CN103557179B - 一种发动机水泵及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机水泵及发动机，涉及发动机技术领域，为能够满足发动机在不同工况下对水泵流量的需求而发明。所述发动机水泵包括水泵轴，所述水泵轴上沿其周向设有多个叶片，所述叶片与所述水泵轴铰接，且所述叶片连接有叶片角度调节机构，所述叶片角度调节机构用于驱动所述叶片相对于所述水泵轴转动。本发明主要用于对发动机进行冷却。

Description

一种发动机水泵及发动机

技术领域

本发明涉及用于发动机技术领域，尤其涉及一种发动机水泵及发动机。

背景技术

目前，如何节能减排已经成为汽车发动机行业中所面临的迫切问题，为了提高发动机的燃油经济性，众多节能减排的技术已经在发动机上得到应用。其中，对发动机进行热管理是公认的提高燃油经济性的手段，而热管理的重要内容是根据发动机不同的工况需要而提供最佳的水泵流量，从而对发动机起到最佳的冷却效果，保持发动机的工作温度正常。

例如发动机在低速大负荷的工况下，为了抑制爆燃需要增大水泵流量，提高冷却能力，发动机在高速小负荷工况下，为了降低发动机内的润滑油粘度，减小摩擦损失，此时需要减小水泵流量，降低冷却能力。但是当前发动机的水泵流量仅与发动机的转速有关，发动机转速低，水泵流量小，发动机转速高，水泵流量大，从而无法满足发动机在不同工况下对水泵流量的需求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种发动机水泵及发动机，能够满足发动机在不同工况下对水泵流量的需求。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种发动机水泵，其特征在于，包括水泵轴，所述水泵轴上沿其周向设有多个叶片，所述叶片与所述水泵轴铰接，且所述叶片连接有叶片角度调节机构，所述叶片角度调节机构用于驱动所述叶片相对于所述水泵轴转动。

进一步地，所述叶片角度调节机构包括驱动部、可相对于所述水泵轴转动的转动部，所述转动部与所述水泵轴同轴设置，且所述转动部沿周向设有与所述叶片同等数量的多个连接杆，每个所述连接杆的一端与所述转动部铰接、另一端对应与一个所述叶片铰接。

可选地，所述驱动部构为液压驱动部。

进一步地，所述叶片角度调节机构还包括固定的第一罩盖，所述转动部包括相互固定连接的转轴和第二罩盖，所述多个连接杆沿周向铰接在所述第二罩盖的外侧面上，所述第一罩盖、所述转轴以及所述第二罩盖均与所述水泵轴同轴设置；

所述转轴容纳在所述第一罩盖的内腔，所述第一罩盖和所述第二罩盖相互扣合形成包围所述转轴的腔体，所述腔体内设有液压驱动部。

具体地，所述液压驱动部包括：

第一油腔，所述第一油腔具体为：所述第一罩盖的内侧面沿周向设有多个第一凸台，所述第一凸台的顶面压紧所述转轴的外侧面；所述转轴的外侧面沿周向设有多个第二凸台，所述第二凸台的顶面压紧所述第一罩盖的内侧面，每个所述第二凸台位于所述相邻的两个所述第一凸台之间，其中，每个所述第二凸台与相邻的其中一个所述第一凸台之间的空间形成所述第一油腔；

第二油腔，每个所述第二凸台与相邻的另一个所述第一凸台之间的空间形成所述第二油腔。

进一步地，所述第一罩盖和所述第二罩盖的扣合面上设有密封圈。

进一步地，所述水泵轴上设有法兰盘，所述法兰盘沿周向设有所述多个叶片，每个所述叶片铰接在所述法兰盘上。

进一步地，所述水泵轴上靠近所述法兰盘的位置处固定所述第一罩盖，所述第一罩盖和所述法兰盘之间设置所述多个叶片。

其中，所述叶片包括呈倒卵形的叶片本体，所述叶片本体上与所述水泵轴的转动方向相背的一侧设有导向板，所述导向板与所述叶片本体的表面相互垂直。

本发明实施例还提供了一种发动机，包括发动机机体，所述发动机机体上设有上述任一形式的发动机水泵。

本发明实施例提供的发动机水泵及发动机，包括水泵轴，水泵轴上沿其周向设有多个叶片，叶片连接有叶片角度调节机构，由于叶片与水泵轴的连接方式为铰接，因此在叶片角度调节机构驱动叶片时，叶片可以相对于水泵轴转动，实现叶片角度的调节，这样在水泵轴转速不变的情况下，可以通过调节叶片角度来改变叶片的扫水面积，进而可以改变水泵流量。在发动机处于低速工况下，当此时负荷较大时，可以通过减小叶片角度来增大叶片的扫水面积，从而增大水泵流量，当此时负荷较小时，通过增大叶片角度来减小叶片的扫水面积，从而降低水泵流量；在发动机处于高速工况下，当此时负荷较小时，通过增大叶片角度来减小叶片的扫水面积，降低水泵流量，当此时负荷较大时，通过减小叶片角度来增大叶片的扫水面积，增大水泵流量，进而能够满足发动机在不同工况下对水泵流量的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的发动机水泵结构的分解示意图；

图2为本发明实施例提供的发动机水泵中水泵轴与叶片的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的发动机水泵中叶片与第二罩盖的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的发动机水泵中第一罩盖和转轴形成第一油腔和第二油腔的示意图；

图5为本发明实施例提供的发动机水泵中油道的示意图。

附图说明：

100-水泵轴，101-法兰盘，102、103、油道，104-第一铆钉；

200-叶片，201-叶片本体，200-导向板，203-第六通孔；

300-第一罩盖，301-第一凸台，310-转轴，311-第二凸台，320-第二罩盖，321-紧固螺栓，330-密封圈，340-连接杆，341-第四通孔，342-第五通孔，343-第二铆钉，344-第三铆钉，350-第一油腔，360-第二油腔；

400-支撑板，401-安装孔，402、403-油道；

500-带轮；

600-OCV阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示的内容，本发明实施例提供了一种发动机水泵，包括水泵轴100，水泵轴100上沿其周向设有多个叶片200，每个叶片200与水泵轴100铰接，且叶片200连接有叶片角度调节机构，该叶片角度调节机构用于驱动每个叶片200相对于水泵轴100转动，以改变叶片角度。这里可以理解的是，所谓叶片角度，即叶片与径向的夹角，其中径向是指叶片与水泵轴的铰接点与圆心的连线方向。为了便于说明，通常在叶片与径向同向时，叶片角度定义为0°，当叶片角度为0°时，叶片的扫水面积最大。

根据上述内容，由于叶片200与水泵轴100的连接方式为铰接，因此在叶片角度调节机构驱动叶片200时，叶片200可以相对于水泵轴100转动，实现叶片角度的调节，这样在水泵轴100转速不变的情况下，可以通过调节叶片角度来改变叶片的扫水面积，从而可以改变水泵流量。如在发动机处于低速工况下，当此时负荷较大（例如牵引其它车辆或开空调）时，可以通过减小叶片角度来增大叶片的扫水面积，从而增大水泵流量，当此时负荷较小时，通过增大叶片角度来减小叶片的扫水面积，从而降低水泵流量；在发动机处于高速工况下，当此时负荷较小时，通过增大叶片角度来减小叶片的扫水面积，降低水泵流量，当此时负荷较大时，通过减小叶片角度来增大叶片的扫水面积，增大水泵流量，进而能够满足发动机在不同工况下对水泵流量的需求，提高发动机的动力性和燃油经济性。

其中，叶片角度的调节范围根据具体实施情况而设定，本发明对此不作具体限定。

本领域技术人员可以知道的是，在一般情况下，发动机缸体中先通过铸造而预留处安装水泵的腔体，然后将水泵安装在腔体内；或者也可以将水泵和发动机缸体集成一体。发动机的曲轴通过皮带传动机构驱动水泵，水泵可以采用不同类型的水泵，如离心式水泵，轴流式水泵、混合式水泵等，为了更好地理解本发明，以下内容以离心式水泵为例进行具体说明。

如图1图2所示，本发明实施例提供的发动机水泵包括水泵壳体（图中未示）、穿设于水泵壳体的水泵轴100，水泵轴100的一端穿过支撑板400上的安装孔401后支撑在支撑板400上，此处支撑板400可以为形成于发动机缸体中的结构。水泵轴100的一端穿过支撑板400的安装孔401后与皮带传动机构中的带轮500连接，水泵轴100的另一端设有图2所示的法兰盘101，法兰盘101沿周向设有与叶片200数量相同的多个第一通孔（图中未示），每个叶片200的根部设有第二通孔（图中未示），通过铰接连接件（图2所示的第一铆钉104）穿过第一通孔和第二通孔后实现叶片200与法兰盘101的铰接，叶片200与叶片角度调节机构连接，通过叶片角度调节机构驱动每个叶片200绕其根部的第一铆钉104旋转来改变叶片角度。

值得注意的是，由于水泵轴的径向尺寸有限，当叶片直接安装在水泵轴上时，相邻叶片之间的空间比较狭小，而叶片具有一定的面积，为避免相邻叶片在调整角度时出现相互干涉，此时需要缩小叶片角度的调整范围，但是这样导致在某些工况下，无法满足发动机对水泵流量的需求。而本发明中所用的法兰盘101可以解决上述问题，在水泵轴100上设置法兰盘101相当于增加水泵轴100的径向尺寸，这样在叶片200铰接在法兰盘101时，相邻叶片200之间的空间增大，从而扩大了叶片角度的调整范围，更好地满足发动机在不同工况下对水泵流量的需求。

叶片的形状具有很多种，例如披针形、矩圆形、椭圆形、卵形、倒卵形、圆形、条形、匙形、扇形等。由于叶片的形状类型众多，因此这里不再一一列举，本发明实施例中也提供了叶片结构，如图1和图3所示，该叶片结构包括呈倒卵形的叶片本体201，叶片本体201上与水泵轴的转动方向（也是叶片的扫水方向）相背的一侧设有导向板202，该导向板202与叶片本体201的表面相互垂直。在叶片旋转时，该导向板202板起到扫水作用，并使水流沿叶片的径向并顺着导向板202流出，使得导向板202对水流进一步起到引流作用。

对于叶片角度调节机构而言，包括驱动部、可相对于水泵轴100转动的转动部，转动部与水泵轴100同轴设置，且转动部沿周向设有与叶片同等数量的多个连接杆340，每个连接杆340的一端与转动部铰接、另一端对应与一个叶片200铰接。当转动部旋转时，连接杆340带动叶片200绕其根部的第一铆钉104旋转，从而实现叶片角度的调整。

在本发明实施例中，作为一种可选的方案，驱动部为液压驱动部，即通过油压的作用来驱动转动部旋转，使得叶片调节机构形成液压机构。作为另一种可选的方案，驱动部为电磁驱动机构，即在电磁力的作用下来驱动转动部旋转，使得叶片调节机构形成电磁机构。

当叶片角度调节机构为液压机构时，结合图1所示，该叶片角度调节机构具体包括第一罩盖300、转动部，其中，转动部包括转轴310和第二罩盖320，第一罩盖300、转轴310以及第二罩盖320均与水泵轴100同轴设置。第一罩盖300固定在水泵轴100上远离支撑板400的一端，转轴310容纳在第一罩盖300的内腔，第二罩盖320扣合在第一罩盖300上后形成包围转轴310的腔体、并与转轴310通过紧固螺栓321连接，腔体内设有液压驱动部，液压驱动部用于驱动转轴310转动。

第二罩盖320的外侧面上沿周向设有与叶片数量相同的多个第三通孔（图中未示），每个连接杆340的一端设有第四通孔341、另一端设有第五通孔342，叶片200表面上较为靠近根部的位置处设有第六通孔203，通过铰接连接件（图3所示的第二铆钉343）穿过第三通孔和第四通孔341后实现连接杆340与第二罩盖320的铰接，通过铰接连接件（图3所示的第三铆钉344）穿过第五通孔342和第六通孔203后实现连接杆340与叶片200的铰接。当液压驱动部驱动转轴310旋转时，转轴310带动第二罩盖320旋转，从而使每个连接杆340拉动与其的铰接的叶片200沿第一铆钉104旋转。

如图4所示，上述液压驱动部包括第一油腔350和第二油腔360，第一油腔350和第二油腔360具体为：

结合图1，第一罩盖300的内侧面沿周向设有多个第一凸台301，第一凸台301的顶面压紧转轴310的外侧面；转轴310的外侧面沿周向设有多个第二凸台311，第二凸台311的顶面压紧第一罩盖300的内侧面。每个第二凸台311位于相邻的两个第一凸台301之间，其中，每个第二凸台311与相邻的其中一个第一凸台301之间的空间形成第一油腔350、与相邻的另一个第一凸台301之间的空间形成第二油腔360，这样在第一罩盖300和第二罩盖320包围的腔体内形成多个第一油腔350和多个第二油腔360。

第一油腔350与第一油道连通，第二油腔360与第二油道连通，第一油道和第二油道分别与机油控制阀（OCV阀600）连接，OCV阀600可以控制第一油道和第二油道的压力，进而可以控制第一油腔350和第二油腔360的压力，实现对转轴310与水泵轴100的相对运动。在图4中图面所示的方位状态下，当第一油腔350的压力大于第二油腔360的压力时，转轴310相对于水泵轴100为顺时针旋转，当第二油腔360的压力大于第一油腔350的压力时，转轴310相对于与水泵轴100为逆时针旋转。这样能够精确控制水泵流量，实现水泵流量的持续可变。

如图5所示，第一油道由设置在水泵轴100的油道102和设置在支撑板400内的油道402连通形成，第二油道也是由设置在水泵轴100的油道103和设置在支撑板400内的油道403连通形成，OCV阀600可以支撑在支撑板400上，且控制第一油道和第二油道的压力。此处仅为本实施例可选的方案，而并不限于此。

以图3和图4所示的图面方位状态为例，该液压驱动机构的具体工作过程为，当发动机处于低速大负荷的工况下，OCV阀600控制第一油腔350的压力小于第二油腔360的压力，第二凸台311在油压的作用下逆时针旋转，使得转轴310和第二罩盖320相对于水泵轴100逆时针旋转，从而带动每个连接杆340推动与其铰接的叶片200朝逆时针方向转动，增大叶片角度，提高叶片的扫水面积，增大水泵流量。在将叶片角度调整达到预定的角度后，OCV阀600控制当前第一油腔350和第二有油腔的压力不变，使转轴310处于稳定状态，此时叶片200随水泵轴100一起转动时，可以向发动机提供较大的水泵流量，使发动机发到较佳的冷却效果。

当发动机处于高速小负荷的工况下，OCV阀600控制第一油腔350的压力大于第二油腔360的压力，第二凸台311在油压的作用下顺时针旋转，使得转轴310和第二罩盖320相对于水泵轴100顺时针旋转，从而带动每个连接杆340推动与其铰接的叶片200朝顺时针方向转动，减小叶片角度，减少叶片的扫水面积，降低水泵流量。在将叶片角度调整达到预定的角度后，OCV阀600控制当前第一油腔350和第二有油腔的压力不变，使转轴310处于稳定状态，此时叶片200随水泵轴100一起转动时，可以向发动机提供较小的水泵流量，使发动机发到较佳的冷却效果。

再次参照图1，由于第一罩盖300和第二罩盖320扣合后形成液压腔体，为了避免油液渗出，在第一罩盖300和第二罩盖320的扣合面上设有密封圈330。

由于叶片200和第二罩盖320不再同一平面上，因此连接杆340通过呈折弯的结构来实现与叶片200的铰接。第二罩盖320与第一罩盖300相互扣合，且当第二罩盖320和叶片200沿水泵轴轴向的间隔距离较远时，由于连接杆340需要跨过第一罩盖300与叶片200铰接，这样导致叶片200的折弯度比较深，从而降低叶片的强度，不利于连接杆340驱动叶片200旋转。为了解决这一问题，本发明实施例中将第一罩盖300固定在水泵轴100上靠近法兰盘101的位置处，更为优选的是，使第一罩盖300和法兰盘101之间沿水泵轴轴向的间隔空间刚好可以容纳多个叶片200，这样叶片200的折弯度比较浅，提高叶片的强度，是连接杆340更好地驱动叶片旋转。

当叶片角度调节机构为电磁驱动机构（或者将其可以看作类似于电机工作）时，该叶片调节机构还包括定子和转动部，其中转动部为容纳在定子内部的转子，定子、转子均与水泵轴同轴设置；转子伸出定子、且伸出的部分沿周向设有多个连接杆，每个连接杆的一端与转子铰接、另一端对应与一个叶片铰接。

本领域技术人员可以理解的是，上述定子包括铁芯、线圈、骨架等，转子为由轴承支撑的旋转体，在通电后，在定子绕组旋转磁场的作用下，转子中有电流通过并受磁场的作用而转动，在转子的转动下，每个连接杆推动与其铰接的叶片旋转，实现叶片角度的调整。

再次参照图3和图4所示的图面方位状态，该电磁驱动机构的具体工作过程为，当发动机处于低速大负荷的工况下，转子在电磁力的作用下逆时针旋转，使得转子相对于水泵轴逆时针旋转，从而带动每个连接杆推动与其铰接的叶片朝逆时针方向转动，增大叶片角度，提高叶片的扫水面积，增大水泵流量。在将叶片角度调整达到预定的角度后，使转子处于稳定状态，此时叶片随水泵轴一起转动时，可以向发动机提供较大的水泵流量，使发动机发到较佳的冷却效果。

当发动机处于高速小负荷的工况下，转子在电磁力的作用下顺时针旋转，使得转子相对于水泵轴顺时针旋转，从而带动每个连接杆推动与其铰接的叶片朝顺时针方向转动，减小叶片角度，减少叶片的扫水面积，降低水泵流量。在将叶片角度调整达到预定的角度后，使转子处于稳定状态，此时叶片随水泵轴一起转动时，可以向发动机提供较小的水泵流量，使发动机发到较佳的冷却效果。

另外，需要说明的是，在本发明实施例中，多个叶片、多个连接杆、多个第一凸台以及多个第二凸台的周向分布都以均匀分布作为优选实施例，且对数量不作具体限定，而图中所示数量的也仅为示例性说明。

本发明实施例还提供了一种发动机，包括发动机机体，发动机机体上设有发动机水泵，由于发动机水泵的具体实现方式已经在上文中详细描述，因此这里不再赘述。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种发动机水泵，其特征在于，包括水泵轴，所述水泵轴上沿其周向设有多个叶片，所述叶片与所述水泵轴铰接，且所述叶片连接有叶片角度调节机构，所述叶片角度调节机构用于驱动所述叶片相对于所述水泵轴转动；其中，

所述叶片角度调节机构包括液压驱动部、第一罩盖、可相对于所述水泵轴转动的转动部，所述转动部与所述水泵轴同轴设置，且所述转动部沿周向设有与所述叶片同等数量的多个连接杆，每个所述连接杆的一端与所述转动部铰接、另一端对应与一个所述叶片铰接；所述转动部包括相互固定连接的转轴和第二罩盖，所述多个连接杆沿周向铰接在所述第二罩盖的外侧面上，所述第一罩盖、所述转轴以及所述第二罩盖均与所述水泵轴同轴设置；所述转轴容纳在所述第一罩盖的内腔，所述第一罩盖和所述第二罩盖相互扣合形成包围所述转轴的腔体，所述腔体内设有能够驱动所述转轴相对所述水泵轴顺时针和逆时针转动的液压驱动部；

所述液压驱动部包括：

第一油腔，所述第一油腔具体为：所述第一罩盖的内侧面沿周向设有多个第一凸台，所述第一凸台的顶面压紧所述转轴的外侧面；所述转轴的外侧面沿周向设有多个第二凸台，所述第二凸台的顶面压紧所述第一罩盖的内侧面，每个所述第二凸台位于所述相邻的两个所述第一凸台之间，其中，每个所述第二凸台与相邻的其中一个所述第一凸台之间的空间形成所述第一油腔；

第二油腔，每个所述第二凸台与相邻的另一个所述第一凸台之间的空间形成所述第二油腔。

2.根据权利要求1所述的发动机水泵，其特征在于，所述第一罩盖和所述第二罩盖的扣合面上设有密封圈。

3.根据权利要求1或2所述的发动机水泵，其特征在于，所述水泵轴上设有法兰盘，所述法兰盘沿周向设有所述多个叶片，每个所述叶片铰接在所述法兰盘上。

4.根据权利要求3所述的发动机水泵，其特征在于，所述水泵轴上靠近所述法兰盘的位置处固定所述第一罩盖，所述第一罩盖和所述法兰盘之间设置所述多个叶片。

5.根据权利要求3所述的发动机水泵，其特征在于，所述叶片包括呈倒卵形的叶片本体，所述叶片本体上与所述水泵轴的转动方向相背的一侧设有导向板，所述导向板与所述叶片本体的表面相互垂直。

6.一种发动机，其特征在于，包括发动机机体，所述发动机机体上设有权利要求1-5任一项所述的发动机水泵。