专利名称：具有可选出口压力的泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变容量叶轮泵或一种固定容量泵。更具体地，本发明涉及一种能够在至少两种不同平衡压力之间进行选择的任一类型的泵。
背景技术：
可变容量叶轮泵是众所周知的，其以容量调节元件为特征，该容量调节元件为所公知的滑环的环的形式且能够移动而改变泵的离心率并由此改变泵的体积容量。如果泵正向诸如汽车发动机润滑系统等的系统供应具有基本恒定的流体阻力，则改变泵的输出量相当于改变该泵所产生的压力。
具有改变泵流量的能力，这在诸如汽车润滑油泵等的环境中是重要的，其中，将在整个操作速度范围内对泵进行操作。在此种环境中，众所周知的是，采用将工作流体(例如润滑油)从泵的输出端反馈供应到对抗滑环作用的控制活塞或直接供应到滑环外部的部分来移动滑环，从而减小流量，通常是对抗复位弹簧的偏压移动滑环而减小流量。
采用控制活塞构造，当泵输出端的压力增加时，例如当泵的操作速度增加时，增加的压力被施加到控制活塞以克服复位弹簧的偏压，进而移动滑环以减小泵流量，从而减小输出量并由此减小泵输出端的压力。
相反，当泵输出端的压力下降时，例如当泵的操作速度减小时，施加到控制活塞的压力降低，该降低的压力减小了由控制活塞所施加的力，进而，复位弹簧能够移动滑环以增加泵的流量，提高输出量并由此提高泵压力。以这种方式在泵输出端获得平衡压力。
固定流量泵通常由减压阀控制，该减压阀通过将流的多余部分转移到诸如泵输入端等的低压空间来限制泵输出端的压力。减压阀系统往往以位于紧密配合的孔内的简单活塞为特征。活塞在孔内的位置确定了从泵输出端通向诸如泵输入端的低压空间的通道是打开还是封闭。活塞上的表面直接或间接地暴露于来自泵输出端的加压工作流体，趋向于沿打开所述通道的方向移动活塞。活塞由弹簧沿相反方向偏压，使得作用在活塞上的弹簧与加压流体之间的力相平衡而确定活塞在孔内的平衡位置。由此，在一个特定压力值下，通道将开始打开且流将开始转移。
在上述两种类型的泵内，平衡压力由工作流体在控制活塞上的作用区域、位于泵输出端的工作流体压力和复位弹簧所产生的力所确定。
传统地，该平衡压力选择为如下的压力，即，其对所期望的发动机操作范围而言是可接受的，因而，由于例如发动机也可以在工作流体压力比在较高发动机操作转速下所需的压力低的较低操作速度下合格地操作，其有一定程度的折衷。为防止对发动机的不适当磨损或其它损害，发动机设计者将选择满足最恶劣情况(高操作速度)的条件的泵的平衡压力。因此，在较低速度时，泵将在高于这些速度所需的压力下操作，浪费能源。
希望有能够在合理紧凑的泵外壳内提供至少两种平衡压力的可变流量叶轮泵或固定流量泵。
发明内容
本发明的目的是提供消除或减轻现有技术的至少一个缺点的新型可变容量叶轮泵或固定容量泵。
依据本发明的第一方面，提供一种可变容量叶轮泵，其具有能够移动而改变泵容量的滑环，所述泵可在至少两种平衡压力下操作，其包括泵外壳，该泵外壳内具有泵室；以可转动方式安装在泵室内的叶轮泵转子；将叶轮泵转子围在所述泵室内的滑环，该滑环可在泵室内移动以改变泵的容量；位于泵外壳内的控制罩；具有致动器端部和两个控制表面的控制活塞，该控制活塞容纳在控制罩内，使得该致动器端部接合该滑环，并使得各控制表面在控制罩内形成相应腔室，每个腔室连接到相应的通道，加压流体能够穿过相应通道提供至相应腔室或从相应腔室移除，从而在控制罩内移动控制活塞；以及复位弹簧，其作用在滑环和外壳之间，用以将滑环朝给定位置偏压，其中，可以施加或移除向该两个腔室之一供应的加压流体以改变泵的平衡压力。
依据本发明第二方面，提供一种固定容量泵，所述泵的泵外壳中具有孔，且一通路将泵输出端连接到低压空间；活塞，其依据在孔内的位置而打开或关闭通路，该活塞具有两个表面，使得每个表面在所述孔内形成相应的腔室，每个腔室连接到相应的通道，加压流体能够穿过相应通道提供至相应腔室或从相应腔室移除，从而在孔内移动活塞；以及复位弹簧，该复位弹簧作用在活塞和外壳之间而以对抗打开所述通路的方式偏压活塞，其中，可以施加或移除向两个腔室之一或两者供应的加压流体以改变泵的平衡压力。
现将参照附图仅以示例方式描述本发明的优选实施方式，其中图1是依据本发明第一实施方式的可变容量叶轮泵的前视图；图2是图1的泵的侧视图；图3是沿图2的线3-3所取的图1的泵的截面；图4是图1的泵中所使用的双室控制活塞；图5是图1的泵的滑环的立体图；图6是依据本发明第二实施方式的具有控制活塞的固定容量泵的视图；以及图7是沿图6的线4-4所取的截面。
具体实施例方式
依据本发明第一实施方式的可变容量叶轮泵在图1和图2中总体标示为20。在此实施方式中，泵20包括具有前面24的外壳22，其通过泵盖(未图示)和适当的垫圈密封到将由泵20供应加压工作流体的发动机(未图示)。
在大致传统的方式中，泵20包括驱动轴28，驱动轴28由任意的适当装置驱动以操作泵20，所述装置诸如要通过所述泵供应润滑油的发动机。当驱动轴28转动时，位于泵室36内的泵转子32通过驱动轴28转动。一系列可滑动的泵叶片40随着转子32转动，各叶片40的外端部接合滑环44的内表面以限定一系列工作流体室48，如图3最清楚示出的。
当滑环44的中央相对泵转子32的中央偏心设置(其中，滑环44和泵转子32都是圆形的)时，工作流体室48的容积随着其绕泵室36转动而改变，且它们的容积在泵20的低压侧增加而在泵20的高压侧减小。工作流体室48的这种容积变化产生泵20的泵效应。
通过相对泵转子32的中央移动滑环44的中央，(沿相对图中所示泵20的取向的竖直方向)可改变转子偏心率大小，从而改变工作流体室48的容积在泵20的低压侧上和泵20的高压侧上变化的比率，由此改变泵的体积容量。
如上所述，传统上提供控制活塞和复位弹簧来移动可变容量叶轮泵的滑环，从而建立平衡输出量及其相关的平衡压力。但是，如在图3和图4中最清楚示出的且依据本发明，泵20包括双控制表面式控制活塞52和复位弹簧56，用以控制滑环44。
泵20包括控制活塞罩60，控制活塞罩60中容纳有控制活塞52和复位弹簧56。控制活塞罩60包括内中央孔64，控制活塞52的致动器端部68穿过孔64延伸，且罩60具有内阶梯，使得罩60沿其长度具有两种不同直径。控制活塞52包括第一控制表面72和第二控制表面76，这两个表面分别接合罩60的两种直径中的相应一个直径，从而分别在罩60内形成第一腔室80和第二腔室84。腔室80和84每个都连接到相应的通道88和92，如图1最清楚示出的，加压工作流体能够穿过通道88和92供应到腔室80和84。
为有效利用可用空间，控制活塞52包括容纳复位弹簧56的中央孔，且控制活塞52与复位弹簧56的组件由插头100维持在控制活塞罩60内，插头100能够压配合或以其他方式安装在罩60内。复位弹簧56作用在插头100和控制活塞52之间以将控制活塞52的致动器端部68偏压出泵室36。
可以理解，将控制活塞52的致动器端部68连接到此例示实施方式中所采用的滑环44是非常有利的。众所周知，在控制活塞52和滑环44之间需要良好连接以确保基本避免这些元件之间的后冲，否则泵20会遭受所不希望的相对其平衡压力点的“振荡”。进一步地，滑环44和控制活塞52之间的连接必须以不需要无法使用或者为其它发动机部件所需空间的方式实现。但是，提供这样的良好连接会引起显著的机加工和/或组装劳动力成本。
在泵20内，滑环44由已知的烧结和定型方法形成而无需机加工，且此种方法通常可实现为公差不小于±0.025mm。如图5最清楚示出的，滑环44形成有槽104，槽的高度控制在上述±0.025mm公差内。
控制活塞52以传统方式进行机加工以提供与罩60内部的必要配合，且致动器端部68作为位于窄杆端部处的盘形钮形成于活塞52上，如图所示，其被机加工成以最小后冲(如果有的话)的方式配合在槽104的高度内。但是，盘形钮和窄杆的直径有意形成得比槽104的对应宽度小一些，以调节控制活塞52和滑环44的侧向错位，与上述后冲不同，这是容许的，可在组装过程等过程中发生。
槽104和控制活塞52的钮形致动器端部68组合，这使这种泵20的制造具有成本效率，且不需要通常所需的将控制活塞52连接到滑环44的销、簧环或其它接合硬件，因此降低了部件成本和组装成本。
如目前所清楚的，泵20能够以传统方式操作而通过将反馈供应的加压工作流体从泵20的输出端提供到腔室80或84之一来获得平衡压力。举例而言，加压工作流体可经由通道92提供给腔室84，且加压工作流体的压力在腔室84的相关区域上所产生的力能够克服复位弹簧56的力而从泵室36向外缩回致动器端部68，从而移动滑环44来降低容量。或者相反，复位弹簧56的力能够克服所供应的工作流体的压力在腔室84的相关区域上所产生的力而使控制活塞52的致动器端部68延伸进泵室36内，从而移动滑环44来增加泵20的容量。
但是，通过将加压工作流体选择性地供应到腔室80或84中的另一个，能够选择第二平衡压力。举例而言，由发动机控制系统控制的电磁操作阀能够经由通道88将加压工作流体供应至腔室80，使得加压工作流体在腔室80的相关区域上所产生的力与腔室84内的加压工作流体所产生的力相加，由此使移动滑环44相比不这样做的情况进一步移动，从而对泵20建立新的低平衡压力。
作为示例，在泵20以高操作速度操作时，可将加压工作流体仅提供给腔室84，进而滑环44将移动到泵容量产生高操作速度时可接受的第一平衡压力的位置。
当以较低速度驱动泵20时，控制机构可操作为也将加压工作流体供应至腔室80，由此移动滑环44而建立泵20的第二平衡压力，该第二平衡压力低于第一平衡压力。
依据本发明第二实施方式的具有控制活塞的固定容量泵在图6中总体以120标示。在此实施方式中，泵120包括外壳124，外壳124通过泵盖(未图示)和适当的垫圈密封到将由泵120供应加压工作流体的发动机(未图示)。
泵120包括传统设计的内转子128和外转子132。内转子128与源自发动机的适当驱动轴接合并由其转动，也同样引起外转子132转动。这种转子的抽吸操作已公知且描述于英国专利596379中。工作流体从泵入口空间148抽吸到由转子齿所形成的腔室内，并在高压力下排进泵出口空间152内。
如上所述，传统上提供包括活塞和复位弹簧的简单的减压阀用于将泵排放流中的多余部分转移到诸如泵入口的低压空间，这样的阀根据复位弹簧与活塞的有效加压区域之间的力平衡而具有平衡压力。但是，如图7最清楚示出的且依据本发明，泵120包括双控制表面活塞136。
泵120在外壳124内具有孔，活塞136和复位弹簧140容纳在其中。活塞136沿其长度具有两种不同直径，这两种直径和位于外壳124的活塞孔内的两种对应直径紧密接合，由此形成腔室168。活塞136的端表面176暴露于泵出口室152内的加压工作流体，且活塞136的控制表面180暴露于腔室168，腔室168可以供应有加压工作流体，也可以没有被供应加压工作流体。
为有效利用可用空间，活塞136包括容纳复位弹簧140的中央孔，且活塞136与复位弹簧140的组件由插头144维持在外壳124的活塞孔内。复位弹簧140作用在插头144和活塞136之间以对抗由加压工作流体施加在表面176和180至少其中之一上的力来偏压活塞136。
在位于外壳124的活塞孔内的活塞136和插头144之间形成腔室172。提供孔164以将腔室172和泵入口空间148联接，从而容许低压工作流体依需要进入和排出腔室172来调节活塞136的运动。
外壳124包括通路156，当活塞136对抗弹簧140的偏压力移动得足够远而使得通路156未由活塞136封闭时，通路156容许工作流体从泵出口空间152溢出到泵入口空间148。
提供孔160以将腔室168联接到外部控制系统(未图示)，所述外部控制系统能够直接地或间接地从泵出口给腔室168供应加压工作流体，或者从泵入口或发动机内的其它地方给腔室168供应低压工作流体。
因此，泵120能够以两种模式进行操作。在第一模式下，为腔室168供应低压工作流体，且没有在活塞136的表面180上施加力。为了使活塞136移到足够远而不封闭通路156，泵出口压力(其仅对抗活塞136的表面176作用)必须升高到相对较高的值以克服复位弹簧力。在第二模式下，为腔室168供应加压工作流体，因此除已作用在表面176的力，还在活塞136的表面180上施加力，两个力沿相同方向对抗复位弹簧140作用。在这种模式下，由于工作流体的压力作用于较大的总表面面积，所以该压力仅需要升高到相对较低的值来克服复位弹簧力并由此开放通路156。
如目前所清楚的，泵120能够根据外部控制系统的状态以两种平衡压力中任一种操作。这样的泵系统的优点在于，在发动机以较低速度操作时，此时对发动机的有效润滑不需要高压力，可以使外部控制系统选择低平衡压力，因此节省了能量。以较高速度操作时，此时发动机需要较高压力来有效润滑，可以使控制系统选择高平衡压力。这种泵系统的另一优点在于，如果外部控制系统失效而致使加压工作流体不能供应到腔室168，则泵将恢复到两个平衡压力中的较高压力，从而在各速度下都维持对发动机的有效润滑。
尽管在所示的实施方式中腔室80和84(或腔室152和168)设计成通过将供应到其中的加压流体所产生的力加到一起来对抗复位弹簧56(或140)的力，但本领域普通技术人员将会清楚，如果需要，改变控制活塞52(或136)和罩60(或124)的设计，使得一个腔室内的加压工作流体所产生的力对抗另一腔室内的加压工作流体所产生的力并对抗复位弹簧56(或140)的力而作用，这是简单的事情。此种替换也将落入本发明范围内。
如果腔室80和84(或152和168)的相关区域不同，则能够在三种不同的平衡压力点之间进行选择。举例而言，如果腔室84的相关区域比腔室80的相关区域大，则选择第一平衡压力，加压工作流体可仅供应到腔室80；选择第二平衡压力，加压工作流体可仅供应到腔室84；以及选择第三平衡压力，则加压工作流体可提供给两个腔室80和84。
本领域普通技术人员将会清楚，如果需要附加平衡压力，则可将控制活塞52(或136)和控制罩60(或124)依需要制造而形成一个或多个附加腔室。
本发明的上述实施方式仅是本发明的示例，且本领域普通技术人员可在没有脱离在此所附权利要求单独限定的本发明范围的情况下，对其进行改型和修改。
权利要求
1.一种可变容量叶轮泵，其具有能够移动而改变泵的容量的滑环，所述泵能够在至少两种选择平衡压力下操作，所述泵包括泵外壳，其内具有泵室；以可转动方式安装在所述泵室内的叶轮泵转子；将所述叶轮泵转子围在所述泵室内的滑环，该滑环能够在所述泵室内移动以改变所述泵的容量；位于所述泵外壳内的控制罩；具有致动器端部和两个控制表面的控制活塞，该控制活塞容纳在所述控制罩内，使得所述致动器端部接合所述滑环，并使得每个控制表面在所述控制罩内形成相应腔室，每个腔室都连接到相应的通道，其中加压流体能够穿过相应通道提供至相应腔室或从相应腔室移除，从而移动位于所述控制罩内的所述控制活塞；以及复位弹簧，其作用在所述滑环和所述外壳之间，用以朝给定位置偏压所述滑环，其中，能够施加或移除向所述两个腔室之一供应的加压流体，以改变所述泵的平衡压力。
2.如权利要求1所述的可变容量泵，其中，所述复位弹簧安装于所述控制罩内并作用在所述控制罩和所述控制活塞之间以偏压所述滑环。
3.如权利要求1所述的可变容量泵，其中，当供应有加压流体时，每个腔室产生与由另一腔室所产生的力相加的力，用以对抗所述复位弹簧的偏压力。
4.如权利要求1所述的可变容量泵，其中，加压流体在所述泵操作时被供应到所述两个腔室中的第一腔室，而加压流体仅响应控制系统的信号供应到所述两个腔室中的第二腔室。
5.如权利要求1所述的可变容量泵，其中，为了接合所述滑环，所述控制活塞的致动器端部为盘的形式，该盘容纳在所述滑环上形成的槽内，所述盘的高度以紧公差配合形式接合所述槽而抑制所述滑环和所述控制活塞之间的后冲，所述盘的直径比所述槽的宽度小，以提供所述控制活塞和所述滑环之间的侧向错位的容差。
6.如权利要求1所述的可变容量泵，其中，各腔室具有不同尺寸的加压流体作用区域。
7.如权利要求6所述的可变容量泵，其中，所供应的加压流体能够施加至所述两个腔室中的任一个或两个，从而从所述泵的三种平衡压力中进行选择。
8.如权利要求1所述的可变容量泵，其中，所述控制活塞具有至少三个控制表面，所述控制活塞容纳在所述控制罩内而形成至少三个腔室，每个腔室连接到相应的通道，其中，能够施加或移除向所述腔室中的一个或多个供应的加压流体，以改变该泵的平衡压力。
9.一种固定容量泵，其具有双表面控制活塞，所述泵能够在至少两种选择平衡压力下操作，其包括具有泵入口和泵出口的固定容量泵机构；具有两个控制表面的活塞，所述活塞容纳在泵外壳内而使每个控制表面在所述外壳内形成相应的腔室，每个腔室连接到相应的通道，加压流体能够穿过相应通道提供到所述相应腔室或从所述相应腔室移除，从而在所述罩内移动所述活塞，所述活塞设置于所述外壳内，使得由其位置确定通路是封闭还是开放，所述通路在开放时容许工作流体从所述泵出口溢出到低压空间；以及复位弹簧，其作用在所述活塞和所述外壳之间，用以朝给定位置偏压所述活塞，其中，能够施加或移除向所述两个腔室之一供应的加压流体，以改变所述泵的平衡压力。
10.如权利要求9所述的固定容量泵，其中，当供应有加压流体时，每个腔室产生与由另一腔室所产生的力相加的力，以对抗所述复位弹簧的偏压力。
11.如权利要求9所述的固定容量泵，其中，加压流体在所述泵操作时被供应到所述两个腔室中的第一腔室，而加压流体仅响应控制系统的信号供应到所述两个腔室中的第二腔室。
12.如权利要求9所述的固定容量泵，其中，各腔室具有不同尺寸的加压流体作用区域。
13.如权利要求12所述的固定容量泵，其中，所供应的加压流体能够施加至所述两个腔室中的任一个或两个，以从所述泵的三种平衡压力中进行选择。
14.如权利要求9所述的固定容量泵，其中，所述活塞具有至少三个控制表面，所述活塞容纳在所述外壳内而形成至少三个腔室，每个腔室连接到相应的通道，其中，能够施加或移除向所述腔室中的一个或多个供应的加压工作流体，以改变所述泵的平衡压力。
全文摘要
提供两种实施方式。第一种中，可变容量叶轮泵具有可移动以改变泵容量的滑环，该泵可在至少两种选择平衡压力中的任一种下操作。滑环由具有双控制表面的控制活塞移动，控制活塞容纳在位于泵外壳上的罩内，两个控制表面与罩配合而形成能够容纳加压工作流体的两个腔室。当加压流体仅供应给一个腔室时，泵在第一平衡压力下操作，当加压流体也供应给第二腔室时，泵在第二平衡压力下操作。如果腔室的相关区域不同，通过将加压流体施加到其中一个、另一个或两个腔室，能够在三种平衡压力之间选择。第二种中，与第一种相似，固定容量泵设有具有两个控制表面的减压阀活塞，两个控制表面和泵罩形成腔室，从而泵可在至少两种选择平衡压力的任一种下操作。
文档编号F04D15/00GK101044322SQ200580035997
公开日2007年9月26日 申请日期2005年9月20日 优先权日2004年9月20日
发明者马修尔·威廉森 申请人:麦格纳动力系有限公司