CN116324178A - 可变机械汽车冷却剂泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可变机械汽车冷却剂泵(10),其包括可旋转的叶轮(20),该可旋转的叶轮可共同旋转地连接到可旋转的转子轴(30)上。冷却剂泵还包括不可旋转的控制套筒(40),该控制套筒具有中空圆筒形的控制套筒主体(45),该中空圆筒形的控制套筒主体在静止的引导圆筒(70)内被轴向可滑动地引导，用于通过关闭或打开叶轮(20)的排放径向外侧(21)来调节可变机械汽车冷却剂泵(10)的流量。冷却剂泵还设有至少一个单独的引导器件(60),其在静态引导圆筒(70)内引导控制套筒(40)的径向外侧(42)。因此，控制套筒(40)和静态引导圆筒(70)之间的磨损减小，并且滑动表面的摩擦配对可以单独选择。

Description

可变机械汽车冷却剂泵
技术领域
本发明涉及一种可变机械汽车冷却剂泵。
背景技术
冷却剂泵用于提供和调节冷却内燃机的冷却剂流，从而防止发动机部件过热。冷却剂泵与内燃机的曲轴机械联接，例如通过皮带驱动。由于恒定的传动比，冷却剂泵转子的转速总是与曲轴的转速成比例，而不是与内燃机的冷却性能要求成比例。因此，可变机械汽车冷却剂泵变得越来越普遍。
一种类型的可变机械汽车冷却剂泵设置有可切换离合器，以在不需要冷却剂循环时，将泵的驱动轴与由内燃机曲轴驱动的皮带驱动装置分离。
在WO 2019/042530 A1中，公开了一种可变机械汽车冷却剂泵的替代泵类型，其具有限定阀的轴向可滑动控制套筒。为了降低泵的流量，可轴向滑动的控制套筒可以关闭泵内叶轮的径向排放区域，该叶轮由内燃机的曲轴通过皮带驱动装置机械驱动。根据所需的冷却剂流量，可以将中空圆筒形控制套筒推到叶轮上，覆盖叶轮的径向排放区域。使用这种控制套筒，叶轮的径向排放区域也可以完全关闭，以便在发动机冷起动阶段完全液压阻断冷却剂泵。
控制套筒由液压致动系统致动，该液压致动系统被提供有来自泵送室的加压冷却剂。控制套筒的外圆筒表面和引导圆筒的内圆筒表面之间的泄漏必须非常低，以确保液压控制室内的恒定压力水平。因此，接触面之间的小液压间隙是必要的。因此，关于控制套筒和引导圆筒的制造精度的要求很高，导致部件的高成本生产。
由于高精度要求，控制套筒由金属材料制成。泵壳内的引导圆筒也由金属材料制成，因此机加工的金属接触面之间的磨损很大。控制套筒的不准确引导会导致控制套筒在引导圆筒中倾斜，从而会额外地增加磨损。控制套筒的倾斜可能由例如压力波动、冷却剂内的污染颗粒或部件接触表面的不精确制造过程引起。
为了减少磨损，引导圆筒的内圆筒表面和控制套筒的外筒表面设有耐磨涂层。
高精度要求和额外的耐磨涂层导致冷却剂泵的生产过程成本高。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种节省成本且可靠的汽车冷却剂泵。
该目的通过具有权利要求1的特征的可变机械汽车冷却剂泵来实现。
根据本发明的可变机械汽车冷却剂泵设置有可旋转的叶轮，该叶轮与可旋转的转子轴可共同旋转地连接，该转子轴例如由内燃机的皮带驱动装置机械驱动。
根据本发明的可变机械汽车冷却剂泵还设置有不可旋转且可轴向滑动的控制套筒，该控制套筒具有由静态引导圆筒引导并位于静态引导圆筒内的中空圆筒形控制套筒主体，该静态引导圆筒例如加工并限定在铸造的静态泵壳体内。
根据本发明，可变机械汽车冷却剂泵设有单独的引导器件(means)，该引导器件在静态引导圆筒的内圆筒表面内引导可滑动的控制套筒。引导器件基本上在整个圆周上围绕控制套筒的外圆筒表面，使得控制套筒的外圆筒表面不与静态引导圆筒的内圆筒表面直接接触。
优选地，控制套筒的外圆筒表面和静态引导圆筒的内圆筒表面之间的大致圆筒形间隙的径向延伸至少为0.5毫米
通过应用单独的引导器件，静态引导圆筒的滑动表面和引导器件之间的摩擦配对是可自由选择的，从而控制套筒和引导器件都可以根据它们各自的功能设置有最佳的材料。例如，提供低摩擦力和高密封特性的塑料引导器件可以与高强度和高形状稳定性的金属控制套筒结合。
在本发明的优选实施例中，调节叶轮排放流速的控制套筒的轴向位置是连续可适应的。
控制套筒的致动可以通过不同类型的致动系统来实现，并且优选地设置有液压致动系统。液压致动系统设置有液压控制室，该液压控制室对控制套筒的轴向端面是流体有效的。液压力轴向推动叶轮上的控制套筒，从而关闭叶轮的径向排放区域。用于液压致动控制套筒的高液压优选地由位于叶轮后侧的附加侧通道泵转子装置提供。由于这种高液压，液压控制室的控制质量基本上取决于单独的引导器件的密封质量，因此引导器件的液压质量对于控制滑块的精确液压致动是至关重要的。
控制套筒的返回机构可以通过弹簧支撑的返回机构或者通过提供第二液压控制室来实现，该第二液压控制室例如由内部静态支撑器件和控制套筒的第一轴向端面的相对侧上的轴向端面来限定。因此，泵可以纯液压驱动，从而不需要额外的电动机来提供高驱动力。
在本发明的优选实施例中，引导器件由非封闭的环形引导器件主体限定，该环形引导器件主体设有补偿狭缝。该补偿狭缝允许环形引导器件主体的总周长适应滑动表面的几何不准确性。为了平衡与公差相关的不平等，引导器件主体的形状和尺寸可以适应内部引导圆筒表面的形状和尺寸。补偿狭缝还允许适应由控制套筒和静态引导圆筒之间的热膨胀差异导致的几何变化。
在本发明的优选实施例中，引导器件的轴向延伸小于控制套筒的总轴向延伸的25％，使得控制套筒不在整个外圆筒表面上被引导。这导致滑动接触表面的减少，从而引导器件和静态引导圆筒之间的摩擦相对较低。低摩擦力允许相对低的液压致动力，使得冷却剂泵的致动系统的功率消耗降低，导致泵的效率增加。此外，较低的液压致动力导致液压控制室中较低的液压压力，这增加了引导器件的密封效率并减少了引导器件上的泄漏。
在本发明的一优选实施例中，控制套筒由两个单独的引导器件引导，并且优选地正好由两个引导器件引导，用于提供在滑动方向上具有一个自由度的静态确定的系统。引导器件优选地布置成在两个引导器件之间彼此相距至少一个引导器件的轴向延伸的距离。两个远离的引导器件的应用避免了控制套筒在静态引导圆筒内的相关倾斜。
优选地，引导器件主体设有迷宫式补偿狭缝。该迷宫式补偿狭缝包括两个轴向取向的狭缝部分，每个狭缝部分从引导器件主体的两个轴向端面延伸，以及连接两个轴向取向的狭缝部分的周向取向的狭缝部分。周向取向的狭缝部分的狭缝宽度非常小，以避免冷却剂在引导器件上的相关泄漏。周向取向的狭缝部分的狭缝宽度也可以基本为零。轴向取向的狭缝部分的狭缝宽度大于周向取向的狭缝部分的狭缝宽度，以允许环形引导器件主体适应控制套筒和静态引导圆筒之间的制造不准确性和热膨胀差异。
在本发明的一个优选实施例中，引导器件嵌入控制套筒主体中。为了固定引导器件，控制套筒主体优选地在控制套筒主体的外圆筒表面上设有环形凹槽。引导器件主体径向延伸控制套筒的外圆筒表面至少20％的引导器件主体径向厚度，使得引导器件不完全嵌入控制套筒中。引导器件由此防止控制套筒接触静态引导圆筒。凹槽底表面径向支撑引导器件，凹槽的侧壁防止引导器件沿着控制套筒的外圆筒表面轴向滑动。凹槽侧壁还通过在轴向方向上在引导器件和凹槽表面之间提供额外的迷宫式间隙来提高密封效率。由于引导器件与引导圆筒的内圆筒表面相适应，即使引导器件没有完全接触凹槽底表面，密封效率也由凹槽的侧壁来保证。
在本发明的优选实施例中，引导器件由塑料材料制成。许多塑料材料的特征在于良好的滑动特性和与金属材料结合的低摩擦系数，这降低了滑动摩擦和部件的滑动接触表面的磨损。塑料引导器件的良好滑动特性也导致低的液压致动力，使得液压控制室中的液压压力降低。
许多塑料材料具有高弹性变形能力，因此塑料引导器件容易适应静态引导圆筒的内圆筒表面的形状和尺寸，从而提高引导质量和密封效率。结果，可以降低静态引导圆筒的制造精度，从而节省冷却剂泵的生产成本。
应用塑料引导器件代替高成本的耐磨涂层，结合较低的制造精度要求，使得冷却剂泵制造过程的成本效率显著提高。
在本发明的优选实施例中，可滑动控制套管由铝基材料制成。铝基材料的特点是密度低，从而导致重量轻，这减轻了冷却剂泵的重量。铝基材料还具有高强度和高形状稳定性。
附图说明
参考附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了包括根据本发明的控制套筒的可变机械汽车冷却剂泵的示意性纵向截面图，和
图2示出了图1的控制套筒的示意性透视图。
具体实施方式
图1示出了可变机械汽车冷却剂泵10，例如用于为内燃机提供液体冷却剂。冷却剂泵10包括叶轮20，叶轮20可共同旋转地连接到转子轴30。转子轴30例如由内燃机的皮带驱动装置驱动。冷却剂泵10还包括不可旋转且可轴向滑动的控制套筒40，中空的圆筒形控制套筒主体45包括两个独立的塑料引导器件60,60’,每个塑料引导器件由非封闭的环形引导器件主体61限定。引导器件主体61将控制套筒40可滑动地支撑在静态引导圆筒70内和静态引导圆筒70处。冷却剂泵10还包括引导控制套筒40的径向内部的静态内部支撑圆筒50。
叶轮20布置在泵送室25内，并包括圆盘型叶轮主体22，叶轮主体22具有多个整体形成的叶轮叶片26，叶轮叶片26基本上径向取向成扇形布置。叶轮20的轴向前吸力侧23被盖环28部分覆盖，盖环28可共同旋转地连接到叶轮叶片26。在轴向前吸入侧23处，盖环28设有圆筒形突起27，该突起27限定了液体冷却剂的轴向中心入口。旋转的叶轮叶片26通过盖环28内的圆筒形突起27从泵的轴向前吸入侧23吸入液体冷却剂。由于离心力，叶轮叶片26径向向外加速液体冷却剂。液体冷却剂通过由盖环28和叶轮主体22限定的径向排放环开口24排放到出口蜗壳29中，出口蜗壳29周向包围叶轮20。
可轴向滑动的控制套筒主体45设有两个支撑环凹槽46,46’,用于径向支撑和轴向固定非封闭环形引导器件主体61。两个引导器件60,60’在静态引导圆筒70内引导控制套筒40，并流体分离第一液压控制室100和泵室25。
控制套筒40通过用通过静态引导圆筒70的轴向端面75中的入口102进入的加压冷却剂对第一液压室100加压来致动，从而在控制套筒40的轴向端面101处施加液压力。所施加的高液压力将中空圆筒形控制套筒主体45沿关闭方向推过叶轮20，从而径向排放环开口24被关闭以液压阻止冷却剂泵送。
控制套筒40的内部由内部静态支撑圆筒50支撑，内部静态支撑圆筒50在控制套筒主体45内限定第二液压控制室105。第二液压室105由两个密封环58,59密封。一个密封环58布置在内支撑圆筒50的外圆筒表面52处的相应凹槽53中。第二密封环59布置在控制套筒主体45的内圆筒表面49处的相应凹槽54中。为了致动控制套筒40，第二液压控制室105可以被通过入口56进入的冷却剂加压，该入口56与支撑圆筒50内的偏心且轴向取向的孔55连接，以在控制套筒主体45的第二轴向端面106处提供相反的液压力。该相反的液压力沿相反的打开方向推动控制套筒40，以打开叶轮20的径向排放环开口24。
用于致动控制套筒40的液压由侧通道泵90提供，该侧通道泵90由叶轮20的后侧和内部支撑圆筒50的相对轴向端面51限定。加压冷却剂通过内部静态支撑圆筒50和旋转转子轴32之间的环形通道95流到两个并联流体连接的电磁压力控制阀80,85。控制阀80,85调节每个液压控制室100,105内的液压，以使控制套筒40的轴向位置适应冷却系统的冷却性能要求。第一压力控制阀80将第一液压控制室100的入口102与环形通道95流体连接，该环形通道95被提供有来自侧通道泵90的加压冷却剂。第二压力控制阀85通过支撑圆筒50中的孔55将第二液压控制室105的入口56与环形通道流体连接。
图2示出了控制套筒40的示意性透视图，该控制套筒40具有中空圆筒形控制套筒主体45和由非封闭环形引导器件主体61限定的两个引导器件60和60’。引导器件主体61由塑料材料制成，例如“iglidur H370”。每个引导器件主体61布置在铝控制套筒主体45的外圆筒表面42处的相应支撑凹槽46,46’内，以径向支撑引导器件主体61并轴向固定引导器件主体61防止轴向位移。两个引导器件60,60’布置成轴向距离d约为引导器件主体61的轴向长度e的150％。
引导器件主体61设有迷宫式补偿狭缝65，其包括两个轴向取向的狭缝部分65,66和一圆周取向的狭缝部分68。每个轴向取向的狭缝部分65,66从引导器件主体61的两个轴向端面中的一个轴向延伸。圆周取向的狭缝部分68连接两个轴向取向的狭缝部分65,66，使得引导器件主体61不是完全机械封闭的。轴向取向狭缝部分65,66的狭缝宽度大于周向取向狭缝部分68的宽度。轴向取向的狭缝部分65,66允许引导器件主体61的圆周尺寸的适应，以补偿由控制套筒40和静态引导圆筒70之间的不精确制造和热膨胀导致的几何变化。周向取向的狭缝部分68非常小或者可以基本为零，以避免引导器件60,60’上的相关泄漏。结果，机械上未关闭并因此可适应的引导器件主体61被液压地关闭。

Claims (10)

1.一种可变机械汽车冷却剂泵(10)，具有：
可旋转的叶轮(20)，该可旋转的叶轮与可旋转的转子轴(30)是可共同旋转地连接的，
不可旋转的控制套筒(40)，具有中空圆筒形的控制套筒主体(45)，该中空圆筒形的控制套筒主体在静止的引导圆筒(70)内被轴向可滑动地引导，用于通过关闭或打开叶轮(20)的排放径向外侧(21)来调节可变机械汽车冷却剂泵(10)的流量，和
至少一个单独的引导器件(60)，该至少一个单独的引导器件在静态引导圆筒(70)内引导控制套筒(40)的径向外侧(42)。
2.根据权利要求1所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中所述控制套筒(40)的轴向位置是连续可适应的，使得所述叶轮(20)的排放径向外侧(21)的开口横截面积是完全可变的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中液压致动系统设有用于致动控制套筒(40)的液压控制室(100，105)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中所述引导器件(60)由设有补偿狭缝(65)的非封闭环形的引导器件主体(61)限定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中所述引导器件(60)的轴向长度(e)小于所述控制套筒(40)的轴向长度(F)的25％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中所述控制套筒(40)由两个独立的引导器件(60，60’)引导。
7.根据权利要求3-5所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中所述引导器件主体(61)设有迷宫式补偿狭缝(65)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中所述引导器件(60)嵌入所述控制套筒主体(45)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中所述引导器件(60)由塑料材料制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的可变机械汽车冷却剂泵(10)，其中可滑动控制套筒(40)由铝基材料制成。
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