可脫開的發動機冷卻劑泵的製作方法
2023-08-05 19:13:41
可脫開的發動機冷卻劑泵的製作方法
【專利摘要】本發明涉及可脫開的發動機冷卻劑泵。冷卻劑泵包括驅動輪、從動輪和偶聯控制泵。從動輪連接到冷卻劑葉輪並且以可變程度偶聯到驅動輪，所述偶聯程度響應在驅動輪和從動輪之間小的流體的量。偶聯控制泵配置為基於可變控制信號改變在驅動輪和從動輪之間限制的流體的量。
【專利說明】可脫開的發動機冷卻劑泵
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本專利申請要求2012年7月13日提交的德國專利申請DE102012212325.3的優先權，其全部內容在此通過弓I用併入，用於所有目的。
【技術領域】
[0003]本專利申請涉及機動車輛工程的領域，並且更具體地，涉及用於機動車輛發動機系統的冷卻劑泵。
【背景技術】
[0004]機動車輛發動機系統通常包括發動機驅動的冷卻劑泵(也稱為「水泵」)。冷卻劑泵循環液體冷卻劑通過護套(jacket)，所述護套圍繞發動機的汽缸蓋或汽缸體，以在發動機操作期間提供連續冷卻。近來的冷卻劑泵構造認可使泵送速率一因此，冷卻劑帶走熱量的速率——隨著發動機條件的改變而變化。具體地，在發動機已經升溫到其正常運轉溫度後，期望與發動機轉速成比例地操作所述冷卻劑泵，以便避免過熱和保持正常運轉溫度。然而，當發動機十分冷時一例如在冷啟動之後，與發動機轉速成比例冷卻，可能是不期望的。相反地，可能期望允許發動機儘可能快地升溫到其正常運轉溫度。該策略提供源於降低摩擦的發動機潤滑劑較快粘度降低和減少泵氣損失和增加EGR容限的進氣充氣較快升溫的燃料經濟利益。瞬發發動機升溫也促進在所述排氣系統中較快的催化劑起燃，用於改進排放控制性能。
[0005]因此，德國專利申請DElO 2010 043 264A1描述了一種發動機驅動冷卻劑泵，其中來自發動機曲軸的旋轉運動通過液力偶合器被傳輸到冷卻劑泵葉輪。在該設計中，基於在任何時間點限制在液力偶合器內的流體的量，控制傳輸到葉輪的扭矩量。響應冷卻需求，通過打開位於所述冷卻劑泵中的兩個磁控制閥中的一個，可以改變該量。打開一個閥允許流體移出液力偶合器並進入存儲室；打開另一閥允許流體移回到液力偶合器中。在該方法中，偶合器內的流體越少，傳輸到葉輪的扭矩越少，且由冷卻劑帶走的熱量越少。
[0006]然而，本文的發明人已經觀察到，DElO 2010 043 264A1的液力偶合器在正常操作條件下不可以完全排乾流體。這是因為該設計依賴於純旋轉力來將流體移出液力偶合器並進入存儲室。結果，葉輪從不完全與旋壓曲軸分離:即使當不期望冷卻劑流動時，該泵繼續以減少的速率循環冷卻劑。
【發明內容】
[0007]為了解決這個問題並且提供其他優點，本公開提供了一種冷卻劑泵，其包括驅動輪、從動輪和偶聯控制泵。所述從動輪連接到冷卻劑葉輪並且以可變程度偶聯到驅動輪，該偶聯程度響應在驅動輪和從動輪之間限制的(confined)流體的量。該偶聯控制泵配置為基於可變的控制信號改變在驅動輪和從動輪之間限制的流體的量。當需要最小冷卻時，此配置能夠使冷卻劑泵的驅動輪完全與從動輪分離，用於改進燃料經濟和排放控制性能。[0008]提供上面的陳述來以簡化的形式介紹本公開的選定部分，而沒有確定主要或必需特徵。由權利要求書限定的要求保護的主題既不限於上述內容，也不限於解決本文所引用的問題或缺點的實施。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1示出了根據本公開的實施方式的示例性發動機系統的方面。
[0010]圖2和圖3示出了根據本公開的實施方式的示例性冷卻劑泵的方面。
[0011]圖4圖解了根據本公開的實施方式的控制機動車輛發動機系統的冷卻劑泵的示例性方法。
【具體實施方式】
[0012]現在將通過實例和參照上面所列的例證性實施方式描述本公開的方面。在一個或多個實施方式中可能基本相同的組件、過程步驟和其他要素協調地確定並且以最小的重複描述。然而，應當注意協調確定的要素也可在一定程度上不同。應當進一步注意本公開中所包括的附圖是示意性的，並且一般不按比例繪製。相反地，圖中所示的各種製圖比例、縱橫比和組件數量可能被故意曲解，以使某些特徵或關係更容易看見。
[0013]圖1示出了在一個實施方式中的示例性發動機系統10的方面。所述發動機系統包括導入空氣、消耗燃料和放出熱量、排氣和機械能的發動機12。發動機可以是，例如，機動車輛的汽油或柴油發動機。發動機12包括一個或多個配置為容納流動的液體冷卻劑的冷卻劑套14。冷卻劑可以包括與一種或多種試劑混合的水，以抑制冰點、提高沸點和/或減少冷卻劑流過的組件的腐蝕。在本公開的不同實施方式中，冷卻劑套的布置和配置可不同。在一個實例中，冷卻劑套可包圍或包邊(border)發動機的汽缸蓋。在其他實例中，一個或多個冷卻劑套可包圍或包邊發動機的汽缸體。在這些和其他實例中，額外的冷卻劑套可以包圍或包邊其他發動機組件，如排氣歧管或進氣歧管。在一些實施方式中，配置為冷卻兩個或多個發動機組件的護套可被集成在一起。
[0014]圖1示出了主水-空氣換熱器16，其也被稱為「散熱器」。該主換熱器包括導管網絡，其中導管之間的空間用於空氣流過。風扇18配置為引導空氣通過主換熱器，以冷卻其中的冷卻劑。為此，通過電子控制系統22，由電動馬達20以可變速度驅動該風扇。電子控制系統控制施加到該馬達的電流，以達到期望的冷卻水平。圖1也示出了次水-空氣換熱器24，其也被稱為「加熱器核心」。次換熱器包括溫度啟動閥26，其在選定的條件下打開，以使冷卻劑能夠流入所述加熱器核心內，以加熱其中安裝發動機系統10的機動車輛的室(cabin)。
[0015]圖1示出了冷卻劑泵28，其由曲軸30通過傳動皮帶32驅動。在其他實施方式中，傳動齒輪或鏈條可以將冷卻劑泵偶聯到曲軸，或者冷卻劑泵可被直接偶聯到曲軸的末端。冷卻劑泵包括迴轉葉輪34，其位於發動機12內，以促進冷卻劑流過冷卻劑套14。在這裡考慮的實施方式中，可控制地通過電子控制系統22，曲軸和葉輪之間的偶聯程度是可變化的。因此，在一定操作條件下一例如當要求穩態冷卻時，葉輪可接收曲軸的顯著扭矩，而在其他條件下一例如在發動機的冷啟動期間和之後，葉輪可接收少得多的扭矩。冷卻劑泵的專用元件部分(見下頁)能夠改變從曲軸傳輸到葉輪的扭矩量。[0016]電子控制系統22配置為控制和協調各種發動機系統功能。為此，所述電子控制系統包括機器可讀存儲介質(即存儲器)和一個或多個處理器。編碼到機器可讀存儲介質中的指令能夠響應傳感器輸入進行決策並指示發動機系統元件部分的智能控制。這樣的決策可以根據下述各種策略制定:事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。以這種方式，電子控制系統可配置為制定本文公開的方法的任何或所有方面，其中各種方法步驟——例如操作、功能和動作一可以體現為編碼入機器可讀存儲介質中的代碼。
[0017]在圖1的實施方式中，電子控制系統22包括傳感器接口 36和發動機控制接口 38。為了評估發動機系統10的操作條件和發動機系統安裝在其中的車輛的操作條件，傳感器接口 36接收來自布置在車輛中的各種傳感器——流量傳感器、溫度傳感器、踏板位置傳感器、壓力傳感器等一的輸入。發動機控制接口 38配置為致動電子可控制的閥、致動器和車輛的其他元件部分。發動機控制接口可操作地偶聯到每個電子控制的閥和致動器，並配置為根據需要命令其打開、關閉和/或調整，以制定本文所述的控制功能。
[0018]在圖1中繼續，為了評估發動機系統操作條件和因此確定曲軸30和冷卻劑泵葉輪34之間所需的偶聯程度，電子控制系統22可操作地偶聯到發動機溫度傳感器40。當電子控制系統接收來自發動機溫度傳感器的指示相對高的發動機溫度的信號時，電子控制系統可增加從曲軸傳輸到冷卻劑泵葉輪的扭矩。相反地，當電子控制系統接收指示相對低的發動機溫度的信號時，該系統可減少從曲軸傳輸到冷卻劑泵葉輪的扭矩。在一些實施方式中，來自發動機溫度傳感器的信號也可以用於確定供給到風扇馬達20的電流的量。
[0019]圖2在部分橫截面中示出了在一個實施方式中的示例性冷卻劑泵28A的方面。除了葉輪34,冷卻劑泵還包括定子42、驅動輪44和從動輪46。在圖1中所示的實施方式中，驅動輪是帶輪，其包括配置為接收傳動皮帶32的槽輪軌道48。從動輪連接到冷卻劑葉輪和以可變程度偶聯到驅動輪。這裡，驅動輪和從動輪之間的空間是所謂的「液力偶合器」或「粘液偶合器」。因此，驅動輪和從動輪之間的運動偶聯程度響應在該空間中限制的流體的量。用於在驅動輪和從動輪之間提供可變偶聯的流體可以是任何合適的傳動油，包括矽油。
[0020]冷卻劑泵28包括剪切室(shear chamber) 50，其中限制驅動輪和從動輪之間的流體。冷卻劑泵也包括用於未限制在剪切室中的流體的存儲室52，和連接剪切室和存儲室的導管54。在圖2的實施方式中，來自驅動輪的旋轉力趨向於在至少一個方向上移動流體通過導管。在本公開的各種實施方式中，這樣的旋轉力可包括來自驅動輪本身的離心力，或由驅動輪相對於從動輪或相對於定子的相對運動引起的剪切力和離心力的組合。為了在這樣的力下控制流體的運動，冷卻劑泵28也包括磁控制閥56，該磁控制閥56布置在剪切室和存儲室之間的導管中，以便選擇性地允許流體在剪切室和存儲室之間流動，其由所述力移動。
[0021]如圖2中所示，冷卻劑泵28也包括布置在導管54中的偶聯控制泵58。偶聯控制泵配置為基於可變控制信號改變在驅動輪和從動輪之間限制的流體的量。可包括連續可變控制信號的這種信號可源自電子控制系統22。例如，該信號可以是電流、電壓和/或可變佔空比脈衝串(pulse train)。在圖2中所示的實施方式中，導管54、存儲室52和偶聯控制泵58被布置在驅動輪44內。在一些實例中，偶聯控制泵可以是具有偏心腔的迴轉葉片式慄。
[0022]在一些實施方式中，偶聯控制泵58可配置為在與旋轉力傾向於移動流體的方向相反的方向上泵送流體通過導管54。例如，在圖2的實施方式中，驅動輪和從動輪二者都圍繞共同的軸A旋轉。剪切室50的質心比存儲室52的質心更遠離該軸。因此，當磁控制閥56打開時，離心力將傾向於從存儲室移動流體向上進入剪切室。因此，偶聯控制泵配置為在相反的方向上泵送流體，即回到存儲室內。在一些實例中和在一些操作條件下，所述偶聯控制泵可配置為從驅動輪和從動輪之間撤回足夠的流體，以基本上將驅動輪與從動輪分離，從而使得在需要時很少或沒有冷卻劑流動。
[0023]在圖2的實施方式中，機械傳輸聯動裝置60A布置在偶聯控制泵58和定子42之間。在圖解的實施方式中，由配對的齒輪(或在其他實施方式中，由帶輪/傳送帶系統)組成的機械傳輸聯動裝置配置為響應驅動輪的轉速傳輸轉動能到偶聯控制泵。以這種方式，在增加的轉速下，可獲得增加的流體泵送力，例如，以抵消在該速度下存在的離心力增加。在這個和其他實施方式中，偶聯控制泵可以通過磁致動離合器62偶聯到所述機械聯動裝置。電子控制系統22可致動離合器，以在選定的操作條件下傳輸功率到偶聯控制泵，和在其他操作條件下阻止傳輸功率到偶聯控制泵。在其他實施方式中，可以省略離合器，並且無論何時驅動輪旋轉，偶聯控制泵可接收功率。
[0024]儘管圖2的實施方式提供了優點，但也考慮了其他配置。例如，在圖3的實施方式中，存儲室52的質心比剪切室50的質心更遠離軸A，以便旋轉力自然地移動流體從剪切室到存儲室。這裡，偶聯控制泵58配置為泵送流體從存儲室到剪切室。在該實施方式中，機械傳輸聯動裝置60B布置在所述偶聯控制泵和從動輪46之間並且配置為響應驅動輪44和從動輪46之間的轉速差傳輸轉動能到偶聯控制泵。該實施方式以增加的滑移(slip)提供了從存儲室到剪切室的增加的泵送動作，而旋轉偏置流回到存儲室隨著轉速而增加。與前面的實施方式一樣，可提供磁致動離合器62以選擇性地偶聯或分離偶聯控制泵58和機械聯動裝置60B。在仍其他實施方式中，偶聯控制泵可以是電動泵，其配置為在相反方向上泵送流體通過導管54，即，從存儲室到剪切室和從剪切室到存儲室。
[0025]為了便於描述，旋轉偏置的流體流動的方向在前面的實例中已經描述為從軸A向夕卜。然而，本【技術領域】熟練的讀者應當理解分布在驅動輪44中的額外流體控制元件部分和/或其旋轉相對的任何表面可配置為使得流體在相反的方向上流動，即，朝向軸A和最接近該軸設置的腔室。在這樣的實施方式中，偶聯控制泵可配置為泵送流體從該腔室(剪切室或存儲室)到離該軸較遠的另一腔室。通常地，由驅動輪旋轉偏置的任何流體流動可以由近乎設置在流體流過的導管中的任何地方的磁控制閥控制。
[0026]上述配置能夠實現控制機動車輛發動機系統的冷卻劑泵的各種方法。因此，通過實例並繼續參照上述配置，現在描述一些這樣的方法，然而，應當理解這裡所描述的方法和本公開範圍內的其他方法也可以通過不同配置實現。所述方法可以在發動機系統操作的任何時間開始，且可以重複執行。自然地，方法的每次執行可改變隨後執行的開始條件(entrycondition)，並從而調用複雜的決策邏輯。本公開中充分考慮了這種邏輯。此外，在一些實施方式中，一些本文所描述和/或說明的過程步驟可以被省略，而不背離本公開的範圍。同樣地，可能並不總是要求該過程步驟的指示順序來實現預期結果，但為了便於說明和描述，提供了改指示順序。取決於所使用的具體策略，可以重複執行所說明的動作、功能或操作中的一個或多個。
[0027]圖4圖解了控制機動車輛發動機系統的冷卻劑泵的示例性方法64。在66，在機動車輛的電子控制系統中，接收響應發動機溫度的傳感信號。在68，確定發動機溫度是否低於閥值。如果發動機溫度低於閥值，則該方法前進到70。在70，在第一方向上驅動冷卻劑泵的偶聯控制泵，以減少在冷卻劑泵的驅動輪和從動輪之間限制的流體的量。然而，如果發動機溫度不低於閥值，則該方法前進到72。在72，在第一方向上停止驅動偶聯控制泵，以便增加在冷卻劑泵的驅動輪和從動輪之間限制的流體的量。在一些實施方式中，制定任選的步驟74，其中當發動機溫度高於閥值時在與第一方向相反的第二方向上驅動偶聯控制泵，以增加在冷卻劑泵的驅動輪和從動輪之間限制的流體的量。在該實施方式和其他實施方式中，可以打開布置在導管中的磁控制閥。採取該動作，以便當發動機溫度高於閥值時，增加在冷卻劑泵的驅動輪和從動輪之間限制的流體的量，以增加冷卻劑流動。
[0028]在一個實施方式中，用於冷卻劑泵的方法包括:圍繞軸旋轉驅動輪；調節連接到冷卻劑葉輪的從動輪和驅動輪之間的偶聯程度，該偶聯程度響應在驅動輪和從動輪之間的剪切室內限制的流體的量；通過存儲室容納未限制在剪切室中的流體；基於可變控制信號通過偶聯控制泵在剪切室和存儲室之間泵送流體，其中導管連接剪切室、存儲室和偶聯控制泵；和選擇性地允許流體在剪切室和存儲室之間流動，其通過布置在導管中的磁控制閥由來自驅動輪的旋轉力移動。
[0029]上述方法的任何方面不應該以限制意義理解，因為也考慮了許多變化和擴展。例如，儘管上面使用來自溫度傳感器的輸出控制多少流體保留在冷卻劑泵的剪切室中，但是也設想了其他實施方式，其中通過定時功能或溫度和定時的組合提供這樣的控制。在一個特定實例中，假若所測得的發動機溫度低於閥值，可以抽空剪切室，以有效地使葉輪扭矩在預定時段(發動機啟動後的30秒、90秒等)為零。
[0030]應當理解上文所述製品、系統和方法是本公開的實施方式，是也考慮了許多變化和擴展的非限制性實例。本公開也包括上述製品、系統和方法的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合，以及其任何和所有等同物。
【權利要求】
1.一種冷卻劑泵，包括: 驅動輪； 從動輪，其連接到冷卻劑葉輪並且以可變程度偶聯到所述驅動輪，所述偶聯程度響應在所述驅動輪和所述從動輪之間限制的流體的量；和 偶聯控制泵，其配置為基於可變控制信號改變在所述驅動輪和所述從動輪之間限制的流體的量。
2.根據權利要求1所述的冷卻劑泵，其中所述可變控制信號是連續的可變控制信號。
3.根據權利要求1所述的冷卻劑泵，其中所述偶聯控制泵配置為從所述驅動輪和所述從動輪之間撤回足夠的流體，以基本上將所述驅動輪與所述從動輪分離。
4.根據權利要求1所述的冷卻劑泵，其中在所述驅動輪和所述從動輪之間限制的所述流體被限制在剪切室內，所述冷卻劑泵進一步包括用於未限制在所述剪切室中的流體的存儲室，和連接所述剪切室、所述存儲室和所述偶聯控制泵的導管。
5.根據權利要求4所述的冷卻劑泵，其中所述導管、所述存儲室和所述偶聯控制泵布置在所述驅動輪內。
6.根據權利要求4所述的冷卻劑泵，其中所述偶聯控制泵配置為在第一方向上泵送所述流體通過所述導管，並且其中來自所述驅動輪的旋轉力在與所述第一方向相反的第二方向上移動所述流體。
7.根據權利要求6所述的冷卻劑泵，其中所述旋轉力包括離心力。
8.根據權利要求6所述的冷卻劑泵，進一步包括布置在所述導管中的磁控制閥，以選擇性地允許所述流體在所述剪切室和所述存儲室之間流動，其由所述旋轉力移動。
9.根據權利要求4所述的冷卻劑泵，其中所述驅動輪和所述從動輪二者都圍繞軸旋轉，並且其中所述剪切室的質心比所述存儲室的質心更遠離所述軸。
10.根據權利要求4所述的冷卻劑泵，其中所述驅動輪和所述從動輪二者都圍繞軸旋轉，並且其中所述存儲室的質心比所述剪切室的質心更遠離所述軸。
11.根據權利要求1所述的冷卻劑泵，其中所述偶聯控制泵是電動泵，其配置為以相反方向泵送所述流體通過連接剪切室和存儲室的導管。
12.根據權利要求1所述的冷卻劑泵，進一步包括機械傳輸聯動裝置，所述機械傳輸聯動裝置布置在所述偶聯控制泵和所述從動輪之間並且配置為響應所述驅動輪和所述從動輪之間的轉速差傳輸轉動能到所述偶聯控制泵。
13.根據權利要求1所述的冷卻劑泵，進一步包括機械傳輸聯動裝置，所述機械傳輸聯動裝置布置在所述偶聯控制泵和所述冷卻劑泵的定子之間，所述機械傳輸聯動裝置配置為響應所述驅動輪的轉速傳輸轉動能到所述偶聯控制泵。
14.根據權利要求1所述的冷卻劑泵，其中所述偶聯控制泵是迴轉葉片泵。
15.—種控制機動車輛發動機系統的冷卻劑泵的方法，所述方法包括: 當發動機溫度低於閥值時，在第一方向上驅動所述冷卻劑泵的偶聯控制泵，以減少在所述冷卻劑泵的驅動輪和從動輪之間限制的流體的量，所述從動輪連接到冷卻劑葉輪並以可變程度偶聯到所述驅動輪，所述偶聯程度響應在所述驅動輪和所述從動輪之間限制的所述流體的量；和 當所述發動機溫度高於所述閥值時，停止在所述第一方向上驅動所述偶聯控制泵，以增加在所述冷卻劑泵的所述驅動輪和所述從動輪之間限制的所述流體的量。
16.根據權利要求15所述的方法，進一步包括當發動機溫度高於所述閥值時在與所述第一方向相反的第二方向上驅動所述偶聯控制泵，以增加在所述冷卻劑泵的所述驅動輪和所述從動輪之間限制的所述流體的量。
17.根據權利要求15所述的方法，其中在所述驅動輪和所述從動輪之間限制的所述流體被限制在剪切室內，所述冷卻劑泵進一步包括配置為容納未限制在所述剪切室內的流體的存儲室，和連接所述剪切室、所述存儲室和所述偶聯控制泵的導管，所述方法進一步包括: 當所述發動機溫度高於所述閥值時，打開布置在所述導管中的磁控制閥，以增加在所述冷卻劑泵的所述驅動輪和所述從動輪之間限制的所述流體的量。
18.—種冷卻劑泵，包括: 驅動輪，其配置為圍繞軸旋轉； 從動輪，其連接到冷卻劑葉輪並且以可變程度偶聯到所述驅動輪，所述偶聯程度響應在所述驅動輪和所述從動輪之間的剪切室內限制的流體的量； 存儲室，其配置為容納未限制在所述剪切室中的流體； 偶聯控制泵，其配置為基於可變控制信號在所述剪切室和所述存儲室之間泵送所述流體； 導管，其連接所述剪切室、所述存儲室和所述偶聯控制泵；和 磁控制閥，其布置在所述導管中，以選擇性地允許所述流體在所述剪切室和所述存儲室之間流動,其由來自所述驅動輪的旋轉力移動。
19.根據權利要求18所述的冷卻劑泵，進一步包括機械傳輸聯動裝置，所述機械傳輸聯動裝置布置在所述偶聯控制泵和所述從動輪之間和配置為響應所述驅動輪和所述從動輪之間的轉速差傳輸轉動能到所述偶聯控制泵，其中所述存儲室的質心比所述剪切室的質心更遠離所述軸。
20.根據權利要求18所述的冷卻劑泵，進一步包括機械傳輸聯動裝置，所述機械傳輸聯動裝置布置在所述偶聯控制泵和所述冷卻劑泵的定子之間，所述機械傳動聯動裝置配置為響應所述驅動輪或所述從動輪的轉速傳輸轉動能到所述偶聯控制泵，其中所述剪切室的質心比所述存儲室的質心更遠離所述軸。
【文檔編號】F01P7/14GK103541802SQ201310289920
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月11日 優先權日:2012年7月13日
【發明者】M·特伯格特, B·平恩, B·舒馬赫, J·梅林, K·豪恩伯肯 申請人:福特環球技術公司