DE102013007332A1 - pump - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe (10) mit einem Eingang (12) zum Ansaugen einer Flüssigkeit, einen Ausgang (13) zum Abgeben der angesaugten Flüssigkeit, einem einstellbaren Querschnittverringerungsmittel (19) und einem Einstellmittel (20–23). Mit dem Querschnittverringerungsmittel (19) kann ein von der Flüssigkeit durchströmbarer Querschnitt des Ausgangs (13) eingestellt werden. Das Einstellmittel (20–23) ist zum Einstellen des Querschnitts mit dem Querschnittverringerungsmittel (19) gekoppelt. Das Einstellmittel (20–23) ist mit dem Eingang (12) und dem Ausgang (13) verbunden und steuert das Querschnittverringerungsmittel (19) mit einer Kraft an, welche aus einer Druckdifferenz der Flüssigkeit zwischen dem Eingang (12) und dem Ausgang (13) resultiert.The present invention relates to a pump (10) having an inlet (12) for sucking in a liquid, an outlet (13) for discharging the sucked in liquid, an adjustable cross section reducing means (19) and an adjusting means (20-23). A cross section of the outlet (13) through which the liquid can flow can be set with the cross section reducing means (19). The adjusting means (20-23) is coupled to the cross-sectional reducing means (19) for adjusting the cross section. The adjusting means (20-23) is connected to the inlet (12) and the outlet (13) and controls the cross-section reducing means (19) with a force which results from a pressure difference of the liquid between the inlet (12) and the outlet (13 ) results.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Kühlwasserpumpe für einen Verbrennungsmotor. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Pumpe, bei welcher eine Fördermenge der Pumpe unabhängig von einem Antrieb eines Flügelrads der Pumpe verringert werden kann.The present invention relates to a pump, in particular a cooling water pump for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to a pump in which a delivery rate of the pump can be reduced independently of a drive of an impeller of the pump.
Bei Verbrennungsmotoren für beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, welche einen Kühlmittelkreislauf zum Kühlen des Verbrennungsmotors umfassen, wird das Kühlmittel üblicherweise durch eine Drehzahl-synchron angetriebene Wasserpumpe im Betrieb des Verbrennungsmotors umgewälzt. Dementsprechend ist auch der Kühlmitteldurchsatz durch die Pumpe und den Motor etwa Drehzahl-synchron. Die dabei umgewälzte Kühlmittelmenge ist im Wesentlichen auf eine ausreichende Kühlung bei betriebswarmem Motor, hohen Außentemperaturen und hoher Last ausgelegt. Bei einem Kaltstart liegt die umgewälzte Kühlmittelmenge deutlich über dem Bedarf, sodass der Warmlauf des Motors durch unnötige Wärmeabfuhr verzögert wird. Bei modernen Vebrennungsmotoren werden daher sogenannte Wärmemanagement-Maßnahmen eingesetzt, um den Kraftstoffverbrauch insbesondere in der Warmlaufphase zu verringern. Eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels und des Motors und damit auch Motorbauteiltemperaturen sowie das Anheben der Thermostatöffnungstemperatur in der Teillast sind geeignete Mittel, um Kraftstoffverbrauchsverbesserungen zu realisieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Kühlmitteldurchsatz durch den Motor im Warmlauf in weiten Bereichen zu variieren. Hierzu kann beispielsweise die Fördermenge der Kühlmittelpumpe verringert werden.In internal combustion engines for, for example, passenger cars or trucks, which comprise a coolant circuit for cooling the internal combustion engine, the coolant is usually circulated by a speed-synchronously driven water pump during operation of the internal combustion engine. Accordingly, the coolant flow rate through the pump and the engine is about speed-synchronous. The amount of coolant circulated is essentially designed for sufficient cooling when the engine is warm, with high outside temperatures and high loads. In the case of a cold start, the amount of coolant circulated is significantly above the demand, so that the warm-up of the engine is delayed by unnecessary heat dissipation. In modern combustion engines therefore so-called thermal management measures are used to reduce fuel consumption, especially in the warm-up phase. Rapid heating of the coolant and engine, and thus also engine component temperatures, as well as raising the thermostat opening temperature in the partial load are suitable means to realize fuel consumption improvements. Another possibility is to vary the coolant flow rate through the engine during warm-up in wide ranges. For this purpose, for example, the flow rate of the coolant pump can be reduced.
In diesem Zusammenhang offenbart die
Die
Die
Wie aus der vorhergehenden Zusammenfassung des Standes der Technik ersichtlich ist, sind verschiedene Ansätze für steuerbare oder abschaltbare Wasserpumpen bekannt. Diese Ansätze können jedoch Probleme mit sich bringen, beispielsweise kann eine elektrische Wasserpumpe erhebliche Kosten verursachen und eine mittels Kupplung angesteuerte Wasserpumpe kann einen hohen Verschleiß der Kupplung aufgrund der hohen Drehzahlen und dynamischen Lasten aufweisen. Ansätze, bei welchen ein Kühlmittelkanal mittels Klappe oder Schieber verringert wird oder abgesperrt wird, wobei die Klappe oder der Schieber von außen beispielsweise mittels einer Unterdruckdose oder einer sonstigen Steuerung angesteuert wird, benötigen üblicherweise Schaltwellen, welche beispielsweise durch ein Pumpengehäuse verlaufen, wodurch eine zusätzliche Leckagegefahr besteht. Eine weitere Steuerung der Pumpleistung kann beispielsweise durch Übertopfen des Flügelrades der Pumpe erfolgen, was jedoch eine Mikropumpe und einen Druckspeicher erfordern kann.As can be seen from the previous summary of the prior art, various approaches to controllable or disconnectable water pumps are known. However, these approaches can present problems, such as an electric water pump can cause significant costs, and a clutch driven water pump can have high clutch wear due to high speeds and dynamic loads. Approaches in which a coolant channel is reduced or shut off by means of flap or slide, wherein the flap or the slider is controlled from the outside, for example by means of a vacuum box or other control, usually require switching shafts, which extend for example through a pump housing, whereby an additional risk of leakage exists. A further control of the pump power can be done, for example, by topping the impeller of the pump, but this may require a micropump and a pressure accumulator.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte steuerbare oder abschaltbare Kühlmittelpumpe für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen.The object of the present invention is therefore to provide an improved controllable or disconnectable coolant pump for an internal combustion engine.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Pumpe nach Anspruch 1, eine Pumpe nach Anspruch 7, eine Pumpe nach Anspruch 8 und einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.According to the present invention, this object is achieved by a pump according to claim 1, a pump according to claim 7, a pump according to claim 8 and an internal combustion engine according to
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpe bereitgestellt, welche mindestens einen Eingang zum Ansaugen einer Flüssigkeit und mindestens einen Ausgang zum Abgeben der angesaugten Flüssigkeit umfasst. Die Pumpe umfasst ferner ein einstellbares Querschnittsverringerungsmittel, mit welchem ein von der Flüssigkeit durchströmbarer Querschnitt am Ausgang einstellbar ist. Weiterhin umfasst die Pumpe ein Einstellmittel, welches mit dem Querschnittverringerungsmittel gekoppelt ist, um den von der Flüssigkeit durchströmbaren Querschnitt einzustellen. Das Einstellmittel ist mit dem Eingang und dem Ausgang der Pumpe verbunden und steuert das Querschnittverringerungsmittel mittels einer Kraft an, welche aus einer Druckdifferenz der Flüssigkeit zwischen dem Eingang und dem Ausgang resultiert.According to the present invention, a pump is provided which comprises at least one inlet for aspirating a liquid and at least one outlet for dispensing the aspirated liquid. The pump further comprises an adjustable cross-sectional reduction means with which a cross-section through which the liquid can flow is adjustable at the outlet. Furthermore, the pump comprises an adjusting means which is coupled to the cross-section reducing means in order to adjust the cross-section through which the liquid can flow. The adjusting means is connected to the inlet and the outlet of the pump and controls the cross-section reducing means by means of a force resulting from a pressure difference of the liquid between the inlet and the outlet.
Das Querschnittverringerungsmittel kann beispielsweise eine Klappe oder einen Schieber am Ausgang der Pumpe umfassen, wodurch ein Querschnitt eines Ausgangskanals am Ausgang der Pumpe verändert werden kann. Das Querschnittverringerungsmittel kann zur Verringerung des Querschnitts bis hin zum kompletten Versperren des Ausgangs ausgestaltet sein. Das Querschnittverringerungsmittel wird von dem Einstellmittel beispielsweise über eine Mechanik angesteuert, welche in dem Pumpengehäuse angeordnet ist. Das Einstellmittel kann beispielsweise ein Kolben sein, welcher in einem Zylinder verschiebbar angeordnet ist und welcher an der einen Seite mit Druck der Flüssigkeit von dem Ausgang der Pumpe beaufschlagt wird und an der anderen Seite mit Druck der Flüssigkeit von dem Eingang der Pumpe beaufschlagt wird. Zusätzlich kann das Einstellmittel mit einer Feder vorgespannt sein. In Abhängigkeit der unterschiedlichen Drücke am Eingang und am Ausgang kann der Kolben des Einstellmittels verschoben werden und über die mechanische Kopplung das Querschnittverringerungsmittel betätigen. Somit wird die Kraft zum Ansteuern des Querschnittverringerungsmittels aus den unterschiedlichen Drücken in der Pumpe erzeugt. Die Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang kann beispielsweise über einen Kurzschlusskanal, wie nachfolgend beschrieben, verändert werden, sodass mit einer verhältnismäßig kleinen Steuergröße das Einstellmittel bewegt werden kann, um mithilfe der Druckdifferenz eine geeignete Kraft zum Ansteuern des Querschnittverringerungsmittels bereitzustellen. Die gesamte Anordnung kann beispielsweise innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet werden, sodass eine Leckagegefahr verringert werden kann. Außerdem ist keine Zuführung einer großen externen Energie erforderlich, um das Querschnittverringerungsmittel zu betätigen, da die dazu notwendige Energie oder Kraft mithilfe des Einstellmittels aus der von der Pumpe erzeugten Druckdifferenz erzeugt wird.The cross-section reducing means may, for example, comprise a flap or gate at the outlet of the pump, whereby a cross-section of an outlet channel at the outlet of the pump may be changed. The cross-section reduction means can be designed to reduce the cross-section up to the complete blocking of the output. The cross-section reducing means is driven by the adjusting means, for example via a mechanism which is arranged in the pump housing. The adjusting means may for example be a piston, which is arranged displaceably in a cylinder and which is acted upon on one side with pressure of the liquid from the outlet of the pump and on the other side with pressure of the liquid from the input of the pump is applied. In addition, the adjustment means may be biased by a spring. Depending on the different pressures at the inlet and at the outlet, the piston of the adjusting means can be displaced and actuate the cross-section reduction means via the mechanical coupling. Thus, the force for driving the cross-section reducing means is generated from the different pressures in the pump. The pressure difference between the input and the output may be varied, for example, via a short-circuit channel, as described below, so that with a relatively small control variable, the adjusting means can be moved to provide a suitable force for driving the cross-section reducing means by means of the pressure difference. The entire arrangement can be arranged, for example, within the pump housing, so that a risk of leakage can be reduced. In addition, no supply of a large external energy is required to operate the cross-section reducing means, since the necessary energy or force is generated by means of the adjusting means from the pressure difference generated by the pump.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Pumpe einen Kurzschlusskanal, welcher den Eingang mit dem Ausgang verbindet, und ein steuerbares Kurzschlussventil, welches den Kurzschlusskanal wahlweise öffnet oder verschließt. Ein derartiger Kurzschlusskanal wird auch als Bypass bezeichnet. Mithilfe des Kurzschlusskanals kann bei geöffnetem Kurzschlussventil die Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang erheblich verringert werden. Bei geschlossenem Kurzschlussventil besteht hingegen ein erheblicher Druckunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang. Diese unterschiedlichen Druckzustände können von dem Einstellmittel verwendet werden, um das Querschnittsverringerungsmittel anzusteuern. Zum Ansteuern des Kurzschlussventils ist hingegen nur eine verhältnismäßig geringe Kraft erforderlich. Anders ausgedrückt werden die Druckverhältnisse der Pumpe am Eingang und am Ausgang durch Herstellen oder Unterbrechen einer Kurzschlussströmung oder Bypassströmung über das Kurzschlussventil variiert und diese unterschiedlichen Druckunterschiede mithilfe des Einstellmittels zum Verstellen des Querschnittverringerungsmittels verwendet. Das Kurzschlussventil benötigt zur Ansteuerung verglichen mit dem Querschnittverringerungsmittel nur eine verhältnismäßig geringe Kraft, welche beispielsweise elektromagnetisch oder thermomechanisch bereitgestellt werden kann. Dadurch kann eine kostengünstige und einfache Ansteuerung des Querschnittverringerungsmittels realisiert werden.According to one embodiment, the pump comprises a short-circuit channel which connects the input to the output, and a controllable short-circuit valve which selectively opens or closes the short-circuit channel. Such a short-circuit channel is also referred to as a bypass. With the help of the short-circuit channel, the pressure difference between input and output can be considerably reduced when the short-circuit valve is open. When the short-circuit valve is closed, however, there is a considerable pressure difference between the input and the output. These different pressure states may be used by the adjustment means to drive the cross-sectional reduction means. For driving the short-circuit valve, however, only a relatively small force is required. In other words, the pressure ratios of the pump at the input and the output are varied by making or breaking a short-circuit flow or bypass flow across the short-circuit valve, and using these different pressure differentials by means of the adjusting means for adjusting the cross-section decreasing means. The short-circuit valve requires only a relatively small force to drive compared with the cross-section reduction means, which can be provided, for example, electromagnetically or thermomechanically. As a result, an inexpensive and simple control of the cross-section reduction means can be realized.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Pumpe eine elektromagnetische Ansteuerung für die Ansteuerung des Kurzschlussventils. Die elektromagnetische Ansteuerung umfasst ein ferromagnetisches Element und eine elektrische Spule. Das ferromagnetische Element ist mit einem Verschlussteil des Kurzschlussventils, beispielsweise über eine Verbindungsstange mit einem Ventilteller des Kurzschlussventils, gekoppelt. Das ferromagnetische Element ist ebenso wie das Verschlussteil des Kurzschlussventils innerhalb eines von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuseteils der Pumpe angeordnet. Die elektrische Spule ist hingegen außerhalb des von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuseteils angeordnet. Dadurch ist kein Durchbruch in dem Gehäuse zum Ansteuern des Kurzschlussventils erforderlich. Das Kurzschlussventil kann beispielsweise zusätzlich ein Vorspannelement, beispielsweise eine Feder, umfassen, welche das Verschlussteil beispielsweise gegen einen Ventilsitz des Kurzschlussventils drängt. Durch Bestromung der elektrischen Spule kann das ferromagnetische Element von der elektrischen Spule angezogen werden, wodurch das Verschlussteil gegen die Vorspannung des Vorspannelements bewegt wird und somit den Kurzschlusskanal öffnet. Wie zuvor beschrieben ändern sich durch das Öffnen des Kurzschlusskanals die Druckverhältnisse zwischen Eingang und Ausgang der Pumpe, wodurch mithilfe des Einstellmittels das Querschnittsverringerungsmittel betätigt werden kann, um den Querschnitt am Ausgang der Pumpe einzustellen, um beispielsweise bei bestromter Spule den Querschnitt am Ausgang zu verringern oder zu verschließen. Somit kann mit einer verhältnismäßig kleinen Steuergröße durch Ausnutzen der von der Pumpe bereitgestellten hydraulischen Kräfte das Querschnittverringerungsmittel betätigt werden.According to one embodiment, the pump comprises an electromagnetic drive for the control of the short-circuit valve. The electromagnetic drive comprises a ferromagnetic element and an electrical coil. The Ferromagnetic element is coupled to a closure part of the short-circuit valve, for example via a connecting rod with a valve disc of the short-circuit valve. The ferromagnetic element, like the closure part of the short-circuit valve, is arranged inside a housing part of the pump through which the liquid flows. The electric coil is, however, arranged outside of the flow-through by the liquid housing part. As a result, no breakthrough in the housing for driving the short-circuit valve is required. The short-circuit valve may, for example, additionally comprise a biasing element, for example a spring, which urges the closure part against a valve seat of the short-circuit valve, for example. By energizing the electrical coil, the ferromagnetic element can be attracted by the electrical coil, whereby the closure member is moved against the bias of the biasing member and thus opens the short-circuit channel. As described above, opening the short-circuit channel changes the pressure ratios between the inlet and outlet of the pump, whereby the cross-sectional reduction means can be actuated by means of the adjustment means to adjust the cross-section at the outlet of the pump, for example, to reduce the cross-section at the outlet when the coil is energized to close. Thus, with a relatively small control amount, by utilizing the hydraulic forces provided by the pump, the cross-sectional reduction means can be actuated.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Pumpe ein thermomechanisches Element zum Ansteuern des Kurzschlussventils. Das thermomechanische Element ist mit einem Verschlussteil des Kurschlussventils gekoppelt und steuert das Verschlussteil mittels einer temperaturabhängigen Veränderung einer Abmessung des thermomechanischen Elements an. Das thermomechanische Element kann beispielsweise ein Thermostat sein, bei welchem durch Erwärmung ein Stift ausfährt, welcher das Verschlussteil des Kurzschlussventils betätigt. Der Thermostat kann beispielsweise elektrisch aufgeheizt werden, vorzugsweise derart, dass die elektrische Beheizung außerhalb des Gehäuses der Pumpe angeordnet ist, wohingegen das thermomechanische Element innerhalb des Gehäuses, insbesondere in dem von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuseteil der Pumpe angeordnet ist. Das thermomechanische Element kann beispielsweise auch durch das Kühlmittel selbst angesteuert werden und beispielsweise bei steigender Temperatur des Kühlmittels das Kurzschlussventil verschließen, wodurch über das Einstellmittel das Querschnittverringerungsmittel derart angesteuert wird, dass der Ausgang der Pumpe freigegeben wird.According to a further embodiment, the pump comprises a thermo-mechanical element for actuating the short-circuit valve. The thermo-mechanical element is coupled to a closure part of the short-circuit valve and actuates the closure part by means of a temperature-dependent change in a dimension of the thermo-mechanical element. The thermo-mechanical element can be, for example, a thermostat, in which by heating a pin extends, which actuates the closure part of the short-circuit valve. The thermostat may for example be electrically heated, preferably such that the electric heating is arranged outside the housing of the pump, whereas the thermo-mechanical element is disposed within the housing, in particular in the flowed through by the liquid housing part of the pump. The thermo-mechanical element can for example also be controlled by the coolant itself and, for example, close the short-circuit valve with increasing temperature of the coolant, whereby the cross-section reducing means is controlled via the adjusting means such that the output of the pump is released.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Einstellmittel eine Druckkammer umfassen, welche mit dem Querschnittverringerungsmittel gekoppelt ist. Die Pumpe umfasst ferner eine Ventilanordnung, mit welcher die Druckkammer wahlweise mit dem Eingang oder dem Ausgang gekoppelt werden kann. Die Ventilanordnung ist vorzugsweise mit dem Ausgang in Strömungsrichtung vor dem Querschnittverringerungsmittel gekoppelt. Die Druckkammer kann beispielsweise eine verschiebbare Wand umfassen, welche mit dem Querschnittverringerungsmittel gekoppelt ist. Durch wahlweises Koppeln der Druckkammer mit dem Eingang oder dem Ausgang der Pumpe über die Ventilanordnung, kann die verschiebbare Wand der Druckkammer bewegt werden. Diese Bewegung wird auf das Querschnittsverringerungsmittel übertragen, um den Querschnitt am Ausgang der Pumpe zu variieren. Die verschiebbare Wand kann darüber hinaus mit einem Vorspannmittel, beispielsweise einer Feder, in eine bestimmte Position vorgespannt werden, um ein zuverlässiges Öffnen des Querschnittverringerungsmittels sicherzustellen. Zum Ansteuern der Ventilanordnung sind wiederum nur geringe Kräfte zum Verstellen der Ventilanordnung erforderlich und die erheblich größeren Kräfte zum Ansteuern des Querschnittverringerungsmittels werden mithilfe der Drücke am Eingang und am Ausgang der Pumpe realisiert. Dadurch ist eine kostengünstige Realisierung möglich. Darüber hinaus befinden sich die Druckkammer und das Querschnittverringerungsmittel vorzugsweise im Inneren des Gehäuses der Pumpe, sodass Leckagen vermieden werden können.According to another embodiment, the adjustment means may comprise a pressure chamber coupled to the cross-section reduction means. The pump further comprises a valve arrangement with which the pressure chamber can be selectively coupled to the input or the output. The valve arrangement is preferably coupled to the exit in the flow direction in front of the cross-section reduction means. The pressure chamber may, for example, comprise a displaceable wall which is coupled to the cross-section reduction means. By selectively coupling the pressure chamber to the inlet or outlet of the pump via the valve assembly, the slidable wall of the pressure chamber can be moved. This movement is transmitted to the cross-sectional reduction means to vary the cross-section at the outlet of the pump. The slidable wall may also be biased to a predetermined position with biasing means such as a spring to ensure reliable opening of the cross-section reducing means. To control the valve assembly again only small forces for adjusting the valve assembly are required and the significantly larger forces for driving the cross-section reducing means are realized by means of the pressures at the inlet and at the outlet of the pump. As a result, a cost-effective implementation is possible. In addition, the pressure chamber and the cross-section reducing means are preferably located inside the housing of the pump, so that leaks can be avoided.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine weitere Pumpe bereitgestellt, welche einen Eingang zum Ansaugen einer Flüssigkeit und einen Ausgang zum Abgeben der angesaugten Flüssigkeit aufweist. Die Pumpe umfasst ferner ein einstellbares Querschnittverringerungsmittel, mit welchem ein von der Flüssigkeit durchströmbarer Querschnitt des Ausgangs einstellbar ist. Weiterhin weist die Pumpe eine elektromagnetische Ansteuerung auf, mit welcher das Querschnittverringerungsmittel angesteuert wird. Die elektromagnetische Ansteuerung umfasst ein ferromagnetisches Element und eine elektrische Spule. Das ferromagnetische Element, beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein Eisenelement, ist mit dem Querschnittverringerungsmittel gekoppelt und innerhalb eines von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuseteils der Pumpe angeordnet. Die elektrische Spule ist außerhalb des von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuseteils angeordnet. Indem das Querschnittverringerungsmittel zusammen mit dem ferromagnetischen Element innerhalb des Pumpengehäuses und die elektrische Spule außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet sind, ist kein Durchbruch durch das Pumpengehäuse zur Ansteuerung des Querschnittverringerungsmittels erforderlich, wodurch Leckagen vermieden werden können. Das Querschnittverringerungsmittel kann mit einem Vorspannmittel, beispielsweise einer Feder, in eine bestimmte Position vorgespannt werden, wodurch im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Ausfall der elektrischen Spule, sichergestellt werden kann, dass das Querschnittverringerungsmittel den Ausgang der Pumpe mit maximalem Querschnitt freigibt.According to the present invention, there is provided another pump having an inlet for aspirating a liquid and an outlet for dispensing the aspirated liquid. The pump further comprises an adjustable cross-section reducing means with which a cross-section of the outlet through which the liquid can flow is adjustable. Furthermore, the pump has an electromagnetic drive, with which the cross-section reduction means is driven. The electromagnetic drive comprises a ferromagnetic element and an electrical coil. The ferromagnetic element, such as a permanent magnet or an iron element, is coupled to the cross-section reducing means and disposed within a liquid-flow housing portion of the pump. The electrical coil is arranged outside of the housing through which the liquid flows. By arranging the cross-section reducing means together with the ferromagnetic element inside the pump housing and the electric coil outside the pump housing, no breakthrough by the pump housing is required to drive the cross-section reducing means, whereby leaks can be avoided. The cross-section reducing means may be biased to a predetermined position by a biasing means, such as a spring, whereby, in the event of a fault, such as a failure of the electrical coil, it may be ensured that the cross-section reducing means releases the outlet of the maximum cross-section pump.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Pumpe mit einem Eingang zum Ansaugen einer Flüssigkeit und einem Ausgang zum Abgeben der angesaugten Flüssigkeit sowie einem einstellbaren Querschnittverringerungsmittel, mit welchem ein von der Flüssigkeit durchströmbarer Querschnitt des Ausgangs einstellbar ist, bereitgestellt. In dem Querschnittverringerungsmittel ist eine Öffnung vorgesehen, welche einen veränderlichen von der Flüssigkeit durchströmbaren Querschnitt aufweist. Eine Abmessung dieses von der Flüssigkeit durchströmbaren Querschnitts hängt von einer Position des Querschnittverringerungsmittels ab. Die Position gibt dabei an, inwieweit das Querschnittverringerungsmittel den Querschnitt am Ausgang der Pumpe verringert. Die Pumpe weist einen Kurzschlusskanal auf, einen sogenannten Bypasskanal, welcher den Ausgang über die Öffnung in dem Querschnittverringerungsmittel mit dem Eingang verbindet. Die Öffnung in dem Querschnittverringerungsmittel ist derart angeordnet und ausgebildet, dass der von der Flüssigkeit durchströmbare Querschnitt dieser Öffnung größer wird, wenn der von der Flüssigkeit durchströmbare Querschnitt des Ausgangs der Pumpe durch die Position des Querschnittverringerungsmittels kleiner wird. Umgekehrt wird der von der Flüssigkeit durchströmbare Querschnitt der Öffnung in dem Querschnittverringerungsmittel kleiner, wenn der von der Flüssigkeit durchströmbare Querschnitt am Ausgang der Pumpe durch die Position und Einstellung des Querschnittverringerungsmittels größer wird. Der Zusammenhang zwischen dem Querschnitt der Öffnung in dem Querschnittverringerungsmittel und dem Querschnitt am Ausgang der Pumpe kann beispielsweise eine monotone Funktion umfassen.According to the present invention, there is further provided a pump having an inlet for aspirating a liquid and an outlet for discharging the aspirated liquid, and an adjustable cross-section reducing means with which a cross-section of the outlet through which the liquid can pass is adjustable. In the cross-section reducing means an opening is provided, which has a variable cross-section through which the liquid can flow. A dimension of this cross-section through which the liquid can pass depends on a position of the cross-section reduction means. The position indicates to what extent the cross-section reduction means reduces the cross-section at the outlet of the pump. The pump has a short-circuit channel, a so-called bypass channel, which connects the output via the opening in the cross-section reducing means with the input. The opening in the cross-section reducing means is arranged and formed such that the cross-section of this opening, through which the liquid can flow, increases as the cross section of the outlet of the pump through which the liquid passes becomes smaller due to the position of the cross-section reducing means. Conversely, the cross-section of the orifice through which liquid flows in the cross-section reducing means becomes smaller as the cross-section through which the liquid passes at the outlet of the pump increases due to the position and adjustment of the cross-section reducing means. The relationship between the cross-section of the opening in the cross-section reducing means and the cross-section at the outlet of the pump may, for example, comprise a monotonous function.
Beispielsweise kann das Querschnittverringerungsmittel einen Kolben umfassen, welcher quer zu einem Ausgangskanal am Ausgang der Pumpe verschiebbar ist. In einer zurückgezogenen Position des Kolben kann der Kanal am Ausgang der Pumpe im Wesentlichen freigegeben sein, d. h., der Querschnitt des Ausgangs ist maximal, und in einer vorgeschobenen Position des Kolben kann der Kanal im Wesentlichen von dem Kolben blockiert werden, d. h., der durchströmbare Querschnitt am Ausgang der Pumpe ist im Wesentlichen Null. Der Kolben kann kontinuierlich zwischen der zurückgezogenen und ausgefahrenen Position verschiebbar sein, um einen gewünschten, von der Flüssigkeit durchströmbaren Querschnitt am Ausgang der Pumpe bereitzustellen. In einer Seitenwand des Kolbens kann beispielsweise eine Öffnung vorgesehen sein, welche über eine weitere Öffnung in der Rückwand oder dem Boden des Kolbens mit einem Kurzschlusskanal in strömungstechnischer Verbindung steht, welcher mit der Eingangsseite der Pumpe gekoppelt ist. Im zurückgezogenen Zustand ist die Öffnung in dem Kolben durch beispielsweise eine seitliche Führungswand des Kolbens im Wesentlichen verschlossen, sodass bei zurückgezogenem Kolben im Wesentlichen keine Verbindung zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Pumpe über den Kurzschlusskanal besteht. Wenn der Kolben herausgefahren wird, tritt die Öffnung in der Kolbenseitenwand in Verbindung mit Flüssigkeit in dem Ausgangskanal, welche durch den Kolben und den Kurzschlusskanal zurück zum Eingang der Pumpe fließen kann. Je weiter der Kolben herausgefahren wird, umso größer wird der freigelegte Querschnitt der Öffnung in der Kolbenseitenwand, sodass der durchströmbare Querschnitt des Kurzschlusskanals mit dem Herausfahren des Kolbens wächst. In der Sperrposition des Querschnittverringerungsmittels, d. h., in der ausgefahrenen Position des Kolbens, ist der von der Pumpe abgegebene Flüssigkeitsstrom im Wesentlichen Null, aber die Flüssigkeit kann über den Kurzschlusskanal innerhalb der Pumpe zirkulieren. Dadurch können Belastungen des Pumpenantriebs verringert werden. Indem das Querschnittverringerungsmittel ebenso wie der Kurzschlusskanal innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet werden, können Leckagen vermieden werden.For example, the cross-section reducing means may comprise a piston which is displaceable transversely to an output channel at the outlet of the pump. In a retracted position of the piston, the channel at the outlet of the pump may be substantially released, i. h., the cross section of the outlet is maximum, and in an advanced position of the piston, the channel can be substantially blocked by the piston, i. h., The flow-through cross-section at the outlet of the pump is substantially zero. The piston may be continuously displaceable between the retracted and extended positions to provide a desired liquid-permeable cross-section at the outlet of the pump. In a side wall of the piston, for example, an opening may be provided, which communicates with a short-circuit channel in fluid communication via a further opening in the rear wall or the bottom of the piston, which is coupled to the input side of the pump. In the retracted state, the opening in the piston is substantially closed by, for example, a lateral guide wall of the piston, so that when the piston is withdrawn there is substantially no connection between the outlet and the inlet of the pump via the short-circuit channel. When the piston is withdrawn, the opening in the piston side wall communicates with fluid in the outlet channel, which can flow through the piston and shorting channel back to the inlet of the pump. The further the piston is moved out, the larger the exposed cross-section of the opening in the piston side wall, so that the flow-through cross-section of the short-circuit channel grows with the retraction of the piston. In the blocking position of the cross-section reducing agent, i. That is, in the extended position of the piston, the fluid flow delivered by the pump is essentially zero, but the fluid can circulate through the short-circuit channel within the pump. As a result, loads on the pump drive can be reduced. By arranging the cross-section reduction means as well as the short-circuit channel within the pump housing, leaks can be avoided.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Pumpe eine elektromagnetische Ansteuerung zum Ansteuern des Querschnittverringerungsmittels. Die elektromagnetische Ansteuerung umfasst ein ferromagnetisches Element und eine elektrische Spule. Das ferromagnetische Element ist mit dem Querschnittverringerungsmittel gekoppelt und innerhalb eines von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuseteils der Pumpe angeordnet. Die elektrische Spule ist außerhalb des von der Flüssigkeit durchströmten Gehäuseteils angeordnet. Die elektromagnetische Ansteuerung wirkt somit von der elektrischen Spule außerhalb des Gehäuseteils durch das Gehäuseteil auf das ferromagnetische Element innerhalb des Gehäuseteils der Pumpe. Dadurch ist kein Durchbruch in dem Gehäuse der Pumpe erforderlich, wodurch Leckagen vermieden werden können.According to one embodiment, the pump comprises an electromagnetic drive for driving the cross-section reduction means. The electromagnetic drive comprises a ferromagnetic element and an electrical coil. The ferromagnetic element is coupled to the cross-section reducing means and disposed within a fluid-flowed housing part of the pump. The electrical coil is arranged outside of the housing through which the liquid flows. The electromagnetic drive thus acts from the electrical coil outside the housing part through the housing part to the ferromagnetic element within the housing part of the pump. As a result, no breakthrough in the housing of the pump is required, which leaks can be avoided.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die zuvor beschriebenen Pumpen jeweils ein Pumpengehäuse, in welchem der Eingang, der Ausgang, das Querschnittverringerungsmittel, das Einstellmittel, der Kurzschlusskanal, das Kurzschlussventil, die Druckkammer und/oder die Ventilanordnung angeordnet sind. Indem diese Komponenten integriert in dem Pumpengehäuse angeordnet sind, können Leckagen vermieden werden, wodurch eine Zuverlässigkeit der Pumpe erhöht werden kann.According to one embodiment, the pumps described above each comprise a pump housing in which the inlet, the outlet, the cross-section reduction means, the adjusting means, the short-circuit channel, the short-circuit valve, the pressure chamber and / or the valve arrangement are arranged. By arranging these components integrated in the pump housing, leaks can be avoided, which can increase the reliability of the pump.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der zuvor beschriebenen Pumpen umfasst die jeweilige Pumpe ein Vorspannmittel, welches ausgestaltet ist, das Querschnittverringerungsmittel in eine Position zu drängen, in welcher der Querschnitt des Ausgangs maximal ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei einer fehlerhaften Ansteuerung oder einem Ausfall einer Ansteuerung die Pumpe eine maximale Pumpleistung zur Verfügung stellt, um beispielsweise einen Verbrennungsmotor, in welchem die Pumpe als Kühlmittelpumpe verwendet wird, zuverlässig zu kühlen. According to a further embodiment of the pumps described above, the respective pump comprises a biasing means which is configured to urge the cross-section reducing means into a position in which the cross-section of the outlet is maximum. In this way, it can be ensured that in the event of faulty triggering or failure of a drive, the pump provides a maximum pumping power in order to reliably cool, for example, an internal combustion engine in which the pump is used as a coolant pump.
Die Pumpe kann insbesondere eine Flügelradpumpe umfassen, welche als eine Kühlmittelpumpe, als eine sogenannte Wasserpumpe, in einem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors zum Umwälzen der Kühlflüssigkeit verwendet wird.The pump may in particular comprise an impeller pump, which is used as a coolant pump, as a so-called water pump, in a cooling circuit of an internal combustion engine for circulating the cooling liquid.
Vorzugsweise ist der Kurzschlusskanal in Strömungsrichtung vor dem Querschnittverringerungsmittel mit dem Ausgang verbunden. Anders ausgedrückt, ist der Kurzschlusskanal an der Ausgangsseite der Pumpe in dem Ausgangskanal zwischen beispielsweise einem Flügelrad der Pumpe und dem Querschnittverringerungsmittel angeordnet. Dadurch wird der Kurzschlusskanal auf der mit dem Ausgang verbundenen Seite mit dem von beispielsweise dem Flügelrad erzeugten Druck beaufschlagt.Preferably, the short-circuit channel is connected in the flow direction before the cross-section reduction means to the output. In other words, the short-circuit channel on the output side of the pump is arranged in the output channel between, for example, an impeller of the pump and the cross-section reducing means. As a result, the short-circuit channel is acted upon on the side connected to the output with the pressure generated for example by the impeller.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, welcher einen Kühlkreislauf zur Kühlung des Verbrennungsmotors mit einem Kühlmittel umfasst. Der Verbrennungsmotor umfasst ferner eine der zuvor beschriebenen Pumpen zum Befördern des Kühlmittels. Da der von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Querschnitt am Ausgang der Pumpe mit dem Querschnittverringerungsmittel einstellbar ist, kann eine Kühlleistung für den Verbrennungsmotor eingestellt oder reguliert werden. Dadurch kann der Verbrennungsmotor schneller auf seine Betriebstemperatur gebracht werden, wodurch insbesondere die Warmlaufphase verkürzt werden kann, um Kraftstoff einzusparen.According to the present invention, there is further provided an internal combustion engine comprising a cooling circuit for cooling the internal combustion engine with a coolant. The internal combustion engine further comprises one of the previously described pumps for conveying the coolant. Since the cross-section through which the coolant can flow is adjustable at the outlet of the pump with the cross-section reduction means, a cooling capacity for the internal combustion engine can be adjusted or regulated. Thereby, the internal combustion engine can be brought to its operating temperature faster, which in particular the warm-up phase can be shortened to save fuel.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail beschrieben werden.The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben werden. Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente.The present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the various figures indicate the same or similar elements.
Um die Pumpleistung der Pumpe
Die Arbeitsweise der Pumpe
In
Zusammenfassend kann die Arbeitsweise der in den
Die
Um den Förderstrom der Pumpe
In den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Pumpepump
- 1111
- Gehäusecasing
- 1212
- Eingangentrance
- 1313
- Ausgangoutput
- 1414
- Flügelradimpeller
- 1515
- Antriebswelledrive shaft
- 1616
- Drehrichtungdirection of rotation
- 1717
- Pfeilarrow
- 1818
- Pfeilarrow
- 1919
- QuerschnittverringerungsmittelNecking means
- 2020
- Kammerchamber
- 2121
- Kolbenpiston
- 2222
- Gestängelinkage
- 2323
- Federfeather
- 2424
- Pfeilarrow
- 2525
- KurzschlusskanalShort channel
- 2626
- Ventilsitzvalve seat
- 2727
- Ventiltellervalve disc
- 2828
- Verbindungsstangeconnecting rod
- 2929
- ferromagnetisches Elementferromagnetic element
- 3030
- elektrische Spuleelectric coil
- 3131
- Federfeather
- 3232
- Pfeilarrow
- 3333
- Pfeilarrow
- 3434
- Dichtungpoetry
- 3535
- VentilValve
- 3636
- Federfeather
- 3737
- Kolbenpiston
- 38–4138-41
- Pfeilarrow
- 4242
- Kammerchamber
- 4343
- Öffnungopening
- 4444
- Schubstangepushrod
- 4545
- ferromagnetisches Elementferromagnetic element
- 4646
- elektrische Spuleelectric coil
- 4747
- Federfeather
- 4848
- Öffnungopening
- 5050
- Fahrzeugvehicle
- 5151
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 5252
- Steuerungcontrol
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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