DE10131792C1 - Coolant pump for internal combustion engines of motor vehicles, has impeller which is unidirectionally rotatable, and electromagnet adjacent to armature rotor - Google Patents
Coolant pump for internal combustion engines of motor vehicles, has impeller which is unidirectionally rotatable, and electromagnet adjacent to armature rotorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore von Kraftfahrzeugen.The invention relates to a driven by a pulley Coolant pump for internal combustion engines of motor vehicles.
Moderne DI-Dieselmotoren sind sehr effiziente Verbrennungsmaschinen mit hohem Gesamtwirkungsgrad. Dieser Vorteil wirkt sich beim Kaltstart jedoch zunächst als Nachteil aus, da die Mehrzahl der im Stand der Technik vorbeschriebenen, über Riemenscheiben angetriebenen, nicht regelbaren Kühlmittelpumpen, infolge der direkten Kopplung der Kühlmittelpumpe mit der Kurbelwelle des Motors bewirken, daß die Drehzahl des Motors den jeweils geförderten Kühlmittelvolumenstrom bestimmt, so daß bei all diesen Bauformen sofort nach dem Start, d. h. bereits in der Warmlaufphase mit der Wärmeabfuhr der im Motor erzeugten, und dort dringend benötigten Wärme begonnen wird.Modern DI diesel engines are very efficient with internal combustion engines high overall efficiency. However, this advantage has an effect on a cold start initially as a disadvantage, since the majority of those in the prior art described above, driven by pulleys, not adjustable Coolant pumps, due to the direct coupling of the coolant pump with the Crankshaft of the engine cause the engine speed to the respective promoted coolant volume flow determined, so that with all these Designs immediately after start, d. H. already in the warm-up phase with the Heat dissipation of the heat generated in the engine and the heat it urgently needs is started.
Infolge dieser sofort einsetzenden Zwangskühlung verzögert sich in Verbindung mit den geringen Abwärmeverlusten der modernen Motoren zwangsläufig das Erreichen der Betriebstemperatur.As a result of this immediate cooling, delayed in Combined with the low waste heat losses of modern engines inevitably reaching the operating temperature.
Die dadurch bedingte niedrige Viskosität des kalten Motorenöles zieht hohe Reibungsverluste nach sich, so daß auch der spezifische Kraftstoffverbrauch stark ansteigt.The resulting low viscosity of the cold engine oil pulls high Frictional losses, so that the specific fuel consumption rises sharply.
Darüber hinaus führen die niedrigen Abgastemperaturen zudem zu einem verlangsamten Anspringen des Katalysators und somit zwangsläufig zu hohen Abgasemissionen.In addition, the low exhaust gas temperatures also lead to a slowed starting of the catalyst and thus inevitably too high Exhaust emissions.
Um unter anderem diese Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen wurden regelbare Kühlmittelpumpen entwickelt. Der Einsatz solcher regelbaren Kühlmittelpumpen hat jedoch den Nachteil, daß der verzögert einsetzende Kühlmittelumlauf nun auch gleichzeitig zu einer deutlichen Verzögerung der Erwärmung des Wärmetauschers für die Beheizung der Fahrgastzelle führt.Among other things, to eliminate these disadvantages of the prior art adjustable coolant pumps were developed. The use of such adjustable However, coolant pumps have the disadvantage that the delayed onset Coolant circulation now also significantly delayed the Heating the heat exchanger for heating the passenger compartment leads.
Doch selbst der Einsatz von nicht regelbaren Kühlmittelpumpen, mit sofort einsetzenden Zwangskühlung des Motors, führt zu einer nur sehr langsamen Erwärmung des Wärmetausches und somit nur zu einer langsamen Beheizung der Fahrgastzelle, da aufgrund der geringen vom Motor abgegebenen und eigentlich vom Motor in der Warmlaufphase dringend benötigten Wärmeleistung keine effektiv wirksame Heizleistung in den Fahrgastraum übertragen werden kann.But even the use of non-adjustable coolant pumps, with immediate effect the forced cooling of the engine, leads to a very slow Heating of the heat exchange and thus only for slow heating of the passenger compartment, because of the small amount emitted by the engine and actually urgently needed by the engine in the warm-up phase Heat output no effectively effective heating output in the passenger compartment can be transferred.
Entsprechend lange bleiben bei Einsatz dieser Kühlmittelpumpen beispielsweise dann auch in der Warmlaufphase die Scheiben vereist und der Fahrgastraum kalt.These coolant pumps remain correspondingly long for example, the windows are also iced up during the warm-up phase and Passenger compartment cold.
Für den Fahrer bedeutet diese sehr lange Warmlaufphase neben einem erheblichen Komfortverzicht, insbesondere auf Grund der schlechten Sicht, auch einen sehr hohen Sicherheitsverlust.For the driver, this means a very long warm-up phase alongside one considerable loss of comfort, especially due to poor visibility, also a very high security loss.
Um diesen Mangel zu begegnen wurden Zuheizsysteme entwickelt. To meet this shortcoming, auxiliary heating systems have been developed.
So beschreibt beispielsweise die EP 0 313 764 A2 eine Heizvorrichtung, die ein mit einer drehbar in einem Gehäuse gelagerten Rotorwelle verbundenes, mit Permanentmagneten besetztes Teil aufweist.For example, EP 0 313 764 A2 describes a heating device which a rotor shaft connected to a rotatably mounted in a housing, has part occupied with permanent magnets.
Im Gehäuse dieser Heizvorrichtung sind einzelne Weicheisenkerne angeordnet. Im Innenraum des Gehäuses werden die Weicheisenkerne von einem Wärmeträger, beispielsweise dem Kühlwasser, umströmt.There are individual soft iron cores in the housing of this heater arranged. The soft iron cores of flows around a heat transfer medium, for example the cooling water.
Die Praxis hat gezeigt, daß mittels einer derartigen Vorrichtung nur in geringem Umfang mechanische Energie in Wärme umgewandelt werden kann.Practice has shown that by means of such a device only to a small extent Amount of mechanical energy can be converted into heat.
In der DE 198 60 149 A1 wird eine andere Bauform einer Heizvorrichtung mit einem einerseits als Pumpenrad und andererseits als Wirbelstromscheibe ausgebildeten Rotor und einem verdrehsicher im Pumpengehäuse angeordneten, mit Permanentmagneten besetzten, axial verschiebbaren Magnetträger beschrieben.Another design of a heating device is described in DE 198 60 149 A1 one as a pump wheel and the other as an eddy current disk trained rotor and a non-rotating in the pump housing arranged, with permanent magnets, axially displaceable Magnet carrier described.
Der Einsatz solcher Zuheizsysteme ist jedoch stets mit hohen Mehrkosten, insbesondere mit einem erhöhten Platzbedarf und darüber hinaus mit einem beträchtlichen Mehrgewicht verbunden.However, the use of such auxiliary heating systems always involves high additional costs, especially with an increased space requirement and also with a considerable added weight.
In der DE 44 15 031 C1 wird ein weiteres Zuheizsystem, ein ebenfalls im Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine anzuordnender hydrodynamischer Heizgenerator für Kraftfahrzeuge vorbeschrieben, welcher mittels Elektromagneten in Abhängigkeit von der Temperatur des zu überwachenden Mediums zu oder abgeschaltet werden kann.DE 44 15 031 C1 describes a further auxiliary heating system, also in the Coolant circuit of an internal combustion engine to be arranged hydrodynamic heating generator for motor vehicles, which by means of electromagnets depending on the temperature of the monitoring medium can be switched on or off.
Auch diese Bauform ermöglicht zwar im Bedarfsfall eine zusätzliche Erwärmung des Kühlmittels, ist jedoch wie schon die vorgenannte Lösung, wiederum mit hohen Mehrkosten, einem erhöhten Platzbedarf und beträchtlichem Mehrgewicht verbunden.This design also allows an additional one if necessary Heating the coolant, but like the aforementioned solution, again with high additional costs, an increased space requirement and considerable added weight.
In der DE 196 00 735 A1 wird eine spezielle Kühlwasserpumpe für einen Verbrennungsmotor vorbeschrieben, in welcher eine sogenannte Visco- Heizung als weitgehend selbständiger Bausatz integriert ist. DE 196 00 735 A1 describes a special cooling water pump for one Internal combustion engine described in which a so-called visco Heating is integrated as a largely independent kit.
Dabei kann die in der Kühlmittelpumpe integrierte Visco-Heizung im Bedarfsfall mittels einer elektromagnetischen Kupplung mit der Rotorwelle der Riemenscheibe gekoppelt werden.The visco heater integrated in the coolant pump can be used if necessary by means of an electromagnetic clutch with the rotor shaft of the Pulley to be coupled.
Zwar ermöglicht diese wiederum sehr kostenaufwendige, fertigungstechnisch komplizierte Lösung eine zusätzliche Erwärmung des umlaufenden Kühlmittels, kann und will jedoch, ebenso wie die bereits zuvor beschriebenen Bauformen, den sofort nach dem Start des Verbrennungsmotors einsetzenden vollständigen Kühlmittelumlauf nicht vermeiden, so daß auch bei dieser Bauform wiederum große Energiemenge bereitgestellt werden müssen um einerseits die Warmlaufphase des Motors zu verkürzen und andererseits eine ausreichende Beheizung der Fahrgastzelle zu gewährleisten.This in turn enables very costly manufacturing technology complicated solution an additional heating of the circulating coolant, however, like the designs already described, can and wants the one that starts immediately after starting the internal combustion engine do not avoid complete coolant circulation, so that this too Design in turn, large amounts of energy have to be made available on the one hand to shorten the warm-up phase of the engine and on the other hand one to ensure adequate heating of the passenger compartment.
Darüber hinaus ist durch die DE 197 46 359 A1 eine regelbare Kühlmittelpumpe mit Magnetkupplung und durch die DE 39 09 671 A1 eine Kühlmittelpumpe mit zwei Pumpenkammern, in denen jeweils ein Förderrad eines auf einer drehbaren Welle befestigten Kreiselrades aufgenommen ist, bekannt.In addition, DE 197 46 359 A1 is a controllable coolant pump with magnetic coupling and a coolant pump with DE 39 09 671 A1 two pump chambers, in each of which a feed wheel one on one rotatable shaft attached gyro wheel is known.
Bei all diesen im Stand der Technik vorbeschriebenen Lösungen müssen jeweils unmittelbar nach dem Motorstart große Energiemengen bereitgestellt werden, um schnellstmöglichst die gesamte Kühlmittelmenge und das gesamte Kühlsystem einschließlich des Wärmetauschers für die Fahrgastzelle auf eine optimale Betriebstemperatur zu bringen, so daß bei Reduzierung der Warmlaufphase gleichzeitig eine optimale Beheizung der Fahrgastzelle gewährleistet werden kann.With all of these solutions described in the prior art large amounts of energy are provided immediately after starting the engine to the total amount of coolant and the entire Cooling system including the heat exchanger for the passenger compartment on one bring optimal operating temperature so that when reducing the Warm-up phase at the same time optimal heating of the passenger cell can be guaranteed.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert, den Kraftstoffverbrauch senkt und sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste reduziert, dabei gleichzeitig den Heizkomfort für die Fahrgastzelle unmittelbar nach dem Motorstart deutlich verbessert und zudem möglichst einfach, kompakt, bei minimiertem Zusatzgewicht und minimiertem zusätzlichen Platzbedarf kostengünstig herstellbar ist.The invention is therefore based on the object of a Pulley driven coolant pump for internal combustion engines too do not develop the aforementioned disadvantages of the prior art has the warm-up phase of the engine significantly reduced Reduces fuel consumption and both pollutant emissions and Friction losses reduced, while at the same time the heating comfort for the Passenger cell improved immediately after engine start and also as simple, compact as possible, with minimized additional weight and minimized additional space is inexpensive to manufacture.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.According to the invention, this object is achieved by a coolant pump with the Features of the main claim of the invention solved.
Erfindungswesentlich ist dabei, daß das Flügelrad endseitig frei drehbar, axial exakt positioniert auf der Pumpenwelle angeordnet, mit Durchströmöffnungen versehen und pumpengehäuseseitig als Kupplungshälfte einer Zahnkupplung ausgebildet ist, wobei auf der Pumpenwelle, dem Pumpenlager benachbart, eine axial nicht verschiebbare Hülse angeordnet ist.It is essential to the invention that the impeller is freely rotatable at the end, axially exactly positioned on the pump shaft, with flow openings provided and on the pump housing side as a coupling half of a tooth coupling is formed, on the pump shaft, adjacent to the pump bearing, an axially non-displaceable sleeve is arranged.
Erfindungsgemäß ist zwischen dieser Hülse und dem Flügelrad auf der Pumpenwelle ein Gleitbereich mit einer oder mehreren Mitnahmeflächen angeordnet, auf dem axial verschiebbar als weiteres Pumpenrad ein am Außenring mit Radialbohrungen versehener Magnetankerrotor angeordnet ist. Kennzeichnend ist auch, daß an der dem Flügelrad zugewandten Stirnseite des Magnetankerrotors die andere Kupplungshälfte der Zahnkupplung angeordnet ist. Erfindungsgemäß befindet sich zwischen dem Magnetankerrotor und der Hülse eine Druckfeder, wobei im Pumpengehäuse, dem Außenradius des Magnetankerrotors radial benachbart, ein separater Spiralkanal angeordnet ist, welcher in einen Druckabgang des Pumpengehäuses mündet, an dem erfindungsgemäß der Heizkreislauf des Kraftfahrzeuges angeschlossen wird.According to the invention is between this sleeve and the impeller on the Pump shaft a sliding area with one or more driving surfaces arranged on the axially displaceable as a further impeller on Outer ring with radial bores magnet armature rotor is arranged. It is also characteristic that on the end facing the impeller the other half of the gear coupling is arranged. According to the invention is located between the Magnet armature rotor and the sleeve a compression spring, in the pump housing, A separate radially adjacent to the outer radius of the armature rotor Spiral channel is arranged, which in a pressure outlet of the Pump housing opens, on which, according to the invention, the heating circuit of the Motor vehicle is connected.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnungen dreht sich der als Pumpenrad einer separaten hydrodynamischen Pumpenstufe ausgebildete Magnetankerrotor permanent mit der Pumpenwelle.Because of the arrangements according to the invention, it rotates as an impeller trained in a separate hydrodynamic pump stage Magnet armature rotor permanently with the pump shaft.
Zusammen mit dem separaten, am Außendurchmesser des Magnetankerrotors im Pumpengehäuses angeordneten Spiralkanal bildet dieser eine separate Pumpenstufe, welche der Versorgung des Heizkreislaufes dient und erfindungsgemäß mit einem separaten Druckabgang ausgestattet ist.Together with the separate one, on the outside diameter of the magnet armature rotor arranged in the pump housing spiral channel, this forms a separate Pump stage which serves to supply the heating circuit and according to the invention is equipped with a separate pressure outlet.
Aufgrund dieser permanent fördernden zweite Pumpenstufe ist infolge des Antriebes der Pumpenwelle durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors die Versorgung des Heizkreislaufes während des gesamten Fahrbetriebes gewährleistet.Due to this permanently pumping second pump stage, the The pump shaft is driven by the crankshaft of the internal combustion engine Supply of the heating circuit during the entire driving operation guaranteed.
Dabei bewirkt die erfindungsgemäße, durch die Druckfeder belastete, formschlüssige, zwischen dem Magnetankerrotor und dem Flügelrad angeordnete Zahnkupplung, daß das Flügelrad (selbst bei Ausfall der Steuerungstechnik) stets vom Magnetankerrotor angetrieben wird.The inventive, loaded by the compression spring, causes positive, between the magnet armature rotor and the impeller arranged tooth coupling that the impeller (even if the Control technology) is always driven by the magnet armature rotor.
Kennzeichnend ist auch, daß in dem dem Magnetankerrotor benachbarten Bereich des Pumpengehäuses ein Elektromagnet angeordnet ist, wobei am Außenring der Stirnfläche des Magnetankerrotors, wie auch an dem diesem Bereich gegenüberliegenden Bereich des Joches des Elektromagneten und/oder des Pumpengehäuses Reibflächen angeordnet sind.It is also characteristic that in the adjacent to the armature rotor Area of the pump housing, an electromagnet is arranged, wherein on Outer ring of the end face of the magnet armature rotor, as well as on this Area opposite area of the yoke of the electromagnet and / or the pump housing friction surfaces are arranged.
Während des Kaltstarts wird infolge zu niedriger Kühlmitteltemperatur der Elektromagnet geschaltet, dabei zieht der Anker des Elektromagneten den Magnetankerrotor mit seiner Reibfläche an die Reibfläche am Joch des Elektromagneten.During the cold start, the coolant temperature becomes too low Electromagnet switched, the armature of the electromagnet pulls the Magnetic armature rotor with its friction surface on the friction surface on the yoke of the Electromagnet.
Zugleich wird das Flügelrad von der Zahnkupplung freigegeben und dreht daher in der Warmlaufphase nicht mit der Pumpenwelle mit, so daß in dieser Phase lediglich ein kleiner Kühlmittelvolumenstrom mittels des Magnetankerrotors über die im Flügelrad angeordneten Durchströmöffnungen in den Heizkreislauf transportiert wird.At the same time, the impeller is released and rotated by the gear coupling therefore not in the warm-up phase with the pump shaft, so that in this Phase only a small coolant volume flow using the Magnet armature rotor through the flow openings arranged in the impeller is transported into the heating circuit.
Aufgrund dieses erfindungsgemäß deutlich reduzierten Kühlmittelvolumenstromes kann die im Motorblock erzeugte und dort auch dringend benötigte Wärme zum schnellen Erreichen der Betriebstemperatur des Motors genutzt werden, wodurch die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert wird und die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste deutlich sinken. Because of this significantly reduced according to the invention Coolant volume flow can be generated in the engine block and also there urgently needed heat to quickly reach operating temperature of the engine can be used, which makes the warm-up phase of the engine clear is reduced and pollutant emissions as well as friction losses decrease significantly.
Dabei wird infolge der durch den Elektromagneten erzeugten Anpresskraft, in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, an den hochverschleißfesten, vorzugsweise nitrierten und feinstbearbeiteten Reibflächen Wärmeenergie erzeugt.As a result of the contact pressure generated by the electromagnet, Dependence on the engine speed, on the highly wear-resistant, preferably nitrided and finely machined friction surfaces thermal energy generated.
Diese Wärmeenergie wird vom Kühlmittel aufgenommen und von der zweiten Pumpenstufe der erfindungsgemäßen Lösung sofort zum Heizungswärmetauscher transportiert, wodurch sich der Heizkomfort für die Fahrgastzelle unmittelbar nach dem Motorstart bei reduziertem Kraftstoffverbrauch deutlich verbessert, und gleichzeitig die Warmlaufphase des Motors bei ebenfalls reduziertem Kraftstoffverbrauch verkürzt wird.This heat energy is absorbed by the coolant and by the second Pump stage of the solution according to the invention immediately Heater heat exchanger transported, which increases the heating comfort for the Passenger cell immediately after engine start with reduced Fuel consumption significantly improved, and at the same time the warm-up phase the engine is shortened while also reducing fuel consumption.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das untere Jochelement und/oder der diesem Bereich gegenüberliegende Bereich am Magnetankerrotor zusätzlich "mit magnetischen Engstellen", beispielsweise einer stirnseitigen Zahnstruktur versehen sein kann.Another feature of the invention is that the lower yoke element and / or the area opposite this area on the magnet armature rotor additionally "with magnetic constrictions", for example an end face Tooth structure can be provided.
Dabei bildet die beispielsweise am unteren Jochelement des Elektromagneten stirnseitig angeordnete Zahnstruktur magnetische Engstellen, und ruft im sich drehenden Magnetankerrotor Wirbelströme hervor.This forms, for example, on the lower yoke element of the electromagnet tooth structure arranged on the end face magnetic constrictions, and calls in itself rotating magnet armature rotor eddy currents.
Infolge der erfindungsgemäßen Anordnungen kann die von der erfindungsgemäßen Lösung erzeugte und von der zweiten Pumpenstufe in den Heizkreislauf transportierte Heizleistung durch Nutzung von Wirbelstromeffekten noch gesteigert werden.As a result of the arrangements according to the invention, that of generated solution according to the invention and from the second pump stage in the Heating circuit transported heating power by using Eddy current effects can be increased.
Die erfindungsgemäße Wirkung, infolge der große Wärmemengen von einem kleinen Volumenstrom aufgenommen und gezielt der Heizung zugeführt werden, führt zu einer hohen Vorlauftemperatur, einem schnellen Ansprechen der Fahrzeugheizung und somit zu einem hohen Heizkomfort für die Fahrgastzelle unmittelbar nach dem Motorstart.The effect according to the invention, due to the large amounts of heat from one small volume flow recorded and supplied specifically to the heating leads to a high flow temperature, a quick response the vehicle heating and thus a high heating comfort for the Passenger cell immediately after engine start.
Nach dem Abschluß der Warmlaufphase meldet der motorseitig angeordnete Kühlmitteltemperatursensor das Erreichen der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und der Elektromagnet wird abgeschaltet. After the warm-up phase has been completed, the one on the motor side reports Coolant temperature sensor reaching the operating temperature of the Internal combustion engine and the electromagnet is switched off.
Mit dem Abschalten des Elektromagneten werden die Wirbelströme unterbunden, die Druckfeder trennt die Reibpartner und rückt gleichzeitig die Zahnkupplung zwischen dem Magnetankerrotor und dem Flügelrad ein.When the electromagnet is switched off, the eddy currents prevented, the compression spring separates the friction partners and at the same time moves the Tooth coupling between the magnet armature rotor and the impeller.
Somit ist die Zuheizfunktion der zweiten, separaten Pumpenstufe komplett abgeschaltet und die separate Pumpenstufe fördert nun gemeinsam mit dem Flügelrad der ersten Pumpenstufe betriebswarmes Kühlmittel auch in den Heizkreislauf.The auxiliary heating function of the second, separate pump stage is thus complete switched off and the separate pump stage now conveys together with the Impeller of the first pump stage coolant also in the Heating circuit.
Beide Betriebszustände der erfindungsgemäßen Lösung ergänzen sich in idealer Weise, wobei infolge der erfindungsgemäßen Belegung der Bauteile mit Mehrfachfunktionen eine äußerst kompakte, hocheffiziente und kostengünstige Realisierung der Aufgabenstellung möglich wird, so daß mittels der erfindungsgemäßen Lösung bei minimiertem Zusatzgewicht und minimiertem zusätzlichen Platzbedarf eine Kühlmittelpumpe bereitgestellt wird, die bei allen gegenwärtig üblichen Motoren eingesetzt werden kann, da der für Kühlmittelpumpen übliche, am Motorblock vorhandene Bauraum nicht überschritten wird.Both operating states of the solution according to the invention complement one another in ideally, being due to the occupancy of the components according to the invention with multiple functions an extremely compact, highly efficient and Cost-effective implementation of the task becomes possible, so that by means of the solution according to the invention with minimized additional weight and a coolant pump is provided to minimize the additional space required, which can be used with all currently common engines, since the for Coolant pumps do not have the usual space available on the engine block is exceeded.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung.Further details and features of the invention emerge from the following description of the embodiment of the invention in connection with the representation of the solution according to the invention.
Diese Darstellung zeigt die untere Hälfte der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht im Schnitt.This illustration shows the lower half of the invention Cross-section of coolant pump in side view.
Auf der im Pumpengehäuse 1 drehbar gelagerten, mit einer Riemenscheibe versehenen, die Pumpenlager 14 in Richtung Strömungsraum überragenden, mittels der Wellendichtung 2 strömungsraumseitig abgedichteten Pumpenwelle 3 ist endseitig ein Flügelrad 7 frei drehbar, mittels beidseitig angeordneter axialer Sicherungen 6 exakt positioniert, angeordnet.On the pump shaft 3, which is rotatably mounted in the pump housing 1 and provided with a pulley, which projects beyond the pump bearings 14 in the direction of the flow space and is sealed on the flow chamber side by means of the shaft seal 2, an impeller 7 is freely rotatable at the end, exactly positioned by means of axial locks 6 arranged on both sides.
Das Flügelrad 7 selbst ist mit Durchströmöffnungen 5 versehen, und pumpengehäuseseitig als Kupplungshälfte einer Zahnkupplung 8 ausgebildet. The impeller 7 itself is provided with throughflow openings 5 and is designed on the pump housing side as a coupling half of a tooth coupling 8 .
Auf der Pumpenwelle 3, dem Pumpenlager 14 benachbart, ist eine auf der Pumpenwelle 3 axial nicht verschiebbare Hülse 13 angeordnet. Zwischen dieser Hülse 13 und dem Flügelrad 7 ist auf der Pumpenwelle 3 ein Gleitbereich mit einer oder mehreren Mitnahmefläche/n 4 angeordnet.On the pump shaft 3 , adjacent to the pump bearing 14 , a sleeve 13 which is axially non-displaceable is arranged on the pump shaft 3 . A sliding area with one or more driving surface (s) 4 is arranged on the pump shaft 3 between this sleeve 13 and the impeller 7 .
Im Gleitbereich ist auf der/den Mitnahmefläche/n axial verschiebbar ein separates, weiteres Pumpenrad, der am Außenring mit Radialbohrungen 10 versehene Magnetankerrotor 9 angeordnet.In the sliding area, a separate, further pump wheel is arranged on the driving surface (s), the magnet armature rotor 9 provided with radial bores 10 on the outer ring.
An der dem Flügelrad 7 zugewandten Stirnseite des Magnetankerrotors 9 ist die andere Kupplungshälfte der Zahnkupplung 8 angeordnet. Zwischen dem Magnetankerrotor 9 und der Hülse 13 ist eine Druckfeder 12 angeordnet.The other coupling half of the tooth coupling 8 is arranged on the end face of the magnet armature rotor 9 facing the impeller 7 . A compression spring 12 is arranged between the magnet armature rotor 9 and the sleeve 13 .
Im Pumpengehäuse 1, dem Außenradius des Magnetankerrotors 9 radial benachbart, ist ein separater Spiralkanal 11 angeordnet, der in einen separaten Druckabgang 18 mündet, an dem erfindungsgemäß der Heizkreislauf angeschlossen ist.In the pump housing 1 , radially adjacent to the outer radius of the magnet armature rotor 9 , a separate spiral channel 11 is arranged, which opens into a separate pressure outlet 18 , to which the heating circuit is connected according to the invention.
Erfindungsgemäß dreht sich bei der vorliegenden Lösung beim Start des Verbrennungsmotors nur der als Pumpenrad einer separaten hydrodynamischen Pumpenstufe ausgebildete Magnetankerrotor 9 mit der Pumpenwelle 3 mit.According to the invention, only the magnet armature rotor 9, which is designed as a pump wheel of a separate hydrodynamic pump stage, rotates with the pump shaft 3 when the internal combustion engine starts.
In Verbindung mit dem am Außendurchmesser des Magnetankerrotors 9 im Pumpengehäuses 1 angeordneten Spiralkanal 11 bildet dieser Magnetankerrotor 9 eine separate Pumpenstufe welche mit einem separaten Druckabgang 18 zur Versorgung des Heizkreislaufes ausgestattet ist.In connection with the spiral channel 11 arranged on the outside diameter of the magnet armature rotor 9 in the pump housing 1 , this magnet armature rotor 9 forms a separate pump stage which is equipped with a separate pressure outlet 18 for supplying the heating circuit.
Bei Antrieb der Pumpenwelle 3 durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wird mittels dieser erfindungsgemäß permanent fördernden, zweiten Pumpenstufe die Versorgung des Heizkreislaufes während des gesamten Fahrbetriebes gewährleistet.When the pump shaft 3 is driven by the crankshaft of the internal combustion engine, the supply of the heating circuit is ensured during the entire driving operation by means of this second pump stage, which is permanently promoting according to the invention.
Die durch eine Druckfeder 12 belastete, zwischen dem Magnetankerrotor 9 und dem Flügelrad 7 angeordnete Zahnkupplung 8 bewirkt, daß bei betriebswarmem Motor das Flügelrad 7 von der Pumpenwelle 3 über den Magnetankerrotor 9 angetrieben wird und das Kühlmittel im Kühlkreislauf fördert.The loaded by a compression spring 12 , arranged between the magnet armature rotor 9 and the impeller 7 tooth coupling 8 causes the impeller 7 to be driven by the pump shaft 3 via the magnet armature rotor 9 and promotes the coolant in the cooling circuit when the engine is warm.
In dem dem Magnetankerrotor 9 benachbarten Bereich des Pumpengehäuses 1 ist ein Elektromagnet 15 angeordnet. Am Außenring der Stirnfläche des Magnetankerrotors 9 wie auch dem diesem Bereich gegenüberliegenden Bereich des Joches des Elektromagneten 15 sind Reibflächen 17 angeordnet. Während des Kaltstartes wird infolge zu niedriger Kühlmitteltemperatur der Elektromagnet geschaltet, dabei presst der Anker des Elektromagneten 15 den Magnetankerrotor 9 mit seiner Reibfläche 17 an die Reibfläche 17 am Joch des Elektromagneten 15.An electromagnet 15 is arranged in the area of the pump housing 1 adjacent to the magnet armature rotor 9 . Frictional surfaces 17 are arranged on the outer ring of the end face of the magnet armature rotor 9 and also on the area of the yoke of the electromagnet 15 opposite this area. During the cold start, the electromagnet is switched as a result of the coolant temperature being too low; the armature of the electromagnet 15 presses the magnet armature rotor 9 with its friction surface 17 against the friction surface 17 on the yoke of the electromagnet 15 .
Dabei wird das Flügelrad 7 von der Zahnkupplung freigegeben und daher in der Warmlaufphase nicht von der Pumpenwelle 3 angetrieben, so daß lediglich ein kleiner Kühlmittelvolumenstrom vom Magnetankerrotor 9 über die im Flügelrad 7 angeordneten Durchströmöffnungen 5 in den Heizkreislauf transportiert wird.The impeller 7 is released from the tooth coupling and is therefore not driven by the pump shaft 3 in the warm-up phase, so that only a small coolant volume flow from the magnet armature rotor 9 is transported into the heating circuit via the flow openings 5 arranged in the impeller 7 .
Infolge dieses deutlich reduzierten Kühlmittelvolumenstromes kann die im Motorblock erzeugte und auch dort zum schnellen Erreichen der Betriebstemperatur des Motors dringend benötigte Wärme genutzt werden, wodurch sich die Warmlaufphase des Motors bei reduziertem Kraftstoffverbrauch deutlich verringert und die Schadstoffemissionen wie auch die Reibungsverluste deutlich sinken.As a result of this significantly reduced coolant volume flow, the im Engine block generated and also there for quickly reaching the Operating temperature of the engine, urgently needed heat can be used, whereby the warm-up phase of the engine is reduced Fuel consumption is significantly reduced and pollutant emissions as well the friction losses decrease significantly.
Gleichzeitig wird infolge der vom Elektromagneten 15 erzeugten Anpreßkraft an den hochverschleißfesten, vorzugsweise nitrierten und feinstbearbeiteten Reibflächen 17 die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl geleistete Reibleistung in Wärmeenergie umgewandelt.At the same time, as a result of the contact pressure generated by the electromagnet 15 on the highly wear-resistant, preferably nitrided and finely machined friction surfaces 17, the frictional power provided as a function of the engine speed is converted into thermal energy.
Diese an den Reibflächen erzeugte Wärmeenergie wird infolge der erfindungsgemäßen Lösung sofort vom Kühlmittel aufgenommen und von der separaten, zweiten Pumpenstufe zum Heizungswärmetauscher transportiert, so daß sich für die Fahrgastzelle der Heizkomfort unmittelbar nach dem Motorstart bei reduziertem Kraftstoffverbrauch deutlich verbessert. This heat energy generated on the friction surfaces is due to the solution according to the invention immediately absorbed by the coolant and by the separate, second pump stage transported to the heating heat exchanger, see above that the heating comfort for the passenger compartment immediately after starting the engine significantly improved with reduced fuel consumption.
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist das untere Jochelement des Elektromagneten 15 stirnseitigen mit einer Zahnstruktur 16 versehen.As shown in the drawing, the lower yoke element of the electromagnet 15 is provided on the end face with a tooth structure 16 .
Diese am unteren Jochelement des Elektromagneten 15 stirnseitig angeordnete Zahnstruktur 16 hat magnetische Engstellen zur Folge und ruft dadurch im sich drehenden Magnetankerrotor 9 Wirbelströme hervor.This tooth structure 16 arranged on the end face on the lower yoke element of the electromagnet 15 results in magnetic constrictions and thereby causes eddy currents in the rotating magnet armature rotor 9 .
Infolge der erfindungsgemäßen Nutzung dieser Wirbelstromeffekte wird die von der zweiten Pumpenstufe in den Heizkreislauf transportierte Heizleistung zusätzlich erhöht.As a result of the use of these eddy current effects according to the invention, the Heating power transported from the second pump stage into the heating circuit additionally increased.
Aufgrund dieser von einem kleinen Volumenstrom aufgenommen großen Wärmemengen, welche erfindungsgemäß gezielt der Heizung zugeführt werden, wird aufgrund der hohen Vorlauftemperaturen ein schnelles Ansprechen der Fahrzeugheizung und somit ein hoher Heizkomfort für die Fahrgastzelle unmittelbar nach dem Motorstart gewährleistet.Because of this, large absorbed by a small volume flow Amounts of heat which, according to the invention, are supplied specifically to the heating become fast due to the high flow temperatures Response of the vehicle heating and thus a high level of heating comfort for the Passenger cell guaranteed immediately after engine start.
Nach Abschluß der Warmlaufphase des Motors meldet der motorseitig angeordnete Kühlmitteltemperatursensor das Erreichen der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors. Der Elektromagnet 15 wird abgeschaltet.After the warm-up phase of the engine has been completed, the engine coolant temperature sensor reports that the operating temperature of the internal combustion engine has been reached. The electromagnet 15 is switched off.
Mit dem Abschalten des Elektromagneten 15 werden die Wirbelströme unterbunden, die Druckfeder 12 trennt die Reibpartner und rückt gleichzeitig die Zahnkupplung 8 zwischen dem Magnetankerrotor 9 und dem Flügelrad 7 ein.When the electromagnet 15 is switched off , the eddy currents are prevented, the compression spring 12 separates the friction partners and at the same time engages the tooth coupling 8 between the magnet armature rotor 9 and the impeller 7 .
Somit wird die Zuheizfunktion der zweiten, separaten Pumpenstufe komplett abgeschaltet und die separate zweite Pumpenstufe fördert zusammen mit dem Flügelrad 7 der ersten Pumpenstufe betriebswarmes Kühlmittel nun auch in den Heizkreislauf.The auxiliary heating function of the second, separate pump stage is thus completely switched off and the separate second pump stage, together with the impeller 7 of the first pump stage, now also delivers coolant that is at operating temperature into the heating circuit.
Beide Betriebszustände der erfindungsgemäßen Lösung ergänzen sich in idealer Weise, wobei aufgrund der erfindungsgemäßen Belegung der Bauteile mit Mehrfachfunktionen eine äußerst kompakte, hocheffiziente und kostengünstige Realisierung der Aufgabenstellung möglich wird, so daß mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei minimiertem Zusatzgewicht und minimiertem zusätzlichen Platzbedarf eine Kühlmittelpumpe bereitgestellt wird, die bei allen gegenwärtig üblichen Motoren eingesetzt werden kann, da der für Kühlmittelpumpen übliche, am Motorblock vorhandene Bauraum nicht überschritten wird.Both operating states of the solution according to the invention complement one another in ideally, due to the occupancy of the components according to the invention with multiple functions an extremely compact, highly efficient and Cost-effective implementation of the task becomes possible, so that by means of the device according to the invention with minimized additional weight and a coolant pump is provided to minimize the additional space required, which can be used with all currently common engines because of the for Coolant pumps do not have the usual space available on the engine block is exceeded.
Somit ist es mittels der vorliegenden Lösung gelungen, eine über eine Riemenscheibe angetriebene Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, die die Warmlaufphase des Motors bei verringertem Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert, sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste senkt, dabei gleichzeitig den Heizkomfort für die Fahrgastzelle unmittelbar nach dem Motorstart deutlich verbessert, zudem einfach, kompakt, bei minimiertem Zusatzgewicht und minimiertem zusätzlichen Platzbedarf kostengünstig herstellbar ist, wobei der gegenwärtig für Kühlmittelpumpen übliche, am Motorblock vorhandene Bauraum nicht überschritten wird.Thus, by means of the present solution, one over one Pulley driven coolant pump for internal combustion engines too Develop the engine's warm-up phase at a reduced level Fuel consumption significantly reduced, both pollutant emissions as well lowers frictional losses, while at the same time heating comfort for the Passenger cell significantly improved immediately after engine start, moreover simple, compact, with minimized additional weight and minimized additional Space requirement is inexpensive to manufacture, which is currently for Coolant pumps do not have the usual space available on the engine block is exceeded.
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