CN103775386B - 一种发动机用水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机用水泵，包括沿传动轴的轴向依次设置的叶轮、轴密封件和轴承；所述水泵的涡室由泵体和盖体围合形成，所述传动轴的输入端自所述盖体伸出，且置于所述涡室内的所述叶轮的进液侧朝向所述泵体；其中，连通所述涡室的进液流道开设于所述泵体上。本发明提供的水泵可以安装在发动机的旁侧，且进液部分相对位于偏后位置，不占用发动机前端尺寸，因此，可完全规避组装完成后发动机整体长度限制安装空间选择的问题，从而大大提高其可适用性，具有工作可靠、结构紧凑的特点，符合现有结构设计的主流趋势要求。

Description

一种发动机用水泵

技术领域

本发明涉及发动机散热技术领域，具体涉及一种发动机用水泵。

背景技术

发动机冷却系的功用为将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。其中，以空气为冷却介质的冷却系称为风冷系；以冷却液为冷却介质的称为水冷系。

众所周知，发动机工作时气缸内的气体温度很高，若不及时冷却，将导致发动机零部件温度过高，尤其是直接与高温气体接触的零件，会因受热膨胀影响正常的配合间隙，导致运动件受阻甚至卡死。此外，高温还会造成发动机零部件的机械强度下降，使润滑油失去作用等。对于水冷系来说，该系统中使用的水泵用于对冷却液加压保证其在冷却系中循环流动，显然，水泵属于确保冷却系工作可靠性的关键部件之一。

现有技术中，水泵是利用叶片和液体相互作用来输送液体的泵送设备。请参见图1，该图示出了一种典型的水泵结构示意图。

该水泵包括用于与发动机机体等构成涡室的壳体3，壳体3内安装有叶轮4，叶轮4通过过盈配合的方式与轴联轴承2的传动轴固定连接，传动轴的伸出端与皮带轮毂1固定连接，从而可通过皮带将设于壳体外部的发动机的动力传递给叶轮4，并通过叶轮4的转动实现水泵的泵水功能。其中，为了避免吸水腔中的水过度外漏，在吸水腔上的传动轴安装孔与传动轴之间安装有防水密封件，即水封5。该结构形式的水泵在发动机上应用较为广泛，但是，受其自身结构的限制，该水泵一般安装于机体前端面，并与前端面的机体等组成涡室，冷却液自前端进入水泵，将增加发动机的整体长度，限制发动机的安装空间选择。

另外，该方案中水封5设置在叶轮4与轴承2之间，位于叶轮4进水口前方，当冷却液体从壳体3流向叶轮4时，容易形成涡流，从而该涡流损失将导致效率降低，并且还容易使流体进入叶轮4的角度偏离设计范围，造成冲击损失及气蚀等现象。此外，工作状态下，水泵叶轮4进水口处的冷却液常为负压，而水泵叶轮4盘面背面为较高的正压，由此形成的压差使得叶轮4受到轴向力，并作用于叶轮4、水封5、轴承2，直接影响到轴承、水封连接系统的可靠性。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对发动机用水泵的基本结构作出改进，以克服现有技术的发动机整体长度无法得以有效控制的缺陷。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种发动机用水泵，通过结构优化可有效控制设置发动机水泵对于整机轴向尺寸的影响。

本发明提供的发动机用水泵，包括沿传动轴的轴向依次设置的叶轮、轴密封件和轴承；所述水泵的涡室由泵体和盖体围合形成，所述传动轴的输入端自所述盖体伸出，且置于所述涡室内的所述叶轮的进液侧朝向所述泵体；其中，连通所述涡室的进液流道开设于所述泵体上。

优选地，所述进液流道的与所述涡室连通的内接段，与所述叶轮轴向相对设置。

优选地，所述内接段延伸弯折形成所述进液流道的外接段。

优选地，所述轴密封件和轴承均内置于所述盖体，出液流道开设于所述泵体上。

优选地，所述叶轮的另一侧端面与所述盖体之间形成环形间隙，所述环形间隙径向分割所述叶轮与所述盖体之间的空间，形成内侧空间和外侧空间；所述叶轮上开设的轴向贯通孔与所述内侧空间连通，所述外侧空间与出液流道连通。

优选地，所述环形间隙沿轴向形成。

优选地，所述叶轮的端面具有轴向延伸的第一环形肋，所述盖体的内表面上具有相应设置的轴向延伸的第二环形肋；所述第一环形肋和所述第二环形肋中，一者插入另一者中并沿轴向形成所述环形间隙。

优选地，所述内侧空间中的所述盖体上具有径向延伸形成的扰流筋；所述扰流筋的内径尺寸，沿轴向由内至外呈逐渐递增的趋势变化。

优选地，所述轴密封件和轴承的所述盖体上开设泄流孔。

优选地，所述泵体和盖体的接合面之间设置有壳体密封件。

与现有技术相比，本发明提出了结构原理的改进，其涡室由泵体和盖体围合形成，使得具有独立涡室的水泵没有安装限制；具体地，其传动轴的输入端自盖体伸出，用于与前侧的发动机动力输出建立连接，置于涡室内的叶轮进液侧朝向泵体，且进液流道开设于泵体上。如此设置，可以将该水泵安装在发动机的旁侧，且进液部分相对位于偏后位置，不占用发动机前端尺寸，因此，可完全规避组装完成后发动机整体长度限制安装空间选择的问题，从而大大提高其可适用性，具有工作可靠、结构紧凑的特点，符合现有结构设计的主流趋势要求。

在本发明的优选方案中，针对进液流道的与涡室连通的内接段的结构形式作了进一步改进，该内接段与叶轮轴向相对设置。由此，可以保证液流最大程度的以层流状态进入叶轮，减少涡流损失，使液流最佳设计角度进入叶轮，降低了对叶片的冲击损失及气蚀风险。

在本发明的另一优选方案中，轴密封件和轴承均内置于盖体，叶轮的另一侧端面与盖体之间形成环形间隙，该环形间隙径向分割叶轮与盖体之间的空间，形成内侧空间和外侧空间，由此，建立节流环结构。相应地，叶轮上开设的轴向贯通孔与内侧空间连通，外侧空间与出液流道连通。如此设置，被叶轮加压后的高压冷却液会从叶轮与盖体之间间隙进入叶轮背面，高压冷却液经过节流环结构节流后压力变低，由于叶轮进口处压力最低，由此，可以减小叶轮轴向前后压差造成的轴向力，使叶轮工作更可靠，提高轴密封件及轴承的使用寿命。

在本发明的又一优选方案中，在内侧空间中的盖体上具有径向延伸形成的扰流筋；该扰流筋的内径尺寸，沿轴向由内至外呈逐渐递增的趋势变化。这样，叶轮工作时带动背后的冷却液旋动，当冷却液撞击到扰流筋上时，液流被扰动到轴密封件处，从而对轴密封件的摩擦副进行冷却润滑，可进一步提高轴密封件的使用寿命。

本发明提供的发动机用水泵可适用于任何形式的发动机水冷系。

附图说明

图1为现有技术中一种典型的水泵结构示意图；

图2为具体实施方式所述发动机用水泵的整体结构示意图；

图3为图2的C部放大示图；

图4为图2中所示盖体的D向视图。

图2-图4中：

传动轴10、叶轮20、轴向贯通孔21、第一环形肋22、轴密封件30、轴承40、泵体50、进液流道51、内接段511、外接段512、出液流道52、安装孔53、盖体60、第二环形肋61、扰流筋62、泄流孔63。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种结构优化的发动机用水泵，以通过结构改进避免水泵组装后占用发动机轴向安装尺寸的问题，从而有效提升其适应性。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

请参见图2，该图为本实施方式所述发动机用水泵的整体结构示意图，该图为轴向剖视图。

与现有技术相同，该发动机用水泵同样为叶轮驱动的形式，包括沿传动轴10的轴向依次设置的叶轮20、轴密封件30和轴承40；随着传动轴10的转动，带动叶轮20同步转动实现泵水功能。应当理解，叶轮20、轴密封件30和轴承40的具体结构及工作原理未作实质的改变，本领域技术人员可以采用现有技术实现，例如，轴密封件30采用双碳化硅水封，轴承40采用联动轴承，本文不再赘述。

该水泵的涡室由泵体50和盖体60围合形成，传动轴10的输入端自盖体60伸出，以便与发动机的动力输出建立传动连接；具体地，该输入端可以配置皮带轮或者链轮实现动力传递。置于涡室内的叶轮20进液侧朝向泵体50，连通涡室的进液流道51开设于泵体50上。与发动机本体组装完成后，水泵可位于发动机的旁侧，且进液部分相对位于偏后位置，不占用发动机前端尺寸。需要说明的是，该水泵上开设的用于与发动机组装的安装孔53，不局限于图中所示的布置形式，实际上，安装孔53的布置还应当考虑发动机其他辅件的总体布置。

为了避免涡流损失，降低对叶轮20叶片的冲击损失及气馁风险，进一步如图所示，该进液流道51的与涡室连通的内接段511，与叶轮20轴向相对设置；相对于进液方向，进液流道51的内接段511位于外接段512的下游侧。也就是说，直接连通涡室的内接段511内腔大致为直线段。当冷却介质自进液流道51后，可以保证液流最大程度的以层流状态进入叶轮20，如图2中D向箭头所示，从而可减少涡流损失，使液流最佳设计角度进入叶轮20，有效降低对叶片的冲击损失及气蚀的风险。在此基础上，内接段511可以延伸弯折形成进液流道51的外接段512，显然，外接段512可以根据相邻配置关系为任何弯折形式，相比较而言均不占用发动机的轴向尺寸空间。

本方案中，出液流道52也开设于泵体50上，轴密封件30和轴承40均内置于盖体60。当然，基于与泵体50围合形成涡室的基本功能来说，轴密封件30也可以内置于泵体50内。

这里，为了进一步规避叶轮20两侧压差形成轴向作用力，叶轮20的另一侧端面与盖体60之间可以形成环形间隙L，该环形间隙L径向分割叶轮20与盖体60之间的空间，形成内侧空间A和外侧空间B；由此，建立节流环结构。图中所示，叶轮20上开设的轴向贯通孔21与内侧空间A连通，所述外侧空间与出液流道连通。工作过程中，被叶轮20加压后的高压冷却液会从叶轮20与盖体60之间间隙进入叶轮20背面，高压冷却液经过节流环结构节流后压力变低，由此，可以减小叶轮20轴向前后压差造成的轴向力，使叶轮20工作更可靠，从而进一步提高轴密封件30及轴承40的使用寿命。

图中所示，该环形间隙L沿轴向形成。需要说明的是，该环形间隙L可以布置为不同的形式，只要满足上述功能需要均在本申请请求保护的范围内。例如，径向布置或者与轴向成一定夹角的斜向设置，当然，从加工及装配工艺性的角度来看，环形间隙L沿轴向形成为最优方案。

进一步结合图2和图3所示，其中，图3为图2的C部放大示图。在叶轮20的端面具有轴向延伸的第一环形肋22，与其相应地，在盖体60的内表面上具有轴向延伸的第二环形肋61；并且，第二环形肋61插入第一环形肋22中并沿轴向形成环形间隙L，该间隙形成于第二环形肋61的外周表面与第一环形肋22的内周表面之间。

由此，在适应叶轮20工作旋转的同时，建立节流环结构。应当理解，叶轮20上的第一环形肋22和盖体60上的第二环形肋61还以反向设置，即，第一环形肋22插入第二环形肋61中（图中未示出），也就是说，前述环形间隙L形成于第一环形肋22的外周表面与第二环形肋61的内周表面之间。

除发动机用水泵的前述功能特点外，还可以从轴密封件30的冷却润滑作进一步的优化设计。请一并参见图3和图4，其中，图4为图2中所示盖体的D向视图。

图中所示，内侧空间A中的盖体60上具有径向延伸形成的扰流筋62；这样，叶轮20工作时带动背后的冷却液旋动，当冷却液撞击到扰流筋62上时，液流被扰动到轴密封件30处，如图3水流箭头所示，从而对轴密封件30的摩擦副进行有效的冷却润滑。当然，为了获得更佳的扰流作用，如图3所示，该扰流筋62的内径尺寸，沿轴向由内至外呈逐渐递增的趋势变化。

另外，轴密封件30和轴承40的盖体60上可以开设泄流孔63，从而可以将进入轴密封件30和轴承40之间冷却液及时排出，以避免积存过多影响两者的使用状态。此外，在泵体50和盖体60的接合面之间设置有壳体密封件70，以提高工作可靠性，优选地，该壳体密封件70采用“O”型密封。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种发动机用水泵，包括沿传动轴的轴向依次设置的叶轮、轴密封件和轴承；所述水泵的涡室由泵体和盖体围合形成，所述传动轴的输入端自所述盖体伸出，且置于所述涡室内的所述叶轮的进液侧朝向所述泵体；其中，连通所述涡室的进液流道开设于所述泵体上；所述轴密封件和轴承均内置于所述盖体，出液流道开设于所述泵体上；所述叶轮的另一侧端面与所述盖体之间形成环形间隙，所述环形间隙径向分割所述叶轮与所述盖体之间的空间，形成内侧空间和外侧空间；所述叶轮上开设的轴向贯通孔与所述内侧空间连通，所述外侧空间与出液流道连通；其特征在于，所述内侧空间中的所述盖体上具有径向延伸形成的扰流筋；所述扰流筋的内径尺寸，沿轴向由内至外呈逐渐递增的趋势变化。

2.根据权利要求1所述的发动机用水泵，其特征在于，所述进液流道的与所述涡室连通的内接段，与所述叶轮轴向相对设置。

3.根据权利要求2所述的发动机用水泵，其特征在于，所述内接段延伸弯折形成所述进液流道的外接段。

4.根据权利要求1所述的发动机用水泵，其特征在于，所述环形间隙沿轴向形成。

5.根据权利要求1所述的发动机用水泵，其特征在于，所述轴密封件和轴承的所述盖体上开设泄流孔。

6.根据权利要求1所述的发动机用水泵，其特征在于，所述泵体和盖体的接合面之间设置有壳体密封件。