CN111051702A - 用于主和次级输送回路的可控冷却剂泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械驱动的冷却剂泵，其具有可控的输送速率，用于源自所述冷却剂泵的第一出口的主输送回路以及用于源自所述冷却剂泵的第二出口的次级输送回路，所述冷却剂泵除其他之外包括液压控制回路(5)，其源自所述冷却剂泵并且具有输入侧辅助泵(6)、输出侧比例阀(7)以及作为用于限制所述主输送回路的流量的液压致动器的调节滑动件(8)，其中所述调节滑动件(8)的圆柱形部分可以在所述泵室(10)中轴向移位，以径向屏蔽泵叶轮(2)，特别是借助于所述液压控制回路(5)中的压力来对抗恢复力。所述冷却剂泵的特征特别地在于调节阀(9)连接到所述液压控制回路(5)作为液压致动器，以便限制所述次级输送回路的流量，其中所述调节滑动件(8)和所述调节阀(9)的致动与在所述液压控制回路(5)中的压力范围相关联。

Description

用于主和次级输送回路的可控冷却剂泵

技术领域

本发明涉及一种机械驱动的冷却剂泵，其具有可控的输送速率，用于源自所述冷却剂泵的第一出口的主输送回路以及用于源自所述冷却剂泵的第二出口的次级输送回路。

背景技术

由于增加了相关于燃料效率和内燃机排放的需求，在车辆中使用了辅助装置，诸如废气再循环系统、涡轮增压器、中间冷却器等，以及所谓的分体冷却，即，对内燃机的发动机缸体和气缸盖进行单独冷却。为了保护相关组件或保持热交换器的功能而考虑相应的热要求对现代热管理系统的灵活性提出了挑战。

为了在设计热管理，特别是相关于具体的分支和循环时提供更大的自由度，在现有技术中已知的是包括一个或多个辅助水泵以便启用个别循环的独立输送的系统以及具有启用根据在不同分支中的泵输送的冷却剂流量所需的分布的水阀的系统。

这种系统的日益增加的复杂性总是面临关于组件的成本、安装、包装以及与控制相关的组件的系统稳定性的问题。

例如，为辅助水泵和水阀提供致动器用于在分支导管网络中的阀调整的同时，伴有用于在分散致动器或泵马达、中央控制装置和电池之间的电力供应和控制信号传输的布线的相应安装且易受其干扰。此外，由于组件的数量和独立性，驱动器故障或电缆缺陷可能会影响冷却剂循环的其他区域，这些区域不符合用于防止后续损坏的统一故障安全模式。

从同一申请人的德国专利申请DE 102010050261B3中，已知一种具有旁路的ECF(电磁控制流量)的冷却剂泵。尽管其皮带驱动取决于发动机速度，但也可以在这种ECF泵中设置有效的输送速率，使得其相关于对应于发动机速度的输送速率节流或关闭。因此，即使在依赖于机械的泵驱动器中，也可以实现诸如在内燃机等的冷启动阶段期间停止冷却剂的功能。通过借助于冷却剂来液压驱动的圆柱形调节阀进行控制，该圆柱形调节阀覆盖泵叶轮的有效流动径向区域。在闭合状态中，调节阀抵靠螺旋壳体覆盖泵叶轮且从而闭合泵出口。同时，至泵叶轮后面的泵室后壁中的旁路的开口未受阻挡，这使得能够与泵出口相分离地从泵室进行冷却剂的排放。然而，当调节阀在打开位置中时(其中通过泵出口的流动完全不受阻挡)，至泵室的旁路的开口则由调节阀的一部分闭合。

因此，所公开的冷却剂泵提供了用于在通过泵出口的大输送体积或通过旁路的小输送体积之间切换的功能。然而，在使输送速率受到节流的同时，出现了输送流的分配比的中间状态，其进展不能以期望的方式单独进行控制，而是作为各个体积流动的压力差的函数而发生的，这又是由泵的固定流动几何特性引起的。

发明内容

关于前述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于具有两个输送回路的冷却剂系统的紧凑的致动元件。

本发明的另一方面是提供一种用于在输送回路中统一采用的常见故障安全模式的构造链接。

根据本发明，通过具有权利要求1特征的冷却剂泵实现了该目的。

具有用于主输送回路的第一出口和用于次级输送回路的第二出口的可控机械冷却剂泵除其他之外包括源自冷却剂的液压控制回路，其具有输入侧辅助泵、输出侧比例阀以及作为用于限制主输送回路的流量的液压致动器的调节滑动件，且其特别地特征在于作为用于限制次级输送回路的流量的液压致动器的调节阀与液压控制回路连接，调节滑动件和调节阀的致动被关联到在液压控制回路内的相应压力范围。

本发明首次提供了一种具有两个液压致动器的冷却剂泵，其特别地用于调节两个不同的泵出口或输送回路。

此外，本发明首次提供了连接两个液压致动器(即以相同的调节压力对其进行操作)至特别是源自冷却剂的液压控制回路。

采用现有技术的子组件并且将其扩展为电源或额外致动器的调整力。因此，可以通过集成致动元件以便调节泵中的输送回路并节约成本来实现特别紧凑的组件。特别地，在载有冷却剂的管道网络中可以分配有至致动器或马达的外部电线。

通过借助于相同的调节压力来链接共同的液压致动，即使在控制故障或液压缺陷的情况下，在两个致动器处也会出现相同的致动变量，这确保了致动器的同时对齐的反应，这可以用于在两个输送回路中的故障安全模式。

通过将致动器的致动设置为不同的压力范围，其至少部分彼此独立地对液压控制回路中的分配压力的控制起反应，使得可以在两个输送回路处设置不同的阀位置。通过从液压控制回路驱动两个液压致动器，与提到的带旁路的ECF泵的现有技术水平相比，可以实现两个新的主要状态，即主输送回路和次级输送回路完全闭合的状态，或主输送回路和次级输送回路完全打开的状态，以及两个调整范围，其中例如，主输送回路保持闭合并且次级输送回路的通流是可设置的。

可控冷却剂泵的有利的进一步发展是从属权利要求的主题。

根据本发明的一个方面，调节阀可以连接到液压控制回路作为在辅助泵和比例阀之间的分支液压致动器，并且可以借助于液压控制回路中的压力来抵抗弹性预张紧而闭合。

由于液压致动的这种配置，相同的调节压力作用在液压致动器上或调节阀和调节阀上。通过将阀配置为在非加压状态下打开的阀，为次级输送回路实现了故障安全模式，如后面将解释的。

根据本发明的一个方面，调节阀可以被配置为座阀，其由弹簧在打开方向上偏置。

即使在接收到输送压力的负载时，由弹簧偏置的阀座也确保了阀体相关于弹簧的定位力的平稳运行的调整。

根据本发明的一个方面，用于接收在液压控制回路中的调节阀的液压定位力的活塞表面可以小于在液压控制回路中的调节阀的活塞表面。

通过选择致动器的这些不同的液压有效表面尺寸，在液压控制中设置应用特定的偏好。因此，在位于用于闭合调节滑动件和调节阀的相应压力之间的调节压力的中间范围内，实现了一种状态，其中用于主输送回路的调节阀保持闭合，并且用于次级输送回路的调节阀以可设置的方式打开。例如，当内燃机要快速达到操作温度，而在辅助装置，诸如在废气再循环系统阀处已经需要冷却时，则需要这种状态。

根据本发明的一个方面，调节阀的活塞表面与调节滑动件的活塞表面的表面比可以约为1:3。

由于两个致动器之间的该液压有效表面比以及相应的弹簧预张紧的复位力，实现了两个相关联的调节压力范围的优选扩展，这体现在两个致动器之间的限定响应特性中。

根据本发明的一个方面，调节阀可以设置在泵壳体的第二出口中。

这使得能够实现高度集成的紧凑的泵组件，以及液压闭环至调节阀的短液压连接。

根据本发明的一个方面，在主输送流和次级输送流之间可以设有压力阀，其在高于在主输送流中较高的压力与在次级输送流中较低的压力之间的预定压力差时打开。

在次级输送回路打开且主输送回路从闭合状态打开的瞬态中，由于通过第一泵出口的大体积流量，在第二泵出口中的输送压力会大大下降，从而导致尽管调节阀的位置不变，但次级输送回路中的体积流量仍相应地减小。

因此，在所述的瞬态压力差期间，压力阀抵消了小的次级输送回路的减退，这是因为主输送回路的一部分流入次级输送回路。

根据本发明的一个方面，压力阀可以被配置为止回阀，其由弹簧在闭合方向上偏置。

由弹簧偏置的止回阀是用于提供压力阀的优选方式，其随着压力差增加逐渐打开至主输送回路到次级输送回路的后续流动。

根据本发明的一个方面，压力阀可以在调节滑动件的下游打开进入主输送回路并且在调节阀的上游打开进入次级输送回路。

压力阀的这种布置以所描述的功能性实现了优选的响应，并且使得能够实现高度集成的紧凑的泵组件。

附图说明

下面基于示例性实施例并参考图1至图3的附图描述了本发明。其中：

图1是在主输送回路和次级输送回路均闭合的状态下的泵的轴向剖视图；

图2是在主输送回路闭合且次级输送回路打开的状态下的泵的轴向剖视图；

图3是在主输送回路和次级输送回路均打开的状态下的泵的轴向剖视图。

具体实施方式

图1示出了泵的纵向剖视图，其未显示泵壳体1的完整的外部轮廓。泵轴3从滑轮4延伸通过轴承进入泵壳体1的泵室10中并且驱动泵叶轮2。泵叶轮2和泵室10(未完全示出)在结构上被配置为径向泵组件组，其中泵入口13(未示出)使得逆着泵叶轮2轴向流动，并且其中用于连接到内燃机的主输送回路的第一泵出口11使得经由外部的螺旋形壳体部分从泵室10切向地排放出来。

冷却剂泵的泵组件具有从所谓的ECF型泵已知的液压可调整的调节阀8。围绕泵叶轮2的有效流动径向区域可以被调节滑动件8由圆柱形部分可变地覆盖，该圆柱形部分与泵轴3同轴形成沿着平行于泵轴3延伸位移。在图1中，调节滑动件8在闭合位置中，其中泵叶轮2的流动区域被完全覆盖，并且因此没有实现朝向第一泵出口11的输送流。

此外，在泵叶轮2的半径内且平行于泵轴3地，轴向活塞泵6(示意性示出的)设置在泵壳体1的内部，其活塞是借助于滑靴(未示出)致动的，该滑履在与泵轴3抗扭设置的摇摆板(未示出)上滑动。轴向活塞泵6用作(示意性示出的)液压控制回路5的辅助泵，该液压控制回路5用冷却剂操作，其中产生并设置独立于输送流的调节压力，以便致动调节滑动件8和调节阀9，如后面所述。

轴向活塞泵6从在泵叶轮2和调节阀9之间的流动区域吸入冷却剂，并且将加压的冷却剂排放至设置在泵壳体1中的液压控制回路5中。液压控制回路5包括电磁致动的比例阀7(示意性示出的)，该比例阀7限制冷却剂至输送的冷却剂流中的回流并且因此设置在轴向活塞泵6和比例阀7之间的长度上的液压控制回路5的压力。

液压支路将液压控制回路5的压力供给至环形活塞18，该环形活塞18与泵轴3同轴设置并且承担沿着调节阀8位移长度的液压致动器的功能。复位弹簧以与液压控制回路5的压力相反的方向，即背离泵轮2作用在环形活塞18上。环形活塞18连接到调节滑动件8，并且随着液压控制回路5的压力增加而使其在泵叶轮2的方向上发生移位，调节阀6的圆柱形部分因此在轴向上越来越多地与泵叶轮2重叠。

在没有驱动电流的情况下，电磁比例阀7打开，使得轴向活塞泵6吸入的冷却剂经由液压控制回路5基本上无压力地流动通过比例阀7返回至输送的冷却剂。当电磁比例阀7由于借助于脉冲宽度调制进行控制的驱动电流的供给而暂时或间歇地闭合时，由轴向活塞泵6产生的压力通过液压控制回路5至环形活塞18。当由于驱动电流停止而比例阀7保持打开时，液压控制回路5不再加压并且由复位弹簧偏置的环形活塞18返回至其未偏置的原始位置。

在图1和图2所示的调节滑动件8的闭合位置中，其圆柱形部分完全覆盖泵叶轮2，使得不管泵速如何，实现了基本上没有至螺旋壳体中的体积流动。

在图3所示的调节滑动件8的打开位置中，作为泵速的函数，在主输送回路中实现了不屏蔽泵叶轮2的有效流动区域的最大输送流量。该状态同时是故障安全模式，这是因为在电流供给中断的情况下，即电磁比例阀7没有电流，自动确保了经由主输送回路的最大体积流量和来自内燃机的最大可能的热量输出。

此外，泵壳体1包括用于次级输送回路的第二泵出口12，在本示例性实施例中，用于废气再循环阀(EGR阀)的冷却系统连接至该第二泵出口12。第二泵出口12在泵叶轮2的后侧打开至泵室10中。第二泵出口12的孔口可通过调节滑动件8的前部开口进入，而不管其位置如何，使得输送流的一部分总是从泵室10流出至第二泵出口12中。

阻挡、限制或打开次级输送回路的通路的调节阀9设置在第二泵出口12中。调节阀9还经由液压交叉点连接到液压控制回路5。调节阀9的阀体通过大致垂直于流动方向的液压控制回路5中的压力来抵抗弹簧的复位力移位，并且从而逐渐闭合在第二泵出口12中的通路。当液压调节压力较低时，调节阀9的阀体被弹簧推回，并且第二泵出口12的通路不受阻挡。

如关于调节阀8的液压驱动所解释的，液压控制回路5中的压力是通过用于打开和闭合比例阀7的开/关的占空比来控制的。为了将调节阀9驱动至可变位置中以限制流量，控制压力使得在液压和调节阀9中的预应力弹簧的复位力之间达到平衡，并且使得保持阀体在调节阀9中的位置。

调节阀9的阀体的位置以及调节阀8的环形活塞18的位置也可以由位置传感器(未示出)检测并且用于控制比例阀7。以此方式，借助于用于打开和闭合电磁致动的比例阀7的驱动电流来进行主输送回路和次级输送回路相关于预定发动机速度的节流。

下面，将参考图1至图3解释用于限制流量的两个主要状态和一个调整范围的设置。

在所示的示例性实施例中，选择液压配置，使得用于次级输送回路的调节阀9需要比用于主输送回路的调节阀8更高的液压来进行闭合。根据每个致动器包括的用于从液压控制回路5接收压力的液压有效活塞表面以及根据所选择的复位弹簧的特性曲线来设置液压致动器作出响应的压力范围的关联性。在所示的示例性实施例中，优选地选择两个液压致动器的响应特性，使得可以由高于调节阀8完全闭合所在压力的压力来致动调节阀9的调整范围。当适当地选择复位弹簧时，通过液压有效表面比来设置用于闭合一个液压致动器的压力和在另一个致动器的调整范围开始时的较低压力之间的适当划分。在较高压力下闭合的致动器和在较低压力下闭合的致动器之间的表面比是，例如1:3。

可控冷却剂泵的图1所示的操作状态旨在用于车辆的冷启动状态，其中还不需要对燃烧机或其他设备进行冷却。

在图1中，比例阀7是由控制单元(未示出)借助于具有高导通时间比例的脉冲宽度调制的占空比来致动的，以便在液压控制回路5中设置高压。比例阀7极大地限制了在轴向活塞泵6后面的冷却液的回流，且在比例阀7前方的反压使至分支致动器的液压控制回路5中的压力增加，直到调节阀8首先闭合且调节阀9随后闭合为止。因此，一旦维持了调节阀9完全闭合的压力，则最大程度地限制或闭合了主输送回路和次级输送回路的通路。

布置在第一泵出口11和第二泵出口12之间的压力阀15闭合，这是因为其在闭合方向上暴露于次级输送回路的压力，该压力在闭合的调节阀9的前方积聚，而在泵出口11或螺旋壳体的关闭部分的另一侧则没有经受输送压力。

例如，可控冷却剂泵的图2所示的操作状态旨在用于车辆的预热情况，在这种情况下，燃烧机尚没有达到操作温度，但是在废气再循环系统处已经形成了所谓的热点，使得已经需要冷却以保护组件，诸如EGR阀等。

在图2中，比例阀7是由具有较低导通时间比例的脉冲宽度调制的占空比来致动的，以便减小在液压控制回路5中的压力。通过比例阀7从液压控制回路5流出的回流增加，并且致动器处的压力减小。在该过程期间，调节阀9首先经由渐进的限制位置返回到打开位置，同时调节阀8保持闭合。因此，当在该过程之后维持液压控制回路5中的压力时，主输送回路的通路保持闭合，且次级输送回路5中的通路保持打开。另外，当控制回路5中的较高压力受到控制时，当主输送回路闭合时，可设置次级输送回路的逐渐限制。

同时，压力阀15保持闭合，这是因为其仍经受次级输送回路的压力，而另一侧则不经受输送压力。

可控冷却剂泵的图3所示的操作状态旨在用于车辆的负载情况，其中内燃机以及连接到次级输送回路的其他设备中的一个或多个需要冷却。

在图3中，比例阀7不是或是由具有低导通时间比例的脉冲宽度调制的占空比来致动的，使得在液压控制回路5中没有产生压力。接下来，调节阀8经由渐进的限制位置返回到打开位置，同时已经打开的调节阀9保持打开。只要在液压控制回路5中没有产生压力，则主输送回路的通路以及次级输送回路5的通路都保持最大程度地打开。另外，当控制回路5中的低压力受到控制时，当次级输送回路打开时，可设置主输送回路的逐渐限制。

压力阀15在调节阀8打开期间或在最大程度地打开的主输送回路期间通过压力差打开。通过流入主输送回路的输送流的一部分的较小的压力损失以及流入次级输送回路的输送流的一部分的大压力损失来产生压力差。因此，在没有压力阀15的情况下，将没有足够的体积流流出至次级输送回路中，这取决于泵出口11、12的流动几何特性或流量比。一旦次级输送回路的体积流量下降，第二泵出口12中的相应压力下降则增加了在压力阀15处的压力差。当压力差超过压力阀15的预设阈值时，压力阀15打开并且使得大输送体积随后流出至主输送回路中，以便补偿在次级输送回路中不足的输送体积。因此，在输送体积之间的分配瞬态或输送体积之间的相对较大分配比的瞬态期间，改善了流动性能。

Claims (9)

1.一种由内燃机机械驱动的可控冷却剂泵，其包括：

泵壳体(1)，所述泵壳体(1)具有连接到所述泵壳体(1)的泵室(10)的用于主输送回路的轴向供给入口(13)和径向排放第一出口(11)，

泵叶轮(2)，所述泵叶轮(2)用于输送冷却剂并且可旋转地容纳在所述泵室(10)的泵轴(3)上且经由皮带驱动器(4)驱动，

源自所述冷却剂的液压控制回路(5)，其具有在输入侧上的辅助泵(6)，在输出侧上的比例阀(7)以及作为用于限制所述主输送回路的流量的液压致动器的调节滑动件(8)，其中，为了径向屏蔽所述泵叶轮(2)，所述调节滑动件(8)的圆柱形部分可在所述泵室(10)中轴向移位，以借助于在所述液压控制回路(5)中的压力来抵抗复位力；以及

第二出口(12)，所述第二出口(12)用于连接到所述泵室(10)的次级输送回路；

其特征在于，

作为用于限制所述次级输送回路的流量的液压致动器的调节阀(9)连接到所述液压控制回路(5)，其中所述调节滑动件(8)和所述调节阀(9)的致动被分配或关联到在所述液压控制回路(5)内的相应压力范围。

2.根据权利要求1所述的可控冷却剂泵，其中，

在所述辅助泵(6)和所述比例阀(7)之间的作为分支液压致动器的所述调节阀(9)连接到所述液压控制回路(5)并且借助于所述液压控制回路(5)中的所述压力来抵抗复位力而闭合。

3.根据权利要求1或2所述的可控冷却剂泵，其中，

所述调节阀(9)被配置为座阀，其由弹簧偏置在打开方向。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可控冷却剂泵，其中，

用于接收在所述液压控制回路(5)中的所述调节阀(9)的液压定位力的活塞表面小于在所述液压控制回路(5)中的所述调节滑动件(8)的活塞表面。

5.根据权利要求4所述的可控冷却剂泵，其中，

所述调节阀(9)的所述活塞表面与所述调节滑动件(8)的所述活塞表面的表面比约为1:3。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的可控冷却剂泵，其中，

所述调节阀(9)设置在所述泵壳体(1)上的所述第二出口(12)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的可控冷却剂泵，其中，

在所述主输送流和所述次级输送流之间设有压力阀(15)，其由于在所述主输送流中较高的压力与在所述次级输送流中较低的压力之间的预定压力差而打开。

8.根据权利要求7所述的可控冷却剂泵，其中，

所述压力阀(15)被配置为止回阀，其由弹簧偏置在闭合方向上。

9.根据权利要求7或8所述的可控冷却剂泵，其中，

所述压力阀(15)在所述调节滑动件(8)的下游打开进入所述主输送回路并且在所述调节阀(9)的上游打开进入所述次级输送回路。

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