CN105065293A - 一种用于发动机的磁流体电动水泵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机的磁流体电动水泵，包括轴总成、主动盘、叶轮和皮带轮，主动盘和叶轮分别设置在轴总成的两端，皮带轮安装在轴总成上，还包括端盖、线圈组件、隔套、连接盘，端盖、线圈组件、隔套和连接盘围成了密封空间，主动盘位于密封空间内，在密封空间内注有磁流体；线圈组件内设有磁场方向垂直主动盘的电磁线圈；皮带轮与连接盘相连，在端盖内还设有转速测定装置，端盖的顶部设有电接触元件，发动机电子控制单元通过电接触元件分别与电磁线圈和转速测定装置连接。本发明还提供了基于上述磁流体电动水泵的控制方法。本发明有效提高了控制精度。同时可以根据发动机的温度情况，可以将水泵控制到最佳速度，更加高效，节能。

Description

一种用于发动机的磁流体电动水泵及其控制方法

技术领域

本发明属于发动机冷却系统领域，特别涉及一种用于发动机的磁流体电动水泵及其控制方法。

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。

众所周知，发动机的水温相当于人的体温。人的体温正常了，人的身体就健康了。人的体温一变化，人身体的问题就来了。因此，保证和维持人的体温就是一件很重要的事情。

同样的，维持和保证发动机的水温也很重要。设计师们采用了很多措施，如采用节温器、水箱、风扇、护风罩等等，都是为了维持和保证发动机工作时的水温。

现在，风扇已经用于电脑、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，传统的水泵却不能满足这样的要求，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

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明提供了一种有效提高了控制精度，能根据发动机的温度情况，一直工作在最佳速度的用于发动机的磁流体电动水泵。

技术方案：本发明提供了一种用于发动机的磁流体电动水泵，包括轴总成、主动盘、叶轮和皮带轮，所述主动盘和叶轮分别设置在所述轴总成的两端，所述皮带轮安装在轴总成上，还包括端盖、线圈组件、隔套、连接盘，所述端盖、线圈组件、隔套和连接盘围成了密封空间，所述主动盘位于密封空间内，在所述密封空间内注有磁流体；所述皮带轮与所述连接盘相连，在所述端盖内还设有转速测定装置，端盖的顶部设有电接触原件，发动机电子控制单元通过电接触元件分别与所述线圈组件和所述转速测定装置连接。

进一步，所述转速测定装置包括固定的霍尔开关和随端盖一起转动的多极磁环，所述多极磁环包括若干个N极、S极交替排列的永磁体，随端盖的转动使霍尔开关周期性导通或截止。采用这种结构的定速装置，可以更加精准的采集到叶轮的转速。

进一步，电接触元件包括电流滑环或电刷或导电环。

进一步，所述电接触原件的输入端共有五根线，其中两根与线圈组件连接，为线圈提供PWM信号；另三根线与转速测定装置中的霍尔开关连接，其中二根用于给霍尔开关供电，另一根反馈霍尔转速信号。这样有效实现了对水泵的闭环控制，即为PID控制。

进一步，所述线圈组件沿垂直端盖和连接盘的方向设有限位条，与所述端盖和连接盘上的凹槽相配合。这样的结构更加稳定，牢固。

进一步，所述主动盘分别和端盖、连接盘之间的间隙在0.5mm-0.8mm之间。这样的间隙对磁流体所产生力矩有关键作用，此间隙能够保证部件处于最佳状态。

本发明还提供了一种基于上述用于发动机的磁流体电动水泵的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：发动机电子控制单元采集发动机水温信号和水泵转速信号；

步骤2：发动机电子控制单元对步骤1中采集到的信号进行判断，根据判断结果给磁流体电动水泵的线圈组件中的电磁线圈输入不同的PWM控制信号；当检测到的发动机水温低于83℃时，输入0%占空比的PWM信号；当检测到的发动机水温在83℃-93℃之间时，输入0-100%占空比的PWM信号，在0-100%之间不断调整PWM信号的占空比，使发动机的温度控制在87℃；当检测到的发动机水温高于93℃时，输入100%占空比的PWM信号。

工作原理：本发明主要采用电磁线圈和磁流体之间的配合，通过发动机电子控制单元控制电磁线圈的电流大小，从而改变磁流体的浓度，因为磁流体的浓度的改变，所以主动盘与端盖之间的扭矩发生变化，从而改变叶轮的转速。本发明能够完全按照发动机的要求，自动控制水泵的运转状态。从而确保发动机始终处于最佳的温度工作状态之中。

有益效果：与现有技术相比，本发明利用线圈电流大小改变磁流体粘度的方式控制水泵叶轮转速，使控制精度显著提高。磁流体粘度是线圈电流的大小决定的，不同电流控制不同粘度，可以得到不同的水泵叶轮速度，因此用该发明控制的水泵可以得到从低速到高速之间的任意速度，在PID控制磁流体电控水泵时，可以根据发动机的温度情况，可以将水泵控制到最佳速度，更加高效，节能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例，对本发明提出的用于发动机的磁流体电动水泵进行具体说明。

如图1所示，用于发动机的磁流体电动水泵，包括轴总成1、主动盘2、叶轮3、皮带轮4、端盖5、线圈组件6、隔套7、连接盘8，双联轴承9、水泵密封件10；其中，主动盘2和叶轮3分别设置在轴总成1的前端和后端，皮带轮4通过双联轴承9安装在轴总成上，在叶轮3和皮带轮4之间设有水泵密封件10；端盖5、线圈组件6、隔套7和连接盘8围成了密封空间，主动盘2位于密封空间内，在密封空间内注有磁流体，主动盘2分别和端盖5、连接盘8之间的间隙在0.5mm-0.8mm；皮带轮4与连接盘8相连；在线圈组件6内设有磁场方向垂直主动盘2的电磁线圈；线圈组件6沿垂直端盖5和连接盘8的方向设有限位条，限位条与端盖5和连接盘8上的凹槽相配合。

在端盖5内还设有转速测定装置，端盖5的顶部设有电接触元件11，发动机电子控制单元通过电接触元件11分别与电磁线圈和转速测定装置连接。电接触元件11的输入端共有五根线，其中两根与电磁线圈连接，为电磁线圈提供PWM信号；另三根线与转速测定装置中的霍尔开关12连接，其中二根用于给霍尔开关12供电，另一根反馈霍尔转速信号。其中，本实施例中的电接触元件11采用的是电流滑环，电接触元件11还可以采用电刷或导电环。转速测定装置包括固定的霍尔开关12和随端盖一起转动的多极磁环13，多极磁环13包括若干个N极、S极交替排列的永磁体，多极磁环13随端盖5的转动使霍尔开关12周期性导通或截止。

水泵在工作时，皮带轮4由发动机带动。当线圈没有电流时，主动盘处于低速怠速运转状态，叶轮3也处于怠速状态。电流滑环输入端共有五根线，其中两根与电磁线圈连接，为电磁线圈提供PWM信号，通过改变电流大小控制磁场强度，从而改变磁流体的粘度；另外三根线中有二根用于给霍尔开关供电，有一根反馈霍尔转速信号，转速信号由霍尔开关12和多极磁环13的相对运动产生，产生的信号为叶轮3的转速信号。通过这五根线实现对水泵的闭环（PID）控制。磁流体随着电磁线圈电流的增加其粘度增加。主动盘2与端盖5之间传替的扭矩会增加，叶轮3转速随扭矩的增加会增大；降低电磁线圈电流，粘度会降低。主动盘2与端盖5之间传替的扭矩会降低，叶轮3转速会随扭矩的降低而减速。

当需要水泵高速运转的时候，发动机电子控制单元经过预先设计的各种逻辑和程序运算之后，通过电接触元件11给线圈组件6，输入占空比信号。线圈组件6接受信号之后，产生相应大小的电磁场，磁流体粘性增加，主动盘2扭矩增强，带动轴总成1和叶轮3高速旋转，水泵处于工作状态。

当不需要水泵大量泵水的时候，发动机电子控制单元经过预先设计的各种逻辑和程序运算之后，停止给线圈组件6输入占空比信号，电磁线圈上没有电流，磁流体粘性减弱，主动盘2扭矩减小，水泵又回到怠速运转状态。

水泵运转与否，完全由发动机电子控制单元控制。发动机电子控制单元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。电控水泵的线圈在接收到发动机电子控制单元的控制信号之后，立即按照发动机电子控制单元的控制要求，控制电磁线圈的电流大小。

本实施例中基于上述用于发动机的磁流体电动水泵的控制方法为PID控制，发动机ECU通过采集到的发动机水温信号和水泵转速信号给水泵中线圈组件里的电磁线圈PWM控制信号，使水泵处于高速旋转状态，水的流速达到最高，发动机降温处于最佳状态，发动机能够最快回到最佳工作温度，这样使发动机能够长期处于最佳工作温度，既达到延长发动机的使用寿命，又达到发动机高效和节能的目的。

其中，主要包括以下步骤：

步骤1：发动机电子控制单元采集发动机水温信号和水泵转速信号；

步骤2：发动机电子控制单元对步骤1中采集到的信号进行判断，根据判断结果给磁流体电动水泵的线圈组件中的电磁线圈输入不同的PWM控制信号；当检测到的发动机水温低于83℃时，输入0%占空比的PWM信号，此时水泵处于低速运转状态；当检测到的发动机水温在83℃-93℃之间时，输入0-100%占空比的PWM信号，在0-100%之间不断调整PWM信号的占空比，使发动机的温度控制在最佳工作温度87℃左右；当检测到的发动机水温高于93℃时，输入100%占空比的PWM信号。

总之，本发明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。所以，这项新技术，必将在发动机行业大面积推广，造就发动机行业一个不小的进步。

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 (7)

1.一种用于发动机的磁流体电动水泵，包括轴总成、主动盘、叶轮和皮带轮，所述主动盘和叶轮分别设置在所述轴总成的两端，所述皮带轮安装在轴总成上，其特征在于：还包括端盖、线圈组件、隔套、连接盘，所述端盖、线圈组件、隔套和连接盘围成了密封空间，所述主动盘位于密封空间内，在所述密封空间内注有磁流体；所述线圈组件内设有磁场方向垂直主动盘的电磁线圈；所述皮带轮与所述连接盘相连，在所述端盖内还设有转速测定装置，端盖的顶部设有电接触元件，发动机电子控制单元通过电接触元件分别与所述电磁线圈和所述转速测定装置连接。

2.根据权利要求1所述的用于发动机的磁流体电动水泵，其特征在于：所述转速测定装置包括固定的霍尔开关和随端盖一起转动的多极磁环，所述多极磁环包括若干个N极、S极交替排列的永磁体，随端盖的转动使霍尔开关周期性导通或截止。

3.根据权利要求1所述的用于发动机的磁流体电动水泵，其特征在于：电接触元件包括电流滑环或电刷或导电环。

4.根据权利要求2所述的用于发动机的磁流体电动水泵，其特征在于：所述电接触原件的输入端共有五根线，其中两根与电磁线圈连接，为电磁线圈提供PWM信号；另三根线与转速测定装置中的霍尔开关连接，其中二根用于给霍尔开关供电，另一根反馈霍尔转速信号。

5.根据权利要求1所述的用于发动机的磁流体电动水泵，其特征在于：所述线圈组件沿垂直端盖和连接盘的方向设有限位条，与所述端盖和连接盘上的凹槽相配合。

6.根据权利要求1所述的用于发动机的磁流体电动水泵，其特征在于：所述主动盘分别和端盖、连接盘之间的间隙在0.5mm-0.8mm之间。

7.一种基于权利要求1所述的用于发动机的磁流体电动水泵的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：发动机电子控制单元采集发动机水温信号和水泵转速信号；

步骤2：发动机电子控制单元对步骤1中采集到的信号进行判断，根据判断结果给磁流体电动水泵的线圈组件中的电磁线圈输入不同的PWM控制信号；当检测到的发动机水温低于83℃时，输入0%占空比的PWM信号；当检测到的发动机水温在83℃-93℃之间时，输入0-100%占空比的PWM信号，在0-100%之间不断调整PWM信号的占空比，使发动机的温度控制在87℃；当检测到的发动机水温高于93℃时，输入100%占空比的PWM信号。