CZ4398A3

CZ4398A3 - Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla

Info

Publication number: CZ4398A3
Application number: CZ9843A
Authority: CZ
Inventors: Eugen Dr. Schmidt
Original assignee: Eugen Dr. Schmidt
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 1999-09-15
Also published as: JP4031858B2; EP0855515A1; ES2187716T3; US6007303A; JPH116433A; EP0855515B1

Description

Čerpadlo, zejména regulovatelné Čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla

Oblast techniky

Vynález se týká čerpadla, zejména regulovatelného čerpadla chladicího prostředku pro motorová vozidla, které je prostřednictvím řemenice přímo poháněno od spalovacího motoru.

Dosavadní stav techniky

U spalovacích motorů chlazených vodou se všeobecně používají čerpadla chladicího prostředku provedená jako rotační čerpadla, jejichž ložiskové hřídele jsou přímo poháněny od klikového hřídele motoru například pomocí ozubených řemenů. U velkého počtu těchto známých čerpadel chladicího prostředku je průtočný prostor vytvořen v bloku spalovacího motoru a ložisková skříň ložiskového hřídele, na jehož volném konci se nachází oběžné kolo odstředivého čerpadla, je oddělitelně spojena se skříní spalovacího motoru. Poněvadž jsou na jednom ložiskovém hřídeli uloženy jak řemenice, tak i oběžné kolo odstředivého čerpadla, odpovídá počet otáček řemenice vždy pučLu úLáčěk oběžiléliu kola středku a je proporcionální vzhledem k otáčkám motoru.

Pro utěsnění průtočného prostoru vzhledem k ložiskové skříni musí být na ložiskovém hřídeli uspořádána těsnění. Ve známém stavu techniky jsou uváděna různá uspořádání těsnění pro čerpadla chladicího prostředku. Tak například spisy

DE 38 19 180, DE 42 03 391, DE 44 09 537 a DE 44 36 879 po2

pisují rozdílná provedení takových těsnění. Všem těmto konstrukčním provedením je společné to, že se k utěsnění ložiskové skříně vzhledem k průtočnému prostoru používají těsnicí jednotky s kluzným těsněním obepínajícím ložiskový hřídel. Aby byla zajištěna těsnost tohoto kluzného těsnění, musí kluzný kroužek těsnění přiléhat na protilehlý kroužek silou alespoň jedné tlačné pružiny. Z tohoto důvodu těsnicí jednotky, uváděné ve stávajícím stavu techniky, sestávají z většího počtu různých funkčních konstrukčních skupin, které jsou značně náročné na montážní a/nebo výrobní náklady a kromě toho j sou poruchové.

Jiná známá a méně poruchová možnost pohonu a utěsnění průtočného prostoru vzhledem ke straně pohonu je například popsána ve spisech DD - 66 334, US 3,354,833, US 4,674,960 a DE 41 21 344. U konstrukcí, které jsou zde uvedeny, jsou použity čelní otočné spojky s permanentními magnety. Přitom, zejména u posledních dvou vynálezů, jsou proti sobě uspořádány dva axiální vícepólové sektorově magnetizované kruhové magnety. Poněvadž se u těchto čelních otočných spojek s permanentními magnety vždy jedná o synchronní spojky, je jejich značnou nevýhodou, že při překročení maximálně přenositelného momentu se spojka odtrhne a může být opět zapojena až po zastavení pohonu. Z tohoto důvodu jsou čelní otočné spojky s permanentními magnety pochopitelně nevhodné pro přímý pohon čerpadla chladicího prostředku v motorovém vozidle a jako přímé pohony tohoto druhu se v praxi dosud nemohly prosadit.

Jak je však zřejmé z textu spisu DE 41 21 344 a také z obrázků ve spisu US 3,354,833, používají se pro pohon takových Čelních otočných spojek s výhodou elektromotory opatřené například elektronickou regulací, které také umožňují pomalý rozběh. Řešení vodního čerpadla pro motorová vozidla s magnetickou spojkou a s přímým pohonem oběžného kola, popsané v DE 36 43 565, má vzhledem k provedení znázorněnému na obr. 1 tohoto spisu kromě velmi malého maximálního přenositelného momentu také výše zmíněný nedostatek odtržení spojky při překročení maximálně přenositelného momentu. Provedení, znázorněné na obr. 2 tohoto spisu, sice umožňuje přenášení vyššího kroutícího momentu, kromě jiného však v důsledku zde popsaného a podle vynálezu provedeného uložení oběžného kola dochází k pružné deformaci dělicí stěny a tím nutně také k provozním poruchám.

Proto byla zejména pro pohon oběhových čerpadel chladicího prostředku navržena permanentně magnetická centrální otočná spojka, popsaná například ve spisu DE 41 10 488. U těchto konstrukčních provedení je oběžné kolo poháněno pomocí kruhového magnetu, uloženého v prostoru pouzdra hrncovitého tvaru. Tento hnací kruhový magnet obíhá okolo hrncovitého pouzdra. Přesto, že se v důsledku obvodově uspořádaných permanentních magnetů dosahuje vyššího maximálně přenositelného kroutícího momentu, jedná se i u této centrální otočné spojky o synchronní spojku se všemi výše popsanými nedostatky. Aby při používání spojek tohoto druhu pro pohon čerpadel chladicího prostředku v motorových vozidlech nedocházelo k nežádoucímu odtrhování spojky, vybavují se i tyto spojky přídavnými elektrickými pohony. Taková inte4 * * a φ · Φ * ·· · · • Φ φ · a · * · ♦ · · ·

Φ·Φ· Φ · ♦ · · · · * Φ · Φ φ · · Φ φ · φ φ φ # «··*«·· φφφ grovaným vlastním pohonem vybavená čerpadla chladicího prostředku je samozřejmě možné velmi dobře regulovat, vyžadují však větší prostor a jejich výroba je relativně nákladná.

Poněkud méně nákladná varianta čerpadla chladicího prostředku s variabilním čerpacím chováním je popsána ve spisech DE 43 25 627 a DE 43 35 340. V těchto případech se jedná o čerpadla s degresivním čerpacím chováním, přímo poháněná od klikového hřídele. Oběžné kolo čerpadla chladicího prostředku přitom není přímo poháněno řemenovým pohonem, jehož rychlost závisí na otáčkách motoru, ale prostřednictvím vložené o sobě známé kapalinové třecí spojky. Tato spojka je schopna regulovat určité příliš vysoké otáčky. Přitom degresivní čerpací chování s omezením celkového objemu proudu má vliv na zlepšení kavitačního chování chladicího okruhu. Podle dalšího provedení vynálezu může tato kapalinová třecí spojka být regulována vodou v závislosti na teplotě chladicího prostředku. Pro pohon oběžného kola Čerpadla to znamená, že oběžné kolo je v době, kdy je motor studený, poháněno jen určitým počtem otáček volného chodu a teprve po dosažení určité teploty chladicího prostředku a v závislosti na otáčkách motoru se zapojuje s degresivním čerpacím chováním.

Podstatným nedostatkem tohoto kapalinovou třecí spojkou opatřeného regulovatelného čerpadla chladicího prostředku pro motorová vozidla, s přímým pohonem od spalovacího motoru, je jeho potencionální poruchovost. Tato potencionální poruchovost systému kapalinovou třecí spojkou regulovaného čerpadla chladicího prostředku je opět důsledkem nutného utěsnění prostoru spojky vzhledem k průtočnému prostoru * · · · * « « · · · · ♦ • · · * · * · · · · · • · · · · ♦ · · · o·· · · ♦ · » · «·· ··* chladicího prostředku, například silikonovým olejem. Pokud dojde za provozu k porušení tohoto těsnění, vnikne chladicí prostředek do prostoru spojky, což vede k úplnému zastavení činnosti Čerpadla chladicího prostředku a nutně také k úplnému zastavení chodu motoru.

Všechna další od klikového hřídele přímo poháněná Čerpadla chladicího prostředku, obsažená ve stavu techniky, se ve fázi ohřevu motoru ihned zapojují a zahajují tak odvádění tepla, vyráběného v motoru, které však motor ve fázi ohřevu nutně potřebuje.

V důsledku tohoto okamžitě zapojeného nuceného chlazení se tak nutně prodlužuje doba potřebná pro zahřátí motoru. Současně má okamžitě zapojené nucené chlazení motoru kromě zvýšení emise výfukových plynů také za následek zvýšenou spotřebu pohonných hmot.

Kromě toho má i provoz tohoto čerpadla chladicího prostředku, jehož chladicí výkon není v době zahřívání motoru nutný, také v tomto provozním stavu za následek nežádoucí zvýšení spotřeby pohonných hmot.

Úkolem vynálezu je proto vyvinout čerpadlo, zejména čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla, které nemá výše uvedené nedostatky a které bude možno pohánět přímo, například řemenovým pohonem, od klikového hřídele spalovacího motoru, u něhož také nebude nutné žádné těsnění hřídele pro utěsnění průtočného prostoru vůči ložiskové skříni hnací řemenice, které se bude vyznačovat vysokou bezpečností provozu a spolehlivostí, jakož i minimálními výrobními a montážními náklady a v celém provozním režimu motoru znač6 • · · · ··· ··· ně zredukuje emise spalin a zejména spotřebu paliva.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je tento úkol vyřešen zařízením, jehož podstatou je, že na jednom z obou hřídelů spojky je uspořádán jeden nebo několik sektorově magnetizovaných magnetů a na přiřazeném druhém hřídeli spojky je s odstupem od první části spojky prostřednictvím nemagnetické dělicí stěny, například tvaru víka, uspořádána vodotěsně oddělená druhá část spojky, u níž je na povrchu spojky, ležícím proti magnetům první části, uspořádán hysterezní materiál, a šířka vzduchové mezery mezi oběma Částmi spojky je variabilní v závislosti na momentálním provozním stavu spalovacího motoru.

Tímto řešením se dosahuje, že na výstupní straně již počínaje malými relativními otáčkami mohou být na oběžné kolo čerpadla přenášeny kroutící momenty až po celý rozsah konstantně zůstávajícího maximálního kroutícího momentu. Spojka podle vynálezu má za následek přenos kroutícího momentu, který vede k výraznému zlepšení kavitačního chování čerpadla chladicího prostředku. Přitom uspořádání podle vynálezu způsobuje, že například při konstantní vzduchové mezeře, počínaje již malými relativními otáčkami, může být na oběžné kolo přenášen relativně vysoký a se vzrůstajícím relativním počtem otáček se ještě zvyšující kroutící moment. Kroutící moment, přenositelný na oběžné kolo pomocí spojky podle vynálezu, se nejdříve s počtem otáček lineárně zvyšuje. Při vyšších relativních otáčkách se však v důsledku zvy7 šujícího se zahřívání kotoučů spojky snižuje nárůst přenositelného kroutícího momentu.

Na základě rozdělení prostoru ložiskové skříně pomocí nemagnetické dělicí stěny, například tvaru víka, se současně bez použití těsnění hřídele dosáhne optimálního, robustního a spolehlivého utěsnění průtočného prostoru vzhledem ke straně pohonu vodního čerpadla při minimálních výrobních a montážních nákladech. Přímý pohon jedné části spojky podle vynálezu zabezpečuje počet otáček pohonu, které jsou proporcionální počtu otáček motoru. Variací vzduchové mezery mezi oběma částmi spojky podle vynálezu, nezávisle na počtu otáček klikového hřídele a s pomocí odpovídající regulační techniky v závislosti na momentálním provozním stavu spalovacího motoru, lze dosahovat plynulé změny okamžitého počtu otáček čerpadla a tím i jeho Čerpacího výkonu.

V patentových nárocích 2 až 12 jsou obsažena jen výhodná, nikoliv triviální další provedení výše uvedeného předmětu vynálezu.

Tak může být oběžné kolo čerpadla chladicího prostředku podle nároku 2 také poháněno prostřednictvím speciální permanentně magnetické spojky podle vynálezu, u níž je k hystereznímu materiálu druhé části spojky z jedné nebo z obou stran uspořádán měděný materiál. Obíhající segmenty magnetického kroužku budí v měděném materiálu pnutí, která mají za následek vznik vířivých proudů. Hysterezní kroužek (AlNiCo), podle vynálezu uspořádaný za, před nebo mezi měděným materiálem, slouží jako magnetické jho a zesiluje tak magnetické pole vyvolané těmito vířivými proudy v měděném

8·«·· · · ♦ ♦·♦· ~ *·»*«·** ··· * · ·«·« · · · · · ♦ kotouči. Se zvyšujícím se počtem otáček se téměř lineárně zvyšuje i síla vířivých proudů a tím i velikost přenositelného kroutícího momentu při konstantní teplotě konstrukčních skupin spojky.

V oblasti části spojky, spojené s hnacím hřídelem, může být podle nároku 3 uspořádán rovněž s hnacím hřídelem spojený větrák, který ve spojení s větracími drážkami, provedenými na ložiskové skříni, slouží k odvádění tepla a tím ke zvýšení maximálního přenositelného kroutícího momentu.

Podle nároku 4 je z hlediska vynálezu dále podstatné, že oba proti sobě a s odstupem od sebe uspořádané účinné povrchy částí permanentně magnetické spojky jsou vzhledem k tvaru svého povrchu k sobě navzájem vždy symetrické, mají však různý tvar u různých konstrukčních provedení spojky jako libovolně rotačně symetrického tělesa, například tvar paraboloidu, kuželovitého pláště, válcovitého pláště nebo také tvar kruhového kotouče nebo jako kombinace možných výše uvedených tvarů povrchu.

Prostřednictvím cílené volby speciálních geometrických tvarů konstrukce se v závislosti na individuálně požadovaném přenositelném výkonu dosahuje optimalizace velikosti konstrukce spojky pro účinné přenášení jejích axiálních a radiálních sil.

Podle provedení vynálezu, popsaného v nároku 5, může být velikost vzduchové mezery mezi oběma částmi spojky variabilní v závislosti na momentálním provozním stavu motoru. Přitom je podstatné, že ve skříni čerpadla chladicího prostředku je uspořádáno ložisko, v němž je otočně uložen hnací • · ♦· 9 · · 9 9 9 9 • 9« 9 9 <99 V» 9 «999 99 « 9999

99 999 9 9 9 999 9 · «999*9· ··· hřídel Čerpadla chladicího prostředku. Na jedné straně tohoto ložiska je na části hnacího hřídele pevně uložena hnací řemenice čerpadla chladicího prostředku. Na druhé straně ložiska je na další části hnacího hřídele, na hřídeli spojky, prostřednictvím axiálně přesuvného spojení hřídele a hlavy, uspořádána jedna z obou částí spojky s permanentním magnetem, například na hřídeli spojky, vytvořeném jako klínový nebo ozubený hřídel. Tímto provedením je umožněna variabilita Šířky vzduchové mezery mezi oběma částmi spojky v závislosti na momentálním provozním stavu motoru.

Na axiálně přesuvné části spojky může podle nároku 6 být uspořádán například stavěči kroužek uložený na valivém ložisku, do kterého zasahuje ovládací páka spojená s ovládací jednotkou, výkyvné uložená ve skříni čerpadla chladicího prostředku.

Prostřednictvím této ovládací páky, výkyvné uložené ve skříni čerpadla chladicího prostředku, je možno například prostřednictvím servomotoru uspořádaného v přestavovací jednotce, popřípadě prostřednictvím tam uspořádaného zvedacího magnetu, plynule měnit polohu spojkového kotouče přesuvně uspořádaného na hřídeli spojky, který může například být proveden jako klínový nebo ozubený hřídel, jako spojení se zalícovaným perem nebo také jako hřídel s unášecími plochami (dvojplošný hřídel).

Tak je možno u řešení podle vynálezu jednoduchými a levnými technickými prostředky dosáhnout toho, že při libovolném počtu hnacích otáček čerpadla chladicího prostředku, prostřednictvím definované a plynulé změny šířky • · · · * · φφ φφφφ • · ·· φ φ · φ · φφ φ φφ φφφ · φ φ φφφφ φ φφφφ φφφ φ φ · vzduchové mezery provedené mezi oběma částmi spojky, například ze strany motoru, může docházet ke stálému ovlivňování čerpacího výkonu, čímž může být vždy k dispozici čerpadlem podle vynálezu dodávané množství chladicího prostředku, který motor momentálně potřebuje.

Tím je umožněno, že například ve fázi zahřívání motoru je množství kapaliny dodávané vodním čerpadlem minimalizováno, čímž se současně podstatně zkracuje doba zahřívání motoru. To má za následek na jedné straně výrazné snížení emisí plynných zplodin v době zahřívání, avšak na druhé straně současně také značné snížení s tím spojené spotřeby paliva.

Na základě možné variace množství čerpadlem podle vynálezu v celkovém rozsahu otáček klikového hřídele dodávaného chladicího prostředku, může být čerpací výkon čerpadla vždy přizpůsoben momentálnímu provoznímu stavu motoru.

Přitom se značně snižuje hnací výkon, odnímaný čerpadlem chladicího prostředku z celého systému, čímž se také spotřeba paliva znatelně snižuje.

Podle nároku 7 je dalším význakem vynálezu, že na hřídeli spojky, například mezi dosedací částí ložiska vodního čerpadla a mezi axiálně přesuvnou částí spojky, spojenou se stavěcím kroužkem uloženým na valivém ložisku, může být uspořádána předpjatá tlačná pružina. Tato předpjatá tlačná pružina zajišťuje v každé fázi přestavení přesné ustavení polohy ovládací páky stavěcího kroužku popřípadě uloženého na válcových ložiskách a tím i zabezpečení přesně stanovené polohy přestavitelného kotouče spojky na hřídeli spojky. Tím je zase zajištěno definované nastavení počtu otáček v každé

fázi přesunutí.

Čerpadla podle vynálezu se podle nároku 8 vyznačují tím, že nemagnetická dělicí stěna, víko, může být zejména při větším hnacím výkonu pomocí axiálního ložiska opřeno o hnací hřídel. Tím se například zabraňuje funkčním poruchám, které by mohly vznikat v důsledku nekontrolovaných změn mezery. Současně je tak stále plně zajištěna spolehlivost čerpadla i při nejvyšším přenosu výkonu.

V nemagnetické stěně nebo na ní, tedy na nebo ve víku, může být u speciálních provedení řešení podle vynálezu podle nároku 9 uspořádán ložiskový čep s náběžným prvkem, na němž je prostřednictvím kluzného ložiskového pouzdra otočně uloženo oběžné kolo s příslušnými konstrukčními skupinami spojky, zajištěné proti axiálnímu přesouvání tím, že je v oblasti volného konce ložiskového čepu uspořádán pojistný kroužek a mezi tímto pojistným kroužkem a oběžným kolem je uspořádán náběžný kotouč. Na základě tohoto speciálního provedení řešení podle vynálezu i při velké mezeře mezi oběma částmi spojky, která by například mohla vést i k zastavení oběžného kola při běžícím motoru, nemůže dojít k dalšímu nezamýšlenému zvětšení vzduchové mezery, takže je vždy možné další definované znovuzapojení spojky.

Řešení podle nároku 10 se vyznačuje tím, že v nemagnetické dělicí stěně, ve víku, může být uspořádáno pouzdro kluzného ložiska, v němž je axiálně a radiálně uloženo protilehlé ložisko s oběžným kolem a s příslušnými konstrukčními skupinami spojky. S výhodou je toto pouzdro kluzného ložiska uspořádáno v ložiskovém pouzdru uspořádaném ve středu ·· ·♦ ·· « ·♦ ·* • * · · · · ·· ··· • · · · ·· · ···· « · · ♦ · · · · · ··· · • · · · ··· ··· víka. Toto jednostranné uložení oběžného kola v pouzdru kluzného ložiska je umožněno speciálním uspořádáním ložiska podle vynálezu v oblasti působení síly spojky s permanentním magnetem.

Na základě tohoto uspořádání může být magnetická síla spojky, použitá podle vynálezu, v pouzdru kluzného ložiska současně využita k zajištění potřebné ložiskové přidržovací síly a tím k zajištění polohy oběžného kola se všemi na něm uspořádanými konstrukčními skupinami. Tímto řešením se u zvláštních případů, zejména u těch, které mají nižší hnací výkon, omezují přídavné nákladné konstrukce potřebné pro vytvoření ložiskové přidržovací síly. Současně slouží ve víku vestavěné ložiskové pouzdro ve spojení s tam uspořádaným pouzdrem kluzného ložiska ke stabilizaci celkové geometrie víka při minimální tloušťce jeho stěny. Kromě toho zajišťuje uspořádání pouzdra kluzného ložiska podle vynálezu i bezpečný přenos zatížení ložiska na pouzdro.

Takovým uložením ložiska podle vynálezu v průtočném prostoru bloku motoru je dále zajištěno proudění chladicí kapaliny podél kluzného ložiska, čímž je ložisko chlazeno, současně se snižuje koeficient jeho tření, přitom se také minimalizuje jeho opotřebení a značně se zvyšuje spolehlivost celé konstrukční skupiny ložiska.

Poněvadž při vyšších relativních otáčkách se vzrůstající teplotou magnetu dochází k poklesu růstu přenášeného kroutícího momentu, nabízí se u spojek podle vynálezu řešení uspořádat permanentní magnet mezi opěrným ložiskem a oběžným kolem v chladicím prostředku. Výhodou tohoto řešení je, že

i při zvyšujícím se relativním počtu otáček se minimalizuje vzrůstající oteplování magnetu pomocí chladicího prostředku, který jej obtéká.

Takovým stálým chlazením magnetu podle vynálezu může být přenositelný kroutící moment i při vyšších relativních otáčkách udržen téměř jako konstantní a maximálně přenositelný kroutící moment, jakož i maximální množství čerpadlem dodávaného chladicího prostředku, může být výrazně zlepšeno.

Dalším význakem vynálezu je také, že na volném konci pouzdra oběžného kola (vsazeného pouzdra), přivráceného k průtočnému prostoru, může být zejména u čistě hysterezních spojek uspořádáno oběžné kolo, které je ostřikováno hysterezním materiálem.

Podle vynálezu je dále v souladu se zněním nároku 11 u speciálních konstrukcí zařízení podle vynálezu v blízkosti nemagnetické dělicí stěny na otočně uloženém oběžném kole spolu s na něm uspořádanými konstrukčními skupinami spojky uspořádán axiální magnet, ležící na protilehlé straně hnacího hřídele spojky. Tento vzhledem k hnacímu hřídeli protilehle a centricky uspořádaný axiální magnet při použití výše popsaného pouzdra kluzného ložiska způsobuje, že i při velké mezeře mezi oběma částmi spojky, která by popřípadě mohla vést i k zastavení oběžného kola při běžícím motoru, brání nežádoucímu dalšímu zvětšování vzduchové mezery, takže je kdykoliv možné definované znovuzapnutí spojky.

Dále je pro vynález významné, že podle nároku 12 je na ložiskové skříni uspořádáno čidlo pro zjištování momentálního počtu otáček oběžného kola, jakož i přestavovací jednotka • •«to · · · ···· • ·» · · · · · · ·· · • •«•••to · · · pro přestavování šířky vzduchové mezery mezi oběma Částmi spojky. Toto čidlo, například Hallovo čidlo, je v ložiskové skříni s výhodou uspořádáno na vzdušné straně. Samozřejmě může být čidlo také instalováno na vodní straně. Uspořádání čidla na vzdušné straně však má tu výhodu, že není třeba utěsňovat čidlo a/nebo jeho přívody, čímž je všeobecně možno zabránit netěsnostem. Zjišťováním počtu otáček oběžného kola pomocí čidla je tak přes mototroniku spalovacího motoru ve spojení s regulovatelností odvozenou od přestavovací jednotky čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu možno přesunutím jedné části spojky na hnacím hřídeli definovaně změnit vzduchovou mezeru a tím dosáhnout změny přenášeného momentu spojky a současně změny počtu otáček oběžného kola, čímž lze podle potřeby regulovat objemový proud.

Řešením podle vynálezu lze například i při soustavně se měnícím počtu otáček motoru dosáhnout konstantního objemového proudu chladicího prostředku.

Pokud je třeba, je pomocí speciálních variant řešení podle vynálezu také možno například ve fázi zahřívání motoru zcela zastavit oběžné kolo nastavením maximálně možné velikosti mezery.

Další výhoda řešení podle vynálezu spočívá v tom, že zejména pro oblast nízkého počtu otáček lze na základě regulovatelnosti počtu otáček oběžného kola podle vynálezu úmyslně oběžné kolo předimenzovat, neboť není třeba se obávat žádných negativních důsledků, k nimž by pro toto předimenzování mohlo za provozu dojít.

Jak již bylo uvedeno, přináší Čerpadlo chladicího pro15

středku podle vynálezu navíc také značné úspory výkonu a z toho vyplývající úspory pohonných hmot.

Tento účinek podle vynálezu je kromě jiného založen na řízení funkce čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu v závislosti funkci motoru. To znamená, že se k čerpadlu přivádí vždy jen takový výkon, který je skutečně nezbytný jen pro oběh chladicího prostředku.

Přehled obrázku na výkresech

Příkladné provedení předmětu vynálezu je dále podrobněji vysvětleno a znázorněno na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje regulovatelné Čerpadlo chladicího prostředku s kotoučovými částmi spojky, na obr. 2 je znázorněno regulovatelné Čerpadlo chladicího prostředku s částmi spojky tvaru válcového pláště a na obr. 3 je regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku s kuželovitými částmi spojky a s větrákovým kolem. Na obr. 4 je znázorněno regulovatelné čerpadlo podle vynálezu s kuželovitými částmi spojky a centricky uspořádaným axiálním magnetem, na obr. 5 je rovněž regulovatelné čerpadlo podle vynálezu s kuželovitými částmi spojky a s oběžným kolem uspořádaným na ložiskovém čepu. Na obr. 6 je znázorněno regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku s částmi spojky tvaru válcových plášťů a s centricky uspořádaným axiálním magnetem, na obr. 7 je regulovatelné čerpadlo podle vynálezu s kuželovitými částmi spojky a s centricky uspořádaným axiálním magnetem, na obr. 8 je znázorněno regulovatelné čerpadlo podle vynálezu s částmi spojky vytvořenými ve tvaru paraboly, na obr. 9 je čerpadlo chladicího pro16 středku, obsahující kombinaci částí spojky tvaru válcového pláště a kotoučů, a na obr. 10 je čerpadlo podle vynálezu, obsahující kombinaci kuželovitých a kotoučových částí spojky.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno jedno z možných konstrukčních provedení regulovatelného čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu. V ložiskovém pouzdru 1 je uspořádáno ložisko

2. vodního čerpadla, v němž je axiálně a radiálně uložen hnací hřídel J čerpadla. Na volném konci hnacího hřídele 3., který přesahuje ložiskové pouzdro 1, je uspořádána řemenice

4. Druhý volný konec hnacího hřídele 3., hřídel 5. spojky, je proveden jako drážkovaný hřídel. Na tomto hřídeli 5. spojky je uspořádán úložný prvek £, který je axiálně posuvný asi o 10 mm, a v něm je centricky uspořádána vložka opatřená klínovým profilem. Na opasku úložného prvku £ je v silovém styku pomocí valivého ložiska uložen stavěči kroužek 7, opatřený drážkou β. Prostřednictvím čepu, upevněného v tělese čerpadla chladicího prostředku, zasahuje do této drážky β výkyvné uložená ovládací páka β. Tato ovládací páka β ční otvorem uspořádaným v tělese čerpadla do přestavovací jednotky 10. Pomocí této ovládací páky β lze plynule měnit polohu úložného prvku β prostřednictvím servomotoru uspořádaného v přestavovací jednotce 10 nebo také prostřednictvím zde uspořádaného zvedacího magnetu.

Na straně úložného prvku £, přivrácené k průtočnému prostoru čerpadla, jsou uspořádány spřažené kotouče, sestá17

vající z jednoho hysterezního kotouče 18 a s ním natuho spojeného měděného kotouče 19.

Tyto spřažené kotouče jsou s úložným prvkem silově spojeny například licí pryskyřicí. Centricky je na hřídeli

5. spojky mezi tímto hřídelem 5. a víkem 13 uspořádáno axiální ložisko 12 (například stahovací kroužek).

Tyto v dutině ložiskové skříně uspořádané konstrukční skupiny jsou prostřednictvím víka 13 a těsnicího kroužku 14. uspořádaného v ložiskovém pouzdru 1, vodotěsně odděleny od průtočného prostoru. Ve střední části víka 13 je vytvořeno ložiskové pouzdro, které zasahuje do vnitřního okrouhlého volného prostoru spřažených kotoučů a doléhá na axiální ložisko 12, uspořádané na hřídeli spojky. Víko 13 je vyrobeno z nemagnetického materiálu, například z hliníku, z fenolové pryskyřičné hmoty nebo z jiného podobného materiálu (m.j. z Nirosta (CrNi) ) a jeho tlouštíka je asi 0,5 až 1 mm. Pokud je úložný prvek £ axiálně maximálně přesunut ve směru průtočného prostoru, je čelní strana hysterezního kotouče 18 vzdálena nejméně 0,5 mm od sousední kruhové plochy víka. V prostoru pro ložiskové pouzdro je na straně přivrácené k průtočnému prostoru uspořádáno ložiskové pouzdro 15 z karbidu křemičitého pro kluzné ložisko.

V tomto ložiskovém pouzdru 15 je uložen kluzný kroužek 17, uspořádaný na vloženém pouzdru 16. Na druhou stranu dosedací části kluzného kroužku 17 dosedá vícepólově sektorově zmagnetizovaný magnetický kotouč 11. Čelní strana magnetického kotouče 11 je od sousedící kruhové plochy víka vzdálena alespoň o 0,5 mm. Dosedací část kluzného kroužku 17 slouží • · ·· · · · · · • · · · · · · · · · · · ······· · • to · · *· ··· · · jednak k přenosu axiální a radiální úložné síly, jednak také k přesnému nastavení této definované vzduchové mezery mezi magnetickým kotoučem 11 a stěnou víka 13 v rozmezí od 0,5 mm až asi 1 mm.

Bezprostředně na straně magnetického kotouče 11 odvrácené od víka 13., je na vloženém pouzdru 16 uspořádán kotouč 20 z měkkého železa. S tímto kotoučem 20 sousedí oběžné kolo

21. uspořádané na vloženém pouzdru 16 a vyrobené například z plastu.

Segmenty magnetického kotouče 11, relativně obíhající za provozu čerpadla, vytvářejí v měděném kotouči 19 pnutí, která mají za následek vznik vířivých proudů. Hysterezní kotouč 18 (AlNiCo), uspořádaný před měděným kotoučem 12, slouží jako magnetické jho a zesiluje tak magnetické pole vytvořené v měděném kotouči 19 těmito vířivými proudy. Se zvyšujícím se relativním počtem otáček se zvyšuje síla vířivých proudů a tím se zvyšuje i velikost přenositelného točivého momentu. Vzhledem k uložení kotoučového magnetického kroužku podle vynálezu v chladicím prostředku, může se okolo proudícím chladicím prostředkem minimalizovat jeho teplota spojená se vzrůstajícím relativním počtem otáček.

V důsledku stálého ochlazování kotoučového magnetického kroužku dochází k přenosu kroutícího momentu, který je téměř nezávislý na skluzovém výkonu, tedy ke stejnoměrnému dodávanému množství přes vysoký skluzový výkon, čímž je zajištěn relativně vysoký maximálně přenositelný krouticí moment a tím také optimální čerpadlem dodávané množství chladicího prostředku.

Vzhledem k tomu, že po zastavení motoru zůstává zachováno magnetické pole a vzduchová mezera se při zastavení motoru nastaví na minimum”, je řešením podle vynálezu i v tomto stavu vždy zajištěna poloha vloženého pouzdra 1£ s konstrukčními skupinami, které jsou na něm uspořádány.

Axiální ložisko 12, uspořádané mezi víkem 13 a hřídelem 5 spojky, brání nekontrolovaným změnám mezery a současně tak zabraňuje nekontrolovaným změnám počtu otáček nebo dokonce náběhu hysterezního kotouče 18 na víko 13.. Tím je řešením podle vynálezu přímo při vysokém přenosu výkonu vždy zabezpečena spolehlivost čerpadla.

Je samozřejmé, že obě části spojky s permanentními magnety, znázorněné na obr. 1 a složené na jedné straně ze spojených kotoučů, sestávajících z magnetického kotouče 11 a z kotouče 20 z měkkého železa, a na druhé straně z hysterezního kotouče 18 a z měděného kotouče 12., mohou také být navzájem zaměněny a vzhledem k víku 13 uspořádány na oboustranně protilehlých konstrukčních prvcích čerpadla.

V ložiskovém pouzdru 1 je dále uspořádáno čidlo 22 pro zjišťování momentálního počtu otáček oběžného kola 21. Na základě tohoto zjištění počtu otáček oběžného kola 21 je například možno prostřednictvím rotační energie spalovacího motoru spolu s regulovatelností čerpadla podle vynálezu prostřednictvím přestavovací jednotky 10 měnit polohu axiálně přesuvného úložného prvku £ a tím i plynule měnit vzduchovou mezeru mezi oběma částmi spojky tak, že změna této vzduchové mezery má za následek změnu přenášeného momentu spojky a tím i změnu počtu otáček oběžného kola.

Čerpací výkon čerpadla tak může být vždy přizpůsobován momentálním potřebám motoru. Na základě řešení podle tohoto vynálezu je tak například prostřednictvím motortroniky při permanentně se měnícím počtu otáček motoru, pomocí čerpadla přímo poháněného od řemenice, možno dosáhnout konstantního objemu proudění chladicího prostředku.

Na základě těchto řešení podle vynálezu lze tedy vyrobit regulovatelné Čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla, které je například prostřednictvím řemenového pohonu přímo poháněno od klikového hřídele, a které ve fázi zahřívání motoru značně snižuje jak spotřebu pohonných hmot, tak i emise plynných zplodin. Poněvadž však v důsledku regulovatelnosti čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu je z hnacího systému v celém pracovním rozsahu motoru pro pohon čerpadla chladicího prostředku stále odebírán jen takový výkon, jaký potřebuje pro chlazení celý systém, má toto řešení navíc za následek značné úspory paliva nejen ve fázi zahřívání motoru.

Na obr. 2 je znázorněno regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku podle vynálezu v jiném provedení, s částmi spojky tvaru válcového pláště. U tohoto provedení je na obvodu úložného prvku & uspořádán válcovitý magnetický kroužek 24. Protilehle k tomuto magnetickému kroužku 24 je jako druhá část spojky uspořádán hysterezní kroužek 27. hysterezním uložením 25 neotočně spojený s oběžným kolem 21. Póly magnetického kroužku 24. které nejdříve obíhají jen ve směru pohonu, způsobují v hysterezním materiálu přemagnetování, jehož důsledkem je vznik obvodové síly, která v důsledku své vzdálenosti od bodu otáčení, má vzhledem k řešení znázorněnému na obr. 1, vyšší přenositelný kroutící moment. Tento vyšší přenositelný kroutící moment zůstává i při zvyšování relativního počtu otáček téměř^- konstantní, čímž způsobuje zřetelné zlepšení kavitačního chování čerpadla chladicího prostředku. Regulace otáček se u tohoto provedení dosahuje tím, že se změní poloha navzájem proti sobě ležících povrchů obou konstrukčních prvků spojky již popsaným přesunutím úložného prvku £ na hřídeli 5. spojky. Pomocí tohoto provedení lze dosáhnout výše popsaných účinků vynálezu i při vyšším požadovaném výkonu čerpadla.

Na obr. 3 je dále znázorněno regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku podle vynálezu, s kuželovitými částmi spojky a s větrákem 28, uspořádaným na hnacím hřídeli, popřípadě na hřídeli £ spojky. Toto konstrukční provedení řešení podle vynálezu slučuje přednosti obou na obr. 1 a 2 znázorněných variant provedení předmětu vynálezu. Kromě toho se uspořádáním větráku 28 spojeného s hnacím hřídelem podle vynálezu, v dalším spojení s větrací štěrbinou uspořádanou v ložiskovém pouzdru, dosahuje optimálního odvádění tepla, čímž se zabraňuje přehřívání prostoru ložiskového pouzdra.

Další možné provedení regulovatelného čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu je znázorněno na obr. 4. U tohoto konstrukčního provedení, opět opatřeného kuželovitými částmi spojky, je axiální magnet 26 uspořádán v bezprostřední blízkosti nemagnetické dělicí stěny, víka U, centricky na oběžném kole 21. spolu s na něm se nacházejícími příslušnými konstrukčními skupinami spojky.

Tento vzhledem k hnacímu hřídeli 3. centricky protilehle uspořádaný axiální magnet 26 způsobuje, že i při velmi vysokém zatížení obou částí spojky, které může vést i k zastavení oběžného kola 21 při běžícím motoru, nedojde k nežádoucímu dalšímu zvětšení vzduchové mezery. Tím může například být v době fáze zahřívání motoru dokonce nastavením maximálně možného rozestupu štěrbiny zcela zastaveno oběžné kolo při běžícím spalovacím motoru. Uspořádáním axiálního magnetu podle vynálezu je zabráněno nekontrolovatelnému zvětšení vzduchové mezery mezi oběma částmi spojky, čímž je v každém případě zabezpečeno definované znovuzapojení .

Kromě toho se konstrukce podle vynálezu, znázorněná na obr. 4, oproti předcházejícím řešením vyznačuje modifikovaným přestavovacím mechanizmem přesuvné části spojky. Vedle stranového působení síly ovládací páky 9, zasahující do přestavovací jednotky 10, na kuličkové ložisko 32, je zde z hlediska nákladů velmi příznivá konstrukce hřídele 5. spojky. Přenos kroutícího momentu od hřídele 5. spojky na úložný prvek £ se přitom realizuje prostřednictvím dělicího kusu spojkového hřídele, vytvořeného jako unášecí hřídel 21 (dvojplosný) , na němž je uspořádán axiálně přesuvný, s úložným prvkem £ natuho spojený unášeč 20.· Samotný úložný prvek £ je navíc prostřednictvím kluzného ložiska 29 axiálně posuvně uložen na spojkovém hřídeli. Aby se zabránilo najíždění konstrukčních částí spojky, uspořádaných na axiálně posuvném úložném prvku £, na víko 12, je u tohoto konstrukčního provedení na unášecím hřídeli 21 uspořádán pojistný kroužek 22/ který omezuje dráhu přesouvání unášeče 30 na unáše23 * · :

cím hřídeli ve směru k víku 13.

Na obr. 5 je znázorněno další možné provedení čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu s kuželovitými Částmi spojky, avšak s oběžným kolem 21 uloženým na ložiskovém čepu 14.

Na ložiskovém čepu, zakotveném v nemagnetické dělicí stěně, ve víku 13. je uspořádána dosedací část. Tato dosedácí část slouží jednak k přenosu axiální ložiskové síly na víko 13 za provozního stavu a současně i k přesnému nastavení definované vzduchové mezery v rozmezí asi 0,5 mm až 1 mm mezi kuželovitým pláštěm hysterezního kroužku 27 a vnější stěnou víka 13.

Osa ložiskového čepu 34 navíc slouží jako radiální vedení oběžného kola 21. Prostřednictvím kluzného ložiskového pouzdra, uloženého na ložiskovém čepu 34 spolu s konstrukcemi spojky, které jsou na ní uspořádány, je toto oběžné kolo 21 proti axiálnímu přesunutí ve směru k průtokovému prostoru zajištěno tak, že se v oblasti volného konce ložiskového čepu 34 nachází pojistný kroužek. Mezi tímto pojistným kroužkem a pouzdrem kluzného ložiska oběžného kola je uspořádán náběžný kotouč 35 . Také prostřednictvím tohoto provedení řešení podle vynálezu, i při velké vzdálenosti obou částí spojky, která by mohla vést k zastavení oběžného kola při běžícím motoru, může dojít k tomu, že se zabrání nežádoucímu dalšímu zvětšení vzduchové mezery. Tímto způsobem je kdykoliv zajištěno definované znovuzapojení.

Na obr. 6 je znázorněno další provedení regulovatelného čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu, s válcovitými tt ·♦ »·

částmi spojky, s kluzným kroužkem 17 a s centricky uspořádanými axiálními magnety 26. Také pomocí tohoto provedení lze dosáhnout uvedených výše popsaných účinků podle vynálezu.

Na obr. 7 je znázorněno regulovatelné čerpadlo podle vynálezu v dalším provedení, s kuželovitými částmi spojky, s kluzným kroužkem 17 a s centricky uspořádanými axiálními magnety 26.

Na obr. 8 je dále znázorněno další provedení regulovatelného čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu. U tohoto provedení dochází k uplatnění parabolicky provedených Částí spojky, jakož i magnetického kroužku 24 a hysterezního kroužku 27. Mezi hřídelem 5. spojky a víkem 12 je opět uspořádáno axiální ložisko 12.

Na obr. 9 je znázorněno regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku podle vynálezu v kombinovaném provedení, sestávajícím z části tvaru válcovitého pláště a z části tvaru kotouče s axiálním ložiskem 12. opět uspořádaným mezi víkem 13 a hřídelem 5. spojky.

Vedle těchto již znázorněných a popsaných možných provedení regulovatelného čerpadla chladicího prostředku podle vynálezu je například také pro dosažení požadovaných účinků velmi vhodná kombinace znázorněná na obr. 10 a sestávající z kuželovitých a kotoučových částí spojky.

Všeobecně se výrobci motorových vozidel budou rozhodovat pro jedno z popsaných a znázorněných provedení na základě možné maximální konstrukční velikosti a maximálního požadovaného přenositelného výkonu čerpadla. Přitom jsou všechna provedení podle vynálezu poháněna řemenovým pohonem přímo od *··« · · ♦· » · * · · · · · · * »··· • · · 9 9 9 9 · * ··· * · *·· · · · · 9 · klikového hřídele spalovacího motoru, není třeba používat žádného těsnění hřídele pro utěsnění průtočného prostoru vzhledem k ložiskové skříni hnací řemenice. Všechna provedení se také vždy vyznačují vysokou provozní bezpečností a spolehlivostí, jakož i minimálními výrobními a montážními náklady a zejména také tím, že se v celé pracovní oblasti motoru značně redukují emise plynných zplodin a snižuje spotřeba paliva.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla, které je pomocí řemenice přímo poháněno od spalovacího motoru, vyznačující se tím, že na jednom z obou hřídelů spojky je uspořádán jeden nebo několik sektorově magnetizovaných magnetů a na přiřazeném druhém hřídeli spojky je s odstupem od první části spojky prostřednictvím nemagnetické dělicí stěny, například tvaru víka, uspořádána vodotěsně oddělená druhá část spojky, u níž je na povrchu spojky, ležícím proti magnetům první Části, uspořádán hysterezní materiál, a šířka vzduchové mezery mezi oběma částmi spojky je variabilní v závislosti na momentálním provozním stavu spalovacího motoru.
2. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle nároku 1, vyznačující se tím, že na hysterezním materiálu druhé Části spojky může být z jedné nebo z obou stran uspořádán měděný materiál.
3. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků la 2, vyznačující se tím, že v oblasti části spojky spojené s hnacím hřídelem je uspořádán větrák, rovněž spojený s hnacím hřídelem.
4. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že oba proti sobě a s odstupem od sebe uspořádané účinné povrchy částí permanentně magnetické spojky jsou vzhledem k tvaru svého povrchu a k sobě navzájem vždy symetrické, mají však u různých konstrukčních provedení spojky tvar libovolně rotačně symetrického tělesa, například tvar paraboloidu, kuželovitého pláště, válcovitého pláště nebo také tvar kruhového kotouče nebo kombinace možných výše uvedených tvarů povrchu.
5. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků laž 4, vyznačující se tím, že ve skříni čerpadla je ložisko, v němž je otočně uložen hnací hřídel čerpadla, přičemž je na jedné straně ložiska uložena hnací řemenice čerpadla chladicího prostředku a na druhé straně ložiska je na hnacím hřídeli prostřednictvím axiálně přesuvného spojení hřídele a hlavy uspořádána jedna z obou částí permanentně magnetické spojky tak, že vzduchová mezera mezi oběma částmi spojky je variabilní.
6. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků laž 5, vyznačující tím, že na axiálně přesuvné Části spojky může být uspořádán například stavěči kroužek uložený na valivém ložisku, do kterého zasahuje ovládací páka spojená s ovládací jednotkou, výkyvné uložená ve skříni

Čerpadla.
7. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že na hřídeli spojky, například mezi dosedací částí ložiska vodního čerpadla a mezi axiálně přesuvnou částí spojky, spojenou se stavěcím kroužkem uloženým na valivém ložisku, je uspořádána předpjatá tlačná pružina.
8. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že nemagnetická dělicí stěna, víko, může být pomocí axiálního ložiska opřeno o hnací hřídel.
9. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků laž 8, vyznačující se tím, že v nebo na nemagnetické dělicí stěně, ve nebo na víku, je uspořádán ložiskový čep s náběžným prvkem, na němž je prostřednictvím kluzného ložiskového pouzdra otočně uloženo oběžné kolo s příslušnými kon29 strukčními skupinami spojky, zajištěné proti axiálnímu přesouvání, přičemž v oblasti volného konce ložiskového čepu je uspořádán pojistný kroužek a mezi tímto pojistným kroužkem a oběžným kolem je uspořádán náběžný kotouč.
10. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků laž 9, vyznačující se tím, že v nemagnetické dělicí stěně, ve víku, je uspořádáno pouzdro kluzného ložiska, v němž je axiálně a radiálně uloženo protilehlé ložisko s oběžným kolem a s příslušnými konstrukčními skupinami spojky.
11. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že v blízkosti nemagnetické dělicí stěny je na otočně uloženém oběžném kole spolu s na něm uspořádanými konstrukčními skupinami spojky uspořádán axiální magnet, ležící na protilehlé straně hnacího hřídele spoj ky.
12. Čerpadlo, zejména regulovatelné čerpadlo chladicího prostředku pro motorová vozidla podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že na ložiskové skříni je uspořádáno čidlo pro zjišťování momentálního počtu otáček oběžného kola.