CN114412629B - 电控硅油离合器水泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电控硅油离合器水泵，该水泵包括硅油离合器前盖、轮毂、主动盘、分开盘、控制阀杆、皮带轮、三环轴承、电控螺线管、转速传感器、信号环、泵体后盖和叶轮，本发明实现了电控硅油水泵叶轮转速的无级变速控制，从而实现发动机冷却液流量平稳变化，将电控硅油离合器水泵的功能发挥极致，更好的降低发动机油耗和提升了水泵的冷却能力；降低了冷却***的冷热冲击对于发动机部件的影响，延长发动机冷却***部件的寿命，尤其当发动机转速频繁变化时；可解决整车快速暖机、减少发动机过冷易积碳的售后问题，对于未来整车发动机长寿命的设计指标奠定了技术基础。

Description

电控硅油离合器水泵

技术领域

本发明涉及一种汽车冷却***，具体涉及一种电控硅油离合器水泵。

背景技术

目前商用车发动机冷却***采用的是传统直连水泵，直连水泵中叶轮的转速将跟随发动机转速的变化而变化，从而产生大量的无效功耗，一方面不利于燃油的经济性；另一方面直连水泵转速不断变化也对散热器冷却***产生了频繁的冷热冲击，从而缩短发动机冷却***部件的寿命；直连水泵中叶轮的转速没有得到控制，因此对发动机冷却流量无法精确控制，从而增加了发动机不必要摩擦，降低了发动机缸套和活塞的使用寿命，降低发动机的耐久性。

传统直连水泵的驱动方式是与发动机曲轴或者齿轮、皮带轮连接，由于直连水泵与上述发动机附件是直接装配，中间没有过渡连接器，叶轮转速与轮系或者曲轴转速是同步，发动机转速变化频率较快，影响叶轮转速跟随发动机转速变化而变化，水流量亦会跟随发动机转速变化而变化，导致发动机内部忽冷忽热，发动机过冷易积碳，冬季时水泵叶轮转速不会降低，亦会导致发动机制热慢。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种电控硅油离合器水泵，其叶轮转速可实现无级变速，从而实现了发动机冷却液流量的平稳变化，该水泵的冷却效率高，有效降低发动机油耗。

本发明采用的技术方案是：一种电控硅油离合器水泵，其特征在于：包括硅油离合器前盖、轮毂、主动盘、分开盘、控制阀杆、皮带轮、三环轴承、电控螺线管、转速传感器、信号环、泵体后盖和叶轮，所述硅油离合器前盖和皮带轮固定连接，所述皮带轮与发动机曲轴连接；所述三环轴承包括中心轴、内轴承和外轴承，所述内轴承套设在中心轴上，所述外轴承套设在内轴承上；

所述硅油离合器前盖和皮带轮之间设有主动盘、分开盘和控制阀杆，所述中心轴前端依次穿过控制阀杆、分开盘和主动盘后伸入到硅油离合器前盖内，所述中心轴前端端部设有轮毂，所述分开盘和主动盘通过压装固定，所述主动盘与轮毂固定连接，所述控制阀杆设置在分开盘与皮带轮之间；

所述硅油离合器前盖后端面与主动盘前端面均设有相互配合的环形工作齿，所述环形工作齿相互啮合之间形成的间隙形成供硅油流动的工作腔；所述皮带轮前端面设有环形凹槽，所述环形凹槽与分开盘后端面形成储油腔；所述分开盘上设有连通储油腔和工作腔的出油孔和回油孔，所述控制阀杆上设有与出油孔和回油孔分别配合的阀门；

所述皮带轮紧配合设置在内轴承上，所述泵体后盖紧配合设置在外轴承上，所述皮带轮和泵体后盖之间设有电控螺线管，所述电控螺线管与泵体后盖固定连接，所述电控螺线管控制控制阀杆的动作，进而控制出油孔和回油孔的通断，调节工作腔内的硅油量；

所述中心轴后端依次设有转速传感器、信号环和叶轮，所述叶轮与中心轴同步旋转，所述转速传感器与信号环一体装配，用于采集叶轮转速。

作为优选，所述叶轮包括硅油离合器前盖板、后盖板和叶片，多片所述叶片均匀布置在后盖板上，处于硅油离合器前盖板和后盖板之间；所述后盖板中部设有叶轮轮毂，所述硅油离合器前盖板中部设有进水口；所述叶片包括吸力面、进水边、压力面和出水边，所述压力面与进水边之间的叶倾角β1为18°～25°，所述吸力面与进水边之间的叶倾角β2为20°～30°。

作为优选，当发动机负荷低，不需要足够的冷却液时，所述电控螺线管接收发动机ECU控制单元输出的PWM信号，所述电控螺线管控制控制阀杆动作，出油孔关闭，回油孔打开；所述工作腔内的硅油流向储油腔，所述硅油离合器前盖后端面与主动盘前端面上的工作齿之间的剪切力减小，所述叶轮逐渐进入怠速转动；所述电控硅油离合器水泵转速＜1000rpm。

作为优选，当发动机负荷增大，需要足够的冷却液时，所述电控螺线管接收发动机ECU控制单元输出的PWM信号，所述电控螺线管控制控制阀杆动作，出油孔逐渐打开，回油孔逐渐关闭；所述储油腔内的硅油流向工作腔，所述硅油离合器前盖后端面与主动盘前端面上的工作齿之间的剪切力增大，所述叶轮转速逐步与皮带轮转速趋于一致。

作为优选，发动机ECU采集的信号输入后对叶轮实际速度进行无级调速，所述转速传感器与信号环采集到的叶轮实际输出转速，传递到发动机ECU，发动机ECU根据发动机当期所需的水泵流量要求的叶轮转速与实际转速进行差异对比，后输出PID增益计算的补偿PWM值再次对电控硅油水泵叶轮转速进行无级调速，形成闭环控制***。

作为优选，所述硅油离合器前盖与皮带轮通过螺栓装配固定，所述硅油离合器前盖上的冷却翅片的设计高度为15～25mm，所述硅油离合器前盖上的工作齿的高度为4～6mm，宽度为0.5～1.2mm，齿分布直径为50～90mm，齿数为4～7。

作为优选，所述主动盘的直径范围为80～100mm，所述主动盘上的工作齿与硅油离合器前盖上的工作齿的配合径向间隙为0.3～0.4mm，轴向间隙为0.5～0.7mm；所述主动盘上的工作齿高度4～6mm，齿宽0.5～1.2mm，直径范围为50～90mm。

作为优选，所述皮带轮包括外壳体和具有隔磁功能的内置不锈钢套，所述分开盘固定卡接在皮带轮前端面上，所述内置不锈缸套与外壳体通过激光焊接连接；所述外壳体上的皮带齿齿数为7～12，皮带齿直径范围为110～140mm；所述内置不锈钢套外径为70～90mm，内径为60～70mm。

作为优选，所述储油腔的结构为环状凹体，外圈直径为95～98mm，内圈直径为80～87mm，凹槽深度有8～9mm。

作为优选，所述出油孔直径为2～4mm，回油孔直径为2～3mm，两孔间的角度为55°～65°，两孔的分度圆直径为90～100mm。

本发明取得的有益效果是：

1、本发明实现了电控硅油水泵叶轮转速的无级变速控制，从而实现发动机冷却液流量平稳变化，将电控硅油离合器水泵的功能发挥极致，更好的降低发动机油耗和提升了水泵的冷却能力；

2、本发明降低了冷却***的冷热冲击对于发动机部件的影响，延长发动机冷却***部件的寿命，尤其当发动机转速频繁变化时；

3、本发明可以降低发动机燃油功耗和提高发动机燃油效率，可增强发动机怠速状态下冷却***的冷却效率；电控硅油水泵采用ECU闭环控制逻辑，水流量可以跟随发动机负荷变化或者发动机冷却液温度不同进行调整，从而调整水泵叶轮转速，叶轮转速的下降可以降低其功率消耗有利于发动机功耗的下降，这样发动机燃油效率可以提升至50.5％(潍柴WP13H发动机采用该项技术，发动机的燃油效率由原来采用直联水泵技术的效率45％提升至50.5％)

4、本发明中的水泵的流量可变、可控，可以根据整车发动机在不同负荷下、行驶在不同路况和不同环境温度下，对水泵流量进行智能化的精确控制，减少叶轮的无用功耗，提高水泵的效率，目前的本发明的效率可实现＞61％；

5、本发明的电控硅油离合器水泵可解决整车快速暖机、减少发动机过冷易积碳的售后问题，对于未来整车发动机长寿命的设计指标奠定了技术基础。冬季商用卡车启动时，由于发动机内部温度过低，以前采用直联水泵会存在叶轮转速不受控，会随着发动机转速变化而变化，叶轮转速不会下降到＜1000rpm，导至水流量大，发动机未能实现快速内部升温，不利于冬暖机；采用本发明的电控硅油水泵，冬季启动发动机时，叶轮转速受控可以降低＜1000rpm降低水流量，实现发动机快速暖机，发动机内部温度升起来后利于燃油的充分燃烧减少积碳。

附图说明

图1为本发明的电控硅油离合器水泵***图；

图2为电控硅油离合器水泵的剖视图；

图3为硅油离合器前盖的结构示意图；

图4为硅油离合器前盖与主动盘的配合示意图；

图5为皮带轮与分开盘的配合示意图；

图6为控制阀杆的结构示意图；

图7为分开盘的结构示意图；

图8-9为控制阀杆与分开盘的装配示意图；

图10为泵体后盖的结构示意图；

图11-13为叶轮的结构示意图；

图14为硅油离合器前盖板结构示意图；

图15-16为后盖板和叶片的结构示意图；

图17-18为叶片的结构示意图；

图19为三环轴承的结构示意图；

图20为电控硅油水泵的控制原理图；

附图标记：1、离合器螺栓；2、硅油离合器前盖；21、散热翅片；22、前盖工作齿；3、离合器O型圈；4、离合器轮毂螺栓；5、轮毂；6、主动盘；7、分开盘；71、出油孔；72、回油孔；8、控制阀杆；81、阀门；9、皮带轮；91、外壳体；92、内置不锈钢套；911、外壳体齿；10、螺线管安装螺栓；11、电控螺线管；12、三环轴承；121、中心轴；122、内轴承；123、外轴承；13、转速传感器；14、信号环；15、水封；16、泵体后盖；17、叶轮；171、硅油离合器前盖板；1711、叶轮进水口；1712、阶梯型密封结构；172、后盖板；1721、叶轮轮毂；1722、压力平衡孔；173、叶片；1731、进水边；1732、出水边；1733、吸力面；1734、压力面；18、叶轮装配螺栓；1.1、工作腔；1.2、储油腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-19所示，本发明的一种电控硅油离合器水泵，包括硅油离合器前盖2、轮毂5、主动盘6、分开盘7、控制阀杆8、皮带轮9、三环轴承12、电控螺线管11、转速传感器13、信号环14、泵体后盖16和叶轮17，硅油离合器前盖2和皮带轮9固定连接，皮带轮9与发动机曲轴连接；三环轴承12包括中心轴121、内轴承122和外轴承123，内轴承122套设在中心轴121上，外轴承123套设在内轴承上122；硅油离合器前盖2和皮带轮9之间设有主动盘6、分开盘7和控制阀杆8，中心轴121前端依次穿过控制阀杆8、分开盘7和主动盘6后伸入到硅油离合器前盖2内，中心轴121前端端部设有轮毂5(轮毂用于轴向定位)，分开盘7和主动盘6通过压装固定，主动盘6与轮毂5固定连接，控制阀杆8设置在分开盘7与皮带轮9之间；

结合图4，硅油离合器前盖2后端面与主动盘6前端面均设有相互配合的环形工作齿，两者的环形工作齿相互啮合后，之间形成的间隙形成供硅油流动的工作腔1.1；结合图5，皮带轮9前端面设有环形凹槽，环形凹槽与分开盘7后端面形成储油腔1.2,分开盘7上设有连通储油腔1.2和工作腔1.1的出油孔71和回油孔72(如图7)，控制阀杆8上设有与出油孔71和回油孔72分别配合的阀门81(如图6，阀门类似于杆杠结构，一端与出油孔配合，另一端与回油孔配合)；

皮带轮9紧配合设置在内轴承122上，泵体后盖16紧配合设置在外轴承123上，皮带轮9和泵体后盖16之间设有电控螺线管11，电控螺线管11与泵体后盖16固定连接，电控螺线管11控制控制阀杆8的动作，进而控制出油孔71和回油孔72的通断，调节工作腔1.1内的硅油量；中心轴121后端依次设有转速传感器13、信号环14和叶轮17，叶轮17与中心轴121同步旋转，转速传感器13与信号环14一体装配，用于采集叶轮17转速。

本发明的电控硅油离合器水泵，从结构上可以分为：外部驱动、内部控制和从动输出，并通过闭环循环控制，能够精确控制叶轮转速精度±200rpm。

在外部驱动方面：通过离合器螺栓1实现皮带轮9与硅油离合器前盖2的装配，皮带轮9通过皮带与发动机曲轴轮系连接，通过不同速比的轮系比驱动电控硅油水泵，得到不同的电控硅油水泵得输入转速。轮系速比越大，外部驱动得输入转速越高，电控硅油水泵流量、扬程指标越高，但是对于电控硅油水泵的轴承耐高速技术要求越高。发动机曲轴上的皮带与皮带轮9连接匹配，通过皮带的张紧力满足轮系之前无滑差接触。

内部控制方面：通过电控螺线管11连接整车的ECU***，可结合发动机不同的外界输入条件，例如：发动机负荷、发动机冷却液温度、EGR等，通过ECU的PID控制计算得出不同的PWM信号对水泵流量进行精确闭环控制，从而控制电控硅油离合器水泵响应时间和响应速度；同时叶轮17的实际转速也会通过电控螺线管11反馈给整车的ECU***，ECU***采集到叶轮17实际转速与目标转速间的差异后，通过PID闭环控制，重新计算新的PWM值输入给电控硅油水泵，并不断调整叶轮17的输出转速，并调整水泵的流量。PID算法的应用：P为比例调节，I值时积分，D值为微分，通过三个值互相约束综合计算输出动态变化PWM值对叶轮转速进行控制，平均20us作为计算周期频率，能够快速找到电控硅油水泵离合器的转速所需的PWM值。

从动输出方面：本发明内部具备出油孔口、回油口***，正常情况属于动态抗衡状态，其出油速度和回油速度差异大小决定了叶轮17转变换调节，通过硅油离合器前盖2和主动盘6之间工作腔1.1内硅油的填充量以实现咬合传递扭矩给叶轮17，其中工作腔1.1的硅油量多少则通过内部控制阀8与储油腔1.2的出油孔71的开度控制，控制阀杆8的开度受电控螺线管11内电磁线圈的磁力影响，电磁线圈的磁力强弱由整车ECU输出的PWM值决定。整车正常行驶下，负荷较低时需要的水流量要求不高，电控硅油水泵的需求转速偏低，这个时候大部分硅油在储油腔1.2，一旦发动机负荷增加或则水温增加后，储油腔1.2内的硅油进入工作腔1.1，完成叶轮17转速提升要求及智能化控。

结合图5所示，硅油离合器前盖2与皮带轮9通过离合器螺栓1装配一体，实现提供动力源的功能，硅油离合器前盖2的散热翅片21的设计高度为15～25mm，可保证工作腔1.11.1内的温度＜200℃，以提高离合器寿命；硅油离合器前盖2的工作齿22的齿高为4～6mm，齿宽为0.5～1.2mm，齿分布直径为50～90mm，齿数为4～7，通过上述设计可以保证离合器最大扭矩达到17Nm；硅油离合器前盖2的材料采用铝合金材料，一方面轻便，另一方面比传统的不锈钢的材料导热性能更好。

皮带轮9由两部分组成，外壳体91和内置不锈钢套92，为保证该零件的密封性能，内置不锈缸套92与外壳体91通过激光焊接工艺制作，激光焊接长度为2～4mm，通过以上设计实现内置不锈缸套92的隔磁功能，实现闭环磁力不外露。外壳体91上的皮带轮911齿数为7～12，其直径范围为110～140mm。内置不锈钢套92外径为70～90mm，内径为60～70mm。外壳体91材料为合金钢材料，以提高外壳体91的耐磨性和硬度。

硅油离合器前盖2上的环形工作齿与主动盘6的环形工作齿啮合后存在间隙，形成工作腔1.1，当硅油注入后，可传递硅油的剪切力，硅油进入工作腔1.1形成剪切力，硅油注入量和齿间隙配满足离合器扭矩设计值。

主动盘6的直径为80～100mm，主动盘6的前端面设有环形工作齿，以配合硅油离合器前盖2后端面上的环形工作齿，两者的环形工作齿之间的配合径向间隙为0.3～0.4mm，轴向间隙为0.5～0.7mm，主动盘6上的环形工作齿齿高为4～6mm，齿宽0.5～1.2mm，直径为50～90mm，上述设计尺寸定义以此满足最大扭矩17N.m，主动盘6材料采用铝合金，利于导热，保证离合器内部温度＜200℃。

储油腔1.2由分开盘7和皮带轮9配合而成，储油腔1.2的结构为环状凹体，外圈直径为95～98mm，内圈直径为80～87mm，凹槽深度为8～9mm。储油腔1.2的容积设计可保证内部保有硅油量的合理，可实现离合器怠速时转速低于1000rpm。储油腔1.2内硅油可以通过控制阀杆8以及分开盘7流入到工作腔1.1中。

当控制阀杆8关闭出油孔71时，回油孔72会处于开启状态，此时由于离心力作用，工作腔1.1内的硅油会流入到储油腔1.2，离合器处于怠速状态，从而叶轮转速下降，冷却液流量降低；当控制阀杆8打开出油孔71时，回油孔72会处于关闭状态，此时储油腔1.2内的腔硅油会不断流入工作腔1.1，从而叶轮转速提高，冷却液流量增加。

分开盘7与主动盘6压装而成，通过轮毂5和离合器轮毂螺栓4一起装配在三环轴承12上。

分开盘7上布置有出油孔71和回油孔72，其中出油孔71直径为2～4mm、回油孔直径为2～3mm，两孔之间的角度为55°～65°，两孔的分度圆直径为90～100mm。

电控螺线管11用于控制阀杆8的动作，从而实现闭环调节叶轮17转速。电控螺线管11通过三个M6的螺线管安装螺栓10装配在泵体后盖16上面，其内部具有漆包线的绕组，绕组采用线径为0.355mm的铜线绕制而成，匝数为800～900匝，铜线绕组的电阻值为25～30Ω，铜线绕组的电阻值与选用的硅油水泵有关，必须保证足够的磁场力来控制阀杆8的动作，以保证控制阀杆的吸合功能正常。电控螺线管11的接插件采用先进的防水技术，密封性能可达到最高的IP68等级，电控螺线管11的表层为尼龙66的材料加30％玻璃纤维料，金属部分为普通碳素钢，既保证螺线管11的耐高温特性，又保证强度耐震特性。

转速传感器13与信号环14一体装配，并过盈装配于三环轴承12的法兰轴上。三环轴承12与叶轮17同步旋转时，转速传感器13与信号环14可借助霍尔效应产生脉冲电压信号作为转速输出，例如：当叶轮17转动一周，转速传感器13可产生6个脉冲电压信号作为输出。转速传感器13内部包含嵌入式PCB板设计，PCB板上设置有电容、续流二极管、电阻等电器元件，一方面可以提升了转速传感器13的EMC能力，另一方面提升了耐整车异常电流能力。转速传感器13的接插件包含三个针脚，分别对应的电源输入的正极(5伏)、接地以及信号输出，转速传感器13增加了特殊固定单元，可用于与离合器本体进行固定，以防止线束振动引起失效风险，固定圆孔内置金属嵌套，用于装配。

信号环14内部具有永磁体，可划分为N、S级，当信号环14的磁级进入转速传感器13的敏感区内，基于霍尔效应，转速传感器13会输出高、低电平交替的脉冲电压信号作为输出。

为了有效解决了冷却液的泄漏问题，水封15与泵体后盖16采用了过盈装配，并采用德国KCAO最先进的水封设计结构，额外增加蓄水环结构，以降低冷却液的摩檫力，延长了水封15的使用寿命。水封15内的法兰孔直径为12～16mm，可与三环轴承12的法兰进行装配。

泵体后盖16与发动机端的蜗壳，以及叶轮17进行匹配，其结构上需要考虑发动机端的的进水以及出水口的位置，避免设计偏差导致与发动机匹配不上。基于轻量化目的，泵体后盖16采用铝合金材料制作，泵体后盖16采用特殊的密封槽设计：增加凹槽的角度(1°～2°)，易于异性密封垫装配同时也防止装配前的密封垫脱落。

本发明的电控硅油离合器水泵性能取决于关键零件叶轮17，叶轮17与叶轮装配螺栓18一起装配在三环轴承12的法兰轴上。叶轮17压装在三环轴承12上，叶轮装配螺栓18用于固定以防止轴向窜动。

本发明的电控硅油离合器水泵的叶轮17设计材料采用PPS-GF40，直径范围为120～135mm，可满足大部分发动机平台的流量和扬程要求。叶轮17工作旋转时，叶轮17中部会形成负压力区，在该压力作用下冷却液会从蜗壳进水口流入叶轮17，经过离心加压后，沿蜗壳水道流动，并从蜗壳出水口流出。

在一实施例中，叶轮17采用“闭式”叶轮，相比传统的“开式”或“半开式“，水泵的流量、扬程以及工作效率均得到提高。

结合图11-18所示，本实施例中，叶轮17包括前盖板171、后盖板172和叶片173，多片叶片173均匀布置在后盖板172上，处于前盖板171和后盖板172之间；后盖板172中部设有叶轮轮毂1721，前盖板171中部设有进水口1711；结合图15-18所示，叶片173包括吸力面1733、进水边1731、压力面1734和出水边1732，压力面1734与进水边1731之间的叶倾角β1为18°～25°，吸力面1733与进水边1731之间的叶倾角β2为20°～30°(如下表可知：β1＝18°～25°，β2＝20°～30°，水泵性能最优)。

在一实施例中，叶轮轮毂1721采用独特的外六角的设计，材料采用合金钢，直径为27～30mm。该设计既可以加强轮毂强度以抵抗冷却液对叶轮轮毂1721的冲击，延长叶轮轮毂1721使用寿命；也可以提升注塑的粘滞力，保证叶轮轮毂1721与叶片173更好结合，以防止叶轮在高速旋转时，发生抖动甚至脱落现象。

叶轮轮毂1721边缘均布有压力平衡1722，压力平衡1722设置在后盖板172上，用于平衡后盖板172两侧压力差，属于最经济、有效的降低叶轮17承受轴向力的方法之一。压力平衡孔1722的分度圆直径需结合具体使用时冷却液压力的分布规律得出，压力平衡孔1722本身的直径需要通过FEA模拟得出最优解。

在一实施例中，前盖板171中部具有一个圆形进水口1711，该进水口1711的直径与蜗壳进水口相同，当叶轮17转动时，冷却液会通过蜗壳进水口及叶轮的进水口1711进入，进水口1711边缘处布置特殊密封结构1712，该密封结构1712采用分段阶梯设计并包含凸起结构，可以防止冷却液从前盖板171与蜗壳之间的间隙处流入叶轮17内部；前盖板171前端面布置有独特的倾角设计，该倾角与对配蜗壳的倾角一致，可以保证前盖板171与蜗壳的对配间隙均匀性；前盖板171后端面同样采用倾斜设计并平行于前盖板171前端面，倾斜结构可以降低冷却液流动时与前盖板171的摩擦力，便于冷却液的运动，整个前盖板171厚度为2～3mm，十分轻薄。

本实施例中，后盖板172上布置了若干叶片173，相邻叶片173间的通道为导流通道，整个后盖板172厚度为2～3mm，十分轻薄。

本实施例中，叶片173位于前盖板171与后盖板172之间，叶片173可提供离心力并沿着导流通道推动冷却液从蜗壳出水口流出，考虑到冷却液流动的稳定性，叶片173采用中心对称布置，叶片173数量为6～8；叶片173厚度为变化的，进水边1731以及出水边1732的厚度为2mm，便于冷却液出，而冷却液主要作用点在叶片173的中部，此处的厚度大约为2.5mm。叶片173高度范围为13～18mm，叶片173的边界包括吸力面1733、进水边1731、压力面1734和出水边1732。

本实施例中，进水边1731采用独特弧面设计并与吸力面1733以及压力面1734采用倒角过渡，进水边1731用于冷却液导入；压力面1734具有较低的压力，而压力面1734为叶轮工作面而承受更高压力，吸力面1733以及压力面1734均采用符合流体力学的平面设计以降低冷却液流动时产生的摩擦力，出水边1732也采用弧面设计，以加速冷却液流出。

如附图20所示，本发明通过发动机ECU采集相关的信号输入后对电控硅油离合器水泵叶轮17实际速度进行无级调速，通过ECU输入到电控硅油离合器水泵的PWM值进行叶轮17速度控制。通过转速传感器13和信号环14采集到叶轮17实际输出转速到发动机ECU***里，根据发动机当期所需的水泵流量要求的叶轮转速与实际转速进行差异对比后输出PID增益计算的补偿PWM值再次对电控硅油水泵叶轮转速进行无级调速，形成闭环控制***。发动机负荷越大，就需要更多的冷却液来防止发动机气缸和废气再循环冷却装置过热，这大多与周围环境相关，叶轮转速的设定需要定期采集发动机的负载信号。在发动机硅油风扇啮合之前需要更多的冷却液，这时所需信号也会一传输到ECU***进行信号收集，也就通过上诉需求作为硅油离合器书泵的输入，在不同阶段需求下调节硅油离合器水泵的叶轮速度，降低由于叶轮长时间运转而导致其他部件寿命低的风险，同时起到减少发动机功率消耗的作用。

当电控硅油离合器水泵控制磁线圈接收发动机的ECU控制单元输出的PWM信号后会形成磁力线，在切割磁力线的磁力下控制阀杆8会进行开/关动作，以此方式调节硅油离合器内部工作腔硅油量。硅油离合器的储油腔1.2由皮带轮9和分开盘7围合而成，发动机负荷低不需要足够的冷却液时，电控硅油离合器的硅油会在储油腔1.2里，在发动机ECU采集到得相关输入信息时不需要离合器水泵叶轮高速运转时，进行PWM值为100％高电平控制，电控硅油离合器水泵转速＜1000rpm。由于工作腔1.1内硅油量减少并到储油腔1.2内，水泵叶轮17转速处于怠速状态，减少震动，同时降低发动机功耗。当ECU采集到相关输入信息需要水泵叶轮高速运转时，ECU输入PWM为0低电平，控制阀杆8开启出油孔71(储油腔1.2内的硅油逐渐流入到工作腔1.1内)，离合器水泵进行啮合并输出高转速。

发动机ECU的输入信号包括：发动机负荷、冷却液温度、缓速器信号、空调压缩机信号、EGR信号等，这些信号大多与周围环境相关。ECU会定期采集上述输入信号，并基于内部算法，在不同阶段需求下，对电控硅油水泵发送不同的PWM信号，以调节叶轮17的转速，降低由于叶轮17长时间运转而导致对其他部件的使用寿命危害，同时也起到减少发动机功率消耗的作用。

当电控硅油水泵接收到发动机的ECU控制单元输出的PWM信号后，会在电控硅油水泵内部形成磁场，内部控制阀杆在磁力作用下，会进行打开或者闭合动作，以调节电控硅油水泵内工作腔内的硅油量，并借助硅油的粘滞力，调整叶轮17转速，当硅油量越大，叶轮17转速就越接近发动机转速，相反当硅油量越小时，叶轮17转速就越低。例如：当发动机负荷低，冷却***不需要过多冷却液时，ECU会发送PWM值为100％高电平，此时电控硅油水泵内工作腔内的硅油极少，叶轮17转速＜1000rpm，叶轮17处于怠速状态，减少震动，同时降低发动机功耗；当ECU采集到相关的输入信息需要叶轮17高速运转时，ECU输入PWM为0低电平，此时硅油会不断流入电控硅油水泵内的工作腔内，电控硅油水泵会进入啮合状态，叶轮17会输出高转速。

叶轮17的实时转速会借助电控硅油水泵内部的转速传感器，并基于霍尔效应，反馈回发动机ECU***，ECU会根据当前的目标转速与反馈回的实际转速的偏差值进行PID调节，并计算出需要补偿的PWM值，更新目标转速，再次传递给电控硅油水泵，以不断调整叶轮17转速，实现无级调速，最终叶轮17的事迹转速快速逼近目标转速。

电控硅油水泵的驱动方式是由皮带轮和发动机曲轴连接，驱动源来自与发动机转速。电控硅油水泵内部工作有效结构分为工作腔1.1、和储油腔1.2两部分，电控硅油水泵的工作腔注满硅油量后可以提高叶轮转速，一旦工作腔内的硅油流回储油腔，则叶轮转速降低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种电控硅油离合器水泵，其特征在于：包括硅油离合器前盖、轮毂、主动盘、分开盘、控制阀杆、皮带轮、三环轴承、电控螺线管、转速传感器、信号环、泵体后盖和叶轮，

所述硅油离合器前盖和皮带轮固定连接，所述皮带轮与发动机曲轴连接；所述三环轴承包括中心轴、内轴承和外轴承，所述内轴承套设在中心轴上，所述外轴承套设在内轴承上；

所述硅油离合器前盖和皮带轮之间设有主动盘、分开盘和控制阀杆，所述中心轴前端依次穿过控制阀杆、分开盘和主动盘后伸入到硅油离合器前盖内，所述中心轴前端端部设有轮毂，所述分开盘和主动盘通过压装固定，所述主动盘与轮毂固定连接，所述控制阀杆设置在分开盘与皮带轮之间；

所述硅油离合器前盖后端面与主动盘前端面均设有相互配合的环形工作齿，所述环形工作齿相互啮合之间形成的间隙形成供硅油流动的工作腔；所述皮带轮前端面设有环形凹槽，所述环形凹槽与分开盘后端面形成储油腔；所述分开盘上设有连通储油腔和工作腔的出油孔和回油孔，所述控制阀杆上设有与出油孔和回油孔分别配合的阀门；

所述皮带轮紧配合设置在内轴承上，所述泵体后盖紧配合设置在外轴承上，所述皮带轮和泵体后盖之间设有电控螺线管，所述电控螺线管与泵体后盖固定连接，所述电控螺线管控制控制阀杆的动作，进而控制出油孔和回油孔的通断，调节工作腔内的硅油量；

所述中心轴后端依次设有转速传感器、信号环和叶轮，所述叶轮与中心轴同步旋转，所述转速传感器与信号环一体装配，用于采集叶轮转速；

当发动机负荷低，不需要足够的冷却液时，所述电控螺线管接收发动机ECU控制单元输出的PWM信号，所述电控螺线管控制控制阀杆动作，出油孔关闭，回油孔打开；所述工作腔内的硅油流向储油腔，所述硅油离合器前盖后端面与主动盘前端面上的工作齿之间的剪切力减小，所述叶轮逐渐进入怠速转动；所述电控硅油离合器水泵转速＜1000rpm；

当发动机负荷增大，需要足够的冷却液时，所述电控螺线管接收发动机ECU控制单元输出的PWM信号，所述电控螺线管控制控制阀杆动作，出油孔逐渐打开，回油孔逐渐关闭；所述储油腔内的硅油流向工作腔，所述硅油离合器前盖后端面与主动盘前端面上的工作齿之间的剪切力增大，所述叶轮转速逐步与皮带轮转速趋于一致；

发动机ECU采集的信号输入后对叶轮实际速度进行无级调速，所述转速传感器与信号环采集到的叶轮实际输出转速，传递到发动机ECU，发动机ECU根据发动机当期所需的水泵流量要求的叶轮转速与实际转速进行差异对比，后输出PID增益计算的补偿PWM值再次对电控硅油水泵叶轮转速进行无级调速，形成闭环控制***；

所述叶轮包括硅油离合器前盖板、后盖板和叶片，多片所述叶片均匀布置在后盖板上，处于硅油离合器前盖板和后盖板之间；所述后盖板中部设有叶轮轮毂，所述硅油离合器前盖板中部设有进水口；所述叶片包括吸力面、进水边、压力面和出水边，所述压力面与进水边之间的叶倾角β1为18°～25°，所述吸力面与进水边之间的叶倾角β2为20°～30°；所述硅油离合器前盖与皮带轮通过螺栓装配固定，所述硅油离合器前盖上的散热翅片的设计高度为15～25mm，所述硅油离合器前盖上的工作齿的高度为4～6mm，宽度为0.5～1.2mm，齿分布直径为50～90mm，齿数为4～7；所述主动盘的直径范围为80～100mm，所述主动盘上的工作齿与硅油离合器前盖上的工作齿的配合径向间隙为0.3～0.4mm，轴向间隙为0.5～0.7mm；所述主动盘上的工作齿高度4～6mm，齿宽0.5～1.2mm，直径范围为50～90mm；所述皮带轮包括外壳体和具有隔磁功能的内置不锈钢套，所述分开盘固定卡接在皮带轮前端面上，所述内置不锈缸套与外壳体通过激光焊接连接；所述外壳体上的皮带齿齿数为7～12，皮带齿直径范围为110～140mm；所述内置不锈钢套外径为70～90mm，内径为60～70mm；所述储油腔的结构为环状凹体，外圈直径为95～98mm，内圈直径为80～87mm，凹槽深度有8～9mm；所述出油孔直径为2～4mm，回油孔直径为2～3mm，两孔间的角度为55°～65°，两孔的分度圆直径为90～100mm。