CN114776582B - 具有改进的压力控制和范围的可变排量叶片泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于汽车的可变容量叶片泵结构，其包括具有出口和入口的泵壳体。本发明提供了具有腔体的泵控制环。控制环定位在壳体内以围绕枢轴移动。叶片泵转子定位在泵控制环的腔体内。泵控制环的位置确定泵控制环腔体的中心与叶片泵转子的旋转轴线之间的偏移。本发明设有由转子驱动并与泵控制环的内表面接合的叶片。叶片和接合的表面限定了工作流体室。本发明设有第一控制室。第一控制室暴露于枢轴的第一侧，位于泵壳体与泵控制环的外表面之间。第一控制室可操作地接收加压流体以产生力来移动泵控制环以减小泵的体积容量。本发明还设有定位在泵入口与出口之间的第二控制室，其提供液压力以增大泵的体积容量。

Description

具有改进的压力控制和范围的可变排量叶片泵
技术领域
本发明涉及一种可变容量叶片泵的结构。
背景技术
可变容量叶片泵是众所周知的，其包括以泵控制环形式存在的容量调节元件，该泵控制环可以移动以改变泵的偏心度，并因此改变泵的体积容量。如果泵正在服务具有基本上恒定的速度和液压阻力的系统，例如汽车发动机的润滑系统，则改变泵的输出流量等效于改变由泵产生的压力。
具有改变泵的体积容量以维持平衡压力的能力在诸如汽车润滑泵的环境中是重要的，其中泵将在一定范围内的操作速度和温度上运作。在这样的环境中，为了维持平衡压力，已知的是采用从发动机到邻近泵控制环的控制室的泵送流体(例如，润滑油)的反馈压力，控制室中的压力用于通常抵抗来自复位弹簧的偏置力移动控制环，以改变泵的容量。
当发动机处的压力增加时，例如当泵的运行速度增加时，增加的压力被施加到电磁阀，电磁阀继而向控制环施加更大的压力以克服复位弹簧的偏压并且移动控制环以减小泵的容量，从而减小输出流量并且因此减小泵的输出处的压力。
相反，当发动机处的压力，例如当泵的运行速度降低时，由邻近控制环的电磁阀施加到控制室的降低的压力允许复位弹簧的偏压移动控制环以增加泵的容量，从而提高输出流量并因此提高泵的压力。以这种方式，在泵的输出处获得平衡压力。
平衡压力由控制室中的泵送流体作用于所述控制环的面积、供应至室的泵送流体的压力以及由复位弹簧产生的偏置力确定。
通常，平衡压力被选择为对于发动机的预期操作范围可接受的压力，并且因此在某种程度上是一种折衷，因为例如发动机能够以比在较高发动机操作速度下所需的更低的泵送流体压力在较低操作速度下可接受地操作。为了防止对发动机的过度磨损或其它损坏，发动机设计者将选择满足最坏情况(高操作速度)条件的泵的平衡压力。因此，在较低速度下，泵将以比那些速度所需的更高的容量操作，从而浪费能量泵送多余的、不必要的泵送流体。
希望有一种可变容量叶片泵，其可以在合理紧凑的泵壳体中提供至少两个可选择的平衡压力。希望提供一种叶片泵的结构，其具有改进的泵性能和能力范围，而不增加成本或尺寸。
发明内容
为了表明上述和其它积极的期望，在此给出本发明的披露。本发明赋予汽车可变容量叶片泵结构的自由度，该叶片泵包括具有出口和入口的泵壳体。设置有具有腔体的泵控制环。该控制环定位在壳体内以围绕枢轴移动。叶片泵转子定位在泵控制环的腔体内。泵控制环的位置确定泵控制环腔体的中心与叶片泵转子的旋转轴线之间的偏移。设置有由转子驱动并且接合泵控制环的内表面的叶片。叶片和接合的表面至少部分地限定泵送流体室。设置有第一控制室。第一控制室暴露于泵壳体与泵控制环之间的枢轴的第一周向侧。第一控制室定位在泵控制环的与(内)泵送流体室相对的(外)侧上。第一控制室可操作地接收加压流体以产生力来移动泵控制环，以减小泵的体积容量。
第二控制室设置在泵壳和泵控制环的第二外表面之间。泵控制环的第二外表面设置在泵控制环的与(内)泵送流体室相对的(外)侧上。第二控制室可操作地接收加压流体，以产生移动泵控制环的力，从而增加泵的体积容量。第二控制室的主要部分(如果不是全部的话)并列设置在壳体出口和壳体入口之间。壳体出口并列设置枢轴的第二圆周侧和第二控制室的主要部分。
提供复位弹簧，其将泵控制环朝向最大容积容量的位置偏置。复位弹簧抵抗由第一控制室内的加压流体产生的力而作用。复位弹簧暴露于入口并且处于与第一室和第二室密封的位置。
本发明的其它应用领域将从下文提供的详细描述中变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例虽然指示本发明的优选实施例，但其仅旨在用于说明的目的，而并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
从下文的详细描述和附图中将可更全面地理解本发明，其中：
图1是本发明的可变容量叶片泵结构处于最大排量时的后平面视图，其中盖板被移除；
图2是如图1所示的可变容量叶片泵结构处于最小排量时的后平面视图；
图3是示出了如图1中所示的可变容量叶片泵的入口的仰视图；
图4是安装在车辆发动机动力系润滑系统中的本发明可变容量叶片泵的液压示意图；
图5是图1所示的本发明的可变容量叶片泵的可选的优选结构的后视图；
图6是图5中所示的可变容量叶片泵的控制环的俯视平面图；以及
图7是如图2中所示的可变容量叶片泵的控制环的厚度减小区域的部分截面图，其处于邻近所述泵的入口的区域中。
具体实施方式
以下对优选实施例的描述在本质上仅仅是示例性的，而决非意图限制本发明、其应用或用途。
参照图1-4，一种用于汽车的可变容量叶片润滑泵的结构7得以提出，所述汽车具有包括发动机的传动系统。泵7包括具有出口14和入口20的泵壳体10。泵壳体10另外安装有电磁阀17和减压阀19。
本发明设有具有腔28的泵控制环24。泵控制环24定位在壳体10内以围绕枢轴32移动。枢轴32包括固定到壳体10的销36，其中泵控制环的一部分包括与销36的一部分90接合的弯曲表面40。如图3中最佳地示出的，入口20具有其开口的大约一半部分47，该部分从泵控制环24枢转进入的平面51偏移。
泵壳体10具有内部形成的流体管线11，该流体管线11具有用于与发动机的主油道(在燃料过滤器之后)流体连接的端口端部13。管线11还具有端口端部15，该端口端部15用于连接到安装在泵壳体10中的电磁阀17的阀供给和感测端口。电磁阀17可以是两级或全变电磁阀。
叶片泵转子44定位在泵控制环24的腔内。泵控制环24的位置确定泵控制环腔的中心与叶片泵转子44的旋转轴线之间的偏移。叶片5设置成可滑动地安装在蘑菇形的径向向外延伸的杆槽41中。叶片5由转子44驱动，并且其接合围绕腔28的泵控制环的内圆柱形表面48。叶片5的内径向尖端表面27与上部和下部叶片环21(仅示出一个)对准接触。叶片5和接合的表面48至少部分地限定泵送流体室52。
本发明设有第一控制室56。第一控制室56暴露于枢轴32的第一周向侧60，位于泵壳体10和泵控制环的第一外表面64之间。泵控制环的第一外表面定位在泵控制环的径向外侧上，作为泵送流体室52.第一控制室56可操作以接收加压流体，从而产生使泵控制环移动的力，以减小泵7的体积容量。泵壳体10具有内部形成的管线23，该管线具有端口端部25，该端口端部用于将电磁阀17的控制端口与第一控制室56流体连接。枢轴32在第一控制室56的一端(如图1和图2所示的左端)处用作密封件。
第二控制室68设置在泵壳体10与泵控制环的第二外表面72之间。泵控制环24的第二外表面72定位在泵控制环的径向向外或与泵送流体室52相对的一侧上。第二控制室68可操作地接收加压流体以产生使泵控制环24移动的力，从而增大泵7的体积容量。第二控制室68具有受限排放口69。第二控制室68接收在泵出口14的区域中加压的流体，该流体经由泵控制环24与泵控制环24的壳体10(包括盖43的界面，参见图3)之间的水平(如图1所示)界面间隙逸出。
第二控制室68的主要部分(如果不是整个)被并置在壳体出口14和入口20之间。壳体出口14并置枢轴32的第二圆周侧76和第二控制室68的主要部分(如果不是整个)。密封构件87可以被用于将第二控制室68与出口14密封。在本发明的实施例中(未示出)，第二控制室延伸到枢轴并被枢轴密封。因此，不需要密封构件87。然后出口环绕泵控制环和第二控制室，然而第二控制室的主要部分通过该"环"出口设计与枢轴并置。
复位弹簧82被设置成将泵控制环24朝向最大容积能力的位置偏置。复位弹簧82抵抗由第一控制室56内的加压流体产生的力而起作用。复位弹簧82暴露于入口26(有时称为吸入口)并且处于分别通过机械偏置(有时称为弹簧偏置)的密封构件88和92与第一控制室56和第二控制室68密封的位置。由从枢轴32到第一控制室56和入口26之间的密封构件88的线限定的第一径向臂111的长度大于由从枢轴32到第二控制室68和入口26之间的密封构件92的线限定的第二径向臂113的长度，并且其中弹簧的长度的至少75％位于第一径向臂111和第二径向臂113之间。由从密封构件92到密封构件88的线限定的第三线115平分弹簧82。
泵控制环24在顶部和底部具有厚度减小的区域93，以便于来自入口26的流体进入泵送流体室52。厚度减小的区域93延伸超过径向臂111到达与第一控制室56相对的区域95。
参照图5-7，本发明还提供了泵207的一种替代性的优选实施方式，其中枢轴232包括泵控制环224的一部分，该泵控制环224包括与壳体210的相应弯曲部分接合的弯曲表面233。泵207具有第一控制室256，该第一控制室256通过加压密封件288与暴露于入口220的区域隔离密封。线277用于对密封件288加压。槽237和247被设置成输送润滑剂，以帮助控制环224相对于壳体10枢转运动。泵207具有由加压密封件287和292密封的第二控制室268。密封件287和292分别由加压线285和291赋能(为了图示清楚，图6中未示出密封加压线)。在出口214附近，控制环224具有减小部分215，该减小部分215允许泵送室252中的加压润滑剂更容易在控制环224的两侧上传递到出口214。控制环224具有厚度减小区域293和295，类似于先前针对图1和图2中的控制环24描述的厚度减小区域93和95。
在操作中，图1中的泵7借助于由弹簧82施加的力被推动到最大排量。泵电磁阀17与发动机流体连接，以感测通常在发动机油过滤器下游的位置处的发动机油压力。电磁阀17根据发动机中的实际和期望润滑剂压力来控制第一控制室56内的压力，以将其调节到目标压力。在一些操作中，电磁阀将与车辆发动机控制模块连接。如果期望增加的流体压力(在发动机中)，则电磁阀17被断开供能，这将通过排出到油槽来降低第一控制室56中的压力。如果期望降低的流体压力(在发动机中)，则电磁阀17将第一控制室56暴露于主油道，以增加第一控制室56内的压力，从而降低泵7的排量。最大输出和最小输出之间的不期望的振荡变化将由第二室68中的压力来衰减。本发明允许使用较小的弹簧，并且因此降低泵7的空间封装要求。由第二控制室供应的额外的增加的控制室压力提供更大的冲程力，以用于抵抗高速/高流量去冲程。第二控制室68的孔口排放装置衰减潜在的不稳定性。第二控制室的额外的力自然地补偿电磁阀压力调节器增益，并且使控制曲线变平。
本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因此，不脱离本发明的要旨的变型意在落入本发明的范围内。这样的变型不被认为脱离了本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种用于汽车的可变容量叶片泵结构，所述可变容量叶片泵包括接收由所述可变容量叶片泵加压的流体的传动系统，所述可变容量叶片泵的结构包括：
具有出口和入口的泵壳体；
泵控制环，所述泵控制环包括腔体并定位在所述泵壳体内以围绕一枢轴移动；
定位在所述泵控制环的腔体内的叶片泵转子，其中所述泵控制环的位置确定所述泵控制环腔体的中心与所述叶片泵转子的旋转轴线之间的偏移；
叶片，所述叶片由所述转子驱动并与所述泵控制环的围绕所述腔体的内表面接合，所述叶片和所述泵控制环的内表面至少部分地限定了泵送流体室；
第一控制室，所述第一控制室定位在所述枢轴的第一周向侧上，位于所述泵壳体与所述泵控制环的外表面之间，所述泵控制环的外表面定位在所述泵控制环与所述泵送流体室相反的一侧上，所述第一控制室能够在运作时接收加压流体，从而产生力来移动所述泵控制环以减小所述可变容量叶片泵的体积容量；
第二控制室，所述第二控制室定位在所述枢轴的第二周向侧上，位于所述泵壳体与所述泵控制环之间，所述第二控制室位于所述泵壳体与所述泵控制环的外表面之间，所述第二控制室能够在运作时接收加压流体，从而产生力来移动所述泵控制环以增大所述可变容量叶片泵的体积容量，并且其中所述出口与所述枢轴并置所述第二控制室的主要部分；以及
复位弹簧，所述复位弹簧将所述泵控制环朝向最大容积容量的位置偏置，所述复位弹簧抵抗由所述第一控制室内的加压流体产生的力而作用，所述复位弹簧暴露于所述入口并处于与所述第一控制室和所述第二控制室密封隔离的位置；
其中所述泵控制环包括轴向顶部和底部厚度减小区域，以便于流体从所述入口流到所述泵送流体室；
其中，所述轴向顶部和底部厚度减小区域延伸到径向与所述第一控制室相对的区段，并经过由从所述枢轴到密封件的线限定的径向臂，所述密封件将所述第一控制室与所述可变容量叶片泵的暴露于所述入口的区域分开。
2.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中所述出口与所述第二控制室密封隔离。
3.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中所述传动系统包括发动机。
4.如权利要求3所述的可变容量叶片泵结构，其中所述泵壳体能够安装电磁阀，以根据所述发动机中的实际或期望的润滑剂压力选择性地控制所述第一控制室内的压力。
5.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中所述枢轴包括固定到所述泵壳体的销，其中所述泵控制环的一部分包括与所述销的一部分接合的弯曲表面。
6.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中所述出口与所述枢轴并置所述第二控制室的整体。
7.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中，所述枢轴形成用于所述第一控制室和所述第二控制室中的一个的密封件。
8.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中，所述叶片可滑动地定位在所述叶片泵转子中径向延伸的槽内。
9.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中，由从所述枢轴到将所述第一控制室与所述可变容量叶片泵的暴露于所述入口的区域分开的密封件的线限定的径向臂在长度上大于由从所述枢轴到将所述第二控制室与暴露于所述入口的所述区域分开的密封件的线限定的径向臂。
10.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中，所述枢轴由一体形成在所述泵控制环上的半圆形部分形成，所述泵控制环在所述泵壳体上的半圆部分上枢转。
11.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中所述泵控制环包括轴向顶部和底部厚度减小区域，以便于流体从所述泵送流体室流到所述出口。
12.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中所述第二控制室具有受限排放口。
13.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中，所述入口通过加压密封件与所述第一控制室密封隔离。
14.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中，所述入口通过加压密封件与所述第二控制室密封隔离。
15.如权利要求1所述的可变容量叶片泵结构，其中，所述入口具有从所述控制环在其中枢转的平面偏移的其开口的一半。
16.如权利要求4所述的可变容量叶片泵结构，其中，所述泵壳体安装有安全阀。
17.一种用于汽车的可变容量叶片泵结构，所述可变容量叶片泵包括接收由所述可变容量叶片泵加压的流体的传动系统，所述可变容量叶片泵的结构包括：
具有出口和入口的泵壳体，所述泵壳体还安装有电磁阀和止回阀；
泵控制环，所述泵控制环包括腔体并定位在所述泵壳体内以在第一枢转平面中围绕一枢轴移动，所述泵控制环包括第一轴向顶部和底部厚度减小区域以有利于流体从所述泵壳体入口流动到所述泵控制环的内部，并且其中所述入口的一半从所述第一枢转平面偏移，所述泵控制环包括第二轴向顶部和底部厚度减小区域以有利于流体从所述泵控制环泵的内部流动到所述泵壳体出口；
定位在所述泵控制环的腔体内的叶片泵转子，其中所述泵控制环的位置确定所述泵控制环腔体的中心与所述叶片泵转子的旋转轴线之间的偏移；
叶片，所述叶片由所述转子驱动并与所述泵控制环的围绕所述腔体的内表面接合，所述叶片和所述内表面至少部分地限定泵送流体室；
第一控制室，所述第一控制室定位在所述枢轴的第一周向侧上，位于所述泵壳体与所述泵控制环的第一外表面之间，所述泵控制环的所述第一外表面定位在所述泵控制环与所述泵送流体室相反的一侧上，所述第一控制室能够在运作时接收加压流体，从而产生力来移动所述泵控制环，以减小所述可变容量叶片泵的体积容量；
第二控制室，所述第二控制室处于所述泵壳体与所述泵控制环的第二外表面之间，所述泵控制环的第二外表面定位在所述泵控制环与所述泵送流体室相反的一侧上，所述第二控制室能够在运作时接收加压流体，从而产生力来移动所述泵控制环以增大所述可变容量叶片泵的体积容量，并且其中所述第二控制室通过一受限出口暴露于排放口，并且其中所述第二控制室并置在所述出口与入口之间并且通过加压密封件与所述出口和入口密封，并且其中所述泵壳体出口并置所述枢轴的第二周向侧和所述第二控制室；以及
复位弹簧，所述复位弹簧将泵控制环朝向最大容积容量的位置偏压，所述复位弹簧抵抗由第一控制室内的加压流体产生的力而作用，所述复位弹簧暴露于入口并处于与第一控制室和第二控制室密封的位置，并且其中由从枢轴到第一控制室与入口之间的密封构件的线限定的第一径向臂的长度大于由从枢轴到第二控制室与入口之间的密封构件的线限定的第二径向臂的长度，并且其中弹簧的长度的至少75％位于第一径向臂的突出部与第二径向臂的突出部之间。
18.一种用于汽车的可变容量叶片泵结构，所述可变容量叶片泵包括接收由所述可变容量叶片泵加压的流体的传动系统，所述可变容量叶片泵结构包括：
具有出口和入口的泵壳体，所述泵壳体还安装有电磁阀和止回阀；
泵控制环，所述泵控制环包括腔体并且定位在所述泵壳体内以在第一枢转平面中围绕一枢轴移动，所述枢轴由一体地形成在所述泵控制环上的半圆形部分形成，所述半圆形部分在所述泵壳体上的半圆形部分上枢转，所述泵控制环包括第一轴向顶部和底部厚度减小区域以有利于流体从所述泵壳体入口流动到所述泵控制环的内部，并且其中所述入口的一半从所述第一枢转平面偏移，所述泵控制环包括第二轴向顶部和底部厚度减小区域以有利于流体从所述泵控制环的内部流动到所述泵壳体出口；定位在所述泵控制环的所述腔内的叶片泵转子，其中所述泵控制环的位置确定所述泵控制环腔的中心与所述叶片泵转子的旋转轴线之间的偏移；叶片，所述叶片由所述转子驱动并与所述泵控制环的围绕所述腔的内表面接合，所述叶片和所述内表面至少部分地限定泵送流体室；
第一控制室，所述第一控制室定位在所述枢轴的第一侧上，位于所述泵壳体和所述泵控制环的第一外表面之间，所述泵控制环的第一外表面定位在所述泵控制环与所述泵送流体室相反的一侧上，所述第一控制室能够在运作时接收加压流体，从而产生力来移动所述泵控制环以减小所述可变容量叶片泵的体积容量；
第二控制室，所述第二控制室在所述泵壳体与所述泵控制环的第二外表面之间，所述泵控制环的第二外表面定位在所述泵控制环与所述泵送流体室相反的一侧上，所述第二控制室能在运作时接收加压流体，从而产生力来移动所述泵控制环以增大所述可变容量叶片泵的体积容量，并且其中所述第二控制室通过受限出口暴露于排放口，并且其中所述第二控制室并置在所述出口与入口之间并且通过加压密封件与所述出口和入口密封，并且其中所述泵壳体出口并置所述枢轴的第二周向侧和所述第二控制室；以及
复位弹簧，所述复位弹簧将泵控制环朝向最大容积容量的位置偏压，所述复位弹簧抵抗由第一控制室内的加压流体产生的力而作用，所述复位弹簧暴露于入口并处于与第一控制室和第二控制室密封的位置，并且其中由从枢轴到第一控制室和入口之间的密封构件的线限定的径向臂在长度上大于由从枢轴到第二控制室和入口之间的密封构件的线限定的径向臂，并且其中从将第二控制室与入口分开的密封构件到将第一控制室与入口分开的密封构件的线将复位弹簧二等分。
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