RU193487U1

RU193487U1 - Electric-cooled internal combustion engine pump

Info

Publication number: RU193487U1
Application number: RU2019124221U
Authority: RU
Inventors: Ришат Ризович Салахов; Илфат Ризович Салахов; Алексей Львович Баичев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "РИСАЛ-Инжиниринг"
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2019-10-30

Abstract

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания, и позволяет повысить эффективность охлаждения ДВС на любых режимах эксплуатации. Помпа системы охлаждения ДВС включает корпус (1) с монтажным фланцем (фиг. 1), в который на подшипниках (2) устанавливается вал (3) электропривода с выполненным заодно с ним диском с вклеенными постоянными магнитами (4) электрического двигателя. С одной стороны вала (3) электропривода расположено рабочее колесо (5), а с другой стороны расположен электрический двигатель с устройством охлаждения в его задней части, которое представляет собой теплообменник жидкостного охлаждения, выполненный в виде кольцевой камеры (6) со штуцерами входа (7) и выхода (8) охлаждающей жидкости. Электромагнитные обмотки (9) электрического двигателя установлены непосредственно на задней стенке кольцевой камеры (6). Для повышения эффективности охлаждения электрического двигателя внутри кольцевой камеры (6) по окружности выполнен кольцевой спиралевидный канал (10), вход в который сообщен со штуцером входа (7), а выход со штуцером (8) выхода охлаждающей жидкости, или по окружности кольцевой камеры (6) на ее внутренней поверхности закреплены направляющие пластины (11), образующие одностороннее лабиринтное движение охлаждающей жидкости. Устройство охлаждения электрического двигателя сообщено с общей системой охлаждения ДВС или имеет собственный контур охлаждения с дополнительным насосом и радиатором.The utility model relates to the field of engine building, in particular to cooling systems for internal combustion engines, and allows to increase the cooling efficiency of ICE in any operating conditions. The ICE cooling pump includes a housing (1) with a mounting flange (Fig. 1), into which an electric drive shaft (3) is mounted on bearings (2) with an electric motor made with it and glued with permanent magnets (4). An impeller (5) is located on one side of the electric drive shaft (3), and on the other hand there is an electric motor with a cooling device in its rear part, which is a liquid cooling heat exchanger made in the form of an annular chamber (6) with inlet fittings (7 ) and coolant outlet (8). The electromagnetic windings (9) of the electric motor are mounted directly on the rear wall of the annular chamber (6). To increase the cooling efficiency of the electric motor inside the annular chamber (6), a circular spiral channel (10) is made around the circumference, the entrance to which is connected to the inlet fitting (7), and the outlet with the outlet (8) of the coolant exit, or around the circumference of the annular chamber ( 6) guide plates (11) are fixed on its inner surface, forming a one-way labyrinth movement of the coolant. The cooling device of the electric motor is communicated with the general engine cooling system or has its own cooling circuit with an additional pump and radiator.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности, к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).The utility model relates to the field of engine building, in particular, to cooling systems of internal combustion engines (ICE).

Известна помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом (заявка на изобретение США №2011/0123370, МПК F05B 35/04, опубл. 26 мая 2011). Помпа представляет из себя центробежный насос, конструктивно выполненный в виде самостоятельного агрегата, состоящего из электрического двигателя со сменной «улиткой» и рабочим колесом. Помпа может устанавливаться в любом месте на борту автомобиля и соединяется с системой охлаждения ДВС гибкими трубопроводами. Данная схема монтажа позволяет унифицировать помпу для обширной линейки автомобильной техники, а также устанавливать ее в оптимальном месте с точки зрения эксплуатационных характеристик изделия (защита от воздействия внешней среды, температурных факторов и т.п.).Known pump cooling system of internal combustion engines with an electric drive (application for US invention No. 2011/0123370, IPC F05B 35/04, publ. May 26, 2011). The pump is a centrifugal pump, structurally made in the form of an independent unit, consisting of an electric motor with a replaceable "snail" and an impeller. The pump can be installed anywhere on board the car and is connected to the ICE cooling system by flexible piping. This installation scheme allows you to unify the pump for an extensive line of automotive equipment, as well as install it in an optimal place in terms of product performance (protection from environmental influences, temperature factors, etc.).

Однако известное устройство невозможно применить в форсированных многолитровых ДВС, где требуется повышенный расход охлаждающей жидкости, применяемых, в частности, на грузовой, спортивной и спец технике, из-за отсутствия собственной системы охлаждения. Для поддержания теплового баланса таких ДВС требуется электропомпа с мощным электрическим приводом, а с увеличением мощности электропривода система отвода выделяемого при работе электромагнитных обмоток тепла свободной конвекцией не справляется со своей задачей.However, the known device cannot be used in forced multi-liter internal combustion engines, where an increased consumption of coolant is required, which are used, in particular, in cargo, sports and special vehicles, due to the lack of their own cooling system. To maintain the heat balance of such ICEs, an electric pump with a powerful electric drive is required, and with an increase in electric drive power, the system for removing the heat generated during operation of electromagnetic windings does not cope with its task.

Известна помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом (патент на изобретение США №5275538, МПК F04B35/04, опубл. 04.01 1994), ближайшая по технической сущности к заявляемой и принятая за прототип, которая представляет из себя центробежный насос на базе электрического двигателя постоянного тока со сквозным валом, с одной стороны которого через байонетный механизм крепится «улитка» с рабочим колесом помпы, а с другой стороны имеется возможность установки воздушной крыльчатки охлаждения самого электродвигателя. Благодаря такой схеме изделие является универсальным и может использоваться для широкой номенклатуры двигателей внутреннего сгорания.A pump is known for cooling an internal combustion engine with an electric drive (US patent No. 5275538, IPC F04B35 / 04, publ. 04.01 1994), the closest in technical essence to the claimed one and adopted as a prototype, which is a centrifugal pump based on an electric DC motor with a through shaft, on one side of which a “snail” with a pump impeller is attached through a bayonet mechanism, and on the other hand, it is possible to install an air impeller for cooling the electric motor itself. Thanks to this scheme, the product is universal and can be used for a wide range of internal combustion engines.

Однако мощность электрического привода помпы ограничена эффективностью воздушного охлаждения агрегата. Компонентная база, используемая в серийном производстве электродвигателей, обеспечивает стабильную работу при температурах не выше 100°С. В отличие от предыдущего аналога, данная электропомпа имеет активное воздушное охлаждение, однако при использовании агрегата в подкапотном пространстве современных грузовых автомобилей, где температура окружающего воздуха достигает 100°С, воздушное охлаждение помпы неэффективно и происходит перегрев электродвигателя с последующим выходом его из строя. Следствием вышеизложенного является ограниченная применимость прототипа на грузовой, спортивной и спецтехнике.However, the electric drive power of the pump is limited by the air cooling efficiency of the unit. The component base used in the mass production of electric motors ensures stable operation at temperatures not exceeding 100 ° C. Unlike the previous analogue, this electric pump has active air cooling, however, when using the unit in the engine compartment of modern trucks, where the ambient temperature reaches 100 ° C, the air cooling of the pump is ineffective and the motor overheats with its subsequent failure. A consequence of the foregoing is the limited applicability of the prototype for trucks, sports and special vehicles.

Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является расширение эксплуатационных возможностей помпы системы охлаждения ДВС с электрическим приводом, устанавливаемой в подкапотном пространстве автомобиля, благодаря наличию устройства активного жидкостного охлаждения электропривода, что обеспечит возможность эффективной работы помпы в высоконагруженных двигателях.The technical problem that the proposed utility model is aimed at is expanding the operational capabilities of the pump of the ICE cooling system with an electric drive installed in the engine compartment of the vehicle due to the presence of an active liquid cooling device for the electric drive, which will enable the pump to operate effectively in highly loaded engines.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности охлаждения электрического двигателя помпы и, следовательно, повышение эффективности охлаждения элементов ДВС на любых режимах эксплуатации.The technical result of the proposed utility model is to increase the cooling efficiency of the electric motor of the pump and, therefore, increase the cooling efficiency of ICE elements in any operating conditions.

Технический результат достигается тем, что помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом включает корпус, в котором на валу электропривода с одной стороны расположено рабочее колесо, а с другой стороны расположен электрический двигатель с устройством его охлаждения. Новым является то, что вал электропривода выполнен совместно с диском, на котором расположены постоянные магниты электрического двигателя, устройство охлаждения электрического двигателя расположено в его задней части и представляет собой теплообменник жидкостного охлаждения, выполненный в виде кольцевой камеры со штуцерами входа и выхода охлаждающей жидкости соответственно, при этом электромагнитные обмотки электрического двигателя установлены непосредственно на задней стенке кольцевой камеры.The technical result is achieved by the fact that the pump of the ICE cooling system with an electric drive includes a housing in which an impeller is located on one side of the electric drive shaft, and on the other hand there is an electric motor with a cooling device. What is new is that the electric drive shaft is made together with the disk on which the permanent magnets of the electric motor are located, the electric motor cooling device is located in its rear part and is a liquid cooling heat exchanger made in the form of an annular chamber with coolant inlet and outlet fittings, respectively, the electromagnetic windings of the electric motor are mounted directly on the rear wall of the annular chamber.

Внутри кольцевой камеры по окружности выполнен кольцевой спиралевидный канал, вход в который сообщен со штуцером входа, а выход со штуцером выхода охлаждающей жидкости.A circular spiral channel is made around the inside of the annular chamber, the inlet of which is in communication with the inlet fitting, and the outlet with the coolant outlet fitting.

Внутри кольцевой камеры по окружности на ее внутренней поверхности закреплены направляющие пластины, образующие одностороннее лабиринтное движение охлаждающей жидкостиInside the annular chamber around the circumference on its inner surface are fixed guide plates forming a one-way labyrinth movement of the coolant

Устройство охлаждения электрического двигателя сообщено с общей системой охлаждения ДВС.The cooling device of the electric motor is communicated with the general engine cooling system.

Устройство охлаждения электрического двигателя имеет собственный контур охлаждения с дополнительным насосом и радиатором.The electric motor cooling device has its own cooling circuit with an additional pump and radiator.

В помпе использован бесколлекторный электрический двигатель.The pump uses a brushless electric motor.

На фиг. 1 представлен продольный разрез помпы.In FIG. 1 shows a longitudinal section through a pump.

На фиг. 2 представлена схема отвода тепловых потоков через кольцевую камеру (теплообменник).In FIG. 2 shows a diagram of the removal of heat flows through an annular chamber (heat exchanger).

На фиг. 3 представлен общий вид кольцевой камеры (теплообменника).In FIG. 3 shows a general view of the annular chamber (heat exchanger).

На фиг. 4 представлена кольцевая камера с кольцевым спиралевидным каналом.In FIG. 4 shows an annular chamber with an annular spiral channel.

На фиг. 5 представлена кольцевая камера с направляющими пластинами.In FIG. 5 shows an annular chamber with guide plates.

Позиции на фигурах: 1 - корпус с монтажным фланцем; 2 - подшипники; 3 - вал электропривода с диском; 4 - постоянные магниты; 5 - рабочее колесо; 6 - кольцевая камера (теплообменник); 7 - штуцер входа охлаждающей жидкости; 8 - штуцер выхода охлаждающей жидкости; 9 - электромагнитные обмотки; 10 - кольцевой спиралевидный канал; 11 - направляющие пластины кольцевой камеры; 12 - система уплотнений.Positions in the figures: 1 - housing with mounting flange; 2 - bearings; 3 - electric drive shaft with a disk; 4 - permanent magnets; 5 - impeller; 6 - annular chamber (heat exchanger); 7 - coolant inlet fitting; 8 - coolant outlet fitting; 9 - electromagnetic windings; 10 - annular spiral channel; 11 - guide plates of the annular chamber; 12 - sealing system.

Помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом включает корпус 1 с монтажным фланцем (фиг. 1), в который на шариковых подшипниках 2 устанавливается вал 3 электропривода с выполненным заодно с ним диском с вклеенными постоянными магнитами 4 электрического двигателя. С одной стороны вала 3 электропривода расположено рабочее колесо 5, а с другой стороны расположен бесколлекторный электрический двигатель с устройством охлаждения в его задней части, которое представляет собой теплообменник жидкостного охлаждения, выполненный в виде кольцевой камеры 6 со штуцерами входа 7 и выхода 8 охлаждающей жидкости (фиг. 4). Электромагнитные обмотки 9 электрического двигателя установлены непосредственно на задней стенке кольцевой камеры 6.The pump of the ICE cooling system with an electric drive includes a housing 1 with a mounting flange (Fig. 1), into which a drive shaft 3 is mounted on ball bearings 2 with an electric motor made along with it with glued permanent magnets 4. An impeller 5 is located on one side of the electric drive shaft 3, and on the other hand there is a brushless electric motor with a cooling device in its rear part, which is a liquid cooling heat exchanger made in the form of an annular chamber 6 with fittings for the inlet 7 and outlet 8 of the coolant ( Fig. 4). The electromagnetic windings 9 of the electric motor are mounted directly on the rear wall of the annular chamber 6.

Внутри кольцевой камеры 6 по окружности выполнен кольцевой спиралевидный канал 10, вход в который сообщен со штуцером входа 7, а выход со штуцером 8 выхода охлаждающей жидкости (фиг. 4).Inside the annular chamber 6, an annular spiral channel 10 is made around the circumference, the entrance to which is connected to the inlet fitting 7, and the outlet to the coolant outlet fitting 8 (Fig. 4).

Внутри кольцевой камеры 6 по окружности на ее внутренней поверхности закреплены направляющие пластины 11 (фиг. 5), образующие одностороннее лабиринтное движение охлаждающей жидкости.Inside the annular chamber 6 around the circumference on its inner surface are fixed guide plates 11 (Fig. 5), forming a one-way labyrinth movement of the coolant.

Устройство охлаждения электрического двигателя сообщено с общей системой охлаждения ДВС, или имеет собственный контур охлаждения с дополнительным насосом и радиатором (на фигуре не показано).The cooling device of the electric motor is communicated with the general engine cooling system, or has its own cooling circuit with an additional pump and radiator (not shown in the figure).

Герметичность помпы обеспечивается набором стандартных уплотнений 12.The tightness of the pump is ensured by a set of standard seals 12.

Работает помпа следующим образом.The pump works as follows.

Электрический привод помпы через вал 3 электропривода передает вращательное движение рабочему колесу 5, обеспечивающему циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения ДВС. В этот момент через кольцевую камеру 6 начинает прокачиваться охлаждающая жидкость для охлаждения электрического двигателя, которая поступает из системы охлаждения двигателя или из собственного контура охлаждения с дополнительным насосом и радиатором (на фигуре не показано). Электромагнитные обмотки 9 при работе являются основным источником выделения тепловой энергии, избыток которой отводится охлаждающей жидкостью, циркулирующей в кольцевой камере 6 (фиг. 2), и сбрасывается в окружающую среду через радиатор системы охлаждения. Расположение электромагнитных обмоток 9 электрического двигателя непосредственно на задней стенке кольцевой камеры 6 (теплообменника) способствует более эффективному отводу тепла, а выполнение спиралевидного канала 10, или направляющих пластин 11 внутри кольцевой камеры 6 интенсифицирует процесс теплообмена, что также повышает эффективность охлаждения электрического двигателя помпы.The electric drive of the pump through the shaft 3 of the electric drive transmits rotational motion to the impeller 5, which provides circulation of the coolant in the engine cooling system. At this point, coolant begins to be pumped through the annular chamber 6 to cool the electric motor, which comes from the engine cooling system or from its own cooling circuit with an additional pump and radiator (not shown in the figure). Electromagnetic windings 9 during operation are the main source of heat energy, the excess of which is removed by the coolant circulating in the annular chamber 6 (Fig. 2), and is discharged into the environment through the radiator of the cooling system. The location of the electromagnetic windings 9 of the electric motor directly on the rear wall of the annular chamber 6 (heat exchanger) contributes to a more efficient heat removal, and the implementation of the spiral channel 10, or guide plates 11 inside the annular chamber 6 intensifies the heat transfer process, which also increases the cooling efficiency of the electric motor of the pump.

Предлагаемая помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом предназначена для применения в составе систем жидкостного охлаждения двигателей, и представляет из себя управляемый центробежный насос на базе электрического двигателя постоянного тока, позволяющего обеспечивать оптимальную температуру элементов ДВС на всех режимах его работы и регулировать расход охлаждающей жидкости независимо от оборотов коленчатого вала. Благодаря наличию устройства активного жидкостного охлаждения электрического двигателя, обеспечивается возможность эффективной работы помпы в высоконагруженных двигателях в широком диапазоне изменения режимных параметров.The proposed pump of the internal combustion engine cooling system with an electric drive is intended for use as part of liquid cooling engines, and is a controllable centrifugal pump based on an electric DC motor, which allows to provide the optimal temperature of the internal combustion engine elements in all modes of operation and to regulate the flow of coolant regardless crankshaft revolutions. Due to the presence of an active liquid cooling device for an electric motor, it is possible to efficiently operate the pump in highly loaded engines in a wide range of operating parameters.

Claims

1. The pump of the cooling system of an internal combustion engine with an electric drive, including a housing in which an impeller is located on one side of the electric drive shaft, and on the other hand there is an electric motor with a cooling device, characterized in that the electric drive shaft is made together with the disk, on which the permanent magnets of the electric motor are located, the cooling device of the electric motor is located in its rear part and is a liquid-cooled heat exchanger I, made in the form of an annular chamber with entrance and exit fittings coolant respectively, the electromagnetic winding of the electric motor mounted directly on the rear wall of the annular chamber.

2. The pump according to claim 1, characterized in that an annular spiral channel is made around the inside of the annular chamber, the inlet of which is in communication with the inlet fitting, and the outlet with a coolant outlet fitting.

3. The pump according to claim 1, characterized in that inside the annular chamber around the circumference on its inner surface are fixed guide plates forming a one-way labyrinth movement of the coolant.

4. The pump according to claim 1, characterized in that the cooling device of the electric motor is in communication with the general engine cooling system.

5. The pump according to claim 1, characterized in that the cooling device of the electric motor has its own cooling circuit with an additional pump and radiator.