CN108302061A - 一种可变流量式水泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变流量式水泵，属于汽车技术领域。它解决了如何使水泵能够满足不同温度工况下冷却介质流量调节需求的同时提高水泵工作效率的问题。本水泵包括泵壳、泵轴和具有主轮盘和主叶片的主叶轮，泵轴上套设有与主叶轮同轴布置且滑动连接的副叶轮，副叶轮具有副轮盘和副叶片，副叶片与主叶片一一对应并插入主叶片内并使副轮盘和主轮盘之间形成有集水腔，副叶轮能够在感温调节结构的作用下根据冷却介质的温度变化沿轴向来回滑动以调节副叶片的插入量。通过以上设计，不仅能够在低水温时有效降低水泵流量，高水温时提高水泵流量，起到节能、减排作用的同时保护发动机正常工作，而且大大提高了水泵的工作效率，使得节能效果大幅提升。

Description

一种可变流量式水泵

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种可变流量式水泵。

背景技术

汽车水泵在发动机冷却系统当中是不可或缺的零部件，其主要为冷却液提供动能，使冷却液在发动机冷却系统中流动，以便冷却液能够及时将发动机系统内产生的热量带走。在现有技术中，传统的车辆上使用的基本都是机械水泵，机械水泵通过发动机上的附件轮系来驱动，水泵与发动机的转速成正比，但与发动机的负荷无关。由于水泵性能是以确保发动机不过热为依据的，因此通常需要以整车最高温度点或发动机最高功率点为基准对性能进行线性布设，发动机在低负荷时往往存在流量过高水温过低的情况。

为解决上述存在的问题，如中国专利【申请号：201621053561.9】公开了一种可变叶轮高度的发动机水泵，包括水泵壳体，所述水泵壳体中压装有轴连轴承，所述轴连轴承位于水泵涡轮室内的一端压装有叶轮，所述叶轮上盖扣有叶轮壳，所述叶轮上的叶片与所述叶轮壳上的叶片孔对应并穿过所述叶片孔；所述叶轮壳上连接有感温蜡包，所述感温蜡包靠近发动机出水口设置，且所述感温蜡包受冷却水温度影响而发生热胀冷缩，从而带动所述叶轮壳运动并改变所述叶片穿过所述叶片孔的高度。该发动机水泵可根据冷却液温度调节有效叶片高度，改变水泵的泵水能力，缩短发动机暖机时间，利于降低排放和发动机磨损。

但是，上述发动机水泵存在以下缺陷：1、为实现叶片高度调节，上述水泵中的叶轮采用半敞开式叶轮结构，虽然其通过改变叶片高度能够调节水泵的泵水能力，但是，叶轮工作效率不高，导致冷却介质的流动损失大，能量利用率低，不利于节能减排；2、上述水泵中，感温腊包、叶轮和叶轮壳相互之间的配合结构较为复杂，所占用的安装空间较大，结构不够紧凑，由于水泵安装在狭小的发动机舱内，这样不利于水泵尺寸的设计和布置。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种可变流量式水泵，本发明解决的技术问题是如何使水泵能够满足不同温度工况下冷却介质流量调节需求的同时提高水泵的工作效率。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种可变流量式水泵，包括泵壳、泵轴、主叶轮以及感温调节结构，所述主叶轮固连在泵轴上且具有主轮盘和主叶片，其特征在于，所述泵轴上套设有与主叶轮同轴布置且滑动连接的副叶轮，所述副叶轮具有副轮盘和副叶片，所述副叶片与主叶片一一对应并插入主叶片内并使所述副轮盘和主轮盘之间形成有集水腔，所述主叶轮和泵壳之间设有能够根据冷却介质的温度变化驱动所述副叶轮沿轴向来回滑动的感温调节结构。

区别于现有技术，本可变流量式水泵通过设计两个叶轮和感温调节结构，并通过两个叶轮的相互配合，使得本水泵能够满足在不同温度工况下发动机冷却介质流量调节需求的同时提高水泵的工作效率；具体来说，通过在泵轴上设置与主叶轮同轴布置且滑动连接的副叶轮，其中，副叶片与主叶片一一对应并插入主叶片内，通过此设计，使得副叶轮和主叶轮两者叠加形成的整体叶片高度可以改变，当发动机处于低温工况，冷却介质温度较低时，副叶轮在感温调节结构的作用下沿轴向靠近主叶轮滑动，使得副叶片插入主叶片的插入量增加，那么整个主叶轮和副叶轮组合形成的叶片高度降低，这样使得水泵泵送的冷却介质流量降低，以此满足发动机低温工况；当发动机处于高温工况，冷却介质温度较高时，副叶轮在感温调节结构的作用下沿轴向远离主叶轮滑动，使得副叶片插入主叶片的插入量减少，那么整个主叶轮和副叶轮组合形成的叶片高度增加，这样使得水泵泵送的冷却介质流量增加，以此满足发动机高温工况；同时，由于本水泵采用上述双叶轮设计，使得副轮盘和主轮盘之间形成有集水腔，这样使得副叶片工作时冷却介质集中在集水腔处搅动，使得冷却介质的流动损失减小，从而提高整个水泵的工作效率，进而提高了水泵的能量利用率，由于水泵的叶轮的动能是靠发动机驱动提供的，以上设计有利于降低发动机油耗，提高节能效果；因此，通过以上水泵叶轮结构的设计，不仅能够实现发动机全工况下的冷却介质流量调节，而且能够提高水泵工作效率，提高节能效果。

在上述的可变流量式水泵中，所述主叶轮与副叶轮相对的一侧表面上具有与副叶片一一对应的插槽，所述主叶片与副叶片同向布置且位于所述插槽内，相邻两个副叶片以及主轮盘和副轮盘四者之间形成有与集水腔相通的集水口。通过以上插槽设计，为水泵叶片的高度调节提供了变化空间，且上述副叶片和主叶片同向布置，有利于节约安装空间，使得水泵叶轮结构更加紧凑；同时，上述集水口的形成使得副叶片工作时冷却介质更容易被集中搅动，使得冷却介质的流动损失减小，提高叶轮的能量利用率，从而提高整个水泵的工作效率。

在上述的可变流量式水泵中，所述主轮盘靠近副轮盘一侧的表面上具有内斜面。通过以上内斜面设计，使得主、副叶轮组合体转动时，冷却介质更容易被导向集水腔，从而有利于减少冷却介质的流动损失减小，提高叶轮的能量利用率，从而提高整个水泵的工作效率。

在上述的可变流量式水泵中，所述主轮盘的中心具有沿轴向向主叶片一侧延伸且呈筒状的主连接体，所述副轮盘的中心具有沿轴向向副叶片一侧延伸且呈筒状的副连接体，所述泵轴穿设在主连接体和副连接体内，所述主连接体靠近副轮盘一端的端部具有环形腔，所述副连接体插入环形腔并与环形腔滑动连接。通过以上主、副连接体的简单结构设计，就使得主、副叶轮能够实现稳定、可靠的滑动连接，从而使得本水泵能够实现不同工况下的冷却介质流量的稳定调节。

在上述的可变流量式水泵中，所述主连接体的延伸高度不超出主叶片的高度。通过以上设计，有利于节约安装空间，使得水泵的叶轮结构更加紧凑。

作为优选，在上述的可变流量式水泵中，所述副叶片与插槽滑动连接。通过以上设计，使得副叶轮与主叶轮的相对滑动配合能够更加稳定可靠，从而使得本水泵能够实现不同工况下的冷却介质流量的稳定调节。

在上述的可变流量式水泵中，所述感温调节结构包括设置在环形腔内的石蜡固体温包和套设在泵轴上的弹簧，所述石蜡固体温包的一侧抵靠在环形腔的底部，另一侧抵靠在副连接体的端部，所述弹簧的一端抵靠在副轮盘上，另一端抵靠在泵壳上。通过以上设计，当发动机处于高温工况时，石蜡固体温包受热膨胀，给予副叶轮膨胀力，同时压缩弹簧，此时水泵叶片总高度变大，从而提高了水泵泵送流量，以适应高温工况；当发动机处于低温工况时，石蜡固体温包冷缩，副叶轮受弹簧弹力作用慢慢靠近主叶轮，使得副叶片插入主叶片的插入量增加，那么水泵叶片总高度高度降低，这样使得水泵泵送的冷却介质流量降低，以此适应低温工况；同时，以上设计的感温调节结构占用安装空间小，基本与主、副叶轮共用同一方空间，结构紧凑，尤其是其中的石蜡固体温包的安装结构，通过主连接体、环形腔以及副连接体的配合设计，使得石蜡固体温包的安装结构完全与主、副叶轮公用同一安装空间，大大提高了水泵结构的紧凑性；另外，通过环形腔的设计使得使用少量的石蜡固体温包就能实现叶片高度变化调节，有利于减少石蜡固体温包所占用的安装空间。作为替代方案，上述感温调节结构中的石蜡固体温包可采用气液混合的感温包、或者热膨胀系数较高的金属片替代，上述弹簧也可以设置在环形腔内，弹簧的一端固定在环形腔的底部，另一端固定在副连接体的端部上；当然，作为另一种替代方案，上述弹簧也可以套设在副连接体上且位于主轮盘和副轮盘之间，两端分别固定在主轮盘和副轮盘上。

在上述的可变流量式水泵中，所述石蜡固体温包与副连接体的端部之间设有密封圈。密封圈采用橡胶材料制成，能够起到调节补偿的作用，使得水泵叶片高度调节更加精确，有利于使本水泵实现不同工况下冷却介质流量的精确调节；另外，上述密封圈也能够对石蜡固体温包起到一定的密封保护作用。

在上述的可变流量式水泵中，所述主轮盘远离副轮盘一侧的表面上具有外斜面，所述主叶片的端部具有与外斜面倾斜方向一致的倾斜面。通过以上对主叶轮的结构和以上集水腔结构的配合设计，使得主、副叶轮配合形成的组合体能够更加集中的搅动冷却介质，使得冷却介质的流动损失小，从而提高了叶轮的能量利用率，进而提高了整个水泵的工作效率。

在上述的可变流量式水泵中，所述弹簧呈塔形，所述弹簧的大端抵靠在副叶轮的副轮盘上，所述泵壳内固连有限位块，所述弹簧的小端抵靠在限位块上。通过以上弹簧的形状设计，使得副叶轮的调节滑动更加稳定，从而使得本水泵能够实现不同工况下的冷却介质流量的稳定调节。

与现有技术相比，本可变流量式水泵具有以下优点：本水泵通过双叶轮结构设计，不仅能够根据发动机需求，低水温时有效降低水泵流量，高水温时提高水泵流量，起到节能、减排作用的同时保护发动机正常工作，而且大大提高了水泵的工作效率，使得节能效果大幅提升。

附图说明

图1是本可变流量式水泵叶轮安装部分的组装结构示意图。

图2是本可变流量式水泵叶轮安装部分的爆炸结构示意图。

图3是本可变流量式水泵叶轮安装部分的剖视结构示意图。

图4是本可变流量式水泵中主、副叶轮组合体的结构示意图。

图5是本可变流量式水泵中主叶轮的结构示意图一。

图6是本可变流量式水泵中主叶轮的结构示意图二。

图7是本可变流量式水泵中副叶轮的结构示意图。

图中，1、泵壳；2、泵轴；3、主叶轮；31、主轮盘；311、内斜面；312、外斜面；32、主叶片；321、倾斜面；33、主连接体；3a、插槽；4、副叶轮；41、副轮盘；42、副叶片；43、副连接体；5、集水腔；6、集水口；7、环形腔；8、石蜡固体温包；9、弹簧；10、密封圈；11、限位块。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

具体来说，如图1和图2所示，本可变流量式水泵包括泵壳1、泵轴2、固连在泵轴2上的主叶轮3和套设在泵轴2上且与主叶轮3同轴布置且滑动连接的副叶轮4，主叶轮3和副叶轮4均为开式水泵叶轮。主叶轮3具有主轮盘31和主叶片32，副叶轮4具有副轮盘41和副叶片42。其中，副叶片42与主叶片32一一对应并插入主叶片32内并使副轮盘41和主轮盘31之间形成有集水腔5，副叶轮4能够在感温调节结构的作用下根据冷却介质的温度变化沿轴向来回滑动以调节副叶片42的插入量。

更具体地，如图3所示，主轮盘31的中心具有沿轴向向主叶片32一侧延伸且呈筒状的主连接体33，副轮盘41的中心具有沿轴向向副叶片42一侧延伸且呈筒状的副连接体43，泵轴2穿设在主连接体33和副连接体43内，主连接体33靠近副轮盘41一端的端部具有环形腔7，副连接体43插入环形腔7并与环形腔7滑动连接。主连接体33的延伸高度不超出主叶片32的高度。其中，上述感温调节结构包括设置在环形腔7内的石蜡固体温包8和套设在泵轴2上的弹簧9，石蜡固体温包8的一侧抵靠在环形腔7的底部，另一侧抵靠在副连接体43的端部，弹簧9的一端抵靠在副轮盘41上，另一端抵靠在泵壳1上。石蜡固体温包8与副连接体43的端部之间设有密封圈10。弹簧9呈塔形，弹簧9的大端抵靠在副叶轮4的副轮盘41上，泵壳1内固连有限位块11，弹簧9的小端抵靠在限位块11上。

再具体地，如图4、图5、图6和图7所示，主轮盘31靠近副轮盘41一侧的表面上具有内斜面311。主轮盘31远离副轮盘41一侧的表面上具有外斜面312，主叶片32的端部具有与外斜面312倾斜方向一致的倾斜面321。主叶轮3与副叶轮4相对的一侧具有与副叶片42一一对应的插槽3a，主叶片32与副叶片42同向布置且位于插槽3a内，副叶片42与插槽3a滑动连接。相邻两个副叶片42以及主轮盘31和副轮盘41四者之间形成有与集水腔5相通的集水口6。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了泵壳1、泵轴2、主叶轮3、主轮盘31、内斜面311、外斜面312、主叶片32、倾斜面321、主连接体33、插槽3a、副叶轮4、副轮盘41、副叶片42、副连接体43、集水腔5、集水口6、环形腔7、石蜡固体温包8、弹簧9、密封圈10、限位块11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种可变流量式水泵，包括泵壳(1)、泵轴(2)和主叶轮(3)，所述主叶轮(3)固连在泵轴(2)上且具有主轮盘(31)和主叶片(32)，其特征在于，所述泵轴(2)上套设有与主叶轮(3)同轴布置且滑动连接的副叶轮(4)，所述副叶轮(4)具有副轮盘(41)和副叶片(42)，所述副叶片(42)与主叶片(32)一一对应并插入主叶片(32)内并使所述副轮盘(41)和主轮盘(31)之间形成有集水腔(5)，所述主叶轮(3)和泵壳(1)之间设有能够根据冷却介质的温度变化驱动所述副叶轮(4)沿轴向来回滑动的感温调节结构。

2.根据权利要求1所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述主叶轮(3)与副叶轮(4)相对的一侧表面上具有与副叶片(42)一一对应的插槽(3a)，所述主叶片(32)与副叶片(42)同向布置且位于所述插槽(3a)内，相邻两个副叶片(42)以及主轮盘(31)和副轮盘(41)四者之间形成有与集水腔(5)相通的集水口(6)。

3.根据权利要求2所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述主轮盘(31)靠近副轮盘(41)一侧的表面上具有内斜面(311)。

4.根据权利要求1或2或3所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述主轮盘(31)的中心具有沿轴向向主叶片(32)一侧延伸且呈筒状的主连接体(33)，所述副轮盘(41)的中心具有沿轴向向副叶片(42)一侧延伸且呈筒状的副连接体(43)，所述泵轴(2)穿设在主连接体(33)和副连接体(43)内，所述主连接体(33)靠近副轮盘(41)一端的端部具有环形腔(7)，所述副连接体(43)插入环形腔(7)并与环形腔(7)滑动连接。

5.根据权利要求4所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述主连接体(33)的延伸高度不超出主叶片(32)的高度。

6.根据权利要求2所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述副叶片(42)与插槽(3a)滑动连接。

7.根据权利要求4所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述感温调节结构包括设置在环形腔(7)内的石蜡固体温包(8)和套设在泵轴(2)上的弹簧(9)，所述石蜡固体温包(8)的一侧抵靠在环形腔(7)的底部，另一侧抵靠在副连接体(43)的端部，所述弹簧(9)的一端抵靠在副轮盘(41)上，另一端抵靠在泵壳(1)上。

8.根据权利要求7所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述石蜡固体温包(8)与副连接体(43)的端部之间设有密封圈(10)。

9.根据权利要求1或2或3所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述主轮盘(31)远离副轮盘(41)一侧的表面上具有外斜面(312)，所述主叶片(32)的端部具有与外斜面(312)倾斜方向一致的倾斜面(321)。

10.根据权利要求4所述的可变流量式水泵，其特征在于，所述弹簧(9)呈塔形，所述弹簧(9)的大端抵靠在副叶轮(4)的副轮盘(41)上，所述泵壳(1)内固连有限位块(11)，所述弹簧(9)的小端抵靠在限位块(11)上。