专利名称：直接控制线性变排量叶片泵的制作方法
技术领域：
本公开涉及用于汽车的液泵系统。更具体地，本公开涉及用于提供独立于泵的操作速度的连续变输出流量的变排量叶片泵和控制系统。
背景技术：
诸如内燃机和自动变速箱的机械系统通常包括在压力作用下对许多运动构件和/ 或机械系统的子系统提供润滑油的润滑泵。在大多数情况下，润滑泵由机械系统的旋转构件驱动。泵的操作速度和输出随着机械系统的操作速度而变化。然而，机械系统的润滑要求通常不完全与机械系统的操作速度直接对应。前面已知固定排量润滑泵通常设计为在对应于发动机怠速的相对较低的速度以及最大润滑剂操作温度的情况下提供足够的流动。这种设计理念导致在车辆操作的大部分期间润滑油过量供给。在至少一种布置中，减压阀被提供来将过量润滑油返回至泵入口或油槽以避免机械系统中的过压状态。在某些操作状态下，加压润滑油的过产量可能是机械系统所需的500%。结果是大量能量被用来加压润滑油，随后该润滑油通过减压阀排出。最近，变排量叶片泵被用作润滑油泵。这些泵通常包括控制环或其它机构，该控制环或其它机构可以被操作以改变泵的容积排量，因此在一个操作速度下改变其输出。通常， 对反馈机构提供有从泵输出的加压润滑油，以便在机械系统的操作状态的整个预期范围内改变泵的排量以避免发动机中的过压状态。虽然该变排量泵在能量效率方面相对于定排量泵提供了某些改进，但是由于泵排量被泵的输出压力直接或间接控制，所述泵的输出压力随着机械系统的操作速度而改变， 而不随机械系统的改变需求而改变，因此可能导致大量能量损失。另一变排量泵控制系统公开于美国专利第7，018，178号中。控制系统包括联接至变排量泵的电磁螺线管，该电磁螺线管用于在发动机操作期间改变泵的排量。虽然电磁螺线管可以提供附加程度的对泵的控制，但是其应用存在多个缺陷。具体地，电磁螺线管通常要求连续供给电流以便使其在泵的整个操作期间都起作用。电力消耗可能抵消控制泵以使泵提供过量润滑剂流动的时间最小带来的益处。此外，电磁螺线管的最大作用力能力受到对其施加的电磁场和电流的大小的限制。对于某些应用，提供期望的作用力所需的电磁场的大小使得无法将电磁螺线管安装在车辆环境中。因此，需要改进润滑系统以在制造期望的润滑剂流量的同时将制造润滑剂流量所需的能量降至最小。
发明内容
本节提供本公开的总概览，并非其全部范围或所有特征的系统性披露。
一种用于动力传递装置的液泵系统，其包括变排量叶片泵，该变排量叶片泵具有包含转子、多个叶片和可线性移动的滑块的外壳，所述多个叶片联接至该转子，所述可线性移动的滑块用于通过改变其偏心来改变该泵的排量。控制系统改变该泵的排量并提供选自连续可变范围的输出压力的液体输出压力，所述连续可变范围的输出压力独立于该泵的操作速度。所述控制系统包括线性致动器，所述线性致动器用于使该滑块在最小和最大泵排量位置之间运动。所述线性致动器包括电动步进马达，所述电动步进马达用于双向移动作用在该滑块上的致动轴。此外，本公开说明了一种用于动力传递装置的液泵系统，其包括变排量叶片泵，该变排量叶片泵具有可线性移动的滑块，所述可线性移动的滑块用于改变该泵的排量。线性致动器使该滑块在最大和最小泵排量位置之间运动。所述线性致动器包括电动马达，所述电动马达用于旋转驱动部件。所述驱动部件接合被驱动的致动轴以使得致动轴响应驱动部件的旋转而线性移动。该控制系统包括控制器，所述控制器对所述致动器发送信号以便延伸或收缩所述致动轴，从而改变泵排量。其它应用领域将从在此提供的说明中显而易见。在本概览中的说明和具体示例旨在仅仅示例的目的，而不旨在限制本公开的范围。
在此描述的附图仅为已选实施例而非所有可能的实施方式的示例性目的，不旨在限制本公开的范围；图1是示例性的直接控制的变排量叶片泵的横截面图；图2是图1中描绘的泵系统的局部放大透视图；图3是联接致动轴和滑块的连接器的局部透视图；图4是用于控制变排量叶片泵的开环控制系统的示意图；图5是描绘与变排量叶片泵配合的闭环控制系统的示意图；图6是另一变排量叶片泵的局部透视图；图7是图6中描绘的泵的滑块和致动器的布置的平面图；以及图8是图6中示出的用于泵的外壳的平面图。在多个附图中，相应的参考标号指示相应的零部件。
具体实施例方式现在将参照附图更全面地描述示例性实施例。参考附图1-3，泵系统10垂直(plumbed)示出以与示例性动力传递装置12连通。 动力传递装置12被示例性示出，并且可以包括任何数量的装置，该装置包括内燃机、变速器、分动箱和轴组件等。泵系统10包括变排量泵14，该变排量泵包括具有凸缘17的外壳 16，该凸缘17用于将泵14安装至动力传递装置12。可替换地，外壳16可以与动力传递装置一体形成。入口 18延伸穿过外壳16，从而将低压油孔20与贮藏待泵送流体的油槽22互连。外壳16的出口 M将高压腔室沈与动力传递装置12互连。泵14包括可旋转地安装在转子腔室32内的泵转子观。驱动轴34是动力传递装置12的一部分，并被固定以便与泵转子观一起旋转，从而提供用于泵送润滑剂的能量。多
5个泵叶片36被联接至转子观并可相对于转子观径向滑动。各叶片36的径向外端与滑块 40的内表面38接合。多个泵腔室44由内表面38、泵转子28和叶片36限定。滑块40包括第一臂46，该第一臂可滑动地定位在形成于外壳16中的第一凹陷48 内。滑块40还包括第二臂50，该第二臂50可滑动地定位在第二凹陷52内。滑块40还包基本上平行相对的壁M、56，壁M、56分别定位成靠近外壳16的壁58、60。基于上述几何结构，滑块40可以在第一和第二位置之间线性移动，但是被限制成为不能相对于外壳16旋转。滑块40的内表面38具有圆形横截面形状。转子观的外表面61也具有圆形横截面形状。柱形表面38的中心线相对于外表面61的中心偏心地定位。因此，各泵腔室44的容积随着转子观的旋转而变化。腔室44的容积在泵的低压侧增大，该低压侧与入口 18连通。泵腔室44的尺寸在高压侧减小，该高压侧与泵14的出口 M连通。泵腔室44的容积的变化通过从油槽22抽取操作液体而产生泵送作用，并从出口 M输送加压液体。泵14的输出可以通过移动滑块40而改变。具体地，当滑块40处于如图1所示的第一位置时，滑块40的内表面38和转子28的外表面61之间的偏心量最大。在该位置，泵输出流量最多。当滑块40处于第二位置时，偏心量和泵14的输出最小，并可能是零。线性致动组件62联接至第二臂50，并可操作以使滑块40沿轴63移动至第一位置、第二位置以及其间的任何位置。因此，泵14可以被控制以输出选自连续可变范围的输出压力的流体压力，该输出压力独立于泵的操作速度。为减小需要由致动组件62提供的作用力的大小，压力平衡腔室64环绕滑块40的一部分。压力平衡腔室64与从出口 M提供的加压流体流体连通。压力平衡腔室64的形状和位置有效地平衡作用在滑块40上的作用力，从而使得移动滑块40并改变泵输出所需的作用力最小。压力平衡腔室64在与轴63垂直相交并且延伸穿过表面38的中心线的直线的相对侧沿滑块40的一侧延伸。应注意，压力平衡布置可以是期望的，但不是泵系统10 的必需部分。没有压力平衡腔室，致动器62可以作用，但是要担任提供更大的输入作用力以移动滑块40的任务。如图2和3所示，致动组件62包括电动步进马达70，该电动步进马达70包括支撑在外壳75中的定子72和转子74。转子74联接至螺母76，该螺母76与具有外螺纹的致动轴78螺纹接合。外壳75包括联接至泵外壳16的凸缘79。可替换地，凸缘79可以固定至动力传递装置12。图3描绘致动轴78，该致动轴78包括远端80，该远端通过夹钳件82联接至第二臂50。致动轴78包括凹槽84，该凹槽接纳夹钳件82的半圆部86。夹钳件82还包括细长上部88，该细长上部可以移动至形成于第二臂50内的狭缝90中，以将致动轴78联接至滑块40。参照图4，致动组件62与控制器100、能量供给装置102和驱动器104连通。控制器100可以使用这样的一种或多种算法被编程，该算法参照速度、压力、流量或温度的映射图来使得控制器能使用如图4中描绘的开环控制系统控制泵的流量。图5描绘一闭环控制系统，该闭环控制系统包括与控制器100连通的压力传感器106。在操作中，驱动轴34开始旋转并启动转子观。润滑剂压力和流量在出口 M处开始增加。在启动时，控制器100使滑块40位于第一位置中，以提供最大流量。这样，流量随着驱动轴34的速度线性增大。在某一特定速度，由泵14产生的流量将超过动力传递装置 12的润滑需求。在此时刻，控制器100给驱动器104提供信号。驱动器104从能量供给装置102接受电力。驱动器104产生电脉冲，并将脉冲供给至电动步进马达70，使螺母76沿一个或两个方向旋转，以使致动轴78依照控制器100所发出的信号延伸或收缩。因为致动轴78直接联接至滑块40，因此致动轴78和滑块40的线性运动改变泵的偏心性，从而改变泵输出流量。当实施图4的开环控制系统时，控制器100继续用信号指示驱动器104，基于控制算法的速度、压力、流量或温度映射图定位滑块40。不需要与泵14相关联的专用压力传感器。可替换地，图5中描绘的闭环反馈系统包括压力传感器106，该压力传感器给控制器100 提供指示泵14的压力输出的信号。控制器100给驱动器104输出信号以定位滑块40并使泵14输出期望的润滑剂压力。已经描述了方便将致动器外壳75以脊状方式安装至泵外壳16或者安装至动力传递装置12的另一部分的联接技术。该连接允许致动轴78线性移动并将作用力传递给可线性移动的滑块40。应注意，将致动轴78固定至滑块40的任何数量的方法都被认为是本公开的范围之内，这些方法例如为销锁定、铆接、焊接、压配合、粘合剂结合等。此外，虽然闭环控制系统在前面说明为与压力传感器连通，但是应注意，也可以实施任何数量的其它传感器以给控制器100提供用于涉及致动器62和泵系统10的控制的决策的数据。图6和7描绘可替换的变排量泵，该泵以标号150标示。泵150基本上类似于泵 14。因此，相似元件将保留其前述参考标号，附加撇号“'”。泵150不同于泵14之处在于 滑块40'被压迫朝向第一或最大偏心位置。压缩弹簧152的一个端部定位在形成于滑块 40'内的凹坑154内。弹簧152的相对端定位在形成于外壳16'中的凹陷156内。弹簧 152连续地处于压缩状态下，以朝着第一位置推动滑块40'。通过这种布置，致动器62'不再需要朝着第一位置移动滑块40'。致动器62'施加作用力以便朝着第二位置移动滑块40'。这样，适配器158可以被固定至致动轴78'。 适配器158包括端面160，该端面与形成于滑块40'上的台阶162接触。由于压缩弹簧152 提供的作用力，端面160和台阶162彼此保持接触。在第一或最大偏心位置，台阶162被迫与形成于外壳16'上的座164接触。在泵操作期间，可以选择性地激活致动器62'以使致动轴78'延伸并使滑块 40'从第一位置朝向第二位置移动。一旦不再给致动器62'供给电能，则由于步进马达 70'的内部构造，滑块40'的位置将被保持。为使滑块40'朝向第一位置移动，再次激活致动器62'以允许滑块40'在弹簧152提供的作用力下移动。可以如前所讨论的通过控制致动器62'而在提供最大流量的第一位置和提供最小流量的第二位置之间获得无限多的位置。此外，前述讨论仅公开并描述本公开的示例性实施例。本领域技术人员将容易从该讨论以及从附图和权利要求书中意识到，可以在其中获得不同的改变、修改和变型而不背离下面权利要求书中限定的内容的主旨和范围。
权利要求
1.一种用于动力传递装置的液泵系统，其包括变排量叶片泵，其具有包含转子、多个叶片和可线性移动的滑块的外壳，所述多个叶片联接至所述转子，所述可线性移动的滑块用于改变所述泵的排量；和控制系统，其用于改变所述泵的排量并提供选自连续可变范围的输出压力的流体输出压力，所述连续可变范围的输出压力独立于所述泵的操作速度，所述控制系统包括线性致动器，所述线性致动器用于使所述滑块在最小和最大泵排量位置之间滑动，所述线性致动器包括电动步进马达，所述电动步进马达用于双向移动作用在所述滑块上的致动轴。
2.如权利要求1所述的液泵系统，其中，所述外壳包括压力平衡腔室，所述压力平衡腔室与所述滑块连通并且接纳加压工作流体，流体平衡作用力作用在所述滑块上，其中作用在滑块上的合力接近零。
3.如权利要求2所述的液泵系统，其中，所述控制系统包括控制器，所述控制器与驱动器连通，所述驱动器给所述步进马达提供电脉冲。
4.如权利要求1所述的液泵系统，其中，所述滑块包括第一臂，所述第一臂具有基本上平行相对的面，所述基本上平行相对的面定位在形成于所述外壳中的凹陷的基本上平行相对的壁的附近，所述第一臂限制所述滑块和所述外壳之间的相对旋转。
5.如权利要求4所述的液泵系统，其中，所述滑块包括第二臂，所述第二臂具有基本上平行相对的面，所述基本上平行相对的面定位在形成于所述外壳中的另一凹陷的基本上平行相对的壁的附近，所述第二臂限制所述滑块和所述外壳之间的相对旋转，其中所述第一臂和所述第二臂彼此沿直径方向相对。
6.如权利要求5所述的液泵系统，其中，所述第二臂包括接纳所述致动轴的凹坑。
7.如权利要求6所述的液泵系统，还包括使所述致动轴和所述第二臂互相连接的夹钳件。
8.如权利要求2所述的液泵系统，其中，所述滑块包括接纳所述叶片的孔，并且所述压力平衡腔室沿所述滑块的一侧延伸，以允许流体作用在所述滑块的位于延伸穿过所述滑块的孔的中心线的相对两侧的部分上。
9.如权利要求1所述的液泵系统，其中，所述致动轴和所述滑块都彼此平行地移动。
10.如权利要求9所述的液泵系统，其中，所述滑块包括接纳所述叶片的孔，所述致动轴的移动线与所述滑块的孔的中心线相交。
11.如权利要求1所述的液泵系统，还包括弹簧，所述弹簧压迫所述滑块，使所述滑块与所述致动轴接触，其中，所述致动轴不固定至所述滑块。
12.一种用于动力传递装置的液泵系统，其包括变排量叶片泵，其包括可线性移动的滑块，所述可线性移动的滑块用于改变所述泵的排量；线性致动器，其用于使所述滑块在最大和最小泵排量位置之间运动，所述线性致动器包括电动马达，所述电动马达用于旋转驱动部件，所述驱动部件接合被驱动的致动轴，以使得所述致动轴响应所述驱动部件的旋转而线性移动；和控制系统，其包括控制器，所述控制器对所述致动器发信号，以便延伸或收缩所述致动轴来改变泵排量。
13.如权利要求12所述的液泵系统，其中，所述控制器在开环控制模式下操作，并且不接受指示由所述泵输出的压力的信号。
14.如权利要求12所述的液泵系统，其中，所述控制器响应指示由所述泵输出的压力的信号而在闭环模式下操作。
15.如权利要求12所述的液泵系统，其中，所述电动马达是步进马达，所述步进马达可操作以将所述滑块定位在最小和最大排量位置之间的各个位置处。
16.如权利要求12所述的液泵系统，其中，所述泵包括具有压力平衡腔室的外壳，所述压力平衡腔室与所述滑块连通并且接纳加压工作流体，所述流体平衡作用力作用在所述滑块上，其中作用在所述滑块上的合力接近零。
17.如权利要求16所述的液泵系统，其中，所述滑块包括第一臂，所述第一臂具有基本上平行相对的面，所述基本上平行相对的面定位在形成于所述外壳中的凹陷的基本上平行相对的壁的附近，所述第一臂限制所述滑块和所述外壳之间的相对旋转。
18.如权利要求17所述的液泵系统，其中，所述滑块包括第二臂，所述第二臂具有基本上平行相对的面，所述基本上平行相对的面定位在形成于所述外壳中的另一凹陷的基本上平行相对的壁的附近，所述第二臂限制所述滑块和所述外壳之间的相对旋转，其中所述第一臂和第二臂彼此沿直径方向相对。
19.如权利要求18所述的液泵系统，其中，所述第二臂包括接纳所述致动轴的凹坑。
20.如权利要求19所述的液泵系统，还包括使所述致动轴和所述第二臂互相连接的夹钳件。
21.如权利要求12所述的液泵系统，还包括弹簧，所述弹簧压迫所述滑块，使所述滑块与所述致动轴接触，其中，所述致动轴不固定至所述滑块。
22.如权利要求12所述的液泵系统，其中，所述致动轴和所述滑块都沿相同的线移动。
全文摘要
一种用于动力传递装置的液泵系统，其包括变排量叶片泵，其具有包含转子、多个叶片和可线性移动的滑块的外壳，所述多个叶片联接至该转子，所述可线性移动的滑块用于改变该泵的排量。控制系统改变该泵的排量并提供选自连续可变范围的输出压力的流体输出压力，所述连续可变范围的输出压力独立于该泵的操作速度。所述控制系统包括线性致动器，所述线性致动器用于使该滑块在最小和最大泵排量位置之间运动。所述线性致动器包括电动步进马达，所述电动步进马达用于双向移动作用在该滑块上的致动轴。
文档编号F04C14/22GK102333956SQ201080009310
公开日2012年1月25日 申请日期2010年2月23日 优先权日2009年3月5日
发明者F·斯特拉图拉特, G·哈达, P·L·M·常, P·克鲁格 申请人:Stt技术股份有限公司,麦格纳动力股份有限公司和Shw有限公司的合资公司