CN109690023B - 自动可变机械润滑油泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动可变机械润滑油泵(20)，用于为内燃机(12)提供加压润滑油，包括泵转子(26)，具有在可移位控制环(27)中旋转的多个可滑动叶片(28)，其可在最大偏心距位置和最小偏心距位置之间移位；控制环加载弹簧(34)，用于将控制环(27)推入到最大偏心距位置；液压先导腔(31)，用于将控制环(27)推入到最小偏心距位置，所述液压先导腔(31)被充有泵出口压力(PO)或发动机(12)的油道压力(PG)；以及不对称的液压出口腔(36)，围绕控制环(27)的外周边(29)的一部分，直接充有泵出口压力(PO)且被直接连接到用于加压流体的泵出口(90)，其中控制环周边(29)在液压出口腔(36)中的有效抗弹簧液压表面(291)大于反作用促弹簧液压表面(292)。本发明避免了紧接着启动发动机之后在泵浦腔内过高的过压力，其可能会损坏转子叶片和诸如过滤器或冷却器这样的发动机部件。

Description

自动可变机械润滑油泵
技术领域
本发明涉及一种自动可变机械润滑油泵(automotive variablemechanicallubricant pump)，用于为内燃机提供加压润滑油。
背景技术
自动可变机械润滑油泵由内燃机机械地驱动。机械润滑油泵被设计为正排量泵，且设置有泵转子，该泵转子具有多个可滑动叶片，其在可移位控制环中旋转，该控制环可在最大偏心距位置和最小偏心距位置之间滑动。转子叶片将泵浦腔室分为多个泵浦舱。舱冲程由控制环相对于泵转子的偏心的增加或降低来改变。由于舱行程是可变的，泵出口压力可以被控制并独立于润滑油泵的旋转速度而或多或少保持恒定。
实践中，有利的是控制在发动机处的所谓润滑油廊道压力，因为润滑油油道压力为对于发动机的充分润滑决定性的参数。
在相对简单和成本有效的结构中，机械润滑油泵设置有一个控制环预加载弹簧，用于将控制环推入到最大偏心距位置，其中舱冲程最大且设置有单个反作用液压先导腔，用于将控制环推入到最小偏心距位置。先导控制腔被直接充有泵出口压力或油道压力。先导腔中的液压可以由独立的液压控制阀来控制，其调节液压控制腔压力。独立的液压控制阀可以根据发动机油道压力而被调节以保持油道压力恒定。
通常实践中，在远离泵出口的位置获取实际压力值并不是显著的问题。但是当发动机在停止之后启动时，发动机和泵液压系统是空的，且仅相继地填入加压润滑油。结果，在启动过程的起点处，检测到的油道压力很低，从而控制环位于最大偏心距位置，直到润滑油已经抵达发动机油道且直到独立的液压控制阀被填有实际润滑油油道压力。结果，只要润滑油还没有抵达油道压力拾取处，机械润滑油泵就以最大偏心运行。只要液压压力控制回路没有被填满且没有正确工作，且如果润滑油是冷的和/或泵转子的旋转速度相对较高，液压过压力会在泵舱室中发生，其可能损坏或破坏转子叶片和发动机部件，例如过滤器或冷却器。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动可变机械润滑油泵，其具有相对简单的控制回路且具有用于在发动机启动过程中避免过压力的器件。
该目的利用本文所述的自动可变机械润滑油泵解决。
润滑油泵设置有泵转子，该泵转子具有多个可滑动叶片，其在可移位控制环中旋转，该控制环可在最大偏心距位置和最小偏心距位置之间滑动。控制环包围泵浦腔，在泵浦腔处泵浦动作发生。泵浦腔被可滑动叶片分为多个泵浦舱。
控制环可以被提供为可线性移位或替代地可枢转。术语“偏心距”指在泵转子的旋转轴线和控制环的内周边的中心之间的距离。控制环的内周边可以为精确圆形或可以为非圆形形式。然而，控制环的中心是几何中心。在低控制环偏心距下，舱行程低，在高控制环偏心距下，舱行程高。
润滑剂泵设置有控制环预加载弹簧，用于将控制环推入到最大偏心距位置，且设置有液压先导腔，用于抵抗预加载弹簧的力将控制环推入到最小偏心距位置液压先导腔被直接充有泵出口压力或油道压力，且先导腔中的液压压力通过液压控制回流来调整和调节，所述液压控制回路经由实际压力入口充有远处的发动机油道压力。换句话说，在控制腔中的实际压力制造临时地受控制回路根据远处的油道压力来控制。
控制环的外周边的一部分被液压出口腔包围，液压出口腔被直接填充来自泵浦舱的加压润滑油(通过泵浦腔出口开口)。泵浦腔出口开口可设置在控制环中和/或位于润滑油泵横截面中的泵浦腔侧壁中。加压润滑油从出口腔直接流动到用于加压润滑油的泵出口，从该处加压流体流动到发动机油道。换句话说，液压出口腔是中间室，来自泵浦腔的加压流体穿过它流动到发动机，使得在发动机启动之后出口腔紧接着被加压润滑油填充。
根据本发明，控制环周边在液压出口腔中的有效抗弹簧液压表面大于反作用促弹簧液压表面。有效加压表面为在出口腔内且沿控制环移位方向可观察到的控制环区域。在泵领域中，抗弹簧液压表面和促弹簧液压表面是相同的，从而在出口腔中的液压压力对泵压力控制回路没有影响。
根据本发明，两个有效液压出口腔表面不相同。由于抗弹簧液压表面大于出口腔中的促弹簧液压表面，如果润滑油过压力存在(即大于大气压的压力)，得到的抗弹簧力抵抗弹簧力将控制环推向低偏心距方向。在出口腔中的液压过压力越高则指向低偏心距方向的合力就越大。结果，如果出口腔中的液压压力非常高，控制环被推动且沿低偏心距方向移动，使得叶片或发动机部件的损坏被避免。该机构紧接着发动机启动就生效和发生作用，因为在泵浦腔被填充润滑油之后，位于泵浦腔液压下游的第一室就是出口腔，其紧接着发动机启动就被加压润滑油填充。不对称的出口腔由此保护润滑油泵不受加压润滑油在泵浦腔内过高的过压力，使得特别是叶片受到保护不受泵浦舱内的过压力的损害。
优选地，没有其它液压控制器被提供，或对控制环的位置和运动具有相对直接的影响，除了先导腔和出口腔。不再需要其它过压力阀来避免过压力。
优选地，液压压力控制回力被提供具有独立的液压控制阀，其被填充远处的油道压力。液压控制阀提供具有阀柱塞，其阀位置由填充油道压力来限定。
根据本发明的优选实施例，液压抗弹簧表面的突起高度，沿垂直于控制环移位方向的平面观察，大于对应的促弹簧液压表面高度。相应的高度值得自控制环的外周边在液压出口腔内相对于垂直于移位方向的平面的突起。由于控制环的轴向范围在其整个周边是相同的，仅控制环的突起高度导致控制环周边的液压表面的差异。
优选地，有效抗弹簧液压表面比促弹簧液压表面大至少10％，优选至少20％。更优选地，该差小于100％，因为液压出口腔中产生的合力不应该过大。
根据本发明的优选实施例，液压控制阀设置有柱塞，包括阀体部，用于打开和关闭阀开口，其中阀预加载弹簧将阀体部推入打开阀位置，且第一主动柱塞表面被充有实际压力入口的油道压力。液压控制阀为纯液压控制阀，其没有被直接电促动。阀预加载弹簧将阀体部推入打开阀位置。发动机的油道压力，其被填充到第一主动柱塞表面，使得柱塞克服阀预加载弹簧而被推入到关闭阀位置。
如果在第一主动柱塞表面处的油道压力高，阀开口变小并或关闭，且如果油道压力相对较低，则阀开口相对打开较大或完全打开。当发动机启动时，液压控制回路通常是空的，且仅填充有大气压下的空气。结果，当发动机启动时阀开口完全打开，使得没有相对压力存在于液压先导腔中。
优选地，液压控制阀设置在液压先导腔的下游，使得当控制阀打开时液压先导腔中的压力低，且当控制阀关闭时先导腔中的压力高。在优选实施例中，液压节流阀被提供在先导腔的上游和泵出口压力源(其通常为液压出口腔)的下游。
然而，通常可能的是，替代地，液压控制阀被提供在先导腔的上游，且节流阀被提供在先导腔的下游。
根据本发明的优选实施例，控制阀柱塞包括第二主动柱塞表面，其经由独立的液压开关填充有压力入口的油道压力，其中所述开关被电促动。第二主动柱塞表面被连接到大气压或油道压力，取决于液压开关的开关状态。结果，两个不同的设定压力可以被选择。电促动液压开关通过电子泵控制器来控制，该控制器可以是发动机控制器的一部分。电子泵控制器根据一系列条件选择设定压力，例如润滑油温度，大气温度，发动机旋转速度等。
附图说明
本发明的三个实施例参考所附附图进行描述，其中：
图1示意性地示出了的控制回路的第一实施例，其具有自动可变机械润滑油泵；发动机，其被供应有来自润滑油泵的加压润滑油；泵控制腔，被直接填有泵出口压力，以及液压控制阀，处于低设定压力状态；
图2示出了图1中的液压油泵，处于高设定压力状态；
图3显示了控制回路的第二实施例，其中泵控制腔经由液压控制阀填有油道压力；以及
图4示出了控制回路的第三实施例，其不具有液压控制阀。
具体实施方式
附图显示了自动可变机械润滑油泵20、内燃机12以及具有液态润滑油15(即发动机油)的润滑油箱14的装置10。润滑油箱14中的润滑油15被润滑油泵20抽吸且以加压润滑油输送到发动机12，用于发动机12的润滑和冷却。
第一实施例的润滑油泵20包括泵浦单元22，液压控制阀50和液压开关60，其一起可以集成在单个润滑油泵设备中。泵浦单元22设置有可旋转泵转子26，其具有可径向滑动的叶片28，所述叶片在可线性移位控制环27中旋转。泵转子26由发动机12直接机械地驱动。控制环27可沿线性移位方向82限定地移位。控制环27包围泵浦腔室，其被转子叶片28分为五个泵浦舱。泵转子26在本实施例中沿顺时针方向旋转。
控制环27可以在如图1和2所示的最大偏心距位置(提供最大舱冲程)，和提供最小舱冲程的最小偏心距位置之间移位。在控制环27的最大偏心距位置，泵浦性能被最大化，而在控制环27的最小偏心距位置，泵浦性能被最小化。控制环27被可移位地布置在泵浦单元壳体24内，该壳体支撑控制环27为线性可移位的。控制环27由控制环预加载弹簧34推入最大偏心距位置，如图所示。预加载弹簧34被提供在弹簧腔33中，该弹簧腔33液压连接到润滑油箱14，且大体处于大气压力下。
先导腔31被提供为与弹簧腔33相对。先导腔31由泵浦单元壳体24和先导腔活塞30限定，该先导腔活塞为控制环27的体部的一部分。如果液压先导腔31充有加压润滑油，控制环27被抵挡预加载弹簧34推入最小偏心距位置。
在泵浦腔中被泵浦和加压的润滑油被直接从泵浦腔室排放到液压出口腔36，其由控制环27的圆形外部周边29的区段和泵浦单元壳体24限定。液压出口腔36中润滑油的压力为润滑油泵20的出口压力PO，其为在泵出口端口90处的润滑油压力。
液压出口腔36被设计为非对称，使得在液压出口腔36中控制环周边29的有效抗弹簧液压表面291比反作用促弹簧液压表面292大约20％。液压表面291、292为控制环周边表面在出口腔36内准确地沿控制环移位方向82观察到的突起部。如图1所示，垂直于控制环移位方向82的抗弹簧液压表面高度H1大于促弹簧液压表面高度H2。
结果，如果在出口腔36中的润滑油被加压，则抗弹簧力被产生。抗弹簧力是液压表面差dA乘以相对于大气压的过压力PO-PA的乘积。如果过压力PO-PA足够高，则控制环27为抵抗控制环预加载弹簧34的力移位进入最小偏心方向。
液压先导腔31被经由液压节流阀38直接充有具有泵出口压力PO的润滑油。液压先导腔31经由液压控制阀50的阀入口开口57和阀出口开口58排放到大气压。液压控制阀50设置有阀壳体52，其在内部为大体圆柱形。包括圆柱形阀体部56的复杂的阀柱塞59被设置为可在阀壳体52内轴向移位。阀柱塞59被阀预加载弹簧51机械地预加载，将阀柱塞59推入到敞开阀位置，其中液压先导腔31不受限制或流体阻力地连接到处于大气压PA下的润滑油箱14。
阀柱塞59设置有阀体部56，其无极地完全覆盖、部分覆盖或完全打开阀入口开口57，其直接流体连接到先导腔31。阀出口开口58被直接流体连接到处于大气压PA下的润滑油箱。
阀柱塞59设置有第一圆形主动柱塞表面53和第二环形主动柱塞表面54。第一主动柱塞表面53直接充有从发动机12传递到润滑油泵20的油道压力PG(通过泵油道压力入口80且经由内部油道压力管线70)。第二主动柱塞表面54经由独立的液压开关60，该开关为2/3阀，且经由在液压开关60和控制阀50之间的液压管线72充有油道压力。第二主动柱塞表面54经由液压管线71充有油道压力PG，或替代地大气压，取决于液压开关60的开关状态。
液压开关60由电子泵控制器92电控制，该控制器根据润滑油温度和泵旋转速度控制液压开关60的开关状态。液压开关60液压地连接第二主动柱塞表面54到油道压力PG，如果油道压力PG的设定值为低，如图1所示。如果油道压力PG的设定值为相对较高，液压开关60被切换到低压位置，以将第二主动柱塞表面54连接到润滑油箱14的大气压力PA，如图2所示。
控制环27的位置为平衡位置，其中控制环预加载弹簧34多少等于先导腔31中的先导腔压力PP产生的液压力与出口腔36中的润滑油出口压力PO导致的沿移位方向82的液压力之和。
当发动机12在停止之后启动时，液态润滑油15被从润滑油箱14抽吸到泵浦腔中，在该处润滑油被泵浦舱泵浦到液压出口腔36。如果润滑油是冷的，且具有相对较低粘性，在出口腔36中的润滑油出口压力PO可以是相对较高的。在这种情况下，总润滑油压力出口压力PO在控制环26处产生力，其方向抵抗控制环预加载弹簧34的弹簧力，且由此移动控制环27到低偏心方向，使得泵20的舱行程降低，结果使得出口压力PO由此降低。一旦润滑油已经抵达先导腔31处和液压控制阀50处，泵压力控制适当工作。
如图3所述根据第二实施例的装置10类似于第一实施例。但是控制腔31被经由控制阀50充有油道压力(PG)。根据阀柱塞59的位置，油道压力(PG)由液压管线72’引导到控制阀50的阀入口。控制腔31被充有油道压力(PG)或大气压力(PA)。液压开关60’具有与在根据第一实施例的装置中类似的功能。液压开关60’将第一主动柱塞表面53充以油道压力(PG)或替代地以大气压力(PA)，以由此限定第二设定出口压力(PO)。
如图4所示，根据第三实施例的装置10不再设置有任何液压控制阀。控制腔31根据液压开关60’的位置直接充有油道压力(PG)或大气压力(PA)。
在所有实施例10中，没有其它过压力阀被提供。

Claims (7)

1.一种自动可变机械润滑油泵(20)，用于为内燃机(12)提供加压润滑油，包括
泵转子(26)，具有在可移位控制环(27)中旋转的多个可滑动叶片(28)，其中可移位控制环(27)可在最大偏心距位置和最小偏心距位置之间移位；
控制环预加载弹簧(34)，用于将控制环(27)推入到最大偏心距位置；
液压先导腔(31)，用于将控制环(27)推入到最小偏心距位置，所述液压先导腔(31)被充有泵出口压力(PO)或发动机(12)的油道压力(PG)；
液压控制回路，用于通过直接调节先导腔压力(PP)来控制远处的油道压力(PG)，以及
不对称的液压出口腔(36)，围绕控制环(27)的外周边(29)的一部分，直接充有泵出口压力(PO)且被直接连接到用于加压润滑油的泵出口(90)，
其中控制环周边(29)在液压出口腔(36)中的有效抗弹簧液压表面(291)大于反作用促弹簧液压表面(292)，并且
其中所述液压控制回路设置有液压控制阀(50)，用于通过直接调节先导腔压力(PP)而控制远处的发动机(12)油道压力(PG)，其中控制阀(50)的实际压力入口(80)充有远处的发动机(12)油道压力(PG)。
2.如权利要求1所述的自动可变机械润滑油泵(20)，其中垂直于控制环移位方向(82)的抗弹簧液压表面高度(H1)大于促弹簧液压表面高度(H2)。
3.如前述权利要求中任一项所述的自动可变机械润滑油泵(20)，其中所述有效抗弹簧液压表面(291)比促弹簧液压表面(292)大至少10％。
4.如权利要求3所述的自动可变机械润滑油泵(20)，其中所述有效抗弹簧液压表面(291)比促弹簧液压表面(292)大至少20％。
5.如权利要求1所述的自动可变机械润滑油泵(20)，其中所述液压控制阀(50)设置有柱塞(59)，包括阀体部(56)，用于打开和关闭阀开口(57)，其中阀预加载弹簧(51)将阀体部(56)推入打开阀位置，且第一主动柱塞表面(53)被充有实际压力入口(80)的油道压力(PG)。
6.如权利要求5所述的自动可变机械润滑油泵(20)，其中控制阀柱塞(59)包括第二主动柱塞表面(54)，其经由独立的液压开关(60)充有压力入口(80)的油道压力(PG)，所述液压开关被电促动。
7.如权利要求1所述的自动可变机械润滑油泵(20)，其中液压节流阀(38)被设置在先导腔(31)的上游和泵出口压力(PO)的源的下游。
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