专利名称：中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量叶片泵及变排量方法
技术领域：
本发明涉及内燃机润滑系统技术领域，特别是一种内燃机润滑用变排量叶片泵及中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量方法。
背景技术：
发动机润滑油系统目前仍以定量齿轮泵和转子泵为主。随着对燃油经济性的日渐重视以及发动机新技术的应用，对润滑系统用机油泵提出了越来越高的要求，变排量叶片泵产品在发动机上的应用越来越广泛，目前获得批量应用的包含压力反馈的一级变量叶片泵、电磁阀转换的二级压力反馈变量叶片泵和采用MAP进行全电控的变排量叶片泵。现有压力反馈的一级变量叶片泵的控制曲线如附图18中的曲线ABER；和曲线 A1B1E1F1G1所示，其中曲线ABETO为主油道压力反馈曲线，曲线A1B1E1F1G1为泵出口压力反馈曲线，其控制方法分为两种形式，以主油道压力反馈曲线ABER；为例
A、当主油道压力Δρ^Δρ (F), 一级变量叶片泵维持最大排量，即q=qmax，叶片泵流量与发动机的转速成正比关系，即Q=qmaxn，其中qmax为一级变量机油泵的最大排量值；
B、当主油道压力Δρ彡Δρ(F)时，q=n(F) qmax/n，由于需要兼顾在高转速状态下的润滑需求，主油道变量控制压力一般控制在4bar左右，在机油温度高于100°C，变量机构的起调转速n(F) —般在3000rpm以上，在发动机主驱动范围内与定量泵差异不大，节油不明
Mo从附图18中可以看出，泵出口压力反馈曲线A1B1E1F1G1与主油道压力反馈曲线 ABER；类似，其最大排量和最小排量略高于主油道控制方式，各压力调节点考虑机油滤的压力损失有不同程度的增加。现有电磁阀转换的二级压力反馈变量叶片泵的控制曲线如附图18中的曲线ABCEre和曲线A1B1C1E1F1G1所示，其中曲线ABCETO为主油道压力反馈曲线，曲线 A1B1C1E1F1G1为泵出口压力反馈曲线，其控制方法分为五种形式，以主油道压力反馈曲线 ABCEFG 为例
A、当主油道压力Δρ ^Δ ρ (B)，一级变量机油泵维持最大排量即q=qmax，机油泵流量与发动机的转速成正比关系，即Q=qmaxn，其中qmax为一级变量机油泵的最大排量值；
B、当发动机转速η ( 3000 rpm 且 Δ ρ 彡Δ ρ (B), q=n (B) qmax/n ；
C、当发动机转速η 彡 3000 rpm 且Δ ρ (B)彡 Δρ 彡 Δρ (E) , q=n (E) qmax/n ；
D、iAp(F) ^ Δρ ^Δρ (E)，q=qmax ；
Ε、当发动机转速 η 彡 3000 rpm, Δ ρ 彡 Δ ρ (F)，q=n (F) qmax/n。从附图18中可以看出，二级压力反馈变量叶片泵出口压力反馈曲线 A1B1C1E1F1G1与主油道压力反馈曲线ABCEFG类似，其最大排量和最小排量略高于主油道控制方式，各压力调节点考虑机油滤的压力损失有不同程度的增加。采用二级变排量机油泵的控制方法显然比采用一级变量机油泵的控制方法要节省变量泵的功率消耗。上述两种方法中，第一种方法的一级变量叶片泵的结构简单，成本低，但运行能耗高，一般只在中低档车上使用；第二种方法的二级变量叶片泵虽然运行能耗低，但二级变量叶片泵的结构复杂，并且存在响应滞后，发动机标定等问题，成本高，一般只在高档乘用车上使用，也不适用于对现有发动机机型的改造，不适用于商用车等转速范围较窄的发动机， 应用受到限制。采用MAP进行全电控的变量机油泵与采用电磁阀转换的二级压力反馈变量机油泵在发动机典型转速和典型负载下基本相同，并且成本更高，应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种新型的中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量叶片泵及变排量方法，通过对一级变量机油泵结构的改进，实现二级变量机油泵结构控制达到或超过的节能效果。本发明的技术方案是一种中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量叶片泵， 它包括泵体、定位销、滑块旋转定位销、泵盖、偏心叶片定位环、传动轴、限压阀、叶片、密封支撑、矩形密封、转子、变量弹簧、泵盖安装螺钉、变量滑块和泵盖定位销。泵体内设有用来安装变量滑块、转子和变量弹簧的空腔及传动轴安装孔、滑块旋转定位销安装孔、泵盖定位销安装孔和出油口，出油口通过油道与空腔相通，滑块旋转定位销安装孔为盲孔。泵盖上设有传动轴安装孔、滑块旋转定位销安装孔和泵盖定位销安装孔，滑块旋转定位销安装孔为盲孔。变量滑块上设有弹簧压块、密封件安装槽、导油槽和半圆形滑块旋转定位销安装孔，密封支撑和矩形密封件安装在变量滑块上的密封件安装槽内，密封支撑安装在密封件安装槽内的底部，用来支撑矩形密封件。转子上设有轴孔和用来安装叶片的七个叶片安装槽，七个叶片安装槽均勻分别在转子上，在转子的两个端面分别设有一个偏心叶片定位环安装孔，在每个叶片安装槽内都安装有一个叶片，叶片可以在叶片安装槽内径向移动，两个偏心叶片定位环分别安装在转子11两个端面上的偏心叶片定位环安装孔内，偏心叶片定位环用来限制叶片的侧向移动。泵盖通过泵盖安装螺钉安装在泵体上，泵盖和泵体之间设有泵盖定位销，泵盖定位销安装在泵体上的泵盖定位销安装孔和泵盖上的泵盖定位销安装孔内。传动轴安装在泵体上的传动轴安装孔和泵盖上的传动轴安装孔内，传动轴和泵体上的传动轴安装孔、泵盖上的传动轴安装孔采用动配合，安装有叶片和偏心叶片定位环的转子安装在泵体上的空腔内的传动轴上，转子上的轴孔和传动轴采用过盈配合。变量滑块安装在泵体上的空腔内，变量滑块上的转子腔套装在转子上，滑块旋转定位销穿过变量滑块上的半圆形滑块旋转定位销安装孔安装在泵体上的滑块旋转定位销安装孔和泵盖上的滑块旋转定位销安装孔内，变量滑块可以以滑块旋转定位销为轴心在泵体上的空腔内摆动，变量滑块上的矩形密封和滑块旋转定位销将泵体上的空腔分割成反馈压力油腔a和进油腔b。泵体上空腔内的一侧设有变量弹簧，变量弹簧的一端与泵体上空腔内的底部接触，另一端顶在变量滑块上的弹簧压块上，弹簧压块只能在限定的角度内以旋转定位销为支点进行摆动，弹簧压块的两个极限位分别对应最大排量和最小排量，变量滑块上的弹簧压块与弹簧接触面在最大排量位置 c时，弹簧存在预压力，即初始变量压力，变量滑块上的弹簧压块与弹簧接触面在最小排量位置d时，弹簧达到最大压缩量。所述变量弹簧的起调压力根据发动机中段转速的润滑需求确定，对于主油道控制结构通常在2 bar 3. 5 bar之间，对于泵出口控制通常在2. 3 bar 4. 5 bar之间。限压阀设在泵体上，限压阀的控制油道与泵体上的压力油输出端联通。本发明还提供了一种中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量方法，它是将压力反馈变量叶片泵的泵排量分为最大排量、可变排量和最小排量三种方式，其具体方法如下
A、变量滑块上的弹簧压块与弹簧接触面在最大排量位置c时，弹簧存在预压力，即初始变量压力，当反馈油腔a液压力产生的力矩不足以克服弹簧预压力产生的力矩时，变量叶片泵处于最大排量状态。B、当反馈油腔a液压力产生的力矩超过弹簧产出的预压力矩，但小于弹簧在最小排量位置d产生的力矩时，变量叶片泵处于可变排量范围。C、当反馈油腔a液压力产生的力矩超过弹簧在最小排量位置d产生的力矩，变量滑块上的弹簧压块与弹簧接触面在最小排量位置d时，变量叶片泵处于最小排量阶段。本发明与现有技术相比具有如下特点
1、本发明提供的中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵的变量控制方法通过对一级变排量泵的结构改进达到或超过二级变量机油泵的节能效果，其综合效果明显优于一级变量机油泵的控制方法和二级变量机油泵的控制方法，既节省产品投入成本，同时又节省产品运行成本。2、在结构设计方面，对于纯压力反馈的发动机中段变量高速限压的三段式变排量机油泵来说，只是限定了弹簧压块的转角，这通过更改泵体很容易实现；另外，将原一级泵的安全阀改为限压阀，限压阀泄漏的机油重新进入叶片泵的吸油口。3、调节变量弹簧的刚度，使起调压力由4bar左右降低到2bar左右，大大提高了对发动机主油道压力进行优化的空间。4、本发明提供的中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵的结构简单、成本低，能在各种乘用车和商用车辆上使用，只是qmin/qmax会有一定提高，无论是新开发发动机机型还是既有发动机机型的改造，都简单易行，既降低产品成本，又节省运行成本，达到降低油耗的目的。以下结合附图和具体实施方式
对本发明的详细结构作进一步描述。
附图1为本发明的结构示意图； 附图2为附图1中的A-A剖视图； 附图3为泵体的立体结构示意图； 附图4为泵盖的结构示意附图5为附图4中的左视图； 附图6为变量滑块的结构示意图；附图7为附图6中的B-B剖视图； 附图8为转子的结构示意图； 附图9为附图8中的C-C剖视图； 附图10为叶片的结构示意图； 附图11为附图10中的左视图； 附图12为传动轴的结构示意图； 附图13为附图12中的左视图； 附图14为矩形密封的结构示意图； 附图15为附图14中的左视图； 附图16为偏心叶片定位环的结构示意图； 附图17为附图16中的D-D剖视图； 附图18为变量叶片泵控制曲线图。
具体实施例方式一种中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量叶片泵，它包括泵体1、定位销 2、滑块旋转定位销3、泵盖4、偏心叶片定位环5、传动轴6、限压阀7、叶片8、密封支撑9、矩形密封10、转子11、变量弹簧12、泵盖安装螺钉13、变量滑块14和泵盖定位销15。泵体1内设有用来安装变量滑块14、转子11和变量弹簧12的空腔1_1及传动轴安装孔1-2、滑块旋转定位销安装孔1-3、泵盖定位销安装孔1-4和出油口 1-5，出油口 1-5 通过油道与空腔1-1相通，滑块旋转定位销安装孔1-3为盲孔。泵盖4上设有传动轴安装孔4-1、滑块旋转定位销安装孔4-2和泵盖定位销安装孔 4-3，滑块旋转定位销安装孔4-2为盲孔。变量滑块14上设有弹簧压块14-1、密封件安装槽14-2、导油槽14_3和半圆形滑块旋转定位销安装孔14-4，密封支撑9和矩形密封件10安装在变量滑块14上的密封件安装槽14-2内，密封支撑9安装在密封件安装槽14-2内的底部，用来支撑矩形密封件10。转子11上设有轴孔11-1和用来安装叶片8的七个叶片安装槽11-2，七个叶片安装槽11-2均勻分别在转子11上，在转子11的两个端面分别设有一个偏心叶片定位环安装孔11-3，在每个叶片安装槽11-2内都安装有一个叶片8，叶片8可以在叶片安装槽11-2内径向移动，两个偏心叶片定位环5分别安装在转子11两个端面上的偏心叶片定位环安装孔 11-3内，偏心叶片定位环5用来限制叶片8的侧向移动。泵盖4通过泵盖安装螺钉13安装在泵体1上，泵盖4和泵体1之间设有泵盖定位销15，泵盖定位销15安装在泵体1上的泵盖定位销安装孔1-4和泵盖4上的泵盖定位销安装孔4-3内。传动轴6安装在泵体1上的传动轴安装孔1-2和泵盖4上的传动轴安装孔 4-1内，传动轴6和泵体1上的传动轴安装孔1-2、泵盖4上的传动轴安装孔4-1采用动配合，安装有叶片8和偏心叶片定位环5的转子11安装在泵体1上的空腔1-1内的传动轴6 上，转子11上的轴孔11-1和传动轴6采用过盈配合。变量滑块14安装在泵体1上的空腔 1-1内，变量滑块14上的转子腔14-5套装在转子11上，滑块旋转定位销3穿过变量滑块 14上的半圆形滑块旋转定位销安装孔14-4安装在泵体1上的滑块旋转定位销安装孔1-3 和泵盖4上的滑块旋转定位销安装孔4-2内，变量滑块14可以以滑块旋转定位销3为轴心在泵体1上的空腔1-1内摆动，变量滑块14上的矩形密封10和滑块旋转定位销3将泵体1 上的空腔1-1分割成反馈压力油腔a和进油腔b。泵体1上空腔1-1内的一侧设有变量弹簧12，变量弹簧12的一端与泵体1上空腔1-1内的底部接触，另一端顶在变量滑块14上的弹簧压块14-1上，弹簧压块14-1只能在限定的角度内以旋转定位销3为支点进行摆动，弹簧压块14-1的两个极限位分别对应最大排量和最小排量，变量滑块14上的弹簧压块14-1 与弹簧接触面在最大排量位置c时，弹簧存在预压力，即初始变量压力，变量滑块14上的弹簧压块14-1与弹簧接触面在最小排量位置d时，弹簧达到最大压缩量。所述变量弹簧12的起调压力根据发动机中段转速的润滑需求确定，对于主油道控制结构通常在2 bar 3. 5 bar之间，对于泵出口控制通常在2. 3 bar 4. 5 bar之间。限压阀7设在泵体1上，限压阀7的控制油道与泵体1上的压力油输出端联通。本实施例还提供了一种中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量方法，它是将压力反馈变量叶片泵的泵排量分为最大排量、可变排量和最小排量三种方式，其具体方法如下
A、变量滑块14上的弹簧压块14-1与弹簧12接触面在最大排量位置c时，弹簧12存在预压力，即初始变量压力，当反馈油腔a液压力产生的力矩不足以克服弹簧12预压力产生的力矩时，变量叶片泵处于最大排量状态；
B、当反馈油腔a液压力产生的力矩超过弹簧12产出的预压力矩，但小于弹簧12在最小排量位置d产生的力矩时，变量叶片泵处于可变排量状态；
C、当反馈油腔a液压力产生的力矩超过弹簧12在最小排量位置d产生的力矩，变量滑块14上的弹簧压块14-1与弹簧12接触面在最小排量位置d时，变量叶片泵处于最小排量状态。中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵的主油道压力反馈控制曲线如附图18中的曲线AB⑶所示，分为三种形式
A、当主油道压力Δρ ^Δ ρ (B)，中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵维持最大排量即q=qmax，叶片泵流量与发动机的转速成正比关系，即Q=qmaxn，其中qmax为变量叶片泵的最大排量值；
B、当主油道压力Δρ (C)彡Δ ρ 彡Δ ρ (B), q=n(B) qmax/n ；
C、当主油道压力Δρ彡Δ ρ (C), q=n(B) qmax/n(C)= qmin，变量机油泵的流量与发动机的转速成正比关系，即Q=qminn，控制曲线在D点终止，通过限压阀7进行压力控制。中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵的泵出口压力反馈曲线如附图 18中的曲线A1B1C1D1所示，与主油道压力反馈曲线AB⑶类似，它考虑了在泵出口和主油道进口之间流体元件的压力损失和差异性，为保证主油道压力，中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵泵排量最大排量和最小排量略高于主油道控制方式，各压力调节点考虑机油滤的压力损失有不同程度的增加。仅以主油道反馈为例，一级变排量叶片泵、二级变排量机油泵和中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵的流量描述如下
一级变排量叶片泵控制曲线如图18中的曲线ABER；所示， 当主油道压力Δ ρ彡Δ ρ (F)，Q=qmaxn,
当主油道压力Δ ρ彡Δ ρ (F)，Q=qmaxn(F)，q随着转速的提高而减小，泵流量不变；二级压力反馈变量叶片泵的控制曲线如附图18中的曲线ABCEre所示， 当主油道压力Δ ρ彡Δ ρ (B), Q=qmaxn ； 当η彡3000 rpm且主油道压力Δ ρ彡Δ ρ (B), Q=n (B) qmax ； 当发动机转速 η 彡 3000 rpm 且Δρ (B)彡 Δρ 彡 Δρ (E)，Q=n (E) qmax ；当 Δ ρ (F) ^ Δ ρ ^Δ ρ (E), Q=n qmax ；
当发动机转速η彡3000 rpm且Δ ρ彡Δ ρ (F)，Q=n (F) qmax ； 中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵控制曲线如附图18中的曲线ABCD所
示
当主油道压力Δ ρ彡Δ ρ (B), Q=qmaxn ；
当主油道压力Δ ρ (C)彡Δ ρ彡Δ ρ (B),Q=n(B) qmax ；
当主油道压力Δ ρ 彡Δ ρ (C)，Q=n (B) IiqmaxAi ⑶=qminn。一级变排量机油泵、二级变排量机油泵和中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵的功率对比分析如下，n为叶片泵机械效率
附图18中曲线中的C点可以近似看做发动机3000 rpm的转速点，在C点以前即3000 rpm以下，中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵产生的主油道压力和流量与二级变量泵相同，功率消耗相同。在发动机转速η(L)彡η > 3000 rpm, η(L)在3500 rpm附近，该区间也是乘用
车的黄金转速区间，中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵有非常明显的功率节省。W51=W5-W1= qmaxn* Δ ρ5 (η)/ η- qminn* Δ P1 (n)/ n ； W51/ W5通常超过40%
在发动机转速n > n (F)时，二级变量泵表现出一定的功率节省，但n ^ 3500 rpm的工况是非典型的，对车辆节油实际意义不大。中段变量高速限压的三段式压力反馈变量叶片泵相对于一级变量泵优势更加明
Mo
权利要求
1.一种中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量叶片泵，其特征是它包括泵体、 定位销、滑块旋转定位销、泵盖、偏心叶片定位环、传动轴、限压阀、叶片、密封支撑、矩形密封、转子、变量弹簧、泵盖安装螺钉、变量滑块和泵盖定位销；泵体内设有用来安装变量滑块、转子和变量弹簧的空腔及传动轴安装孔、滑块旋转定位销安装孔、泵盖定位销安装孔和出油口，出油口通过油道与空腔相通，滑块旋转定位销安装孔为盲孔；泵盖上设有传动轴安装孔、滑块旋转定位销安装孔和泵盖定位销安装孔，滑块旋转定位销安装孔为盲孔；变量滑块上设有弹簧压块、密封件安装槽、导油槽和半圆形滑块旋转定位销安装孔，密封支撑和矩形密封件安装在变量滑块上的密封件安装槽内，密封支撑安装在密封件安装槽内的底部，用来支撑矩形密封件；转子上设有轴孔和用来安装叶片的七个叶片安装槽，七个叶片安装槽均勻分别在转子上，在转子的两个端面分别设有一个偏心叶片定位环安装孔，在每个叶片安装槽内都安装有一个叶片，叶片可以在叶片安装槽内径向移动，两个偏心叶片定位环分别安装在转子11 两个端面上的偏心叶片定位环安装孔内，偏心叶片定位环用来限制叶片的侧向移动；泵盖通过泵盖安装螺钉安装在泵体上，泵盖和泵体之间设有泵盖定位销，泵盖定位销安装在泵体上的泵盖定位销安装孔和泵盖上的泵盖定位销安装孔内；传动轴安装在泵体上的传动轴安装孔和泵盖上的传动轴安装孔内，传动轴和泵体上的传动轴安装孔、泵盖上的传动轴安装孔采用动配合，安装有叶片和偏心叶片定位环的转子安装在泵体上的空腔内的传动轴上，转子上的轴孔和传动轴采用过盈配合；变量滑块安装在泵体上的空腔内，变量滑块上的转子腔套装在转子上，滑块旋转定位销穿过变量滑块上的半圆形滑块旋转定位销安装孔安装在泵体上的滑块旋转定位销安装孔和泵盖上的滑块旋转定位销安装孔内，变量滑块可以以滑块旋转定位销为轴心在泵体上的空腔内摆动，变量滑块上的矩形密封和滑块旋转定位销将泵体上的空腔分割成反馈压力油腔a和进油腔b ；泵体上空腔内的一侧设有变量弹簧，变量弹簧的一端与泵体上空腔内的底部接触，另一端顶在变量滑块上的弹簧压块上，弹簧压块只能在限定的角度内以旋转定位销为支点进行摆动，弹簧压块的两个极限位分别对应最大排量和最小排量，变量滑块上的弹簧压块与弹簧接触面在最大排量位置c 时，弹簧存在预压力，即初始变量压力，变量滑块上的弹簧压块与弹簧接触面在最小排量位置d时，弹簧达到最大压缩量；限压阀设在泵体上，限压阀的控制油道与泵体上的压力油输出端联通。
2.根据权利要求1所述的一种中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量叶片泵，其特征是所述变量弹簧的起调压力根据发动机中段转速的润滑需求确定，对于主油道控制结构在2 bar 3. 5 bar之间，对于泵出口控制在2. 3 bar 4. 5 bar之间。
3.一种中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量方法，其特征是将压力反馈变量叶片泵的泵排量分为最大排量、可变排量和最小排量三种方式，其具体方法如下A、变量滑块上的弹簧压块与弹簧接触面在最大排量位置c时，弹簧存在预压力，即初始变量压力，当反馈油腔a液压力产生的力矩不足以克服弹簧预压力产生的力矩时，变量叶片泵处于最大排量状态；B、当反馈油腔a液压力产生的力矩超过弹簧产出的预压力矩，但小于弹簧在最小排量位置d产生的力矩时，变量叶片泵处于可变排量范围；C、当反馈油腔a液压力产生的力矩超过弹簧在最小排量位置d产生的力矩，变量滑块上的弹簧压块与弹簧接触面在最小排量位置d时，变量叶片泵处于最小排量状态。
全文摘要
一种中段变量高速限压的三段式压力反馈变排量叶片泵及变排量方法，泵盖通过螺钉安装在泵体上，泵盖和泵体之间设有定位销，传动轴安装在泵体上的传动轴安装孔和泵盖上的传动轴安装孔内，转子安装在泵体上的空腔内的传动轴上；变量滑块安装在泵体上的空腔内，变量滑块上的转子腔套装在转子上，滑块旋转定位销穿过变量滑块上的半圆形滑块旋转定位销安装孔安装在泵体和泵盖上的滑块旋转定位销安装孔内；泵体上空腔内设有变量弹簧，变量弹簧的一端与泵体上空腔内的底部接触，另一端顶在变量滑块上的弹簧压块上；限压阀设在泵体上。变排量方法是将压力反馈变量叶片泵的泵排量分为最大排量、可变排量和最小排量三种方式来满足发动机的润滑要求。
文档编号F04C2/356GK102410214SQ201110342749
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者宋善国, 李战训, 许仲秋 申请人:湖南机油泵股份有限公司