CN114026327A - 用于机动车的动力设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的动力设备(1)，其具有至少一个动力装置(2)和用于对所述至少一个动力装置(2)进行调温的冷却剂循环回路(3)，其中，在该冷却剂循环回路(3)中布置有用于使含水的冷却剂在冷却剂循环回路(3)中循环的至少一个冷却剂泵(5)。在此提出，冷却剂泵(5)被设计为螺杆泵。

Description

用于机动车的动力设备

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的动力设备，其具有至少一个动力装置和用于对所述至少一个动力装置进行调温的冷却剂循环回路，其中，在该冷却剂循环回路中布置有至少一个用于使含水的冷却剂在冷却剂循环回路中循环的冷却剂泵。

背景技术

由现有技术例如已知文献DE 10 2010 011 477 A1。该文献涉及一种具有干式油底壳润滑的内燃机，其包括气缸曲轴箱和由内燃机驱动的油泵，该油泵具有至少一个抽吸泵级和压力泵级，其中，至少一个抽吸泵级和压力泵级在气缸曲轴箱内部布置在共同的泵壳体中。为了降低油泵的重量，提出：泵壳体是油池的或者气缸曲轴箱的下部件的一体部分。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于机动车的动力设备，该动力设备相对于已知的动力设备具有优点，特别是能使冷却剂循环回路快速地适配于动力装置的运行点，该动力设备具有非常高的效率并且其突出之处在于非常好的声学特性。

所述目的根据本发明通过一种具有权利要求1的特征的用于机动车的动力设备来实现。在此提出，冷却剂泵被设计为螺杆泵。

动力设备用于驱动机动车，就此而言即用于提供旨在驱动机动车的驱动转矩。驱动转矩借助于动力装置产生，其中，动力装置例如被设计为内燃机或——优选地——被设计为电机或具有内燃机或电机。动力装置可以附加地或另选地具有燃料电池。在任何情况下，动力装置都是产生热量的动力装置，从而在动力设备运行期间在动力装置中或动力装置上积聚热量，该热量必须被从动力装置排出。

也可以附加地或另选地设置热量排出。如果既设置热量排出又设置热量输入，则这可以称为调温/温度控制。如果在本说明书的范围内谈及热量排出，那么这始终代表热量的排出和/或输入或者一般来说代表调温。特别是这样实现热量的调节，即，使动力装置的温度达到动力装置的运行温度或低于该运行温度。优选将动力装置的温度调节到其运行温度。

热量的排出和/或输入借助于冷却剂循环回路或借助于存在于冷却剂循环回路中的、含水的冷却剂来进行。优选地，冷却剂循环回路被调节为使得其提供用于冷却动力装置的冷却功率，该冷却功率将动力装置的温度保持为运行温度或在运行温度之下。例如，冷却剂循环回路的冷却功率通过调节冷却剂泵来产生，例如通过调节冷却剂泵的转速来产生。冷却剂泵的转速越高，则在冷却剂循环回路中循环的冷却剂体积流量就越大。相应地，至少在边界条件保持不变的情况下，冷却剂循环回路的冷却功率通常随着冷却剂泵的转速而升高。只要在本说明书的范围内提到冷却功率，则要指出的是，该术语被理解为冷却剂循环回路的功率，而与冷却剂循环回路是用于排出还是输入热量无关。代替冷却功率的概念，就此而言可以更一般地说是调温功率。

为了实现已经提到的优点，冷却剂泵应作为螺杆泵提供。这种螺杆泵根据压缩原理工作或者说作为容积泵/挤压泵提供。由此，与其它类型的泵、例如在该领域中通常使用的流动泵相比，实现了冷却剂循环回路的高动力。这意味着，通过冷却剂泵的转速变化，可以比在其它类型的泵中的情况明显更快地将冷却剂循环回路调节到动力装置的改变的运行点上。

此外，螺杆泵与其它类型的泵相比提供了更高的效率并且具有非常好的声学特性。螺杆泵迄今为止不被用作冷却剂泵，尤其是因为在一般的动力设备的常见运行范围内具有缺点。因此，螺杆泵不太适用于例如在内燃机的冷却剂循环回路中出现的高体积流量和低背压(Gegendruck)。因此，在一般的动力设备中迄今为止主要使用离心泵。

然而，申请人在试验中以令人惊奇的方式发现，螺杆泵也以突出的方式和方法适用于使含水的冷却剂循环，其中，同时实现相对于其它类型的泵的所述优点。这特别适用于如下的动力设备，在所述动力设备中，除了例如被设计为离心泵的主泵之外，螺杆泵作为附加泵存在，或者在所述动力设备中，冷却剂循环回路仅用于对设计为电机的动力装置进行调温或冷却，即特别是不对内燃机进行调温或冷却。

螺杆泵还具有的优点是，通流方向可以容易地反向。因此可以提出，螺杆泵时而以第一通流方向或输送方向运行，并且时而以与第一通流方向相反的第二通流方向或输送方向运行。例如通过使转动方向反向以简单的方式和方法就实现了通流方向的反向。

当然，所述冷却剂循环回路在动力设备的范围内可以不仅单倍地、而且多倍地使用。动力设备因此或者具有——如所描述那样——刚好一个冷却剂循环回路，或者另选地具有多个冷却剂循环回路。多个冷却剂循环回路可以用于冷却不同的动力装置。同样可能的是，冷却剂循环回路之一用于冷却动力装置，并且冷却剂循环回路中的至少一个另外的冷却剂循环回路用于冷却对于动力装置的运行所必需的附加装置。如果动力装置例如作为电机提供，那么附加装置可以被设计为燃料电池、蓄能器、电压转换器、控制器、逆变器、特别是脉冲逆变器或类似装置，这些装置电连接到电机上并且用于动力装置的运行。

本发明的另一个设计方案提出，冷却剂泵具有与驱动器耦合的驱动主轴和至少一个与驱动主轴共同作用以用于使冷却剂循环的工作主轴/推动螺杆(Laufspindel)。驱动主轴与驱动器耦合，例如刚性地且永久地或可切换地通过切换离合器耦合。例如动力装置本身用作驱动器，其中，驱动主轴与动力装置机械地耦合或者至少可以耦合。附加地或另选地，驱动主轴可以与电机耦合，优选刚性地且永久地耦合，所述电机同样是驱动器或者作为对驱动器的补充而提供。

驱动主轴与至少一个工作主轴啮合以用于使冷却剂循环。有利地，仅一个唯一的工作主轴是螺杆泵的组成部分。然而另选地，可以提供至少两个工作主轴，所述至少两个工作主轴例如布置在驱动主轴的相对置的侧上并且分别与驱动主轴啮合。在这种情况下，多个工作主轴和驱动主轴的转动轴线优选位于一个公共平面中。利用冷却剂泵的这种设计方案，以简单的方式和方法实现了已经说明的优点。

本发明的另一个实施方式提出，动力装置具有下述装置中的至少一个或者被设计为下述装置之一：内燃机、电机和燃料电池。在任何情况下，动力装置都用于直接或间接地提供驱动转矩。例如可以借助于内燃机或电机实现直接提供，而可以在使用燃料电池的情况下实现间接提供。在后一种情况下，借助于燃料电池优选提供电能，所述电能随后用于运行电机来产生驱动转矩。就此而言，动力装置不仅可以包括电机而且还可以包括燃料电池。也可以考虑动力装置的如下设计方案，在该设计方案中不仅设有内燃机而且还设有电机。在这种情况下，动力装置作为混合动力装置提供。动力设备的这种设计方案可以极其灵活地实施。

当然，冷却剂循环回路可以附加地对下述设备中的至少一个或多个进行冷却或调温：蓄能器、特别是高压电池、电压转换器、控制器和逆变器、特别是脉冲逆变器。附加地或另选地，冷却剂循环回路可以用于冷却增压空气。

本发明的一个改进方案提出，冷却剂泵具有最高10巴、最高7.5巴或最高5巴的出口压力。出口压力可以理解为在冷却剂泵的冷却剂出口处存在的压力。换言之，出口压力相当于在冷却剂泵的压力侧上的压力。出口压力优选是在冷却剂循环回路中存在的最高压力。与动力设备的其它泵相比，冷却剂泵针对相对较小的出口压力而设置和设计。因此，出口压力应为最高10巴或更低。特别优选地，出口压力小于5巴，例如最高4巴或最高3巴。也可以规定最高2.5巴或最高2巴的出口压力。这种低的出口压力借助于螺杆泵以令人惊奇的方式轻松地实现，其中，冷却剂泵作为螺杆泵的设计方案由于其高效率而能够实现明显的能量节约。例如，出口压力为至少1.5巴、至少2巴或更高。

在本发明的另一个实施方式的范围内提出，下述主轴中的至少一个或刚好一个具有覆层：驱动主轴和工作主轴。为了实现螺杆泵的高的使用寿命，驱动主轴和/或工作主轴具有覆层。可以提出，主轴中的多个主轴或主轴中的所有主轴分别具有覆层。然而特别优选地，覆层仅被施加到主轴中的一部分上，特别是施加到主轴中的刚好一个上。如果仅存在刚好一个工作主轴，则覆层可以存在于驱动主轴或工作主轴上。相反，如果设置多个工作主轴，则优选仅驱动主轴具有覆层。

覆层特别优选地被这样形成，即，覆层在冷却剂泵的运行期间从具有覆层的主轴被传递到另一主轴或多个另外的主轴上。也就是说，覆层从具有覆层的主轴输出到另一主轴或多个另外的主轴上。附加地或另选地，覆层可以从相应的主轴转移/过渡到冷却剂泵的壳体上。通过为主轴中的仅一部分或主轴中的刚好一个设置覆层，避免了主轴彼此之间卡住和/或与壳体卡住，否则可能由于窄公差而发生卡住。借助于覆层可以实现极其耐用的、防腐蚀保护的螺杆泵。

本发明的另一个实施方式提出，覆层被这样施加到主轴的基体上，使得主轴被设计成与冷却剂泵的壳体过渡配合或间隙配合，主轴可转动地支承在该壳体中。主轴不仅具有基体而且还具有施加到基体上的覆层。例如，基体被设计为相对于壳体尺寸较小或过渡配合。在基体上这样施加覆层，使得主轴整体上与壳体形成过渡配合或间隙配合。

特别在过渡配合的情况下这意味着，在冷却剂泵运行时至少在开始时出现主轴、特别是覆层的磨损。特别优选地，覆层被以这样的厚度或层厚度施加到基体上，使得在主轴的磨合之后，覆层的至少一部分保留在基体上。就这方面而言，基体相对于壳体尺寸较小的设计方案是特别优选的。覆层优选以小的公差、特别是在圆度和圆柱形状方面的小的公差被施加到基体上。附加地或另选地，所述覆层可以具有非常小的层厚度，特别是最高10μm、最高1μm或更小的层厚度。通过覆层在冷却剂泵磨合期间的磨损，实现了冷却剂泵的特别小的公差并且因此实现了特别高的效率或输送功率。

本发明的另一优选的实施方式提出，基体由塑料或金属制成或者具有塑料或金属。基体可以完全由塑料或由金属制成。然而也可以提出，该基体仅具有或含有塑料或金属。例如，在这种情况下，基体的主要部分、即超过50％的部分由塑料或金属制成。出于重量原因，由塑料制成的基体的设计方案是特别优选的。原则上优选的是耐腐蚀的材料，其相对于冷却剂是耐受的。优选地，也为壳体使用耐腐蚀的材料，例如使用与基体相同的材料。然而，壳体当然也可以由不同的材料制成。

本发明的一个改进方案提出，覆层由碳制成或者具有碳。例如，覆层以无定形碳的形式提供，特别是作为类金刚石碳(DLC)提供。在这种情况下，覆层特别优选地通过气相沉积被施加到基体上。由碳制成的覆层能够实现冷却剂泵的特别高的使用寿命。此外，通过所述覆层实现了摩擦降低，从而产生更高的效率。

本发明的另一实施方式提出，冷却剂主要含有水。这意味着，冷却剂至少包括50％的水。特别优选地，冷却剂中的水含量相当于至少90％或至少99％。冷却剂的其余部分优选包括至少一种添加剂和不能避免的杂质，其中，杂质在冷却剂中的含量为最多1％。水的优异之处在于特别高的热容量和因此特别高的冷却效果。

最后，在本发明的另一个实施方式的范围内可以提出，向水中掺入至少一种添加剂、特别是乙二醇。添加剂特别是用于冷却剂泵的润滑、冷却剂的防冻安全性的建立和/或用于实现腐蚀防护。

附图说明

下面根据附图所示的实施例对本发明进行详细说明，而不限制本发明。在此，

唯一的附图示出用于机动车的动力设备的示意图。

具体实施方式

附图示出用于机动车的动力设备1的强烈示意性的图示。动力设备1具有动力装置2，为了对动力装置进行调温，为该动力装置配设有冷却剂循环回路3。冷却剂循环回路3具有冷却器4、其实也就是热交换器，以及具有用于使含水的冷却剂在冷却剂循环回路3中循环的冷却剂泵5。

可以看出，冷却剂泵5在这里所示的动力设备1的范围内被设计为螺杆泵。这种泵与其它类型的泵相比具有许多优点，特别是该螺杆泵根据压缩原理工作，从而能够实现冷却剂循环回路3的高动力。此外，这种螺杆泵具有非常高的效率和非常好的声学特性。这些优点也可以以令人惊奇的方式在这里所提出的冷却剂循环回路3的范围内实现。对于这种冷却剂循环回路3迄今为止还没有使用过螺杆泵。

附图标记列表：

1 动力设备

2 动力装置

3 冷却剂循环回路

4 冷却器

5 冷却剂泵

Claims (10)

1.一种用于机动车的动力设备(1)，该动力设备具有至少一个动力装置(2)和用于对所述至少一个动力装置(2)进行调温的冷却剂循环回路(3)，其中，在该冷却剂循环回路(3)中布置有用于使含水的冷却剂在冷却剂循环回路(3)中循环的至少一个冷却剂泵(5)，

其特征在于，

冷却剂泵(5)被设计为螺杆泵。

2.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，冷却剂泵(5)具有与驱动器耦合的驱动主轴和至少一个与驱动主轴共同作用以使冷却剂循环的工作主轴。

3.根据前述权利要求中任一项所述的动力设备，其特征在于，动力装置(2)具有下述装置中的至少一个或者被设计为下述装置之一：内燃机、电机和燃料电池。

4.根据前述权利要求中任一项所述的动力设备，其特征在于，冷却剂泵(5)具有最高10巴、最高7.5巴或最高5巴的出口压力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的动力设备，其特征在于，下述主轴中的至少一个或刚好一个具有覆层：驱动主轴和工作主轴。

6.根据前述权利要求中任一项所述的动力设备，其特征在于，所述覆层被这样施加到主轴的基体上，使得主轴被设计成与冷却剂泵(5)的用于在其中可转动地支承主轴的壳体过渡配合或间隙配合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的动力设备，其特征在于，基体由塑料或金属制成或者具有塑料或金属。

8.根据前述权利要求中任一项所述的动力设备，其特征在于，覆层由碳制成或者具有碳。

9.根据前述权利要求中任一项所述的动力设备，其特征在于，冷却剂主要含有水。

10.根据前述权利要求中任一项所述的动力设备，其特征在于，向水中掺入至少一种添加剂、特别是乙二醇。

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