DE102011079897A1 - Pump, particularly coolant pump, for cooling internal combustion engine of motor vehicle, has impeller arranged on pump shaft, where adjustable slider is displaced over impeller and regulates flow rate of pump - Google Patents

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Abstract

The pump (1) has an impeller (3) arranged on a pump shaft (2). An adjustable slider (4) is displaced over the impeller and regulates flow rate of the pump. A peripheral pump wheel of a peripheral pump (6) is provided for building a fluid pressure. The peripheral pump wheel is arranged on the pump shaft. A valve device (7) connects or separates a suction side and a pressure side of the peripheral pump, where the fluid pressure is controlled for adjusting the slider.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug, mit einem auf einer Pumpenwelle angeordneten Laufrad.The present invention relates to a pump, in particular a coolant pump in a motor vehicle, with an impeller arranged on a pump shaft.

Kühlmittelpumpen dienen in Kraftfahrzeugen üblicherweise der Steuerung eines Kühlmittelstroms zur Kühlung eines Verbrennungsmotors, wobei die Förderrate derartiger Kühlmittelpumpen in Abhängigkeit des Kühlbedarfs geregelt wird. So ist insbesondere während einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors eine Kühlung nicht nur nicht erforderlich, sondern sogar unerwünscht, da sie die Kaltstartphase verlängert und dadurch einen erhöhten Kraftstoffverbrauch sowie erhöhte Schadstoffemissionen erzeugt. Eine Regelung bzw. Steuerung der Förderrate der Kühlmittelpumpen erfolgt dabei üblicherweise über elektromagnetisch ansteuerbare Ventile oder Kupplungen oder andersartige Ventile.Coolant pumps are usually used in motor vehicles to control a coolant flow for cooling an internal combustion engine, the delivery rate of such coolant pumps being regulated as a function of the cooling requirement. Thus, especially during a cold start phase of the engine cooling not only not required, but even undesirable because it extends the cold start phase, thereby generating increased fuel consumption and increased pollutant emissions. A regulation or control of the delivery rate of the coolant pump is usually carried out via electromagnetically controllable valves or couplings or other types of valves.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Pumpe, insbesondere für eine Kühlmittelpumpe, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere kompakt baut.The present invention is concerned with the problem of providing for a pump, in particular for a coolant pump, an improved embodiment which is particularly compact.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Pumpe, insbesondere bei einer Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug, mit einem auf einer Pumpenwelle angeordneten Laufrad einen verstellbaren Schieber vorzusehen, der über das Laufrad verschoben werden kann und dadurch eine Förderrate der Pumpe regelt. Erfindungsgemäß ist nun zusätzlich auf der Pumpenwelle der Pumpe ein Peripheralpumpenrad einer Peripheralpumpe angeordnet, die zum Aufbau eines den Schieber steuernden Fluiddrucks dient. Zwischen einer Saugseite und einer Druckseite der Peripheralpumpe ist dabei eine Ventileinrichtung angeordnet, die die Saugseite und die Druckseite voneinander trennt bzw. miteinander verbindet und dadurch den von der Peripheralpumpe aufbaubaren Fluiddruck zum Verstellen des Schiebers steuert. Der Vorteil der Peripheralpumpe liegt darin, dass diese Art Pumpe die Ausnutzung der Vorteile der Strömungsmaschinen in Kombination mit denen der Verdrängermaschinen erlaubt, wodurch bei relativ niedrigen Drehzahlen verhältnismäßig hohe Drücke erzeugt werden können und diese Pumpenart relativ verschleißarm ist. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe kann zum Verstellen des die Förderrate der Pumpe regelnden Überdrucks die Rotationsenergie der Pumpenwelle der Pumpe genutzt werden, da diese nicht nur das Laufrad, das heißt das Pumpenrad zur Förderung von bspw. Kühlmittel trägt, sondern zugleich auch ein entsprechendes Peripheralpumpenrad der Peripheralpumpe, die denjenigen Fluiddruck aufbaut, mit welchem der Schieber verstellt wird. Durch die erfindungsgemäß positionierte Ventileinrichtung kann somit bspw. während einer Kaltstartphase eines Verbrennungsmotors die Saugseite von der Druckseite der Peripheralpumpe getrennt werden, so dass die Peripheralpumpe einen Druck aufbaut, der den Schieber in seine Schließstellung verstellt. Bei zunehmender Dauer der Kaltstartphase, das heißt bei zunehmender Erwärmung des Verbrennungsmotors, kann die Ventileinrichtung sukzessive geöffnet werden, wodurch eine zunehmende Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite der Peripheralpumpe erfolgt und dadurch der von der Peripheralpumpe erzeugte Fluiddruck zunehmend absinkt. Das bedeutet dass die Ventileinrichtung zusätzlich wie ein Druckbegrenzungsventil für die Peripheralpumpe arbeitet bzw. wirkt, um Schäden an den Pumpen zu vermeiden.The present invention is based on the general idea, in a pump, in particular in a coolant pump in a motor vehicle, with an impeller arranged on a pump shaft to provide an adjustable slide which can be moved over the impeller and thereby regulates a delivery rate of the pump. According to the invention, a peripheral impeller of a peripheral pump is now additionally arranged on the pump shaft of the pump, which serves to build up a fluid pressure controlling the slide. Between a suction side and a pressure side of the peripheral pump while a valve device is arranged, which separates the suction side and the pressure side from each other or together, thereby controlling the aufbaubar of the peripheral pump fluid pressure for adjusting the slide. The advantage of the peripheral pump is that this type of pump allows the advantages of turbomachines in combination with those of the positive displacement machines, whereby at relatively low speeds relatively high pressures can be generated and this type of pump is relatively low wear. In the case of the pump according to the invention, the rotational energy of the pump shaft of the pump can be used to adjust the pumping rate of the pump, since this not only carries the impeller, that is to say the impeller for conveying, for example, coolant, but at the same time also a corresponding peripheral impeller of the peripheral pump , which builds up the fluid pressure with which the slide is adjusted. Thus, for example, during a cold start phase of an internal combustion engine, the suction side can be separated from the pressure side of the peripheral pump by the valve device positioned according to the invention, so that the peripheral pump builds up a pressure which adjusts the slide into its closed position. With increasing duration of the cold start phase, that is, with increasing heating of the internal combustion engine, the valve device can be successively opened, whereby an increasing connection between the pressure side and the suction side of the peripheral pump takes place and thereby the peripheral pressure generated by the peripheral pump decreases progressively. This means that the valve device also works like a pressure relief valve for the peripheral pump or acts to prevent damage to the pump.

Durch das Absinken des Fluiddrucks verstellt sich der über den Fluiddruck der Peripheralpumpe gesteuerte Schieber in seine Öffnungsstellung, wodurch das Pumpenrad der Pumpe zunehmend mehr Fluid, das heißt zunehmend mehr Kühlmittel fördert und dadurch den stetig steigenden Kühlbedarf des Verbrennungsmotors befriedigt. Durch die ebenfalls auf der Pumpenwelle der Pumpe angeordnete Peripheralpumpe kann somit die Rotationsenergie der Pumpenwelle zugleich zum Aufbau eines den Schieber und damit die Förderrate der Pumpe steuernden Fluiddrucks verwendet werden, so dass weitere, aufwendige und teure Stelleinrichtungen entfallen können.Due to the decrease in the fluid pressure, the valve controlled via the fluid pressure of the peripheral pump shifts into its open position, as a result of which the pump wheel of the pump increasingly delivers more fluid, that is, increasingly more coolant, thereby satisfying the ever-increasing cooling requirement of the internal combustion engine. By virtue of the peripheral pump, which is likewise arranged on the pump shaft of the pump, the rotational energy of the pump shaft can thus also be used to build up a fluid pressure controlling the slide and thus the delivery rate of the pump, so that further, expensive and expensive adjusting devices can be dispensed with.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Pumpe mit geöffnetem Schieber, 1 a sectional view through a pump according to the invention with open slide,

2 eine Schnittdarstellung wie in 1, jedoch bei geschlossenem Schieber. 2 a sectional view as in 1 , but with the slider closed.

Entsprechend den 1 und 2, weist eine Pumpe 1, die bspw. als Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein kann, eine Pumpenwelle 2 auf, auf welchem drehfest ein Laufrad 3, auch Pumpenrad genannt, angeordnet ist. Das Laufrad 3 fördert durch eine Drehbewegung um eine Achse der Pumpenwelle 2 ein Fluid, bspw. ein Kühlmittel. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Pumpe 1 einen verstellbaren Schieber 4 auf, der hülsenartig über das Laufrad 3 geschoben werden kann und dadurch einen Auslass mehr oder weniger verschließt und eine Förderrate der Pumpe 1 regelt. Der Schieber 4 ist dabei in Axialrichtung der Pumpe 1 verschiebbar. Ebenfalls auf der Pumpenwelle 2 angeordnet ist ein Peripheralpumpenrad 5 einer Peripheralpumpe 6 zum Aufbau eines den Schieber 4 steuernden, das heißt verstellenden, Fluiddrucks. Zusätzlich ist eine Ventileinrichtung 7 vorgesehen, die eine Saugseite und eine Druckseite der Peripheralpumpe 6 voneinander trennt oder miteinander verbindet und dadurch den von der Peripheralpumpe 6 aufbaubaren Fluiddruck zum Verstellen des Schiebers 4 steuert. Die Ventileinrichtung 7 kann dabei bspw. als elektrisch betätigbares Magnetventil (Solenoidventil) ausgebildet sein. Die Ventileinrichtung 7 kann dabei selbstverständlich nicht nur zwei Extremalstellungen (offen und zu) aufweisen, sondern auch beliebige Zwischenstellungen.According to the 1 and 2 , has a pump 1 , which may be formed, for example, as a coolant pump in a motor vehicle, a pump shaft 2 on which rotatably an impeller 3 , also called impeller, is arranged. The impeller 3 promotes by a rotational movement about an axis of the pump shaft 2 a fluid, for example a coolant. In addition, the pump according to the invention 1 an adjustable slider 4 on, the sleeve-like over the impeller 3 can be pushed and thereby more or less closes an outlet and a delivery rate of the pump 1 regulates. The slider 4 is in the axial direction of the pump 1 displaceable. Also on the pump shaft 2 arranged is a Peripheralpumpenrad 5 a peripheral pump 6 to build a slide 4 controlling, that is adjusting, fluid pressure. In addition, a valve device 7 provided, which has a suction side and a pressure side of the peripheral pump 6 separates or connects to each other and thereby from the peripheral pump 6 buildable fluid pressure to adjust the slider 4 controls. The valve device 7 may be formed, for example, as an electrically actuated solenoid valve (solenoid valve). The valve device 7 Of course, not only can it have two extreme positions (open and closed), but also arbitrary intermediate positions.

Die erfindungsgemäße Pumpe 1 funktioniert dabei als Kühlmittelpumpe bei einem Verbrennungsmotor wie folgt: Während einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors, bei dem eine möglichst rasche Erwärmung desselben erwünscht wird, soll die Pumpe 1 kein Kühlmittel zum Verbrennungsmotor fördern und dadurch die Kaltstartphase verkürzen. Während der Kaltstartphase trennt somit die Ventileinrichtung 7 die Druckseite von der Saugseite der Peripheralpumpe 6, wodurch diese einen Fluiddruck aufbaut, der dann zum Verstellen des Schiebers 4 in seine geschlossene Stellung führt. Der durch die Peripheralpumpe 6 aufgebaute Fluiddruck wirkt dabei einer Feder 8, die Bestandteil einer Sicherheitseinrichtung ist, entgegen. Durch den Umstand, dass der Schieber 4 den Auslass des Laufrads 3 verschließt, wird von der Pumpe 1 kein Kühlmittel zum Verbrennungsmotor gefördert, wodurch dieser schneller auf Betriebstemperatur erwärmt und dessen Kaltstartphase verkürzt wird. Dies ist insbesondere im Hinblick auf einen Kraftstoffverbrauch und im Hinblick auf Stickoxidemissionen von großem Vorteil. Mit zunehmender Erwärmung des Verbrennungsmotors öffnet die Ventileinrichtung 7 eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Saugseite und der Druckseite der Peripheralpumpe 6, so dass der von dieser erzeugte Fluiddruck absinkt. Dies bewirkt ein langsames Verstellen des Schiebers 4 in dessen Öffnungsstellung, wodurch die Pumpe 1 Kühlmittel zum Verbrennungsmotor fördert und diesen dadurch kühlt. Die Feder 8 ist dabei Bestandteil einer Sicherheitseinrichtung, die beim Ausfall der Peripheralpumpe 6 oder der Ventileinrichtung 7 den Schieber 4 derart verstellt, dass die Pumpe 1 die maximale Förderrate und damit die maximale Kühlleistung erbringt.The pump according to the invention 1 works as a coolant pump in an internal combustion engine as follows: During a cold start phase of the internal combustion engine, in which the fastest possible heating of the same is desired, the pump should 1 do not deliver coolant to the engine and thereby shorten the cold start phase. During the cold start phase thus separates the valve device 7 the pressure side from the suction side of the peripheral pump 6 , whereby this builds up a fluid pressure, which then for adjusting the slider 4 leads to its closed position. The by the peripheral pump 6 built-up fluid pressure acts a spring 8th which is part of a safety device. By the circumstance that the slider 4 the outlet of the impeller 3 closes, is from the pump 1 no coolant is conveyed to the internal combustion engine, whereby it is heated to operating temperature faster and its cold start phase is shortened. This is particularly advantageous with regard to fuel consumption and with regard to nitrogen oxide emissions. With increasing warming of the internal combustion engine, the valve device opens 7 a fluidic connection between the suction side and the pressure side of the peripheral pump 6 , so that the fluid pressure generated by this decreases. This causes a slow adjustment of the slider 4 in its open position, causing the pump 1 Promotes coolant to the engine and thereby cools it. The feather 8th is part of a safety device, which in case of failure of the peripheral pump 6 or the valve device 7 the slider 4 adjusted so that the pump 1 the maximum delivery rate and thus the maximum cooling capacity provides.

Zusätzlich kann die Ventileinrichtung 7 einen mittels einer Feder 8' vorgespannten Ventilteller 9 aufweisen, wobei die Feder 8' bei unbetätigter Ventileinrichtung 7 den Ventilteller 9 in eine Öffnungsstellung vorspannt. Das Laufrad 3 und das Peripheralpumpenrad 5 sind vorzugsweise in einen gemeinsamen Fluidkreislauf, insbesondere in einen gemeinsamen Kühlkreislauf, eingebunden. In diesem Fall ist das von der Peripheralpumpe 6 geförderte Fluid und das von der Pumpe 1 geförderte Fluid Kühlmittel.In addition, the valve device 7 one by means of a spring 8th' preloaded valve disc 9 have, wherein the spring 8th' with unconfirmed valve device 7 the valve plate 9 biased in an open position. The impeller 3 and the peripheral impeller 5 are preferably integrated in a common fluid circuit, in particular in a common cooling circuit. In this case, this is from the peripheral pump 6 pumped fluid and that of the pump 1 funded fluid coolant.

Mit der erfindungsgemäßen Pumpe 1 ist es möglich, die Rotationsenergie der Pumpenwelle 2 der Pumpe 1 zugleich zur Erzeugung eines den Schieber 4 verstellenden Fluiddrucks mittels der Peripheralpumpe 6 zu nutzen, so dass separate druckerzeugende Einrichtungen entfallen können. Durch die Ventileinrichtung 7 ist zudem eine einfache aber besonders wirkungsvolle Steuerung des Schiebers 4 über den in der Peripheralpumpe 6 herrschenden Fluiddruck möglich. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, dass die derart konzipierte Pumpe 1 kompakt baut.With the pump according to the invention 1 is it possible to increase the rotational energy of the pump shaft 2 the pump 1 at the same time to produce a slide 4 adjusting fluid pressure by means of the peripheral pump 6 to use, so that separate pressure generating devices can be omitted. Through the valve device 7 is also a simple but particularly effective control of the slide 4 about in the peripheral pump 6 prevailing fluid pressure possible. Of particular advantage is also that the pump designed in this way 1 compact builds.

Die Ventileinrichtung 7 kann ein elektronisch gesteuertes Magnetventil oder ein anderes gesteuertes Ventil sein. Die Vorgaben der Steuerung können in der Motorelektronik als Kennfeld fest gelegt sein. Das bedeutet, dass je nach Betriebszustand des Motors die Ventileinrichtung 7 angesteuert wird und dadurch betätigt wird.The valve device 7 may be an electronically controlled solenoid valve or other controlled valve. The specifications of the controller can be set in the engine electronics as a map. This means that depending on the operating condition of the engine, the valve device 7 is controlled and thereby actuated.

Claims (8)

Pumpe (1), insbesondere eine Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug, mit – einem auf einer Pumpenwelle (2) angeordneten Laufrad (3), – einem verstellbaren Schieber (4), der über das Laufrad (3) verschoben werden kann und dadurch eine Förderrate der Pumpe (1) regelt, – einem ebenfalls auf der Pumpenwelle (2) angeordneten Peripheralpumpenrad einer Peripheralpumpe (6) zum Aufbau eines den Schieber (4) steuernden Fluiddrucks, – mit einer Ventileinrichtung (7), die eine Saugseite und eine Druckseite der Peripheralpumpe (6) voneinander trennt oder verbindet und dadurch den von der Peripheralpumpe (6) aufbaubaren Fluiddruck zum Verstellen des Schiebers (4) steuert.Pump ( 1 ), in particular a coolant pump in a motor vehicle, with - one on a pump shaft ( 2 ) arranged impeller ( 3 ), - an adjustable slide ( 4 ), via the impeller ( 3 ) and thereby a delivery rate of the pump ( 1 ), - one also on the pump shaft ( 2 ) arranged Peripheral Pumpenrad a peripheral pump ( 6 ) for building a slide ( 4 ) controlling fluid pressure, - with a valve device ( 7 ), which have a suction side and a pressure side of the peripheral pump ( 6 ) separates or connects and thereby separates from the peripheral pump ( 6 ) buildable fluid pressure for adjusting the slide ( 4 ) controls. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (7) ein elektrisch betätigbares Magnetventil aufweist. Pump according to claim 1, characterized in that the valve device ( 7 ) has an electrically actuated solenoid valve. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Ventileinrichtung (7) einen mittels einer Feder (8') vorgespannten Ventilteller (9) aufweist, wobei die Feder (8') bei unbetätigter Ventileinrichtung (7) den Ventilteller (9) in eine Öffnungsstellung vorspannt.Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the valve device ( 7 ) one by means of a spring ( 8th' ) preloaded valve disc ( 9 ), wherein the spring ( 8th' ) with unconfirmed valve device ( 7 ) the valve plate ( 9 ) is biased in an open position. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (3) und das Peripheralpumpenrad (5) in einen gemeinsamen Fluidkreislauf eingebunden sind.Pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the impeller ( 3 ) and the peripheral impeller ( 5 ) are integrated in a common fluid circuit. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Peripheralpumpe (6) geförderte Fluid und das von der Pumpe (1) geförderte Fluid Kühlmittel ist.Pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the of the peripheral pump ( 6 ) conveyed fluid and that of the pump ( 1 ) is funded fluid coolant. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Feder (8) als Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, die beim Ausfall der Peripheralpumpe (6) den Schieber (4) derart verstellt, dass die Pumpe (1) die maximale Förderrate erbringt.Pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that a further spring ( 8th ) is provided as a safety device, which in case of failure of the peripheral pump ( 6 ) the slider ( 4 ) adjusted so that the pump ( 1 ) yields the maximum production rate. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Schieber (4) als Verstellhülse ausgebildet ist, die in Axialrichtung über das Laufrad (3) verschiebbar ist.Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustable slide ( 4 ) is designed as an adjusting sleeve, which in the axial direction on the impeller ( 3 ) is displaceable. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) als Kühlmittelpumpe zum Umwälzen eines Kühlmittels für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.Pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pump ( 1 ) is designed as a coolant pump for circulating a coolant for an internal combustion engine of a motor vehicle.
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