CN101881272B - 变量叶片泵 - Google Patents

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Abstract

一种变量叶片泵(10)，包括：在泵本体(13)中的入口和出口；可旋转地安装在泵本体(13)中的驱动轴(16)；被驱动轴(16)驱动的转子(14)；和可滑动地布置在所述转子(14)中的多个径向延伸叶片(15)。滑动件(11)枢转地布置在枢轴(19)上且具有偏心于所述转子(16)的轴线的中心轴线。多个流体腔室(17)由所述转子(14)、所述叶片(15)和所述滑动件(11)限定且相继地连接至入口和出口。弹性构件(12)与所述滑动件(11)枢转地配合且作用在所述滑动件(11)上以沿一个方向推动所述滑动件(11)。

Description

变量叶片泵
技术领域
本发明涉及一种变量叶片泵(variable displacement vane pump)，更具体地涉及一种机动车辆的发动机润滑系统的变量叶片泵。
背景技术
发动机的润滑系统通过泵(诸如变量叶片泵(VDVP))对润滑流体(例如，油)加压并将其分配到发动机润滑回路。变量滑动叶片泵可使用转子和滑动件，该滑动件具有可改变传送到润滑回路的流体体积的多个径向延伸可滑动叶片和空腔。滑动件从转子偏心地偏置，以形成由叶片、转子和滑动件内表面限定的流体腔室。压缩弹簧使滑动件定位以默认地形成大的流体腔室。
当发动机需要泵提供的较小体积的流体或较小的油压时，压力调节器将流体从泵输出线路引导至泵的调节腔室。调节腔室中的压力使滑动件抵抗弹簧力枢转，以使转子和滑动件的中心紧密地对齐，由此减小流体腔室的尺寸。这减小了从流体贮存器等被吸入到泵中的流体的量、由泵输出的流体的量，且由此也减小了油压。
美国专利US6,763,797披露了一种变量泵，其中，泵出口压力用于使滑动件(也成为凸轮环)的位置偏置，由此改变滑动件相对于转子轴线的偏心度，且由此改变泵排量。通过相对于泵出口压力改变泵排量，泵出口压力可基于发动机流量需求而被控制。泵的压力调节特性通过标定反作用弹簧而被确定，该反作用弹簧抵消作用在滑动件上的液压力。
但是，还期望对变量叶片泵的进一步改进，以及特别是具有用于发动机润滑系统中的可枢转滑动件的变量叶片泵。
发明内容
本发明提供了一种具有可枢转滑动件的变量叶片泵，其中，被抵靠滑动件推动的弹性构件与滑动件枢转地配合。
弹性构件和滑动件之间的可枢转配合，用于在滑动件抵靠弹性构件枢转时减小弹性构件上的应力，以及减小弹性构件的弯曲和翘曲的发生。因此，弹簧和变量叶片泵的耐用性可被增加。此外，作为其安装的结果因弹簧上磨损增加而导致的翘曲的发生可被减小。由于弹簧比率可被增加，燃料消耗也可以减小。
变量叶片泵可包括以下特征：泵本体，在所述泵本体中的入口和出口，可旋转地安装在所述泵本体中的驱动轴，被所述驱动轴驱动的转子和可滑动地布置在所述转子中的多个径向延伸叶片。变量叶片泵还可包括布置在所述泵本体中的枢轴(pivot)，枢转地布置在所述枢轴上且具有偏心于所述转子的轴线的中心轴线的滑动件，和由所述转子、所述叶片和所述滑动件限定且相继地连接至入口和出口的多个流体腔室。弹性构件作用在所述滑动件上，以沿一个方向推动所述滑动件，且压力控制腔室布置在所述泵本体和所述滑动件的外表面之间。如上所述，弹性构件与滑动件枢转地配合。
在一个实施例中，弹性构件在泵本体和滑动件之间偏压，以沿一个方向推动滑动件。弹性构件可以被偏压以将滑动件推动到其枢转范围的端部位置。在一个实施例中，弹性构件在泵本体和从滑动件的外表面突出的突出部之间偏压。
在一个实施例中，在滑动件抵靠弹性构件枢转时，弹性构件绕泵本体处的枢轴枢转。
弹性构件可包括具有纵向轴线的弹簧，诸如螺旋缠绕的弹簧。
弹簧还可包括座部，其与滑动件可枢转地配合。座部还可与滑动件可滑动地配合。
在一个实施例中，座部包括凸外表面，该凸外表面与定位在滑动件上的凹表面可滑动地配合。座部的凸外表面和滑动件的凹表面可具有彼此锁定配合的形式。
在一个实施例中，座部还包括从与所述凸表面相对的平内表面延伸的引导销。引导销容纳在所述弹簧内。引导销可具有纵向轴线，如果弹性构件包括螺旋弹簧，该纵向轴线大致平行于或沿着螺旋弹簧的纵向轴线延伸。座部的平内表面可大致垂直于弹簧的纵向轴线和引导销的纵向轴线。引导销可具有比未压缩弹簧的长度短的长度，以便允许弹簧在安装条件下被滑动件压缩。
在一个实施例中，弹簧抵靠座部的平内表面偏压，且抵靠滑动件推动座部。如果座部具有外凸表面，该外凸表面可通过弹簧抵靠定位在滑动件上的凹表面而被推动，该弹簧抵靠座部的平内表面偏压。
在一个实施例中，在滑动件抵靠座部枢转时，弹簧的纵向轴线绕泵本体处的点枢转。
在另一实施例中，随着弹簧的纵向轴线因滑动件抵靠座部枢转而绕泵本体上的点枢转，座部的外表面与滑动件可滑动地配合。与在弹簧和滑动件之间没有可滑动配合的布置相比，弹簧座部和滑动件之间的该滑动配合使得，座部的平内表面以更垂直的方式相对于弹簧的纵向轴线取向，且以更平行的方式相对于弹簧的端面取向。这进一步减少了弹簧上的应力且可导致弹簧和泵的耐用性的增加。
本发明还提供了一种机动车发动机的润滑系统，其包括如前述实施例中的一个所述的变量叶片泵。由该泵泵送的润滑介质可以是油。
但是，根据前述实施例中的一个的变量叶片泵不限于在机动车发动机的润滑系统中使用，其叶可以用于泵送其它类型的液体或气体，例如在其它应用中泵送空气。
附图说明
现将参考附图描述实施例。
图1示出了根据本发明的变量叶片泵的横截面视图；
图2示出了图1的变量叶片泵的一部分的三维视图；
图3示出了图1的变量叶片泵的可枢转弹簧的详细视图；
图4示出了对比变量叶片泵的横截面视图；
图5示出了图1的可枢转弹簧和滑动件；
图6示出了图5的可枢转弹簧和滑动件的角位移；
图7示出了图6的可枢转弹簧的详细视图；
图8示出了图7的可枢转弹簧的示意图。
附图标记
10   变量叶片泵
11   滑动件
12   弹簧
13   泵壳体
14   转子
15   可滑动叶片
16   固定轴线
17   泵送腔室
18   壳体壁
19   枢轴
20   纵向轴线
21   引导销
22   座部
23   凸外表面
24   平内表面
25   弹簧的端面
26   突出部的凹表面
27   枢轴
28   端部位置
29   滑动件的枢转动作
30   突出部
31   座部和突出部的可滑动配合
32   弹簧的偏移
33   对比泵10’中的弹簧的偏移
10’ 对比变量叶片泵
11’ 对比泵10’的滑动件
12’ 对比泵10’的弹簧
13’ 对比泵10’的泵壳体
14’ 对比泵10’的转子
15’ 对比泵10’的可滑动叶片
16’ 对比泵10’的固定轴线
17’ 对比泵10’的泵送腔室
18’ 对比泵10’的壳体壁
19’ 对比泵10’的枢轴
20’ 对比泵10’的纵向轴线
具体实施方式
图1示出了根据本发明的变量叶片泵10的横截面视图。变量叶片泵10包括可枢转滑动件11，该滑动件被弹性构件沿一个方向推动，该弹性构件具有螺旋弹簧12的形式。弹簧12和滑动件11的三维视图在图2中示出，弹簧12相对于滑动件11的运动可在图3中示出。
变量叶片泵10可用于将润滑介质供应至内燃机的润滑系统。但是，变量叶片泵10不限于该用途且可例如被用于在其它应用中泵送其它液体或气体。
变量叶片泵10包括壳体13。具有多个径向延伸可滑动叶片15的转子14在壳体13中、在固定轴线16上可旋转。转子14可被发动机的十字轴式六边形轴驱动器驱动或被由发动机供应动力的其它适当驱动机构驱动。可滑动叶片15在内部配合滑动件11以在滑动件11内限定泵送腔室17。
滑动件11通过枢轴19枢转地连接至壳体壁18，且可绕枢轴19在滑动件11的平面内枢转，以通过使可滑动叶片15的位置运动而改变泵送腔室17的位移。泵10的排量可与滑动件11相对于转子14的轴线16的偏心度成比例。
当泵10停止时，滑动件11被弹簧12推动到相对于转子14的最大偏心位置。当泵在该位置中与滑动件11一起操作时，泵的排量处于其最大值。随着滑动件11从最大离心位置枢转(在附图中用箭头29表示)，泵的排量减小，且泵的输出流量大体通常减小。当滑动件11的中心枢转到该中心与转子14的轴线16对齐的一位置处，滑动件11处于0％的偏心度(即，最大偏心度为100％)，泵10以0排量操作。
未示出的油入口形成在壳体13的入口侧上，未示出的加压油出口形成在壳体13的相反的出口侧上。入口和出口与泵送腔室17连通以便防止气体捕获在泵送腔室17内，该泵送腔室优选地在转子14的相对的底部和顶部侧上。处于一偏心水平的转子14的旋转导致泵送腔室17扩张。腔室体积的变化由此导致泵送腔室的降压，这导致油通过入口吸入到泵送腔室17，且然后随着腔室收缩而通过出口推出泵送腔室17。
弹簧12是具有纵向轴线20的螺旋缠绕的弹簧。弹簧12在泵壳体13和滑动件11(特别是从滑动件11的外表面延伸的突出部30)之间偏压。弹簧容纳在壳体13中的大体管形的切口中。
除了弹簧12，弹性构件包括具有一体的座部22的引导销21。引导销21具有比被安装的弹簧的长度小的长度，且引导销被同心地定位在弹簧12内，从而沿大致沿着弹簧12的纵向轴线20延伸。座部22具有外凸表面23和与该外凸表面23相对的平的内表面24。平的内表面24大致垂直于引导销21的长度和弹簧12的纵向轴线20地延伸。弹簧12的端面25大致平行于座部22的平表面24。
座部22的外凸表面23与凹表面26可滑动地配合，该凹表面定位在从可枢转滑动件11的外表面突出的突出部30的表面中。该滑动配合通过箭头31在图3中显示。
引导销21和弹簧12绕定位在泵壳体13处的枢轴27可枢转，从而弹簧12的纵向轴线20由于滑动件11抵抗弹簧12的运动而具有偏移路径。
图4示出了具有可枢转滑动件11’的对比变量叶片泵10’的横截面视图。在该对比变量叶片泵10’中，弹性构件仅包括弹簧12’，该弹簧在滑动件11’的突出部30’的平表面26’之间延伸。平表面26’大致垂直于弹簧12’的纵向轴线20’且平行于弹簧12’的端面25’。
图5示出了图1所示的变量泵的可枢转弹簧12和可枢转滑动件11的操作。弹簧12和滑动件11的三个位置在图5和6中示出。弹簧12和滑动件绕它们相应枢转点27；19的角位移在用于各个位置的图6、7和8中示出。
滑动件11的可枢转范围的一个端点在附图中通过附图标记28示出。当滑动件11处于端部位置28中时，引导销21和弹簧12被设置为使得它们的纵向轴线20大致垂直于泵壳体13。端部位置28通常可由滑动件11的流体腔室17具有最大体积的位置限定。
随着滑动件11绕枢转点19在滑动件11的平面内逆时针枢转，弹簧12被压缩且突出部30的凹表面26与座部22的凸表面23可滑动地配合，由此导致引导销21和弹簧12绕泵壳体13处的枢转点27顺时针枢转。随着滑动件11的角位移增加，即，滑动件11沿逆时针方向枢转，引导销21、座部22和弹簧12进一步沿顺时针方向枢转。
由于引导销21的枢转动作，与座部22和突出部30的可滑动布置被省略的情况下相比，座部22的平表面24保持相对于弹簧12的端面25更加平行且更加垂直于弹簧12的纵向轴线20。弹簧12的端面25和其所抵靠偏压的表面之间的角变化的减小使得弹簧12上的应力减小，从而弹簧12翘曲的可能性减小。弹簧12和泵的耐用性和寿命可以提高。
图6至8示出了设置有可枢转弹簧12的图1中的泵10的滑动件11远离端部位置28的两个角位移。当滑动件11从端部位置28逆时针枢转4°时，使得引导销21和弹簧12的纵向轴线20沿顺时针方向枢转3°。座部22的平表面24被使得顺时针枢转2.5°。
当滑动件11从端部位置28逆时针枢转8°时，使得引导销21和弹簧12的纵向轴线20沿顺时针方向枢转6.7°。座部22的平表面24被使得顺时针枢转6.2°。
图8中示出了在滑动件侧具有座部22的弹簧12以及对比泵10’的弹簧12’的偏移路径的对比。在滑动件侧具有座部22的弹簧12的偏移路径通过实线32示出，而图4的对比泵10’中的弹簧12’中的偏移由虚线33示出。
具有引导销和座部22的可枢转弹簧12的可枢转弹簧12的偏移是线性的。相反，泵10’的弹簧12’具有带最大位移区域的非线性偏移。此外，对比泵10’的弹簧12’的位移大于根据本发明布置的弹簧12的位移。
对于图4所示的泵10’，滑动件11’的4°角位移导致弹簧的纵向轴线位移7°，且导致座部的平表面顺时针枢转4.5°。
对于8°的滑动件角位移，如果弹簧12’的端面与突出部30’的非可滑动平表面配合，弹簧的纵向轴线位移14.7°，且座部的平表面顺时针枢转8.5°。与根据本发明的布置相比，弹簧12’经历更大的应力，且因此弹簧更容易发生翘曲。

Claims (11)

1.一种变量叶片泵(10)，包括：
泵本体(13)；
在所述泵本体(13)中的入口和出口；
旋转地安装在所述泵本体(13)中的驱动轴(16)；
被所述驱动轴(16)驱动的转子(14)；
滑动地布置在所述转子(14)中的多个径向延伸叶片(15)；
布置在所述泵本体(13)中的第一枢轴(19)；
枢转地布置在所述第一枢轴(19)上的滑动件(11)，该滑动件具有偏心于所述转子(16)的轴线的中心轴线；
由所述转子(14)、所述叶片(15)和所述滑动件(11)限定且相继地连接至入口和出口的多个流体腔室(17)；
弹性构件(12)，作用在所述滑动件(11)上，以沿一个方向推动所述滑动件(11)；
其中，弹性构件(12)与所述滑动件(11)枢转地配合，且
其中，弹性构件(12)包括座部(22)和具有纵向轴线(20)的螺旋弹簧(12)，弹性构件的座部(22)包括凸外表面(23)，该凸外表面与定位在滑动件(11)上的凹表面(26)可滑动地配合。
2.如权利要求1所述的变量叶片泵(10)，其中，弹性构件(12)在泵本体(13)和滑动件(11)之间偏压。
3.如权利要求2所述的变量叶片泵(10)，其中，弹性构件(12)在泵本体(13)和从滑动件(11)的外表面突出的突出部(30)之间偏压。
4.如权利要求1-3中的一项所述的变量叶片泵(10)，其中，在滑动件(11)抵靠弹性构件(12)枢转时，弹性构件(12)绕泵本体(13)处的第二枢轴(27)枢转。
5.如权利要求1所述的变量叶片泵(10)，其中，所述座部与滑动件(11)枢转地配合。
6.如权利要求5所述的变量叶片泵(10)，其中，座部(22)与滑动件(11)滑动地配合。
7.如权利要求5-6中的一项所述的变量叶片泵(10)，其中，引导销(21)从所述座部(22)的与所述凸表面(23)相对的平内表面(24)延伸，所述引导销(21)容纳在所述弹簧(12)内。
8.如权利要求7所述的变量叶片泵(10)，其中，座部(22)的平内表面(24)大致垂直于弹簧(12)的纵向轴线(20)。
9.如权利要求7所述的变量叶片泵(10)，其中，弹簧(12)抵靠平内表面(24)偏压。
10.如权利要求1所述的变量叶片泵(10)，其中，在滑动件(11)抵靠座部(22)枢转时，弹簧(12)的纵向轴线(20)绕泵本体(13)上的第二枢轴(27)枢转。
11.一种机动车发动机的润滑系统，包括如权利要求1-10中的一项所述的变量叶片泵(10)。
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