CN104884834B - 机械式内燃机驱动流体泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械式内燃机驱动流体泵(10)，包括由内燃机(12)直接驱动的输入轴(20)、具有泵转子(19)的泵送单元(18)，和在输入轴与泵转子之间的离合器(16)，离合器包括输入离合器主体(24)和输出离合器主体(22)，并在离合器接合状态下将输入离合器主体的旋转传递到输出离合器主体。离合器是组合式磁流变涡流离合器。离合器包括：在两个离合器主体之间的闭合离合器液体间隙(26)，离合器液体间隙充有磁流变离合器液体(28)；与输出离合器主体共同旋转的导电元件(50)；和设置为与输入离合器主体共同旋转的可移动永磁体元件(30)。可移动永磁体元件在接合位置与脱离位置之间是可移动的，在接合位置中，永磁体元件的磁场以较高的磁通量穿透离合器液体间隙，并且永磁体元件靠近导电元件；在脱离位置中，永磁体元件在离合器液体间隙中的磁场穿透通量小于在接合位置中的磁场穿透通量，并且永磁体元件远离导电元件。致动器(42)设置用于在接合与脱离位置之间移动永磁体元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械式内燃机驱动流体泵，其由内燃机驱动，并提供液体、压缩气体或真空到汽车单元。
背景技术
流体泵可以是润滑剂泵、冷却剂泵、真空泵或提供例如压缩空气的加压气体的泵。机械式流体泵不由电动机驱动，而是直接地联接到内燃机。其结果是，所述流体泵的旋转速度与内燃机的旋转速度成比例，使得流体泵始终旋转，即使不需要流体供应或抽吸活动来产生真空亦始终旋转。
在US 7422093 B2中描绘了用于为液压动力转向提供加压液体的流体泵。所述流体泵设置有磁流变离合器，使得泵的性能可以根据动力转向的流体需求和压力需求而进行控制。
对于至关重要的流体泵，故障的风险是不可接受的，所述至关重要的流体泵诸如是润滑剂泵、冷却剂泵或用于制动辅助系统的真空泵。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有磁流变离合器的故障安全的机械式内燃机驱动流体泵。
这个目的是通过本发明的机械式内燃机驱动流体泵解决的。
根据本发明的流体泵设置有被内燃机直接驱动的输入轴，并且设置有带有泵转子的泵送单元，所述泵送单元用于泵送可以是液体或气体的流体。术语“直接驱动”在这里具有的含义是在发动机的旋转元件与泵的输入轴之间没有可脱离的离合器。泵的输入轴可以由发动机经由带、齿轮驱动，或通过与发动机的凸轮轴或曲轴直接耦合而驱动。
所述离合器是磁流变离合器和涡流离合器的组合，其中，两个离合器装置通过一个单一的可动永磁体元件接合和脱离。离合器设置在输入轴与泵转子之间，并且在两个离合器主体之间包括离合器液体间隙。一个离合器主体被直接连接到所述输入轴，而另一离合器主体直接连接到泵转子。两个离合器主体之间的离合器液体间隙充有磁流变离合器液体，其在磁场存在时具有相对高的粘度，而在没有磁场存在时具有相对低的粘度。在磁流变液体的语境中的术语液体不应从字面上理解，而是应被理解为一种磁流变流体，其在由磁场激活时也可以在某种程度上是固体。
用于增加磁流变离合器液体的粘度的磁场不是由电磁装置产生的，而是由在脱离位置与接合位置之间可移动的永磁体元件产生，在所述脱离位置中，永磁体元件在离合器液体间隙中的磁场穿透通量较低，而在所述接合位置中，在离合器液体间隙中的磁场穿透通量较高。在它的接合位置中，永磁体靠近所述离合器液体间隙，并在脱离位置中，永磁体距离合器液体间隙更加遥远。永磁体元件与输入离合器主体共同旋转，使得永磁体元件始终以所述输入轴的旋转速度而旋转。
提供了与输出离合器主体共同旋转的导电元件。在接合位置中，永磁体元件接近导电元件，而在脱离位置中，永磁体元件远离导电元件。在永磁体元件的接合位置中，相关的涡流效应产生，使得只要永磁体元件与导电元件之间存在相关转速差，导电元件和环绕的输出离合器主体就被输入侧驱动。在永磁体元件的脱离位置中，永磁体元件与导电元件之间不存在相关的涡流效应。
磁体元件由单独的磁体元件致动器在接合位置与脱离位置之间移动。
由于用于穿透所述离合器液体间隙和在其中的磁流变离合器液体的磁场不是由电磁体产生的，如果泵的控制装置发生故障，则所述磁流变离合器一般也可以接合，另外，所述涡流离合器装置也不依赖电磁装置的激活。
即使假如机械式流变离合器液体从离合器液体间隙消失，通过涡流离合器装置的实质性接合依然存在，使得实质性的泵送性能得到了保证。其结果是，该流体泵是高度故障安全的，并适合于至关重要的汽车泵，诸如润滑剂泵、冷却剂泵或用于制动辅助系统的真空泵。
一般地，所述磁流变涡流离合器也可以与其它在或不在发动机周围的汽车设备结合，或者甚至与在汽车应用外部的汽车设备结合。
优选地，永磁体元件设置为在轴向方向上可移动。优选地，永磁体元件是在圆周方向上磁化的，但是一般可以在其它方向上磁化，如在直径、半径或轴向方向上。
永磁体元件可以优选地由被动式预紧元件预紧到其接合位置。如果致动器发生故障，则所述预紧元件推压永磁体元件到接合位置。这种布置使得所述离合器概念是完全地故障安全的。例如，被动式预紧元件可以是弹簧或另一永磁体。然而，被动式预紧元件不需要任何外部能量来提供预紧力。
根据优选的实施例，提供了单独的移位主体(shift body)，其包括永磁体元件，并设置有与所述输入离合器主体的轴向导向装置相互作用的轴向导向装置。移位主体本身被轴向引导，并保持所述分离的永磁体元件。其结果是，永磁体元件可以具有简单的环形形状，而未永久磁化的移位主体可具有相对复杂的形状和结构。所述移位主体和永磁体元件可以设置为大致旋转对称的零件。
优选地，所述导电元件是输出离合器主体的一部分。例如，所述导电元件可以是输出离合器主体的盘状和/或柱形部分。
根据本发明的优选实施例，所述离合器主体是杯形的，并在它们之间形成杯形的离合器液体间隙。离合器主体设置有盘状部分并且设置有柱形部分。永磁体在其接合位置中定位在由杯形离合器液体间隙所限定的环状空腔内部。由于两个离合器主体之间的离合器液体间隙不仅是盘形的，而且也包括柱形部分，总间隙表面积显著增加，并且设置有长的力臂以传输高的扭矩值，而未增加离合器的总直径。
根据另一可选实施例，所述离合器设置为多片离合器，其设置有至少两个径向输入离合器盘和至少两个径向输出盘，其中，所述盘在它们之间限定径向离合器液体间隙。离合器的多片构造允许离合器的直径非常紧凑。
优选地，径向输入盘是铁磁性的，而径向输出盘被设置为导电元件。根据另一优选的实施例，所述径向输出盘设置有许多开口，例如设置有径向狭缝，以实现强涡流效应。
优选地，所述致动器可被设置为真空致动器。所述真空致动器是磁中性的，不产生任何能够穿透充有磁流变离合器液体的离合器液体间隙或可对导电元件有影响的电磁场。
可选地，所述致动器是采用电磁线圈形式的电磁致动器。如果电磁致动器被激活，可移动的永磁体元件被拉入或推入到其脱离位置，即远离离合器液体间隙。
附图说明
本发明的两个实施例参考附图进行描述，其中
图1以纵向横截面示出了机械式内燃机驱动的流体泵，其具有处于接合状态下的有杯状离合器主体的离合器第一实施例，
图2示出了处于脱离状态的图1的流体泵，
图3以纵向横截面示出了处于接合状态下实现为多片离合器的离合器第二实施例，并且
图4是图3的离合器的径向输出盘的径向横截面。
具体实施方式
图1和图2示出了由内燃机12、通过内燃机12直接驱动的机械式流体泵10和真空驱动的致动辅助单元14组成的典型汽车装置。所述流体泵10被设计为真空泵，并提供低压到气动致动辅助单元14。内燃机12机械地直接连接到离合器16的输入轴20，使得输入轴20总是以正比于内燃机12转速的转速共同旋转。
离合器16布置在输入轴20与输出轴21之间，并且是既磁流变又涡流的离合器16。如在图1中示出的，所述离合器16在离合器接合状态下连接输入轴20与输出轴21，而如图2所示，在脱离状态下将输出轴21从输入轴20脱离。
所述离合器15的输出轴21直接地耦合到具有泵转子19的真空泵送单元18。离合器16设置有两个离合器主体22、24、由分离的移位主体54保持的轴向可移动的永磁体元件30、设计为弹簧和气动致动器42的预紧元件44，所述两个离合器主体22、24在其间限定充有磁流变离合器液体28的离合器液体间隙26。
离合器主体22、24都是杯形的，使得它们在其间限定小的杯形离合器液体间隙26，所述离合器液体间隙26是杯形的并具有盘环状部分和柱形部分。
永磁体元件30设置为圆形永磁环状体32，其被安置在并固定到铁磁移位主体54。所述移位主体54和永磁环状体32限定了移位单元52。输入离合器主体24设置有闭合的气动腔室57，其中设置两个或更多的轴向导向螺栓58。移位主体54设置有两个或更多的相应轴向导向孔56，以便导向螺栓58和导向孔56限定用于移位主体54的轴向导向装置。移位单元52因此被布置成轴向可移动的，并且与输入轴侧的离合器主体24共同旋转。
输出离合器主体22设置有杯状导电元件50，其具有环状部分和柱形部分。所述环状部分设置有径向开口，而柱形部分设置有轴向开口，以提供用于由导电元件50和永磁环状体32限定的涡流离合器装置的合适结构。
移位单元52被定位在杯形空腔27内部，所述空腔在示于图1中的永磁体元件30的接合位置中由杯状离合器液体间隙26限定。在此接合位置中，永磁体32靠近在其中含有磁流变离合器液体28的离合器液体间隙26的两部分，使得由永磁体元件30所产生的磁场以最大磁通量穿透离合器液体间隙26内部的磁流变离合器液体28。另外，接合的永磁体元件30靠近导电元件50，使得它们都限定接合的涡流离合器。只要输入离合器主体24与输出离合器主体22的旋转速度是彼此不同的，输出离合器主体22就被输入离合器主体24通过涡流产生的力驱动。
如图1所示，轴向可移动的永磁体元件30由预紧元件44预紧到其接合位置。这种布置使得离合器16是故障安全的，因为如果所述气动致动器42发生故障，则永磁体元件30总是被推入到其接合位置。
如图2所示，当气动致动器42被激活时，输入离合器主体22的气动腔室57被气动致动器52抽空，使得移位单元52被拉入它的脱离位置。
该气动致动器42通过控制单元40来控制，所述控制单元40通过信号线也连接到制动辅助单元14的压力传感器15。控制单元40取决于在气动制动辅助单元14的工作腔室中的气动压力而接合和脱开离合器16。如图2所示，只要在制动辅助单元14的工作腔室中的气动压力低于临界压力值，所述离合器16就通过气动致动器42的激活而保持脱离，使得可移动磁体元件30被拉入并保持在其脱离位置。在永磁体元件30的脱离位置中，离合器液体间隙26的磁场穿透通量是相对低的，使得磁流变离合器液体的粘度相对较低。此外，永磁体32远离导电元件50，使得没有涡流效应存在。其结果是，离合器滑移(clutch slip)较高，使得离合器是或多或少脱离的。
如图1所示，只要在制动辅助单元14的工作腔室中的气动压力超过临界压力值，离合器16就通过未激活致动器42而切换到接合状态，使得可移动磁体元件30被预紧元件44推入其接合位置。在这种状态下，穿透离合器液体间隙26的磁场通量是相对高的，使得磁流变离合器液体的粘度是相对高的。另外，由涡流作用引起的强大扭矩从输入离合器主体24传递到输出离合器主体22。其结果是，离合器滑移较低，使得离合器是或多或少接合的。在此接合状态下，输出轴21以与输入轴20相同的旋转速度而旋转。输出轴21驱动泵送单元18的泵转子19，使得制动辅助单元14的工作腔室被抽空，直到在工作腔室中的气动压力降到临界压力值之下。
图3和图4示出离合器装置的第二实施例，其设置为多片离合器60。盘式离合器60设置有铁磁材料的四个径向输入盘62和高导电材料的五个径向输出盘64，所述高导电材料例如铜。
输入盘62轴向地设置在输出盘64之间。由非铁磁性材料制成的连接环68设置在输出盘64的外周。永磁体元件30’被实现为环形磁体，其可轴向地或周向地磁化，使得如图4所示地出现四个磁体扇区(sector)。输出盘64限定导电元件70，并且设置有八个扇状开口72，使得导电元件70形成为轮辐轮。磁流变离合器液体存在于其中的径向环状离合器液体间隙66限定在盘62、64之间。
Claims (11)
1.机械式内燃机驱动流体泵(10)，其包括
由所述内燃机(12)直接驱动的输入轴(20)，
具有泵转子(19)的泵送单元(18)，和
在所述输入轴(20)与所述泵转子(19)之间的离合器(16)，所述离合器(16)包括输入离合器主体(24)和输出离合器主体(22)，并在离合器接合状态下传送所述输入离合器主体(24)的旋转到所述输出离合器主体(22)，
其中，所述离合器(16)是组合式磁流变和涡流离合器(16)，所述离合器(16)包括
在所述两个离合器主体(22、24)之间的闭合离合器液体间隙(26)，所述离合器液体间隙(26)充有磁流变离合器液体(28)，
与所述输出离合器主体(22)共同旋转的导电元件(50)，
可移动永磁体元件(30)，其设置为与所述输入离合器主体(24)共同旋转，并且在接合位置与脱离位置之间可移动，
在所述接合位置中，所述永磁体元件的磁场以较高的磁通量穿透所述离合器液体间隙(26)，并且所述永磁体元件(30)靠近所述导电元件(50)，并且
在所述脱离位置中，所述永磁体元件在所述离合器液体间隙(26)中的磁场穿透通量小于在所述接合位置中的磁场穿透通量，并且所述永磁体元件(30)远离所述导电元件(50)，和
用于在接合位置与脱离位置之间移动所述永磁体元件(30)的致动器(42)。
2.根据权利要求1所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述永磁体元件(30)设置为在轴向方向上可移动。
3.根据权利要求1所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述永磁体元件(30)设置有移位主体(54)，所述移位主体(54)包括永磁体(32)，并且设置有与所述输入离合器主体(24)的轴向导向装置(58)相互作用的轴向导向装置(56)。
4.根据权利要求1所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述导电元件(50)是所述输出离合器主体(22)的一部分。
5.根据权利要求1所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述离合器主体(22、24)是杯形的，并在所述离合器主体(22、24)之间形成杯形间隙(26)，并且所述永磁体元件(30)在其接合位置中定位在由所述杯形间隙(26)所限定的杯形空腔(27)的内部。
6.根据权利要求1所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述离合器(60)设置为多片离合器(60)，所述多片离合器(60)设置有至少两个径向输入盘(62)和至少两个径向输出盘(64)，所述盘(62、64)在它们之间限定径向离合器液体间隙(66)。
7.根据权利要求6所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述径向输入盘(62)是铁磁性的，并且所述径向输出盘(64)被设置为导电元件(70)。
8.根据权利要求6或7的一项所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述径向输出盘(64)设置有开口(72)。
9.根据权利要求1所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述永磁体元件(30)由被动式预紧元件(44)预紧到所述接合位置。
10.根据权利要求1所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述致动器是电磁致动器。
11.根据权利要求1-4中的任一项所述的机械式内燃机驱动流体泵(10)，其中，所述致动器是真空致动器(42)。
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