CN1184884A - 风扇自动离合汽车水泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车发动机冷却系,是现代汽车水泵的重大改进,一种既是水泵又是风扇自动离合器,二者融为一体的节能水泵。其特征在于水泵上装置热敏元件,泵腔水温升高时,热敏材料受热膨胀,从而使摩擦副结合于是风扇转动,风扇的离或合纯系水温控制。风扇自动离合技术与子午线轮胎并列为载重汽车四大节能措施,节油率均为5～10%。全国载重汽车725万辆如能实施风扇自动离合技术,年节油300多万吨,价值百亿元。

Description

风扇自动离合汽车水泵

本发明涉及汽车发动机冷却系技术领域，一种将风扇自动离合与水泵完美地融为一体的节能汽车水泵。

节约能源是国家发展经济的一项长远战略方针。风扇自动离合技术与子午线轮胎并列为载重汽车四大节能措施，其节油率均为5～10％。子午线轮胎已列为国家重点推广项目而投入巨额资金。研究资料表明，汽车行驶时90％以上时间可以不用风扇而依靠近面风保证冷却。特别是我国东北、华北及西北等地区，幅员辽阔，气温低冬季长，据长春汽车研究所测定，这些地区全年大部分时间内几乎不需要或者只需不到5％时间工作。我国现有(95)货车(重、中、轻)725万辆，如能实现风扇自动离合技术年节油不少于300万吨，价值百亿元之巨。在当今世界面临能源日趋短缺之际，风扇无用功所造成的油耗应该引起汽车工业的极大重视。

现有国产汽车至今无法实施风扇自动离合技术，亦即现有汽车水泵只能泵送冷却水而不具备风扇自动离合功能。国外七十年代的硅油离合器之所以难能在国产汽车上应用的主要原因是：(1)散热器与风扇间距过小而无法安装，如移动散热器(80～100mm)势必要加长大梁、改制罩壳及百叶窗操纵杆等等；(2)硅油离合器依靠一只轴承支承在原水泵风扇座上，其悬臂振动加剧轴承磨损而使密封性能下降、硅油泄漏导致离合失效；(3)制造工艺难度较大、成本高、高密封性能轴承需要国外进口；(4)由于我国尘土路面占有四分之三以上，双金属盘簧表面粘上尘土后便降低节油效果。国外现已进入电子控制，液压或气压实现离合，如美国的HT550型温控气压式风扇离合器，彻底解决了硅油式的泄漏。

中国专利号89106615公开了“风扇自动离合汽车水泵”申请案，该发明在实施时出现许多缺点：1)感温器与水泵轴尾端制作为一体的工艺难度较大；2)水泵轴过长使内孔加工既困难又费时；3)簧力装置中定位杆质量较大，而离心力与转速的二次方成正比，因而定位的可靠性受到严重影响，4)装配，调试极为不便；5)依靠斜面推动钢球压紧摩擦副的压紧力过小，使应用大受限制。

本发明目的是，提供经重大改进后的风扇自动离合汽车水泵，仍保持原水泵的外形尺寸与安装方式，，但适应于所有车型风扇自动离合的要求。

实现上述目的方案是：将其制作成水泵与风扇离合器二部件，然后用螺钉联结一体。这样水泵轴长度缩短三分之一，同时内孔不再用作定位基准。感温器制成标准件置于叶轮内。采用圆偏心杠杆以获得足够大的轴向压紧力。改定位杆为钢珠，其产生的离心力可忽明不计而提高定位性能。改进后，性能可靠、装配、调试及维修极为方便，各种泵型通用件超过四分之三而大大降低制造成本。

以下结合附图对本发明作进一步详细描述

图1是本发明的一种具体结构的装配图

图2、图3分别是风扇离合器部件与水泵部件的装配图

图4、图5是两种不同结构型式的热敏元件装配图

图6是风扇瞬间离或合的工作原理图

参照图1、图3水泵部件主要由叶轮(1)，热敏元件(5)、水泵轴(8)、原壳(2)、轴承(9)，石墨陶瓷水封(3)及皮带轮(12)构成，其中叶轮依靠联接件(6)与水泵轴联接，水封置于水泵轴与叶轮之间防止漏水，水泵轴由轴承支承在泵壳内，热敏元件作为独立部件装在叶轮之内，由套圈(4)与孔用档圈定位。水泵轴内孔有一只阶梯状推杆(7)，推杆一端与联接件内孔滑配并与热敏元件顶端接触，前端与蓄力杆(32)内孔滑配并与芯杆(27)的轴端接触，套在推杆前端的蓄力弹簧(10)分别以推杆与蓄力杆的轴肩为支承面，皮带轮与水泵轴之间采用螺纹联接并以轴用档圈J卡住轴头，防止反向时从水泵轴中脱出，螺纹联接的优点在于加工、装、拆均极为方便，且在传递动力时绝不会松动及轴向尺寸小。

参照图1、图4热敏元件(5)由顶杆(33)、密封盖(34)筒状铜本体(35)、热敏材料(36)及橡胶管(37)构成，其中热敏材料为高温蜡与铜粉的混和物，熔化时产生体积足够大的膨胀力，因而被用作本发明的动力源。热敏材料制成小圆筒状套在橡胶管之外一起装在铜本体之中，橡胶管呈T字型，内有一盲孔，孔底部与插入孔中的顶杆锥端具有相同的锥度，密封盖压紧橡胶管端面，将本体开口端冲压反边铆死密封盖，严防热敏材料泄漏。密封盖中的小孔与顶杆外圆滑配。

参照图5为另一种热敏元件结构形式。它由顶杆(38)、管状密封盖(39)、液压油(40)、橡胶膜片(41)、热敏材料(42)、筒状铜本体(43)、橡胶密封塞(44)及塑料片(45)构成。其中热敏材料为高温蜡和铜粉的混和物置于本体内，并依次放入橡胶膜片与管状密封盖后，将本体开口端冲压反边铆死密封盖严防热敏材料泄漏。在管状密封盖与膜片结合面之间有一凸透镜状空腔储存液压油，再在密封盖内孔中依次装配密封塞、塑料片及顶杆。其工作原理是：当泵腔水温升至某一温度时，铜本体内蜡熔化、体积膨胀将膜片鼓起，液压油受压后便依次推动密封塞、塑料片及顶杆；反之，当水温下降，蜡凝固体积缩小，依靠蓄力弹簧力经推杆将顶杆、塑料片、密封推至原来状态。

参照图1、图2及图6、风扇离合器部件主要另件及结构形式为：花键盘(31)、与花键盘联接一体的芯轴(24)、芯轴轴头上的轴承(22)、由轴承支承的风扇座(21)、风扇座与花键盘之间的钢片(15)、摩擦片(17)，其中钢片外花键与风扇座花键槽滑配，摩擦片内花键与花键盘花键槽滑配，钢片与摩擦片构成传递动力的摩擦副，摩擦副间隙由调节环(14)调节，顺时针转动间隙变小，反之则增大。花键盘另一侧有间隔120°的三处U字型凸缘，凸缘小孔中的销轴(19)用作离合杠杆(20)的转动轴，形成离合杠杆外周三压紧点与摩擦副接触，内端穿过芯轴(24)上的定位槽C而与孔中蓄力杆(32)槽壁接触，推动蓄力杆时，离合杠杆便沿定位槽C摆动而使摩擦副压紧或松开。蓄力杆上车出A、B二直槽，槽底小圆角防止热处理时应力集中而产生裂纹，花键盘与芯轴各自加工后装配成一体，然后在指向轴心线方向钻三孔，孔外端攻丝，孔内依次装进钢珠(28)、弹簧(29)及螺钉(30)，用以卡住A槽或B槽使蓄力杆轴向定位，钢珠的卡紧力由螺钉调节弹簧力，钢珠与离合杠杆间隔60°。车成小径一轴肩一大径形式的芯杆(27)，其小径与蓄力杆滑配，大径穿过复位弹簧(26)与螺母(25)内孔滑配，螺母用来调节复位弹簧压缩力。

参照图1、图2、图3花键盘孔D与皮带轮外圆d配合，通过风扇座上的孔K依次拧紧螺钉(11)，便二部件联接成完整的风扇自动离合汽车水泵，此时泵中的蓄力弹簧(10)压紧蓄力杆(32)，推杆(7)前端与蓄力杆内孔滑配且与芯杆(27)接触。

当发动机发动时，曲轴皮带轮驱动水泵皮带轮(12)，使叶轮(1)旋转泵送冷却水。随着泵腔水温升高至某一温度时，热敏元件(5)中的热敏材料蜡(36)熔化体积膨胀，其膨胀力通过橡胶管(37)作用在顶杆(33)的锥面上，作用力的轴向分力将顶杆慢慢挤出，经推杆(7)压缩蓄弹簧(10)，同时推动芯杆(27)使复位弹簧(26)压缩，至一定时，蓄力弹簧的压缩力克服钢珠(28)的卡住力而将蓄力杆(32)向前弹去，A槽壁推动离合杠杆(20)压紧摩擦副则风扇便随皮带轮高速转动，此时，蓄力杆被钢珠卡住B槽；反之，当水温下降时，蜡开始凝固体积收缩，蓄力弹簧经推杆将顶杆推回原位置，复位弹簧力减去蓄力弹簧力后而能克服钢珠卡住力时，便将蓄力杆弹回，随之推动离合杠杆，则摩擦副卸去压紧力而分离，风扇随之缓慢空转。钢珠再次卡住A槽。离合杠杆采用转动中心与压紧面曲率中心不重合圆偏心杠杆的，因为圆偏心杠杆具有自锁和较大的增力系数。臂(13)与螺钉(16)组成摩擦副间隙调整置，其中臂与调节环联接，臂另一端上的螺钉(16)插入风扇座上均布的小孔后，调节环即不能转动。当风扇自动离合失效时，旋动调节环便摩擦副结合后将螺钉(16)插入孔中，则风扇始终随此带轮转动。

耐磨片(18)置于离合杠杆与摩擦片之间，减少压紧面摩擦力。

螺栓(23)用作轴承(22)轴向限位。

Claims (4)

1、一种风扇自动离合汽车水泵，其特征在于：

a)叶轮(1)、叶轮内热敏元件(5)、与叶轮联接的水泵轴(8)、泵壳(2)、泵壳内支承水泵轴的轴承(9)、水泵轴内孔中与热敏元件顶端接触的推杆(7)、套在推杆前端并以轴肩为支承面的蓄力弹簧(10)、石墨陶瓷水封(3)以及与水泵轴采用螺纹联接并以挡圈J卡住的皮带轮(12)构成水泵部件；

b)热敏元件(5)由顶杆(33)、密封盖(34)、铜本体(35)、热敏材料(36)及橡胶管(37)构成，其中热敏材料为高温蜡与铜粉的混合物置于橡胶管与铜本体之间，橡胶管呈T字型，内有一盲孔，孔底部与插入孔中的顶杆锥端具有相同的锥度，密封盖压紧橡胶管端面，将本体开口端冲压反边铆死密封盖，严防热敏材料泄漏，密封盖中的小孔与顶杆外圆滑配；

c)花键盘(31)、与花键盘联接一体的芯轴(24)、轴头上轴承(22)、轴承支承的风扇座(21)、风扇座花键槽与花键盘花键槽之间分别与钢片(15)、摩擦(17)的外花键及内花键滑动配合，组成传递功能的摩擦副，调节摩擦副间隙的调节环(14)、花键盘另一侧均布三处U字型凸缘，凸缘小孔中的销轴(19)用作离合杠杆(20)的转动轴，形成离合杠杆外周三压紧点与摩擦副接触，内端穿过芯轴上的定位槽C与孔中蓄力杆(32)槽壁相接触，推动蓄力杆时离合杠杆便沿定位槽C摆动，而使摩擦副压紧或松开，蓄力杆(32)上车出A、B二直槽，花键盘与芯轴联接件上有指向轴心线的三孔，孔内的钢珠(28)依靠弹簧(29)卡入A或B槽使蓄力杆轴向定位，弹簧力由螺钉(30)调节，钢珠与离合杠杆间隔60°，车成小径—轴肩—大径形式的芯杆(27)，其小径与蓄力杆内孔滑配，大径穿过复位弹簧(26)与螺母(25)内孔滑配，螺母用来调节弹簧的压缩力，从而构成风扇离合器部件；

d)花键盘孔D与皮带轮外圆d配合，通过风扇座孔K依次拧紧螺钉(11)，使二部件联接成完整的自动离合汽车水泵，此时水泵中的蓄力弹簧(10)压紧蓄力杆(32)，推杆(7)前端与蓄杆内孔滑配且与芯杆(27)接触。

2、按权利要求1所述的风扇自动离合汽水泵，其特征在于：热敏元件(5)由顶杆(38)管状密封盖(39)、液压油(40)、橡胶膜片(41)、热敏材料(42)、筒状铜本体(43)、密封塞(44)及胶塑料片(45)构成，其中热敏材料为高温蜡与铜粉混合物置于本体内，并依次放入橡胶膜片与管状密封盖后，将本体开口端冲压及边铆死密封盖严防热敏材料泄漏，在管状密封盖与膜片结合面之间有一凸透镜状空腔储存液压油，再在管状密封盖内孔中依次装配密封塞，塑料片及顶杆。

3、按权利要求1或2所述的风扇自动离合汽车水泵，其特征在于：离合杠杆(20)为一圆偏心杠杆，即杠杆的摆动中心与压紧面曲率中心不重合。

4、按权利要求1或2或3所述的风扇自动离合汽车水泵，其特征在于：臂(13)与螺钉(16)组成摩擦副间隙调整装置，其中臂的一端与调节环(14)联接，另一端有螺钉(16)，螺钉插入风扇(21)圆锥面上均布小孔中时，调节环便不能转动。

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