CN111108271A - 用于内燃机的冷却剂泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的冷却剂泵，其带有：驱动轴(18)；冷却剂泵叶轮(20)，所述冷却剂泵叶轮至少抗扭地布置在所述驱动轴(18)上，并且通过所述冷却剂泵叶轮能够输送冷却剂；泵壳体(10)；和可调节的调控滑块(58)，通过所述调控滑块能够调控所述冷却剂泵叶轮(20)的出口(64)和周围的输送通道(12)之间的环形间隙(62)的流通横截面，其中，所述调控滑块(58)能够借助壁面(73；85；92)沿所述泵壳体(10)的径向直接对置的壁面(78；89；94)轴向移动。为降低在调节所述调控滑块(58)时的磨损，根据本发明建议，为所述调控滑块(58)和所述泵壳体(10)的直接对置的壁面(73、78；85、89；92、94)分别设有覆层，其中，所述泵壳体(10)的壁面(78；89；94)的覆层比所述调控滑块(58)的对置的壁面(73；85；92)的覆层更硬。

Description

用于内燃机的冷却剂泵

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的冷却剂泵，其带有：驱动轴；冷却剂泵叶轮，所述冷却剂泵叶轮至少抗扭地布置在所述驱动轴上，并且通过所述冷却剂泵叶轮可输送冷却剂；泵壳体；可调节的调控滑块，通过所述调控滑块可调控所述冷却剂泵叶轮的出口和周围的输送通道之间的环形间隙的流通横截面，其中所述调控滑块能够借助壁面轴向地沿泵壳体的径向直接对置的壁面移动。

背景技术

此类冷却剂泵用于内燃机中，以用于调控冷却所需的冷却剂流量，以防止内燃机过热。此泵通常通过皮带或链条驱动器驱动，使得冷却剂泵轮以曲轴转速或以与曲轴转速成固定比例的方式被驱动。

在现代内燃机中，所输送的冷却剂的量应与内燃机或机动车的冷却剂需求相匹配。为避免增加污染物排放并且为减少燃料消耗，特别希望能够缩短发动机的冷运转阶段。这可以通过在此阶段期间节流或完全切断冷却剂流动等方式来实现。

已知不同的用于调控冷却剂量的泵设计。除了电驱动的泵之外，已知如下的泵，所述泵可以通过离合器(特别是流体动力离合器)与所述泵的驱动装置联接或从所述驱动装置分离。但是，用于调控所输送的冷却剂流量的特别廉价且结构简单的可能方式是，使用可轴向移动的空心柱形调控滑块，所述调控滑块被推到冷却剂泵叶轮上，使得为减少冷却剂流量，减小或完全关闭如下的环形间隙的流通横截面，即泵叶轮通过所述环形间隙将冷却剂泵送到周围的输送通道内。

此滑块也以不同的方式被调控。除纯电动调节外，滑块的液压调节已特别地被证明是成功的。为此，在滑阀的背对泵叶轮的侧设有压力室，所述压力室以处于压力下的液压流体填充，以在滑阀上产生压力差，所述压力差导致调控滑块移动。通过将处于压力下的液压流体施加到对置的第二压力室或通过弹簧元件以及从第一压力室的压力泄放来进行滑块的复位。液压压力可以例如通过布置在驱动轴上的次级泵产生，使得冷却剂也用于调节调控滑块。

例如在DE 10 2015 119 093 A1中描述了此冷却剂泵。与冷却剂泵叶轮构造为一体的调控泵叶轮在形成在第一泵壳体部分内的输送通道内产生压力，所述压力被任选地提供给通过调控滑块相互分开的压力室，以此借助冷却剂泵叶轮相应地推动调控滑块或释放所述调控滑块的出口横截面。通过布置在调控滑块和泵壳体之间的壁面上的活塞环将这两个压力室相互密封。

这些带有调控滑块的冷却剂泵的问题在于，在泵壳体部分和调控滑块之间存在接触面，调控滑块通过所述接触面沿泵壳体部分在其上滑动。一方面，这些相互直接对置的壁面必须具有尽可能高的密封性，以尽可能可靠地防止冷却剂从一个室转移到另一个室；而另一方面，必须将调控滑块的调节力保持得尽可能低。由于压力波动和制造中的不精确性可能导致调控滑块的轻微的倾斜，所以很难获得对于调控滑块的精确的直线引导。所有这些导致在对置的壁面上的磨损增加，这最终导致卡紧，并且因此危及泵的功能性。

发明内容

因此，本发明的任务是完成一种用于内燃机的冷却剂泵，其中在尽可能长的使用寿命中，可以将调控滑块和泵壳之间的泄漏流动保持得尽可能低。为此，应尽可能最小化泵壳体和调控滑块上的磨损，并且因此防止卡紧。因此，应保证在所有位置中的尽可能精确和低摩擦的调控滑块的调节，其中仅需要小的调节力。

此任务通过带有独立权利要求1的特征的冷却剂泵来解决。

通过分别为调控滑块和泵壳体的直接对置的壁面设有覆层，其中使得泵壳体的壁面的覆层比调控滑块的壁面的覆层更硬，改进了两个壁面的表面强度并且降低了粗糙度，这即使在滑块套向泵壳体倾斜时也导致明显更低的磨损。已表明更有利的是为运动和倾斜的部件设有硬度较小的表面，因为以此将壳体的损害保持为明显更低。通过降低粗糙度，也保证了更好的无摩擦的滑动，并且在很大程度上也防止形成小的沟槽。

泵壳体的壁面的覆层优选是化学覆层。此覆层能够被特别均匀地涂覆，使得可以保持公差。此覆层也适用于复杂形状的部件并且适用于涂覆铝合金。

特别有利的泵壳体的壁面的覆层是化学镍覆层。这也已知为化学镀硬镍的概念。此类覆层具有高的表面强度和硬度，并且提供了优异的防腐蚀保护性能，如这在液体冷却剂的使用领域中是必需的。

泵壳体的壁面的覆层优选具有5μm至15μm的层厚度，使得可以保持尺寸精度。以这种层厚度，已可以明显提高使用寿命。

在本发明的另一有利的实施方案中，调控滑块的壁面的覆层是在由铝制成的调控滑块上的氧化覆层，所述覆层通过电解氧化施加，使得形成氧化铝层。此过程已知为阳极氧化过程的概念。在此，在上部金属层中形成铝的氧化物。此表面具有明显提高的硬度和非常好的防腐蚀保护性能，并且对刮擦不敏感。

在此，调控滑块的壁面上的覆层优选具有10μm至25μm的层厚度。此类薄层可以以高的尺寸精度施加，使得可以保持泵壳体的所需的公差。

调控滑块有利地具有底部，所述底部将两个空间相互分开，并且空心柱形的周壁从所述底部沿冷却剂泵叶轮的方向轴向延伸。此类底部将两个压力室相互分开，或将一个压力室与在其中存在用于调节的弹簧的空间分开。此类调控滑块的引导简单并且精确，使得可以将泵构造为带有小的间隙。

泵壳体优选具有第一壳体部分，所述第一壳体部分带有径向外壁面，调控滑块的空心柱形周壁的径向内壁面可沿所述径向外壁面在其上移动。对应地，调控滑块可以借助此壁面在外部在第一壳体部分上被精确地引导，使得可以很大程度上避免倾斜。

另外，有利的是，泵壳体具有第二壳体部分，所述第二壳体部分带有轴向延伸至冷却剂泵叶轮的环形突起，调控滑块的中空柱形周向壁的径向外壁面可沿所述环形突起的内壁面在其上移动。此环形突起特别地构造在周向壁的另一轴向端部上，从而实现在周向壁的两个轴向端部上的引导，这也防止了偏斜。

优选地，通过使底部具有中心开口可产生另一引导，通过所述中心开口形成径向内壁面，所述径向内壁面在调控滑块运动时可沿泵壳体的第一壳体部分的径向对置的第二径向外壁面移动，使得通过第一壳体部分实现了双侧引导。因此可以以更严格的公差范围工作。

优选地，在第一壳体部分内形成输送通道，所述输送通道与调控泵叶轮协同作用以产生压力，其中调控泵叶轮与冷却剂泵叶轮构造为一体，并且其中调控滑块的底部轴向地将两个压力室相互分开。此类泵可以可靠地输送所需量的冷却剂，而无需附加的弹簧或附加的叶轮。

因此提供了一种用于内燃机的冷却剂泵，其中，在设计冷却剂泵时，很大程度上避免了调控滑块上的磨损和沟槽形成，并且可以以小的间隙工作，从而提高密封性，因为调控滑块的倾斜和偏斜在很大程度上被避免，并且表面被构造成，如果确实发生倾斜，则仅对于滑块或起引导作用的壳体部分造成最小的损害。这是通过无腐蚀且耐久的覆层来实现的，所述覆层同时具有高强度并且作为滑动对相互作用。因此，可以确保冷却剂泵在长使用寿命中的保持不变的功能。同时，实现了对调控滑块的精确引导，使得可以将所有间隙最小化。

附图说明

在图中示出并且在下文中描述了根据本发明的用于内燃机的冷却剂泵的实施方式。

附图以剖视图的形式示出了根据本发明的冷却剂泵的侧视图。

具体实施方式

根据本发明的冷却剂泵包括带有外壳体部分11的泵壳体10，在所述外壳体部分11内构造有螺旋形的输送通道12，在所述螺旋输送通道12内通过也构造在外壳体部分11内的轴向泵入口14吸入冷却剂，所述冷却剂通过输送通道12被输送到切向地构造在外壳体部分11内的泵出口16，并且被输送到内燃机的冷却回路中。此外壳体部分11可以例如与内燃机的曲轴箱或气缸盖构造为一体。

为此，被构造为径向泵轮的冷却剂泵叶轮20在输送通道12内部径向地固定在驱动轴18上，通过所述冷却剂泵叶轮20的旋转进行冷却剂在输送通道12内的输送。在冷却剂泵叶轮20的与泵入口14相对的轴向侧上构造有调控泵叶轮22，借助冷却剂泵叶轮20相应地旋转所述调节泵叶轮。此调控泵叶轮22具有叶片23，所述叶片23布置为与被构造为侧通道的流动通道24轴向对置，所述流动通道24被构造在泵壳体10的第一内壳体部分26内。在此第一壳体部分26内构造有未图示的入口和也未图示的出口，使得调控泵叶轮22与流动流道24形成调控泵28，通过所述调控泵28提高了从调控泵28的入口到出口的冷却剂的压力。

冷却剂泵叶轮20和调控泵叶轮22的驱动通过接合到皮带轮30内的皮带进行，所述皮带轮30被固定在驱动轴18的与冷却剂泵叶轮20相对的轴向端部上。皮带轮30通过双排轴承32支承，所述双排轴承32的外圈34压在皮带轮30上，而其内圈36压在泵壳体10的固定的第二壳体部分38上。

第二壳体部分38具有内轴向通孔40，驱动轴18通过所述内轴向通孔伸出而中间设有轴密封部42，并且第一壳体部分26的内环形突起44伸入所述内轴向通孔40内，第一壳体部分26通过所述内环形突起44相对于第二壳体部分38定心。第一壳体部分26通过螺钉46被固定在第二壳体部分38上，所述螺钉46轴向穿过第一壳体部分26。第二壳体部分38被固定在外壳体部分11上而中间设有密封部48。为此，外壳体部分11在其与泵入口14相对的轴向端部上具有直径恒定的接收开口50，第二壳体部分38的环形突起52伸入到接收开口50内，在所述第二壳体部分38的抵靠外壳部分11的凸缘形的边界壁54上构造有凹槽56，在所述凹槽56内布置有密封部48。

此突起52同时用作调控滑块58的后止动部，调控滑块58的径向外部的中空柱形周壁60可以通过冷却剂泵叶轮20被推动，使得在冷却剂泵叶轮20的出口64和输送通道12之间的环形间隙62的自由横截面被调控。因此，对应于此调控滑块58的位置调控通过冷却剂回路被输送的冷却剂流量。此周壁60对应地具有肩部66，带有增大的直径的周壁60从所述肩部66沿环形间隙62的方向进一步轴向延伸。此部分68的外径在此大致等于环形突起52的外径，使得环形突起52和周壁60的此部分68被构造为与外壳体部分11的接收开口50的内壁70直接对置，以此将此区域内的间隙最小化。

在外周壁60的从肩部66沿与冷却剂泵叶轮20相对的方向延伸的部分72上，在调控滑块58的径向外壁面73上构造有径向凹槽74，在所述径向凹槽74中布置有密封环76。密封环76被布置为使得其在调控滑块58的每个位置上抵靠在第二壳体部分38的环形突起52的径向内壁面78上。

除周壁60外，调控滑块58还具有带有内部开口82的底部80，周壁60从所述底部80的外周轴向延伸，并且较短的内中空圆柱周壁84从所述底部80的内周向冷却剂泵叶轮20伸出。在此周壁84的径向内壁面85上构造有径向凹槽86，在所述径向凹槽86内也布置有密封环88。周壁84的径向内壁面85在第一壳体部分26的轴向延伸的柱形部分90的径向外壁面89上滑动，所述部分90构造在环形突起44和第一壳体部分26的形成流动通道24的部分之间。部分90用于支承调控滑块58。

此外，在调控滑块58的周壁60的向着冷却剂泵叶轮20伸出的区域的径向内壁面92和泵壳体10的第一壳体部分26的对置的径向外壁面94之间仅存在小的间隙。

根据本发明，由铝或铝合金制成的调控滑块58的三个壁面73、85、92具有大约25μm的层厚度的氧化覆层，以确保低摩擦引导和低磨损。通过电解氧化施加此覆层，使得形成氧化铝层。此过程已知为阳极氧化的概念。特别地，可以使用硬阳极氧化来形成覆层，例如，覆层被提供以

或HC-GL的名称，其中HC-GL覆层附加地具有改善的滑动性能。此类覆层在大约500HV的硬度的情况下具有仅大约0.1μm至0.2μm的平均粗糙度。

泵壳体10的各个对置的壁面78、89、94也设有覆层，但是所述覆层比调控滑块58的壁面73、85、92的覆层更硬。特别地，在此设置了具有大约15μm的层厚度的化学镍覆层。合适的覆层例如以概念

DNC 520已知。根据所进行的热处理，此覆层的硬度为550HV至1000HV。耐磨性也相应地高。如调控滑块58的覆层的情况，也同样存在很高的耐腐蚀性。

此滑动组合的结果是，当调控滑块58运动时，仅要求低的调节力，并且在调控滑块58的前侧和后侧之间实现了高的密封性。此外，由于高耐磨性，此密封性可以长时间保持。

这是重要的，因为在调控滑块58的背对冷却剂泵叶轮20的侧构造有第一压力室96，此压力室96通过调控滑块58的第二壳体部分38和底部80被轴向地界定，并且通过第二壳体部分38的环形突起52被径向向外地界定，并且通过第一壳体部分26被径向向内地界定，并且在底部80的面对冷却剂泵叶轮20的侧上构造有第二压力室98，所述第二压力室98通过底部板80和第一壳体部分26被轴向地界定，通过调控滑块58的周壁60被径向向外地界定，并且通过第一壳体部分26的部分90被径向向内地界定。根据在两个压力室96、98内施加在调控滑块58的底部80上的压力差，调控滑块58的周壁60对应地被推入到环形间隙62内或从环形间隙62被推出，使得为避免两个压力室96、98之间的压力平衡而要求压力室96、98相互之间的高密封性，这通过密封环76、88以及对置的壁面73、78、85、89、92、94的所选择的覆层可产生的小公差以及良好的滑动特性来实现。

调节调控滑块58所需的压力差通过调控泵28借助于带有不同压力水平的两个压力室96、98产生。为此，在两个壳体部分26、38中形成对应地布置的并且在图中不可见的通道。从调控泵28的第一出口向压力室98供给处于压力下的冷却剂，所述第一出口通向调控泵28的流动通道24的入口后方附近，而压力室96可被供给以处在更高的压力下的冷却剂，所述冷却剂来自沿调控泵叶轮22的运行方向更远离入口的调控泵28的第二出口，并且通过电磁阀100被供给到压力室96或从压力室96导出。由于压力室96、98的压力差，调控滑块58被推入到环形间隙62内以减少被输送的冷却剂的量，或从环形间隙62被推出以最大化被输送到冷却回路内的冷却剂的量。

所描述的冷却剂泵具有非常精确的内部引导，因此尽管间隙小，但仅要求小的调节力，这通过密封环和对置的壁面的良好的滑动特性被进一步增强。由于所使用的覆层在其层厚方面可以高精确地施加，所以压力室被可靠地相互密封，使得以低的调节力可实现调控滑块的调节，并且在这种情况下在时间上强力地延迟了压力室之间的压力平衡。这首先能够被长期保持，因为通过选择覆层可靠地避免了沟槽和另外的粗糙度(所述沟槽和另外的粗糙度特别地在壳体部分上由于可运动的调控滑块的倾斜而可能出现)，这是由于泵壳体的壁面的覆层是特别硬和耐磨的。泵壳体和调控滑块的覆层在此都具有低的粗糙度，因此可以长时间保持滑动特性。

应清楚的是，主权利要求的保护范围不限于所描述的实施例。特别地，可以考虑其他的壳体部分或调控滑块的其他的促动方式。除去纯液压调节之外，也可以考虑通过压力弹簧进行电气调节或预紧。覆层既可以施加到对置的单独的壁面上，也可以施加到所有相互滑动的壁面上。也可以考虑涂覆整个调控滑块或朝向调控滑块的整个泵壳。也可以选择另外的覆层，然而这些覆层必须既适合于在冷却剂区域内应用，又必须根据独立权利要求在其硬度方面相互匹配。

Claims (11)

1.一种用于内燃机的冷却剂泵，其带有：

驱动轴(18)；

冷却剂泵叶轮(20)，所述冷却剂泵叶轮至少抗扭地布置在所述驱动轴(18)上，并且通过所述冷却剂泵叶轮能够输送冷却剂；

泵壳体(10)；

可调节的调控滑块(58)，通过所述调控滑块能够调控所述冷却剂泵叶轮(20)的出口(64)和周围的输送通道(12)之间的环形间隙(62)的流通横截面，

其中，所述调控滑块(58)能够借助壁面(73；85；92)沿所述泵壳体(10)的径向直接对置的壁面(78；89；94)轴向移动，

其特征在于，

为所述调控滑块(58)和所述泵壳体(10)的直接对置的壁面(73、78；85、89；92、94)分别设有覆层，其中，所述泵壳体(10)的壁面(78；89；94)的覆层比所述调控滑块(58)的对置的壁面(73；85；92)的覆层更硬。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述泵壳体(10)的所述壁面(78；89；94)的所述覆层是化学覆层。

3.根据权利要求2所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述泵壳体(10)的所述壁面(78；89；94)的所述覆层是化学镍覆层。

4.根据权利要求3所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述泵壳体(10)的所述壁面(78；89；94)的所述覆层具有5μm至15μm的层厚度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述调控滑块(58)的所述壁面(73；85；92)的所述覆层是由铝制成的所述调控滑块(58)上的氧化覆层，所述氧化覆层通过电解氧化施加，使得形成氧化铝层。

6.根据权利要求5所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述调控滑块(58)的壁面(73；85；92)的覆层具有10μm至25μm的层厚度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述调控滑块(58)具有底部(80)，所述底部将两个空间(96、98)相互分开，并且空心柱形的周壁(60)从所述底部沿所述冷却剂泵叶轮(20)的方向轴向伸出。

8.根据权利要求7所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述泵壳体(10)具有带有径向外壁面(94)的第一壳体部分(26)，所述调控滑块(58)的空心柱形周壁(60)的内壁面(92)能够沿所述径向外壁面在所述径向外壁面上移动。

9.根据权利要求7或8所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述泵壳体(10)具有带环形突起(52)的第二壳体部分(38)，所述调控滑块(58)的空心柱形周壁(60)的径向外周面(73)能够沿所述环形突起的内壁面(78)在所述环形突起的所述内壁面上移动。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，所述底部(80)具有中心开口(82)，通过所述中心开口形成径向内壁面(85)，在所述调控滑块(58)运动时，所述径向内壁面能够沿所述泵壳体(10)的第一壳体部分(26)的径向对置的第二径向外壁面(89)移动。

11.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的冷却剂泵，其特征在于，在所述第一壳体部分(26)内构造有输送通道(12)，所述输送通道与调控泵叶轮(22)相互作用以用于产生压力，其中，所述调控泵叶轮(22)与所述冷却剂泵叶轮(20)构造为一体，并且所述调控滑块(58)的底部(80)将两个压力室(96、98)相互轴向分开。

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