可变排量润滑剂泵的制作方法

可变排量润滑剂泵
1.本发明涉及一种用于提供加压润滑剂的可变排量润滑剂泵，尤其是一种用于为内燃机提供加压润滑剂的机械式可变排量润滑剂泵。
2.润滑剂泵由发动机机械地例如经由齿轮传动装置或皮带传动装置驱动并且与发动机流体连通以便将加压润滑剂泵送至并且通过发动机。润滑剂泵的可变排量允许控制和/或稳定润滑剂泵的泵排出压力并因此允许例如控制和/或稳定发动机中的润滑剂通道压力。
3.wo2018/196991a1公开一种用于为内燃机提供加压润滑剂的典型的的可变排量的润滑剂泵。润滑剂泵包括静态泵壳体和可移位控制环，该可移位控制环布置在泵壳体的内部并且径向地限定基本上圆柱形泵送腔。润滑剂泵包括出口腔，该出口腔部分地被控制环的径向外侧限定。润滑剂泵设置有可旋转的泵转子，该泵转子布置在泵送腔内并且设有限定多个泵送腔隔间的多个转子叶片。转子叶片在可移位控制环内旋转，并因此泵送腔隔间在可移位控制环内旋转。润滑剂泵包括由那些泵送腔隔间限定的泵送腔压力区，该泵送腔压力区通过排出口与出口腔流体连通。润滑剂泵包括滑动支承装置，该滑动支承装置与出口腔邻接并且将控制环可移动地支承在泵壳体内。滑动支承装置包括第一滑动支承表面，其由泵壳体定义并且在滑动平面中延伸，并且滑动支承装置包括由控制环定义的第二滑动支承表面。
4.由所公开的润滑剂泵的出口腔几何形状导致：如果出口腔填充有加压润滑剂，则控制环被推离出口腔并且推向泵入口。因此，被控制环定义的第二支承表面移动离开由泵壳体限定的第一支承表面，从而形成明显的支承间隙。该支承间隙可为润滑剂提供泄露路径，例如从出口腔泄漏到位于滑动支承装置的对置侧的控制腔中的路径。到控制腔中不期望的润滑剂泄露会对控制环位置的控制产生不利的影响并因此会损害泵排出压力控制和/或泵性能。
5.因此，第一滑动支承装置设置有密封元件以避免润滑剂经由支承间隙泄露。然而，密封元件增加摩擦支承装置的滑动摩擦并因此降低泵效率。此外，泵壳体和/或控制环必须设置有特定的保持装置，以将密封元件保持就位并且避免密封元件滑出支承间隙。
6.本发明的目的是，提供一种成本低的、可靠的且高效率的可变排量润滑剂泵。
7.该目的通过一种具有权利要求1的特征的可变排量润滑剂泵实现。
8.根据本发明的可变排量润滑剂泵设置有静态泵壳体，该静态泵壳体定义泵入口和泵出口。泵入口通常与润滑剂箱流体连通，并且泵出口与发动机流体连通，用于为发动机提供加压润滑剂。
9.根据本发明的可变排量润滑剂泵还设置有可移位控制环，该可移位控制环布置在泵壳体的内部。控制环径向地限定基本上圆柱形泵送腔。控制环优选可相对于泵壳体线性地移动，在任何情况下，控制环都不能枢转地铰接在泵壳体的内部。泵送腔通常设置有精确圆形的径向横截面。然而，泵送腔也可以设置有非精确圆形的径向横截面-例如略微椭圆形的横截面-以提高泵效率和/或泵压力控制。
10.根据本发明的可变排量润滑剂泵也设置有出口腔，该出口腔与泵出口流体连通。
出口腔直接邻接控制环并且部分地由控制环的径向外侧限定。出口腔在泵运行期间填充有加压润滑剂。出口腔和控制环之间的界面，即，与出口腔直接流体接触的、控制环的径向外侧表面的部分，定义控制环的外侧压力表面。
11.根据本发明的可变排量润滑剂泵也设置有可旋转的泵转子，其布置在控制环内，尤其布置在泵送腔内。泵转子包括多个定义多个泵送腔隔间的转子叶片。转子叶片在控制环内旋转，因此的泵送腔隔间在控制环内旋转，从而使润滑剂从入口腔泵送到出口腔。泵转子机械地由发动机例如经由皮带或齿轮传动装置驱动。泵转子旋转轴线是静止的，因此，控制环的移动改变泵转子相对于周围控制环的偏心，从而控制泵的排量并因此控制泵的容积性能。
12.根据本发明的可变排量润滑剂泵也设置有被这些泵送腔隔间定义的泵送腔压力区，这些泵送腔隔间与控制环的排出口邻接并因此经由排出口与出口腔流体连通。在泵运行期间，泵送腔压力区填充有加压润滑剂。由于泵送腔隔间的旋转，泵送腔压力区的范围在泵运行期间在最大和最小范围之间变化。泵送腔压力区和控制环之间的界面，即，与泵送腔压力区直接流体接触的控制环的径向内侧表面的部分，定义控制环的内侧压力表面。
13.根据本发明的可变排量润滑剂泵也设置有至少一个滑动支承装置，其邻接出口腔并且通过该至少一个滑动支承装置，控制环可移动地支承在泵壳体内。滑动支承装置包括第一滑动支承表面和相应的第二滑动支承表面。第一滑动支承表面由泵壳体定义并且在滑动平面内延伸。第二滑动支承表面由控制环定义并且与第一滑动支承表面对置并且与第一滑动支承表面平行。
14.在泵运行期间，出口腔和泵送腔的压力区域都填充有加压润滑剂，从而控制环的内侧压力表面和外侧压力表面被加载相同的液压压力，尤其是被加载加压润滑剂的液压压力。因此，由润滑剂压力产生的并且影响控制的、总液压负载力的强度和尤其是方向仅由压力表面的几何形状决定。尤其是，垂直于滑动平面有效的有效载荷力分量的强度和方向通过由压力表面在滑动平面上的正投影所定义的投影区域比来定义。
15.根据本发明，控制环和泵壳体设计成，使得由外侧压力表面在滑动平面上的正投影定义的外侧投影区域小于由内侧压力表面在滑动平面上的正投影定义的最大内侧投影区域。因此，在泵运行期间，产生有效的液压负载力，其垂直于滑动平面是有效的并且朝向出口腔，使得控制环的第二滑动支承表面被压向泵壳体的第一滑动支承表面上。这减小了滑动支承表面之间的支承间隙并因此避免或至少显著抑制润滑剂经由滑动支承装置泄露，而无需滑动支承装置中的任何单独的密封元件。根据本发明的可变排量润滑剂泵提供了对控制环位置的可靠和高效控制并因此提供容积式泵性能的可靠和高效控制。由于在滑动支承装置内不需要密封元件，根据本发明的可变排量润滑剂泵可以被非常经济地实现。
16.在本发明的一个优选的实施方式中，外侧压力表面在滑动平面上的投影区域小于内侧压力表面在滑动平面上的最小投影区域。因此与电动机转子的旋转位置无关地产生将滑动支承表面压在一起的有效的负载力。这使支承间隙最小并因此提供一个非常高效的和可靠的润滑剂泵。
17.优选地，外侧压力表面完全地布置在平行于滑动平面延伸的泵送腔中心线的出口侧的横向侧。更优选地，外侧压力表面布置在相对于泵送腔中心并且从泵送腔中心线开始的45
°
至135
°
的角度范围内。因此，外侧压力表面产生基本上完全地垂直于滑动平面有效的
液压负载力，并因此不显著地影响控制环位置的控制。这提供可靠和高效的润滑剂泵。
18.在本发明的优选实施形式中，控制腔被提供用于液压地控制控制环位置。控制腔通常设置在控制环的前侧并且周向地邻接出口腔。控制腔设置有与控制环的界面，其基本上垂直于滑动平面延伸，使得在控制腔内的液压压力沿平行于滑动平面的方向加载控制环。控制腔围绕控制环的大的周向区并且尤其延伸到滑动支承装置，使得控制腔仅通过滑动支承装置与出口腔流体分离。因此，控制腔设置有相对大的与控制环的界面，其允许以相对低的液压控制腔压力产生相对高的液压致动力。
19.参考附图描述本发明的一个实施形式，其中，
20.图1示出根据本发明的可变排量润滑剂泵的局部剖视图，
21.图2示出图1的润滑剂泵的部分的放大图，以及
22.图3示出控制环压力表面在图1的润滑剂泵的滑动平面上的正投影区域的示意图。
23.图1和图2示出了用于向内燃机12提供加压润滑剂的可变排量润滑剂泵10。润滑剂泵10设置有静态泵壳体14、可移位控制环16和可旋转的泵转子18。控制环16布置在泵壳体14的内部并且径向限定基本上圆柱形泵送腔20。
24.润滑剂泵10包括入口腔22，该入口腔与润滑剂箱24流体连通并且在泵运行期间填充有具有基本上大气压的润滑剂。入口腔22通过控制环16的吸入口26与泵送腔20流体连通。
25.润滑剂泵10包括与发动机12流体连通的并且在泵运行期间填充有加压润滑剂的出口腔28。出口腔28位于泵送腔20的横向侧并且相对于入口腔22基本上对置。出口腔28部分地由控制环16的径向外侧限定，其中，在出口腔28和控制环16之间的界面定义控制环的外侧压力表面30。外侧压力表面30完全地位于泵送腔20的出口侧的横向侧。尤其，外侧压力表面30位于圆形扇区s内，该圆形扇区s在相对于泵送腔中心c并且从平行于控制环16的滑动平面p延伸的泵送腔中心线l开始的45
°
至135
°
的角度范围上延伸。出口腔28通过控制环16的排出口31与泵送腔20流体连通。
26.润滑剂泵10包括控制腔32，该控制腔周向地位于入口腔22和出口腔28之间在控制环16的前侧。在泵运行期间，控制腔32填充有润滑剂。在控制腔32内部的润滑剂压力是可控制的，以便液压控制控制环16的位置并因此控制容积式泵的性能。
27.润滑剂泵10包括滑动支承装置42，控制环16通过该滑动支承装置可移动地支承在泵壳体14内。滑动支承装置42定位成与出口腔28和控制腔32邻接并且将控制腔32和出口腔流体分离。滑动支承装置42包括两个彼此接触的对应滑动支承表面44、46。第一滑动支承表面44由泵壳体14定义，第二滑动支承表面46由控制环16定义。第一滑动支承表面44在滑动平面p中延伸，第二滑动支承表面46平行于第一滑动支承表面44，使得控制环16可平行于滑动平面p在泵壳体14内移动。
28.泵转子18布置在泵送腔20内并且包括九个转子叶片33a-i，其定义九个泵送腔隔间34a-i。在泵运行期间，转子叶片33a-i并因此泵送腔隔间34a-i在泵送腔20内旋转并因此将润滑剂从入口腔22泵入出口腔28。泵转子18机械地被发动机12驱动，例如经由皮带传动或齿轮传动装置驱动，使得泵转子18总是以与发动机12的旋转速度成正比的旋转速度旋转。
29.那些当前与排出口邻接的并因此经由排出口31与出口腔28流体连通的泵送腔隔
间34a-i定义泵送腔压力区36。对于示例性的在图1中示出的泵转子位置，泵送腔压力区由泵送腔隔间34a-d定义。在泵送腔压力区36与控制环16之间的界面定义控制环的内侧压力表面40。由于泵转子18的旋转并因此泵送腔隔间34a-i的旋转，泵送腔压力区36的实际周向范围并因此内侧压力表面40的实际周向范围在泵运行期间的最小范围e1和最大范围e2之间变化。
30.外侧压力表面30在滑动平面p上的正投影定义外侧投影区域a1。取决于泵转子18的当前旋转位置，内侧压力表面40在滑动平面p上的正投影定义当前内侧投影区域a2，其中，当前内侧投影区域a2的范围在最小内侧投影区域a2-min和最大内侧投影区域a2-max之间变化。图3示出针对图1和2示出的示例性转子位置的外侧投影区域a1和当前内侧投影区域a2以及最小内侧投影区域a2-min和最大内侧投影区域a2-max的示意图。根据本发明，泵壳体14和控制环16设计成外侧投影区域a1小于最大内侧投影区域a2-max。在本发明的本实施形式中，外侧投影区域a1小于最小内侧投影区域a2-min。
31.在泵运行期间，出口腔28和泵送腔压力区36都填充有加压润滑剂，使得外侧压力表面30和内侧压力表面40加载有相同的液压压力。由于外侧投影区域a1小于最小内侧投影区域a2-min，控制环16在泵运行期间恒定地被液压加载有效的负载力f，其中，有效的负载力f垂直于滑动平面p是有效的并且朝向出口腔28。因此，控制环16的第二滑动支承表面46恒定地压向泵壳体14的第一滑动支承表面44，使得滑动支承表面44、46之间的间隙最小化。
32.附图标记清单
33.10可变排量润滑剂泵
34.12内燃机
35.14泵壳体
36.16控制环
37.18泵转子
38.20泵送腔
39.22入口腔
40.24润滑剂箱
41.26吸入口
42.28出口腔
43.30外侧压力表面
44.31排出口
45.32控制腔
46.33a-i转子叶片
47.34a-i泵送腔隔间
48.36泵送腔压力区
49.40内侧压力表面
50.42滑动支承装置
51.44第一滑动支承表面
52.46第二滑动支承表面
53.a1外侧投影区域
54.a2当前内侧投影区域
55.a2-min最小内侧投影区域
56.a2-max最大内侧投影区域
57.c泵送腔中心
58.e1最小范围
59.e2最大范围
60.f有效的负载力
61.l泵送腔中心线
62.p滑动平面
63.s圆形扇区