CN100337870C

CN100337870C - 汽车双联式液压动力转向泵

Info

Publication number: CN100337870C
Application number: CNB2005100602064A
Authority: CN
Inventors: 王庆丰; 姚晶宇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: CN1727242A

Abstract

本发明公开了一种汽车双联式液压动力转向泵。它由双联叶片泵部分、限流限压控制阀组部分、合流控制阀组部分组成。它根据汽车的发动机转速、车速等信号，控制双联叶片泵中副泵单元输出的油液在高转速下单独回油，从而降低高转速下进入限流限压控制阀组的流量大小，减少因多余流量经过限流限压控制阀组的溢流主阀回油而产生的能量损耗。本发明克服了现有双作用叶片式转向泵在高速运转情况下能耗较高的缺点，提高了转向泵在高转速下的工作效率。因此可以针对不同的工况实现不同的节能控制。合流控制阀组的控制方式可以是电控、液控或其它控制方式，控制信号可以是车速、发动机转速或其它信号。

Description

汽车双联式液压动力转向泵

技术领域

本发明涉及汽车液压动力转向装置，尤其是涉及一种汽车双联式液压动力转向泵。

背景技术

对于一般常流式转阀结构的动力转向器而言，转动转向盘所需的操作力受到转向泵输出流量的影响，在外负载不变的情况下，当转向泵输出到转向器的流量变大时，转向盘操作力变小，反之转向盘操作力变大。

在车辆原地转向或低速行驶状态下转向时，为了减小转向所需的操作力，降低驾驶员的工作强度，转向泵向转向器输出较大的流量。随着车辆行驶速度的提高，为了确保转向的安全性，转动转向盘所需的操作力应该保持不变或略有增加，因此转向泵在高速行驶状态下输出的流量应保持恒定或略有减小。

此外，对于一般常流式转阀结构的动力转向器而言，在汽车直线行驶时，转向***也需要一定的流量用来保证工作的稳定性。

在传统的液压动力转向***中，通常采用发动机带动双作用叶片泵作为液压***的动力源。由于双作用叶片泵是定量泵，发动机转速提高时，泵打出的流量随之增大，但是***正常工作所需要的流量却并不是随着发动机转速的提高而增大的，为此通常在泵的出口处设置一个限流限压控制阀组来限制通过的流量，使转向泵输出的流量保持基本恒定，多余的流量通过限流限压控制阀组内部的溢流主阀流回油箱。由于***采用的这种流量控制方式是节流控制，多余流量在流经溢流主阀的阀口时会产生大量的能量损耗。泵转速越高，打出的流量越大，多余流量就越大，泵的输出功率损耗得也就越多，因此其工作效率会随着泵转速的提高而降低。

如图1所示是一种常用的转向泵的液压***原理图。常用的转向泵可以分为两个部分：双作用叶片泵；限流限压控制阀组II，该阀组包括：1-溢流主阀；2-先导阀；3-节流口；4-节流口。

双作用叶片泵的作用是从吸油口吸入油液，并从出口输出油液。限流限压控制阀组II包括主阀1、先导阀2、节流口3和节流口4，其作用是限制转向泵的最大输出流量和最高工作压力。

双作用叶片泵是定量泵，其输出的油液流量与泵的转速成正比。叶片泵打出的流量通过节流口4输出到转向器。在油液流经节流口4时，会在节流口4的前后产生一定的压力差ΔP，这个压差也同时作用于溢流主阀1的阀芯两端。如果经过节流口4的流量较小，则产生的压力差ΔP也比较小，不足以推开溢流主阀1的阀芯。随着双作用叶片泵打出的油液逐渐增加，节流口4前后的压差ΔP也逐渐增大，当流量增加到一定值时，压差ΔP足以推开溢流主阀1的阀芯，使一部分油液通过溢流主阀1的阀口流回转向泵的吸油口处，从而限制了输出给转向器的流量的增加。这就是限流限压控制阀组II限制最大输出流量功能的工作原理。

当转向泵出口处(b点)的压力(即转向泵的负载压力)大于限流限压控制阀组II的先导阀2的开启压力时，先导阀2的阀芯被推开，有一小部分油液通过节流口3和先导阀2的阀口流回转向泵的吸油口处。这部分油液在流经节流口3时产生一个压力差ΔP’，这个压力差作用在溢流主阀1的阀芯两端，使溢流主阀1打开，部分油液通过溢流主阀1的阀口流回转向泵吸油口处，从而限制泵出口处压力的进一步升高。这就是限流限压控制阀组II限制最高工作压力功能的工作原理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车双联式液压动力转向泵，以克服现有转向泵的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括双作用叶片泵，由溢流主阀、先导阀、第一节流口和第二节流口组成的限流限压控制阀组，先导阀的出口和溢流主阀的出口相连，溢流主阀的入口和第二节流口的入口相连，第二节流口的出口接整个转向泵的出口和第一节流口的入口，第一节流口的出口接先导阀的入口和溢流主阀的先导油口，其中：

所述的双作用叶片泵为主泵和副泵组成的双联双作用叶片泵：主泵和副泵的转子串在同一根轴上，并由该轴带动一起旋转，双联双作用叶片泵的吸油口接先导阀的出口和溢流主阀的出口，主泵和副泵的出口根据合流控制部分的不同而有不同的连接形式；

所述的合流控制部分有以下四种形式：

1)合流控制部分：包括两位两通换向阀和单向阀，副泵的出口接两位两通换向阀的入口和单向阀的入口，两位两通换向阀的出口接油箱或转向泵的吸油口，单向阀的出口接主泵的出口。

2)合流控制部分：包括两位三通换向阀，副泵的出口接两位三通换向阀的入口，两位三通换向阀的一个出口接油箱或转向泵的吸油口，两位三通换向阀的另一个出口接主泵的出口。

3)合流控制部分：包括三位三通换向阀、第一、第二单向阀，副泵的出口接三位三通换向阀的一个入口和第一单向阀的入口，主泵的出口接三位三通换向阀的另一个入口和第二单向阀的入口，第一单向阀和第二单向阀的出口接溢流主阀的入口，三位三通换向阀的出口接油箱或转向泵的吸油口。

4)合流控制部分：包括三位四通换向阀，副泵的出口接三位四通换向阀的一个入口，主泵的出口接三位四通换向阀的另一个入口，三位四通换向阀的一个出口接油箱或转向泵的吸油口，三位四通换向阀的另一个出口接溢流主阀的入口。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：

由于采用了双联泵的结构，具有主、副泵两个泵，因此可以在转向泵高速运转时让其中一个泵输出的油液流回油箱(或吸油口)，使这部分油液的压力接近于零压，达到卸荷的目的，从而减少高转速下转向泵的功率损耗。由于在双联泵的出口处装有合流控制阀组，因而可以控制副泵或主泵输出油液的流动方向，即可以根据工作需要，控制副泵输出的油液与主泵输出的油液合流，或让其中一个泵输出的油液直接流回油箱(或吸油口)，以节省能耗。因此可以针对不同的工况实现不同的节能控制。合流控制部分的换向阀的控制方式可以是电控、液控或其它控制方式，控制信号可以是车速、发动机转速或其它信号。

附图说明

图1是一种常用的转向泵的***原理图；

图2是本发明的一种实施方式的液压***原理图；

图3是常用转向泵的转速-流量曲线图；

图4是常用转向泵的转速-效率曲线图；

图5是本发明的转速-流量曲线图；

图6是本发明的转速-效率曲线图；

图7是本发明的第二种实施方式的液压***原理图；

图8是本发明的第三种实施方式的液压***原理图；

图9是本发明的第四种实施方式的液压***原理图。

图中：I-双联双作用叶片泵，包括A主泵和副泵B；II-限流限压控制阀组，III-合流控制部分，1-溢流主阀，2-先导阀，3-节流口，4-节流口，5-两位两通换向阀，6-单向阀，7-两位三通的换向阀，8-三位三通的换向阀，9-单向阀，10-三位四通的换向阀。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图2、图7、图8、图9所示，本发明包括双作用叶片泵，由溢流主阀1、先导阀2、第一节流口3和第二节流口4组成的限流限压控制阀组II，先导阀2的出口和溢流主阀1的出口相连，溢流主阀1的入口和第二节流口4的入口相连，第二节流口4的出口接整个转向泵的出口和第一节流口3的入口，第一节流口3的出口接先导阀2的入口和溢流主阀1的先导油口，其中：

所述的双作用叶片泵为主泵A和副泵B组成的双联双作用叶片泵I：主泵A和副泵B的转子串在同一根轴上，并由该轴带动一起旋转，双联双作用叶片泵I的吸油口接先导阀2的出口和溢流主阀1的出口，主泵A和副泵B的出口根据合流控制部分III的不同而有不同的连接形式；

所述的其合流控制部分III有以下四种形式：

1)、如图2所示，合流控制部分III包括两位两通换向阀5和单向阀6，副泵B的出口接两位两通换向阀5的入口和单向阀6的入口，两位两通换向阀5的出口接油箱(或转向泵的吸油口)，单向阀6的出口接主泵A的出口和溢流主阀1的入口。两位两通换向阀5可以是电控、液控或其它控制方式，在接到控制信号后换向，接通或切断副泵B与油箱(或转向泵吸油口)之间的油路，从而实现副泵的输出油液单独回油或与主泵合流输出。

2)、如图7所示，合流控制部分III包括两位三通换向阀7，副泵B的出口接两位三通换向阀7的入口，两位三通换向阀7的一个出口接油箱(或转向泵的吸油口)，两位三通换向阀7的另一个出口接主泵A的出口和溢流主阀1的入口。两位三通换向阀7可以是电控、液控或其它控制方式，在接到控制信号后换向，接通或切断副泵B与油箱(或转向泵吸油口)之间的油路，从而实现副泵的输出油液单独回油或与主泵合流输出。

3)、如图8所示，合流控制部分III包括三位三通换向阀8、第一、第二单向阀6、9，副泵B的出口接三位三通换向阀8的一个入口和第一单向阀6的入口，主泵A的出口接三位三通换向阀8的另一个入口和第二单向阀9的入口，第一单向阀6和第二单向阀9的出口接溢流主阀1的入口，三位三通换向阀8的出口接油箱(或转向泵的吸油口)。三位三通换向阀8可以是电控、液控或其它控制方式，在接到控制信号后换向，接通或切断主泵A或副泵B与油箱(或转向泵吸油口)之间的油路，从而实现主泵或副泵的输出油液单独回油或两个泵合流输出。

4)、如图9所示，合流控制部分III包括三位四通换向阀10，副泵B的出口接三位四通换向阀10的一个入口，主泵A的出口接三位四通换向阀10的另一个入口，三位四通换向阀10的一个出口接油箱(或转向泵的吸油口)，三位四通换向阀10的另一个出口接溢流主阀1的入口。三位四通换向阀10可以是电控、液控或其它控制方式，在接到控制信号后换向，接通或切断主泵A或副泵B与油箱(或转向泵吸油口)之间的油路，从而实现主泵或副泵的输出油液单独回油或两个泵合流输出。

本发明的工作原理如下：

双联叶片泵由发动机带动旋转，从油箱吸油，并从两个泵各自的出口输出油液。

对于本发明的第一种实施方式而言，当发动机转速较低时，泵输出的流量也较小。此时两位两通换向阀5处于断开油路的状态，副泵B输出的油液只能通过单向阀6流到主泵A的出口处，与主泵A输出的油液合流，一起向转向器供油。

随着发动机转速的逐渐提高，转向泵输出的流量也逐渐变大，当叶片泵输出的流量超过限流限压控制阀组限定的流量最大值时，限流限压控制阀组的溢流主阀1打开，多余的流量通过主阀口流回转向泵的吸油口，从而限制了输出到转向器的流量，以保证高速行驶时转向的安全性。转速越高，通过主阀流回吸油口的流量就越大，这部分流量没有进入转向器做功，其能量完全损耗在主阀口上。

转向泵的转速继续提高，两个泵输出的流量继续随之增大。当转速到达一定数值时，主泵A的输出流量能够满足转向器的工作需要，两位两通换向阀5切换到接通油路的状态。此时副泵B输出的油液直接通过两位两通换向阀5流回油箱(或吸油口)，副泵B出口处的压力下降为零，单向阀6在主泵A出口压力的作用下关闭，从而阻止主泵A输出的油液流至副泵B的出口。

在这种状态下，只有一个主泵A通过限流限压控制阀组向转向器输出油液，因而只有主泵A输出的多余流量会通过限流限压控制阀组的溢流主阀1回油而产生功率损失。副泵B输出的流量全部通过两位两通换向阀5回油，由于两位两通换向阀5的开口量很大，副泵B的出口处压力接近零压，其输出的流量基本上不承受负载，因此做功近似于零，也就是说此时副泵B产生的功率损耗极小，可以忽略不计。通过这种方法，减小了经过溢流主阀1回油的多余流量，从而降低了这部分多余流量产生的能量损耗。

图3所示是常用转向泵的转速-流量曲线图，虚线表示双作用叶片泵输出到限流限压控制阀组的流量Qa，实线表示经过限流限压控制阀组限流作用后输出给转向器的流量Qb。这两条曲线在转速还未达到n₀(在图中n₀约为800rpm)时是重合的，当转速超过n₀后，转向泵输出的油液流量Qb受到限流限压控制阀组的限制不再升高而一直保持基本恒定(由于采用的限流限压控制阀组的结构各有不同，有些转向泵的输出流量随转速的提高而略有下降)。该图中两条曲线的差值就是通过限流限压控制阀组主阀回油的多余流量部分，这部分功率完全损失。

图4是常用转向泵的转速-效率曲线图，从中可以看到，转向泵的工作效率随着转速的升高而下降，当转速超过n₀后，效率的下降幅度更快，这是因为此时溢流主阀打开，大量的多余流量通过溢流主阀回油产生功率损耗而导致的。

图5所示是采用本发明的转向泵的转速-流量曲线图，虚线表示双联双作用叶片泵输出到限流限压控制阀组的流量，实线表示经过限流限压控制阀组限流作用后输出给转向器的流量。该图中两条曲线的差值就是通过限流限压控制阀组主阀回油的多余流量部分，这部分功率完全损失。转速n₁表示两位两通换向阀5换向时的泵转速，在此称为切换速度。

与图3比较可以看到，在泵的转速还未达到切换速度n₁时，两者输出流量的情况是完全相同的。当泵转速超过n₁后，图5中双联双作用叶片泵输出到限流限压控制阀组的流量陡然下降，这是因为两位两通换向阀换向，接通了副泵到油箱(或吸油口)的回油路，副泵输出的油液通过换向阀直接流回了油箱(或吸油口)。从图中可以看出，在泵转速超过切换速度n₁后，图5中进入限流限压控制阀组的多余流量(两条曲线的差值)要比图3中少得多。因此本发明在发动机高速运转的状态下，可以有效地降低多余流量产生的功率损耗，提高转向泵的工作效率。

图6是采用本发明的转向泵的转速-效率曲线图。可以看到，在泵的转速低于n₀时，其效率低于常用的转向泵，这是因为上述实施方式中，两位两通换向阀5采用了滑阀的形式，滑阀在关闭时也存在着一定的流量泄漏，从而导致低转速下效率较低。但是由于汽车发动机的怠速一般在800rpm左右，约等于n₀，因此转向泵基本不在低于n₀的转速范围内工作，所以在该范围内的低效率并不影响转向泵的工作。当泵的转速在n₀和n₁之间时，其工作效率与常用的转向泵基本相同。泵转速超过n₁后，其效率大幅上升，上升幅度取决于两个泵单元排量之比。

在实际应用中，两位两通换向阀5可以采用滑阀形式，也可以采用锥阀或球阀的形式，两个泵单元的排量比也可根据实际需要而设计为任意数值。

图7所示是本发明的第二种实施方式的液压***原理图。在该实施方式中，采用了一个两位三通的换向阀7来代替前一实施方式中的两位两通换向阀5和单向阀6，即副泵B的出口d接两位三通换向阀7的入口，两位三通换向阀7有两个出口，一个接主泵A的出口a，另一个接回油口t’(t’可以接油箱或吸油口t)。在两位三通换向阀7的控制下，副泵B输出的油液可以与主泵A输出的油液合流，或者单独回油以降低能耗，其节能原理与第一种实施方式相同。

图8所示是本发明的第三种实施方式的液压***原理图。在该实施方式中，用了一个三位三通换向阀8和两个单向阀6、9来代替第一种实施方式中的两位两通换向阀5和单向阀6。换向阀8有两个入口，副泵单元B的出口d接单向阀6的入口和三位三通换向阀8的一个入口，主泵A的出口a接单向阀9的入口和三位三通换向阀8的另一个入口，三位三通换向阀8的出口接回油口t’(t’可以接油箱或吸油口t)，单向阀6和9的出口接在一起，共同接在限流限压控制阀组II的入口e处。当三位三通换向阀8处于中位时，主泵和副泵共同向限流限压阀组II输出油液；当三位三通换向阀8处于左位时，副泵B打出的油液通过三位三通换向阀8回油，由主泵A单独输出油液；当三位三通换向阀8处于右位时，主泵A打出的油液通过三位三通换向阀8回油，由副泵B单独输出油液。在这种实施方式下，如果主泵和副泵的排量不同，则双联双作用叶片泵I在合流控制部分III的控制下可以输出三种不同的流量(泵转速不变情况下)，其节能原理与第一种实施方式相同。

图9所示是本发明的第四种实施方式的液压***原理图。在该实施方式中，用了一个三位四通换向阀10来代替第三种实施方式中的三位三通换向阀8和单向阀6、9。三位四通换向阀10有两个入口，一个接副泵B的出口d，另一个接主泵A的出口a；三位四通换向阀10有两个出口，一个接回油口t’(t’可以接油箱或吸油口t)，另一个接限流限压控制阀组II的入口e。当三位四通换向阀10处于中位时，主泵和副泵单元共同向限流限压阀组II输出油液；当三位四通换向阀10处于左位时，副泵B打出的油液通过三位四通换向阀10回油，由主泵A单独输出油液；当三位四通换向阀10处于右位时，主泵A打出的油液通过三位四通换向阀10回油，由副泵B单独输出油液。在这种实施方式下，如果主泵和副泵的排量不同，则双联双作用叶片泵I在合流控制部分III的控制下可以输出三种不同的流量(泵转速不变情况下)，其节能原理与第一种实施方式相同。

与现在常用的转向泵相比，本发明由于采用了双联双作用叶片泵，所以在泵高速运转时可以使其中的一个泵卸荷(即输出油液直接回油)，只靠一个泵工作，这样减少了多余流量的功率损耗，达到较好的节能效果。

再者，由于本发明采用了换向阀来控制泵的卸荷，而换向阀可以电控，也可以液控、气控或机械控制，所以在应用中可以根据实际情况采用任何一种控制方式来达到节能的目的。可以采集汽车行驶速度、发动机转速或其它信号量来作为控制换向阀换向的依据，也可以通过液压转向***内部的压力信号来控制换向阀的换向。

Claims

1、汽车双联式液压动力转向泵，包括双作用叶片泵，由溢流主阀(1)、先导阀(2)、第一节流口(3)和第二节流口(4)组成的限流限压控制阀组(II)，先导阀(2)的出口和溢流主阀(1)的出口相连，溢流主阀(1)的入口和第二节流口(4)的入口相连，第二节流口(4)的出口接整个转向泵的出口和第一节流口(3)的入口，第一节流口(3)的出口接先导阀(2)的入口和溢流主阀(1)的先导油口，其特征在于：

1)所述的双作用叶片泵为主泵(A)和副泵(B)组成的双联双作用叶片泵(I)：主泵(A)和副泵(B)的转子串在同一根轴上，并由该轴带动一起旋转，双联双作用叶片泵(I)的吸油口接先导阀(2)的出口和溢流主阀(1)的出口，主泵(A)的出口接溢流主阀(1)的入口和第二节流口(4)的入口；

2)合流控制部分(III)：包括两位两通换向阀(5)和单向阀(6)，副泵(B)的出口接两位两通换向阀(5)的入口和单向阀(6)的入口，两位两通换向阀(5)的出口接油箱或转向泵的吸油口，单向阀(6)的出口接主泵(A)的出口。

2、汽车双联式液压动力转向泵，包括双作用叶片泵，由溢流主阀(1)、先导阀(2)、第一节流口(3)和第二节流口(4)组成的限流限压控制阀组(II)，先导阀(2)的出口和溢流主阀(1)的出口相连，溢流主阀(1)的入口和第二节流口(4)的入口相连，第二节流口(4)的出口接整个转向泵的出口和第一节流口(3)的入口，第一节流口(3)的出口接先导阀(2)的入口和溢流主阀(1)的先导油口，其特征在于：

2)合流控制部分(III)：包括两位三通换向阀(7)，副泵(B)的出口接两位三通换向阀(7)的入口，两位三通换向阀(7)的一个出口接油箱或转向泵的吸油口，两位三通换向阀(7)的另一个出口接主泵(A)的出口。

3、汽车双联式液压动力转向泵，包括双作用叶片泵，由溢流主阀(1)、先导阀(2)、第一节流口(3)和第二节流口(4)组成的限流限压控制阀组(II)，先导阀(2)的出口和溢流主阀(1)的出口相连，溢流主阀(1)的入口和第二节流口(4)的入口相连，第二节流口(4)的出口接整个转向泵的出口和第一节流口(3)的入口，第一节流口(3)的出口接先导阀(2)的入口和溢流主阀(1)的先导油口，其特征在于：

1)所述的双作用叶片泵为主泵(A)和副泵(B)组成的双联双作用叶片泵(I)：主泵(A)和副泵(B)的转子串在同一根轴上，并由该轴带动一起旋转，双联双作用叶片泵(I)的吸油口接先导阀(2)的出口和溢流主阀(1)的出口；

2)合流控制部分(III)：包括三位三通换向阀(8)、第一、第二单向阀(6、9)，副泵(B)的出口接三位三通换向阀(8)的一个入口和第一单向阀(6)的入口，主泵(A)的出口接三位三通换向阀(8)的另一个入口和第二单向阀(9)的入口，第一单向阀(6)和第二单向阀(9)的出口接溢流主阀(1)的入口，三位三通换向阀(8)的出口接油箱或转向泵的吸油口。

4、汽车双联式液压动力转向泵，包括双作用叶片泵，由溢流主阀(1)、先导阀(2)、第一节流口(3)和第二节流口(4)组成的限流限压控制阀组(II)，先导阀(2)的出口和溢流主阀(1)的出口相连，溢流主阀(1)的入口和第二节流口(4)的入口相连，第二节流口(4)的出口接整个转向泵的出口和第一节流口(3)的入口，第一节流口(3)的出口接先导阀(2)的入口和溢流主阀(1)的先导油口，其特征在于：

2)合流控制部分(III)：包括三位四通换向阀(10)，副泵(B)的出口接三位四通换向阀(10)的一个入口，主泵(A)的出口接三位四通接换向阀(10)的另一个入口，三位四通换向阀(10)的一个出口接油箱或转向泵的吸油口，三位四通换向阀(10)的另一个出口接溢流主阀(1)的入口。