CN108291470A - 具有电驱动器和机械驱动器的泵组 - Google Patents

具有电驱动器和机械驱动器的泵组 Download PDF

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Abstract

一种用于车辆的发动机(550)的冷却系统的泵组(10)包括含有第一单向联轴器(52)的电驱动器(4)、含有第二单向联轴器(43)的机械驱动器(5)、和正常情况下处于接合状态的电磁带轮(51)，所述电磁带轮可被电激励以将机械驱动器(5)与轴(13)分离。

Description

具有电驱动器和机械驱动器的泵组
本发明涉及一种用于车辆冷却系统的泵组，该冷却系统优选用于冷却发动机，例如内燃机。
众所周知，在发动机的正常使用期间，建议改变冷却强度。
例如，当发动机在满负荷下工作时，在牵引条件下，攀爬上坡或在高环境温度下操作时，激冷是合适的。
在其他操作条件下，建议不加重冷却，例如当起动发动机时或在使用后。
在现有技术中，满足这种需要的冷却泵是已知的。
事实上，冷却泵对于电驱动车辆是已知的，在电驱动车辆中，电驱动器调节叶轮的旋转速度并因此调节其在冷却系统中循环的冷却剂的量。
遗憾的是，尽管这些泵在它们的应用上非常广泛并且由于采用专用电子控制器而在管理旋转方面也存在极其广泛的可能性，但它们通常具有低功率传输，受车辆电力系统提供的电力限制。
此外，这些泵在故障的情况下不具有“故障-安全”特征，即电机发生故障时应急操作的可能性。
机械驱动泵也是已知的，其中叶轮的旋转与内燃机的转数相关联；在这些解决方案中，冷却剂的量的调节被传递到位于叶轮的上游和下游的特定调节元件，这些调节元件适于改变回路的通道截面并因此改变冷却剂的流速。
遗憾的是，虽然这些解决方案适合于传递高功率并且特别可靠，但它们不太具有与发动机速度和调节元件的特性相关联的广泛冷却管理，并且通常尺寸过大。
此外，在“运行后”配置中，即在发动机关闭的情况下，不存在冷却。
最后，双驱动泵也是已知的，即包括电驱动器和机械驱动器。
遗憾的是，这些泵对两个驱动器以及铰接结构具有特别复杂的管理。
本发明的目的是提供一种用于车辆冷却系统的泵组，例如用于内燃机的冷却系统，其满足上述需要并克服了所提及的缺点。
该目的通过根据权利要求1实现的泵组来实现。从属于其的从属权利要求表示具有其他有利方面的优选实施方式的变型。
以下借助于附图详细描述本发明的目的，其中：
-图1示出了根据一可能实施方式的车辆冷却系统的图示；
-图2是为了说明目的而提供的泵组的截面图；
-图3表示根据本发明的一个实施方式的泵组；
-图4示出了图3的泵组的截面图，其中明显示出具有电磁带轮的机械驱动器的组件；
-图5示出了图3的泵组的截面图，其中明显示出电驱动器的组件；
-图6包含表示根据一优选实施方式的泵组的操作阶段的曲线图，并且具体地示出叶轮的旋转速度根据电驱动器和机械驱动器的旋转速度而变化的趋势。
参照上述图示，参考数字1总体上标识了根据本发明的实施方式变型的用于发动机550，优选为内燃机的冷却系统500的泵。
冷却系统500包括用于输送冷却剂的回路502、恒温器503和散热器504。回路502具有布置在发动机550和散热器504之间的待冷却液体通过的输出支路502a、布置在散热器504和泵1之间的冷却后液体通过的返回支路502b，以及绕过散热器504而连接输出支路502a与返回支路502b的旁路支路502c。恒温器503通常沿着旁路支路502c所开始的输出支路502a布置。
泵1包括与系统500的冷却回路502连通的包括叶轮12的泵组10和包括叶轮室的泵体。泵组10与泵体接合，使得叶轮容纳在叶轮室中，以使回路中的冷却剂移动。
例如，泵体被独立地制成为一个本体，泵组应用于其上，并且整个组件连接至冷却回路并且通常应用于发动机；在另外的实施方式中，泵体被制成为内燃机部分的一部分，并且泵组因此被直接应用到发动机。
可围绕旋转轴线X旋转驱动的叶轮12例如是径向型的，即它要求进入的液体流具有总体上基本上轴向的方向并且流出的液体流具有径向方向。
泵组1还包括沿着旋转轴线X在叶轮端部14和相对端部15之间延伸的轴13；叶轮2与叶轮端部14相对应地安装在轴13上，并且优选与其键合。
泵组10提供双驱动，即可机械和电驱动。为此，泵组10包括电驱动器4和机械驱动器5。
轴13包括适于接收电驱动器4的动作的电驱动部分34和适于接收机械驱动器5的动作的机械驱动部分35。
优选地，机械驱动部分35位于轴13的与叶轮端部14相对的端部15处，而电驱动部分34位于叶轮端部14和机械驱动部分35之间。
机械驱动器5包括连接至传动带的带轮51，例如通过运动链与驱动轴连接。
带轮51是正常情况下被接合的电磁带轮(图4)。
特别地，带轮51包括在其上安装有传动带的外圈51a、内圈51b和包括中间线圈的中间释放机构。在该实施方式中，内圈51b构成第一单向联轴器52的驱动圈，还包括一体旋转地安装在轴13的机械驱动部分35上的从动圈54。
通常，即，当电磁带轮51未被通电时，外圈51a与内圈51b一体旋转。
在该带轮禁用配置中，如果内圈51b具有大于从动圈54的旋转速度，则轴13被机械地旋转驱动。
当电磁的带轮51被激活时，即线圈被通电时，释放机构使外圈51a与内圈51b脱离接合，使得外圈51a即使被带驱动旋转也不将任何旋转传递到内圈51b并因此传递到轴13。
优选地，第一单向联轴器52还包括滚动轴承，例如滚柱轴承，其具有布置在从动圈和驱动圈之间的滚动体。
电驱动器4包括电机，该电机包括由轴13支撑的转子41，与转子41同轴固定的定子42和可操作地设置在转子41和轴13之间的第二单向联轴器43(图5)。
特别地，第二单向联轴器43安装在轴13的电驱动部分34上；转子41进而安装在第二单向联轴器43上，而固定的定子42围绕转子。
可操作地，第二单向联轴器43与第一单向联轴器52相同。
特别地，当转子41的旋转速度大于轴13的旋转速度时，电驱动部分34由转子41驱动旋转；在这种情况下，轴13被电驱动旋转。
优选地，第二单向联轴器43还包括滚动轴承，例如滚针轴承。
在外部，从叶轮端部14朝向相对的端部15，泵组10优选地包括旨在用于将泵组10连接到电机或电机支撑件的支撑板61。
支撑板61是中空的并且被由其突出的轴13从安装有叶轮端部14和叶轮12的一侧穿过。
优选地，支撑板61在内部设置有用于滚动轴承62的支座，该滚动轴承为例如滚珠轴承，用于支撑轴13。
此外，泵组10包括连接到支撑板61的外壳63。
外壳63容纳并支撑定子42并且优选地容纳另一滚动轴承64，例如滚动轴承，用于支撑轴13。例如，轴承64被连接到电驱动部分34。
在与叶轮12相反的一侧上，从外壳63突出有机械驱动部分15；第一单向联轴器52因此被布置在外壳63以及当然地带轮51的外部。
此外，泵组10包括电子控制装置45，该电子控制装置适于命令电机和例如由电子卡构成的任何其他可施加电控命令的部件的致动。
优选地，控制装置45容纳在叶轮12附近，例如与支撑板61接触，以便允许良好的散热。
此外，根据优选的实施方式，泵组10包括节流阀7，节流阀可插入泵体中以便沿着来自叶轮室的输出管道设置。
节流阀7可借助于致动器(未示出)命令，例如为电、液压或真空的，优选地可由控制装置45命令。
该阀的特征在本申请人名下的文献EP2534381、EP13188771、EP13801735、WO2015/059586和BS2014A000171中示出。
根据另外的实施方式，泵组10还包括在叶轮12的上游的适于调节朝向叶轮12移动的冷却剂的量的调节盒。
这种挡板盒的特征例如在本申请人名下的文献WO2015/004548中示出。
电动驱动器4和电磁的带轮51根据在车辆使用期间出现的某些条件的变化而被电子控制。
在正常配置中，带轮51未被激励并且电驱动器4被停用，因此轴13仅被机械地驱动。
例如，当车辆起动并且发动机仍然是冷的时(所谓的“预热”配置)，电磁带轮51被激活，从而使轴13与机械驱动器脱离接合，而电驱动器4被停用。
因此，叶轮12保持停止，液体不在回路中循环，并且发动机较快地升温。
根据另外的实例，在高载荷条件下，例如当车辆通常以低速(并且因此以低发动机转数)牵引拖车或爬坡时，电驱动器4被激活以使轴13以大于带轮51的旋转速度旋转。
以这种方式，叶轮12以比使机械驱动器可用的旋转速度更高的旋转速度旋转。
有利地，在该配置中，第一单向联轴器使轴13与带轮的外圈51a脱离旋转接合，从而减少了由电驱动器旋转驱动的质量。
根据另外的实例，在使用车辆之后，如果冷却剂仍然非常热，则电驱动器4被激活以使轴13旋转。
以这种方式，尽管由于发动机停止，机械驱动器完全停用，但叶轮12以预定的旋转速度旋转。
还在这种情况下，第一单向联轴器使轴13与带轮的外圈51a脱离旋转接合，从而减少了由电驱动器旋转驱动的质量。
然后，通常，在每次需要增加冷却容量时，电驱动器4独立于受发动机速度约束的机械驱动器5而被激活。
作为实例，图6示出了泵组10的工作周期。具体地，其显示随着时间的推移，叶轮12的旋转速度根据由电驱动器4和机械驱动器5引起的旋转速度的变化而变化的趋势。
因此，该图示出了泵组10的叶轮12通过机械驱动器5来移动的多个工作阶段和叶轮12相反地通过电动驱动器4来移动的其他工作阶段。
具体地，图上所示的最后时间阶段代表“运行后”阶段，其中内燃机550关闭并且没有机械驱动，但是叶轮12的旋转通过电驱动器4来确保。
创新地，本发明的泵组满足发动机的冷却需求并克服了上述提及的缺点。
首先，有利地，根据本发明的泵组是非常灵活的，因为它根据实际要求的变化响应车辆的冷却需求，而不是根据发动机速度或系统的可用电力的变化来响应。
此外，有利地，叶轮(和具有蜗壳的叶轮室)更紧凑并且没有过大尺寸，并且总是相对于已知的泵组在最佳屈服条件下运行，在已知的泵组中，叶轮通常尺寸过大以弥补机械泵的灵活性不足和电泵功率有限。
此外，有利地，即使在发动机运转时，例如当在“预热”状态下，泵组也甚至能够避免冷却动作，这适合于加热发动机。
此外，有利地，泵组具有“故障-安全”特征，并且事实上，在电驱动器发生故障的情况下，由于机械驱动和第二单向联轴器，其继续确保叶轮的运动。
根据另外有利的方面，泵组在“运行后”条件下运行，即，在发动机关闭的情况下运行。
另外有利的方面在于，泵组比普通的机械泵吸收更少的功率。
此外，有利地，具有其中通过机械驱动器使叶轮旋转的配置的第二单向联轴器允许转子不被轴旋转驱动；因此不会产生磁摩擦(并且转子-定子组件不会用作发电机)。
此外，有利地，从电驱动过渡到机械驱动以及从机械驱动过渡到电驱动是由单向联轴器机械管理的。因此，有利地，泵组的电子管理非常简单。
显然，本领域技术人员为了满足可能的需要可以对泵组进行改变，所有这些都包含在由所附权利要求限定的保护范围内。
此外，描述为属于可能的实施方式的每个变型可以独立于所描述的其他变型来实现。

Claims (11)

1.用于车辆的发动机(550)的冷却系统(500)的泵组(1)，包括：
-叶轮(12)，围绕旋转轴线(X)旋转；
-轴(13)，沿着所述旋转轴线(X)延伸，所述叶轮(12)安装在所述轴上以便能够与所述轴共同旋转；
-机械驱动器(4)，包括安装在所述轴(13)上的第一单向联轴器(52)和安装在所述第一联轴器(52)上的带轮(51)；
-电驱动器(5)，包括安装在所述轴(13)上的第二单向联轴器(43)，安装在所述第二联轴器(43)上的转子(41)和与所述转子(41)同轴的固定的定子(42)；
其中，所述带轮(51)是正常情况下与所述机械驱动器接合并且能电激励以使所述机械驱动器(5)与所述轴(13)脱离接合的电磁带轮。
2.根据权利要求1所述的泵组，其中，所述带轮(51)包括：设计成与传动带接合的外圈(51a)；所述第一单向联轴器(52)的内圈(51b)；以及包括中间线圈的中间释放机构，所述线圈能电激励以使所述外圈(51a)与所述内圈(51b)能脱离旋转接合。
3.根据权利要求1或2所述的泵组，其中，所述单向联轴器(52)还包括用于旋转支撑所述轴(13)的滚动轴承。
4.根据前述权利要求中任一项所述的泵组，包括外壳(63)，所述定子(42)由所述外壳(63)支撑。
5.根据前述权利要求中任一项所述的泵组，其中，所述第二单向联轴器(43)还包括用于旋转支撑所述轴(13)的滚动轴承。
6.根据前述权利要求中任一项所述的泵组，包括用于命令所述电驱动器(4)和所述电磁带轮(51)的电子控制装置(45)，所述控制装置(45)车载式地布置在所述泵组(10)上。
7.根据权利要求6所述的泵组，其中，所述控制装置(45)是由支撑板(61)支撑的电子电路，所述支撑板设计成用于连接到电机以便支撑所述泵组(10)，所述叶轮(12)从所述支撑板突出。
8.根据前述权利要求中任一项所述的泵组，包括车载式地布置在所述泵组上的节流阀(7)。
9.冷却泵(1)，包括：
-具有叶轮室的泵体；和
-根据前述权利要求中任一项所述的泵组(10)，所述泵组联接到所述泵体，使得所述叶轮(12)被容纳在所述叶轮室中。
10.根据权利要求9所述的泵，其中，所述泵体与所述发动机是分离的并且所述泵体能连接至所述发动机以被支撑在位。
11.根据权利要求9所述的泵，其中，所述泵体是所述发动机的一部分。
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