CN101443557A - 可变排量滑片泵 - Google Patents

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Abstract

一种可变排量滑片泵，其包括泵主体；形成在所述泵主体中的入口和出口；可转动地安装在所述泵主体中的驱动轴；由所述驱动轴驱动且与其共轴对准的转子；可滑动地布置在所述转子中的多个径向延伸的叶片；布置在所述泵主体中的枢轴；滑动件，其在所述泵主体中枢转地布置在所述枢轴上，且具有与所述转子的轴偏心的中心轴；多个流体室，其由所述转子、所述叶片和所述滑动件限定，所述流体室相继地连接至所述入口和所述出口；弹簧，其作用在所述滑动件上，以沿一个方向推动所述滑动件；第一室和第二室，其每个都适于接纳流体压力，且每个都布置在所述泵主体和所述滑动件的外表面之间；所述第一室与泵出口排放压力流体连通；以及阀，其可操作来选择性地对所述第二室加压和减压。

Description

可变排量滑片泵
技术领域
本发明涉及具有滑动件的可变排量滑片泵，所述滑动件的位置由恒定压力源和可变压力源之间的压力差所控制，该压力差平衡施加至滑动件的弹簧力以设立所期望的流量和压力。
背景技术
用于发动机的润滑系统对润滑流体加压并将其分配至发动机润滑回路中。它利用转子和带有多个叶片和腔的滑动件，其可改变输送至油回路的流体的体积。
滑动件从转子被偏心地偏置，以产生由叶片、转子和滑动件的内表面所限定的流体室。如默认情况下，压缩弹簧定位滑动件以产生大的流体室。当发动机需要来自泵的较少体积的流体或较小的油压时，压力调节器将流体从泵的输出管道引导至泵中的调节室。调节室中的压力抵抗弹簧的力而枢转滑动件，以更接近地对准转子和滑动件的中心，从而减小流体室的尺寸。这减少了从流体储存器和类似物抽吸入泵中的流体量、由泵输出的流体量并从而也减少油压。
存在两种方法来控制泵的输出。第一种方法是经由压力调节器将管道压力引导至调节室，以减小泵的输出。第二种方法是通过排出流体而经由压力调节器来从调节室移除压力，以增加泵的输出。
本技术的代表是授予Schuster的美国专利No.4342545(1982)，其公开了可变排量滑片式的泵，该泵具有枢转地安装的环构件，其可控制来改变转子和环之间的偏心率，从而控制泵的排量。环定位在枢轴上，使得其中心总是相对于穿过枢转点和泵转子的中心的轴线而位于一个象限中，以持续地保持由内部压力所导致的、相反于排量控制压力而被引导至枢轴连接的一侧的净的环反作用力，其被加在簧的外表面的一部分上，由此改善了整个排量范围的控制稳定性。
所需要的是一种具有滑动件的可变排量滑片泵，该滑动件的位置由恒定压力源和可变压力源之间的压力差所控制，该压力差平衡施加至滑动件的弹簧力，以设立所期望流量和压力。本发明满足了该需求。
发明内容
本发明的主要方面是提供一种可变排量滑片泵，其具有滑动件，该滑动件的位置由恒定压力源和可变压力源之间的差压所控制，该差压平衡施加给滑动件的弹簧力，以建立所希望的流量和压力。
通过以下本发明的说明和附图，将指出或解释清楚本发明的其他方面。
本发明包括可变排量滑片泵，其包括泵主体；形成在所述泵主体中的入口和出口；可转动地安装在所述泵主体中的驱动轴；由所述驱动轴驱动且与其共轴对准的转子；可滑动地布置在所述转子中的多个径向延伸的叶片；布置在所述泵主体中的枢轴；滑动件，其在所述泵主体中枢转地布置在所述枢轴上，且具有与所述转子的轴线偏心的中心轴线；多个流体室，其由所述转子、所述叶片和所述滑动件限定，所述多个流体室相继地连接至所述入口和所述出口；弹簧，其作用在所述滑动件上，以沿一个方向推动所述滑动件；第一室和第二室，其每个都适于接收流体压力且每个都布置在所述泵主体和所述滑动件的外表面之间；所述第一室与泵出口排放压力流体连通；以及阀，其可操作来选择性地对所述第二室加压和减压。
附图说明
附图结合入说明书并形成说明书的一部分，其阐释了本发明的优选实施例，并与说明一起用于解释本发明的原理。
图1是外盖被移除的泵的前视图。
图2是泵的分解视图。
图3是没有外盖、滑动件、转子和叶片的泵主体的前视图。
图4是泵的转子的顶视图/平面视图。
图5是泵的滑动件的平面视图。
图6是泵的流体回路的示意图。
图7是示出泵的性能的图表，所述性能包括泵的流量和压力。
图8是电动阀的侧视图。
图9是示出泵的性能的图表，所述性能包括泵的流量和压力。
具体实施方式
图1是外盖被移除的泵的前视图。本发明的泵100包括主体10。主体10限定腔11，在该腔11内布置滑动件12和转子13。多个滑动叶片14绕着转子13径向布置。各叶片14从转子13中的槽15径向延伸。各叶片14在各槽15内是可移动的。
泵轴16可转动地安装在主体10中。泵轴16的花键端部160接合转子13。当转子13转动时，叶片14被一对叶片控制环17和向心力向外推至与滑动件12的内表面120形成滑动接合。
滑动件12在枢轴构件18处与主体枢转地接合。滑动件12在腔11内在枢轴构件18处枢转，从而绘出限定滑动件12的运动的运行范围的弧。
各叶片14的位置是滑动件12相对于环17的位置的函数。环17占据由叶片14的端部所确定的空间。环17与内表面120基本上同心。
环17相对于转子13的位置确定各叶片14在各槽15中的径向位置，转而相对于转子13转动轴位置确定给定的滑动件12位置。此关系确定用于给定的发动机速度且在入口19和出口20之间的各室21的体积以及给定的滑动件12位置。
主体12限定用于泵100的一对腰子形的端口19、20，其分别包括入口和出口。由叶片14、转子13和内表面120形成多个室21。室21随转子13转动并在转动期间扩展和收缩，如叶片式泵中所公知的。
当转子13的转动时，入口19接收来自未显示的、诸如发动机油系统的源或储存器的流体，并将流体传输至转动室21。叶片14将室21中的流体从入口19移动至出口20。如图1所示，如果泵的转子13以逆时针方向转动，室21连续地扩展和收缩，所述扩展产生低压区域，其导致流体流入入口19的区域，所述收缩增加流体压力，其导致流体流出出口20的区域。
滑动件12的位置通过用于两个室的每个中的控制压力的组合作用而被设立，所述两个室即室22和室23，所述控制压力作用来平衡来自弹簧31的弹簧力。室22绕滑动件12的外周边的一部分、从布置在凹槽26中的密封构件24延伸至布置在凹槽27中的密封构件25，各凹槽形成在滑动件12中。各密封构件24和25分别被弹回构件29、30向外推而靠着表面28。室23绕滑动件12的外周边的一部分、从密封构件24延伸至枢轴构件18。
弹簧31相反于室22和23中的流体压力的总和而作用，使得当室22和23中的总压力的增加时且因而滑动件绕枢轴构件的转矩增加时，泵的滑动件12将绕枢轴构件18顺时针转动。由室22、23中的压力所引起的组合转矩被弹簧31的弹簧力所平衡。
室22中的流体压力由最终与泵100的出口20连通的流体所提供，且因此经受泵100或从反馈通道至发动机通路(engine gallery)的出口压力，参见图5。室23中的流体压力由也连接至泵100的出口20的第二压力源的流体连通来提供。室22中的流体压力与泵100的出口压力成比例。室23中的流体压力取决于泵100的速度，即，对于在预定的泵速度之下的操作状况，室23中的压力自动与周围环境相通，例如油储存器。在预定的速度之上时，室23中的压力与室22中的压力相等。这还被称为“转换点”且可根据应用而设置于任何速度处。室22和23中的压力及因而的转矩的总和确定滑动件12的位置。滑动件12的位置确定泵的出口压力和流速。
在大多数操作条件下，滑动件12的轴线及内表面120的轴线在低发动机速度条件期间的位置32和高发动机速度条件期间的位置33之间移动。随着叶片14从入口19转动至出口20，室21发生压力的转变。
由于内表面120经受室21中产生的内部压力，滑动件12在操作期间本来是不平衡的。由产生的内部压力导致的所得到的净反作用力穿过内表面120的中心轴线。应理解，反作用力总是提供绕轴18的逆时针力矩，其与由室22和23中的控制压力所产生的顺时针力矩相反。
室22、23中的压力平衡抵抗弹簧31的力，使得泵的排量以及产生的流速可通过变化室的压力来调节。本发明的泵基于泵的出口压力或发动机通路压力，控制针对两个或多个出口压力水平的排量和油流量(oil flow)。
通常，对于每个室所期望的泵中的压力水平，是需要来为所有的发动机速度和负载条件产生合适的油流量和压力的压力水平。在一些情况下，处于较低的每分钟转速时，发动机不需要高的油压力水平，因而稍微低些的压力是可接受的，且因而流量也被减少。通过对室23加压来获得较低的操作压力和流量。
所需的较低油压力的大小取决于不同的发动机参数，包括其是燃气发动机或柴油发动机、发动机的复杂性、发动机速度和负载。
本发明的泵提供两种水平控制。第一种是在由可变叶片泵函数所导致的给定速度范围上的压力控制。第二种是基于泵通过使用两个(或更多)压力室22、23在两个(或更多)压力水平之间变化的能力，来控制滑动件12的位置。
盖70通过多个紧固件37固定至外壳10。通过面与面的接触来防止从室21径向向外穿过盖70的泄漏。
图2是泵的分解视图。环17相对于转子13的位置确定各槽15中各叶片14的径向位置，其转而又确定相对于转子13的转动轴线位置的滑动件12位置。各叶片14的内边缘14a承载在环17的外表面17a上。各叶片14的外边缘14b也承载在滑动件12的内表面120上并在其上滑动。泵可使用单个弹簧31，或其可使用例如两个弹簧31a和31b。
图3是没有外盖、滑动件、转子和叶片的泵主体的前视图。入口19和出口20布置在主体10中。管道34将压力从主油通路204传输至室22，参见图5。管道35将压力从主油通路204传输至室23，参见图5。管道34在所有的泵操作条件下暴露于泵出口压力或发动机通路油压力之下。管道35中的流体压力由阀207的位置来确定，参见图1。
图4是泵的转子的俯视平面图。转子13包括槽15，该槽15绕外周边径向地定向。叶片14可滑动地接合在各槽15中。驱动轴16通过花键孔36与转子13接合。驱动轴16还可被压配在孔36中。每个槽15的径向长度足够容纳各叶片14的全部运动范围。在泵操作期间，各叶片14径向移动预定的距离，其距离取决于环17相对于转子13的位置。
图5是泵的滑动件的平面视图。滑动件12包括内表面120。各叶片14的外边缘可滑动地接合内表面120。内表面120是圆柱形的，但是该表面的形状可稍微变形以适应设计的几何形状，例如椭圆形或蛋形的形式。枢轴18接合掣子(detent)121。凹槽26和凹槽27每个分别接纳密封构件24、25，该密封构件24、25分别用于密封各室22、23内的流体压力。弹簧31承载在表面122上。密封构件24、25可包括具有与泵流体合适的兼容性的任何材料，例如合成和/或天然橡胶。
图6是泵的流体回路200的示例示意图。流体管道201将泵的出口20连接至油过滤器202、油冷却器203和主油通路204。主油通路204暴露于泵100的出口压力下，经受对于任何流体系统都是正常的摩擦损耗。主油通路204还连接至发动机油系统210。此系统仅提供作为示例，并没有描述本发明的泵和系统可应用的各种发动机油系统。
管道205连接至主油通路204，管道205通过管道34连接至室22，参见图1。管道209连接至管道205。管道209连接至电动阀207，参见图7。图1中，阀207用于以管道205中的流体压力，可选择地使管道209通过管道206连接至管道35和室23或者断开该连接。阀207优选地包含在主体10内。为了易于阐释，阀207在图5中示意性地显示为与泵100分离。然而，为了适应系统空间需求所要求的可变的物理约束，阀207还可与泵主体100分离，如图5中示意性地所示的。阀207还可包括本技术领域已知的机械阀，例如，基于上游压力来调节下游压力的阀，其公知为压力调节阀。
由滑动件12抵抗弹簧31而施加的总的力，是由室22中的流体压力加上室23中的流体压力所产生的转矩的总和，室22中的流体压力和室23中的流体压力都绕枢轴构件18而作用。
处于或小于第一操作速度时，阀207打开，从而允许发动机通路压力进入室23。室23中的压力并结合室22中的压力导致滑动件12绕枢轴构件18枢转过弧形的距离而到达一位置，在该位置，室22、23中结合的压力所导致的转矩被弹簧31的弹簧力所平衡。滑动件12在此位置的泵的特性由图7的部分“A”所显示。室22和23中的压力与泵的速度成比例。随着发动机速度的增加以及因此的泵速度的增加，室22、23中的压力也增加。在此操作条件下，泵输出的流量和压力小于同样的发动机速度下阀207闭合(室23减压)时泵的流量和压力。在部分“A”中，滑动件12的位置以及因此的泵输出的流量和压力是室22、23两者中的压力的函数。
在大于第一操作速度的操作条件时，阀207闭合，从而使室23与环境压力(大约1巴)相通。室22中的压力导致滑动件12绕枢轴构件18枢转一弧形距离而到达平衡位置，在该平衡位置，室22中的压力所产生的转矩被弹簧31的弹簧力所平衡。因为随着泵的速度增加，室22中的压力也增加，从而增加所施加的抵抗弹簧31的力，所以滑动件12枢转。滑动件12在此位置的泵的特性由图7的部分B所显示。由于室23与大气压力相通，且滑动件12的全部枢转运动和位置由室22的加压水平所确定，部分B中的工作期间还可特征描述为被动模式。
在可选实施例中，阀207可打开到部分位置，从而使得滑动件12移动至位置A和位置B中间的一位置，产生中间的出口压力和流量。将阀207设置到完全打开和完全闭合之间的任意位置使得室23中的压力可变化，由此，对于给定的泵出口压力，提供滑动件位置的范围。
在阀207发生故障的情况下，泵继续在被动模式下操作(室23减压)，同时满足发动机所有的油需求。被动(passive)操作模式仍旧比固定排量的泵更加有效率。在阀207工作的情况下，即时的发明对于被动设计提供增加的马力减小。
图7是示出包括泵流量和压力的泵性能的示例图。发动机速度范围表示在x轴上，泵出口压力范围表示在y轴上。泵流量范围也按照升每分钟的单位表示在第二y轴上。
发动机速度范围为从0RPM到8000RPM。出口压力范围为从0巴到6.00巴。泵流量范围为从0升/分钟到90.00升/分钟。
为了阐释的目的，选择～3,500RPM的发动机速度来说明本发明泵的特性。操作条件“A”和“B”之间的转变示出为图中曲线中心的“转换点”。
对于小于～3,500RPM的发动机速度，最大泵出口压力为大约2.6巴。最大流量为大约20.0升/分钟。
对于大于～3,500RPM的发动机速度，泵出口压力在7,500RPM时快速向上转变为大约4.9巴的最小出口压力。流量在7,500RPM时转变至大约28.0升/分钟的最大值。
在转变点处，压力的阶跃变化为大约1.6巴。流量的阶跃变化为大约5升/分钟。
由阀207的失活(deactivation)使室23与环境大气条件相通，导致滑动件12绕枢轴18枢转，由此导致性能的转变。阀207由例如发动机ECU所传输的电信号来控制。当到达预定的发动机速度时，在此时为～3,500RPM，ECU 208(参见图6)发信号给阀207以使其闭合，从而用与主油通路204相等的流体压力来加压室23。
如前所述，室22、23中的压力产生转矩并因此产生力，该力大于弹簧31的力和室21中的流体力的组合，从而导致弹簧31压缩。这导致滑动件12枢转。通过顺时针方向的枢转，在预定的发动机速度时，流量和出口压力基本上都减少，因为泵的排量减小。
为了比较的目的，图7的部分A中～3,500RPM之下的虚线描述了在滑动件12仅由单个压力室控制的情况下，泵出口压力和流量的特性。在单个室的情况下，在相对低的发动机速度时，即仅稍微大于空转(～1,500RPM)时，泵会在相对升高的出口压力和流量下工作，而不是发动机所要求的。这不是有效率的。本发明的泵在减小的发动机速度时，为了有效率的工作仅提供所需量的流量和压力。这相当于系统中大量的能量节省。然而，在升高的发动机速度时，泵可快速且准确地转变至满足发动机要求所必需的较高的流量和出口压力。
图8是电动阀的侧视图。阀207与泵的主体10接合。阀207连接至发动机或车辆(未示出)的电导线。电连接器(未示出)在插座208处接合阀207。当阀207失活时，压力与室23相通，从而导致泵在区域“A”中工作。当阀207激活时，流体压力被从喷嘴211接纳至室23，从而导致泵在区域“B”中工作。为了避免高速时不充分的流体压力所导致的发动机故障，阀必须以电的方式被失活，以使压力与室23相通。这导致高速时的故障安全状态，即，当阀207电故障时室23被相通。
图9是描述包括泵流量和压力的泵性能的图。发动机速度范围表示在x轴上，泵出口压力范围表示在y轴上。泵流量范围也表示在第二y轴上。
发动机速度范围为从0RPM到8000RPM。出口压力范围为从0巴到6.00巴。泵流量范围为从0升/分钟到90升/分钟。
为了阐释的目的，选择～2,000RPM的发动机速度来说明本发明泵的特性。操作条件“A”和“B”之间的转变示出为大约2,000RPM时的“转换点”。
在此实例中，阀207在起动时以及发动机速度小于2,000RPM时关闭，即，室23不加压并与环境相通。对于小于大约2,000RPM的发动机速度，最大泵出口压力(管路压力)为大约3.6巴。最大流量(流量)为大约25.0升/分钟。
对于大于大约2,000RPM的发动机速度，泵出口压力(管路压力)在2,000RPM时快速向下转变到大约2.4巴的最小出口压力，在大约7,500RPM时向上转变到3.2巴的最小出口压力。流量(流量)在7,500RPM时转变至大约23.0升/分钟的最大值。
在转变点处，压力的阶跃变化为大约1.4巴。流量的阶跃变化为大约5升/分钟。
此实例中，通过阀207的激活而使室23加压，导致滑动件12绕枢轴18枢转，由此产生性能转变。阀207由例如发动机ECU所传输的电信号来控制。当达到预定的发动机速度时，在此时为大约2,000RPM，ECU 208(参见图6)发送信号给阀207以使其闭合，从而用与主油通路204相等的流体压力来对室23加压。在阀207发生故障的情况下，室23会减压，从而将泵置于高排放压力模式中。
虽然在本文中已描述了本发明的形式，但对于本领域技术人员明显的是，可在部件的构造和关系中进行变化而不偏离本文所述本发明的主旨和范围。

Claims (10)

1.一种可变排量滑片泵，其包括：
泵主体；
所述泵主体中的入口和出口；
驱动轴，其可转动地安装在所述泵主体中；
转子，其由所述驱动轴驱动；
多个径向延伸的叶片，其可滑动地布置在所述转子中；
枢轴，其布置在所述泵主体中；
滑动件，其枢转地布置在所述枢轴上，并且具有与所述转子的轴线偏心的中心轴线；
多个流体室，其由所述转子、所述叶片和所述滑动件限定，所述流体室相继地连接至所述入口和所述出口；
弹簧，其作用在所述滑动件上，以沿一个方向推动所述滑动件；
第一室和第二室，其每个都用于接收流体压力，并且每个都布置在所述泵主体和所述滑动件的外表面之间；
所述第一室连接至泵出口排放压力；以及
阀，其可操作来选择性地对所述第二室加压至大于大气环境压力状态的流体压力。
2.如权利要求1所述的可变排量滑片泵，还包括与所述弹簧平行作用的第二弹簧。
3.如权利要求1所述的可变排量滑片泵，其中所述阀是电动的且由发动机ECU控制。
4.如权利要求1所述的可变排量滑片泵，其中，当所述第二室减压时，所述泵的出口的排放量减少。
5.如权利要求1所述的可变排量滑片泵，其中，对于小于预定的发动机速度的发动机速度，所述第二室被加压至大于大气环境压力的压力，对于大于所述预定的发动机速度的发动机速度，所述第二室被减压至大气环境压力。
6.如权利要求1所述的可变排量滑片泵，其中，所述第一室和所述第二室都与泵的输出排放压力流体连通。
7.一种可变排量滑片泵，其包括：
泵主体；
所述泵主体中的入口和出口；
驱动轴，其可转动地安装在所述泵主体中；
转子，其由所述驱动轴驱动并且与所述驱动轴同轴地对准；
多个径向延伸的叶片，其可滑动地布置在所述转子中；
枢轴，其布置在所述泵主体中；
滑动件，其在所述泵主体中枢转地布置在所述枢轴上，且具有与所述转子的轴线偏心的中心轴线；
多个流体室，其由所述转子、所述叶片和所述滑动件限定，所述流体室相继地连接至所述入口和所述出口；
弹簧，其作用在所述滑动件上，以沿一个方向推动所述滑动件；
第一室和第二室，其每个都与泵的排放油压力流体连通且每个都布置在所述泵主体和所述滑动件的外表面之间；以及
阀，其能够在预定的泵速度下操作，其中，所述第二室选择性地在环境大气压力和泵的排放油压力之间转换。
8.一种可变排量滑片泵，其包括：
泵主体；
形成在所述泵主体中的入口和出口；
驱动轴，其可转动地安装在所述泵主体中；
转子，其由所述驱动轴驱动且与所述驱动轴同轴地对准；
多个径向延伸的叶片，其可滑动地布置在所述转子中；
枢轴，其布置在所述泵主体中；
滑动件，其在所述泵主体中枢转地布置在所述枢轴上，且具有与所述转子的轴线偏心的中心轴线；
多个流体室，其由所述转子、所述叶片和所述滑动件限定，所述多个流体室相继地连接至所述入口和所述出口；
弹簧，其作用在所述滑动件上，以沿一个方向推动所述滑动件；
第一室和第二室，其每个都适于接收流体压力，且每个都布置在所述泵主体和所述滑动件的外表面之间；
所述第一室与泵出口的排放压力流体连通；以及
阀，其可操作来对所述第二室选择性地加压和减压。
9.如权利要求8中所述的可变排量滑片泵，其中，对于小于预定的发动机速度的发动机速度，所述第二室加压至大于大气环境压力的压力，而对于大于所述预定的发动机速度的发动机速度，所述第二室减压至大气环境压力。
10.如权利要求8中所述的可变排量滑片泵，其中，第二室可加压直至大约泵出口的排放压力。
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