanten, die deutlich über typischen Arbeitstaktperioden hydrostatischer Pumpen liegen. Fassbender ( 6) im Literaturverzeichnis) hat Gasaustritts- drücke gemessen, und diese liegen für viele relevante Flüs¬ sigkeiten tatsächlich sehr tief.The formation of cavities in liquids in the case of stationary flows and the associated cavitation damage have been extensively investigated in the past. However, the unsteady and virtually non-flowing case of cavity formation in pump cylinders has only been investigated to a lesser extent. Apparently, however, damage caused by cavity disintegration is not to be expected with materials customary in pump construction. One of several reasons may be that the time is too short to release really large amounts of gas or steam. Schweitzer (see please 5 in the bibliography) examined the escape of dissolved gases from liquids and found diffusion time constants that are clearly above typical working cycle periods of hydrostatic pumps. Fassbender (6) in the bibliography) measured gas outlet pressures, and these are actually very low for many relevant liquids.
Die vorliegende Erfindung benutzt diese physikalischen Phänomene und die weitere, an sich bekanntere Tatsache, daß Flüssigkeit, welcher Zeit gegeben wurde, sich an einer Gasatmosphäre eines Druckes pl zu sättigen z.B. beim Ruhen in einem gegen die Atmosphäre belüfteten Tank) , bei Unter¬ schreiten dieses Druckes - vor allem, wenn noch Turbulenz beim Durch- oder Umströmen eines Hindernisses hinzukommt - eine starke Neigung hat, sich des Zuviel an Gases zu entledi¬ gen. Dies kann massenmäßig wenig sein, dennoch aber vom Volu¬ men her einen Großteil einer Leitung oder eines Volumens fül- len, was bezüglich Dynamik die oben erwähnten Auffüll- oder Entleervorgänge nötig macht, bis sich ein neuer stationärer Zustand einstellt.The present invention uses these physical phenomena and the further, more well-known fact that liquid which has been given time to saturate in a gas atmosphere of a pressure p1 (for example when resting in a tank ventilated to the atmosphere), when it falls below this Pressure - especially if turbulence is added when flowing through or around an obstacle - has a strong tendency to get rid of the excess gas. This may be little in terms of volume, but nevertheless a large part of a line or volume fill a volume len, which makes the above-mentioned filling or emptying processes necessary in terms of dynamics until a new steady state arises.
Zur Lösung der oben gestellten Aufgaben wird erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung nach dem Anspruch 1 oder nach dem Anspruch 15 vorgesehen. Hauptkennzeichen der Erfindung ist eine Vorschaltung von passiven, gemäß den Regeln der Ansprüche vorgespannten, drosselnden Ventilen vor die einzelnen Verdrängerräume, vor Gruppen von Verdrängern oder die ganze Pumpe, was dafür sorgt, daß der Druck hinter einem Drosselstellelement bis vor diesen Ventilen den Druck pl des Flüssigkeitsreservoirs und vorzugsweise pl plus einen später erklärten Betrag ΔpTemp zumindest im wesentlichen nicht unterschreitet, und damit eine nennenswerte und störende Hohlraumbildung sich auf das vergleichsweise kleine Volumen hinter diesen Ventilen bis zu den Verdrängerräumen beschränkt. Dieses Vorgehen ist unüblich, da Drosselungen unter Druckverlust in Pumpen sonst so gut wie möglich vermieden werden, indem man z.B. Einlaßventile gar nicht oder nur geringfügig vorspannt, um eine gewisse Selbstansaug¬ fähigkeit der Pumpe zu erhalten oder die Gefahr von Kavita¬ tion in der Ansaugleitung, beispielsweise an Knickstellen, herabzusenken. Der Druck p3 vor den drosselnden Ventilen muß zu diesem Zweck in der Regel durch eine Druckquelle bekann¬ ter Art geringfügig angehoben werden, wozu auch eine Höhen¬ differenz von Flüssigkeitsreservoir zu Ventileintritt mög¬ lich wäre. Die meisten Hydraulikanlagen, besonders aber Hydraulik- und Brennstoffversorgungsanlagen in Fahrzeugen arbeiten aus diesen Gründen ohnehin mit Pumpen, die geringe bis geringste Vordrücke erzeugen, so daß praktisch durch diese Bedingung keine nennenswerte Einschränkung für die Anwendung bzw. der Einführung der Erfindung entsteht.According to the invention, a control device according to claim 1 or according to claim 15 is provided to solve the above-mentioned problems. The main characteristic of the invention is an upstream connection of passive, according to the rules of the claims, throttling valves in front of the individual displacement spaces, in front of groups of displacers or the entire pump, which ensures that the pressure behind a throttle actuator up to these valves the pressure pl des Liquid reservoirs and preferably pl plus does not fall below an amount Δ pTemp , which is explained later, at least substantially, and thus a noteworthy and disturbing cavity formation is limited to the comparatively small volume behind these valves up to the displacement spaces. This procedure is unusual since throttling under pressure loss in pumps is otherwise avoided as much as possible, for example by not or only slightly pretensioning inlet valves in order to maintain a certain self-priming capacity of the pump or the risk of cavitation in the suction line , for example at kinks. For this purpose, the pressure p3 upstream of the throttling valves generally has to be raised slightly by a pressure source of a known type, for which purpose a height difference from the liquid reservoir to the valve inlet would also be possible. For this reason, most hydraulic systems, but especially hydraulic and fuel supply systems in vehicles, work with pumps which generate low to very low admission pressures, so that practically no significant restriction for the application or introduction of the invention arises from this condition.
Eine wichtige, der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis liegt darin, daß bei atmosphärem Druck ein Liter Brennstoff oder hydraulische Flüssigkeit im Stande ist, etwa 10 % Vol. an Luft in gelöster Form aufzunehmen und dies in einem Brenn¬ stofftank eines Fahrzeugs auch tut. Bei atmosphärem Druck ist daher ein Gasvolumen von etwa 100 cc in einem Liter Brennstoff enthalten. Bei Herabsetzung des Druckes tritt diese gelöste Luft in Gasform aus der Lösung heraus und expandiert volumenmäßig entsprechend dem herrschenden Unterdruck bspw. bei 0.1 bar verzehnfacht sich das Gasvolumen auf 1000 cc. Solche Gasvolumen können sehr schnell das vorhandene Volumen hinter den Ventilen bis zu den Verdrängerraumen füllen und hierdurch die Lieferung und Steuerung einer Brennstoffpumpe stark beeinträchtigen. Die gleiche Überlegung gilt auch für andere Flüssigkeiten. Durch die erfindungsgemäße Beschränkung von Δp6min auf nicht weniger als 0.9 bar und vorzugsweise im Bereich zwischen 1.0 und 1.5 bar - wird die Ausbildung von Gasvolumen auf ein Minimum gehalten bzw. vollständig unterbunden, so daß die Lieferung und Steuerung des Pumpensystems nicht darunter leidet.An important finding on which the invention is based lies in the fact that at atmospheric pressure a liter of fuel or hydraulic fluid is able to absorb about 10% volume of air in dissolved form and does so in a fuel tank of a vehicle. At atmospheric pressure, a gas volume of around 100 cc is therefore contained in one liter of fuel. When the pressure is reduced, this dissolved air comes out of the solution in gas form and expands in volume in accordance with the prevailing negative pressure, for example at 0.1 bar, the gas volume increases tenfold to 1000 cc. Such gas volumes can very quickly fill the existing volume behind the valves up to the displacement spaces and thereby severely impair the delivery and control of a fuel pump. The same consideration applies to other liquids. Due to the inventive limitation of Δ p6min to not less than 0.9 bar and preferably in the range between 1.0 and 1.5 bar, the formation of gas volumes is kept to a minimum or completely prevented, so that the delivery and control of the pump system does not suffer.
Die Regeln in den Ansprüchen 5 und 6 berücksichtigen die spezifischen Eigenschaften der Flüssigkeiten und Gase. Die Formel nach den Ansprüchen 5 und 6 ermöglicht sowohl für Pumpen mit Einlaßschlitzen als auch für Pumpen mit selbsttätigen, federbelasteten, verdrängerweggesteuerten Einlaßventilen die Ermittlung der Mindestöffnungsdruckdif e- renz Δpömin bei der das bzw. jedes druckdifferenzbetätigte drosselnde 2/2-Wegeventil öffnet. Sind Gasaustrittsdrücke pGasaus und Dampfaustrittsdrücke pDampfaus nicht bekannt, so liegt man mit 0 bar für diese Drücke in der Formel auf der sicheren Seite.The rules in claims 5 and 6 take into account the specific properties of the liquids and gases. The formula according to claims 5 and 6 enables the determination of the minimum opening pressure difference Δ pömin at which the or each pressure difference-actuated throttling 2/2-way valve opens both for pumps with inlet slots and for pumps with automatic, spring-loaded, displacement-controlled inlet valves. If gas outlet pressures pGasaus and steam outlet pressures pDampfaus are not known, the formula is on the safe side with 0 bar for these pressures.
Der sogenannte Löslichkeitskoeffizienten, beschreibt flüssig¬ keitsspezifisch und gasspezifisch das Lösungsverhalten gemäß der Gleichung von Henry: es = kThe so-called solubility coefficient describes liquid-specific and gas-specific the solution behavior according to the equation by Henry: it = k
es Sättigungskonzentration des gelösten Gases oder Gasgemisches in der Flüssigkeitsaturation concentration of the dissolved gas or gas mixture in the liquid
P Druck bei Sättigungsgleichgewicht (pl) k = k(T) Löslichkeitskoeffizient des Gases oder Gasgemisches in der Flüssigkeit.P Pressure at saturation equilibrium (pl) k = k (T) Solubility coefficient of the gas or gas mixture in the liquid.
In vielen Anlagen, insbesondere z.B. im Fahrzeugeinsatz, etwa auf dem Weg von einem noch kalten Tank zu einem bereits heißen Motor kann eine zu fördernde Flüssigkeit eine schnelle Temperaturänderung erfahren.In many plants, especially e.g. In vehicle use, for example on the way from a still cold tank to an already hot engine, a liquid to be conveyed can experience a rapid change in temperature.
Wird der Löslichkeitskoeffizient in Richtung der Temperaturänderung kleiner, kann es dabei zu einem plötzlichen übersättigten Zustand der Flüssigkeit kommen, die schon vor dem drosselnden, federbelasteten Ventil zu störender Gasauslösung führen kann.If the solubility coefficient becomes smaller in the direction of the temperature change, this can lead to a sudden oversaturated state of the liquid, which can lead to disruptive gas release even before the throttling, spring-loaded valve.
Um dies zuverlässig zu verhindern, d.h. die Sättigungskonzen¬ tration mindestens beizubehalten, kann dem im Betrieb maxi¬ mal auftreteneden temperaturbedingten Abfall der Löslich- keitskoeffizienten k durch Erhöhen der Mindestöffnungsdif- ferenz um ein Δptemp vorgebeugt werden.To reliably prevent this, i.e. To at least maintain the saturation concentration, the maximum temperature-related drop in the solubility coefficient k that occurs during operation can be prevented by increasing the minimum opening difference by a Δptemp.
Wenn es.. = es, dann gilt mit Henry k(Tx)px = k(T1)p1 pχ / Pl = k(Tχ) /k (Tx)If it .. = it, then with Henry k (T x ) p x = k (T 1 ) p 1 p χ / Pl = k (T χ ) / k (T x )
bzw. Δptemp = px - p1 = (px/P! - 1) px = (k(T^ /k(Tχ) -l)p1 wenn k(Tχ) < k(T1), wobei Tχ und Tx den maximalen im Zeitabstand von einigen Stunden im Betrieb auftretenden Temperaturunterschied der Flüssig¬ keit zwischen Flüssigkeitsreservoir und drosselndem, federbe¬ lastetem Ventil bestimmen.or Δptemp = p x - p 1 = (p x / P ! - 1) p x = (k (T ^ / k (T χ ) -l) p 1 if k (T χ ) <k (T 1 ) , in which T χ and T x determine the maximum temperature difference of the liquid between the liquid reservoir and the throttling, spring-loaded valve that occurs during operation at intervals of a few hours.
Hauptvorteil der erfindungsgemäß gewählten Steuereinrichtung ist die angestrebte schnelle, reproduzierbare, hysteresearme und totzeitarme Reaktion der Fördermenge auf Verstellungen der Stellglieder. Diese exakte, berechenbare Zuordnung von Stellgliedposition und Pumpendurchfluß ist wiederum Voraus¬ setzung für die Einbindung dieser Pumpe in Regelkreise von Hydrauliksystemen, insbesondere in solchen mit hohen Anfor¬ derungen an die Regeldynamik, wie sie unter anderem auch für Common-Rail-Dieseleinspritzsysteme bestehen. Bei theoretisch unendlich schnellem Stellvorgang des Stellglieds erfolgt die zugeordnete, volle Antwort der Fördermenge bereits mit dem ersten nachfolgenden vollständigen Ansaugvorgang (Schneller kann es prinzipiell gar nicht gehen) . Damit kann in einem Hydrauliksystem bei Kenntnis einer erwarteten plötzlichen Verbrauchsänderung der Pumpenförderstrom bereits zeitgleich mitverändert werden.The main advantage of the control device chosen according to the invention is the desired fast, reproducible, low hysteresis and low dead time reaction of the delivery rate to adjustments of the actuators. This exact, calculable assignment of actuator position and pump flow is in turn a prerequisite for the integration of this pump in control loops of hydraulic systems, especially in those with high demands on the control dynamics, such as those that exist for common rail diesel injection systems, among other things. In the case of theoretically infinitely fast actuation of the actuator, the assigned, full response to the delivery rate takes place with the first subsequent, complete suction process (in principle, it couldn't be any faster). In this way, the pump delivery flow can already be changed at the same time in a hydraulic system if an expected sudden change in consumption is known.
Die große Hohlraumarmut bis zum drosselnden Ventil nahe am Verdrängerräum (und im Spezialfall, wenn dieses als Einla߬ ventil ausgebildet ist, bis zur Grenze des Verdrängerraums) erlaubt die Anwendung verschiedener Versteileinrichtungen zur Befüllungssteuerung und vieler vorteilhafter Speziali¬ sierungen, da bei den verschiedensten Pumpen der Verdränger¬ bauart Freiheitsgrade gewonnen werden.The great lack of cavities up to the throttling valve close to the displacement space (and in the special case, if this is designed as an inlet valve, to the limit of the displacement space) allows the use of various adjusting devices for filling control and many advantageous specializations, since the most varied pumps have the Displacement type degrees of freedom can be obtained.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für eine Füllgradverstellpumpe lassen sich den weiteren Unteransprüchen entnehmen.Particularly preferred embodiments of the control device according to the invention for a filling level adjustment pump can be found in the further subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei- spielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, in dieser zeigen:The invention is described below with reference to exemplary embodiments. play explained in more detail with reference to the drawing, in which:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Steuerein¬ richtung für eine Pumpe mit selbsttätigen Einla߬ ventilen,1 shows an embodiment of a control device according to the invention for a pump with automatic inlet valves,
Fig. 2 eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßenFig. 2 shows another embodiment of an inventive
Steuereinrichtung für eine Pumpe mit vom Verdränger gesteuerten Einlaßschlitzen,Control device for a pump with inlet slots controlled by the displacer,
Fig. 3 eine spezielle Ausbildung einer erfindungsgemäßenFig. 3 shows a special embodiment of an inventive
Steuereinrichtung für eine Pumpe, wobei die Einla߬ ventile mit spezieller Federcharakteristik und einem Dämpfer ausgebildet sind und die Verstelldrosseln in einem Stetig-Wegeven il zusammengefaßt sind,Control device for a pump, the inlet valves being designed with a special spring characteristic and a damper and the adjusting throttles being combined in a continuous way valve,
Fig. 4 einen Querschnitt einer ausgeführten Pumpe, mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, die in der Pumpe eingebaut ist,4 shows a cross section of an executed pump with a control device according to the invention which is installed in the pump,
Fig. 5 eine teilweise längsgeschnittene schematischeFig. 5 is a partially longitudinal sectional schematic
Ansicht der Pumpe mit Steuereinrichtung der Fig. 4 nach der Linie V-V in Fig. 4,4 along the line V-V in Fig. 4,
Fig. 6A und 6B Zeichnungen zur Erläuterung der Wirkungs¬ weise der Einlaßventile der Pumpe der Fig. 4 und 5, wobei Fig. 6A den Öffnungsvorgang und Fig. 6B den Schließvorgang darstellt,6A and 6B drawings to explain the mode of operation of the inlet valves of the pump of FIGS. 4 and 5, FIG. 6A representing the opening process and FIG. 6B the closing process,
Fig. 7 eine Zeichnung zur Erläuterung der Auslegung der Charakteristik der drosselnden Ventile,7 is a drawing to explain the design of the characteristic of the throttling valves,
Fig. 8 eine graphische Darstellung des Arbeitstakts einer Pumpe nach Fig. 3 für volle Förderung, Fig. 9 und 10 Darstellungen entsprechend der Fig. 8, jedoch für halbe Förderung bzw. Nullförderung,8 is a graphical representation of the operating cycle of a pump according to FIG. 3 for full delivery, 9 and 10 representations corresponding to FIG. 8, but for half funding or zero funding,
Fig. 11 Förderstromkennlinien einer Pumpe nach Fig. 3,11 flow characteristics of a pump of FIG. 3,
Fig. 12 Förderstromkennlinien ähnlich der Fig. 11, jedoch für eine schlitzgesteuerte Pumpe,12 flow characteristics similar to FIG. 11, but for a slot-controlled pump,
Fig. 13 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Steuerein¬ richtung mit einem Schaltventil als Versteilein¬ richtung,13 shows an embodiment of a control device according to the invention with a switching valve as an adjusting device,
Fig. 14 eine erfindungsgemäße Ausbildung einer Steuerein¬ richtung für eine Füllgrad-Verstellpumpe, bei der die VerStelleinrichtung durch eine variable Verdrän¬ germaschine gebildet ist,14 shows an embodiment of a control device according to the invention for a filling degree variable pump, in which the adjusting device is formed by a variable displacement machine,
Fig. 15 eine ähnliche Ausführungsform zu der der Fig. 14,15 is a similar embodiment to that of FIG. 14,
Fig. 16 eine weitere Variante einer erfindungsgemäßenFig. 16 shows a further variant of an inventive
Steuereinrichtung für eine Füllgrad-Verstellpumpe, bei der ein verstellbares Druckbegrenzungsventil als VerStelleinrichtung dient,Control device for a filling level variable pump, in which an adjustable pressure relief valve serves as an adjusting device
Fig. 17 eine bevorzugte Variante einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für eine Füllgradversteilpumpe, bei der die Versteileinrichtung mit einem Hilfsme¬ dium, d.h. nicht mit der zu pumpenden Flüssigkeit arbeitet, und17 shows a preferred variant of a control device according to the invention for a filling degree distribution pump, in which the adjustment device is equipped with an auxiliary medium, i.e. does not work with the liquid to be pumped, and
Fig. 18 eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungs- gemäßen Füllgradverstellpumpe.18 shows a schematic view of a further degree of filling variable pump according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine erste mögliche Ausführung einer Steuerein- richtung für eine Pumpe mit selbsttätig arbeitenden Einla߬ ventilen.1 shows a first possible embodiment of a control Direction for a pump with automatically operating inlet valves.
Die Pumpe nach der schematischen Darstellung der Fig. 1 weist drei einzelne Verdrängerkolben 9 auf, von denen nur einer in der Fig. 1 zu sehen ist. Die drei Verdränger werden von einer" Drehwelle 12 über jeweilige Exzenter 11 angetrie¬ ben, wobei jeder Exzenter 11 in einem Hubglied 10 angeordnet ist, das sich am unteren Ende des zugeordneten Kolbens 9 befindet .The pump according to the schematic representation of FIG. 1 has three individual displacement pistons 9, only one of which can be seen in FIG. 1. The three displacers ben angetrie¬ of a "rotation shaft 12 via respective eccentric 11, each cam 11 is disposed in a lifting member 10, which is located at the lower end of the associated piston. 9
Die Drehbewegung A des Exzenters 11 initiert in diesem Fall eine oszillierende Bewegung B, wobei der Kolben 9 als Verdränger im Verdrängerräum 15 sich zwischen den beiden Totpunktlagen C (unterer Totpunkt) und D (oberer Totpunkt) hin und her bewegt und die periodische Saugbewegung auslöst. Durch das Hubglied 10 hebt sich der Kolben in keiner Phase seiner Bewegung vom Exzenter 11 ab (zwangsläufige Verdrän¬ gerbewegung) . Für jeden Verdrängerraum ist ein Einlaßventil 28 und ein Auslaßventil 17 in an sich bekannter Weise vorgesehen, wobei sowohl das Einlaßventil 28 als auch das Auslaßventil 17 -durch jeweilige Federn (beispielsweise 29 für das Einlaßventil 28) in die jeweils geschlossenen Stellungen vorgespannt sein können. Das bedeutet, daß das Ventil 28 als Einlaßrückschlagventil ausgebildet ist. Durch die Bewegung des Verdrängers 9 wird, aufgrund der Drehbewegung des Exzenters 11, das Einlaßrückschlagventil in bekannter Weise über die entstehende Druckdifferenz p4-p5 aufgesteuert und der Saugvorgang ausgelöst. Beim nach oben gerichteten Hub des Verdrängers 9 wird die bisher eingesammelte Flüssigkeitsmenge aus dem Verdrängerraum 15 durch das Auslaßventil 17 verdrängt, d.h. dieser hebt sich von seinem Sitz entgegen der Wirkung der Vorspannfeder und die sich jetzt unter Hochdruck befindliche Flüssigkeit wird über die Leitung 18 mit entsprechenden Flüssigkeitsmengen über die Leitungen 18a und 18b in eine gemeinsame Leitung 19 befördert, wo ein Druck p6 herrscht und welche beispiels¬ weise das sogenannte "Common-Rail" (das Verteilrohr) eines "Common-Rail"-Einspritzsystems darstellt.In this case, the rotary movement A of the eccentric 11 initiates an oscillating movement B, the piston 9, as a displacer in the displacement space 15, moving back and forth between the two dead center positions C (bottom dead center) and D (top dead center) and triggering the periodic suction movement. The piston 10 does not lift off the eccentric 11 in any phase of its movement (inevitable displacement movement). An inlet valve 28 and an outlet valve 17 are provided for each displacement chamber in a manner known per se, whereby both the inlet valve 28 and the outlet valve 17 can be biased into the respectively closed positions by respective springs (for example 29 for the inlet valve 28). This means that the valve 28 is designed as an inlet check valve. Due to the movement of the displacer 9, due to the rotary movement of the eccentric 11, the inlet check valve is turned on in a known manner via the pressure difference p4-p5 which arises and the suction process is triggered. During the upward stroke of the displacer 9, the previously collected amount of liquid is displaced from the displacer space 15 by the outlet valve 17, that is, it rises from its seat against the action of the biasing spring and the liquid which is now under high pressure is supplied via line 18 with corresponding Amounts of liquid Conveyed via lines 18a and 18b into a common line 19, where there is a pressure p6 and which represents, for example, the so-called "common rail" (the distribution pipe) of a "common rail" injection system.
Wie üblich bei solchen Mehrkolbenanordnungen werden die einzelnen Kolben bzw. Verdränger 9 phasenverschoben bewegt, um eine Vergleichmäßigung des Ausgangsdruckes p6 in die gemeinsame Leitung zu erreichen und um einen möglichst vibra¬ tionsarmen Betrieb der Pumpe sicherzustellen. D.h., daß bei drei Verdrängern, wie in dem Beispiel nach Fig. 1 gezeigt, die einzelnen Verdrängerkolben ihre Hubbewegung jeweils um 120° phasenversetzt zum benachbarten Verdränger ausführen.As is customary in such multi-piston arrangements, the individual pistons or displacers 9 are moved out of phase in order to achieve an equalization of the outlet pressure p6 in the common line and to ensure that the pump is operated with as little vibration as possible. That is, in the case of three displacers, as shown in the example according to FIG. 1, the individual displacement pistons each carry out their stroke movement out of phase with the neighboring displacer by 120 °.
Die Durchflußmenge durch jeden Verdränger wird durch ein jeweiliges, diesem vorgeschaltetes, drosselndes, federbelastetes 2/2-Wegeventil 21 sowie durch eine Versteileinrichtung 27, das in diesem Beispiel als Verstelldrossel 30 ausgebildet ist, bestimmt.The flow rate through each displacer is determined by a respective, upstream, throttling, spring-loaded 2/2-way valve 21 and by an adjusting device 27, which in this example is designed as an adjusting throttle 30.
Gespeist wird die Versteileinrichtung 27, wie auch die gleich ausgebildete Versteileinrichtung 27a und 27b, von einer gemeinsamen Leitung 32, welche die zu fördernde Flüs¬ sigkeit, hier Dieselöl, mit einem Druck p2 bereitstellt. Der Dieselbrennstoff 2 stammt aus einem Flüssigkeitsreservoir 1, wo sie mit einem Gas 3 bei einem Druck px hier Luft bei atmosphärischem Druck pl an einer Kontaktfläche 4 in Berührung ist. Die Flüssigkeit kann sich mit Gas sättigen. Die Flüssigkeit fließt zunächst durch ein System 7, in dem vorzugsweise kein weiteres Gas in die Flüssigkeit hinein¬ gegeben werden soll. Da der Druck von pl auf p2 erhöht werden soll, wird eine druckerhöhende Einrichtung, d.h. eine Druckquelle 8 in diesem Beispiel in das System 7 integriert .The adjusting device 27, like the adjusting device 27a and 27b of the same design, is fed by a common line 32, which provides the liquid to be pumped, here diesel oil, with a pressure p2. The diesel fuel 2 comes from a liquid reservoir 1, where it is in contact with a gas 3 at a pressure p x here air at atmospheric pressure pl at a contact surface 4. The liquid can become saturated with gas. The liquid initially flows through a system 7, in which preferably no further gas is to be added to the liquid. Since the pressure is to be increased from p1 to p2, a pressure-increasing device, ie a pressure source 8, is integrated in the system 7 in this example.
Die Dieselflüssigkeit in der Leitung 32 durchströmt sodann die drei Verstelldrosseln 30, 30a, 30b und die diesen zuge¬ ordneten, druckdifferenzbetätigten, drosselnden 2/2-Wegeven¬ tile 21, 21a bzw. 21b. Aufgrund der Kontinuitätsgleichung für inkompressible Medien (was nur aufgrund der Hohlraum¬ freiheit angenommen werden kann) ist die Durchflußmenge durch jede Verstelldrossel und das ihm zugeordnete 2/2-Wege¬ ventil 21, 21a bzw. 21b" gleich. Hieraus stellt sich ein Gleichgewichtszustand aus dem Druck p3 an der Wirkfläche 24 des 2/2-Wegeventils 21 auf der einen Seite und einem reser- voir-ähnlichen Druck pl2 nahe pl an der Wirkfläche 23 auf der anderen Seite des 2/2-Wegeventils und aus der öffnungs- wegeabhängigen Kraft der Feder 22 ein. Die Verstelldrosseln 30, 30a, 30b können theoretisch individuell verstellt oder aufeinander abgestimmt werden.The diesel fluid then flows through line 32 the three adjustment throttles 30, 30a, 30b and the throttling 2/2-way valves 21, 21a and 21b assigned to them and operated by pressure difference. Due to the continuity equation for incompressible media (which can only be assumed on the basis of the freedom from voids), the flow rate through each adjustment throttle and the 2/2-way valve 21, 21a or 21b "assigned to it is the same. This results in an equilibrium state the pressure p3 on the active surface 24 of the 2/2-way valve 21 on one side and a reservoir-like pressure pl2 near pl on the active surface 23 on the other side of the 2/2-way valve and from the opening-path-dependent force of the spring 22. The adjusting throttles 30, 30a, 30b can theoretically be individually adjusted or matched to one another.
Fig. 1 offenbart einen weiteren wichtigen Vorteil der Erfin¬ dung. Das System besitzt mit den Ventilwirkflächen 24, 24a, 24b und den zugeordneten Drosseln 30, 30a, 30b eine inhären¬ te, mit stärkerer Drosselung zunehmende DämpfWirkung, welche für die Einhaltung und Reproduzierbarkeit der Förderkenn¬ linien (s. Fig. 10 u. 11) wichtig ist. die Dämpfung funktio¬ niert, indem bereits bei geringfügigem Überschießen der drosselnden 2/2-Wegeventile 21, 21a, 21b in der plötzlch beginnenden Öffnungsphase die durch das Produkt aus Fläche 24, 24a, 24b und Hubdifferenz in der Verbindung 31, 31a, 31b erzeugte Volumenvergrößerung eine Absenkung des Drucks p3 um ein beträchtliches, dem Überschießen entgegenwirkendes Δp3 verursacht - wegen der erfindungsgemäßen Hohlraumarmut !1 discloses another important advantage of the invention. With the valve active surfaces 24, 24a, 24b and the associated throttles 30, 30a, 30b, the system has an inherent damping effect which increases with higher throttling, which ensures compliance and reproducibility of the delivery characteristics (see FIGS. 10 and 11 ) important is. the damping works by already producing a slight overshoot of the throttling 2/2-way valves 21, 21a, 21b in the opening phase that suddenly begins, which produces the product of the surface 24, 24a, 24b and the stroke difference in the connection 31, 31a, 31b Volume increase causes a decrease in pressure p 3 by a considerable Δp 3 which counteracts overshoot - because of the lack of voids according to the invention!
Je kleiner die Drossel eingestellt ist, desto länger dauert es, bis Medium nachfließen kann und desto nachhaltiger ist die DämpfWirkung.The smaller the throttle is set, the longer it takes for medium to flow and the more sustainable the damping effect.
Die druckdifferenzbetätigten drosselnden 2/2-Wegeventile 21, 21a bzw. 21b sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils an ihrer Wirkfläche 23 mit dem Rücklauf 6 verbunden, wodurch der reservoirähnliche Druck pl2 nahe pl an der Wirkfläche 23 herrscht.In this exemplary embodiment, the throttling 2/2-way valves 21, 21a and 21b actuated by pressure difference are on its active surface 23 connected to the return 6, whereby the reservoir-like pressure pl2 prevails near pl on the active surface 23.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Feder 22 - je nach Größe der Fläche 23 - sehr schwach gewählt werden kann und weniger dem Vorspannen als vielmehr dem regulierenden Rückstellen des Ventils (21) gegen den öffnenden Druck p3 auf der anderen Wirkfläche 24 dient, da mit dem Druck pl2 an der Wirkfläche 23 bereits ein beträchtlicher Teil der notwendigen Vorspannung und vielleicht sogar mehr vorliegt.This arrangement has the advantage that the spring 22 - depending on the size of the surface 23 - can be chosen to be very weak and serves less for preloading than for the regulating resetting of the valve (21) against the opening pressure p3 on the other active surface 24, since with the pressure pl2 on the active surface 23 there is already a considerable part of the necessary pretension and maybe even more.
Fig. 2 stellt eine ähnliche Steuervorrichtung zu der Fig. 1 dar, mit dem Unterschied, daß die Pumpe Einlaßschlitze 35 aufweist und nur eine zentrale Versteileinrichtung 27 vorge¬ sehen ist, die eine Verstelldrossel 30 besitzt. Pumpen mit Einlaßschlitzen lassen sich im Gegensatz zu solchen mit Einlaßventilen in der Regel kostengünstiger herstellen, während ihr Anwendungsschwerpunkt dafür weniger bei höchsten Drücken und dünnflüssigen Druckmedien liegt.FIG. 2 shows a similar control device to FIG. 1, with the difference that the pump has inlet slots 35 and only one central adjusting device 27 is provided, which has an adjusting throttle 30. Pumps with inlet slots can generally be manufactured more cost-effectively than those with inlet valves, while their main application is less for the highest pressures and low-viscosity pressure media.
Dem niedrigen Kostenziel kommt in diesem Ausführungsbeispiel die zentrale Verstellvorrichtung 27 entgegen, welche grund¬ sätzlich eine einfache manuelle Verstellung oder eine elek¬ trische Verstellung erlaubt. Die einzelne Verstelldrossel 30 in der Versteilvorrichtung 27 läßt sich in an sich bekannter Weise ebenfalls kostengünstig darstellen. In den Saugphasen wird die Druckdifferenz p2-p3 über der Verstelldrossel durch ein parallel geschaltetes Druckdifferenzventil 40 durchfluß- mengenunabhängig, näherungsweise konstant gehalten, wodurch sich in der Kombination der Verstelldrossel 30 und des Druckdifferenzventils 40 die Wirkung eines Stromregelventils ergibt. Die Einfachheit, für alle Verdrängerelemente 16, 16a, 16b die gleiche Verstelldrossel 30 zu benutzen, ergibt weitere Vorteile in dieser Konstellation mit der einlaßsei- tigen Schlitzsteuerung der Pumpe ab.In this exemplary embodiment, the low cost target is accommodated by the central adjustment device 27, which in principle permits simple manual adjustment or electrical adjustment. The individual adjusting throttle 30 in the adjusting device 27 can also be inexpensively represented in a manner known per se. In the suction phases, the pressure difference p2-p3 above the adjustment throttle is kept approximately constant, regardless of the flow rate, by means of a pressure difference valve 40 connected in parallel, whereby the effect of a flow control valve results in the combination of the adjustment throttle 30 and the pressure difference valve 40. The simplicity of using the same adjusting throttle 30 for all displacement elements 16, 16a, 16b gives further advantages in this constellation with the inlet line slit control of the pump.
Ein erster Vorteil ist, daß der Steuerquerschnitt der Drossel 30 für eine bestimmte Drehzahl und bestimmte relative Verdrängerraumbefüllung von der Anzahl der bedienten Verdrängerräume als auch von der Kürze der jeweiligen Saugphasen her wesentlich"größer als beispielsweise bei den Einzeldrosseln in der Konstellation nach Fig. 1 ist. (Annahme gleicher Drehzahl und gleicher relativer Befüllung) .A first advantage is that the control cross section of the throttle 30 for a certain speed and certain relative displacement space filling is significantly "larger" than the individual throttles in the constellation according to FIG. 1 in terms of the number of displacement spaces served and the shortness of the respective suction phases . (Assumption of the same speed and the same relative filling).
Dies wirkt sich auf den Preis und die Fertigungstoleranzen günstig aus. Außerdem ist eine spezielle Konturgebung des Steuerquerschnitts über dem Drosselöffnungsweg eher möglich und auch eine Anwendung des Steuerprinzips auf extrem kleine Pumpen.This has a favorable effect on the price and the manufacturing tolerances. In addition, a special contouring of the control cross section via the throttle opening path is rather possible, and the control principle can also be applied to extremely small pumps.
Ein zweiter Vorteil ist, daß aufgrund der kurzen Saugphasen und gleichmäßigen Phasenversetzung der Verdrängerbewegung (= -Steuerung durch die Drehwelle mit Exzentern) eine Überschneidung der Saugphasen relativ gering oder gar nicht vorhanden ist. (Eine Überschneidung der Saugphasen ist gar nicht vorhanden, wenn die Höhe der Öffnung 35 so gering gehalten ist, daß der überstrichene Bereich Winkelbereich des Exzenters 11 bzw. der Drehwelle 12 während der Freigabe der Öffnung 35 durch den Kolben 9 maximal 360°/ Anzahl Verdrängerelemente beträgt) .A second advantage is that due to the short suction phases and uniform phase shift of the displacement movement (= control by the rotary shaft with eccentrics), there is relatively little or no overlap of the suction phases. (There is no overlap of the suction phases if the height of the opening 35 is kept so small that the swept area angular range of the eccentric 11 or the rotary shaft 12 during the opening of the opening 35 by the piston 9 is a maximum of 360 ° / number of displacement elements is).
Dies kommt einer Aufschaltung ein und derselben Drossel nacheinander auf die verschiedenen Verdrängerelemente gleich. Dies bedeutet die Gleichheit des Drosselquerschnitts für jedes Verdrängerelement als eine ideale Voraussetzung für Gleichbefüllung bzw. -Förderung aller Verdränger¬ elemente. Ein dritter Vorteil ergibt sich, wenn der beschriebene Frei¬ gabewinkel ein gewisses Maß kleiner als die 360° Anzahl Ver¬ drängerelemente ist . Es ergeben sich dann mehr oder weniger kurze Zwischenphasen, in denen keiner der Verdrängerräume saugt.This is equivalent to connecting one and the same choke in succession to the different displacement elements. This means that the throttle cross-section is the same for each displacement element as an ideal prerequisite for equal filling or delivery of all displacement elements. A third advantage results if the described release angle is a certain amount smaller than the 360 ° number of displacement elements. This results in more or less short intermediate phases in which none of the displacement spaces sucks.
die Befüllung der Kanalstücke 36, 36a, 36b zwischen dem jeweiligen 2/2-Wegeventil 21, 21a, 21b und den jeweiligen Einlaßquerschnitten 35 (35a, 35b verdeckt, nicht sichtbar in der Zeichnung) kann zwischen den Saugphasen grundsätzlich weitergehen. Dies hilft auch in den Kanalstücken 36, 36a, 36b, d. h. bis zu Verdrängerraumgrenze in Form des Eintrittsquerschnitts 35 zumindest eine Hohlraumarmut zu erreichen.the filling of the channel pieces 36, 36a, 36b between the respective 2/2-way valve 21, 21a, 21b and the respective inlet cross-sections 35 (35a, 35b hidden, not visible in the drawing) can basically continue between the suction phases. This also helps in the channel pieces 36, 36a, 36b, i.e. H. to reach at least one cavity void up to the displacement space limit in the form of the inlet cross-section 35.
In den Zwischenphasen kann nun der Druck p3 in den Verbindungskanälen bis sogar maximal auf p2 steigen, da aus den Kanalstücken 36, 36a, 36b an keinen Verdrängerelement durch einen Saugvorgang Fluid entnommen wird. Dies führt zu zeitweiliger größerer Öffnung der 2/2-Wegeventile und zu einer Beschleunigung der Auffüllung der Kanalstücke.In the intermediate phases, the pressure p 3 in the connecting channels can even rise to a maximum of p 2 , since no fluid is removed from the channel pieces 36, 36a, 36b by any suction element. This leads to a temporary larger opening of the 2/2-way valves and to an acceleration of the filling of the duct sections.
Fig. 3 stellt eine besonders günstige Ausbildungsform der Steuervorrichtung der Fig. 1 dar.FIG. 3 shows a particularly favorable embodiment of the control device of FIG. 1.
Hier wird die aufgrund der Hohlraumfreiheit erzielte Möglich¬ keit gezeigt, die VerStelleinrichtung für die hier in der Pumpe integrierten drosselnden 2/2-Wegeventile 21 in größe¬ rer Entfernung von diesen bzw. den einzelnen Verdrängerräu¬ men anzuordnen. Dies erlaubt die Zusammenfassung mehrerer oder aller Stellelemente zu einem Stellglied 60 in Form eines Stetig-Wegeventils mit nur einem Antrieb, was wiederum dann z.B. einfache manuelle Betätigung möglich macht. Im Fall elektrischer Pumpenverstellung ist die Notwendigkeit nur eines Wandlers für mehrere oder alle Verdrängerräume ein großer Kosten- und Bauraumvorteil .The possibility achieved due to the absence of cavities is shown here to arrange the adjusting device for the throttling 2/2-way valves 21 integrated here in the pump at a greater distance from these or the individual displacement spaces. This allows several or all control elements to be combined to form an actuator 60 in the form of a continuous directional valve with only one drive, which in turn then makes simple manual operation possible, for example. In the case of electrical pump adjustment, the need for only one converter for several or all displacement rooms is one great cost and space advantage.
Erst die Zusammenlegung der zu den Verdrängerelementen gehörenden Einzeldrosseln in das Stetigwegeventil 60 erlaubt auch eine optimale Gleichsteuerung der Einzeldrosseln. Bekanntlich werden die Steueröffnungen von Steuerschiebern und Gehäusen solcher Ventile meist in einer Aufspannung gefertigt, was eine fehlerarme und unverrückbare Positionierung dieser Öffnungen zueinander bedeutet.Only the merging of the individual throttles belonging to the displacement elements into the continuous directional control valve 60 also permits optimal equal control of the individual throttles. As is known, the control openings of control slides and housings of such valves are usually manufactured in one setting, which means that these openings are positioned with little error and immovable relative to one another.
Eine wichtige Eigenschaft der Erfindung ist, daß die zwischen der einen Versteileinrichtung 27 und den einzelnen drosselnden 2/2-Wegeventilen 21 in einem Kanal eingeschlos¬ senen Flüssigkeitsvolumina wegen der fehlenden Hohlräume kaum elastisch sind, so daß auch kaum zusätzliche Flüssig- keitsmengen ein- oder ausströmen müssen, um die jeweils stationären Zustände eines Befüllungsvorgangs oder der zwischen zwei Befüllungsvorgängen liegenden Zeitperiode zu erreichen. Damit dürfen die geometrischen Kanalvolumina stark voneinander abweichen,- weshalb die Erfindung für sämtliche geometrische Verdrängeranordnungen (z.B. axial, radial, Reihe bei Kolbenpumpen) geeignet ist. Für alle diese Verdrängeranordnungen kann ein vom Bauraum und vom Erschei¬ nungsbild günstiger Ort für die Versteileinrichtung 27 gefunden werden.An important property of the invention is that the liquid volumes enclosed between the one adjusting device 27 and the individual throttling 2/2-way valves 21 in a channel are hardly elastic due to the lack of voids, so that hardly any additional liquid quantities enter or leave must flow out in order to achieve the respective steady state of a filling process or the time period between two filling processes. This means that the geometrical channel volumes may deviate greatly from one another, which is why the invention is suitable for all geometrical displacement arrangements (e.g. axial, radial, row for piston pumps). For all of these displacement arrangements, a location for the adjusting device 27 that is favorable in terms of installation space and appearance can be found.
Die Versteileinrichtung 27 ist in diesem Beispiel sogar durch Schlauchleitungen 41, 41a, 41b an die Pumpe angebun¬ den, was einer Fernsteuermöglichkeit der Pumpe über eine mehrfache Länge der charakteristischen Pumpenabmessung (z.B. Durchmesser bei einer Radialkolbenpumpe) erlaubt.In this example, the adjusting device 27 is even connected to the pump by hose lines 41, 41a, 41b, which allows the pump to be remotely controlled over a multiple length of the characteristic pump dimension (e.g. diameter in the case of a radial piston pump).
Die Fig. 3 zeigt insofern auch eine weitere mögliche und vorteilhafte Variante der Erfindung, als ein zusätzlicher Dämpfer die weiter oben unter Fig. 1 beschriebene inhärente Dämpfung ergänzt . Der gezeigte Dämpfer ist nur ein Beispiel für mögliche Ausführungen. Die jeweiligen druckdifferenzbe¬ tätigten drosselnden 2/2-Wegeventile 21 sind in diesem Beispiel mit jeweiligen Dämpfungskolben 73 verbunden, welche in jeweiligen Zylindern 70 entsprechend der Bewegung der Schieber der 2/2-Wegeventile 21 hin- und herbewegbar sind. Die Wirkung der Dämpfung ist aufgrund der Hohlraumarmut gut und gleichbleibend. Dabei sind Dämpfungskammern 71 und 72 in den jeweiligen Zylindern 70 auf entgegengesetzten Seiten der jeweiligen Dämpfungskolben 73 ausgebildet. Bei Verschiebung der Dämpfungskolben 73 entsprechend der Öffnung bzw. Schließung des jeweiligen Schiebers des zugeordneten 2/2-Wegeventils 21 strömt Flüssigkeit am Kolben vorbei von der Kammer 71 in die Kammer 72 bzw. von der Kammer 72 in die Kammer 71 sowie durch den Führungsspalt der Stange 74 und dämpft die Bewegung des Kolbens und daher des entsprechenden Schiebers des 2/2-Wegeventils 21. Dies trägt dazu bei, ein unkontrolliertes Überschießen der Ventilbewegung zu vermeiden, da dies Einfluß auf die Förderstromkernlinien nehmen würde.FIG. 3 also shows a further possible and advantageous variant of the invention in that an additional damper is the inherent one described above under FIG. 1 Damping added. The damper shown is only one example of possible designs. In this example, the respective throttling 2/2-way valves 21 which are actuated by pressure difference are connected to respective damping pistons 73 which can be moved back and forth in respective cylinders 70 in accordance with the movement of the slide of the 2/2-way valves 21. The effect of the damping is good and constant due to the lack of voids. Damping chambers 71 and 72 are formed in the respective cylinders 70 on opposite sides of the respective damping pistons 73. When the damping pistons 73 are shifted in accordance with the opening or closing of the respective slide of the associated 2/2-way valve 21, liquid flows past the piston from the chamber 71 into the chamber 72 or from the chamber 72 into the chamber 71 and through the guide gap Rod 74 and dampens the movement of the piston and therefore the corresponding slide of the 2/2-way valve 21. This helps to avoid an uncontrolled overshoot of the valve movement, as this would affect the flow core lines.
Fig. 3 zeigt insofern auch eine günstige Variante der Erfindung, als die druckdifferenzbetätigten 2/2-Wegeventile 21 gleichzeitig als Einlaßventile ausgebildet sind, was Aufwand spart.Fig. 3 also shows an inexpensive variant of the invention in that the pressure-differential actuated 2/2-way valves 21 are simultaneously designed as inlet valves, which saves effort.
Fig. 4 und 5 zeigen im Querschnitt bzw. im Längsschnitt eine besonders günstige Ausgestaltung einer Pumpe mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung. Die Pumpe nach den Fig. 4 und 5 ist mit vier Verdrängerräumen 129a-d ausgestattet, die paarweise oberhalb und unterhalb der Antriebswelle 110 angeordnet sind. Der Verdrängerraum 129b ist in der Zeich¬ nung nicht zu sehen, da er in Fig. 5 hinter der Schnittebene (V-V in Fig. 4) im oberen Teil der Zeichnung liegt. Für jeden Verdrängerräum ist ein jeweiliger Kolben oder Verdränger 117 vorgesehen. Die Verdränger 117 werden durch jeweilige Federn 135 in Berührung mit zwei auf der Antriebs¬ welle 110 exzentrisch gelagerten Antriebsringen 114 in Berührung gehalten. Die Antriebsringe 114 sind mittels Nadellager 115 auf Exzentern 113 drehbar gelagert, die versetzt zueinander mit der Antriebswelle 110 drehfest verbunden sind.4 and 5 show in cross section or in longitudinal section a particularly favorable embodiment of a pump with a control device according to the invention. The pump according to FIGS. 4 and 5 is equipped with four displacement spaces 129a-d, which are arranged in pairs above and below the drive shaft 110. The displacement space 129b cannot be seen in the drawing, since in FIG. 5 it lies behind the cutting plane (VV in FIG. 4) in the upper part of the drawing. A respective piston or displacer 117 is provided for each displacement space. The displacers 117 are held in contact by two springs 135 in contact with two drive rings 114 eccentrically mounted on the drive shaft 110. The drive rings 114 are rotatably supported by means of needle bearings 115 on eccentrics 113 which are connected to the drive shaft 110 in a rotationally fixed manner relative to one another.
Die Federn 135 für die jeweiligen Verdrängerkolben 117 stützen sich an einem tellerförmigen Widerlager 116 am Ende jedes einzelnen Verdrängerkolbens ab und der Antriebsring 114 drückt auf die jeweiligen, den Verdrängerkolben 117 entgegengesetzten Seiten der Federwiderlager 116. Die Drehung der Antriebswelle 110 verursacht daher über die mit ihr drehfest verbundenen Exzenter 113 und die Ringe 114 eine Hin- und Herbewegung der Verdrängerkolben 117, wobei die Hubbewegung der oberen Verdrängerkolben 117 um 180° versetzt zu der Hubbewegung der jeweils gegenüberliegenden unteren Verdrängerkolben 117 erfolgt. Dies bedeutet beispielsweise, daß der Verdrängerraum 129a sein kleinstes Volumen hat, während der Verdrängerraum 129b sein größtes Volumen aufweist und umgekehrt. Die zwei Exzenter 113 sind um 90° zueinander versetzt mit der Drehwelle 110 verbunden, so daß der Hubphasenunterschied von zwei nebeneinander angeordneten Verdrängerkolben 117, d.h. von den unteren Verdrängerkolben 117 in Fig. 5 und den oberen Verdrängerkolben ebenfalls 90° beträgt . Dies trägt einerseits zu einem ruhigen Lauf der Pumpe, andererseits zu einer gleichmäßigen Flüssigkeitsliefe¬ rung bei.The springs 135 for the respective displacement pistons 117 are supported on a plate-shaped abutment 116 at the end of each individual displacement piston and the drive ring 114 presses on the respective sides of the spring abutments 116 opposite the displacement piston 117. The rotation of the drive shaft 110 therefore causes them to rotate with it non-rotatably connected eccentric 113 and the rings 114 a reciprocating movement of the displacement piston 117, the lifting movement of the upper displacement piston 117 being offset by 180 ° to the lifting movement of the respectively opposite lower displacement piston 117. This means, for example, that the displacement space 129a has its smallest volume, while the displacement space 129b has its largest volume and vice versa. The two eccentrics 113 are connected to the rotary shaft 110 offset from one another by 90 °, so that the stroke phase difference of two displacement pistons 117 arranged next to one another, i.e. of the lower displacement piston 117 in FIG. 5 and the upper displacement piston is also 90 °. On the one hand, this contributes to a smooth running of the pump, and on the other hand it contributes to an even supply of liquid.
Die Drehwelle 110 ist im Hauptgehäuse 138 der Pumpe über das Kugellager 136 und das Rollenlager 137 drehbar gelagert.The rotary shaft 110 is rotatably supported in the main housing 138 of the pump via the ball bearing 136 and the roller bearing 137.
Für jeden Verdrängerraum 129a-d (von denen der Verdränger- räum 129c nicht gezeigt ist) ist ein jeweiliges Einlaßventil 134 und ein jeweiliges Auslaßventil 118 vorgesehen. Die jeweiligen Einlaß- und Auslaßventilpaare 134, 118, die zu den jeweiligen Verdrängerräumen 129a-d gehören, sind in jeweiligen Gehäuseteilen 133a-133d untergebracht, in denen auch die die Verdrängerräume 129a-d bildenden und der Aufnah¬ me der Verdrängerkolben 117 dienenden Zylinder angeordnet sind. Diese Gehäuseteile 133a-d haben jeweils einen zylin¬ drischen Fortsatz, der koaxial zum jeweiligen Zylinder, d.h. zum jeweiligen Verdrängerkolben 117 angeordnet und in einer entsprechenden Zylinderbohrung des Hauptgehäuseteils 138 eingesetzt wird. Zwischen dem zylindrischen Fortsatz jedes Gehäuseteils 133a-d und dem Gehäuse 138 befindet sich eine jeweilige Ringdichtung, damit das Hauptgehäuse 138 gegen Leckage abgedichtet ist. Der zylindrische Fortsatz jedes Gehäuseteils 133a-d weist im übrigen eine Ringschulter auf, an der das dem tellerförmigen Widerlager 116 abgewandte Ende der jeweiligen Feder 135 abgestützt ist. D.h. die Ringschul¬ ter bildet ein weiteres Widerlager für die Feder 135.For each displacement space 129a-d (of which the displacement space 129c is not shown), a respective inlet valve 134 and a respective outlet valve 118 are provided. The respective inlet and outlet valve pairs 134, 118, which belong to the respective displacement spaces 129a-d, are accommodated in respective housing parts 133a-133d, in which the cylinders forming the displacement spaces 129a-d and serving to hold the displacement pistons 117 are also arranged are. These housing parts 133a-d each have a cylindrical extension which is arranged coaxially with the respective cylinder, ie with the respective displacement piston 117, and is inserted in a corresponding cylinder bore in the main housing part 138. There is a respective ring seal between the cylindrical extension of each housing part 133a-d and the housing 138, so that the main housing 138 is sealed against leakage. The cylindrical extension of each housing part 133a-d also has an annular shoulder on which the end of the respective spring 135 facing away from the plate-shaped abutment 116 is supported. That is, the ring shoulder forms a further abutment for the spring 135.
Jedes Gehäuseteil 133a-133d wird auch mit einem jeweiligen Ventildeckel 119a-d versehen, wobei die einzelnen Ventil- deckein 119a-d eine jeweilige zylindrische Ausnehmung 121 aufweisen, die koaxial zum zylindrischen Fortsatz des jeweils zugeordneten Gehäuseteils 133a-d angeordnet ist und ein Schaftteil des Einlaßventils 134 und die damit zusammen¬ arbeitenden Bauteile aufnimmt, die in den Fig. 6A und 6B in einem vergrößerten Maßstab gezeigt sind. Die Ventildeckel 119a-d sowie die Gehäuseteile 133a-d sind mittels durchge¬ henden Schrauben, die in Fig. 5 gezeigt sind, mit dem Kurbelgehäuse 138 verschraubt.Each housing part 133a-133d is also provided with a respective valve cover 119a-d, the individual valve covers 119a-d having a respective cylindrical recess 121 which is arranged coaxially with the cylindrical extension of the respectively assigned housing part 133a-d and a stem part of the Intake valve 134 and the components cooperating therewith, which are shown in FIGS. 6A and 6B on an enlarged scale. The valve covers 119a-d and the housing parts 133a-d are screwed to the crankcase 138 by means of continuous screws, which are shown in FIG. 5.
Auf der linken Seite der Fig. 4 sieht man ein in die Kon¬ struktion integriertes hohles Drehschieberventil 150, das beispielsweise entsprechend der DE-PS 37 14 691 ausgebildet sein kann. Das Ventil 150 stellt bei dieser Ausführungsform das verstellbare Element dar, das zur Ansteuerung der druckdifferenzbetätigten, drosselnden 2/2-Wegeventile dient, die in dieser Ausführungsform durch die jeweiligen Einla߬ ventile 134 mit den zugeordneten Teilen gebildet sind, wie etwas später näher beschrieben wird.On the left side of FIG. 4 one can see a hollow rotary slide valve 150 integrated into the construction, which is designed, for example, in accordance with DE-PS 37 14 691 can be. In this embodiment, the valve 150 is the adjustable element which is used to control the pressure-differential-operated, throttling 2/2-way valves, which in this embodiment are formed by the respective inlet valves 134 with the associated parts, as will be described in more detail later .
Vom Drehschieberventil 150 ausgehend, sind vier Verteiler¬ bohrungen bzw. Verteilwege 130a-d vorgesehen (130c nicht gezeigt) , die zu den jeweiligen Einlaßventilen 134 führen, und zwar jeweils in eine Kammer 134a-d auf der Schaftseite des Ventils, unmittelbar benachbart zum jeweiligen Ventil¬ sitz, wobei die Kammer 134c nicht gezeigt ist. Von jedem Verteilerweg 130a-d ausgehend, befinden sich in den jewei¬ ligen Zylinderköpfen 119a-d jeweilige Schrägbohrungen 127a-d, welche in die zylindrischen Räume 121 münden, wobei die Schrägbohruπgen 127c und 127d nicht gezeigt sind.Starting from the rotary slide valve 150, four distributor bores or distribution paths 130a-d are provided (130c not shown), which lead to the respective inlet valves 134, each in a chamber 134a-d on the stem side of the valve, immediately adjacent to the respective one Ventil¬ seat, the chamber 134c is not shown. Starting from each distributor path 130a-d, there are respective oblique bores 127a-d in the respective cylinder heads 119a-d, which open into the cylindrical spaces 121, the oblique bores 127c and 127d not being shown.
Eingangsseitig erhält das hohle Drehschieberventil 150, welches in diesem Beispiel als eine einfach auswechselbare Einsteckpatrone ausgebildet ist, in Pfeilrichtung E über eine Gehäusebohrung 132 Flüssigkeit, von einem Reservoir 1 mit dem Druck p2, wie beispielsweise in der Fig. 3 gezeigt ist. Das Fluid gelangt ohne bedeutenden Druckverlust weiter in den Innenraum des hohlen Drehschiebers über einen ständig geöffneten, genügend grossen Eintrittsquerschnitt 156. Durch Drehung des hohlen Drehschiebers, was mittels eines elektri¬ schen Antriebes 158 (Fig. 5) oder eines Gasgestänges, das für sich nicht gezeigt ist, jedoch am Teil 159 angreift, erfolgen kann, wird durch die Zusammenwirkung von länglichen linearen Steuerschlitzen 155a-155d im hohlen Drehschieber 150 mit den Mündungskanten von den Verteilerbohrungen 130a-d (130c nicht gezeigt) eine verstellbare Drosselwirkung er¬ reicht, so daß die in den Verteilerleitungen 130a-d herr¬ schenden Drücke p3 mittels des Stellelementes 159 genau und schnell eingestellt werden können.On the input side, the hollow rotary slide valve 150, which in this example is designed as an easily replaceable cartridge, receives liquid in the direction of arrow E via a housing bore 132 from a reservoir 1 with the pressure p2, as shown for example in FIG. 3. The fluid reaches the interior of the hollow rotary valve without a significant pressure loss via a constantly open, sufficiently large inlet cross-section 156. By rotating the hollow rotary valve, this is done by means of an electric drive 158 (FIG. 5) or a gas linkage, which is not in itself is shown, but engages on part 159, can be achieved by the interaction of elongated linear control slots 155a-155d in the hollow rotary valve 150 with the mouth edges of the distributor bores 130a-d (130c not shown), so that the pressures p3 prevailing in the distribution lines 130a-d by means of the adjusting element 159 exactly and can be set quickly.
Insbesondere kann die Ventilpatrone auf der nicht gezeigten Rückseite in jeder Kammer symmetrisch gegenüberliegende gleiche Öffnungen 155a-155d und 156 haben und der bewegliche Schieber sehr dünnwandig ausgeführt sein, so daß das Ventil die Vorzüge eines Ventils nach der DE-PS 37 14 691 besitzt.In particular, the valve cartridge on the rear side, not shown, in each chamber can have symmetrically opposite identical openings 155a-155d and 156 and the movable slide can be made very thin-walled, so that the valve has the advantages of a valve according to DE-PS 37 14 691.
Wie in der DE-PS 37 14 691 nachzulesen ist, haben Dreh¬ schieber oder Axialschieber dieser Bauart den Vorteil, daß sie aufgrund geringer Reibung, geringer Trägheit und geringer Strömungskräften mit geringen Stellkräften sehr rasch genau betätigbar sind, so daß der elektrische Stellantrieb (Stellantriebsmotor) 158 klein und preisgünstig ausgebildet sein kann. Ausgangsseitig gehen, wie bei den bisherigen Ausführungsformen vorgesehen, von den jeweiligen Auslaßventilen 118 Abflußbohrungen 112a-d weg, von denen die Flußbohrungen 112c und d nicht gezeigt sind, die in eine gemeinsame Abflußleitung 111 übergehen, die beispielsweise zu dem "Common-Rail" eines Common-Rail- Dieseleinspritzsystems führt.As can be read in DE-PS 37 14 691, rotary valves or axial slide valves of this type have the advantage that they can be actuated very quickly with low actuating forces due to low friction, low inertia and low flow forces, so that the electric actuator (actuator motor ) 158 can be small and inexpensive. On the output side, as provided in the previous embodiments, drain holes 112a-d depart from the respective outlet valves 118, of which the flow holes 112c and d are not shown, which merge into a common drain line 111 which, for example, leads to the "common rail" of one Common rail diesel injection system leads.
Der Druck p3 in den Verteilerleitungen 130a bis 13Od wird über die Schrägbohrungen 127a-d in den jeweiligen Zylinder¬ räumen 121 kommuniziert und wirkt hier über die Querschnitts- fläche des Schafts des Ventils 134 im Öffnungssinn auf das Ventil 134 ein. Im geschlossenen Zustand des Ventils 134 wirkt auch der gleiche Druck p3 im Öffnungssinn des Ventils auf die der Kammer 134 zugewandte Seite des Ventilkopfes ein. Die zwei Federn 125 und 126 üben in diesem Stadium eine Schließkraft auf das Ventil 124 aus. Die verhältnismäßig starke Feder 125, die am Widerlager 124 am Ende des Ventil- schafts angreift, übt dabei permanent eine Schließkraft auf das Ventil 124 aus, während die verhältnismäßig schwache Feder 126 an einem Federteller 126T abgestützt ist, der gegenüber dem Ventil 124 in der Kammer 121 verschiebbar angeordnet ist . Im geschlossenen Zustand des Ventils und bei Anlage des Federtellers 126T am Widerlager 124 übt auch die Feder 126 eine Schließkraft auf das Ventil 134 aus. Der Federteller 126T mit Feder 126 dient vor allem aber Dämpfungszwecken. Bei Vergrößerung des jeweiligen Verdränger- räumes 129a-d durch Bewegung des jeweiligen Verdränger- kolbens vom oberen Totpunkt (OTP) weg, herrscht auf der Verdrängerraumseite des Ventils ein niedrigerer Druck als im zylindrischen Raum 121, so daß insgesamt eine Kraft auf das Ventilglied 134a einwirkt, das zu einer Öffnung dieses Gliedes führt. Dabei wird sowohl die starke Feder 125 als auch die schwache Feder 126 komprimiert. Die sich unterhalb des Federtellers 126T befindliche Flüssigkeit entweicht durch die Dämpfungsöffnungen im Federteller 126T und verlangsamt daher die Öffnung des Ventilgliedes 134.The pressure p3 in the distributor lines 130a to 13Od is communicated via the oblique bores 127a-d in the respective cylinder spaces 121 and here acts on the valve 134 via the cross-sectional area of the stem of the valve 134 in the opening direction. In the closed state of the valve 134, the same pressure p3 also acts on the side of the valve head facing the chamber 134 in the opening direction of the valve. The two springs 125 and 126 exert a closing force on the valve 124 at this stage. The relatively strong spring 125, which acts on the abutment 124 at the end of the valve stem, permanently exerts a closing force on the valve 124, while the relatively weak spring 126 is supported on a spring plate 126T which is arranged displaceably with respect to the valve 124 in the chamber 121. In the closed state of the valve and when the spring plate 126T is in contact with the abutment 124, the spring 126 also exerts a closing force on the valve 134. The spring plate 126T with spring 126 is primarily used for damping purposes. When the respective displacement chamber 129a-d is enlarged by moving the respective displacement piston away from the top dead center (OTP), there is a lower pressure on the displacement chamber side of the valve than in the cylindrical chamber 121, so that a total force acts on the valve member 134a that leads to an opening of this link. Both the strong spring 125 and the weak spring 126 are compressed. The liquid located below the spring plate 126T escapes through the damping openings in the spring plate 126T and therefore slows down the opening of the valve member 134.
Die Höhe des Öffnungshubes des Ventilgliedes 134 sowie die Menge der Flüssigkeit, die an den Kopf des Ventilgliedes 134 vorbei in den Verdrängerraum 129 strömt, hängt vom Druck p3 in der Verteilerleitung 130 ab.The height of the opening stroke of the valve member 134 and the amount of liquid that flows past the head of the valve member 134 into the displacement chamber 129 depends on the pressure p3 in the distributor line 130.
Bei der Verdrängungsbewegung des Verdrängerkolbens 117 verkleinert sich das Volumen des Verdrängerraumes 129 und der Druck in diesem Raum steigt wenn auch - wegen der gerin¬ gen Menge ausgetretener Gas- oder Flüssigkeitsmoleküle - zu¬ nächst nur geringfügig. Dies führt einerseits dazu, daß eine Schließkraft auf das Ventilglied 134 ausgeübt wird, das größer ist als die Öffnungskraft, so daß das Ventil 134 schließt. In diesem Stadium arbeiten die Dämpfungsöffnungen im Federteller 126T, um die Schließbewegung des Federtellers zu dämpfen, so daß das Ventil 134 relativ sanft an den Ventilsitz schließt und der Federteller 126T zu einem etwas späteren Zeitpunkt ebenfalls sanft gegen das Widerlager 124 in Anlage gerät. Dies bedeutet, daß der Dämpfer so ausge- bildet ist, daß er nur während des Öffnungshubes des drosselnden Ventils wirksam ist, also in der Phase, in der Schwingungen am ehesten eingeleitet würden und am längsten wirksam wären. In der Schließphase kann gemäß Fig. 6 der Dämpfkolben hinter der Ventilbewegung zurückbleiben. Durch die frei werdende Öffnung strömt Fluid in den Dämpferraum unter dem Dämpfkolben und verhindert die Entstehung von Unterdruck und Hohlräumen. Der steigende Druck in den Verdrängerräumen 129a-d führt auch dazu, daß die jeweiligen Auslaßventile 118 abheben, so daß Diesel mit dem erwünschten Ausgangsdruck in die Leitungen 112a-d bzw. 111 gelangt.During the displacement movement of the displacer piston 117, the volume of the displacer chamber 129 decreases and the pressure in this chamber increases, albeit initially only slightly, owing to the small amount of gas or liquid molecules escaping. On the one hand, this leads to a closing force being exerted on the valve member 134 which is greater than the opening force, so that the valve 134 closes. At this stage, the damping openings in spring plate 126T operate to dampen the closing movement of the spring plate, so that valve 134 closes the valve seat relatively gently and spring plate 126T also gently engages abutment 124 at a later time. This means that the damper is so is that it is only effective during the opening stroke of the throttling valve, that is, in the phase in which vibrations are most likely to be initiated and would be effective for the longest. 6, the damping piston can remain behind the valve movement in the closing phase. Through the opening that is released, fluid flows into the damper chamber under the damping piston and prevents the creation of negative pressure and cavities. The increasing pressure in the displacement spaces 129a-d also causes the respective exhaust valves 118 to lift off, so that diesel enters the lines 112a-d and 111 with the desired outlet pressure.
Diese Anordnung hat verschiedene Vorteile. Das Ventil 150 kann raumsparend in die Pumpenkonstruktion integriert werden, da es auf unterschiedlich langen Verteilwegen 130a-d nicht ankommt. Die Ausbildung des Ventils 150 mit länglichen linearen Schlitzen 155a-d gestattet eine besonders gute Regelbarkeit der Pumpe bis zu allerkleinsten Fördermengen.This arrangement has several advantages. The valve 150 can be integrated into the pump construction in a space-saving manner, since it does not matter on differently long distribution paths 130a-d. The design of the valve 150 with elongated linear slots 155a-d permits particularly good controllability of the pump down to the smallest delivery rates.
Die Verwendung von Sitzventilen 134a-d als Einlaßventile, die hier zugleich als die erfindungsgemäßen druckdifferenz- betätigten, drosselnden 2/w-Wegeventile dienen, ist in der Regel die kostengünstigere Variante als die Verwendung von Schieberventilen, vor allem besitzt der Verdrängerraum einen Leckageweg weniger, was bei Pumpen für höchste Drücke, niedrige Drehzahlen und niedrigste Viskositäten (wie sie in Verbindung mit der Common-Rail-Dieseleinspritzung auftreten) besonders wichtig ist, wenn höchste Wirkungsgrade erzielt werden sollen. Die Dichtheit der Einlaß-Sitzventile 134 wirkt sich auch auf die Gleichförderung von Verdrängerraum 129a-d zu Verdrängerraum 129a-d positiv aus, da Leckage in der Regel stark Bauteiltoleranz-behaftet ist. Auch die generellen Förderkennlinien der Pumpe lassen sich in der Serienfertigung in Konstruktionen mit Sitzventil besser einhalten. Schwingungen der drosselnden Ventile können - wie allgemein Schwingungen - zu Federbrüchen oder, bei Sitzven¬ tilen, zu erhöhtem Verschleiß oder Schaftbruch führen, hier schaden diese Schwingungen vor allem auch bezüglich der Förderkennlinie, die dadurch verändert wird. Schwingungen entstehen häufig zufällig als Folge stochastisch schwanken¬ der Dämpfungseffekte oder Anregungen. In einem solchen Fall würden an der Pumpe stochastische Fördermengenschwankungen oder Hystereseeffekte auftreten, welche beide den Einsatz der Pumpen für Regelungszwecke erschweren würden. Zwecks definierter Ventildämpfung wird daher der Einsatz eines Dämpfers am drosselnden Ventil vorgeschlagen. Die Dämpfkräf- te erzeugen bei einfachen Kolbendämpfern bekannter Bauart auch Unterdrücke, welche wiederum für die Dämpffunktion schädliche Hohlräume erzeugen können. Das kann durch größere VentilVorspannung bei Einsatz eines solchen Dämpfers behoben werden. Hält man den Dämpfkolbendurchmesser groß, etwa in der Größe eines Ventildurchmessers, so reduzieren sich die Unterdrücke und erforderlichen zusätzlichen Ventilvorspan¬ nungen. Das ist wünschenswert, da der Vordruck von Pumpen wie auch immer möglichst niedrig gehalten werden soll.The use of poppet valves 134a-d as inlet valves, which also serve here as the pressure difference-actuated, throttling 2 / w-way valves, is generally the more economical variant than the use of slide valves. Above all, the displacement space has less leakage path, which is particularly important for pumps for the highest pressures, low speeds and lowest viscosities (as they occur in connection with common rail diesel injection) if the highest levels of efficiency are to be achieved. The tightness of the inlet seat valves 134 also has a positive effect on the equal conveyance from displacement space 129a-d to displacement space 129a-d, since leakage is generally subject to component tolerance. The general delivery characteristics of the pump can also be better adhered to in series production in designs with a seat valve. Vibrations of the throttling valves can - like general vibrations - lead to spring breakage or, in the case of seat valves, increased wear or shaft breakage, here these vibrations damage above all with regard to the conveying characteristic, which is thereby changed. Vibrations often occur randomly as a result of stochastically fluctuating damping effects or excitations. In such a case, stochastic flow fluctuations or hysteresis effects would occur on the pump, both of which would make the use of the pumps for control purposes more difficult. The use of a damper on the throttling valve is therefore proposed for the purpose of defined valve damping. With simple piston dampers of known design, the damping forces also generate negative pressures, which in turn can create cavities which are harmful to the damping function. This can be remedied by using a larger valve preload when using such a damper. If the damping piston diameter is kept large, roughly the size of a valve diameter, the negative pressures and the required additional valve preloads are reduced. This is desirable because the form of pumps should be kept as low as possible.
Die Möglichkeit, die Verstellelemente in größerer Entfernung von den drosselnden Ventilen bzw. einzelnen Verdrängerräumen anzuordnen, erlaubt die Zusammenfassung mehrerer oder aller Stellelemente zu einem Stellglied mit nur einem Antrieb, was wiederum dann z.B. einfache manuelle Betätigung möglich macht. Im Fall elektrischer Pumpenverstellung ist die Notwen¬ digkeit nur eines Wandlers für mehrere oder alle Verdränger¬ räume ein großer Kosten- und Bauraumvorteil. Hinzu kommt, daß die zwischen einem Verstellelement und einem drosselnden Ventil in einem Kanal eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumina wegen der fehlenden Hohlräume kaum elastisch sind, so daß auch kaum zusätzliche Flüssigkeitsmenge ein- oder ausströmen muß, um die jeweils stationären Zustände eines Befüllungs- vorgangs oder der zwischen zwei BefüllungsVorgängen liegen- den Zeitperiode zu erreichen. Damit dürfen die geometrischen Kanalvolumina stark voneinander abweichen, weshalb die Erfindung für sämtliche geometrische Verdrängeranordnungen (z.B. axial, radial, Reihe bei Kolbenpumpen) geeignet ist und für alle diese ein vom Bauraum und vom Erscheinungsbild günstiger Ort für die Versteileinrichtung 27 gefunden werden kann.The possibility of arranging the adjusting elements at a greater distance from the throttling valves or individual displacement spaces allows several or all adjusting elements to be combined to form an actuator with only one drive, which in turn then enables, for example, simple manual actuation. In the case of electrical pump adjustment, the need for only one converter for several or all displacement spaces is a great advantage in terms of cost and installation space. In addition, the liquid volumes enclosed between an adjusting element and a throttling valve in a channel are hardly elastic due to the lack of cavities, so that hardly any additional liquid quantity has to flow in or out in order to determine the respective steady state of a filling process or between two Filling processes are to reach the time period. Thus, the geometrical channel volumes may deviate greatly from one another, which is why the invention is suitable for all geometrical displacement arrangements (for example axial, radial, row in the case of piston pumps) and for all of these a location for the adjusting device 27 which is favorable in terms of installation space and appearance can be found.
Fig. 7 zeigt nun für Drosselstellelemente einige Besonderheiten der Auslegung der drosselnden Ventile, beispielsweise der Ventile 30 in Fig. 1 oder 150 in der Ausführung nach den Fig. 4 bis 6.7 now shows, for throttle actuating elements, some special features of the design of the throttling valves, for example the valves 30 in FIG. 1 or 150 in the embodiment according to FIGS. 4 to 6.
Für die Ausführungsbeispiele der Fig. 1, 3, 4, 5 mit je einer Drosselstelle. pro Verdrängerräum ist dies jedoch auf endig.1, 3, 4, 5 each with a throttle point. per displacement space, however, this is finite.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung geht die Druckdifferenz am Verstellelement mit der Wurzel der Druckdifferenz in die zugemessene Flüssigkeitsmenge ein. Bei festem Speisedruck verringert sich jedoch diese Druckdifferenz mit zunehmender Drosselventilöffnung. Die Verwendung eines Differenzdruck¬ ventils 40 in Fig. 2 zeigt, wie diese Druckdifferenz grundsätzlich konstant gehalten werden kann, indem durch den Einsatz des Differenzdruckventils der Vordruck parallel zum Druck vor dem drosselnden Ventil mitverändert werden kann.With the arrangement according to the invention, the pressure difference at the adjusting element enters the metered amount of liquid with the root of the pressure difference. With a fixed feed pressure, however, this pressure difference decreases with increasing throttle valve opening. The use of a differential pressure valve 40 in FIG. 2 shows how this pressure difference can in principle be kept constant by using the differential pressure valve to change the admission pressure parallel to the pressure upstream of the throttling valve.
Das gleiche Ziel kann aber dadurch zumindest weitgehend erreicht werden, daß die federbelasteten drosselnden 2/2 Wege-Ventile eine steile Öffnungscharakteristik besitzen, was durch eine weiche Feder oder eine große druckbeaufschlag¬ te Ventilfläche oder eine Kombination aus beiden erreicht wird, und daß der Speisedruck p2 ausreichend hoch ist, so daß auch für maximalen Pumpenvolumenstrom, d.h. große Ventil- Öffnung, die Druckdifferenz über der VerStelleinrichtung nicht wesentlich verkleinert wird. Durch diese Maßnahmen wird also grundsätzlich erreicht, daß die Durchflüsse an den Drosselelementen nur geringfügig von Streuungen der Feder- steifigkeit oder Federvorspannung der Einlaßventilfedern oder von Unterschieden in der wirksamen Ventilfläche beein¬ flußt werden. Mit dieser Ausbildung entfällt also auch die Notwendigkeit einer genauen Federsortierung oder der Einstel¬ lung der Federvorspannung an jedem einzelnen Einlaßventil.However, the same goal can at least be largely achieved in that the spring-loaded throttling 2/2 way valves have a steep opening characteristic, which is achieved by a soft spring or a large pressurized valve surface or a combination of both, and in that the feed pressure p2 is sufficiently high so that even for maximum pump volume flow, ie large valve Opening, the pressure difference across the adjustment device is not significantly reduced. These measures basically ensure that the flows at the throttle elements are only slightly influenced by variations in the spring stiffness or spring preload of the inlet valve springs or by differences in the effective valve area. This design also eliminates the need for precise spring sorting or the setting of the spring preload on each individual inlet valve.
Fig. 8, 9 und 10 zeigen schematisch für die Ausführungen gemäß Fig. 3 bzw. 4, 5 unterschiedliche Verdrängerraumbefül- lungen bei gleicher Drehzahl und wie bei der Federauslegung, so wie oben erläutert, der dynamische Vorgang eines Arbeits¬ takts abläuft. Die Fig. 8 zeigt den Zustand für die volle Befüllung bzw. Förderung der Verdrängerräume 15, Fig. 9 den Zustand für die halbe Befüllung bzw. der Förderung der Verdrängerräume 15 und Fig. 10 den Zustand nicht gerade Nullförderung der Verdrängerräume 15 und zwar als Funktion des Drehwinkels der Antriebswelle, bezogen auf den oberen Totpunkt OTP und den unteren Totpunkt UTP der jeweiligen Verdrängerkolben 9. Die Ventilquerschnittverläufe AVentιl sowie der Druck p5 in Zylinder beim Saughub sind bei den Fig. 8 und 9 für volle Verdrängerraumbefüllung V = Vmaχ und für die halbe Verdrängerraumbefüllung V = 0.5 Vmaχ fast rechteckig und die Druckdi ferenzen PSpeιse - P^a^g = p2 - p3 während der Befüllung trotz der Dynamik stabil und für alle Fördermengen fast gleich.8, 9 and 10 show schematically for the designs according to FIGS. 3 and 4, 5 different displacement space fillings at the same speed and as with the spring design, as explained above, the dynamic process of a working cycle takes place. FIG. 8 shows the state for the full filling or conveying of the displacer spaces 15, FIG. 9 the state for half the filling or conveying of the displacer spaces 15 and FIG. 10 the state of not exactly zero conveying of the displacer spaces 15 and as a function of the angle of rotation of the drive shaft, based on the top dead center OTP and the bottom dead center UTP of the respective displacement pistons 9. The valve cross-sectional profiles A valve and the pressure p5 in the cylinder during the suction stroke are V = V maχ and for in FIGS. 8 and 9 for full displacement space filling Half the displacement space filling V = 0.5 V is almost rectangular and the pressure di erences P Speιse - P ^ a ^ g = p2 - p3 during filling are stable despite the dynamics and almost the same for all flow rates.
Der Grund, daß sich der Hub des drosselnden 2/2 Wegeventils 21 sowie der Druck p4 quasi sofort und stabil einstellen können, liegt an der erfindungsgemäß in den Kanälen 31a, b, c oder 31 a, b, c bzw. 130 a, b, c, d bzw. Verstellelement 27 resp. 150 vermiedenen Hohlraumbildung. Für den Druck ps im Verdrängerräum 15 stellt sich wie weiter oben schon ausgeführt über UTP hinaus bis Ventilschließen jeweils ein konstant niedriger Wert, im Beispiel nahe Null, ein.The reason that the stroke of the throttling 2/2 way valve 21 and the pressure p 4 can be set almost immediately and stably is due to the fact that according to the invention in channels 31a, b, c or 31 a, b, c or 130 a, b, c, d or adjusting element 27 respectively. 150 avoided cavitation. For the pressure p s in the displacement chamber 15, as already explained above, a constant low value, in the example close to zero, is established beyond UTP until the valve closes.
Auf diese Weise herrschen während des ganzen Saugvorgangs (Ventilöffnen bis Schließen) quasi konstante Randbedingungen in Form quasi konstanter Werte des Speisedruckes p2 und des Verdrängerraumdrucks p5.In this way, quasi-constant boundary conditions prevail in the form of quasi-constant values of the feed pressure p 2 and the displacement space pressure p 5 during the entire suction process (valve opening to closing).
Wegen der erfindungsgemäß erzielten Hohlraumfreiheit bzw. -armut in den Verbindungen 41a, b, c bzw. 130a, b, c, d darf zwischen Zufluß mit Druck p2 und Verdrängerräum p5 Inkompressibilität angenommen werden. Damit stellt sich der Druck p3 vor dem drosselnden Ventil 21 ohne wesentliche Verzögerung infolge der Kontinuitätsbedingung ein, daß der Durchfluß am einzelnen Drosselquerschnitt 30, V30, gleich r dem Durchfluß am drosselnden Ventil 21, V21, sein muß:Because of the freedom or lack of voids achieved in connections 41a, b, c and 130a, b, c, d according to the invention, incompressibility may be assumed between inflow with pressure p 2 and displacement space p 5 . Thus, the pressure p 3 upstream of the throttling valve 21 occurs without significant delay due to the continuity condition that the flow at the individual throttle cross-section 30, V 30 must be equal to r the flow at the throttling valve 21, V 21 :
cλ , c2 Konstanten, welche A21 (p3) definieren und die Flüssigkeitsdichte ist. c λ , c 2 constants that define A 21 (p 3 ) and the liquid density.
Einem bestimmten A^ ist also in der Saugphase ein bestimmtes A^ (p3) sowie über die Konstanten c1 und c2 auch ein bestimmtes p3 fest zugeordnet.A specific A ^ is thus assigned a specific A ^ (p 3 ) in the suction phase and also a specific p 3 via the constants c 1 and c 2 .
Das Einhalten der festen Zuordnung, z. B. als Sicherheit gegenüber Überschießen des Ventils 21 beim Öffnen, bewirken die weiter oben bereits beschriebene inhärente Dämpfung der erfindungsgemäßen Anordnung und die zusätzliche Dämpfung 70 bzw. die in Fig. 6A beschriebene Dämpfung des Ventils.Compliance with the fixed assignment, e.g. B. as security against overshooting the valve 21 when opening, the inherent damping of the arrangement according to the invention already described above and the additional damping 70 or the damping of the valve described in FIG. 6A.
Die Drücke p3 für die verschiedenen Fälle der Befüllung lie¬ gen aufgrund der speziellen Ventilauslegung, siehe Fig.7, im Vergleich zu p2 und p5 dicht beeinander. Dadurch vereinfacht sich obige Gleichung zuThe pressures p 3 for the different cases of filling are close to each other due to the special valve design, see FIG. 7, in comparison to p 2 and p 5 . This simplifies the above equation
Bei der vollen Befüllung des Verdrängerraumes 15 nach der Fig. 8 nimmt der freie Strömungsquerschnitt AVentil durch die Einlaßventile 28 den maximalen Wert an. Bei der halben Befüllung des Verdrängerraumes 15 nach der Fig. 9 sind die Ventile 28 nur teilweise geöffnet. Die geförderten Volumina V entsprechen den Flächeninhalten unter den Volumenstromfunktionen. Fig. 10 zeigt den Fall, in dem die Förderung gerade 0 ist und die Befüllung daher ebenfalls gegen O strebt. In Fig. 10 als Grenzfall wird die Flüssigkeit im oberen Totpunkt noch auf p5 = P6, also auf den Hochdruck des Systems komprimiert und wieder dekomprimiert, aber es wird dazwischen nichts ausgeschoben. Trotz der Förderung O kann eine geringe Befüllung der Verdränger stattfinden, um eine etwaige Kolbenleckage als Folge der Kompression/Dekompression zu decken. In Fig. 10 ist daher eine minimale Öffnung As (V→ O) eingezeichnet . Die Dauer dieser Öffnung erstreckt sich näherungsweise über die ganze Umdrehung, unterbrochen nur durch die verhältnis¬ mäßig kurze Kompressions-/Dekompressionsphase. Ähnliche Ver¬ läufe entstehen für die weiteren Ausführungsformen nach den Fig. 2, 3 und 4 bis 6 sowie 13, 14, 15, 16 und 17.When the displacement space 15 is completely filled according to FIG. 8, the free flow cross section A valve through the inlet valves 28 assumes the maximum value. When the displacement space 15 is half filled according to FIG. 9, the valves 28 are only partially open. The delivered volumes V correspond to the area under the volume flow functions. 10 shows the case in which the delivery is currently 0 and the filling therefore also tends towards O. In Fig. 10 as a borderline case, the liquid is still compressed and decompressed to p 5 = P 6 at top dead center, that is to say the high pressure of the system, but nothing is pushed out in between. Despite delivery O, the displacers can be filled slightly to cover any piston leakage as a result of the compression / decompression. A minimal opening A s (V → O) is therefore shown in FIG. 10. The duration of this opening extends approximately over the entire revolution, interrupted only by the relatively short compression / decompression phase. Similar courses are created for the further embodiments according to FIGS. 2, 3 and 4 to 6 and 13, 14, 15, 16 and 17.
Fig. 11 zeigt die Förderstromkennlinien Volumenstrom V = dV/dt in Funktion des bisFig. 11 shows the flow rate characteristic volume flow V = dV / dt as a function of to
Drossel« ^er Verstelldrossel 30 dieser Steuervorrichtung. Die Kennlinien nehmen ab der jeweiligen Grenzdrehzahl Cra grenzi bis C m grenz asymptotisch gegen den doppelten Volumenstrom der Grenzdrehzahl hin zu, da die Saugzeit neben dem Saugquerschnitt ebenfalls von Einfluß ist und diese sich mit Fördermenge pro Hub gegen Null von ursprünglich einer halben Umdrehung bis fast auf eine ganze Umdrehung, d. h. das doppelte erhöht, so wie auch aus Fig. 8, 9, 10 ersicht¬ lich.D rossel « ^ er adjusting throttle 30 of this control device. The characteristic curves increase asymptotically from the respective limit speed C ra limit i to C m limit against twice the volume flow of the limit speed, since the suction time is also influential in addition to the suction cross-section and this varies with the delivery rate per stroke towards zero from originally half a turn to almost to a full revolution, ie increased twice, as can also be seen from FIGS. 8, 9, 10.
Fig. 12 zeigt die entsprechenden Förderstromkennlinien für schlitzgesteuerte Pumpen, wie bei der Ausführung nach Fig. 2.FIG. 12 shows the corresponding flow characteristics for slot-controlled pumps, as in the embodiment according to FIG. 2.
Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der Fig. 3, je¬ doch mit einer anderen Ausbildung der druckdifferenzbe¬ tätigten drosselnden 2/2-Wegeventile und mit einer anderen Art der Verstelldrosselbetätigung. Die 2/2-Wegeventile der Ausführungsform nach Fig. 13 bestehen jeweils aus einer Kugel 54, welche mittels einer Feder 53 an einen Ventilsitz gedrückt wird. Die Bewegung der Kugel 54 in Bezug auf den Ventilsitz im geöffneten Zustand des Ventils hängt von dem in der jeweiligen Leitung 31, 31a und 31b herrschenden Druck p3 ab, wodurch die Befüllung der Verdrängerräume in Abhängig¬ keit von p3 gesteuert wird. Während ein Wandler 27 zur Verstelldrosselbetätigung nach Fig. 1 besonders für die Einbindung in analoge Regelkreise geeignet ist, hat ein schaltendes Ventil 50 als Wandler nach der Fig. 13 Vorteile in Verbindung mit digitaler Elektronik.FIG. 13 shows an embodiment similar to FIG. 3, but with a different design of the throttling 2/2-way valves actuated by pressure difference and with a different type of actuating throttle actuation. The 2/2-way valves of the embodiment according to FIG. 13 each consist of a ball 54, which is pressed against a valve seat by means of a spring 53. The movement of the ball 54 with respect to the valve seat when the valve is open depends on the pressure p3 prevailing in the respective line 31, 31a and 31b, as a result of which the filling of the displacement spaces is controlled as a function of p3. 1 is particularly suitable for integration in analog control loops, a switching valve 50 as a converter according to FIG. 13 has advantages in connection with digital electronics.
Die Abbildung der Fig. 13 zeigt eine solche Anordnung, wobei wie in Fig. 2 bei schlitzgesteuerten Pumpen und bei auf die Zylinderzahl angepaßtem Öffnungswinkel ein Schaltventil 50 für mehrere Verdrängerelemente 9 genügt. Die Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform bei der lediglich ein 2/2-Wegeventil 81 für in diesem Beispiel drei Verdränger¬ räume zum Einsatz kommt, wobei das 2/2-Wegeventil 81 außer¬ halb der Pumpe angeordnet ist und die einzelnen Verdränger¬ räume 15 über Leitungen 36, 36a und 36b speist.The illustration in FIG. 13 shows such an arrangement, wherein, as in FIG. 2, with slot-controlled pumps and with an opening angle adapted to the number of cylinders, one switching valve 50 is sufficient for several displacement elements 9. 14 shows an embodiment in which only one 2/2-way valve 81 is used for three displacement spaces in this example, the 2/2-way valve 81 being arranged outside the pump and the individual displacement spaces 15 feeds via lines 36, 36a and 36b.
In diesem Be-ispiel besteht die Versteileinrichtung aus einer in der Funktion durchflußbegrenzend wirkende verstellbare Verdrängermaschine 84. Bevorzugt wird jedoch die Verdränger¬ maschine 84 von einer in der Drehzahl variablen Elektroma- schine angetrieben. Die Verdrängermaschine ist als Konstant-Verdrängermaschine ausgebildet und bezieht die zu fördernde Flüssigkeit, aus der Leitung 33 direkt oder über das System 7 indirekt aus dem Flüssigkeitsreservoir. Das Druckbegrenzungsventil 80 hat in diesem Fall die Funktion eines Sicherheitsventils oder Abblaseventils. Dieses verhindert unzulässiges Ansteigen der Druckdifferenz an der Vorförderpumpe, falls diese in eine Lage verstellt wird, in der sie mehr fördert, als die maximale Schluckmenge der Hauptpümpe beträgt.In this example, the adjusting device consists of an adjustable displacement machine 84 which has a flow-limiting function. However, the displacement machine 84 is preferably driven by an electric machine which is variable in speed. The displacement machine is designed as a constant displacement machine and draws the liquid to be conveyed from the line 33 directly or indirectly via the system 7 from the liquid reservoir. The pressure relief valve 80 in this case functions as a safety valve or relief valve. This prevents an inadmissible increase in the pressure difference at the pre-feed pump if it is adjusted to a position in which it delivers more than the maximum amount of swallowing by the main pump.
Würde das drosselnde 2/2-Wegeventil in diesem Beispiel nicht als federbelastetes Rückschlagventil 81, sondern ähnlich wie Ventil 21 in Fig. 2, d.h. als Schieberventil ohne gewollte Rückwirkung des Druckes p4 auf die Ventilöffnung dargestellt, würde auch dann eine bestimmte Ventilöffnung bestehen bleiben, wenn Unterbrechungen zwischen den Saugphasen der einzelnen Verdrängerelemente auftreten. In solchen Unterbrechungsphasen erhöht sich der Druck p4 zügig auf den Druck p3, wodurch der Hohlraumanteil in den Kanälen 7, 7a, 7b jeweils verringert wird. Solche Unterbrechungs- phasen werden erreicht, indem die Höhe der Öffnung 35 so gewählt wird, daß diese für jeweils nur weniger als 360°/Verdrängerraumzahl durch den Kolben 9 aufgesteuert wird. Die Fig. 15 ist der Ausführungsform der Fig. 14 sehr ähnlich und nutzt ebenfalls das Vorhandensein einer regulierbaren Vorförderpumpe, hier in Form der verstellbaren Verdränger¬ maschine 86 aus, welche mit der Pumpendrehzahl oder einer zu- dieser proportionalen Drehzahl angetrieben wird. Im Prinzip kann z.B. der Antrieb der Verdrängermaschine 84 über die Antriebswelle 12 der Pumpe bewerkstelligt werden.If the throttling 2/2-way valve in this example was not shown as a spring-loaded check valve 81, but rather similar to valve 21 in FIG. 2, ie as a slide valve without deliberate reaction of the pressure p 4 on the valve opening, then a certain valve opening would still exist if there are interruptions between the suction phases of the individual displacement elements. In such interruption phases, the pressure p 4 quickly increases to the pressure p 3 , as a result of which the void fraction in the channels 7, 7a, 7b is reduced in each case. Such interruption phases are achieved by selecting the height of the opening 35 so that it is opened by the piston 9 for in each case only less than 360 ° / number of displacement spaces. FIG. 15 is very similar to the embodiment of FIG. 14 and also uses the presence of an adjustable pre-feed pump, here in the form of the adjustable displacement machine 86, which is driven at the pump speed or a speed proportional to this. In principle, for example, the drive of the displacement machine 84 can be accomplished via the drive shaft 12 of the pump.
Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der Ausführungs¬ form der Fig. 3, bei der die Vorförderpumpe 34 mit konstan¬ ter Geschwindigkeit läuft, bei der jedoch die Steuerung des Eingangsdruckes durch Steuerung der FedervorSpannung des Druckbegrenzungsventils 90 erfolgt, d.h. das variable Druckbegrenzungsventil stellt die VerStelleinrichtung dar.FIG. 16 shows an embodiment similar to the embodiment of FIG. 3, in which the pre-feed pump 34 runs at constant speed, but in which the input pressure is controlled by controlling the spring preload of the pressure limiting valve 90, i.e. the variable pressure relief valve represents the adjustment device.
Fig. 17 zeigt eine Lösung, welche eine Trennung der Förder¬ flüssigkeit aus dem Reservoir und des Betätigungsmediums erlaubt (auch gleiches Fluid ist aber denkbar) .17 shows a solution which allows the liquid to be separated from the reservoir and the actuating medium (but the same fluid is also conceivable).
Diese Konstellation hat Vorteile, wenn das zu fördernde Fluid sehr zähflüssig ist oder Verschmutzungen enthält, welche die Funktion beeinträchtigen könnten (Beispiel : Common-Rail-Einspritzsystem für Schwerölmotoren) , oder wenn die Verstellpumpe selbstansaugend sein soll oder nur mit sehr geringem Vordruck gearbeitet werden soll. Man benötigt dann nur noch eine wesentlich leistungsschwächere Druck¬ quelle 100 für das Betätigungsfluid, wobei häufig eine solche Druckquelle schon zur Verfügung steht (z.B. Druck¬ luftnetz) .This constellation has advantages if the fluid to be pumped is very viscous or contains contaminants that could impair its function (example: common rail injection system for heavy oil engines), or if the variable pump is to be self-priming or only a very low admission pressure is to be used . All that is then required is a considerably less powerful pressure source 100 for the actuating fluid, such a pressure source often already being available (e.g. compressed air network).
Das Betätigungsfluid wird über die Leitungen 101 mit dem steuerbaren Druck plO an die einzelnen 2/2-Wegeventile 103 geleitet. In diesem Fall wirkt der Druck plO auf die Wirkfläche 102 auf der einen Seite des Schiebers des 2/2-Wegeventils 103, während eine Feder 104 und der Ausgangs- druck des 2/2-Wegeventils über die Leitung 106 auf die Wirk¬ fläche 105 auf der anderen Seite des Schiebers 102 einwirkt.The actuating fluid is conducted via lines 101 with the controllable pressure p10 to the individual 2/2-way valves 103. In this case, the pressure plO acts on the active surface 102 on one side of the slide of the 2/2-way valve 103, while a spring 104 and the output pressure of the 2/2-way valve via line 106 acts on the active surface 105 on the other side of the slide 102.
Die Fig. 18 zeigt eine schematische Darstellung einer Pumpe in radialer Bauart mit drei Verdrängerkolben 9, wobei nur das zentrale Teil des Pumpengehäuses um die Antriebswelle 12 herum gezeigt ist und lediglich der obere Verdrängerkolben 9 vollständig eingezeichnet ist.18 shows a schematic illustration of a pump in a radial design with three displacement pistons 9, only the central part of the pump housing around the drive shaft 12 being shown and only the upper displacement piston 9 being shown completely.
Wie ersichtlich, arbeiten alle drei Verdrängerkolben 9 mit einer gemeinsamen Exzenternocke 11, welche mit der Welle 12 rotiert.As can be seen, all three displacement pistons 9 work with a common eccentric cam 11, which rotates with the shaft 12.
Wie aus der Darstellung des oberen Verdrängerkolbens ersichtlich ist, wird dieser, wie auch die zwei weiteren Verdrängerkolben über eine Feder 200 stets in Berührung mit der Exzenternocke 11 gehalten. Obwohl in der vorliegenden Zeichnung alle drei Verdrängerkolben durch die gemeinsame Exzenternocke 11 angetrieben sind, so wäre es auch denkbar, die Verdrängerkolben in axiale Richtung der Antriebswelle zu versetzen und über getrennte Exzenternocken anzutreiben. Es kann auch eine beliebige andere Zahl von Verdrängerkolben gewählt werden.As can be seen from the illustration of the upper displacement piston, the latter, like the two further displacement pistons, is always kept in contact with the eccentric cam 11 by means of a spring 200. Although in the present drawing all three displacement pistons are driven by the common eccentric cam 11, it would also be conceivable to move the displacement pistons in the axial direction of the drive shaft and to drive them via separate eccentric cams. Any other number of displacement pistons can also be selected.
Wesentlich bei der Füllgrad-Verstellpumpe der Figur 18 ist, daß die zu verdrängende Flüssigkeit über den Innenraum und 202 des Pumpengehäuses zu den einzelnen Verdrängerkolben 9 gelangt .It is essential in the filling degree variable displacement pump of FIG. 18 that the liquid to be displaced reaches the individual displacement pistons 9 via the interior and 202 of the pump housing.
Wie bisher ist die Verbindungsleitung zum Flüssigkeitsreser¬ voir mit dem Bezugszeichen 33 versehen. Das Bezugszeichen 30 deutet auf ein verstellbares Drosselelement, das über die Leitung 31 in den Innenraum 202 führt. Die Pumpe der Figur 18 ist schlitzgesteuert und hat zu diesem Zweck Einla߬ schlitze 35 (nur für den oberen Verdrängerkolben gezeigt) , wobei die Einlaßschlitze 35 jeweils über ein druckdifferenz- betätigtes und drosselndes 2/2 Wegeventil 51 (wie bei der Figur 13 dargestellt) und entsprechende Leitungsabschnitte 204 und 206 im Pumpengehäuse mit dem Innenraum 202 kommuni¬ zieren. Das Bezugszeichen 17 deutet wie bisher auf das Aus- gangsventil, das über eine Leitung 18 mit entsprechenden Leitungen der weiteren Verdrängerkolben 9 (nicht gezeigt) zusammengeschlossen ist und schließlich zum "Common Rail" der hieran angeschlossenen Verbrennungsmaschine führt.As before, the connecting line to the liquid reservoir is provided with the reference number 33. The reference numeral 30 indicates an adjustable throttle element which leads into the interior 202 via the line 31. The pump in FIG. 18 is slot-controlled and has inlet slots 35 for this purpose (only shown for the upper displacement piston). wherein the inlet slots 35 communicate via a pressure-differential operated and throttling 2/2-way valve 51 (as shown in FIG. 13) and corresponding line sections 204 and 206 in the pump housing with the interior 202. As before, the reference numeral 17 indicates the outlet valve, which is connected via a line 18 to corresponding lines of the further displacement pistons 9 (not shown) and finally leads to the "common rail" of the internal combustion engine connected to it.
Um die Schlitzsteuerung über einen entsprechenden Drehwinkel- bereich der Exzenternocke 11 zu sichern, ist im Verdränger¬ kolben 9 eine mit dem Einlaßschlitz 35 kommunizierende und mit diesen im erwünschtem Winkelbereich zusammenarbeitende Öffnung 208 versehen.In order to secure the slot control over a corresponding angle of rotation range of the eccentric cam 11, an opening 208 is provided in the displacement piston 9, which communicates with the inlet slot 35 and cooperates with it in the desired angle range.
Im Betrieb der Pumpe werden die einzelnen Verdrängerkolben 9 von der Exzenternocke 11 unter der Mitwirkung der entspre¬ chenden Feder 200 in den jeweiligen Zylindern 210 hin- und herbewegt . Hierdurch wird der Brennstoff durch die Leitung 33, die Drossel 30, die Leitung 31, den Innenraum 202, die Leitung 206, das 2/2-Wegeventil 51, die Leitung 204, den Einlaßschlitz 35 und die Öffnung 208 des Verdrängerkolbens 9 in den Verdrängerraum gesaugt und strömt anschließend unter der Einwirkung des Verdrängerkolbens 9 durch das Auslaßven¬ til 17 heraus.During operation of the pump, the individual displacement pistons 9 are moved back and forth by the eccentric cam 11 with the cooperation of the corresponding spring 200 in the respective cylinders 210. As a result, the fuel through the line 33, the throttle 30, the line 31, the interior 202, the line 206, the 2/2-way valve 51, the line 204, the inlet slot 35 and the opening 208 of the displacer 9 in the displacement space sucked and then flows out through the outlet valve 17 under the action of the displacer 9.
Durch das relativ große Volumen des Innenraums 202 gelingt es mit der Erfindung das Austreten von Gasen in diesem Innen¬ raum so zu begrenzen, daß die Pumpe einwandfrei funktio¬ niert. Es soll auch darauf hingewiesen, daß es bei dieser Ausführungsform auch denkbar ist, die 2/2 Wege-Ventile in den jeweiligen Verdrängerkolben 9 einzusetzen (nicht ge¬ zeigt) . LiteraturDue to the relatively large volume of the inner space 202, the invention succeeds in limiting the escape of gases in this inner space in such a way that the pump functions properly. It should also be pointed out that in this embodiment it is also conceivable to use the 2/2 way valves in the respective displacement piston 9 (not shown). literature
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Analytische Untersuchungen über die Einsatzmöglich¬ keit einer sauggedrosselten Hydraulikpumpe zur Leistungssteuerung am Beispiel eines hydrostatischen Nebenaggregateantriebs im Kraftfahrzeug Dissertation RWTH Aachen, 1992Analytical studies on the possible use of a suction-throttled hydraulic pump for power control using the example of a hydrostatic auxiliary drive in a motor vehicle Dissertation RWTH Aachen, 1992
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Saugdrosselung - der Einfluß von Druckmedium undSuction throttling - the influence of pressure medium and
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Impulsprogramm Haustechnik 1986 Herausgeber: Bundesamt für Konjunkturfragen, 3003 Bern, Schweiz Impulse program for home automation 1986 Published by: Federal Office for Economic Affairs, 3003 Bern, Switzerland

Claims

Patentansprüche Claims
Steuereinrichtung für eine Füllgrad-Verstellpumpe mit mindestens einem Verdrängerraum, welche nach dem Saug¬ drosselprinzip mit zwangsläufiger Volumenveränderung des Verdrängerraumes bzw. der Verdrängerräume (15; 129a-d) arbeitet, und welche die zu fördernde Flüssigkeit (2) aus einem Flüssigkeitsreservoir (1) mit einer freien Oberfläche welche mit einem Gasdruck (pl) , meist Atmosphärendruck, beaufschlagt ist, durch eine Leitung (33) ggf. über ein hydraulisches System (7) , dadurch gekennzeichnet, daß auf der Niederdruckseite vor der Pumpe bzw. vor dem Verdrängerraum oder den Verdrängerräumen der Pumpe, oder vor einer oder mehreren Gruppe (n) von Verdrängerräumen der Pumpe, zumindest ein druckdifferenzbetätigtes drosselndes 2/2-Wegeventil (21, 21a, 21b; 134a-d; 51-54; 81; 103) angeordnet ist, dessen Öffnungsquerschnitt über einen an einer Wirkfläche anliegenden Druck (p3, p3a, p3b; plO) zur Füllgradverstellung steuerbar ist.Control device for a filling level variable pump with at least one displacement chamber, which works according to the suction throttle principle with an inevitable change in volume of the displacement chamber or the displacement chambers (15; 129a-d), and which the liquid (2) to be delivered from a liquid reservoir (1) with a free surface which is pressurized by a gas pressure (pl), usually atmospheric pressure, through a line (33), optionally via a hydraulic system (7), characterized in that on the low pressure side in front of the pump or in front of the displacement space or at least one pressure difference-operated throttling 2/2-way valve (21, 21a, 21b; 134a-d; 51-54; 81; 103) is arranged in the displacement spaces of the pump, or in front of one or more group (s) of displacement spaces of the pump, whose opening cross-section can be controlled via a pressure (p3, p3a, p3b; plO) applied to an active surface to adjust the degree of filling.
Steuereinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Flüssigkeitsreservoir mit einem Druck (pl) von einem bar absolut der Druck vor dem druckdifferenzbetätigten drosselnden 2/2 Wegeventil, bei dem dieses öffnet, d.h. der an der Wirkfläche anliegende Druck (p3, p3a, p3b) , zumindestens etwa 0.9 bar absolut beträgt und vorzugsweise im Bereich von 1.0 bis 1.5 bar absolut liegt, wobei auch ein höherer Druck zulässig ist bzw. das bei einem höheren Reservoir-Druck (pl) der genannte Druck entsprechend höher gewählt ist, d.h. mindestens 90 % und vorzugsweise 100 bis 150 % des Reservoirdruckes (pl) beträgt, wobei auch eine Mindestdruckdifferenz von über 150 % von pl zulässig ist. Steuereinrichtung für eine Füllgrad-Verstellpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. jedes druckdifferenzbetätigte drosselnde 2/2-Wegeventil (21, 21a, 21b; 134; 51, 52, 53, 54; 81) mit steigendem Druck (p3) auf der Zuflußseite, der an einer ersten Wirkfläche (24) des 2/2-Wegeventils anliegt, öffnet und in Gegen¬ richtung an einer zweiten Wirkfläche (23) mit dem sich auf der Verdrängerraumseite einstellenden Druck (p4) oder (p5) oder mit dem sich in Rücklauf (6) einstel¬ lenden Druck (pl2) , nahe Tankdruck beaufschlagt ist, und welches weiterhin gegen den Öffnungssinn die Kraftein¬ wirkung einer Feder (22; 125; 53; 82) erfährt, wobei die Öffnungscharakteristik des Ventils in an sich bekannter Weise über die Federvorspannung und die Druckwirkflächen so ausgelegt ist, daß das Ventil erst ab oder oberhalb einer Mindestöffnungsdruckdifferenz Δpömin zwischen der Wirkfläche (24) und der Abflußseite, d.h. dem sich einstellenden Druck (p4 oder p5) öffnet und daß vor jedem 2/2-Wegeventil eine VerStelleinrichtung (27; 150) mit einer Verbindung zum 2/2-Wegeventil angeordnet und entweder als drosselndes Ventil (30) oder als stromre¬ gelndes Ventil ausgebildet ist .Control device according to claim 1, characterized in that, in the case of a liquid reservoir with a pressure (pl) of one bar absolute, the pressure in front of the throttling 2/2 directional control valve actuated by the pressure difference, at which the latter opens, ie the pressure (p3, p3a , p3b), is at least about 0.9 bar absolute and is preferably in the range from 1.0 to 1.5 bar absolute, a higher pressure also being permissible or the pressure mentioned being chosen to be correspondingly higher at a higher reservoir pressure (pl), ie is at least 90% and preferably 100 to 150% of the reservoir pressure (pl), a minimum pressure difference of over 150% of pl also being permissible. Control device for a filling level variable pump according to claim 1, characterized in that the or each pressure difference-operated throttling 2/2-way valve (21, 21a, 21b; 134; 51, 52, 53, 54; 81) with increasing pressure (p3) on the inflow side, which bears against a first active surface (24) of the 2/2-way valve, opens and in the opposite direction on a second active surface (23) with the pressure (p4) or (p5) or with the pressure on the displacement chamber side the pressure (pl2) which is set in the return line (6) is acted upon near the tank pressure, and which continues to experience the force of a spring (22; 125; 53; 82) against the opening direction, the opening characteristic of the valve being shown in FIG is known to be designed via the spring preload and the pressure active surfaces in such a way that the valve only opens from or above a minimum opening pressure difference Δpmin between the active surface (24) and the outflow side, ie the pressure which is established (p4 or p5) et and that before each 2/2-way valve an adjusting device (27; 150) with a connection to the 2/2-way valve and is designed either as a throttling valve (30) or as a flow-regulating valve.
Steuereinrichtung für eine Füllgrad-Verstellpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteileinrichtung eine Druckquelle (8; 34) bekannter Art zur Speisung mit genügend hohem Druck (p2) vorgeschaltet ist, welche die Flüssigkeit aus der Leitung (33) direkt oder über ein hydraulisches System indirekt aus dem Flüssigkeitsreservoir bezieht.Control device for a filling degree variable pump according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the adjusting device is preceded by a pressure source (8; 34) of known type for supplying with a sufficiently high pressure (p2), which supplies the liquid from the line (33) directly or indirectly via a hydraulic system from the liquid reservoir.
Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestöffnungs¬ druckdifferenz ΔD.. zu den Wirkflächen ((23 und 24) = p3-p4) ) , ab der das 2/2-Wegeventil oder die 2/2-Wegeven- tile öffnet bzw. öffnen, sich am WertControl device according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum opening pressure difference Δ D .. to the active surfaces ((23 and 24) = p3-p4)), from which the 2/2-way valve or the 2/2-way valves open or open, the value
ΔPδmin = Pl _ πtax [PGas aus ; PDampf aus^ Δ Pδmin = Pl _ πt ax [P gas off ; P steam from ^
orientiert, wobeioriented, whereby
pcas aus ^er kleinste Gasaustrittsdruck ist, der spezifisch für die zu fördernde Flüssig¬ keit und das mit ihm in Kontakt stehende gasförmige Medium im geschlossen gehalte¬ nen Verdrängerraum bei unmittelbarer Druckabsenkung, erzeugt durch die Expan¬ sionsbewegung des Verdrängers bei maxima¬ ler mittlerer Verdrängergeschwindigkeit des wichtigen Betriebsbereichs, gemessen wird. p c as ^ he is out of the smallest gas outlet pressure specific to the ness to be conveyed liquid-and standing in contact with it gaseous medium in the closed gehalte¬ NEN displacement chamber in the immediate pressure reduction generated by the Expan¬ sion movement of the displacer at maxima¬ ler mean displacement speed of the important operating range is measured.
PD f aus der tiefste Wert des Dampfdruckes derP D f from the lowest value of the vapor pressure
Flüssigkeit für den erwarteten Flüssigkeitstemperaturbereich im Betrieb ist, wobei bei einem Flüssigkeitsgemisch der Druck, bei dem 10% der Masse verdampfen können, gewählt wird.Liquid is in operation for the expected liquid temperature range, the pressure at which 10% of the mass can evaporate being selected in the case of a liquid mixture.
Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Mindestöffnungsdruckdifferenz Δpömιn zu den Wirkflächen ((23 und 24) = (p3-p4)) sich für Pumpen mit den 2/2-Wegeventilen zusätzlich nachgeordneten feder¬ belasteten Rückschlag-Einlaßventilen (28) die Mindest¬ öffnungsdruckdifferenz Δpömin um den Wert der Öffnungs¬ druckdifferenz der Rückschlag-Einlaßventile ΔPÖEV verkleinert wird, d.h.Control device according to claim 5, characterized gekennzeich¬ net that the minimum opening pressure difference Δ pömιn to the effective areas ((23 and 24) = (p3-p4)) for pumps with the 2/2-way valves additionally arranged downstream spring-loaded check valve ( 28) the minimum opening pressure difference Δpömin is reduced by the value of the opening pressure difference of the non-return inlet valves ΔPÖEV , ie
ΔPόmin = P1 " aX tPGaS aus '" PDampf au " ΔP6EV 7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestöffnungsdruckdifferenz Δpδmin, ab der das Ventil öffnet, sich sowohl für Pumpen mit Einlaßschiit zen (35) als auch für Pumpen mit Einlaßventilen zusätz¬ lich um einen Wert Δpötemp erhöht ist, welcher eine zusätzliche Druckdifferenz zur Sicherheit darstellt, um den Einfluß der Temperaturabhängigkeit des Löslichkeits- koeffizienten zu erfassen, welche flüssigkeitsspezifisch und je nach Betriebsbedingungen zu wählen ist. Δ Pόmin = P 1 "aX t P Ga S from '" P Da m pf au P6EV 7. Control device according to one of claims 2, 5 and 6, characterized in that the minimum opening pressure difference Δ pδmin , from which the valve opens, zen both for pumps with inlet valves (35) and for pumps with inlet valves by a value Δ pötemp is increased, which represents an additional pressure difference for safety in order to record the influence of the temperature dependence of the solubility coefficient, which has to be selected specifically for the liquid and depending on the operating conditions.
8. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein druckdif¬ ferenzbetätigtes, drosselndes 2/2-Wegeventil (21, 21a, 21b; 134; 51, 52, 55, 59; 81; 103) vor Gruppen von Ver¬ drängerräumen (15; 129a-d) bzw. Verdrängerraumelementen (16, 16a, 16b) oder vor einzelnen Verdrängerräumen (15; 129a-d) angeordnet ist.8. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one pressure-operated, throttling 2/2-way valve (21, 21a, 21b; 134; 51, 52, 55, 59; 81; 103) in front of groups of displacement spaces (15; 129a-d) or displacement space elements (16, 16a, 16b) or in front of individual displacement spaces (15; 129a-d).
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich¬ net, daß das bzw. jedes 2/2-Wegeventil (21, 21a, 21b; 51, 52, 53, 54; 81; 103) sehr nahe vor den Einla߬ schlitzen (35) oder Einlaßventilen (28) angeordnet ist.9. Control device according to claim 8, characterized gekennzeich¬ net that the or each 2/2-way valve (21, 21a, 21b; 51, 52, 53, 54; 81; 103) very close to the inlet slots (35th ) or inlet valves (28) is arranged.
10. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem der 2/2-Wege¬ ventile (21, 21a, 21b; 134; 81) oder je eine Gruppe der 2/2-Wegeventile (51, 52, 53, 54; 103) oder vor allen diesen Ventilen je ein verstellbares Element (27) mit je einer Verbindung (31, 31a, 31b; 32; 41, 41a, 41b; 101) zu den 2/2-Wegeventilen angeordnet ist, wobei die verstellbaren Elemente die VerStelleinrichtung bilden.10. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that in front of each of the 2/2-way valves (21, 21a, 21b; 134; 81) or a group of the 2/2-way valves (51, 52 , 53, 54; 103) or an adjustable element (27), each with a connection (31, 31a, 31b; 32; 41, 41a, 41b; 101) to the 2/2-way valves, is arranged in front of all these valves, wherein the adjustable elements form the adjusting device.
11. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als drosselndes Ventil ausgebildete VerStelleinrichtung (27) ein elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch verstellbares drosselndes Ventil (30; 150) darstellt.11. Control device according to one of the preceding Claims, characterized in that the adjusting device (27) designed as a throttling valve represents an electrically, mechanically, hydraulically or pneumatically adjustable throttling valve (30; 150).
12. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als stromregelndes Ventil ausgebildete VerStelleinrichtung (27) durch die Kombination eines Drosselventils (30) mit einem Druckdifferenzventil (40) realisiert ist.12. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device designed as a current regulating valve (27) is realized by the combination of a throttle valve (30) with a pressure differential valve (40).
13. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteileinrichtung (27) ein elektrisch betätigbares, pulsbreitenmodulierbares 2/2-Wegeschaltventil (60) ist.13. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device (27) is an electrically actuable, 2/2-way switching valve (60) which can be pulse-width modulated.
14. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß vor jedem der 2/2-Wegeventile (81), oder je eine Gruppe dieser Ventile oder vor allen diesen Venti¬ len je eine Versteileinrichtung (27) mit je einer Verbin¬ dung (41) zu den Ventilen angeordnet ist, wobei die Ver¬ steileinrichtung (27) eine in der Funktion durchflu߬ begrenzend wirkende, z.B. mit Pumpendrehzahl oder einer proportionalen Drehzahl angetriebene, vestellbare Ver¬ drängermaschine (86) ist, oder eine mit einer drehzahl- variablen Elektromaschine (85) betriebene Konstant-Ver¬ drängermaschine (84) ist, welche die Flüssigkeit aus der Leitung (33) direkt oder über das System (7) aus dem Flüssigkeitsreservoir bezieht.14. Control device according to claim 1, characterized gekennzeich¬ net that in front of each of the 2/2-way valves (81), or each a group of these valves or in front of all these valves an adjusting device (27) each with a connection (41) to the valves, the adjusting device (27) having a flow-restricting function, eg adjustable pump (86) driven with pump speed or a proportional speed, or a constant displacement machine (84) operated with a variable-speed electric machine (85), which directly or via the system (7) from the liquid reservoir.
15. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Druck vor jedem der 2/2-Wegeventile (21, 21a, 21b) oder je eine Gruppe dieser Ventile oder vor allen diesen Ventilen durch eine elektrisch, mechanisch oder pneumatisch verstellbare, veränderliche Vordruck- quelle, beispielsweise einer Konstantpumpe (34) in Kom¬ bination mit einem verstellbaren Druckbegrenzungsventil (90) als verstellbares Element steuerbar ist, welche die Flüssigkeit aus der Leitung (33) direkt oder über das System (7) indirekt aus dem Flüssigkeitsreservoir (1) bezieht.15. Control device according to claim 1, characterized gekennzeich¬ net that the pressure in front of each of the 2/2-way valves (21, 21a, 21b) or each group of these valves or in front of all these valves by an electrically, mechanically or pneumatically adjustable, variable form Source, for example a constant pump (34) in combination with an adjustable pressure relief valve (90) can be controlled as an adjustable element, which draws the liquid from the line (33) directly or indirectly via the system (7) from the liquid reservoir (1) .
16. Steuereinrichtung für eine Füllgrad-Verstellpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Verdrän¬ gern (9) oder vor einzelnen Verdrängern (9) , vorzugs¬ weise sehr nahe davor, der Öffnungsquerschnitt ADr des bzw. jedes federbelasteten, drosselnden 2/2-Wegeventils16. Control device for a filling level variable pump according to claim 1, characterized in that in front of the displacers (9) or in front of individual displacers (9), preferably very close to it, the opening cross section ADr of the or each spring-loaded, throttling 2nd / 2-way valve
(103) über einen an einer Wirkfläche (102) des 2/2-Wege¬ ventils anliegenden Druck (plO) aus einer Druckquelle(103) via a pressure (plO) applied to an active surface (102) of the 2/2-way valve from a pressure source
(100) eines zweiten Fluidkreises, der gegebenenfalls auch ein anderes Druckmedium, z.B. Luft, enthält, oder aber mit der gleichen Flüssigkeit wie im Flüssigkeits- reservoir gefüllt ist, steuerbar ist.(100) a second fluid circuit, which may also use a different pressure medium, e.g. Air, contains, or is filled with the same liquid as in the liquid reservoir, is controllable.
17. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drosselnden, federbelasteten 2/2-Wegeventile als Einlaßventile (124; 51, 52, 53, 54) der Pumpe, vorzugsweise als Sitzventile ausgebildet sind.17. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the throttling, spring-loaded 2/2-way valves are designed as inlet valves (124; 51, 52, 53, 54) of the pump, preferably as seat valves.
18. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den drosselnden, federbelasteten 2/2-Wegeventilen (21, 21a, 21b) Dämpfer (70) angreifen.18. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the throttling, spring-loaded 2/2-way valves (21, 21a, 21b) act on damper (70).
19. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer (70) einen Dämpfkolben aufweist, und daß die Druckdifferenz Δpδmin um den halben bis ganzen Betrag der maximal zwischen den Dämpferkammern (71) und (72) im Betrieb auftretenden Druckdifferenz erhöht wird. 20. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren, drosselnden Ventile (30, 30a, 30b; 60; 150) jeweils in Gruppen oder in ihrer Gesamtheit mechanisch miteinander gekoppelt sind oder in einem Stellglied mit nur einem manuellen, mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Antrieb derart zusammengefaßt sind, daß sie synchron miteinander betätigt werden.19. Pump according to claim 17, characterized in that the damper (70) has a damping piston, and that the pressure difference Δ pδmin is increased by half to the full amount of the maximum pressure difference occurring between the damper chambers (71) and (72) during operation . 20. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustable, throttling valves (30, 30a, 30b; 60; 150) are each mechanically coupled to one another in groups or in their entirety or in an actuator with only one manual, mechanical , electric or pneumatic drive are summarized such that they are operated synchronously with each other.
21. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federbelasteten, drosselnden 2/2-Wegeventile (21, 21a, 21b; 124; 51, 52, 53, 54; 81; 103) eine steile Öffnungscharakteristik besitzen, was durch eine weiche Feder (22; 52; 82; 104) oder eine große druckbeaufschlagte Ventilfläche oder eine Kombination aus beiden erreicht wird, und daß der Speisedruck (p2) genügend hoch ist, so daß auch für maximalen Pumpenvolumenstrom, d.h. große Ventilöffnung, die Druckdifferenz über die Versteileinrichtung nicht wesentlich verkleinert wird.21. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the spring-loaded, throttling 2/2-way valves (21, 21a, 21b; 124; 51, 52, 53, 54; 81; 103) have a steep opening characteristic, which by a soft spring (22; 52; 82; 104) or a large pressurized valve surface or a combination of both is achieved, and that the feed pressure (p2) is sufficiently high so that even for maximum pump volume flow, ie Large valve opening, the pressure difference over the adjusting device is not significantly reduced.
22. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselquerschnittsflächen der verstellbaren Drosseln (30; 155a-d) über dem Stellweg eine etwa lineare Funk¬ tion darstellen, d.h. Schlitze darstellen.22. Pump according to claim 3, characterized in that the throttle cross-sectional areas of the adjustable throttles (30; 155a-d) represent an approximately linear function over the travel range, i.e. Represent slots.
23. Pumpe nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Zusam¬ menfassung der verstellbaren Drosseln zu einem Stell¬ glied in Form eines Hohlschieberventils, beispielsweise nach Patentschrift DE 37 14 691 C2 (150) , in welchem ein hohler, drehbarer oder axial verschieblicher Schieber¬ körper in einem mit mehreren Kammern versehenen Gehäuse (138) angeordnet ist, wobei pro Kammer paarweise und gegenüberliegende Durchbrüche (155a-d; 130a, 130b; 130c, 13Od) in Körper (150) und Gehäuse (138) vorhanden sind, vorzugsweise derart, daß sie synchron miteinander auf- oder zugesteuert werden.23. Pump according to claim 20, characterized by the combination of the adjustable throttles to form an actuator in the form of a hollow slide valve, for example according to patent specification DE 37 14 691 C2 (150), in which a hollow, rotatable or axially displaceable slide body is arranged in a housing (138) provided with a plurality of chambers, wherein there are pairs and opposing openings (155a-d; 130a, 130b; 130c, 13Od) in the body (150) and housing (138), preferably such that they are opened or closed synchronously with one another.
24. Pumpe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Durchbrüche (155a-d; 130a, 130b; 130c, 13Od) in Körper und/oder Gehäuse (138) mittels Drahterosion hergestellt sind, wobei ein Einfädelloch vorgesehen ist, welches im Pumpenbetrieb entweder gar nicht oder nur zur Bereitstellung einer besonders großen Fördermenge, vor allem bei sehr hohen Drehzahlen, aufgesteuert wird.24. Pump according to claim 23, characterized in that the opposite openings (155a-d; 130a, 130b; 130c, 13Od) are made in the body and / or housing (138) by means of wire erosion, wherein a threading hole is provided, which is in pump operation either not at all or only to provide a particularly large delivery rate, especially at very high speeds.
25. Steuereinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhr zu der Füllgrad- Verstellpumpe über den, die Verdrängerkolben (9) betätigende Exzenternocke (11) enthaltenden Innenraum25. Control device according to claim 1, characterized gekenn¬ characterized in that the liquid supply to the filling degree variable pump via the, the displacement piston (9) actuating eccentric cam (11) containing the interior
(202) der Pumpe erfolgt, welche über entsprechende Bohrungen im Pumpengehäuse und Einlaßschlitzen (35) mit den Verdrängerräumen kommuniziert, wobei die drosselnde druckdifferenzbetätigte 2/2 Wegeventile (51) entweder im Pumpengehäuse vor den Einlaßschlitzen (35) oder in den jeweiligen Verdrängerkolben (9) angeordnet sind.(202) of the pump, which communicates with the displacement chambers via corresponding bores in the pump housing and inlet slots (35), the throttling 2/2 directional control valves (51) operated either in the pump housing in front of the inlet slots (35) or in the respective displacement pistons (9 ) are arranged.
26. Steuereinrichtung nach dem Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteileinrichtung eine den Verdrängerkolben gemeinsamen VerStelleinrichtung ist, welche in einer Leitung (33, 31) zwischen dem Flüssigkeitsreservoir und dem Innenraum in (202) des Pumpengehäuses angeordnet ist.26. Control device according to claim 25, characterized in that the adjusting device is an adjusting device common to the displacer, which is arranged in a line (33, 31) between the liquid reservoir and the interior in (202) of the pump housing.
27. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Füllgradverstellpumpe mit mehreren Zylindern und Einlaßschlitzen (35) , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Einlaßschlitze (35) und den mit diesen zusammenarbeitenden Verdrängerkolben (9) so ausgelegt sind, daß die Öffnungsphase der Einlaßschlitze etwa 360° geteilt durch die Anzahl der Verdrängerkolben vorzugs¬ weise geringfügig weniger beträgt, wodurch die Steuerung mit lediglich einem Verstellelement bewerkstelligt ist. 27. Control device according to one of the preceding claims for a filling level variable pump with a plurality of cylinders and inlet slots (35), characterized gekenn¬ characterized in that the inlet slots (35) and the cooperating with them displacement piston (9) designed so are that the opening phase of the inlet slots is approximately 360 ° divided by the number of displacement pistons, preferably slightly less, whereby the control is accomplished with only one adjusting element.
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