CN103857912A - 预压缩双弹簧泵控制装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种可变容量叶片泵（20），其具有能够移动以改变泵（20）的容量的泵控制环（44）。控制室（60）形成在泵外壳（22）与控制环（44）之间。该控制室（60）能够操作成接纳加压流体以产生力来移动控制环（44）从而减小泵（20）的容积容量。主返回弹簧（56）作用在控制环（44）与外壳（22）之间以将控制环（44）朝向最大容积容量的位置偏置。轴在一端处联接至控制环，并且轴的第二端定位成离开外壳（22）预定距离。副返回弹簧（62）围绕轴安装，并且构造成在控制环（44）已经移动预定量之后接合控制环（44）。副返回弹簧（62）将控制环（44）朝向最大容积容量的位置偏置。副返回弹簧（62）反作用于控制室（60）的力以建立第二平衡压力。

Description

预压缩双弹簧泵控制装置

相关申请的交叉引用

本申请要求以Matthew Williamson的名义于2011年10月7日提交的、名称为“PRE-COMPRESSION DUAL SPRING PUMP CONTROL”的美国临时专利申请No.61/544,841的优先权，该申请的全部内容并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开总体上涉及改进的泵装置。更具体地，本公开涉及改进的泵和控制装置，所述泵和控制装置用于提供可变容量泵的输出的更好的控制，该可变容量泵具有作为用于车辆中的用于发动机的油泵的特定应用。

背景技术

通常已知的是使泵用于诸如油之类的不可压缩的流体。这种泵一般是可变容量叶片类型的。这种泵包括可移动泵环，从而允许改变泵的转子的偏心量以改变泵的容量。

在诸如汽车润滑或油泵之类的环境中——其中使泵操作在操作速度的范围上操作——需要具有改变泵的容积容量以保持压力的能力。在这种环境中，为了保持平衡压力，已知的是采用从泵的输出至与泵控制环或滑块相邻的控制室的工作流体（例如润滑油）的反馈供给，在控制室中的压力克服从返回弹簧施加到控制环的偏置力而起作用以移动控制环从而改变泵的容量。

通常，对通过车辆的发动机来操作的这种油泵而言，在泵的输出处的压力随着泵的操作速度的增大而增大，增大的压力施加于控制环（或滑块）以克服返回弹簧的偏置力并且以移动控制环从而减小泵的容量，因此减小了输出容积，并且因此减小了泵的输出处的压力。

由于当泵的操作速度减小时在泵的输出处的压力降低，则施加至与控制环（或滑块）相邻的控制室的压力减小。当施加至与控制环相邻的控制室的压力减小时，返回弹簧的偏置力移动控制环以增大泵的容量、提升输出容积，并且因此提升泵的压力。以此方式，在泵的输出处获得和/或保持了平衡压力。

常规的，平衡压力被选择为对于发动机的期望操作（例如速度）范围的可接受压力。由于发动机通常在非常大的速度范围上操作，因此，所选择的平衡压力必然是折中方案。平衡压力被选择成使得：在与较高的发动机操作速度（以向发动机供给更大量的油）所需的工作流体压力相比的较低的工作流体压力情况下，油泵以较低的操作速度以可接受的方式（向发动机供给充足的油）操作。为了限制发动机的过度磨损或其他损坏，发动机设计者通常选择满足最差情况（高的操作速度）条件的泵的平衡压力。当在这种情况下时，泵通常以较低的速度以比该速度所必需的容量的更大的容量来操作，从而浪费了泵送多余的以及不必要的工作流体的能量。

因此，仍存在有改进可变容量叶片泵的性能特性的显著需要，该可变容量叶片泵具有至少两个平衡压力，并且提供更好的封装灵活性，同时提供更紧凑结构的泵。

发明内容

在根据本发明的至少一个示例性实施方式中，公开了控制可变容量泵的容量的***和方法，其减轻并甚至消除了现有技术的至少一个缺点。在根据本发明的至少一个示例性实施方式中，公开了可变容量泵，该可变容量泵减轻并甚至消除了现有技术的至少一个缺点。在根据本发明的至少一个示例性实施方式中，可变容量泵提供了更好的封装灵活性，同时提供更紧凑的泵。

在根据本发明的至少一个示例性实施方式中，公开了可变容量泵，特别地公开了可变容量叶片式泵，该泵具有可移动泵控制环（或滑块）。该可移动泵控制环基于泵的操作速度来改变泵的容量。在一个示例性实施方式中，泵能够以两个选定的平衡压力来操作。泵具有外壳，该外壳在其中具有泵室，并且叶片泵以可旋转的方式安装在泵室中。控制环在泵室内包围叶片泵转子，并且能够在泵室内移动以改变泵的容量。包围叶片泵转子的控制环与泵外壳一起限定了控制室。该控制室接纳加压流体，该加压流体的压力作用在控制环上以在控制室内移动控制环从而减小泵的容积容量。

在根据本发明的至少一个示例性实施方式中，可变容量泵包括在控制环（或滑块）与外壳（或其他基座）之间作用的主（primary）返回弹簧以施加偏置力以将控制环朝向最大容积容量的位置及远离最小容积容量的位置移动。主返回弹簧反作用于施加至控制环的控制室的力以将控制环朝向偏置弹簧移动，其净产出（net out）成建立第一平衡压力。在一个示例性实施方式中，安装有副（secondary）返回弹簧，在一个实施方式中，该返回弹簧安装在外壳中，并且构造成在控制环已经移动预定量之后接合控制环。副返回弹簧同样将控制环朝向最大容积容量的位置移动。除第一返回弹簧反作用于控制室之外，副返回弹簧的力也设计成反作用于控制室的力以建立第二平衡压力。在替代的示例性实施方式中，预拉伸副弹簧并且副弹簧包括用于延迟经预拉伸的第二弹簧的偏置力的作用的间隙。

附图说明

图1示出了根据本发明的可变容量泵的局部图形平面图；

图2示出了在图1的可变容量泵中使用的控制环或滑块的局部图形平面图；

图3示出了图1的可变容量泵的副弹簧***的局部示意性视图；

图4示出了说明图1的可变容量泵的性能的曲线图；

图5示出了根据本发明的替代性示例实施方式的可变容量泵的局部图形平面图。

图6示出了根据替代实施方式的用于可变容量泵中的副双弹簧***的局部示意性视图；

图7示出了根据替代实施方式的用于可变容量泵中的模块化的副弹簧***的局部示意性视图；

图8示出了根据替代实施方式的用于可变容量泵中的组合双弹簧***的局部示意性视图；

图9示出了根据另一替代实施方式的用于可变容量泵中的模块化的副弹簧***的局部示意性视图；

图10示出了根据另一替代实施方式的用于可变容量泵中的组合双弹簧***的局部示意性视图；以及

图11示出了根据另一替代实施方式的用于可变容量泵中的组合双弹簧***的局部示意性视图。

具体实施方式

通常参照图1至图11并且具体地参照图1至图3，如图1最佳示出地，公开了根据本公开实施方式的可变容量叶片泵20。该泵20包括具有前面24的外壳22，其使用诸如适合的垫片密封件之类的任何已知的或合适的密封装置通过泵盖（未示出）密封。泵20与发动机（未示出）等联接并密封，其中，泵20向发动机等供给诸如油之类的加压工作流体。

泵20包括传动轴28，传动轴28由诸如发动机或其他机构的动力输出装置（power take off）之类的任何适合的驱动装置驱动以操作泵20。当传动轴28旋转时，位于泵室36内的泵转子32由传动轴28驱动。当转子32旋转时，一系列可移动或可滑动的泵叶片40旋转。每个叶片40的外端与形成泵室36的外壁的泵控制环44的内周面接合。泵叶片40和泵室36的外壁将泵室分成一系列扩大和收缩的泵室48，泵室48还由泵控制环44的内表面和泵转子32限定。

泵控制环44在枢转销52处安装在外壳22内，其允许泵控制环44的中心相对于转子32的中心移动。由于泵控制环44的中心相对于泵转子32的中心偏心地定位，并且泵转子32和泵控制环44的内部中的每一者的形状呈圆形，因此在室48围绕泵室36旋转时，工作流体室48的容积改变，其中，它们的容积在泵20的低压侧（图1中泵室36的左手侧）处变得较大，以及在泵20的高压侧（图1中泵室36的右手侧）变得较小。工作流体室48的容积的这种改变使泵20产生泵送作用，从而将工作流体从入口50抽出并且将其加压并输送至出口54。

通过使泵控制环44围绕枢转销52移动，能够改变泵控制环44相对于泵转子32的偏心量，以改变工作流体室48从泵20的低压侧至泵20的高压侧的容积的变化量，因此改变了泵20的容积容量。仍参照图1和图2，主返回弹簧56接合控制环44的突部55和外壳22以将泵控制环44偏置到如图1中所示位置，其中，泵20具有最大偏心量。

控制室60形成在泵外壳22、泵控制环44、枢转销52以及弹性密封件68之间，弹性密封件68安装在泵控制环44上并且与外壳22抵接。在如图1中最佳示出的说明的实施方式中，控制室60与泵出口54直接流体连通，使得向泵出口54供给的来自泵20的加压工作流体同样填充控制室60。然而，控制室60无需与泵出口54直接流体连通并且相反地能够由工作流体的诸如通过泵20供给的在汽车发动机中的油道之类的任何适合的源来供给。

现在特别地参照图2，泵20的副控制由具有副突部58的控制环44提供，该第二突部58与第一或主突部55周向地间隔开。外壳22构造成容纳在预加载荷状态下的副弹簧62。优选地，副弹簧62为相对于弹簧56的高速率弹簧（high rate spring），弹簧56为低速率弹簧（low ratespring）。现在具体地参照图1和图3，外壳22构造成容纳在预加载荷或压缩的状态或位置中的弹簧62。控制环44的副突部58通过间隙64与弹簧62间隔开预定的距离，同时控制环44处于最大流量容量状态。

在操作中，控制室60中的加压工作流体反作用于泵控制环44。当由泵控制环44上的加压工作流体的压力产生的力足够克服返回弹簧56的偏置力时，泵控制环44围绕枢转销52沿如图1和图2中所示的逆时针方向枢转以减小泵20的偏心量。当控制环44上的加压工作流体的压力不足以克服返回弹簧56的偏置力时，泵控制环44由于返回弹簧56的力而保持围绕枢转销52的顺时针枢转以增大泵20的偏心量。在泵20的输出处的流体的特性（压力和流量）能够根据泵的操作速度用曲线图来表示。参照图4，曲线的部段“a”表示当泵20的偏心量最大时的泵20的性能，其中，由于控制环44上的返回弹簧56的力，泵20的偏心量在控制环44处于最大顺时针位置时最大。由泵20输出的流体的流量依循固定或最大容量线，以及，流体的压力依循与该固定容量相关的载荷阻力曲线。

曲线上的部段“b”表示低速率返回弹簧56的预加载荷被作用在控制环44上的压力克服并且控制环44进行枢转的点。根据压力与主返回弹簧56的弹簧力之间的平衡，在输出处的流体的压力和流量大致保持恒定。在该点处，副突部58未与高速率弹簧62接触。

曲线的部段“c”表示当图3中最佳示出的间隙64接近0，并且副突部58接触高速率或副弹簧62，但室60中的压力不足以高到克服副弹簧62的预加载荷时的情况。因此，泵20的偏心量在该中间值处保持恒定并且输出流量依循另一（较小的）固定容量线。该流的压力依循与该泵排量的较低值相关的新的载荷阻力曲线。

图4的曲线的部段“d”表示当作用在控制环44上的室60中的流体压力克服高速率弹簧62的预加载荷，并且控制环44再次在枢转件52上逆时针移动时的情况。根据室60中的压力与弹簧56和62的组合力之间的平衡，泵出口的压力和流量大致保持恒定。当室60中的加压工作流体的压力不足以克服返回弹簧56和62的组合偏置力时，泵控制环44沿顺时针方向围绕枢转销52枢转以增大泵20的偏心量。

第一弹簧56和第二弹簧62在图1至图3中示出为分别设置在外壳22内的单独的壳体中。尽管对本领域技术人员而言明显的是，在未背离本公开内容的范围内，两个弹簧56和62可以以其他构型、包括在相同的壳体中同中心的弹簧进行设置，但已经发现其他设置提供了被认为不显著的特定封装和性能的改进。在图5中公开的一个特定示例中，示出了与图1至图3相比的第二弹簧62的替代设置。在图5的该替代的示例性实施方式中，替代实施方式的可变容量泵20包括与类似于图1的实施方式的控制环44的第一突部或延伸构件55相关联的第一控制弹簧62。图5的泵20还包括作用在控制环44的突部或第二延伸构件58的第二弹簧62。图5的泵20还包括具有穿过突部58中的孔或通道的第一端的轴，并且该轴向远端延伸至与外壳22限定间隙（g）的第二端。通过使用将该轴紧固至控制环44的一对螺母但也可以使用任何已知或合适的紧固件或类似装置，将该轴的第一端联接至控制环44的突部50。该轴的第二端包括在第二端处形成或联接的预拉伸元件以限定将弹簧62捕捉在突部58与轴的第二端的预拉伸元件之间的肩部。图5的泵20的操作可以与图1至图4的实施方式的操作相同。

现在参照图6中示出的泵20的替代实施方式，泵20通常与图5的其他替代的示例性实施方式的泵20非常相似，除了图6中的轴通过使用压配合环圈（collar）联接或紧固在控制环44的突部58中的通道中。压配合环圈设计成紧固至轴的第一端，使得轴对于被捕捉在轴的第二端的预拉伸元件的肩部与控制环的突部58之间的第二弹簧进行预拉伸，同时也限定了使根据图6的可变容量叶片泵20根据图4中示出的优选操作曲线进行操作所需的间隙（g）。

现在参照图7和图9中示出的泵20的替代实施方式，泵20通常与图1或图5的泵20非常相似，除了泵20包括用于操作或保持第二控制弹簧62并且限定间隙（g）的模块或第二壳体80。第二壳体80通常为矩形（如在附图中示出的截面）构件，其具有与控制环44的突部58对准的第一端和远离第一端的第二端。在图7中，第二端通过使用压配合塞有利地封闭，压配合塞用于将第二控制弹簧62保持在第二壳体80内并且将第二弹簧62的力传递至滑块或控制环44。在图7和图9的替代的示例性实施方式中，控制环44的突部或延伸构件58包括第一部和与第一部成角度对准的第二部。优选地，第二部朝向壳体80的第一端对准以穿过壳体80的第一端中的通道并且接触用于在控制环44与第二弹簧62之间传递力的第一构件。壳体80的第一端中的开口设计成通过使用壳体80的第一端的长度限定间隙（g）。由于图7和图9的泵20中的压力随着泵20的速度而增大，因此突部58的第二部行进通过间隙（g）的距离直到其接触到第一构件，从而在第一构件在壳体80中朝向第二端移动时将力传递至第二弹簧62。相对于突部58的第二部成角度延伸的突部58的第二部可以被有利地使用以限定突部58和因此控制环44的行进的极限。

现在参照分别在图8中示出的包括弹簧壳体80和第一弹簧56及第二弹簧62的泵20的替代的示例性实施方式，壳体80示出为分别保持第一控制弹簧56和第二控制弹簧62。由于第一控制弹簧56和第二控制弹簧62可相应地更紧密地一起放置（co-located），因此，图8的壳体80提供了在泵20中显著改进的封装的灵活性。特别地，第一控制弹簧56和第二控制弹簧62在壳体80内相应地平行或并排地对准，并且第一控制弹簧56和第二控制弹簧62中的每一者的第一端相应地反作用于在壳体80内延伸的共用的第一部或壁82。类似于图7和图9的替代的示例性实施方式，弹簧壳体80可以制成更模块化的，使得弹簧壳体80可以：或者与泵20的壳体22整体地制造；或者单独制造，并且随后与泵20的壳体22或其他零件一体地制成。用于壳体80的这种设计提供了泵20的更显著的设计灵活性和使用性。尽管壳体80示出为具有通常矩形的截面，但应该理解的是，也能够具有其他形状。

现在参照图10和图11中示出的替代的示例性实施方式，泵20分别包括第一弹簧56及第二弹簧62的设置和壳体80。与图8中示出的并排的或平行的设置相比，共用的壳体80示出为分别成串列地或串联地保持第一控制弹簧56和第二控制弹簧62。由于第一控制弹簧56和第二控制弹簧62可相应地更紧密地对准并一起放置，因此图10和图11的壳体80也提供了泵20中的显著改进的封装灵活性。特别地，第一控制弹簧56和第二控制弹簧62在壳体80内相应地成串列地对准。具体地参照图10，第一弹簧56最靠近控制环或滑块44的突部58地定位，以及第二控制弹簧62定位于远端。具有大致t形形状的销定位在相应地第一弹簧56与第二弹簧62之间。突部58将首先作用在弹簧56（弹簧1）上超过给定的距离，直到突部58接触销并开始压缩第二弹簧62（弹簧2）为止。图11中示出的替代的实施方式类似于图10中的实施方式，除了t形形状的销位于第一控制弹簧56与控制环或滑块44的突部58之间，以及保持器设置在第二控制弹簧62与销的第二端之间，使得一旦第一控制弹簧56（弹簧1）压缩给定距离时，来自突部58的力将开始克服第二控制弹簧62（弹簧2）的力而被施加。

在本文中或附图中引用的任何数值意在包括以一个单位的增量从较低值到较高值的所有值，在任意较低值与任意较高值之间存在有至少两个单位的间隔。作为示例，如果规定为诸如例如温度、压力、时间之类的过程变量的组成部分或值为例如从1至90、优选地从20至80、更优选地从30至70，则意在使诸如15至85、22至68、43至51、31至32之类的值在说明书中清楚地列举。对于小于一的值，一个单位视情况被视为0.0001、0.001、0.01或0.1。这些仅是特别有意的示例，并且在列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能组合被视为以类似的方式在本申请中清楚地阐明。可以看出，在本文中以“重量份数”表达的量的教示也采用根据重量百分数表达的相同范围。因此，在本发明的详细的说明中根据“所得的聚合物的混合组成的x’的重量份数”的范围的表述也采用同样引用的“所得的聚合物的混合组成的x”的重量百分数的范围的教示。

除非另作说明，所有范围包括两个端点和端点之间的所有数值。与范围有关的“大约”或“大致”的使用适于所有端点和范围。因此“大约20至30”意为覆盖“大约20至大约30”，把至少特定的端点包括在内。

包括专利申请和公布在内的所有文章及参考文献通过参引被并入以用于所有目的。用于描述组合的术语“基本由…构成”应该包括元件、成分、部件或确定的步骤，并且这种其他元件、成分、部件或步骤没有实质影响组合的基本特性和新颖特性。本文中用于描述元件、成分、部件或步骤的组合的术语“包含”或“包括”的使用也采用由元件、成分、部件或步骤基本构成的实施方式。通过在本文中使用术语“可以”，意在使“可以”包括的任何描述的属性是可选的。

复数元件、成分、部件或步骤能够由单个一体的元件、成分、部件或步骤提供。替代性地，单个一体的元件、成分、部件或步骤可以分成单独的复数元件、成分、部件或步骤。用于描述元件、成分、部件或步骤的“一”或“一种”的公开并不意在排除额外的元件、成分、部件或步骤。

理解的是，上文的描述意在说明而非限制。在根据阅读上文的描述之后，除提出的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说是明显的。因此本发明的范围并不参照上文的描述来确定，而是应该参照附加的权利要求连同该权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。包括专利申请和公布在内的所有文章和参考文献通过参引被并入以用于所有目的。本文中公开的主题的任何方面在以下权利要求中的省略并不视为该主题的被放弃，也不应该被视为发明人不认为该主题是公开的发明主题的一部分。

Claims (11)

1.一种可变容量叶片泵，所述可变容量叶片泵具有用于改变泵的输出容量的可移动泵控制环，所述可变容量叶片泵包括：

泵外壳，所述泵外壳具有在其中的泵室，所述泵外壳具有入口和出口；

叶片泵转子，所述叶片泵转子以可旋转的方式安装在所述泵室中；

控制环，所述控制环在所述泵室内包围所述叶片泵转子，

多个叶片，所述多个叶片操作性地接合所述转子并且摩擦性地接合所述控制环，用于将流体从所述入口通过所述泵室泵送至所述出口，所述控制环能够在所述泵室内移动以改变泵的容积容量；

可变控制室，所述可变控制室由所述泵外壳和所述控制环限定，所述控制室能够操作成接纳加压流体以产生力从而将所述控制环朝向所述泵室的最小容积容量的位置偏置；

第一返回弹簧，所述第一返回弹簧用于将所述控制环沿朝向所述泵的更大容积容量的位置的方向偏置，所述第一返回弹簧的力反作用于所述控制环的力以建立第一平衡；以及

第二返回弹簧，所述第二返回弹簧用于将所述控制环沿朝向所述泵的更大容积容量的位置的方向偏置，在所述控制环已经克服所述第一返回弹簧的所述偏置力移动至少第一预定量之后，所述第二返回弹簧的力反作用于所述控制环的力。

2.根据权利要求1所述的可变容量叶片泵，其中，将所述第二返回弹簧预先加载。

3.根据权利要求1或2所述的可变容量叶片泵，还包括轴，所述轴具有第一端和第二端，所述第一端联接至所述控制环，所述第二端位于远离所述第一端和所述控制环处，所述轴的所述第二端与所述泵的壳体间隔开预定距离，并且其中，所述第二弹簧位于所述控制环与所述第二端之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可变容量叶片泵，还包括用于容纳所述轴和所述第二返回弹簧的至少一部分的第二壳体。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的可变容量叶片泵，还包括用于容纳所述轴和所述第二返回弹簧的至少一部分的第二壳体，并且其中，所述第二壳体包括第一端和第二封闭端，所述第二封闭端包括压配合塞。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的可变容量叶片泵，还包括用于容纳所述轴和所述第二返回弹簧的至少一部分的第二壳体，并且其中，所述第二壳体包括第一端和第二封闭端，所述第二封闭端包括保持器卡夹件，所述保持器卡夹件联接至所述第二壳体的肩部并且将所述第二控制弹簧捕捉在所述壳体内。

7.根据权利要求1或2所述的可变容量叶片泵，其中，所述控制环包括在其中具有通道的延伸构件，所述可变容量泵还包括轴，所述轴具有第一端和远离所述第一端的第二端，所述第一端穿过所述控制环的所述延伸构件中的所述通道，所述第一端具有肩部，并且其中，所述第二控制弹簧位于所述控制环的所述延伸构件与所述轴的所述肩部之间。

8.根据权利要求1或2所述的可变容量叶片泵，还包括轴，所述轴具有第一端和位于远离所述第一端和所述控制环处的第二端，所述第一端联接至所述控制环，所述轴的所述第二端与所述泵的所述壳体间隔开预定距离，并且其中，所述第二弹簧位于所述控制环与所述第二端之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的可变容量叶片泵，还包括模块化的第二壳体，所述模块化的第二壳体用于保持所述第一控制弹簧和所述第二控制弹簧，并且在所述第一控制弹簧起作用和所述第二控制弹簧起作用时之间限定间隙（g）。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的可变容量叶片泵，还包括模块化的第二壳体，所述模块化的第二壳体用于保持所述第一控制弹簧和所述第二控制弹簧，并且在所述第一控制弹簧起作用和所述第二控制弹簧起作用时之间限定间隙（g），并且其中，所述第一控制弹簧和所述第二控制弹簧平行地对准。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的可变容量叶片泵，还包括模块化的第二壳体，所述模块化的第二壳体用于保持所述第一控制弹簧和所述第二控制弹簧，并且在所述第一控制弹簧起作用和所述第二控制弹簧起作用时之间限定间隙（g），并且其中，所述第一控制弹簧和所述第二控制弹簧串联地对准。

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