CN102086799A - 可变流量发动机电子冷却水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变流量发动机电子冷却水泵，包括泵体，安装在泵体上的轴连轴承，分别设于轴连轴承的两端的法兰和叶轮，法兰与皮带轮之间通过离合机构传动连接，其特征在于：所述的法兰与皮带轮之间设有一促使从动板与皮带轮分离的弹簧片；所述的离合机构包括离合器轴承、吸合从动板与皮带轮的磁体A及通电后能产生与磁体A相斥磁场的线圈，磁体和线圈均设于支架上，前述的线圈的通电信号输入端与一能采集发动机冷却液温度的电子控制单元的输出端连接；所述的皮带轮内压入有磁体B。采用电子控制方式实现线圈对从动板和皮带轮之间的离合来适时、定量、准确、合理的驱动冷却系统，具有能耗低、响应快、噪音小、精度高及使用寿命长的优点。

Description

可变流量发动机电子冷却水泵

技术领域

本发明涉及一种发动机冷却系统组件，尤其涉及一种发动机电子冷却水泵。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展和人们对环境的高度关注，节能减排已经成为全球汽车业最为关注的几大主题之一。

石油是不可再生资源，随着世界经济的发展和人们生活水平的不断提高，石油资源每年都以惊人的速度被消耗。而在每年被消耗的石油资源中有很大一部分是消耗在汽车上。所以汽车的节能问题已经受到世界各国人民的极大关注。各国政府也先后出台法规和各种措施鼓励节能汽车的研究与开发。发动机冷却水泵是将发动机主轴输入的机械能转化成冷却液的能量(动能、压能、位能)使冷却液在发动机整个冷却系统中流动而冷却发动机，使发动机正常工作的发动机部件。而在发动机工作的整个过程中有很大一部分时间发动机的温度是低于发动机正常工作的最佳温度的。我们让冷却水泵在这部分时间在较低的转速下运行(大大低于同时发动机的转速)，这样，水泵的消耗功率将大大减少，可变流量水泵消耗的能源比机械水泵消耗的能源能节省15％左右。

当今世界对环境的关注比以往任何时候都重视。全球温度变暖已经开始威胁到我们人类居住的大家庭。二氧化碳的排放是全球变暖的最重要的因素，而汽车尾气的排放是最大的几个二氧化碳排放来源之一。减少汽车尾气的排放对世界环境的积极影响将是非常巨大的。欧洲对汽车的排放要求已经要上升到欧五、欧六标准。发动机冷却水泵是一种消耗能量而提高发动机性能的部件。让发动机冷却水泵在发动机的温度低于发动机正常工作的最佳温度时在较低的转速下运行，可以大大的提供发动机的排放性能。

发动机在运行过程中过冷和过热都将影响发动机的使用寿命。让发动机在相对恒温的状态下运行将大大提高发动机的使用寿命。让发动机冷却水泵在发动机的温度低于发动机正常工作的最佳温度时在较低的转速下运行，使发动机温度保持相对恒定，就可以大大提高发动机的使用寿命。

现有发动机冷却水泵基本上都为机械水泵，不管发动机温度为多少，水泵都以发动机主轴的输入转速运行，是不可控的。在发动机不需要强力冷却时水泵依旧高速运转，浪费能源，增大环境污染，并且影响发动机的使用寿命。已不大适应产业和新型发动机发展的需要。因此，作为国际汽车冷却系统的领军企业，必须研究开发一种新的能够克服和完善上述缺点的可变流量电子控制冷却水泵来满足日益发展的汽车行业的需要。为企业和社会创造更大的经济效益。

目前，有些电机驱动水泵可以实现叶轮转速控制，参考中国发明专利申请：CN96114781.4，公开了一种《风扇自动离合汽车水泵》(公开号：CN1184884A)，其特征在于水泵上装置热敏元件，泵腔水温升高时，热敏元件受热膨胀，从而使摩擦结合，进而风扇转动，风扇的离或合纯系水温控制。但该申请驱动扭矩小，布局不便，占用较大空间，响应慢，浪费能源。

再参考中国实用新型专利：ZL01246342.6，公开了一种《离合器水泵联体总成》(公开号：CN2487877C)，包括有水泵壳体、轴连轴承、叶轮、皮带轮、离合器，其特征在于壳体外端面连接有前盖，在内部有啮合空腔，在啮合空腔中的法兰轴上固定有主动板，主动板与壳体啮合端面有齿槽配合结构，前盖外端面成型分布有风叶，在其中间部位的销轴与感温圈一端连接固定，其另一端与前盖固定连接，销轴后端面上固定有阀片，在前盖与壳体贴合面上的从动板开有阀孔，阀片与从动板上的阀孔进行开启和关闭配合，在从动板一侧的前盖内还对应地开有储存硅油的空腔，啮合空腔靠近圆周部位开小孔道与前盖的空腔相通。虽然该专利的布局已经有了比较大的进步，设计结构较为紧凑合理，但是其设计的基本思路没有脱离原有的范畴，感温圈的作用与CN1184884A中热敏元件一样，所以还是存在如下不足：扭力小，响应慢，浪费能源，噪音大，精确度低，使用寿命受限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种发动机电子冷却水泵，用电子控制的可变流量的冷却水泵，响应快，节省能源，使用寿命长。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种发动机电子冷却水泵，包括泵体，安装在泵体上的轴连轴承，分别设于轴连轴承的两端的法兰和叶轮，法兰与皮带轮之间通过离合机构传动连接，其特征在于：

所述的离合机构包括用于安装皮带轮的离合器轴承、吸合从动板与皮带轮并使从动板与皮带轮同步转动的磁体A及通电后能产生与磁体A相斥磁场的线圈，磁体A和线圈均设于支架上，前述的线圈的通电信号输入端与一能采集发动机冷却液温度的电子控制单元的输出端连接；

所述的皮带轮内压入有带动从动板跟随皮带轮转动且存在一定滑差的磁体B；

所述的法兰与从动板之间设有一促使从动板与皮带轮分离的弹簧片。

作为改进，所述的磁体A采用六块永久磁铁均匀地分布在支架的周围，支架与线圈盖用连接件连接组成线圈组合件。

作为改进，所述的皮带轮的轴承孔通过过盈配合固定连接离合器轴承，并且离合器轴承外套固定在泵体上。

再改进，所述的法兰通过铆钉连接固定弹簧片的一端，弹簧片的另一端和从动板通过铆钉连接固定组成法兰组合件。

再改进，所述的磁体B采用永久磁铁，其内圈过盈配合固定有散热片。

最后，所述的水泵体内安装有防止水泵泄漏的水封。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用电子控制方式来控制冷却水泵内线圈电流的通与断，从而控制水泵叶轮转速；当叶轮低速转动时冷却系统中冷却液的流量小，当叶轮高速转动时冷却系统中冷却液的流量大；可以减少发动机中冷却水泵消耗的能源；可以提高发动机排放要求；可以减少发动启动时的升温时间，从而提高发动机冷启动性能；提高发动机使用寿命，从而获得响应快、节省能源、噪音小、精确度高、使用寿命长的优点。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的结构分解图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示：一种发动机电子冷却水泵，包括水泵的泵体1，安装在泵体1上的轴连轴承4，泵体1与轴连轴承4通过过盈配合固定，为了起到良好的密封，防止泄露，泵体1内装有水封2，水封2内圈与轴连轴承4过盈配合固定，水封2外圈与泵体1过盈配合固定；轴连轴承4两端分别安装有法兰8和叶轮3，法兰8与皮带轮6之间通过离合机构传动连接，弹簧片14设于从动板9与皮带轮6之间并促使从动板9与皮带轮6吸合分离，弹簧片14的一端和法兰8通过铆钉连接固定，另一端和从动板9通过铆钉连接固定组成法兰组合件；

离合机构还包括离合器轴承5、吸合从动板9与皮带轮6的磁体A 13及通电后能产生与磁体A 13相斥磁场的线圈10，线圈10安装固定在支架7上，磁体A13采用六块永久磁铁均匀地分布在支架7的周围，线圈盖11与支架7配合并压住永久磁铁，线圈盖11与支架7用三个铆钉连接组成线圈组合件，然后线圈组合件通过三个M5的螺栓连接固定在泵体1上；前述的线圈10的通电信号输入端与一能采集发动机冷却液温度的电子控制单元的输出端连接；

法兰组合件的法兰8连接在轴连轴承4的法兰端轴上。皮带轮6的轴承孔通过过盈配合与离合器轴承5固定连接，并且离合器轴承5内圈与泵体1通过过盈配合固定连接，弹簧片14的一端通过铆钉与法兰8连接，另一端通过铆钉与从动板9连接，保证皮带轮6的平面和从动板9的平面的距离在0.3毫米～0.6毫米内；磁体B12安装在皮带轮6内，磁体B12采用永久磁铁，永久磁铁呈环状，外圈与皮带轮6内圈过盈配合固定，散热片15也呈现环状，外圈与永久磁铁内圈过盈配合固定，组成皮带轮组合件；泵体1和皮带轮组合件的离合器轴承5内圈过盈配合固定，使皮带轮组合件压入泵体1上；

本发明最终达到的总目标为实现汽车冷却水泵的更新，具体目标从以下几个方面加以定量阐述

1.发动机电子控制单元根据冷却液温度等参数生成控制信号，使可变流量电子冷却水泵实时控制冷却液的流量。(传统机械式水泵不能控制水泵叶轮的转速)。

2.电子控制可变流量冷却水泵设计寿命35万千米，传统水泵24万千米。

3.电子控制可变流量冷却水泵设计效率＞40％，传统水泵30％～45％。

为达成上述目标，本项目所要研发的内容是如何结合现有高端先进电子信息技术提供一种电子控制的可变流量汽车冷却水泵，如何通过线束将电子控制的汽车冷却水泵连接到发动机电子控制单元ECU，再由发动机电子控制单元ECU采集发动机冷却系统中冷却液温度参数，经过可编辑的程序PID，PWM转换为电信号，来控制可变流量电子冷却水泵内线圈电流的通与断，从而控制水泵叶轮转速。当叶轮低速转动时冷却系统中冷却液的流量小，当叶轮高速转动时冷却系统中冷却液的流量大。研制成功后的产业化可能性较高，经济效益良好。

具体工作原理描述：

1.当发动机刚启动时，发动机处于冷机状态，不需要对发动机进行强力冷却；此时通过温度传感器测得发动机冷却系统中冷却液的温度低于需冷却的温度，电子控制单元ECU就给水泵的控制单元发出通电的信号；线圈10通电后产生磁性，把从动板9和皮带轮6由吸合分开，这样皮带轮6在皮带的带动下继续旋转，永久磁铁B12带动从动板9在低于皮带轮6转速的转速运转，从而带动水泵叶轮3在低速状态下工作，冷却系统中产生小流量，对发动机进行轻微冷却，让发动机温度逐渐升高。

2.当发动机开始工作后，温度升高到超过发动机最佳工作温度，此时通过温度传感器测得发动机冷却系统中冷却液达到需冷却的温度，电子控制单元ECU就给水泵的控制单元发出断电的信号；线圈10断电后失去磁性，在永久磁铁A13磁力的作用下，从动板9和皮带轮6由分开吸合，这样皮带轮6在皮带的带动下继续旋转，在永久磁铁A13吸力的作用下从动板9和皮带轮6的接触面之间产生静摩擦力，从而从动板9随着皮带轮6以同速旋转，水泵叶轮3以与皮带轮9相同的转速运转，冷却系统中产生大流量，冷却液在冷却系统中以大流量循环，对发动机进行强力冷却。

3.当发动机经过冷却，温度降低到不需要冷却的温度，此时通过温度传感器测得发动机冷却系统中冷却液的温度低于需冷却的温度，电子控制单元ECU就给水泵的控制单元发出通电的信号，线圈10通电后产生磁性，把从动板9和皮带轮6由吸合分开；这样皮带轮6在皮带的带动下继续旋转，永久磁铁B12带动从动板9在低于皮带轮6转速的转速运转(从动板9和皮带轮6之间存在滑差)，从而带动水泵叶轮3在低速状态下工作，冷却系统中产生小流量，对发动机进行轻微冷却，让发动机保持相对恒温。

Claims (6)

1.一种可变流量发动机电子冷却水泵，包括泵体，安装在泵体上的轴连轴承，分别设于轴连轴承的两端的法兰和叶轮，法兰与皮带轮之间通过离合机构传动连接，其特征在于：

所述的离合机构包括用于安装皮带轮的离合器轴承、吸合从动板与皮带轮并使从动板与皮带轮同步转动的磁体A及通电后能产生与磁体A相斥磁场的线圈，磁体A和线圈均设于支架上，前述的线圈的通电信号输入端与一能采集发动机冷却液温度的电子控制单元的输出端连接；

所述的皮带轮内压入有带动从动板跟随皮带轮转动且存在一定滑差的磁体B；

所述的法兰与从动板之间设有一促使从动板与皮带轮分离的弹簧片。

2.根据权利要求1所述的可变流量发动机电子冷却水泵，其特征在于：所述的磁体A采用六块永久磁铁均匀地分布在支架的周围，支架与线圈盖用连接件连接组成线圈组合件。

3.根据权利要求1所述的可变流量发动机电子冷却水泵，其特征在于：所述的皮带轮的轴承孔通过过盈配合固定连接离合器轴承，并且离合器轴承外套固定在泵体上。

4.根据权利要求3所述的发动机电子冷却水泵，其特征在于：所述的法兰通过铆钉连接固定弹簧片的一端，弹簧片的另一端和从动板通过铆钉连接固定组成法兰组合件。

5.根据权利要求1所述的发动机电子冷却水泵，其特征在于：所述的磁体B采用永久磁铁，其内圈过盈配合固定有散热片。

6.根据权利要求1所述的发动机电子冷却水泵，其特征在于：所述的水泵体内安装有防止水泵泄漏的水封。

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