CN111608785A - 一种集成有水泵的起动机及控制方法 - Google Patents

一种集成有水泵的起动机及控制方法 Download PDF

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蓝冬梅
王利乐
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Abstract

本发明公开了一种集成有水泵的起动机，属于起动机领域，解决传统起动机与水泵分体式结构造成零部件数量多的问题。该起动机包括起动机本体，所述起动机本体的电枢轴一端通过离合器组件与内燃机飞轮齿圈连接，所述起动机本体的电枢轴另一端连接有水泵，所述水泵的进水管与冷却液箱连通，所述水泵的出水管与内燃机的冷却***管路连通，所述的进水管与出水管之间设有旁通水道，所述的旁通水道上设有电磁阀；还包括控制***。本发明还公开了一种集成有水泵的起动机控制方法。本发明的起动机及控制方法，减少了零部件，该起动机不但可以作为内燃机静止状态下，对内燃机冷却***进行预热时的水泵动力源，也可以作为内燃机正常工作下的水泵常用动力源。

Description

一种集成有水泵的起动机及控制方法
技术领域
本发明涉及起动机，更具体地说，它涉及一种集成有水泵的起动机及控制方法。
背景技术
起动机是内燃机的关键零部件，用于驱动内燃机飞轮，带动曲柄连杆机构旋转，在内燃机可以开始依靠自身做功能力完成启动并持续运转后，起动机便停止工作。同时，水泵也是内燃机的关键零部件，用于给内燃机提供合适流量和压力的循环冷却液，将内燃机运行过程中气缸体水套的热量、以及缸盖水套、机水冷却器、空气冷却器、EGR冷却器、水冷排气管等所有需要冷却液带走热量的部件进行冷却，同时，对于一些低温环境下应用的内燃机，在启动前通常也需要采用水泵将冷却液泵入冷却液管路中的外部加热装置上进行预热，然后再回流至冷却***中循环流动，以便内燃机启动。。
现有的起动机和水泵多为分别独立工作。水泵采用皮带或齿轮传动时，为满足内燃机低速大负荷的工作要求，往往水泵的额定流量和扬程设计的较大，以满足低速下的水泵性能，但带来的问题是高速工况下水泵性能富余太多，功耗过大，且磨损严重，影响水泵使用寿命。水泵用电动机带动时虽然可以独立柔性控制水泵转速，获得理想的冷却液流量和扬程，但对于内燃机而言，多了一个电动机，造成整机的结构不紧凑，控制***复杂，成本高，故障点多的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，其目的之一是提供一种集成有水泵的起动机，将水泵集成在起动机上，并由起动机驱动，有效减少了零部件，降低了成本。
其目的之二是提供一种集成有水泵的起动机控制方法，利用该方法能够便于控制内燃机冷却***的冷却液流动，使得该起动机不但可以作为内燃机静止状态下，对内燃机冷却***进行预热时的水泵动力源，也可以作为内燃机正常工作下的水泵常用动力源。
本发明的技术方案一是这样的：一种集成有水泵的起动机，包括起动机本体，所述起动机本体的电枢轴一端通过离合器组件与内燃机飞轮齿圈连接，所述起动机本体的电枢轴另一端连接有水泵，所述水泵的进水管与冷却液箱连通，所述水泵的出水管与内燃机的冷却***管路连通，所述的进水管与出水管之间设有旁通水道，所述的旁通水道上设有电磁阀；还包括控制***，所述起动机本体的电枢线圈、离合器组件、电磁阀均与控制***电性连接。
作为进一步地改进，所述的离合器组件包括啮合齿轮、拨叉卡套、拨叉、拉杆和线圈，所述的拔叉卡套安装在电枢轴的一端，所述的啮合齿轮安装在拨叉卡套一侧的电枢轴上，且所述的啮合齿轮与内燃机飞轮齿圈啮合相连，所述拔叉的中部通过转轴与起动机本体转动连接，且所述拨叉的两端分别与拔叉卡套、拉杆连接，所述的线圈套设在拉杆的***。
进一步地，所述的控制***包括电源和控制模块，所述的线圈通过线圈信号开关与电源电性连接，且所述的线圈信号开关与控制模块电性连接，所述的电磁阀通过电磁阀信号开关与电源电性连接，且所述的电磁阀信号开关与控制模块电性连接，所述起动机本体的电枢线圈通过电路切换组件与电源电性连接，且所述电路切换组件与控制模块电性连接。
进一步地，所述的电路切换组件包括电磁开关触点和与其相配合的a触点、b触点，所述的电磁开关触点安装在拉杆的一端，所述的a触点与电源电性连接，所述的b触点与电枢线圈电性连接，所述a触点与b触点之间电性连接有电枢线圈信号开关，且所述的电枢线圈信号开关与控制模块电性连接。
进一步地，所述的控制***还包括水温传感器，所述的水温传感器安装在冷却***管路中，且所述的水温传感器与控制模块电性连接。
进一步地，所述旁通水道与冷却***管路之间的出水管上设有单向阀。
进一步地，所述起动机本体的电枢轴通过减速齿轮组与水泵连接，所述的起动机本体一端设有后端盖，所述的减速齿轮组与后端盖之间设有端盖轴套。
本发明的技术方案二是这样的：一种集成有水泵的起动机控制方法，该方法包括如下步骤：
S1、在内燃机启动前，控制起动机带动水泵工作，将冷却液泵入内燃机的冷却***管路，以便外部加热装置对冷却液进行快速预热；
S2、当预热完成后，水泵停止供冷却液，并控制起动机的啮合齿轮与内燃机飞轮齿圈啮合，同时控制起动机带动啮合齿轮旋转，从而带动内燃机飞轮齿圈旋转，实现内燃机启动；
S3、在内燃机运行过程中，水泵依据工况，由起动机带动工作，给内燃机的冷却***管路提供稳定的冷却液。
作为进一步地改进，所述的步骤S3中，是通过检测内燃机的冷却***管路的冷却液温度是否足够来控制水泵的工作；
当冷却液温度≥50℃时，水泵自动启动开始工作；
当冷却液温度<50℃时，水泵自动停止工作。
进一步地，所述的步骤S3中，是通过设定内燃机的冷却***管路的冷却液目标温度在85±5℃范围内，来控制水泵持续工作，给内燃机的冷却***管路提供温度适宜的冷却液。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的集成有水泵的起动机，通过将水泵集成设置在起动机本体上，并由起动机驱动，有效减少了零部件数量，降低成本，装配方便，并且采用控制***控制起动机本体带动水泵工作，便于控制内燃机冷却***的冷却液流动，使得该起动机不但可以作为内燃机静止状态下，对内燃机冷却***进行预热时的水泵动力源，也可以作为内燃机正常工作下的水泵常用动力源，使用十分方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的控制原理图。
其中：1-起动机本体、2-后端盖、3-减速齿轮组、4-水泵、6-出水管、7-旁通水道、8-单向阀、11-电磁阀、12-进水管、14-端盖轴套、16-啮合齿轮、17-内燃机飞轮齿圈、18-转轴、19-拔叉、20-拉杆、21-线圈、22-电磁开关触点、23-a触点、24-b触点、25-线圈信号开关、26-电源、27-水温传感器、28-控制模块、29-电磁阀信号开关、30-启动按钮、31-电枢线圈信号开关、34-电枢轴、35-电枢线圈、36-拨叉卡套。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1-2所示，本发明的一种集成有水泵的起动机，包括起动机本体1，该起动机本体1的电枢轴34一端通过离合器组件与内燃机飞轮齿圈17连接，该起动机本体1的电枢轴34另一端连接有水泵4，由起动机的电枢轴34分别带动水泵4启动和内燃机启动，水泵4的进水管12与冷却液箱连通，水泵4的出水管6与冷却***管路连通，水泵4工作时，通过进水管12吸入冷却液，再通过出水管6供给内燃机的冷却***管路，在进水管12与出水管6之间设有旁通水道7，在旁通水道7上设有电磁阀11，可将出水管6的冷却液导通回流；该起动机还包括控制***，其中，起动机本体1的电枢线圈35、离合器组件、电磁阀11均与控制***电性连接，通过控制***控制电枢线圈35工作，从而实现带动水泵4和内燃机工作。
具体的，离合器组件包括啮合齿轮16、拨叉卡套36、拨叉19、拉杆20和线圈21，其中，拔叉卡套36安装在电枢轴34的一端，啮合齿轮16安装在拨叉卡套36一侧的电枢轴34上，且啮合齿轮16与内燃机飞轮齿圈17啮合相连，拔叉19的中部通过转轴18与起动机本体1转动连接，且拨叉19的两端分别与拔叉卡套36、拉杆20连接，使得拨叉卡套36、拔叉19、拉杆20形成杠杆，线圈21套设在拉杆20的***，线圈21得电带动拉杆20移动，形成电磁铁的工作方式。
具体的，控制***包括电源26和控制模块28，其中，线圈21通过线圈信号开关25与电源26电性连接，且线圈信号开关25与控制模块28电性连接，控制模块28通过控制线圈信号开关25控制线圈21通断电，电磁阀11通过电磁阀信号开关29与电源26电性连接，且电磁阀信号开关29与控制模块28电性连接，控制模块28通过控制电磁阀信号开关29控制电磁阀11通断电，起动机本体1的电枢线圈35通过电路切换组件与电源26电性连接，且电路切换组件与控制模块28电性连接。优选的，电路切换组件包括电磁开关触点22和与其相配合的a触点23、b触点24，其中，电磁开关触点22安装在拉杆20的一端，a触点23与电源26电性连接，b触点24与电枢线圈35电性连接，在a触点23与b触点24之间电性连接有电枢线圈信号开关31，且电枢线圈信号开关31与控制模块28电性连接，拉杆20移动的同时，带动电磁开关触点22移动，使其与a触点23、b触点24相接合连通，控制电枢线圈35通断电，同时，控制模块28也通过控制电枢线圈信号开关31控制电枢线圈35通断电。
优选的，控制***还包括水温传感器27，水温传感器27安装在冷却***管路中，且水温传感器27与控制模块28电性连接，用于实时检测冷却***中的冷却液温度，并反馈至控制模块28中。
优选的，控制***还包括启动按钮30，启动按钮30与控制模块28电性连接，用于控制控制模块28的开启或关闭。
优选的，在旁通水道7与冷却***管路之间的出水管6上设有单向阀8，防止冷却液回流。
一种集成有水泵的起动机控制方法，该方法包括如下步骤：
S1、在内燃机启动前，控制起动机带动水泵工作，将冷却液泵入内燃机的冷却***管路，以便外部加热装置对冷却液进行快速预热；
S2、当预热完成后，水泵停止供冷却液，并控制起动机的啮合齿轮与内燃机飞轮齿圈啮合，同时控制起动机带动啮合齿轮旋转，从而带动内燃机飞轮齿圈旋转，实现内燃机启动；
S3、在内燃机运行过程中，水泵依据工况，由起动机带动工作，给内燃机的冷却***管路提供稳定的冷却液。
优选的，在步骤S3中，是通过检测内燃机的冷却***管路的冷却液温度是否足够来控制水泵的工作；
当冷却液温度≥50℃时，水泵自动启动开始工作；
当冷却液温度<50℃时，水泵自动停止工作。
其他的实施例中，步骤S3中，是通过设定内燃机的冷却***管路的冷却液目标温度在85±5℃范围内，来控制水泵持续工作，给内燃机的冷却***管路提供温度适宜的冷却液。
本发明的具体工作过程如下：
在内燃机启动前，可人工按动启动按钮30，控制模块28输出控制信号给电枢线圈信号开关31使其闭合，电源26给起动机电枢线圈35通电，起动机的电枢轴34带动减速齿轮组3旋转，减速齿轮组3驱动水泵4开始运转，将冷却液箱的冷却液通过进水管12进入水泵4加压，经出水管6流出，单向阀8在压力的作用下打开，冷却液流经单向阀8，进入内燃机的冷却***管路中，经外部加热后的冷却液开始在冷却***中循环流动，达到快速预热的目的，方便内燃机启动。在此过程中，水温传感器27检测到的冷却液预热温度达到设定的参数时，控制模块28输出控制信号给电枢线圈信号开关31使其断开，水泵4同时停止运转，当冷却液预热温度低于设定值时，水泵4再启动运行，冷却液预热温度达到设定值时，水泵4再停止运转，并重复执行上述工作过程。
在内燃机启动时，水泵4作为内燃机的常用水泵工作，操作人员可按动启动按钮30，控制模块28输出控制信号给线圈信号开关25使其闭合，线圈21产生磁场拉动拉杆20向右侧移动，拨叉19将绕转轴18产生转动，拨叉19推动带有单向离合器的拨叉卡套36向左移动，弹出啮合齿轮16，使其与内燃机飞轮齿圈17啮合；与此同时，控制模块28输出控制信号给电磁阀信号开关29使其闭合导通，电磁阀11开始工作，出水管6与进水管12通过旁通水道7联通，出水管6与进水管12之间的压力将趋于一致，水泵4将处于空转状态，避免起动机的电枢轴带动啮合齿轮驱动内燃机飞轮齿圈时，水泵消耗起动机的启动功率，确保对内燃机的迅速有力启动。出水管6中的冷却液压力较低，将无法打开单向阀8，同时冷却***管路的冷却液因单向阀8的关闭作用而无法回流，确保内燃机的冷却***管路的冷却液温度可以保持一段时间而不快速流失泄压；同时，因拉杆20向右侧移动，带动了电磁开关触点22与a触点23和b触点24导通，电源26的电能将通过上述触点导通的线路给起动机的电枢线圈35供电，带动啮合齿轮16驱动内燃机飞轮齿圈17旋转，内燃机启动，松开启动按钮30，启动过程结束。
在内燃机运行的过程中，控制模块28输出控制信号给电枢线圈信号开关31使其闭合，电源26给起动机的电枢线圈35通电，起动机的电枢轴34带动减速齿轮组3旋转，减速齿轮组3驱动水泵4开始运转，将内燃机的冷却***管路的冷却液通过进水管12进入水泵4加压，经出水管6流出，单向阀8在压力的作用下打开，冷却液流经单向阀8，进入内燃机的冷却***管路中，使得水泵4将持续为内燃机的冷却***提供一定流量和扬程的冷却液进行循环冷却。
在运行的过程中，水温传感器27检测到的水温信号可以给控制模块28进行闭环控制，在本实施例中，冷却液温度<50℃时，水泵4不工作，冷却液温度≥50℃时，水泵4开始工作。
在其他的实施例中，可以设定相应的恒定的冷却液温度控制范围，以满足冷却***稳定散热的要求。具体的，通过设定内燃机的冷却***管路的冷却液目标温度在85±5℃范围内，超出该温度范围时，水泵4的转速相应降低或提高，以提供合适的流量和扬程，从而将冷却***管路的冷却液温度控制在设定的目标温度范围内，降低冷却***温度频繁剧烈变化导致的相关零部件冷热冲击变形、水套穴蚀、以及其他冷却能力过程或冷却能力不足带来的问题。
本发明的集成有水泵的起动机，通过将水泵集成设置在起动机本体上，并由起动机驱动，有效减少了零部件数量，降低成本，装配方便，并且采用控制***控制起动机本体带动水泵工作，便于控制内燃机冷却***的冷却液流动，使得该起动机不但可以作为内燃机在不启动时，为内燃机的冷却***管路的冷却液提供循环，例如：低温环境下给冷却***预热而需要冷却***有一定循环效果加快预热时使用；也可以作为内燃机启动运行后的常用水泵使用。水泵转速连续可调，满足内燃机不同热负荷下的冷却***循环流量和扬程的需求，且在内燃机停止工作后，水泵可以在起动机的带动下继续运行，以满足内燃机停机后高温部件的及时散热冷却，具有冷却液流量和扬程连续可调，零部件数量少，***结构简单紧凑，可靠性高等特点。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.一种集成有水泵的起动机，包括起动机本体(1)，其特征在于，所述起动机本体(1)的电枢轴(34)一端通过离合器组件与内燃机飞轮齿圈(17)连接，所述起动机本体(1)的电枢轴(34)另一端连接有水泵(4)，所述水泵(4)的进水管(12)与冷却液箱连通，所述水泵(4)的出水管(6)与内燃机的冷却***管路连通，所述的进水管(12)与出水管(6)之间设有旁通水道(7)，所述的旁通水道(7)上设有电磁阀(11)；还包括控制***，所述起动机本体(1)的电枢线圈(35)、离合器组件、电磁阀(11)均与控制***电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成有水泵的起动机，其特征在于，所述的离合器组件包括啮合齿轮(16)、拨叉卡套(36)、拨叉(19)、拉杆(20)和线圈(21)，所述的拔叉卡套(36)安装在电枢轴(34)的一端，所述的啮合齿轮(16)安装在拨叉卡套(36)一侧的电枢轴(34)上，且所述的啮合齿轮(16)与内燃机飞轮齿圈(17)啮合相连，所述拔叉(19)的中部通过转轴(18)与起动机本体(1)转动连接，且所述拨叉(19)的两端分别与拔叉卡套(36)、拉杆(20)连接，所述的线圈(21)套设在拉杆(20)的***。
3.根据权利要求2所述的一种集成有水泵的起动机，其特征在于，所述的控制***包括电源(26)和控制模块(28)，所述的线圈(21)通过线圈信号开关(25)与电源(26)电性连接，且所述的线圈信号开关(25)与控制模块(28)电性连接，所述的电磁阀(11)通过电磁阀信号开关(29)与电源(26)电性连接，且所述的电磁阀信号开关(29)与控制模块(28)电性连接，所述起动机本体(1)的电枢线圈(35)通过电路切换组件与电源(26)电性连接，且所述电路切换组件与控制模块(28)电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种集成有水泵的起动机，其特征在于，所述的电路切换组件包括电磁开关触点(22)和与其相配合的a触点(23)、b触点(24)，所述的电磁开关触点(22)安装在拉杆(20)的一端，所述的a触点(23)与电源(26)电性连接，所述的b触点(24)与电枢线圈(35)电性连接，所述a触点(23)与b触点(24)之间电性连接有电枢线圈信号开关(31)，且所述的电枢线圈信号开关(31)与控制模块(28)电性连接。
5.根据权利要求3所述的一种集成有水泵的起动机，其特征在于，所述的控制***还包括水温传感器(27)，所述的水温传感器(27)安装在冷却***管路中，且所述的水温传感器(27)与控制模块(28)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种集成有水泵的起动机，其特征在于，所述旁通水道(7)与冷却***管路之间的出水管(6)上设有单向阀(8)。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种集成有水泵的起动机，其特征在于，所述起动机本体(1)的电枢轴(34)通过减速齿轮组(3)与水泵(4)连接，所述的起动机本体(1)一端设有后端盖(2)，所述的减速齿轮组(3)与后端盖(2)之间设有端盖轴套(14)。
8.一种集成有水泵的起动机控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、在内燃机启动前，控制起动机带动水泵工作，将冷却液泵入内燃机的冷却***管路，以便外部加热装置对冷却液进行快速预热；
S2、当预热完成后，水泵停止供冷却液，并控制起动机的啮合齿轮与内燃机飞轮齿圈啮合，同时控制起动机带动啮合齿轮旋转，从而带动内燃机飞轮齿圈旋转，实现内燃机启动；
S3、在内燃机运行过程中，水泵依据工况，由起动机带动工作，给内燃机的冷却***管路提供稳定的冷却液。
9.根据权利要求8所述的一种集成有水泵的起动机控制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，是通过检测内燃机的冷却***管路的冷却液温度是否足够来控制水泵的工作；
当冷却液温度≥50℃时，水泵自动启动开始工作；
当冷却液温度<50℃时，水泵自动停止工作。
10.根据权利要求8所述的一种集成有水泵的起动机控制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，是通过设定内燃机的冷却***管路的冷却液目标温度在85±5℃范围内，来控制水泵持续工作，给内燃机冷却***管路提供温度适宜的冷却液。
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