CN114645870B - 一种水泵、发动机以及发动机的水泵控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种水泵、发动机以及发动机的水泵控制方法。水泵包括：水泵壳体、动力输入轴以及设置于水泵壳体内的叶轮装置。叶轮装置包括：叶轮基座、多个叶片以及驱动装置。叶轮基座周向布置有多个收纳槽，每个收纳槽中设置有活动地叶片。驱动装置用于驱动叶片从收纳槽伸出或回缩。在叶轮基座转动过程中，通过驱动装置实现叶片从收纳槽伸出或回缩至收纳槽内的方式，有效改变叶片位于收纳槽外的面积。发动机在冷启动阶段，驱动装置使得叶片回缩在收纳槽中，叶片未驱动冷却液流动，发动机可快速升温。发动机持续大负载运行阶段，驱动装置驱动叶片从收纳槽的径向外侧敞开处伸出，通过叶片拨动冷却液循环流动，改善发动机的散热效果。
Description
技术领域
本发明属于汽车发动机领域，具体涉及一种水泵、发动机以及发动机的水泵控制方法。
背景技术
发动机温度过高或者过低都会对发动机使用寿命造成不良影响，温度过高时发动机中配置的冷却液对发动机进行降温。发动机在冷启动时，需要迅速提升发动机温度。但现有技术中，发动机起动后，水泵即开始运转，使得发动机内的冷却液在水泵作用下流动散热，导致发动机无法快速升温。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例期望提供一种能够使发动机快速升温并适时降温的水泵、发动机以及发动机的水泵控制方法。
本申请实施例提供一种水泵，包括：
水泵壳体；
动力输入轴；
设置于所述水泵壳体内的叶轮装置，包括：
叶轮基座，与所述动力输入轴接合，所述叶轮基座周向布置有多个收纳槽，所述收纳槽沿径向的外侧敞开；
多个叶片，所述叶片活动地设置于所述收纳槽中，
驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述叶片从所述收纳槽的径向外侧敞开处伸出或回缩至所述收纳槽内。
在一些实施方案中，所述叶片沿轴向的一端转动地附接至所述叶轮基座上，所述驱动装置驱动各所述叶片同步摆动，以从所述收纳槽的径向外侧敞开处伸出或回缩至所述收纳槽内。
在一些实施方案中，所述叶轮基座的中心区域设置有安装腔，各所述收纳槽沿所述安装腔的周向间隔布置，所述驱动装置包括：
移动组件，设置于所述安装腔中，所述移动组件与所述叶片活动配合；
动力机构，所述动力机构用于驱动所述移动组件沿轴向第一端移动，以驱动所述叶片绕第一方向摆动而伸出；
复位件，作用于移动组件，所述移动组件在所述复位件的作用下沿轴向第二端移动，以驱动所述叶片绕第二方向摆动而回缩。
在一些实施方案中，所述叶片的径向内端形成有杆体，所述移动组件设置有调节滑槽，所述调节滑槽的径向外侧敞开，所述杆体从敞开处伸入所述调节滑槽内，所述调节滑槽沿轴向的宽度能够变化，以使得所述杆体在所述移动组件沿轴向移动的作用下改变倾斜角度，其中，倾斜角度为杆体的长度方向与移动组件的移动方向形成的夹角。
在一些实施方案中，所述动力机构包括盘形凸轮以及用于驱动所述盘形凸轮转动的电机，所述复位件将所述移动组件抵靠在所述盘形凸轮的周缘面上。
在一些实施方案中，所述移动组件包括垫盘、以及相互连接的端盖和设置于所述端盖一侧的轴杆，所述垫盘滑动地套设于所述轴杆上，所述垫盘和所述端盖之间限定出所述调节滑槽，所述杆体夹设于所述端盖和所述垫盘之间，所述端盖背离所述轴杆的一侧与所述动力机构接触；
所述复位装置包括弹簧，所述弹簧套接于所述轴杆上，且抵接在所述垫盘上。
在一些实施方案中，所述叶轮基座轴向一端的端面设置有环形的沟槽，所述沟槽内设置有限位环体；
所述叶片沿轴向一端的端部形成有用于环抱所述限位环体的抱夹部，所述抱夹部形成有限位槽以及开口，在所述限位环体卡入所述限位槽的过程中，所述开口能够可恢复地被撑开，各所述叶片以所述限位环体为支点进行摆动。
本申请实施例还提供一种发动机，包括：包括发动机机体、以及前述实施例中所述的水泵，所述发动机机体中的曲轴驱动水泵中的动力输入轴转动。
本申请实施例提供了一种上述发动机的水泵控制方法，包括：
获取所述发动机的冷却液的温度；
根据所述冷却液的温度以及预设控制策略控制所述驱动装置改变所述叶片的伸缩状态。
本申请实施例的水泵，在叶轮基座转动过程中，通过驱动装置实现叶片从收纳槽的径向外侧敞开处伸出或回缩至收纳槽内的方式，有效改变叶片位于收纳槽外的面积。发动机在冷启动阶段，驱动装置使得叶片回缩在收纳槽中，叶片未驱动冷却液流动，冷却液不循环流动。叶轮装置随动力输入轴空转，发动机可快速升温。发动机持续大负载运行阶段，驱动装置驱动叶片从收纳槽的径向外侧敞开处伸出，通过叶片拨动冷却液循环流动，改善发动机的散热效果。
附图说明
图1为本申请一实施例的水泵的叶轮装置的示意图，其中，叶片处于回缩状态；
图2为图1的俯视图；
图3为图1中叶片处于伸出状态的示意图；
图4为图1中叶片的示意图。
附图标记说明
叶轮基座1；收纳槽11；叶片2；杆体21；抱夹部22；驱动装置3；盘形凸轮31；移动组件32；端盖321；垫盘322；轴杆323；复位件33；限位环体4；第一键槽5；第二键槽6
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。
本发明实施例提供一种水泵，用于与发动机连接，包括：水泵壳体、动力输入轴以及设置于水泵壳体内的叶轮装置。
请参阅图1，叶轮装置包括：叶轮基座1、多个叶片2以及驱动装置3。
叶轮基座1用于与动力输入轴接合，动力输入轴带动叶轮基座1同步转动。接合的方式不限，可以是销连接、过盈连接等方式。
叶轮基座1的材质不限，在一些实施例中，叶轮基座1可以采用HT200(灰铸铁牌号，最低抗拉强度为200MPa)，QT600-3(球墨铸铁，最低抗拉强度为600MPa)等材质。
在一些实施例中，请参阅图3，叶轮基座1沿轴向设置有第一键槽5，动力输入轴上设置有平键，通过键连接的方式将动力输入轴的动力传递给叶轮基座1，促使叶轮基座1与动力输入轴同向旋转。
叶轮基座1周向布置有多个收纳槽11，每个收纳槽11沿径向的外侧敞开。每个收纳槽11中设置有活动地叶片2。
可以理解的是，为了防止叶轮基座1旋转过程中，叶片2产生偏心力，多个收纳槽11以叶轮基座1为中心，均匀布置。
驱动装置3用于驱动叶片2从收纳槽11的径向外侧敞开处伸出或回缩至收纳槽11内。
本申请实施例提供一种发动机，包括发动机机体、以及水泵。发动机机体中的曲轴驱动水泵中的动力输入轴转动。
示例性地，发动机机体中的曲轴通过皮带带动水泵的动力输入轴转动。需要说明的是，动力输入轴带动叶轮装置转动，水泵中的冷却液被叶轮装置带动一起旋转，在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，从水泵的出口流出。冷却液被甩出使得叶轮装置的中心处的压力降低，水泵进口的冷却液在水泵进口与叶轮装置中心处的压差作用下被吸入叶轮装置中。
本申请实施例的水泵，在叶轮基座1转动过程中，通过驱动装置3实现叶片2从收纳槽11的径向外侧敞开处伸出或回缩至收纳槽11内的方式，有效改变叶片2位于收纳槽11外的面积。发动机在冷启动阶段，驱动装置3使得叶片2回缩在收纳槽11中，叶片2未驱动冷却液流动，冷却液不循环流动。叶轮装置随动力输入轴空转，发动机可快速升温。发动机持续大负载运行阶段，驱动装置3驱动叶片2从收纳槽11的径向外侧敞开处伸出，通过叶片2拨动冷却液循环流动，改善发动机的散热效果。
由上可见，在冷启动阶段，或者，在发动机不需要散热降温的阶段，叶片2不拨动冷却液，水泵的负载较小，降低水泵的运转功耗。
叶片2沿收纳槽11伸出和回缩的运动方式不限，在一些实施例中，叶片2的运动方式为移动，在另一些实施例中，叶片2的运动方式为摆动。
示例性地，请参阅图3，叶片2沿轴向的一端转动地附接至叶轮基座1上，驱动装置3驱动各叶片2同步摆动，以从收纳槽11的径向外侧敞开处伸出或回缩至收纳槽11内。
该实施例中，叶片2的摆动点相对叶轮基座1是确定的，只需要控制叶片2的摆动角度即可，在叶片2伸出后，叶片2的摆动点也能承担叶片2所受的离心力，提升叶片2的结构可靠性。
需要说明的是，一些实施例中，叶片2只能保持在几个确定的摆动角度处，如此，叶片2的拨水面积分为几个档位，可以根据需要选择。另一些实施例中，叶片2能保持在摆动行程范围内的任意位置处，叶片2的摆动角度能够实现无极调节，也就是说，叶片2的拨水面积不会产生跳跃性变化，从而实现水泵中循环水流量的无极调节。
示例性地，请参阅图1，叶轮基座1的中心区域设置有安装腔，沿安装腔的周向间隔分布有多个收纳槽11。
驱动装置3包括：移动组件32、动力机构以及复位件33。
移动组件32设置于安装腔中，移动组件32与叶片2活动配合。
动力机构驱动移动组件32沿轴向第一端移动，以驱动叶片2绕第一方向摆动而伸出。
复位件33作用于移动组件32，移动组件32在复位件33的作用下沿轴向第二端移动，以驱动叶片2绕第二方向摆动而回缩。
该实施例中，在移动组件32和复位组件的相互作用下，移动组件32实现了沿叶轮基座1轴向的上下位置移动，进而通过自身位置的变化，改变叶片2的摆动幅度。实现了移动组件32的复用效果，简化了驱动装置3的内部结构。
示例性地，移动组件32设置有调节滑槽，调节滑槽的径向外侧敞开。叶片2的结构请参阅图4，叶片2的径向内端形成有杆体21，杆体21从敞开处伸入调节滑槽内。
调节滑槽沿轴向的宽度能够变化，以使得杆体21在移动组件32沿轴向移动的作用下改变倾斜角度。
需要说明的是，倾斜角度为杆体21的长度方向与移动组件32的移动方向形成的夹角。
可以理解的是，随着调节滑槽沿轴向的宽度的增加，杆体21的倾斜角度增大。随着调节滑槽沿轴向的宽度的缩减，杆体21的倾斜角度减小。即杆体21的倾斜角度与调节滑槽的宽度之间存在一一对应的关系。
该实施例中，通过杆体21深入调节滑槽的方式，将移动组件32沿轴向的移动转变为杆体21的摆动。
动力机构的型式不限，示例性地，可以为棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮单向间歇运动机构等。
示例性地，动力机构包括盘形凸轮31以及用于驱动盘形凸轮31转动的电机，复位件33将移动组件32抵靠在盘形凸轮31的周缘面上。
需要说明的是，请参阅图1，盘形凸轮31未动作时，复位件33将移动组件32抵靠在盘形凸轮31周缘面的基圆位置处。此时移动组件32处于初始位置，对应状态下的叶片2全部收纳于收纳槽11中，叶片2未驱动冷却液流动。
电机驱动盘形凸轮31转动，凸轮转过预设角度，移动组件32沿轴向第一端移动至极限位置，此时叶片2最大限度地伸出收纳槽11，最大程度驱动冷却液流动。
需要说明的是，凸轮旋转预设角度，对应于移动组件32沿轴向第一端移动一个行程。一个行程指移动组件32处于极限位置时和移动组件32处于初始位置时的距离。例如，凸轮旋转90°(度)，移动组件32沿轴向第一端移动至极限位置，叶片2最大限度地摆出收纳槽11，最大程度驱动冷却液流动。降低凸轮的旋转角度，叶片2摆出收纳槽11的幅度相应减少。凸轮的旋转角度不限，例如可以为30°、45°以及60°等。
该实施例中，盘形凸轮31机构具有结构紧凑，运动可靠，适用于从动件进行间歇运动的场合。且凸轮旋转不同的角度，移动组件32对应移动相应的距离，叶片2对应摆动相应的幅度。通过此种方式可确保叶片2摆出收纳槽11的面积不会产生跳跃性变化，实现叶轮装置对水量的无极调节。
示例性地，移动组件32包括垫盘322、端盖321和轴杆323。轴杆323设置于端盖321一侧，端盖321背离轴杆323的一侧与动力机构接触。垫盘322套设于轴杆323且垫盘322能够在轴杆323上滑动。垫盘322和端盖321之间存在预留间隙，两者共同限定出调节滑槽。杆体21夹设于端盖321和垫盘322之间。
复位装置包括弹簧，请参阅图3，弹簧套接于轴杆323上，且抵接在垫盘322上。
需要说明的是，弹簧通过垫盘322对杆体21施加朝向动力机构的作用力，以将杆体21背离垫盘322的一侧压靠于端盖321上，使得垫盘322、杆体21以及端盖321三者之间依次形成紧密接触，防止叶轮装置在运转过程中出现振动现象。
在一些实施例中，请参阅图3，叶轮基座1的安装腔内设置有第二键槽6，轴杆323上设置有键。通过键连接的方式使得轴杆323与叶轮基座1同步转动，以防止杆体21与移动组件32之间由于出现相对运动而产生摩擦，出现杆体21的磨损现象。
弹簧的形状不限，在一些实施例中，采用圆柱螺旋压缩弹簧、圆锥螺旋压缩弹簧。在另一些实施例中，采用环形弹簧、碟形弹簧。
弹簧的材质不限，在一些实施例中，弹簧可以为65Mn，60Si2Mn、50CrVA等材质。
该实施例中，弹簧压缩后蓄有弹性势能，可控制移动组件32的运动，同时弹簧适用于安装在叶轮基座1构成的紧密径向和轴向空间中。
示例性地，请参阅图2，叶轮基座1轴向一端的端面设置有环形的沟槽，沟槽内设置有限位环体4。
限位环体4的材质包括但不限于不锈钢钢丝、1Cr18Ni9等材质。
叶片2沿轴向一端的端部形成有用于环抱限位环体4的抱夹部22，抱夹部22形成有限位槽以及开口，在限位环体4卡入限位槽的过程中，开口能够可恢复地被撑开，各叶片2以限位环体4为支点进行摆动。
抱夹部22与叶片2的连接方式不限，在一些实施例中，抱夹部22与叶片2采用焊接、螺栓连接等方式。在另一些实施例中，抱夹部22与叶片2采用铸造、模具冲压成型等一体式连接。
该实施例中，使用卡簧钳一类的工具撑开抱夹部22的限位槽，使得抱夹部22的开口增大，将限位环体4卡入抱夹部22的开口中。移开卡簧钳，由于弹性变形力，限位槽可恢复初始形状，抱夹部22的开口减小。抱夹部22环抱限位环体4，完成装配。抱夹部22环抱限位环体4的方式具有连接可靠且拆装方便的优点。
本申请实施例提供了一种上述发动机的水泵控制方法，包括：
S1：获取发动机的冷却液的温度。
S2：根据冷却液的温度以及预设控制策略控制驱动装置3改变叶片2的伸缩状态。
该实施例中，ECU(Electronic Control Unit电子控制器单元)读取发动机中冷却液的温度，并且综合考量发动机转速、环境温度车速等相关信息，按照预设于ECU中的控制策略控制驱动装置3改变叶片2的伸缩状态。实现在发动机冷启动阶段，叶片2收缩在叶轮基座1的收纳槽11内。叶轮装置空转，发动机可快速升温。
发动机达到正常温度区间后，ECU控制驱动装置3调节叶片2从收纳槽11的径向外侧敞开处伸出的面积，改变发动机的冷却液的循环流量。
示例性地，根据冷却液的温度以及预设控制策略控制驱动装置3改变叶片2的伸缩状态，包括：
当冷却液的温度低于预设温度，动力机构未动作，多个叶片2收入收纳槽11中。
当冷却液的温度达到预设温度，ECU控制动力机构动作，多个叶片2从收纳槽11中摆出。
发动机停机后，动力机构未驱动移动组件32沿轴向第一端移动，移动组件32在复位件33的作用下沿轴向第二端移动，直至移动组件32回复至初始位置处停止移动。叶片2回缩入收纳槽11中，为下一次发动机的冷启动做好准备。
可以理解的是，预设温度为发动机正常工作温度区间内的下限值。
该实施例中，既保证发动机冷启动阶段快速升温，也兼顾了发动机持续大负载运行阶段，通过调节叶片2伸出收纳槽11的面积实现对水泵的冷却液流量进行无极调节，保证发动机处于正常工作温度范围的前提下，减少了发动机中冷却液的循环流量，降低了发动机的油耗。
本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水泵，其特征在于，包括：
水泵壳体；
动力输入轴；
设置于所述水泵壳体内的叶轮装置，包括：
叶轮基座(1)，与所述动力输入轴接合，所述叶轮基座(1)周向布置有多个收纳槽(11)，所述收纳槽(11)沿径向的外侧敞开；
多个叶片(2)，所述叶片(2)活动地设置于所述收纳槽(11)中，
驱动装置(3)，所述驱动装置(3)用于驱动所述叶片(2)从所述收纳槽(11)的径向外侧敞开处伸出或回缩至所述收纳槽(11)内；
所述叶轮基座(1)的中心区域设置有安装腔，各所述收纳槽(11)沿所述安装腔的周向间隔布置，所述驱动装置(3)包括：
移动组件(32)，设置于所述安装腔中，所述移动组件(32)与所述叶片(2)活动配合；
动力机构，所述动力机构用于驱动所述移动组件(32)沿轴向第一端移动，以驱动所述叶片(2)绕第一方向摆动而伸出；
复位件(33)，作用于所述移动组件(32)，所述移动组件(32)在所述复位件(33)的作用下沿轴向第二端移动，以驱动所述叶片(2)绕第二方向摆动而回缩；
所述移动组件(32)沿所述叶轮基座(1)的轴向的上下位置移动。
2.根据权利要求1所述的水泵，其特征在于，所述叶片(2)沿轴向的一端转动地附接至所述叶轮基座(1)上，所述驱动装置(3)驱动各所述叶片(2)同步摆动，以从所述收纳槽(11)的径向外侧敞开处伸出或回缩至所述收纳槽(11)内。
3.根据权利要求1所述的水泵，其特征在于，所述叶片(2)的径向内端形成有杆体(21)，所述移动组件(32)设置有调节滑槽，所述调节滑槽的径向外侧敞开，所述杆体(21)从敞开处伸入所述调节滑槽内，所述调节滑槽沿轴向的宽度能够变化，以使得所述杆体(21)在所述移动组件(32)沿轴向移动的作用下改变倾斜角度，其中，倾斜角度为杆体(21)的长度方向与移动组件(32)的移动方向形成的夹角。
4.根据权利要求1所述的水泵，其特征在于，所述动力机构包括盘形凸轮(31)以及用于驱动所述盘形凸轮(31)转动的电机，所述复位件(33)将所述移动组件(32)抵靠在所述盘形凸轮(31)的周缘面上。
5.根据权利要求3所述的水泵，其特征在于，所述移动组件(32)包括垫盘(322)、以及相互连接的端盖(321)和设置于所述端盖(321)一侧的轴杆(323)，所述垫盘(322)滑动地套设于所述轴杆(323)上，所述垫盘(322)和所述端盖(321)之间限定出所述调节滑槽，所述杆体(21)夹设于所述端盖(321)和所述垫盘(322)之间，所述端盖(321)背离所述轴杆(323)的一侧与所述动力机构接触；
所述复位件包括弹簧，所述弹簧套接于所述轴杆(323)上，且抵接在所述垫盘(322)上。
6.根据权利要求1所述的水泵，其特征在于，所述叶轮基座(1)轴向一端的端面设置有环形的沟槽，所述沟槽内设置有限位环体(4)；
所述叶片(2)沿轴向一端的端部形成有用于环抱所述限位环体(4)的抱夹部(22)，所述抱夹部(22)形成有限位槽以及开口，在所述限位环体(4)卡入所述限位槽的过程中，所述开口能够可恢复地被撑开，各所述叶片(2)以所述限位环体(4)为支点进行摆动。
7.一种发动机，其特征在于，包括：包括发动机机体、以及权利要求1-6任一项所述的水泵，所述发动机机体中的曲轴驱动水泵中的动力输入轴转动。
8.一种如权利要求7所述的发动机的水泵控制方法，其特征在于，包括：
获取所述发动机的冷却液的温度；
根据所述冷却液的温度以及预设控制策略控制所述驱动装置(3)改变所述叶片(2)的伸缩状态。
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