专利名称：用于燃料输送系统的凸轮环轴承的制作方法
背景技术：
本发明涉及轴承装置，特别涉及在用于燃料泵、测定和控制喷气式发动机的静压和动压结构中，在支撑件或轭内支撑凸轮环的轴承装置。
2002年3月27日提交的专利PCT/US02/09298中披露了一种与普通燃料泵装置相比具有较高效率和可靠性的燃料输送系统，其内容结合于此作为参考。特别地，燃料输送系统的泵包括箱体，该箱体包括具有入口和出口并与泵室可进行流体交换的腔室。泵室中容置有转子，并且凸轮件环绕转子并相对箱体和转子可自由旋转。凸轮环和在箱体中阻碍转动的支撑套筒或轭之间形成有径向轴承。
轴承装置必须响应泵机构的内部组件施加的静压力和动压力。已知的轴承装置需要改进以在结合静压和动压的装置中恰当支撑凸轮环。相应的，需要一种新的轴承装置。
发明内容
本发明提供了一种用于燃料输送系统的改进的轴承装置，该燃料输送系统包括在可旋转的凸轮环内容置转子的箱体，凸轮环可相对箱体和转子自由旋转。轴承装置包括具有中心孔的环形面，该中心孔的尺寸可容置相关的凸轮环。环形面包括第一高压衬垫和通过第一和第二区域隔开的第二低压衬垫。
第一衬垫的圆周宽度至少等同于凸轮环的内径。
第二衬垫的圆周端部优选宽于第一衬垫的圆周端部。
经过泵室和凸轮环所产生的压差可响应压力变化而引起高压衬垫和低压衬垫之间的移动。区域和凸轮环之间的间隙选择性地改变通过轴承的流体的流动以维持压力。这将形成稳固的轴承安装而不需考虑偏差。
本发明的主要优点在于，可旋转的凸轮环和固定的(非旋转的)而非可移动的轭之间的改进的轴承界面。
本发明的另一个优点在于，能够提供静压轴承性能和动压轴承性能的结构。
本发明的其它优点对于本领域的技术人员而言，在通过阅读和理解以下的详细描述后将会显而易见。
图1是流体泵的优选实施例的分解立体图。
图2是将图1中所示的泵组装后的剖面图。
图3是组装后的泵的纵向剖面图。
图4是类似于图2的剖面图，示出了在第二位置具有支撑环的变量泵。
图5是泵的放大剖面图。
图6是轴承装置的分解立体图。
具体实施例方式
如图所示，泵装置10包括箱体12，其内限定出泵室14。固定在轴22上的转子20可旋转地容置于泵室中，用于在泵室中旋转转子。与转子外围或者圆周间隔的是一系列径向延伸的槽24，该槽可操作地容置片或叶片26，其中叶片具有从转子的外围延伸的外部径向末端。叶片在数量上可不同，例如图2所示的实施例中为9个叶片，可使用不同数量的叶片而不会脱离本发明的范围和原则。最好如图2所示，轴22和转子20的旋转轴线由标号30标示。当转子在箱体内的腔室中旋转时，选定的叶片(如图2右手边所示的叶片)并没有从转子的外围向外延伸到与其余叶片(图2左手边所示的叶片)同样的程度。在叶片随着转子在泵室内旋转时，泵室被限定在每两个叶片之间，并且形成流体的正排量。
继续参照图2，隔离环40刚性地固定在箱体上，并在与邻近的箱体腔室内壁一定距离的位置处环绕转子而设置。隔离环具有平的或平面的凸轮滚压表面42，并容置有防转销44。该销子可旋转地设置在不可旋转地环绕转子设置的凸轮套筒50上。在套筒上，通常在与防转销相对的位置处设置有第一和第二凸起或启动表面52、54。凸起与第一和第二启动装置56、58相配合以形成用于改变凸轮套筒50位置的装置。该改变装置以本领域所熟知的方式选择性地改变泵的冲程或排出量。例如，每一个启动装置均包括活塞60、偏压装置如弹簧62、和闭合件64，相应于施加到活塞后表面上的压力，凸轮套筒的启动凸起选择性地移动。该可选择地启动使得凸轮套筒沿着通常为平面的或平的表面66滚动，该平面的或平的表面沿着隔离环的内表面且邻近销子44而设置。最好凸轮套筒的中心点进行线性平移而非弧线移动，以限制可能在装置的密封区域产生的压力波动。以这种方式，当其中一个启动装置启动并且移动凸轮套筒(如图2)时，凸轮套筒的中心选择性地偏移轴和转子的旋转轴线30。凸轮套筒、启动表面、和启动装置的其它细节都是本领域的技术人员所熟知的，因此将省略对其的进一步描述。
可旋转的凸轮件或环70容纳在凸轮套筒中，该凸轮件或环具有平滑的并与从转子延伸的各个叶片26的外部末端接触的内圆周壁72。凸轮环的平滑的外圆周壁74形成为可在凸轮套筒50中自由旋转。更特别地，在套筒内径向轴承80支撑可旋转的凸轮环70。径向轴承填充有泵液，此处为喷射燃料，并形成静压或动压或混合静压/动压轴承。叶片的外部末端和旋转的凸轮环70之间产生的摩擦力使得凸轮环以与转子大约同样的速度旋转，尽管凸轮环相对转子可自由旋转，这是由于没有互锁凸轮环与转子旋转的结构件。优选地，凸轮环的速度稍小于转子的速度，或甚至稍大于转子的速度，但是由于流体薄膜轴承中的支撑/操作，凸轮环具有非常低的黏性阻力。凸轮环的较低的黏性阻力将代替已有叶片泵所产生的较高的机械损失，已有叶片泵的较高机械损失是由于叶片与环绕的固定环接触产生的摩擦损失所产生。叶片与凸轮环接触产生的阻力直接转换成机械损失从而降低了泵的整体效率。在凸轮套筒中，凸轮环仅由径向轴承80支撑。径向轴承是连续的通道。也就是说，没有互锁结构件，例如滚子轴承、销、或其类似来反面影响由凸轮环的较低的黏性阻力而获得的益处。例如，溢满的球轴承不会具有径向轴承所具有的高效率，在泵流体作为液压轴承时，径向轴承特别有优势。
在之前的申请中，这些机械阻力大大超过将流体泵入到喷气发动机燃油泵的各个操作模式中所需的机械能。由于这些叶片泵中的较高的速度和负载因素，因此需要具有较高的耐用性和抗磨损性的材料。材料的重量和生产成本相应也会增加，该材料还可能具有较高的脆性。这些泵的转速也由于叶片相对于凸轮环的较高的滑动速度而受到限制。即使运用特殊的材料如碳化钨，较高的泵运行速度，如超过12,000RPM也是非常困难的。
这些由于叶片和凸轮环之间的摩擦而产生的机械损失在本发明中代替为较低的黏性阻力。这是由于凸轮环与转子叶片旋转的结果。凸轮环和叶片之间相对较低的滑动速度使得和允许制造商在泵中可运用较便宜的、脆性较低的材料。这将提高可靠性并使泵可以较高的速度运行而不需要考虑超过允许的速度极值。反过来，较高的运行速度将引起所需的较小的排量，以获得给定的流量。换句话说，较小的、更加紧凑的泵能够提供与先前较大的泵相比同样的流量。该泵可应用于包括各种叶片泵机构的较广的范围。
图3更加详细地示出了转子的入口和出口部，用于形成泵室的入口和出口。第一和第二板90，92各自具有孔94，96。通过旋转叶片将能量传给流体。例如，喷射燃料在升高的压力下被泵入到所需的下游。
如图4所示，启动装置中的任意一个被加压以使得凸轮套筒不会枢轴转动以改变叶片泵的形成。也就是说，图4中所示的没有流体的位置与图2中所示的不同，其中图2中，凸轮套筒50关于销子44枢轴旋转以在凸轮套筒和沿着如图所示的泵的左手象限的隔离环40之间限定出闭合间隙。这样以改变凸轮套筒位置的方式提供不同的排出量。
在优选的装置中，叶片仍然由耐用的和坚硬的材料，如碳化钨来制造。而凸轮环和侧板可选择地由低成本的耐用材料如钢来制造，以降低重量和制造成本，同时可获得较好的可靠性。当然，可以想到，如果需要，也可将所有的组件都由较贵的和耐用性好的材料，例如碳化钨来制造，这样，与之前的装置相比，可获得非常好的效果。对用利用喷射燃料作为形成径向轴承的流体而言，泵装置的选定组件采用碳化钨制造，而其他组件采用钢制造是非常有利的。这与将油或液压油作为径向轴承流体(其中，所有喷射燃料组件均需由钢制成)相比，不具有运用碳化钨所带来的优点。
参照图5和图6，详细示出了由凸轮套筒或轭50和凸轮环70之间的界面所限定的径向轴承装置。特别地，支撑套筒或轭的内表面100具有非恒定的直径以限制出轴承装置的分散部分。特别地，第一或较大的直径部分102限定出第一高压衬垫以及径向相对的第二或低压衬垫104。为便于描述，如图5所示，高压衬垫部分102从大约4点钟方向延伸到8点钟方向，而低压衬垫从大约10点钟方向延伸到2点钟方向。第一和第二密封区域106、108将高压衬垫和低压衬垫相隔开。因此第一密封区域106从大约2点钟方向延伸到4点钟方向，而第二密封区域108从大约8点钟方向延伸到10点钟方向。
轴承装置限定出静压结构和动压结构的结合。轴承的静压部分是分别由高压和低压衬垫102、104限定的两个衬垫装置。高压衬垫是通过切割轭的整个宽度或者延伸范围，即，从前面50a到后面50b而形成的凹槽，图6中清楚地示出。类似地，低压衬垫也是通过轭的整个宽度的凹槽。高压衬垫能够支撑泵机构的内部组件所产生的力。在轭的内部两个衬垫之间是密封区域106、108，该密封区域可以产生动压效应，从而使得能够在运行过程中平稳地启动以及对中凸轮环。
高压衬垫的几何尺寸形成为使得流体压力所产生的力稍微大于内部泵元件所产生的力。衬垫102的周围宽度，即，从4点钟方向到8点钟方向，是由凸轮环的径向厚度来限定。优选高压衬垫的边缘102a、102b位于凸轮环内径72的外侧(见图5)。沿着轭的表面50a、50b的高压凹槽的密封和侧面由端口板90、92(见图3)而形成，该端口板横跨泵元件夹紧。高压流体(喷射燃料)通过图6所示的孔120进入到衬垫，通过孔122(图6中仅示出一个)可以限制流到轭和凸轮环之间的截面的流量。可以想到，高压孔122与轴承装置的该区域中的开口或孔120相通。
低压衬垫104的几何尺寸通过将圆周边缘104a、104b设定为稍宽于高压衬垫的圆周边缘，即，分别宽于102a、102b而限定。必须在该衬垫上设置从高压衬垫到低压衬垫的通气孔，以避免形成高压。这可以通过图6中示出的一个孔124来形成。可以想到，孔124的直径大于孔122的直径。因此，通过轭将形成不同的压力以响应泵元件内的力。
高压和低压衬垫102、104完全切割轴承，即从面50a到50b完全延伸，以使得凸轮环在垂直方向可移动，如图5所示。垂直方向的移动使得轭在水平方向可产生径向偏移，因此增加了区域和凸轮环之间的间隙。当间隙增大时，通过轴承的流量也增大以维持高压衬垫中的压力，或者减小间隙。在高压衬垫侧面的孔122限制了流量，因此凸轮环向前垂直移动减小间隙，以重新形成平衡力的状况。这样不需考虑偏移即可形成相对刚性的轴承。
如上所述，整个轴承、轭50、和凸轮环70在泵机构中可自由滚动。如图5所示，轴承沿着隔离环40上设置的通常为平面的表面42可向左或向右滚动。在表面42上的滚动引起凸轮环的线性平移。凸轮环的线性平移可以最小化运行过程中的流体泵入压力的波动。通过插入到轭的各个侧面的防转盘44可以防止轭的滑动和转动。如图6所示，这些防转盘44的尺寸形成为可容置于弧形的凹槽或者切口130，图6中仅示出其中的一个，然而可以想到，在轭的后表面50b上也可设置类似的切口槽。因此，这些防转盘44没有完全经过轭，或隔离环中的相应凹槽，因此，轭中的力通过隔离环可传递到箱体结构中。
可以想到，在轭50的优选实施例中，在第一和第二表面50a、50b上形成有切槽140。这些切槽140位于这些表面的外部径向圆周上。此外，切槽基本围绕整个轭圆周延伸，如在顺时针方向从大约6:30延伸到大约5:30。该切槽有助于控制轭表面上的压力，并能准确预测或控制整个泵装置的压力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.燃料输送系统中的轴承装置，所述燃料输送系统包括可旋转地容置有带有叶片的转子的箱体，其中还包括位于所述箱体和所述转子之间、并可相对于所述箱体和所述转子自由转动的可旋转的凸轮环，所述轴承装置包括静压和动压轴承件，包括具有中心孔的环形面，所述中心孔的尺寸可在其中容置相关的所述凸轮环，所述环形面包括第一高压衬垫、与所述第一衬垫径向相对的第二低压衬垫、以及隔开所述第一和第二衬垫以在运行中对中所述相关凸轮环的第一和第二区域。
2.根据权利要求1所述的轴承装置，其中所述第一衬垫的圆周宽度至少等同于所述相关凸轮环的直径。
3.根据权利要求2所述的轴承装置，其中所述第二衬垫的圆周端部宽于所述第一衬垫的圆周端部。
4.根据权利要求1所述的轴承装置，其中所述第一和第二衬垫通过圆周延伸遍及所述轴承整个宽度的凹槽而形成。
5.根据权利要求1所述的轴承装置，进一步包括用于防止所述轴承件旋转的装置。
6.根据权利要求5所述的轴承装置，其中所述防止装置还用于防止所述凸轮环和所述轴承件之间的相对滑动。
7.用于相关燃料输送系统的轴承装置，所述燃料输送系统包括可旋转地容置带有叶片的转子的箱体；以及可旋转地容置于所述箱体和所述转子之间的凸轮环；以及环绕所述凸轮环并相对于所述箱体可选择地移动以改变所述系统的燃料流的轭，所述轴承装置包括轴承件，包括具有中心通孔的环形面，所述环形面包括第一高压衬垫、以及与所述第一衬垫径向相对且由第一和第二区域隔开的第二低压衬垫。
8.根据权利要求7所述的轴承装置，其中所述第一衬垫的圆周宽度至少等同于所述相关凸轮环的内径。
9.根据权利要求8所述的轴承装置，其中所述第二衬垫的圆周端部大于所述第一衬垫的圆周端部。
10.根据权利要求7所述的轴承装置，其中所述第一和第二衬垫通过圆周延伸遍及所述轴承整个宽度的凹槽而形成。
11.根据权利要求7所述的轴承装置，进一步包括用于防止所述轴承件旋转的装置。
12.根据权利要求11所述的轴承装置，其中所述防止装置还用于防止所述凸轮环和所述轴承件之间的相对滑动。
13.根据权利要求7所述的轴承装置，还包括穿过所述轴承延伸并与所述第二低压衬垫相通以防止形成高压的排放通道。
14.根据权利要求13所述的轴承装置，其中所述排放通道的横截面面积大于高压注入孔的横截面面积，以穿过所述轭形成压差。
15.根据权利要求14所述的轴承装置，其中所述凸轮环在所述第一和第二衬垫之间移动，因此改变所述区域和所述凸轮环之间的间隙。
16.根据权利要求7所述的轴承装置，其中包括所述轭和所述凸轮环的轴承装置适合于相对所述箱体进行滚动，由此所述凸轮环进行选择性地线性平移。
17.根据权利要求7所述的轴承装置，其中所述凸轮环适合于相对所述箱体进行线性平移，以在所述燃料输送系统的运行中使压力波动最小化。
全文摘要
用于燃料输送系统的轴承装置，燃料输送系统包括泵(10)，具有可旋转地容置带有叶片(26)的转子(20)的箱体；箱体和转子(20)间的凸轮环(70)；环绕凸轮环(70)以选择改变燃料流的轭(50)支撑件。轴承装置(80)是轭(50)和凸轮环(70)间的径向轴承，包括具有中心通孔的环形面。环形面包括第一高压衬垫(102)和与第一衬垫径向相对、且由第一和第二区域(106，108)隔开的第二低压衬垫。第一衬垫(102)的圆周宽度至少等同凸轮环(70)内径。第二衬垫(104)的圆周端部大于第一衬垫的圆周端部。第一和第二衬垫(102，104)由圆周延伸遍及整个轴承宽度的凹槽形成，凸轮环在第一和第二衬垫间可移动，以改变区域(106，108)和凸轮环(70)间的间隙。
文档编号F04C2/344GK1675465SQ03819819
公开日2005年9月28日 申请日期2003年7月21日 优先权日2002年7月19日
发明者马丁·A·克莱门茨, 罗伯特·尼泽恩 申请人:阿果技术公司