CN105074214A - 具有多个压力腔室的可变容积泵 - Google Patents

Abstract

一种可变容积叶片泵，其具有在限定出外壳内部腔室的内表面与控制环外表面之间的多个密封件。密封件限定出多个压力调节腔室，包括第一腔室和第二腔室。第一腔室被限定在沿控制环圆周方向位于控制环枢转安装件的相对两侧上的一对密封件之间，并具有用于接收加压流体的至少一个入口。第一腔室沿在第二枢转方向上对控制环施加作用力的一部分的圆周幅度大于沿着在第一枢转方向上施加作用力的部分，从而净效应是沿第二枢转方向施加作用力。第二腔室被限定在位于控制环圆周方向上的一对密封件之间，并且第二腔室具有用于接收加压流体的至少一个入口，使得第二腔室的整个圆周幅度沿第二枢转方向对控制环施加作用力。

Description

具有多个压力腔室的可变容积泵

技术领域

本申请涉及一种可变容积泵，尤其涉及一种具有多个压力腔室的可变容积泵。

背景技术

现有技术已知多腔室可变容积泵。然而，这些泵典型地具有缺陷，例如在控制环与壳体之间的泄漏问题以及压力输出范围有限。这种泵的示例在US2009/0196780A1、US2010/0329912、US8057201、US7794217、US4678412中披露，这些文献每一篇的全部内容通过引用并入本文中。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种可变容积叶片泵，包括：外壳，该外壳包括限定出内部腔室的内表面、至少一个入口端口、以及至少一个出口端口；控制环，该控制环枢转地安装在所述内部腔室中，该控制环具有限定出转子接纳空间的内表面；以及转子，该转子可转动地安装在所述控制环的所述转子接纳腔室空间内，其中，所述转子具有中心轴线，该中心轴线与所述转子接纳空间的中心轴线偏心(eccentric)。所述转子包括多个径向延伸的叶片，这些叶片安装至转子以用于径向运动，并且这些叶片与所述控制环的内表面密封地接合，从而转子的转动使得流体在负的吸入压力下通过所述至少一个入口端口吸进，并使得流体在正的排放压力下通过所述至少一个输出端口输出。弹性结构沿着第一枢转方向驱策所述控制环。在限定出外壳的内部腔室的所述内表面与控制环的外表面之间设有多个密封件，所述密封件限定出多个压力调节腔室，所述多个压力调节腔室包括分别用于接收加压流体的第一腔室和第二腔室。

所述第一腔室被限定在沿所述控制环的圆周方向定位在控制环枢转安装件的相对两侧上的一对密封件之间，并且所述第一腔室具有用于接纳加压流体的至少一个入口，所述第一腔室沿着在第二枢转方向上对控制环施加作用力的一部分的圆周幅度比沿着在第一枢转方向上对控制环施加作用力的一部分的圆周幅度大，使得净效应是在第二枢转方向上施加作用力。第二腔室被限定在沿着控制环圆周方向定位的一对密封件之间，并且该第二腔室具有用于接收加压流体的至少一个入口，使得第二腔室的整个圆周幅度在第二枢转方向上对控制环施加作用力。

本发明的其它目的、特征和优点将从以下说明书、附图以及权利要求书变得更加显然。

附图说明

图1是移除盖后的可变容积泵的平面视图；

图2是移除盖后的现有技术可变容积泵的平面视图；

图3是与图1相同的视图，该图中添加有线以示出腔室幅度。

具体实施方式

所示出的实施例是可变容积叶片泵，其总体上用附图标记10指代。如现有技术已知地，该泵包括外壳12、控制环14、转子16和弹性结构18。

外壳12包括：内表面20，该内表面限定出内部腔室22；至少一个出口端口24，用于吸入待泵送的流体(在机动车应用场合中典型地为油)；和至少一个出口端口26，用于排放流体。入口端口24和出口端口26可以分别具有月牙形形状，并可以通过同一个壁27形成，该壁位于外壳的一个轴向侧上(相对于转子16的转动轴线而言)。入口端口24和出口端口26布置在转子16的转动轴线的相对径向侧上。这些结构是常规的，无需具体描述。可以使用其它构造，例如具有不同的形状或者不同的端口数量等等。

外壳12可以由任何材料制成，并且可以通过粉末金属铸造、锻造或者其它期望的制造技术形成。外壳12包围住内部腔室22。在附图中示出了外壳12的主壳体，其中壁27限定出腔室22的一个轴向侧，并且周向壁28在周围延伸以周向地环绕腔室22。盖(未示出)附接至外壳12，例如通过被插入各种紧固件孔30(沿周向壁28设置)中的紧固件附接至外壳。没有示出盖的目的在于能够看见泵的内部部件，这种盖是现有技术已知的，无需详细描述。可选地，在盖与腔室22的周向壁28之间设置垫圈或者其它密封件以密封腔室22。

外壳包括多个表面以适应控制环14的运动和密封接合，这将在下文详细描述。

控制环14枢转地安装在内部腔室22中。具体而言，设置有枢转销或者类似构件32以对控制环22的枢转动作加以控制。如图所示的枢转销32被安装至外壳12在腔室22内，并且控制环具有凹入的、半圆形的承载表面34，其抵靠枢转销32坐置。在一些实施例中，枢转销32可以延伸通过控制环14中的孔，而不是设置在凹入的外部承载凹陷部中。枢转连接可以具有其它构造，并且这些示例不应被认作是限制性的。

控制环14具有内表面36，该内表面限定出转子接纳空间38。转子接纳空间38具有大致圆形的构造。该转子接纳空间38与入口端口24和出口端口26直接地连通，以便将油或者另一流体在负的吸入压力下通过入口端口24吸进，并将油或者另一流体在正的排放压力下驱逐出出口端口26。

转子16可转动地安装在控制环14的转子接纳空间38内。转子16具有中心轴线，该中心轴线典型地与转子接纳空间38的中心轴线偏心。转子16以传统的方式连接至驱动输入件，例如驱动皮带轮、驱动轴或者齿轮。

转子16包括多个径向延伸的叶片40，这些叶片被安装至转子16以便径向运动。具体而言，将叶片40以允许其径向地滑动的方式在其近向端部处安装至转子的中心环或者毂42中的径向缝槽内。离心力会迫使叶片40径向向外以保持叶片远向端部与控制环14的内表面36之间的接合。这种安装方式是常规且已知的。可以使用其它变型，例如在缝槽中的弹簧或者其它弹性结构以将径向向外地偏压叶片，并且该示例不是限制性的。因此，叶片40与控制环14的内表面36密封地接合，从而转子16的转动使得流体在负的吸入压力下通过所述至少一个入口端口24吸进，并在正的排放压力下通过所述至少一个出口端口26输出。由于控制环14与转子16之间的偏心关系，在定位有输出端口26的一侧上产生了流体的高压容积而在定位有入口端口24的一侧上产生了流体的低压容积(在现有技术中称作泵的高压侧和低压侧)。因此，这使得流体通过入口端口24吸入并且使得流体通过出口端口26排放。泵的这种功能性是已知的，无需进一步详细描述。

弹性结构18沿第一枢转方向驱策控制环14。具体而言，第一枢转方向是增加控制环轴线与转子轴线之间的偏心度的方向。在其它条件是相等的或者静态的情况下，偏心度的量指示泵中的流量，并且在约束条件保持不变的情况下指示排放压力与吸入压力之间的相对差。当偏心度增加时(附图中示出了最大位置)，泵的流速增大。相反地，随着偏心度降低，泵的流速下降。在一些实施例中，可以存在偏心度为零的位置，这意味着转子轴线与控制环轴线同轴。在该位置处，流量为零，或者非常接近零，因为高压侧和低压侧具有相同的相对容积。叶片泵的该功能性也是已知的，无需进一步详细描述。

在所示实施例中，弹性结构18是弹簧，例如是卷簧。外壳12可以包括弹簧接纳部分44，该弹簧接纳部分被周向壁28的数个部分限定以定位并支撑弹簧18。接纳部分44可以包括：侧壁45、46以阻止弹簧18侧向地偏折或者屈曲；和承载表面47，弹簧的一个端部可以抵靠该表面接合。控制环14包括径向延伸的承载结构48，该承载结构限定出承载表面49，弹性结构抵靠该承载表面接合。可以使用其它构造或者配置。

在限定出外壳内部腔室22的内表面20与控制环14的外表面56之间设有多个密封件50、52和54。密封件50、52和54限定出多个压力调节腔室，包括分别用于接收流体压力的第一腔室58和第二腔室60。在所示实施例中，示出了两个腔室，然而，在一些实施例中，可以使用更多个腔室以实现更加精细的压力调节。类似地，虽然示出了三个密封件，还可以使用另外的密封件以限定多个腔室。

在沿控制环14的圆周方向位于控制环14的枢转安装件的相对两侧上的一对密封件52、54之间限定出第一腔室58。即，腔室58的圆周部分62在枢转安装件(即，枢转销32)的一侧上延伸，并且腔室58的另一圆周部分64在枢转安装件的另一侧上延伸。另一种方式可以参考泵的中心线33描述，该中心线从枢转销延伸至限定出第二腔室60的远向端部的密封件50，则部分62位于该中心线的一侧上而部分64位于该中心线的另一侧上。第一腔室具有用于接收加压流体的至少一个入口66。例如，该至少一个入口端口66可以与外壳12的至少一个出口端口26连通以便在正的排放压力下接收加压流体。可以从其它正压力源(例如发动机油路、活塞喷射器等等)接收加压流体，并且排放压力的转换不是限制性的。

第一腔室58沿着用于在第二枢转方向上对环14施加作用力的一部分62的圆周幅度比沿着用于在第一枢转方向上施加作用力的一部分64的圆周幅度大。即，由于圆周部分62、64在枢转安装件的相对两侧上延伸，当对腔室58供应正压力时，一个部分62将沿着第二枢转方向对弹性结构18作用，而另一部分将沿第一枢转方向对弹性结构18作用。由于部分62大于部分64，并且它们是同一腔室58并将具有被供应的相同压力，净效应是沿第二枢转方向施加作用力。

第一腔室58的构造还具有的可选优点是减少了控制环14与外壳12之间的流体泄漏。具体而言，在控制环14外部的没有被腔室58、60占据的区域典型地具有低压或者没有压力，例如为负的吸入压力或者来自外壳外部的环境压力。这产生了相对于环14内部的高压侧的压差，会驱使流体从环14的轴向面与外壳壁之间泄漏。在现有技术装置中这是成问题的，因为任何压力腔室限于枢转安装件的一侧，并且在枢转安装件的相对一侧上的整个区域具有低压或者没有压力。由于环14内的高压侧典型地部分地延伸经过枢转安装件，这意味着在环14内部的高压侧和环14外部的低压或者无压区域之间存在径向对准区域，这会使上述问题加剧。从图4可以看出，其示出了现有技术构造，箭头指入枢转安装件下方的低压或者无压区域(密封件限定腔室的端部)。

然而，在所示实施例中，第一腔室58在枢转安装件的一部分64的两侧上延伸，并且具体而言，其具有在枢转销32的沿第一枢转方向作用的一侧上延伸。因此，这扩展了环14外部的高压区域，从而减少了与环14内的高压侧径向对准的低压或者无压区域。反过来，这降低了环14与外壳12之间的泄漏量。如图3所示，在枢转销32下方延伸的线示出了在第一腔室的部分64与环14中的高压侧上的出口端口26之间的径向对准或者重叠。

第二腔室60也被限定在一对密封件50、52之间，这对密封件位于环14的圆周方向上。如图所示地，两个腔室58、60可以共享公共的密封件52，其限定出这两个腔室的相邻端部，虽然这两个腔室也可以由完全独立的密封件对限定。腔室60还具有用于接收加压流体的至少一个入口68，从而第二腔室的整个圆周幅度沿第二枢转方向对环施加作用力。限定出第二腔室60的密封件50附接至径向延伸的承载结构48，弹簧18承靠该结构。加压流体可以来自任何正压力源，例如外壳12的出口端口26、发动机油路、活塞喷射器等等。加压流体源不应认为是限制性的。可以使用例如螺线管的阀或者其它任何类型的阀来以合适的方式控制对第二控制腔室60的加压流体递送。用于第二控制腔室的压力源可以与第一腔室不同，并且可以在相同实施例中在第二腔室中使用较低的压力。

控制环14包括在第一腔室58和第二腔室60之间延伸的径向延伸的伸出部70。公共的密封件52附接至径向延伸的伸出部70。如图所示地，径向延伸的伸出部70可以由两个汇聚表面限定。

控制环14还包括在第一腔室58的与第二腔室60相对的端部(即，在枢转销32的沿第一枢转方向作用的相对侧上的端部)处的径向延伸的伸出部72。该伸出部可以由两个汇聚的表面限定。密封件54附接至径向延伸的伸出部72。这些伸出部70、72可以具有别的构造或者配置。

外壳的周向壁28还具有凹陷的区域，其中定位有携载密封件50、52、54的结构。这些凹陷区域基于环的行程而构造，从而使得密封件50、52、54能够在环14的整个运动范围上保持与其接触并确保密封。所示出的这种特定几何构造并不认为是限制性的，并且可以根据密封件的特定部位、环的被允许的行程量、泵10的整体包装等而变化。

通过该构造可以实现宽范围的泵输出压力，同时保持相对大尺寸的第一腔室58尤其是部分62。泵输出压力范围的宽度或者阔度是第一腔室58和第二腔室60所施加作用力的差的函数。在现有技术中，实现此的典型方式是将靠近枢转点的第一腔室做得相对地小，从而使其在被供应压力时作用在弹簧上的相应作用力量较小。相反地，第二腔室做得相对地大，从而在供应压力时施加的作用力量大。然而，如果第一腔室过小的话，第二腔室将延伸与控制环内的高压侧径向对准，从而在没有压力供应给第二腔室时造成泄漏。这可以从图2看见，其示出了现有技术，箭头指示从控制环的内部高压侧和第二腔室的泄漏路径。因此，现有技术在缩小第一腔室尺寸以增大有第一腔室和第二腔室施加的作用力的差与在第二腔室没有压力时限制进入第二腔室的泄漏之间的固有紧张关系。

然而，在所示实施例中的第一腔室58的构造可以减小或者消除这一问题。由于腔室58的部分64反作用于部分62，部分62能够做得较大并从枢转安装件沿圆周方向进一步延伸，而不会增加第一腔室58所施加的总的净作用力。即，当部分64沿着第一枢转方向作用并且部分62沿着第二枢转方向作用时，净施加作用力是二者之间的差。这允许泵设计者能够将密封件52的部位设置得进一步远离枢转安装件，从而降低或者消除会造成泄漏的第二腔室60与控制环14内的高压侧/输出端口之间的径向对准。部分64大于最低减让标准(deminimis)以便具有对控制环的实际影响。优选地，部分64从枢转安装件延伸至少15度，更优选地延伸至少30度，并优选地具有20度至50度的范围。腔室58与腔室60的圆周幅度(角度方面)比率优选地不大于2.5，并可以不大于3，优选的比率范围是0.75和2.25之间。

在所示实施例中，密封件52与枢转安装件成大约100度，但该角度可以更大或者更小，视各种因素例如包装约束条件、期望的压力范围等而定。例如，密封件可以在50-120度之间的任何位置处。

提供以上实施例仅用于示出本发明的功能和结构原理，并不应认为是限制性的。相反，本发明包括在所附权利要求书范围和精神内的所有修改、备选方案和替代方案。

Claims (10)

1.一种可变容积叶片泵，包括：

外壳，该外壳包括限定出内部腔室的内表面、至少一个入口端口和至少一个出口端口；

控制环，该控制环枢转地安装在所述内部腔室内，所述控制环具有限定出转子接纳空间的内表面；

转子，该转子可转动地安装在所述控制环的所述转子接纳空间内，其中所述转子具有的中心轴线与所述转子接纳空间的中心轴线偏心；

所述转子包括径向延伸的多个叶片，所述多个叶片被安装至所述转子以便径向地运动并与所述控制环的内表面密封地接合，从而所述转子的转动使得流体在负的吸入压力下通过所述至少一个入口端口吸进，并使得流体在正的排放压力下通过所述至少一个出口端口输出；

弹性结构，该弹性结构沿所述第一枢转方向驱策所述控制环；

多个密封件，所述多个密封件设置在限定出所述外壳的内部腔室的所述内表面与所述控制环的外表面之间，所述多个密封件限定出多个压力调节腔室，所述多个压力调节腔室包括分别用于接收加压流体的第一腔室和第二腔室；

其中，所述第一腔室被限定在沿所述控制环的圆周方向位于所述控制环的枢转安装件的相对两侧上的一对密封件之间，并且所述第一腔室具有用于接收加压流体的至少一个入口，所述第一腔室沿着在第二枢转方向上对所述控制环施加作用力的一部分的圆周幅度大于沿着在第一枢转方向上施加作用力的一部分，从而净效应是沿第二枢转方向施加作用力；并且

其中，所述第二腔室被限定在位于所述控制环的圆周方向上的一对密封件之间，并且所述第二腔室具有用于接收加压流体的至少一个入口，使得所述第二腔室的整个圆周幅度沿所述第二枢转方向对所述控制环施加作用力。

2.根据权利要求1所述的可变容积叶片泵，其中公共的密封件限定出所述第一腔室和所述第二腔室的相邻端部。

3.根据权利要求1所述的可变容积叶片泵，其中所述弹性结构是弹簧。

4.根据权利要求3所述的可变容积叶片泵，其中所述弹簧是卷簧。

5.根据权利要求1所述的可变容积叶片泵，其中所述控制环包括径向延伸的承载结构，该承载结构限定出供所述弹性结构抵靠接合的表面。

6.根据权利要求5所述的可变容积叶片泵，其中限定出所述第二腔室的端部的密封件附接至所述径向延伸的承载结构。

7.根据权利要求2所述的可变容积叶片泵，其中所述控制环包括介于所述第一腔室和所述第二腔室之间的径向延伸的伸出部，所述公共的密封件附接至所述径向延伸的伸出部。

8.根据权利要求7所述的可变容积叶片泵，其中所述径向延伸的伸出部由两个汇聚表面限定。

9.根据权利要求1所述的可变容积叶片泵，其中所述控制环包括在所述第一腔室的与所述第二腔室相对的端部处的径向延伸的伸出部，一密封件附接至该径向延伸的伸出部。

10.根据权利要求1所述的可变容积叶片泵，其中所述第一腔室的所述至少一个入口与所述外壳的所述至少一个出口端口连通，用于在正的排放压力下接收加压流体。