DE102013018205B3 - Adjustable coolant pump for cooling circuit of internal combustion engine, has pilot valve arranged at impeller-side end of pump shaft to close valve piston centrally in pump shaft, and to open cross bores in pressure chamber - Google Patents
Adjustable coolant pump for cooling circuit of internal combustion engine, has pilot valve arranged at impeller-side end of pump shaft to close valve piston centrally in pump shaft, and to open cross bores in pressure chamber Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe, insbesondere für den Einsatz in Verbrennungsmotoren.The invention relates to a controllable coolant pump, in particular for use in internal combustion engines.
Im Rahmen der Optimierung bei Verbrennungsmotoren haben diese tendenziell, bei gleichbleibendem bzw. oftmals bei kleiner werdendem Hubraum, stetig größer werdende Motorleistungen.As part of the optimization of internal combustion engines, these engines tend to have steadily increasing engine power at constant or often decreasing displacement.
Auf diese größer werdenden Motorleistungen muss zwingend die Kühlleistung der Kühlmittelpumpen angepasst werden, so dass bei den Motoren mit steigender Motorleistung auch die zugehörige Kühlmittelpumpe bereits im unteren Drehzahlbereich eine entsprechend hohe Förderleistung aufbringen muss, und dementsprechend groß dimensioniert werden muss, was zwangsläufig einen erhöhten Platzbedarf im Motorraum erfordert. Um jedoch mit steigender Drehzahl den von der Kühlmittelpumpe erzeugten Förderdruck nicht so stark ansteigen zu lassen, dass infolge eines daraus resultierenden Druckaufbaus im Kühlsystem des Verbrennungsmotors Baugruppen, wie beispielsweise Wärmetauscher, zerstört werden, kommen die unterschiedlichsten Druckregelfunktionen zum Einsatz. Doch auch deren Einsatz erfordert wiederum einen weiteren Platzbedarf im Motorraum und zudem oftmals zur Betätigung Hilfsenergien, die über Versorgungsleitungen, welche auch noch weiteren Platzbedarf erfordern, bereitgestellt werden müssen.The cooling capacity of the coolant pumps must imperatively be adapted to these increasing engine outputs, so that the associated coolant pump must apply a correspondingly high flow rate already in the lower engine speed range for the engines with increasing engine power, and must accordingly be dimensioned large, which inevitably increases the space requirement in the engine Engine compartment required. However, in order to prevent the delivery pressure generated by the coolant pump from rising so much with increasing rotational speed that components such as heat exchangers are destroyed as a result of a resulting pressure build-up in the cooling system of the internal combustion engine, a wide variety of pressure control functions are used. But even their use in turn requires a further space in the engine compartment and also often to operate auxiliary power, which must be provided via supply lines, which also require even more space.
So werden im Stand der Technik Überdruckabsicherungen beispielsweise über Bypassleitungen realisiert, wobei derartige Lösungen zwingend hohe energetische Verluste zur Folge haben.Thus, overpressure safeguards, for example via bypass lines, are realized in the prior art, with solutions of this kind necessarily entailing high energy losses.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung einer Druckregelfunktion wurde in der
Der Verschiebekolben wird bei dieser Lösung auf beiden Seiten mit dem Förderdruck beaufschlagt. Bei Bedarf kann der Federraum über ein externes Ventil druckentlastet werden, dadurch wird eine Verstellung des Regelschiebers in Richtung ”Öffnen” eingeleitet.The displacement piston is acted upon in this solution on both sides with the delivery pressure. If necessary, the spring chamber can be relieved of pressure via an external valve, thereby introducing an adjustment of the control slide in the "open" direction.
Aufgrund der erforderlichen Innen- und Außenführung des Schiebers erfordert diese Ausführung eine sehr kostenintensive, komplexe Herstellung, und zudem ein externes Steuerventil wie auch extern geführte Entleerungsleitung, so dass diese Bauform einen hohen Platzbedarf/Bauraumbedarf benötigt. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der in der
Von der Anmelderin wurde zudem in der
Das Flügelrad ist bei dieser Bauform zudem axial verschiebbar aber drehfest auf der Welle gelagert. Zwischen der Druckschräge im Gehäuse und dem offenen Flügelrad wirkt der Förderdruck und verschiebt das Flügelrad bei Erreichen eines voreingestellten Wertes entgegen der Federkraft einer an der Rückseite des Flügelrades anliegenden Tellerfeder. Infolge des bei dieser axialen Verschiebung des Flügelrades größer werdenden Dichtspaltes gegenüber der Druckschräge sinkt der Förderdruck der Pumpe. Voraussetzung hierfür ist, dass auf der Flügelradrückseite ein Raum (d. h. der Federraum) mit gegenüber dem Förderdruck geringerem Druckniveau vorhanden ist.The impeller is also axially displaceable in this design but rotatably mounted on the shaft. Between the pressure incline in the housing and the open impeller, the delivery pressure acts and shifts the impeller when it reaches a preset value against the spring force of a present at the back of the impeller disc spring. Due to the increasing in this axial displacement of the impeller sealing gap with respect to the pressure ramp, the delivery pressure of the pump decreases. The prerequisite for this is that a space (that is to say the spring chamber) is present on the rear side of the impeller with a lower pressure level than the delivery pressure.
Doch auch in dieser Lösung erfordert die Kühlmittelpumpe infolge der extern mit Fremdenergie ansteuerbaren Steuereinheit, der Magnetspule, zwangsläufig einen relativ großen Bauraum.But even in this solution requires the coolant pump due to the externally controllable with external power control unit, the solenoid, inevitably a relatively large amount of space.
Das in dieser Lösung ohne Fremdenergie ”auskommendende” Stellelement/Federelement mit einer Druckregelfunktion, ist eine bauraumbedingt eingesetzte Tellerfeder, die jedoch in ihrem Kraft/Hub-Verhältnis sehr stark eingeschränkt ist, so dass mit dieser Lösung der Öffnungsdruck nur sehr ungenau eingestellt werden kann.The "auskommendende" in this solution without external energy actuator / spring element with a pressure control function is a space-constrained diaphragm spring, but in their power / stroke ratio is very limited, so that with this solution, the opening pressure can be adjusted only very inaccurate.
Eine weitere Lösung einer ebenfalls zwischenzeitlich praxisbewährten Bauform einer Kühlmittelpumpe mit Druckregelfunktion, hier wiederum mit einem Regelschieber, wurde von der Anmelderin in der
Infolge des Einsatzes der Axialkolbenpumpe erfordert diese Lösung wiederum einen erhöhten Platzbedarf im Motorraum, wie zudem auch in Verbindung mit dem Einsatz des Magnetventils wiederum Fremdenergie mit den zugeordneten Versorgungsleitungen.As a result of the use of the axial piston this solution again requires an increased space in the engine compartment, as well as in connection with the use of the solenoid valve turn foreign energy with the associated supply lines.
Im Stand der Technik wurde von der Anmelderin zudem in der
In der Lösung nach
Eine weitere Lösung ist aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine über ein Antriebsrad, angetriebene, stufenlos regelbare Kühlmittelpumpe (mit Regelschieber) zu entwickeln, welche all die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, zudem gegenüber Konstantpumpen mit Überdruckventil deutliche energetische Vorteile aufweist, insbesondere keine Fremdenergie (wie Hydraulik, Vakuum, Elektroenergie) zur Druck- bzw. Volumenstromregelung benötigt, eine hohe Ausfallsicherheit (fail-safe) gewährleistet, und die eine optimale Erwärmung von Motoren mit, bezogen auf den Hubraum, hohen Motorleistungen, die sehr groß ausgelegte Kühlmittelpumpen erfordern, gewährleisten soll, und die auch nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb stufenlos, hoch dynamisch, und sehr zuverlässig über sehr lange Einsatzzeiten sehr exakt beeinflussen soll, und die dabei gleichzeitig eine minimale, optimal den im Motorraum vorhandenen Bauraum ausnutzende Baugröße aufweisen soll, wobei die zu entwickelnde Kühlmittelpumpe zudem fertigungs- und montagetechnisch einfach, und kostengünstig herstellbar sein soll, und über die gesamte Lebensdauer stets eine hohe Betriebssicherheit und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleisten soll.The invention is therefore based on the object over a drive wheel, driven, continuously variable coolant pump (with control slide) to develop, which avoids all the aforementioned disadvantages of the prior art, also over constant pumps with pressure relief valve has significant energy advantages, in particular no external energy ( such as hydraulics, vacuum, electric power) for pressure or volume flow control required, a high reliability (fail-safe) guaranteed, and ensure optimum heating of engines with respect to the displacement, high engine performance, which require very large sized coolant pumps should, and even after the heating of the engine, the engine temperature in continuous operation steplessly, highly dynamically, and very reliably influence over very long periods of use, and at the same time a minimal, optimally use the available space in the engine compartment space size, wobe In addition, the coolant pump to be developed is intended to be easy to manufacture and to assemble, and cost-effective to produce, and to guarantee a high degree of operational reliability and high reliability over the entire service life.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine über ein Antriebsrad angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches der Erfindung gelöst.According to the invention, this object is achieved by a driven by a drive wheel controllable coolant pump for internal combustion engines according to the features of the independent claim of the invention.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit vier Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.Advantageous embodiments, details and features of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of the solution according to the invention in conjunction with four representations of the inventive solution.
Es zeigen die:It show the:
Die
Erfindungswesentlich ist, dass am Pumpengehäuse
Kennzeichnend ist zudem, dass die Schieberführung
Die in der Wandscheibe
Dabei wird in Verbindung mit dem gesamten erfindungsgemäßen Pumpenaufbau, durch die erfindungsgemäße Anordnung des Wellendichtringes
Wesentlich ist dabei auch, dass in der Schieberführung
Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass am flügelradseitigen freien Ende der Pumpenwelle
Kennzeichnend ist aber auch, dass die mit einem Federende am Ringkolben
Die Laserbohrungen
Dabei ist aber auch erfindungswesentlich, dass am Ringkolben
Kennzeichnend ist weiterhin, dass der Ringkolben
Wesentlich ist auch, dass am Außenumfang der Wandscheibe
Nachdem die erfindungsgemäße Lösung in ihrem Aufbau an Hand der
Die
Mit steigender Drehzahl der Pumpenwelle
Dabei sind mit einem gegenüber dem Arbeitsdruck geringeren Druck der (gegenüber dem Regelschieberinnenraum
Da der Federdruckraum
In der Summe bilden die Regeldruckkraft und die Federkraft eine am Ringkolben
Der Öffnungskraft entgegen gerichtet greift am Regelschieber
Die
Nachdem der Druck bei dem in Verbindung mit
Da jedoch infolge der erfindungsgemäßen Anordnung, mit steigendem Arbeitsdruck auch der über die ”Drossel”, die Filterhülse
Dabei findet in der Druckkammer
Auch beim Ausschalten des Motors sinkt der Arbeitsdruck bis auf ”Null”, und damit der Öffnungsdruck wie auch der Schließdruck auf ”Null”.Even when the engine is switched off, the working pressure drops to zero, and thus the opening pressure as well as the closing pressure drops to zero.
Bei diesem Kräfteverhältnis greift am Ringkolben
Im Wechselspiel der erläuterten Wirkungen aus der erfindungsgemäßen Anordnung resultiert eine optimale Regelung des Arbeitsdruckes, welcher die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, deutliche energetische Vorteile aufweist, keine Fremdenergie (wie Hydraulik, Vakuum, Elektroenergie) zur Druck- bzw. Volumenstromregelung benötigt, eine hohe Ausfallsicherheit (fail-safe) gewährleistet, und eine optimale Erwärmung von Motoren mit, bezogen auf den Hubraum, hohen Motorleistungen, die sehr groß ausgelegte Kühlmittelpumpen erfordern, gewährleistet, und mit der auch nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb stufenlos, hoch dynamisch, und sehr zuverlässig über sehr lange Einsatzzeiten sehr exakt geregelt werden kann, und die gleichzeitig eine minimale, optimal den im Motorraum vorhandenen Bauraum ausnutzende Baugröße aufweist, zudem fertigungs- und montagetechnisch einfach, und kostengünstig herstellbar ist, und die über die gesamte Lebensdauer stets eine hohe Betriebssicherheit und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet.In the interplay of the explained effects of the arrangement according to the invention results in an optimal control of the working pressure, which avoids the disadvantages of the prior art, has clear energy advantages, no external energy (such as hydraulics, vacuum, electrical energy) required for pressure or flow control, a high Fail-safe ensured, and optimum heating of engines with respect to the displacement, high engine performance, which require very large sized coolant pump ensures, and with the even after the heating of the engine, the engine temperature in continuous operation continuously, highly dynamically , and very reliable over very long periods of use can be controlled very accurately, and at the same time has a minimal, optimally exploiting the space available in the engine compartment size, also manufacturing and assembly technology is simple, and inexpensive to produce, and always over the entire life ensures high reliability and high reliability.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Pumpengehäusepump housing
- 22
- Pumpenlagerpump bearings
- 33
- Antriebsraddrive wheel
- 44
- Pumpenwellepump shaft
- 55
- Flügelradimpeller
- 66
- RückstellfederReturn spring
- 77
- Ringkolbenannular piston
- 88th
- Rückwandrear wall
- 99
- PumpeninnenraumPump interior
- 1010
- Ausströmbereichoutflow
- 1111
- Außenzylinderouter cylinder
- 1212
- Regelschieberregulating slide
- 1313
- Dichtungsaufnahmeseal Housing
- 1414
- Wellendichtungshaft seal
- 1515
- PumpendomPumpendom
- 1616
- Wandscheibeshear wall
- 1717
- Schieberführungslide guide
- 1818
- Druckkammerpressure chamber
- 1919
- DurchlassbohrungPassage bore
- 2020
- Pilotventilpilot valve
- 2121
- Auslassbohrungoutlet bore
- 2222
- Einstellschraubeadjustment
- 2323
- Ventilfedervalve spring
- 2424
- Ventilkolbenplunger
- 2525
- Wellenbohrungshaft bore
- 2626
- Querbohrungcross hole
- 2727
- Federanlagesuspension system
- 2828
- Laserbohrunglaser drilling
- 2929
- Filterhülsefilter sleeve
- 3030
- FilterkolbenschieberFilter spool
- 3131
- FederdruckraumSpring Pressure Chamber
- 3232
- RegelschieberdichtungRegulating slide seal
- 3333
- Dichtscheibesealing washer
- 3434
- LaufradrückseitenraumImpeller back room
- 3535
- DomdurchführungDomdurchführung
- 3636
- RegelschieberinnenraumRegulating slide interior
- 3737
- Motorgehäusemotor housing
- 3838
- Saugkanalsuction
- 3939
- Spiralkanalspiral channel
- 4040
- Riemenscheibepulley
- RR
- Richtungspfeilarrow
Claims (3)
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