CN107923404A - 机械可切换的汽车冷却剂泵 - Google Patents

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L.菲尼多利
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Abstract

本发明涉及一种机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，用于给汽车发动机(12)提供液体冷却剂。该泵包括静态泵框架(30)；可旋转的转子轴(20)，其可旋转地支撑在泵框架(30)处；滑轮(22)，其共同可旋转地固定到转子轴(20)，并适于由发动机(12)机械驱动；可旋转的且可轴向偏移的泵轮(60)，其相对于转子轴(20)和泵框架(30)可旋转地支撑且可轴向偏移，并且具有铁磁装置；铁磁湿摩擦离合器布置(50)，具有：静态电磁件(32)和离合器盘(51)，离合器盘由转子轴(20)共同可旋转地支撑；位于离合器盘(51)处的离合器摩擦表面(54)和位于泵轮(16)处的对应的离合器摩擦表面(62)；位于泵轮(60)处的分离的止动摩擦表面(64)和位于泵框架(30)处的对应的静态止动摩擦表面(36)。泵轮(60)由激励的电磁件(52)轴向吸引，使得止动摩擦表面(64，36)接合，泵轮(60)停止。

Description

机械可切换的汽车冷却剂泵
技术领域
本发明涉及一种机械可切换的汽车冷却剂泵，以给汽车发动机提供液体冷却剂。
背景技术
机械汽车冷却剂泵由汽车内燃机机械地驱动，使得冷却剂泵总体上以与发动机的旋转速度成比例的旋转速度旋转。在一些情形下，尤其在启动冷却发动机之后，不需要冷却剂流。可切换的汽车冷却剂泵具有摩擦离合器，使得可以根据需要接合和脱离泵的滑轮和泵轮之间的旋转连接。摩擦离合器一般设置在泵的干区域或湿区域中。在湿摩擦离合器中，脱离的离合器盘仍旋转，从而使冷却剂液体旋转，冷却剂液体使泵轮旋转。实际上，一明显的阻力矩被处于脱离离合器状态的湿摩擦离合器传递，使得产生显著的泵性能，即使不需要任何泵性能也如此。摩擦离合器可以由电磁件致动，当电磁件被电激励时，电磁件吸引至少一个离合器元件。
发明内容
本发明之目的是提供一种机械可切换的汽车冷却剂泵，当泵的湿离合器脱离时，其具有降低的泵性能。
该目的通过具有权利要求的特征的可切换的机械汽车冷却剂泵来实现。
根据本发明的机械可切换的汽车冷却剂泵具有静态泵框架，其具有某种固定装置以将冷却剂泵固定到汽车发动机或汽车框架。泵框架还具有泵轮壳体，其包含冷却剂入口和冷却剂出口。
冷却剂泵具有可旋转的转子轴，其可旋转地支撑在泵框架处。转子轴不必直接支撑在泵框架处，而是可直接支撑在另一可旋转部件处，该另一可旋转部件本身直接可旋转地支撑在静态泵框架处。
滑轮共同可旋转地且轴向地固定在转子轴处，并适于由发动机机械驱动。一般而言，滑轮可以由任何种类的机械传递元件驱动，比如齿轮、传动带、摩擦轮等。在本申请中，术语“滑轮”不限于带驱动轮。但是优选地，滑轮可以由发动机经由传动带驱动。滑轮固定到转子轴，并且相对于转子轴不能旋转且不能轴向偏移。
冷却剂泵具有可旋转的且可轴向偏移的泵轮，其相对于转子轴且相对于泵框架可旋转地支撑且可轴向偏移。泵轮可以轴向移动，并且能够独立于转子轴的动态而旋转。泵轮具有铁磁装置，使得激励的电磁件磁性地吸引且轴向地拉动铁磁泵轮。
冷却剂泵具有电磁湿摩擦离合器布置，其摩擦离合器装置布置在冷却剂泵的湿区域中。离合器布置具有位于干区域中的静态电磁件以及由转子轴共同可旋转地支撑的离合器盘。离合器盘总是以转子轴的旋转速度旋转。
离合器盘具有离合器摩擦表面，泵轮具有对应的离合器摩擦表面，两者都在湿区域中。在接合的离合器状态，两个离合器摩擦表面彼此完全摩擦接触，使得泵轮和离合器盘以相同的旋转速度旋转。
泵轮具有分离的止动摩擦表面，泵框架具有对应的静态止动摩擦表面。当泵轮和泵框架的止动摩擦表面彼此摩擦接触时，产生充分的制动力矩，当湿摩擦离合器处于完全脱离状态时，其完全停止泵轮的旋转。
如果电磁件根本没有被激励，则摩擦离合器处于接合状态，使得泵轮以与转子轴相同的旋转速度旋转。止动摩擦表面没有接触。
当电磁件被电激励时，泵轮在电磁件的方向上被电磁件轴向吸引，使得泵框架和泵轮的止动摩擦表面轴向接合，结果，泵轮的旋转完全停止。离合器摩擦表面没有接触。
根据本发明的冷却剂泵具有由止动摩擦表面限定的摩擦制动布置，在脱离状态，当电磁件被完全激励时，摩擦制动布置完全停止泵轮的任何旋转。在完全脱离的离合器状态，实现冷却剂的零流量。结果，内燃机不再由任何流动的冷却剂冷却，如果不需要或想要任何冷却性能的话。
优选地，离合器盘具有铁磁装置，并可偏移地轴向支撑在转子轴处。转子轴支撑泵轮以及离合器盘。由于离合器盘具有铁磁装置，离合器盘由激励的电磁件轴向地吸引。离合器盘和泵轮两者由激励的电磁件轴向地吸引。当电磁件被激励时，离合器盘从接合位置被轴向拉到脱离位置，在接合位置，离合器摩擦表面彼此摩擦接合，在脱离位置，离合器摩擦表面彼此不摩擦接触。然而，由于离合器盘与转子轴共同旋转，所以旋转的离合器盘使液体冷却剂旋转，这对泵轮产生显著的阻力矩。激励的电磁件还轴向地吸引泵轮，使得止动摩擦表面彼此摩擦接触并保持彼此摩擦接触，使得泵轮停止旋转，并且不再旋转。
根据优选的实施例，离合器盘通过预紧弹簧而轴向预紧到接合离合器位置。如果电磁件没有被激励，则预紧弹簧将离合器盘的所有元件轴向推到接合离合器位置，使得离合器摩擦表面彼此摩擦接触，结果，泵轮与转子轴共同旋转。如果离合器致动失效，则泵轮总是与转子轴共同旋转。结果，离合器布置是失效保护的。
优选地，泵轮具有包括泵叶片的非铁磁泵轮本体以及分离的铁磁离合器环，分离的铁磁离合器环例如通过螺栓或胶合固定到泵轮本体。泵轮本体可以由塑料制成，这允许实现具有良好的流体属性和低重量的复杂形式，而铁磁离合器环可以具有良好的电磁属性和/或良好的摩擦属性。
根据优选的实施例，轮侧离合器摩擦表面和轮侧止动摩擦表面设置在铁磁离合器环处。泵轮侧摩擦表面设置在铁磁离合器环处，其是泵轮的一部分。
优选地，轴向止动表面设置成在脱离位置轴向地停止离合器环。止动表面优选地设置成与转子轴共同旋转，但是轴向固定。转子轴侧轴向止动表面限定了离合器盘在脱离状态的轴向脱离位置，即当电磁件被激励且由此吸引离合器盘进入脱离离合器盘位置时。轴向离合器盘止动件在一定程度上限定了离合器盘的轴向移动路径，使得离合器盘不与泵轮摩擦接触，即使泵轮被激励的电磁件轴向吸引并拉到其轴向脱离位置也如此。
离合器布置不能卡在脱离状态。优选地，止动表面位于相对于转子轴和泵轮的纵向旋转轴线的横向平面中。止动表面在轴向方向上不会产生任何摩擦力，使得离合器布置总是可靠地返回预紧接合位置，如果电磁件不被激励的话。
根据优选的实施例，在任何离合器状态，铁磁离合器环和铁磁离合器盘之间的轴向电磁间隙是离合器环和电磁件之间的轴向电磁间隙以及离合器盘和电磁件之间的轴向电磁间隙的至少两倍。换言之，在铁磁离合器环和铁磁离合器盘之间不产生任何相关轴向电磁力。轴向方向上的相关磁力仅在电磁件和铁磁离合器环之间以及在电磁件和铁磁离合器盘之间直接产生。作为该布置的另一结果，在铁磁离合器盘和铁磁离合器环之间不出现任何相关涡流，使得没有相关电磁阻力矩。
优选地，铁磁离合器环和铁磁离合器环之间的轴向铁磁间隙为至少1.0mm、优选为至少2.0mm。
根据优选的实施例，泵轮具有分离的非铁磁摩擦环，其布置在铁磁离合器环和铁磁离合器盘之间的轴向电磁间隙中。摩擦环具有双功能，即提供与摩擦盘的相对件的良好的摩擦质量以及在铁磁离合器环和铁磁离合器盘之间限定足够大的轴向电磁间隙。摩擦环保证了铁磁离合器环和铁磁离合器盘之间的轴向电磁间隙总是保持在最小值之上，即使在接合的离合器状态中也如此，使得在该区域中不出现任何相关磁场和涡流。
根据优选的实施例，提供电子离合器控制器以在全脱离状态激励电磁件。离合器控制器具有中间接合状态，其中，离合器控制器提供了具有比在全脱离状态中少的电能的电磁件。在中间离合器接合状态，电能可以处于将离合器轮放到脱离位置但是不会将泵轮完全拉入其脱离位置的水平，使得泵轮和泵框架的止动摩擦表面不会完全摩擦接触。结果，泵轮仍可旋转，并通过由旋转的离合器盘产生的流体阻力矩旋转。在离合器布置的第三切换状态，可以实现泵轮的第三旋转速度，即中间泵轮速度，其例如在旋转的离合器盘的旋转速度的20％至50％范围内。中间离合器状态由此允许根据冷却性能需求更精确地适配冷却剂泵的泵性能。
附图说明
参考附图解释本发明的一个实施例，其中，
图1示出机械可切换的汽车冷却剂泵的纵向截面，离合器布置处于接合状态；
图2示出图1的放大的离合器布置；
图3示出图2的处于脱离状态的离合器布置；以及
图4示出图2的处于中间状态的离合器布置。
具体实施方式
附图示出用于给汽车发动机12提供液体冷却剂的机械可切换的汽车冷却剂泵10。冷却剂泵10由发动机12的驱动传动带13的旋转驱动装置机械地驱动。传动带13驱动冷却剂泵10的滑轮22。该实施例的冷却剂泵10不具有自身的泵轮壳体，但是适配成直接安装到发动机12的发动机本体11。发动机本体11限定了轴向泵入口通道17和径向围绕泵轮60的出口蜗壳18。
冷却剂泵10具有静态泵框架30，其通过合适的固定装置(即通过螺钉和/或螺栓)固定到发动机本体11。静态泵框架30可旋转地支撑可旋转的转子轴20，其由轴轴承26支撑在泵框架30处，轴轴承在该实施例中是滚柱轴承。泵框架30还支撑静态电磁件32，其设置为环状电磁线圈，如果被电能激励，则产生螺旋电磁场。
泵框架30还固定地支撑轴密封件34，其围绕并密封转子轴20，从而将泵10的湿区域与干区域流体地分离。电磁件32、轴轴承26、滑轮22和转子轴20的一部分设置在干区域中。泵的其它旋转元件设置并位于湿区域中。
转子轴20共同可旋转地支撑铁磁离合器盘51，铁磁离合器盘相对于转子轴20可轴向偏移，但是与转子轴共同旋转。转子轴20具有轴向传动沟槽27，离合器盘51具有对应的传动鼻部52，其径向突入传动沟槽27中。
转子轴20还具有支撑结构40，其固定到转子轴20，并轴向支撑轴向预紧弹簧28，轴向预紧弹簧在轴向远端方向上将离合器盘51推离支撑结构40。支撑结构40具有轴向止动表面56，以在图3所示的脱离位置轴向地停止离合器盘51。
转子轴20可旋转地支撑泵轮60，泵轮相对于转子轴20可旋转且可轴向偏移。泵轮60具有塑料泵轮本体67(其不是铁磁性的)、铁磁离合器环66和分离的非铁磁摩擦环70。泵轮本体67由滑动轴承可旋转地且可轴向偏移地支撑在转子轴20处。滑动轴承由分离的滑动轴承套筒24限定，滑动轴承套筒由固定环22轴向固定在转子轴20处。
泵轮本体67包括许多泵叶片65，其从泵轮本体67的基座盘74的远侧轴向突出。铁磁离合器环66在泵轮本体基座盘74的近侧在其外周处固定到泵轮本体67。在横截面中观看时，离合器环66具有轴向腿部和径向腿部。在轴向离合器环腿部的近端，设置了止动摩擦表面64，其在摩擦离合器布置的脱离状态中与泵框架30的对应止动摩擦表面36摩擦接触，如图3所示。两个止动摩擦表面62、64位于与转子轴20的旋转轴线21成直角的横向平面中。
泵轮60还具有位于离合器环66的径向腿部的近侧表面处的分离的非铁磁摩擦环70。摩擦环70的近侧充当泵轮60的离合器摩擦表面62。离合器盘51具有环状离合器摩擦表面54，其与泵轮60处的离合器摩擦表面62相对应。如果离合器摩擦表面54、62彼此完全摩擦接触，则泵轮60与离合器盘51和转子轴20共同旋转。
电磁件32、离合器盘52和离合器环66一起限定出电磁湿摩擦离合器布置50。
提供电子离合器控制器14，其控制和激励电磁件32。在离合器布置60的接合的离合器状态，如图1和2所示，离合器控制器14不会激励电磁件32，使得预紧弹簧28将离合器盘51轴向推至其接合位置，使得离合器摩擦表面54、62彼此完全摩擦接触。泵轮60以转子轴20的旋转速度旋转。
在如图3所示的完全脱离的离合器状态，离合器控制器14完全激励电磁件32，使得铁磁离合器盘51以相对高的轴向吸引力被轴向吸引，泵轮60的铁磁离合器环66以相对低的轴向吸引力被轴向吸引。结果，离合器盘51首先轴向接触轴向止动表面56，然后泵轮60的止动摩擦表面64接触泵框架30的对应的止动摩擦表面36。
在如图4所示的中间离合器状态，电磁件52由控制器14适度地激励，使得离合器盘51完全缩至其脱离位置，但是泵轮60不被显著吸引。结果，止动摩擦表面64、36不会进入相关摩擦接触。结果，由于由填充湿区域的液体冷却剂传递的流体阻力矩，泵轮60以离合器盘51的旋转速度的约20％旋转。
在如图1和2所示的离合器的接合状态，止动摩擦表面64、36之间的电磁间隙E为约0.2mm，离合器盘51和轴向止动表面56之间的电磁间隙F为约0.4mm。在如图3所示的离合器布置50的脱离状态中，铁磁离合器环66和轮侧离合器摩擦表面62之间的电磁间隙D为约1.5mm。分离的非铁磁摩擦环70的轴向厚度为至少1.0mm，优选地远大于1.0mm。相对大的轴向电磁间隙D保证了在该间隙D中不存在相关的轴向磁力，在该区域中不出现相关的涡流。

Claims (11)

1.一种机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，用于给汽车发动机(12)提供液体冷却剂，包括：
静态泵框架(30)，
可旋转的转子轴(20)，其可旋转地支撑在泵框架(30)处，
滑轮(22)，其共同可旋转地固定到转子轴(20)，并适于由发动机(12)机械驱动，
可旋转的且可轴向偏移的泵轮(60)，其相对于转子轴(20)和泵框架(30)可旋转地支撑且可轴向偏移，并且具有铁磁装置，
铁磁湿摩擦离合器布置(50)，具有：
静态电磁件(32)和离合器盘(51)，离合器盘由转子轴(20)共同可旋转地支撑，
位于离合器盘(51)处的离合器摩擦表面(54)和位于泵轮(16)处的对应的离合器摩擦表面(62)，
位于泵轮(60)处的分离的止动摩擦表面(64)和位于泵框架(30)处的对应的静态止动摩擦表面(36)，
其中，泵轮(60)由激励的电磁件(52)轴向吸引，使得止动摩擦表面(64，36)接合，泵轮(60)停止。
2.如权利要求1所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，所述离合器盘(51)具有铁磁装置，并可轴向偏移地支撑在转子轴(20)处，使得离合器盘(51)由激励的电磁体(52)轴向吸引。
3.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，所述离合器盘(51)由预紧弹簧(28)轴向预紧为接合的离合器位置。
4.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，所述泵轮(60)具有包括泵叶片(65)的非铁磁泵轮本体(64)以及固定到泵轮本体(64)的分离的铁磁离合器环(66)。
5.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，轮侧离合器摩擦表面(62)和轮侧止动摩擦表面(64)设置在铁磁离合器环(66)处。
6.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，轴向止动表面(56)设置成在脱离位置轴向地停止离合器盘(51)。
7.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，止动摩擦表面(64，36)位于横向平面中。
8.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，铁磁离合器环(66)和铁磁离合器盘(51)之间的轴向电磁间隙(D)是离合器环(66)和电磁件(32)之间以及离合器盘(51)和电磁件(32)之间的电磁间隙(E，F)的至少两倍。
9.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，铁磁离合器环(66)和铁磁离合器盘(51)之间的轴向电磁间隙(D)为至少1.0mm、优选为至少2.0mm。
10.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，所述泵轮(60)具有在铁磁离合器环(66)和铁磁离合器盘(51)之间的轴向电磁间隙(D)中的分离的非铁磁摩擦环(70)。
11.如上述权利要求中任一项所述的机械可切换的汽车冷却剂泵(10)，其中，电子离合器控制器(14)设置成在全接合状态激励电磁件(32)，其中，离合器控制器(14)具有中间接合状态，其中，离合器控制器(14)给电磁件(32)提供比在脱离状态中更少的电能，使得泵轮(60)的旋转没有完全停止。
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