本申请要求于2011年1月28日以Williamson等人的名义提交题为“具有可选出口压力的油泵(OILPUMPWITHSELECTABLEOUTLETPRESSURE)”的美国临时专利申请No.61/437,365的优先权和权益,出于所有目的通过引用将该申请的全部内容合并到本文中。
背景技术
一般已知的是,提供了包括油泵组件的内燃发动机,该油泵组件通过该发动机来泵浦发动机油以通过各个润滑通道(一般也已知为通路并且总称为发动机管道)来对各个发动机部件进行润滑。还已知的是,油泵组件设置了调节油泵压力的装置。一般已知的是,在发动机操作期间调节排放压力以满足发动机的油压极限并且尝试为油泵提供能量管理。
用于如油的不可压缩流体的泵通常是齿轮泵或叶片泵。在如自动发动机润滑系统的环境中,这些泵将会操作在宽的速度范围内,随着发动机操作速度的变化,产生输出量和输出压力,这些泵的输出一般被提供给润滑系统,该润滑系统可以被建模为随着其操作速度变化的泵的固定尺寸的孔口。一般地,随着发动机操作速度的增加,发动机需要润滑油压从最小必需压力水平增加至最大必需压力水平,但是一般远在发动机达到其最大操作速度之前已经从泵中获得了最大必需油压。因此,这些泵会在发动机操作速度范围的很大一部分上提供润滑油的过度供给。已知的系统采用由发动机驱动的油泵以确保经过发动机的油的充分循环。虽然缺油可以导致发动机部件的损坏,但是过度加压也是不期望的。例如,过高的油压可以破坏纸过滤元件。
为了防止过度加压油,一般已知的是使润滑系统包括泄压阀。为了控制该过度供给和要不然会损坏发动机部件的所形成的过压,在这种环境下的恒定排量泵通常设置有泄压阀,其使得所过度供给的油的非期望部分能够返回至油槽或油箱或返回泵的入口端口,从而使得流体的仅期望量进而压力被提供给发动机。泄压阀与油泵和发动机连接以当油压达到预设的极限时将油排回至油槽中(即,至油泵的吸入侧)。在美国专利No.6,116,272中公开了一种已知类型的泄压阀,其中该泄压阀被结合到油泵中。该泄压阀包括布置在圆筒形膛孔内的活塞并且该活塞通过弹簧沿一个方向被偏置。来自油泵出口的加压油被提供至活塞的与弹簧相反的一侧并且对着弹簧迫压活塞。随着发动机更加快速地旋转,油泵也更加快速地旋转并且更强力地工作,从而油压增加。随着油压的增加,油泄压阀中的活塞对着弹簧移动并且在膛孔内移动至以下点:在该点处,活塞的边缘上的通口使得油能够逸出回到油槽或泵。在使用该类型的传统油泄压阀的情况下,该油泵出口压力被用于确定油泄压阀何时会打开以在内部将来自油泵的排放侧的高压油分流回油泵的吸入侧。该类型的典型油泄压阀可以被设定成在适于特定的发动机和应用的预设压力水平处打开。
尽管这样的传统油泄压阀是简单并且可靠的,但是由于即使较低油压可能适合提供发动机部件的满意润滑而油泵也会工作而将油压增加至预设的压力水平,所以油泵的功耗相对较高。油泵的高功耗等同于成为缺点的燃料效率降低。在一种已知的应用中,用于发动机的润滑系统的油泄压阀通过泵出口压力和施加给泄压阀中的活塞的相反侧的先导压力两者来控制。先导阀的作用减小了与已知的先导操作阀相关联的启动压力峰值,同时还允许获得燃料经济益处。长久以来仍然需要继续提高发动机及其关联部件和车辆的燃料效率。这些已知系统的若干示例包括美国专利申请公开No.2007/0231161和No.2010/0028717以及美国专利No.7,775,503所公开的系统,这些文献的公开内容合并到本文中。
附图说明
图1是可选出口处于第一位置的油泵系统的第一实施方式的说明性示例的简图;
图2是图1的可选出口处于第二位置的油泵系统的简图;
图3是图1的可选出口处于第三位置的油泵系统的简图;
图4是图1的可选出口处于第四位置的油泵系统的简图;
图5是图1的可选出口处于第六位置的油泵系统的简图;
图6是图1的可选出口处于第七位置的油泵系统的简图;
图7是表示通过具有图1的可选出口的油泵系统获得的能量节省的“排放压力-油泵速度”的曲线图;
图8是可选出口处于第一位置的油泵系统的第二实施方式的说明性示例的简图;
图9是可选出口处于第一位置的油泵系统的第三实施方式的说明性示例的简图;
图10是可选出口处于第一位置的油泵系统的第四实施方式的说明性示例的简图;以及
图11是可选出口处于第一位置的油泵系统的第五实施方式的说明性示例的简图。
具体实施方式
总体上参考所有图,图中示出了包括压力控制系统10的泵系统1的示意图,并且在图1中示出了这样的泵系统1的压力控制系统的泄压阀系统100。泵系统1包括示意性地示出为朝向底部的槽或容器2,并且工作流体通过油泵3从容器2中被泵浦。泵3可以是具有可以改变泵3的排量的控制特征的可变排量型泵。但是如本领域技术人员所理解的,泵3可以是固定排量泵,在该固定排量泵中设置有如所示的泄压阀并且可以根据期望来设定其操作点或泄压阀设定。油泵3通过发动机/引擎或如电动马达(未示出)的其他装置来驱动,并且当由发动机驱动时,油泵3的速度随着发动机速度的变化而变化。如在本领域中所公知的,随着油泵3的速度的增加,油泵3的排放压力也会增加。
特别参考图1,示出了具有压力控制系统10的泵系统1。压力控制系统包括如所示地布置的泄压阀100、先导阀200和控制构件或螺线管阀400。优选地,控制构件400是如轴滑阀或球阀的任何已知或适当类型的两状态阀,其由螺线管400或适当地能够接收用于在两个状态之间进行操作的信号的任何其他已知或适当的控制器来操作。
图1中的系统被示出为处于第一位置,其中发动机和油泵3没有按照图1的曲线图上的代表点1来操作。在该状态下,优选地由发动机控制模块(或ECM,未示出)或与ECM通信的另一控制模块控制的控制构件或螺线管400被布置在所示的第一或开位置。在该第一位置中,控制构件400的双状态阀按照图1所示来布置。
泄压阀100具有从泵3接收排放(或输出或出口)油压的输入101和从泄压阀100中的室或膛孔103将油传送/连通至或排出至泵3的出口102。输出104通向返回到泵3的容器2。泄压阀100具有由泄压阀弹簧120沿着朝向泄压阀100的油泵输入101的方向偏置的单个活塞构件110。油泵3的输出或出口101施加至压力释放活塞110的第一侧。泄压阀100具有在泄压阀活塞的第二或相反侧上并且除了泄压阀弹簧120外也作用而朝向如图1所示的闭合位置偏置泄压阀100的第二或先导输入/输出104。
先导阀200具有位于先导阀200中的第一输入P。先导阀200包括具有接收来自输入P的流体的力的一侧的第一活塞210。第一活塞210通过位于先导阀200的壳体中的先导膛孔213中的先导弹簧220来被朝向入口P偏置。在图1中输入P是来自油泵3的排放压力。第一先导活塞210被设计成使得输入P能够被传送/连通和/或排出至第一先导出口或输出A。输出A与控制构件400的双状态阀(即,螺线管控制构件的关侧)连通。因此,如果控制构件400处于开位置,则输出A(在所示出的位置中这与入口P相同)被密封在控制构件400处并且不进一步与泄压阀100连通。如可以从图1容易地看出的,当螺线管控制构件处于开位置时,控制构件400不将先导阀200的输出A传送至泄压阀100的第二或先导输入/输出104。但是在图1中,应当注意,在没有排放压力的情况下,第二先导活塞240也在第一先导活塞210内朝向先导入口P被偏置并且使得入口P能够被传送至活塞210并且经由顶部中的孔205而被传送至第二活塞240的顶端以及经由通道206经过活塞210而被传送至室208、围绕第二活塞240而被传送至活塞210中的通道209并且至出口A。现在,随着发动机被起动并且发动机速度增加,油泵3的速度也增加并且系统1从图线上的第一点1移动至第二点2,并且该系统及其部件移动至图2所示的位置。
在图2中油泵3速度已经增加,并且施加给泄压阀100的排放压力也已经增加。从而,泄压阀110已从图1的闭合位置移动至图2的第二闭合位置2,其中泄压阀100的输入101处的增加了的压力已使压力释放活塞110逆着泄压阀弹簧120的力移动。螺线管控制构件400仍然处于开位置使得先导阀200仍然与泄压阀100断开。现在还应当注意,随着排放压力的增加,入口P处的入口压力作用于第二先导活塞240以使第二先导活塞240在第一先导活塞210内逆着先导弹簧220向下移动。如所应该注意的,图2中的泄压阀100即将打开,并且随着泵3速度的增加,系统的部件移动至图3所示的图线的位置3。
在图3中,油泵3速度已经增加,并且施加给泄压阀100的活塞110的1010处的排放压力也已经增加。从而,压力释放活塞110已从图1和图2的闭合位置移动至图3的打开位置3,其中泄压阀100的输入101处的增加了的压力已使泄压阀110逆着泄压阀弹簧120的力移动至以下点,在该点处现在泄压阀100的输入101经过压力释放活塞120被连通、流体排出至压力释放输出并且排回至容器2和油泵3,并且控制构件400仍然被切换至开位置使得双向阀仍然闭合。先导阀200仍然处于与图2中的位置相同的位置使得先导阀200的输出A仍然连接至控制构件400的双向阀的关断位置。如在图线中所示,在泄压阀100打开的情况下,随着泵速度随发动机速度而增加直至图线上的下一个位置4,排放压力现在更为缓慢地上升,控制构件被切换至如图4所示的关位置。
当油泵3的速度已经保持恒定时,排放压力却明显地增加,这是因为控制构件400被切换至关位置并且先导阀200的输出A被施加给泄压阀100的先导输入/输出104。利用增加了的排放压力(图线上的点4),压力释放活塞100仍然处于打开位置,这类似于图3。并且,泄压阀101的输入被传送经过压力释放活塞110,所以流体被排出至压力释放输出102并且排回至油泵3。利用增加了的排放压力,先导阀200的第二活塞240被进一步逆着先导阀弹簧220迫压,这是由于流体穿过通道205并且迫压于第二活塞240的端部,使得第二活塞240阻塞了通道206并且将室208与输入P切断,从而防止输入P到达先导阀200的输出A,而使得输出A变固定并且先导阀200的输出A仍保持连接至控制构件400的双向阀的关位置并且输出A被施加给泄压阀100的先导输入/输出104。如图中的图线所示,在通过ECM、控制模块或其他控制器切换控制构件400的情况下,排放压力增加并且压力释放系统/泄压系统1实现自校正反馈控制系统。在该位置,先导阀200停留在其中央位置附近并且先导阀像‘分压器’一样作用以将输出‘A’压力保持于入口‘P’压力与压力‘T’之间(即,其中液压阻力≡电阻力),其在第二先导输出处被传送至容器2。随着泵3速度和流量的增加并且泄压阀100需要打开更多以再循环更多(过度)油流体流,先导出口‘A’压力从图线上的点4朝向图线上的点5减小。在该实施方式中,应当理解压力校正现在可以更加容易并且有效地做出,如图5至图7所示并且沿着从点4至点5的图线如以点6和点7所表示。
在图5中,油泵3速度已经增加,但是排放压力却已在先导阀200设定处保持基本上恒定。螺线管控制构件400仍然被切换至关状态并且先导阀200的输出A仍然施加给泄压阀100的先导输入/输出104。但是,随着泵3速度的增加,在泵3流量的增加并且泄压阀100需要打开更多以再循环过度流时,第一先导阀出口A处的压力减小。利用减小了的出口压力A,先导阀200的入口P处的排放压力变得大于出口压力A并且第二先导阀活塞240逆着先导阀弹簧220进一步移动直至出口压力A与出口T连通,如在图5中由跨过螺线管控制构件400并且跨过先导阀200的附加箭头所示。从而,如果在发动机中存在压力增加,如在图线上的点6处所示,则排放压力信号增加并且先导阀200中的第二先导阀活塞240移动以将输出A传达给输出T,并且压力释放系统1进一步打开并且压力释放系统1返回至线4-5上的平衡。
在图6中,压力释放系统1现在以图线上的点7示出,其中在发动机(或其他部位)中存在突然压降,该压降引起了供应给先导阀200的入口P的排放压力的下降。在该情况下,先导阀200的第二活塞240被偏置以导致入口P返回与出口A连通,出口A然后与螺线管控制构件400连通。由于螺线管控制构件400停留在关位置并且布置有双向阀,所以出口A与泄压阀100的先导输入/输出104连通,从而导致泄压阀100的活塞110朝向闭合位置移动,并且减小了去往油泵3的再循环流体流,从而导致至发动机的流量压力增加并且从图线上的点7移动回平衡线4-5。
图7示出了在低/中速处潜在节省的能量的图示,其中不需要对发动机施加高压。它还示出了平衡线4-5,其提供了附加的潜在效率和能量节省以及本文所记录的其他益处。
在图8中,示出了压力释放系统11的第二实施方式,其中滤油器(20)被示出在油泵3之后,并且通过将延伸构件112和第二活塞113布置在第二室114中来对着油泵排放压力101来平衡泄压阀活塞110。在该实施方式中,主管道压力被供应至先导阀200的入口P,使得先导阀200现在响应于主管道压力而不是如先前实施方式那样直接地响应于油泵3输出压力。主管道压力P还在与室114和第二活塞113的顶部连通的入口115处施加给泄压阀100以使得泄压阀300响应于通过入口115供应的压力P(主管道压力)。如在图线中所示,图8的压力释放系统11的控制仍然类似于第一实施方式,但是是通过管道压力P来确定的而不考虑控制构件400的双向阀的位置。
在图9中,除了其中在油泵3后添加有滤油器(20)而与图8的第二实施方式类似以外,压力释放系统12的第三实施方式被示出为与图1的第一实施方式非常相似。在图9中,泄压阀活塞入口101直接由泵3输出压力来供给并且主管道压力被供应给先导阀200的入口P以使得先导阀200现在响应于主管道压力P而不是直接地响应于油泵3输出压力以提供混合压力控制系统12。如在图9的图线中所示出的,图9的压力释放系统12的控制仍然与第一实施方式和第二实施方式类似,但是可以看出压力-速度曲线由于混合控制而被改变。
现参考图10,使用双先导控制系统示出了压力释放系统13的第四实施方式。第二先导阀500被添加至所示的压力控制系统13。第一先导阀系统200用作控制构件400的高压设定并且使得其输出A2被供应给螺线管控制构件400的关侧的双向阀,并且第二先导阀500用作控制构件400的低压设定并且使得其输出A5被供应给螺线管控制构件的开侧的另一双向阀。图10的实施方式还包括添加在油泵3之后的滤油器20并且泄压阀活塞入口101直接由泵输出压力来供给,并且主管道压力分别被供应给第一先导阀200和第二先导阀500的入口P,以使得当螺线管控制构件为开时,具有低压设定A2的第一先导阀200被供应给泄压阀100的入口/出口104,并且使得当螺线管控制构件为关时,具有高压设定A5的第二先导阀500被供应给泄压阀100的入口/出口104。如在图10的图线中所示的,控制构件400由ECM或其他控制器来操作以使得第一或低先导阀设定A2控制相比先前实施方式变得平坦的线2-3,并且第二先导或高控制设定A5随着泵3的速度的变化沿着线4-5进行控制。
现参考图11,压力释放系统14的第五实施方式被示出,其中滤油器20被添加在油泵3之后并且主管道压力反馈信号被应用于交替设计先导阀600的输入P,并且泄压阀活塞入口101直接由泵3输出压力来供给。类似于具有两个先导阀的图10,在图11中单个先导阀600被配置并且被端口设置为四端口先导控制并且提供出口B,出口B被供应给螺线管控制构件400的双向阀及关侧并且表示图11中的图线中的线4-5的相对高压先导‘B’设定,并且先导阀600的出口A被供应给螺线管控制构件400的双向阀开侧并且具有对应于图11的图线中的线2-3相对低压先导‘A’设定。先导阀600不再包括第一活塞而仅包括对应的第二活塞640,其具有包括用于接收管道反馈信号压力P的孔605和将该相同压力P传送给下室650的分支606的顶端,该下室650由活塞640和容置活塞640的阀600的壳体的膛孔来限定。弹簧620以与先前实施方式类似的方式将活塞640朝向孔605偏置。取决于活塞640的位置,管道反馈信号压力P和容器压力T之一被选择性地供应给出口端口A和B。
只要任意较低值和任意较高值之间有至少2个单位的分隔,本文所引用或图中的任何数值旨在包括以一个单位的增量由较低值至较高值的所有值。例如,如果叙述了组分的量或例如温度、压力、时间等的工艺变量值为例如1至90,优选地20至80,更优选地30至70,其意指如15至85、22至68、43至51、30至32等值明确地列举在本说明书中。对于小于一的值,适当地一个单位被认为是0.0001、0.001、0.01或0.1。这些只是具体预期的例子,并且所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为以类似的方式在说明书中明确地进行了表示。可以看出,本文中用“重量份”表示的量的教导还意指以重量百分比表示的相同范围。因此本发明具体实施方式中按照“所形成的聚合混合组合物的“x”重量份”表示的范围的表述还指相同列举量所得的聚合混合组合物的“x”重量百分比的范围。
除非另外声明,否则,所有范围都包括两个端点和端点之间的所有数字。与范围有关的“约”或“大约”的使用适用于范围的两端。因此,“约20至30”旨在覆盖“约20至月30”,包含至少这些具体的端点。
包括专利申请和公告的所有文章和参考文献的公开出于所有目的通过引用方式并入本文中。描述组合的术语“基本上由...构成”应包括已标识的元件、成分、组分或步骤,以及那些不显著影响组合的基本的和新的特征的其他元件、成分、组分或步骤。本文中用来描述元件、成分、组分或步骤的组合的术语“包括(comprising)”或“包括(including)”还指基本上由元件、成分、组分或步骤构成的实施方式。在本文中,通过使用词语“可以(may)”,意指“可以”包括在内的任何所描述的属性是可选的。
多个的元件、成分、组分或步骤可由单个结合的元件、成分、组分或步骤提供。或者单个结合的元件、成分、组分或步骤可分为独立的多个元件、成分、组分或步骤。用来描述元件、成分、组分或步骤的“一(a)”或“一个(one)”的公开并非有意预先排除附加的元件、成分、组分或步骤。
应理解,上面的描述是用于说明而非限制。除所提供的实施例之外,在阅读上述描述后,许多实施方案和许多应用对本领域技术人员而言也将是明显的。因此,本发明的范围连同这些权利要求所赋予的等同物的全部范围不应该根据上面的描述来确定而应根据所附的权利要求来确定。包括专利申请和公告的所有文章和参考文献的公开出于所有目的而通过引用方式并入本文中。本文所公开的主题的任何方面的以下权利要求中的省略不是对这类主题的放弃,也不应视作发明人不认为这类主题是所公开的发明主题的一部分。