用于调节往复式泵的输送容积的调节阀的制作方法

专利名称：用于调节往复式泵的输送容积的调节阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于调节往复式泵的输送容积的调节阀以及包括调节阀 的往复式泵，其中所述调节阀被布置在泵的流体循环中用于调节由泵输送的流 体的输送容积。因此，当被提供用于调节往复式泵的输送容积时，本发明还涉 及调节阀本身。
背景技术：
往复式泵以与泵的速度成比例的容积流量输送流体。每转或每个往复冲 程——即所谓的特定的容积流量——是恒定的或者实际上可以至少被认为可 以很好地接近于恒定的。举例来说，每转或每冲程的恒定性以及相应的与泵的 速度的成比例性在一些应用中是冲突的，在这些应用中，要被各自的泵供应的 组件所具有的流体需求在一个或多个泵的速度范围内比由比例性而产生的容 积流量要低。在各个速度范围内，泵因此输送了超出了需求的并且被有损失地
引导走的容积流量。这个问题在US 6 126 420中有描述，同时其已经公开了一 种用于解决该问题的具有可调节的输送容积的内齿轮泵。
US 6 244 839 Bl同样公开了一种具有可调节的输送容积的内齿轮泵。为 进行调节，内齿轮可相对于外齿轮轴向移动。内齿轮是轴向移动调节单元的一 部分，该轴向移动调节单元被形成为在两侧均可作用的活塞。通过三位四通调 节阀，调节单元承受由泵输送的流体。调节阀包括阀壳和阀活塞，所述阀活塞 可以在阀壳内沿轴向前后移动，并且该阀活塞在一个轴向端承受输送来的流体 而在另一个轴向端承受抵抗该流体的压力的阀弹簧力。阀活塞的位置根据阔弹 簧的力与由流体压力产生的力的平衡而设定。调节阀被构造成使得当达到由阀 弹簧预先确定的流体压力时，调节单元从最大输送容积的轴向位置向最小输送 容积的轴向位置移动。阀弹簧的偏置力预先在调节阀上被设定。
WO03/058071 Al公开了一种往复式泵，其包括调节阀，在该调节阀中用 于调节泵的输送容积的可移动阀活塞被安装为在轴向方向上承受来自泵的高压侧的流体并且承受与流体相反的弹簧力。为了能够降低泵被向下调节到的流 体压力，提供了一种用于该调节阀的控制设备，该控制设备在阀活塞上施加附 加力。可以引用用于调节阀弹簧的偏置力的电动步进电机和用于产生附加的磁 力的磁线圈作为控制设备的示例。通过调节阀连接的流体流动仅在最大输送容 积的方向上作用在泵的移动单元上，而高压侧的压力持续地在相反的方向上作 用。

发明内容
本发明的一个目的是灵活地并且精确地使往复式泵的输送容积与要被供 应的组件的需求相适应，并且持续保证对组件提供充足的供应。
本发明在用于向组件提供流体的往复式泵的基础上进行，所述往复式泵包 括泵壳，该泵壳包括输送室以及可以在该输送室中移动的输送元件，该输送元 件可以直接作用在流体上以便将其输送穿过输送室。当执行输送运动时，输送 元件可以独自地或与另一个一起协作或者可采用更多的其它输送元件，通过增 加压力从输送室的入口输送流体穿过输送室的出口。入口被指定为泵的低压 侧，而出口被指定为泵的高压侧。泵优选地被设置在闭式流体循环中，但是原 则上还可以在开式流体循环中输送流体。当被结合在闭式流体循环中时，泵在 低压侧从储存容器中抽取流体通过入口进入到输送室中，并且在高压侧将其输 送至需要流体供应的组件或者也可以是多个组件中。在一个或多个组件的下 游，流体再次进入储存容器，从而结束流体循环。举例来说，泵可以用于为液 压提供压力流体。在优选实施例中，泵被安装或被提供用于安装在机动车辆中， 以便为驱动机动车辆的内燃机供应润滑液或为自动变速器供应液压液。优选 地，所述内燃机驱动所述泵。
所述往复式泵还包括调节阀，借助于该调节阀，所述泵的输送容积可以根 据至少一个需要被供应的组件的需求进行调节，并且因此可以优选地减小驱动 该泵的能量。调节阀包括阀壳、可以在阀壳内运动的阀活塞、阀弹簧以及调节
设备。阀活塞包括流体阀致动压力的致动表面(active surface)。所述阀弹簧被 布置成使其作用在阀活塞上，作为一个整体与作用在阀体上的阀致动压力相 反。
在优选实施例中，输送容积被理解为泵自身的特定容积流量——在旋转泵的情况下为每转的容积流量，而在往复式活塞泵的情况下为每冲程的容积流
量。尽管不是最优选的，泵还可以是恒量泵(constantpump)，而调节阀可作
为旁通阀被布置在泵的高压侧，以便将过量输送的流体输送到储存容器中，避
开所述至少一个组件。这样的旁通输送不会减少泵的能量消耗，但是却可以保
证根据需求的输送。在这样的实施例中，根据需求控制或调整的不是输送室的
出口处的输送容积，而是输送至所述至少一个组件的输送容积。通过利用根据
本发明或其它方式的调节阀来调节每转或每冲程的容积流量，并将通过泵输送
的容积流量的被分支的且未被使用的一部分在泵的下游且被供应的组件的上
游返回到储存容器，可以将能调节自身输送容积的泵与旁通阀相结合。
在优选实施例中，如直接从输送室的出口处看到的，泵的自身输送容积通
过调节阀进行调节。在这些实施例中，致动元件被可移动地设置在泵壳内，并 且可以在其活动方向上承受取决于所述至少一个组件的需求的致动力在其可
动(mobility)的方向上进行管理。致动元件具体被设置为面对输送元件的正 面或围绕输送元件。在第一种变形中，致动元件和输送元件是调节单元的一部 分，其中所述调节单元可以在泵壳内作为一个整体单元前后移动，例如可以线 性移动或者可以以其它方式枢轴转动或移动的调节单元，横'向于优选地为可旋 转的输送元件的旋转轴。举例来说，这种调节单元的示例在US 6 283 735 B1 中被描述用于外轴泵(extemal-axle pump)，在US 6 126 420和US 6 244 839 Bl 中被描述用于内轴泵(internal-axle pump)，而在EP 1 262 025 A2中被描述用 于两种类型的泵。在第二种变形中，致动元件可以相对于输送元件和泵壳进行 调节。第二种变形中的致动元件具体可以是围绕输送元件的致动环，如在包括 叶片泵的叶轮泵、摆动式滑块泵(pendulum slider pump)和内齿轮泵中所公知 的那样，以便例如通过致动元件的线性往复或枢轴转动运动来调节相对于输送 元件的偏心。
致动力优选地流体地产生，因为致动元件形成有承受压力流体的致动活 塞。这种压力流体具体来说可以在泵的高压侧被分支并且作为由泵输送的容积 流量的分流经由调节阀返回致动元件，所述由泵输送的容积流量作为一个整 体。但是原则上，致动元件所承受的压力流体还可以是另一种流体，例如从压 力储存容器或从另一个泵供应的流体。
在另一种变形中，流体的分流通过调节阀回流到低压侧进入输送室，以便增加其中的输送腔的填充水平，例如在US 6 935 851 B2中公开的。回流到并 填充输送腔同时也调节输送容积，其中这种类型的调节可以在与之前引用的其 它类型中的一个相结合而实现。
根据本发明，调节设备被形成为使其可以在由阀致动压力施加在阀体上的 力的方向上或是在与阀致动压力相反的方向上调节阔活塞。其优选地通过电磁 工作。在这里与其它地方相同，词语"或(or)"在本发明的意义中包括"不 是…就是…(dther…or…)"的含义以及"和(and)"的含义，只要根据相应 内容来说限定的含义不是必须的。因而，调节设备可以被构造为使其仅抵消阀 致动压力或优选地在相同的方向上仅抵消阀弹簧的力，并且可替换地，其还可 以被构造为使其既可以在沿阀致动压力的方向上也可以在与之相反的方向上 调节阀活塞。
在第一优选实施例中，阀致动压力和通过调节设备施加在阀活塞的力一起 作用抵抗阀弹簧力。如果阀致动压力增加，则阀活塞可以通过与阀弹簧力相反 的调节设备的相对较小的力来被调节。
在第二优选实施例中，调节设备被构造为既在阀致动压力的方向上也在与 阀致动压力相反的方向上调节阔活塞。如果调节设备为仅包括一个单独的磁线 圈的磁调节设备，则在这些实施例中，磁线圈的极性可以被反向。可替换地， 可以在阀活塞的两个活动方向中的每个方向上提供一个专用磁线圈，每个线圈 都包括电枢，并且这些电枢中的一个在活塞的一个活动方向上向阀活塞施加 力，而另一个电枢在阀活塞的另一个活动方向上向阀活塞上施加力，以便前后 移动阀活塞。
至少在第二实施例中，优选地同样在第一实施例中，阀活塞的位置因此可 以相对于阀壳进行调节而无关于作用在致动表面上的阀致动压力，因此可以设 定泵的输送容积。调节阀可以因此适应性地在被供应的组件的较大的操作范围 内设定输送容积，持续地或按需增量，而不仅适应于输送容积被调整下降到的 特定压力。
用于该调节阀的控制设备或调整设备优选地被构造成使得输送容积可以 利用该调节阀适应性地在组件的整个操作范围内进行调节。相反地，阀弹簧和 持续抵抗阀弹簧阀的力的阀致动压力保证了对组件的可靠的供应，即使——在 调节设备失效的情况下——仅根据偏置力和阀弹簧的弹簧常数调整输送容积，如在传统的往复式泵中所知的。本发明将对需求的精确和灵活的适应性与即使 在调节设备失效时都能保证的供应可靠性相结合；其提供了所谓的对输送容积 的二级控制或二级调整。
调节设备优选地为比例阀。其优选地为电控的。所述调节设备优选地磁性 地作用。其可以包括比例磁线圈，该比例磁线圈是电压控制或电压调整的或电 流控制或电流调整的，即通过根据所述至少一个组件的需求改变所施加的电压 或电流。在其它优选实施例中，调节阀由调制脉冲控制或调整。当使用脉冲调 制调节阀时，可以改变致动变量的单个脉冲的持续时间或两个连续脉冲之间的 时间间隔，其还包括这样一种情况，即脉冲的持续时间或两个连续脉冲之间的 时间间隔均根据需求进行改变。致动变量的周期持续时间优选地为恒量。优选 地，使用脉冲宽度调制调节阀。调节阀的致动变量的周期持续时间明显要小于
用于调节输送容积的往复式泵的测定时间常数(determing time constant)。脉 冲调制利用了泵的低通特性。通过根据需求改变脉冲宽度调制的接通时间或在 脉冲频率调制的情况下改变时间间隔，通过调节阀的流量以及因此往复式泵的 输送容积可以几乎持续地根据组件的电流需求被控制或调整。
调节阀优选地为包括至少三个端口、优选地四个端口的多管阀。其可优选 地在至少两个转换位置上转换，优选地在至少三个转换位置上转换。
在优选实施例中，调节阀根据要被往复式泵输送的容积流量的标称值或要 由往复式泵生成的流体供应压力的标称值而被控制或调整。预置的标称值预先 确定被提供给调节阀的控制设备或调节设备的标称值。标称值优选地根据组件 的需求而改变。优选地，特性要素图为取决于组件操作状态的标称值而预先确 定。所述至少一个标称值或优选地多个标称值根据物理变量而预先确定，所述 物理变量为操作状态的特征并且是依靠检测设备在组件的操作过程中使用传 感器探知得到的。所述至少一个物理变量具体可以是温度、旋转速度或组件的 负载状态。优选地，容积流量或流体供应压力的一个或多个标称值根据至少两 个体现组件操作状态特征的变量而预先确定。如果往复式泵被用作为内燃机的 润滑油泵，举例来说，润滑油的温度或内燃机的局部中的冷却液的温度、或是 旋转速度或——对于负载状态来说——加速踏板或节流阀的位置可利用传感 器进行检测，并且相应的标称值可以由此在特性要素图的基础上确定并且可以 被预先确定在用于调节阀的控制设备或调整设备上。在第一优选实施例中，调节阀仅根据各标称值进行控制。检测形成标称值 的物理变量的实际值的歩骤被省略，任何精心设计的用于在标称值/实际值比 较的基础上进行的调整的过程也被省略，其中所述物理变量是所述需求的代 表，即容积流量或流体供应压力。在同样优选的第二优选实施例中，调节阀根据容积流量或流体供应压力的 各标称值与实际值之间的标称值/实际值比较进行调整，所述实际值连续地或 在一个足够短的时间间隔内测量得至'j。在以下情况下调整是有利的，即由于损 耗而在组件的使用寿命中改变了组件的容积流量的需求。在两个实施例的可选择的结合中提供有可以从根据第一实施例的控制变 为根据第二实施例的调整的校验设备，其中优选地是如果调节阀首先依据预先 确定的容积流量被控制，由于随着组件磨损而引发的泄露形成损耗，其随后变 为压力调整。在另一个实施例中，提供有适应性校验设备，该设备可在使用传 感器检测容积流量或流体供应压力的基础上测定磨损的增加并且以至少一个 增量或多个增量适应性地转换标称值或标称值的特性要素图，如连续适用于组 件的使用寿命中。在另一个优选实施例中，调节阀一方面在流体供应压力或容积流量的标称 值或标称值的特性要素图的基础上被控制并且此外还被电流调整。一个尤其优 选的实施例为借助于脉冲宽度调制在流体供应压力或容积流量的标称值或标 称值的特性要素图的基础上被控制并且此外还被电流调节的调节阀。磁调节设 备的电阻的改变有利地被电流调整来平衡。在磁调节设备中获取的电流被检 测，并且由于电阻改变而产生的电流量级的改变被根据所获取电流的变化调整 占空比来平衡。但是，相应地，这不仅仅可以进行在如脉冲宽度调制调节阀的 优选实施例中，还可以进行在以其他方式控制的调节阀中。通过在容积流量或 流体供应压力的标称值或标称值的特性要素图的基础上进行控制以外还进行 电流调节，可以省略对容积流量或压力的调整，尽管甚至是在电流调整的情况 下可以额外地应用对容积流量或压力的调整。控制设备或调整设备可以是调节阀的一个集成部分，并且其可以与调节阀 分开安装。标称值预置可以被认为是控制设备或调整设备的目标部分，或者可 以客观地被分别认为是与控制设备或调整设备的其他部分相分离的。调节阀优 选地为往复式泵的一个集成部分，并且举例来说其可以被安装在泵壳上。在所述集成的实施例中，调节阀同样可以有利地被设置在往复式泵的壳体内，例如 在容纳孔中或者在泵壳的壁上另外形成容纳空间中。在这些实施例中，调节阀 的端口可以以节省空间和节省重量的方式形成为孔或在壳体内另外形成通道， 尤其是在壳体的所述壁上。因此，泵壳同样可以同时形成阀壳或者仅形成阀壳 的一部分。在泵的输送容积被直接调节的实施例中，有利的是，如果致动元件被形成 为包括两个活塞表面的双向作用致动活塞，其中所述两个活塞表面沿轴向彼此 相背并远离并且优选地沿相反的方向彼此相背并远离，并且无论是这一个还是 另一个活塞表面、或者也可以是两个活塞表面，可以通过调节阀而承受加压的 压力流体。如果致动元件形成可以承受压力流体的致动活塞，例如仅能在--侧承受压 力流体的活塞或优选地双向作用活塞，则在优选实施例中，其承受由泵弹簧施 加的弹簧力，其中泵弹簧作用在增大泵的输送容积的方向上。如果致动元件形 成双向作用活塞，优选地是如果泵弹簧足够弱从而使得泵的调节动态特性不会 被泵弹簧决定性地影响，而是专门地或至少在很大限度上由调节阀来决定性地 影响。在这样的实施例中，原则上还可以省略泵弹簧。相反地，使用较弱的泵 弹簧是有利的，其中该泵弹簧被构造成使其仅可以保证当往复式泵在低速下运 行时，能够输送泵在这个速度下最大的输送容积。泵弹簧在致动元件上施加对应于最多1 bar的流体压力的弹簧力就足够了。为了调节的目的而通过调节阀被导向——被控制或被调整——至往复式 泵的流体、或者在调节阀仅被用作旁通阀时从被分流到储存容器的流体，优选 地在其流过调节阀时产生阀致动压力。在这样的实施例中，不需要用于产生阀 致动压力的单独的端口。与流动通过调节阀的流体进入该调节阀所通过的入口 相同的端口同样可以形成产生阀致动压力的流体的端口 。优选地是如果阀致动压力通过多个致动表面产生，优选地精确地为两个致 动表面，其中这些致动表面在尺寸上以下面这种方式存在差别，该方式使得阀 致动压力根据致动表面的不同面积在阀活塞上施加不同的力。不同的力的^^征 尤其优选地与附加特征相结合，根据所述附加特征，流体在流过调节阀的同时 产生阀致动压力。在一种发展拓宽中，当往复式泵输送流体时，阀弹簧的偏置力可以被调节，优选地为流体地被调节。所述调节阀于是可包括优选地仅被用于设定偏置力的 另 一个活塞，并且该活塞优选地承受还产生阀致动压力的流体，其中可以为用 于调节偏置力的活塞提供分离的端口 、或优选地作用在这个调节活塞上的力可 以由流动经过的流体产生。有利的特征同样在下面的从属权利要求及其结合中被描述。


下面对本发明的一个示例性实施例在附图的基础上进行解释r示例性实施 例公开的特征，每个单独特征和特征的任何结合，有利地发展了权利要求和前 面描述的实施例的主题。其中示出的是图1为往复式泵的横截面；图2为往复式泵的纵截面；图3为包括用于调节泵的输送容积的调节阀的往复式泵； 图4为用图例示出的调节阀；以及 图5为调节阀的纵截面。
具体实施方式
图1示出了往复式泵(displacement pump)的横截面。在泵壳1内形成有 包括位于低压侧的入口 2和位于高压侧的出口 3的输送室。第一输送元件4 和第二输送元件5被可移动地设置在输送室中。输送元件4和5彼此输送接合。 当输送元件4和5在输送接合状态下被驱动时，它们执行这样的输送运动，即 通过入口 2将例如润滑油或液压液的流体吸入输送室中并且将其以较高的压 力从出口 3排出。输送元件4被驱动，并且在输送接合状态下驱动输送元件5。示例性实施例中的往复式泵为外齿轮泵。因此，输送元件4和5为具有外 部圆周齿的输送回转体，并且所述输送接合为齿接合。输送元件4和5被安装 为使得它们可以分别围绕旋转轴R4和R5旋转。当它们被旋转驱动时，所吸 入的流体从入口 2被输送，进入由输送元件4和5的每个齿隙所形成的输送腔， 穿过所谓的围壁la，并且通过出口3被排出。为了能够使泵的输送容积适应要被供应流体的组件的要求，可以对沿旋转 轴R4和R5测量得到的输送元件4和5的输送接合的轴向长度——接合长度——进行调整。为进行调整，输送元件5可在最大接合长度即最大输送容积 的位置和最小接合长度即最小输送容积的位置之间相对于输送元件4和泵壳1 轴向地前后移动。图2示出了所述往复式泵的纵截面。输送元件4被不可旋转地紧固在驱动 轴上，所述驱动轴从泵壳l伸出并支撑有用于驱动泵的驱动轮。输送元件5 为调整单元的一部分，该调整单元除了输送元件5外还包括由两个致动活塞6 和7组成的致动元件。这个调整单元5-7可以作为一个完整的单元在泵壳1内 沿轴向前后移动，以便能够调整接合长度。输送元件5被沿轴向设置在致动活 塞6和7之间。致动元件6、 7如此装配输送元件5使其能够绕旋转轴线R5 旋转。调整单元5-7被容纳于泵壳1的圆柱形空腔中。所述空腔为调节单元5-7 的运动形成轴向轨迹。其还在调整单元5-7的一个轴侧上形成一个压力空间8， 而在另一侧形成另一个压力空间9。除由于泄漏引起的不可避免的损失外，致 动活塞6和7将压力空间8和9彼此流体地分离以及将它们与输送室流体地分 离。在示例性实施例中，压力空间8和9可分别被压力流体加压，所述流体由 往复式泵输送。泵弹簧10被设置在压力空间9中，其中所述弹簧的弹簧力在 沿最大接合长度的方向上作用于调节单元5-7上，即致动活塞7上。图3示出了结合在例如机动车辆润滑油循环的闭式流体循环中的往复式 泵。流体循环包括储存容器ll，泵在低压侧通过入口2从该储存容器11中吸 取流体，并且将其在高压侧以高压通过出口 3、附接的供应管路12、并通过包 括冷却器和过滤器的冷却和净化设备13被输送至需要流体供应的组件14处， 例如用于驱动机动车辆的内燃机。在组件14的下游，流体通过管路15返回到 储存容器ll中。在冷却和净化设备13的下游，具体来说是冷却和净化设备13的净化部分 的下游，但是仍在组件14的上游，流体的分流16经由调节阀20被分叉并返 回泵。调节阀22包括分流16的入口、短接到储存容器ll的出口、以及两个 其它端口，其中一个端口经由管路18连接到压力空间8，而另一端口经由管 路19连接到压力空间9。调节阀20为多管转换阀。在第一转换位置，其引导 分流16进入压力空间8并将压力空间9连接到储存容器11，即，其将压力空 间9连接到环境压力中。在图3所采用的调节阀20的第二转换位置，其通过 引导分流16进入压力空间9并使压力空间8与储存容器11短接(shorting)15而使这些条件反转。示例性实施例中的调节阀20可采用三个转换位置，也就 是前面列举的两个位置以及一个中间位置，在该中间位置上调节阀20使得压力空间8和9彼此分离并且还使得它们与储存容器11和分流16分离，这样除 去由于泄漏引起的漏出和伴随产生的损失外，压力空间8和9中的各自的压力 保持不变。在示例性实施例中，可以选择三位四通阀(4/3-port valve)作为调 节阀20。图4以图例示出了图3中的调节阀20，但是是以放大的表不方法。调节 阀20的四个端口被示出，其中用于分流16回流的入口以I表示，到储存容器 ll的出口以O表示，用于压力空间8的端口以A表示，而用于压力空间9的 端口以B表示。调节阀20为比例阀，其显示出恒定作用的流体的阀致动压力P20，也就 是分流16中被回流的流体的压力，并且其包括被设置用于抵抗阀致动压力P20 的阀弹簧25。当调节阀20工作正常时，流体的阔致动压力P20和阀弹簧25 的力不能单独确定转换的位置。调节阀20包括如比例阀的调节设备，该调节 设备根据组件14的流体需求而将调节阀20从一个转换位置转换到另一个转换 位置上。如果比例调节设备失效，则阀致动压力P20和阀弹簧25使调节阀20 具有失效保护特性。调节设备为连接到脉宽调制电子致动信号的磁调节设备。致动信号由控制 设备以矩形信号的形式生成，所述矩形信号具有恒定的例如电压电平的上信号 电平和下信号电平、以及特定的周期持续时间。上信号电平的持续时间即接通 时间(on-time)以及由此导致的下信号电平的持续时间即断开时间(off-time) 可以根据脉宽调制而改变。调节设备的磁力根据致动信号的占空比而改变，该 占空比即接通时间与周期持续时间t之间的比。调节阀20的转换位置可以从 与阀弹簧25的力的力平衡以及两个反作用力，即由阀致动压力P20产生的流 体力和磁力，中得出。阀致动压力P20越大，则与力平衡相对应的磁力就越小。 如果流体力与磁力的总和超过了弹簧力，则阀活塞22在第一转换位置的方向 上移动，并且往复式泵的输送容积被调节。如果阀弹簧25的力占优势，则阀 活塞22向第二转换位置移动，并且调节单元5-7因此在最大输送容积的方向 上移动。在一种改进中，接通时间和断开时间被分配给调节阀20的第一和第二转16换位置。当调节阀正常工作时，阀活塞22的位置以及因此调节阀20的转换位 置不受阀致动压力P20的影响。通过示例的方式，可以设想到，在每次的接通 时间中，调节阀20采用第一转换位置，在该位置上分流16的流体回流至压力 空间8;而在每次的断开时间中，调节阔20采用第二转换位置，在该位置上 所述流体回流至压力空间9。
由于致动信号的周期持续时间t明显地短于泵的临界时间常数，通过改变 接通时间和断开时间，在两个实施例中均可以实际上持续地改变通过调节阀 20流至各压力空间8或9的流量。因此，同样可以持续地改变压力空间8中 的压力和压力空间9中的压力。
调节单元5-7可以因此沿其轴向调节路径移动并被保持在任意轴向位置 上。输送容积因此可以在最大和最小输送容积之间持续地灵活并且精确地适应 组件14的流体需求。
为根据需求供应组件14，特性要素图被储存在组件14的控制系统——在 示例性实施例中为发动机控制系统——的电学或光学储存器中。对于与流体需 求相关的组件14的每个操作状态，特性要素图包含流体供应压力P14的或在 各操作状态中组件14所要求的容积流量V14的预定标称值。这些容积流量标 称值或压力标称值被储存在依照表征操作状态的物理变量的特性要素图中，其 中所述操作状态可根据流体需求进行区分。温度T、旋转速度D和负载L可 被引用作为物理变量的示例。组件14包括用于检测一个或多个表征不同操作 状态的物理变量。举例来说，在用于冷却组件14的冷却流体中或在由泵3输 送的流体中，温度T可以在组件14的临界位置上测量得到。旋转速度D通过 转速计可以很容易地检测到，而负载L通过加速踏板或节流阀的位置也可以很 容易地检测到。根据检测到的变量，预设的标称值在特性要素图的基础上选择 制定的压力标称值或容积流量标称值，并且将其传送到调节阀20的控制设备 中。控制设备根据电流标称值形成致动信号，即接通时间与周期持续时间t之 间的比。只要组件14的实际流量需求与标称值相对应，则不需要借助于调节 变量——在当前情况中为测量得到的流体供应压力P14或容积流量V14的实 际值——的反馈。
在标称值的基础上的控制尤其可以由电流调节量补充。电流调节具体用于 补偿磁调节设备的电阻的改变，如尤其是温度改变时发生的电阻的改变，其中在调节设备中获取的电流通过检测设备被检测并且被保持为一个特定的电流。 如果检测设备检测到所获取的电流的变化以及相应的调节设备的电阻变化，则 占空比以这样的方式被改变，该方式使得所获取的电流再次与电阻变化之前的 电流值对应。
如果组件14的实际流体需求改变并且从特性要素图的标称值偏离，例如
由于在组件14的使用期限中的磨损而导致，还为调节阀20提供调整设备。所 述调整设备根据基于组件14所需求的流体供应压力P14或容积流量V14的标 称/实际值比较而形成用于调节阀20的致动信号。调整设备可以使用存储器， 压力P14或容积流量V14的其它标称值以可以与到目前为止被用于控制的特 性要素图相比较的特性要素图的形式被储存在该存储器中。压力标称值或容积 流量标称值的特性要素图可以被储存在物理上不同的存储器或同一储存器的 不同区域中。同时提供有高级校验设备(superordinate checking device),当它 检测到组件的需求己经被充分改变使得标称值的特性要素图已经不能充分描 述实际需求时，例如由于磨损而增加需求时，该高级校验设备可以是压力或容 积流量的控制设备或调整设备的一部分并且改变对调整的控制。为了标称/实 际压力的比较，举例来说，实际主要的流体供应压力P14可以在组件14上的 消耗的最下游的位置上、或者——在内燃机的示例中——在发动机管道
(engine gallery)上被测量得到，并且可以与对各操作状态都很关键的压力标 称值进行比较，例如通过寻找标称值与实际之间的差别来进行比较。
如通过示例所描述的，不通过反馈而对压力或容积流量进行控制可以被发 展为通过使用各自的压力标称值或容积流量标称值与为比较而测得的实际值 之间的标称值/实际值比较来调整压力或容积流量。容积流量V14或流体供应 压力P14的多个特性要素图可以被预先储存，这些特性要素图描述了在组件 14在寿命周期中的不同时间点上的需求，例如对于机动车辆的第一个n公里 或组件14的n个操作小时、车辆的接下来的m公里或组件的接下来的m个操 作小时等等的特性要素图。在这个实施例中，可以在例如车辆的公里读数或操 作持续时间的记录的基础上从首先使用的特性要素图变化为下一个特性要素 图等。最终，控制设备同样能够依据组件14的状态、最好依据组件14的各状 态来改变特性要素图的标称值，以便能够分别基于变化后的特性要素图来控制 调节阀20。有利地，特性要素图的标称值被自动地改变，或是一个或多个预先设定的特性要素图被自动地选择，例如依据之前引用的公里读数或操作持续 时间，或是依据检测流体供应压力P14并将其与特性要素图形式的预定标称值 进行比较，其中这样的标称值/实际值比较可以被用于调整调节阀20的压力， 但是优选地将其仅仅用于选择被用于或改变单独的一个预先设定的特性要素 图的压力标称值或容积流量标称值的压力特性要素图或容积流量特性要素图， 以用于控制。
在图3和4中，另--个分流17在调节阀20之前从正在回流的分流16中 被分支出来，以便产生阀致动压力P20，并且调节阀20的阀活塞也随之改变， 与阀弹簧25相反。
图5示出了相对于产生阀致动压力P20进行改进的调节阀20的纵截面。 与图4中的调节阀不同，阀致动压力P20不是通过附加的分流——图3和4 中的分流17——而产生的，而是通过被控制或被调整的分流16的通流而产生 的。除去这些改进，关于图3和4的调节阀20的陈述同样适用于改进的调节 阀20，而这个方面的陈述同样也适合于图3和4的调节阀20。
调节阀20包括阀壳21和可以在阀壳21内沿中心阀轴线S在轴向前后移 动的阔活塞22。还示出了由软铁形成的调节设备的磁性线圈27和电枢28。示 出了以软铁形成的调节装置的磁线圈27和电枢28。同时还示出了磁性线圈27 的电触点。磁性线圈27固定地连接到阀壳21上并环绕所述电枢28。电枢28 被连接到阀活塞22上从而使其不能轴向移动，这样阀活塞22和电枢28作为 一个整体执行轴向移动。
阀活塞22包括用于阀致动压力P20的第一致动表面23和第二致动表面 24。致动表面23和24—起轴向地限制流体空间26并且两者彼此面对。致动 表面23大于致动表面24，阀致动压力P20在该致动表面23上抵抗阀弹簧25， 其中在图5中，两者的比例被夸大了。两者的尺寸差别实际上非常的小，但是 被限定为使得阀致动压力P20持续地在阀活塞22上施加与致动表面23和24 的尺寸差相对应并且抵抗阀弹簧25的力的差动力。由于阀活塞22可以非常精 确地根据致动表面23和24的尺寸不同进行制造，因此所述差动力可以相应地 较小并且阔弹簧25也可以有利地比在图4的示例性实施例中更柔软。调节设 备27、 28相应地要求较小的力。调节阀20作为一个整体更敏感，并且调节阀 20的转换时间也可以被减少。
19在调节阀20的所有转换位置上，对应于要被控制或调整的流体的入口 I
通向流体空间26。在所示出的与图3和4中的调节阀20的转换位置相对应的 转换位置中，端口B通向流体空间26，而阀活塞22将流体空间26以及因此 将入口I与另一端口 A分离。分流16的流体因此回流到压力空间9中，而压 力空间8经由端口 A连接到储存容器11并且因此没有与压力相连接。在这个 转换位置中，端口 A经由阀壳21中的设置有阀弹簧25的空间连接到出口 O， 并且经由出口 O连接到储存容器11。如果致动信号更改了其信号电平——在 示例性实施例中从低信号电平变为高信号电平——磁线圈27被供应电流并且 在轴向方向上转移电枢28，与阀弹簧25的力相反，首先将电枢转移到中间转 换位置，给定相应地长的一段接通时间，到达另一个极限转换位置上，第一转 换位置。在中间转换位置中，阀活塞22将两个端口 A和B与流体空间26相 分离，其中入口I仍旧通向该流体空间26。在第一转换位置上，阀活塞22采 取--轴向位置使得流体空间26轴向地与入口 I和端口 A均重叠，同时阀活塞 22在所述的轴向位置上流体地将端口 B与流体空间26流体地分离。在第一转 换位置上，分流16的流体被引导穿过流体空间26和端口 A，进入压力空间8， 而压力空间9通过阀活塞22的端口 B和的端口 C被连接到出口 O上并最终被 连接到储存容器11上。
所述阀活塞22是空心的。孔C形成于阀活塞22的在电枢28的方向上靠 近致动表面24的圆柱形表面区域上，并且其与阀壳21的周围表面一起形成将 调节设备27、 28与流体空间26流体地分离的狭窄的密封缝隙。阀活塞22的 圆柱形表面区域同样径向地在外侧并且远离调节设备27、 28被附接到致动表 面23上，并且只要调节阀20不采用第一转换位置就与阀壳21 —起形成另一 个狭窄的密封缝隙，在该第一位置上阀活塞22采用流体空间26与端口 A重 叠的轴向位置。
包括指定控制设备的调节设备27、28在组件14的整个操作范围内连接调 节阀22，并且控制或调整调节单元5-7的轴向位置，以及因此在合适地供应组 件14所要求的容积流量的整个范围内控制或调整往复式泵的输送容积。如果 调节设备27、 28或者指定控制设备由于故障而失效，例如由于电缆断开或电 源插头连接分开，则流体的阀致动压力P20和阀弹簧25可以用作备用管理。 调节阀20被构造为使得在出现失效的情况下， 一旦达到的流体供应压力P14大于在调节阀20工作正常时设定的最大流体供应压力P14，则泵的输送容积
仅从最大到最小的方向调节。为了这个目的，阀弹簧25被安装为具有比在正 常工作的情况下设定的通过最大阀致动压力P20施加到阀活塞22上的力更大 的偏置力。
参考附图标记
1泵壳la围壁
2入口3出口
4输送元件输送元件
6致动活塞7致动活塞
8压力空间9压力空间
10泵弹簧11储存容器
12管路13冷却和净化设备
14组件15管路
16分流17分流
18管路19管路
20调节阀21阀壳
22阀活塞23致动表面
24致动表面25阀弹簧
26流体空间27磁线圈
28电枢A端口
B端口C孔
I入口O出口
S阀轴线t周期持续时间
D旋转速度负载
T温度P14流体供应压力
v14容积流量P20阀致动压力
R4旋转轴线R5旋转轴线
权利要求
1、一种用于调节往复式泵的输送容积的调节阀，所述调节阀包括a)阀壳(21)；b)阀活塞(22)，被安装为使其可以在所述阀壳(21)内移动，并包括用于流体的阀致动压力(P20)的致动表面(23)；c)阀弹簧(25)，抵抗由所述阀致动压力(P20)施加在所述阀活塞(22)上的力；以及d)调节设备(27，28)，通过该调节设备，所述阀活塞(22)可以在由所述阀致动压力(P20)施加的力的方向上或是在与由所述阀致动压力(P20)所施加的力相反的方向上被调节。
2、 根据前一权利要求所述的调节阔，其特征在于，具有下述特征中的至 少一个-所述调节设备(27， 28)是可电操作的；-所述调节设备(27， 28)被形成为磁调节设备；-所述调节设备(27， 28)抵抗所述阀弹簧(25)的力。
3、 根据前述任一权利要求所述的调节阀，其特征在于，具有下述特征中 的至少一个-所述调节阀(20)为比例阀；-所述调节阀(20)由调制脉冲、优选地由宽度调制脉冲进行控制或调整；-所述调节阀(20)为电流控制的或电流调整的； -所述调节阀(20)为电压控制的或电压调整的；-所述调节阀(20)包括用于流体的至少三个端口 (1， O， A， B)、优 选地具有四个端口；-所述调节阀(20)可以在至少两个转换位置之间、优选地在三个转换 位置之间转换；-所述调节阀(20)为端口阀。
4、 根据前述任一权利要求所述的调节阀，其特征在于，包括-控制设备或调整设备，用于控制或调整要由所述往复式泵产生的流体供应压力(P14)或要由所述往复式泵输送的容积流量(V14);以及-标称值预置，用于预先确定至少一个压力标称值或容积流量标称值，优选地为以预先确定的方式变化的标称值；-其中，所述控制设备或调整设备根据所述标称值控制或调整所述调节设备(27， 28)。
5、 根据前述任一权利要求所述的调节阀，其特征在于，包括-调整设备，用于调整要由所述往复式泵产生的流体供应压力(P14);-标称值预置，用于预先确定流体供应压力(P14)的标称值，优选地为 以预先确定的方式进行变化的标称值；以及-传感器，用于探测所述流体供应压力(P14)的实际值；-其中，所述调整设备将所述实际值与所述标称值进行比较并且根据比较的结果控制所述调节设备(27， 28)。
6、 根据前述两个权利要求的结合的调节阀，其特征在于，包括校验设备， 通过该校验设备，所述调节阀(20)可以从控制所述流体供应压力(P14)或 所述容积流量(V14)变为调整所述流体供应压力(P14)或所述容积流量(V14)。
7、 根据前述任一权利要求所述的调节阀，其特征在于，所述阀弹簧(25) 被偏置并在所述阀活塞(22)上施加偏置力，所述偏置力大于当所述调节设备(27， 28)正常工作时由最大的阀致动压力(P20)施加在所述阀活塞(22) 上的力。
8、 根据前述任一权利要求所述的调节阀，其特征在于，所述阀活塞(22) 包括另一个用于阀致动压力(P20)的致动表面(24)，并且所述致动表面(23， 24)被设置成彼此对抗并具有不同的尺寸，以便产生与所述阀弹簧(25)相反 地作用在所述阔活塞(22)上的差动力，并且该差动力与所述致动表面(23， 24)的尺寸差异相对应。
9、 根据前一权利要求所述的调节阀，其特征在于，所述致动表面(23， 24)限制相同的流体空间(26)并且在所述阀活塞(22)的可动的方向上彼此 相对。
10、 根据前一权利要求所述的调节阀，其特征在于，所述阀活塞(22)可 以在一第一位置和一第二位置之间前后移动；在所述阀活塞(22)的第一位置 上，用于产生所述阀致动压力(P20)的压力流体的入口 (I)和端口 (A)通向所述流体空间(26);并且在所述第二位置上，所述阀活塞(22)将所述端口 (A)与仍然通向所述流体空间(26)的所述入口 (I)相分离。
11、 根据前述任一权利要求所述的调节阀，其特征在于，所述阀壳(21)包括用于压力流体的入口 (1)、第一端口 (A)和第二端口 (B);所述阀活塞(22)可以在一第一位置和一第二位置之间前后移动；并且当所述阀活塞(22) 位于所述第一位置上时，所述入口 (I)被连接到所述第一端口 (A)并且与所 述第二端口 (B)分离，而当所述阀活塞(22)位于所述第二位置上时，所述 入口 (I)被连接到所述第二端口 (B)并且与所述第一端口 (A)分离，以便 有选择地将压力流体经由所述第一端口 (A)或经由所述第二端口 (B)引导 至所述泵。
12、 一种往复式泵，其具有可调节的输送容积，并且包括a) 泵壳(1);b) 输送室，形成于所述泵壳(1)中，并且包括在泵的低压侧的流体入口(2)和在泵的高压侧的流体出口 (3);C)输送元件(5)，可以在所述输送室中移动，用于输送流体；以及d)根据前述任一权利要求所述的用于调节输送容积的调节阀(20)，该调 节阀被设置在被所述输送元件(5)输送的流体的流动中。
13、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，-致动元件(6， 7)被可移动地设置为面向所述输送元件(5)的正面或 围绕所述输送元件，用于调节所述泵壳(1)内的输送容积；-所述致动元件(6， 7)可以其移动方向上承受致动力，所述致动力取 决于要被供应流体的组件(14)的需求；-其中所述致动元件(6， 7)和所述输送元件(5)为调节单元(5， 6， 7)中的一部分，所述调节单元可以在泵壳(O内作为一个整体前后运动，或 者致动元件和所述输送元件中的一个可以相对于另 一个并相对于所述泵壳被 调节。
14、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，所述泵为旋转泵， 并且所述输送元件(5)为被设置在所述输送室中的输送回转体，从而使其可 以围绕旋转轴(R5)旋转。
15、 根据前述两项权利要求中任一项所述的往复式泵，其特征在于，设置有泵弹簧(10)以抵抗所述致动力。
16、 根据前述三项权利要求中任一项所述的往复式泵，其特征在于，所述致动元件(6， 7)可以承受所述泵的高压侧的流体，以便产生所述致动力。
17、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，所述致动元件(6， 7)形成双向作用致动活塞，该双向作用致动活塞包括第一活塞表面和背向并 远离所述第一活塞表面的第二活塞表面；所述第一活塞表面可以经由所述调节 阀(20)的第一端口 (A)承受压力流体，优选地为所述泵的高压侧的流体， 而所述第二活塞表面可以经由所述调节阀(20)的第二端口 (B)承受压力流 体，优选地为所述泵的高压侧的流体；并且所述阔活塞(22)可以在一第--位 置和一第二位置之间前后移动；其中，在所述阀活塞(22)的第一位置上，所 述调节阀(20)仅将压力流体引导至所述第一活塞表面，而在所述阀活塞(22) 的第二位置上，所述调节阀(20)仅将压力流体引导至所述第二活塞表面。
18、 根据前述五项权利要求中任一项所述的往复式泵，其特征在于，所述 致动元件(6， 7)可以与所述输送元件(5) —起或相对于所述输送元件(5)， 轴向地或横向地相对于所述旋转轴线(R5)移动。
19、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，所述输送元件(5) 与所述往复式泵的另一个输送元件(4)呈输送接合，以便输送流体。
20、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，所述致动元件(6， 7)包括第一致动活塞(6)和第二致动活塞(7);所述输送元件(5)在所述 致动活塞(6， 7)之间轴向地设置，并且其可以与所述致动活塞(6， 7) —起 作为调节单元(5， 6， 7)在输送接合的状态下相对于另一个输送元件(4)前 后移动。
21、 根据前述任一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，所述泵为外齿 轮泵或内齿轮泵。
22、 根据权利要求12至20中的任意一项所述的往复式泵，其特征在于， 所述致动元件为环绕所述输送元件的致动环，所述致动环可以相对于所述输送 元件的旋转轴线在横向方向上移动。
23、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，所述泵为叶轮泵， 摆动式滑块泵或内齿轮泵。
24、 根据前述任一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，由所述往复式泵所输送的流体在该泵的高压侧被分支，优选地在净化设备(13)的下游被分支，并且该流体经由所述调节阀(20)回流到所述泵，以便在泵中产生所述致动力。
25、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，所述被回流的流体 产生所述阀致动压力(P20)，优选地在所述流体流过所述调节阀(20)时产生。
26、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，包括-检测设备，用于检测至少一个描述要被所述泵进行供应的组件(14) 的流体需求的物理变量(T， D， L);-标称值预置，根据所述至少一个检测到的物理变量(T， D， L)，形成 要被输送的容积流量(V14)的标称值或要被所述往复式泵产生的流动供应压 力(P14)的标称值；以及-控制设备或调整设备，根据所述标称值控制或调整所述调节阀(20) 的调节设备(27， 28)。
27、 根据前一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，包括用于探测所述 容积流量(V14)或所述流体供应压力(P14)的实际值的传感器，其中所述 调整设备根据所述标称值与所述实际值之间的比较形成用于所述调节阀(20) 的调节设备(27， 28)的致动变量。
28、 根据前述任一权利要求所述的往复式泵，其特征在于，具有以下特征 中的至少一个-所述泵被用作为车辆中的用于向内燃机(14)供应润滑油或者向自动 变速器供应液压液的润滑油泵；-所述泵由所述内燃机(14)驱动。
全文摘要
本发明涉及一种用于调节往复式泵的输送容积的调节阀，调节阀包括阀壳(21)；阀活塞(22)，被安装为使其可以在阀壳中移动，并包括用于流体的阀致动压力(P20)的致动表面(23)；阀弹簧(25)，抵抗由阀致动压力施加在阀活塞上的力；以及调节设备(27，28)，通过该调节设备，阀活塞可以在由阀致动压力施加的力的方向上或是在与由阀致动压力所施加的力相反的方向上被调节。本发明还涉及一种具有可调节输送容积的往复式泵，包括泵壳(1)；输送室，形成于泵壳中并包括在泵的低压侧的流体入口(2)和在泵的高压侧的流体出口(3)；输送元件(5)，可以在输送室中移动以输送流体；以及用于调节输送容积的调节阀(20)，其被设置在被输送元件(5)输送的流体的流动中。
文档编号F04C14/24GK101644259SQ20081014586
公开日2010年2月10日 申请日期2008年8月7日 优先权日2008年8月7日
发明者克里斯托夫·兰姆帕斯基, 尔根·博纳 申请人:施瓦本冶金工程汽车有限公司