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为机动车辆，尤其为内燃机提供加压润滑剂的可变排量润滑剂泵。
2.主要为了润滑机动车辆的机械部件，例如内燃机或变速器的部件，通常提供润滑剂泵以使润滑剂在润滑剂回路中循环。润滑剂泵必须具有可靠的设计以避免润滑剂泵本身的损坏，例如由气蚀引起的损坏，以及避免在泵失灵甚至完全故障时损坏变速器或内燃机的部件。
3.在wo2014/083063a1中公开了一种典型的可变排量泵。泵转子设置在泵壳体内，并且共同旋转地固定到转子轴上并且包括叶片狭缝。叶片布置在叶片狭缝中，可在叶片狭缝中径向向内和向外地移动并且与控制环的内表面接触。泵转子和叶片的旋转导致流体从吸入口穿过由控制环的内表面、泵转子和叶片定义的泵腔泵送到排放口。排量泵的塑料控制环设置有径向入口开口和径向出口开口。
4.泵的径向入口开口和出口开口确保高容积式泵性能和低流阻。然而，由于控制环中的径向开口，总是与控制环接触的旋转泵叶片导致暂时高的机械表面压力，因为布置有径向开口的控制环段中的接触面积较小。这会导致布置有径向开口的控制环段中的局部磨损增加。控制环不规则的磨损会导致内部泄露，从而降低容积式泵的效率。
5.本发明所要解决的技术问题是，提供一种减少磨损、确保足够的体积流量并减少气蚀风险的泵设计。
6.该技术问题通过具有权利要求1的特征的可变排量润滑剂泵解决。
7.根据本发明的可变排量润滑剂泵设置有围绕转子轴线旋转的泵转子。泵转子包括被机动车辆的内燃机机械地驱动的泵转子轴。泵转子轴与内燃机直接地机械连接，例如经由皮带轮或皮带连接，并因此泵转子轴的旋转速度与内燃机的旋转速度相关。
8.泵转子也包括固定到转子轴上并因此与转子轴共同旋转的转子体。转子体与转子轴同心地布置，转子轴径向地位于转子体的内部。转子体具有用作叶片狭缝的径向凹槽。泵转子包括可在所述叶片狭缝中径向滑动的泵叶片。泵叶片的远端始终与控制环的内表面接触。例如可以通过在泵叶片的近端设置预加载的弹簧来实现并且保持在泵叶片的远端与控制环内表面之间的在低旋转速度下的接触压力。泵叶片的近端可以由可移动的支撑环直接或间接地支撑。在旋转时，这种布置确保将润滑剂从低压侧输送到高压侧。
9.可变排量润滑剂泵的控制环可移动地布置。控制环的线性或可枢转运动由泵壳体突起和泵壳体段导引和限制。一个或多个螺旋预加载弹簧将控制环推入更大偏心度的位置。控制环的具体移动位置定义可变排量泵的容积式泵性能。
10.所有泵送隔间的整体定义泵腔，该泵腔由控制环和转子体之间的空间定义。
11.控制环设置有径向入口开口和/或径向出口开口。径向开口可以用作轴向开口的附加开口。附加的径向开口增加了总的入口和出口面积，从而降低了流动阻力和气蚀风险。因此，气蚀效应，如泵噪声和由于润滑剂中潜在气泡的内爆导致的压力峰值等得以降低。
12.控制环优选在共成形(co-molding)过程中生产。它设置有控制环主体和至少两个单独的平行的衬套环，衬套环布置在控制环主体的径向内侧。衬套环在轴向上彼此间隔开
并且定义用于与泵转子一起旋转的叶片的接触面。衬套环耐磨，因此减少了控制环的磨损。这会致使控制环和可变排量润滑剂泵的使用寿命延长。
13.径向入口开口和径向出口开口轴向地布置在两个衬套环之间。衬套环可以设置有相对较小的轴向宽度，允许径向开口在轴向方向上相对较大，从而在增加高旋转速度下潜在的容积式泵性能。
14.优选地，衬套环是金属的，以便确保相对于与控制环的衬套环持续地摩擦接触的旋转泵叶片具有足够的耐磨性。衬套环的替代材料是陶瓷，因此衬套环可以在烧结过程中生产。然而，金属更容易制造并且不易碎。衬套环可以相对于控制环主体旋转地被设置并且支撑。替选地，衬套环完全不可旋转地固定到控制环主体上。
15.在本发明的优选实施方案中，控制环主体材料是塑料。塑料的优点是重量轻，易于制造并且制造成本效益高。
16.优选地，径向入口开口和径向出口开口布置成基本上在直径上彼此对置。这实现了控制环基本上对称的设计并且易于制造。
17.在本发明的优选实施方案中，泵壳体材料是金属。与塑料相比，金属具有更高的机械刚度和坚固性，因此泵内的间隙在不同的温度下保持不变。此外，与塑料和陶瓷相比，金属具有更高的传热系数并且有助于冷却润滑剂。
18.在本发明的一个特别优选的设计中，泵壳体材料由铝制成。铝是金属中导热率最高的材料之一，因此适合作为泵壳体材料。此外，铝因其密度低而称为一种轻质金属。
19.优选地，泵叶片由塑料制成。塑料材料具有低密度并且易于制造。此外，低密度导致低的离心力，这在泵的高旋转速度下是非常重要的。控制环或衬套环上的磨损与控制环或衬套环上的法向力相关。由泵叶片施加的法向力越小，泵叶片约轻。
20.在本发明的优选实施例中，转子体也由塑料制成，优选由与控制环主体相同的塑料制成。连接到转子轴的塑料转子体减轻了泵转子的重量，因此也降低了质量惯性，最终降低了泵的功耗。转子体和控制环主体采用相同的材料保证了几何形状的一致性，因为两个泵部件在轴向上的热膨胀基本相同，从而避免了运行中由于温度升高而导致的间隙增加。
21.通过以下结合附图对本发明实施例的详细描述，可变排量泵的进一步优点变得明显，其中，
22.图1示出包括控制环的可变排量润滑剂泵的横截面，以及
23.图2示出图1中的控制环的立体图。
24.图1示出由内燃机直接驱动的可变排量润滑剂泵10，使得泵10的旋转速度始终与发动机的旋转速度成正比。
25.泵10包括由铝制成的泵壳体40。如图1中可见，泵转子20布置在泵壳体40的内部。泵转子20围绕静态的转子轴线22旋转并且由金属转子轴24、保持多个塑料泵叶片29的环状塑料转子体26组成。转子体26设置有多个径向叶片狭缝28，在这些径向叶片狭缝28中，泵叶片29设置成相对于转子体26可径向移动。
26.包括泵叶片29的泵转子20径向地被可移动的控制环30围绕。控制环30不可旋转，但可相对于泵壳体40径向地并且线性地可移动。螺旋预加载弹簧32将控制环30推入相对于转子轴24更大偏心度的位置。替选地，可以使用两个平行的螺旋弹簧32。
27.控制环设置有两个相同的金属衬套环34，其与塑料控制环主体31共成形。
28.在泵腔内，转子体26、泵叶片29和控制环30定义许多旋转的泵送隔间44，它们在图1中逆时针方向旋转。泵送隔间44一起定义可变排量泵10的泵腔42。
29.泵10的两个彼此对置布置的侧壁分别设置有镰刀形轴向入口开口14和镰刀形轴向出口开口16，润滑剂分别通过它们流入旋转的泵送隔间44并且流出旋转泵送隔间44。
30.图1示出可变排量泵10的最大容积泵送构造。通过设置控制环30相对于泵转子20或转子轴24的最大可能偏心度来设置该构造。在该位置，实现了最大的润滑剂流量和最大的泵出口压力。在排出口处的流量和压力的限制和控制由控制腔35来控制，该控制腔与泵10的排出口液压连接。控制腔35中的流体压力通过控制环柱塞33克服反作用的螺旋弹簧32的力将控制环30推入泵10的较低容积泵送位置。因此，通过螺旋弹簧32的刚度和控制腔35中的压力作用区域来设置泵出口处的最大所需压力和流量。
31.为了提高泵10的抗气蚀性能并且增强其提高容积式泵送性能的能力，控制环30设置有窗状的径向入口开口38和窗状的径向出口开口39，如可参见图1和图2。除了泵10的轴向开口14和16外，还提供径向开口38和39，并且允许更高的局部流量。但也可以想到，径向开口是用于进入泵送隔间44的唯一入口开口和出口开口。
32.狭缝状径向入口开口38和狭缝状径向出口开口39布置成在直径上彼此对置。径向入口开口38和径向出口开口39的轴向延伸可以通过衬套环34的轴向延伸的最大化而最大化。通过设置大的轴向开口尺寸，径向入口开口38和径向出口开口39分别提供大的总入口面积和出口面积，从而即使在泵转子20的非常高的旋转速度下也提供通过开口的低流动阻力。低流动阻力允许高流量。此外，低流动阻力导致润滑剂中的低压力损失，这降低了润滑剂中形成气体的风险。因此，低流动阻力也降低了由气蚀引起的问题的风险，例如材料磨损和噪音。
33.狭缝状径向入口开口38和狭缝状径向出口开口39的最大尺寸开口角度取决于泵叶片29的数量，其对应于由两个相邻叶片29定义的泵送隔间44的角度。
34.附图标记清单
35.10 可变排量润滑剂泵
36.14 轴向入口开口
37.16 轴向出口开口
38.20 泵转子
39.22 转子轴线
40.24 泵转子轴
41.26 转子体
42.28 叶片狭缝
43.29 泵叶片
44.30 控制环
45.31 控制环主体
46.32 螺旋弹簧
47.33 控制环柱塞
48.34 衬套环
49.35 控制腔
50.36 控制环主体材料
51.38 径向入口开口
52.39 径向出口开口
53.40 泵壳体
54.42 泵腔
55.44 泵送隔间