RU49909U1

RU49909U1 - PUMP FOR COOLING SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU49909U1
Application number: RU2005114448/22U
Authority: RU
Inventors: А.В. Демидов; Е.Ю. Ушмаев; О.Ю. Суслиников; В.А. Бурьянов
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2005-12-10

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению и предназначено для двигателей с жидкостным охлаждением. Насос для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержит, в частности, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем подшипниковым узлом, узлом уплотнения и снабженной монтажной ступицей крыльчаткой. Отличительной особенностью является то, что ступица и крыльчатка выполнены в виде единой, штампованной из металлического листа детали, с односторонним расположением рабочих лопаток крыльчатки, кромки которых выполнены прямолинейными, а тыльная сторона крыльчатки выполнена плоской, при этом ступица выполнена в виде трубчатой отбортовки, сориентированной в направлении рабочей всасывающей полости насоса и имеющей длину не менее половины высоты лопатки крыльчатки и внутренний диаметр, обеспечивающий плотную посадку на валу насоса. Полезная модель позволяет повысить надежность работы системы охлаждения ДВС, путем повышения работоспособности основных компонентов конструкции насоса, при одновременном уменьшении его себестоимости.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to engine building and is intended for liquid-cooled engines. A pump for a cooling system of an internal combustion engine comprises, in particular, a housing with a connecting flange, a pump shaft with a bearing assembly mounted thereon, a sealing assembly and an impeller equipped with a mounting hub. A distinctive feature is that the hub and the impeller are made in the form of a single part stamped from a metal sheet with a one-sided arrangement of the impeller vanes, the edges of which are made rectilinear, and the rear side of the impeller is made flat, while the hub is made in the form of a tubular flange oriented in the direction of the working suction cavity of the pump and having a length of not less than half the height of the impeller blades and an inner diameter that ensures a tight fit on the pump shaft. The utility model allows to increase the reliability of the internal combustion engine cooling system by increasing the efficiency of the main components of the pump design, while reducing its cost.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению и предназначено для двигателей с жидкостным охлаждением.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to engine building and is intended for liquid-cooled engines.

Известна конструкция водяного насоса двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащая базовый элемент, прикрепленный к крышке картера ДВС, вращательно установленный посредством подшипника и масляного уплотнения вал насоса, установленные на валу насоса рабочее колесо и приводную шестерню, элементы герметизации, JP, заявка 1-24111, кл. F01P 5/10, 1989.A known design of a water pump of an internal combustion engine (ICE) containing a base element attached to the engine crankcase cover, a pump shaft rotationally mounted by means of a bearing and an oil seal, an impeller and a drive gear mounted on the pump shaft, sealing elements, JP, application 1-24111 , cl. F01P 5/10, 1989.

К недостаткам данной конструкции относится то, что во-первых, возникающее при работе насоса давление в полости, образованной тыльной стороной рабочего колеса и плитой насоса, создает осевую нагрузку на подшипник, что приводит к уменьшению срока службы последнего, во-вторых, при эксплуатации данной конструкции насоса при температуре охлаждающей жидкости близкой к температуре кипения, в зоне максимального разряжения на линии всасывания по входной кромке рабочих лопаток колеса возникает явление кавитации, что приводит к резкому падению производительности насоса и, соответственно, к ухудшению отвода тепла от ДВС в радиатор и к перегреву ДВС.The disadvantages of this design include the fact that, firstly, the pressure arising during the operation of the pump in the cavity formed by the back of the impeller and the pump plate creates an axial load on the bearing, which leads to a decrease in the service life of the latter, and secondly, during operation of this pump design at a coolant temperature close to the boiling point, in the zone of maximum discharge on the suction line along the inlet edge of the impellers of the wheel cavitation occurs, which leads to a sharp drop in level of performance of the pump and, accordingly, to deterioration of heat dissipation of the internal combustion engine to the radiator and the internal combustion engine to overheat.

Указанные недостатки частично устраняются в системе охлаждения ДВС, В.А. Вершигора и др. Автомобиль ВАЗ-2108. - М.: ДОСААФ, 1986, с. 59-60, включающей, в частности, размещенный на блоке цилиндров водяной насос, содержащий корпус, вал подшипника с установленными на нем крыльчаткой, имеющей два разгрузочных канала, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и элементы герметизации.These shortcomings are partially eliminated in the engine cooling system, V.A. Vershigora et al. Car VAZ-2108. - M.: DOSAAF, 1986, p. 59-60, including, in particular, a water pump located on the cylinder block, comprising a housing, a bearing shaft with an impeller mounted on it, having two discharge channels, a gear pulley, a bearing assembly, and sealing elements.

Разгрузочные каналы, соединяющие полости с обеих сторон крыльчатки частично снижают давление в полости между тыльной стороной колеса и корпусом насоса, уменьшая тем самым осевую нагрузку на подшипник, однако, не The discharge channels connecting the cavities on both sides of the impeller partially reduce the pressure in the cavity between the back of the wheel and the pump casing, thereby reducing the axial load on the bearing, however,

существенно. Также при работе насоса данной конструкции возникает явление кавитации и происходит перегрев ДВС. С целью устранения кавитации появляется необходимость увеличения статического давления в жидкости в зоне входных кромок лопастей. Достигается это путем повышения общего давления в системе охлаждения. Однако такой метод ведет к ухудшению герметичности системы (увеличивается давление на стенки патрубков, расширительного бачка, уплотнений, т.е. повышается вероятность появления течи охлаждающей жидкости) и, как следствие, к увеличению опасности перегрева ДВС.substantially. Also, when the pump of this design is operating, the phenomenon of cavitation occurs and the internal combustion engine overheats. In order to eliminate cavitation, there is a need to increase the static pressure in the liquid in the area of the input edges of the blades. This is achieved by increasing the total pressure in the cooling system. However, this method leads to a deterioration in the tightness of the system (pressure on the walls of the pipes, expansion tank, seals increases, i.e., the likelihood of coolant leakage increases) and, as a result, to an increased risk of ICE overheating.

Известно устройство насоса для системы охлаждения, которое подробно описано в патенте России на изобретение № 2102610, МПК6 F01P 5/10, публ. 20.01.98, БИ № 2. Насос содержит, в частности, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, подшипниковым узлом и узлом герметизации, который снабжен кольцом скольжения из твердого материала, плотно контактирующим с торцом ступицы крыльчатки.A pump device for a cooling system is known, which is described in detail in the Russian patent for invention No. 2102610, IPC6 F01P 5/10, publ. 01/20/98, BI No. 2. The pump contains, in particular, a housing with a connecting flange, a pump shaft with an impeller, a bearing assembly and a sealing assembly mounted on it, which is equipped with a sliding ring of solid material that is in close contact with the end face of the impeller hub.

Аналогичные конструкции насосов защищены свидетельствами на полезную модель России:Similar designs of pumps are protected by certificates for a utility model of Russia:

- № 9262, МПК6 F01P 5/10, 1999;- No. 9262, IPC6 F01P 5/10, 1999;

- № 26603, МПК7 F02M 59/00, 2002;- No. 26603, IPC7 F02M 59/00, 2002;

- № 36464, МПК7 F04D 29/00, 2004.- No. 36464, IPC7 F04D 29/00, 2004.

Или патентом России № 2234621, МПК7 F04D 29/00, публ. 2004.Or Russian patent No. 2234621, IPC7 F04D 29/00, publ. 2004.

Во всех рассмотренных выше насосах для системы охлаждения ДВС крыльчатка изготавливается методом литья под давлением из полимерных материалов - полиамида или полипропилена. В пластмассовую часть крыльчатки заливается металлическая втулка, выполняющая функцию ступицы.In all the pumps considered above for the ICE cooling system, the impeller is made by injection molding of polymeric materials - polyamide or polypropylene. A metal sleeve, which acts as a hub, is poured into the plastic part of the impeller.

Этот же технический прием использован и в прототипе предлагаемой полезной модели, которым является насос для системы охлаждения ДВС, см. Игнатов А. П.и др. "Руководство по ремонту автомобилей ВАЗ 2108, 2109, АВТОВАЗ, Тольятти, 1990, с. 39, рис. 2.71, содержащий, в частности, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, подшипниковым узлом и узлом герметизации, который снабжен кольцом скольжения из твердого материала, плотно контактирующим с торцом ступицы крыльчатки.The same technique was used in the prototype of the proposed utility model, which is a pump for the engine cooling system, see Ignatov A.P. et al. "Automobile Repair Manual VAZ 2108, 2109, AVTOVAZ, Tolyatti, 1990, p. 39, Fig. 2.71, containing, in particular, a housing with a mounting flange, a pump shaft with an impeller, a bearing assembly and a sealing assembly mounted on it, which is equipped with a sliding ring of solid material that is in close contact with the end face of the impeller hub.

Практика производства известных насосов и их эксплуатации выявили, по крайней мере, два нежелательных момента технический и экономический.The practice of producing well-known pumps and their operation revealed at least two undesirable technical and economic aspects.

Во-первых, для обеспечения необходимой механической прочности пластмассовой крыльчатки ее пластмассовая часть должна иметь достаточно большую толщину, что отрицательно влияет на расходно-напорные характеристики насоса. Кроме того, наличие сплошного дискового корпуса крыльчатки, при работе насоса обуславливает в полости между тыльной стороной крыльчатки и сальником повышенное давление, что вызывает значительную осевую нагрузку на подшипниковый узел, и снижает его ресурс. Для исключения этого нежелательного явления приходится значительно усложнять конструкцию крыльчатки, например, путем введения дополнительных разгрузочных лопастей на тыльной стороне, перфорирования сплошного диска корпуса крыльчатки дренажными каналами и пр.Firstly, to ensure the necessary mechanical strength of the plastic impeller, its plastic part must have a sufficiently large thickness, which negatively affects the flow-discharge characteristics of the pump. In addition, the presence of a solid impeller disk casing during operation of the pump causes increased pressure in the cavity between the back of the impeller and the stuffing box, which causes a significant axial load on the bearing assembly and reduces its service life. To eliminate this undesirable phenomenon, it is necessary to significantly complicate the design of the impeller, for example, by introducing additional discharge blades on the back side, perforating the solid disk of the impeller housing with drainage channels, etc.

Во-вторых, применяемые полимерные, материалы из которых формообразуется крыльчатка (полиамид, полипропилен) являются очень дорогими, что приводит к высокой себестоимости готовых изделий.Secondly, the polymers used, the materials from which the impeller is formed (polyamide, polypropylene) are very expensive, which leads to the high cost of finished products.

Решение технической задачи предполагает, путем внесения в конструкцию известного насоса конструктивных изменений, улучшить условия работы подшипникового узла и, тем самым повысить его ресурс и надежность в работе, упростить и удешевить продукцию.The solution to the technical problem involves, by introducing structural changes in the design of the known pump, to improve the working conditions of the bearing assembly and, thereby, increase its service life and reliability, simplify and reduce the cost of production.

Техническим результатом полезной модели является увеличение срока службы водяного насоса, снижение опасности перегрева ДВС, а в конечном итоге, повышение потребительских свойств транспортного средства, в частности легкового автомобиля и повышение его конкурентоспособности, как на внутреннем, так и на внешнем рынке.The technical result of the utility model is to increase the life of the water pump, reduce the risk of overheating of the internal combustion engine, and ultimately, increase the consumer properties of the vehicle, in particular a passenger car and increase its competitiveness, both in the domestic and foreign markets.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном насосе для системы охлаждения ДВС, содержащем, в частности, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем подшипниковым узлом, узлом уплотнения и снабженной монтажной ступицей крыльчаткой, ступица и крыльчатка выполнены в виде единой, штампованной из металлического листа детали, с односторонним расположением рабочих лопаток крыльчатки, кромки которых выполнены прямолинейными, а тыльная сторона крыльчатки выполнена плоской, при этом ступица выполнена в виде трубчатой отбортовки, имеющей длину не менее половины высоты лопатки крыльчатки и внутренний диаметр, обеспечивающий плотную посадку на валу насоса.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the known pump for the internal combustion engine cooling system, comprising, in particular, a housing with a connecting flange, a pump shaft with a bearing assembly mounted thereon, a sealing assembly and an impeller equipped with a mounting hub, the hub and the impeller are made in the form of a single part, stamped from a metal sheet, with a one-sided arrangement of the impeller blades, the edges of which are made rectilinear, and the rear side of the impeller is made it is flat, while the hub is made in the form of a tubular flanging having a length of at least half the height of the impeller blade and an inner diameter that ensures a tight fit on the pump shaft.

Трубчатой отбортовка, в зависимости от конкретного конструктивного исполнения насоса может быть сориентирована в направлении рабочей всасывающей полости насоса (это, например, приемлемо для всех переднеприводных автомобилей Волжского автозавода, г. Тольятти), либо она может быть сориентирована в сторону противоположную всасывающей полости (этот вариант, в частности, приемлем для всех классических автомобилей Волжского автозавода, г. Тольятти).Tubular flanging, depending on the specific design of the pump, can be oriented in the direction of the working suction cavity of the pump (this, for example, is acceptable for all front-wheel drive cars of the Volga Automobile Plant, Togliatti), or it can be oriented in the direction opposite to the suction cavity (this option , in particular, is acceptable for all classic cars of the Volga Automobile Plant, Togliatti).

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".Comparison of scientific, technical and patent documentation on the priority date in the main and related sections of the MKI shows that the set of essential features of the claimed solution was not previously known, therefore, it meets the patentability condition of “novelty”.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".The proposed technical solution is industrially applicable, because can be manufactured industrially, efficiently, feasibly and reproducibly, therefore, meets the patentability condition "industrial applicability".

Полезная модель поясняется чертежами, где на:The utility model is illustrated by drawings, where:

фиг.1 показан заявляемый водяной насос, вид на крыльчатку,figure 1 shows the inventive water pump, view of the impeller,

фиг.2 показано сечение А-А насоса по фиг.1,figure 2 shows a section aa of the pump of figure 1,

Вариант водяного насоса, предполагаемого к производству для всех переднеприводных автомобилей ОАО "АВТОВАЗ" (г. Тольятти), представленный на фиг.1 и 2, содержит корпус 1 с присоединительным фланцем 2, вал 3 насоса с установленными на нем, подшипниковым узлом 4, узлом уплотнения 5 и снабженной монтажной ступицей 6 крыльчаткой 7. Ступица 6 и крыльчатка 7 выполнены в виде единой, штампованной из металлического листа детали, с односторонним расположением рабочих лопаток 8 крыльчатки, кромки которых выполнены прямолинейными, а тыльная сторона 9 крыльчатки выполнена плоской. Ступица 6 выполнена в виде трубчатой отбортовки, сориентированной в направлении рабочей всасывающей полости -Б-насоса и имеющей длину -L- не менее половины высоты -Н- лопатки крыльчатки и внутренний диаметр -D-, обеспечивающий плотную посадку на валу насоса.A variant of the water pump, intended for production for all front-wheel drive vehicles of AvtoVAZ OJSC (Togliatti), shown in Figs. 1 and 2, comprises a housing 1 with a connecting flange 2, a pump shaft 3 with a bearing assembly 4, a assembly installed on it the seals 5 and the impeller 7 equipped with the mounting hub 6. The hub 6 and the impeller 7 are made in the form of a single part, stamped from a metal sheet, with one-sided arrangement of the impeller blades 8, the edges of which are made rectilinear, and the rear side 9 of the impeller heel is flat. The hub 6 is made in the form of a tubular flange, oriented in the direction of the working suction cavity -B-pump and having a length -L- of at least half the height of the impeller blades -H- and an inner diameter of -D-, which ensures a tight fit on the pump shaft.

Работает насос обычным образом. Корпус 1 водяного насоса (фиг.1) закреплен на блоке цилиндров ДВС (не показан). Крутящий момент от коленчатого вала ДВС передается посредством зубчатого шкива на вал 3 водяного насоса. При вращении крыльчатки 7 охлаждающая жидкость под действием центробежных сил нагнетается рабочими лопатками 8 из полости с The pump operates in the usual way. The housing 1 of the water pump (figure 1) is mounted on the cylinder block of the internal combustion engine (not shown). Torque from the ICE crankshaft is transmitted via a gear pulley to the shaft 3 of the water pump. When the impeller 7 rotates, the coolant under the action of centrifugal forces is pumped by the working blades 8 from the cavity with

низким давлением в полость с высоким давлением и далее в систему жидкостного охлаждения ДВС.low pressure into the cavity with high pressure and further into the internal combustion engine liquid cooling system.

Изготовленная методом штамповки крыльчатка представляет собой легкую, простую в изготовлении и недорогую деталь. Прямое сообщение рабочей всасывающей полости -Б- насоса с полостью за лопастями крыльчатки через межлопастное пространство крыльчатки исключает осевую нагрузку на подшипниковый узел 4, что повышает его работоспособность. Примерные расчеты затрат на изготовление предлагаемой крыльчатки показывают, что они значительно меньше, чем затраты на изготовление прототипа. Кроме того, материал металлической крыльчатки более стоек к химически активному хладагенту, например, "Тосолу", применяемому в системах охлаждения ДВС легковых автомобилей, в сравнении с материалом прототипа.The impeller made by stamping is a lightweight, easy to manufacture and inexpensive part. Direct communication of the working suction cavity of the -B pump with the cavity behind the impeller blades through the inter-blade space of the impeller eliminates the axial load on the bearing assembly 4, which increases its performance. Approximate calculations of the cost of manufacturing the proposed impeller show that they are significantly less than the cost of manufacturing a prototype. In addition, the material of the metal impeller is more resistant to chemically active refrigerant, for example, "Tosol" used in cooling systems of internal combustion engines of cars, in comparison with the material of the prototype.

Опытные образцы конструктивного исполнения насоса на переднеприводных автомобилях производства ОАО "АВТОВАЗ" показали высокую эффективность предложенного конструктивного решения.Prototypes of the design of the pump on front-wheel drive vehicles manufactured by JSC "AVTOVAZ" showed the high efficiency of the proposed design solution.

Разумеется, полезная модель не ограничивается описанным способом ее осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящей полезной модели.Of course, the utility model is not limited to the described method of its implementation, shown in the attached figures. It remains possible to change various elements or replace them with technically equivalent ones that do not go beyond the scope of the present utility model.

Claims

1. A pump for a cooling system of an internal combustion engine, comprising, in particular, a housing with a connecting flange, a pump shaft with a bearing assembly mounted thereon, a sealing assembly and an impeller provided with a mounting hub, characterized in that the hub and the impeller are made in a single, stamped from a metal sheet of the part, with a one-sided arrangement of the impeller blades, the edges of which are made rectilinear, and the back of the impeller is made flat, while the hub is made in the form of a pipe chatoy flanging, whose length is not less than half the height of the impeller blades.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the tubular flange is oriented in the direction of the working suction cavity of the pump.