CN103671093A - 一种变排量叶片泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变排量叶片泵，它包括偏心环（2）、转子（3）和用于调节所述偏心环（2）与转子（3）偏心距离的调节机构，其特征在于：所述变排量叶片泵还包括用于驱动调节机构使偏心环（2）与转子（3）的偏心距离改变的先导阀（4），所述先导阀（4）和调节机构之间通过油管（5）相连通。采用本发明结构，由于通过先导阀的控制，避免了从泵腔中反馈油压信息因此也就避免了排量调节的滞后性和误差，同时也避免了在高速下的压降现象对控制系统的干扰，因此无需人为的去提高高速安全压力值，从而实现了最佳的能量利用率。

Description

一种变排量叶片泵

技术领域

本发明涉及汽车发动机领域的油泵，具体地涉及一种变排量叶片泵。

背景技术

随着现代化社会的发展，汽车作为一种重要的交通工具已经越来越多的走进了人们的生活。而作为汽车核心部件的发动机，其润滑系统的好坏直接影响到发动机的性能和寿命。传统汽车发动机的润滑系统简单来说是通过发动机转轴带动油泵转子转动，从而带动设于转子上的若干叶片转动，通过油泵内腔与转轴的偏心设置，使叶片转动过程中所述若干叶片围成的不同容积大小的腔室得到压缩和扩张，最终实现负压吸油和高压输油。由此可见，在该类油泵中当其内腔中心与转轴轴线之间的偏心距离固定后，其提供的高压油液的输出量大小则完全由发动机转速决定，即称之为定排量泵。因此，不难想象，当汽车处于高速运行时，其油液的输送往往过量浪费。这显然不符合汽车发展过程中，高效节能环保的方针。

而在现有技术中已经有这样一种油液输出量可调节的变排量泵，例如专利号为200580043674.9的发明专利，它的设计原理简单来说是在传统的定排量泵的基础上增设一个控制环，所述控制环设于油泵的腔体内，并套于所述叶片和转子外使叶片和转子在所述控制环的腔室内转动，且该控制环的一端固定在油泵的内壁上，其另一端设有用于调节控制环摆动的调节机构，由此通过调节机构使控制环的内腔中心和转轴的轴线之间的偏心距离可调，从而改变油液被压缩的程度，即改变油液的排量，最终满足汽车在不同时速下的油液稳压输出。因此，该变排量泵的工作流程是首先感应器检测到腔体内油液压力值，反馈到系统，由系统判断压力值大小，再通过控制调节机构使控制环摆动，调整到最佳排量位置。这一技术方案也成为本行业内现有的变排量泵的设计基础。而针对这一现有技术，却客观存在以下几点缺陷：

1感应器检测到油液的压力信息反馈到系统，再由系统控制调节机构驱使控制环摆动，但是在一过程当中，由于所述控制环往往较大，因此由于其自身的惯性，该油液排量的调节必然存在滞后性。

2所述控制环在摆动过程中其与泵体内壁之间必然存在一定摩擦，无论是二者直接接触的摩擦力，还是通过密封件产生的摩擦力，都始终与运动方向相反，因此该摩擦力将会导致控制环摆动前后所需的力不相同，由此将会使调节机构的控制存在误差，从而导致系统控制的误差。

3当汽车发动机进行高速运转时，所述油液被压缩的程度也会加剧，由此在容腔的负压区域由于汽蚀现象将会产生气泡。因此所述容腔内的平衡力将会被打破，即负压区域由于气泡将丧失部分液压力，从而使增压区域对控制环产生一个减排量的扭矩，使发动机在高速过程中有一个压降。这也就是本行业内一直存在的高速压降的难题，所以本行业中为了满足高速状态的安全压力要求，往往需要人为的提高其高速压力的标准用于克服上述的压降现象。由此不得已造成了一定的高速状态的能量浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种控制精确及时且高速状态能量利用率高的变排量叶片泵。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的变排量叶片泵：它包括设于所述泵腔内的偏心环、与所述偏心环的内腔偏心设置的转子和用于调节所述偏心环与转子偏心距离的调节机构，所述偏心环的外圆周壁的一侧与泵腔的内壁之间通过圆柱销铰链连接，其另一侧设有延长臂，其特征在于，所述变排量叶片泵还包括用于驱动调节机构使偏心环与转子的偏心距离改变的先导阀，所述先导阀与调节机构之间通过油管相连通。

具体地，所述调节机构包括减排量腔、增排量腔和复位弹簧，所述减排量腔设于所述延长臂的相对于转子偏心位置的相反一侧，由第一密封件、设于圆柱销上的密封圈、偏心环侧壁和泵腔内壁围成，所述增排量腔设于所述延长臂上与减排量腔相反的一侧，且由第二密封件、设于圆柱销上的密封圈、偏心环侧壁和泵腔内壁围成，所述复位弹簧设于所述增排量腔内且其一端抵靠在所述延长臂上，其另一端抵靠在泵腔内壁上。

作为本发明的一种改进，所述先导阀包括阀体、设于所述阀体内的可以沿轴向滑动的阀芯和用于预紧阀芯的预紧弹簧，所述阀体的周向上设有第一油口、第二油口和卸油口，所述阀芯上设有用于连通第一油口与第二油口的第一液压腔和用于连通第二油口和卸油口的第二液压腔，所述阀体内还设有与阀芯底端相对应的第三油口，所述阀芯的顶端还设有容置槽，所述预紧弹簧的一端设于所述容置槽内，其另一端与阀体相抵靠。通过先导阀的设计，实现不同油口对应相应的调节机构中的腔体，从而通过先导阀的压力调节控制调节机构，因此油液压力信息的反馈直接在先导阀中完成，避免了泵腔内的干扰因素对油液压力信息的干扰。

作为一种优选，所述第三油口对应的阀芯底端的周向均设有第二倒角，所述阀体上设有与所述第二倒角对应的第一倒角，且所述第一倒角角度大于所述第二倒角的角度。当第一倒角角度大于第二倒角角度时，在满排量工作中，即阀芯的低端运行到最接近阀体腔内下端面的时候，可以有效避免两端面直接贴合，因此也就排出了在阀芯从满排量工作切换到别的工作状态时，由于端面面积突然改变导致的瞬态油压波动。

更进一步地，所述第一油口、第三油口和减排量腔对应的第四油口均通过油管与主油口相连通，所述第二油口与增排量腔相连通。

作为本发明的另一种改进，所述预紧弹簧与阀体之间设有弹力调节装置，所述弹力调节装置的一端与阀体之间螺纹连接，其另一端设有凸台，所述凸台的端面与预紧弹簧的一端相抵靠。通过旋紧弹力调节装置可以控制所述凸台上升或下降，从而可以改变预紧弹簧的预紧力，即可以调节平稳输油所在的稳压值。

作为本发明的最后一种改进，所述变排量叶片泵还包括电磁阀，所述阀芯上设有使阀芯克服预紧弹簧的第三液压腔，所述电磁阀分别与主油口和第三液压腔相连通，并且所述电磁阀与控制系统电连接。通过增设电磁阀和第三液压腔，可以人为的控制阀芯克服预紧弹簧的油液压力，从而可以将变排量泵改善为双级，当然如果再增设多个电磁阀，其可以是多级的。

采用以上结构，本发明与现有技术相比具有以下优点：首先，调节机构中的减排量腔与主油口连通，而增排量腔则通过先导阀的第一油口、第一液压腔和第二油口与主油管相连通，因此可以通过先导阀控制增排量腔的油液连通和卸载，从而控制油泵的排量输出。所以只要反馈先导阀中的油液压力即可，这也避免了从泵腔中反馈油压信息导致的滞后性和误差。其次，当油压的反馈信息直接从先导阀中得到后也避免了在高速下的压降现象对控制系统的干扰，因此无需人为的去提高高速安全压力值，从而实现了最佳的能量利用率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明去除泵盖和先导阀后的内部结构示意图。

图3为图1中“A”方向的截面结构示意图。

图4为图3中“B”的放大示意图。

图中所示：1、泵腔，1.1、第一密封件，1.2、第二密封件，1.3、密封圈，2、偏心环，2.1、圆柱销，2.2、延长臂，3、转子，4、先导阀，4.1、阀体，4.1.1、第一油口，4.1.2、第二油口，4.1.3、第三油口，4.1.4、卸油口，4.1.5、第一倒角，4.1.6、第四油口，4.2、阀芯，4.2.1、第一液压腔，4.2.2、第二液压腔，4.2.3、第三液压腔，4.2.4、容置槽，4.2.5、第二倒角，4.3、预紧弹簧，5、油管，5.1、主油口，6、减排量腔，7、增排量腔，8、复位弹簧，9、弹力调节装置，9.1、凸台，10、电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明的变排量叶片泵，包括设于所述泵腔1内的偏心环2、与所述偏心环2的内腔偏心设置的转子3和用于调节所述偏心环2与转子3偏心距离的调节机构。该处所指的偏心设置是指所述偏心环2内腔的几何中心与转子的轴线不重合，因此绕转子3轴线周向设置的叶片将偏心环2内腔分割成不同体积的若干腔体，由此当转子3带动叶片转动时，其不同腔体之间不停的进行压缩和扩张，而所述偏心距离的大小则决定了不同腔体之间的体积差异，因此偏心距离越大则其压缩和扩张的程度越大。所述偏心环2的外圆周壁的一侧与泵腔1的内壁之间通过圆柱销2.1铰链连接，其另一侧设有延长臂2.2。通过圆柱销2.1可以实现偏心环2的摆动，因此也就可以改变偏心距，由此改变油液压缩和扩张的程度，即实现了油液排量的变化。所述变排量叶片泵还包括用于驱动调节机构使偏心环2与转子3的偏心距离改变的先导阀4，所述先导阀4和调节机构之间通过油管5相连通。该处所述的先导阀4驱动所述调节机构是指，通过先导阀4的各出油口和调节机构各自的油腔相连通，由此，通过先导阀的各油口的连通与断开控制调节机构不同腔体的有油工作和无油卸荷。

所述，调节机构控制偏心环2的摆动过程是通过减排量腔6、增排量腔7和复位弹簧8来实现的，所述减排量腔6设于所述延长臂2.2的相对于转子3偏心位置的相反一侧。当然排量腔6的作用是用于使油泵排量减少，也就是减少转子3和偏心环2之间的偏心距离，因此所述减排量腔6设于图2中的下方，而所述转子则在图2中较偏心环2的几何中心偏上。并且所述减排量腔由第一密封件1.1、设于圆柱销2.1上的密封圈1.3、偏心环2侧壁和泵腔1内壁围成一个封闭的腔体。所述增排量腔7设于所述延长臂2.2上与减排量腔6相反的一侧，且由第二密封件1.2、设于圆柱销2.1上的密封圈1.3、偏心环2侧壁和泵腔1内壁围成封闭的腔体，所述复位弹簧8设于所述增排量腔7内且其一端抵靠在所述延长臂2.2上，其另一端抵靠在泵腔1内壁上。由于存在了减排量腔6和增排量腔7，因此本发明中的复位弹簧8可以选用刚度很小的弹簧，其主要作用只是起到一个复位作用，这不同于常规的变排量泵。在常规的变排量泵中，所述复位弹簧需要克服减排量腔6的压力，使二者维持在一个稳压输出状态，也就是说该复位弹簧8不仅起到复位作用，它还是一个稳压输出的平衡力，因此其需要弹力的较大。更因为所述安装复位弹簧8的容腔空间有限，因此弹簧的压缩量有限，不能选用较长的弹簧用以提供足够的弹力，因此就需要对弹簧的刚度要求较高。这无形中也增加了弹簧的材料要求和装配难度。而这些在本发明中均得到了克服，因为本发明中的复位弹簧8并不需要与减排量腔6实现二力平衡，当需要平衡力的时候，只需要增排量腔7注入一定油压即可与减排量腔6相抵抗，因此该复位弹簧8可以选用常规的较小弹力的弹簧。

如图3所示，所述先导阀4包括阀体4.1、设于所述阀体4.1内的可以沿轴向滑动的阀芯4.2和用于预紧阀芯4.2的预紧弹簧4.3，所述阀体4.1的周向上设有第一油口4.1.1、第二油口4.1.2和卸油口4.1.4，所述阀芯4.2上设有用于连通第一油口4.1.1与第二油口4.1.2的第一液压腔4.2.1和用于连通第二油口4.1.2和卸油口4.1.4的第二液压腔4.2.2。图3中阀体的右侧设有第一油口4.1.1，所述第一油口4.1.1的下方并列设有第二油口4.1.2，位于所述第二油口4.1.2下方的对应另一侧设有卸油口4.1.4。当阀芯4.2下移到最低位置时第一液压腔4.2.1将第一油口4.1.1和第二油口4.1.2连通，当所述阀芯4.3上移时所述第一液压腔4.2.1只与第一油口4.1.1连通，而第二油口4.1.2则通过第二液压腔4.2.2与另一侧的卸油口4.1.4相连通，从而使增排量腔7中的油液卸荷。所述阀体4.1内还设有与阀芯4.2底端相对应的第三油口4.1.3，当然所述第三油口4.1.3位于阀芯的底端，所述阀体上与该第三油口4.1.3对应的设有一个容腔，从而使油液通过第三油口4.1.3将阀芯4.2顶起，克服预紧弹簧4.3的弹力，实现阀芯4.2的轴向移动。作为优选，所述第三油口4.1.3对应的阀芯4.2底端的周向均设有第二倒角4.2.5，所述阀体4.1上设有与所述第二倒角4.2.5对应的第一倒角4.1.5，且所述第一倒角4.1.5角度大于所述第二倒角4.2.5的角度。不难发现，当阀芯4.2处于最低端位置时，其端面将于阀体4.1内腔的底面贴合，由此当阀芯4.2需要上升时，由于两端面远离的一瞬间，该端面的表面积瞬间变大，由此将会导致油液压力对阀芯4.2低面瞬间的波动。而通过设置两个倒角使二者端面不贴合，因此也就不存在油液压力的瞬间波动。

所述阀芯4.2的顶端还设有容置槽4.2.4，所述预紧弹簧4.3的一端设于所述容置槽4.2.4内，其另一端与阀体4.1相抵靠。

所述第一油口4.1.1、第三油口4.1.3和减排量腔6对应的第四油口4.1.6均通过油管5与主油口5.1相连通，所述第二油口4.1.2与增排量腔7相连通。

所述预紧弹簧4.3与阀体4.1之间设有弹力调节装置9，所述弹力调节装置9的一端与阀体4.1之间螺纹连接，其另一端设有凸台9.1，所述凸台9.1的端面与预紧弹簧4.3的一端相抵靠。通过旋紧弹力调节装置可以控制所述凸台9.1上升或下降，从而可以改变预紧弹簧的预紧力，即可以调节平稳输油所在的稳压值。

所述变排量叶片泵还包括电磁阀10，所述阀芯4.2上设有使阀芯4.2克服预紧弹簧4.3的第三液压腔4.2.3，所述电磁阀10分别与主油口5.1和第三液压腔4.2.3相连通，并且所述电磁阀10与控制系统电连接。

本发明的工作原理是这样的：当油液压力较小需要满排量工作时，所述第三油口4.1.3内的油液压力小于预紧弹簧4.3的预紧力，因此阀芯4.2位于最低位置，第一液压腔4.2.1将第一油口4.1.1和第二油口4.1.2连通，使增排量腔7与主油口5.1相连通，因此增排量腔7与减排量腔6的油液压力相抵消，在复位弹簧8的作用下，偏心环2处于最大排量位置。当油液压力过大超过预紧弹簧4.3的预紧力的时候，所述第三油口4.1.3中的油液压力作用于阀芯4.2的底端，从而使阀芯4.2克服预紧弹簧4.3的弹力上升，由此使第一液压腔4.2.1上移与第二油口4.1.2断开，另外使第二液压腔4.2.2上移连通卸油口4.1.4和第二油口4.1.2，从而使增排量腔7与卸油口4.1.4连通，油液压力卸荷，因此在减排量腔6的压力作用下使偏心环2摆动减少排量输出。最终排量稳定在一个恒定值输出。

同样地，当增设电磁阀10时，通过控制电磁阀10的开合，可以人为的调节作用于阀芯4.2上的上升力，因此可以实现油液压力在另一个恒定值输出。

另外，本发明中提到的所述先导阀的相应油口和调节机构的腔体与主油口相连通，其目的是为所述调节机构提供一个液压动力源，因此，所述主油口的油液来源不仅仅局限于主油道，它还可以是机油泵的出油口。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变排量叶片泵，包括设于所述泵腔（1）内的偏心环（2）、与所述偏心环（2）的内腔偏心设置的转子（3）和用于调节所述偏心环（2）与转子（3）偏心距离的调节机构，所述偏心环（2）的外圆周壁的一侧与泵腔（1）的内壁之间通过圆柱销（2.1）铰链连接，其另一侧设有延长臂（2.2），其特征在于：所述变排量叶片泵还包括用于驱动调节机构使偏心环（2）与转子（3）的偏心距离改变的先导阀（4），所述先导阀（4）和调节机构之间通过油管（5）相连通。

2.根据权利要求1所述的变排量叶片泵，其特征在于：所述调节机构包括减排量腔（6）、增排量腔（7）和复位弹簧（8），所述减排量腔（6）设于所述延长臂（2.2）的相对于转子（3）偏心位置的相反一侧，由第一密封件（1.1）、设于圆柱销（2.1）上的密封圈（1.3）、偏心环（2）侧壁和泵腔（1）内壁围成，所述增排量腔（7）设于所述延长臂（2.2）上与减排量腔（6）相反的一侧，且由第二密封件（1.2）、设于圆柱销（2.1）上的密封圈（1.3）、偏心环（2）侧壁和泵腔（1）内壁围成，所述复位弹簧（8）设于所述增排量腔（7）内且其一端抵靠在所述延长臂（2.2）上，其另一端抵靠在泵腔（1）内壁上。

3.根据权利要求2所述的变排量叶片泵，其特征在于：所述先导阀（4）包括阀体（4.1）、设于所述阀体（4.1）内的可以沿轴向滑动的阀芯（4.2）和用于预紧阀芯（4.2）的预紧弹簧（4.3），所述阀体（4.1）的周向上设有第一油口（4.1.1）、第二油口（4.1.2）和卸油口（4.1.4），所述阀芯（4.2）上设有用于连通第一油口（4.1.1）与第二油口（4.1.2）的第一液压腔（4.2.1）和用于连通第二油口（4.1.2）和卸油口（4.1.4）的第二液压腔（4.2.2），所述阀体（4.1）内还设有与阀芯（4.2）底端相对应的第三油口（4.1.3），所述阀芯（4.2）的顶端还设有容置槽（4.2.4），所述预紧弹簧（4.3）的一端设于所述容置槽（4.2.4）内，其另一端与阀体（4.1）相抵靠。

4.根据权利要求3所述的变排量叶片泵，其特征在于：所述第三油口（4.1.3）对应的阀芯（4.2）底端的周向均设有第二倒角（4.2.5），所述阀体（4.1）上设有与所述第二倒角（4.2.5）对应的第一倒角（4.1.5），且所述第一倒角（4.1.5）角度大于所述第二倒角（4.2.5）的角度。

5.根据权利要求3所述的变排量叶片泵，其特征在于：所述第一油口（4.1.1）、第三油口（4.1.3）和减排量腔（6）对应的第四油口（4.1.6）均通过油管（5）与主油口（5.1）相连通，所述第二油口（4.1.2）与增排量腔（7）相连通。

6.根据权利要求3所述的变排量叶片泵，其特征在于：所述预紧弹簧（4.3）与阀体（4.1）之间设有弹力调节装置（9），所述弹力调节装置（9）的一端与阀体（4.1）之间螺纹连接，其另一端设有凸台（9.1），所述凸台（9.1）的端面与预紧弹簧（4.3）的一端相抵靠。

7.根据权利要求3所述的变排量叶片泵，其特征在于：所述变排量叶片泵还包括电磁阀（10），所述阀芯（4.2）上设有使阀芯（4.2）克服预紧弹簧（4.3）的第三液压腔（4.2.3），所述电磁阀（10）分别与主油口（5.1）和第三液压腔（4.2.3）相连通，并且所述电磁阀（10）与控制系统电连接。

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