CN109113847A - 流体输送装置、用于发动机的冷却系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流体输送装置，涉及流体输送领域。本发明的流体输送装置，由于在装置本体的闭式叶轮的叶轮出口处设置有限流装置，通过限流装置来改变叶轮出口的面积以改变装置本体的输送流量，来达到控制流量的目的。进一步地，本发明的流体输送装置中采用蜡式热动力元件驱动限流挡圈，以此来改变叶轮出口的面积，而蜡式热动力元件主要依靠其内部的石蜡在不同温度下的状态变形作为动力来源，不需要设置额外的动力源和温度检测装置，成本低且运行稳定。

Description

流体输送装置、用于发动机的冷却系统及车辆

技术领域

本发明涉及流体输送领域，特别是涉及一种流体输送装置及用于发动机的冷却系统。

背景技术

在发动机运行时，为使其保持较高的热效率，需要将机油和冷却液的温度控制在合适的范围。普通机械水泵依靠发动机皮带传动，由曲轴输出的动力来带动水泵运行，为冷却液循环提供动力，这种结构简单可靠，广泛应用。

但是，由于水泵的流量受到发动机转速影响。尤其是在冷启动时，此时发动机温度较低，机油粘度高，发动机热效率低，导致发动机在启动时油耗和排放较高。现有技术中，改变泵的流量的方法一般采用转速调节、旁路调节、出口阀调节和改变叶轮直径。为解决上述问题，在冷却系统中通常采用电子水泵，其与温度传感器相连，通过冷却液的温度控制电子水泵，以改变流量。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种通过改变叶轮出口的有效面积来改变流量的流体输送装置。

本发明一个进一步的目的是要降低成本，通过蜡式热动力元件来驱动限流挡圈以改变叶轮出口的面积。

本发明的另一个目是提供一种用于发动机的冷却系统，以通过改变叶轮出口的面积来改变冷却液的输出流量。

一方面，本发明提供了一种流体输送装置，包括：

用于输送流体的装置本体，其设置有闭式叶轮，所述闭式叶轮配置成将吸入的流体通过叶轮出口排出；

设置于所述装置本体上的限流装置，其配置成通过改变所述叶轮出口的有效面积以改变所述装置本体的输送流量，其中，所述有效面积为所述叶轮出口的固有面积中可输送流体的面积。

可选地，所述限流装置包括：

与所述闭式叶轮同轴设置的限流挡圈，用于遮挡部分所述叶轮出口；

设置于所述装置本体上的驱动组件，用于驱动所述限流挡圈沿所述闭式叶轮的轴向方向水平运动以改变所述叶轮出口的有效面积。

可选地，所述限流挡圈为筒状结构，其沿所述闭式叶的轮轴向方向可移动地套设于所述闭式叶轮的外侧，所述限流挡圈的内壁与所述闭式叶轮的吸入侧盖板的外周壁相接触。

可选地，所述驱动组件与垂直设置于所述限流挡圈的外壁上的连接板固定连接，通过驱动所述连接板以带动所述限流挡圈移动。

可选地，所述驱动组件为蜡式热动力元件，所述蜡式热动力元件配置成通过石蜡在不同温度下的状态变形以驱动所述限流挡圈沿所述闭式叶轮的轴向方向移动。

可选地，所述蜡式热动力元件包括：

沿所述闭式叶轮的轴向方向贯穿所述连接板的推杆，所述推杆固定于所述连接板；

一端固定于所述推杆远离所述闭式叶轮的端部的回位弹簧，其另一端固定于所述装置本体上，所述回位弹簧沿所述闭式叶轮的轴向方向有自然状态和压缩状态；

包覆所述推杆靠近所述闭式叶轮的一端的橡胶管，所述橡胶管的开口处设有用于密封所述橡胶管与所述推杆之间的间隙的油封圈；

固定于所述装置本体上且具有安置空间的感温体壳体，所述橡胶管设置于所述安置空间内，其中，所述橡胶管的外壁与所述感温体壳体的内壁之间限定有用于密封所述石蜡的容置空间；以及

用于密封所述安置空间的感温体封口，将所述橡胶管和所述油封圈密封于所述安置空间内。

可选地，所述蜡式热动力元件配置成当所述石蜡处于固态时，所述回位弹簧处于所述自然状态，以使所述叶轮出口的有效面积最小；当所述石蜡随温度升高而变为液体时，所述石蜡压迫所述橡胶管以对所述推杆产生推力来带动所述连接板向所述弹簧所在侧移动以增大所述叶轮出口的有效面积。

可选地，所述叶轮出口的有效面积在所述石蜡的温度大于等于预设温度时达到最大，所述有效面积等于所述叶轮出口的面积。

另一方面，本发明还提供了一种用于发动机的冷却系统，包括冷却回路和设置于所述冷却回路中用于输送冷却液的流体输送装置。

又一方面，本发明还提供了一种车辆，所述车辆包括上述的冷却系统。

本发明的流体输送装置，由于在装置本体的闭式叶轮的叶轮出口处设置有限流装置，通过限流装置来改变叶轮出口的面积以改变装置本体的输送流量，来达到控制流量的目的。

进一步地，本发明的流体输送装置中采用蜡式热动力元件驱动限流挡圈，以此来改变叶轮出口的面积，而蜡式热动力元件主要依靠其内部的石蜡在不同温度下的状态变形作为动力来源，不需要设置额外的动力源和温度检测装置，成本低且运行稳定，在发动机冷却系统中使用上述装置，在发动机冷却液低于预设温度时以降低冷却液的循环流量来保证发动机的快速预热，在发动机冷启动时减少发动机冷却液循环散热，能够使发动机快速升温，改善冷启动燃油经济性和排放。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的流体输送装置的示意性装置图；

图2是图1所示流体输送装置的示意性左视图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的流体输送装置100的示意性装置图。图2是图1所示流体输送装置100的示意性左视图。下面参照图1和图2来描述本发明实施例的流体输送装置100。

参见图1和图2，本实施例中的流体输送装置100包括装置本体2和限流装置。装置本体2用于输送流体，其可以是泵或压缩机，还可以是其他形式的输送装置。装置本体2上设置有闭式叶轮21，闭式叶轮21一般为离心式叶轮，包括由叶片、前盖板23、后盖板24(吸入侧盖板)组成。闭式叶轮21的吸入侧盖板中心连接有输出轴25，输出轴25用于为闭式叶轮21提供动力。闭式叶轮21配置成将吸入的流体通过叶轮出口22排出，其中，叶轮出口22为前盖板23与后盖板24之间的空隙，具体地，叶轮出口22的固有面积为：以前盖板23与后盖板24为两个底面的圆柱体的侧面积。限流装置设置于装置本体2上，其配置成通过改变叶轮出口22的有效面积以改变装置本体2的输送流量。叶轮出口22的有效面积是指能够从叶轮出口22处流出流体的面积，其中，有效面积小于等于叶轮出口22本身的固有面积，即：上述提及的圆柱体的侧面积。

本发明的流体输送装置100，由于在装置本体2的闭式叶轮21的叶轮出口22处设置有限流装置，通过限流装置来改变叶轮出口22的面积以改变装置本体2的输送流量，来达到控制流量的目的。

继续参考图1，进一步地，限流装置包括限流挡圈11和驱动组件12。限流挡圈11与闭式叶轮21同轴设置，用于遮挡部分叶轮出口22。也即是，限流挡圈11可以遮挡住叶轮出口22的固有面积的部分面积，以减少有效面积。进一步地，限流挡圈11为筒状结构，其沿闭式叶的轮轴向方向可移动地套设于闭式叶轮21的外侧。限流挡圈11的内壁与闭式叶轮21的吸入侧盖板的外周壁相接触，可以有效防止流体从缝隙处流出，提高限流效果。驱动组件12设置于装置本体2上，用于驱动限流挡圈11沿闭式叶轮21的轴向方向水平运动以改变叶轮出口22的有效面积。驱动装置可以为电机驱动装置、液压驱动装置或其他本领域人员常用的动力装置。驱动组件12与垂直设置于限流挡圈11的外壁上的连接板111固定连接，通过驱动连接板111以带动限流挡圈11移动。

进一步地，在一个优选地实施例中，驱动组件12为蜡式热动力元件，蜡式热动力元件配置成通过石蜡在不同温度下的状态变形以驱动限流挡圈11沿闭式叶轮21的轴向方向移动。当蜡式热动力元件受热时，里面的石蜡受热熔化，体积膨胀，当蜡式热动力元件遇冷时，石蜡冷凝，变为固体，体积变下。为了使石蜡在个点能最大限度的均匀膨胀，在石蜡中掺有金属粉末，可以提高其导热性。

具体地，蜡式热动力元件包括推杆121、回位弹簧122、橡胶管123、感温体壳体125和感温体封口127。推杆121沿闭式叶轮21的轴向方向贯穿连接板111且固定于连接板111上，推杆121的横截面可以为圆柱形，也可以为四边形或其他任意形状。推杆121的一端贯穿连接板111，未贯穿连接板111的部分推杆121的直径大于连接板111上安装孔的直径，以使推杆121在运动时以推动连接板111一起运动。回位弹簧122的一端固定于推杆121远离闭式叶轮21的端部，其另一端固定于装置本体2上，具体地，回位弹簧122可以通过六角螺塞固定到螺塞孔上。回位弹簧122沿闭式叶轮21的轴向方向有自然状态和压缩状态。橡胶管123包覆于推杆121靠近闭式叶轮21的一端。橡胶管123可以为柔性材料制成，在受力时易发生形变。橡胶管123的开口处设有用于密封橡胶管123与推杆121之间的间隙的油封圈124。油封圈124围绕着推杆设置一圈，用于防止橡胶管123与推杆121之间有液体进入，影响使用寿命和使用性能。感温体壳体125固定于装置本体2上且具有安置空间。具体地，感温体壳体125螺纹旋入装置本体2上的螺纹固定孔。感温体壳体125可以为一个开口朝水平方向放置的杯状体，橡胶管123设置于安置空间内，其中，橡胶管123的外壁与感温体壳体125的内壁之间限定有用于密封石蜡的容置空间126。感温体封口127设置于感温体壳体125的开口处，用于密封安置空间的感温体封口127，将橡胶管123和油封圈124密封于安置空间内，既可以防止内部的石蜡流出，亦可以防止外部的流体渗入。

蜡式热动力元件的工作原理如下：蜡式热动力元件配置成当石蜡处于固态时，在回位弹簧122弹力的作用下，回位弹簧122推动推杆121以带动限流挡圈11向图1中所示的左侧移动，石蜡体积不再变化时，此时的回位弹簧122处于自然状态，以使叶轮出口22的有效面积最小，也即是：限流挡圈11遮挡的面积最大。当石蜡随温度升高而变为液体时，石蜡的体积变大，液态的石蜡压迫橡胶管123以对推杆121产生推力来带动连接板111向弹簧所在侧移动以增大叶轮出口22的有效面积。限流挡圈11进一步配置成：在石蜡的温度大于等于预设温度时，限流挡圈11不会对叶轮出口22进行遮挡，也即是：叶轮出口22的有效面积在石蜡的温度大于等于预设温度时达到最大，有效面积等于叶轮出口22的面积。在发动机中，预设温度为发动机正常工作温度，范围为80-90℃。当然，不同的发动机有不同的正常工作温度，可根据实际情况而定。在其他设备中，预设温度可以根据具体要求设定，也即是，石蜡的温度感应范围根据相关设备而定。

在本发明的另一个实施例中，将上述实施例中的流体输送装置100应用于车辆发动机的冷却系统。冷却系统包括冷却回路，流体输送装置100设置于冷却回路中，用于为输送冷却液提供动力。

特别地，在发动机中使用包括蜡式热动力元件的水泵。当发动机冷启动时，冷却回路中的冷却液温度较低，感温体壳体125内的精致石蜡呈固态，限流挡圈11在回位弹簧122的作用下置于最左端(如图1所示)，此时水泵叶轮的有效面积(实际出水面积)最小，发动机冷却液循环量小，在本实施例中，不讲叶轮出口22全部遮挡，是因为冷却回路中，较小的冷却液循环以保证蜡式热动力元件能实时准确感知温度。随着发动机冷却液温度升高，感温体石蜡开始逐渐融化变为液体，体积随之增大并压迫橡胶管123使其收缩。橡胶管123在收缩的同时对推杆121作用以向右的推力，推动连接板111并带动限流挡圈11右移。随冷却液的温度升高，限流挡圈11右移，叶轮轴向出水面积增大，冷却液循环流量增大，直至冷却液温度升至预设温度，叶轮出口22的有效面积达到最大，也即是，水泵的输出流量为额定流量。

现有技术中，为实现变流量调节通常采用电子水泵，通常配备有温度传感器和与之配套的控制系统，其成本较高，且电子水泵存在易发热，一旦发生故障会导致发动机散热失效，过热并引发严重故障。

鉴于车辆冷启动的过程较短，因此可以不设置比较复杂的控制系统。而本实施例冷却系统中的流体输送装置100中采用蜡式热动力元件驱动限流挡圈11，以此来改变叶轮出口22的面积，而蜡式热动力元件主要依靠其内部的石蜡在不同温度下的状态变形作为动力来源，不需要设置额外的动力源和温度检测装置，成本低且运行稳定，在发动机冷却系统中使用上述装置，在发动机冷却液低于预设温度时以降低冷却液的循环流量来保证发动机的快速预热，在发动机冷启动时减少发动机冷却液循环散热，能够使发动机快速升温，改善冷启动燃油经济性和排放。由于冷却管路中压力一般为2.5bar左右，因此通过限流挡圈11遮挡叶轮出口22，以改变有效出水面积，也不会给水泵带来严重的影响，从而影响发动机的性能。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种流体输送装置，其特征在于，包括：

用于输送流体的装置本体，其设置有闭式叶轮，所述闭式叶轮配置成将吸入的流体通过叶轮出口排出；

设置于所述装置本体上的限流装置，其配置成通过改变所述叶轮出口的有效面积以改变所述装置本体的输送流量，其中，所述有效面积为所述叶轮出口的固有面积中可输送流体的面积。

2.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述限流装置包括：

与所述闭式叶轮同轴设置的限流挡圈，用于遮挡部分所述叶轮出口；

设置于所述装置本体上的驱动组件，用于驱动所述限流挡圈沿所述闭式叶轮的轴向方向水平运动以改变所述叶轮出口的有效面积。

3.根据权利要求2所述的流体输送装置，其特征在于，

所述限流挡圈为筒状结构，其沿所述闭式叶的轮轴向方向可移动地套设于所述闭式叶轮的外侧，所述限流挡圈的内壁与所述闭式叶轮的吸入侧盖板的外周壁相接触。

4.根据权利要求2所述的流体输送装置，其特征在于，

所述驱动组件与垂直设置于所述限流挡圈的外壁上的连接板固定连接，通过驱动所述连接板以带动所述限流挡圈移动。

5.根据权利要求4所述的流体输送装置，其特征在于，

所述驱动组件为蜡式热动力元件，所述蜡式热动力元件配置成通过石蜡在不同温度下的状态变形以驱动所述限流挡圈沿所述闭式叶轮的轴向方向移动。

6.根据权利要求5所述的流体输送装置，其特征在于，

所述蜡式热动力元件包括：

沿所述闭式叶轮的轴向方向贯穿所述连接板的推杆，所述推杆固定于所述连接板；

一端固定于所述推杆远离所述闭式叶轮的端部的回位弹簧，其另一端固定于所述装置本体上，所述回位弹簧沿所述闭式叶轮的轴向方向有自然状态和压缩状态；

包覆所述推杆靠近所述闭式叶轮的一端的橡胶管，所述橡胶管的开口处设有用于密封所述橡胶管与所述推杆之间的间隙的油封圈；

固定于所述装置本体上且具有安置空间的感温体壳体，所述橡胶管设置于所述安置空间内，其中，所述橡胶管的外壁与所述感温体壳体的内壁之间限定有用于密封所述石蜡的容置空间；以及

用于密封所述安置空间的感温体封口，将所述橡胶管和所述油封圈密封于所述安置空间内。

7.根据权利要求6所述的流体输送装置，其特征在于，

所述蜡式热动力元件配置成当所述石蜡处于固态时，所述回位弹簧处于所述自然状态，以使所述叶轮出口的有效面积最小；当所述石蜡随温度升高而变为液体时，所述石蜡压迫所述橡胶管以对所述推杆产生推力来带动所述连接板向所述弹簧所在侧移动以增大所述叶轮出口的有效面积。

8.根据权利要求5所述的流体输送装置，其特征在于，

所述叶轮出口的有效面积在所述石蜡的温度大于等于预设温度时达到最大，所述有效面积等于所述叶轮出口的面积。

9.一种用于发动机的冷却系统，其特征在于，包括冷却回路和设置于所述冷却回路中用于输送冷却液的如权利要求1-8中任一项所述的流体输送装置。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求9所述的冷却系统。