CN103363279B - 一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，包括：泵体，其上设有一空腔，该空腔上设有排油口和吸油口；配流盘，设在泵体的空腔内并设有排油腔和吸油腔，分别与排油口和吸油口连通；外调节环，设在配流盘上；转子，位于外调节环内，与外调节环的内壁形成环状腔体，转子上设有多个抵接调节外环内环壁的叶片，通过叶片将环状腔体分割成多个容积腔，转子两端均设有偏心叶片支撑环，该偏心叶片支撑环抵接叶片的根部；泵盖，设在泵体的空腔上；驱动轴，穿过泵体、配流盘、外调节环以及转子并连接于泵盖；直线输出轴，从泵体的一侧伸入空腔，并抵接外调节环。与现有技术相比，本发明具有控制精度高、运行效率高、结构简单等优点。

Description

一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵

技术领域

本发明涉及一种车用机油泵，尤其是涉及一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵。

背景技术

常规定排量机油泵以发动机热怠速时的机油需求量为设计依据且泵油量随转速变化几乎呈线性增加，导致高速时输出油量过多，机油压力也过高。通常情况下需要采用机油限压阀来旁通掉多余的机油，来保证发动机的正常运转，但这样会浪费一部分机油泵耗功。因此，采用可变排量机油泵，并使其按照润滑系统的实际需求特性进行按需供油，对减少机油泵功率消耗，改善燃油经济性具有现实意义。

国内外已开发了相当数量的可变排量机油泵，如转子式、外齿轮式、叶片式等，但大多数变量泵采用反馈机油来驱动变量执行机构，需采用多个液压阀来控制反馈机油，且油道布置复杂，导致机油泵变量响应迟滞，压力波动大，泄漏多。而且此类机油泵只能实现一级或二级变量，不能实现与发动机润滑系统的最优匹配。目前还没有采用步进电机控制变量执行机构并实现无级变量的叶片式机油泵。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种由步进电机控制变量执行机构的叶片式无级变量机油泵，该机油泵能够根据发动机不同工况下的机油需求特性，自动调节外调节环与转子之间的偏心距，从而改变泵入发动机机油道内的油量，实现与润滑系统之间的自动匹配，采用步进电机能够精确控制变量机油泵的排量，大大提高了系统的精度，简化了泵体及控制机构，使系统运行效率更高，在实际应用中有很高的价值。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，包括：

泵体，其上设有一空腔，该空腔上设有排油口和吸油口；

配流盘，设在泵体的空腔内并设有排油腔和吸油腔，排油腔和排油口连通，吸油腔和吸油口连通；

外调节环，设在配流盘上并位于泵体的空腔内；

转子，位于外调节环内，与外调节环的内壁形成环状腔体，转子上设有多个径向延伸的叶片，所述的叶片的顶部抵接调节外环的内环壁，通过叶片将环状腔体分割成多个容积腔，转子两端均设有偏心叶片支撑环，该偏心叶片支撑环抵接叶片的根部，在调节叶片的偏心度的同时，使叶片在运动过程中始终与外调节环的内壁接触，实现容积腔密封，容积腔的体积随着转子的转动而变化，使得与其连通的排油腔和吸油腔的气压变化，实现排油和吸油；

泵盖，设在泵体的空腔上，覆盖该空腔；

驱动轴，依次穿过泵体、配流盘、外调节环以及转子并活动连接于泵盖上，转子固定在驱动轴上，可随驱动轴转动；

直线输出轴，从泵体的一侧伸入空腔，并抵接外调节环，用于调整外调节环的位置，进而改变容积腔的体积；

步进电机，其转轴连接直线输出轴，控制直线输出轴的伸入泵体空腔的长度。

所述的外调节环与泵体空腔的内壁之间设有起到辅助复位作用的弹簧。

所述的外调节环的两侧分别设有一矩形卡槽，该矩形卡槽在泵体空间内限定外调节环的移动位置，所述的直线输出轴抵接于一侧的矩形卡槽内，所述的弹簧设置在另一卡槽内。

配流盘的排油腔和吸油腔的边缘均开设有半圆形的减振槽，排油腔的减振槽用于排油腔的预升压，吸油腔的减振槽用于排油腔的预泄压。

所述的步进电机为两相混合式步进电机，由与该步进电机连接的ECU控制脉冲串和方向信号，步进电机具有步距角小、启停及反转响应快、可靠性高且误差不累积等优点，而且电机的响应仅由输入脉冲串确定，因而可以采用开环控制。当发动机运行工况变化时，发动机的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)会根据润滑系统实际所需的机油量输出脉冲串和方向信号，控制步进电机输出相应的位移值，从而改变外调节环与转子之间的偏心距，达到所需排量。

步进电机的转轴的前端为导螺杆，该导螺杆连接直线输出轴，将转轴的旋转运动转换成直线输出轴的直线运动。

所述的直线输出轴为由轴承级金属材料加工而成的空心轴，该直线输出轴的一端车削出内螺纹，与所述导螺杆的螺纹配合，另一端为一矩形块，抵接外调节环。

所述的叶片设有至少三个，所述的容积腔的数量与叶片数量相等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的步进电机控制的叶片式无级变量机油泵采用步进电机及直线输出轴来控制外调节环位置的变化，从而改变各容积腔在吸油区和排油区之间的容积变化程度，实现对发动机润滑系统的变量供油，提高了发动机润滑系统的安全性、可靠性、经济性，延长了机油、机油滤清器、机油冷却器等的使用寿命。

2、本发明提供的步进电机控制的叶片式无级变量机油泵以步进电机、直线输出轴及外调节环为控制执行机构且控制精确，可根据发动机工况来控制步进电机输出的位移值，实现无级变量。

3、本发明提供的步进电机控制的叶片式无级变量机油泵省略了电磁阀、压力控制阀、液压反馈油道等液压部件，从而可以减少机油渗漏，简化油泵结构，便于加工和安装。

附图说明

图1为本发明处于最大偏心状态时的径向剖视图；

图2为本发明处于最小偏心状态时的径向剖视图；

图3为本发明的爆炸示意图；

图4为泵体的径向剖视图；

图5为配流盘的正视图；

图6为步进电机及直线输出轴的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1～3所示，一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，它由泵体1、泵盖2、外调节环3、转子4、配流盘5、叶片6、偏心叶片支撑环7、步进电机8、电机底座9、直线输出轴10、弹簧11、驱动轴24组成。

泵体1内部凹陷成一类似圆柱形空腔，在泵体内侧分别设有排油口12和吸油口13，配流盘5安装在所述泵体空腔内且设有排油腔14和吸油腔15，吸油腔15和吸油口13连通，排油腔14和排油口12连通。外调节环3中空，设在配流盘5之上；转子4通过转子键装于驱动轴24上，并设在节环3内；7个径向延伸的叶片6设在转子4上，叶片6的顶部抵接调节外环3的内环壁，通过叶片6将环状腔体分割成7个容积腔，转子4两端均设有偏心叶片支撑环7，偏心叶片支撑环7布置在转子轴向凹槽内并与各叶片根部接触，驱动轴24与转子同轴布置，依次穿过泵体1、配流盘5、外调节环3以及转子4并活动连接于泵盖2上，直线输出轴10与步进电机8同轴相连，并作用在外调节环3上，弹簧11安装在外调节环3和泵体1之间，泵盖2覆盖在泵体1的空腔上，其上设有螺孔23，通过螺栓22旋入螺孔将泵盖2固定在泵体1上。

如图1、图2、图4所示，所述的外调节环3两端分别有一突出的矩形卡槽17，18，将外调节环3限定在泵体1的空腔内，使外调节环3能够在限定范围内直线移动，从而改变其与转子4之间的偏心距，外调节环的一侧的卡槽17用于安装弹簧11，另一侧的卡槽18用于安装直线输出轴10。

如图5所示，排油腔14和吸油腔15以一定的窗口偏置角布置在所述的配流盘5上，并且前端分别带有不同尺寸的半圆型减振槽16，该减振槽的几何尺寸能使排(吸)油腔实现合理的预升(泄)压。

如图1、图2、图6所示，所述的步进电机8固定在电机底座9上，并安装在泵体1侧边。转子轴为导螺杆19，与直线输出轴10同轴安装，从而将电机的转动转变为轴向移动，步进电机8根据控制信号输出位移，控制外调节环3左右移动来改变外调节环3与转子4之间的偏心距，从而改变机油泵的排量，直线输出轴为由轴承级金属材料加工而成的空心轴，该直线输出轴的一端车削出内螺纹，与所述导螺杆19的螺纹配合，另一端为一矩形块20，抵接外调节环3。

该机油泵的初始状态如图1所示，当机油泵开始工作时，转子4随驱动轴24一起转动，并带动叶片6以相同方向旋转。叶片6因为离心力及叶片偏心支撑环7的共同作用而始终与外调节环3内侧接触，从而形成一个封闭的容积腔。在吸油腔15区域内，该容积腔空间会沿旋转方向逐渐增大，产生一定的真空度，将机油吸入。当该容积腔进入排油腔14区域时，容积逐渐减少，将机油送到排油腔14，经出油口和机油道再送到发动机各油路中，对发动机各运动部位进行润滑。当发动机工况改变时，发动机ECU会根据润滑系统实际所需的机油量计算出相应的机油泵排量，并输出脉冲串和方向信号，控制步进电机9转动。直线输出轴10将步进电机9的转动转变为直线位移。当所需机油泵排量变小时，步进电机9正转使直线输出轴10推动外调节环3来减小其与转子4之间的偏心距，从而减小机油泵的排量。该机油泵的最小排量工况如图2所示。当所需机油泵排量变大时，步进电机9反转使直线输出轴10收回，弹簧11推动外调节环3复位来增大其与转子4之间的偏心距，从而增大机油泵的排量。

Claims (7)

1.一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，其特征在于，包括：

泵体，其上设有一空腔，该空腔上设有排油口和吸油口；

配流盘，设在泵体的空腔内并设有排油腔和吸油腔，排油腔和排油口连通，吸油腔和吸油口连通；

外调节环，设在配流盘上并位于泵体的空腔内；

转子，位于外调节环内，与外调节环的内壁形成环状腔体，转子上设有多个径向延伸的叶片，所述的叶片的顶部抵接外调节环的内环壁，通过叶片将环状腔体分割成多个容积腔，转子两端均设有偏心叶片支撑环，该偏心叶片支撑环抵接叶片的根部；

泵盖，设在泵体的空腔上，覆盖该空腔；

驱动轴，依次穿过泵体、配流盘、外调节环以及转子并活动连接于泵盖上，转子固定在驱动轴上，可随驱动轴转动；

直线输出轴，从泵体的一侧伸入空腔，并抵接外调节环，用于调整外调节环的位置，进而改变容积腔的体积；

步进电机，其转轴连接直线输出轴，控制直线输出轴的伸入泵体空腔的长度；

所述的外调节环与泵体空腔的内壁之间设有起到辅助复位作用的弹簧，所述的外调节环的两侧分别设有一突出的矩形卡槽，该矩形卡槽在泵体空间内限定外调节环的移动位置，所述的直线输出轴抵接于一侧的矩形卡槽内，所述的弹簧设置在另一矩形卡槽内。

2.根据权利要求1所述的一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，其特征在于，所述的配流盘的排油腔和吸油腔的边缘均开设有半圆形的减振槽，排油腔的减振槽用于排油腔的预升压，吸油腔的减振槽用于吸油腔的预泄压。

3.根据权利要求1所述的一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，其特征在于，所述的步进电机为两相混合式步进电机，由与该步进电机连接的ECU控制脉冲串和方向信号。

4.根据权利要求1所述的一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，其特征在于，所述的步进电机的转轴的前端为导螺杆，该导螺杆连接直线输出轴，将转轴的旋转运动转换成直线输出轴的直线运动。

5.根据权利要求4所述的一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，其特征在于，所述的直线输出轴为由轴承级金属材料加工而成的空心轴，该直线输出轴的一端车削出内螺纹，与所述导螺杆的螺纹配合，另一端为一矩形块，抵接外调节环。

6.根据权利要求1所述的一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，其特征在于，所述的叶片设有至少三个，所述的容积腔的数量与叶片数量相等。

7.根据权利要求1所述的一种步进电机控制的叶片式无级变量机油泵，其特征在于，所述的步进电机通过电机底座安装于泵体外侧。