水泵及包括其的内燃机的冷却回路的制作方法

本实用新型涉及一种水泵。

优选地，所述水泵用于汽车行业，特别是用于内燃机的冷却回路。

本实用新型还涉及一种包括所述水泵的内燃机的冷却回路。

背景技术：

下面尤其是参照机动车辆的汽油或柴油内燃机而言，但应理解，所述内容普遍适用于不同类型的内燃机以及其他类型的车辆。

在任何情况下，上述水泵均可应用于汽车行业以外的其他行业来替代目前用于那些行业的水泵。

通常，为确保内燃机的恰当运行，有必要提供适于防止发动机过热的专用冷却回路。

冷却回路通常包括水泵，这种水泵通常由发动机轴的旋转来驱动。这种泵与发动机冷却管相关联，而这个发动机冷却管通常包括在发动机壳中、特别是在发动机的燃烧室壁上形成的空腔。通过发动机壳与通过水泵输送到所述冷却管路中的冷却水之间对流的热交换而发生发动机的冷却。

水泵还能用来冷却发动机的其他使用方，这些使用方与发动机并行布置。特定而言，在汽油或柴油内燃机的具体情况下，通过水泵输送的水还能传送到热交换器以调适内燃机的润滑回路中的润滑油，而在柴油内燃机的具体情况下，通过水泵输送的水还能传送到另一热交换器以冷却用于发动机的废气再循环的阀门。

通常用于内燃机冷却回路的水泵是离心泵。这些泵通常包括腔室和叶轮，这个叶轮容纳在腔室内并且适于将水通过相应的出口端口推向内燃机的冷却管路。

本申请人注意到，常规上通过发动机轴旋转驱动的离心泵持续将水泵入发动机的冷却回路以及任何上述热交换器中，发动机从那一刻开始起动。这类泵的尺寸是基于热发动机在低转数下的要求来设定。在高转数时会产生过多的流量/过高的压力，考虑到冷却回路无法承受高压(例如，2.5巴以上的压力通常与标准散热器不兼容)，有时就需要插入旁通阀(朝向入口再循环)或者调制泵速(通过电力传动、电磁或静液压离合等)。

本申请人认识到，在某些发动机运行条件下，能够完全或部分阻断流向发动机和/或流向某些使用方的冷却水流会十分有利。例如，在冷温起动条件下(即当发动机在长时间运行中断后起动并因此处于“冷温”时)，无需冷却发动机。事实上，发动机冷却管路中的水循环存在增长发动机达到最优运行的热状态所需时间的缺陷，在本文所述的具体情况下，发动机燃烧室壁具有足够高的温度来实现发动机内的恰当燃烧。

本申请人考虑到如何克服上文结合现有技术中的常规离心泵所讨论的缺陷，同时实现对从泵流出的水流进行理想的调节。

本申请人意识到，能够通过提供具有可变排量的叶片式水泵来实现这一点。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型在第一方面涉及一种水泵。

所述水泵包括泵体、泵体内限定的腔室以及转子，该转子能够在腔室内围绕旋转轴线旋转并且设有能够沿各自径向移动的多个叶片。

所述水泵进一步包括倾斜定子，该倾斜定子在腔室内相对于转子布置在偏心位置并且在旋转销处枢转。

所述水泵还包括环体，该环体插入倾斜定子与转子之间并且与倾斜定子的径向内表面和叶片的径向外端接触。

所述水泵还包括用于调节泵排量的调节构件，该调节构件作用于倾斜定子以使倾斜定子相对于转子移动并且使该倾斜定子置于限定在最大偏心位置与最小偏心位置之间的至少一个预定操作位置。

有利地，由于能够调节倾斜定子与转子之间的偏心率并因此调节从泵流出的水流，借助于这种水泵就能够在发动机冷温起动条件下限制流量(以便更快速地达到发动机最优运行的热状态)，并且在发动机热温运行条件下增加流量 (以便满足发动机的实际需求，而无需使用旁通阀或者借助电气驱动装置、电磁或静液压离合等调制泵速)。

本实用新型在第二方面涉及一种包括所述水泵的内燃机的冷却回路。

上述水泵和冷却回路的优选特征参阅从属权利要求。每个从属权利要求的特征能够单独使用或与其他从属权利要求中揭示的特征组合使用，除非明确排除。

在所述水泵的第一优选实施方案中，所述调节构件包括适于对倾斜定子施加第一推力作用的第一推力构件。

优选地，所述第一推力作用施加于倾斜定子的第一外表面部分，该第一外表面部分基本上位于相对于转子与旋转销相反的一侧上。

优选地，所述第一推力构件包括弹性元件，更优选包括螺旋压缩弹簧。

优选地，所述调节构件进一步包括至少一个推力腔室，其限定在泵体与倾斜定子之间并且配置成填充有预定量的加压流体(特别是水)以对倾斜定子施加第二推力作用，该第二推力作用与所述第一推力作用相反并且适于使倾斜定子移动以使倾斜定子进入所述至少一个预定操作位置。

更优选地，所述至少一个推力腔室限定在倾斜定子的第二外表面部分，位于旋转销与所述第一外表面部分之间。

在某些优选实施方案中，所述水泵包括另一推力腔室，其限定在泵体与倾斜定子之间并且位于相对于所述旋转销与所述至少一个推力腔室相反的一侧上，所述另一推力腔室配置成填充有预定量的加压流体(特别是水)以对倾斜定子施加第三推力作用，该第三推力作用与所述第二推力作用相反。

所述另一推力腔室能够用作所述弹性元件的替代或补充方案。在前一种情况下，由所述另一推力腔室中存在的加压流体施加的推力作用适于使倾斜定子移动，以使其进入所述至少一个预定操作位置。在后一种情况下，由所述另一推力腔室中存在的加压流体施加的推力作用适于使倾斜定子移动，以使其进入另一预定操作位置。

在所述水泵的替代实施方案中，所述调节构件包括至少一个从动执行机构，其作用于所述倾斜定子以使倾斜定子进入所述至少一个预定操作位置。所述从动执行机构能够采用机械方式、电动方式、气动方式或液压方式来驱动。

在本实施方案中，所述倾斜定子优选包括连接通道，其介于限定在泵体与倾斜定子间的第一腔室与限定在泵体与倾斜定子间的第二腔室之间并且位于相对于旋转销与所述第一腔室相反的一侧上，所述连接通道与泵的抽吸管路流体连通。

所述连接通道的设置能够防止所述第一腔室和第二腔室中的水因对倾斜定子施加推力作用而泄露。

所述从动执行机构设置作为所述弹性元件的替代或补充方案。如果其设置作为所述弹性元件的补充方案，则在执行机构发生断裂的情况下，该弹性元件执行使倾斜定子进入预定操作状态的功能。

优选地，叶片、转子和倾斜定子由非金属材料制成，例如碳石墨或者塑性、热塑性或热固性材料，有或无填料或添加剂。一般而言，优选使用非金属材料，以便尽量减少摩擦现象，以防在相对运动的相互接触中磨损部件。

更优选地，所述叶片由碳石墨制成。

更优选地，所述转子由碳石墨制成。

更优选地，所述倾斜定子由碳石墨制成。

环体能够与倾斜定子一体成型(例如，植入其上)，即不能相对于定子旋转，或者环体能够因转子的旋转而借助叶片施加的推力来相对于定子旋转。

所述环体优选由碳石墨制成。在这种情况下，倾斜定子能够由金属材料制成，例如铝合金或钢合金(如果环体与倾斜定子一体成型，则该解决方案成为优选)，或者倾斜定子由碳石墨或者塑性、热塑性或热固性材料制成，有或无填料或添加剂(如果环体可相对于倾斜定子旋转，则该解决方案成为优选)。

附图说明

根据下面参照附图且出于指示性和非限制性目的对优选实施方案作出的详细描述，本实用新型的其他特征和优点将显而易见。在附图中：

图1示意性示出本实用新型的水泵的第一种实施方案的剖视图；

图2示意性示出本实用新型的水泵的第二种实施方案的剖视图。

具体实施方式

参照图1，该图示出根据本实用新型的水泵的第一种实施例。用10表示水泵。

水泵10是可变排量(或流量)水泵。

水泵10配置成用于机动车辆的内燃机(优选汽油或柴油内燃机)的冷却回路。

泵10包括泵体12，在其内部限定腔室12a。

转子14设置在腔室12a内。转子14可围绕旋转轴线O旋转并且设有以滑动方式容纳相应叶片18的多个径向空腔。为说明清楚起见，附图标记18仅与所示叶片中的两个叶片相关联。

倾斜定子22在腔室12a内相对于转子14布置在外部位置。

倾斜定子22相对于转子14布置在偏心位置。

在图1的示例中，环体23径向插入倾斜定子22与转子14之间。所述环体23与倾斜定子22的径向内表面接触并且能够与倾斜定子22一体成型或能够相对于倾斜定子22旋转。

叶片18的径向外端18a以液压密封的方式接触环体23的径向内表面。因此，在每对叶片18、环体23与转子14之间限定出增压腔室24。为说明清楚起见，附图标记24仅与所示增压腔室中的一个增压腔室相关联。

泵体12具有从抽吸管路(图中未示)通向增压腔室24的进水口(或进口) 13a以及从增压腔室24通向内燃机的出水口(或出口)13b，并且该泵体可能具有设置在水泵10下游的热交换器。

在转子14的旋转期间，水通过进水口13a流入的增压腔室24内的容积减小，从而达到使水通过出水口13b输送到发动机冷却回路所需的压力。

倾斜定子22在泵体12内于旋转销P处枢转并且能够相对于转子14在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置中，转子14的旋转轴线O与倾斜定子22的中心之间的偏心率最小，在第二位置中，转子14的旋转轴线O与倾斜定子22的中心之间的偏心率最大。所述偏心率变化导致增压腔室24的容积变化，因此导致水泵10的流量(或排量)变化。

旋转销P能够整合到倾斜定子22中并且容纳于泵体12中形成的底座内，或替代地，旋转销P能够整合到泵体12中并容纳于倾斜定子22中形成的底座内。替代地，旋转销P能够是与泵体12和倾斜定子22不同的元件并且容纳于泵体12和倾斜定子22上形成的底座内。

在图中所示的实施方案中，出水口13b也延伸到旋转销P。

水泵10包括弹性元件30，在本文所示的具体情况下，它是压缩型螺旋弹簧，该弹簧在其第一自由端30a处与泵体12相关联并且在其相反的自由端处对位于相对于转子14与旋转销P相反一侧的倾斜定子22的第一外表面部分22a施加推力作用。

水泵10进一步包括在腔室12a内限定于泵体12与倾斜定子22的第二外表面部分22b之间的推力腔室28。推力腔室28由旋转销P和容纳于倾斜定子22上形成的相应底座32a中的密封垫圈32界定。

转子14的旋转轴线O与倾斜定子22的中心之间的偏心率由弹性元件30施加于倾斜定子22的第一外表面部分22a的推力作用与输送到推力腔室28的预定量的加压流体(特别是水)施加于倾斜定子22的第二外表面部分22b的相反推力作用之间的平衡来确定。

弹性元件30以及填充有加压流体时的推力腔室28限定用于调节转子14的旋转轴线O与倾斜定子22的中心之间的偏心率的调节构件26，即用于调节水泵10的排量的调节构件26。

在运行中，预定量的加压流体输送到推力腔室28以使倾斜定子22相对于转子14移动，从而克服弹性元件30施加的推力作用并且使倾斜定子22定位到基于所需的排量或流量所定义的预定操作位置。输送到推力腔室28的流量变化引起倾斜定子22的中心与转子14的旋转轴线O之间的偏心率变化，因此引起水泵10的排量或流量变化。水输送到腔室24中，并且凭借因转子14旋转而使腔室24的容积减小，对水进行加压。然后，增压的水输送到内燃机以及可能设置在水泵10 下游的热交换器。

在图1的示例中，水泵10进一步包括在腔室12a内限定于泵体12与倾斜定子 22的另一外表面部分22c之间的另一推力腔室29。该推力腔室29由旋转销P和容纳于倾斜定子22上形成的相应底座33a中的另一密封垫圈33界定。

所述另一推力腔室29、所述倾斜定子22的另一外表面部分22c、所述另一密封垫圈33和所述底座33a相对于旋转销P分别布置在与推力腔室28、倾斜定子22 的外表面部分22b、密封垫圈32和底座32a相反的一侧。

推力腔室29同样配置成填充有预定量的加压流体(特别是水)，以对倾斜定子施加另一推力作用，该推力作用与推力腔室28内的加压流体施加的推力作用相反并且适于使倾斜定子22移动以使其进入另一预定操作位置。

推力腔室29能够用来替代弹性元件30。在这种情况下，用于调节转子14的旋转轴线O与倾斜定子22的中心之间的偏心率并因此调节水泵10的排量的所述调节构件26是由填充有加压液体时的推力腔室28和29来限定。

图2示出根据本实用新型的水泵的第二种实施方案。用110表示水泵。在图2 中，结构上或功能上等同于已参照图1的水泵10所述那些的元件用相同的附图标记来表示，对此不再赘述。

图2的水泵110与图1的水泵10的区别仅在于下文所述的细节。除这些细节之外，上文参照图1的水泵10提供的描述同样适用于图2的水泵110。

与图1的水泵10的不同之处在于，在图2的水泵110中，用于调节转子14的旋转轴线O与倾斜定子22的中心之间的偏心率并因此调节水泵110的排量的调节构件包括至少一个从动执行机构，该从动执行机构作用于倾斜定子22以使其进入预定操作位置。在图2中用虚线示例性示出从动执行机构130与倾斜定子22之间的连接。

然而，如图2所示，水泵110中也可能设置参照图1的水泵10所讨论的相同弹性元件30。

另外，与图1的水泵10的不同之处在于，在图2的水泵110中，设有连接通道 120，其介于限定在泵体12与倾斜定子22间的第一腔室128与限定在泵体12与倾斜定子22间的第二腔室129之间并且位于相对于旋转销P与第一腔室128相反的一侧上。该连接通道120与水泵110的抽吸管路流体连通。

第一腔室128布置在基本上类似于图1的水泵的腔室28的位置。

第二腔室129布置在基本类似于图1的水泵的腔室29的位置。

在图1的水泵10和图2的水泵110中，叶片18、转子14、倾斜定子22和环体23 均由非金属材料制成，优选由碳石墨制成，或替选由塑性、热塑性或热固性材料制成，有或无填料或添加剂。

替代地，倾斜定子22能够由金属材料制成，例如铝合金或钢合金。

为满足具体和实际的需要，本领域技术人员能够对上文结合图1和图2描述的水泵10作出诸多修改和变化，这些修改和变型全部涵于所附权利要求书的保护范围内。