CN105874208A

CN105874208A - 能够调节的冷却剂泵

Info

Publication number: CN105874208A
Application number: CN201480058116.9A
Authority: CN
Inventors: F.帕维莱克
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-08-17
Also published as: DE102013018205B3; EP3063412A1; WO2015062565A1; KR20160078365A; US20160215679A1; JP2016535833A

Abstract

本发明涉及一种用在内燃发动机的冷却回路中的能够调节的冷却剂泵。本发明的任务是实现一种由发动机驱动的能够调节的冷却剂泵，所述冷却剂泵不需要外部能量用来调节压力或者体积流，其确保了较高的失效保护并且应该确保用关于冲程空间较高的发动机功率来最佳地加热发动机，所述发动机功率要求设计非常大的冷却剂泵。按本发明的能够调节的冷却剂泵具有抗扭转地布置在泵轴（4）处的叶轮（5）以及在泵壳体（1）中轴向引导的由复位弹簧（6）弹性加载的环形活塞（7），在所述环形活塞处刚性地固定了布置在泵内部空间（9）中的调节滑阀（12），并且所述冷却剂泵的突出之处在于，所述环形活塞（7）与设有激光孔（28）的过滤套（29）与冷却剂泵内部其它的部件共同地形成了环形柱状的弹簧压力空间（31），其与布置在泵轴侧的压力室（18）连接，其中，在泵轴（4）的叶轮侧的端部处如下地布置了辅助阀（20），使得其阀活塞（24）封闭在中央布置在泵轴（4）中的轴孔（25），所述轴孔通过布置在泵轴（4）中的横向孔（26）通入到压力室（18）中。

Description

能够调节的冷却剂泵

技术领域

本发明涉及一种尤其用在内燃发动机中的能够调节的冷却剂泵。

背景技术

在内燃发动机优化的范围内，以下情况符合趋势在保持相同的或者经常在变得更小的冲程空间的情况下始终具有变得更大的发动机功率。

冷却剂泵的冷却功率必须强制地匹配这种变得更大的发动机功率，从而在具有增加的发动机功率的发动机的情况下配属的冷却剂泵也必须已经在较低的转速范围内施加相应高的输送功率，并且与之相应地，必须尺寸设计地大，这必然需要发动机舱中提高的位置需求。然而为了使由冷却剂泵产生的输送压力随着增加的转速能够不如下地强烈地增加，使得由于内燃发动机的冷却系统中由此产生的压力建立，组合件如例如热交换器被破坏，要使用最不同的压力调节功能。然而所述压力调节功能的使用又要求发动机舱中进一步的位置需求并且还经常为了进行操作而需要辅助能量，所述辅助能量必须通过也还需要另外的位置需求的供给管道进行提供。

如此，在现有技术中例如通过旁通管道实现了过压保护，其中，这种解决方案必然引起较高的能量损耗。

另一种用于实现压力调节功能的可行方案在DE 881 306 B中进行描述。在此涉及具有液压操作的调节滑阀的离心泵。使用泵的输送压力作为操作压力。弹簧使得滑阀在正常位置/初始位置中关闭。

所述移动活塞在所述解决方案中在两侧面上施加以输送压力。在需要时可以通过外部的阀使弹簧室压力卸载，由此调节滑阀朝着“打开”的方向的移动被引入。

基于滑阀的要求的内部和外部引导，所述实施方案要求成本非常高的复杂的制造，并且还要求外部的控制阀以及外部引导的排空管道，使得所述结构需要较大的位置需求/结构空间需求。在DE 881 306 B中描述的结构的另一重要的缺点在于，所述解决方案不能确保对冷却剂泵来说强制需要的失效保护（fail-safe），因为泵的输送体积流在调节失效时完全被推开。此外，在所述结构的情况下还一方面不能保护移动活塞密封面防止由输送介质一起带来的颗粒，并且另一方面轴密封件被以全部的输送压力加载，从而除了使用寿命之外泵的可靠性也强烈地受到限制。

此外，由申请人在EP 1657446 A2中提出一种在此期间实际中证实的具有借助于阀滑阀的压力调节功能的冷却剂泵，其中所述阀滑阀由围绕泵轴布置的中央的工作活塞进行移动，在所述工作活塞处贴靠有围绕泵轴布置的将阀滑阀移动/复位到“完全打开的”初始位置中的回位弹簧。

在所述结构的情况下，叶轮还能够轴向移动地然而抗扭转地支承在轴上。输送压力作用在壳体中的压力倾斜部和打开的叶轮之间，并且叶轮在到达预调节的值时克服贴靠在叶轮的背侧面处的盘簧的弹簧力移动。由于在叶轮轴向移动时相对于压力倾斜部变得更大的密封缝隙，泵的输送压力降低。其前提条件是，在叶轮背侧面上存在具有相对于输送压力更小的压力水平的空间（也就是弹簧空间）。

然而即使在所述解决方案中，所述冷却剂泵由于外部利用能够外部能量触发的控制单元、磁线圈也不可避免地需要相对大的结构空间。

在所述解决方案中“适应”没有外部能量的具有压力调节功能的调节元件/弹簧元件是结构空间引起使用的盘簧，然而其在其力/行程比方面受到非常强烈的限制，从而用这种解决方案只能非常不精确地调节打开压力。

具有压力调节功能的、在此再次具有调节滑阀的冷却剂泵的同样在此期间实际证实了的结构的另一解决方案由申请人在DE 10 2008 026 218 B4以及WO 2009/143832 A2中提出。在所述解决方案的情况下，调节滑阀布置在弹性加载的能够轴向移动的环形活塞处，其中，用于操作调节滑阀的调节压力由贴靠在泵轮的为此专门构造成倾斜盘的背壁处的轴向活塞泵产生，并且借助于布置在泵壳体中的磁阀进行调节。

由于使用轴向活塞泵，所述解决方案又在发动机舱中要求增加的位置需求，如此外也结合磁阀的使用还要求用配属的供给管道提供外部能量。

此外在现有技术中，由申请人在DE 10 2008 022 354 A1中提出了另一种同样在此期间实际证实了的解决方案，其借助于通过复位弹簧弹性加载的阀滑阀，用背壁以及布置在所述背壁处的可变覆盖叶轮的流出区域的外缸同样实现了对输送体积流的主动的控制。

在按DE 10 2008 022 354 A1的解决方案中，借助于电磁操作的在外部布置在泵壳体处的专门的轴向活塞泵产生并且同时调节克服复位弹簧的弹簧力使得弹簧加载的阀滑阀移动所需的液压压力。

由DE 10 2012 207 387 A1公开了另一种解决方案，借助于所述解决方案通过复位弹簧弹性加载的阀滑阀能够用背壁以及布置在所述背壁处的可变覆盖叶轮的流出区域的外缸借助于3/2换向阀液压地移动，其中，为了移动滑阀所需的液压压力由另外的集成在泵壳体中的次级泵的布置在叶轮的泵轴上的“第二”工作轮产生。

发明内容

因此，本发明的目的是实现一种通过驱动轮驱动的能够无级地调节的冷却剂泵（利用调节滑阀），其避免了现有技术的所有前面提到的缺点，此外相对于具有过压阀的恒定泵具有明显的能量方面的优势，尤其不需要外部能量（如液压、真空、电能）用来调节压力或者体积流，确保了较高的失效保护（fail-safe），并且应该确保以关于冲程空间较高的发动机功率最佳地加热发动机，所述发动机功率要求设计得非常大的冷却剂泵，并且其在发动机加热之后也应该在持续运行中无级地、高动态地并且非常可靠地在非常长的使用时间上非常精确地影响发动机温度，并且其在此同时应该具有最小的最佳利用存在于发动机舱中的结构空间的结构尺寸，其中，有待实现的冷却剂泵还应该能够在制造以及装配技术方面简单地并且成本有利地进行制造，并且在整个使用寿命期间始终应该确保较高的运行安全性以及较高的可靠性。

按本发明，所述目的通过按本发明的独立权利要求的特征所述的用于内燃发动机的通过驱动轮进行驱动的能够调节的冷却剂泵得到解决。

附图说明

本发明的有利的实施方案、细节以及特征由从属权利要求以及下面结合四个用于按本发明的解决方案的图示对按本发明的解决方案进行的描述中获得。

附图示出：

图1：布置在发动机壳体37处的按本发明的能够调节的冷却剂泵的侧视图的剖面；

图2：具有辅助阀20的泵轴4的空间上的分解图；

图3：在调节滑阀12的“打开阶段”期间以“调节流”的示意图示出了图1中的细节Z；

图4：在调节滑阀12的“关闭阶段”期间以“调节流”的示意图示出了图1中的细节Z。

具体实施方式

图1示出了布置在发动机壳体37处的按本发明的能够调节的冷却剂泵，具有泵壳体1、在泵壳体1处支承在泵轴承2中的由在此以皮带盘40的结构的驱动轮3进行驱动的泵轴4、抗扭转地布置在所述泵轴4的自由的流动侧的端部上的叶轮5以及在泵壳体1中轴向引导的由复位弹簧6弹性加载的环形活塞7，布置在泵内部空间9中的调节滑阀12的背壁8刚性地固定在所述环形活塞处，所述调节滑阀具有可变地覆盖所述叶轮5的流出区域10的外缸11，其中，在泵轴4和泵壳体1之间在密封件容纳部13中布置了轴密封件14，并且还在泵内部空间9中布置了由泵壳体1构成的或者布置在泵壳体1处的泵拱顶15，在所述泵拱顶处布置了在叶轮5和调节滑阀12的背壁8之间位置固定地定位在泵内部空间9中的壁盘16。

对本发明来说重要的是，在所述泵壳体1处布置了用于由复位弹簧6弹性加载的环形活塞7的滑阀引导件17，其在外罩面处引导环形活塞7并且同时还以其内罩面与泵轴4自由隔开。

此外特征性的是，所述滑阀引导件17以自由的流动侧的端部贴靠在壁盘16处，使得相互相邻的部件、也就是滑阀引导件17、壁盘16、在其内周缘处与泵轴4隔开节流缝隙的、可径向运动地布置在壁盘16处的密封盘33、泵轴4以及轴密封件14共同包围/构成环形柱状的压力室18。

径向可运动地布置在壁盘16中的密封盘33是节流缝隙，所述密封盘的内直径相对于泵轴4的外直径仅仅具有小的间隙（紧密的缝隙配合），所述节流缝隙仅仅允许小的泄漏进入到压力室18中。

在此，结合整个按本发明的泵结构通过轴密封环14按本发明布置在压力室18中确保了所述轴密封环14在所有运行条件下被保护防止不允许的较高的压力，并且由此以较高的可靠性确保了轴密封环14的较高的使用寿命。

在此也重要的是，在滑阀引导件17中与壁盘16隔开地布置了一个/多个通孔19。

此外，对于本发明来说重要的是，在泵轴4的叶轮侧的自由的端部处在阀座孔中如下地布置了辅助阀20，所述辅助阀由设有中央的输出孔21的调节螺栓22、阀弹簧23以及阀活塞24构成，使得阀活塞24在辅助阀20的关闭状态中封闭在中央地布置在泵轴4中的、通入阀座孔中的轴孔25，所述轴孔经由一个/多个布置在泵轴4中的横向孔26通入压力室18中。为了说明所述结构，在图2中以空间上的分解图示出了辅助阀20、具有辅助阀20的泵轴4。

然而也有特征的是，以弹簧端部贴靠在环形活塞7处的复位弹簧6以其另外的弹簧端部贴靠在设有激光孔28的过滤套29的弹簧定位件（Federanlage）27处，并且将其在此密封地朝壁盘16挤压。

所述激光孔28防止脏物（Schmutzfracht）进入并且由此提高了按本发明的调节机构的可靠性。同时，所述激光孔28在按本发明的装置中用作入口隔板并且确保了液体流入不比通过辅助阀20出去得多。

然而在此也对本发明重要的是，在环形活塞7处刚性地布置了过滤活塞滑阀30，其在环形活塞7移动时在过滤套29的外周缘处沿着滑动，由此使得过滤套29摆脱脏物，也就是清除所述布置在过滤套29中的激光孔28/（过滤孔）的积聚到其流入区域中的脏物颗粒，并且由此甚至在极端的使用条件下也确保了较高的可靠性。此外有特征的是，所述环形活塞7与过滤活塞滑阀30、过滤套29、壁盘16以及滑阀引导件17一起包围环形柱状的弹簧压力空间31。

也重要的是，在壁盘16的外周缘处，也就是朝外缸11布置了调节滑阀密封件32，并且在壁盘16的内周缘处布置了密封盘33，由此在泵内部空间9中，布置在泵轴4、叶轮5的背壁、壁盘16和外缸11之间的工作轮背侧面空间34在压力侧与布置在背壁8、过滤套29、壁盘16和外缸11之间的调节滑阀内部空间36分开，其中，在调节滑阀内部空间36中通过将拱顶通过部35布置在背壁8中始终施加在螺旋通道39中建立的工作压力。

在根据图1和2在其结构方面解释按本发明的解决方案之后，现在应该根据图3和4更详细地探讨在结构方面解释的、按本发明的冷却剂泵的功能方式/作用方式。

图3在调节滑阀12的“打开阶段”期间以“调节流”的示意图示出了图1中的细节Z。沿着调节滑阀12的称作“打开阶段”的运动方向（在图3中以调节滑阀12处的方向箭头R示出），所述调节滑阀12朝着皮带盘40的方向移动并且在此以其外缸11打开叶轮5的流出区域10。

随着泵轴4的转速的增加，所述叶轮5的转速提高并且由此工作压力增加，也就是螺旋通道39中的压力增加。所述工作压力在按本发明的冷却剂泵的整个、没有特别密封的内部空间中建立。

在此，所述（相对于调节滑阀内部空间36密封的）工作轮背侧面空间34以及（通过用作节流的、设有激光孔的过滤套29与调节滑阀内部空间36连接的）弹簧压力空间31被施加以相对于工作压力更小的压力。

因为所述弹簧压力空间31通过通孔19与压力室18连接，并且所述压力室经由横向孔26利用轴孔25在辅助阀20的阀活塞24处施加与直接在弹簧压力空间31中的过滤套29后面的压力相同的压力，所以所述压力应该在其它说明中称作调节压力。所述调节压力作用在环形活塞7的用所述压力施加的环形面处。由此形成的压紧力下面称作调节压紧力。所述调节压紧力平衡调节（gleichgerichtet），此外还有复位弹簧6的弹簧力作用在环形活塞7处。调节压紧力和弹簧力总体形成了作用在环形活塞7处的打开力。所述打开力致力于使刚性地与环形活塞7连接的调节滑阀12移动到驱动侧的端部位置中。

关闭压紧力与打开力反向指向地作用在调节滑阀12处，所述关闭压紧力由在环形活塞7处用工作压力施加的面引起。在计算关闭压紧力时，不考虑所述环形活塞7的表面（以及还有调节滑阀12的表面），其“对置地”以工作压力施加并且其作用保存作为调节滑阀12处的操作力。

图4在调节滑阀12的“关闭阶段”期间以调节流的示意图示出了图1中的细节Z。沿着所述调节滑阀12的称作“关闭阶段”的运动方向（在图4中以调节滑阀12处的方向箭头R示出），所述调节滑阀12朝着叶轮5的方向移动并且在此以其外缸11封闭叶轮5的流出区域10。

在如下地提高所述环形活塞7（与布置在其处的调节滑阀12）的结合图3所描述的工作空隙中的压力使得调节滑阀12贴靠在其驱动侧的端部位置中之后，随着泵轴4的提高的转速（也就是随着叶轮5的转速提高）所述工作压力不可避免地进一步增加并且在没有“调节工作压力”的情况下会损害在内燃发动机的冷却系统中的组合件。

然而因为由于按本发明的装置，随着工作压力的增加通过“节流”、过滤套29预调节的调节压力也连续地一起提高，并且如已经解释地那样，所述调节压力直接施加在辅助阀20的阀活塞24处，所以在达到最大允许的工作压力时如此预调节所述辅助阀20，使得其而后打开并且在此位于压力室18中的冷却介质，如图4中所示的那样被排空到吸入通道38中。在此，所述过滤套29的激光孔28在“入口隔板”中在数量和尺寸方面如此进行设计/尺寸设计，从而通过过滤套29流入的冷却剂不比通过辅助阀20出去那样得多。在此，在压力室18以及通过通孔19与压力室18连接的弹簧压力空间31中进行压力卸载，由此降低了调节压紧力，并且在保持恒定的弹簧力的情况下由此打开力降低到关闭压紧力的取决于相应的工作压力的值下，使得相对于打开力更大的关闭压紧力现在使得环形活塞7（连同布置在其处的调节滑阀12）朝着叶轮5的方向移动。在此，调节滑阀12以其外缸11封闭叶轮5的流出区域10，并且工作压力降低。

即使在断开发动机时，工作压力也降低直至到“零”，并且由此打开压力以及关闭压力降低到“零”。

在这种力关系的情况下，还只有复位弹簧6的弹簧力作用在环形活塞7处并且将环形活塞7（连同布置在其处的调节滑阀12）移入到驱动侧的/皮带盘侧的端部位置中，也就是“完全”打开的位置中。

在所解释的作用的相互影响中由按本发明的装置引起工作压力的最佳的调节，其避免现有技术的缺点，具有明显的能量方面的优势，不需要外部能量（如液压、真空、电能）用于压力或者体积流调节，确保了较高的失效保护（fail-safe），并且确保了以关于冲程空间较高的发动机功率来最佳地加热发动机，所述发动机功率需要非常大型设计的冷却剂泵，并且利用所述装置在加热发动机之后还能够在持续运行中无级地高动态地并且非常可靠地在非常长的使用时间上非常精确地调节发动机温度，并且其同时具有最小的最佳利用存在于发动机舱中的结构空间的结构尺寸，此外能够在制造以及装配技术方面简单地并且成本有利地进行制造，并且其在整个使用寿命上始终确保较高的运行安全性以及较高的可靠性。

附图标记列表

1 泵壳体

2 泵轴承

3 驱动轮

4 泵轴

5 叶轮

6 复位弹簧

7 环形活塞

8 背壁

9 泵内部空间

10 流出区域

11 外缸

12 调节滑阀

13 密封件容纳部

14 轴密封件

15 泵拱顶

16 壁盘

17 滑阀引导件

18 压力室

19 通孔

20 辅助阀

21 输出孔

22 调节螺栓

23 阀弹簧

24 阀活塞

25 轴孔

26 横向孔

27 弹簧定位件

28 激光孔

29 过滤套

30 过滤活塞滑阀

31 弹簧压力空间

32 调节滑阀密封件

33 密封盘

34 工作轮背侧面空间

35 拱顶通过部

36 调节滑阀内部空间

37 发动机壳体

38 吸入通道

39 螺旋通道

40 皮带盘

R 方向箭头。

Claims

1.能够调节的冷却剂泵，具有泵壳体（1）、在所述泵壳体（1）中/处支承在泵轴承（2）中的由驱动轮（3）驱动的泵轴（4）、抗扭转地布置在所述泵轴（4）的自由的流动侧的端部上的叶轮（5），具有在所述泵壳体（1）中轴向引导的由复位弹簧（6）弹性加载的环形活塞（7），布置在泵内部空间（9）中的调节滑阀（12）的背壁（8）刚性地固定在所述环形活塞处，所述调节滑阀（12）具有可变地覆盖所述叶轮（5）的流出区域（10）的外缸（11），其中，在所述泵轴（4）和所述泵壳体（1）之间在密封件容纳部（13）中布置有轴密封件（14），并且还在所述泵内部空间（9）中布置了由所述泵壳体（1）构成的或者布置在所述泵壳体（1）处的泵拱顶（15），在所述泵拱顶处布置了在所述叶轮（5）和所述调节滑阀（12）的背壁（8）之间位置固定地定位在所述泵内部空间（9）中的壁盘（16），其特征在于，

-在所述泵壳体（1）处布置了用于由所述复位弹簧（6）弹性加载的环形活塞（7）的滑阀引导件（17），所述滑阀引导件在外罩面处引导所述环形活塞（7）并且以所述滑阀引导件的内罩面与所述泵轴（4）自由隔开，并且

-所述滑阀引导件（17）以所述自由的流动侧的端部贴靠在所述壁盘（16）处，使得相互相邻的部件，也就是所述滑阀引导件（17）、所述壁盘（16）、在其内周缘处与所述泵轴（4）以节流缝隙隔开的可在所述壁盘（16）处径向运动地布置的密封盘（33）、所述泵轴（4）以及所述轴密封件（14）共同地围成/构成环形柱状的压力室（18），并且

-在所述滑阀引导件（17）中，与所述壁盘（16）隔开地布置了一个/多个通孔（19），并且

-在阀座孔中在所述泵轴（4）的叶轮侧的自由的端部处如下地布置有由设有一个/多个输出孔（21）的调节螺栓（22）、阀弹簧（23）以及阀活塞（24）构成的辅助阀（20），使得所述阀活塞（24）在所述辅助阀（20）的关闭状态中封闭在中央布置在所述泵轴（4）中的轴孔（25），所述轴孔通过一个/多个布置在所述泵轴中的横向孔（26）通入到所述压力室（18）中，并且

-以弹簧端部贴靠在所述环形活塞（7）处的复位弹簧（6）以其另外的弹簧端部贴靠在设有激光孔（28）的过滤套（29）的弹簧定位件（27）处并且将其在此密封地朝所述壁盘（16）进行挤压，并且

-在所述环形活塞（7）处刚性地布置有过滤活塞滑阀（30），所述过滤活塞滑阀在所述环形活塞（7）移动时在所述过滤套（29）的外周缘处沿着滑动，并且

-所述环形活塞（7）与所述过滤活塞滑阀（30）、所述过滤套（29）、所述壁盘（16）以及所述滑阀引导件（17）一起包围环形柱状的弹簧压力室（31），并且

-在所述壁盘（16）的外周缘处，也就是朝所述外缸（11）地布置了调节滑阀密封件（32），并且在所述壁盘（16）的内周缘处布置了所述密封盘（33），由此在所述泵内部空间（9）中，布置在所述泵轴（4）、所述叶轮（5）的背壁、所述壁盘（18）和所述外缸（11）之间的工作轮背侧面空间（34）在压力侧与布置在所述背壁（8）、所述过滤套（29）、所述壁盘（16）和所述外缸（11）之间的调节滑阀内部空间（36）分开，其中，在所述调节滑阀内部空间（36）中通过在所述背壁（8）中布置拱顶通过部（35）始终施加在螺旋通道（39）中建立的工作压力。

2. 按权利要求1所述的能够调节的冷却剂泵，其特征在于，所述泵壳体（1）在发动机壳体（37）处装凸缘，所述吸入通道（38）和所述螺旋通道（39）集成在所述发动机壳体中。

3. 按权利要求1或2所述的能够调节的冷却剂泵，其特征在于，所述驱动轮（3）是皮带盘（40）。