CN115898615A - 一种改善分离性能的电控硅油离合器水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善分离性能的电控硅油离合器水泵，它包括主动机构、从动机构、水泵体、轴连轴承、水泵叶轮以及电磁组件，主动机构包括主动轮、设置于主动轮一侧的泵体前盖、安装在所述主动轮和所述泵体前盖之间的壳体、可转动地套装在所述轴连轴承上的轴承座以及阀片总成；壳体、主动轮和轴承座之间形成有储油室，阀片总成设置于所述储油室内，所述壳体与所述泵体前盖之间形成容置空间；所述壳体包括壳本体、开设在所述壳本体内的回油通道以及开设在所述壳本体内的出油口；所述从动机构包括安装在所述轴连轴承另一端部且位于所述容置空间内的从动板。在离合器需要耦合的时候，阀片将回油通道封闭，工作腔中的硅油不会回到储油腔。

Description

一种改善分离性能的电控硅油离合器水泵

技术领域

本发明属于汽车发动机冷却系统组件技术领域，涉及一种电控硅油离合器水泵，具体涉及一种改善分离性能的电控硅油离合器水泵。

背景技术

随着目前电控硅油离合器水泵的不断应用和推广，客户对于电控硅油离合器水泵的产品性能不断关注。国内随着国五、国六的排放标准的推进，各大整车厂对于电控硅油离合器水泵的控制精度及响应时间要求不断提高，客户对于电控硅油离合器水泵的性能提出了更高的要求。

目前，电控硅油离合器水泵在结构上采用控制出油通道，对回油通道往往不加控制，导致电控硅油离合器水泵实际工作时会出现耦合时间长、耦合转速低等现象；而且储油腔往往是开放式的，在停机过程中，大部分的硅油会从储油腔中溢出进入工作腔，在发动机启动时，电控硅油离合器水泵会立即以高转速运行，在发动机水温较低时并需要水泵过高的工作转速，影响整个冷却系统的控制策略，加快冷却系统大循环的形成，不利于节能降耗。水泵叶轮自身负载较小，工作腔中如残留少量硅油也会导致离合器水泵分离转速高甚至不分离，不能降低分离转速、分离时间偏长。因此，如何能够在电控发动机系统中开发改善分离性能的电控硅油离合器水泵，是目前需要重点研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善分离性能的电控硅油离合器水泵，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改善分离性能的电控硅油离合器水泵，它包括主动机构、与所述主动机构相配合的从动机构、水泵体、穿设在所述水泵体上且与所述从动机构相连接的轴连轴承、安装在所述轴连轴承一端部的水泵叶轮以及电磁组件，

所述主动机构包括主动轮、设置于所述主动轮一侧的泵体前盖、安装在所述主动轮和所述泵体前盖之间的壳体、套装在所述轴连轴承上的轴承座以及阀片总成；所述壳体、所述主动轮和所述轴承座之间形成有储油室，所述阀片总成设置于所述储油室内，所述壳体与所述泵体前盖之间形成容置空间；所述壳体包括壳本体、开设在所述壳本体内的回油通道以及开设在所述壳本体内的出油口；

所述从动机构包括安装在所述轴连轴承另一端部且位于所述容置空间内的从动板，所述从动板与所述壳体之间形成有工作腔，所述工作腔和所述储油室分别通过所述回油通道、所述出油口相连通；

所述电磁组件用于通过通电或断电使所述阀片总成产生轴向位移，以在关闭所述回油通道时打开所述出油口或在关闭所述出油口时打开所述回油通道。

优化地，定义所述容置空间在所述从动板周面外侧的部分为刮油腔，所述刮油腔内设置有挡油环。

进一步地，定义所述回油通道中与所述储油室的连通处为回油口、与所述容置空间的连通处为进油口，所述回油口与所述轴连轴承轴心线之间的距离小于所述进油口与所述轴连轴承轴心线之间的距离。

更进一步地，所述进油口与所述刮油腔相连通且所述挡油环与所述进油口对应设置。

优化地，所述阀片总成包括安装在所述壳体和所述主动轮之间的弹性夹片、安装在所述弹性夹片表面上且与所述回油通道、所述出油口相配合的挡环以及安装在所述弹性夹片另一表面上且与所述电磁组件相配合的金属块；

优化地，所述挡环上开设有与所述回油通道相配合的第一避让孔以及与所述出油口相配合的第二避让孔；

优化地，当所述第一避让孔与所述回油通道错开时，所述第二避让孔与所述出油口相通；当所述第二避让孔与所述出油口错开时，所述第一避让孔与所述回油通道相通。

进一步地，所述从动板表面的边缘处开设有多圈齿槽，所述壳体的表面上开设有与所述齿槽相配合的多圈齿圈，所述齿槽和所述齿圈形成所述工作腔，最外圈的所述齿槽高度小于最内圈的所述齿槽高度，最外圈的所述齿圈高度小于最内圈的所述齿圈高度；具体地，多圈所述齿槽的高度由外向内增加，多圈所述齿圈的高度由外向内增加；更具体地，多圈所述齿槽的高度由外向内先增加后保持一致，多圈齿圈的高度由外向内先增加后保持一致。

优化地，所述阀片总成将所述储油室分隔成相通的两个腔室，定义其中与所述回油通道相配合的腔室为第一储油腔、另一腔室为第二储油腔，所述第二储油腔的半径大于所述第一储油腔的半径。

优化地，所述轴连轴承的另一端部固定有转接块，所述从动板可拆卸地安装在所述转接块上。

优化地，所述轴连轴承具有可转动的第一壳体和第二壳体，所述水泵体套装在所述第一壳体上，所述轴承座套装在所述第二壳体上。

优化地，所述电磁组件包括安装在所述轴承座和所述主动轮之间的隔磁环、通过支撑架安装在所述水泵体上的磁轭以及安装在所述磁轭上的磁极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明改善分离性能的电控硅油离合器水泵，通过将主动机构、从动机构、水泵体、轴连轴承和电磁组件等进行配合实现了在关闭回油通道时打开出油口或在关闭出油口时打开回油通道，这样对回油通道加以控制使得其不是普通常开的状态，在离合器需要耦合的时候，阀片将回油通道封闭，工作腔中的硅油不会回到储油腔，提升离合器耦合时间，提高响应精度，快速地带走冷却系统的热量。

此外，刮油腔位于从动板最外圈齿槽的外侧，硅油在旋转过程中受到离心力的作用，会最先到达最外圈刮油腔，这样硅油无法残留在齿槽中，得以通过刮油腔中的高压进入储油腔；工作腔中无残留硅油，可有效降低离合器的分离转速。而且其内设置挡油环，硅油在刮油腔中可形成很大的回油压力，可有效解决回油不畅、回油缓慢等问题。

从动板的齿槽和壳体的齿圈呈台阶齿形式，即最外圈齿槽剪切硅油的面积要小于内圈齿槽的面积，这样最外圈齿槽产生的扭矩减小，在工作腔中残留少量硅油的情况下，从动板不会因为外圈齿槽过大的剪切面积产生高转速。

回油口的位置并非设置在储油腔的外径面上，这就避免了离合器需要分离时，储油腔中的硅油由于离心力作用阻挡回油通道中的硅油进入储油腔。工作腔中的硅油可以全部进入储油腔，在发动机启动时，电控硅油离合器水泵不会立即以高转速运行，在发动机水温较低时并不需要水泵过高的工作转速，此时水泵叶轮会以较低转速运转。

附图说明

图1为本发明改善分离性能的电控硅油离合器水泵的结构示意图；

图2为本发明改善分离性能的电控硅油离合器水泵中使用的轴连轴承结构示意图；

图3为图1的局部放大图；

图4为本发明改善分离性能的电控硅油离合器中壳体的结构示意图；

图5为本发明改善分离性能的电控硅油离合器在高速旋转时硅油所处位置示意图；

图6为本发明改善分离性能的电控硅油离合器中从动板的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。

如图1所示的改善分离性能的电控硅油离合器水泵，主要包括主动机构、从动机构、轴连轴承6、水泵体7、水泵叶轮和电磁组件等。

其中，主动机构主要包括泵体前盖1、壳体4、轴承座10、主动轮12和阀片总成14等。主动轮12通常为皮带轮，可以将其通过皮带与动力部件进行连接，从而利用动力部件带动主动轮12的旋转(主动轮12与发动机轮系通过多楔带连接，转速和发动机轮系保持同步)。泵体前盖1设置在主动轮12的一侧，它通常是可拆卸地安装在主动轮12的端面上，安装的方式可以是现有常规的，如利用螺栓等紧固件进行安装连接；当主动轮12转动时，泵体前盖1同步转动。壳体4安装在主动轮12和泵体前盖1之间，需要使得壳体4与泵体前盖1之间形成一定体积的容置空间。在本实施例中，壳体4被压紧在主动轮12和泵体前盖1之间，即壳体4的固定方式为泵体前盖1与主动轮12的轴向压紧力；该壳体4包括壳本体41(壳本体41的中部具有贯通孔)、开设在壳本体41内的至少一个回油通道42以及开设在壳本体41内的至少一个出油口44。轴承座10套装在轴连轴承6上，它们之间的连接方式为刚性连接；由于轴连轴承6自身的特性，使得轴承座10可以以轴连轴承6的轴心线为旋转轴进行转动(即轴承座10尽管被固定在轴连轴承6的表面上，但是其可以绕轴连轴承6的轴心线转动)；轴承座10位于主动轮12内且与壳体4相配合(轴承座10的周面或者端面上形成有与前述贯通孔相配合的台阶结构，以实现轴承座10与壳体4之间密封拼接)，使得壳体4、主动轮12和轴承座10之间形成有储油室8(即它们之间围成储油室8，储油室8为封闭式的腔体，可以防止在停机过程中，大部分的硅油从储油室8中溢出进入工作腔3，确保在发动机冷启动时，在发动机水温较低时并不需要水泵过高的工作转速时，水泵以较低转速运行)；阀片总成14设置在该储油室8内，用于对回油通道42、出油口44的开关进行调节。

轴连轴承6穿设在主动轮12的中心处，其轴心线通常与主动轮12的的轴心线重合；水泵体7也套装在轴连轴承6上(套装方式与轴承座10的套装方式相同)，其位于轴承座10的一侧，使得壳体4、水泵体7分别位于轴承座10的两侧；此时，轴连轴承6穿设在水泵体7、轴承座10上。在本实施例中，轴连轴承6采用现有常规的结构，如图2所示，但是具有可转动的第一壳体62和第二壳体63，水泵体7套装在第一壳体62上，轴承座10套装在第二壳体63上；即轴连轴承6是两级轴承(常规的为一级轴承)，分别隔离水泵体水泵体7、轴承座10，产生了以下优势：(a)成本较低，空间占用小，整个水泵的空间尺寸变小；(b)离合器部分的偏心距变小，轴承使用寿命提高；(c)工艺性好，制造周期短：装配工艺简便，加工量小，耗时短。水泵叶轮安装在轴连轴承6的一端部(该端部通常远离泵体前盖1)。

从动机构与主动机构相配合，当主动机构转动时可以通过硅油带动从动机构的转动。从动机构包括安装在轴连轴承6另一端部且位于容置空间内的从动板2。从动板2与壳体4之间形成有工作腔3，工作腔3和储油室8分别通过回油通道42、出油口44相连通。

电磁组件可以通电产生磁力，这样可以用于通过通电或断电对阀片总成14进行控制；即通电时，电磁组件产生磁力使阀片总成14产生轴向位移；而断电时，磁力消失，阀片总成14复位；可以实现在关闭回油通道42时打开出油口44或在关闭出油口44时打开回油通道42。在本实施例中，定义回油通道42中与储油室8的连通处为回油口43、与容置空间的连通处为进油口40，回油口43与轴连轴承6轴心线之间的距离小于进油口40与轴连轴承6轴心线之间的距离，同时出油口44与轴连轴承6轴心线之间的距离也小于进油口40与轴连轴承6轴心线之间的距离，如图3和图4所示；即进油口40位于出油口44、回油口43的外圈。这样便于实现在需要耦合的时候打开出油口44而关闭回油口43(阀片总成14将回油通道42封闭，工作腔3中的硅油不会回到储油室8)，即对回油通道42加以控制使得其不是普通常开的状态，在需要分离的时候打开回油口43而关闭出油口44，可以有效提高离合器的耦合与分离时间，可以快速地带走冷却系统的热量。

在本实施例中，定义容置空间在从动板2周面外侧(即从动板2的外侧)的部分为刮油腔101(即从动板2、壳体4和泵体前盖1围成的狭小空间)，在该刮油腔101内设置有挡油环9。即刮油腔101位于从动板2最外圈齿槽的外侧，硅油在旋转过程中受到离心力的作用，会最先到达最外圈刮油腔，这样硅油无法残留在齿槽中，得以通过刮油腔中的高压进入储油腔；工作腔中无残留硅油，可有效降低离合器的分离转速；其内设置挡油环(在本实施例中，进油口40与刮油腔101相连通，挡油环9与进油口40对应设置而挡住进油口40)，硅油在刮油腔中可形成很大的回油压力，可有效解决回油不畅、回油缓慢等问题。

在本实施例中，阀片总成14处于轴承座10的外圈，其主要包括弹性夹片141、挡环143和金属块142。弹性夹片141安装在壳体4和主动轮12之间，它通常是被压紧在壳体4和主动轮12之间而依赖轴向压紧力实现固定。挡环143安装在弹性夹片141表面上(朝向从动板2的表面上)且与回油通道42、出油口44相配合。在一优选实施方案中，挡环143具有朝从动板2方向延伸的环形遮挡部，在该环形遮挡部上开设与回油通道42相配合的第一避让孔以及与出油口44相配合的第二避让孔，这样当第一避让孔与回油通道42错开时，第二避让孔与出油口44相通(此时封闭回油通道42而打开出油口44)；当第二避让孔与出油口44错开时，第一避让孔与回油通道42相通(此时封闭出油口44而打开回油通道42而)，有利于提高对回油通道42、出油口44控制的可靠性。金属块142安装在弹性夹片141的另一表面而朝向电磁组件，这样当电磁组件产生磁力时可以吸引金属块142而使得阀片总成14产生轴线移动。

在本实施例中，从动板2表面(面向壳体的表面)的边缘处开设有多圈齿槽22，壳体4的表面上开设有与齿槽22相配合的多圈齿圈45，齿槽22和齿圈45配合形成工作腔3。最外圈的齿槽22高度小于最内圈的齿槽22高度，最外圈的齿圈45高度小于最内圈的齿圈45高度。减小从动板2最外圈齿槽22的高度，这样最外圈齿槽22的工作面积减小，可有效降低分离转速、缩短分离时间，克服了现有从动件外圈齿槽与主动件工作腔内壁剪切硅油的面积大、会造成离合器分离缓慢或不分离的缺陷。即从动板2的齿槽22是台阶齿形式(即阶梯式齿槽)，最外圈齿槽22剪切硅油的面积要远小于内圈齿槽22的面积，最外圈齿槽22产生的扭矩减小，即使在工作腔中残留少量硅油的情况下，从动板2也不会因为外圈齿槽过大的剪切面积产生高转速。在一实施方案中，多圈齿槽22的高度由外向内增加，多圈齿圈45的高度也由外向内增加；优选将多圈齿槽22的高度由外向内先增加后保持一致，多圈齿圈45的高度也由外向内先增加后保持一致(具体的高度趋势、高度不同的齿槽数量等可以根据实际需要进行调节)，以进一步降低分离转速、缩短分离时间。

在本实施例中，阀片总成14(主要是弹性夹片141)将储油室8分隔成相通的两个腔室，定义其中与回油通道42相配合的腔室为第一储油腔(挡环143位于第一储油腔内)、另一腔室为第二储油腔(金属块142位于第二储油腔内)，第二储油腔的半径大于第一储油腔的半径，这样储油室8呈上小下大的异形结构而不是规则的环形腔体(以图1为基准)，有利于设置回油口43的位置。这就避免了离合器需要分离时，储油室8中的硅油由于离心力作用阻挡回油通道42中的硅油进入储油室8(储油室8中的硅油31在高速旋转时所处位置如图5所示)。工作腔3中的硅油可以全部进入储油室8，在发动机启动时，电控硅油离合器水泵不会立即以高转速运行，在发动机水温较低时并不需要水泵过高的工作转速，此时水泵叶轮会以较低转速运转。

在本实施例中，轴连轴承6的另一端部固定有转接块5(本例中，转接件5与轴连轴承6刚性连接)，从动板2则可拆卸地安装在转接块5上。如图6所示，从动板2包括板本体21，板本体21的中部开设有多个连接孔23，转接块5上也对应开设有多个连接孔，从而可以通过螺栓等紧固件将从动板2可拆卸地安装在转接块5上。将从动板2与轴连轴承6的芯轴采用转接件5过渡连接，替代了常规从动板2与轴连轴承6采用过盈压装等刚性连接(上同)方式，保证了在水泵装配过程中实现分体式、零件化的装配要求，装配工艺得到保证。

在本实施例中，电磁组件包括安装在轴承座10和主动轮12之间的隔磁环11(隔磁环11可以通过内外螺纹分别连接轴承座10、主动轮12)、通过支撑架安装在水泵体7上的磁轭13(磁轭13位于水泵体7和主动轮12之间)以及安装在磁轭13上的磁极15，此时磁极15沿轴连轴承6芯轴的轴向分布，这样磁力线没有分散，磁力稳定可靠。

上述改善分离性能的电控硅油离合器水泵的工作原理如下：

当ECU通过温度传感器采集到发动机的温度信号，给出相应的指令：

开启冷却：断开PWM电压，磁轭13上的磁极15失去磁力，阀片总成14复位，回油口43关闭、出油口44打开，储油室8中的硅油迅速流入工作腔3，产品处于耦合状态，从动板2通过轴连轴承6带动水泵叶轮开始正常旋转做功；

关闭冷却：接通PWM电压，磁轭13上的磁极15产生磁力，出油口44关闭、回油口43打开，工作腔3中的硅油迅速流入储油室8，产品处于分离状态，从动板2通过轴连轴承6带动水泵叶轮开始进入低速旋转状态。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改善分离性能的电控硅油离合器水泵，它包括主动机构、与所述主动机构相配合的从动机构、水泵体(7)、穿设在所述水泵体(7)上且与所述从动机构相连接的轴连轴承(6)、安装在所述轴连轴承(6)一端部的水泵叶轮以及电磁组件，其特征在于：

所述主动机构包括主动轮(12)、设置于所述主动轮(12)一侧的泵体前盖(1)、安装在所述主动轮(12)和所述泵体前盖(1)之间的壳体(4)、套装在所述轴连轴承(6)上的轴承座(10)以及阀片总成(14)；所述壳体(4)、所述主动轮(12)和所述轴承座(10)之间形成有储油室(8)，所述阀片总成(14)设置于所述储油室(8)内，所述壳体(4)与所述泵体前盖(1)之间形成容置空间；所述壳体(4)包括壳本体(41)、开设在所述壳本体(41)内的回油通道(42)以及开设在所述壳本体(41)内的出油口(44)；

所述从动机构包括安装在所述轴连轴承(6)另一端部且位于所述容置空间内的从动板(2)，所述从动板(2)与所述壳体(4)之间形成有工作腔(3)，所述工作腔(3)和所述储油室(8)分别通过所述回油通道(42)、所述出油口(44)相连通；

所述电磁组件用于通过通电或断电使所述阀片总成(14)产生轴向位移，以在关闭所述回油通道(42)时打开所述出油口(44)或在关闭所述出油口(44)时打开所述回油通道(42)。

2.根据权利要求1所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：定义所述容置空间在所述从动板(2)周面外侧的部分为刮油腔(101)，所述刮油腔(101)内设置有挡油环(9)。

3.根据权利要求2所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：定义所述回油通道(42)中与所述储油室(8)的连通处为回油口(43)、与所述容置空间的连通处为进油口(40)，所述回油口(43)与所述轴连轴承(6)轴心线之间的距离小于所述进油口(40)与所述轴连轴承(6)轴心线之间的距离。

4.根据权利要求3所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：所述进油口(40)与所述刮油腔(101)相连通且所述挡油环(9)与所述进油口(40)对应设置。

5.根据权利要求1所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：所述阀片总成(14)包括安装在所述壳体(4)和所述主动轮(12)之间的弹性夹片(141)、安装在所述弹性夹片(141)表面上且与所述回油通道(42)、所述出油口(44)相配合的挡环(143)以及安装在所述弹性夹片(141)另一表面上且与所述电磁组件相配合的金属块(142)；

优化地，所述挡环(143)上开设有与所述回油通道(42)相配合的第一避让孔以及与所述出油口(44)相配合的第二避让孔；

优化地，当所述第一避让孔与所述回油通道(42)错开时，所述第二避让孔与所述出油口(44)相通；当所述第二避让孔与所述出油口(44)错开时，所述第一避让孔与所述回油通道(42)相通。

6.根据权利要求1或2所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：

所述从动板(2)表面的边缘处开设有多圈齿槽(22)，所述壳体(4)的表面上开设有与所述齿槽(22)相配合的多圈齿圈(45)，所述齿槽(22)和所述齿圈(45)形成所述工作腔(3)，最外圈的所述齿槽(22)高度小于最内圈的所述齿槽(22)高度，最外圈的所述齿圈(45)高度小于最内圈的所述齿圈(45)高度；

优选地，多圈所述齿槽(22)的高度由外向内增加，多圈所述齿圈(45)的高度由外向内增加。

优选地，多圈所述齿槽(22)的高度由外向内先增加后保持一致，多圈齿圈(45)的高度由外向内先增加后保持一致。

7.根据权利要求1所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：所述阀片总成(14)将所述储油室(8)分隔成相通的两个腔室，定义其中与所述回油通道(42)相配合的腔室为第一储油腔、另一腔室为第二储油腔，所述第二储油腔的半径大于所述第一储油腔的半径。

8.根据权利要求1所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：所述轴连轴承(6)的另一端部固定有转接块(5)，所述从动板(2)可拆卸地安装在所述转接块(5)上。

9.根据权利要求1所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：所述轴连轴承(6)具有可转动的第一壳体(62)和第二壳体(63)，所述水泵体(7)套装在所述第一壳体(62)上，所述轴承座(10)套装在所述第二壳体(63)上。

10.根据权利要求1所述改善分离性能的电控硅油离合器水泵，其特征在于：所述电磁组件包括安装在所述轴承座(10)和所述主动轮(12)之间的隔磁环(11)、通过支撑架安装在所述水泵体(7)上的磁轭(13)以及安装在所述磁轭(13)上的磁极(15)。

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