DE102005057712A1

DE102005057712A1 - Kühlmittel-Pumpenanordnung

Info

Publication number: DE102005057712A1
Application number: DE102005057712A
Authority: DE
Inventors: Albert Genster; Martin Harich; Barbu Frunzetti
Original assignee: Pierburg GmbH; Behr GmbH and Co KG; Behr Thermot Tronik GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH; Behr Thermot Tronik GmbH; Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2006-08-03

Abstract

Eine Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren weist eine Kühlmittelpumpe (10) und ein Thermostatventil (18) auf. Die Kühlmittelpumpe (10) und das Thermostatventil (18) sind in einem gemeinsamen Gehäuse (28) angeordnet. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Kühlmittelpumpe (10) wird die Strömung durch Vorsehen eines Verbindungselements (42) vergleichmäßigt. Hierzu ist das Verbindungselement (42) kegelstumpfförmig ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeugmotoren.

Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen weisen einen Kühlmittelkreislauf auf, wobei das Kühlmittel üblicherweise einen hohen Wasseranteil hat. Das Kühlmittel wird von einer Pumpe in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlelemente des Motors, beispielsweise einen Kühlmantel und durch einen Kühler gepumpt. Ferner weist die Kühlmittel-Pumpenanordnung ein Thermostatventil auf, um in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur das Kühlmittel durch den Kühler oder durch einen Bypass, d.h. nicht durch den Kühler, zu pumpen.

Sofern eine mechanische Pumpe vorgesehen ist, kann diese über einen Riementrieb oder dergleichen mit dem Kraftfahrzeugmotor verbunden sein. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Fördermenge der Pumpe abhängig ist von der Drehzahl des Kraftfahrzeuges und keine bedarfsgerechte Kühlung erfolgt. Um diesen Nachteil zu vermeiden ist es bekannt, drehzahlgeregelte elektrische Kühlmittelpumpen, die mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden sind, vorzusehen. Hierbei ist es jedoch erforderlich, die Kühlmittel-Pumpenanordnung bzw. den Kühlmittelkreislauf in der Art zu optimieren, dass ein möglichst hoher Wirkungsgrad des hydraulischen Systems erzielt wird, da ansonsten das Bordnetz zu sehr belastet würde.

Üblicherweise sind die elektrische Kühlmittelpumpe und das Thermostatventil über eine Rohrleitung oder einen Schlauch miteinander verbunden. Hierbei treten an den Verbindungsstellen Druckverluste auf, die zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führen.

Aus U.S. 2002/0073942 A1 ist es bekannt, eine elektrische Kühlmittelpumpe zusammen mit einem Thermostatventil in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass aufgrund der Anordnung des Thermostatventils in der Nähe der elektrischen Kühlmittelpumpe durch das Thermostat ungleichmäßige Strömungen erzeugt werden. Dies führt dazu, dass das Pumpenlaufrad ungleichmäßig angeströmt wird, so dass der Wirkungsgrad der Pumpe und somit der Gesamtwirkungsgrad des Systems sinkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den hydraulischen Wirkungsgrad einer Kühlmittel-Pumpenanordnung zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Kühlmittel-Pumpenanordnung weist eine vorzugsweise elektrische Kühlmittelpumpe auf. Die Kühlmittelpumpe weist einen Pumpenauslass auf, der mit dem Motor verbindbar ist. Ferner weist die Kühlmittelpumpe einen Pumpeneinlass auf, der mit einem der Kühlmittelpumpe unmittelbar vorgeschalteten Thermostatventil verbunden ist. Das Thermostatventil weist einen ersten mit einem Kühler verbindbaren Ventileinlass und einen zweiten mit einem Bypass verbindbaren Ventileinlass auf. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Thermostatventil und der Kühlmittelpumpe ein Verbindungselement, insbesondere ein Verbindungsstutzen vorgesehen, der in Strömungsrichtung sich verjüngend ausgebildet ist. Durch die erfindungsgemäß sich verjüngende Ausgestaltung des Verbindungselements erfolgt eine Vergleichmäßigung durch eine Beschleunigung der Strömung. Ferner wird eine insbesondere in Richtung eines Pumpenrads der Kühlmittelpumpe, fließende, gerichtete bzw. gleichmäßige Strömung erzeugt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass insbesondere ein Pumpenrad einer Kühlmittelpumpe derart angeströmt wird, dass die Kühlmittelpumpe mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann.

Vorzugsweise ist das Verbindungselement, bei dem es sich insbesondere um ein rohrförmiges Verbindungselement handelt, kegelstumpfförmig ausgebildet. Aufgrund einer konischen und insbesondere rotationssymmetrischen Ausbildung des Verbindungselements kann eine weitere Wirkungsgradverbesserung der Kühlmittelpumpe erzielt werden. Besonders bevorzugt ist es, dass sich das Verbindungselement vom Thermostatventilauslass zum Pumpeneinlass um einen Faktor von 1:2 verjüngt.

Besonders bevorzugt ist es, die Kühlmittelpumpe zusammen mit dem Thermostatventil in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen, um durch Verbindungsleitungen, insbesondere Verbindungsstellen auftretende Druckverluste im System zu vermeiden. Vorzugsweise ist auch das Verbindungselement Bestandteil des Gehäuses. Hierdurch ist die Montage vereinfacht und das Auftreten von Druckverlusten verringert.

Vorzugsweise liegt der Winkel zwischen einer Mittelachse des Ventilauslasses und einer Drehachse eines Pumpenrades im Bereich von 0 bis 90 Grad, besonders bevorzugt 0 bis 45 Grad und insbesondere 0 bis 30 Grad.

Ein Thermostat des Thermostatventils ist vorzugsweise im Bereich des Ventileinlasses angeordnet, so dass das Thermostatventil von dem vom Kühler kommenden Kühlmittel umströmt wird. Vorzugsweise ist hierbei der Winkel zwischen einer Mittelachse eines Einlassstutzens des Thermostatventils zu einer Mittelachse des Thermostats 0 bis 90 Grad, insbesondere 0 bis 45 Grad und besonders bevorzugt 0 bis 30 Grad.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Drehachse des Pumpenrads der Kühlmittelpumpe zur einer Mittelachse des Einlassstutzens des Thermostatventils 0 bis 90 Grad und besonders bevorzugt 0 bis 45 Grad beträgt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer Kühlmittel-Pumpenanordnung und
2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der Kühlmittel-Pumpenanordnung.
Die Kühlmittel-Pumpenanordnung weist eine Pumpe 10 auf, bei der es sich um eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einer Antriebseinheit 12 handelt, die eine Antriebswelle 14 aufweist, mit der ein Pumpenrad 16 verbunden ist. Ferner weist die Kühlmittel-Pumpenanordnung ein Thermostatventil 18 auf, das zwei Ventilteller 22, 24 aufweist. Ferner weist das Thermostatventil 18 Dehnstoffelement 26 auf, das über einen Bolzen 20 mit dem Ventilteller 22 und auf der gegenüberliegenden Seite unmittelbar mit dem Ventilteller 24 verbunden ist.
Erfindungsgemäß sind sowohl die Kühlmittelpumpe 10 als auch das Thermostatventil 18 in einem gemeinsamen Gehäuse 28 angeordnet. Das Gehäuse 28 weist einen Einlassstutzen 30 des Thermostatventils 18 auf. Der Einlass des Stutzen 30 bildet einen ersten Ventileinlass 32 aus, der mit einem Kühler verbunden ist. Ein Ventilauslass 34, der innerhalb des Gehäuses 28 angeordnet ist, kann je nach Stellung des Ventiltellers 24, dessen Lage von der Temperatur des Kühlmittels abhängig ist, geschlossen oder offen sein.
Entsprechend wird durch den zweiten, im dargestellten Ausführungsbeispiel kleineren Ventilteller 22 ein Einlassstutzen 36 bzw. ein durch den Einlassstutzen 36 gebildeter zweiter Ventileinlass 38 geöffnet oder geschlossen. Der zweite Ventileinlass 38 ist mit dem Bypass verbunden.
Das Dehnstoffelement 26 ist innerhalb einer Hülse 25 angeordnet und von einer Feder 29 umgeben. Die Feder 29 stützt sich an einem ringförmigen Haltelelement 27 ab, das über Stege 31 mit dem Gehäuse festverbunden ist. Da das Dehnstoffelement 26 innerhalb eines Mischraumes 40 angeordnet ist, wird der Ventilteller 24 in Abhängigkeit der in dem Mischraum 40 herrschenden Temperatur und in Abhängigkeit der Rückstellkraft der Feder 29 in 1 in Richtung eines Pfeils 33 bewegt.
Da der Ventilteller 22 über den Bolzen 20 und die Hülse 25 des Dehnstoffelementes 26 unmittelbar ebenfalls mit dem Dehnstoffelement 26 verbunden ist, verändert sich die Lage des Ventiltellers 22 ebenfalls in Abhängigkeit der in dem Mischraum 40 herrschender Temperatur. Der Bolzen 20 ist von einer Rückstellfeder 33 umgeben.
Bei relativ kühlem Kühlmittel wird dieses nicht durch den Kühler geleitet, so dass durch den Ventilteller 24 der Ventilauslass 34 verschlossen ist. In diesem Zustand strömt das Kühlmittel durch den Bypass in den zweiten Ventileinlass und gelangt in dem Mischraum 40. Aus dem Mischraum 40 strömt das Kühlmittel durch ein erfindungsgemäß kegelstumpfförmig ausgebildetes Verbindungselement 42 in Richtung des Pumpenrades 16. Durch das Pumpenrad 16 wird das Kühlmittel in ein Rohr 44 gefördert, wobei das Rohr 44 den Pumpenauslass 46 bildet. Ein Pumpeneinlass 45 ist unmittelbar vor dem Pumpenrad 16 zwischen dem kegelstumpfförmigen Verbindungselement 42 und dem Pumpenrad 16 ausgebildet. Durch das Rohr 44 wird das Kühlmittel zum Motor zurückgeleitet.
Sobald das Kühlmittel eine vorgegebene Temperatur überschreitet, werden die beiden Ventilteller 22,24 in 1 nach links bewegt, so dass zumindest ein Teil des Kühlmittels durch den Kühler geleitet wird. Das Kühlmittel gelangt sodann durch den Einlassstutzen 30 und den Thermostatventilauslass 34 in den Mischraum 40. Aus dem Mischraum 40 strömt das Kühlmittel durch das erfindungsgemäß kegelstumpfförmig ausgebildete Verbindungselement 42 in Richtung des Pumpenrades 16 und wird von diesem durch das Rohr 44 wieder zum Motor gefördert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Mittelachse 48 des Einlassstutzens 30 identisch mit der Mittelachse des Thermostatventils 18.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Mittelachse 48 auch um die Mittelachse des Ventilauslasses 34, die zu einer Drehachse 50 des Pumpenrades 16 einen Winkel von 90 ° aufweist.
Die Drehachse 50 entspricht im dargestellten Ausführungsbeispiel der Mittelachse bzw. Symmetrieachse des kegelstumpfförmigen Verbindungselements 42. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Achsen somit nicht nur entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform zueinander parallel, sondern fluchten miteinander.
Zusätzlich kann mit dem Gehäuse ein weiterer Einlassstutzen 52 verbunden sein. Der Einlassstutzen 52 ist mit dem Rücklauf der Kraftfahrzeug-Heizung verbunden.

Claims

Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren, mit – einer Kühlmittelpumpe (10) mit einem mit dem Kraftfahrzeug-Motor verbindbaren Pumpenauslass (46) und einem Pumpeneinlass (44), – einem der Kühlmittelpumpe (10) unmittelbar vorgeschalteten, mit dem Pumpeneinlass (44) verbundenen Thermostatventil (18), – einem mit einem Kühler verbindbaren ersten Ventileinlass (32) und einem mit einem Bypass verbindbaren zweiten Ventileinlass (38), dadurch gekennzeichnet, dass – ein Verbindungselement (42) zwischen dem Thermostatventil (18) und der Kühlmittelpumpe (10) in Strömungsrichtung sich verjüngend ausgebildet ist.
Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (42) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelachse (48) des Verbindungselements (42) im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse (50) eines Pumpenrades (16) verläuft.
Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (10) und das Thermostatventil (18) in einem gemeinsamen Gehäuse (28) angeordnet sind.
Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (42) Bestandteil des Gehäuses (28) ist.
Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen einer Mittelachse (48) des Ventilauslasses (34) und einer Drehachse (50) eines Pumpenrades (16) 0 bis 90 Grad beträgt.
Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dehnstoffelement (26) des Thermostatventils (18) in einer Mischkammer (40) angeordnet ist.
Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelachse (48) eines Einlassstutzens (30) des Thermostatventils (18) zu einer Mittelachse (50) der Mischkammer (40) einen Winkel von 0 bis 90 ° aufweist.
Kühlmittel-Pumpenanordnung für Kraftfahrzeug-Motoren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (50) des Pumpenrades (16) zu einer Mittelachse (48) des Einlassstutzens (30) des Thermostatventils (18) einen Winkel von 0 bis 90 ° aufweist.