CN110863983B - 一种节能变量叶片泵及其偏心量调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能变量叶片泵及其偏心量调节方法，包括油泵本体和控制阀；油泵本体内开设有油腔、排油腔以及吸油腔；油腔内设置有用于调节油泵本体中定子偏心量的调节装置，调节装置顶端与油泵定子的外表面垂直相接触，另一端与控制阀相连通，控制阀的一端安装有流量调节螺杆；排油腔的第一出油口与阀芯固定端腔体连通，排油腔的第二出油口与阀芯移动端腔体连通；控制阀的第一出油口与调节装置组件的腔体相连通，控制阀的第二出油口与吸油腔相连通，当阀芯靠近固定端移动时，控制阀的第一出油口与控制阀的第二出油口通过阀芯上的溢流口相连通。本发明有效降低了动力转向系统对于发动机能量消耗，降低汽车百公里油耗，为节能减排做出有益贡献。

Description

一种节能变量叶片泵及其偏心量调节方法

技术领域

本发明涉及液压转向系统转向泵技术领域，尤其涉及一种节能变量叶片泵及其偏心量调节方法。

背景技术

随着汽车行业迅速发展，国家对节能减排要求越来越高，基于汽车动力转向系统节能化需求，传统定量转向油泵，当发动机转速超过控制流量点转速以后，油泵输出流量恒定，恒定流量通过转向器做功，是有益的功率输出，但多余的油液回到油泵吸油腔产生热量做功，为无益做功，同时容易产生系统过热，导致液压转向系统故障率升高。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种节能变量叶片泵及其偏心量调节方法。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：一种节能变量叶片泵，包括油泵本体，以及用于控制流量的控制阀；所述油泵本体内开设有油腔、排油腔以及吸油腔；所述油腔内设置有用于调节油泵本体中定子偏心量的调节装置，所述调节装置顶端与定子的外表面垂直相接触，另一端与控制阀相连通，所述控制阀的一端安装有用于调节控制阀流量预设值的流量调节螺杆；所述吸油腔的出油孔与油腔的进油孔相连通，油腔的出油孔与油泵后配流盘上的吸油口相连通，所述排油腔的进油孔与油泵前配流盘上的排油口连通，所述排油腔的第一出油口与可滑动的阀芯固定端腔体相连通，所述排油腔的第二出油口与可滑动的阀芯移动端腔体相连通；所述控制阀的第一出油口与调节装置组件的腔体相连通,且位于阀芯固定端腔体处，所述控制阀的第二出油口与吸油腔相连通，当阀芯上的溢流口打开时形成循环油路；所述油泵本体内还设置有节流孔，且节流孔位于排油腔的第一出油口外侧，流入阀芯固定端腔体的高压油通过节流孔时会形成一个压差，当油泵变排量状态时，阀芯靠近固定端移动，所述控制阀的第一出油口与控制阀的第二出油口通过阀芯上的溢流口相连通，所述控制阀内部分高压油泄入吸油腔，控制阀内的液压减小，控制调节装置中的第一活塞上下浮动的液压减小，所述第一活塞对定子的压力减小，所述定子偏心量减小；

调节装置包括，竖直嵌入油泵本体内的第一活塞，所述第一活塞与油泵本体的第一通孔内壁间隙配合活动安装于油泵本体内，所述第一活塞轴向开设有凹腔，所述第一活塞的凹腔与控制阀的第一出油口相连通，所述第一活塞凹腔内固定连接有预紧弹簧，预紧弹簧的另一端与控制阀中的阀体固定连接。

所述阀芯与阀体内表面间隙配合活动安装于阀体空腔内；所述流量调节螺杆通过阀堵头螺纹连接于阀体上，所述流量调节螺杆一端设置于阀体外，另一端设置于阀体内连接有流量弹簧，所述流量弹簧与阀芯的一端固定连接。

所述油腔内周向设置有用于支撑定子的调节螺柱和第二活塞，所述调节螺柱和第二活塞的顶端均指向轴心与定子的外表面垂直相切；所述第一活塞与第二活塞相对应设置并且径向位于同一直线上。

所述油泵本体的内壁上径向开设有第二通孔和第三通孔，所述第二活塞通过堵头固定安装于油泵本体的第三通孔内，所述调节螺柱螺纹连接于油泵本体的第二通孔内，调节螺柱远离定子的一端连接有锁紧螺母。

一种节能变量叶片泵的偏心量调节方法，所述偏心量调节方法包括至少一次转向液压油的循环，一次转向液压油的循环包括以下步骤：

1)转向液压油从吸油腔流入油腔中；

2)启动油泵工作，油腔中的低压油吸入定子中转化为高压油排入排油腔中；

3)一路高压油通过排油腔的第一出油口流入阀芯移动端腔体形成压力油P1，压力油P1中的一部分作用于阀芯的移动端，另一部分压力油P1进入控制阀的第一出油口流入调节装置的组件腔体形成压力油P3，压力油P3作用于调节装置，调节装置产生压力作用于定子，使定子偏心量增大，液压油的流量增大；同时，另一路高压油通过排油腔的第二出油口，再经过油泵本体内的节油孔流入阀芯固定端腔体形成压力油P2，压力油P2作用于阀芯的固定端，压力油P2与压力油P1在控制阀内形成高压差；

4)当油泵输出流量达到控制流量预设值时，阀芯上的溢流口打开，部分压力油P3泄入吸油腔，控制阀内的液压减小，调节装置向上浮动，定子偏心量减小，输出流量减小，控制阀内的高压油差保持恒定，定子偏移量减小后，保持一定偏心量，输出流量保持恒定；否则，阀芯上的溢流口关闭。

所述流量调节螺杆能够对控制阀的流量预设值进行人工调整控制。

与现有技术比较，本发明的有益效果为：本发明提供一种节能变量叶片泵，由于控制阀和泵体内调节装置的设计；通过控制阀上第一出油口与第一活塞的组件腔体相连通，控制阀内的高压油作用于第一活塞，使第一活塞产生压力控制油泵内定子的偏心量，通过变量泵定子偏心量的减小，保持一定的偏心量，使输出流量恒定，恒定流量通过转向器做功，无额外功率损耗；通过流量调节螺杆的手动调节控制可在压力设定下具有自动高速流量及补偿功能，比定量叶片泵功率损耗少，发热低，是一种节省能源的高效率叶片转向泵；将原汽车动力转向系统中的动力转向油泵由定量转向油泵转化为变量转向油泵，转向动力系统其它部分不变，可降低动力转向系统对于发动机能量消耗，降低汽车百公里油耗，为节能减排做出有益贡献。本发明的偏心量调节方法，当输出流量达到预设值时，通过溢流口的开启和部分高压油泄入吸油腔，使控制阀内高压油压差降低，从而降低作用于第一活塞的液压，使定子偏心量减小，输出流量自动降低，且保持恒定，根据液压的反馈调节，使流量变量调节更加灵敏，输出流量更加稳定，可降低动力转向系统对于发动机能量消耗，降低油耗，为节能减排做出有益贡献；而且能够通过手动调节控制流量大小的流量调节螺杆，实现对控制阀拐点处控制流量大小的调节，其可控性更加优越，适用范围更广。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图一；

图2是本发明装置结构示意图二；

图3是本发明装置结构示意图三；

图4是本发明装置结构示意图四；

图5是本发明装置油泵未变排量状态时，控制阀的结构示意图；

图6是本发明装置油泵变排量状态时，控制阀的结构示意图；

图7是本发明装置油泵变排量状态时，控制阀控制流量工作原理图；

图8是本发明装置的油泵排量过程曲线图。

图中，1—油泵本体；2—控制阀；3—传动轴；4—定子；5—转子；6—叶片；7—吸油腔；8—排油腔；9—油腔；10—前泵体；11—后泵体；12—第一活塞；13—预紧弹簧；14—第二活塞；15—堵头；16—调节螺柱；17—锁紧螺母；18—前配流盘；19—后配流盘；20—球轴承；21—阀体；22—阀芯；23—流量调节螺杆；24—流量弹簧；25—油封装置；26—连接销；27—阀堵头；28—节流孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1—图6所示，一种节能变量叶片泵，包括油泵本体1，以及用于控制流量的控制阀2；所述控制阀2包括阀体21和阀芯22，所述油泵本体1内开设有油腔9、排油腔8以及吸油腔7；所述油腔9内设置有用于调节油泵本体定子4偏心量的调节装置，所述调节装置顶端与油泵本体的定子4外表面垂直相接触，另一端与控制阀2相连通，所述控制阀2的一端安装有用于调节控制阀流量预设值的流量调节螺杆23；所述吸油腔7的出油孔与油腔9的进油孔相连通，油腔9的出油孔与油泵本体后配流盘19上的吸油口相连通，所述排油腔8的进油孔与油泵本体前配流盘18上的排油口连通，所述排油腔8的第一出油口与可滑动的阀芯22固定端腔体相连通，形成压力油P2，所述排油腔8的第二出油口与可滑动的阀芯22移动端腔体相连通，形成压力油P1；所述控制阀2的第一出油口与调节装置组件的腔体相连通，形成压力油P3,并且控制阀2的第一出油口位于阀芯22固定端的腔体处，所述控制阀2的第二出油口与吸油腔7相连通，当阀芯2上的溢流口打开时形成循环油路；所述油泵本体1内还设置有节流孔28，且节流孔28位于排油腔的第一出油口外侧，流入阀芯22固定端腔体的高压油通过节流孔28时会形成一个压差，即节流后的压力油P2液压小于压力油P1液压，使阀芯22靠近固定端移动，所述控制阀2的第一出油口与控制阀2的第二出油口通过阀芯22上的溢流口相连通，控制阀2内部分高压油(压力油P3)泄入吸油腔7，控制阀2内的液压减小，使得控制第一活塞12上下浮动的液压减小，第一活塞12对定子4的压力减小，使定子4偏心量减小，输出流量减小，当控制阀2内的高压油差保持恒定时，定子4偏移量减小后，保持一定偏心量，输出流量保持恒定，恒定流量通过转向器做功，无额外功率损耗。

进一步的优选的，所述阀芯22与阀体21内表面过盈配合活动安装于阀体21空腔内；所述流量调节螺杆23通过阀堵头27螺纹连接于阀体21上，所述流量调节螺杆23一端设置于阀体21外，另一端设置于阀体21内连接有流量弹簧24，所述流量弹簧24与阀芯22的一端固定连接。所述控制阀2的流量预设值，需要说明的是，如图7、图8所示，控制阀2的流量预设值为图7、图8中的拐点流量值时，是本发明实施例中，输出流量的最佳输出流量，还能够根据客户需求通过流量调节螺杆23进行流量调整控制，通过流量调节螺杆23的手动调节控制可在压力设定下具有自动高速流量及补偿功能，比定量叶片泵功率损耗少，发热低。

在本发明中，如图2所示，调节装置包括，竖直嵌入油泵本体内的第一活塞，所述第一活塞与油泵本体的第一通孔内壁过盈配合活动安装于油泵本体内，所述第一活塞轴向开设有凹腔，所述第一活塞的凹腔与控制阀的第一出油口相连通，所述第一活塞凹腔内固定连接有预紧弹簧，预紧弹簧的另一端与控制阀中的阀体固定连接。

优选的，所述油腔9内周向设置有用于支撑定子4的调节螺柱16和第二活塞14，所述调节螺柱16和第二活塞14的顶端均指向轴心与定子4的外表面垂直相切；所述第一活塞12与第二活塞14相对应设置并且径向位于同一直线上。所述油泵本体1的内壁上径向开设有第二通孔和第三通孔，所述第二活塞14通过堵头15固定安装于油泵本体1的第三通孔内，所述调节螺柱16螺纹连接于油泵本体1的第二通孔内，调节螺柱16远离定子4的一端连接有锁紧螺母17，所述锁紧螺母17位于油泵本体1第二通孔的外侧，进一步的，所述调节螺柱16的顶端为磨平面，调节螺柱16旋合在前泵体10的通孔中，调节螺柱16的顶端磨平面压触在定子4外圈(外表面)上，需要说明的是，油泵本体1的第一通孔、第二通孔以及第三通孔均开设于油泵本体1的前泵体10上。

一种节能变量叶片泵的偏心量调节方法，包括至少一次转向液压油的循环，一次转向液压油的循环包括以下步骤：

1)转向液压油从吸油腔7流入油腔9中；

2)启动油泵工作，油腔9中的低压油吸入油泵的定子4中转化为高压油排入排油腔8中；

3)一路高压油通过排油腔8的第一出油口流入阀芯22移动端腔体形成压力油P1，压力油P1中的一部分作用于阀芯22的移动端，另一部分压力油P1进入控制阀2的第一出油口流入调节装置组件的腔体形成压力油P3，压力油P3作用于调节装置，调节装置产生压力作用于油泵1内的定子4，使定子4偏心量增大，高压油的流量增大；同时，另一路高压油通过排油腔8的第二出油口，再经过油泵本体1内的节油孔28流入阀芯22固定端腔体形成压力油P2，压力油P2作用于阀芯22的固定端，压力油P2与压力油P1在控制阀2内形成高压差。

4)当油泵输出流量达到控制流量预设值时，阀芯22上的溢流口打开，部分压力油P3泄入吸油腔7控制阀2内的液压减小，压力油P3的液压减小，作用于调节装置的压力减小，调节装置向上浮动，定子4偏心量减小，输出流量减小，当控制阀2内的高压油差保持恒定，定子4偏移量减小后，定子保持一定偏心量，输出流量保持恒定；否则，阀芯22上的溢流口关闭。

进一步的，所述流量调节螺杆23能够对控制阀2的流量预设值进行人工调整控制。

需要说明的是，如图1—2所示，所述油泵本体1的油腔内设置有用于泵油并且相互配合的转子5、叶片6以及定子4，所述转子5与传动轴3相连接，所述传动轴3通过球轴承20安装于油泵本体1内，所述传动轴3上还套设有油封装置25，且位于球轴承20的内侧；所述定子4活动安装于油泵本体1的油腔9内；所述转子5与定子4的两侧端面安装有配流盘构成一个密封体，所述配流盘上开设有吸油孔和排油孔，所述配流盘包括后配流盘3和前配流盘18，所述吸油孔位于后配流盘19上，所述排油孔位于前配流盘18上；所述前配流盘18与前泵体10通过连接销26固定安装；所述油泵本体1包括后泵体11和具有圆柱凹腔的前泵体10，所述前泵体10与后泵体11相匹配固定安装，形成密封的油腔9。

油泵的工作原理：传动轴3驱动转子5旋转后，叶片6在离心力的作用下张开，并与定子4、转子5、配油盘共同形成工作腔，当转子5与叶片6从定子4内表面的小圆弧区向大圆弧区转动时，两个叶片6之间的容积增大，压力减小，通过后配流盘19上的吸油孔吸油；由大圆弧区转到小圆弧区时，两个叶片之间的容积缩小，压力增加，通过前配流盘18上的排油孔排油，排出的高压油一部分对控制阀2做功用于控制输出流量，另一部分高压油通过转向油管进入转向器，提供转向助力。

流量控制阀的工作原理，如图5—图8所示：

1、当油泵处于低转速，由于P2+F≧P1时(F为弹簧24的弹力)，阀芯22处于原始位置，不发生位移。此时流量Q＝q*n,在流量曲线上为A-B段。斜率为油泵排量。

2、当油泵转速逐渐升高，由于P2+F<P1时，阀芯22向左移动至打开溢流口，从而有部分压力油P3通过溢流口泄入吸油腔7，此时，流量Q＝q*n-Q溢流，在流量曲线上为B-C段，输出流量恒定。

本发明的工作原理：如图1—7所示，汽车发动机驱动传动轴3，传动轴3通过花键带动转子5旋转；转子5槽内的叶片6在转子旋转离心力的作用下与定子4内孔曲面贴合，此时前配流盘18、后配流盘19、定子4、转子5和叶片6之间形成2个密闭容腔；在逆时针旋转过程中面积由小变大形成负压，负压区域通过后配流盘19上的吸油孔与吸油腔7连通，形成吸油；在逆时针旋转过程中面积由大变小形成排油，排出的高压油通过前配流盘18上的排油孔与排油腔8连通，排油腔8内的高压油，一部分高压油通过排油腔8的第一出油口流入阀芯22移动端腔体形成压力油P1，一部分压力油P1作用于阀芯22的移动端，另一部分压力油P1进入控制阀2的第一出油口流入第一活塞12的组件腔体形成压力油P3，压力油P3作用于第一活塞12，第一活塞12产生压力作用于定子4，使定子4偏心量增大，高压油的流量增大；同时，另一部分高压油通过排油腔8的第二出油口，再经过油泵本体1内的节油孔流入阀芯22固定端腔体形成压力油P2，压力油P2作用于阀芯22的固定端，压力油P2与压力油P1在控制阀2内形成高压差。

当发动机转速处于低于时，由于油泵输出的流量输出不够大，因此节流孔28前后的压差P1-P2作用在排量压力控制阀2上的力小于流量弹簧24的力，因此不足以推动阀芯22(油泵未变排量的状态)左移到(油泵变排量的状态)的位置，阀芯22上溢流口关闭，由于控制阀2内压力油P1与压力油P3连通，因此控制阀2内的压力油P3控制定子4移动，定子4在液压油的作用下，偏心量处于最大位置，油泵全排量输出。

当发动机转速处于高速时，由于油泵输出的流量输出变大，因此节流孔28前后的压差P1-P2变大，(P1-P2)油压作用在阀芯22上推力大于流量弹簧24的力，因此推动阀芯22左移到(油泵变排量的状态)的位置，阀芯22上的溢流口打开，由于部分压力油P3泄入低压腔(吸油腔7)，因此控制阀2内的液压变小，压力油P3作用于第一活塞12上的压力减小，使流量弹簧24收缩，定子4向上移动，定子4偏心量变小，从而使油泵的排量减小。

当油泵排量减小时，油泵输出的流量就会变小，作用在排量压力控制阀两端P1-P2的压差减小，因此控制阀2会在油泵变排量状态的位置左右动态微量的移动，使油泵的定子4在油泵变排量状态的位置动态微量的移动，使得油泵在不同的转速下，油泵输出流量始终保持在设定值的上下微量变动，使得油泵能够满足发车辆发动机在各种工况的使用要求。

对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体事实例只是本发明的优选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保护的范围。

Claims (6)

1.一种节能变量叶片泵，其特征在于，包括油泵本体(1)，以及用于控制流量的控制阀(2)；所述油泵本体(1)内开设有油腔(9)、排油腔(8)以及吸油腔(7)；所述油腔(9)内设置有用于调节油泵本体(1)中定子(4)偏心量的调节装置，所述调节装置顶端与定子(4)的外表面垂直相接触，另一端与控制阀(2)相连通，所述控制阀(2)的一端安装有用于调节控制阀流量预设值的流量调节螺杆(23)；所述吸油腔(7)的出油孔与油腔(9)的进油孔相连通，油腔(9)的出油孔与油泵后配流盘(19)上的吸油口相连通，所述排油腔(8)的进油孔与油泵前配流盘(18)上的排油口连通，所述排油腔(8)的第一出油口与可滑动的阀芯固定端腔体相连通，所述排油腔(8)的第二出油口与可滑动的阀芯移动端腔体相连通；所述控制阀(2)的第一出油口与调节装置组件的腔体相连通,且位于阀芯固定端腔体处，所述控制阀(2)的第二出油口与吸油腔(7)相连通，当阀芯上的溢流口打开时形成循环油路；所述油泵本体(1)内还设置有节流孔(28)，且节流孔(28)位于排油腔的第一出油口外侧，流入阀芯固定端腔体的高压油通过节流孔(28)时会形成一个压差，当油泵处于变排量状态时，阀芯靠近固定端移动，所述控制阀(2)的第一出油口与控制阀(2)的第二出油口通过阀芯上的溢流口相连通，所述控制阀(2)内部分高压油泄入吸油腔(7)，控制阀(2)内的液压减小，控制调节装置中的第一活塞(12)上下浮动的液压减小，所述第一活塞(12)对定子(4)的压力减小，所述定子(4)偏心量减小；

所述调节装置包括，竖直嵌入油泵本体(1)内的第一活塞(12)，所述第一活塞(12)与油泵本体(1)的第一通孔内壁间隙配合活动安装于油泵本体(1)内，所述第一活塞(12)轴向开设有凹腔，所述第一活塞(12)的凹腔与控制阀(2)的第一出油口相连通，所述第一活塞(12)凹腔内固定连接有预紧弹簧(13)，预紧弹簧(13)的另一端与控制阀(2)中的阀体(21)连接。

2.根据权利要求1所述的节能变量叶片泵，其特征在于，所述阀芯与阀体(21)内表面间隙配合活动安装于阀体(21)空腔内；所述流量调节螺杆(23)通过阀堵头(27)螺纹连接于阀体(21)上，所述流量调节螺杆(23)一端设置于阀体(21)外，另一端设置于阀体(21)内连接有流量弹簧(24)，所述流量弹簧(24)与阀芯的一端连接。

3.根据权利要求1所述的节能变量叶片泵，其特征在于，所述油腔(9)内周向设置有用于支撑定子(4)的调节螺柱(16)和第二活塞(14)，所述调节螺柱(16)和第二活塞(14)的顶端均指向轴心与定子(4)的外表面垂直相切；所述第一活塞(12)与第二活塞(14)相对应设置并且径向位于同一直线上。

4.根据权利要求3所述的节能变量叶片泵，其特征在于，所述油泵本体(1)的内壁上径向开设有第二通孔和第三通孔，所述第二活塞(14)通过堵头(15)固定安装于油泵本体(1)的第三通孔内，所述调节螺柱(16)螺纹连接于油泵本体(1)的第二通孔内，调节螺柱(16)远离定子(4)的一端连接有锁紧螺母(17)。

5.一种权利要求1所述的节能变量叶片泵的偏心量调节方法，其特征在于，所述偏心量调节方法包括至少一次转向液压油的循环，一次转向液压油的循环包括以下步骤：

1)转向液压油从吸油腔(7)流入油腔(9)中；

2)启动油泵工作，油腔(9)中的低压油吸入定子(4)中转化为高压油排入排油腔(8)中；

3)一路高压油通过排油腔(8)的第一出油口流入阀芯移动端腔体形成压力油P1，压力油P1中的一部分作用于阀芯的移动端，另一部分压力油P1进入控制阀(2)的第一出油口流入调节装置的组件腔体形成压力油P3，压力油P3作用于调节装置，调节装置产生压力作用于定子(4)，使定子(4)偏心量增大，液压油的流量增大；同时，另一路高压油通过排油腔(8)的第二出油口，再经过油泵本体(1)内的节流 孔(28)流入阀芯固定端腔体形成压力油P2，压力油P2作用于阀芯的固定端，压力油P2与压力油P1在控制阀(2)内形成高压差；

4)当油泵输出流量达到控制流量预设值时，阀芯上的溢流口打开，部分压力油P3泄入吸油腔(7)，控制阀(2)内的液压减小，调节装置向上浮动，定子(4)偏心量减小，输出流量减小，控制阀(2)内的高压油差保持恒定，定子(4)偏移量减小后，保持一定偏心量，输出流量保持恒定；否则，阀芯上的溢流口关闭。

6.根据权利要求5所述的节能变量叶片泵的偏心量调节方法，其特征在于，所述流量调节螺杆(23)能够对控制阀(2)的流量预设值进行人工调整控制。

Images