CN105593468A - 具有电子控制排量调节的可变排量泵和调节泵排量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体用旋转式正排量泵，尤其是指用于机动车辆发动机(61)的润滑油的旋转式正排量泵，具有可以通过具有偏心腔体(43)的定子环(42)的旋转来调节的排量，泵(1)的转子(15)在该偏心腔体(43)内旋转。定子环(42)容纳在外部环(12)的偏心腔体(13)内。由机动车辆的电子控制单元控制的旋转致动器(50)致使两个环在相反方向上的等量的同步旋转。本发明还涉及调节所述泵(1)的排量的方法以及使用所述泵的机动车辆发动机的润滑系统。

Description

具有电子控制排量调节的可变排量泵和调节泵排量的方法
技术领域
本发明涉及一种可变排量泵，并且更具体地涉及这样一种类型的旋转正排量泵，其中排量变化是借助于偏心环(定子环)的旋转获得的。
本发明还涉及一种调节这样的泵的排量的方法。
优选地，但不排他地，本发明用于机动车辆发动机的润滑油的泵。
背景技术
已知的是，在使润滑油在压力下在机动车辆的发动机内循环的泵中，其容量及因此的油的输送率取决于发动机的转速。因此，泵被设计成在低速时提供足够的输送率，以确保同样在此条件下的润滑。如果泵具有固定的几何形状，在高转速时的输送率超过必要的输送率，为了限制输送率和压力，部分被输送的流体将被排出。当然，排出的油的体积已经被压缩，由此发生高功率吸收，随之而来更高的燃料消耗以及由于在泵中不断产生的高压力而使组件受到较大的应力。
为了消除该缺点，已知的是装备一种泵，其具有在车辆的不同运行状态下允许输送率调节的系统，特别是通过排量调节。已知针对这个目标有不同的解决方案，这些解决方案对于泵送元件的具体种类(外部或内部齿轮，叶片...)是特定的。
在旋转泵中经常使用的系统采用具有内部腔体的定子环，该内部腔体相对于外表面偏心，转子(特别是叶片转子)在该内部腔体内旋转，在泵运行状态下所述转子相对于腔体偏心。通过按给定的角度使定子环旋转，在转子和腔体之间的相对偏心度以及因此排量在最大值和最小值之间变化，基本上趋于零(失速运行状态)。当达到预定输送率时，适当校准的相对的弹性件允许旋转，并且使所述泵在稳态状态下充分地传送这种预定的输送率。在美国专利文献US2685842中公开了一个例子。
具有一对定子环的泵也是已知的，其中排量通过使这些环在相反方向上相对于彼此旋转而改变。在美国专利文献US4406599中公开了一个例子。
这种泵的演变和机动车辆发动机中电子设备的普及已经带来了由车辆的电子控制单元所控制的排量调节系统，该控制取决于油压，该油压优选地在过滤器的下游检测，并且有可能还取决于发动机的其它运行参数。通常，这样的系统是电动液压系统，其中，控制单元控制电动操作阀，该电动操作阀转而控制作用在定子环上的液压致动器。例如，美国专利文献US2011/0209682中公开了一种系统，其中所述泵的控制模块，作为电子控制单元的一部分，通过电动操作阀控制已加压的油朝向两个腔室中的任一个的流动，该腔室施加油压到定子环。任一腔室的压力的施加对应于泵的两个不同的压力/输送率状态。
一般而言，液压致动器的提供使得电动液压系统变得复杂且昂贵。此外，当发动机关闭时，由于没有控制压力可用，因此修改排量预设值是不可能的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可变排量泵，以及调节这种泵的排量的方法，消除了现有技术的缺点。
本发明的描述
根据本发明，上述目的是通过如下实现的，所提供的泵包括：集成到该泵中或与该泵连接的电磁旋转致动器，该电磁旋转致动器由检测所述泵的运行状态的电子系统驱动，并且被设置成将旋转运动传送到所述定子环。
有利的是，所述定子环容纳在外部环的偏心腔体内，并且所述旋转致动器被设置为将旋转运动同时传递到两个环，由此致使这两个环在相反方向上的等量的同步旋转。
本发明还实施了通过偏心定子环的旋转来调节旋转正排量泵的排量的方法，转子在所述偏心定子环的内部旋转，该方法包括以下步骤：
-提供集成到所述泵中或与所述泵连接的电磁旋转致动器；
-将对应于定子环所期望的旋转的旋转指令提供给所述致动器。
优选地，该方法还包括以下步骤：
-提供具有偏心腔体的外部环，在所述偏心腔体内容纳所述定子环；以及
-使得两个环同时以相同的角度且以相反的方向旋转。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于机动车辆发动机的润滑系统，其中使用了上述的可调节排量泵和调节排量的方法。
附图说明
本发明的进一步的特征和优点，将通过以非限制性示例方式进行的如下优选实施例的描述并参考附图而变得显而易见，其中：
-图1是根据本发明的泵的第一实施例的平面图，其处于最小排量位置，其中已将盖和调节致动器移除；
-图2是类似于图1的处于最大排量位置的视图；
-图3是类似于图2的视图，示出了集成在盖上的输送率调节机构；
-图4是根据穿过图3中Y-Y线的平面截取的泵的剖面图；
-图5和图6是类似于图1和图2的视图，涉及根据本发明的泵的第二实施例；和
-图7是排量调节电路的原理框图。
具体实施方式
参照图1至图4，根据本发明的泵1，特别是一种叶片泵，包括：具有基本上为圆形的横截面的腔体11的主体10，第一可动环12(外部环)位于其中。而所述环具有轴向腔体13，也同样具有基本上为圆形的横截面，相对于腔体11偏心地设置。第二可动环42(定子环)位于腔体13中，而该环具有轴向腔体43，也同样具有基本上为圆形的横截面，相对于腔体13偏心地设置并具有中心O'。环12和42被设置为以彼此相反的方向、通过一定的角度旋转以便改变泵的排量，如将在下文中公开的。有利的是，腔体13、43具有相同的偏心度。在所示的例子中，腔体11是封闭的并且由盖14(图4)在一端封闭，同时还封闭了腔体13、43的相应的端部。
腔体43容纳有转子15，刚性地连接到驱动轴15a，使其围绕中心O旋转，例如，如箭头F所示的顺时针方向。腔体43因此形成泵送室。在最小排量位置(如图1所示)，转子15和腔体43为同轴或基本同轴，而在最大排量位置(如图2所示)，中心O和O'位于同一轴线X-X且相互隔开，并且转子15基本上正切于腔体43的侧面43a。在本说明书中，术语“同轴或基本同轴”是用来表示在中心O和O'之间的一个最小距离，趋向于0。
有利的是，偏心环12和42按照如下的方式安装：在最小排量位置，将外部环12定向，使得其最小的径向厚度位于图中的顶部，将内部环42定向，使得其最小的径向厚度位于图中的底部。或者，各腔体13、43的偏心度是偏移180°。优选地，腔体13、43具有相对于各自的环的外表面相同的偏心度。
转子15具有一组叶片16，在各自的径向槽中径向滑动。在外端部，叶片16位于到腔体43的侧面43a的最小距离，而在其内端部，它们设置在引导或定心环17上，安装在转子15的轴向端部并且被设置成在任何偏心的状态下保持叶片16和表面43a之间的最小距离。同时在最小排量位置，定心环17与转子15同轴或基本上同轴。
与吸入管20连通的吸气室18和与传送管21连通的传送室19被限定在转子15和表面43a之间的主体10的底部。这些腔室基本上相对于通过轴线X-X的平面对称并且具有理想的最大容积效率的相位，这是因为对于本领域技术人员而言它是显而易见的。但是应当理解的是，转子应沿逆时针方向旋转，这样腔室以及各自的管道的功能将被互换。
为了控制环12、42的转动，齿形扇区51、52形成在它们面对的表面上，并优选定位在形成在环12、42中的合适的定子腔体11a、11b的基部上。具有刚性地连接到致动器50(图4)的轴54的齿轮53介设于位于所述定子的腔体11a、11b中的齿形扇区51、52之间，所述致动器50驱动齿轮53旋转。因此，环12、42以相反方向旋转，并且相互同步。
优选地，致动器50是电磁致动器。它可以是旋转致动器，例如，集成到泵1中或与其连接(例如，通过分区壁将内侧发动机油盘的外侧分离而连接)的步进式微电动机，或者与合适的脱离棘轮接合，从而转换致动器的运动为旋转运动的线性移动致动器。
致动器50由车辆的电子控制单元控制，车辆的电子控制单元以闭环方式(例如用反馈)，通过取决于热机及其附件的要求来增加或减少排量而管理排量变化。所述变化与油过滤器的上游和下游的压力无关。
轴54在形成于盖14或形成于主体10中的支撑40内被引导。在齿形扇区51、52旋转时，根据由轮53的齿的渐开线所限定的轮廓展开，其中，与此相反，轮53绕其固定轴旋转。如果偏心度是相同的，所述环的相对旋转导致泵送室43的中心O'沿轴线X-X平移。这使得泵送室43的几何形状在所有排量状态中完全对称，并且使得齿轮53的旋转和室43的轴线的平移而产生的排量的变化之间的比率恒定。
在图示的实施例中，轮53与构件34协作，所述构件对抗环12、42的旋转，该构件34特别地为扁平螺旋弹簧，被预加载以防止环的旋转，只要由致动器50施加的转矩低于预定阈值。螺旋弹簧34位于壳体33中，该壳体33在示出的示例性实施例中被紧固到盖14。弹簧34的内端部被成形为与轮53的轴54的端部接合，而其外端部被锁定到壳体33的内壁上。后者可以旋转，例如通过使用测力计键，从而调节弹簧34的预加载。环形螺母55允许阻挡壳体33处于所需的校准位置，而与整个机构的结构公差无关。在壳体33和盖14之间还提供有密封垫圈56，从而将同一壳体的内部腔室从外部隔离。排出管将这样的腔室与吸气室18连通，其目的将在下面公开。
但是应当理解的是，在调节旋转中，由于扭转转矩可忽略的变化以及齿轮机构的传动比，螺旋弹簧34将经受对抗液压转矩的本身转矩的可忽略的变化。在优选的实施方式中，其中致动器50是步进式电动机，当电动机没有被驱动(节能)时，弹簧34可以有助于使后续步骤之间的磁阻转矩足以保持环12、42的位置。而且，由于截然相反的作用，弹簧34可有助于在电器故障发生时维持最大的排量。
环12和42，以及定心环17、转子15和轮53，优选通过模制和/或金属粉末烧结形成，根据现有技术的要求，对某些限定的区域可能进行精加工操作。更具体地，将对轴向厚度进行精加工。主体10和盖14可以通过模制铝合金或者热塑性和/或热固性树脂来形成。有利的是，弹簧34可以由双金属材料制成，使得其特性可以依赖于操作温度而变化。
根据本发明的泵的第二个实施例，标记为101，示于图5和图6。元件在功能上与图1至图4已经公开的那些相同的，优选标记为相同的参考数字，增加了100来标记。泵101与泵1的不同之处在于，缺少外部环12并因此致动器150通过轮153作用到单独的定子环142，该定子环142形成在具有基本上为圆形横截面的主体110的内部。
按照这样的实施例，如图5和图6所示，定子环142优选地包括定子腔体111，齿形扇区152和齿轮153均设置在其中。
更具体地，齿形扇区152位于定子腔体111的基部，而齿轮优选完全包括在齿形扇区152和具有基本上圆形横截面的主体110之间。
由于这样的结构，根据第二实施例，齿形扇区152和齿轮153的设置可使泵101的尺寸最小化。
此外，转子115沿逆时针方向(箭头F')旋转。在这样的结构下，腔室143中心O'的平移沿非直线轨迹发生。除了这些方面，结构与泵1是相同的，并且没有必要再次描述。
图7示出的泵1、101的排量的调节的原理框图。虚线表示由致动器50生成的泵的机械驱动，因此对应于前述附图中的齿轮53、153。点划线60表示润滑回路，它从泵1向发动机和整体由61来表示的各种附件传送油。附图标记62表示车辆中的电子控制单元，其可能通过未示出的数字-模拟转换器从整体由63来表示的检测器接收信号并控制致动器50。实线表示电信号输入到控制单元62/从控制单元62出来的路径，以及虚线表示通过探测器63的发动机61、泵1、润滑回路60和可能的致动器50的工作参数的检测。用于机动车辆发动机的润滑的泵的输送率的调节所依赖的参数是本领域技术人员公知的技术，并且不是本发明感兴趣的。更详细的描述可在美国专利文献US2011/0209682中找到。
所描述的泵的运行如下。
考虑第一泵1，在其停止的状态下，图2中所示是泵的最大排量状态。如上述，转子15的旋转中心O相对于偏心环42的腔体43的中心O'偏置，并且转子15靠近腔体的壁43a。当泵1开始运转，转子15的顺时针旋转将使油流过腔室19和相关的传送管21，并在同一时间，等体积的油将从腔室18和相关的抽吸管20中被吸出。当旋转速度和流率增大时，发动机的润滑系统通过对抗所述流体增加的阻力，会使压力增加。
由合适的检测器63检测传送压力或油过滤器下游的压力并传输到控制单元62，这将使得致动器50旋转。致动器将产生旋转转矩，通过轮53并且一旦获得了抵消弹簧34的校准值，将会使环12、42以相反的方向以相同的角度旋转。如果，如上面的假设，腔体13、43相对于各自的环的外表面的偏心度是相同的，环42的转动将引起中心O'向右的直线平移，正比于旋转的量，从而成比例地减少转子15和腔体43之间的偏心度，并因此减少泵排量，并且稳定在校准值时的压力。作为由检测器63检测到的参数，例如速度、流动性/流体的温度，发动机“渗透度”(意为由发动机所使用的油量)等变化，这样的压力将被保持并通过偏心度的变化以及因此所致的排量变化而被控制。
当作为发动机的不同运行参数的功能，希望在较低的压力值下运行，随之吸收功率减少时，控制单元62将生成用于致动器50的合适的指令，以便进一步减少排量。
环的旋转可以继续下去，直至达到在图1中所示的位置，其中，中心O和O'一致，叶片16和定心环17与转子一起旋转，而不改变它们的径向相对位置。因此，排量为空并且泵处于失速状态。应指出的是，这个位置可能在接近传输压力的液压锁定时发生。在实践中，最小排量优选通过以最大压力阀保护泵而被保持。
泵101的运行是完全相似的，由于提供单独的定子环42而有所变化。
管理热机的油泵的传输率/压力的一个重要参数是温度，温度增加使得油流动性更强并且发动机渗透度增加。因此，泵的排量会成比例地增加。如果反作用弹簧的相反的负载增加，这可以是有利的。为了实现此点，扁平螺旋弹簧34可以由双金属材料制成，从而温度导致刚性的增加并因此导致反作用转矩的增加。为了获得在刚性方面的变化，可以利用用于轮53的轴54的润滑的小量的油的流率：在浸润弹簧34的壳体33并且将传送其温度到同一弹簧之后，这种油可自由通过在腔室57中设置的排放管向吸入腔室释放。
本发明实际上达到了所需的目的。
由车辆的电子控制单元直接控制的电磁致动器的使用，允许消除现有技术中的液压致动器和到润滑回路的必要的连接，并使得系统不太笨重、更简单和更可靠、以及更便宜。此外，液压致动器的消除能够修改排量的预设值，即使当热机关闭时，因为不需要控制压力。这对于设置有“停和走”功能的车辆是特别有利的，因为它允许例如增加在热机的停止和其启动之间的排量，以便以良好的润滑重新启动发动机。
此外，在两个实施例中，考虑到转子的各自的旋转方向，在电器故障引起致动器50失灵的情况下，泵的液压转矩导致定子环的旋转或定子环和外部环的旋转朝向最大排量状态。如上述，该作用可以通过弹簧34得到。在其他故障的情况下，可以保证最小排量，并且通过检测低润滑压力，电子控制将把控制单元62带到车辆的“恢复”功能。
很显然，上面的描述仅为通过非限制性示例的方式给出，并且在不脱离本发明的范围的前提下可以做出改变和修改。
例如，即使在实施例中转子15的轴15a由主体10引导，而螺旋弹簧34和由壳体33和环形螺母55构成的校准装置容纳在盖14内，该设置可以颠倒，或者弹簧和校准装置可以容纳在主体10内。
此外，弹簧34可以不是双金属弹簧，并且，至少在致动器50为步进式电动机的实施例中，弹簧可以被省去，当电动机没有运转时，后续步骤之间的仅有的磁阻转矩保持环12、42的位置。
最后，即使在本发明已经详细地公开了涉及一种用于机动车辆发动机的润滑油的泵，它可应用于任何正排量的泵以用于将流体从第一工作环境向第二工作环境传送，其中当泵的转速增加时输送率减少是方便的。

Claims (12)

1.一种流体用可变排量旋转式正排量泵，包括：转子(15；115)，该转子被设置成在定子环(42；142)的偏心腔体(43；143)内旋转，而该定子环(42；142)被设置成在预定的角度间隔内旋转，当泵(1；101)的运行状态改变，并且接到检测这种状态的系统(62，63)的指令时，为了改变偏心腔体(43；143)和转子(15；115)之间的相对偏心度并由此改变所述泵的排量，所述泵(1；101)还包括集成到所述泵中或与所述泵连接的电磁致动器(50)，该电磁致动器(50)由所述检测系统(62，63)驱动并且被设置为产生旋转运动并通过齿轮(53；153)将所述旋转运动传送到所述定子环(42；142)；
所述泵的特征在于：
-所述齿轮(53；153)的至少部分位于定子腔体(11a，11b；111)中，该定子腔体相对于所述定子环(42；142)位于周向位置；
以及
-齿形扇区(52；152)位于所述周向定子腔体(11a，11b；111)的基部。
2.如权利要求1所述的泵，其中，位于所述周向定子腔体(11a，11b；111)的基部的所述齿形扇区(52；152)与由所述致动器(50)驱动的所述齿轮(53；153)啮合并且根据所述齿轮(53；153)的齿的渐开线所限定的轮廓展开。
3.如权利要求1或2所述的泵，其中，所述定子环(42)容纳在外部环(12)的偏心腔体(13)内，并且所述致动器(50)被设置成将旋转运动传递到所述泵的两个环(12；42)，由此致使这两个环在相反方向上的等量的同步旋转。
4.如权利要求3所述的泵，其中，所述偏心腔体(13，43)具有相同的偏心度，并且在最小排量状态下，所述偏心腔体(13，43)被设置成使它们的偏心度偏移180°。
5.如权利要求3或4所述的泵，其中，所述外部环(12)和所述定子环(42)的相对的表面上形成有各自的齿形扇区(51，52)，这些齿形扇区(51，52)与由致动器(50)驱动的齿轮(53)啮合并且根据所述齿轮(53)的齿的渐开线所限定的轮廓展开，从而在所述环(12，42)的旋转期间，定子环的腔体的中心(Ο')沿着直线路径移动。
6.如权利要求1至5中任一项所述的泵，其中，所述齿轮(53；153)被设置成与构件(34)合作，所述构件对抗定子环(42；142)的旋转，该构件由扁平螺旋弹簧构成，该扁平螺旋弹簧的一端固定在齿轮的轴(54)上而另一端固定在与泵主体刚性地连接的元件(33)上，该弹簧与被设置成设定用于所述泵(1；101)的排量的期望的稳态值的设置装置(33，55)相关联，并且其中，所述扁平螺旋弹簧(34)由双金属材料制成，且具有温度依赖特性。
7.如前述权利要求中任一项所述的泵，其中，所述致动器(50)是步进式的微型电动机，或是配备有设置为将致动器的运动转换成旋转运动的脱离棘轮的直线运动致动器。
8.如前述权利要求中任一项所述的泵，其中，所述泵(1；101)是用于机动车辆的发动机(61)的润滑回路(60)的泵。
9.一种调节旋转正排量泵(1；101)的排量的方法，该泵(1；101)包括被设置成在定子环(42；142)的偏心腔体(43；143)内旋转的转子(15；115)，该方法包括：当泵(1；101)的运行状态变化时，使所述定子环(42；142)在预定的角度间隔内旋转以改变所述腔体(43；143)和转子(15；115)之间的偏心度的步骤；并且其特征在于，进一步包括以下步骤：
-提供集成到所述泵中或与所述泵连接的电磁致动器(50)，并且该电磁致动器(50)被设置为通过至少部分位于定子腔体(11a，11b；111)中的齿轮(53；153)将旋转运动传送到所述定子环(42)，该定子腔体相对于所述定子环(42；142)位于周向位置；
-将对应于所述定子环(42；142)的所希望的旋转的指令提供给所述致动器(50)。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括以下步骤：
-提供具有偏心腔体(13)的外部环(12)，在所述偏心腔体内容纳所述定子环(42)；和
-使所述定子环(42)和外部环(12)同时以相同的角度且以相反的方向旋转。
11.如权利要求9或10所述的方法，被设置成用于调节机动车辆发动机的润滑油用的泵的排量。
12.一种机动车辆发动机(61)用的润滑系统，包括权利要求1至8中任一项所述的泵(1；101)。
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