机动车制动系统的液压设备的泵元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于输送制动液的车辆制动系统的液压设备的泵元件(10)，所述泵元件具有可往复移动地支承在缸(12)中的活塞(20)，所述活塞(20)具有第一和第二作用面(26、28)，其中，所述第一作用面(26)在活塞(20)移入时使制动液从所述缸(12)中输送出来，并且所述第二作用面在活塞(20)移出时使制动液从所述缸(12)中输送出来。
【专利说明】 机动车制动系统的液压设备的泵元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车辆制动系统的液压设备的泵元件，其用于输送制动液并且具有可在缸中往复移动地支承的活塞。
【背景技术】
[0002]在此所述类型的泵元件也被称为车辆制动系统-活塞泵并且具有可往复运动的活塞，其通常借助于偏心轮驱动。这种泵元件(例如其应用在带有电子稳定程序(ESP)的系统中)根据原理具有每时间单位在时间上强烈变化的流体、特别是制动液的输送体积。该输送体积在时间上非常不均匀的曲线存在于泵元件的吸入侧处、但是尤其地也存在于泵元件的压力侧处并且在此同样导致压力脉冲。该压力脉冲一方面引起干扰的噪声，其被称为噪声、振动、声振粗糙度(Noise Vibration Harshness, NVH)。另一方面,与压力脉冲相关联的压力峰值是构件损坏的原因。
【发明内容】
[0003]根据本发明，提供一种带有可往复移动地支承在缸中的活塞的、用于输送制动液的车辆制动系统的液压设备的泵元件，在其中，活塞具有第一和第二作用面，其中，第一作用面在活塞移入时使制动液从缸中输送出来，并且第二作用面在活塞移出时使制动液从缸中输送出来。
[0004]通过两个根据本发明设置的作用面，分别与活塞是否移入缸中或从缸中移出无关地始终实现从缸中输送出制动液的作用。由此，制动液在两种活塞运动期间从缸中流出，由此，实现了与已知的泵元件相比更均匀的流体体积流。
[0005]与此相比，在已知的泵元件中，通过在活塞从缸中移出或驶出期间仅仅吸入流体使得流体的体积曲线更加不均匀。即，在泵元件的特别是包括从属的偏心轮的180°的旋转角度的这种吸入阶段期间，不由泵元件的活塞输送出体积。通过随后的引起活塞驶入或移入缸中的另一偏心轮半圈旋转，才排出流体。在该排出阶段中，流体的体积流非常接近地匹配正弦形状的曲线。由此，得到了如在图3中示出的在旋转角度Phi上的压力侧体积流Q的曲线，其中，在X轴70上示出了旋转角度Ji并且在Y轴72上示出了每时间单位上的体积流Q。曲线示出了，在引起活塞驶出并且由此引起流体吸入的所示出的偏心轮的第一半圈旋转期间没有流体流出并且在引起活塞驶入的偏心轮的第二半圈旋转时流体流出。相应地，每时间单位上在偏心轮的整个旋转运动上的体积流变化非常剧烈并且由此是不均匀且脉动的。
[0006]用于评估该时间上不均匀的脉动的体积流的度量是不均匀度δ = (Qmax-Qmin) /Qmittel)，其中，Qmax表不每时间单位的最大体积流，Qmin表不每时间单位的最小体积流，并且Qmittel表示在时间上体积流的平均值。对于带有唯一的泵元件的已知的活塞泵(在图3中示出了其输送曲线)，不均匀度δ = π。该关系适用于理想化的情况，也就是说，在不考虑流体的可压缩性或体积效率时。[0007]为了减小当在泵吸入侧上吸入时的不均匀度，在已知的液压设备中应用所谓的多级活塞泵，例如在ESP系统中。此外，已知附加的平衡活塞，其作为独立的构件同样被偏心轮驱动并且典型地以相对于活塞泵的运动方向错位180°的方式布置。通过应用该附加的平衡活塞泵，显著减小了在泵压力侧上的液压不均匀度。然而，消耗了附加的结构空间和附加的材料。
[0008]与此相反地，泵元件的根据本发明的设计方案实现了基本上在没有附加的结构空间和材料消耗的情况下更均匀的体积流。
[0009]特别优选地提供一种泵元件，在其中第一和第二作用面设计成不同的大小。如此设计对于第一作用面的运动有利地需要与用于第二作用面的运动的力不同的力。优选地，第二作用面设计成小于第一作用面，从而对于第二作用面的运动需要比用于第一作用面的运动更小的力。此外，第一作用面有利地与偏心轮传力地相联结，而第二作用面与活塞的回位弹簧传力地相联结。如此联结使得第一作用面在引起活塞移入的偏心轮的半圈旋转时一方面以压缩的方式作用到一定体积的流体、确切地说流体体积上并且另一方面以变形的方式作用到活塞的回位弹簧上。在此，以下的流体体积V1被压缩:Vl =A1Xh1，其中，A1表示第一作用面的面积并且Ii1表示第一作用面经过的距离的长度。现在，通过活塞的回位弹簧的变形产生的回位力在活塞移出时与第一作用面的运动方向相反地压第二作用面。第二作用面由此在相同的经过的距离时压缩较小的流体体积V2，其中，V2 = A2Xh2，并且A2是第二作用面的面积并且h2表示由第二作用面经过的距离的长度。
[0010]优选地提供了一种泵元件，在其中设有在第一缸腔中作用的第一作用面和在第二缸腔中作用的第二作用面以及第一管路，在活塞移入时制动液可通过该第一管路从第一缸腔中流出到第二缸腔中。由此，实现了流体、特别是制动液从第一缸腔到第二缸腔中的输送。
[0011]在此有利地，第二缸腔小于第一缸腔。此外，第一与第二缸腔的大小比例优选地尽可能等于第一与第二作用面的大小比例。特别优选地，该大小比例为2: I。
[0012]如此设计，使得第一作用面在活塞移入时通过偏心轮的力以压缩的方式作用到位于第一缸腔中的流体上。被压缩的流体被流体的自身的膨胀挤压和偏心轮的力驱动而通过第一管路流入第二缸腔中。第二缸腔较小、尤其地为第一缸腔的一半大，从而在该处仅可容纳从第一缸腔中流入的流体的一部分。从第一缸腔中流出的流体的剩余部分被从泵元件中输送出。以这种方式，有利地使得在流体第二缸腔中的建立压力的同时可以将流体、特别是制动液从第一缸腔中输送到第二缸腔中。
[0013]此外，在第一管路中优选地布置有第一止回阀，利用该止回阀防止制动液从第二缸腔中回流到第一缸腔中。由此，制动液可以有利地仅仅沿一个方向流动，从而保证了在没有回流损失的情况下从第一到第二缸腔中的输送或泵送。这具有的优点是，仅仅一个使制动液通过其流入泵元件中的输入部就足够了。
[0014]优选地，在根据本发明的泵元件中，第一管路被引导穿过活塞。如此设计，使得泵元件以带有短的流动路径的非常紧凑的结构形式实现。通过短的流动路径减小了流体在第一管路的内壁处的摩擦，由此降低了通过摩擦引起的流体和与其邻接的构件的发热以及与此相关的动能损失。另一优点是，与其第一管路在缸之外或者沿着缸引导的泵元件相比，通过更小的材料消耗可非常成本适宜地制造根据本发明的泵元件。[0015]优选地，提供一种泵元件，在其中设置仅仅一个用于将制动流体引导到活塞的吸入管路。有利地，通过仅仅一个吸入管路实现了泵元件的非常紧凑的、节省材料及空间的结构形式。优选地，该吸入管路联接在第一缸腔上，从而当活塞从缸移出或移入时，制动液通过吸入管路流入第一缸腔中，直至该第一缸腔被填满。
[0016]特别优选地，在根据本发明的泵元件中设置仅仅一个用于从活塞输出制动液的压力管路，其联接在第二缸腔上。通过仅仅一个压力管路有利地进一步减小了用于泵元件的材料和结构空间消耗并且实现了更加紧凑的结构形式。此外，通过该压力管路实现了从泵元件中的输出部，制动液通过该输出部从第二缸腔中被排挤到用于做功的液压系统中。
[0017]根据本发明，不仅在活塞的移入而且在其移出时进行制动液从第二缸腔中被挤压出的过程。在活塞从缸中移出时、也就是说驶出时，一方面通过吸入管路将制动液吸入第一缸腔中，直至填满第一缸腔。另一方面位于第二缸腔中的制动液同时借助于第二作用面从第二缸腔中被压入压力管路中。这意味着，与已知的泵元件不同地，在活塞移出时不仅将制动液吸入缸中，而且也将其从缸中压出。
[0018]在紧接着的活塞移入、也就是说驶入缸中时，制动液通过第一管路从第一缸腔中被排挤到第二缸腔中，直至填满第二缸腔。然而根据本发明，第二缸腔小于第一缸腔，从而多余的流体体积通过压力管路流出。特别是，第二缸腔仅仅为第一缸腔的大小的一半，从而特别是流体体积的一半通过压力管路流出。当活塞运动重复时，也就是说在紧接着的活塞移出时，通过吸入管路再次利用制动液填满第一缸腔。同时，在该移出时通过活塞与在第二缸腔中的第二作用面的联结，还存在于此处的制动液借助于第二作用面通过压力管路被挤出。所述还存在于此处的制动液在此特别是在之前的移出期间被吸入并且在随后进行的之前的移入期间被暂储在第二缸腔中的流体体积的第二半部分。
[0019]由此，根据本发明实现了从泵元件中的制动液输送或体积输送，其在活塞的两个运动方向上进行。特别优选地，借助于使第二作用面相对于第一作用面减半，实现了流体的特别均匀的体积流，因为在活塞的移出期间和移入期间分别输送一半的流体体积并且由此分别将同样大小的流体体积从泵元件中输送出来。
[0020]此外优选地设有吸入腔，当活塞移入时将制动液吸入该吸入腔中。为了输入制动液，吸入管路为此优选地引导到该吸入腔中。有利地，该吸入腔小于第一缸腔并且特别有利地设计成第一缸腔的一半。当活塞移入或驶入时，制动液通过吸入管路流入该吸入腔中，从而实现了用于紧接着的活塞的移出或驶出的制动液提前吸入。
[0021]此外，设有第二管路，当活塞移出时，制动液通过该第二管路从吸入腔流向第一作用面。由此，制动液从吸入腔流入第一缸腔中，该第一缸腔优选地大于吸入腔、特别优选地为吸入腔的两倍。也就是说，附加地还需要制动液以用于填充第一缸腔并且平衡由此产生的吸力。为此所需的流体体积在此通过在第一缸腔中形成的吸力通过吸入管路被输送到吸入腔中并且从该处通过第二管路被输送到第一缸腔中。这在活塞的移出期间也发生。
[0022]特别优选地，第二管路被引导穿过活塞，这节省了空间和材料，并且特别是在第二管路中布置第二止回阀。有利地，利用该第二止回阀特别是在活塞的移入期间防止了制动液从第一缸腔中回流到吸入腔中。当活塞移入时，在止回阀关闭时再次在吸入腔中产生吸力，其重新将制动液通过吸入管路吸入吸入腔中。这意味着，通过根据本发明的带有吸入腔的泵元件的设计方案实现了制动液吸入或体积吸入，其在活塞的两个运动方向上进行。特别优选地，借助于使吸入腔的体积相对于第一缸腔的体积减半，实现了流体的特别均匀的流体体积，因为在活塞移出期间和移入期间分别吸入了一半的流体体积并且由此分别将相同大小的流体体积吸入泵元件中。
[0023]总地来说，实现了紧凑的且可成本适宜地制造的泵元件，其不仅实现了均匀的体积输送而且实现了在活塞的双向运动期间制动液的均匀的体积吸入。由此，不仅在泵压力侧上而且在泵吸入侧上显著降低了液压不均匀度I特别是将其减小了一半，从而δ =η /2。有利地，由此减小了不期望的噪声，例如所谓的噪声、振动、声振粗糙度(NVH)。此外，通过避免了外部的压力峰值特别有利地延长了构件的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]以下根据示意性的附图详细解释根据本发明的解决方案的实施例。其中:
[0025]图1示出了根据本发明的泵元件的示意性地示出的实施例的纵截面；
[0026]图2示出了该实施例的压力侧的体积流的曲线图；以及
[0027]图3示出了根据现有技术的泵元件的压力侧的体积流的曲线图。
【具体实施方式】
[0028]在图1中示出了用于输送制动液的车辆制动系统的未进一步详细示出的液压设备的泵元件10。该泵元件10包括带有第一缸腔14、第二缸腔16和吸入腔18的缸12。
[0029]此外，栗兀件10包括可彳主复移动地支承在缸12中的活塞20。为了移动，活塞20分别在其一个端侧处与偏心轮22联结并且在相对的端侧处与回位弹簧24以传递压力的方式联结。此外，活塞20具有在第一缸腔14中的第一作用面26和在第二缸腔16中的第二作用面28。
[0030]第二缸腔16通过第一管路30与第一缸腔14相连接，该管路30在此引导穿过活塞20并且具有从属的止回阀32。此外，在第二缸腔16处设有用于将活塞20的制动液从缸12中导出的压力管路34。为了将制动液输送到缸12中设有安装在吸入腔18处的吸入管路36。活塞12的第三作用面38在吸入腔18中作用。吸入腔18通过第二管路40与第一缸腔14相连接，该第一缸腔14在此引导穿过活塞20并且具有从属的止回阀42。
[0031]通过不仅第一管路30而且第二管路40被引导穿过活塞20，实现了泵元件10的非常紧凑的结构形式。
[0032]在此，活塞20由活塞杆或在其一个端侧处具有盘46的活塞缸44形成，该盘46特别是与活塞缸44构造成一体。活塞缸44具有比盘46更小的直径。该盘46自身具有端侧，其作为圆形面形成活塞20的第一作用面26。与第一作用面26相对地，形成环形面并且表示活塞20的第三作用面38的盘46的后侧位于活塞缸44处。此外，活塞20包括盘形环48，其优选地近似在其纵向延伸的中心流体密封地包围活塞缸44并且特别优选地与活塞缸44一体地形成。该盘形环48具有两个相对的平的且同样大的环形面。在活塞20处与第一作用面26相对的盘形环48的环形面用作第二作用面28。作用面26、28和38具有相同的直径并且由此盘46和盘形环48也具有相同的直径。尽管直径相同，作用面26、28和38不具有相同的面积。第一作用面26是圆形面并且因此具有比分别设计成带有相同外直径的环形面的第二作用面28和第三作用面38更大的面积。在此，第二作用面28和第三作用面38优选地同样大并且特别优选地分别为第一作用面26的一半大。
[0033]在此，缸12包括直的圆形缸的第一缸区段50，其带有端面52和相对的具有内环56的环形面54。此外，设置作为空心缸的直的圆形缸的第二缸区段58，其被分别带有一个内环64和66的两个相对的环形面60和62限制。内环56、64和66具有相同的直径。以相对于环形面62成直角的方式，第三缸区段68在其一个端部处邻接地以形状配合的方式联结到内环66处，该第三缸区段68利用其另一端部形状配合地以相对于环形面54成直角的方式联结到内环56处。该第三缸区段68的直径在此具有与内环56和66相同的直径。如此设计，使得第三缸区段68将第一缸区段50和第二缸区段58连接。第二缸区段58和第一缸区段50具有相同的内直径，其基本上等于盘46和盘形环48的直径。与此相反地，第三缸区段68的内直径小于或基本上等于活塞缸44的直径。特别优选地，缸区段50、58和68设计成一件。
[0034]活塞20整体沿着其纵轴线始终以可流体密封地往复移动的方式支承在缸12中。所实现的支承使得活塞20的区段与盘46 —起位于第一缸区段50中，并且活塞20的区段与盘形环48 —起位于第二缸区段58中。位于盘46和盘形环48之间的活塞缸44的区段位于第三缸区段68中。接在盘形环48上的是活塞缸44的一个区段，其被弓I导穿过环形面60的内环64并且利用其端部传力地联结在偏心轮22处。
[0035]在第一运动阶段中，当活塞20移入时，该活塞20通过偏心轮22的半圈旋转运动到缸12中。在此，产生吸力，该吸力使得制动液从未详细示出的容器中通过吸入管路36流入吸入腔18中，直至吸入腔18被制动液填满。在此，在使吸入腔18与第一缸腔14相连接的第二管路40中的止回阀42被关闭。同时，在活塞20移入时借助于第一作用面26压紧且张紧支承在第一缸腔14中的回位弹簧24。由此产生的回位弹簧24的回位力与偏心轮22的第二半圈旋转相结合再次将活塞20部分地从缸12中压出。活塞20的该驶出或移出形成第二运动阶段，在其中，制动液在止回阀42打开时从吸入腔18通过第二管路40流入第一缸腔14中。在此，第一缸腔14具有比吸入腔18更大的体积，在此特别优选地具有吸入腔18的体积两倍大的体积。由此，在第一运动阶段中被吸入的制动液在第二运动阶段期间完全流入第一缸腔14中。通过在此产生的吸力同时将缺少的制动液体积通过吸入管路36再次吸入吸入腔18中。以这种方式，在两个运动阶段中，也就是说不仅在活塞20移入而且在其移出时实现制动液的吸入。重复这两个运动阶段。特别优选地，在此在单个的运动阶段中分别吸入相同体积的制动液，由此有利地实现均匀的体积吸入。
[0036]在活塞运动时，接着所描述的第二运动阶段再次进行第一运动阶段，也就是说，活塞20通过偏心轮22重新旋转半圈再次运动到缸12中。在该移入时，如已经描述的那样吸入制动液。此外，位于第一缸腔14中的制动液借助于第一作用面26被压缩并且通过第一管路30在止回阀32打开时被挤入第二缸腔16中。第二缸腔16具有比第一缸腔14更小的体积，特别优选地具有其体积的一半。由此，从第一缸腔14中被挤出的制动液可仅仅部分地、优选为一半被第二缸腔16容纳。多出的制动液通过压力管路34从泵元件10中被压出并且由此被输送出。
[0037]在再次接着的第二运动阶段、确切地说在移出时，活塞20再次从缸12中运动出来。在该移出时，制动液如以上描述的那样被吸入。此外，第二作用面28在止回阀32关闭时将存在于第二缸腔16中的制动液通过压力管路34从第二缸腔16中压出。优选地，由此被输送出来的制动液体积为在移入中从第一缸腔14中被挤出的制动液体积的第二半部分。
[0038]除了所描述的吸入，在两个运动阶段期间，也就是说不仅在活塞20移入而且在其移出时也都实现输送出制动液。有利地，在活塞20的两个运动方向期间的输出实现了制动液的均匀的体积输送。特别优选地，在此在每个运动阶段中分别输送出相同体积的制动液，由此实现了特别均匀的体积输送。
[0039]在图2的曲线图中示出了根据本发明的泵元件10的在此特别均匀的体积输送。与此相比，图3的曲线图示出了在已知的泵元件中的不均匀的体积输送。
[0040]在此，在Y轴上示出了每时间单位被输送出的制动液体积，所谓的压力侧的体积流70。该压力侧的体积流70与描述了偏心轮22的运动并进而描述了活塞20的运动的旋转角度72相关。该旋转角度72因此在X轴上示出。
[0041]在已知的泵元件(图3)中，在活塞从缸中驶出期间仅仅吸入制动液。在包括从属的偏心轮的180°或π的旋转角度72的吸入阶段、确切地说活塞的第一运动阶段期间，不由活塞输送出制动液体积。即，压力侧的体积流70等于零。在通过随后继续进行包括为180°或π的另一旋转角度72并且使得活塞移入缸中的另一偏心轮半圈旋转时，输送出流体。在活塞的该输送阶段或第二运动阶段中，压力侧的体积流70非常接近地匹配正弦曲线。在图3中的曲线图示出，每时间单位的压力侧的体积流70在偏心轮的完整旋转运动上非常强地变化并且由此是不均匀的且脉动的。
[0042]用于评估该时间上的不均匀的脉动的体积流的度量是不均匀度δ = (Qmax-Qmin) /Qmittel)，其中，Qmax表不每时间单位的最大体积流74, Qmin表不每时间单位的最小体积流76，Qmittel并且表示在时间上体积流的平均值。对于带有唯一的泵元件的已知的活塞泵(在图3中示出了其输送曲线)，不均匀度δ = π。该关系适用于理想化的情况，也就是说，在不考虑流体的可压缩性或体积效率时。
[0043]在根据本发明的泵元件10的所描述的实施例中，与此相反地实现在图2中示出的压力侧体积流70的体积曲线。不仅在活塞20驶出而且在其驶入时以及在与此相关的在180°或π的旋转角度72上的相应的偏心轮半圈旋转时都输送出制动液。特别优选地，在此在活塞20的两个运动阶段中输送出相同体积的制动液。由此，在该实施例中，在理想化的情况的前提下，不均匀度S为/2并且与在图3中示出的已知的泵元件相比减小一半。
[0044]相应的体积比例也适用于制动液的吸入。
【权利要求】
1.一种用于输送制动液的车辆制动系统的液压设备的泵元件(10)，该泵元件具有能往复移动地支承在缸(12)中的活塞(20)， 其中，所述活塞(20)具有第一作用面(26)和第二作用面(28)，其中，所述第一作用面(26)在所述活塞(20)移入时使制动液从所述缸(12)中输送出来，并且所述第二作用面在活塞(20)移出时使制动液从所述缸(12)中输送出来。
2.根据权利要求1所述的泵元件(10)，其中，所述第一作用面(26)和第二作用面(28)的大小不同。
3.根据权利要求1或2所述的泵元件(10)，其中，所述第一作用面(26)布置成在第一缸腔(14)中作用并且所述第二作用面(28)布置成在第二缸腔(16)中作用，并且设有第一管路(30)，在所述活塞(20)移入时制动液能够通过所述第一管路从所述第一缸腔(14)中流出到所述第二缸腔(16)中。
4.根据权利要求3所述的泵元件(10)，其中，在所述第一管路(30)中布置有第一止回阀(32)。
5.根据权利要求3或4所述的泵元件(10)，其中，所述第一管路(30)被引导穿过所述活塞(20)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的泵元件(10)，其中，设置仅仅一个用于从将制动液引导到所述活塞(20)的吸入管路(36)。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的泵元件(10)，其中，设置仅仅一个用于从所述活塞(20)输出制动液的压力管路(34)，该压力管路联接在所述第二缸腔(16)上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的泵元件(10)，其中，设有吸入腔(18)，当所述活塞(20)移入时将制动液吸入所述吸入腔(18)中。
9.根据权利要求8所述的泵元件(10)，其中，设有第二管路(40)，当所述活塞(20)移出时，制动液通过所述第二管路从所述吸入腔(18)流向第一作用面(26)。
10.根据权利要求9所述的泵元件(10)，其中，所述第二管路(40)被引导穿过所述活塞(20)，并且特别是在所述第二管路(40)中布置第二止回阀(42)。
【文档编号】F04B5/02GK103946081SQ201280055778
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月2日 优先权日:2011年11月15日
【发明者】I·布亨奥 申请人:罗伯特·博世有限公司