专利名称：具有双控制室的变量叶片泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变量叶片泵。更具体地，本发明涉及一种能够通过向邻接控制环的两个或多个控制室供应工作流体而在至少两个不同平衡压力之间进行选择的变量叶片泵。
背景技术：
变量叶片泵众所周知并可包括体积容量调节件，该体积容量调节件采取能够被移动以改变泵的转子偏心距并从而改变泵的体积容量的泵控制环的形式。如果泵以尺寸基本恒定的孔向诸如汽车发动机润滑系统之类的系统供应时，改变泵的输出体积就等于改变由泵产生的压力。
具有改变泵体积容量以维持平衡压力的能力在诸如汽车润滑泵之类的环境内是重要的，在此环境内泵会在一组操作速度范围内进行操作。在此种环境内，为维持平衡压力，已知的是将来自泵输出的工作流体(例如润滑油)反馈供给邻接泵控制环的控制室，控制室内的压力作用通常用以抵抗来自复位弹簧的偏压力而移动控制环从而改变泵容量。
当泵输出处的压力增加时，例如当泵的操作速度增加时，增加的压力施加到控制环以克服复位弹簧的偏压，并移动控制环以减小泵的容量，从而减小输出体积并因此减小泵输出处的压力。
反之，当泵输出处的压力下降时，例如当泵的操作速度降低时，施加到邻接控制环的控制室上的已降低的压力使得复位弹簧偏压能够移动控制环而增加泵的容量，从而提高输出体积并因此提高泵的压力。通过这种方式，在泵的输出处获得平衡压力。
平衡压力由控制室内的工作流体所作用的控制环面积、工作流体施加给控制室的压力以及复位弹簧所产生的偏压力决定。
传统上，将平衡压力选定为发动机的预期操作范围可接受的压力，并且相比在较高的发动机操作速度下所需的工作流体压力而言，发动机在较低的操作速度时能够在较低的工作流体压力下可接受地操作，因而所述平衡压力可以有少许折减。为防止发动机的不适当磨损或其它损害，发动机设计者会为泵选定满足最坏情况(高操作速度)下的平衡压力。因此，在较低速度时，泵将在高于这些速度所需的容量下操作，从而浪费能量去泵抽剩余的、非必需的工作流体。
期望有一种能够在相当紧凑的泵壳内提供至少两种可选择的平衡压力的变量叶片泵。还期望有一种使泵控制环的枢销上的反作用力减小的变量叶片泵。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除或缓解现有技术的至少一个缺点的新颖变量叶片泵。
依据本发明的第一方面，提供一种具有可移动以改变泵容量的泵控制环的变量叶片泵，所述泵可在至少两个选定的平衡压力下操作，所述泵包括其内具有泵室的泵壳体；以可转动的方式安装于泵室内的叶片泵转子；在所述泵室内围绕所述叶片泵转子的泵控制环，所述泵控制环在泵室内可移动以改变泵的容量；在所述泵壳体与所述泵控制环之间的第一控制室，所述第一控制室可操作，以接收加压流体从而产生力来移动所述泵控制环而减小泵的体积容量；在所述泵壳体与所述泵控制环之间的第二控制室，所述第二控制室可操作地接收加压流体从而产生力来移动所述泵控制环而减小泵的体积容量；以及在泵环与所述壳体之间作用以朝最大体积容量位置偏压所述泵环的复位弹簧，所述复位弹簧抵抗所述第一控制室和所述第二控制室的力而作用以建立平衡压力，且其中能够施加或撤除向所述第二控制室提供加压流体的供应以改变泵的平衡压力。
依据本发明的第二方面，提供一种变量叶片泵，所述叶片泵包括其内具有泵室的泵壳体；以可转动的方式安装于所述泵室内的叶片泵转子；在所述泵室内围绕所述叶片泵转子的泵控制环，所述泵控制环能够绕枢销在所述泵室内移动以改变泵的容量；控制室，其限定在所述泵壳体、所述泵控制环以及位于所述泵控制环与所述泵壳体之间的所述枢销和弹性密封件四者之间，该控制室可操作地接收加压流体从而产生力来移动所述泵控制环而减小泵的体积容量；以及在所述泵环与所述壳体之间作用以朝最大体积容量位置偏压所述泵环的复位弹簧，该复位弹簧抵抗控制室的力而作用以建立平衡压力，且其中所述枢销和所述弹性密封件定位成减小所述泵控制环在所述控制室内的面积，使得由所述控制室内的加压流体在所述泵控制环上所施加的合力减小。
优选地，所述复位弹簧定向为使得其施加到所述泵控制环的偏压力进一步减小所述枢销上的反作用力。还优选地，所述控制室相对所述枢销定位成使得合力减小所述枢销上的反作用力。
现将参照附图、仅通过示例方式来描述本发明的优选实施方式，其中图1是依据本发明的变量叶片泵在控制环定位于最大转子偏心距情况下的主视图；图2是图1中的泵在控制环定位于最大转子偏心距情况下的主视立体图；图3是图1中的泵在控制环定位于最小偏心距情况下的主视图，其中泵控制室的区域以阴影线表示；图4示出现有技术的变量叶片泵的示意性代表图；以及图5示出图1中的泵的主视图，其中拆掉了转子和叶片以图示泵内的力。
具体实施例方式
在图1、2和3中以标号20总体地标示出依据本发明实施方式的变量叶片泵。
现参照图1、2和3，泵20包括外壳或壳体22，所述外壳或壳体22具有前面24并由泵盖(未示出)和合适垫圈密封到泵20向其供应加压工作流体的发动机(未示出)等。
泵20包括驱动轴28，该驱动轴28由任何合适的装置，例如泵向其供应工作流体的发动机或其它机构驱动，以操作泵20。当驱动轴28转动时，位于泵室36内的泵转子32随驱动轴28一起转动。一系列可滑动的泵叶片40随转子32一起转动，各叶片40的外端接合泵控制环44的内表面，泵控制环44形成泵室36的外壁。泵室36分成由泵控制环44的内表面、泵转子32和叶片40所限定的一系列工作流体室48。泵转子32具有偏离泵控制环44中心的旋转轴线。
泵控制环44通过枢销52安装于外壳22内部，该枢销52使得泵控制环44的中心能够相对于转子32的中心移动。由于泵控制环44的中心相对于泵转子32的中心偏心设置，且泵控制环44的内部与泵转子32每个均是圆形形状，因此当工作流体室48绕泵室36旋转时，该室48的体积改变，且它们的体积在泵20的低压侧(在图1中泵室36的左手侧)变得较大，而在泵20的高压侧(在图1中泵室36的右手侧)变得较小。工作流体室48的这种体积变化产生泵20的泵吸作用，从而从入口50抽吸工作流体并将其加压且输送到出口54。
通过绕枢销52移动泵控制环44，能够改变泵控制环44相对于泵转子32的偏心量，以改变从泵20的低压侧到泵20的高压侧工作流体室48的体积的改变量，从而改变泵的体积容量。复位弹簧56将泵控制环44偏压到如图1和2所示的位置，在该位置处泵具有最大偏心距。
如上所述，提供复位弹簧和邻接泵控制环的控制室以移动变量叶片泵的泵环从而建立平衡输出体积及其相关平衡压力是已知的。
然而，依据本发明，在图3中可以清楚地看出，泵20包括两个控制室60和64以控制泵环44。控制室60(图3中最右侧的阴影区)形成于泵壳体22、泵控制环44、安装于泵控制环44上并邻接壳体22的枢销52以及弹性密封件68之间。在图示的实施方式中，控制室60与泵出口54直接流体连通，使得来自泵20并供应给泵出口54的加压工作流体也充满控制室60。
如本领域普通技术人员所明白的，控制室60不一定与泵出口54直接流体连通，且可替代为从任何合适的工作流体源供应，例如从泵20所供应的汽车发动机内的油沟供应。
控制室60内的加压工作流体抵抗泵控制环44而作用，当加压工作流体的压力作用在泵控制环44上的力足以克服复位弹簧56的偏压力时，泵控制环44如图3中箭头72所示绕枢销52枢转，以减小泵20的偏心距。当加压工作流体的压力不足以克服复位弹簧56的偏压力时，泵控制环44沿如箭头72所示的反方向绕枢销52枢转，以增加泵20的偏心距。
泵20进一步包括第二控制室64(图3中最左侧的阴影区)，其形成于泵壳体22、泵控制环44、弹性密封件68以及第二弹性密封件76之间。弹性密封件76邻接泵壳体22的壁以将控制室64和泵入口50隔开，且密封件68将室64和室60隔开。
通过控制口80向控制室64供应加压工作流体。可从任何合适的流体源向控制口80供应加压工作流体，所述流体源包括泵出口54或由泵20所供应的发动机或其它装置内的工作流体沟。如下文所讨论的，诸如电磁操作阀或分流器机构之类的控制机构(未示出)用来通过控制口80向室64选择性地供应工作流体。与控制室60的情况一样，从控制口80供应给控制室64的加压工作流体抵抗泵控制环44而作用。
现在可以明白的是，当供应给泵出口54的加压工作流体也充满控制室60时，泵20可以传统方式操作以获得平衡压力。当工作流体的压力大于平衡压力时，由所供应的工作流体在泵控制环44位于室60内的整个部分上的压力所产生的力会克服复位弹簧56的力而移动泵环44，从而减小泵20的体积容量。反之，当工作流体的压力小于平衡压力时，复位弹簧56的力会超过所供应的工作流体在泵控制环44位于室60内的整个部分上的压力所产生的力，复位弹簧56会移动泵环44从而增加泵20的体积容量。
然而，与传统泵不同的是，泵20可在第二平衡压力下操作。具体而言，通过经控制口80向控制室64选择性地供应加压工作流体，可选择第二平衡压力。例如，由发动机控制系统控制的电磁操作阀可经控制口80向控制室64供应加压工作流体，使得由加压工作流体在泵控制环44位于室64内的相关区域上所产生的力加到控制室60内加压工作流体所产生的力上，因此相比其它情况进一步移动了泵控制环44，以为泵20建立新的较低平衡压力。
作为示例，泵20在低操作速度时，加压工作流体提供给室60和室64，泵环44就会移动到泵容量产生在低操作速度时可接受的第一较低平衡压力的位置。
当以较高速度驱动泵20时，控制机构可操作撤除向控制室64加压工作流体的供应，因此经由弹簧56移动泵环44，从而为泵20建立高于第一平衡压力的第二平衡压力。
尽管在所示出的实施方式中，室60与泵出口54流体连通，但本领域普通技术人员可明白的是，在需要时可以改变控制室60的设计以使得从类似于控制口80的控制口而不是从出口54向控制室60供应加压工作流体，是比较简单的事。在这种情况下，诸如电磁操作阀或分流器机构之类的控制机构(未示出)可用来通过控制口向室60选择性地供应加压工作流体。当泵控制环44位于各个室60和64内的面积不同时，通过向控制室60、向控制室64、或向控制室60和64两室选择性地施加加压工作流体，能够依需要建立三种不同平衡压力。
如本领域普通技术人员还可以明白的是，如果需要附加的平衡压力，则可根据需要制造泵壳体22与泵控制环44，以形成一个或多个附加控制室。
泵20提供另一优于诸如图4所示的泵200之类的传统泵的优点。在诸如泵200之类的传统叶片泵内，泵室内的低压流体204在泵环216上施加力，泵室内的高压流体208也在泵环216上施加力。这些力在泵控制环216上产生很大的净力212，且此力主要由位于力212作用点处的枢销220承载。
此外，作用在泵环216位于枢销220与弹性密封件222之间的区域上的出口224内的高压流体(以虚线表示)，也在泵控制环216上产生很大的力228。尽管力228被复位弹簧236的力232略微抵消了一些，但力228减去力232的净力仍然很大，且此净力也主要由枢销220承载。
因此，枢销220承载大的反作用力240和244，以分别对抗净力212和228，且这些力随着时间的过去会导致枢销220发生不良磨损和/或导致泵控制环216发生“静摩擦”，其中泵控制环216不能绕枢销220顺畅地枢转，使得对泵200的精密控制更加难于实现。
如图5所示，泵20的低压侧300与高压侧304产生净力308，该力施加到泵控制环44的几乎位于枢销52正上方之处，且在枢销52上产生对应的反作用力，示为水平(相对于图中所示的方向)力312。与诸如泵200之类的传统变量叶片泵不同的是，在泵20内，弹性密封件68设置地相对接近枢销52，以减小控制室60内的加压工作流体作用于其上的泵控制环44的面积，并因此显著地减小在泵控制环44上所产生的力316的量值。
此外，控制室60定位成使力316包括水平分量，该分量作用以反抗力308并因此减小枢销52上的反作用力312。力316的竖直(相对于图中所示的定向)分量不引起枢销52上的竖直反作用力320，如前所述，力316的量值小于使用传统泵情况下的量值，且竖直反作用力320也被复位弹簧56所产生的偏压力324的竖直分量减小。
因此，控制室60和复位弹簧56相对于枢销52的独特定位，使得枢销52上的反作用力减小，能够提高泵20的操作寿命并减小泵控制环44的“静摩擦”，以能够更好地控制泵20。本领域普通技术人员可以明白的是，这种独特定位并不限于用在具有两个或更多个平衡压力的变量叶片泵中，并能够用在具有单个平衡压力的变量叶片泵中。
本发明的上述实施方式旨在对本发明进行示例，本领域普通技术人员在不脱离附加于此的权利要求所唯一限定的本发明范围的情况下，可对其进行各种改变和修改。
权利要求
1.一种变量叶片泵，其具有可移动以改变泵容量的泵控制环，所述泵可在至少两个选定的平衡压力下操作，所述泵包括其内具有泵室的泵壳体，所述泵室具有入口和出口；在所述泵室内可移动以改变所述泵容量的泵控制环；以可转动的方式安装于所述泵控制环内的叶片泵转子，所述叶片泵转子具有接合所述泵控制环内表面的多个以可滑动的方式安装的叶片，所述叶片泵转子具有偏离所述泵控制环中心的旋转轴线，当流体从所述入口运动到所述出口时，所述叶片泵转子旋转以对流体加压；位于所述泵壳体与所述泵控制环之间的第一控制室，所述第一控制室可操作地接收加压流体从而产生力来移动所述泵控制环而减小泵的体积容量；位于所述泵壳体与所述泵控制环之间的第二控制室，所述第二控制室可选择性地操作，以接收加压流体从而产生力来移动所述泵控制环而减小泵的体积容量；以及在泵环与所述壳体之间作用以朝最大体积容量位置偏压所述泵环的复位弹簧，所述复位弹簧抵抗所述第一控制室与所述第二控制室的力而作用以建立平衡压力，且其中能够施加或撤除向所述第二控制室的加压流体的供应以改变泵的平衡压力。
2.如权利要求1所述的变量泵，其中当所述泵操作时，将加压流体供应到所述第一控制室，且仅响应来自控制系统的信号将加压流体供应到第二控制室。
3.如权利要求1所述的变量泵，其中所述第二控制室被供以来自控制口的加压流体。
4.如权利要求1所述的变量泵，其中所述第一控制室与所述出口流体连通并接收来自此处的加压流体。
5.如权利要求1所述的变量泵，其中所述第二室由所述泵壳体、所述泵控制环、以及在所述泵控制环与所述泵壳体之间作用的第一弹性密封件和第二弹性密封件形成。
6.如权利要求1所述的变量泵，其中可将加压流体供应提供至所述第一控制室与所述第二控制室中的任一个或两个，以从三种平衡压力中选择用于泵的压力。
7.如权利要求1所述的变量泵，进一步包括第三控制室，其可操作以接收加压流体，从而产生力来移动所述泵控制环以减小泵容量。
8.一种变量叶片泵，包括其内具有泵室的泵壳体；以可转动的方式安装于所述泵室内的叶片泵转子；以可滑动的方式安装于所述叶片泵转子上的多个叶片；在所述泵室内围绕所述叶片泵转子的泵控制环，所述叶片泵转子具有偏离所述泵控制环中心的旋转轴线，所述泵控制环可绕枢销在泵室内移动以改变泵的容量；控制室，其限定在所述泵壳体、所述泵控制环以及位于所述泵控制环与所述泵壳体之间的所述枢销和弹性密封件四者之间，所述控制室可操作地接收加压流体从而产生力来移动所述泵控制环而减小泵的体积容量；以及在泵环与所述壳体之间作用以朝最大体积容量位置偏压所述泵环的复位弹簧，所述复位弹簧抵抗所述控制室的力以建立平衡压力，且其中所述枢销和所述弹性密封件定位成减小所述泵控制环在所述控制室内的面积，使得由所述控制室内的加压流体在所述泵控制环上所施加的合力减小。
9.如权利要求8所述的变量叶片泵，其中所述复位弹簧定向为使得其施加到所述泵控制环的偏压力进一步减小所述枢销上的反作用力。
10.如权利要求8所述的变量叶片泵，其中所述控制室相对所述枢销定位成使得所述合力减小所述枢销上的反作用力。
全文摘要
本发明提供一种变量叶片泵，该泵具有可移动以改变泵容量的泵控制环，且该泵能够在至少两个选定平衡压力的任一个下操作。泵环至少由第一控制室和第二控制室移动，所述控制室邻接控制环，使得供应给它们的加压流体作用在泵控制环上以移动泵控制环从而减小泵的体积容量。当加压流体仅供应给一个控制室时，泵在第一平衡压力下操作；当加压流体也供应给第二室时，泵在第二平衡压力下操作。若希望，加压流体还可仅供应给第二控制室以使泵在第三平衡压力下操作，并且/或者若需要，还可提供附加控制室。
文档编号F04C14/18GK101084378SQ200580043674
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月21日 优先权日2004年12月22日
发明者马修尔·威廉森, 大卫·R·沙尔弗 申请人:麦格纳动力系有限公司