CN104612805B - 可自动调节的柴油机的水泵装置 - Google Patents

可自动调节的柴油机的水泵装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可自动调节的柴油机的水泵装置，该柴油机的冷却水具有大循环系统和小循环系统，该水泵装置包括水泵本体，水泵本体具有水泵入水口和水泵出水口，水泵入水口接有水泵进水管，水泵出水口接有水泵出水管，水泵出水管与水泵进水管之间接入第一回水管，第一回水管中设有温度调节阀，温度调节阀的流量调节根据柴油机的大循环系统的冷却水的水温来控制，当柴油机的大循环系统的冷却水的水温升至设定值时，温度调节阀关闭。该水泵装置可以根据柴油机在中低速工况下或高速工况下的要求进行自动调节。

Description

可自动调节的柴油机的水泵装置
技术领域
本发明涉及柴油机的附件领域，特别涉及一种可自动调节的柴油机的水泵装置。
背景技术
众所周知，采用水冷的柴油机，工作时，需要水泵为整个冷却系统提供带有一定压力和流量的冷却水，来冷却柴油机诸如缸套、缸盖、机油冷却器、中冷器等零部件。目前，柴油机所采用的水泵均为离心式结构叶轮及水泵蜗壳腔室，因水泵通常由柴油机的轮系传动，水泵的流量和扬程受柴油机工作转速的影响。如果水泵的流量和扬程特性能力按照高速段，即满足柴油机标定工况(此时功率和转速均最大)来设计时，容易导致柴油机长期在中低转速且负荷较高工况下运行时，水泵的流量和扬程较小，冷却水的流量和压力相对较低，此时柴油机冷却系统的散热能力也较低，柴油机冷却水的温度偏高，甚至出现冷却水沸腾的严重问题。
当水泵的流量和扬程特性能力按照中低速段设计时，容易导致柴油机在高速工况下运行时，水泵的流量及扬程较高，其超出冷却系统的耐受要求。所以，常规柴油机水泵的设计很难兼顾高速和中低速的流量和扬程特性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可自动调节的柴油机的水泵装置，可以根据柴油机在中低速工况下或高速工况下的要求进行自动调节。
为实现上述目的，本发明提供了一种可自动调节的柴油机的水泵装置，该柴油机的冷却水具有大循环系统和小循环系统，该水泵装置包括水泵本体，水泵本体具有水泵入水口和水泵出水口，水泵入水口接有水泵进水管，水泵出水口接有水泵出水管，水泵出水管与水泵进水管之间接入第一回水管，第一回水管中设有温度调节阀，温度调节阀的流量调节根据柴油机的大循环系统的冷却水的水温来控制，当柴油机的大循环系统的冷却水的水温升至设定值时，温度调节阀关闭。
优选地，水泵出水管与水泵进水管之间还接入第二回水管，第二回水管中设有压力调节阀，当水泵出水管内的冷却水的压力升至设定值时，压力调节阀打开。
优选地，温度调节阀设在水泵出水管的侧壁上，温度调节阀包括蜡式感温部和由该蜡式感温部驱动的阀芯，蜡式感温部设在柴油机的大循环系统的冷却水路中，水泵出水管的侧壁上设有温度调节阀的进水口，进水口与第一回水管连通，蜡式感温部驱动阀芯能够将进水口封住。
优选地，水泵出水管的侧壁上设有接管段，接管段与水泵出水管的侧壁贯通形成进水口，进水口的内侧具有与阀芯配合的密封端面，接管段的侧壁上设有回水接头，回水接头与第一回水管接通。
优选地，温度调节阀还包括接头座，接头座设在接管段的外端，接头座与接管段的端口之间设有隔水板，接头座的两端与柴油机的大循环系统的冷却水连通，蜡式感温部设在接头座内且处于大循环系统的冷却水中，阀芯穿过隔水板与进水口对准。
优选地，蜡式感温部包括柱塞体和与柱塞体伸缩配合的感温体，感温体内装有石蜡，柱塞体通过支架固定在接头座内，感温体通过推杆与阀芯连接。
优选地，感温体上套设有复位弹簧，推杆上套设有限位弹簧。
优选地，接头座的两端分别设有接头座进水口和接头座出水口，接头座进水口和接头座出水口用来与柴油机的大循环系统的冷却水的水路接通。
优选地，水泵出水管的侧壁上设有进水口，进水口的外部具有安装法兰；压力调节阀包括：接头座，其固定在安装法兰上，接头座内部具有空腔，接头座的侧壁上设有回水接头，回水接头与第二回水管接通；以及阀门部件，其包括限压弹簧和与限压弹簧连接的阀芯，限压弹簧设在弹簧座上，弹簧座通过支架固定在接头座的空腔内，限压弹簧驱动阀芯将进水口封住。
优选地，水泵进水管的侧壁上设有第一回水口和第二回水口，第一回水口与第一回水管接通，第二回水口与第二回水管接通。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本水泵装置使得柴油机的冷却系统的冷却效率提高，柴油机冷却系统的温度升高速度快；
2.当柴油机在中低速大负荷工况下运行时，可以提供足够强度的冷却水流量及压力；
3.当柴油机高速运行时，可以适当降低水泵出水口的流量和压力，避免冷却强度过大，冷却能力过剩，带走热量过多，导致柴油机热效率被降低，从而影响燃油经济性；
4.整个装置安装简单，结构紧凑，通用性强。
附图说明
图1是根据本发明的可自动调节的柴油机的水泵装置的主视图；
图2是图1中沿A-A方向的剖视图；
图3是图1中沿A-A方向的剖视图的局部放大视图；
图4是图1中沿B-B方向的剖视图；
图5是图1中沿C-C方向的剖视图；
图6是图1中沿D-D方向的剖视图；
图7根据本发明的可自动调节的柴油机的水泵装置的左视图；
图8根据本发明的可自动调节的柴油机的水泵装置的右视图；
图9根据本发明的可自动调节的柴油机的水泵装置的立体图；
图10根据本发明的可自动调节的柴油机的水泵装置的水泵冷却系统原理图。
主要附图标记说明：
1-出水管，2-总出水口，3-进水口，4-阀座，5-阀芯，6-限压弹簧，7-支架，8-接头座，9-进水口，10-密封端面，12-限位弹簧，13-复位弹簧，14-感温体，15-接头座，17-隔水板，18-水泵本体，19-水泵蜗壳腔室，20-水泵叶轮，21-水泵出水口，22-水泵进水管，23-第一回水口，24-第二回水口，25-第二回水管，26-第一回水管，27-接头座进水口，28-接头座出水口，29-水泵进水管入口，30-水泵入水口，31-弹簧座，32-回水接头。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图3所示，根据本发明具体实施方式的一种可自动调节的柴油机的水泵装置，该柴油机的冷却水具有大循环系统和小循环系统，在冷却水循环时，需要满足其温度和压力的要求。作为一种为柴油机的冷却水提供动力的装置，本实施例中，以本装置同时具有温度调节和压力调节的双功能来描述本装置的具体实施例。具体地，该水泵装置包括水泵本体18，其内部主要结构包括水泵蜗壳腔室19和水泵叶轮20，水泵本体具有水泵入水口30(参见图6)和水泵出水口21(参见图2)，水泵入水口30接有水泵进水管22，水泵进水管22具有水泵进水管入口29，水泵出水口21接有水泵出水管1，水泵出水管1与水泵进水管22之间接入第一回水管26，第一回水管26中设有温度调节阀(具体结构下文描述)，温度调节阀的流量调节根据柴油机的大循环系统的冷却水的水温来控制，当柴油机的大循环系统的冷却水的水温升至设定值时，温度调节阀关闭，也即冷却水全部用于循环。另一方面，水泵出水管1与水泵进水管22之间还接入第二回水管25，第二回水管25中设有压力调节阀(具体结构下文描述)，当水泵出水管1内的冷却水的压力升至设定值时，压力调节阀打开。
作为一种优选实施例，温度调节阀和压力调节阀都设在水泵出水管1的侧壁上。其中温度调节阀包括蜡式感温部14和由该蜡式感温部14驱动的阀芯11，蜡式感温部14设在柴油机的大循环系统的冷却水路中，水泵出水管1的侧壁上设有温度调节阀的进水口9，进水口9与第一回水管26连通，蜡式感温部14驱动阀芯11能够将进水口9封住。具体地，水泵出水管1的侧壁上设有接管段(参见图3)，接管段与水泵出水管1的侧壁贯通形成进水口9，进水口9的内侧具有与阀芯11配合的密封端面10，接管段的侧壁上设有回水接头32(参见图4)，回水接头32与第一回水管26接通(参见图4)。本实施例中，温度调节阀还包括接头座15，接头座15设在接管段的外端，具体地，接头座15通过螺栓固定在接管段的外端。接头座15与接管段的端口之间设有隔水板17，接头座15的两端与柴油机的大循环系统的冷却水连通，在本实施例中，接头座15的两端分别设有接头座进水口27和接头座出水口28(参见图4)，接头座进水口27和接头座出水口28用来与柴油机的大循环系统的冷却水的水路接通，该温度调节阀通过接头座进水口27和接头座出水口28取自于大循环系统的冷却水。
上述方案中，蜡式感温部14设在接头座15内且处于大循环系统的冷却水中，阀芯11穿过隔水板17与进水口9对准。具体地，在本实施例中，蜡式感温部14包括柱塞体和与柱塞体伸缩配合的感温体，感温体内装有石蜡，柱塞体通过支架16固定在接头座15内，感温体通过推杆与阀芯11连接(参见图3)。作为一种优选实施例，柱塞体上固定有弹簧座31(参见图4)，感温体上套设有复位弹簧13，推杆上套设有限位弹簧12。
另一方面，压力调节阀如下设计：在水泵出水管1的侧壁上设有进水口3，进水口3的外部具有安装法兰，进水口3的内部具有阀座4，压力调节阀包括接头座8以及阀门部件，安装法兰用来固定压力调节阀的接头座8，接头座8的内部具有空腔，接头座8的侧壁上设有回水接头33(参见图5)，回水接头33与第二回水管25接通(参见图5)。具体地，阀门部件包括限压弹簧6和与限压弹簧6连接的阀芯5，限压弹簧6通过支架7固定在接头座8的空腔内，限压弹簧6驱动阀芯5抵接在阀座4上进而将进水口3封住。
作为一种优选实施，上述方案中，水泵进水管22的侧壁上设有第一回水口23和第二回水口24，第一回水口23与第一回水管26接通，第二回水口24与第二回水管25接通(参见图1)。
以下详细描述本实施例的自动调节流量和压力大小的柴油机的水泵装置的工作原理(参见图10)：
根据公知常识，常规水冷柴油机的具体工作情形如下：当柴油机启动工作后，冷却系统的冷却水温度较低，冷却系统在小循环下工作，水路的走向为水泵出水口21-中冷器101-机油冷却器102-缸套103-缸盖104-出水总管105-调温器106-水泵进水口30，如此往复循环。此时，水泵出水管1中的水温较低，温度调节阀处于打开状态，即阀芯11没有将进水口9封住，水泵出水管1中的冷却水将有一部分被短路分流，经温度调节阀的进水口9、回水接头32、第一回水管26、第一回水口23及水泵入水口30流回至水泵本体18，由于冷却系统的冷却水的总量被减少，所以，柴油机冷却系统的温度升高较高。
当温度达到冷却系统的调温器的开启温度之后，柴油机冷却系统即开始大循环，水路的走向为水泵出水口21-中冷器101-机油冷却器102-缸套103-缸盖104-出水总管105-调温器106-水箱散热器107-水泵进水口30，如此往复循，在大循环中，冷却水开始流向柴油机的水箱散热器107进行换热降温。此时，位于柴油机大循环管路上温度较高的冷却水将加热感温体，感温体内部的石蜡受热膨胀，与感温体刚性连接的弹簧座31将克服复位弹簧13的弹力向下移动，并通过下面连接的推杆推动阀芯11同步向下移动，则经过温度调节阀的进水口9的冷却水流量减小，当冷却系统中大循环的水温升高到最大的设定值之后，感温体内部的石蜡膨胀达到最大，温度调节阀的阀芯11向下移动直至关闭密封端面10，冷却水将不经过温度调节阀的进水口9旁通短路，而是全部经总出水口2(参见图1)进入柴油机冷却系统中。当冷却系统温度降低后，水泵本体18则不需要相应减小流量和扬程，此时，感温体内部石蜡遇冷收缩，与感温体刚性连接的弹簧座31将被复位弹簧13弹起，并通过下面连接的推杆拉动阀芯11同步向上移动，则经过温度调节阀的进水口9的冷却水流量加大，冷却系统经总出水口2的出水量减小，柴油机冷却系统冷却强度降低。
当柴油机转速较高时，水泵本体18提供的流量和扬程也相应加大，为了避免流量和扬程过大造成的负面影响，比如冷却功能过剩，冷却系统零部件的可靠性受到影响等因素，此时，压力调节阀的阀芯5克服限压弹簧6的弹力打开，从而水泵出水管1中的冷却水将有一部分经压力调节阀的进水口3、回水接头33、第二回水管25、第二回水口24及水泵入水口30流回至水泵本体18中，在水泵叶轮20作用下完成下一次的循环流动。以此控制总出水口2的出水压力和流量，达到控制整个冷却系统压力和流量的目的。
本实施例提供的水泵装置，通过在水泵出水管1上设置有压力调节阀以及温度调节阀，温度调节阀采用常规蜡式调温器的感温体结构作为感温调节装置，采用石蜡受热膨胀的原理来推动阀芯的位置变化，感温体被设置在柴油机大循环水路中用于感应柴油机冷却系统冷却水的温度。压力调节阀通过设定限压弹簧的弹力大小，就可以自动调节冷却水的循环压力。当柴油机启动运行后，本水泵装置将部分冷却水回流，不参与柴油机冷却系统的散热，实际上此时冷却柴油机的冷却水的流量和压力并不是最大状态，所以柴油机冷却系统的冷却水温度可以快速升高，柴油机可以快速达到理想的工作温度，有利于节约燃油消耗，以及可以减少因发动机长时间低温运行导致的有害气体排放。当发动机冷却水的升高到大循环开启温度之后，温度较高的冷却水加热了温度调节阀的感温体，此时温度调节阀向流量逐渐减小的趋势调节，当温度达到最高设定要求后关闭，此时经水泵出水管流出的带有一定压力的冷却水将不经旁通，全部参与柴油机冷却系统循环，给柴油机提供足够强度的冷却。
当柴油机高速运行时，水泵流量和出口压力均较大，为了保护柴油机冷却系统压力正常，此时压力调节阀打开，水泵出水总管中的冷却水将有一部分被旁通流回至水泵进水管一侧，维持柴油机冷却系统压力和流量在一定限值内，避免因冷却水流量、压力、流速过高引起的相关问题，控制冷却系统带走的热量，避免热量大量散失后导致的柴油机热效率被削弱，燃油经济性降低。
综上，由于采用上述的技术方案，使得柴油机的冷却系统的冷却效率高，柴油机冷却系统的温度升高速度快。当柴油机在中低速大负荷工况下运行时，可以提供足够强度的冷却水流量及压力；当柴油机高速运行时，可以适当降低水泵出水口的流量和压力，避免冷却强度过大，冷却能力过剩，带走热量过多，导致柴油机热效率被降低，从而影响燃油经济性。整个装置安装简单，结构紧凑，通用性强。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种可自动调节的柴油机的水泵装置，该柴油机的冷却水具有大循环系统和小循环系统，其特征在于，该水泵装置包括水泵本体，所述水泵本体具有水泵入水口和水泵出水口，所述水泵入水口接有水泵进水管，所述水泵出水口接有水泵出水管，所述水泵出水管与所述水泵进水管之间接入第一回水管，所述第一回水管中设有温度调节阀，所述温度调节阀的流量调节根据所述柴油机的大循环系统的冷却水的水温来控制，当所述柴油机的大循环系统的冷却水的水温升至设定值时，所述温度调节阀关闭；
所述温度调节阀设在所述水泵出水管的侧壁上，所述温度调节阀包括蜡式感温部和由该蜡式感温部驱动的阀芯，所述蜡式感温部设在所述柴油机的大循环系统的冷却水路中，所述水泵出水管的侧壁上设有所述温度调节阀的进水口，所述进水口与所述第一回水管连通，所述蜡式感温部驱动所述阀芯能够将所述进水口封住；
所述水泵出水管与所述水泵进水管之间还接入第二回水管，所述第二回水管中设有压力调节阀，当所述水泵出水管内的冷却水的压力升至设定值时，所述压力调节阀打开。
2.根据权利要求1所述的可自动调节的柴油机的水泵装置，其特征在于，所述水泵出水管的侧壁上设有接管段，所述接管段与所述水泵出水管的侧壁贯通形成所述进水口，所述进水口的内侧具有与所述阀芯配合的密封端面，所述接管段的侧壁上设有回水接头，所述回水接头与所述第一回水管接通。
3.根据权利要求1所述的可自动调节的柴油机的水泵装置，其特征在于，所述温度调节阀还包括接头座，所述接头座设在所述接管段的外端，所述接头座与所述接管段的端口之间设有隔水板，所述接头座的两端与所述柴油机的大循环系统的冷却水连通，所述蜡式感温部设在所述接头座内且处于所述大循环系统的冷却水中，所述阀芯穿过所述隔水板与所述进水口对准。
4.根据权利要求3所述的可自动调节的柴油机的水泵装置，其特征在于，所述蜡式感温部包括柱塞体和与所述柱塞体伸缩配合的感温体，所述感温体内装有石蜡，所述柱塞体通过支架固定在所述接头座内，所述感温体通过推杆与所述阀芯连接。
5.根据权利要求4所述的可自动调节的柴油机的水泵装置，其特征在于，所述感温体上套设有复位弹簧，所述推杆上套设有限位弹簧。
6.根据权利要求5所述的可自动调节的柴油机的水泵装置，其特征在于，所述接头座的两端分别设有接头座进水口和接头座出水口，所述接头座进水口和所述接头座出水口用来与所述柴油机的大循环系统的冷却水的水路接通。
7.根据权利要求1所述的可自动调节的柴油机的水泵装置，其特征在于，所述水泵出水管的侧壁上设有进水口，所述进水口的外部具有安装法兰；
所述压力调节阀包括：
接头座，其固定在所述安装法兰上，所述接头座内部具有空腔，所述接头座的侧壁上设有回水接头，所述回水接头与所述第二回水管接通；以及
阀门部件，其包括限压弹簧和与所述限压弹簧连接的阀芯，所述限压弹簧设在弹簧座上，所述弹簧座通过支架固定在所述接头座的空腔内，所述限压弹簧驱动所述阀芯将所述进水口封住。
8.根据权利要求1所述的可自动调节的柴油机的水泵装置，其特征在于，所述水泵进水管的侧壁上设有第一回水口和第二回水口，所述第一回水口与所述第一回水管接通，所述第二回水口与所述第二回水管接通。
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