用于可变排量叶片泵的自适应枢轴的制作方法

本公开涉及用于可变排量叶片泵的自适应枢轴。

背景技术：

可变排量油泵可在外壳内采用可枢转的环形构件或滑动件，这有助于通过改变滑动件相对于泵转子的偏心度来改变泵排量。可枢转的滑动件可借助弹簧，围绕转子的轴线，向给定方向偏置。滑动件可固定在外壳内的固定的枢轴点处，并且枢转到对应于期望的泵排量的期望位置。

通常部分地通过弹簧的偏置和对弹簧施加外部压力来控制环形构件位置。当转子速度增大时，也可在环形构件内形成内部压力。随着转子速度变大，施加在环形构件和其它部件构造上的内部扭矩也可类似地变大，远远超过可施加到环形构件的可用外部压力。因此，当内部扭矩变大时，已知的可变排量泵可能会失去一定程度的对排量的控制。当环形构件的偏心度(以及因此泵排量)相对较大或接近泵的最大值时，这是特别不利的。

因此，需要一种解决上述缺点的改进的泵。

技术实现要素：

在至少一些示例性方法中，提供了一种可变排量泵，该可变排量泵包括具有入口和出口的外壳、固定成与轴一起旋转的转子、可旋转地安装在外壳内的轴以及可滑动地设置在转子中的多个径向延伸的叶片。泵可进一步包括可枢转的环形构件，该环形构件至少部分地限定围绕转子的控制室，其中环形构件在外壳内可枢转，以改变环形构件相对于转子的偏心度。环形构件构造成将环形构件的枢转位置从第一枢转位置移动到相对于第一枢转位置移位的第二枢转位置。

在一些实例中，弹性元件可与环形构件接合，从而使环形构件向与第二枢转方向相反的第一枢转方向偏置，控制室定位成使得引入控制室的外部压力向环形构件施加力，该力倾向于使环形构件向第二枢转方向枢转。

在一些示例性方法中，径向延伸的叶片限定一个或多个叶片室，该一个或多个叶片室构造成在泵的操作期间产生压力，一个或多个叶片室中的压力向环形构件施加力，该力使该环形构件相对于环形构件的枢轴销偏移一定偏移距离，其中枢转位置可移位以减小偏移距离。

在一些实例中，泵包括枢轴销，该枢轴销构造成限定第一枢转位置和第二枢转位置。这些实例中的一些实例可包括固定到环形构件的枢轴锚。

在一些实例中，外壳可限定分别与环形构件的第一枢转位置和第二枢转位置对应的至少第一起伏和第二起伏。

在其它实例中，泵可包括可旋转地固定在外壳内的凸轮。在这些实例中的一些实例中，当环形构件置于第一旋转位置时，凸轮限定环形构件的第一枢转位置，并且当环形构件从第一旋转位置旋转到第二旋转位置时，凸轮限定环形构件的第二枢转位置。

另一个示例性可变排量泵包括具有入口和出口的外壳、固定成与轴一起旋转的转子、可旋转地安装在外壳内的轴以及可滑动地设置在转子中的多个径向延伸的叶片。泵可包括可枢转的环形构件，该环形构件至少部分地限定围绕转子的控制室，其中环形构件在外壳内可枢转，以改变环形构件相对于转子的偏心度。环形构件构造成将环形构件的枢转位置从第一枢转位置移动到相对于第一枢转位置移位的第二枢转位置。泵可进一步包括弹性元件，其与环形构件接合，从而使环形构件围绕第一枢转位置和第二枢转位置向第一枢转方向偏置。

在这些实例中的一些实例中，径向延伸的叶片限定一个或多个叶片室，该一个或多个叶片室构造成在泵的操作期间产生压力，一个或多个叶片室中的压力向环形构件施加力，该力使该环形构件相对于环形构件的枢轴销偏移一定偏移距离，其中枢转位置可移位以减小偏移距离。

一些示例性泵可进一步包括枢轴销，该枢轴销构造成限定第一枢转位置和第二枢转位置。

在一些示例性方法中，外壳限定分别对应于环形构件的第一枢转位置和第二枢转位置的第一起伏和第二起伏。

在其它实例中，泵可包括可旋转地固定在外壳内的凸轮。

在至少一些实例中，泵送流体的方法包括提供具有入口和出口的外壳，将转子可旋转地安装在外壳内的轴上，将多个径向延伸的叶片定位在转子中，叶片各自都可滑动地设置在转子中，并且借助可枢转的环形构件限定围绕转子的控制室，其中，环形构件在外壳内可枢转，以改变环形构件相对于转子的偏心度。该方法可进一步包括将环形构件的枢转位置从第一枢转位置移动到相对于第一枢转位置移位的第二枢转位置。

在一些示例性方法中，通过使环形构件与弹性元件接合，环形构件向第一枢转方向偏置。

在一些示例性方法中，径向延伸的叶片限定一个或多个叶片室，该一个或多个叶片室构造成在泵的操作期间产生压力，一个或多个叶片室中的压力向环形构件施加力，该力使该环形构件相对于环形构件的枢轴销偏移一定偏移距离。在这些实例中，通过枢转位置的移动，可减小偏移距离。在这些实例的至少一个子集中，通过减小偏移距离，可消除偏移。

在一些示例性方法中，使枢转位置移动包括使枢轴销在外壳内移动。

在至少一些实例中，一种方法包括提供分别与环形构件的第一枢转位置和第二枢转位置对应的外壳中的第一起伏和第二起伏。

在其它示例性方法中，凸轮可以可旋转地固定在外壳内，其中，通过使凸轮旋转，来使枢转位置移动。

附图说明

在下文中将结合附图描述本发明的一个或多个实施方案，其中相同的标号表示相同的元件，并且其中：

图1是具有带有可移动枢轴的环形元件的可变排量油泵的局部剖视图；

图2a是用于图1的可变排量泵的示例性可移动枢轴；

图2b是图1的可变排量泵的可移动枢轴的另一个实例；

图2c是图1的泵的环形构件的自由体视图的图示，其示出了在泵的操作期间施加到环形构件的内部扭矩和其它力；

图3a是示出根据示例性图示的，图1的可变排量泵的内部扭矩响应于使用图2a或图2b的可移动枢轴的环形元件枢转点的移动的变化的曲线图；

图3b是示出根据另一个实例的，图1的可变排量泵的内部扭矩响应于使用图2a或图2b的可移动枢轴的环形元件枢转点的移动的变化的曲线图；以及

图4是示例性过程流程图，其示出了用于操作可变排量泵的示例性方法。

具体实施方式

现在转向图1，示出了示例性可变排量泵100。泵100可包括具有入口和出口(图1中未示出)的外壳102。泵100可进一步包括转子104，转子104固定成与轴106一起旋转。轴106可以可旋转地安装在外壳102内。外壳102可为形成泵100的外壳的组件的中间外壳。多个径向延伸的叶片107可以可滑动地设置在转子104中。可枢转的环形构件108限定围绕转子104的叶片室110。环形构件108可在外壳102内可枢转，通过改变环形构件108相对于转子104的偏心度来促进排量输出的变化。

泵100还包括偏置组件112。偏置组件112可向环形构件108施加偏置力，该偏置力大致向上(在图1的取向上)推动环形构件108的杠杆128，从而倾向于推动环形构件108围绕枢轴销109向第一方向(如图1所示，大致向上)枢转。偏置组件112可包括纵向延伸的至少一个弹性元件114。在一个实例中，弹性元件可为由钢或铝形成的螺旋弹簧，在这里仅作为示例。

偏置组件112通常可用于通过将环形构件108定位，以及选择性地施加到环形构件108的其它力，来控制泵100的排量。更具体地，如图1所示，环形元件108可相对于转子104偏心。环形构件108可围绕枢轴销109枢转。枢轴销109可由任何方便的机构提供，如下面将进一步讨论的。多个叶片107可在转子107中径向滑动。叶片环105可控制叶片107在转子104内的径向位置。叶片107中的每一个都在叶片107的径向最外端处与环形构件108接触，并且因此环形构件108通常控制叶片107中的每一个相对于转子104的径向位置。当转子104在操作期间转动时，在泵100的叶片室110内形成压力，叶片室110至少部分地由相邻的叶片107、转子104和环形构件108限定。由于环形构件108对室110施加的空间限制，当转子104转动时，在室110内形成压力。在室110内形成的内部压力向环形构件108施加扭矩。更具体地，由于叶片室110的合力与枢轴销109的偏移，室110内形成的压力可向环形构件108施加力，如下面将进一步讨论的。因此，由叶片室110中的压力施加在环形构件108上的扭矩可与由偏置组件112施加到环形构件108的力相反。

环形构件108的位置可通过控制室111内的压力施加外力而改变。因此，由控制室111施加到环形构件的外部压力可与由偏置组件112施加的偏置力相反地起作用。控制室111可至少部分地由外壳102和环形构件108限定。环形构件108的滑动密封件115可通常通过环形构件108围绕枢轴销109枢转时环形构件108和外壳102之间的密封，来促进控制室111内的压力的形成，其中滑动密封件115沿外壳102滑动。控制室111可例如从与泵100相关联的发动机的回油管线(未示出)接收压力。当环形构件108旋转到其相对于转子104同心的位置时，泵100的输出为零排量，因为在控制室110和泵100的出口之间没有容积差。相反，当环形构件108定位在其相对于转子104的最大偏心度时，泵100的输出排量通常最大化。由于可独立于转子104的速度控制施加到环形构件108的外部压力，因此可在操作期间修改外部压力，以使环形构件108定位(与偏置组件112施加的扭矩和/或控制室110的内部压力相反)，从而获得期望的排量输出。

在图1所示的实例中，内部支撑表面126可为外壳102内的偏置组件112的弹性元件114的第一端部(即，螺旋弹簧的最靠近表面126的端部)提供反作用表面。偏置组件112的弹性元件的与第一端部相对的第二端部可与环形构件108的杠杆128接触。杠杆128通常固定在环形构件108上(并且可与环形构件108一起形成为整体部件)，并且径向地远离环形构件108地延伸。这样，螺旋弹簧114的与杠杆128接触的端部可提供来自螺旋弹簧114的压缩力。因此，偏置组件112通常可向环形构件108施加第一方向d的偏置力。

如图1所示，环形构件108的枢轴销109可固定到环形构件108，并且可如图所示在第一“x”方向上移动。枢轴销109还可在垂直于“x”方向的第二“y”方向上移动。枢轴销109的位置可在x和/或y方向上移动，以减小或消除枢轴销109与在操作期间由叶片室110施加在环形构件108上的合力的偏移，这将在下面进一步讨论。因此，环形构件108可围绕枢轴销109的不同位置枢转。当环形构件108围绕枢轴销109枢转时，杠杆128可大致向上和向下移动，例如在与“x”方向类似的方向上。

如下面将进一步描述的，通过使枢轴销109移动，通过叶片室110内的压力的形成而产生的力施加到环形构件108的内部扭矩的量可以改变。例如，通过使枢轴销109移动，可减小或消除由叶片室110内的压力共同施加在环形元件108上的力和枢轴销109之间的偏移。通常，与枢轴销109在如图1所示的“y”方向上的移动相比，使枢轴在如图1所示的“x”方向上移动可具有更大的影响。内部液压扭矩的变化也可比操作期间弹簧扭矩的变化更显著，因此可用于调节泵压力。

通过使枢轴销109移动，还可调节与弹性元件114施加到环形构件108的力相关联的杠杆臂。例如，通过使枢轴销109在“y”方向上移动，并远离杠杆128(即，枢轴销109在图1中向右移动)，可增大由杠杆128形成的杠杆臂相对于枢轴销109的距离，从而增大由弹性元件114(通常处于压缩状态)施加在环形元件108上的力矩，并且增大弹性元件114可抵抗内部扭矩的程度。类似地，通过控制室111施加到环形构件108的外力施加到环形构件108的力矩通常可通过使枢轴销109进一步远离杆128移动(即，枢轴销109在图1中向右移动)而增大。另一方面，使枢轴销109在相反方向上(即，在图1中向左和/或向上)移动通常可具有相反的效果，因为它会通过控制室111的压力或弹性元件114施加在环形构件108上的力，来减小施加到环形构件108上的扭矩或力矩。杠杆128可具有弹性滑动件140或其它可横向延伸的构件，该构件构造成当枢轴销109横向(即，在y方向上)移动时，允许杠杆128的有限的横向移动。

如上所述，通过使枢轴销109在“x”方向上移动，可改变枢轴销109相对于由叶片室110中的一个或多个内的压力形成施加在环形构件108上的合力的偏移。因此，随着偏移减小，可减小通过叶片室110内的压力的力施加到环形构件108的任何扭矩。类似地，在增大偏移的情况下，通过叶片室110内的压力的力施加到环形构件108的扭矩可以增大。

现在转向图2a和图2b，更详细地描述了用于使枢轴销109移动的示例性机构。两个示例性机构都包括可固定到邻近环形构件108的枢轴销109的枢轴锚109a或109b。另选地，示例性枢轴锚109a、109b可与环形构件108一起作为单件形成。

在图2a的实例中，枢轴锚109a的第一实例包括与对应的外壳表面202a配合的成型锚固表面200a。成型锚固表面200a和外壳表面202a可具有不同的半径，使得当枢轴锚109a相对于外壳102“摇动”时，枢轴销109沿着路径p1行进。当枢轴锚109a相对于外壳102摇动时，枢轴销109在“x”方向和“y”方向上移动，从而改变枢轴销109相对于由叶片室110内的压力施加在环形构件108上的力的偏移，和/或者改变上文所讨论的，由弹性元件114和/或控制室111施加在环形构件108上的力的杠杆臂。枢轴锚109a和外壳102可具有对应的齿轮齿或其它起伏，以使枢轴锚109a和外壳102保持接合。例如，如图2a所示，当环形构件108的杠杆128(图2a中未示出)朝向外壳102的上端枢转时，锚固表面200a和外壳表面202a的对应齿204a和204b分别接合。相比之下，当环形构件108的杠杆128(图2a中未示出)在相反方向上(即，朝向外壳102的下端)枢转时，锚固表面200a和外壳表面202a的对应的第二齿206a和206b分别接合。另选地或除对应的齿/起伏外，枢轴锚109a和外壳102可沿枢轴锚109a和外壳102的接触表面具有高摩擦材料。

现在转向图2b，示出了另一个示例性枢轴锚109b。枢轴锚109b固定到枢轴销109，枢轴销109从环形构件108的背面延伸，与上面针对枢轴锚109a所述的方式类似。然而，枢轴锚109b沿着锚固表面208与可旋转凸轮210接合。可旋转凸轮210可平移地固定在外壳102内并且可相对于外壳102旋转。在凸轮210旋转时，枢轴锚109a沿路径p2平移，从而垂直(即，在“x”方向上)和横向(即，在“y”方向上)移动，从而也会使环形构件108移动(在图2b中以虚线示出)。与枢轴锚109a一样，当枢轴锚109b通过凸轮210相对于外壳102的旋转而移动时，枢轴销109在“x”方向和“y”方向上移动，从而改变施加在环形构件108上的力的杠杆臂，和/或者改变枢轴销109相对于由叶片室110内的压力施加在环形构件108上的力的偏移，以引起内部扭矩的减小。凸轮210可通过任何方便的机构来旋转。仅作为示例，凸轮210可通过液压或液压机构或电螺线管来旋转。

现在参考图2c，在操作期间施加到环形构件108的力可包括由弹性元件114施加的弹簧力fs，由控制室111施加的外部压力(产生与弹簧力fs相反的外力f0)，以及通过在环形构件108内限定的室110内的压力形成产生的内力fi。由于相对于枢轴销109的偏移o，内力fi产生作用在环形构件108上的内部扭矩i，与弹簧力fs相反地作用。通过使枢轴销109在x和/或y方向上移动，环形元件108的枢轴销109可移动到更靠近其与由叶片室110的内部压力引起的分解力fi重合的位置，从而减小由力fi引起的施加在环形构件108上的内部扭矩i。换句话说，枢转位置越靠近由力fi限定的线，由力fi引起的环形构件108上的内部扭矩i越小。另外，通过枢轴销109的移动，还可改变(1)由控制室111施加的力fo和(2)弹簧力fs两者相对于枢轴销109的杠杆臂，从而减小/增大由这些力施加在环形构件108上的扭矩。

在上面图1、图2a和图2b中描述的示例性泵100中，环形构件108相对于转子104的偏心度可独立于转子104的旋转速度而变化。相比之下，在以前的方法中，泵100的排量将在转子104的高速下由泵“自调节”。更具体地，在相对高的转子104速度下，转子104产生的对环形构件108的内部压力(即，来自叶片室110)变得比弹性元件114的力和/或由控制室111施加的最大压力更大。因此，根据这些以前的方法的环形构件108不能轻松地移动到期望的位置，特别是在升高的转子104速度下。实际上，在极高的泵速下，在这些以前的方法中，由内部压力产生的对环形元件或滑动件的扭矩会超过由控制室施加的最大力，从而阻止对环形元件位置的控制。

相比之下，上述示例性泵100允许通过使枢轴销109移动来减小由环形构件108内的压力引起的内部扭矩。环形构件108的内部扭矩(即，在操作期间由室110内的压力形成引起的)也可能会受到转子104速度、通过泵100泵送的油的粘度和泵100的排量的影响。随着在枢轴销109移动时施加在环形构件108上的扭矩的减小，环形构件108相对于转子104的偏心度可更容易地通过经由控制室111施加的外部压力来控制。在一个实例中，室110对环形构件108产生的内部扭矩可能会小于由弹性元件114施加的内部扭矩。借助于部分地由可移位枢轴销109促进的内部扭矩减小而实现对排量的控制的增强，诸如油控制阀(ocv)之类的替代控制装置可具有更大的效果，并且在某些情况下可根本不需要。换句话说，在缺少油控制阀的这种实例中，由于内力fi的效果(即，扭矩)减小，控制室111可与弹簧力fs相反，专门控制环形构件108的位置。

在图3a-3b中所示的曲线图中示出了由诸如上述泵100之类的示例性泵提供的增强的控制。在图3a和图3b的每一图形中，由力fi引起的内部扭矩被示为枢轴销109沿x方向和y方向的移动的函数，其中的x方向和y方向与图1、图2a和图2b中所示的x方向和y方向相对于枢轴销109的取向一致。示例性枢轴锚109a、109b可促进枢轴销109的移动，从而可增强对泵100的排量输出的控制。在图3a中所示的泵100的第一实例中，通过使枢轴销109在沿“x”轴的任一方向上从基线(“零”)位置移动4.0毫米并且在沿“y”轴的任一方向上从基线位置移动1.0毫米，由内力fi引起的作用在环形构件108上的内部扭矩可从1.4牛顿米(n-m)变为51n-m。在图3b中示出了泵100的第二实例，其中通过使枢轴销109在沿“x”轴的任一方向上从基线(“零”)位置移动4.0毫米并且在沿“y”轴的任一方向上从基线位置移动1.0毫米，由内力fi引起的作用在环形构件108上的内部扭矩可从2.3牛顿米(n-m)变为7.4n-m。

现在转向图4，描述了例如用可变排量泵泵送流体的示例性过程400。过程400可从框410处开始，其中可提供外壳。例如，如上所述，外壳102可具有入口和出口，用于吸入和排出流体(例如油)。然后，过程400可前进到框420。

在框420处，转子可以可旋转地安装在外壳内的轴上。在上述一个实例中，转子104可安装在轴106上，以在外壳102内旋转。

前进到框430，多个径向延伸的叶片可定位在转子中。如上所述，在一些实例中，可提供叶片107，叶片107中的每一个都可滑动地设置在转子104中，使得它们可围绕转子104的圆周限定每个室110的变化容积。然后，过程400可前进到框440。

在框440处，可借助可枢转的环形构件围绕转子限定控制室。在如上所述的实例中，提供环形构件108，环形构件108可在外壳102内枢转，以改变环形构件108相对于转子104的偏心度。因此，根据环形构件108相对于转子104的偏心量，可提供泵100的变化的排量。

前进到框450，可使环形构件向第一枢转方向偏置。例如，如上所述，可通过偏置组件112，使环形构件108向第一方向围绕转子偏置。在一些示例性方法中，偏置组件112包括弹性元件114(例如螺旋弹簧)。在一些实例中，偏置组件112使环形元件108偏置的方向与来自控制室111的压力推动环形元件108的方向相反。然后，过程400可前进到框460。

在框460处，环形构件的枢转位置可从第一枢转位置移动到相对于第一枢转位置移位的第二枢转位置。在与上面所示的那些方法一致的一些示例性方法中，环形构件108可围绕枢轴销109枢转，枢轴销109在外壳102内移动以在环形构件108的旋转轴线中实现对应的移动。可改变枢转位置以减小或增大相对于由弹性元件114和/或控制室111施加的力的杠杆臂，和/或减小或增大枢轴销109与由叶片室110内的压力产生的合力的偏移。在另一个实例中，枢转位置可相对于转子104径向移动。因此，通过枢轴销109在外壳102内的移动，可改变在操作期间施加到环形构件108的力矩或扭矩的量。因此，可减小(或者如果需要的话，增大)环形构件108上的内部扭矩。

在一些实例中，外壳102可限定变化的表面轮廓，例如借助多个齿204b、206b(例如，如上面在图2a中所示)或其它起伏。在这些实例中，当环形构件108旋转时，该“摇动”轮廓使枢轴销109移动。

在其它实例中，可旋转凸轮210可独立于环形构件108围绕转子104的位置，促进环形构件108的枢转位置的移动，诸如在图2b的实例中。换句话说，与图2a中所示的摇动轮廓(其依赖于环形构件108的枢转才能使枢转位置移动)相反，凸轮210可独立于环形构件108的位置而旋转。仅作为示例，凸轮210可通过液压或电致动(例如通过螺线管)来旋转。

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