CN101240724A - 调压可变排量叶片泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种调压可变排量叶片泵，其包括用于控制泵排量的排量控制。该控制包括凸轮环，该凸轮环在外壳中通过枢轴而枢转地连接到该外壳的壁上。该凸轮环在内部被滑片接合。控制室被该凸轮环和该外壳壁限定。控制孔提供了控制油从加压源到该控制室的连通。通风室整体上与该控制室相对且被该凸轮环与该外壳壁限定。排空室被该凸轮环和该外壳壁限定且大体上设置于该控制室与该通风室之间。排空孔提供了该控制室与该排空室之间的连通。通风孔提供了该通风室与该排空室之间的连通。

Description

调压可变排量叶片泵

技术领域

本发明涉及发动机润滑系统，且更特定而言涉及用于向内燃机供应发动机油的可变排量泵(variable displacement pump)。

背景技术

在与内燃机相关的领域中已知的是，现代车用发动机设计利用发动机油压力来允许各种形式的可变发动机气门促动装置(包括凸轮移相器和停缸装置)操作。这种可变气门促动装置具有严格的压力要求。举例说来，凸轮移相器需要特定的最小压力用于正常的功能，而过量的压力条件可造成停缸系统故障。由于这些装置的严格压力要求，对于发动机的润滑系统而言，这些装置的使用造成非常窄的操作压力范围。

在之前，在美国专利第6,763,797号中，我们公开了一种可变排量泵，其中泵出口压力被用于使凸轮环的位置偏置(滑动)，从而改变泵的偏心率且因此改变泵排量。通过相对于泵出口压力改变泵排量，可基于发动机流量要求来控制泵出口压力。通过校准反作用弹簧来确定泵的调压特征，该反作用弹簧平衡作用于凸轮环上的液力。仍需要进一步优化用于发动机润滑系统的可变排量泵的调压特征。

发明内容

本发明提供了一种可变排量叶片泵，它利用来自发动机的压力源(例如，泵的出口压力或来自发动机的反馈压力)来调节泵的排量。可变排量叶片泵可用于内燃机且包括控制室、排空室(dump chamber)和通风室(vent chamber)，它们协作以取决于发动机的操作条件来改变泵的排量。这些操作条件包括正常发动机操作、高发动机转速操作和冷发动机操作。通过选择性地改变它的排量，该泵确保了发动机润滑系统的油压维持在发动机部件正常运行所必需的较窄的操作压力范围内。

在示范性实施例中，根据本发明的可变排量叶片油泵包括增压室(pumping chamber)，该增压室被转子所携带的滑片限定，转子可在外壳中旋转，用于从入口泵送发动机油到加压出口。叶片泵还具有排量控制用于控制增压泵的排量。排量控制包括凸轮环，该凸轮环在外壳中通过枢轴而枢转地连接到外壳壁上。凸轮环在内部被叶片接合。控制室在整体上被凸轮环与外壳壁限定。控制孔提供控制油从加压出口到控制室的连通。在控制室中的控制油在凸轮环上施加力。弹性构件使凸轮环与在控制室中的控制油所施加的力的方向相反的方向上偏压。

通风室被设置成大体上与控制室相对且被凸轮环和外壳壁限定。通风室大约处于大气压。排空室被凸轮环和外壳壁限定且大体上设置于控制室与通风室之间。排空孔提供了控制室与排空室之间的流体连通。在排空室中的控制油能够在凸轮环上施加力以便与控制室中的控制油的力相结合地对抗弹性构件的偏压力。通风孔提供通风室与排空室之间的流体连通以便使排空室通风。

凸轮环可在外壳中枢转到排空孔和通风孔打开或关闭的位置。在凸轮环的一个位置，排空孔和通风孔是打开的。在凸轮环的另一个位置，排空孔是打开的而通风孔是关闭的。在凸轮环的另一个位置，排空孔是关闭的而通风孔是打开的。另外，凸轮环的枢转运动可能改变控制孔、排空孔、通风孔或这三个孔的任何组合的大小和因此从加压出口通过流量孔到控制室的控制油的流量。

结合附图一起理解，通过下文本发明的特定具体实施例的描述，将更全面地理解本发明的这些和其它的特征与优势。

附图说明

图1是根据本发明的可变排量叶片泵的示意图；

图2是本发明的可变排量叶片泵的平面图，其中外壳盖子被移除以显示在凸轮环的低排量位置的泵的内部元件；

图3是图2的泵的一部分的放大图，其说明了泵的排空孔处于关闭位置，泵的通风孔处于打开位置且凸轮环处于高排量位置；

图4为类似于图3的视图，但说明了排空孔和通风孔处于打开位置且凸轮环处于中排量位置；

图5为类似于图3的视图，但说明了排空孔处于打开位置，通风孔处于关闭位置且凸轮环处于如图2的低排量位置；

图6是沿图3的线6-6所截取的截面图；

图7是沿图4的线7-7所截取的截面图；以及

图8是沿图2的线8-8所截取的截面图。

具体实施方式

现详细参看附图，标号10在整体上表示根据本发明的可变排量叶片泵，该可变排量叶片泵用于内燃机的润滑系统。如在下文中更全面地介绍，该可变排量叶片泵10在各种发动机操作条件期间提供泵出口流动压力在较窄的压力范围内改进的调节。

如图1与图2所示，用于内燃机的可变排量叶片泵10包括外壳12，外壳12具有外围壁14与盖子15(在图1中示意示出)。外壳12的外部可能通过紧固件(诸如，安装螺栓)安装到发动机机体上。具有多个滑片18的转子16可在外壳12中固定轴线20上旋转。转子16可能由发动机的横轴线六角轴传动或由发动机提供动力的其它适当驱动机构来驱动。滑片18在内部接合凸轮环22以在凸轮环22内限定增压室24。

凸轮环22通过枢轴26而枢转地连接到外壳壁14上且可进行枢转以改变增压室24的排量。泵的排量与凸轮环22相对于转子16的轴线20的偏心率成比例。当泵闲置时，凸轮环22被推进到相对于转子16最大偏心率的位置。当泵在凸轮环22处于这个位置的情况下操作时，泵的排量处于它的最大值。随着凸轮环22枢转远离最大偏心率位置，泵的排量减小且泵的输出流量整体上降低。当凸轮环22的中心被枢转到它与转子16的轴线20对准的位置时，凸轮环22处于0％偏心率(即，距它的最大偏心率100％)且泵10在零排量操作。

油入口28形成于外壳12的进口侧上且加压油出口30形成于外壳的相对出口侧上。入口28和出口30优选地在转子16的相对的底侧与顶侧上与增压室24连通以防止在增压室24中夹带气体。偏心率转子16在某种偏心率程度的旋转造成增压室24扩张。这种腔室体积变化也使增压室减压，这使得油通过入口28被吸入到增压室24内且然后随着腔室缩小而通过出口30从增压室24中挤出。

控制室32在内部被外壳壁14、凸轮环22和第一密封件34限定，第一密封件34设置于外壳壁14与凸轮环22之间。控制孔36设置于控制室32与加压油出口30之间用于将来自出口30的发动机润滑油(即，控制油)连通到控制室32上。或者，来自发动机中其它地方的油信号压力可能被反馈到控制孔36。在任何情况下，在控制室32中的控制油压随着发动机的油润滑系统的油压而改变。在控制室32中的控制油压在凸轮环22上施加能够造成凸轮环绕枢轴26枢转的力。凸轮环22的枢转运动可能改变控制孔36的大小，从而改变从加压出口通过流量孔到控制室的控制油的流量。改变控制孔36的大小因此也改变泵系统的反应。

还参看图3至图5，排空室38被设置成与控制室32相邻且被外壳壁14、凸轮环22、第一密封件34与第二密封件40限定。排空孔42提供控制油在控制室32与排空室38之间的连通且被在凸轮环22中的第一凹槽44与在外壳盖子中的第一凹槽46的交叉点限定。在排空室38中的控制油能够在凸轮环22上施加力，该力与控制室32中的控制油所施加的力相结合地作用以使凸轮环22绕枢轴26枢转。

通风室48被设置成与排空室38相邻且被外壳壁14、凸轮环22和第二密封件40限定。通风室48通常保持在大气压或接近大气压。通风孔50使排空室38与通风室48连接以使排空室38通风且被在凸轮环22中的第二凹槽52与在外壳盖子中的第二凹槽54的交叉点限定。

第一凹槽44、46和第二凹槽52、54被设置成使得凸轮环22在外壳12中的枢转移动使第一凹槽相对于彼此的位置改变以及第二凹槽相对于彼此的位置改变。当第一凸轮环凹槽44与第一外壳盖子凹槽46处于对准状态时，排空孔42是打开的且流体可能在控制室32与排空室38之间流动。随着凸轮环22枢转远离这个位置，第一凹槽44、46移动成不对准状态且排空孔42关闭。同样，当第二凸轮环凹槽52与第二外壳盖子凹槽54处于对准状态时，通风孔50是打开的且排空室38与通风室48流体连通。随着凸轮环22枢转远离这个位置，第二凹槽52，54移动成不对准状态且通风孔50关闭。

或者，凹槽44、46、52、54可能是缺口或允许流体流动的任何其它几何形状。应了解凹槽的具体几何形状，诸如凹槽的流动面积和长度可能改变以获得孔42、50的所希望的流动特征，这也影响泵10的反应。相对于密封件34、40改变孔42、50的位置也可能改变泵系统10的反应。

弹性构件56(诸如弹簧)被设置于外壳壁14与凸轮环22之间。弹性构件56接合凸轮环22并且朝向控制室32推进凸轮环。弹性构件56抵制控制室32和排空室38中的控制油施加在凸轮环22上的液力。

取决于发动机和泵10的操作条件，在排空室38中的局部压力可能被偏压到大气压或控制室32压力。参看图3与图6，在正常发动机操作条件(即，在正常发动机操作温度和低到中发动机转速)期间，在控制室32中的油压足以将凸轮环22推进到排空孔42关闭且通风孔50打开的位置。因此，排空室38通过通风室50而开放到大气压。加压控制油仅处于控制室32中且在控制室32中油压对于凸轮环22的力和弹性构件56的对抗力将凸轮环夹持在适当位置，在这个位置泵的排量足以维持发动机油压力在所希望的范围中。

转至图4与图7，在高发动机转速操作期间，叶片泵通常经历由于空化所造成的大量的流动损失。为了抵消这种流动损失，随着泵出口油压降低，由此而引起的控制室32中的压力的减小造成凸轮环22移动到排空孔42和通风孔50打开的位置。在这个位置，排空室38与控制室32开放到大气压且允许控制油从控制室32渗漏到通风室48。因此，在控制孔上的压降减小。在控制室32中的压力减小造成弹性构件56将凸轮环22夹持在泵偏心率相对较高的位置，弹性构件56可能是高刚度反作用弹簧。而泵排量也因此足够高以便维持所必需的泵出口压力。举例说来，在高速操作期间，凸轮环22可能被枢转到一个位置，该位置是它相对于转子16的最大偏心率的大约40％到60％。在某些情况下，凸轮环22的位置可能甚至在它的最大偏心率的大约30％至75％的范围以获得所必需的泵排量。

转至图5和图8，在冷发动机温度操作期间，叶片泵10通常经历油过压条件。为了抵消过量发动机油压力，当存在过压条件时，凸轮环22被移动到排空孔42打开且通风孔50关闭的位置。因此控制油被允许从控制室32进入排空室38。由于通风孔50是关闭的，因此排空室38是不通风的。因此，在控制室32与排空室38中的控制油不足以在凸轮环22上施加克服弹簧力且造成凸轮环枢转使得它的中心接近转子16的中心(即，0％偏心率)的力。举例说来，在冷发动机温度操作期间，凸轮环22可能枢转到它的最大偏心率的大约10％到25％的位置，且在某些情况下甚至枢转到接近它的最大偏心率的0％的位置(即，100％远离它的最大偏心率)。在这个位置，泵10出口流动被充分减少以削减(clip)从泵10输出的润滑油压。

应了解可能通过关于控制室32的体积和工作面积来改变排空室38的体积和工作面积(即，控制油施加力的面积)而更改泵系统10的反应。另外，由反作用弹簧56所施加的弹簧力可能也变化以改变泵系统10的反应。通过如此操作，关于控制压力信号的凸轮环22移动可在很大程度上可变。

虽然已经参考特定优选实施例对本发明展开了描述，但应了解在发明性构思的精神和范畴内可以做出多种变化。因此，预期本发明并不限于所公开的实施例，而是它具有所附权利要求的语言所允许的全部范畴。

Claims (20)

1.一种可变排量的发动机油叶片泵，包括：

增压室，被转子所携带的滑片限定，所述转子可在外壳中旋转，用于从入口泵送发动机油到加压出口；

排量控制，用于控制所述增压室的排量，所述排量控制包括：

凸轮环，在所述外壳中通过枢轴而枢转地连接到所述外壳壁上，所述凸轮环在内部被叶片接合；

控制室，被所述凸轮环和所述外壳壁限定；

控制孔，用于将控制油连通到所述控制室；

通风室，大体上与所述控制室相对且被所述凸轮环和所述外壳壁限定，所述通风室大体上处于大气压；

排空室，被所述凸轮环和所述外壳壁限定且大体上设置于所述控制室和所述通风室之间；

排空孔，提供在所述控制室与所述排空室之间的连通；以及

通风孔，提供在所述通风室与所述排空室之间的连通；

其中，在所述凸轮环相对于所述外壳的具体位置，所述凸轮环在所述外壳中的枢转移动使所述排空孔和通风孔彼此独立地打开和关闭。

2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述凸轮环可枢转到所述控制孔、所述排空孔和所述通风孔打开的位置。

3.根据权利要求2所述的泵，其特征在于，在高发动机转速和温热的发动机油温度，所述排量控制使所述凸轮环枢转到它相对于所述转子的最大偏心率的大约30％到75％的位置。

4.根据权利要求3所述的泵，其特征在于，所述排量控制使所述凸轮环枢转到它相对于所述转子的最大偏心率的大约40％到60％的位置。

5.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述凸轮环可枢转到所述控制孔和所述排空孔打开而所述通风孔关闭的位置。

6.根据权利要求5所述的泵，其特征在于，在冷发动机油温度，所述排量控制使所述凸轮环枢转到它相对于所述转子的最大偏心率的大约0％到25％的位置。

7.根据权利要求6所述的泵，其特征在于，所述排量控制使所述凸轮环枢转到它相对于所述转子的最大偏心率的大约10％到25％的位置。

8.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述凸轮环可枢转到所述控制孔和所述通风孔打开而所述排空孔关闭的位置。

9.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，改变所述凸轮环在所述外壳中的位置使所述排空孔和所述通风孔打开和关闭。

10.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述控制孔的面积随着所述凸轮环在所述外壳中的位置而改变。

11.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述泵包括弹性构件，使所述凸轮环在与所述控制油所施加的力的方向相反的方向上偏压。

12.一种用于内燃机的可变排量叶片油泵，包括：

外壳，具有外围壁、盖子、油入口和加压油出口；

转子，可在所述外壳中所述固定轴线上旋转，所述转子具有多个滑片，所述多个滑片在内部接合凸轮环以限定增压室；

所述凸轮环通过枢轴而枢转地连接到所述外壳壁上且可进行枢转以改变所述增压室的排量；

控制室，在内部由所述外壳壁、所述凸轮环和第一密封件限定，所述第一密封件设置于所述外壳壁与所述凸轮环之间；

控制孔，设置于所述控制室与所述加压油出口之间，用于将发动机油连通到所述控制室；

排空室，与所述控制室相邻并且由所述外壳壁、所述凸轮环、所述第一密封件与第二密封件限定；

排空孔，由在所述凸轮环中的第一凹槽与在所述外壳盖子中的第一凹槽的交叉点限定，用于在所述控制室与所述排空室之间连通发动机油；

通风室，与所述排空室相邻且由所述外壳壁、所述凸轮环和所述第二密封件限定，所述通风室大体上处于大气压；

通风孔，由在所述凸轮环中的第二凹槽与在所述外壳盖子中的第二凹槽的交叉点限定，用于连接所述排空室与所述通风室以使所述排空室通风；

其中，所述凸轮环在所述外壳中的枢转移动改变所述第一凸轮环凹槽相对于所述第一外壳盖子凹槽的位置和所述第二凸轮环凹槽相对于所述第二外壳盖子凹槽的位置，使得所述排空孔与所述通风孔打开与关闭。

13.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，所述凸轮环可枢转到所述控制孔、所述排空孔和所述通风孔打开的位置。

14.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，所述凸轮环可枢转到所述控制孔和所述排空孔打开而所述通风孔关闭的位置。

15.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，所述凸轮环可枢转到所述控制孔和所述通风孔打开而所述排空孔关闭的位置。

16.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，所述泵包括弹性构件，所述弹性构件使所述凸轮环偏压。

17.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，在所述控制室中的发动机油对所述凸轮环形成能够造成所述凸轮环枢转移动以变更所述泵的排量的力。

18.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，所述发动机油被连通到所述排空室，使得在所述控制室与排空室中的发动机油对所述凸轮环形成能够造成所述凸轮环的枢转移动以降低所述泵的排量的力。

19.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，经由所述通风孔使所述排空室向所述通风室通风将所述排空室开放到大气压。

20.根据权利要求12所述的泵，其特征在于，经由所述通风孔和排空孔使所述排空室和控制室向所述通风室通风释放了所述排空室与控制室中的压力，从而造成所述凸轮环的枢转移动以增加所述泵的排量。

Images