可变排量叶片泵和调节其排量的方法
可变排量叶片泵和调节其排量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可变排量旋转泵，并且更具体地涉及这样一种类型的泵，其中排量调节的获得得益于调节环与泵转子之间的相对偏心率的变化，该相对偏心率的变化依赖于泵的运转状态，通过改变环与转子的相对位置而实现。
[0002]本发明还涉及一种调节所述泵的排量的方法。
[0003]本发明优选但不排他地应用于机动车辆发动机的润滑油用的泵。
【背景技术】
[0004]已知的是，在使润滑油在压力下在机动车辆的发动机内循环的泵中，其容量及因此的油的输送率取决于发动机的转速。因此，泵被设计成在速度低时提供足够的输送率，以确保同样在此条件下的润滑。如果泵具有固定的几何结构，在高转速时的输送率超过必要的输送率，由此发生了导致具有更高的燃料消耗的高功率吸收，以及由于在回路中产生的高压力而使组件受到较大的应力。
[0005]为了消除该缺点，已知的是提供一种泵，其具有在车辆的不同运转状态下允许输送率调节的系统，特别是通过排量调节。已知针对该目标有不同的解决方案，这些解决方案对于泵送元件的具体种类(外部或内部齿轮，叶片……)是特定的。然而，可确认一些普通排量调节系统的种类，并且在旋转叶片泵的情况下，其中一种系统基于外部调节环和转子之间的相对位置的变化，外部调节环也被称为“定子环”，转子在其内部偏心地旋转。因此得到了这些组件相对偏心的变化，并因此得到了泵的排量的变化。
[0006]这种调节是用不同的方式来实现的。因此，能够确认出:
[0007]-这样的泵，其中转子使外部环旋转，叶片的径向外端部铰接地连接到该外部环(“摆”泵)；
[0008]-这样的泵，其中定子环可横向移动到转子的旋转轴线；
[0009]-这样的泵，其中定子环围绕同一环的外部的轴线振荡；以及
[0010]-这样的泵，其中定子环可旋转地围绕位于同一环的内部且与转子的旋转轴平行的轴。
[0011]在这样的各种泵中，当定子环被移动以便改变排量时，有必要通过创建抵抗力并且通常由弹簧构成的装置来对抗其移动。这种对抗定子环的移动的装置产生如下的问题:
[0012]a)在移动过程中，当力和摩擦的不稳定平衡发生时的振动/噪音；
[0013]b)振动/压力脉动的产生，其依赖于旋转速度的变化的快速瞬变和/或压力阈值的调节的变化的快速瞬变；
[0014]c)在旋转速度的提高和降低之间进行的压力调节的滞后；
[0015]d)由于在支撑定子环的区域中的过度特定压力而造成的磨损。
[0016]为了缓解这样的问题，在通过定子环的旋转进行排量调节的泵的情况下，已经提出在定子环的外表面与腔室(定子环在其中旋转)的内表面之间夹设滚动元件的方案。显然，通过将滑动摩擦转变为滚动摩擦，对于定子环旋转的阻力(滞后依赖于该阻力)将减小。
[0017]US5, 863, 189中公开了一个例子，其中，定子环的外表面和腔室的内表面形成了圆形滚子轴承的内圈和外圈，其中，滚子由适当的圆形保持架以相同的相互距离保持。在这种已知的方案中，具有滚子的保持架沿所述表面的整个圆周延伸，并且仅可以通过侧杠杆臂致动，这使得其结构复杂。
[0018]此外，本申请人已经认识到，在泵运行过程中产生的机械力和流体(特别是，液压)力的分析表明，在这里所考虑的类型的泵中，这些力的合力作用在定子环的外表面与腔室(定子环在其中旋转)的内表面之间的接合区域的有限的区带中，并且因此，在这样的区带中，有必要防止不稳定平衡的产生或以明显方式对抗调节移动的平衡的产生。
【发明内容】
[0019]本发明的目的是，提供一种上述公开类型的具有可变排量的旋转式正排量泵，其消除了现有技术的缺点。
[0020]根据本发明，该目的是这样实现的:
[0021]-仅在调节环的外表面与腔室(所述环在其中移动)的内表面之间的接合区域的一部分上设置滚动元件，所述部分包括区带，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力作用于该区带上，并且由于这样的合力的效果，在该区带上产生流体支撑轴承作用(fluidic support bearing);并且
[0022]-滚动元件布置在所述表面之间的接合区域的所述部分中，从而在调节移动期间作为整体沿所述表面可移动，滚动元件的移动具有比由调节环执行的移动更小的幅度，从而使所述泵从最大排量状态过渡到最小排量状态。
[0023]优选地，调节移动是旋转，所述表面之间的接合区域的所述部分被配置为滚动轴承的扇形部，所述表面分别形成扇形部的内圈和外圈的区段，并且滚动元件布置在形成于调节环的外表面中的座内。
[0024]根据本发明的另一个优选特征，所述滚动元件是安装在起支撑和引导作用的保持架中的滚子或滚针，该保持架被设置成在座中移动，以抵抗相对的弹性元件的作用，该弹性元件设置在保持架的一个端部和座的一个端部之间，其被预负荷以便在泵的最大排量或静止状态时保持所述保持架与座的相对侧端部的接触。
[0025]本发明还提供了调节上述类型的泵的排量的方法，该方法包括以下步骤:
[0026]-在调节环的外表面与腔室(所述环在其中移动以便调节)的内表面之间的接合区域的一部分上提供多个滚动元件；这样的部分包括区带，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力作用于该区带上，并且由于这样的合力的效果，在该区带上产生流体支撑轴承作用；和
[0027]-在调节移动期间，使滚动元件在所述表面之间的接合区域的所述部分中作为整体移动，滚动元件的移动具有比由调节环执行的移动更小的幅度，从而使所述泵从最大排量状态过渡到最小排量状态。
【附图说明】
[0028]本发明的上述和其它的特征和优点，将通过以非限制性示例方式进行的如下优选实施例的描述并参考附图而变得显而易见:
[0029]图1是表示叶片泵的视图，本发明可以应用于其中，去掉了封盖并且处于最大排量状态;
[0030]图2是类似于图1的视图，示出了处于最小排量状态的同一泵；
[0031]图3示出了在排量调节开始时，在如图1和图2所示的泵的运转期间介入的在泵的最大排量状态下的主要的力、它们的部分合力、以及总体合力的大小和方向；
[0032]图4是类似于图1的视图，示出了在排量调节结束时，在最小排量状态下的所述力、它们的部分合力、以及总体合力的大小和方向；
[0033]图5和图6分别示出了处于最大和最小排量状态下的本发明的泵；
[0034]图7是在图5和图6中所示的滚子承载保持架的放大的立体图；和
[0035]图8是本发明的泵的分解立体图。
【具体实施方式】
[0036]仅以举例的方式，在图中考虑了一种泵，其排量变化是通过调节定子环(为简便起见下文中称为“定子”)的旋转来实现的，该旋转围绕与转子的旋转轴平行的轴进行，而且所述定子的旋转直接通过被泵送流体的压力来控制。
[0037]参照图1、图2和图8，上述类型的泵I包括主体10，其具有适当地成形的空腔40，在该空腔40中定子11被安装成能沿着示出例子中的圆周的圆弧如箭头A所表示的顺时针方向自由旋转。附图标记B表示定子11的旋转轴线。定子11具有腔室12，叶片转子13收纳于该腔室中。转子键锁在相对于腔室12的中心C偏离轴设置的轴14上。转子13同样可以以顺时针方向旋转。当转子13以顺时针方向旋转时，标记41和42表示吸入和排出管道的端部。
[0038]如本领域技术人员所知，定子11围绕轴线B的旋转使 得定子11和转子13之间的相对偏心率发生变化，并因此使得最大偏心率和排量状态(如图1所示)与最小排量状态(如图2所示)之间的排量发生变化，最大偏心率和排量状态还发生在泵的静止状态，并且在最大偏心率和排量状态中转子13基本上正切于腔室12的表面12A，在最小排量状态中转子13与腔室12同轴或基本同轴。这样的布置完全是常规的并且不需要更详细的描述。
[0039]在示出的例子中，为了其旋转的控制，定子11具有一对径向附属体17、18，它们伸入通过空腔40的凹陷形成的各自的腔室15、16中，并且以流体密封的方式在腔室15、16的基座上滑动。其中一个腔室，例如腔室15，通过没有在这些图中示出的第一调节管，永久地连接到泵的排出侧或连接到利用被泵送流体的单元(具体地，在优选的应用中，连接到位于油过滤器下游的发动机润滑回路上的一点处)。另一个腔室可通过由车辆的电子控制单元操作的阀和第二调节管(未示出)与排出侧或利用被泵送流体的单元连通。在这种方式中，附属体17或两个附属体17、18都暴露于被泵送流体的压力状态下。
[0040]腔室之一例如腔室15的端壁可以成形为形成在最大排量状态下用于附属体17的基台19。
[0041]腔室16容纳抵抗定子11旋转的构件20。该构件在所示的例子中包括两个相对向的蘑菇形元件21、22，它们例如由设置在两个元件头部21A、21B之间的弹簧23以可伸缩的方式并且在相反方向偏置地连接。弹簧23被预负荷以抵抗定子11的旋转，并因此只要施加到附属体17的压力(或施加到附属体17、18上的总体压力)比预定阈值低，该弹簧23就将定子11保持在图1中所示的位置，并且随后将泵的排量保持在对应于压力阈值的值。当在通过附属体17、18上的压力作用产生的扭矩和通过弹簧23产生的抵抗扭矩之间建立了平衡时，达到这样的状态。
[0042]头部21A、21B—一例如基本上成形为半圆柱体一一分别接合至形成在对应于附属体18的调节压力所作用的表面的相对侧表面和腔室16的壁上的具有互补形状的凹部22A、22B。因此，形成一对铰接接头，允许弹簧23的两端部在定子11的旋转过程中保持相互平行，从而保证了弹簧本身良好的侧向稳定性。
[0043]腔室15、16的圆周范围和径向尺寸将根据泵所要求的运转特性来确定。特别是，只要考虑到圆周范围，大约20°程度的定子11的旋转对于优选的应用来说是典型的，并已在附图中示出。关于径向的尺寸，它在整个圆周范围上可以是恒定的，从而附属体17、18具有恒定的推力区，并因此在旋转的整个弧形内产生与致动压力成比例的恒定扭矩。在替代方案中，一个腔室或两个腔室的径向尺寸可以沿圆周范围而变化，并且附属体17、18具有可变的推力区，以便在定子11旋转的弧上产生可变扭矩。这样的方案允许考虑到这样的事实，即在排量调整期间所受到的抵抗扭矩可以是可变的，例如，由于相对的弹簧20和/或旋转摩擦改变了相对的抵抗。
[0044]图1和图2还示出了在运转期间作用在泵I的部件上的不同的力以及通过这些力所带来的反作用力。应当理解的是，图1和图2仅是试图给出不同的力所作用的区带和力的方向的展示，而都没有考虑它们的大小。更特别地:
[0045]-Fp1、?!>2是通过导入腔室15、16中的流体施加到附属体17、18的推力；假定在调节期间流体在压力下导入到腔室16中，这就是为什么仅在图2中示出力Fp2;
[0046]-Fm为通过抵抗构件20施加的抵抗定子11旋转的力；
[0047]-Fatt是形成构件20的元件21、22的头部21A、22A与相应的座21B、22B之间的摩擦力；
[0048]-Fhyd是通过在泵送腔室12中存在的流体施加在转子13和定子11上的力；
[0049]-Fc是通过主体10施加的与F η?相反的力；
[0050]-Rv是上述力的合力的液压反作用力；
[0051]-&是在定子11的旋转期间定子11与腔室40的内表面40A之间的摩擦力。
[0052]图3和图4示出了在图1和图2所示的极端运转状态下表示上述力Fp1-Fc的向量和它们的部分合力和总体合力。在图3和图4中，轴的原点与定子11的旋转中心B重合。通过图3和图4的右侧图分别与图1和图2叠加，可以分别清楚地显示上述力的合力SVl和SV2具有这样的倾向，即它们与在定子11和空腔40中的相互接合表面的区带S相符而作用。在这个区带中，通过反作用力，存在于腔室12中的压力下的流体形成了液压支撑轴承作用。通过这样的轴承作用提供的反作用力是上述的力Rv，其与上述合力大小相同、方向相反。
[0053]为了优化泵的运转，有必要最小化在定子11的移动期间的不规则和堵塞以及合力SV1、SV2所作用的区带S中所产生的振动、噪声和液压脉动。表面11A、40A之间的接合区域中剩余的部分具有低得多的作用，因此不需要特别的干预措施。
[0054]这种优化借助于本发明的泵而获得，现其将通过参考图5?图8进行描述，已经在图1和图2中公开的元件采用相同的附图标记来表示。
[0055]根据本发明，多个滚动元件25—一在示出的例子中为滚子或滚针(以下通称为“滚子”)一一被布置在定子11的外表面IlA与空腔40的内表面40A之间的包括区带S的部分上，在该部分上形成液压支撑轴承作用，并且各种力的合力SV1、SV2作用在该部分上。与这样的部分相对应而因此形成滚动轴承的扇形部，其中定子11的外表面IlA形成了内圈的相应扇形部，而空腔40的内表面40A形成了外圈的相应扇形部。滚子25配合(例如卡扣配合)在支撑保持架26中各自的座27中，该支撑保持架26优选由塑料材料制成，其以传统方式充当用于滚子25的导向件和间隔件。
[0056]具有滚子25的保持架26容纳在定子11的外表面IlA的凹部中，该凹部轴向延伸过定子11和腔室40的整个轴向深度。凹部28、保持架26和滚子25具有这样的径向尺寸以使得表面IlA和40A之间的接触由滚子25来确保。在优选的应用中，滚子的典型的直径是几毫米的数量级，例如2?4毫米。保持架26同样轴向延伸过定子11的整个深度，而滚子25具有比保持架26的轴向尺寸(长度)稍短的轴向尺寸(长度)。这使得保持架26和滚子25的组件具有迷宫结构，该结构允许保持液压支撑轴承作用。
[0057]保持架26具有的角度范围小于凹部28的角度范围，从而它可以在通过定子11进行的旋转期间在凹部内移动，用于排量调节，并且保持架26的位移的角度范围小于通过定子11进行的用于从最大排量位置过渡到最小排量位置的旋转的角度范围。考虑到只有表面IlA移动，并考虑到在移动面IlA和固定面40A之间的半径的差，在保持架26的座28形成于移动部分中的所述方案允许滚子25在两个表面上移动相同的距离，并因此进行无滑动的旋转。
[0058]凹部28由两个台阶或基台29A、29B限定。如图5所示，在泵的静止状态(最大排量)，保持架26的一端抵接这些基台中的一个，例如基台29A。抵抗保持架的移动的弹性元件30 (例如适当预负荷的片弹簧)却布置在保持架26与另一基台29B之间，并且它保持保持架26与基台29A接触而处在最大排量状态。
[0059]图5和图6清楚地示出了在排量调节期间具有滚子25的保持架26的行为。为了更容易理解，分别属于主体10、定子11和保持架26的三个参考点显示为线段X、Y和Ζ。三个点的选择使得它们的位置在最大排量状态下(图5) —致。在将定子11带动到最小排量位置(图6)的旋转结束时，点X当然保持静止，而Z点已经沿顺时针方向移动并描绘了一个弧，在图示的例子中该弧大约为2 0°。点Y也执行顺时针方向的旋转，但其描绘的弧比由点Z描绘的弧短。由于保持架26相对于定子11的旋转较短，在旋转结束时保持架26已不再与基台29Α接触，并且弹簧30被压缩得更多。
[0060]很明显，本发明消除了上述现有技术的缺点。实际上，在接合表面11Α、40Α之间提供滚动元件25，本质上降低了相对于定子11仅由液压轴承支撑的情况的摩擦。此外，将表面之间的接合区域配置为轴承(或开式轴承)的扇形部一一其在调节期间产生的机械力和流体力的合力所作用的区域中延伸一一避免了由于这些力而导致的堵塞。最后，布置滚动元件25以便它们可以在形成于定子11中的座28上移动的距离比定子本身移动的距离短，防止滚动元件25滑动并因此降低调节移动的阻力。
[0061]很显然，上面的描述是仅通过非限制性示例的方式进行的，并且不脱离本发明的主旨范围而做出改变和修改是可能的。
[0062]例如，即使已详细示出有通过围绕定子本身内部的轴的定子的旋转进行排量调节，且所述旋转由被泵送流体的压力直接控制的泵，本发明也可以应用于以不同的方式实现定子的旋转的泵(例如，通过接合定子的外表面的齿接的扇形部的齿轮，像US5, 863，189中那样)或应用于调节移动与这里公开的定子的旋转不同的泵(“摆”泵、具有振动定子的泵、具有定子环的平移的泵等)。当然，如果由定子所执行的调节移动是平移，保持架26将是线性的保持架。
【主权项】
1.一种用于流体的可变排量旋转叶片泵，包括: -转子(13)，被布置成在调节环(11)中以相对偏心率偏心地旋转，所述偏心率取决于所述泵(I)的运转状态而变化； -装置(17、18)，用于在形成于泵主体(10)中的腔室(40)中移动所述调节环(11)，以便当所述运转状态改变时，改变所述相对偏心率，并因此改变泵的排量；和 -多个滚动元件(25)，夹设于所述调节环(11)的外表面(IlA)与所述腔室(40)的内表面(40A)之间； 其特征在于: -所述滚动元件(25)安装在支撑保持架(26)中，并且仅设置在所述调节环(11)的外表面(IlA)与所述腔室(40)的内表面(40A)之间的接合区域的一部分上，所述部分包括区带(S)，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力(SV1，SV2)作用于所述区带(S)上；并且 -所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)布置在所述表面(11A、40A)之间的接合区域的所述部分中，以便在所述调节环(11)的移动期间作为整体沿所述表面(11A、40A)移动，所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)的移动具有比所述调节环(11)执行的移动更小的幅度，从而使该泵从最大排量过渡到最小排量。2.如权利要求1所述的泵，其中的调节移动是所述调节环(11)的旋转，并且其中: -在接合区域的所述部分中，所述调节环(11)的外表面(IlA)和所述腔室(40)的内表面(40A)与所述滚动元件(25) —起，形成滚动轴承的扇形部，所述表面分别形成扇形部的内圈和外圈；并且 -所述滚动元件(25)设置在形成于所述调节环(11)的表面(IlA)上的座(28)中，并且该座(28)具有比安装有所述滚动元件(25)的支撑保持架(26)更大的延伸量。3.如权利要求1或2所述的泵，其中所述支撑保持架(26)被设置成在所述座中移动，从而抵抗相对的弹性元件(30)的作用而移动所述滚动元件(25)，所述弹性元件(30)布置在所述保持架(26)的一个端部与所述座(28)的一个端部(29B)之间，并且在所述泵的最大排量状态，能够保持所述保持架(26)与所述座(28)的相对侧端部(29A)的接触或再次使所述保持架(26)与所述座(28)的相对侧端部(29A)接触。4.如权利要求1?3中任一项所述的泵，其中，所述滚动元件(25)安装在所述支撑保持架(26)中，以便使其具有迷宫结构，该迷宫结构布置成保持在所述区带(S)中产生的流体支撑轴承作用，作为所述力的合力(SV1，SV2)的作用的反作用力。5.如权利要求4所述的泵，其中所述滚动元件(25)是滚子或者滚针，并且其中所述支撑保持架(26)具有与所述调节环(11)的轴向深度基本上一致的轴向深度，并且滚子或滚针(25)具有比所述保持架(26)的轴向深度短的长度。6.如权利要求1?5中任一项所述的泵，其中所述调节环(11)的旋转直接由被泵送流体的压力来控制。7.如前面权利要求中任一项所述的泵，其中，所述泵是用于机动车辆发动机的润滑回路的泵。8.一种调节用于流体的旋转可变排量泵的排量的方法，该泵为包括被布置成在调节环(11)中以相对偏心率偏心地旋转的转子(13)的类型，所述偏心率取决于泵(I)的运转状态是可变的，该方法包括以下步骤: -在所述调节环(11)的外表面(IlA)与容纳所述环(11)的腔室(40)的内表面(40A)之间提供以固定的相对位置安装的多个滚动元件(25);并且 -当所述运转状态变化时，使所述调节环(11)在所述腔室(40)中移动，以改变所述相对偏心率，且因此改变所述泵的排量； 并且其特征在于，在所述腔室(40)中提供滚动元件(25)的步骤包括以下步骤: -仅在所述调节环(11)的外表面(IlA)与所述腔室(40)的内表面(40A)之间的接合区域的一部分上提供安装在支撑保持架(26)内的所述滚动元件(25)，所述部分包括区带(S)，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力(SV1，SV2)作用于所述区带(S)上；和 -在调节期间，使所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)作为整体在所述表面(11A、40A)之间的接合区域的所述部分中移动，所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)的移动具有比所述调节环(11)的移动更小的幅度，从而使该泵从最大排量过渡到最小排量。9.如权利要求8所述的方法，其中的调节移动是所述调节环(11)的旋转，并且仅在所述表面(11A、40A)之间的接合区域的一部分上提供所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)的步骤包括:配置所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)，所述调节环(11)的外表面(IlA)和所述腔室(40)的内表面(40A)作为滚动轴承的扇形部，所述表面分别形成扇形部的内圈和外圈的圆形段的步骤。10.如权利要求8或9所述的方法，其中使所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)作为整体移动的步骤包括:在所述调节环(11)的表面(IlA)上形成的座(28)中移动所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)，该座(28)具有比所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)的整体延伸量更大的延伸量。
【专利摘要】本发明提供一种用于流体的可变排量叶片泵，其中排量调节的实现得益于调节环(11)(转子(13)布置于其中)与转子本身之间的相对偏心率的变化。在调节环(11)的外表面(11A)与腔室(40)(调节环(11)在其中移动)的内表面(40A)之间的接合区域上设置了以固定的相对位置安装的多个滚动元件(25)。滚动元件(25)仅在这样的接合区域上的一部分上设置，该部分包括区带(S)，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力作用于该区带(S)上。本发明还涉及一种调节所述泵的排量的方法。
【IPC分类】F04C2/344, F04C14/22
【公开号】CN104903582
【申请号】CN201380068264
【发明人】M·卡尔代罗尼, L·卡迪杜
【申请人】Vhit公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月13日
【公告号】EP2938881A1, US20150322944, WO2014102652A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及可变排量旋转泵，并且更具体地涉及这样一种类型的泵，其中排量调节的获得得益于调节环与泵转子之间的相对偏心率的变化，该相对偏心率的变化依赖于泵的运转状态，通过改变环与转子的相对位置而实现。
[0002]本发明还涉及一种调节所述泵的排量的方法。
[0003]本发明优选但不排他地应用于机动车辆发动机的润滑油用的泵。
【背景技术】
[0004]已知的是，在使润滑油在压力下在机动车辆的发动机内循环的泵中，其容量及因此的油的输送率取决于发动机的转速。因此，泵被设计成在速度低时提供足够的输送率，以确保同样在此条件下的润滑。如果泵具有固定的几何结构，在高转速时的输送率超过必要的输送率，由此发生了导致具有更高的燃料消耗的高功率吸收，以及由于在回路中产生的高压力而使组件受到较大的应力。
[0005]为了消除该缺点，已知的是提供一种泵，其具有在车辆的不同运转状态下允许输送率调节的系统，特别是通过排量调节。已知针对该目标有不同的解决方案，这些解决方案对于泵送元件的具体种类(外部或内部齿轮，叶片……)是特定的。然而，可确认一些普通排量调节系统的种类，并且在旋转叶片泵的情况下，其中一种系统基于外部调节环和转子之间的相对位置的变化，外部调节环也被称为“定子环”，转子在其内部偏心地旋转。因此得到了这些组件相对偏心的变化，并因此得到了泵的排量的变化。
[0006]这种调节是用不同的方式来实现的。因此，能够确认出:
[0007]-这样的泵，其中转子使外部环旋转，叶片的径向外端部铰接地连接到该外部环(“摆”泵)；
[0008]-这样的泵，其中定子环可横向移动到转子的旋转轴线；
[0009]-这样的泵，其中定子环围绕同一环的外部的轴线振荡；以及
[0010]-这样的泵，其中定子环可旋转地围绕位于同一环的内部且与转子的旋转轴平行的轴。
[0011]在这样的各种泵中，当定子环被移动以便改变排量时，有必要通过创建抵抗力并且通常由弹簧构成的装置来对抗其移动。这种对抗定子环的移动的装置产生如下的问题:
[0012]a)在移动过程中，当力和摩擦的不稳定平衡发生时的振动/噪音；
[0013]b)振动/压力脉动的产生，其依赖于旋转速度的变化的快速瞬变和/或压力阈值的调节的变化的快速瞬变；
[0014]c)在旋转速度的提高和降低之间进行的压力调节的滞后；
[0015]d)由于在支撑定子环的区域中的过度特定压力而造成的磨损。
[0016]为了缓解这样的问题，在通过定子环的旋转进行排量调节的泵的情况下，已经提出在定子环的外表面与腔室(定子环在其中旋转)的内表面之间夹设滚动元件的方案。显然，通过将滑动摩擦转变为滚动摩擦，对于定子环旋转的阻力(滞后依赖于该阻力)将减小。
[0017]US5, 863, 189中公开了一个例子，其中，定子环的外表面和腔室的内表面形成了圆形滚子轴承的内圈和外圈，其中，滚子由适当的圆形保持架以相同的相互距离保持。在这种已知的方案中，具有滚子的保持架沿所述表面的整个圆周延伸，并且仅可以通过侧杠杆臂致动，这使得其结构复杂。
[0018]此外，本申请人已经认识到，在泵运行过程中产生的机械力和流体(特别是，液压)力的分析表明，在这里所考虑的类型的泵中，这些力的合力作用在定子环的外表面与腔室(定子环在其中旋转)的内表面之间的接合区域的有限的区带中，并且因此，在这样的区带中，有必要防止不稳定平衡的产生或以明显方式对抗调节移动的平衡的产生。
【发明内容】
[0019]本发明的目的是，提供一种上述公开类型的具有可变排量的旋转式正排量泵，其消除了现有技术的缺点。
[0020]根据本发明，该目的是这样实现的:
[0021]-仅在调节环的外表面与腔室(所述环在其中移动)的内表面之间的接合区域的一部分上设置滚动元件，所述部分包括区带，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力作用于该区带上，并且由于这样的合力的效果，在该区带上产生流体支撑轴承作用(fluidic support bearing);并且
[0022]-滚动元件布置在所述表面之间的接合区域的所述部分中，从而在调节移动期间作为整体沿所述表面可移动，滚动元件的移动具有比由调节环执行的移动更小的幅度，从而使所述泵从最大排量状态过渡到最小排量状态。
[0023]优选地，调节移动是旋转，所述表面之间的接合区域的所述部分被配置为滚动轴承的扇形部，所述表面分别形成扇形部的内圈和外圈的区段，并且滚动元件布置在形成于调节环的外表面中的座内。
[0024]根据本发明的另一个优选特征，所述滚动元件是安装在起支撑和引导作用的保持架中的滚子或滚针，该保持架被设置成在座中移动，以抵抗相对的弹性元件的作用，该弹性元件设置在保持架的一个端部和座的一个端部之间，其被预负荷以便在泵的最大排量或静止状态时保持所述保持架与座的相对侧端部的接触。
[0025]本发明还提供了调节上述类型的泵的排量的方法，该方法包括以下步骤:
[0026]-在调节环的外表面与腔室(所述环在其中移动以便调节)的内表面之间的接合区域的一部分上提供多个滚动元件；这样的部分包括区带，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力作用于该区带上，并且由于这样的合力的效果，在该区带上产生流体支撑轴承作用；和
[0027]-在调节移动期间，使滚动元件在所述表面之间的接合区域的所述部分中作为整体移动，滚动元件的移动具有比由调节环执行的移动更小的幅度，从而使所述泵从最大排量状态过渡到最小排量状态。
【附图说明】
[0028]本发明的上述和其它的特征和优点，将通过以非限制性示例方式进行的如下优选实施例的描述并参考附图而变得显而易见:
[0029]图1是表示叶片泵的视图，本发明可以应用于其中，去掉了封盖并且处于最大排量状态;
[0030]图2是类似于图1的视图，示出了处于最小排量状态的同一泵；
[0031]图3示出了在排量调节开始时，在如图1和图2所示的泵的运转期间介入的在泵的最大排量状态下的主要的力、它们的部分合力、以及总体合力的大小和方向；
[0032]图4是类似于图1的视图，示出了在排量调节结束时，在最小排量状态下的所述力、它们的部分合力、以及总体合力的大小和方向；
[0033]图5和图6分别示出了处于最大和最小排量状态下的本发明的泵；
[0034]图7是在图5和图6中所示的滚子承载保持架的放大的立体图；和
[0035]图8是本发明的泵的分解立体图。
【具体实施方式】
[0036]仅以举例的方式，在图中考虑了一种泵，其排量变化是通过调节定子环(为简便起见下文中称为“定子”)的旋转来实现的，该旋转围绕与转子的旋转轴平行的轴进行，而且所述定子的旋转直接通过被泵送流体的压力来控制。
[0037]参照图1、图2和图8，上述类型的泵I包括主体10，其具有适当地成形的空腔40，在该空腔40中定子11被安装成能沿着示出例子中的圆周的圆弧如箭头A所表示的顺时针方向自由旋转。附图标记B表示定子11的旋转轴线。定子11具有腔室12，叶片转子13收纳于该腔室中。转子键锁在相对于腔室12的中心C偏离轴设置的轴14上。转子13同样可以以顺时针方向旋转。当转子13以顺时针方向旋转时，标记41和42表示吸入和排出管道的端部。
[0038]如本领域技术人员所知，定子11围绕轴线B的旋转使 得定子11和转子13之间的相对偏心率发生变化，并因此使得最大偏心率和排量状态(如图1所示)与最小排量状态(如图2所示)之间的排量发生变化，最大偏心率和排量状态还发生在泵的静止状态，并且在最大偏心率和排量状态中转子13基本上正切于腔室12的表面12A，在最小排量状态中转子13与腔室12同轴或基本同轴。这样的布置完全是常规的并且不需要更详细的描述。
[0039]在示出的例子中，为了其旋转的控制，定子11具有一对径向附属体17、18，它们伸入通过空腔40的凹陷形成的各自的腔室15、16中，并且以流体密封的方式在腔室15、16的基座上滑动。其中一个腔室，例如腔室15，通过没有在这些图中示出的第一调节管，永久地连接到泵的排出侧或连接到利用被泵送流体的单元(具体地，在优选的应用中，连接到位于油过滤器下游的发动机润滑回路上的一点处)。另一个腔室可通过由车辆的电子控制单元操作的阀和第二调节管(未示出)与排出侧或利用被泵送流体的单元连通。在这种方式中，附属体17或两个附属体17、18都暴露于被泵送流体的压力状态下。
[0040]腔室之一例如腔室15的端壁可以成形为形成在最大排量状态下用于附属体17的基台19。
[0041]腔室16容纳抵抗定子11旋转的构件20。该构件在所示的例子中包括两个相对向的蘑菇形元件21、22，它们例如由设置在两个元件头部21A、21B之间的弹簧23以可伸缩的方式并且在相反方向偏置地连接。弹簧23被预负荷以抵抗定子11的旋转，并因此只要施加到附属体17的压力(或施加到附属体17、18上的总体压力)比预定阈值低，该弹簧23就将定子11保持在图1中所示的位置，并且随后将泵的排量保持在对应于压力阈值的值。当在通过附属体17、18上的压力作用产生的扭矩和通过弹簧23产生的抵抗扭矩之间建立了平衡时，达到这样的状态。
[0042]头部21A、21B—一例如基本上成形为半圆柱体一一分别接合至形成在对应于附属体18的调节压力所作用的表面的相对侧表面和腔室16的壁上的具有互补形状的凹部22A、22B。因此，形成一对铰接接头，允许弹簧23的两端部在定子11的旋转过程中保持相互平行，从而保证了弹簧本身良好的侧向稳定性。
[0043]腔室15、16的圆周范围和径向尺寸将根据泵所要求的运转特性来确定。特别是，只要考虑到圆周范围，大约20°程度的定子11的旋转对于优选的应用来说是典型的，并已在附图中示出。关于径向的尺寸，它在整个圆周范围上可以是恒定的，从而附属体17、18具有恒定的推力区，并因此在旋转的整个弧形内产生与致动压力成比例的恒定扭矩。在替代方案中，一个腔室或两个腔室的径向尺寸可以沿圆周范围而变化，并且附属体17、18具有可变的推力区，以便在定子11旋转的弧上产生可变扭矩。这样的方案允许考虑到这样的事实，即在排量调整期间所受到的抵抗扭矩可以是可变的，例如，由于相对的弹簧20和/或旋转摩擦改变了相对的抵抗。
[0044]图1和图2还示出了在运转期间作用在泵I的部件上的不同的力以及通过这些力所带来的反作用力。应当理解的是，图1和图2仅是试图给出不同的力所作用的区带和力的方向的展示，而都没有考虑它们的大小。更特别地:
[0045]-Fp1、?!>2是通过导入腔室15、16中的流体施加到附属体17、18的推力；假定在调节期间流体在压力下导入到腔室16中，这就是为什么仅在图2中示出力Fp2;
[0046]-Fm为通过抵抗构件20施加的抵抗定子11旋转的力；
[0047]-Fatt是形成构件20的元件21、22的头部21A、22A与相应的座21B、22B之间的摩擦力；
[0048]-Fhyd是通过在泵送腔室12中存在的流体施加在转子13和定子11上的力；
[0049]-Fc是通过主体10施加的与F η?相反的力；
[0050]-Rv是上述力的合力的液压反作用力；
[0051]-&是在定子11的旋转期间定子11与腔室40的内表面40A之间的摩擦力。
[0052]图3和图4示出了在图1和图2所示的极端运转状态下表示上述力Fp1-Fc的向量和它们的部分合力和总体合力。在图3和图4中，轴的原点与定子11的旋转中心B重合。通过图3和图4的右侧图分别与图1和图2叠加，可以分别清楚地显示上述力的合力SVl和SV2具有这样的倾向，即它们与在定子11和空腔40中的相互接合表面的区带S相符而作用。在这个区带中，通过反作用力，存在于腔室12中的压力下的流体形成了液压支撑轴承作用。通过这样的轴承作用提供的反作用力是上述的力Rv，其与上述合力大小相同、方向相反。
[0053]为了优化泵的运转，有必要最小化在定子11的移动期间的不规则和堵塞以及合力SV1、SV2所作用的区带S中所产生的振动、噪声和液压脉动。表面11A、40A之间的接合区域中剩余的部分具有低得多的作用，因此不需要特别的干预措施。
[0054]这种优化借助于本发明的泵而获得，现其将通过参考图5?图8进行描述，已经在图1和图2中公开的元件采用相同的附图标记来表示。
[0055]根据本发明，多个滚动元件25—一在示出的例子中为滚子或滚针(以下通称为“滚子”)一一被布置在定子11的外表面IlA与空腔40的内表面40A之间的包括区带S的部分上，在该部分上形成液压支撑轴承作用，并且各种力的合力SV1、SV2作用在该部分上。与这样的部分相对应而因此形成滚动轴承的扇形部，其中定子11的外表面IlA形成了内圈的相应扇形部，而空腔40的内表面40A形成了外圈的相应扇形部。滚子25配合(例如卡扣配合)在支撑保持架26中各自的座27中，该支撑保持架26优选由塑料材料制成，其以传统方式充当用于滚子25的导向件和间隔件。
[0056]具有滚子25的保持架26容纳在定子11的外表面IlA的凹部中，该凹部轴向延伸过定子11和腔室40的整个轴向深度。凹部28、保持架26和滚子25具有这样的径向尺寸以使得表面IlA和40A之间的接触由滚子25来确保。在优选的应用中，滚子的典型的直径是几毫米的数量级，例如2?4毫米。保持架26同样轴向延伸过定子11的整个深度，而滚子25具有比保持架26的轴向尺寸(长度)稍短的轴向尺寸(长度)。这使得保持架26和滚子25的组件具有迷宫结构，该结构允许保持液压支撑轴承作用。
[0057]保持架26具有的角度范围小于凹部28的角度范围，从而它可以在通过定子11进行的旋转期间在凹部内移动，用于排量调节，并且保持架26的位移的角度范围小于通过定子11进行的用于从最大排量位置过渡到最小排量位置的旋转的角度范围。考虑到只有表面IlA移动，并考虑到在移动面IlA和固定面40A之间的半径的差，在保持架26的座28形成于移动部分中的所述方案允许滚子25在两个表面上移动相同的距离，并因此进行无滑动的旋转。
[0058]凹部28由两个台阶或基台29A、29B限定。如图5所示，在泵的静止状态(最大排量)，保持架26的一端抵接这些基台中的一个，例如基台29A。抵抗保持架的移动的弹性元件30 (例如适当预负荷的片弹簧)却布置在保持架26与另一基台29B之间，并且它保持保持架26与基台29A接触而处在最大排量状态。
[0059]图5和图6清楚地示出了在排量调节期间具有滚子25的保持架26的行为。为了更容易理解，分别属于主体10、定子11和保持架26的三个参考点显示为线段X、Y和Ζ。三个点的选择使得它们的位置在最大排量状态下(图5) —致。在将定子11带动到最小排量位置(图6)的旋转结束时，点X当然保持静止，而Z点已经沿顺时针方向移动并描绘了一个弧，在图示的例子中该弧大约为2 0°。点Y也执行顺时针方向的旋转，但其描绘的弧比由点Z描绘的弧短。由于保持架26相对于定子11的旋转较短，在旋转结束时保持架26已不再与基台29Α接触，并且弹簧30被压缩得更多。
[0060]很明显，本发明消除了上述现有技术的缺点。实际上，在接合表面11Α、40Α之间提供滚动元件25，本质上降低了相对于定子11仅由液压轴承支撑的情况的摩擦。此外，将表面之间的接合区域配置为轴承(或开式轴承)的扇形部一一其在调节期间产生的机械力和流体力的合力所作用的区域中延伸一一避免了由于这些力而导致的堵塞。最后，布置滚动元件25以便它们可以在形成于定子11中的座28上移动的距离比定子本身移动的距离短，防止滚动元件25滑动并因此降低调节移动的阻力。
[0061]很显然，上面的描述是仅通过非限制性示例的方式进行的，并且不脱离本发明的主旨范围而做出改变和修改是可能的。
[0062]例如，即使已详细示出有通过围绕定子本身内部的轴的定子的旋转进行排量调节，且所述旋转由被泵送流体的压力直接控制的泵，本发明也可以应用于以不同的方式实现定子的旋转的泵(例如，通过接合定子的外表面的齿接的扇形部的齿轮，像US5, 863，189中那样)或应用于调节移动与这里公开的定子的旋转不同的泵(“摆”泵、具有振动定子的泵、具有定子环的平移的泵等)。当然，如果由定子所执行的调节移动是平移，保持架26将是线性的保持架。
【主权项】
1.一种用于流体的可变排量旋转叶片泵，包括: -转子(13)，被布置成在调节环(11)中以相对偏心率偏心地旋转，所述偏心率取决于所述泵(I)的运转状态而变化； -装置(17、18)，用于在形成于泵主体(10)中的腔室(40)中移动所述调节环(11)，以便当所述运转状态改变时，改变所述相对偏心率，并因此改变泵的排量；和 -多个滚动元件(25)，夹设于所述调节环(11)的外表面(IlA)与所述腔室(40)的内表面(40A)之间； 其特征在于: -所述滚动元件(25)安装在支撑保持架(26)中，并且仅设置在所述调节环(11)的外表面(IlA)与所述腔室(40)的内表面(40A)之间的接合区域的一部分上，所述部分包括区带(S)，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力(SV1，SV2)作用于所述区带(S)上；并且 -所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)布置在所述表面(11A、40A)之间的接合区域的所述部分中，以便在所述调节环(11)的移动期间作为整体沿所述表面(11A、40A)移动，所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)的移动具有比所述调节环(11)执行的移动更小的幅度，从而使该泵从最大排量过渡到最小排量。2.如权利要求1所述的泵，其中的调节移动是所述调节环(11)的旋转，并且其中: -在接合区域的所述部分中，所述调节环(11)的外表面(IlA)和所述腔室(40)的内表面(40A)与所述滚动元件(25) —起，形成滚动轴承的扇形部，所述表面分别形成扇形部的内圈和外圈；并且 -所述滚动元件(25)设置在形成于所述调节环(11)的表面(IlA)上的座(28)中，并且该座(28)具有比安装有所述滚动元件(25)的支撑保持架(26)更大的延伸量。3.如权利要求1或2所述的泵，其中所述支撑保持架(26)被设置成在所述座中移动，从而抵抗相对的弹性元件(30)的作用而移动所述滚动元件(25)，所述弹性元件(30)布置在所述保持架(26)的一个端部与所述座(28)的一个端部(29B)之间，并且在所述泵的最大排量状态，能够保持所述保持架(26)与所述座(28)的相对侧端部(29A)的接触或再次使所述保持架(26)与所述座(28)的相对侧端部(29A)接触。4.如权利要求1?3中任一项所述的泵，其中，所述滚动元件(25)安装在所述支撑保持架(26)中，以便使其具有迷宫结构，该迷宫结构布置成保持在所述区带(S)中产生的流体支撑轴承作用，作为所述力的合力(SV1，SV2)的作用的反作用力。5.如权利要求4所述的泵，其中所述滚动元件(25)是滚子或者滚针，并且其中所述支撑保持架(26)具有与所述调节环(11)的轴向深度基本上一致的轴向深度，并且滚子或滚针(25)具有比所述保持架(26)的轴向深度短的长度。6.如权利要求1?5中任一项所述的泵，其中所述调节环(11)的旋转直接由被泵送流体的压力来控制。7.如前面权利要求中任一项所述的泵，其中，所述泵是用于机动车辆发动机的润滑回路的泵。8.一种调节用于流体的旋转可变排量泵的排量的方法，该泵为包括被布置成在调节环(11)中以相对偏心率偏心地旋转的转子(13)的类型，所述偏心率取决于泵(I)的运转状态是可变的，该方法包括以下步骤: -在所述调节环(11)的外表面(IlA)与容纳所述环(11)的腔室(40)的内表面(40A)之间提供以固定的相对位置安装的多个滚动元件(25);并且 -当所述运转状态变化时，使所述调节环(11)在所述腔室(40)中移动，以改变所述相对偏心率，且因此改变所述泵的排量； 并且其特征在于，在所述腔室(40)中提供滚动元件(25)的步骤包括以下步骤: -仅在所述调节环(11)的外表面(IlA)与所述腔室(40)的内表面(40A)之间的接合区域的一部分上提供安装在支撑保持架(26)内的所述滚动元件(25)，所述部分包括区带(S)，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力(SV1，SV2)作用于所述区带(S)上；和 -在调节期间，使所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)作为整体在所述表面(11A、40A)之间的接合区域的所述部分中移动，所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)的移动具有比所述调节环(11)的移动更小的幅度，从而使该泵从最大排量过渡到最小排量。9.如权利要求8所述的方法，其中的调节移动是所述调节环(11)的旋转，并且仅在所述表面(11A、40A)之间的接合区域的一部分上提供所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)的步骤包括:配置所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)，所述调节环(11)的外表面(IlA)和所述腔室(40)的内表面(40A)作为滚动轴承的扇形部，所述表面分别形成扇形部的内圈和外圈的圆形段的步骤。10.如权利要求8或9所述的方法，其中使所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)作为整体移动的步骤包括:在所述调节环(11)的表面(IlA)上形成的座(28)中移动所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)，该座(28)具有比所述滚动元件(25)和所述支撑保持架(26)的整体延伸量更大的延伸量。
【专利摘要】本发明提供一种用于流体的可变排量叶片泵，其中排量调节的实现得益于调节环(11)(转子(13)布置于其中)与转子本身之间的相对偏心率的变化。在调节环(11)的外表面(11A)与腔室(40)(调节环(11)在其中移动)的内表面(40A)之间的接合区域上设置了以固定的相对位置安装的多个滚动元件(25)。滚动元件(25)仅在这样的接合区域上的一部分上设置，该部分包括区带(S)，在调节期间，在泵中产生的机械力和流体力的合力作用于该区带(S)上。本发明还涉及一种调节所述泵的排量的方法。
【IPC分类】F04C2/344, F04C14/22
【公开号】CN104903582
【申请号】CN201380068264
【发明人】M·卡尔代罗尼, L·卡迪杜
【申请人】Vhit公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月13日
【公告号】EP2938881A1, US20150322944, WO2014102652A1
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