CN113227579A - 可调螺杆泵 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的润滑油供应的可控螺杆泵包括：泵壳(1)，在该泵壳中设置有节流室(13)和控制室(14)，该节流室(13)和控制室(14)与待输送的润滑油相接触；其中，节流室(13)布置在泵入口(10)和主轴腔(12)之间，并且节流室(13)包括节流阀(3)，通过该节流阀(3)可以设置输送流的通流横截面；而且控制室(14)包括带有活塞(40)的液压控制阀(4)，该活塞(40)响应控制室(14)中的液压控制压力(p1，p2)，并且控制室(14)的方向相对于活塞(40)的驱动行程平行于主轴腔(12)；而且节流阀(3)的阀体(30)与液压控制阀(4)的活塞(40)连接。

Description

可调螺杆泵
技术领域
本发明涉及一种具有紧凑尺寸的可控螺杆泵，其适于向车辆、尤其是客车中的内燃机供应润滑油。
背景技术
在车辆中，叶片泵和齿轮泵通常用作由内燃机驱动轴驱动的油泵。叶片泵和齿轮泵是排量泵，其轴向尺寸小，也可作为具有变量泵几何结构的变体。可变几何结构可以改变与轴的旋转相关的输送量，从而可以调整输送量或油压，特别是在转速波动很大的应用中，例如在客车中操作内燃机时。
经过多年的优化，叶片泵在有利的工作点达到了大约70％的整体效率。在转速-压力特性图的宽的范围内，整体效率大大降低，例如在高转速下降低到仅35％。此外，这些类型的泵的技术成熟度不允许期望在效率方面有更多的进一步改进空间。
相比之下，螺杆泵在转速、压力和体积流量下使用低粘度润滑油的工作效率为70％至85％。低粘度润滑油是典型的润滑油应用。因此，通过使用螺杆泵可以进一步节省燃料消耗和二氧化碳排放。
螺杆泵的结构不包括精密元件或滑动配合，因此，即使维护操作间隔很长，这种泵对润滑油中的烟尘或金属磨损相对不敏感。此外，它们具有高功率密度，因此可以实现与润滑油供应相关的高输送压力。
然而，螺杆泵是一种固定排量泵，其排量不能调节。此外，由于螺杆轴，与叶片泵或齿轮泵相比，该结构具有更大的轴向尺寸。因此，众所周知，使用螺杆泵作为油泵主要是为船舶甚至卡车上的大容量内燃机提供润滑油，其中有更多的安装空间，内燃机以相对恒定的转速运转。
如果在应用中使用螺杆泵作为油泵，则在转速快速增加或高转速期间，输送压力可能超过内燃机中油压力的允许工作范围。在所述船舶或卡车的应用中，例如，螺杆泵的输送量被调节，其中一些输送量通过可调节的旁路从螺杆泵的出口回流到入口，并再次通过主轴腔，从而减少润滑油输送系统中产生的输送流量。例如，DE 10 2009 056 218A1描述了一种螺杆泵，该螺杆泵上集成了带回流通道的限压阀，从而在高于设定输送压力的情况下，在泵的压力侧和吸入侧之间产生液压短路。然而，这种调整的响应性能相对缓慢，并且鉴于客车内燃机运行期间的快速转速波动而显得不合适。
在本申请的申请日尚未公布的专利申请DE 10 2018 109 886.9，由同一申请人提出了一种用于多用途车辆内燃机的可调节润滑油输送系统，该系统具有改进的响应性能，其中吸入节流发生在螺杆泵的上游。在该系统中，节流阀下游和泵入口上游的润滑油压力降低至泵室或主轴腔吸入侧的负压。因此，压差是无法实现的，压差对于填补主轴腔内的转速依赖时间是必要的。DE 10 2018 109 886.9涉及吸入节流原理和控制技术方面的系统实施，但未涉及多用途车辆或卡车应用方面的螺杆泵或上游节流阀的具体设计。
发明内容
如上所述，需要一种适用于客车中的油泵的高效螺杆泵。因此，本申请的目的是提供螺杆泵的紧凑设计和输送量的调整。
该目的通过具有按照权利要求1所述特征的可控或可调节螺杆泵来实现。
所述可控螺杆泵的特征在于，在泵壳内设置有节流室和控制室，所述节流室和控制室与待输送的润滑油接触，其中所述节流室位于所述泵入口和所述主轴腔之间，所述节流室包括节流阀，通过节流阀能够设置输送流的流动截面；所述控制室包括液压调节阀，所述液压调节阀具有对所述控制室内的液压控制压力作出响应的活塞，所述控制室相对于所述活塞的位移平行于所述主轴腔布置；节流阀的阀体与液压调节阀的活塞连接。
因此，本申请首次提供了螺杆泵和液压控制吸入节流的集成设计。
可控或可调螺杆泵的紧凑设计为客车润滑油的高效供应提供了解决方案。这样，螺杆泵的稳健基本设计与其他排量泵相比，具有效率高、稳健和低脉动的优点。
通过在泵壳中集成吸入节流，可以省去安装空间和润滑油系统中部件的安装。生产的总成与已知类型的可变几何结构变量泵相当。
液压调节阀平行于螺杆轴的布置允许泵壳具有类似的边界几何结构，其中尽管集成了吸入节流，但轴向尺寸基本上保持不变，径向尺寸增加到很小的程度。因此，有助于优化新系统中的安装空间或用预定的安装空间替换当前应用中的泵。
相对于用于设置吸入节流的驱动力，液压实施允许更高的功率密度，因此液压调节阀可以比电动执行元件等更小，并且节省更多的安装空间。
通过一体化设计，实现了较高的调节动态。本申请基于以下知识：在吸入节流期间，调节啮合和阶跃响应之间的停机时间与节流吸入路径有关。由于节流阀和主轴腔之间的距离较短，因此可以以高度动态的方式改变输送量。
可调节润滑油输送系统的有利发展是从属权利要求的主题。
根据本申请的一个方面，节流阀的阀体的位移可以平行于主轴腔布置，并且节流阀的阀座可以设置在进入节流室的泵入口的入口处。因此，液压调节阀和节流阀与主轴腔平行布置，有利于泵结构的紧凑设计。
根据本发明的一个方面，节流阀的阀体和液压调节阀的活塞可以安装在共用的阀杆上。因此，无需对节流阀的阀体进行单独的导向，两个阀的一体化结构有利于泵结构的紧凑设计。
根据本申请的一个方面，螺杆泵可包括两个螺杆主轴，其中主轴腔的横截面由两个交叠的圆半径形成，并且控制室的横截面可位于靠近主轴腔的圆半径交叠的相交轴区域中。通过这种结构，可以减小整体径向尺寸，从而有利于螺杆泵的紧凑设计。
根据本申请的一个方面，控制室可包括两个液压接头，用于引入作用于液压调节阀的活塞相对侧的两个液压控制压力。因此，除了液压调节阀的一种变体外，其中控制压力作用于弹簧偏置，还提供了与液压驱动有关的另一种变体，该变体在密封活塞方面不太重要。
根据本申请的一个方面，压缩弹簧可以位于液压调节阀活塞一侧的控制室内。压缩弹簧可用于提供故障保护功能，因此在由于液压驱动故障导致控制压力损失的情况下，吸入节流可设置为阀芯的预定或完全开启位置。
根据本申请的一个方面，泵壳可以在主轴腔的一个端面上包括卡圈部分和齿轮轮缘，卡圈部分包括用于壳体的通道和用于驱动轴的轴承，齿轮轮缘位于驱动轴上，可以包括用于卡圈部分的径向切口，从而使得齿轮轮缘的齿与轴承轴向交叠。通过这种结构，可以减小整体轴向尺寸，从而有利于螺杆泵的紧凑设计。
附图说明
下文将借助实施例并参考附图来解释本申请。
图1示出了根据本申请的可控螺杆泵的一个实施例的设计的简化示意性剖面图。
具体实施方式
在图1的示意图的实施例中，选择了液压调节阀4的相对尺寸，以便于改善感知。但是，液压调节阀4也可以更小。此外，为了避免液压调节阀4与主轴腔12的交叠图示，在图1中，液压调节阀4的位置相对于主轴腔12偏置显示。然而，液压调节阀4相对于主轴腔12的位置和距离也会发生变化，从而有利于更紧凑的布置。
就本申请而言，术语“螺杆泵”被理解为具有用于输送介质置换的带螺距的倾斜旋转活塞泵。这种类型的泵通常包括从动螺杆轴2a和至少一个通过齿啮合拖动的螺杆轴2b。
图示实施例的螺杆泵具有一个从动螺杆轴2a和一个拖动螺杆轴2b，它们可旋转地容纳在泵壳体10的主轴腔12中。从动螺杆轴2a与驱动轴5连动，驱动轴5由内燃机通过齿轮轮缘50驱动。驱动轴5在卡圈部分15中离开泵壳体1。具有两排滚珠轴承的紧凑型轴承形式的轴承51安装在卡圈部分15中。齿轮轮缘50位于驱动轴5的自由端上，从中伸出，并且具有用于卡圈部分15的凸起，因此径向外齿与轴承51轴向交叠。
主轴腔12的压力侧位于螺杆轴2a、2b的驱动侧，该压力侧以压力连接的形式与泵出口11连通。主轴腔12的吸入侧位于螺杆轴2a、2b与驱动器相对的一侧。主轴腔12的吸入侧通过节流室3以吸入连接的形式与泵入口10连通。考虑到输送方向，主轴腔12吸入侧的负压将润滑油吸入，该负压由旋转螺杆主轴2a、2b的螺距通过泵入口10和节流室3产生。润滑油通过主轴腔12输送，并通过泵出口11从压力侧的主轴腔12喷出。
螺杆泵上游的吸入通道通向内燃机的油底壳。在螺杆泵的下游，提供润滑油输送系统的供给路径(未示出)。供给路径通向内燃机润滑油供应的分支，用于在所需的油压下润滑曲柄驱动、气门驱动和缸筒等运动部件之间的滑动面。
泵壳1的节流室13在主轴腔12的端面形成入口腔。节流阀3的环形阀座31形成在入口处，在该入口处泵入口10的吸入连接进入节流室3。节流阀3的阀体30在阀杆34处被引导，阀杆34与泵入口10的吸入连接轴向相对，并且具有球形密封面。通过沿阀体30相对于阀座31的位移方向的开启位置，可以设置或限制泵入口10和主轴腔12之间的润滑油输送流的流动截面，由此执行螺杆泵的吸入节流。在与阀体30相对的阀杆34的另一侧，布置有活塞40，其容纳在泵壳体1的圆柱形控制室14中。活塞40和控制室14形成液压调节阀4，该阀通过润滑油压力的受控供应来设置节流阀3的开启位置。
主轴腔12的横截面轮廓为所谓的8字形壳体，即它由泵壳1中具有交叠半径的两个孔构成，以确保螺杆主轴2a、2b的啮合。液压调节阀4的圆柱形控制室14同样由泵壳1中的孔形成，该孔平行于主轴腔12中的孔延伸。在与图1中的示意图不同的优选紧凑实施例中，圆柱形控制室14布置在靠近8字形壳体的凸起处，即在靠近主轴腔12的腔壁的主轴腔12的孔的轴线之间，这样就形成了圆柱形腔体的紧密堆积，从而形成了泵壳1紧凑的边界几何结构。
液压调节阀4和节流阀3的整体布置由形成在控制室14和节流室13之间的共用阀杆导杆43分开。阀杆导杆43为共用的阀杆34提供轴向导向。活塞40沿液压调节阀4的位移的位置由控制室14中活塞40两侧的两个液压控制压力p1和p2设定。控制压力p1通过控制室14中活塞40一侧的液压接头41产生。控制压力p2通过控制室14中活塞40另一侧的液压接头42产生。活塞40的驱动运动响应于两个控制压力p1、p2之间的压差，并在活塞40两侧的力平衡的情况下保持位置。
在控制压力p1的一侧，优选地布置有压缩弹簧(未示出)，其介入控制压力p1、p2的压力比。选择压缩弹簧的长度，以便在没有两个控制压力p1、p2的情况下防止节流阀3处于关闭位置。使用压缩弹簧可确保故障安全功能。因此，如果液压调节发生故障，关闭的节流阀3可防止内燃机运行时润滑油供应停止。同样，节流阀3的完全打开位置也可以通过另一侧的压缩弹簧来防止。根据润滑油系统的配置，如果液压调整发生故障，将不会超过临界输送压力。
通过从内燃机的润滑油路和螺杆泵的输送压力供给的电液调节装置，两个控制压力p1、p2的液压驱动在润滑油系统(未图示)中发生。这种电液调节装置有一个电磁4/3比例阀。该4/3比例阀包括四个连接，所述四个连接包括一个用于从内燃机的油闸门供油的输入连接和三个输出连接，其中两个输出连接提供带有受控压差的两个控制压力p1、p2和一个将具有过大压差的油从调节装置返回油底壳的输出连接。两个控制压力p1、p2的输出连接通过阀体进行调整，阀体设置了相应的液压阻力，从而在输入连接和三个输出连接之间设置了相应的压差。阀体由具有线圈和锚的电磁执行元件和压缩弹簧进行调节。所述电磁致动构件由所提供电力的脉冲宽度调制来致动。液压调节阀4的控制压力p1、p2的控制，用于通过螺杆泵中节流阀3的吸入节流来调节润滑油路的输送量，可以由控制装置根据内燃机的负载、转速和温度来实现。
参考标号列表：
1泵壳；
2a从动螺杆轴；
2b拖动螺杆轴；
3节流阀；
4液压调节阀；
5驱动轴；
10泵入口；
11泵出口；
12主轴腔；
13节流室；
14控制室；
15卡圈部分；
30阀体；
31阀座；
34阀杆；
40活塞；
41带控制压力p1的液压接头；
42带控制压力p2的液压接头；
43阀杆导杆；
50齿轮轮缘；
51轴承。

Claims (7)

1.一种用于向内燃机供应润滑油的可控螺杆泵，包括：
泵壳(1)，具有主轴腔(12)以及与所述主轴腔(12)连通的泵入口(10)和泵出口(11)；
至少两个螺杆主轴(2a，2b)，可旋转地容纳在所述主轴腔(12)中，所述螺杆主轴(2a，2b)由内燃机驱动；
其特征在于，
在所述泵壳(1)内设置有节流室(13)和控制室(14)，所述节流室(13)和所述控制室(14)与待输送的润滑油接触；其中
所述节流室(13)位于所述泵入口(10)和所述主轴腔(12)之间，并且所述节流室(13)包括节流阀(3)，通过所述节流阀(3)能够设置输送流的流动截面；
所述控制室(14)包括液压调节阀(4)，所述液压调节阀(4)具有活塞(40)，所述活塞(40)响应所述控制室(14)内的液压控制压力(p1、p2)，所述控制室(14)相对于所述活塞(40)的位移平行于所述主轴腔(12)布置；且
所述节流阀(3)的阀体(30)与所述液压调节阀(4)的活塞(40)连接。
2.根据权利要求1所述的可控螺杆泵，其中，
所述节流阀(3)的阀体(30)的位移平行于所述主轴腔(12)布置，并且所述节流阀(3)的阀座(31)设置在进入所述节流室(13)的泵入口(10)的入口处。
3.根据权利要求1或2所述的可控螺杆泵，其中，
所述节流阀(3)的阀体(30)和所述液压调节阀(4)的活塞(40)安装在共用的阀杆(34)上。
4.根据权利要求1至3之一所述的可控螺杆泵，其中，
所述螺杆泵包括两个螺杆主轴(2a，2b)，其中所述主轴腔(12)的横截面由两个交叠的圆半径形成，所述控制室(14)的横截面位于靠近所述主轴腔(12)的圆半径交叠的相交轴区域。
5.根据权利要求1至4之一所述的可控螺杆泵，其中，
所述控制室(14)包括两个液压接头(41、42)，用于引入作用在所述液压调节阀(4)的活塞(40)的相对侧上的两个液压控制压力(p1、p2)。
6.根据权利要求1至5之一所述的可控螺杆泵，其中，
压缩弹簧位于所述液压调节阀(4)的活塞(40)一侧的控制室(14)内。
7.根据权利要求1至6之一所述的可控螺杆泵，其中
所述泵壳(1)在所述主轴腔(12)的一个端面上包括卡圈部分(15)和齿轮轮缘(50)，所述卡圈部分(15)包括用于壳体的通道和用于驱动轴(5)的轴承(51)，所述齿轮轮缘(50)位于所述驱动轴(5)上，包括用于所述卡圈部分(15)的径向切口，从而使得所述齿轮轮缘(50)的齿与所述轴承(51)轴向交叠。
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