WO2013075855A2 - Regelbare kühlmittelpumpe mit einer elektro-hydraulischen leitblechverstellung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a controllable coolant pump of a cooling circuit of an internal combustion engine.
- an impeller comprehensive pump shaft is rotatably mounted, which is preferably driven via an associated drive pulley of a traction mechanism.
- the impeller conveys a coolant as a volume flow via a suction port into a pressure or spiral channel of the coolant pump.
- the volume flow can be influenced by a vane enclosing the outside of the impeller whose associated push rod is guided in the pump shaft.
- the baffle can be adjusted in combination with an actuator against a spring means continuously between two end positions.
- a coolant or a cooling medium is pumped by means of a coolant pump in a closed circuit through cooling passages of the crankcase and the cylinder head of the internal combustion engine and then the cooled cooling medium is cooled back in an air-water heat exchanger.
- a coolant pump which is preferably driven directly by the internal combustion engine is used.
- adjustable cooling P1 15723 2 medium pumps whose volume flow can be adjusted to the cooling requirements of the internal combustion engine. After a cold start, a zero delivery of the coolant pump is initially aimed for, before subsequently increasing continuously in dependence on the temperature level that is established for cooling the internal combustion engine.
- a controllable coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine which is driven by a traction drive.
- the impeller is associated with an axially displaceable guide disk, which is axially displaceable by means of a placed within the hollow shaft of the impeller push rod in conjunction with an actuator.
- the actuator comprises an armature connected to the push rod, which is selectively axially displaceable via a proportional magnet.
- the electrically actuatable actuator or the actuator is mounted on the front side of the drive pulley of the coolant pump.
- the impeller In order to influence the volume flow, the impeller is associated with an outer cross-sliding element whose position can be changed by turning a thread-like guide.
- the regulated coolant pump comprises a shaft which is mounted and driven in the pump housing and has an associated impeller and a pneumatically or hydraulically adjustable valve spool which variably covers an outflow region of the impeller.
- On the valve spool several distributed over the circumference piston rods are arranged, which are parallel to the pump shaft in the pump housing and which are guided in annular grooves or bores and sealed by rod seals in the pump housing.
- the piston rods are ringnutkay with an annular piston in operative connection, which is used in a pressure chamber.
- a controllable coolant pump is known from DE 10 2005 004 315 A1, in which a volume flow can be varied by a valve slide which can be displaced on the pump shaft and encloses the impeller.
- the valve slide can be actuated by a magnet coil acted upon, slidable on the pump shaft armature.
- the entire pump shaft enclosing electrical adjusting device of the valve slide or the guide plate is disposed within the pump housing between the impeller and a drive pulley of the coolant pump.
- the present invention has for its object to provide a space-optimized, robust device for adjusting the baffle for a controllable coolant pump for realizing an effective control of the volume flow of the coolant pump.
- the structure of the controllable coolant pump according to the invention comprises as an actuator an electrohydraulic acting, integrated in the pump shaft actuator organ with the exact positioning of the baffle can be made to allow an active control of the flow rate and the coolant flow rate.
- the pressurized coolant of the coolant pump is provided for the actuator. Due to the integration of the actuator within the pump shaft, the required construction space of the coolant pump is reduced both in the radial and in the axial direction.
- the invention thus allows compared to previous known solutions, the realization of a compact, space-optimized coolant pump. With the concept according to the invention, on the one hand, a gradual heating of the P1 15723 4
- the temperature of the internal combustion engine can be influenced in continuous operation.
- the friction losses and the pollutant emissions and consequently the fuel consumption can be significantly reduced in the entire working range of the internal combustion engine.
- the actuator can advantageously be clocked so that a rapid filling of a working space and / or pressure chamber with hydraulic fluid adjusts to achieve a complete shut-off of the volume flow in the short term after a start of a cooled internal combustion engine to represent a Nullför- tion of the coolant pump.
- the volumetric flow triggered or influenced by the actuator for acting on the pressure piston is greater than a hydraulic fluid leakage of the pressure chamber occurring.
- the compact, simple and robust actuator according to the invention can be manufactured and installed with minimal manufacturing and assembly costs. The protected, integrated in the pump shaft installation position of the actuator, the reliability of the actuator and thus the reliability of the coolant pump is further improved.
- the actuator includes a stationary positioned solenoid, which acts directly on a displaceable within the pump shaft pump piston.
- the solenoid of the actuator is preferably fixedly attached to the pump housing or a coolant pump associated with the machine part, for example, a crankcase of the internal combustion engine. In the installed position of the solenoid engages play in an end receiving the pump shaft and is supported at the same time via a central switching axis on the pump piston.
- the pump piston limits together with the push rod or a P1 15723 5 in the pressure piston associated with the push rod a filled with the hydraulic fluid, designed as a cylinder working space within the pump shaft. An actuated by the solenoid axial displacement, a stroke of the pump piston is thus transmitted directly to the pressure piston, whereby a synchronous adjustment of the baffle is triggered.
- the structural design of the actuator hydraulics provides that, depending on a position of the pump piston or depending on adjusting pressure conditions, the pressurized pressure fluid or hydraulic fluid flows, for example, from the pressure or spiral channel of the coolant pump via an inlet into the working space of the pump shaft.
- a first variant according to the invention provides that, when the actuator is de-energized, a pump piston position is set which corresponds to an end position of the guide plate in which a maximum volume flow of the coolant pump is established, the working space being filled unhindered via the inlet. Upon actuation, energization of the actuator is closed by the associated stroke of the pump piston of the inlet, whereby adjusting a pressure build-up in the working space.
- An alternative construction comprises a one-way or check valve integrated in the inlet, which opens when pressure difference or pressure drops are established. This state occurs at a suction stroke of the pump piston or at a de-energized solenoid of the actuator, connected to a pressure gradient, which ensures a flow of pressure medium from the pressure or spiral channel in the working space of the pump shaft. Further, according to the inventive concept in the working space of the hydraulic longitudinal bore of the pump shaft end of a non-return or check valve is used at the end facing away from the solenoid. Through the valve, the pressure piston and the guide plate connected thereto are limited exclusively to a pressure fluid flow through which the guide plate is adjusted in the direction of a closed impeller or a closed coolant pump. As a one-way or check valve in the inlet and the working space of the coolant pump are preferably ball valves. P1 15723
- the structural design of the invention comprises a preferably pot-shaped pressure piston, which is connected via the push rod to the guide plate and which is guided in a central stepped bore of the pump shaft.
- the push rod is guided axially displaceably in a receptacle or bore of a position-fixed guide bushing of the pump shaft, wherein between the pressure piston and the guide bush as a spring means preferably a compression spring is used.
- the pressure piston can be sealed against a stepped bore of the pump shaft.
- this is a cartridge or guide sleeve, which is intended for receiving the pump piston, the one-way valve and a spring medium acting between the pump piston and the one-way valve, the pump piston acting in the direction of the solenoid.
- the preassembled unit can then be used in the longitudinal bore of the pump shaft form and / or non-positively.
- the switching or activation of the actuator can be combined with a regulation for adjusting the guide plate.
- a regulation for adjusting the guide plate Preferably, it is advisable to detect at least one operating parameter of the internal combustion engine, in particular the coolant and / or the lubricating oil temperature of the internal combustion engine as a controlled variable and to compare this with a reference or leadership temperature to selectively make an adjustment of the baffle in case of deviations.
- a preferred control structure comprises a sensor system for temperature detection and a temperature control equalizing control unit. In the event of a deviation, the switching magnet of the actuator is actuated by the control unit for the purpose of targeted adjustment of the guide plate in order to influence the volume flow of the coolant pump and thus the operating temperature of the internal combustion engine.
- FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a coolant pump configured according to the invention with an actuator integrated in the pump shaft;
- FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a coolant pump designed according to the invention with a baffle position in the case of a de-energized actuator
- FIG. 3 shows the coolant pump according to FIG. 2 with a baffle position which adjusts when the actuator is de-energized.
- a coolant pump 1 which is preferably used for a coolant circuit of an internal combustion engine.
- a pump housing 2 of the coolant pump 1 a designed as a hollow shaft pump shaft 3 is introduced, which is rotatably supported via two bearings running in particular as a rolling bearing 4.5.
- the first bearing 4 is inserted in a bore 6 of the pump housing 2 and the second bearing 5 between a shoulder of the pump housing 2 and an axial receiving a rotationally fixed on the pump shaft 3 pulley 7.
- the drive of the coolant pump 1 via a traction mechanism, not shown, wherein a traction means, a belt or a chain connecting the drive pulley 7 with another drive pulley.
- An opposite to the drive pulley 7 arranged on the pump shaft 3 impeller 8 is associated with a suction chamber 9, with the coolant in the operating state of the coolant pump 1 as a flow radially into a non-illustrated annular or spiral channel of the pump housing 2 is promoted.
- the suction chamber 9 is limited by a cover plate 10, which also forms a transition to the spiral channel.
- the impeller 8 is associated with an axially displaceable guide plate 1 1, which is supported in a first end position, as shown in Fig. 1, directly on the impeller 8. In this largest opening corresponding Leitblechposition a maximum P1 15723 8
- volumetric flow of the coolant pump 1 can be realized.
- a zero promotion of the coolant pump 1 is established as soon as the baffle 1 1 is supported in the second end position on the cover plate 10.
- the baffle 1 1 is torsionally rigidly connected to a push rod 12, which is illustrated by a double arrow between the end positions and any intermediate positions linearly displaceable and positionable.
- the push rod 12 is guided for this purpose in a bore 13 of a guide bush 14, which is pressed into a stepped bore 15 of the pump shaft 3. Facing away from the baffle 1 1, the push rod 12 further includes a pressure piston 16 a.
- an actuator 17 an electro-hydraulically acting, integrated in the pump shaft 3 actuator, wherein the pressurized coolant of the coolant pump 1 is provided as hydraulic fluid.
- a central switching axis 21 of the switching magnet 18 is supported directly on a pump piston 22 which is guided displaceably in a cartridge 23 which is pressed into the longitudinal bore 24 of the pump shaft 3.
- Carried out as a cylindrical guide sleeve, extending over the entire longitudinal bore 24 cartridge 23 forms a hydraulic fluid filled with working space 27 which is axially bounded by the pump piston 22 and a one-way valve 25, between which a spreading force aus accordingdes spring means 26 is inserted.
- a pressure level which corresponds almost to the pressure that occurs in the operating state in the annular or spiral channel of the pump housing 2 is established in the working space 27.
- the hydraulic fluid can flow via an inlet 28 with associated one-way valve 29 into the working space.
- An actuating movement of the solenoid 18 in the direction of arrow causes a pressure increase in the working chamber 27 as soon as the one-way valve 29 is closed.
- the hydraulic fluid flows through the one-way valve 25 and acts on a pressure chamber 31 delimited axially by the pressure piston 16 and the one-way valve 25, as a result of which the push rod 12 connected to the pressure piston 16 is in engagement.
- P1 15723 9 finally the baffle 1 1 moves in the direction of the cover plate 10.
- the actuating force of the actuator 17 or of the solenoid 18 exceeds the spring force of the spring means 26 acting directly on the pump piston 22 and a second spring means 30 inserted between the pressure piston 16 and the guide bushing 14.
- the solenoid 18 When the solenoid 18 is de-energized, the spring means 26 causes an automatic return of the pump piston 22 in a Fig. 1 corresponding position.
- the guide plate 1 1 initially remains in the set position, since the one-way valve 25 prevents a return flow of the hydraulic fluid from the pressure chamber 31.
- the baffle 1 1 Due to a self-adjusting hydraulic fluid leakage, in particular between the pressure piston 16 and the stepped bore 15 of the pump shaft 3, supported by a spring force of the spring means 30, the baffle 1 1 is displaced via the pressure piston 16 at not energized solenoid 18 in the direction of the pump housing 2 , As soon as the solenoid 18 is energized again, a pumping cycle begins again.
- the solenoid 18 of the actuator 17 and its timing is designed so that a rapid filling of the working space 27 and consequently of the pressure chamber 31 is ensured with hydraulic fluid.
- an effective system of the baffle 1 1 can be ensured on the cover plate 10 to a complete shut-off of the volume flow, i. to achieve a zero promotion of the coolant pump 1.
- the triggered by the solenoid 18 of the actuator 17 flow to pressurize the plunger 16 is designed to be larger than the self-adjusting hydraulic fluid leakage of the pressure chamber 31st
- FIGS. 2 and 3 show a section of the coolant pump 1 with an alternatively designed, electro-hydraulically acting actuator 37.
- the following description refers to the distinguishing features between the first variant according to FIG. 1 and the second in FIGS 3 variant, wherein with the Fig. 1 matching components or areas are provided with the same reference numerals.
- the inlet 38 does not include a one-way valve in the working chamber 47, so that hydraulic fluid can flow directly into the working chamber 47 via the inlet 38, depending on the position of the pump piston 32.
- 2 shows the pump piston 32 in a shut-off the inlet 38 position, which adjusts itself to a de-energized solenoid 18 of the actuator 37. Notwithstanding Fig. 1, the pump piston 32, the spring means 26 and the one-way valve 45 are guided directly in the longitudinal bore 34 of the pump shaft 33.
- the pressure piston 36 is inserted sealed in the stepped bore 35 and forms a circumferential annular groove 39, in which a sealing ring 44 is inserted.
- a spring means 40 is inserted within the stepped bore 35 of the pump shaft 33 between the stationary positioned, connected to a support member 43 guide bushing 46, the push rod 42 and the pressure piston.
- FIG. 3 shows the position of the pump piston 32 and the guide plate 41 when the solenoid 18 of the actuator 37 is not energized.
- the pump piston 32 is in an end position which allows the hydraulic fluid to flow into the working space 47 via the inlet 38.
- the guide plate 41 is in position, whereby a maximum volume flow of the coolant pump 1 is established.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe (1) eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), in dem eine Pumpenwelle (3) mit zugehörigem Flügelrad (8) drehbar gelagert ist. Das Flügelrad (8) fördert ein Kühlmittel als Volumenstrom über einen Sauganschluss (9) in einen Druck- oder Spiralkanal der Kühlmittelpumpe (1). Der Volumenstrom kann über ein das Flügelrad (8) außenseitig umschließendes Leitblech (11) beeinflusst werden, dessen zugehörige Schubstange (12) in der Pumpenwelle (3) geführt ist. Das Leitblech (11) ist in Verbindung mit einem Aktor (17) gegen ein Federmittel (30) stufenlos zwischen zwei Endlagen einstellbar. Als Aktor (17) dient ein elektro-hydraulisch wirkendes, in der Pumpenwelle (3) integriertes Stellorgan, wobei als Hydraulikfluid das druckbeaufschlagte Kühlmittel der Kühlmittelpumpe (1) vorgesehen ist.
Description
Bezeichnung der Erfindung
Regelbare Kühlmittelpumpe mit einer elektro-hydraulischen
Leitblechverstellung
Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine. In dem Pumpengehäuse der Kühlmittelpumpe ist eine ein Flügelrad umfassende Pumpenwelle drehbar gelagert, die bevorzugt über eine zugehörige Antriebsscheibe von einem Zugmitteltrieb angetrieben wird. Das Flügelrad fördert ein Kühlmittel als Volumenstrom über einen Sauganschluss in einen Druck- oder Spiralkanal der Kühlmittelpumpe. Der Volumenstrom kann dabei über ein das Flügelrad außenseitig umschließendes Leitblech beeinflusst werden, dessen zugehörige Schubstange in der Pumpenwelle geführt ist. Das Leitblech kann in Verbindung mit einem Aktor gegen ein Federmittel stufenlos zwischen zwei Endlagen eingestellt werden.
Zur Kühlung von flüssigkeitsgekühlten, insbesondere wassergekühlten Brennkraftmaschinen wird ein Kühlmittel oder ein Kühlmedium mit Hilfe einer Kühlmit- telpumpe in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle des Kurbelgehäuses und des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine gepumpt und das erwärmte Kühlmedium anschließend in einem Luft-Wasser-Wärmetauscher zurückgekühlt. Zur Unterstützung der Zirkulation des Kühlmittels wird eine bevorzugt von der Brennkraftmaschine direkt angetriebene Kühlmittelpumpe einge- setzt. Durch eine unmittelbare Koppelung zwischen der Kühlmittelpumpe und der Kurbelwelle stellt sich eine Abhängigkeit der Pumpendrehzahl von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein. Daraus folgt, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine das Kühlmittel zirkuliert und sich dadurch eine gewünschte schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine verzögert. Zur Optimierung des Betriebs von Brennkraftmaschinen wird nach dem Kaltstart ein möglichst schnelles Erreichen der Betriebstemperatur angestrebt. Dadurch können die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch und gleichzeitig die Emissionswerte reduziert werden. Um diesen Effekt zu erzielen, werden regelbare Kühl-
P1 15723 2 mittelpumpen eingesetzt, deren geförderter Volumenstrom auf den Kühlungsbedarf der Brennkraftmaschine abgestimmt werden kann. Nach einem Kaltstart wird zunächst eine Nullförderung der Kühlmittelpumpe angestrebt, bevor anschließend in Abhängigkeit von dem sich einstellenden Temperaturniveau der zur Kühlung der Brennkraftmaschine bestimmte Volumenstrom kontinuierlich ansteigt. Durch Versuchsreihen zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen konnte mittels konsequenter Anwendung der zuvor genannten Maßnahmen eine Verbrauchssenkung von > 3 % Kraftstoff erzielt werden.
Aus der DE 10 2008 046 424 A1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bekannt, die über einen Zugmitteltrieb angetrieben wird. Zur Beeinflussung des Volumenstroms ist dem Flügelrad eine axial verschiebbare Leitscheibe zugeordnet, welche mittels einer innerhalb der als Hohlwelle des Flügelrades platzierten Schubstange in Verbindung mit einem Stellorgan axial verschiebbar ist. Das Stellorgan umfasst einen mit der Schubstange verbundenen Anker, welcher über einen Proportionalmagneten gezielt axial verschiebbar ist. Das elektrisch betätigbare Stellorgan bzw. der Aktor ist dazu der Antriebsriemenscheibe der Kühlmittelpumpe stirnseitig vorge- lagert. Die DE 199 01 123 A1 offenbart eine weitere geregelte Kühlmittelpumpe. Um den Volumenstrom zu beeinflussen, ist dem Flügelrad ein äußeres übergreifendes Schiebeelement zugeordnet, dessen Lageposition durch Verdrehen einer gewindeartigen Führung verändert werden kann. Gemäß der DE 10 2005 062 200 A1 umfasst die geregelte Kühlmittelpumpe eine im Pumpengehäuse gelagerte und angetriebene Welle mit zugehörigem Flügelrad und einem pneumatisch oder hydraulisch verstellbaren Ventilschieber, der einen Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckt. An dem Ventilschieber sind mehrere über den Umfang verteilte Kolbenstangen ange- ordnet, die im Pumpengehäuse parallel zur Pumpenwelle verlaufen und die in Ringnuten bzw. Bohrungen geführt und mittels Stangendichtungen im Pumpengehäuse abgedichtet sind. Die Kolbenstangen stehen ringnutseitig mit einem Ringkolben in Wirkverbindung, der in einem Druckraum eingesetzt ist. Eine
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Verschiebung des von Druckfedern beaufschlagten Ringkolbens und des damit verbundenen Ventilschiebers erfolgt über eine Druckbeaufschlagung des Druckraums. Aus der DE 10 2005 004 315 A1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe bekannt, bei der ein Volumenstrom durch einen das Flügelrad um- schließenden, auf der Pumpenwelle verschiebbaren Ventilschieber variiert werden kann. Dabei kann der Ventilschieber durch einen von einer Magnetspule beaufschlagten, auf der Pumpenwelle verschiebbaren Magnetanker betätigt werden. Die gesamte die Pumpenwelle umschließende elektrische Versteileinrichtung des Ventilschiebers bzw. des Leitblechs ist innerhalb des Pumpenge- häuses zwischen dem Flügelrad und einer Antriebsriemenscheibe der Kühlmittelpumpe angeordnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine regelbare Kühlmittelpumpe eine bauraumoptimierte, robuste Vorrichtung zur Verstellung des Leitblechs zu schaffen zur Realisierung einer effektiven Steuerung des Volumenstroms der Kühlmittelpumpe.
Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die darauffolgenden ab- hängigen Ansprüche 2 bis 9 geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Der Aufbau der regelbaren Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung umfasst als Aktor ein elektro-hydraulisch wirkendes, in der Pumpenwelle integriertes Stell- organ, mit dem eine exakte Positionierung des Leitblechs vorgenommen werden kann, um eine aktive Steuerung des Volumenstroms bzw. der Kühlmittelfördermenge zu ermöglichen. Als Hydraulikfluid ist für den Aktor das druckbeaufschlagte Kühlmittel der Kühlmittelpumpe vorgesehen. Durch die Integration des Aktors innerhalb der Pumpenwelle verringert sich der erforderliche Bau- räum der Kühlmittelpumpe sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Die Erfindung ermöglicht damit gegenüber bisherigen bekannten Lösungen die Realisierung einer kompakten, bauraumoptimierten Kühlmittelpumpe. Mit dem erfindungsgemäßen Konzept kann einerseits eine allmähliche Erwärmung des
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Motors gewährleistet werden und andererseits nach Erreichen der Betriebstemperatur die Temperatur der Brennkraftmaschine im Dauerbetrieb beeinflusst werden. Somit lassen sich im gesamten Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine die Reibungsverluste und die Schadstoffemissionen und folglich der Kraftstoff- verbrauch deutlich reduzieren.
Der Aktor kann vorteilhaft so getaktet werden, dass sich eine schnelle Befüllung eines Arbeitsraums und/oder Druckraums mit Hydraulikfluid einstellt, um nach einem Start einer erkalteten Brennkraftmaschine zur Darstellung einer Nullför- derung der Kühlmittelpumpe kurzfristig ein vollständiges Absperren des Volumenstroms zu erreichen. Der durch den Aktor ausgelöste bzw. beeinflusste Volumenstrom zur Beaufschlagung des Druckkolbens ist dabei größer als eine sich einstellende Hydraulikfluid-Leckage des Druckraums. Vorteilhaft kann der erfindungsgemäß kompakte, einfach und robust aufgebaute Aktor mit einem minimalen Fertigungs- und Montageaufwand hergestellt und eingebaut werden. Durch die geschützte, in der Pumpenwelle integrierte Einbaulage des Aktors wird weiterhin die Betriebssicherheit des Aktors und folglich die Zuverlässigkeit der Kühlmittelpumpe verbessert. Mit dem kompakten Aktor sowie einer Hydraulik, die als Hydraulikfluid das unter Druck stehende Kühlmittel der Kühlmittel- pumpe nutzt, stellt sich ein vorteilhaft hoher Wirkungsgrad ein. Die erfindungsgemäße Lösung ist außerdem so gestaltet, dass eine Kühlmittelpumpe selbst bei gegenwärtig bereits gefertigten Motoren gegen bisher eingesetzte Kühlmittelpumpen ausgetauscht werden kann. Gemäß eines bevorzugten konstruktiven Aufbaus der Erfindung schließt der Aktor einen ortsfest positionierten Schaltmagnet ein, der unmittelbar einen innerhalb der Pumpenwelle verschiebbaren Pumpenkolben beaufschlagt. Der Schaltmagnet des Aktors ist bevorzugt ortsfest an dem Pumpengehäuse oder einem der Kühlmittelpumpe zugeordneten Maschinenteil, beispielsweise einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine befestigt. In der Einbaulage greift der Schaltmagnet spielbehaftet in eine endseitige Aufnahme der Pumpenwelle und ist gleichzeitig über eine zentrische Schaltachse an dem Pumpenkolben abgestützt. Der Pumpenkolben begrenzt gemeinsam mit der Schubstange oder ei-
P1 15723 5 nem der Schubstange zugeordneten Druckkolben einen mit dem Hydraulikfluid gefüllten, als Zylinder gestalteten Arbeitsraum innerhalb der Pumpenwelle. Eine von dem Schaltmagnet ausgelöste axiale Verschiebung, ein Hub des Pumpenkolbens wird damit unmittelbar auf den Druckkolben übertragen, wodurch eine synchrone Verstellung des Leitblechs ausgelöst wird.
Der konstruktive Aufbau der Aktor-Hydraulik sieht vor, dass in Abhängigkeit von einer Lageposition des Pumpenkolbens oder abhängig von sich einstellenden Druckverhältnissen das druckbeaufschlagte Druckmittel oder Hydraulikfluid bei- spielsweise aus dem Druck- oder Spiralkanal der Kühlmittelpumpe über einen Zulauf in den Arbeitsraum der Pumpenwelle einströmt. Eine erste erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass bei unbestromtem Aktor sich eine Pumpenkol- benposition einstellt, die einer Endlage des Leitblechs entspricht, bei der sich ein größter Volumenstrom der Kühlmittelpumpe einstellt, der Arbeitsraum über den Zulauf ungehindert befüllt wird. Bei einer Betätigung, einer Bestromung des Aktors wird durch den damit verbundenen Hub des Pumpenkolbens der Zulauf geschlossen, wodurch sich ein Druckaufbau in dem Arbeitsraum einstellt. Ein alternativer Aufbau umfasst ein in dem Zulauf integriertes Einweg- oder Rückschlagventil, das bei einem sich einstellenden Druckunterschied oder Druckge- fälle öffnet. Dieser Zustand stellt sich bei einem Saughub des Pumpenkolbens bzw. bei einem stromlosen Schaltmagnet des Aktors ein, verbunden mit einem Druckgefälle, was eine Druckmittelströmung aus dem Druck- oder Spiralkanal in den Arbeitsraum der Pumpenwelle sicherstellt. Ferner ist gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept in der den Arbeitsraum der Hydraulik bildenden Längsbohrung der Pumpenwelle endseitig an dem von dem Schaltmagnet abgewandten Ende ein Einweg- oder Rückschlagventil eingesetzt. Durch das Ventil werden der Druckkolben und das damit verbundene Leitblech ausschließlich auf eine Druckmittelströmung beschränkt, durch die das Leitblech in Richtung eines geschlossenen Flügelrades bzw. einer geschlossenen Kühlmittelpumpe verstellt wird. Als Einweg- bzw. Rückschlagventil in dem Zulauf und dem Arbeitsraum der Kühlmittelpumpe eignen sich bevorzugt Kugelventile.
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Ferner umfasst der konstruktive Aufbau der Erfindung einen bevorzugt topfartig gestalteten Druckkolben, der über die Schubstange mit dem Leitblech verbunden ist und der in einer zentrischen Stufenbohrung der Pumpenwelle geführt ist. Die Schubstange ist dabei in einer Aufnahme oder Bohrung einer lagefixierten Führungsbuchse der Pumpenwelle axial verschiebbar geführt, wobei zwischen dem Druckkolben und der Führungsbuchse als Federmittel bevorzugt eine Druckfeder eingesetzt ist. Zur Eingrenzung von Hydraulikfluid-Leckagen kann der Druckkolben gegenüber einer Stufenbohrung der Pumpenwelle abgedichtet werden.
Als Maßnahme, um den Montageaufwand zu vereinfachen, bietet es sich an, einzelne Bauteile des Aktors als eine vormontierbare Einheit auszuführen. Vorteilhaft eignet sich dazu eine Kartusche oder Führungshülse, die zur Aufnahme des Pumpenkolbens, des Einwegventils sowie einem zwischen dem Pumpenkolben und dem Einwegventil eingesetzten, den Pumpenkolben in Richtung des Schaltmagneten beaufschlagenden Federmittel bestimmt ist. Die vormontierte Baueinheit kann anschließend in die Längsbohrung der Pumpenwelle form- und/oder kraftschlüssig eingesetzt werden.
Ferner kann erfindungsgemäß die Schaltung oder Aktivierung des Aktors mit einer Regelung zur Einstellung des Leitblechs kombiniert werden. Vorzugsweise bietet es sich dazu an, zumindest einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, insbesondere die Kühlmittel- und/oder die Schmieröltemperatur der Brennkraftmaschine als Regelgröße zu erfassen und diese mit einer Referenzoder Führungstemperatur zu vergleichen, um bei Abweichungen gezielt eine Verstellung des Leitblechs vorzunehmen. Ein bevorzugter Regelungsaufbau umfasst eine Sensorik zur Temperaturerfassung sowie eine den Temperaturab- gleich vornehmende Regelungseinheit. Bei einer Abweichung wird von der Re- gelungseinheit der Schaltmagnet des Aktors angesteuert zwecks gezielter Verstellung des Leitblechs, um den Volumenstrom der Kühlmittelpumpe und damit die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine zu beeinflussen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß gestalteten Kühlmittelpumpe mit einem in der Pumpenwelle integrierten Aktor;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß gestalteten Kühlmittelpumpe mit einer Leitblechposition bei unbestromtem Aktor;
Fig. 3 die Kühlmittelpumpe gemäß Fig. 2 mit einer Leitblechposition, die sich bei stromlosem Aktor einstellt.
Die Figur 1 zeigt in einer Schnittansicht eine Kühlmittelpumpe 1 , die bevorzugt für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine einsetzbar ist. In einem Pumpengehäuse 2 der Kühlmittelpumpe 1 ist eine als Hohlwelle ausgeführte Pumpenwelle 3 eingebracht, die über zwei insbesondere als Wälzlagerung ausgeführte Lagerungen 4,5 drehbar gelagert ist. Die erste Lagerung 4 ist in einer Bohrung 6 des Pumpengehäuses 2 und die zweite Lagerung 5 zwischen einem Ansatz des Pumpengehäuses 2 und einer axialen Aufnahme einer auf der Pumpenwelle 3 drehfixierten Riemenscheibe 7 eingesetzt. Der Antrieb der Kühlmittelpumpe 1 erfolgt über einen nicht abgebildeten Zugmitteltrieb, wobei ein Zugmittel, ein Riemen oder eine Kette, die Antriebsscheibe 7 mit einer weiteren Antriebsscheibe verbindet. Ein entgegengesetzt zur Antriebsscheibe 7 auf der Pumpenwelle 3 angeordnetes Flügelrad 8 ist einem Saugraum 9 zugeordnet, mit dem im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe 1 das Kühlmittel als Volumenstrom radial in einen nicht abgebildeten Ring- bzw. Spiralkanal des Pumpengehäuses 2 gefördert wird. Dabei wird der Saugraum 9 von einer Deckscheibe 10 begrenzt, die gleichzeitig einen Übergang zu dem Spiralkanal bildet. Zur Beeinflussung des Volumenstroms der Kühlmittelpumpe 1 ist dem Flügelrad 8 ein axial verschiebbares Leitblech 1 1 zugeordnet, das in einer ersten Endlage, wie in Fig. 1 gezeigt, unmittelbar an dem Flügelrad 8 abgestützt ist. In dieser der größten Öffnung entsprechenden Leitblechposition kann ein maximaler
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Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 1 realisiert werden. Eine Nullförderung der Kühlmittelpumpe 1 stellt sich ein, sobald das Leitblech 1 1 in der zweiten Endlage an der Deckscheibe 10 abgestützt ist. Das Leitblech 1 1 ist drehstarr mit einer Schubstange 12 verbunden, die durch einen Doppelpfeil verdeutlicht zwi- sehen den Endlagen bzw. beliebigen Zwischenstellungen linear verschiebbar und positionierbar ist. Die Schubstange 12 ist dazu in einer Bohrung 13 einer Führungsbuchse 14 geführt, die in einer Stufenbohrung 15 der Pumpenwelle 3 eingepresst ist. Abgewandt von dem Leitblech 1 1 schließt die Schubstange 12 weiterhin einen Druckkolben 16 ein. Zur Ein- oder Verstellung des Leitblechs 1 1 dient als Aktor 17 ein elektro-hydraulisch wirkendes, in der Pumpenwelle 3 integriertes Stellorgan, wobei als Hydraulikfluid das druckbeaufschlagte Kühlmittel der Kühlmittelpumpe 1 vorgesehen ist.
Ein ortsfest an einem Maschinenteil 20, beispielsweise dem Gehäuse der Brennkraftmaschine, befestigter Schaltmagnet 18 des Aktors 17 greift dazu in eine endseitige Aufnahme 19 der Pumpenwelle 3 spielbehaftet ein. Eine zentrische Schaltachse 21 des Schaltmagneten 18 ist dabei unmittelbar an einem Pumpenkolben 22 abgestützt, der in einer Kartusche 23 verschiebbar geführt ist, welche in der Längsbohrung 24 der Pumpenwelle 3 eingepresst ist. Die als zylindrische Führungshülse ausgeführte, sich über die gesamte Längsbohrung 24 erstreckende Kartusche 23 bildet einen mit Hydraulikfluid gefüllten Arbeitsraum 27, der axial von dem Pumpenkolben 22 und einem Einwegventil 25 begrenzt ist, zwischen denen ein eine Spreizkraft ausübendes Federmittel 26 eingesetzt ist. In der in Fig. 1 abgebildeten Leitblechposition stellt sich im Arbeits- räum 27 ein Druckniveau ein, das nahezu dem Druck entspricht, der sich im Betriebszustand in dem Ring- oder Spiralkanal des Pumpengehäuses 2 einstellt. Dazu kann das Hydraulikfluid über einen Zulauf 28 mit zugehörigem Einwegventil 29 in den Arbeitsraum einströmen. Eine Stellbewegung des Schaltmagneten 18 in Pfeilrichtung bewirkt einen Druckanstieg im Arbeitsraum 27 sobald das Einwegventil 29 geschlossen ist. Gleichzeitig durchströmt das Hydraulikfluid das Einwegventil 25 und beaufschlagt einen axial von dem Druckkolben 16 und dem Einwegventil 25 begrenzten Druckraum 31 , wodurch die mit dem Druckkolben 16 in Verbindung stehende Schubstange 12 ein-
P1 15723 9 schließlich des Leitblechs 1 1 sich in Richtung der Deckscheibe 10 verschiebt. Die Stellkraft des Aktors 17 bzw. des Schaltmagneten 18 übertrifft die Federkraft des unmittelbar den Pumpenkolben 22 beaufschlagenden Federmittels 26 sowie eines zweiten zwischen dem Druckkolben 16 und der Führungsbuchse 14 eingesetzten Federmittels 30. Bei stromlosem Schaltmagneten 18 bewirkt das Federmittel 26 eine selbsttätige Rückstellung des Pumpenkolbens 22 in eine der Fig. 1 entsprechende Position. Das Leitblech 1 1 verbleibt dabei zunächst in der eingestellten Lage, da das Einwegventil 25 ein Rückströmen des Hydraulikfluids aus dem Druckraum 31 verhindert.
Aufgrund einer sich einstellenden Hydraulikfluid-Leckage, insbesondere zwischen dem Druckkolben 16 und der Stufenbohrung 15 der Pumpenwelle 3, unterstützt durch eine Federkraft des Federmittels 30, wird das Leitblech 1 1 über den Druckkolben 16 bei nicht bestromtem Schaltmagnet 18 verlangsamt in Richtung des Pumpengehäuses 2 verschoben. Sobald der Schaltmagnet 18 erneut bestromt wird, beginnt wieder ein Pumptakt. Bei pulsartig bestromtem Schaltmagnet 18 wird der Arbeitsraum 27 kontinuierlich aufgepumpt. Der Schaltmagnet 18 des Aktors 17 und dessen Taktung ist so ausgelegt, dass eine schnelle Befüllung des Arbeitsraums 27 und folglich des Druckraums 31 mit Hydraulikfluid gewährleistet ist. Damit kann bei einem Start einer erkalteten Brennkraftmaschine eine wirksame Anlage des Leitblechs 1 1 an der Deckscheibe 10 sichergestellt werden, um ein vollständiges Absperren des Volumenstroms, d.h. eine Nullförderung der Kühlmittelpumpe 1 zu erreichen. Der durch den Schaltmagneten 18 des Aktors 17 ausgelöste Volumenstrom zur Beaufschlagung des Druckkolbens 16 ist dabei größer ausgelegt als die sich einstellende Hydraulikfluid-Leckage des Druckraums 31 .
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Ausschnitt der Kühlmittelpumpe 1 mit einem alternativ ausgeführten, elektro-hydraulisch wirkenden Aktor 37. Die nachfol- gende Beschreibung bezieht sich auf die Unterscheidungsmerkmale zwischen der ersten Variante gemäß Fig. 1 und der zweiten in den Fig. 2 und 3 gezeigten Variante, wobei mit der Fig. 1 übereinstimmende Bauteile oder Bereiche mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Gemäß den Fig. 2 und 3 schließt der Zulauf 38 in den Arbeitsraum 47 kein Einwegventil ein, so dass Hydraulikfluid über den Zulauf 38, abhängig von der Stellung des Pumpenkolbens 32, direkt in den Arbeitsraum 47 einströmen kann. Die Fig. 2 zeigt den Pumpenkolben 32 in einer den Zulauf 38 absperrenden Position, die sich bei einem unbestromten Schaltmagnet 18 des Aktors 37 einstellt. Abweichend zu Fig. 1 sind der Pumpenkolben 32, das Federmittel 26 sowie das Einwegventil 45 unmittelbar in der Längsbohrung 34 der Pumpenwelle 33 geführt. Sobald der Zulauf 38 geschlossen ist, wird durch die Stellbewegung des Pumpenkolbens 32 zumindest eine Teilmenge des Hydraulikfluids aus dem Arbeitsraum 47 durch das geöffnete Einwegventil 45 in den Druckraum 48 verdrängt und folglich der Druckkolben 36 einschließlich der Schubstange 42 und dem Leitblech 41 verschoben. Zur Verringerung einer Leckage ist der Druckkolben 36 abgedichtet in der Stufenbohrung 35 eingesetzt und bildet dazu eine umlaufende Ringnut 39, in der ein Dichtring 44 eingesetzt ist. Gegenseitig vom Druckraum 51 ist innerhalb der Stufenbohrung 35 der Pumpenwelle 33 zwischen der ortsfest positionierten, mit einem Trägerelement 43 verbundenen Führungsbuchse 46, der Schubstange 42 und dem Druckkolben 36 ein Federmittel 40 eingesetzt. Radial versetzt zu der Führung 49 für die Schubstange 41 ist in der Führungsbuchse 46 eine Bohrung 50 eingebracht, über die ein Druckausgleich bei den Stellbewegungen des Druckkolbens 36 erfolgt. Die Fig. 3 zeigt die Position des Pumpenkolbens 32 sowie des Leitblechs 41 bei un- bestromtem Schaltmagnet 18 des Aktors 37. Der Pumpenkolben 32 ist dabei in einer Endlage, die ein Einströmen des Hydraulikfluids über den Zulauf 38 in den Arbeitsraum 47 ermöglicht. Gleichzeitig befindet sich das Leitblech 41 in Position, wodurch sich ein maximaler Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 1 einstellt.
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Bezugszeichenliste
1 Kühlmittelpumpe
2 Pumpengehäuse
3 Pumpenwelle
4 Lagerung
5 Lagerung
6 Bohrung
7 Antriebsscheibe
8 Flügelrad
9 Saugraum
10 Deckscheibe
1 1 Leitblech
12 Schubstange
13 Bohrung
14 Führungsbuchse
15 Stufenbohrung
16 Druckkolben
17 Aktor
18 Schaltmagnet
19 Aufnahme
20 Maschinenteil
21 Schaltachse
22 Pumpenkolben
23 Kartusche
24 Längsbohrung
25 Einwegventil
26 Federmittel
27 Arbeitsraum
28 Zulauf
29 Einwegventil
30 Federmittel
31 Druckraum
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32 Pumpenkolben
33 Pumpenwelle
34 Längsbohrung
35 Stufenbohrung
36 Druckkolben
37 Aktor
38 Zulauf
39 Ringnut
40 Federmittel
41 Leitblech
42 Schubstange
43 Trägerelement
44 Dichtring
45 Einwegventil
46 Führungsbuchse
47 Arbeitsraum
48 Druckraum
49 Führung
50 Bohrung
Claims
1 . Regelbare Kühlmittelpumpe (1 ) eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), einer drehbar gelagerten, mit einem Flügelrad (8) verbundenen Pumpenwelle (3,33), die über eine zugehörige Antriebsscheibe von einem Zugmitteltrieb angetrieben wird und das Flügelrad (8) ein Kühlmittel als Volumenstrom über einen Sauganschluss (9) in einen Druckoder Spiralkanal der Kühlmittelpumpe (1 ) fördert, wobei der Volumenstrom über ein das Flügelrad (8) außenseitig umschließendes Leitblech (1 1 ,41 ) beeinflusst werden kann, dessen zugehörige Schubstange (12,42) in der Pumpenwelle (3,33) geführt und das Leitblech (1 1 ,41 ) in Verbindung mit einem Aktor (17,37) gegen ein Federmittel (30,40) stufenlos zwischen zwei Endlagen eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionierung des Leitblechs (1 1 ,41 ) als Aktor (17,37) ein elektro-hydraulisch wirkendes, in der Pum- penwelle (3,33) integriertes Stellorgan vorgesehen ist, mit dem eine Befüllung eines Arbeitsraums (27,47) und/oder Druckraums (31 ,48) mit druckbeaufschlagtem Kühlmittel der Kühlmittelpumpe (1 ) als Hydraulikfluid erfolgt.
2. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein ortsfest positionierter Schaltmagnet (18) des Aktors (17,37) einen unmittelbar oder mittelbar in einer Längsbohrung (24,34) der als Hohlwelle gestalteten Pumpenwelle (3,33) geführten Pumpenkolben (22,32) beaufschlagt, der gemeinsam mit der Schubstange (12,42) und/oder einen der Schubstange (12,42) zugeordneten Druckkolben (16,36) mit Hydraulikfluid gefüllten Arbeitsraum (27,47) der Pumpenwelle (3,33) begrenzt.
3. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsfest positionierte Schaltmagnet (18) in eine endseitige Aufnahme (19) der Pumpenwelle (3,33) eingreift und dessen zentrische Schaltachse (21 ) mit dem Pumpenkolben (22,32) zusammenwirkt. P1 15723
4. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer Lageposition des Pumpenkolbens (32) das Hydraulikfluid über einen Zulauf (38) in den Arbeitsraum (47) der Pumpenwelle (33) einströmt.
5. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druckunterschied oder Druckgefälle das Hydraulikfluid über ein in dem Zulauf (28) integriertes Einwegventil (29) in den Arbeitsraum (27) der Pumpenwelle (3) einströmt.
6. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Längsbohrung (24,34) der Pumpenwelle (3,33) endseitig an dem von dem Schaltmagnet (18) abgewandten Ende ein Einwegventil (25,45) eingesetzt ist, das eine Druckmittelströmung in Richtung des Druckkol- bens (16,36) ermöglicht.
7. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Leitblech (1 1 ,41 ) über die Schubstange (12,42) verbundene Druckkolben (16,36) in einer Stufenbohrung (15,35) der Pumpen- welle (3,33) geführt ist, wobei die Schubstange (12,42) in einer lagefixierten Führungsbuchse (14,46) der Pumpenwelle (3,33) verschiebbar ist und zwischen dem Druckkolben (16,36) und der Führungsbuchse (14,46) ein Federmittel (30,40) eingesetzt ist.
8. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Längsbohrung (24) der Pumpenwelle (3) eine Kartusche (23) oder Führungshülse eingepresst ist, die zur Aufnahme des Pumpenkolbens (22), des Einwegventils (25) sowie eines zwischen dem Pumpenkolben (22) und dem Einwegventil (25) eingesetzten Federmittels (26) bestimmt ist. P1 15723
9. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigung des Aktors (1 7,37) in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine geregelt wird.
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WWE | Wipo information: entry into national phase |
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