叶片流体泵、内转子以及叶片泵的制作方法

多个实施例涉及一种用于传动系统部件(诸如车辆的内燃发动机或变速器)的叶片机油泵。

背景技术：

机油泵用于使机油或润滑剂循环通过传动系统部件，诸如车辆的发动机或变速器。机油泵通常作为叶片泵被提供。叶片泵具有容积式特征以及在泵的各个部件之间的紧密间隙，这在泵的操作期间导致泵和连接的油道内的流体的压力波动或起伏的形成。由泵产生的流体的压力波动可充当传动系统部件的激励源(例如，当泵被安装至传动系统部件时)。例如，泵可安装至发动机缸体、变速器壳体、油底壳或油槽壳体、变速器钟形壳体等，在这些位置压力波动可引起来自发动机或变速器的音调噪声(tonal noise)或鸣叫声(whine)。这种油泵引起的传动系统鸣叫声或音调噪声是常见的噪声、振动和不平顺性(NVH)问题，并且减轻技术可包括诸如添加至传动系统以减小由常见的泵引起的噪声的阻尼装置的手段。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供用于车辆部件的叶片流体泵、用于叶片流体泵的内转子以及叶片泵以实现减少压力波动和机油泵音调噪声或鸣叫声。

在一个实施例中，提供了一种用于车辆部件的叶片流体泵，其包括凸轮，凸轮限定围绕腔体的连续内壁；以及内转子，内转子支撑在凸轮内。内转子具有圆柱形的外壁，外壁限定一系列围绕外壁等距离隔开的狭槽。还提供了一系列叶片，其中每个叶片位于内转子的各自的狭槽中并且向外延伸以与凸轮的连续内壁接触。每个叶片在相邻的泵送腔室之间提供流体阻挡件，泵送腔室形成在凸轮和内转子之间。一系列叶片中的第一叶片限定穿过第一叶片的通道以流体连接相邻的泵送腔室。通道被构造成在运行期间破坏谐波以减少压力波动和相关的音调噪声。

根据本实用新型的实施例，一系列叶片中的第二叶片独立于通道以使得第二叶片防止流体在相邻的泵送腔室之间的流动。

根据本实用新型的实施例，一系列叶片中的第三叶片限定穿过第三叶片的通道以流体连接相邻的泵送腔室并在运行期间破坏谐波以减少压力波动和相关的音调噪声。

根据本实用新型的实施例，第二叶片位于第一叶片和第三叶片之间。

根据本实用新型的实施例，第一叶片具有向外延伸至远端的上游面和下游面；并且其中，通道贯穿第一叶片的上游面和下游面。

根据本实用新型的实施例，通道贯穿第一叶片的远端。

根据本实用新型的实施例，通道与远端分隔开。

根据本实用新型的实施例，通道为第一通道；并且其中，第一叶片还限定穿过第一叶片的第二通道并流体连接相邻的泵送腔室。

根据本实用新型的实施例，一系列叶片中仅有第一叶片限定通道以使得一系列叶片中的剩余叶片独立于通道。

根据本实用新型的实施例，通道为在第一叶片的远端面中的槽口。

根据本实用新型的实施例，通道为在第一叶片的远端边缘中的倒角。

根据本实用新型的实施例，还包括驱动轴，驱动轴被连接用于与内转子旋转；并且其中，凸轮的连续内壁为圆柱形；并且其中，内转子偏心地支撑在凸轮内。

根据本实用新型的实施例，每个叶片由内转子的各自的狭槽可滑动地接收。

根据本实用新型的实施例，还包括叶片环，叶片环位于内转子的端面上；其中，每个叶片的内端邻接叶片环，以使得叶片环被构造成防止狭槽内的叶片的缩回。

在另一个实施例中，提供了一种用于叶片流体泵的内转子，包括主体，主体具有一系列狭槽，狭槽围绕主体的周边间隔开并在第一端面和第二端面之间延伸。内转子具有一系列叶片，其中每个叶片可滑动地接收在各自的狭槽中。其中一个叶片限定在上游面和下游面之间延伸的流体通道。另一个叶片独立于流体通道。

根据本实用新型的实施例，其中一个叶片的流体通道贯穿叶片的远端面。

根据本实用新型的实施例，另一个叶片具有连续平坦的远端面。

在又一个实施例中，提供了一种叶片泵，包括内转子，内转子偏心地支撑在泵壳体中的凸轮内，转子具有限定(n)个轴向狭槽的外周边。泵具有(n)个叶片，(n)个叶片分别由(n)个轴向狭槽接收，在1个和(n-1)个叶片之间的每个叶片限定通过叶片的通道。通道被构造成流体连接相邻的泵送腔室以破坏谐波。剩余的叶片被构造成无通道以防止流体在相邻的泵送腔室之间流动。

根据本实用新型的实施例，在1个和(n)/2个叶片之间的每个叶片限定通道，剩余的叶片被构造成无通道。

根据本实用新型的实施例，无通道的叶片位于限定通道的叶片之间，以使得至多两个连续的泵送腔室彼此流体连通。

本实用新型的有益效果在于能够实现减少压力波动和机油泵音调噪声或鸣叫声。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的用于车辆中的内燃发动机的润滑系统的示意图；

图2示出了根据一个实施例的叶片泵的部分透视图；

图3示出了适用于图2所示叶片泵的内转子的透视图；

图4示出了适用于图2所示叶片泵的另一内转子的透视图；

图5示出了图2的泵与具有传统惰轮转子的泵的压力输出的比较；以及

图6A和图6B示出了用于具有图3的内转子的图2的泵与具有传统内转子的泵的压力输出比较的频域分析。

具体实施方式

本公开的具体实施例按要求在此公开；然而，应当理解，在此公开的实施例仅是示例性的，并且其能够以各种替代方式实施。附图不一定按比例绘制；可对一些特征放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应视为限定，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本公开的代表性基础。

诸如车辆中的内燃发动机或变速器的车辆部件10包括润滑系统12。本文中车辆部件10被描述为发动机，但也可以想到使用系统12的其他车辆部件。润滑系统12在运行期间为发动机提供润滑剂(通常指机油)。润滑剂或机油可包括石油基和非石油合成化学复合物，且可包括多种添加剂。润滑系统12循环机油并在压力下将机油传送到发动机10以润滑相对彼此运动的部件，诸如旋转轴承、运动活塞和发动机凸轮轴。润滑系统12还可提供发动机的冷却。润滑系统12还可将机油提供给发动机用于作为液压流体使用以启动各种挺杆、阀等。

润滑系统12具有用于润滑剂的油槽14。油槽14可为所示的湿油槽，或可为干油槽。油槽14可作为用于机油的储液器。在一个实例中，油槽14为连接到发动机并位于曲轴下方的油盘。

润滑系统12具有提供油至泵18的入口的进口。进口16可包括滤油器或过滤器并与油槽14中的机油流体接触。

泵18从进口16接收机油并进行加压和驱动机油，从而使得机油循环通过系统12。泵18将在下面参照图2至图4进行更详细的描述。在一个实例中，泵18由发动机10的旋转部件驱动，例如由凸轮轴驱动的传送带或机械齿轮系。在其他实例中，泵18可由另一装置驱动，例如电动马达。

机油从泵18穿过机油滤清器20并进入到车辆部件或发动机10。机油穿过发动机10内的多个通道，然后离开发动机10或从发动机10中排出并进入油槽14。

润滑系统12还可包括机油冷却器或热交换器以通过将热量转移至冷却介质(诸如环境空气)从而将系统12中的机油或润滑剂的温度降低。润滑系统12还包括另外的未示出的部件，包括调节器、阀、压力释放阀、旁路、压力和温度传感器、另外的热交换器等。

泵18具有容积式且在车辆各部件之间具有紧密的间隙，这使得在泵和所附接的油道内形成剩余压力波动。当被安装在车辆部件(例如发动机缸体或变速器壳体上)时，泵的压力波动可作为对各个部件(诸如油盘、变速器钟形壳体等)的激励源。

图2至图4示出了根据一个实施例的泵50及其各个部件。泵50可作为泵18用在润滑系统12中。

参照图2，泵50为叶片泵并且被示出为滑动叶片泵。在根据本公开的其他实例中，叶片泵50可为其他类型的叶片泵，包括钟摆叶片泵、摆动叶片泵等。

泵50具有壳体52和盖。壳体52和盖配合以形成内部腔室56。盖与壳体52连接以封闭腔室56。盖可通过使用一个或多个诸如螺栓等的紧固件附接至壳体52。可提供诸如O形环或垫圈的密封件来密封腔室56。

泵50具有流体入口58和流体出口60。流体入口58具有适于连接到诸如进口16的导管的入口端，该导管与诸如油槽14的供应装置流体连通。流体入口58与腔室56流体连接，从而使得入口58内的流体流入腔室56中。盖和/或壳体52可限定入口58区域的一部分和入口端。入口58可被成形以控制多种流体流动特征。

泵50具有流体出口60或带有出口端的流体排出口，其适于连接至与机油滤清器、诸如发动机的车辆部件流体连通导管。流体出口60与腔室56流体连通，从而使得腔室56内的流体流入出口60。盖和/或壳体52可限定出口60区域的一部分和出口端。出口60可被成形以控制多种流体流动特征。入口58和出口60在腔室56中彼此分隔开，并且在一实例中，可大体上彼此相对。

泵50具有泵轴或驱动轴62。泵轴62被驱动以旋转泵50的部件并驱动流体。在一个实例中，泵轴62通过与发动机的机械连接来驱动，从而使得泵轴作为发动机部件旋转，诸如作为曲轴旋转，并且可提供齿轮比以在预定的范围内提供泵速。在一个实例中，泵轴62的一端以花键连接或以另外的方式形成以机械连接旋转的车辆部件以驱动泵50。

轴62的另一端被支撑以在泵50的盖和壳体52内旋转。盖和壳体可限定用于轴的该端部的支撑件以在其中旋转。该支撑件可包括套管、轴承连接件等。轴围绕轴的纵向轴线70旋转。

轴62延伸穿过壳体52，并且壳体52限定用于轴穿过的开口。开口可包括套筒或密封件以保持流体在泵内并防止或减少从腔室56的泄露。开口还可包括支撑用于在其中旋转的轴的额外的套管或轴承组件。

内转子80或内齿轮连接到泵轴62以与其旋转。内转子80具有内表面或壁82和外表面或壁84。形成内壁82以连接到泵轴用于围绕轴线70与其旋转。在一个实例中，内壁82以花键连接以配合泵轴的相应的花键部分，并且在另一实例中，内壁被压配到轴62上。

外壁84提供内转子80的外周界或周边。在一个实例中，外壁是圆柱形的或大体上为圆柱形。在其他实例中，外壁84提供有另外的形状。外壁84在内转子80的相对的端面85之间延伸。

内转子80具有一系列狭槽86和一系列外壁段88或侧壁段。在所示的实例中，内转子具有七个狭槽和七个外壁段。在其他实例中，转子80可具有两个或多个狭槽和两个或多个对应的外壁段。狭槽86围绕外壁84分隔开，并且在一个实例中，狭槽围绕内转子等距离隔开或等角度隔开。由于狭槽划分外壁84，因此狭槽86限定或提供外壁段。每个外壁段88由邻近的狭槽86界定。狭槽和外壁段围绕内转子的周边交替。外壁段88可倚靠通常的汽缸的周边，从而使得每个外壁段具有由汽缸的一部分形成的表面。对于具有等距离分隔的狭槽86的内转子而言，每个外壁段可具有相同的形状和尺寸。

提供了一系列叶片90，其中每个叶片位于各自的狭槽86内。每个狭槽86的尺寸设定成接收各自的叶片。叶片90被构造为在狭槽86内滑动。叶片90和狭槽86可从内转子80和轴线70径向向外延伸，或可从内转子70非径向地向外延伸。

每个外壁段88在相邻的叶片90之间延伸。在泵轴62旋转时，内转子80旋转。在示出的实例中，内转子80以旋转方向旋转，例如，图2中所示的逆时针方向。因此，每个外壁段具有邻近上游叶片的相关上游边缘以及邻近下游叶片的下游边缘，从而限定泵送腔室。例如，壁段94具有上游边缘96和下游边缘98。

泵50具有凸轮100，其具有连续的内壁102。凸轮100支撑在壳体52的内部腔室56内。凸轮100可具有多个凸起或定位构件，其与壳体52配合以将凸轮100定位和固定在泵50中。内壁102可为所示的圆柱形。内壁102限定腔体104。内转子80和叶片90布置并支撑在凸轮100的腔体104内。

内转子80可偏心地支撑于凸轮100内，从而使得内转子的轴线70偏离圆柱形内壁102和凸轮100的轴线或中心。

叶片90从内转子80向外延伸，并且在泵运行期间，每个叶片90的远端邻近并接触凸轮的内壁102。内转子、凸轮和叶片配合以形成多个可变容积的泵送腔室以将流体从泵的流体入口58泵送到泵的流体出口60。叶片用于将腔室56划分为泵送腔室，其中每个叶片位于相邻的泵送腔室之间。在内转子80旋转时，内转子的外壁84和凸轮内壁102之间的间隔围绕凸轮100在多个位置发生改变。由靠近入口端58的内转子、叶片和凸轮形成的腔室120容积增大，其使得流体从入口端流入该腔室中。靠近出口端60的腔室122容积减小，其将流体从该腔室压入排出端口并流出泵。

在泵运行期间叶片90可基于离心力向外滑动以接触凸轮的内壁并密封可变容积腔室。在其他实例中，诸如弹簧或液压流体的机构可向外偏置叶片90以接触凸轮内壁。

内转子80可包括下叶片通道106，其在叶片90缩回时作为背压腔室用于压力释放。内转子80还可包括支撑在内转子80的其中一个端面85上的叶片环108，当泵50停止并且叶片上的离心力消失时，叶片环防止叶片的缩回。叶片90的近端邻接叶片环108。

图3示出了使用在泵50中的内转子。内转子80具有一系列叶片90，叶片围绕内转子间隔开，例如，彼此以相同角度间隔开。内转子80具有至少一个由叶片90限定的流体通道110。通道110通过提供穿过或通过叶片的流体路径来提供相邻泵送腔室之间的流体连通。注意，基于保持最大的泵送效率和容积，传统的泵设置的内转子具有无槽口的叶片，或者叶片被设计和构造为防止或阻碍流体流过叶片，其中，所有的叶片独立于通道或无通道。

如图所示，转子80可具有多于一个的通道110。转子80具有(n)个叶片，包括(n-1)个或更少个具有相关通道的叶片、以及一个或多个传统或无通道的叶片。在所示的实例中，转子80具有四个通道110，其中两个叶片中的每个叶片具有两个槽口，并且剩余的五个叶片是实体的。在另一实例中，转子可仅在一个叶片上具有仅一个通道110。

流体通道110在叶片90的上游面112和下游面114之间延伸。如图所示，通道110可贯穿叶片90的远端面116，并且设置成槽口或狭槽。在其他实例中，通道110可间隔开或偏离远端面116，例如，作为孔或孔口。通道110在与叶片的上游面112相关的泵送腔室和与叶片的下游面114相关的泵送腔室之间提供流体路径。

图3所示的每个通道110设置成槽口或狭槽。在所示的实例中，每个槽口110具有矩形的截面形状，其中宽度为1-3mm并且高度为1-3mm。例如，流体通道可提供流体路径，该流体路径的横截面积为叶片的暴露的上游或下游面面积的5％到20％。当然，也可使用其他尺寸和截面形状，并且可基于泵和转子的尺寸、以及相邻的泵送腔室之间所期望的流动。

图4示出了使用于图2所示的泵50的转子80的另一变型。内转子80具有一个或多个流体通道110，其设置成在叶片90的远端角或尖端处的倒角边缘。通过提供穿过叶片的流体路径，通道110提供了相邻的泵送腔室之间的流体连通。转子80可具有如所示的多于一个的通道110，或仅有一个流体通道。转子80具有(n)个叶片，其中一个至n-1个叶片具有相关的通道。在所示的实例中，转子80具有两个通道110，其中一个叶片具有两个倒角，并且剩余的六个叶片是实体的。

流体通道110在叶片90的上游面112和下游面(与面112相对)之间延伸。通道110可如所示的贯穿叶片90的远端面116，并且具有倒角。倒角或通道110被示出为提供了具有三角形横截面形状的流体通道。在其他实例中，通道110可具有其他形状并设置在叶片的远端角区域中。

在其他实施例中，通道110具有多种形状和尺寸。例如，通道110可为通过叶片并贯穿叶片的远端的槽口、狭槽或沟道。通道还可以为叶片的远端角区域中的倒角或其他形状的通道。通道可以是矩形的、弯曲的或本领域已知的其他形状。通道110被示出为具有穿过叶片的恒定的横截面面积；然而，在其他实例中，通道110可为锥形，从而使得横截面面积在叶片的上游面和下游面之间增加或减少。

在其他实例中，通道110可以从叶片90的远端边缘偏移，从而使得其与远端间隔开并位于叶片的中间区域。在此配置中，通道110可设置成延伸穿过或通过叶片的孔口或孔。通道可为矩形、圆形、卵形、椭圆形或本领域已知的其他形状。通道可具有穿过叶片的恒定的横截面面积，或者可以是锥形的以使得横截面面积在叶片的上游面和下游面之间增加或减少。

在进一步的实例中，通道110可以一角度延伸穿过叶片，从而使得通道110在相比于叶片的下游面在叶片的不同径向位置贯穿上游面，和/或与下游面相比相对于轴线70在不同位置贯穿上游面。

注意，内转子80在叶片上具有至少一个通道110。剩余叶片132的至少一个叶片独立于通道或被视为是实体的或连续的以防止或阻碍相邻的泵送腔室之间的流体流动。叶片上的通道110在相邻的泵送腔室之间提供了流体连通和压力释放，并且连续的叶片132防止流体流过叶片132并且作为相邻的泵送腔室之间的分离件、分隔件或流体阻挡件。

通道110被构造为在泵50运行期间破坏谐波以减少压力波动和相关的音调噪声。通过在一些但不是全部的叶片上安装诸如槽口或倒角的通道110，可以破坏泵运行期间的谐波。剩余的叶片132是连续的或独立于通道的，从而使得它们呈现为流体阻挡件以保持整体的泵送效率。

对于具有带有流体通道的多于一个的叶片130的内转子80而言，如图3所示，连续的或实体的叶片132可位于这些叶片130之间，从而使得至多两个相邻的泵送腔室彼此流体连通。换句话说，叶片130可布置在转子80上，从而使得它们是非连续或非相邻的。

对于具有多于一个的通道110的叶片130而言，通道110在叶片上可具有相似的尺寸、形状和位置；或者可以在叶片上具有不同的尺寸、形状和相对位置。

对于具有两个或多个叶片并且每个具有流体通道110的内转子80而言，不同叶片上的通道110在叶片上可具有相似的尺寸、形状和位置；或者可以在叶片上具有不同的尺寸、形状和相对位置。

通道110的位置还可附加地基于出口端口的设计和位置，因为这两者的结合将影响压力波动的形成。

图2至图4示出了具有带有(n)个叶片的内转子80的叶片泵。(n)个叶片被示出为围绕转子的外周界等距离隔开。内转子80具有(m)个叶片，其中每个叶片限定穿过其中的至少一个流体通道以破坏谐波，其中，1≤m<n。剩余的(n-m)个叶片是连续的并且提供完整的流体阻挡件。

通道110(例如，在叶片的边缘处的槽口和/或在叶片的顶部和/底部尖端处的倒角)设置在泵的选定叶片上同时其他叶片为常规的实体叶片，并且用于将机油泵的窄带谐波分为宽带频率范围，从而减少压力波动和机油泵音调噪声。这些通道110降低了压力峰值并且额外地实现了在频率中更均匀分布的压力峰值，从而使得减少了音调噪声。通道110为泵50提供了压力释放并用于减少音调噪声或鸣叫声。随着泵50的运行，在其中一个可变容积腔室140内的流体能够从腔室140中流出穿过通道110并通过叶片130，然后进入相邻的泵送腔室142，如图2所示。

与具有传统内转子的泵相比，如图3所示的具有内转子80的泵50的建模和测试显示了改良的泵操作特性。建模结果在图5至图6中提供并且基于具有七个叶片的叶片泵在1970rpm下运行利用计算流体动力学(CFD)分析确定。注意，在传统的内转子和泵中，没有叶片具有穿过其中的流体通道。通道110用于破坏由内转子80的旋转所引起的谐波，并用来通过在相邻的泵送腔室之间提供压力释放和限制的流体流动来减少压力波动和音调噪声或鸣叫声。

具有本文所描述的内转子的叶片泵50显示了在运行期间减少的压力波动或峰值。例如，如图5所示，在稳态运行状况期间，当操作时传统的泵可在泵的出口处提供流体，其中压力起伏或压力波动以线200示出。这些压力起伏为出口处的最大流体压力或峰值和最小流体压力之间的差。根据本公开的泵50具有在同样稳态运行状态下由线202示出的压力起伏，并且显示了在压力起伏上的显著降低。

图6A和图6B示出了与传统的泵相比根据本公开的泵50的出口处的频域中的压力波动分布图。泵的基频(即，第一顺序)和较高顺序谐波由叶片的数目确定。泵的内转子具有七个叶片，因此，由于压力脉冲的泵的谐波顺序为7的倍数，其中第一阶在230赫兹并且第二阶显示为460赫兹。

从图6A和图6B的频域中，可以看到超出基本顺序的顺序的较低压力振幅，这是叶片泵的典型特征。音调噪声通常是由于泵的较高顺序，并且用于与泵压力波动相对应的第一顺序的振幅的降低通常不足以解决鸣叫声问题。对于车辆部件油泵NVH评估而言，在较高频率顺序的泵压力波动可因此被考虑并且可被降低以减轻音调噪声。

通过频域的分析显示了用于泵50的多个顺序的压力峰值的显著降低，其中如图6A和图6B所示的对于较高顺序的压力峰值大幅减少，由线220示出了传统的泵，并且由线222示出了根据本公开的泵50。

例如，在图6A中，在频率230处，相比较于传统的泵，泵50大约在压力上减少了15％；在频率232处，大约减少了65％；在频率234处，减少了100％；在频率236处，减少了35％。在图6B中，在频率240处，相比较于传统的泵，泵50大约在压力上减少了40％；在频率242处，大约减少了40％；在频率244处，减少了100％在频率246处，减少了40％。注意，泵50围绕泵顺序引入了侧谐波。侧峰引起在频谱中更均匀分布的峰值，其提供了用于来自泵主顺序的音调噪声的噪声屏蔽效果。

根据本公开的泵50还额外地提供了减少的噪声。例如，当根据本公开的泵50用于适用于车辆的传动系统时，来自传动系统的音调噪声可减少。使用泵50的音调噪声减少可提供来自传动系统的降低的NVH。另外，传动系统或润滑系统可根据本公开使用泵50加以简化。例如，具有传统的泵的传动系统或润滑系统可包括噪声减小装置或构件，并且这些构件可通过转换为根据本公开的泵而得以消除。在一个实例中，传统的润滑系统包括阻尼材料(诸如位于油槽上的胶粘剂)以减少由传统的泵造成的NVH，并且这种阻尼材料可通过转换为如本文所描述的泵50得以移除，而不增加来自传动系统的音调噪声。

尽管上文描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本公开的所有可能形式。相反，本说明书里的词语仅仅是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，可进行多种变化而不背离本公开的精神和范围。此外，可将不同可执行实施例的特征组合在一起来形成本公开的其他实施例。