CN107762843B

CN107762843B - 用于发动机的泵

Info

Publication number: CN107762843B
Application number: CN201710697166.7A
Authority: CN
Inventors: M·D·克利迈什; C·E·巴克斯特; D·S·布兰特
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2037-08-15
Also published as: US10113546B2; DE102017118586A1; CN107762843A; US20180051695A1

Abstract

一种用于发动机的泵，其包括抽吸腔室、排放腔室以及活塞，该活塞至少部分地接纳在减压腔室内。活塞具有设置在其中的第一和第二通道。第二通道定位成比第一通道更靠近活塞的表面。该活塞能在减压腔室内移动，以使得流体从抽吸腔室转移至排放腔室的容积根据减压腔室中的压力改变。第一和第二通道分别以减压腔室中的第一和第二压力在抽吸腔室和排放腔室之间形成流体通路，该第一压力小于第二压力。

Description

用于发动机的泵

技术领域

本发明涉及一种用于发动机的泵并且涉及用于发动机泵的活塞。

背景技术

已知可变排量泵在改变从中输出的流体排量方面的多功能性。用在发动机中的一种类型的可变排量泵是可变排量齿轮泵。传统的可变排量齿轮泵可用于通过在其操作范围内的泵来改变流体排量。在一些情形中，压力释放阀可设置在泵的出口处，以确保输出压力不会超过泵或下游系统的安全工作压力。

美国专利8,899,951公开了一种可变排量齿轮泵，其具有泵腔室和调节腔室。这些腔室由活塞彼此隔开，该活塞能根据泵和调节腔室之间的压力差轴向地移位。泵的一个齿轮使得活塞移动来改变泵的排量。

发明内容

在本发明的一方面中，用于发动机的泵包括抽吸腔室、排放腔室以及活塞，该活塞至少部分地接纳在减压腔室内。活塞具有设置在其中的第一和第二通道。第二通道定位成比第一通道更靠近活塞的表面。活塞能根据减压腔室中的压力在该减压腔室内移动。第一和第二通道分别在减压腔室中的第一和第二压力下在抽吸腔室和排放腔室之间形成流体通路，第一压力小于第二压力。

在本发明的另一方面，用于发动机泵的活塞包括设置在活塞中的第一和第二通道。第二通道定位成比第一通道更靠近活塞的表面。第一和第二通道配置成根据活塞的表面处的压力在发动机泵的抽吸腔室和排放腔室之间延伸。

本发明的其它特征和方面会从以下描述和附图中显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的齿轮泵的正剖视图；

图2是根据本发明的实施例的沿着图1的剖线AA’剖取的齿轮泵的右侧剖视图；

图3是根据本发明的实施例的沿着图1的剖线CC’剖取的齿轮泵的俯视剖视图；以及

图4是根据本发明的一个实施例的沿着图2的剖线BB’剖取的齿轮泵的左侧剖视图；

图5是根据本发明的另一个实施例的沿着图2的剖线BB’剖取的齿轮泵的左侧剖视图；

图6-9是根据本发明的实施例的齿轮泵的左侧组装视图，以示出各个操作阶段。

具体实施方式

一个以上附图中出现的附图标记指代每个附图中的相同或对应部件。对于单数形式元件的参考也可理解成涉及复数且反之亦然，而不会将本发明的范围限制为此类元件的精确数量或类型，除非在所附权利要求中明确地阐述。

图1示出根据本发明一实施例的泵100的正剖视图，该泵以齿轮泵的形式实施。如图所示，泵100包括位于壳体106内的驱动齿轮102和怠速齿轮104。驱动齿轮102和怠速齿轮104设置成彼此啮合。驱动齿轮102刚性地安装在可旋转驱动轴108上，该可旋转驱动轴可使用来自诸如发动机的原动机(未示出)的驱动动力来驱动。

此外，如图1中所示，泵100还包括抽吸腔室110和排放腔室112，该抽吸腔室和排放腔室由驱动齿轮102和怠速齿轮104隔开。泵100进一步包括抽吸端口114和排放端口116，该抽吸端口和排放端口分别设置成与抽吸腔室110和排放腔室112流体连通。

参照图2-3，泵100进一步包括活塞118，该活塞至少部分地接纳在泵100的减压腔室120内。泵100还包括第二活塞122，该第二活塞至少部分地接纳在推力腔室124内。此外，如图所示，泵100还可包括弹性装置126，该弹性装置设置在推力腔室124内。在图2-3的所说明实施例中，弹性装置126实施成弹簧、例如压缩弹簧的形式。然而，在其它实施例中，替代这里公开的弹簧，可设想本领域技术人员公知的其它类型的弹性装置126。

如图2-3中所示，活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122设置在轴128上。此外，活塞118能根据减压腔室120中的压力在该减压腔室120内移动。活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122能分别沿任一轴向方向‘X’或‘Y’在减压腔室120和推力腔室124的相对端部130、132之间移动。

活塞118具有设置在其中的第一和第二通道134、136。在图2-4的所说明实施例中，第一通道134包括多个第一孔138，而第二通道136包括多个第二孔140。在本发明的实施例中，第二通道136定位成比第一通道134更靠近活塞118的表面142。此外，还可设想的是，第二通道136的横截面积、即与多个第二孔140相关联的横截面积大于与第一通道134相关联的横截面积、即与多个第一孔138相关联的横截面积。

虽然在图3-4的所说明实施例中示出的两个第一孔138和六个第二孔140，设置在活塞118中第一孔138和第二孔140的数量在本质上仅仅是示例性的。在图5中示出的替代实施例中，一对第一孔502设置在活塞118中以限定第一通道134，而单个第二孔504设置成限定第二通道136。然而，第二通道136、即单个第二孔504的横截面积维持成大于与第一通道134、即一对第一孔502相关联的横截面积。

此外，虽然圆形横截面与图3-4的所说明实施例中的第一和第二孔138、140相关联，可注意到的是，与第一和第二孔138、140的每个相关联的横截面在本质上仅仅是示例性的。在图5中示出的替代实施例中，与每个第一孔138相关联的横截面是圆形的，而第二通道136具有借助活塞118中的开槽第二孔504形成的矩形横截面。因此，应意识到的是，包括但不限于正方形或椭圆形的任何横截面可用在第一和第二孔138、140的每个上，以实施第一和第二通道134、136的相应一个，而不会限制本发明的范围。此外，可注意的是，可使用任何数量的孔138、140来形成第一通道134和第二通道136的相应一个，以使得第二通道136与第一通道134相比定位成更靠近活塞118的表面142，并且与第二通道136相关联的横截面积大于与第一通道134相关联的横截面积。

如这里之前公开地那样，活塞118能根据减压腔室120中的压力在减压腔室120内移动。参照图2-3，如果在减压腔室120中存在低压力，则活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122会通常仅仅由弹性装置126的力偏置，为此，活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122的位置可位于减压腔室120的端部130附近。

此外，如果减压腔室120中的压力增大，则活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122会抵抗弹性装置126的力偏置，该力与减压腔室120中的压力量相对应。如果减压腔室120中的压力足以克服弹性装置126的力，则活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122可配置成沿着‘X’方向、即朝向推力腔室124的端部132轴向地平移就位。

如果减压腔室120中的压力减小，则弹性装置120的与减压腔室120中的压力成反向关系的力可致使活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122抵抗减压腔室120中的减小压力偏置，该减小压力与减压腔室120的压力的减小量相对应。在这方面，如果弹性装置126的力克服减压腔室120中的压力，则活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122可配置成沿着‘Y’方向、即朝向减压腔室120的端部130轴向地平移就位。

在本发明的各实施例中，第一和第二通道134、136分别以减压腔室120中的第一和第二压力下在抽吸腔室110和排放腔室112之间形成流体通路，其中，第一压力小于第二压力。将结合图1-3和图6-9来进行与活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122根据第一和第二压力的每个的移动相关的解释。

参照图1-3和6，当减压腔室120中存在较小压力或并不存在压力、即减压腔室120中的压力小于这里公开的第一压力数值时，弹性装置126的力则沿着方向Y来将活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122偏置到它们的相应预定极限位置，其中怠速齿轮104设置在如图6中所示允许与驱动齿轮102最大接合的位置中。怠速齿轮104与驱动齿轮102的最大接合致使从泵100的最大流输出。

参照图1-3和7，在压力于减压腔室120中增大至小于第一压力数值的数值时，减压腔室120中的压力抵抗弹性装置126的力偏置活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122，以致使活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122沿着方向X移动，其中，怠速齿轮104现变得设置成如图7所示与驱动齿轮102部分接合。可注意到的是，在怠速齿轮104和驱动齿轮102之间发生的部分接合的量与减压腔室120的压力中的增大量相对应，该压力用于克服弹性装置126的力。

在驱动齿轮102和怠速齿轮104之间发生部分接合损失时，发生“滑移”，由此致使泵100的容积效率降低。因此，泵100中在怠速齿轮104与驱动齿轮102部分接合期间的流体排量小于当怠速齿轮104处于与驱动齿轮102最大接合位置中时发生的流体排量。因此，排放腔室112中的压力会减小，并且在怠速齿轮104与驱动齿轮102部分接合期间来自泵100的流输出会小于在怠速齿轮104与驱动齿轮102最大接合期间获得的来自泵100的最大流输出。

参照图8，如果泵100的减压腔室120中的压力增大以等于第一压力数值时，减压腔室120中的第一压力数值的流体能抵抗弹性装置126、即沿方向X偏置活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122，以使得设置在活塞118中的第一通道134现使得抽吸腔室110与排放腔室112流体地连通。这样，来自排放腔室112的流体能经由活塞118的第一通道134流动到抽吸腔室110中。行进通过第一通道134的流体量致使泵100的容积效率(每次回转)减小以及排放腔室112中的压力减小。这样，来自泵100的流输出可减小至一数值，该数值小于在上文参照图7所描述的怠速齿轮104与驱动齿轮102部分接合期间获得的数值。可注意到的是，能使用第一通道134重新行进至抽吸腔室110的流体的最大量取决于与第一通道134相关联的横截面积。

参照图9，如果泵100的减压腔室120中的压力增大以等于第二压力数值(该第二压力数值如这里之前公开地小于第一压力数值)时，减压腔室120中的第二压力数值的流体能抵抗弹性装置126、即沿方向X偏置活塞118、怠速齿轮104以及第二活塞122，以使得设置在活塞118中的第一通道134和第二通道136两者现能使得抽吸腔室110与排放腔室112流体地连通。然后，来自排放腔室112的流体能经由活塞118的第一和第二通道134、136两者流动至抽吸腔室110。行进通过第一和第二通道134、136的流体量致使泵100的容积效率进一步减小。这样，来自泵100的流输出可减小至一数值，该数值小于当仅仅第一通道134配置成使得来自排放腔室112的流体连通至抽吸腔室110时所获得的数值。可注意到的是，能使用第一和第二通道134重新行进至抽吸腔室110的流体的最大量现取决于与第一和第二通道134、136的相应一个相关联的横截面积。

在图2中示出的实施例中，减压腔室120设有进入端口144。泵100还包括流体通道146，该流体通道连接排放腔室112和减压腔室120、即减压腔室120的进入端口144。采用流体通道146的布置，经由排放端口112由泵100排出的流体能有益地用于调节减压腔室120中的压力，并且减压腔室120中的压力可对应于、即等于排放腔室112中的压力。在本发明的各实施例中，还应注意到的是，排放腔室112通常保持加载有排放腔室112下游的压力，并且该压力可有利地用于调节减压腔室120中的压力。

此外，可注意到的是，虽然流体通道146示作在图2的所说明实施例中定位在泵100的壳体106外部，但在其它实施例中，流体通道146可替代地实施为导管的形式，该导管位于泵100的壳体106内。在该配置中，减压腔室120中的压力会与排放腔室112中的压力相对应，由此可选择第一和第二压力数值来调节泵的操作。本领域技术人员会意识到的是，可设想流体通道146在排放腔室112和减压腔室120之间的各种配置，并且流体通道146的此类配置可赋予制造商在设计本发明的泵100以满足特定应用需求上的灵活性。

这里公开的各种实施例以说明性和解释性的方式进行，并且绝不应理解成限制本发明。所有接合参照(例如，附接、粘附、耦合、接合、啮合、连接等等)仅仅用于辅助读者对本发明的理解，并且可并不产生限制，尤其是对这里公开的系统和/或方法的位置、定向或使用有限制。因此，接合参照(如果有任何的话)应广义地解释。此外，此类接合参照并非必须涉及两个元件直接地连接于彼此。

附加地，所有数字术语、例如但不限于“第一”、“第二”、“第三”或任何其它普通和/或数字术语也应仅仅作为标识符来使用，以辅助读者理解本发明的各种元件、实施例、变型和/或修改，并且可并不产生任何限制，尤其是对于任何元件、实施例、变型和/或修改相对于或关于另一元件、实施例、变型和/或修改的顺序或优先性有限制。

应理解的是，针对一个实施例示出或描述的各个特征可与针对另一实施例示出或描述的各个特征相组合。上文描述的实施方式并不以任何方式限制本发明的范围。因此，应理解的是，虽然一些特征示出或描述为说明本发明在功能段方面的使用，但此类特征可从本发明的范围内省略，而不会偏离在所附权利要求中限定的本发明精神。

工业实用性

本发明的实施例具有在调节从泵供给至位于该泵下游的液压系统的流体压力中使用和实施的适用性。本领域技术人员众所周知的是，传统的齿轮泵配置成仅仅通过在其操作范围内的泵来改变流体排量。

本发明的实施例允许怠速齿轮104能相对于驱动齿轮102轴向地移位，以使得怠速齿轮104与驱动齿轮102的接合能改变，以响应于减压腔室120中的流体压力来改变来自泵100的流体输出。此外，在泵100的操作期间，如果减压腔室120中的流体压力达到第一压力数值，来自排放腔室112的流体就能经由第一通道134流入到抽吸腔室110中。由第一通道134行进的流体量取决于第一通道134的横截面积，该第一通道用于使得排放腔室112与抽吸腔室110流体地连通。

如果，减压腔室120中的流体压力达到第二压力数值(该第二压力数值大于第一压力数值)，则来自排放腔室112的较大流体量能由第一和第二通道134、136流动至抽吸腔室110。如这里之前公开地，由第一和第二通道134、136(在单位时间)行进的流体量大于仅仅由第一通道134行进的流体量。

在使用这里公开的实施例的情形下，齿轮泵能配置成有利地调节来自泵的流输出，以与下游系统的压力需求相匹配。此外，在一个实施例中，可根据表示泵内诸如过大齿轮接触应力的过大应力的压力数值来选择第一压力数值。在一个实施例中，可根据接近泵或所选择下游部件的最大安全压力的压力数值来选择第二压力数值。这样，齿轮泵的使用者可方便地缓解损坏压力敏感部件的可能性，这些压力敏感部件例如但不限于与泵自身或者与下游系统相关联的密封件。

由这里所公开实施例的实施所带来的又一优点在于，能减小或避免之前利用事先安装在传统齿轮泵下游的传统的压力调节器和安全阀所引起的附加成本。可选择第一和第二压力数值，以例如提供泵内的安全数值能力。

虽然已参照上述实施例具体地示出和描述了本发明的各方面，但本领域技术人员应理解的是，可通过修改所公开的机器、系统、方法以及过程来设想各种附加的实施例，而不会偏离所公开的精神和范围。此类实施例应被理解成落在例如基于权利要求及其任何等同物所确定的本发明范围内。

Claims

1.一种用于发动机的泵，包括：

抽吸腔室和排放腔室；活塞，所述活塞至少部分地接纳在减压腔室内，且所述活塞具有设置在其中的第一通道和第二通道，其中，所述第二通道比所述第一通道更靠近所述活塞的表面；和

流体通道，其连接所述排放腔室和所述减压腔室；

其中，所述活塞能根据所述减压腔室中的压力在所述减压腔室内移动；

其中，所述第一通道和第二通道相应地在所述减压腔室具有第一压力和第二压力时在所述抽吸腔室和所述排放腔室之间形成流体通路，所述第一压力小于所述第二压力；

其中，所述泵是齿轮泵，藉此驱动齿轮和怠速齿轮将所述抽吸腔室和所述排放腔室隔开。

2.根据权利要求1所述的泵，其中，所述第二通道与所述第一通道相比具有较大的横截面积。

3.根据权利要求1所述的泵，其中，所述第一通道包括多个第一孔。

4.根据权利要求1所述的泵，其中，所述第二通道包括多个第二孔。

5.根据权利要求1所述的泵，其中，所述第二通道包括槽。

6.根据权利要求1所述的泵，其中，所述活塞、所述怠速齿轮和第二活塞设置在轴上，所述第二活塞至少部分地接纳在推力腔室内，其中，弹性装置设置在所述推力腔室中，所述弹性装置承载在所述第二活塞上。

7.根据权利要求6所述的泵，其中，所述弹性装置包括弹簧。

8.根据权利要求1所述的泵，其中，所述流体通道与所述泵的壳体成一体。

9.根据权利要求1所述的泵，其中，所述减压腔室设置有进入端口。

10.根据权利要求1所述的泵，其中，所述第一压力数值与表示所述泵内过大应力的压力数值相对应。

11.根据权利要求1所述的泵，其中，所述第二压力数值与接近所述泵的最大操作压力的压力数值相对应。

12.一种用于发动机泵的活塞，包括：

设置在所述活塞中的第一通道和第二通道，其中，所述第二通道比所述第一通道更靠近所述活塞的表面；

其中，所述第一和第二通道配置成根据所述活塞的表面处的压力在所述发动机泵的抽吸腔室和排放腔室之间延伸；

其中，所述活塞至少部分地接纳在减压腔室内；

其中，所述排放腔室和所述减压腔室通过流体通道连接；

其中，所述第一通道和第二通道相应地在所述减压腔室具有第一压力和第二压力时在所述抽吸腔室和所述排放腔室之间形成流体通路，所述第一压力小于所述第二压力。

13.根据权利要求12所述的活塞，其中，所述第二通道与所述第一通道相比具有较大的横截面积。

14.根据权利要求12所述的活塞，其中，所述第一通道包括多个第一孔。

15.根据权利要求12所述的活塞，其中，所述第二通道包括多个第二孔。

16.根据权利要求12所述的活塞，其中，所述第二通道包括槽。

17.根据权利要求12所述的活塞，其中，所述活塞、怠速齿轮以及第二活塞设置在轴上。