Помпа системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания с электрическим приводом

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности, к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Известна помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом (заявка на изобретение США №2011/0123370, МПК F05B 35/04, опубл. 26 мая 2011). Помпа представляет из себя центробежный насос, конструктивно выполненный в виде самостоятельного агрегата, состоящего из электрического двигателя со сменной «улиткой» и рабочим колесом. Помпа может устанавливаться в любом месте на борту автомобиля и соединяется с системой охлаждения ДВС гибкими трубопроводами. Данная схема монтажа позволяет унифицировать помпу для обширной линейки автомобильной техники, а также устанавливать ее в оптимальном месте с точки зрения эксплуатационных характеристик изделия (защита от воздействия внешней среды, температурных факторов и т.п.).
Однако известное устройство невозможно применить в форсированных многолитровых ДВС, где требуется повышенный расход охлаждающей жидкости, применяемых, в частности, на грузовой, спортивной и спец технике, из-за отсутствия собственной системы охлаждения. Для поддержания теплового баланса таких ДВС требуется электропомпа с мощным электрическим приводом, а с увеличением мощности электропривода система отвода выделяемого при работе электромагнитных обмоток тепла свободной конвекцией не справляется со своей задачей.
Известна помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом (патент на изобретение США №5275538, МПК F04B35/04, опубл. 04.01 1994), ближайшая по технической сущности к заявляемой и принятая за прототип, которая представляет из себя центробежный насос на базе электрического двигателя постоянного тока со сквозным валом, с одной стороны которого через байонетный механизм крепится «улитка» с рабочим колесом помпы, а с другой стороны имеется возможность установки воздушной крыльчатки охлаждения самого электродвигателя. Благодаря такой схеме изделие является универсальным и может использоваться для широкой номенклатуры двигателей внутреннего сгорания.
Однако мощность электрического привода помпы ограничена эффективностью воздушного охлаждения агрегата. Компонентная база, используемая в серийном производстве электродвигателей, обеспечивает стабильную работу при температурах не выше 100°С. В отличие от предыдущего аналога, данная электропомпа имеет активное воздушное охлаждение, однако при использовании агрегата в подкапотном пространстве современных грузовых автомобилей, где температура окружающего воздуха достигает 100°С, воздушное охлаждение помпы неэффективно и происходит перегрев электродвигателя с последующим выходом его из строя. Следствием вышеизложенного является ограниченная применимость прототипа на грузовой, спортивной и спецтехнике.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является расширение эксплуатационных возможностей помпы системы охлаждения ДВС с электрическим приводом, устанавливаемой в подкапотном пространстве автомобиля, благодаря наличию устройства активного жидкостного охлаждения электропривода, что обеспечит возможность эффективной работы помпы в высоконагруженных двигателях.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности охлаждения электрического двигателя помпы и, следовательно, повышение эффективности охлаждения элементов ДВС на любых режимах эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом включает корпус, в котором на валу электропривода с одной стороны расположено рабочее колесо, а с другой стороны расположен электрический двигатель с устройством его охлаждения. Новым является то, что вал электропривода выполнен совместно с диском, на котором расположены постоянные магниты электрического двигателя, устройство охлаждения электрического двигателя расположено в его задней части и представляет собой теплообменник жидкостного охлаждения, выполненный в виде кольцевой камеры со штуцерами входа и выхода охлаждающей жидкости соответственно, при этом электромагнитные обмотки электрического двигателя установлены непосредственно на задней стенке кольцевой камеры.
Внутри кольцевой камеры по окружности выполнен кольцевой спиралевидный канал, вход в который сообщен со штуцером входа, а выход со штуцером выхода охлаждающей жидкости.
Внутри кольцевой камеры по окружности на ее внутренней поверхности закреплены направляющие пластины, образующие одностороннее лабиринтное движение охлаждающей жидкости
Устройство охлаждения электрического двигателя сообщено с общей системой охлаждения ДВС.
Устройство охлаждения электрического двигателя имеет собственный контур охлаждения с дополнительным насосом и радиатором.
В помпе использован бесколлекторный электрический двигатель.
На фиг. 1 представлен продольный разрез помпы.
На фиг. 2 представлена схема отвода тепловых потоков через кольцевую камеру (теплообменник).
На фиг. 3 представлен общий вид кольцевой камеры (теплообменника).
На фиг. 4 представлена кольцевая камера с кольцевым спиралевидным каналом.
На фиг. 5 представлена кольцевая камера с направляющими пластинами.
Позиции на фигурах: 1 - корпус с монтажным фланцем; 2 - подшипники; 3 - вал электропривода с диском; 4 - постоянные магниты; 5 - рабочее колесо; 6 - кольцевая камера (теплообменник); 7 - штуцер входа охлаждающей жидкости; 8 - штуцер выхода охлаждающей жидкости; 9 - электромагнитные обмотки; 10 - кольцевой спиралевидный канал; 11 - направляющие пластины кольцевой камеры; 12 - система уплотнений.
Помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом включает корпус 1 с монтажным фланцем (фиг. 1), в который на шариковых подшипниках 2 устанавливается вал 3 электропривода с выполненным заодно с ним диском с вклеенными постоянными магнитами 4 электрического двигателя. С одной стороны вала 3 электропривода расположено рабочее колесо 5, а с другой стороны расположен бесколлекторный электрический двигатель с устройством охлаждения в его задней части, которое представляет собой теплообменник жидкостного охлаждения, выполненный в виде кольцевой камеры 6 со штуцерами входа 7 и выхода 8 охлаждающей жидкости (фиг. 4). Электромагнитные обмотки 9 электрического двигателя установлены непосредственно на задней стенке кольцевой камеры 6.
Внутри кольцевой камеры 6 по окружности выполнен кольцевой спиралевидный канал 10, вход в который сообщен со штуцером входа 7, а выход со штуцером 8 выхода охлаждающей жидкости (фиг. 4).
Внутри кольцевой камеры 6 по окружности на ее внутренней поверхности закреплены направляющие пластины 11 (фиг. 5), образующие одностороннее лабиринтное движение охлаждающей жидкости.
Устройство охлаждения электрического двигателя сообщено с общей системой охлаждения ДВС, или имеет собственный контур охлаждения с дополнительным насосом и радиатором (на фигуре не показано).
Герметичность помпы обеспечивается набором стандартных уплотнений 12.
Работает помпа следующим образом.
Электрический привод помпы через вал 3 электропривода передает вращательное движение рабочему колесу 5, обеспечивающему циркуляцию охлаждающей жидкости в системе охлаждения ДВС. В этот момент через кольцевую камеру 6 начинает прокачиваться охлаждающая жидкость для охлаждения электрического двигателя, которая поступает из системы охлаждения двигателя или из собственного контура охлаждения с дополнительным насосом и радиатором (на фигуре не показано). Электромагнитные обмотки 9 при работе являются основным источником выделения тепловой энергии, избыток которой отводится охлаждающей жидкостью, циркулирующей в кольцевой камере 6 (фиг. 2), и сбрасывается в окружающую среду через радиатор системы охлаждения. Расположение электромагнитных обмоток 9 электрического двигателя непосредственно на задней стенке кольцевой камеры 6 (теплообменника) способствует более эффективному отводу тепла, а выполнение спиралевидного канала 10, или направляющих пластин 11 внутри кольцевой камеры 6 интенсифицирует процесс теплообмена, что также повышает эффективность охлаждения электрического двигателя помпы.
Предлагаемая помпа системы охлаждения ДВС с электрическим приводом предназначена для применения в составе систем жидкостного охлаждения двигателей, и представляет из себя управляемый центробежный насос на базе электрического двигателя постоянного тока, позволяющего обеспечивать оптимальную температуру элементов ДВС на всех режимах его работы и регулировать расход охлаждающей жидкости независимо от оборотов коленчатого вала. Благодаря наличию устройства активного жидкостного охлаждения электрического двигателя, обеспечивается возможность эффективной работы помпы в высоконагруженных двигателях в широком диапазоне изменения режимных параметров.