用於調節往復式泵的輸送容積的調節閥的製作方法

2023-05-29 00:06:16

專利名稱：用於調節往復式泵的輸送容積的調節閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於調節往復式泵的輸送容積的調節閥以及包括調節閥 的往復式泵，其中所述調節閥被布置在泵的流體循環中用於調節由泵輸送的流 體的輸送容積。因此，當被提供用於調節往復式泵的輸送容積時，本發明還涉 及調節閥本身。
背景技術：
往復式泵以與泵的速度成比例的容積流量輸送流體。每轉或每個往復衝 程——即所謂的特定的容積流量——是恆定的或者實際上可以至少被認為可 以很好地接近於恆定的。舉例來說，每轉或每衝程的恆定性以及相應的與泵的 速度的成比例性在一些應用中是衝突的，在這些應用中，要被各自的泵供應的 組件所具有的流體需求在一個或多個泵的速度範圍內比由比例性而產生的容 積流量要低。在各個速度範圍內，泵因此輸送了超出了需求的並且被有損失地
引導走的容積流量。這個問題在US 6 126 420中有描述，同時其已經公開了一 種用於解決該問題的具有可調節的輸送容積的內齒輪泵。
US 6 244 839 Bl同樣公開了一種具有可調節的輸送容積的內齒輪泵。為 進行調節，內齒輪可相對於外齒輪軸向移動。內齒輪是軸向移動調節單元的一 部分，該軸向移動調節單元被形成為在兩側均可作用的活塞。通過三位四通調 節閥，調節單元承受由泵輸送的流體。調節閥包括閥殼和閥活塞，所述閥活塞 可以在閥殼內沿軸向前後移動，並且該閥活塞在一個軸向端承受輸送來的流體 而在另一個軸向端承受抵抗該流體的壓力的閥彈簧力。閥活塞的位置根據闊彈 簧的力與由流體壓力產生的力的平衡而設定。調節閥被構造成使得當達到由閥 彈簧預先確定的流體壓力時，調節單元從最大輸送容積的軸向位置向最小輸送 容積的軸向位置移動。閥彈簧的偏置力預先在調節閥上被設定。
WO03/058071 Al公開了一種往復式泵，其包括調節閥，在該調節閥中用 於調節泵的輸送容積的可移動閥活塞被安裝為在軸向方向上承受來自泵的高壓側的流體並且承受與流體相反的彈簧力。為了能夠降低泵被向下調節到的流 體壓力，提供了一種用於該調節閥的控制設備，該控制設備在閥活塞上施加附 加力。可以引用用於調節閥彈簧的偏置力的電動步進電機和用於產生附加的磁 力的磁線圈作為控制設備的示例。通過調節閥連接的流體流動僅在最大輸送容 積的方向上作用在泵的移動單元上，而高壓側的壓力持續地在相反的方向上作 用。

發明內容
本發明的一個目的是靈活地並且精確地使往復式泵的輸送容積與要被供 應的組件的需求相適應，並且持續保證對組件提供充足的供應。
本發明在用於向組件提供流體的往復式泵的基礎上進行，所述往復式泵包 括泵殼，該泵殼包括輸送室以及可以在該輸送室中移動的輸送元件，該輸送元 件可以直接作用在流體上以便將其輸送穿過輸送室。當執行輸送運動時，輸送 元件可以獨自地或與另一個一起協作或者可採用更多的其它輸送元件，通過增 加壓力從輸送室的入口輸送流體穿過輸送室的出口。入口被指定為泵的低壓 側，而出口被指定為泵的高壓側。泵優選地被設置在閉式流體循環中，但是原 則上還可以在開式流體循環中輸送流體。當被結合在閉式流體循環中時，泵在 低壓側從儲存容器中抽取流體通過入口進入到輸送室中，並且在高壓側將其輸 送至需要流體供應的組件或者也可以是多個組件中。在一個或多個組件的下 遊，流體再次進入儲存容器，從而結束流體循環。舉例來說，泵可以用於為液 壓提供壓力流體。在優選實施例中，泵被安裝或被提供用於安裝在機動車輛中， 以便為驅動機動車輛的內燃機供應潤滑液或為自動變速器供應液壓液。優選 地，所述內燃機驅動所述泵。
所述往復式泵還包括調節閥，藉助於該調節閥，所述泵的輸送容積可以根 據至少一個需要被供應的組件的需求進行調節，並且因此可以優選地減小驅動 該泵的能量。調節閥包括閥殼、可以在閥殼內運動的閥活塞、閥彈簧以及調節
設備。閥活塞包括流體閥致動壓力的致動表面(active surface)。所述閥彈簧被 布置成使其作用在閥活塞上，作為一個整體與作用在閥體上的閥致動壓力相 反。
在優選實施例中，輸送容積被理解為泵自身的特定容積流量——在旋轉泵的情況下為每轉的容積流量，而在往復式活塞泵的情況下為每衝程的容積流
量。儘管不是最優選的，泵還可以是恆量泵(constantpump)，而調節閥可作
為旁通閥被布置在泵的高壓側，以便將過量輸送的流體輸送到儲存容器中，避
開所述至少一個組件。這樣的旁通輸送不會減少泵的能量消耗，但是卻可以保
證根據需求的輸送。在這樣的實施例中，根據需求控制或調整的不是輸送室的
出口處的輸送容積，而是輸送至所述至少一個組件的輸送容積。通過利用根據
本發明或其它方式的調節閥來調節每轉或每衝程的容積流量，並將通過泵輸送
的容積流量的被分支的且未被使用的一部分在泵的下遊且被供應的組件的上
遊返回到儲存容器，可以將能調節自身輸送容積的泵與旁通閥相結合。
在優選實施例中，如直接從輸送室的出口處看到的，泵的自身輸送容積通
過調節閥進行調節。在這些實施例中，致動元件被可移動地設置在泵殼內，並 且可以在其活動方向上承受取決於所述至少一個組件的需求的致動力在其可
動(mobility)的方向上進行管理。致動元件具體被設置為面對輸送元件的正 面或圍繞輸送元件。在第一種變形中，致動元件和輸送元件是調節單元的一部 分，其中所述調節單元可以在泵殼內作為一個整體單元前後移動，例如可以線 性移動或者可以以其它方式樞軸轉動或移動的調節單元，橫'向於優選地為可旋 轉的輸送元件的旋轉軸。舉例來說，這種調節單元的示例在US 6 283 735 B1 中被描述用於外軸泵(extemal-axle pump)，在US 6 126 420和US 6 244 839 Bl 中被描述用於內軸泵(internal-axle pump)，而在EP 1 262 025 A2中被描述用 於兩種類型的泵。在第二種變形中，致動元件可以相對於輸送元件和泵殼進行 調節。第二種變形中的致動元件具體可以是圍繞輸送元件的致動環，如在包括 葉片泵的葉輪泵、擺動式滑塊泵(pendulum slider pump)和內齒輪泵中所公知 的那樣，以便例如通過致動元件的線性往復或樞軸轉動運動來調節相對於輸送 元件的偏心。
致動力優選地流體地產生，因為致動元件形成有承受壓力流體的致動活 塞。這種壓力流體具體來說可以在泵的高壓側被分支並且作為由泵輸送的容積 流量的分流經由調節閥返回致動元件，所述由泵輸送的容積流量作為一個整 體。但是原則上，致動元件所承受的壓力流體還可以是另一種流體，例如從壓 力儲存容器或從另一個泵供應的流體。
在另一種變形中，流體的分流通過調節閥回流到低壓側進入輸送室，以便增加其中的輸送腔的填充水平，例如在US 6 935 851 B2中公開的。回流到並 填充輸送腔同時也調節輸送容積，其中這種類型的調節可以在與之前引用的其 它類型中的一個相結合而實現。
根據本發明，調節設備被形成為使其可以在由閥致動壓力施加在閥體上的 力的方向上或是在與閥致動壓力相反的方向上調節闊活塞。其優選地通過電磁 工作。在這裡與其它地方相同，詞語"或(or)"在本發明的意義中包括"不 是…就是…(dther…or…)"的含義以及"和(and)"的含義，只要根據相應 內容來說限定的含義不是必須的。因而，調節設備可以被構造為使其僅抵消閥 致動壓力或優選地在相同的方向上僅抵消閥彈簧的力，並且可替換地，其還可 以被構造為使其既可以在沿閥致動壓力的方向上也可以在與之相反的方向上 調節閥活塞。
在第一優選實施例中，閥致動壓力和通過調節設備施加在閥活塞的力一起 作用抵抗閥彈簧力。如果閥致動壓力增加，則閥活塞可以通過與閥彈簧力相反 的調節設備的相對較小的力來被調節。
在第二優選實施例中，調節設備被構造為既在閥致動壓力的方向上也在與 閥致動壓力相反的方向上調節闊活塞。如果調節設備為僅包括一個單獨的磁線 圈的磁調節設備，則在這些實施例中，磁線圈的極性可以被反向。可替換地， 可以在閥活塞的兩個活動方向中的每個方向上提供一個專用磁線圈，每個線圈 都包括電樞，並且這些電樞中的一個在活塞的一個活動方向上向閥活塞施加 力，而另一個電樞在閥活塞的另一個活動方向上向閥活塞上施加力，以便前後 移動閥活塞。
至少在第二實施例中，優選地同樣在第一實施例中，閥活塞的位置因此可 以相對於閥殼進行調節而無關於作用在致動表面上的閥致動壓力，因此可以設 定泵的輸送容積。調節閥可以因此適應性地在被供應的組件的較大的操作範圍 內設定輸送容積，持續地或按需增量，而不僅適應於輸送容積被調整下降到的 特定壓力。
用於該調節閥的控制設備或調整設備優選地被構造成使得輸送容積可以 利用該調節閥適應性地在組件的整個操作範圍內進行調節。相反地，閥彈簧和 持續抵抗閥彈簧閥的力的閥致動壓力保證了對組件的可靠的供應，即使——在 調節設備失效的情況下——僅根據偏置力和閥彈簧的彈簧常數調整輸送容積，如在傳統的往復式泵中所知的。本發明將對需求的精確和靈活的適應性與即使 在調節設備失效時都能保證的供應可靠性相結合；其提供了所謂的對輸送容積 的二級控制或二級調整。
調節設備優選地為比例閥。其優選地為電控的。所述調節設備優選地磁性 地作用。其可以包括比例磁線圈，該比例磁線圈是電壓控制或電壓調整的或電 流控制或電流調整的，即通過根據所述至少一個組件的需求改變所施加的電壓 或電流。在其它優選實施例中，調節閥由調製脈衝控制或調整。當使用脈衝調 制調節閥時，可以改變致動變量的單個脈衝的持續時間或兩個連續脈衝之間的 時間間隔，其還包括這樣一種情況，即脈衝的持續時間或兩個連續脈衝之間的 時間間隔均根據需求進行改變。致動變量的周期持續時間優選地為恆量。優選 地，使用脈衝寬度調製調節閥。調節閥的致動變量的周期持續時間明顯要小於
用於調節輸送容積的往復式泵的測定時間常數(determing time constant)。脈 衝調製利用了泵的低通特性。通過根據需求改變脈衝寬度調製的接通時間或在 脈衝頻率調製的情況下改變時間間隔，通過調節閥的流量以及因此往復式泵的 輸送容積可以幾乎持續地根據組件的電流需求被控制或調整。
調節閥優選地為包括至少三個埠、優選地四個埠的多管閥。其可優選 地在至少兩個轉換位置上轉換，優選地在至少三個轉換位置上轉換。
在優選實施例中，調節閥根據要被往復式泵輸送的容積流量的標稱值或要 由往復式泵生成的流體供應壓力的標稱值而被控制或調整。預置的標稱值預先 確定被提供給調節閥的控制設備或調節設備的標稱值。標稱值優選地根據組件 的需求而改變。優選地，特性要素圖為取決於組件操作狀態的標稱值而預先確 定。所述至少一個標稱值或優選地多個標稱值根據物理變量而預先確定，所述 物理變量為操作狀態的特徵並且是依靠檢測設備在組件的操作過程中使用傳 感器探知得到的。所述至少一個物理變量具體可以是溫度、旋轉速度或組件的 負載狀態。優選地，容積流量或流體供應壓力的一個或多個標稱值根據至少兩 個體現組件操作狀態特徵的變量而預先確定。如果往復式泵被用作為內燃機的 潤滑油泵，舉例來說，潤滑油的溫度或內燃機的局部中的冷卻液的溫度、或是 旋轉速度或——對於負載狀態來說——加速踏板或節流閥的位置可利用傳感 器進行檢測，並且相應的標稱值可以由此在特性要素圖的基礎上確定並且可以 被預先確定在用於調節閥的控制設備或調整設備上。在第一優選實施例中，調節閥僅根據各標稱值進行控制。檢測形成標稱值 的物理變量的實際值的歩驟被省略，任何精心設計的用於在標稱值/實際值比 較的基礎上進行的調整的過程也被省略，其中所述物理變量是所述需求的代 表，即容積流量或流體供應壓力。在同樣優選的第二優選實施例中，調節閥根據容積流量或流體供應壓力的 各標稱值與實際值之間的標稱值/實際值比較進行調整，所述實際值連續地或 在一個足夠短的時間間隔內測量得至'j。在以下情況下調整是有利的，即由於損 耗而在組件的使用壽命中改變了組件的容積流量的需求。在兩個實施例的可選擇的結合中提供有可以從根據第一實施例的控制變 為根據第二實施例的調整的校驗設備，其中優選地是如果調節閥首先依據預先 確定的容積流量被控制，由於隨著組件磨損而引發的洩露形成損耗，其隨後變 為壓力調整。在另一個實施例中，提供有適應性校驗設備，該設備可在使用傳 感器檢測容積流量或流體供應壓力的基礎上測定磨損的增加並且以至少一個 增量或多個增量適應性地轉換標稱值或標稱值的特性要素圖，如連續適用於組 件的使用壽命中。在另一個優選實施例中，調節閥一方面在流體供應壓力或容積流量的標稱 值或標稱值的特性要素圖的基礎上被控制並且此外還被電流調整。一個尤其優 選的實施例為藉助於脈衝寬度調製在流體供應壓力或容積流量的標稱值或標 稱值的特性要素圖的基礎上被控制並且此外還被電流調節的調節閥。磁調節設 備的電阻的改變有利地被電流調整來平衡。在磁調節設備中獲取的電流被檢 測，並且由於電阻改變而產生的電流量級的改變被根據所獲取電流的變化調整 佔空比來平衡。但是，相應地，這不僅僅可以進行在如脈衝寬度調製調節閥的 優選實施例中，還可以進行在以其他方式控制的調節閥中。通過在容積流量或 流體供應壓力的標稱值或標稱值的特性要素圖的基礎上進行控制以外還進行 電流調節，可以省略對容積流量或壓力的調整，儘管甚至是在電流調整的情況 下可以額外地應用對容積流量或壓力的調整。控制設備或調整設備可以是調節閥的一個集成部分，並且其可以與調節閥 分開安裝。標稱值預置可以被認為是控制設備或調整設備的目標部分，或者可 以客觀地被分別認為是與控制設備或調整設備的其他部分相分離的。調節閥優 選地為往復式泵的一個集成部分，並且舉例來說其可以被安裝在泵殼上。在所述集成的實施例中，調節閥同樣可以有利地被設置在往復式泵的殼體內，例如 在容納孔中或者在泵殼的壁上另外形成容納空間中。在這些實施例中，調節閥 的埠可以以節省空間和節省重量的方式形成為孔或在殼體內另外形成通道， 尤其是在殼體的所述壁上。因此，泵殼同樣可以同時形成閥殼或者僅形成閥殼 的一部分。在泵的輸送容積被直接調節的實施例中，有利的是，如果致動元件被形成 為包括兩個活塞表面的雙向作用致動活塞，其中所述兩個活塞表面沿軸向彼此 相背並遠離並且優選地沿相反的方向彼此相背並遠離，並且無論是這一個還是 另一個活塞表面、或者也可以是兩個活塞表面，可以通過調節閥而承受加壓的 壓力流體。如果致動元件形成可以承受壓力流體的致動活塞，例如僅能在--側承受壓 力流體的活塞或優選地雙向作用活塞，則在優選實施例中，其承受由泵彈簧施 加的彈簧力，其中泵彈簧作用在增大泵的輸送容積的方向上。如果致動元件形 成雙向作用活塞，優選地是如果泵彈簧足夠弱從而使得泵的調節動態特性不會 被泵彈簧決定性地影響，而是專門地或至少在很大限度上由調節閥來決定性地 影響。在這樣的實施例中，原則上還可以省略泵彈簧。相反地，使用較弱的泵 彈簧是有利的，其中該泵彈簧被構造成使其僅可以保證當往復式泵在低速下運 行時，能夠輸送泵在這個速度下最大的輸送容積。泵彈簧在致動元件上施加對應於最多1 bar的流體壓力的彈簧力就足夠了。為了調節的目的而通過調節閥被導向——被控制或被調整——至往復式 泵的流體、或者在調節閥僅被用作旁通閥時從被分流到儲存容器的流體，優選 地在其流過調節閥時產生閥致動壓力。在這樣的實施例中，不需要用於產生閥 致動壓力的單獨的埠。與流動通過調節閥的流體進入該調節閥所通過的入口 相同的埠同樣可以形成產生閥致動壓力的流體的埠 。優選地是如果閥致動壓力通過多個致動表面產生，優選地精確地為兩個致 動表面，其中這些致動表面在尺寸上以下面這種方式存在差別，該方式使得閥 致動壓力根據致動表面的不同面積在閥活塞上施加不同的力。不同的力的^^徵 尤其優選地與附加特徵相結合，根據所述附加特徵，流體在流過調節閥的同時 產生閥致動壓力。在一種發展拓寬中，當往復式泵輸送流體時，閥彈簧的偏置力可以被調節，優選地為流體地被調節。所述調節閥於是可包括優選地僅被用於設定偏置力的 另 一個活塞，並且該活塞優選地承受還產生閥致動壓力的流體，其中可以為用 於調節偏置力的活塞提供分離的埠 、或優選地作用在這個調節活塞上的力可 以由流動經過的流體產生。有利的特徵同樣在下面的從屬權利要求及其結合中被描述。


下面對本發明的一個示例性實施例在附圖的基礎上進行解釋r示例性實施 例公開的特徵，每個單獨特徵和特徵的任何結合，有利地發展了權利要求和前 面描述的實施例的主題。其中示出的是圖1為往復式泵的橫截面；圖2為往復式泵的縱截面；圖3為包括用於調節泵的輸送容積的調節閥的往復式泵； 圖4為用圖例示出的調節閥；以及 圖5為調節閥的縱截面。
具體實施方式
圖1示出了往復式泵(displacement pump)的橫截面。在泵殼1內形成有 包括位於低壓側的入口 2和位於高壓側的出口 3的輸送室。第一輸送元件4 和第二輸送元件5被可移動地設置在輸送室中。輸送元件4和5彼此輸送接合。 當輸送元件4和5在輸送接合狀態下被驅動時，它們執行這樣的輸送運動，即 通過入口 2將例如潤滑油或液壓液的流體吸入輸送室中並且將其以較高的壓 力從出口 3排出。輸送元件4被驅動，並且在輸送接合狀態下驅動輸送元件5。示例性實施例中的往復式泵為外齒輪泵。因此，輸送元件4和5為具有外 部圓周齒的輸送迴轉體，並且所述輸送接合為齒接合。輸送元件4和5被安裝 為使得它們可以分別圍繞旋轉軸R4和R5旋轉。當它們被旋轉驅動時，所吸 入的流體從入口 2被輸送，進入由輸送元件4和5的每個齒隙所形成的輸送腔， 穿過所謂的圍壁la，並且通過出口3被排出。為了能夠使泵的輸送容積適應要被供應流體的組件的要求，可以對沿旋轉 軸R4和R5測量得到的輸送元件4和5的輸送接合的軸向長度——接合長度——進行調整。為進行調整，輸送元件5可在最大接合長度即最大輸送容積 的位置和最小接合長度即最小輸送容積的位置之間相對於輸送元件4和泵殼1 軸向地前後移動。圖2示出了所述往復式泵的縱截面。輸送元件4被不可旋轉地緊固在驅動 軸上，所述驅動軸從泵殼l伸出並支撐有用於驅動泵的驅動輪。輸送元件5 為調整單元的一部分，該調整單元除了輸送元件5外還包括由兩個致動活塞6 和7組成的致動元件。這個調整單元5-7可以作為一個完整的單元在泵殼1內 沿軸向前後移動，以便能夠調整接合長度。輸送元件5被沿軸向設置在致動活 塞6和7之間。致動元件6、 7如此裝配輸送元件5使其能夠繞旋轉軸線R5 旋轉。調整單元5-7被容納於泵殼1的圓柱形空腔中。所述空腔為調節單元5-7 的運動形成軸向軌跡。其還在調整單元5-7的一個軸側上形成一個壓力空間8， 而在另一側形成另一個壓力空間9。除由於洩漏引起的不可避免的損失外，致 動活塞6和7將壓力空間8和9彼此流體地分離以及將它們與輸送室流體地分 離。在示例性實施例中，壓力空間8和9可分別被壓力流體加壓，所述流體由 往復式泵輸送。泵彈簧10被設置在壓力空間9中，其中所述彈簧的彈簧力在 沿最大接合長度的方向上作用於調節單元5-7上，即致動活塞7上。圖3示出了結合在例如機動車輛潤滑油循環的閉式流體循環中的往復式 泵。流體循環包括儲存容器ll，泵在低壓側通過入口2從該儲存容器11中吸 取流體，並且將其在高壓側以高壓通過出口 3、附接的供應管路12、並通過包 括冷卻器和過濾器的冷卻和淨化設備13被輸送至需要流體供應的組件14處， 例如用於驅動機動車輛的內燃機。在組件14的下遊，流體通過管路15返回到 儲存容器ll中。在冷卻和淨化設備13的下遊，具體來說是冷卻和淨化設備13的淨化部分 的下遊，但是仍在組件14的上遊，流體的分流16經由調節閥20被分叉並返 回泵。調節閥22包括分流16的入口、短接到儲存容器ll的出口、以及兩個 其它埠，其中一個埠經由管路18連接到壓力空間8，而另一埠經由管 路19連接到壓力空間9。調節閥20為多管轉換閥。在第一轉換位置，其引導 分流16進入壓力空間8並將壓力空間9連接到儲存容器11，即，其將壓力空 間9連接到環境壓力中。在圖3所採用的調節閥20的第二轉換位置，其通過 引導分流16進入壓力空間9並使壓力空間8與儲存容器11短接(shorting)15而使這些條件反轉。示例性實施例中的調節閥20可採用三個轉換位置，也就 是前面列舉的兩個位置以及一個中間位置，在該中間位置上調節閥20使得壓力空間8和9彼此分離並且還使得它們與儲存容器11和分流16分離，這樣除 去由於洩漏引起的漏出和伴隨產生的損失外，壓力空間8和9中的各自的壓力 保持不變。在示例性實施例中，可以選擇三位四通閥(4/3-port valve)作為調 節閥20。圖4以圖例示出了圖3中的調節閥20，但是是以放大的表不方法。調節 閥20的四個埠被示出，其中用於分流16回流的入口以I表示，到儲存容器 ll的出口以O表示，用於壓力空間8的埠以A表示，而用於壓力空間9的 埠以B表示。調節閥20為比例閥，其顯示出恆定作用的流體的閥致動壓力P20，也就 是分流16中被回流的流體的壓力，並且其包括被設置用於抵抗閥致動壓力P20 的閥彈簧25。當調節閥20工作正常時，流體的闊致動壓力P20和閥彈簧25 的力不能單獨確定轉換的位置。調節閥20包括如比例閥的調節設備，該調節 設備根據組件14的流體需求而將調節閥20從一個轉換位置轉換到另一個轉換 位置上。如果比例調節設備失效，則閥致動壓力P20和閥彈簧25使調節閥20 具有失效保護特性。調節設備為連接到脈寬調製電子致動信號的磁調節設備。致動信號由控制 設備以矩形信號的形式生成，所述矩形信號具有恆定的例如電壓電平的上信號 電平和下信號電平、以及特定的周期持續時間。上信號電平的持續時間即接通 時間(on-time)以及由此導致的下信號電平的持續時間即斷開時間(off-time) 可以根據脈寬調製而改變。調節設備的磁力根據致動信號的佔空比而改變，該 佔空比即接通時間與周期持續時間t之間的比。調節閥20的轉換位置可以從 與閥彈簧25的力的力平衡以及兩個反作用力，即由閥致動壓力P20產生的流 體力和磁力，中得出。閥致動壓力P20越大，則與力平衡相對應的磁力就越小。 如果流體力與磁力的總和超過了彈簧力，則閥活塞22在第一轉換位置的方向 上移動，並且往復式泵的輸送容積被調節。如果閥彈簧25的力佔優勢，則閥 活塞22向第二轉換位置移動，並且調節單元5-7因此在最大輸送容積的方向 上移動。在一種改進中，接通時間和斷開時間被分配給調節閥20的第一和第二轉16換位置。當調節閥正常工作時，閥活塞22的位置以及因此調節閥20的轉換位 置不受閥致動壓力P20的影響。通過示例的方式，可以設想到，在每次的接通 時間中，調節閥20採用第一轉換位置，在該位置上分流16的流體回流至壓力 空間8;而在每次的斷開時間中，調節闊20採用第二轉換位置，在該位置上 所述流體回流至壓力空間9。
由於致動信號的周期持續時間t明顯地短於泵的臨界時間常數，通過改變 接通時間和斷開時間，在兩個實施例中均可以實際上持續地改變通過調節閥 20流至各壓力空間8或9的流量。因此，同樣可以持續地改變壓力空間8中 的壓力和壓力空間9中的壓力。
調節單元5-7可以因此沿其軸向調節路徑移動並被保持在任意軸向位置 上。輸送容積因此可以在最大和最小輸送容積之間持續地靈活並且精確地適應 組件14的流體需求。
為根據需求供應組件14，特性要素圖被儲存在組件14的控制系統——在 示例性實施例中為發動機控制系統——的電學或光學儲存器中。對於與流體需 求相關的組件14的每個操作狀態，特性要素圖包含流體供應壓力P14的或在 各操作狀態中組件14所要求的容積流量V14的預定標稱值。這些容積流量標 稱值或壓力標稱值被儲存在依照表徵操作狀態的物理變量的特性要素圖中，其 中所述操作狀態可根據流體需求進行區分。溫度T、旋轉速度D和負載L可 被引用作為物理變量的示例。組件14包括用於檢測一個或多個表徵不同操作 狀態的物理變量。舉例來說，在用於冷卻組件14的冷卻流體中或在由泵3輸 送的流體中，溫度T可以在組件14的臨界位置上測量得到。旋轉速度D通過 轉速計可以很容易地檢測到，而負載L通過加速踏板或節流閥的位置也可以很 容易地檢測到。根據檢測到的變量，預設的標稱值在特性要素圖的基礎上選擇 制定的壓力標稱值或容積流量標稱值，並且將其傳送到調節閥20的控制設備 中。控制設備根據電流標稱值形成致動信號，即接通時間與周期持續時間t之 間的比。只要組件14的實際流量需求與標稱值相對應，則不需要藉助於調節 變量——在當前情況中為測量得到的流體供應壓力P14或容積流量V14的實 際值——的反饋。
在標稱值的基礎上的控制尤其可以由電流調節量補充。電流調節具體用於 補償磁調節設備的電阻的改變，如尤其是溫度改變時發生的電阻的改變，其中在調節設備中獲取的電流通過檢測設備被檢測並且被保持為一個特定的電流。 如果檢測設備檢測到所獲取的電流的變化以及相應的調節設備的電阻變化，則 佔空比以這樣的方式被改變，該方式使得所獲取的電流再次與電阻變化之前的 電流值對應。
如果組件14的實際流體需求改變並且從特性要素圖的標稱值偏離，例如
由於在組件14的使用期限中的磨損而導致，還為調節閥20提供調整設備。所 述調整設備根據基於組件14所需求的流體供應壓力P14或容積流量V14的標 稱/實際值比較而形成用於調節閥20的致動信號。調整設備可以使用存儲器， 壓力P14或容積流量V14的其它標稱值以可以與到目前為止被用於控制的特 性要素圖相比較的特性要素圖的形式被儲存在該存儲器中。壓力標稱值或容積 流量標稱值的特性要素圖可以被儲存在物理上不同的存儲器或同一儲存器的 不同區域中。同時提供有高級校驗設備(superordinate checking device),當它 檢測到組件的需求己經被充分改變使得標稱值的特性要素圖已經不能充分描 述實際需求時，例如由於磨損而增加需求時，該高級校驗設備可以是壓力或容 積流量的控制設備或調整設備的一部分並且改變對調整的控制。為了標稱/實 際壓力的比較，舉例來說，實際主要的流體供應壓力P14可以在組件14上的 消耗的最下遊的位置上、或者——在內燃機的示例中——在發動機管道
(engine gallery)上被測量得到，並且可以與對各操作狀態都很關鍵的壓力標 稱值進行比較，例如通過尋找標稱值與實際之間的差別來進行比較。
如通過示例所描述的，不通過反饋而對壓力或容積流量進行控制可以被發 展為通過使用各自的壓力標稱值或容積流量標稱值與為比較而測得的實際值 之間的標稱值/實際值比較來調整壓力或容積流量。容積流量V14或流體供應 壓力P14的多個特性要素圖可以被預先儲存，這些特性要素圖描述了在組件 14在壽命周期中的不同時間點上的需求，例如對於機動車輛的第一個n公裡 或組件14的n個操作小時、車輛的接下來的m公裡或組件的接下來的m個操 作小時等等的特性要素圖。在這個實施例中，可以在例如車輛的公裡讀數或操 作持續時間的記錄的基礎上從首先使用的特性要素圖變化為下一個特性要素 圖等。最終，控制設備同樣能夠依據組件14的狀態、最好依據組件14的各狀 態來改變特性要素圖的標稱值，以便能夠分別基於變化後的特性要素圖來控制 調節閥20。有利地，特性要素圖的標稱值被自動地改變，或是一個或多個預先設定的特性要素圖被自動地選擇，例如依據之前引用的公裡讀數或操作持續 時間，或是依據檢測流體供應壓力P14並將其與特性要素圖形式的預定標稱值 進行比較，其中這樣的標稱值/實際值比較可以被用於調整調節閥20的壓力， 但是優選地將其僅僅用於選擇被用於或改變單獨的一個預先設定的特性要素 圖的壓力標稱值或容積流量標稱值的壓力特性要素圖或容積流量特性要素圖， 以用於控制。
在圖3和4中，另--個分流17在調節閥20之前從正在回流的分流16中 被分支出來，以便產生閥致動壓力P20，並且調節閥20的閥活塞也隨之改變， 與閥彈簧25相反。
圖5示出了相對於產生閥致動壓力P20進行改進的調節閥20的縱截面。 與圖4中的調節閥不同，閥致動壓力P20不是通過附加的分流——圖3和4 中的分流17——而產生的，而是通過被控制或被調整的分流16的通流而產生 的。除去這些改進，關於圖3和4的調節閥20的陳述同樣適用於改進的調節 閥20，而這個方面的陳述同樣也適合於圖3和4的調節閥20。
調節閥20包括閥殼21和可以在閥殼21內沿中心閥軸線S在軸向前後移 動的闊活塞22。還示出了由軟鐵形成的調節設備的磁性線圈27和電樞28。示 出了以軟鐵形成的調節裝置的磁線圈27和電樞28。同時還示出了磁性線圈27 的電觸點。磁性線圈27固定地連接到閥殼21上並環繞所述電樞28。電樞28 被連接到閥活塞22上從而使其不能軸向移動，這樣閥活塞22和電樞28作為 一個整體執行軸向移動。
閥活塞22包括用於閥致動壓力P20的第一致動表面23和第二致動表面 24。致動表面23和24—起軸向地限制流體空間26並且兩者彼此面對。致動 表面23大於致動表面24，閥致動壓力P20在該致動表面23上抵抗閥彈簧25， 其中在圖5中，兩者的比例被誇大了。兩者的尺寸差別實際上非常的小，但是 被限定為使得閥致動壓力P20持續地在閥活塞22上施加與致動表面23和24 的尺寸差相對應並且抵抗閥彈簧25的力的差動力。由於閥活塞22可以非常精 確地根據致動表面23和24的尺寸不同進行製造，因此所述差動力可以相應地 較小並且闊彈簧25也可以有利地比在圖4的示例性實施例中更柔軟。調節設 備27、 28相應地要求較小的力。調節閥20作為一個整體更敏感，並且調節閥 20的轉換時間也可以被減少。
19在調節閥20的所有轉換位置上，對應於要被控制或調整的流體的入口 I
通向流體空間26。在所示出的與圖3和4中的調節閥20的轉換位置相對應的 轉換位置中，埠B通向流體空間26，而閥活塞22將流體空間26以及因此 將入口I與另一埠 A分離。分流16的流體因此回流到壓力空間9中，而壓 力空間8經由埠 A連接到儲存容器11並且因此沒有與壓力相連接。在這個 轉換位置中，埠 A經由閥殼21中的設置有閥彈簧25的空間連接到出口 O， 並且經由出口 O連接到儲存容器11。如果致動信號更改了其信號電平——在 示例性實施例中從低信號電平變為高信號電平——磁線圈27被供應電流並且 在軸向方向上轉移電樞28，與閥彈簧25的力相反，首先將電樞轉移到中間轉 換位置，給定相應地長的一段接通時間，到達另一個極限轉換位置上，第一轉 換位置。在中間轉換位置中，閥活塞22將兩個埠 A和B與流體空間26相 分離，其中入口I仍舊通向該流體空間26。在第一轉換位置上，閥活塞22採 取--軸向位置使得流體空間26軸向地與入口 I和埠 A均重疊，同時閥活塞 22在所述的軸向位置上流體地將埠 B與流體空間26流體地分離。在第一轉 換位置上，分流16的流體被引導穿過流體空間26和埠 A，進入壓力空間8， 而壓力空間9通過閥活塞22的埠 B和的埠 C被連接到出口 O上並最終被 連接到儲存容器11上。
所述閥活塞22是空心的。孔C形成於閥活塞22的在電樞28的方向上靠 近致動表面24的圓柱形表面區域上，並且其與閥殼21的周圍表面一起形成將 調節設備27、 28與流體空間26流體地分離的狹窄的密封縫隙。閥活塞22的 圓柱形表面區域同樣徑向地在外側並且遠離調節設備27、 28被附接到致動表 面23上，並且只要調節閥20不採用第一轉換位置就與閥殼21 —起形成另一 個狹窄的密封縫隙，在該第一位置上閥活塞22採用流體空間26與埠 A重 疊的軸向位置。
包括指定控制設備的調節設備27、28在組件14的整個操作範圍內連接調 節閥22，並且控制或調整調節單元5-7的軸向位置，以及因此在合適地供應組 件14所要求的容積流量的整個範圍內控制或調整往復式泵的輸送容積。如果 調節設備27、 28或者指定控制設備由於故障而失效，例如由於電纜斷開或電 源插頭連接分開，則流體的閥致動壓力P20和閥彈簧25可以用作備用管理。 調節閥20被構造為使得在出現失效的情況下， 一旦達到的流體供應壓力P14大於在調節閥20工作正常時設定的最大流體供應壓力P14，則泵的輸送容積
僅從最大到最小的方向調節。為了這個目的，閥彈簧25被安裝為具有比在正 常工作的情況下設定的通過最大閥致動壓力P20施加到閥活塞22上的力更大 的偏置力。
參考附圖標記
1泵殼la圍壁
2入口3出口
4輸送元件輸送元件
6致動活塞7致動活塞
8壓力空間9壓力空間
10泵彈簧11儲存容器
12管路13冷卻和淨化設備
14組件15管路
16分流17分流
18管路19管路
20調節閥21閥殼
22閥活塞23致動表面
24致動表面25閥彈簧
26流體空間27磁線圈
28電樞A埠
B埠C孔
I入口O出口
S閥軸線t周期持續時間
D旋轉速度負載
T溫度P14流體供應壓力
v14容積流量P20閥致動壓力
R4旋轉軸線R5旋轉軸線
權利要求
1、一種用於調節往復式泵的輸送容積的調節閥，所述調節閥包括a)閥殼(21)；b)閥活塞(22)，被安裝為使其可以在所述閥殼(21)內移動，並包括用於流體的閥致動壓力(P20)的致動表面(23)；c)閥彈簧(25)，抵抗由所述閥致動壓力(P20)施加在所述閥活塞(22)上的力；以及d)調節設備(27，28)，通過該調節設備，所述閥活塞(22)可以在由所述閥致動壓力(P20)施加的力的方向上或是在與由所述閥致動壓力(P20)所施加的力相反的方向上被調節。
2、 根據前一權利要求所述的調節闊，其特徵在於，具有下述特徵中的至 少一個-所述調節設備(27， 28)是可電操作的；-所述調節設備(27， 28)被形成為磁調節設備；-所述調節設備(27， 28)抵抗所述閥彈簧(25)的力。
3、 根據前述任一權利要求所述的調節閥，其特徵在於，具有下述特徵中 的至少一個-所述調節閥(20)為比例閥；-所述調節閥(20)由調製脈衝、優選地由寬度調製脈衝進行控制或調整；-所述調節閥(20)為電流控制的或電流調整的； -所述調節閥(20)為電壓控制的或電壓調整的；-所述調節閥(20)包括用於流體的至少三個埠 (1， O， A， B)、優 選地具有四個埠；-所述調節閥(20)可以在至少兩個轉換位置之間、優選地在三個轉換 位置之間轉換；-所述調節閥(20)為埠閥。
4、 根據前述任一權利要求所述的調節閥，其特徵在於，包括-控制設備或調整設備，用於控制或調整要由所述往復式泵產生的流體供應壓力(P14)或要由所述往復式泵輸送的容積流量(V14);以及-標稱值預置，用於預先確定至少一個壓力標稱值或容積流量標稱值，優選地為以預先確定的方式變化的標稱值；-其中，所述控制設備或調整設備根據所述標稱值控制或調整所述調節設備(27， 28)。
5、 根據前述任一權利要求所述的調節閥，其特徵在於，包括-調整設備，用於調整要由所述往復式泵產生的流體供應壓力(P14);-標稱值預置，用於預先確定流體供應壓力(P14)的標稱值，優選地為 以預先確定的方式進行變化的標稱值；以及-傳感器，用於探測所述流體供應壓力(P14)的實際值；-其中，所述調整設備將所述實際值與所述標稱值進行比較並且根據比較的結果控制所述調節設備(27， 28)。
6、 根據前述兩個權利要求的結合的調節閥，其特徵在於，包括校驗設備， 通過該校驗設備，所述調節閥(20)可以從控制所述流體供應壓力(P14)或 所述容積流量(V14)變為調整所述流體供應壓力(P14)或所述容積流量(V14)。
7、 根據前述任一權利要求所述的調節閥，其特徵在於，所述閥彈簧(25) 被偏置並在所述閥活塞(22)上施加偏置力，所述偏置力大於當所述調節設備(27， 28)正常工作時由最大的閥致動壓力(P20)施加在所述閥活塞(22) 上的力。
8、 根據前述任一權利要求所述的調節閥，其特徵在於，所述閥活塞(22) 包括另一個用於閥致動壓力(P20)的致動表面(24)，並且所述致動表面(23， 24)被設置成彼此對抗並具有不同的尺寸，以便產生與所述閥彈簧(25)相反 地作用在所述闊活塞(22)上的差動力，並且該差動力與所述致動表面(23， 24)的尺寸差異相對應。
9、 根據前一權利要求所述的調節閥，其特徵在於，所述致動表面(23， 24)限制相同的流體空間(26)並且在所述閥活塞(22)的可動的方向上彼此 相對。
10、 根據前一權利要求所述的調節閥，其特徵在於，所述閥活塞(22)可 以在一第一位置和一第二位置之間前後移動；在所述閥活塞(22)的第一位置 上，用於產生所述閥致動壓力(P20)的壓力流體的入口 (I)和埠 (A)通向所述流體空間(26);並且在所述第二位置上，所述閥活塞(22)將所述埠 (A)與仍然通向所述流體空間(26)的所述入口 (I)相分離。
11、 根據前述任一權利要求所述的調節閥，其特徵在於，所述閥殼(21)包括用於壓力流體的入口 (1)、第一埠 (A)和第二埠 (B);所述閥活塞(22)可以在一第一位置和一第二位置之間前後移動；並且當所述閥活塞(22) 位於所述第一位置上時，所述入口 (I)被連接到所述第一埠 (A)並且與所 述第二埠 (B)分離，而當所述閥活塞(22)位於所述第二位置上時，所述 入口 (I)被連接到所述第二埠 (B)並且與所述第一埠 (A)分離，以便 有選擇地將壓力流體經由所述第一埠 (A)或經由所述第二埠 (B)引導 至所述泵。
12、 一種往復式泵，其具有可調節的輸送容積，並且包括a) 泵殼(1);b) 輸送室，形成於所述泵殼(1)中，並且包括在泵的低壓側的流體入口(2)和在泵的高壓側的流體出口 (3);C)輸送元件(5)，可以在所述輸送室中移動，用於輸送流體；以及d)根據前述任一權利要求所述的用於調節輸送容積的調節閥(20)，該調 節閥被設置在被所述輸送元件(5)輸送的流體的流動中。
13、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，-致動元件(6， 7)被可移動地設置為面向所述輸送元件(5)的正面或 圍繞所述輸送元件，用於調節所述泵殼(1)內的輸送容積；-所述致動元件(6， 7)可以其移動方向上承受致動力，所述致動力取 決於要被供應流體的組件(14)的需求；-其中所述致動元件(6， 7)和所述輸送元件(5)為調節單元(5， 6， 7)中的一部分，所述調節單元可以在泵殼(O內作為一個整體前後運動，或 者致動元件和所述輸送元件中的一個可以相對於另 一個並相對於所述泵殼被 調節。
14、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，所述泵為旋轉泵， 並且所述輸送元件(5)為被設置在所述輸送室中的輸送迴轉體，從而使其可 以圍繞旋轉軸(R5)旋轉。
15、 根據前述兩項權利要求中任一項所述的往復式泵，其特徵在於，設置有泵彈簧(10)以抵抗所述致動力。
16、 根據前述三項權利要求中任一項所述的往復式泵，其特徵在於，所述致動元件(6， 7)可以承受所述泵的高壓側的流體，以便產生所述致動力。
17、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，所述致動元件(6， 7)形成雙向作用致動活塞，該雙向作用致動活塞包括第一活塞表面和背向並 遠離所述第一活塞表面的第二活塞表面；所述第一活塞表面可以經由所述調節 閥(20)的第一埠 (A)承受壓力流體，優選地為所述泵的高壓側的流體， 而所述第二活塞表面可以經由所述調節閥(20)的第二埠 (B)承受壓力流 體，優選地為所述泵的高壓側的流體；並且所述闊活塞(22)可以在一第--位 置和一第二位置之間前後移動；其中，在所述閥活塞(22)的第一位置上，所 述調節閥(20)僅將壓力流體引導至所述第一活塞表面，而在所述閥活塞(22) 的第二位置上，所述調節閥(20)僅將壓力流體引導至所述第二活塞表面。
18、 根據前述五項權利要求中任一項所述的往復式泵，其特徵在於，所述 致動元件(6， 7)可以與所述輸送元件(5) —起或相對於所述輸送元件(5)， 軸向地或橫向地相對於所述旋轉軸線(R5)移動。
19、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，所述輸送元件(5) 與所述往復式泵的另一個輸送元件(4)呈輸送接合，以便輸送流體。
20、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，所述致動元件(6， 7)包括第一致動活塞(6)和第二致動活塞(7);所述輸送元件(5)在所述 致動活塞(6， 7)之間軸向地設置，並且其可以與所述致動活塞(6， 7) —起 作為調節單元(5， 6， 7)在輸送接合的狀態下相對於另一個輸送元件(4)前 後移動。
21、 根據前述任一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，所述泵為外齒 輪泵或內齒輪泵。
22、 根據權利要求12至20中的任意一項所述的往復式泵，其特徵在於， 所述致動元件為環繞所述輸送元件的致動環，所述致動環可以相對於所述輸送 元件的旋轉軸線在橫向方向上移動。
23、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，所述泵為葉輪泵， 擺動式滑塊泵或內齒輪泵。
24、 根據前述任一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，由所述往復式泵所輸送的流體在該泵的高壓側被分支，優選地在淨化設備(13)的下遊被分支，並且該流體經由所述調節閥(20)回流到所述泵，以便在泵中產生所述致動力。
25、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，所述被回流的流體 產生所述閥致動壓力(P20)，優選地在所述流體流過所述調節閥(20)時產生。
26、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，包括-檢測設備，用於檢測至少一個描述要被所述泵進行供應的組件(14) 的流體需求的物理變量(T， D， L);-標稱值預置，根據所述至少一個檢測到的物理變量(T， D， L)，形成 要被輸送的容積流量(V14)的標稱值或要被所述往復式泵產生的流動供應壓 力(P14)的標稱值；以及-控制設備或調整設備，根據所述標稱值控制或調整所述調節閥(20) 的調節設備(27， 28)。
27、 根據前一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，包括用於探測所述 容積流量(V14)或所述流體供應壓力(P14)的實際值的傳感器，其中所述 調整設備根據所述標稱值與所述實際值之間的比較形成用於所述調節閥(20) 的調節設備(27， 28)的致動變量。
28、 根據前述任一權利要求所述的往復式泵，其特徵在於，具有以下特徵 中的至少一個-所述泵被用作為車輛中的用於向內燃機(14)供應潤滑油或者向自動 變速器供應液壓液的潤滑油泵；-所述泵由所述內燃機(14)驅動。
全文摘要
本發明涉及一種用於調節往復式泵的輸送容積的調節閥，調節閥包括閥殼(21)；閥活塞(22)，被安裝為使其可以在閥殼中移動，並包括用於流體的閥致動壓力(P20)的致動表面(23)；閥彈簧(25)，抵抗由閥致動壓力施加在閥活塞上的力；以及調節設備(27，28)，通過該調節設備，閥活塞可以在由閥致動壓力施加的力的方向上或是在與由閥致動壓力所施加的力相反的方向上被調節。本發明還涉及一種具有可調節輸送容積的往復式泵，包括泵殼(1)；輸送室，形成於泵殼中並包括在泵的低壓側的流體入口(2)和在泵的高壓側的流體出口(3)；輸送元件(5)，可以在輸送室中移動以輸送流體；以及用於調節輸送容積的調節閥(20)，其被設置在被輸送元件(5)輸送的流體的流動中。
文檔編號F04C14/24GK101644259SQ20081014586
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月7日 優先權日2008年8月7日
發明者克裡斯託夫·蘭姆帕斯基, 爾根·博納 申請人:施瓦本冶金工程汽車有限公司