CN112503161B - 一种发动机连续可变直径水泵皮带轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机连续可变直径水泵皮带轮，包括定轮、多辐条动轮和凸轮，凸轮套设于定轮内圈，多辐条动轮套设于定轮的外圈；多辐条动轮与凸轮连接，凸轮相对于定轮转动时，驱动多辐条动轮相对于定轮外扩或内缩。本发明能自动且连续调节水泵皮带轮直径，实现对速比的连续调节，通过连续可调节的速比将发动机的水温控制在目标水温附近，提高工作效率，节约发动机能量，降低油耗和排放。

Description

一种发动机连续可变直径水泵皮带轮

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，具体涉及一种发动机连续可变直径水泵皮带轮。

背景技术

本发明涉及发动机水泵皮带轮，与现有发动机定速比水泵皮带轮相比，在发动机不同工作状态下实现不同的速比。现有技术的水泵皮带轮为定速比皮带轮，其工作外径固定。首先，发动机冷启动阶段，冷却液流动越慢，可以达到快速暖机的作用，定速比水泵，不能改变暖机速度。其次，对发动机水泵而言，为满足发动机低转速冷却需求，发动机高转速水泵能力过剩，由于现有技术的水泵皮带轮为定速比，导致在高转速时水泵会浪费能量。

CN2833253Y公开了一种柴油机用水泵皮带轮，在皮带轮的外圆面上设有两道槽型相同、直径不等的V型槽，两V型槽的中心面到同侧轮轴安装端面的距离相等，分别以两侧安装面为基准安装在水泵传动轴上，使传动比可变，只要一只皮带轮，就可改变水泵和风扇的转速，以适应柴油机不同的冷却需要。由于安装面到相应V型槽中心面的距离相等，换装调整很方便，传动皮带则可在传动系统中自动张紧，而且该皮带轮成本基本不增加。

上述现有技术中存在明显缺陷：(1)通过设置两道V型槽，实现对皮带轮直径的调节，说明皮带轮的直径仅存在两个值可调节，即，分别对应两道V型槽的直径，这种简单的直径调节根本无法满足发动机在不同工况下的冷却需求；(2)在对皮带轮直径进行调节时，需要对皮带进行换装调整，操作起来并不方便。

速比是指发动机扭振减震器与发动机水泵皮带轮直径比值。

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种发动机可变直径水泵皮带轮，以解决现有技术中水泵皮带轮直径无法实现自动且连续可调节的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种发动机连续可变直径水泵皮带轮，能自动且连续调节水泵皮带轮直径，实现对速比的连续调节，通过连续可调节的速比将发动机的水温控制在目标水温附近，提高工作效率，节约发动机能量，降低油耗和排放。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种发动机连续可变直径水泵皮带轮，包括定轮、多辐条动轮和凸轮，凸轮套设于定轮内圈，多辐条动轮套设于定轮的外圈；多辐条动轮与凸轮连接，凸轮相对于定轮转动时，驱动多辐条动轮相对于定轮外扩或内缩。

按照上述技术方案，凸轮连接有旋转驱动机构。

按照上述技术方案，旋转驱动机构通过动力输入轴与凸轮连接。

按照上述技术方案，旋转驱动机构为电机。

按照上述技术方案，多辐条动轮包括多个弧形板，多个弧形板沿定轮周向布置，定轮上沿周向布置有多个径向导槽，径向导槽与弧形板的一一对应布置，径向导槽内设有导杆，导杆的一端与相应的弧形板连接，导杆的另一端与凸轮的外缘接触连接，多辐条动轮上设有弹性锁紧装置，弹性锁紧装置使导杆与凸轮外缘保持接触连接；凸轮相对定轮转动时，使导杆沿径向导槽来回移动，带动弧形板沿径向来回移动，调节多辐条动轮的直径。

按照上述技术方案，弧形板的个数为3～5个。

按照上述技术方案，弹性锁紧装置包括弹簧，弹簧设置于导杆与导槽之间，弹簧的两端分别与导杆和导槽连接，或分别与导杆和凸轮连接，通过弹簧力使导杆始终与凸轮保持接触连接。

按照上述技术方案，弹簧套设于导杆上。

按照上述技术方案，弹性锁紧装置包括弹性带，弹性带套设于多辐条动轮外，通过弹性带向内的锁紧力使导杆与凸轮外缘保持接触连接。

按照上述技术方案，所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮还包括控制器，控制器分别与旋转驱动机构和发动机的水温传感器连接，当控制器通过水温传感器检测到发动机的实际水温比目标水温低时，控制器控制旋转驱动机构带动凸轮转动，驱动多辐条动轮外扩，使多辐条动轮直径变大，降低水泵皮带轮的速比；当控制器通过水温传感器检测到发动机的实际水温比目标水温高时，控制器控制旋转驱动机构带动凸轮转动，驱动多辐条动轮内缩，使多辐条动轮直径变小，提高水泵皮带轮的速比。

本发明具有以下有益效果：

本发明能实现自动且连续调节水泵皮带轮直径，根据发动机的不同工况，通过凸轮转动，改变水泵皮带轮的外径，实现对速比的连续调节，通过连续可调节的速比将发动机的水温控制在目标水温附近，提高工作效率，节约发动机能量，降低油耗和排放。

附图说明

图1是本发明实施例中发动机连续可变直径水泵皮带轮的截面示意图；

图2是本发明实施例中凸轮的截面示意图；

图3是本发明实施例中发动机连续可变直径水泵皮带轮的工作流程图；

图中，1-定轮，2-多辐条动轮，3-凸轮，4-动力输入轴，L-凸轮长轴，M-凸轮短轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例中的发动机连续可变直径水泵皮带轮，包括定轮1、多辐条动轮2和凸轮3，凸轮3套设于定轮1内圈，多辐条动轮2套设于定轮1的外圈；多辐条动轮2与凸轮3连接，凸轮3相对于定轮1转动时，驱动多辐条动轮2相对于定轮外扩或内缩。

进一步地，凸轮3连接有旋转驱动机构。

进一步地，旋转驱动机构通过动力输入轴与凸轮3连接。

进一步地，旋转驱动机构为电机。

进一步地，多辐条动轮2包括多个弧形板，多个弧形板沿定轮1周向均匀布置，定轮1上沿周向布置有多个径向导槽，径向导槽与弧形板的一一对应布置，径向导槽内设有导杆，导杆的一端与相应的弧形板连接，导杆的另一端与凸轮3的外缘接触连接，多辐条动轮上设有弹性锁紧装置，弹性锁紧装置使导杆与凸轮外缘保持接触连接；凸轮3相对定轮1转动时，使导杆沿径向导槽来回移动，带动弧形板沿径向来回移动，调节多辐条动轮的直径。

进一步地，弧形板的个数为3～5个。

进一步地，弹性锁紧装置包括弹簧，弹簧设置于导杆与导槽之间，弹簧的两端分别与导杆和导槽连接，或分别与导杆和凸轮3连接，通过弹簧力使导杆始终与凸轮3保持接触连接。

进一步地，弹簧套设于导杆上。

进一步地，弹性锁紧装置包括弹性带，弹性带套设于多辐条动轮2外套设有弹性带，通过弹性带向内的锁紧力使导杆与凸轮3外缘保持接触连接。

进一步地，凸轮上设有多个凸轮长轴，凸轮长轴沿周向均匀布置于凸轮上；凸轮长轴与导杆接触时，水泵皮带轮为低速比，凸轮短轴与导杆接触时，水泵皮带轮为高速比。

进一步地，所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮还包括控制器，控制器分别与旋转驱动机构和发动机的水温传感器连接，当控制器通过水温传感器检测到发动机的实际水温比目标水温低时，控制器控制旋转驱动机构带动凸轮3转动，驱动多辐条动轮2外扩，使多辐条动轮2直径变大，降低水泵皮带轮的速比；当控制器通过水温传感器检测到发动机的实际水温比目标水温高时，控制器控制旋转驱动机构带动凸轮3转动，驱动多辐条动轮2内缩，使多辐条动轮2直径变小，提高水泵皮带轮的速比。

本发明的工作原理：本发明针对现有水泵皮带轮直径调节较为单一，且无法自动调节的缺陷，提出了可变直径水泵皮带轮，在相同发动机转速下，运用可变直径水泵皮带轮的水泵性能能够比定速比的发动机水泵性能低。影响水泵性能的水泵叶轮直径等尺寸能够减小，节约整机空间。

通过在发动机不同工况下需求下，通过可变直径水泵皮带轮上的凸轮3动力输入轴带动凸轮3转动，改变水泵皮带轮的外径，达到改变速比的作用；凸轮长轴与导杆接触时，水泵皮带轮为低速比，凸轮短轴与导杆接触时，水泵皮带轮为高速比。

可变直径水泵皮带轮在发动机冷启动阶段，发动机水泵皮带轮控制到外径最大位置，这时速比最低，在相同发动机转速下，低速比水泵输出的液力功最低，冷却液流动速度慢。相比定速比水泵皮带轮，可变直径水泵皮带轮暖机时间更短。暖机时间缩短，能够降低油耗和排放。在发动机在高转速工况时，可变直径水泵皮带轮通过标定，能够实现水泵在合适的速比，提供刚好满足发动机冷却需求的流量，节约发动机能量，达到降低油耗和排放的目的。

如图1所示，本发明可变直径水泵皮带轮主要由：定轮1、多辐条动轮2、凸轮3(根据多辐条动轮数量决定凸轮形状)；凸轮上的动力输入轴可由电机或其他传动方式驱动，凸轮上轴受ECU控制，能够实现凸轮沿周向转动。

凸轮与多辐条动轮之间依靠弹簧或在凸轮与多辐条动轮连接处开槽，达到凸轮与多辐条动轮始终保持接触，还可以在多辐条动轮外装配一根自由状态下内径小于多辐条动轮外径的圆形弹性带，弹性带将多辐条动轮固定不让动轮在转动过程中脱出。凸轮转动能够带动多辐条动轮周向运动。通过凸轮型线的设计，可以使凸轮在转动不同角度时，动轮的工作半径连续变化，从而实现速比的连续变化。连续可变的速比可以将发动机的水温控制在目标水温附近。

根据发动机最大冷却需求，选择尽可能低性能的机械水泵情况下，设计凸轮型线，达到在最大速比时能够满足发动机冷却需求。设计凸轮时，尽可能加大最低速比和最高速比的差距，能够最大化缩短暖机时间，使油耗和排放最优。

如图2所示，凸轮型线的设计主要有两个重要参数：凸轮长轴(低速比)和凸轮短轴(高速比)。凸轮长轴(低速比)决定了暖机速度的快慢，凸轮短轴(高速比)决定了水泵最高冷却性能。凸轮长轴与凸轮短轴之间由连续平滑的曲线连接，凸轮圆心到凸轮型线长度越靠近凸轮短轴越短、越靠近凸轮长轴越长。实际应用的过程中，本领域技术人员可根据实际需求自行设计凸轮型线。

可变直径水泵皮带轮在控制方面是通过ECU读取水温传感器测得的发动机水温，通过与标定的目标水温对比，如图2所示。在冷启动阶段，发动机实际水温远低于目标水温，凸轮会往低速比方向转动，达到速比最低位置；当实际水温高于目标水温，电机带动凸轮往高速比方向运动，增大水泵转速，实现发动机冷却；发动机高负荷时目标水温低于低负荷时目标水温，当发动机从高负荷变为低负荷时，发动机实际水温从高于目标水温变为低于目标水温，电机带动凸轮往低速比方向运动，降低水泵转速，使发动机水温上升。最终，发动机实际水温在目标水温附近波动。

本申请的可变直径水泵皮带轮及其控制方法，包括定轮、多辐条动轮和凸轮，可根据发动机的不同工况，通过可变直径水泵皮带轮上的电机带动凸轮转动，改变水泵皮带轮的外径，实现对速比的连续调节；具体地，通过ECU读取水温传感器测得的发动机水温，通过与标定的目标水温对比，当实际水温低于目标水温时，凸轮会往低速比方向转动，降低水泵转速，使发动机水温上升；当实际水温高于目标水温，电机带动凸轮往高速比方向运动，增大水泵转速，实现发动机冷却，通过连续可调节的速比将发动机的水温控制在目标水温附近。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种发动机连续可变直径水泵皮带轮，其特征在于，包括定轮、多辐条动轮和凸轮，凸轮套设于定轮内圈，多辐条动轮套设于定轮的外圈；多辐条动轮与凸轮连接，凸轮相对于定轮转动时，驱动多辐条动轮相对于定轮外扩或内缩；

凸轮连接有旋转驱动机构；

所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮还包括控制器，控制器分别与旋转驱动机构和发动机的水温传感器连接，当控制器通过水温传感器检测到发动机的实际水温比目标水温低时，控制器控制旋转驱动机构带动凸轮转动，驱动多辐条动轮外扩，使多辐条动轮直径变大，降低水泵皮带轮的速比；当控制器通过水温传感器检测到发动机的实际水温比目标水温高时，控制器控制旋转驱动机构带动凸轮转动，驱动多辐条动轮内缩，使多辐条动轮直径变小，提高水泵皮带轮的速比。

2.根据权利要求1所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮，其特征在于，旋转驱动机构通过动力输入轴与凸轮连接。

3.根据权利要求2所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮，其特征在于，旋转驱动机构为电机。

4.根据权利要求1所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮，其特征在于，多辐条动轮包括多个弧形板，多个弧形板沿定轮周向布置，定轮上沿周向布置有多个径向导槽，径向导槽与弧形板的一一对应布置，径向导槽内设有导杆，导杆的一端与相应的弧形板连接，导杆的另一端与凸轮的外缘接触连接，多辐条动轮上设有弹性锁紧装置，弹性锁紧装置使导杆与凸轮外缘保持接触连接；凸轮相对定轮转动时，使导杆沿径向导槽来回移动，带动弧形板沿径向来回移动，调节多辐条动轮的直径。

5.根据权利要求4所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮，其特征在于，弧形板的个数为3～5个。

6.根据权利要求4所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮，其特征在于，弹性锁紧装置包括弹簧，弹簧设置于导杆与导槽之间，弹簧的两端分别与导杆和导槽连接，或分别与导杆和凸轮连接，通过弹簧力使导杆始终与凸轮保持接触连接。

7.根据权利要求6所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮，其特征在于，弹簧套设于导杆上。

8.根据权利要求4所述的发动机连续可变直径水泵皮带轮，其特征在于，弹性锁紧装置包括弹性带，弹性带套设于多辐条动轮外，通过弹性带向内的锁紧力使导杆与凸轮外缘保持接触连接。

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