CN101351631B - 可调整的冷却剂泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由扭矩传递元件驱动的用于内燃机的可调整的冷却剂泵。本发明的任务是开发一种所述的用于内燃机的被驱动的可调整的冷却剂泵，该冷却剂泵在调节失灵时确保冷却剂泵的进一步运转(故障保险)，其突出之处在于高效率以及非常紧凑、简单、坚固的结构形式，并且在以脏物加载工作介质时确保高的运行安全性和可靠性，实现冷却剂输送量的主动控制，从而一方面通过“零-泄漏”确保发动机的最优化加热，并且另一方面在发动机加热后精确地影响持续运行中的发动机温度，使得在发动机的整个工作区域内可以显著减少有害物质排放和摩擦损耗以及燃料消耗。按本发明，该任务通过一种可调整的冷却剂泵得到解决，该冷却剂泵具有泵壳体(1)、支承在泵壳体(1)中的被驱动的轴(2)、不可旋转地布置在该轴(2)的流动侧的自由端部上的涡轮(3)以及用压力控制的阀芯(4)，该阀芯具有可变地覆盖涡轮(3)的流出区域的外圆柱体(5)，该冷却剂泵的突出之处在于，该阀芯(4)构造成环形的，并且在阀芯(4)上布置多个活塞杆(6)，所述活塞杆可移动地支承在泵壳体(1)中，其中对置于阀芯(4)在活塞杆(6)上布置支承在泵壳体(1)中的环形槽(10)内的环形活塞(12)，该环形活塞可以借助于过压或者说低压按指定方式在环形槽(10)内移动。

Description

可调整的冷却剂泵
技术领域
本发明涉及一种由皮带轮驱动的用于内燃机的可调整的冷却剂泵。
背景技术
在现有技术中已经描述了用于内燃机的可调整的冷却剂泵，该冷却剂泵由内燃机的曲轴通过皮带轮驱动，并且在该冷却剂泵中涡轮可控地例如结合摩擦副由泵轴驱动。
申请人在专利文献DE 100 57 098 C1中介绍了一种得到证明的可调整的冷却剂泵，在该冷却剂泵中在泵壳体中静止地布置励磁线圈，该励磁线圈可以与不可旋转的、然而在弹簧加载的情况下可移动地布置在驱动轴上的、在涡轮侧设有摩擦片衬面的电枢盘有效连接，从而在磁场切断时由于弹簧压力由电枢盘将可旋转地布置在驱动轴上的涡轮一同带动。
因为在该结构形式中同步摩擦力矩非常受供使用的磁性结构空间的限制，所以该解决方案必然要进一步改进。
基于该解决方案的申请DE 102 35 721 A1描述了一种结构空间最优化的可调整的冷却剂泵，该冷却剂泵具有可从电磁离合器的摩擦盘传递到涡轮上的显著提高的驱动扭矩。
该提高的驱动扭矩由压紧力的提高引起，通过在摩擦盘和涡轮之间由用于冷却介质的流入环和流出环建立支持压紧力的低压并且同时在操作期间借助于溢流孔在离合器侧用冷却介质的压力加载摩擦盘引起该压紧力的提高。
借助于可以用这样的冷却剂泵实现的两点调节可以改变冷却剂泵的冷却功率和驱动功率。
然而，汽车的冷却剂泵的驱动功率或者说冷却功率的最优化调节应该避免在启动发动机时立即使用强制冷却，由此显著减少发动机的热运转阶段，该热运转阶段具有所有在该阶段出现的缺点，例如摩擦损耗提高、排放值提高和燃料消耗提高。
现在为了实现这样的更短期的具有由此引起的优点的发动机加热，用上述的结构形式在冷启动发动机时脱开冷却剂泵的驱动装置。
如果发动机已经达到其工作温度，那么就激活具有适合该离合器结构形式的、由功能引起的磨损问题的相应的摩擦离合器并且接通冷却剂泵的驱动装置。
在此，大量冷的冷却剂被泵入加热到工作温度的发动机内，使得该发动机立即强烈地冷却。
然而在此，部分地再次补偿快速加热发动机的所希望的优点。
此外，在重新接通较大的冷却剂泵时，由于所要求的质量加速要克服非常高的扭矩，该扭矩必然导致高的构件负荷。
在US 48 28 455中描述了一种解决方案，其中可以借助于开槽的可轴向运动的盘改变涡轮的有效涡轮宽度。
由DE 199 01 123 A1同样公开了一种具有敞开的涡轮和可调节的滑阀的可调整的冷却剂泵，该滑阀具有开槽的可轴向运动的底座，其中可以借助于滑阀的电动、液压或者气动操作的移动改变涡轮的有效涡轮宽度。
然而，这两种上述的结构形式的显著缺点中的一个缺点在于开槽的滑阀只能结合简单弯曲的敞开的叶轮进行应用。
然而，该简单弯曲的叶轮必然具有较低效率。
申请人在DE 103 14 526 A1中介绍了滑阀的另一种结构形式。在此，涉及电磁操作的在冷却剂泵的吸入区域内工作的阀芯。
在设备技术和动力技术上大的泵单元中使用阀芯的另一种结构形式(对照C.Pfleider的“Kreiselpumpen”，Springer出版社，第四版(1955)，第422页)。
这种称作旋转节流环的结构形式是与工作轮同中心布置的可轴向移动的阀芯，该阀芯在关闭位置中应该抑制液体从涡轮流出到压力螺旋中并且用于截止体积流量。
在DE 881 306 C中例如描述了一种这样的可轴向运动的、弹簧加载的、可液压调节的、在压力区域内工作的旋转节流环，该旋转节流环能够在弹簧作用下在使用轮侧空间的压力差的情况下强烈限制输送体积流量。
然而，该叶轮泵技术的解决方案不适用于汽车技术中的冷却剂泵，因为其中例如滑阀由于弹簧作用而关闭，使得调节的失灵也必然意味着冷却剂泵的失灵，并且在调节失灵后不能确保冷却剂泵的进一步运转(故障保险(Fail-safe))。
此外，在该结构形式中导向机构始终遭受具有冷却介质的不可避免的脏物如型砂、金属颗粒以及类似物的工作介质，这些脏物例如出自制造过程或者由于磨损产生，从而到达导向机构内的脏物颗粒必然导致卡住滑阀。
此外，不能用在现有技术中描述的滑阀在关闭的状态中实现“零-泄漏”。
然而，内燃机在排放和燃料消耗方面不断优化的过程中越来越重要的是使发动机在冷启动后尽可能快地达到工作温度，从而一方面将摩擦损耗减少到最低程度(随着油温的增长，其粘度和在所有用油润滑的构件上的摩擦下降)，减少排放值(因为在所谓的“跳动温度”后催化器才有效，所以在到达该温度前的时间间隔显著影响废气排放)，从而由此同时减少燃料消耗。
发动机开发过程中的一系列试验证明，用于发动机加热的非常有效的措施是冷启动阶段中“静止的水”或者“零-泄漏”。
在此，在冷启动阶段中绝对不应该使冷却剂流过气缸盖，使得废气温度尽可能快地到达所希望的水平上。
汽车制造商希望泄漏流小于0.5l/h(“零-泄漏”)。
汽车中内燃机燃料消耗的试验也证明，一致的热管理、也就是导致内燃机在能量和热力学上最优化工作的措施可以节约大约3到5％的燃料。
因此，在考虑该观点的情况下强制要求根据通过的冷却剂的温度越来越精确地调节冷却剂流量。
此外，该设置目标应该以尽可能最小的材料耗费和成本耗费得以实现。
发明内容
因此，本发明的任务是改进一种用于内燃机的被驱动的可调整的冷却剂泵，该冷却剂泵避免了现有技术中的上述缺点，在调节失灵时确保冷却剂泵的进一步运转(故障保险)，其突出之处在于高效率、非常紧凑、简单、坚固的结构形式，并且即使在以脏物加载工作介质时确保高的运行安全性和可靠性，实现了冷却剂输送量的主动控制，从而一方面通过“零-泄漏”确保发动机的最优化加热，并且另一方面在发动机加热后精确地影响持续运行中的发动机温度，使得在发动机的整个工作区域内可以显著减少有害物质排放和摩擦损耗以及燃料消耗。
按本发明，该任务通过按本发明的可调整的冷却剂泵得到解决。
按本发明的可调整的冷却剂泵具有泵壳体、支承在泵壳体中的被驱动的轴、不可旋转地布置在该轴的流动侧的自由端部上的涡轮以及用压力控制的阀芯，该阀芯具有可变地覆盖涡轮的流出区域的外圆柱体，该冷却剂泵的突出之处在于，该阀芯构造成环形的，其中在阀芯上布置多个活塞杆，在泵壳体中平行于轴在阀芯的圆周上均匀分布地加入多个配属于布置在阀芯上的活塞杆的孔，在这些孔的阀芯侧的端部上在泵壳体内有密封插口，在密封插口中布置杆密封件，其中在孔的对置的端部上在泵壳体内布置环形槽，该环形槽将孔相互连接，并且在孔中布置活塞导向机构，布置在阀芯上的活塞杆可轴向移动地支承在该活塞导向机构中，其中布置在活塞导向机构中的活塞杆以其环形槽侧的端部借助于环形活塞相互连接，其中该环形活塞可移动地支承在环形槽内，在环形槽侧在泵壳体内在孔之间在环形活塞的圆周上均匀分布地加入弹簧室，在弹簧室中布置朝着环形活塞张紧的压力弹簧。
环形的布置在活塞杆上的并且在泵壳体内密封的活塞导向机构中导向的并且可通过环形活塞控制的阀芯的按本发明的布置是一种非常紧凑、简单并且坚固的结构形式，该结构形式即使在用脏物加载工作介质时也确保了高的操作安全性和可靠性。
环形活塞的对置于活塞杆的端面按本发明设有活塞环岸，在该活塞环岸上布置卷曲折叠衬面(Rollfaltbelag)，该卷曲折叠衬面借助于以张紧元件朝泵壳体张紧的卡盖进行固定。该卷曲折叠衬面确保了环形活塞相对于环形槽简单并且可靠地密封。
此外，本发明的实质是在泵壳体中布置一个或者多个用于压力控制阀芯的压力管接头孔，这些压力管接头孔通入布置在泵壳体上的压力接管中。
在此，其特征一方面在于，压力管接头孔在环形活塞的压力弹簧侧通入由环形槽和环形活塞形成的环形室中。以此，可以借助于施加在压力接管上的可按指定方式变化的低压使阀芯按指定方式移动并且以此对冷却剂输送量进行主动控制。结合按本发明布置在泵壳体和环形活塞之间的压力弹簧，即使在调节失灵时也确保按本发明的冷却剂泵的进一步运转(故障保险)。
按本发明，在这种结构形式中在卡盖中在卷曲折叠衬面的工作区域内布置与外部区域连接的压力补偿孔。通过该压力补偿孔在环形活塞移动时确保卡盖和布置在环形活塞上的卷曲折叠衬面之间的密封室内的压力补偿。
然而，其特征另一方面也在于，压力管接头孔在布置在环形活塞上的卷曲折叠衬面的卡盖侧通入由卡盖和布置在环形活塞上的卷曲折叠衬面形成的密封室中。在按本发明的解决方案的该结构形式中，可以借助于施加在压力接管上的可按指定方式变化的气动的或者液压的过压使阀芯按指定方式移动并且以此对冷却剂输送量进行主动控制。结合按本发明布置在泵壳体和环形活塞之间的压力弹簧，在该结构形式中即使在调节失灵时也确保按本发明的冷却剂泵的进一步运转(故障保险)。
在该结构形式中，本发明的实质也是在环形活塞的阀芯侧在泵壳体中环形槽的区域内布置与外部区域连接的压力补偿孔。通过该压力补偿孔确保在移动环形活塞时环形槽和环形活塞之间的环形室中的压力补偿。
此外，按本发明在阀芯的活塞杆侧的外边缘上布置弹性体-旁通密封件，该弹性体-旁通密封件在滑阀升程中不会导致夹住阀芯，且在阀芯的关闭位置中封闭泵壳体和阀芯之间的环形间隙。
同时，在该关闭位置(在阀芯“关闭”位置的端部位置)中，阀芯靠在泵壳体的密封表面上，从而抑制阀芯“关闭”位置中即使是最小的泄漏。
通过按本发明的布置，在高的泵效率的情况下确保“零-泄漏”并且以此确保发动机的最优化加热。此外，借助于按本发明的布置可以在发动机加热后精确地影响在持续运行中的发动机温度，使得在发动机的整个工作区域内显著减少有害物质排放、摩擦损耗以及燃料消耗。
附图说明
本发明的其它细节和特征由按本发明的解决方案的以下结合附图对实施例的说明中获得。其中：
图1是用于低压调节的按本发明的可调整的冷却剂泵在阀芯处于其后面的端部位置(“打开”)时的侧视剖面图；
图2是按图1的用于低压调节的按本发明的可调整的冷却剂泵在阀芯处于其后面的端部位置(“打开”)时的另一个侧视剖面图；
图3是用于低压调节的按本发明的可调整的冷却剂泵的类似于图1的侧视剖面图，然而阀芯处于其前面的端部位置(“关闭”)中；
图4是现在用于过压调节的按本发明的可调整的冷却剂泵在阀芯处于其后面的端部位置(“打开”)时的侧视剖面图。
具体实施方式
在图1中示出了按本发明的可调整的冷却剂泵的可能的结构形式中的一种结构形式的侧视剖面图，其中阀芯处于其后面的端部位置(“打开”)中。
该结构形式可以结合低压调节进行使用。
在泵壳体1内，被驱动的轴2支承在泵轴承27中。在轴2的流动侧的自由端部上不可旋转地布置涡轮3。邻近该涡轮3，在泵壳体1内可移动地布置具有可变地覆盖涡轮3流出区域的外圆柱体5的用压力控制的环形的阀芯4。在阀芯4上布置多个活塞杆6。在泵壳体1中平行于轴2在阀芯4的圆周上均匀分布地加入多个配属于布置在阀芯4上的活塞杆6的孔7，在这些孔的阀芯侧的端部上在泵壳体1内有密封插口8，在这些密封插口中布置了杆密封件9，其中在孔7的对置的端部上在泵壳体1内布置环形槽10，该环形槽将孔7相互连接。在孔7中布置活塞导向机构11，布置在阀芯4上的活塞杆6可轴向移动地支承在该活塞导向机构中。
所述布置在活塞导向机构11中的活塞杆6以其环形槽侧的端部借助于环形活塞12相互连接。
该环形活塞12可移动地支承在环形槽10内。在孔7之间在环形槽侧在泵壳体1内在环形活塞12的圆周上均匀分布地加入弹簧室13，在这些弹簧室中布置朝着环形活塞12预张紧的压力弹簧14。
环形的布置在活塞杆6上的并且在泵壳体1内密封的活塞导向机构11中导向的并且可通过环形活塞12控制的阀芯4的按本发明的布置是一种非常紧凑、简单并且坚固的结构形式，该结构形式即使在用脏物加载工作介质时也确保了高的操作安全性和可靠性。
环形活塞12的对置于活塞杆6的端面按本发明设有活塞环岸15，在该活塞环岸上布置卷曲折叠衬面16，该卷曲折叠衬面借助于以张紧元件17朝泵壳体1张紧的卡盖18进行固定。该卷曲折叠衬面16确保了环形活塞12相对于环形槽10简单并且可靠地密封。
在阀芯4的活塞杆侧的外边缘22上布置弹性体-旁通密封件23，该弹性体-旁通密封件23在滑阀升程中不会导致夹住阀芯。
图2示出了图1中用于低压调节的按本发明的可调整的冷却剂泵在阀芯再次处于其后面的端部位置(“打开”)时的另一个侧视剖面图。
在这种结构形式中，按本发明在泵壳体1上布置具有用于压力控制阀芯4的压力管接头孔20的压力接管19。压力管接头孔20在环形活塞12的压力弹簧侧通入环形槽10中。由此，可以借助于施加在压力接管19上的可按指定方式变化的低压使阀芯4以指定方式移动并且以此对冷却剂输送量进行主动控制。结合在图1中示出的按本发明布置在泵壳体1和环形活塞12之间的压力弹簧14，即使在低压调节失灵时通过在弹簧端部位置中强制的滑阀位置“打开”确保按本发明的冷却剂泵的进一步运转(故障保险)。
按本发明在卡盖18中在卷曲折叠衬面16的工作区域内布置与外部区域连接的压力补偿孔21。通过该压力补偿孔21在环形活塞12移动时确保卡盖18和卷曲折叠衬面16之间的密封室26内的压力补偿。
此外，在泵壳体1内在轴颈的泵轮侧布置泄漏孔31，该泄漏孔将在泵壳体1中布置在泵轴承27的端面侧的泄漏通道30与外部区域连接。
图3示出了用于低压调节的按本发明的可调整的冷却剂泵的类似于图1的侧视剖面图，然而阀芯处于其前面的端部位置(“关闭”)中。
在阀芯4的该关闭位置中，阀芯4靠在泵壳体1的密封表面24上，并且同时用布置在阀芯4的活塞杆侧的外边缘22上的弹性体-旁通密封件23封闭泵壳体1和阀芯4之间的环形间隙25，从而抑制在阀芯“关闭”位置中即使是最小的泄漏。
通过按本发明的布置，在高泵效率的情况下确保“零-泄漏”并且以此确保发动机最优化的加热，其中借助于按本发明的布置在发动机加热后可以在持续工作中精确地影响发动机温度，使得在发动机的整个工作区域内明显地减少有害物质排放和摩擦损耗以及燃料消耗。
在该结构方式中，在泵壳体1中在轴颈的泵轮侧布置通风孔28，该通风孔将在泵壳体1内布置在泵轴承27的端面侧的进风口29与外部区域连接。
在图4中示出了按本发明的可调整的冷却剂泵的另一种结构形式在阀芯处于其后面的端部位置(“打开”)时的侧视剖面图。
这种结构形式可以结合液压的或者气动的过压调节使用。
在该结构形式中，按本发明也在泵壳体1上布置压力接管19。然而，压力管接头孔20现在在布置在环形活塞12上的卷曲折叠衬面16的卡盖侧通入由卡盖18和布置在环形活塞12上的卷曲折叠衬面16形成的密封室26中。
在按本发明的解决方案的该结构形式中，可以借助于施加在压力接管19上的可按指定方式变化的气动的或者液压的过压使阀芯4按指定方式移动并且以此对冷却剂输送量进行主动控制。
结合在图1中示出的按本发明布置在泵壳体1和环形活塞12之间的压力弹簧14，在该结构形式中即使在调节失灵时也确保按本发明的冷却剂泵的进一步运转(故障保险)。
按本发明在该结构形式中在环形活塞12的阀芯侧在泵壳体1中环形槽10的区域内布置与外部区域连接的压力补偿孔21。通过该压力补偿孔21确保在移动环形活塞1时环形槽10和环形活塞12之间的环形室32中的压力补偿。
附图标记列表
1    泵壳体
2    轴
3    涡轮
4    阀芯
5    外圆柱体
6    活塞杆
7    孔
8    密封插口
9    杆密封件
10   环形槽
11   活塞导向机构
12   环形活塞
13   弹簧室
14   压力弹簧
15   活塞环岸
16   卷曲折叠衬面
17   张紧元件
18   卡盖
19   压力接管
20   压力管接头孔
21   压力补偿孔
22   外边缘
23   弹性体-旁通密封件
24   密封表面
25   环形间隙
26   密封室
27   泵轴承
28   通风孔
29   进风口
30   泄漏通道
31   泄漏孔
32   环形室

Claims (7)

1.可调整的冷却剂泵，所述冷却剂泵具有泵壳体(1)、支承在泵壳体(1)中的被驱动的轴(2)、不可旋转地布置在所述轴(2)的流动侧的自由端部上的涡轮(3)以及用压力控制的阀芯(4)，所述阀芯具有可变地覆盖涡轮(3)的流出区域的外圆柱体(5)，其特征在于，
a)所述阀芯(4)构造成环形的并且在阀芯(4)上布置多个活塞杆(6)，其中在泵壳体(1)中平行于轴(2)在阀芯(4)的圆周上均匀分布地加入多个配属于布置在阀芯(4)上的活塞杆(6)的孔(7)，在所述孔的阀芯侧的端部上在泵壳体(1)内有密封插口(8)，在所述密封插口中布置杆密封件(9)，其中在孔(7)的对置的端部上在泵壳体(1)内布置环形槽(10)，所述环形槽将孔(7)相互连接，并且在孔(7)中布置活塞导向机构(11)，布置在阀芯(4)上的活塞杆(6)可轴向移动地支承在所述活塞导向机构中，其中布置在活塞导向机构(11)中的活塞杆(6)以其环形槽侧的端部借助于环形活塞(12)相互连接，并且所述环形活塞(12)可移动地支承在环形槽(10)内，其中在环形槽侧在泵壳体(1)内在孔(7)之间在环形活塞(12)的圆周上均匀分布地加入弹簧室(13)，在所述弹簧室中布置朝着环形活塞(12)张紧的压力弹簧(14)，
b)在环形活塞(12)的对置于活塞杆(6)的端面上布置活塞环岸(15)，在所述活塞环岸上布置卷曲折叠衬面(16)，所述卷曲折叠衬面借助于以张紧元件(17)朝泵壳体(1)张紧的卡盖(18)进行固定，
c)在泵壳体(1)中布置一个或者多个用于压力控制阀芯(4)的压力管接头孔(20)，所述压力管接头孔通入布置在泵壳体(1)上的压力接管(19)中，
d)以及在阀芯(4)的活塞杆侧的外边缘(22)上布置弹性体-旁通密封件(23)，所述弹性体-旁通密封件在关闭位置中在阀芯(4)靠在泵壳体(1)的密封表面(24)上时封闭泵壳体(1)和阀芯(4)之间的环形间隙(25)。
2.按权利要求1所述的可调整的冷却剂泵，其特征在于，所述压力管接头孔(20)在环形活塞(12)的压力弹簧侧通入由环形槽(10)和环形活塞(12)形成的环形室(32)中。
3.按权利要求1所述的可调整的冷却剂泵，其特征在于，所述压力管接头孔(20)在布置在环形活塞(12)上的卷曲折叠衬面(16)的卡盖侧通入由卡盖(18)和布置在环形活塞(12)上的卷曲折叠衬面(16)形成的密封室(26)中。
4.按权利要求1所述的可调整的冷却剂泵，其特征在于，在泵壳体(1)中在轴颈的泵轮侧布置通风孔(28)，所述通风孔将在泵壳体(1)内布置在泵轴承(27)的端面侧的进风口(29)与外部区域连接。
5.按权利要求1所述的可调整的冷却剂泵，其特征在于，在泵壳体(1)内在轴颈的泵轮侧布置泄漏孔(31)，所述泄漏孔将在泵壳体(1)中布置在泵轴承(27)的端面侧的泄漏通道(30)与外部区域连接。
6.按权利要求2所述的可调整的冷却剂泵，其特征在于，在卡盖(18)中在卷曲折叠衬面(16)的工作区域内布置与外部区域连接的压力补偿孔(21)。
7.按权利要求3所述的可调整的冷却剂泵，其特征在于，在环形活塞(12)的工作区域的阀芯侧在泵壳体(1)中环形槽(10)的区域内布置与外部区域连接的压力补偿孔(21)。
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