CN103299081B - 冷却剂泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的由皮带轮、齿轮、插接轴等机械地驱动的、以轴流式冷却剂泵的结构型式的冷却剂泵。本发明目的在于开发一种用于内燃机的轴流式冷却剂泵，其在相对于现有技术更小的结构空间/安装体积和相同的、也就是说对于冷却剂泵通常的泵轴转速的情况下使能够明显提高轴流式冷却剂泵中的泵压力；且其同时特征在于对于恒定转速冷却剂体积流关于泵压力的相对于现有技术明显改善的、稳定的特性曲线，此外对于空穴作用不敏感、避免输送体积流的涡旋、同时确保非常高的效率，此外特征在于非常紧凑的、制造和装配技术上简单的、成本有利的且坚固的结构型式，且即使在冷却剂加载有污染负荷时在使用寿命非常长的情况下还确保较高的运行安全性和可靠性。根据本发明的冷却剂泵特征在于，使用带有在三维空间上弯曲的叶片(15)的半轴流叶轮、Francis式或者斜流式叶轮作为工作轮(14)，并且布置在泵壳体(2)中的导向轮(9)具有内部的、在流动方向上逐渐尖细的导向锥(16)和与其相间隔地布置的外部的锥形的导向帽(17)，并且两者对称地彼此相间隔地经由在三维空间上弯曲的导向叶片(10)相互连接，其中，工作轮(14)与导向轮(9)以环形间隙(13)这样相间隔，使得工作轮(14)不仅在端侧与导向锥(16)的相邻的外缘而且在端侧与导向帽(17)的相邻的外缘相间隔。

Description

冷却剂泵

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的由皮带轮、齿轮、插接轴等机械地驱动的、以轴流式冷却剂泵的结构型式的冷却剂泵。

背景技术

在现有技术中说明了用于内燃机的轴流式冷却剂泵。其借助于电动机而或还机械地例如经由皮带轮等由内燃机的曲轴来驱动。

由此另外由文件US6056518A预先说明了一种不经由轴、而由接通的磁阻电动机驱动的、装备有半轴流翼轮的冷却剂泵，它的由电动机驱动的半轴流翼轮在其外周缘处支承在带有中间的流入口和中间的流出口的泵壳体中。

在文件DE10047387A1中由申请人同样介绍了一种已在实践中证明可行的、电驱动的、可调节的、以可调节的轴流式冷却剂泵的结构型式的、带有轴向叶轮的用于内燃机的冷却剂泵。

此外由申请人在文件DE10207653C1以及DE10314526B4中介绍了另外的同样已在实践中证明可行的、可调节的、带有轴向叶轮的用于内燃机的冷却剂泵。

这些前面提到的冷却剂泵的主要缺点也由其驱动装置引起，且因为电动机布置在冷却剂流之内，所使用的电动机受结构空间限制相应始终仅传递受限的转矩。

此外，电动机的必然需要的、防水的封装还必然导致更高的制造成本。

此外在这些解决方案中由于所使用的电气构件或电子部件应始终遵循温度负荷的上极限值，以避免这些构件的失效。

此外，借助于这些电动驱动的冷却剂泵在“停电”之后也不能确保“故障保险”(在调节停止之后冷却剂泵继续起作用)。

此外，带有轴向叶轮的泵(例如还有在文件DE10207653C1中所介绍的结构型式)在抽吸侧节流的情况下显示出，泵在流动技术方面需要改善，因为强烈地出现空穴现象和涡旋，其导致增加的磨损以及功率损失。

此外，从文件DE102006034952B4中已知一种用于内燃机的冷却循环的、机械地驱动的带有轴向叶轮的泵。该构造为可调节的轴向泵的冷却剂泵具有由齿形皮带轮(Zahnriemenscheibe)驱动的空心轴，在该空心轴上抗扭地这样布置有多个转子叶片，使得其调整角可经由布置在空心轴内的作用机构(Wirkmechanismus)机械地来调整。

机械式的调整机构的操纵在此经由调整元件(Stellelement)来实现，其可以电气地、电子地、液压地还或气动地来操控。

取决于转子叶片的调整角，流过泵壳体的冷却剂那么或多或少地被加速。

借助于该前面所提及的、以由齿形皮带轮所驱动的可调节的轴向泵的结构型式的冷却剂泵，可在一定的界限中改变冷却剂泵的冷却功率以及驱动功率，其中，可传递的转矩和因此还有最大的输送体积流受可调整地支承的转子叶片的“负荷能力/耐久性”限制。

在文件DE102008048893A1中说明了另一机械地驱动的、用于内燃机的冷却循环的泵。对于该结构型式，在泵壳体中布置有单侧支承的轴向泵轮，其中，泵具有两个冷却剂排出口，其中的一个可借助于布置在轴向泵轮之后的调节机构来完全封闭。

在文件DE102008048893A1中公开的、带有单侧支承的轴向泵轮的解决方案然而具有这些缺点，即皮带轮的最小可能的直径受轴承直径限制，且此外单侧的支承负面地影响在轴向泵轮处需要的最小间隙尺寸，从而由于受结构限定的高间隙尺寸而必须强制考虑效率损失。

此外，从文件US4865519A中已知一种用于从“不流动的”油源(?lquelle)输送原油的油-浸没式泵(Tauchpumpe)。

在该在文件US4865519A中说明的解决方案中，工作轮协调于输送受污染的原油的特别的需求、因此设有卸压孔且此外具有特别的协调于使用需求的叶片形状。

在文件US4865519A中说明的该解决方案特征还在于，叶轮的盖板以布置在罩侧的间隙位于导向轮的罩内，且在叶轮与导向轮之间布置有协调于原油输送的需求的、较大的过渡空间。

文件US4865519A的这些对于本发明重要的特征需要结合专门设计的工作和导向轮叶片，以便借助于在文件US4865519A中所介绍的油-浸没式泵(本身带有单级的头)在生产成本明显降低且泵尺寸减小的情况下以减少的能量消耗实现油输送。

根据文件US4865519A的该解决方案然而结合作为KFZ-冷却剂泵的该油输送泵结构型式的类似应用、由于在冷却剂泵中经历的温度和转速范围此外必然导致冷却介质中的空穴现象，带有所有由此引起的缺点。

此外由申请者在文件DE102009012923B3中介绍了另一同样在实践中已证明可行的、机械地驱动的、可调节的、以带有在两侧支承的轴向泵轮的可调节的泵的结构型式的用于内燃机的冷却剂泵，在其中，冷却剂排出口可借助于布置在轴向泵轮之后的调节机构来完全封闭。

带有在两侧支承的轴向叶轮的该解决方案使能够明显减小缝隙尺寸且相对于前面提及的结构型式此外还由此明显改善泵效率。

所有前面提及的结构型式共同之处在于输送介质、冷却剂就在相应的轴向叶轮之前大约弧形地、还经由进口前导轮(Vorleitrad)被引入轴向叶轮的工作区域中且从那里经由环形柱状的导向装置、导向轮被输送到设有或未设有调节装置的压力接管中。

所有在现有技术的轴流式冷却剂泵中所使用的轴向叶轮对空穴作用敏感并且以其二维的叶片几何结构即使在最小的缝隙尺寸的情况下在对于冷却剂泵通常的转速的范围中获得最大50%的效率。在此，在机动车的发动机舱中规定的、受限的结构空间必然还仅使强烈受限的压力提高成为可能。

此外由文件US2010/143109A1已知一种用于同时输送冷却剂一方面到低温循环中而另一方面到高温循环中的冷却剂泵，其带有连同处于内部的低温线圈的低温壳体和连同处于内部的高温线圈的高温壳体、带有用于同时输送冷却剂到低温线圈以及高温线圈中的特别的冷却剂泵-径向工作轮、带有用于驱动冷却剂泵-径向工作轮的驱动轴。

此外由文件GB2088480A已知一种另外的以径向结构形式也就是说带有轴向流动入口、径向工作轮和径向流动出口的冷却剂泵，在其中在驱动轴与轴承元件之间设置有两排滚动体和一定数量的密封组件，其在驱动轴与轴承元件之间造成密封。密封组件中的一个在此具有密封圈，其被弹性器件压向叶轮的背面。

此外，对于在现有技术中说明的轴流式冷却剂泵特征是对于恒定转速冷却剂体积流关于泵压力的特性曲线的不稳定的变化，也就是说如果对于恒定转速(发电机转速)在冷却剂循环中部分地接通或断开用户，那么冷却剂体积流因此改变。

由于现有技术的该轴流式冷却剂泵的不稳定的特性曲线，这然而在现有技术的轴流式冷却剂泵中导致相应的泵压力的非常不利地起作用的、突然的且大多严重的改变。

发明内容

因此，本发明目的在于开发一种由皮带轮、齿轮、插接轴等机械地驱动的、用于内燃机的轴流式冷却剂泵，其避免现有技术的前面提及的缺点，在相对于现有技术更小的结构空间/安装体积和相同的、也就是说对于冷却剂泵通常的泵轴转速的情况下使在轴流式冷却剂泵中的泵压力能够明显提高；且其同时特征在于对于恒定转速冷却剂体积流关于泵压力的相对于现有技术明显改善的、稳定的特性曲线，此外对空穴作用不敏感、避免输送体积流的涡旋、同时确保非常高的效率，此外特征在于非常紧凑的、制造和装配技术上简单的、成本有利的且坚固的结构型式，且即使对于加载有污染负荷(Schmutzfracht)的冷却剂还在非常长的使用寿命的情况下确保高的运行安全性和可靠性。

根据本发明，该目的通过根据本发明的独立权利要求的特征的一种用于内燃机的由皮带轮、齿轮、插接轴等机械地驱动的、以轴流式冷却剂泵的结构型式的冷却剂泵来实现。

由从属权利要求以及接下来的根据本发明的解决方案的说明、结合根据本发明的解决方案的附图得出本发明的有利的实施方式、细节和特征。

附图说明

接下来现在根据一实施例、结合与该实施例相关联的图示(图1)来详细阐述本发明。

在图1中以侧视图在剖面中示出了由皮带轮1机械地驱动的、根据本发明的用于内燃机的轴流式冷却剂泵的一可能的结构型式。

具体实施方式

根据本发明的该轴流式冷却剂泵带有：泵壳体2；在抽吸侧布置在泵壳体处的流入口3和在压力侧布置在泵壳体处的流出口4；借助于泵轴承5可旋转地支承在泵壳体2中或在其处的、与皮带轮1抗扭地连接的泵轴6；在驱动侧在流入口3旁边在泵壳体2中的密封座7中布置在该密封座7与泵轴6之间的泵轴密封件8；抗扭地布置在泵壳体2中的、带有导向叶片10的导向轮9，在导向轮9中存在轴承容纳部11，在其中布置有滑动轴承12，泵轴6以它的与驱动侧(例如皮带轮1)相对而置的泵轴端部支承在滑动轴承12中，其中，在泵轴6上、在流入口3的方向上以环形间隙13邻近于带有滑动轴承12的导向轮9抗扭地布置有带有叶片15的工作轮14，根据本发明特征在于，工作轮14是带有在三维空间上弯曲的叶片15的半轴流叶轮(Halbaxialschaufelrad)、Francis式或斜流式叶轮(Diagonalschaufelrad)。

半轴流叶轮、Francis式及斜流式叶轮特征在于在三维空间上弯曲的叶片几何机构。

在最佳的边界条件下且在最小的缝隙尺寸的情况下，这样的半轴流叶轮、Francis式及斜流式叶轮可由于它们的在空间上弯曲的叶片和径向的流出口即使在对于冷却剂泵通常的转速的情况下达到直至80%的效率。

相对于在现有技术中在轴流式冷却剂泵中所使用的轴向叶轮，半轴流叶轮、Francis式及斜流式叶轮对空穴作用更不敏感且使在受限的结构空间中实现明显的压力提高。

就此而言对于本发明重要的是，两侧一侧支承在泵轴承5中而另一侧支承在导向轮9中的滑动轴承12中的泵轴6确保在工作轮14与导向轮9之间的最小的环形间隙13，其中，工作轮(14)与导向轮(9)以最小的环形间隙(13)如此相间隔，使得工作轮(14)不仅在端侧与导向锥(16)的相邻的外缘而且在端侧与导向帽(17)的相邻的外缘以环形间隙(13)最小地相间隔，使得平行于工作轮排出缘伸延的导向轮进入缘构造彼此相间隔的两个密封间隙几何结构，由此确保斜地从工作轮14流出的输送体积流直接在流动技术上最佳地过渡到根据本发明的导向轮9中。

因为工作轮14不仅在端侧与导向锥16的相邻的外缘而且在端侧与导向帽17的相邻的外缘相应以最小的环形间隙13(“密封间隙”)相间隔，斜地向外从工作轮14出来的输送体积流被最佳地引入与最小的环形间隙13相邻的、根据本发明构建的导向轮9中，并且就在由这两个密封间隙几何结构所限制的过渡区域之后根据本发明在导向轮9中立即“转向”。

在此，根据本发明的导向轮9特征在于，其具有内部的、在流动方向上逐渐尖细的导向锥16和与导向锥16相间隔地布置的外部的锥形的导向帽17，并且导向锥16与导向帽17经由在三维空间上弯曲的导向叶片10相连接。

布置在根据本发明的导向轮中的、装备有在空间上弯曲的导向叶片10的、根据本发明向内逐渐尖细的、在导向锥16与导向帽17之间的该空间现在引起，首先斜地向外从根据本发明的工作轮14中出来的且立即又“转向地”进入导向轮9中的输送体积流在其进入时且在其流过根据本发明的导向轮9期间在根据本发明的导向轮9的内部中在最小的结构空间上几乎无损失地、无空穴地且无涡旋地又被转换成轴向地从导向轮9中出来的输送体积流，其中，空穴现象即使在很高转速范围中且即使对于热的冷却介质也能被排除。

此外，根据本发明的冷却剂泵由于其坚固的在流动技术上的设计即使在冷却剂加载有污染负荷的情况下确保高的运行安全性和可靠性及非常长的使用寿命。

根据本发明的对空穴作用不敏感的该泵在其整体上在结构体积最小的情况下确保高的效率，并且尽管空间结构强烈受限使明显的压力提高成为可能且在此同时特征在于非常紧凑的、制造和装配技术上简单的、成本有利和坚固的结构型式。

在此应特别强调的是，由于根据本发明的组件的布置和共同作用，根据本发明的冷却剂泵相对于在现有技术已知的轴流式冷却剂泵令人惊讶地此外特征尤其还在于对于恒定的转速体积流关于泵压力的特性曲线的稳定的变化。也就是说当例如对于恒定转速(发动机转速)在冷却剂循环中部分地接通或断开用户时，冷却剂体积流必然立即改变。

然而相对于带有传统的轴向叶轮的现有技术的轴向冷却剂泵，这由于根据本发明的稳定的特性曲线现在不再导致泵压力的变化。

在此，根据本发明的冷却剂泵相对于现有技术的轴向冷却剂泵使在结构空间/安装体积相同且转速相同的情况下泵压力的非常明显的提高成为可能。

在试验系列中利用现有技术的配备有轴向叶轮的轴向冷却剂泵在结构空间/安装体积差不多相同的情况下来确定对比值，其证明在转速12000U/min(高转速范围)的情况下利用传统的轴向冷却剂泵可获得大约1bar的泵压力。与此相对，借助于此处介绍的根据本发明的轴向冷却剂泵在相同的结构空间和12000U/min的类似的转速的情况下获得明显更高的大约1.7bar的泵压力。

特征还在于，在泵壳体2中、就在工作轮14之前存在旋转对称于泵轴6布置的、带有内径D的流入腔19，其腔长度L大约为内径D的0.7至1.5倍。

在图1中示出的结构型式具有流入腔19，其腔长度L大约为内径D的0.9倍。

根据本发明的该流入腔19引起没有干扰的流入、尤其用于抽吸体积流的“均质化(Vergleichm??igung)”且由此明显有助于根据本发明的效果的进一步优化。

也对本发明重要的是，在导向帽17的流出侧的自由端处布置有导向舌(Leitzunge)18。

根据本发明，该导向舌18避免在压力侧的流出口的区域中的涡旋形成且同样用于根据本发明的效果的进一步优化。

根据本发明的解决方案在其整体上但是还引起，与现有技术的轴流式冷却剂泵相比，根据本发明的解决方案在主流通道21完全封闭/隔绝的情况下要求泵轴6的明显更小的驱动功率，从而还由此再次提高根据本发明的轴流式冷却剂泵的效率。

在该在图1中示出的结构型式中，在根据本发明的轴流式冷却剂泵的泵壳体2处在流出口4的区域中布置有带有主流通道21的冷却剂排出凸缘(Kuehlmittelaustrittsflansch)20。

如在现有技术中常见的那样，该主流通道21通到冷却剂循环中且例如与执行器相结合使实现气缸体曲轴箱、气缸盖的最佳冷却，以及特别部件(例如废气再循环部、排气歧管)的冷却，而还实现乘客车厢的加热部的供热以及其它等等。

附图标记清单

1皮带轮

2泵壳体

3流入口

4流出口

5泵轴承

6泵轴

7密封座

8泵轴密封件

9导向轮

10导向叶片

11轴承容纳部

12滑动轴承

13环形间隙

14工作轮

15叶片

16导向锥

17导向帽

18导向舌

19流入腔

20冷却剂排出凸缘

21主流通道

D内径

L腔长度。

Claims (5)

1.一种用于内燃机的以机械地驱动的冷却剂泵的结构型式的冷却剂泵，其带有：带有流入口(3)和流出口(4)的泵壳体(2)；借助于泵轴承(5)可旋转地支承在所述泵壳体(2)中或在所述泵壳体(2)处的泵轴(6)；在所述泵壳体(2)中的密封座(7)中布置在所述密封座(7)与所述泵轴(6)之间的泵轴密封件(8)，该泵轴密封件布置在驱动侧且布置在所述流入口(3)旁边；不能够相对转动地布置在所述泵壳体(2)中的带有导向叶片(10)的导向轮(9)，在其中存在轴承容纳部(11)，在所述轴承容纳部(11)中布置有滑动轴承(12)，所述泵轴(6)以它的与驱动侧相对而置的泵轴端部支承在所述滑动轴承(12)中，其中，在所述泵轴(6)上以在所述流入口(3)的方向上以环形间隙(13)邻近于带有所述滑动轴承(12)的所述导向轮(9)的方式不能够相对转动地布置有带有叶片(15)的工作轮(14)，并且所述流入口(3)布置在所述泵轴(6)的中轴线侧面，使得冷却剂通过所述流入口(3)的流入倾斜于所述工作轮(14)的旋转轴线实现，其特征在于，

-所述工作轮(14)为带有在三维空间上弯曲的叶片(15)的半轴流叶轮，并且

-不能够相对转动地布置在所述泵壳体(2)中的所述导向轮(9)具有内部的、在流动方向上逐渐尖细的导向锥(16)和与所述导向锥(16)相间隔地布置的外部的锥形的导向帽(17)，并且

-所述导向锥(16)与所述导向帽(17)彼此相间隔地经由在三维空间上弯曲的且对称的导向叶片(10)相连接，并且

-所述工作轮(14)与所述导向轮(9)以最小的成密封间隙的形式的环形间隙(13)相间隔，其中，所述工作轮(14)在端侧与所述导向锥(16)的相邻的外缘而且与所述导向帽(17)的相邻的外缘以成密封间隙的形式的环形间隙(13)最小地相间隔，

-在所述泵壳体(2)中就在所述工作轮(14)之前存在旋转对称于所述泵轴(6)布置的带有内径(D)的流入腔(19)，所述流入腔(19)的腔长度(L)处于所述内径(D)的0.7至1.5倍的范围中。

2.根据权利要求1所述的冷却剂泵，其特征在于，在所述导向帽(17)的自由端处布置有导向舌(18)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的冷却剂泵，其特征在于，在所述泵壳体(2)处的所述流出口(4)的区域中布置有冷却剂排出法兰(20)。

4.根据权利要求1或2所述的冷却剂泵，其特征在于，皮带轮(1)、齿轮或插接轴使机械地驱动的所述冷却剂泵置于旋转中。

5.根据权利要求1或2所述的冷却剂泵，其特征在于，所述工作轮(14)是带有在三维空间上弯曲的叶片(15)的Francis式或斜流式叶轮。