CN104791070B - 一种适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵，包括电控总成、阀片总成、硅油池、隔板、盖体、从动盘、离合器壳体、驱动皮带轮、水泵轴固定环、水泵壳、进水管、水泵叶轮、水泵轴总成、磁环、霍尔传感器、线束、转速电线、蜗壳、发动机ECU等。发动机ECU采集发动机工作过程中各种工作参数，并计算对发动机水温的最佳需求，从而对水泵运转与否发出占空比控制信号，电控水泵的电控总成，在接收到发动机ECU的控制信号之后，立即按照发动机ECU的控制要求，控制电控水泵的动作。本发明利用现代最新的计算机技术、自动控制技术和电控硅油离合器技术，使发动机冷却系统的工作更科学、更合理，并且更节能、更环保。

Description

一种适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵

技术领域

本发明涉及水泵领域，具体是一种适用于汽车、拖拉机、船舶、发电机组、工程机械等机械工程所用的内燃发动机中的电控水泵。

背景技术

现代广泛使用于汽车、拖拉机、船舶、发电机组、工程机械等机械工程所用的全部内燃发动机中，冷却系统中的水泵，都是采用机械式驱动、传动比固定的结构。不管你负荷如何变化、水温是高还是低、排放是好还是坏、需不需要水泵泵水、泵多少水……等等，水泵的工作都是按一种固定的传动比泵水。这种设计，显然不能适应发动机变化多端的工作过程的要求，很多时候造成过分的冷却，给发动机造成危害，而且很多时间是大量的浪费能量。只有比较少的时间，是正好满足发动机的工作要求的。这种不协调的工作状态，实在是应该来一个变化，来一个改进、提升、升华和进步。

电控水泵就是适应这样的需求，而开发出来的一种新产品。它采用了现代科学技术中，最新的计算机技术、自动控制技术、电控技术、硅油离合器技术等等，对水泵的工作过程进行，全面的、最理想的控制。使水泵的工作过程完全按照，发动机工作过程中最理想的工作状态来安排水泵的工作。这就使发动机始终工作在最理想的水温状态中。

现在，风扇已经采用了电脑、ECU和自动控制系统，确保风扇在工作过程中，使发动机水温始终维持和保证在最理想的状态下工作。但是，传统的水泵却不管这些，它是一套固定的连接方式和固定的传动比。不管你水温高还是水温低，它都是以同样的传动比、同样的转速工作。这样的工作方式当然完全不能适应发动机工作的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵，包括电控总成、进油孔、阀片总成、硅油池、隔板、盖体散热片、盖体、从动盘、离合器壳体、驱动皮带轮、水泵轴固定环、水泵壳、进水管、水泵叶轮、进水道、水泵密封总成、水泵轴总成、磁环、霍尔传感器、线束、转速电线、蜗壳、发动机ECU与出水管路；

其中，电控总成连接阀片总成，电控总成还通过线束连接发动机ECU，发动机ECU的另一侧通过转速电线连接霍尔传感器，电控总成上设有盖体，盖体上设有盖体散热片，盖体通过从动盘连接离合器壳体，盖体的下方还连接隔板，且盖体的空腔部分和隔板之间形成硅油池，隔板上开设有进油孔，离合器壳体的另一端连接驱动皮带轮，驱动皮带轮固定安装在水泵轴固定环上，水泵轴固定环安装在水泵轴总成上，水泵轴固定环上还设有霍尔传感器与磁环，水泵轴固定环上还安装有水泵壳，水泵壳并通过水泵密封总成固定在水泵轴固定环、水泵轴总成上，水泵轴总成上还安装有水泵叶轮，且水泵叶轮位于水泵密封总成的另一侧，水泵壳与水泵叶轮的上方安装有进水管，水泵壳与水泵叶轮的下方安装有出水管路，进水管的一侧还安装有进水道，且进水道位于水泵叶轮的一侧，进水道的另一端与出水管路连接；水泵叶轮的下方还安装有蜗壳。

作为本发明进一步的方案：电控水泵运转与否由发动机ECU控制；发动机ECU采集发动机工作过程中各种工作参数，包括：进气温度、进气流量、增压空气温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、冷却水流量、发动机转速、最高爆发压力、排气温度、排气压力、排放参数、颗粒物含量、颗粒物直径比例、氧传感器浓度、整车参数、车速、汽车总重、载重量、环境温度，并按这些参数计算发动机水温的最佳需求，由计算机通过预先设计的逻辑和程序运算之后，从而对水泵运转与否，发出占空比控制信号，电控水泵的电控总成，在接收到发动机ECU的控制信号之后，立即按照发动机ECU的控制要求，控制电控水泵的动作。

作为本发明进一步的方案：离合器壳体与驱动皮带轮还能合二为一。

作为本发明进一步的方案：电控水泵的电控总成，安装在电控水泵的最外面或安装在电控水泵的中间。

作为本发明进一步的方案：所述适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵控制流程如下：当温度升高到80℃需要冷却时，此时通过温度传感器测得发动机冷却系统中冷却液温度达到需冷却的温度时，发动机ECU发出通电的信号，电控总成中线圈带电后产生电磁力，大于磁环的磁力，硅油离合器工作区间进油，使得从动盘和驱动皮带轮由分开转到吸合，进而使得水泵叶轮则开始旋转；

当发动机经过冷却，温度降低到不需要冷却的温度时，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要冷却的高温度80℃，发动机ECU发出断电的信号，电控总成无磁力，无法抵消由磁环产生的磁力，使得从动盘和驱动皮带轮由吸合转成分开；此时，驱动皮带轮和从动盘在皮带的带动下继续旋转，硅油卸回硅油池，无阻尼作用，而使得水泵叶轮不工作，冷却系统中不产生流量，不对发动机进行冷却。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用现代最新的计算机技术、自动控制技术和电控硅油离合器技术，把广泛使用于现代交通运输、船舶、农业机械和发电机组等等，各个领域的发动机中，传统的机械式水泵，提升到一个新的水平和现代化的高级阶段。使发动机冷却系统的工作更科学、更合理、更适合发动机工作过程的各种需求，并且更节能、更环保。

附图说明

图1是本发明的结构示意图一；

图2是本发明的结构示意图二；

图3是本发明的结构示意图三；

图4是本发明的控制流程图。

图中：1-电控总成、2-进油孔、3-阀片总成、4-硅油池、5-隔板、6-盖体散热片、7-盖体、8-从动盘、9-离合器壳体、10-驱动皮带轮、11-水泵轴固定环、12-水泵壳、13-进水管、14-水泵叶轮、15-进水道、16-水泵密封总成、17-水泵轴总成、18-磁环、19-霍尔传感器、20-线束、21-转速电线、22-蜗壳、23-发动机ECU、24出水管路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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做出创造性劳动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。

请参阅图1，本发明实施例中，一种适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵，包括电控总成1、进油孔2、阀片总成3、硅油池4、隔板5、盖体散热片6、盖体7、从动盘8、离合器壳体9、驱动皮带轮10、水泵轴固定环11、水泵壳12、进水管13、水泵叶轮14、进水道15、水泵密封总成16、水泵轴总成17、磁环18、霍尔传感器19、线束20、转速电线21、蜗壳22、发动机ECU23与出水管路24。其中，电控总成1连接阀片总成3，电控总成1还通过线束20连接发动机ECU23，发动机ECU23的另一侧通过转速电线21连接霍尔传感器19，电控总成1上设有盖体7，盖体7上设有盖体散热片6，盖体7通过从动盘8连接离合器壳体9，盖体7的下方还连接隔板5，且盖体7的空腔部分和隔板5之间形成硅油池4，隔板5上开设有进油孔2，离合器壳体9的另一端连接驱动皮带轮10，驱动皮带轮10固定安装在水泵轴固定环11上，水泵轴固定环11安装在水泵轴总成17上，水泵轴固定环11上还设有霍尔传感器19与磁环18，水泵轴固定环11上还安装有水泵壳12，水泵壳12并通过水泵密封总成16固定在水泵轴固定环11、水泵轴总成17上，水泵轴总成17上还安装有水泵叶轮14，且水泵叶轮14位于水泵密封总成16的另一侧，水泵壳12与水泵叶轮14的上方安装有进水管13，水泵壳12与水泵叶轮14的下方安装有出水管路24，进水管13的一侧还安装有进水道15，且进水道15位于水泵叶轮14的一侧，进水道15的另一端与出水管路24连接。水泵叶轮14的下方还安装有蜗壳22。

其中的硅油池4，由盖体7的空腔部分和隔板5一起组成一个封闭空间而构成。在隔板5上开有进油孔2。在电控水泵运转过程中，电控总成1没有通电时，阀片总成3关闭进油孔2，如图1中所示的状态。此时，硅油被封闭在硅油池4中。

其工作间由盖体7、离合器壳体9包围从动盘8所构成的环形工作槽，加上其下面的空间构成，也称为工作区域。当工作间中没有硅油时、主动和从动零部件之间没有接触，因此，尽管电控水泵驱动皮带轮处于运转状态，但是其工作间不传递扭矩。因此，从动盘8及其与之相连接的水泵处于低速或怠速运转状态。

本发明运转与否，完全由发动机ECU23控制。发动机ECU23采集发动机工作过程中各种工作参数：包括：进气温度、进气流量、增压空气温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、冷却水流量、发动机转速、最高爆发压力、排气温度、排气压力、排放参数、颗粒物含量、颗粒物直径比例、氧传感器浓度、整车参数、车速、汽车总重、载重量、环境温度等所有与发动机工作过程有关的参数。并按所有这些参数对发动机水温的最佳需求，由计算机通过预先设计的逻辑和程序运算之后，从而对水泵运转与否，发出占空比控制信号。电控水泵的电控总成1，在接收到发动机ECU23的控制信号之后，立即按照发动机ECU23的控制要求，控制电控水泵的动作。

当需要电控水泵高速运转的时候，发动机ECU23给电控总成1，输入占空比信号指令。电控总成1产生电磁吸力，向左吸引阀片总成3。此时，阀片总成3由图1中所示的位置，向左转动，与电控总成1右边紧贴，并处于垂直位置，同时打开进油孔2。高粘度硅油经过打开的进油孔2，进入盖体7和从动盘8之间的空间，并向外流进环形工作槽中。

由此，高速转动的驱动皮带轮10经过离合器壳体9和盖体7中的环形工作槽中的高粘度硅油，带动从动盘8高速旋转。从动盘8通过水泵轴总成17带动水泵叶轮14高速旋转。电控水泵就处于工作状态。

同时，水泵的转速信号，通过霍尔传感器19、磁环18感应出来，并通过转速电线21，传送给发动机ECU23，进行计算和处理。

当不需要水泵泵水的时候，发动机ECU23停止给电控总成1输入占空比信号，电控总成1不吸引阀片总成3。阀片总成3又回到关闭进油孔2位置。工作腔中的硅油，由电控水泵中的泵油机构泵回到硅油池4。环形工作槽中就没有硅油，电控水泵又回到怠速运转状态。

前面所述之电控水泵及发动机ECU23，其控制源是由发动机ECU23产生的。这样的ECU控制系统，特别适用于电控发动机。

由此可以看出：图1实际上表示了两种电控水泵的结构，即带ECU的电控水泵和不带ECU(电控部分的功能，由发动机的ECU完成)的电控水泵结构。

电控水泵除了可以做成如图1所示之结构之外。还可以做成如图2所示之结构。从图2可以看出：其主要特点是驱动皮带轮10和离合器壳体9合二为一。这种结构比图1所示之驱动部分的结构要进一步简化。这更有利于进一步简化生产工艺、降低设计和制造成本。经济效益更好。更符合机械工程和工程技术发展和进步的大方向。

同时，还可以看出：图2所表示的电控水泵，也可以包括：带ECU的电控水泵和不带ECU(电控部分的功能，由发动机的ECU完成)的电控水泵，两种电控水泵结构。

电控水泵的电控总成1，可以设计、安装在电控水泵的最外面，如图1所示，也可以设计、安装在电控水泵的中间，如图3所示。电控总成1位于电控水泵的中间部位。这样的电控总成1，特别适用于电控总成1正好处于这个位置的电控离合器，改装成电控水泵。其工作量最小，改动起来比较方便，容易实现。

到此为止，电控水泵总共设计了四种分总成结构，每种分总成有二种结构。分别汇总如下：

ECU控制系统可以与发动机共用，也可以是独立设计的结构。

水泵部分的结构，可以设计得比较大些，更安全、更保险，如图1所示。也可以设计得比较轻便、小巧一些，如图2所示。具体选用，要根据发动机的具体空间位置情况和发动机的大小等因素决定。并不一定是那种结构一定好、那种结构一定不好。

驱动皮带轮10和离合器壳体9，可以单独分开设计，如图1所示。也可以合二为一，如图2所示。电控总成1的安装位置。可以设计、安装在电控水泵的最外面，如图1所示，也可以设计、安装在电控水泵的中间，如图3所示。

电控水泵控制策略流程图，如图4所示，对发动机冷却水泵工作原理描述：发动机未工作时，由于磁环18的磁力作用，进油孔2、阀片总成3不能打开，硅油池4封闭皮带轮只能怠速或空转。当发动机刚启动时，发动机处于冷机状态，也不需要进行冷却。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，发动机ECU23发出断电信号，电控总成线圈不通电后不产生磁力，无法抵消由磁环18产生的磁力。从动盘8和驱动皮带轮10是分开的。此时，驱动皮带轮10在皮带的带动下继续旋转，而水泵叶轮14不工作，冷却系统中不产生流量，不对发动机进行冷却。当发动机开始工作，温度升高到80℃需要冷却时，此时通过温度传感器测得发动机冷却系统中冷却液温度达到需冷却的温度时，发动机ECU23发出通电的信号，电控总成1中线圈带电后产生电磁力，大于磁环18的磁力，从动盘8和和驱动皮带轮10就由分开转到吸合。此时，驱动皮带轮10在皮带的带动下继续旋转，在磁环18的磁力和电磁力的联合作用下，从动盘8中粘稠的硅油进入并带动水泵叶轮14开始工作，通过水泵轴总成17带动水泵叶轮14开始旋转，冷却系统中产生流量，冷却液在冷却系统中开始循环，对发动机进行冷却。

当发动机经过冷却，温度降低到不需要冷却的温度时，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要冷却的高温度80℃，发动机ECU23发出断电的信号，电控总成1无磁力，无法抵消由磁环18产生的磁力。从动盘8和驱动皮带轮10由吸合转成分开。此时，驱动皮带轮10和从动盘8在皮带的带动下继续旋转，硅油卸回硅油池4，无阻尼作用，而使得水泵叶轮14不工作，冷却系统中不产生流量，不对发动机进行冷却。以此往复循环运作。

当需要电控水泵高速运转的时候，发动机ECU23给电控总成1输入占空比信号指令。电控总成1产生电磁吸力，向左吸引阀片总成3。此时，阀片总成3由图2中所示的位置，向左移动，与电控总成1右边紧贴，并处于垂直位置，同时打开进油孔2。高粘度硅油经过打开的进油孔2，进入盖体7和从动盘8之间的空间，并向外流进环形工作槽中(深色空间)。由此，高速转动的驱动皮带轮10经过离合器壳体9和盖体7中的环形工作槽中的高粘度硅油，用来带动从动盘8高速旋转。从动盘8中通过水泵轴总成17带动水泵叶轮14高速旋转。发动机电控水泵就处于连续循环工作状态。

总之，电控水泵利用现代最新的计算机技术和自动控制的电控技术，把上面所列举的、广泛使用于现代交通运输、船舶运输、农业机械和发电机组等等，各个领域的发动机中的机械式水泵，提升到一个新的水平和现代化的高级阶段。从而使发动机也跃升到一个新的水平和现代化的高级阶段。使发动机冷却系统的工作，更科学、更适合发动机工作过程的需要、更节能、更环保。因此这又是一项绿色环保工程。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵，其特征在于，包括电控总成、进油孔、阀片总成、硅油池、隔板、盖体散热片、盖体、从动盘、离合器壳体、驱动皮带轮、水泵轴固定环、水泵壳、进水管、水泵叶轮、进水道、水泵密封总成、水泵轴总成、磁环、霍尔传感器、线束、转速电线、蜗壳、发动机ECU与出水管路；

其中，电控总成连接阀片总成，电控总成还通过线束连接发动机ECU，发动机ECU的另一侧通过转速电线连接霍尔传感器，电控总成上设有盖体，盖体上设有盖体散热片，盖体通过从动盘连接离合器壳体，盖体的下方还连接隔板，且盖体的空腔部分和隔板之间形成硅油池，隔板上开设有进油孔，离合器壳体的另一端连接驱动皮带轮，驱动皮带轮固定安装在水泵轴固定环上，水泵轴固定环安装在水泵轴总成上，水泵轴固定环上还设有霍尔传感器与磁环，水泵轴固定环上还安装有水泵壳，水泵壳并通过水泵密封总成固定在水泵轴固定环、水泵轴总成上，水泵轴总成上还安装有水泵叶轮，且水泵叶轮位于水泵密封总成的另一侧，水泵壳与水泵叶轮的上方安装有进水管，水泵壳与水泵叶轮的下方安装有出水管路，进水管的一侧还安装有进水道，且进水道位于水泵叶轮的一侧，进水道的另一端与出水管路连接；水泵叶轮的下方还安装有蜗壳；

电控水泵运转与否由发动机ECU控制；发动机ECU采集发动机工作过程中各种工作参数，包括：进气温度、进气流量、增压空气温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、冷却水流量、发动机转速、最高爆发压力、排气温度、排气压力、排放参数、颗粒物含量、颗粒物直径比例、氧传感器浓度、整车参数、车速、汽车总重、载重量、环境温度，并按这些参数计算发动机水温的最佳需求，由计算机通过预先设计的逻辑和程序运算之后，从而对水泵运转与否，发出占空比控制信号，电控水泵的电控总成，在接收到发动机ECU的控制信号之后，立即按照发动机ECU的控制要求，控制电控水泵的动作；

离合器壳体与驱动皮带轮合二为一；

电控总成安装在电控水泵的最外面或安装在电控水泵的中间。

2.根据权利要求1所述的适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵，其特征在于，所述适用于汽车内燃发动机中的电控冷却水泵控制流程如下：

当发动机温度升高到80℃需要冷却时，此时通过温度传感器测得发动机冷却系统中冷却液温度达到需冷却的温度时，发动机ECU发出通电的信号，电控总成中线圈带电后产生电磁力，大于磁环的磁力，硅油离合器工作区间进油，使得从动盘和驱动皮带轮由分开转到吸合，进而使得水泵叶轮开始旋转；

当发动机经过冷却，温度降低到不需要冷却的温度时，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要冷却的高温度80℃，发动机ECU发出断电的信号，电控总成无磁力，无法抵消由磁环产生的磁力，使得从动盘和驱动皮带轮由吸合转成分开；此时，驱动皮带轮和从动盘在皮带的带动下继续旋转，硅油卸回硅油池，无阻尼作用，而使得水泵叶轮不工作，冷却系统中不产生流量，不对发动机进行冷却。