CN103946506A - 可调节的冷却剂泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个通过皮带轮驱动的可调节的内燃发动机冷却剂泵。本发明的目的是，研发一种通过皮带轮驱动的可调节的冷却剂泵，它能够以微小的驱动功率个性化地调节通流汽缸头和汽缸体的冷却剂，由此不仅在冷启动状态而且在持续运行中保证最佳地、符合需求地个性化地冷却汽缸体和汽缸头，不仅汽缸体而且汽缸头都以最佳的工作温度个性化调节地运行，其中以特殊的结构形式、无需大的附加费用和结构空间地能够同时保证连续地冷却废气回输。按照本发明这个目的通过一个通过皮带轮驱动的、配有阀芯的、可调节的冷却剂泵实现，其特征尤其在于，在壁盘（8）的外边缘（17）上在外边缘与阀芯（13）的外汽缸（14）之间设置密封（18），并且在泵壳（1）上设置一个或多个附加的流出孔（16），其排出体积流或者不可以调节或者可以附加地调节，除了从流出孔（3）排出的可调节的体积流以外，并且所述流出孔（16），从其中排出不可调节的排出体积流，在泵壳（1）里面利用排出通道（19）直接与设置在壁盘（8）里面的排出接管（20）连接，并且所述流出孔（16），从其中排出可调节的排出体积流，通过流出通道（21）与在阀芯（13）后壁（12）部位中设置在泵室后壁（7）里面的流出孔（22）连接，其中流出孔（22）被与阀芯（13）在其后面的终端位置处于功能连接的、设置在泵室后壁（7）里面的环密封（23）包围。

Description

可调节的冷却剂泵

技术领域

本发明涉及一个通过皮带轮驱动的可调节的用于内燃发动机的冷却剂泵。

背景技术

在最少排放和低燃料消耗方面持续地优化内燃发动机的进程中，在冷启动以后尽可能快速地加热发动机具有重要意义。在此下面的功能关系有着重要作用。随着油温的增加油的粘度降低，同时由此也减小在所有油润滑的运动部件上的摩擦。同时在达到所谓的“起动温度”以后催化器也变得有效，因此致力于进一步缩短这个时间窗口，由此保证催化器快速地变得有效。

在发动机研究领域中的试验已经证实，在冷启动状态期间“静止的水”是用于快速加热发动机的非常有效的措施。因此为了避免各种不必要的热传输，位于汽缸体水套里面的冷却剂容积在冷启动状态不能交换。同样在冷启动状态期间汽缸头也不被冷却剂通流，用于尽可能快速地使废气温度带到所期望的水平。

为了带来尽可能快速地加热发动机，在过去几年中有效地引入可通断的冷却剂泵，它能够在冷启动状态期间使由泵排出的冷却剂体积流减小到“零”。由申请者在WO 2009/1143832 A2中已经公开了在实践中已经证实有效的这种可通断的冷却剂泵的结构形式。

目前在有目的地进一步减少燃料消耗的发动机研究进程中更多地使用所谓的分开冷却系统。

在这些新的系统中汽缸头和汽缸体通过几个接头个性化调节地供给冷却剂体积流。这个系统源于这个事实，汽缸体最好要得到比汽缸头更高的冷却剂温度。在汽缸体中的油润滑的摩擦位置（即活塞组件和曲轴轴承）由于减小的油粘度在较高的工作温度时也引起更小的摩擦损失。

而对于汽缸头在发动机加热以后（即在冷启动状态以后）提出要求，利用良好的冷却可靠地保护热加载的两气门座之间的部位，并且还带来良好地充满燃烧室。

在现有技术中已经在DE 44 07 984 A1中、也在DE 44 32 292 A1中已经以分开式的方案描述了冷却系统、或者说用于内燃发动机冷却系统的分配装置，它们能够个性化地通流汽缸头和汽缸体。

这个在DE 44 07 984 A1中、而且也在DE 44 32 292 A1中描述的系统的主要缺陷除了高的设备技术费用以外也包括与这个系统有关的结构体积，这些费用除了冷却剂泵以外还必需在冷却剂循环中设置独立的管道和阀门，还要根据需要打开或关闭。

在MTZ 06/2011中的第473页描述了分开式冷却系统的新的解决方案。在这里在泵壳里面包括了用于控制体积流的必需的阀门，为此需要两个电驱动的转盘阀。

在这个解决方案中设备技术的费用也包括结构体积也是巨大的。仅仅由于高的结构空间需求这个解决方案已经被许多发动机应用排除。

由DE 10 2008 026 218 A1和DE 10 2004 054 637 B4已知其它的可调节的冷却剂泵。

发明内容

因此本发明的目的是，研发一个通过皮带轮驱动的可调节的冷却剂泵，它克服现有技术的上述缺陷，在此一方面通过完全的“零泄漏”保证发动机在冷启动状态中的最佳加热，同时另一方面以最小的设备技术费用并且以最少的结构空间需求、即，即使在发动机室里面非常有限的冷却剂泵安装空间时也能够以微小的驱动功率个性化地调节通流汽缸头和汽缸体的冷却剂，由此不仅在冷启动状态而且在持续运行中保证最佳地、符合需求地个性化地冷却汽缸体和汽缸头，不仅汽缸体而且汽缸头都以最佳的工作温度个性化调节地这样运行，使得在发动机的整个工作范围中明显减少摩擦损失、燃料消耗，而且也减少废气排放，其中要研发的解决方案以特殊的结构形式除了独立的、个性化地调节汽缸头和汽缸体的冷却剂供给以外，无需附加的费用和结构空间，同时保证连续地冷却废气回输。

按照本发明这个目的通过如本发明的独立权利要求特征所述的、通过皮带轮驱动的可调节的内燃发动机冷却剂泵实现。由从属权利要求以及下面的按照本发明的解决方案，结合三个对于按照本发明的解决方案的两个不同结构形式的视图的描述给出本发明的有利实施例、细节和特征。

附图说明

在此附图示出：

图1  按照本发明的可调节的冷却剂泵的一种结构形式的侧视剖面图，用于个性化地调节汽缸头和汽缸体的冷却剂供给，同时连续地供给冷却剂给废气回输，具有在解决方案中使用的阀芯的中间位置；

图2  图1的按照本发明的可调节的冷却剂泵的另一侧视剖面图，用于个性化地调节汽缸头和汽缸体的冷却剂供给，同时连续地供给冷却剂给废气回输，具有在解决方案中使用的阀芯的后面的终端位置；

图3  按照本发明的可调节的冷却剂泵的另一种结构形式的侧视剖面图，用于个性化地调节汽缸头和汽缸体的冷却剂供给，也具有在解决方案中使用的阀芯的中间位置。

具体实施方式

图1示出按照本发明的可调节的冷却剂泵的一种结构形式的侧视剖面图，用于个性化地调节汽缸头和汽缸体的冷却剂供给，同时连续地供给冷却剂给例如废气回输，具有阀芯位置的中间位置。

在泵壳1里面具有流体入口范围2和流出孔3，用于排出可调节的输送体积流，在泵轴承4里面设置例如被皮带轮驱动的泵轴5。在这个泵轴5的自由的流体侧的端部上防旋转地设置叶轮6。泵室后壁7位于叶轮6与泵轴承4之间。在叶轮6与泵室后壁7之间外壳固定地设置壁盘8。在泵轴5的圆周上外壳固定地在泵壳1里面设置工作缸9，在其中控制压力操纵地可移动地设置工作活塞10。在工作活塞10上设置阀芯13的后壁12，具有外汽缸14。现在这个通过工作活塞10变化移动的外汽缸14根据控制压力遮盖叶轮6的流出范围15。在外壳固定的壁盘8与在泵轴纵向上可移动的工作活塞10或者与工作活塞10连接的阀芯13之间设置复位簧11，它保证外汽缸14根据控制压力在叶轮6的流出范围15上精确地、可重复地定位。

本发明重要的是，在壁盘8的外边缘17上在外边缘与阀芯13的外汽缸14之间设置密封18。这个密封18防止在壁盘8的外边缘17部位绕流阀芯13，并且由此能够在壁盘8前面和后面独立地建立压力。按照本发明在泵壳1上设置另两个流出孔16，其中由一个流出孔16排出的出口体积流是不可调节的，并且在这里用于向废气回输连续地供给冷却剂。

由另一流出孔16排出的出口体积流除了由流出孔3排出的可调节的体积流以外同样是可调节的。特征是，流出孔16（从该流出孔排出不可调节的出口体积流）在泵壳1里面利用出口通道19直接与设置在壁盘8里面的出口接管20连接。按照本发明也重要的是，另一流出孔16（从该流出孔除了可调节地从流出孔3排出的体积流以外也排出可调节的出口体积流）通过流出通道21与设置在泵室后壁7中的阀芯13后壁12范围里面的流出孔22连接，其中这个流出孔22被与阀芯13在其后端的终端位置处于功能连接的、设置在泵室后壁7里面的环密封23包围。

按照本发明的解决方案为了冷却废气回输，即使在前面的终端位置顶靠在外壳上的阀芯13外汽缸14时、即在遮盖叶轮出口范围的阀芯13外汽缸14中，也保证沿着外汽缸14内壁通过出口接管20到出口通道19的不可调节的冷却剂体积流，当然也在阀芯的每个其它位置。按照本发明的冷却剂泵的两个vg.可调节的体积流按照本发明如下组合到内燃发动机的汽缸头和汽缸体的个性化通流。从流出孔3排出的可调节的体积流用于独立地调节汽缸头的冷却剂供给，并且也通过设置在泵室后壁7里面的流出孔22和流出通道21从按照本发明的可调节的冷却剂泵排出的可调节的出口体积流用于独立地调节汽缸体的冷却剂供给。在这个在图1和2中所示的结构形式中，由设置在泵壳1外部的工作泵25在工作缸9里面产生控制压力，用于确定地移动阀芯13并且通过设置在泵壳1外部的工作阀26调节。在冷启动状态阀芯13首先移动到前面的终端位置，由此使阀芯13的外汽缸14顶靠在外壳上。阀芯的这个位置在两个附图1和2中都没有示出。

在这个前面的终端位置阀芯起作用，完全调节两个从按照本发明的冷却剂泵排出的可调节的体积流，即

-由流出孔3排出的可调节的体积流，

-以及通过设置在泵室后壁7中的出口22和流出通道21排出的可调节的排出体积流。阀芯的这个前面的终端位置保证在冷启动状态期间通过“静止的水”快速地加热发动机，由此避免各种不必要的热传输，保证在冷启动状态中快速地加热发动机的所有结构组件。在冷启动状态中达到汽缸头的运行温度以后，阀芯在部分负荷时通过弹簧复位移动到后面的终端位置。现在释放汽缸头的通流和冷却，而还阻止汽缸体的通流。通过这种方式尽管主动地冷却汽缸头，也可以进一步提高在重要的摩擦位置例如活塞结构组件和曲轴轴承上的油温，并因此进一步避免粘滞的油摩擦。只有当油温达到给定的极限值，阀芯才移动到确定的中间位置，并因此释放符合需要地冷却汽缸体和汽缸头。由于阀芯的弹簧复位阻止在断开内燃发动机时通流汽缸体，由此可以更长时间地储存蓄积的热能并且在重新启动发动机时再供使用。这个积极的效果尤其在冷却循环中使用所谓的电随动泵时是有效的，它用于冷却热技术上更高负荷的零部件如涡轮。在主动地跟踪冷却时也保持储存的发动机缸体热量并且在重新启动发动机时有助于减少燃料消耗。

例如在图1中所示的中间位置是这种可能的确定的阀芯中间位置之一，这些位置在符合需求地冷却汽缸体和汽缸头的范围内运行，其中根据阀芯的各个位置保证所述的符合需求地通流汽缸头也包括汽缸体。

图2以略微不同的侧视剖面图示出按照本发明的可调节的图1的冷却剂泵，通过排出通道19连续地供给冷却剂给废气回输。

在这个图2中这样选择剖面，使得可以看到设置在泵壳里面的行程测量传感器24，它用于精确地获得阀芯的各个位置，用于通过调节工作泵25的控制压力这样调节阀芯，使得保证根据需求个性化地供给冷却剂给汽缸头和汽缸体。

在图2中阀芯位于其后面的终端位置并且在那里在其过渡部位被外汽缸14顶靠到后壁12里面，被复位簧11的顶压力顶靠在设置在泵室后壁7里面的环密封23上，并由此密封地关闭设置在泵室后壁7里面的流出孔22。这个在图2中所示的阀芯在其后面的终端位置中的位置对应于所需的实际的冷却剂需求，在未冷却汽缸体时起到非常良好地冷却汽缸头的作用（冷头而热足）。

在图3中示出按照本发明的可调节的冷却剂泵的另一种结构形式的侧视剖面图，用于个性化地调节汽缸头和汽缸体的冷却剂供给。这个在图3所示的解决方案是已经被申请者在WO 2009/143832 A2中公开的、且近年来在实践中已经证实有效的可通断的冷却剂泵的结构形式的进一步研发，其中由设置在泵壳1里面的工作泵25产生在工作缸9中的控制压力，用于确定地移动阀芯13，并且通过设置在泵壳1里面的工作阀26调节。在图3中所示的解决方案如同已经结合图1和2解释地那样，能够根据需要个性化地调节独立地供给冷却剂给汽缸头和汽缸体。在这个视图中阀芯13与图1近似也位于中间位置。在图3中同样示出的行程测量传感器24保证与设置在泵壳1里面的工作泵25和同样设置在泵壳1里面的工作阀26的功能连接，通过精确地测量阀芯13的各工作位置，结合精确地调节工作泵25的控制压力，可以根据需要个性化地调节汽缸头和汽缸体的冷却剂供给。

在图3中所示的结构形式中由流出孔3排出的可调节的体积流也用于独立地调节汽缸头的冷却剂供给，通过设置在泵室后壁7里面的流出孔22和排出通道21同样从按照本发明的可调节的冷却剂泵排出的、附加地可调节的排出体积流用于独立地调节汽缸体的冷却剂供给。

结合图1和2的按照本发明的可调节的冷却剂泵的工作原理和功能的解释在引用的意义上也适应于在图3中所示的结构形式。

利用按照本发明的解决方案能够使汽缸体与汽缸头相比在持续运行中以较高的冷却剂温度运行，由此在发动机的整个工作范围中不仅明显减少有害物排放，而且明显减少摩擦损失和燃料消耗。利用在这里所建议的解决方案可以以最少的设备技术费用最小的结构空间需求、即以非常有限的冷却剂泵在发动机室里面的安装空间保证汽缸头和汽缸体的独立的冷却剂供给。同时保证以非常微小的驱动功率总是可靠地操纵阀芯。

在图3中所示的结构形式中，无需大的附加结构空间和费用，除了独立地、个性化地调节汽缸头和汽缸体的冷却剂供给以外，通过布置出口接管20在壁盘8里面并且通过出口通道19连接这个出口接管20与流出孔16（与图1和2中的视图类似），也保证通过不可调节的流出体积流连续地冷却废气回输（如同结合图1和2解释的那样）。

附图标记清单

1    泵壳

2    流体进入范围

3    流出孔

4    泵轴承

5    泵轴

6    叶轮

7    泵室后壁

8    壁盘

9    工作缸

10     工作活塞

11     复位簧

12     后壁

13     阀芯

14     外缸

15     流出范围

16     流出孔

17     外边缘

18     密封

19     出口通道

20     出口接管

21     流出通道

22     流出孔

23     环密封

24     行程测量传感器

25     工作泵

26     工作阀。

Claims (4)

1.一种可调节的冷却剂泵，具有一体或多体的泵壳（1）、流入范围（2）和用于排出可调节的输送体积流的流出孔（3）、在泵壳（1）中/上支承在泵轴承（4）里面的、例如由皮带轮驱动的泵轴（5）、防旋转地设置在这个泵轴（5）的自由流体侧端部上的叶轮（6）、在泵壳（1）里面设置在叶轮（6）与泵轴承（4）之间的泵室后壁（7）、外壳固定地设置在叶轮（6）与泵室后壁（7）之间的壁盘（8），具有一个或多个设置在泵壳（1）里面的工作缸（9），在其中控制压力操纵地可移动地设置一个或多个工作活塞（10），在工作活塞上设置阀芯（13）的后壁（12），具有外缸（14），它根据控制压力变化地遮盖叶轮（6）的流出范围（15），其中在外壳固定的壁盘（8）与在泵轴纵向上可移动的工作活塞（10）或者与工作活塞（10）连接的阀芯（13）之间设置复位簧（11），其特征在于，

-在壁盘（8）的外边缘（17）上在外边缘与阀芯（13）的外缸（14）之间设置密封（18），并且

-在泵壳（1）上设置一个或多个附加的流出孔（16），其排出体积流或者不可以调节或者可以附加地调节，除了从流出孔（3）排出的可调节的体积流以外，并且

-所述流出孔（16），从其中排出不可调节的排出体积流，在泵壳（1）里面利用排出通道（19）直接与设置在壁盘（8）里面的排出接管（20）连接，以及

-所述流出孔（16），从其中排出可调节的排出体积流，通过流出通道（21）与在阀芯（13）后壁（12）部位中设置在泵室后壁（7）里面的流出孔（22）连接，其中流出孔（22）被与阀芯（13）在其后面的终端位置处于功能连接的、设置在泵室后壁（7）里面的环密封（23）包围。

2. 如权利要求1所述的可调节的冷却剂泵，其特征在于，在泵壳里面在阀芯（13）的工作方向上设置行程测量传感器（24）。

3. 如权利要求1所述的可调节的冷却剂泵，其特征在于，为了确定地移动阀芯（13）由设置在泵壳（1）里面的工作泵（25）在工作缸（9）里面产生控制压力，并且通过设置在泵壳（1）里面的工作阀（26）调节。

4. 如权利要求1所述的可调节的冷却剂泵，其特征在于，为了确定地移动阀芯（13）由设置在泵壳（1）外部的工作泵（25）在工作缸（9）里面产生控制压力，并且通过设置在泵壳（1）里面或外部的工作阀（26）调节。