具有子回路熱控制的冷卻劑循環(huán)泵的制作方法
【專利說明】具有子回路熱控制的冷卻劑循環(huán)泵
[0001]本發(fā)明涉及一種用于圍繞冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，例如，汽車發(fā)動機中的冷卻劑系統(tǒng)，循環(huán)液體冷卻劑的栗送裝置。該裝置包括固定外殼、具有葉片的旋轉葉輪以及用于旋轉葉輪的旋轉驅動器。循環(huán)系統(tǒng)包括散熱器或其他主熱交換器，以及包括多個子循環(huán)或子回路，以圍繞附屬熱交換器而栗送冷卻劑。
[0002]應用不排除在一個或更多的子回路中使用特殊專用栗，本發(fā)明的的優(yōu)先的應用還包括，在裝置所受的整個操作溫度范圍內，使用具有調整所有的子回路所需的冷卻劑流量的能力的單栗裝置，從而避免了對額外的栗的需求。
[0003]主要就用于汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的栗，對發(fā)明進行說明。
[0004]現有的技術是從公開的美國專利文獻US-6，309, 193、US-6，499，963、US-6, 887，046以及US-7，603，969發(fā)展而來。在現有技術中，冷卻劑的流量是根據冷卻劑的溫度進行調節(jié)的。也就是說，隨著冷卻劑的溫度的上升，栗循環(huán)冷卻劑使其通過散熱器的流量也會增加。
【附圖說明】
[0005]下面，參照附圖對本發(fā)明進行說明，其中:
[0006]圖1是圍繞冷卻回路栗送冷卻劑的栗送裝置的示圖；
[0007]圖2是裝置的另一個局部剖面圖；
[0008]圖2A是表示裝置的部分內部組件，尤其是裝置的熱致動器的分段分解圖；
[0009]圖3是在裝置的頂層進行剖面以表示裝置的套筒的圖1的裝置的平面圖；
[0010]圖4是表示包含于冷卻回路和子回路中的栗的回路圖；
[0011]圖5是表示裝置的葉片的圖，除了現在頂層被移走和在裝置的中間層進行剖面夕卜，圖5與圖3相同；
[0012]圖6是在圖3的線6T-6T、6M-6M、6B-6B處進行剖面的圖1的栗裝置的正面圖；
[0013]圖7是栗的平面圖，其中包括剖面的裝置的熱致動器；
[0014]圖8是表示設置為控制通過套筒和葉片兩者的流量的熱致動器的圖，包括標示為圖8-0、圖8-2、圖8-5、圖8-8的四個圖；
[0015]圖9是熱致動器的組件的示圖；
[0016]圖10是表示回路和子回路之間的相互關系的致動器圖表；
[0017]圖11是作為冷卻劑溫度函數的熱致動器的延伸(單位:毫米)的圖；
[0018]圖12是示出了作為冷卻劑溫度函數的渦流葉片的方向的圖；
[0019]圖13為包括四個標示為圖13-0、圖13-1、圖13_2、圖13_3的圖，這些圖中的裝置的轉子套筒的位置不同，這些轉子套筒隨著冷卻劑的溫度的變化而逐漸移動；
[0020]圖14是表示裝置的葉片組的不同位置的圖，與圖13 —起出現，包括標示為14-0，1，2、圖14-3的兩個圖；
[0021]圖15是進一步表示轉子套筒的位置的圖，與圖13的那些圖相似，包括四個更多的標示為圖15-5、圖15-6、圖15-7、圖15_8的圖；
[0022]圖16是進一步表示葉片組的位置的圖，與圖15 —起出現，包括四個標示為圖5-5、圖5-6、圖5-7、圖5-8的圖；
[0023]圖17是另一個具有一對線性套筒的栗裝置的平剖面圖；
[0024]圖18是圖17的栗的正剖面圖；
[0025]圖19是另一個具有兩對線性套筒的栗裝置的平剖面圖；
[0026]圖20是圖19的栗的正剖面圖；
[0027]圖21是具有相關的熱致動器的圖17的套筒的示圖；
[0028]圖22還是另一個具有可繞徑向軸轉動的葉片的栗裝置的正剖面圖；
[0029]圖23是突出表示套筒的密封方式的圖22的區(qū)域的閉合；以及
[0030]圖24是用于電池冷卻劑流的溫度控制的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)的驅動圖(可同圖10比較)。
[0031]附圖的圖1至圖16中描繪的栗送裝置20適于包含于構成汽車發(fā)動機的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。裝置20基本上為三層。頂層23中安置有控制朝向系統(tǒng)的幾個子回路的冷卻劑流的一對套筒。中間層25中安置有控制在發(fā)動機和散熱器之間循環(huán)的冷卻劑的主流的一組渦流葉片。底層27中安置有栗的葉輪，并且包括用于接收從葉輪栗送的冷卻劑的蝸殼室90以及將冷卻劑的輸送到系統(tǒng)外并圍繞系統(tǒng)輸送冷卻劑的出口。
[0032]圖3是表示外部固定的定子套筒29和內轉子套筒30的頂層23的剖面圖。轉子套筒30被安裝為用于在殼體32中旋轉，并且通過熱單元的阻斷器驅動器(下面詳細描述)的驅動而旋轉。熱單元包括蠟元件熱致動器38。熱致動器38包括溫度傳感器，其設置為測量經過發(fā)動機出口管道40的冷卻劑的溫度。
[0033]在示例性裝置中，殼體32與套筒29、30 —起被設置為構造和限定四個標示為41B、41H、41E、41T(圖3)的子入口室41。套筒29、30上形成有相應的窗口 /孔/槽43、以及存在于它們之間且限定它們的肋45。
[0034]轉子套筒30能夠以開/閉的運動模式相對于定子套筒29旋轉到套筒打開位置，使轉子套筒30的孔43RE與定子套筒29的窗口 43SE相重合或重疊，借以使得流過因此而形成的流喉道的冷卻劑能夠流動。套筒30還能夠旋轉到套筒關閉位置，使內轉子套筒30中的孔43RE與外定子套筒29中的肋45SE相重合，借以阻斷冷卻劑流過套筒的流動。
[0035]以子入口室41E為例，當套筒29、30處于其打開位置時，相對于子入口室41E，冷卻劑從這個子入口室流過套筒并進入到子葉輪室47中。子葉輪室47為漏斗形，且與葉輪軸同軸，并且經過漏斗使冷卻劑進入栗的葉輪49的中心(孔)。
[0036]圖6是典型車輛的整個冷卻系統(tǒng)的回路圖。冷卻了的冷卻劑從栗20經由作為葉輪發(fā)動機管道50的栗出口管道進入發(fā)動機E。在正常的加熱運行期間，發(fā)動機出口管道40和散熱器入口管道52將熱的冷卻劑從發(fā)動機E輸送到散熱器R。發(fā)動機出口管道40按常規(guī)線路將熱的冷卻劑輸送過栗裝置的感溫室54，其中，在熱致動器38的部件56內部的蠟元件溫度傳感器浸入熱的冷卻劑中。
[0037]從發(fā)動機出口管道40分出一個旁路分支管道58到旁路子入口室41-B。如果套筒29、30相對于室41-B處于打開位置，則產生旁路流，以使冷卻劑未經過散熱器R而穿過發(fā)動機E進行再循環(huán)。如果套筒29、30相對于室41-B處于關閉位置，則不會產生旁路流，即，液流全部經過散熱器。經過散熱器，已經冷卻了的冷卻劑經由散熱器栗管道60進入栗中。
[0038]被稱為主散熱器回路的回路包括葉輪49、葉輪發(fā)動機管道50、發(fā)動機E、發(fā)動機出口管道40、感溫室54、散熱器入口管道52、散熱器R以及散熱器栗管道60。
[0039]圍繞散熱器回路循環(huán)的冷卻劑經過栗20的中間層25，其中，通過渦流葉片組61根據其所測量的溫度調節(jié)流量。圍繞主散熱器回路循環(huán)的冷卻劑不會流過頂層23，也不會流過套筒29、30。
[0040]當從發(fā)動機涌出的冷卻劑還未升溫時，即為冷/涼時，設計者設置為經過散熱器的液流受到阻斷，且冷卻劑繞過散熱器，經由旁路子葉輪室41-B及現在相對于這個室為打開的套筒29、30后，未經冷卻返回發(fā)動機。設計者將通常設置為，在升溫過程期間，例如當升溫過程接近完成時，旁路和散熱器兩個同時打開。
[0041]被稱為旁路子回路的回路為整個系統(tǒng)的四個子回路中的一個，該回路包括葉輪49、葉輪發(fā)動機管道50、發(fā)動機、發(fā)動機出口管道40、感溫室54、旁路分支管道58、旁路子入口室41-B、套筒29、30以及子葉輪室47。
[0042]子回路經過栗20的頂層23，通過套筒29、30相對于特定子回路是否處于套筒29、30的打開或關閉位置，來控制這些回路中的冷卻劑的流動，套筒反過來受冷卻劑的溫度控制。圍繞子回路循環(huán)的冷卻劑不會流過栗的中間層25，但是會流過頂層23，以及流過套筒29、30。
[0043]圖3是栗20的中間層25的平剖面圖。這里，渦流葉片61圍繞與葉輪49的軸同心的圓排列。在示例中有15個葉片61 (圖3中(為清楚起見)省略了 3個)。冷卻劑徑向向內經過葉片61之間的間隙63進入葉輪49。(葉輪49，盡管在圖3的圖中是可見的，但實際上是位于栗的底層27中)。
[0044]葉片61具有相應的樞軸銷65，樞軸銷65與殼體32中的相應的樞軸孔67嚙合。因此，葉片61不能相對于殼體32進行整體移動，但是它們能夠相對于殼體旋轉。
[0045]葉片61還設置有相應的驅動銷69。葉片致動環(huán)70被安裝以在殼體32中旋轉，且環(huán)70設置有相應的驅動槽72。葉片驅動銷69與環(huán)70中的驅動槽72嚙合。從而，當葉片致動環(huán)70旋轉時，葉片不會在殼體中整體移動，但是葉片都會統(tǒng)一地繞其樞軸銷65以葉片定向運動模式旋轉。正如從圖中可以看到的，葉片，響應葉片致動環(huán)70的旋轉，相對于彼此統(tǒng)一地改變其方向。
[0046]栗裝置20如此設置為，響應冷卻劑溫度的變化來驅動葉片致動環(huán)70旋轉。如果冷卻劑的溫度保持不變，葉片61的定向就不會改變。因此，葉片61的定向由冷卻劑的溫度決定。
[0047]在葉片61定向范圍的一端，當冷卻劑是冷的時，葉片關閉且密封在一起，以致冷卻劑受到阻斷不能經過調節(jié)器入口室74流到主葉輪室76。當冷卻劑少許升溫，從冷變涼時，葉片61的裂紋張開，允許冷卻劑流過間隙63。起初，葉片61之間的間隙63較小，并且由于間隙較小，因此流量相對較低。
[0048]當冷卻劑的溫度增加到溫暖以上時，葉片61的幾何結構使得葉片的定向的進一步改變基本上不會顯著地改變葉片之間的間隙63的大小。也就是說:盡管隨著冷卻劑從溫暖變熱乃至超熱葉片61繼續(xù)改變其定向，但由于葉片的形狀的幾何結構，以致間隙63的橫截面區(qū)域，即液流傳輸的喉道區(qū)域，現在幾乎保持不變。(實際上，從葉片關閉位置經由‘同向’(液流減少)渦流范圍直到中立的葉片位置，間隙63的喉道區(qū)域增加，接著經由‘反向’(液流增加)定向范圍而稍微減少)。
[0049]此外，當冷卻劑的溫度從冷變?yōu)闇責?溫暖時，因為葉片之間的間隙63變大，而且‘同向“(液流減少)渦流的影響變得較小，所以冷卻劑的流量增加。但是一旦冷卻劑變得溫暖以及較熱時，間隙63的大小現在已經達到最大值。
[0050]葉片61將旋轉渦流施加到從葉片涌出進入主葉輪室76，并進入葉輪49的葉片中的冷卻劑流之中。如果施加的渦流的角速度的指向與葉輪的指向相同，則流量減少。如果施加的渦流的角速度的指向與葉輪的指向相反，則流量增加或增強。應該指出，在溫暖溫度以下，離開葉片的液流的速度矢量將旋轉渦流施加到冷卻劑，隨著冷卻劑進入葉輪的葉片，其變?yōu)榕c葉輪的旋轉指向相同的指向，即，產生的渦流與葉輪‘同向’。
[0051]葉片61，當經受由從溫暖變?yōu)榉浅岬睦鋮s劑所引起的定向上的變化時，渦流的角速度的指向從與葉輪的旋轉‘同向’改變到‘反向’。從而，當冷卻劑為溫暖時，經過葉輪的冷卻劑的流量減少，而當冷卻劑為非常熱時流量增加。(術語‘液流減少’和‘液流增加’僅為彼此比較:隨著冷卻劑從涼進展到溫熱到溫暖到熱到非常熱時，經過葉片的流量穩(wěn)定地逐漸增加。在整個升溫操作期間，冷卻劑的溫度通過能夠被預期為在溫暖和非常熱之間波動，且術語‘液流減少’和‘液流增加’能夠與中立的肋件相關，因此該術語是更有意義的。這些術語的論述還會出現在該說明書的其他地方。)
[0052]裝置的熱