DE102014114964B4

DE102014114964B4 - Adjustable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102014114964B4
Application number: DE102014114964.5A
Authority: DE
Inventors: Costantino Brunetti; Matthias Baden; Andres Tönnesmann; Andreas Köster
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-10-16
Also published as: DE102014114964A1

Abstract

Es sind regelbare, mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpen für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Förderpumpengehäuse (10, 12), in dem ein Förderkanal (14) ausgebildet ist, einem Förderpumpenlaufrad (18), mittels dessen Kühlmittel durch den Förderkanal (14) förderbar ist, einer Welle (22), auf der das Förderpumpenlaufrad (18) zumindest drehfest angeordnet ist, einem Ketten- oder Riemenrad (24), welches zumindest drehfest auf der Welle (22) angeordnet ist, einer Servopumpe (30) mit einem Servopumpengehäuse (28), einem Servopumpenrad (38), welches zumindest drehfest auf der Welle (22) angeordnet und im Servopumpengehäuse (28) drehbar ist, einem Ventil (76), über welches ein Strömungsquerschnitt der Servopumpe (30) verschließbar oder freigebbar ist und Mitteln zur Regelung eines Strömungsquerschnitts stromabwärts des Förderpumpenlaufrades (18), bekannt. Um die Regelung einer derartigen Kühlmittelpumpe zu verbessern wird vorgeschlagen, dass die Mittel zur Regelung des Strömungsquerschnitts einen Leitschaufelkranz (90) aufweisen, dessen Schaufeln (88) über einen drehbaren Verstellring (80) um eine Drehachse (86) drehbar sind. Dies beschleunigt die Regelung und verbessert deren Genauigkeit.There are controllable, mechanically driven coolant pumps for internal combustion engines with a feed pump housing (10, 12) in which a delivery channel (14) is formed, a Förderpumpenlaufrad (18) by means of which coolant through the conveying channel (14) is conveyed, a shaft (22 ), on which the feed pump impeller (18) is at least rotationally fixed, a chain or pulley (24), which is at least rotationally fixed on the shaft (22), a servo pump (30) with a servo pump housing (28), a Servopumpenrad ( 38), which is at least rotationally fixed on the shaft (22) and in the servo pump housing (28) is rotatable, a valve (76) via which a flow cross-section of the servo pump (30) is closable or releasable and means for controlling a flow cross-section downstream of the feed pump impeller (18), known. In order to improve the control of such a coolant pump, it is proposed that the means for regulating the flow cross-section have a vane ring (90) whose blades (88) are rotatable about a rotation axis (86) via a rotatable adjusting ring (80). This speeds up the control and improves its accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft eine regelbare, mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Förderpumpengehäuse, in dem ein Förderkanal ausgebildet ist, einem Förderpumpenlaufrad, mittels dessen Kühlmittel durch den Förderkanal förderbar ist, einer Welle, auf der das Förderpumpenlaufrad zumindest drehfest angeordnet ist, einem Ketten- oder Riemenrad, welches zumindest drehfest auf der Welle angeordnet ist, einer Servopumpe mit einem Servopumpengehäuse, einem Servopumpenrad, welches zumindest drehfest auf der Welle angeordnet und im Servopumpengehäuse drehbar ist, einem Ventil, über welches ein Strömungsquerschnitt der Servopumpe verschließbar oder freigebbar ist sowie Mitteln zur Regelung eines Strömungsquerschnitts stromabwärts des Förderpumpenlaufrades.The invention relates to a controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine having a delivery pump housing in which a delivery channel is formed, a delivery pump impeller by means of which coolant is conveyed through the delivery channel, a shaft on which the delivery pump impeller is at least rotationally fixed, a chain or pulley, which is arranged at least rotationally fixed on the shaft, a servo pump with a servo pump housing, a Servopumpenrad which is at least rotationally fixed on the shaft and rotatable in the servo pump housing, a valve, via which a flow cross section of the servo pump is closed or released and means for Regulation of a flow cross section downstream of the feed pump impeller.

Mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpen werden zumeist über einen Riementrieb mit der Kurbelwelle oder der Nockenwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt und so mit einer festen Übersetzung zur Drehgeschwindigkeit der gekoppelten Welle angetrieben. Die Auslegung der Kühlmittelpumpen geschieht dabei derart, dass sichergestellt ist, dass in jedem Betriebszustand ausreichend Kühlmittel gefördert wird. Um den Kühlmittelstrom jedoch an den Bedarf des Verbrennungsmotors anpassen zu können, sind mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpen bekannt geworden, deren Kühlmittelstrom an den jeweiligen Bedarf angepasst werden kann. So wird beispielsweise zur schnelleren Aufheizung in der Warmlaufphase der Kühlmittelstrom des Verbrennungsmotors gedrosselt, um die Aufheizzeit zu verkürzen, wodurch die Emissionen des Verbrennungsmotors verringert werden. Eine solche Regelung des Kühlmittelstroms kann entweder durch Regelung der Drehzahl oder Änderung der Strömungsgeometrie der Pumpe verwirklicht werden. Zur Änderung der Drehzahl werden mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpen beispielsweise mit einer Hysteresekupplung ausgestattet, über die das Laufrad von der antreibenden Welle ganz oder teilweise getrennt werden kann. Die Strömungsgeometrie wird üblicherweise durch im Durchströmungsquerschnitt bewegbare geometrische Körper verändert.Mechanically driven coolant pumps are usually coupled via a belt drive with the crankshaft or the camshaft of the internal combustion engine and thus driven with a fixed ratio to the rotational speed of the coupled shaft. The design of the coolant pump is done in such a way that it is ensured that sufficient coolant is conveyed in each operating condition. However, in order to be able to adapt the coolant flow to the requirements of the internal combustion engine, mechanically driven coolant pumps have become known whose coolant flow can be adapted to the respective requirements. Thus, for example, for faster heating in the warm-up phase, the coolant flow of the internal combustion engine throttled in order to shorten the heating time, whereby the emissions of the internal combustion engine are reduced. Such regulation of the coolant flow can be realized either by controlling the speed or changing the flow geometry of the pump. To change the speed of mechanically driven coolant pump, for example, equipped with a hysteresis, over which the impeller of the driving shaft can be completely or partially separated. The flow geometry is usually changed by moving in the flow area geometric body.

Bei diesen Möglichkeiten zur Regelung ist es erforderlich, bei Ausfall der Kupplung oder des Aktors des geometrischen Körpers sicherzustellen, dass ausreichend Kühlmittel gefördert wird, also der maximale Kühlmittelstrom zur Verfügung gestellt wird.In the case of these possibilities for regulation, it is necessary to ensure, in the event of a failure of the coupling or the actuator of the geometric body, that sufficient coolant is delivered, that is to say the maximum coolant flow is made available.

Kühlmittelpumpen, bei denen die Strömungsgeometrie verändert werden kann, sind beispielsweise aus der DE 10 2008 027 157 A1 oder der US 2013/0034427 A1 bekannt. Bei diesen Kühlmittelpumpen ist am Auslass aus dem Laufrad der Pumpe ein Leitschaufelkranz mit drehbeweglichen Schaufeln angeordnet, über die sowohl der zur Verfügung stehende Ausströmquerschnitt verändert werden kann, als auch die Ausströmrichtung. So ist eine beinahe vollständige Regelung des Kühlmittelstromes möglich. Zur Verstellung der Leitschaufeln können elektrische, pneumatische oder hydraulische Aktoren verwendet werden, die über eine Stange einen Verstellring betätigen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die zur Verstellung notwendigen Kräfte relativ hoch sind, so dass ein relativ groß bauender Aktor verwendet werden muss.Coolant pumps in which the flow geometry can be changed, for example, from DE 10 2008 027 157 A1 or the US 2013/0034427 A1 known. In these coolant pumps at the outlet of the impeller of the pump a vane ring with rotatable blades is arranged, via which both the available Ausströmquerschnitt can be changed, as well as the outflow direction. Thus, an almost complete control of the coolant flow is possible. To adjust the vanes, electrical, pneumatic or hydraulic actuators can be used, which actuate an adjusting ring via a rod. However, it has been shown that the forces necessary for the adjustment are relatively high, so that a relatively large actuator has to be used.

Aus diesem Grund wird in der DE 10 2011 004 172 B3 und in der DE 10 2012 214 503 A1 jeweils eine Kühlmittelpumpe vorgeschlagen, bei der zusätzlich zu der normalen Kühlmittelförderpumpe auf der Welle eine Servopumpe ausgebildet ist, über die ein hydraulischer Druck für einen Ringschieber erzeugt werden kann, der bei Erhöhung des Drucks in der Pumpkammer über das Pumpenlaufrad der Förderpumpe axial verschiebbar ist und so deren Ausströmquerschnitt verringert. Durch Schalten eines 2/2-Wege-Ventils kann der Druck aus der Kammer abgelassen werden, wodurch der Querschnitt aufgrund einer auf den Ringschieber wirkenden Federkraft wieder freigegeben wird. Die vorhandenen hydraulischen Wege einer derartigen Verstelleinrichtung sind jedoch relativ groß, so dass sich längere Verstellzeiten ergeben, bis ein ausreichendes Fluidvolumen für den Druckabbau oder -aufbau bewegt werden kann. Des Weiteren kann der Kühlmittelstrom über diese Pumpe durch die Art der Drosselung lediglich ungenau geregelt werden.For this reason, in the DE 10 2011 004 172 B3 and in the DE 10 2012 214 503 A1 each proposed a coolant pump in which in addition to the normal coolant delivery pump on the shaft, a servo pump is formed, via which a hydraulic pressure can be generated for a ring slide, which is axially displaceable by increasing the pressure in the pumping chamber on the pump impeller of the pump and so whose Ausströmquerschnitt reduced. By switching a 2/2-way valve, the pressure can be released from the chamber, whereby the cross section is released due to a force acting on the annular slide spring force again. However, the existing hydraulic paths of such an adjustment are relatively large, so that longer adjustment times arise until a sufficient volume of fluid for the pressure reduction or construction can be moved. Furthermore, the coolant flow through this pump can only be controlled inaccurately by the type of throttling.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine mechanisch angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe zu schaffen, mit der eine möglichst genaue und schnell wirkende Regelung entsprechend des von der Motorsteuerung angeforderten Kühlmittelstroms möglich ist, und welche eine möglichst kompakte Bauform aufweist.It is therefore an object to provide a mechanically driven, controllable coolant pump, with the most accurate and fast-acting control is possible according to the requested by the engine control coolant flow, and which has a compact design possible.

Diese Aufgabe wird durch eine regelbare, mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine with the features of the main claim 1.

Dadurch, dass die Mittel zur Regelung des Strömungsquerschnitts einen Leitschaufelkranz aufweisen, dessen Schaufeln über einen drehbaren Verstellring um eine Drehachse drehbar sind, wobei am Servopumpengehäuse eine radiale Auslassöffnung aus dem Druckraum ausgebildet ist, der fluidisch mit mindestens einer radial außerhalb des Druckraums angeordneten Druckkammer verbunden ist, die zwischen einer sich im Wesentlichen radial erstreckenden Wand des feststehenden Servopumpengehäuses und einer sich im Wesentlichen radial erstreckenden Wand eines Betätigungsringes ausgebildet ist, der einstückig mit dem Verstellring ausgebildet ist oder fest mit dem Verstellring verbunden ist, kann eine direkte kurze fluidische Verbindung zwischen dem Druckkanal der Pumpe und der Druckkammer der Verstelleinheit hergestellt werden. Hierdurch werden die Verstellzeiten verkürzt. Des Weiteren ist über den Leitschaufelkranz eine genauere Regelung insbesondere in Bereichen kleiner geforderter Kühlmittelmengen möglich. Ein derartiger Flügelzellensteller ist einfach herstellbar und montierbar und gewährleistet kurze hydraulische Wege.Characterized in that the means for controlling the flow cross-section have a vane ring, the blades are rotatable about a rotational axis about a rotary adjusting ring, wherein the servo pump housing, a radial outlet opening is formed from the pressure chamber, which is fluidly connected to at least one radially outwardly of the pressure chamber arranged pressure chamber formed between a substantially radially extending wall of the fixed servo pump housing and a substantially radially extending wall of an actuating ring, which is formed integrally with the adjusting ring or fixedly connected to the adjusting ring, a direct short fluidic connection between the pressure channel of the pump and the pressure chamber of the adjusting unit can be produced. This shortens the adjustment times. Furthermore, a more precise control is possible via the guide vane ring, in particular in areas of small required quantities of coolant. Such a vane cell actuator is easy to manufacture and assemble and ensures short hydraulic paths.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere, insbesondere vier über den Umfang verteilte Druckkammern zwischen dem Betätigungsring und dem Servopumpengehäuse ausgebildet sind, da die auf den Verstellring wirkenden Kraftangriffspunkte zur Erzeugung des Drehmomentes gleichmäßig über den Umfang verteilt werden. Dies verringert die Gefahr eines Verkantens des Verstellringes.It is particularly advantageous if several, in particular four, pressure chambers distributed over the circumference are formed between the actuating ring and the servo pump housing, since the force application points acting on the adjusting ring are distributed uniformly over the circumference in order to generate the torque. This reduces the risk of tilting of the adjusting ring.

In einer weiterführenden bevorzugten Ausführungsform sind die eine oder mehrere Druckkammern nach radial außen durch eine Außenwand des Betätigungsringes und nach radial innen durch eine Außenumfangswand des Servopumpengehäuses begrenzt. Dies vereinfacht die Herstellung der einzelnen Bauteile sowie deren Montage und Abdichtung nach außen.In a further preferred embodiment, the one or more pressure chambers are bounded radially outwardly by an outer wall of the actuating ring and radially inwardly by an outer peripheral wall of the servo pump housing. This simplifies the production of the individual components and their installation and sealing to the outside.

Vorzugsweise weist das Servopumpengehäuse eine Innenumfangswand auf, in der die Auslassöffnung aus dem Druckraum ausgebildet ist, wobei die Auslassöffnung in einen ringförmigen Kanal zwischen der Außenumfangswand und der Innenumfangswand mündet, der über radiale Auslassöffnungen in der Außenumfangswand fluidisch mit den Druckkammern verbunden ist. Auf diese Weise kann die gleichmäßige Druckbelastung über die vier Kammern auf einfache Weise hergestellt werden.Preferably, the servo pump housing has an inner peripheral wall, in which the outlet opening is formed from the pressure chamber, wherein the outlet opening opens into an annular channel between the outer peripheral wall and the inner peripheral wall, which is fluidly connected to the pressure chambers via radial outlet openings in the outer peripheral wall. In this way, the uniform pressure load on the four chambers can be easily produced.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, dass der Verstellring über ein Federelement entgegengesetzt zur Druckbelastung in den Druckkammern in Umfangsrichtung belastet ist. Das Federelement belastet dabei den Verstellring in Richtung einer Maximalfördermenge der Kühlmittelpumpe, so dass auf einfache Weise eine fail-safe Stellung bei Ausfall des Flügelzellenstellers, beispielsweise durch Defekt des Magnetventils, angefahren wird. Entsprechend ist immer eine ausreichende Kühlmittelförderung zum Schutz des Verbrennungsmotors vor Überhitzung sichergestellt.In addition, it is advantageous that the adjusting ring is loaded by a spring element opposite to the pressure load in the pressure chambers in the circumferential direction. The spring element loads the adjusting ring in the direction of a maximum delivery rate of the coolant pump, so that in a simple manner a fail-safe position in case of failure of the vane actuator, for example by defect of the solenoid valve, is approached. Accordingly, sufficient coolant delivery to protect the internal combustion engine from overheating is always ensured.

Des Weiteren ist vorzugsweise der über das Ventil freigebbare Strömungsquerschnitt am Auslass der Servopumpe ausgebildet. Dies minimiert die hydraulischen Wege und verringert somit die Ansprechzeiten der Regelung. Zusätzlich wird der benötigte Bauraum im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert.Furthermore, the flow cross section which can be released via the valve is preferably formed at the outlet of the servo pump. This minimizes the hydraulic paths and thus reduces the response times of the control. In addition, the required space is reduced in comparison to known designs.

Eine besonders einfache Erreichbarkeit und Montage wird dadurch erzielt, dass der Auslass in einem Servopumpendeckel ausgebildet ist, über den der Druckraum der Servopumpe axial verschlossen ist.A particularly easy accessibility and assembly is achieved in that the outlet is formed in a servo pump cover, via which the pressure chamber of the servo pump is axially closed.

Der Einlass der Servopumpe ist vorzugsweise durch eine Öffnung in einer das Servopumpengehäuse axial begrenzenden Wand ausgebildet, die axial gegenüberliegend zu einer Rückseite des Förderpumpenlaufrades angeordnet ist. Auch dies führt zu sehr kleinen hydraulischen Wegen sowie zu einer Verringerung der notwendigen Baugröße.The inlet of the power steering pump is preferably formed by an opening in a wall axially delimiting the servo pump housing, which is arranged axially opposite to a rear side of the feed pump impeller. This also leads to very small hydraulic ways as well as to a reduction of the necessary size.

Besonders vorteilhaft ist es, die Servopumpe als Flügelzellenpumpe auszubilden. Diese Pumpen sind robust und weisen lediglich geringe Volumenstrompulsationen auf.It is particularly advantageous to design the servo pump as a vane cell pump. These pumps are robust and have only low volume flow pulsations.

Um das benötigte Bauvolumen zu verringern und die Montagefreundlichkeit durch Verringerung der Bauteile und einfache Abdichtbarkeit zu erhöhen weist das Förderpumpengehäuse ein Spiralgehäuseteil auf, in dem der Förderkanal ausgebildet ist und ein Lagergehäuseteil auf, in dem die Welle gelagert ist, wobei die Servopumpe innerhalb des Förderpumpengehäuses angeordnet ist.In order to reduce the required construction volume and to increase the ease of assembly by reducing the components and easy sealability, the feed pump housing has a spiral housing part in which the delivery channel is formed and a bearing housing part in which the shaft is mounted, wherein the servo pump disposed within the feed pump housing is.

Vorzugsweise ist axial zwischen dem Spiralgehäuseteil und dem Lagergehäuseteil ein Haltering angeordnet, der gegenüberliegend zum Verstellring angeordnet ist und in dem Bohrungen ausgebildet sind, in denen Achsen der Schaufeln des Schaufelkranzes drehbar gelagert sind, wobei am Haltering ein Widerlager für das Federelement ausgebildet ist und Flanschaugen ausgebildet sind, die in korrespondierende Ausnehmungen im Lagergehäuseteil zur drehfesten Verbindung mit dem Lagergehäuseteil ragen. Auch die Verwendung dieses Halterings vereinfacht die Montage, so dass die Kühlmittelpumpe kostengünstig herstellbar ist.Preferably, a retaining ring is disposed axially between the spiral housing part and the bearing housing part, which is arranged opposite to the adjusting ring and are formed in the holes in which axes of the blades of the blade ring are rotatably mounted on the retaining ring an abutment for the spring element is formed and formed flange eyes are, which protrude into corresponding recesses in the bearing housing part for non-rotatable connection with the bearing housing part. Also, the use of this retaining ring simplifies assembly, so that the coolant pump is inexpensive to produce.

Es wird somit eine regelbare, mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe geschaffen, die eine sehr gute und schnelle Regelbarkeit des Kühlmittelstroms im Verbrennungsmotor zur Reduzierung von Schadstoffen des Verbrennungsmotors sicherstellt. Dadurch, dass das Betätigungsmedium das Kühlmittel selbst ist, ist keine zusätzliche Abdichtung erfordelrich. Eine Unterversorgung bei Ausfall der Elektronik wird ebenfalls vermieden. Zusätzlich ist die Pumpe einfach zu montieren und kostengünstig herzustellen.It is thus an adjustable, mechanically driven coolant pump created that ensures a very good and fast controllability of the coolant flow in the engine to reduce pollutants of the engine. Because the actuating medium is the coolant itself, no additional sealing is required. A shortage in case of failure of the electronics is also avoided. In addition, the pump is easy to assemble and inexpensive to manufacture.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen regelbaren, mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.An embodiment of a controllable, mechanically driven according to the invention Coolant pump is shown in the figures and will be described below.

1 zeigt eine Explosionsansicht der Hauptbauteile einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in perspektivischer Darstellung. 1 shows an exploded view of the main components of a coolant pump according to the invention in a perspective view.

2 zeigt eine Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in perspektivischer Darstellung ohne äußere Gehäuseteile. 2 shows an exploded view of the coolant pump according to the invention in a perspective view without outer housing parts.

3 zeigt eine Draufsicht auf den Flügelzellensteller der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe aus den 1 und 2. 3 shows a plan view of the vane cell actuator of the coolant pump of the invention from the 1 and 2 ,

4 zeigt eine Draufsicht auf den Flügelzellensteller der 3 von der entgegengesetzten Seite. 4 shows a plan view of the vane cell of the 3 from the opposite side.

5 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe ohne äußere Gehäuseteile. 5 shows a sectional view of the coolant pump according to the invention without outer housing parts.

Die in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe besteht aus einem zweiteiligen Förderpumpengehäuse, welches sich aus einem Spiralgehäuseteil 10 und einem Lagergehäuseteil 12 zusammensetzt. Im Spiralgehäuseteil 10 ist ein spiralförmiger Förderkanal 14 ausgebildet, in den axial über einen Kühlmitteleinlass 16 Kühlmittel einströmt, welches mittels eines Förderpumpenlaufrades 18, welches im Spiralgehäuseteil 10 drehbar ist, und in Richtung eines am Spiralgehäuseteil 10 ausgebildeten tangentialen Kühlmittelauslass 20 bei Drehung des Förderpumpenlaufrades 18 gefördert wird. Das Förderpumpenlaufrad 18 ist auf einer Welle 22 befestigt, welche im Lagergehäuseteil 12 gelagert ist und die über das Lagergehäuseteil 12 hinausragt. An dem über das Lagergehäuseteil 12 hinausragenden Ende der Welle 22 ist ein Riemenrad 24 befestigt, über das die Welle 22 und damit das Förderpumpenlaufrad 18 angetrieben werden. Der Riemen umschlingt hierzu in bekannter Weise neben dem Riemenrad 24 ein auf der Kurbelwelle oder Nockenwelle eines Verbrennungsmotors angeordnetes weiteres Riemenrad.The coolant pump according to the invention shown in the figures consists of a two-part feed pump housing, which consists of a spiral housing part 10 and a bearing housing part 12 composed. In the spiral housing part 10 is a spiral conveyor channel 14 formed in the axial via a coolant inlet 16 Coolant flows in, which by means of a feed pump impeller 18 , which in the spiral housing part 10 is rotatable, and in the direction of one of the spiral housing part 10 formed tangential coolant outlet 20 upon rotation of the feed pump impeller 18 is encouraged. The feed pump impeller 18 is on a wave 22 attached, which in the bearing housing part 12 is stored and the over the bearing housing part 12 protrudes. At the over the bearing housing part 12 protruding end of the shaft 22 is a pulley 24 attached, over which the shaft 22 and thus the feed pump impeller 18 are driven. The belt wraps around this in a known manner next to the pulley 24 an arranged on the crankshaft or camshaft of an internal combustion engine another pulley.

Axial gegenüberliegend zur Rückseite 25 des Förderpumpenlaufrades 18 ist eine axial begrenzende Wand 26 eines Servopumpengehäuses 28 einer als Flügelzellenpumpe 30 ausgeführten Servopumpe angeordnet. In dieser Wand 26 ist eine Öffnung 32 ausgebildet, die als Einlass 34 in einen Druckraum 36 der Flügelzellenpumpe 30 dient. Im Servopumpengehäuse 28 ist ein Servopumpenrad 38 in Form eines drehbaren Kolbens 40 mit radial im Kolben 40 verschiebbar angeordneten Flügeln 42 angeordnet. Dieses Servopumpenrad 38 ist ebenfalls auf der Welle 22 befestigt und wird im Servopumpengehäuse 28 mit der Welle 22 gedreht. Das Servopumpengehäuse 28 wird axial durch einen Servopumpendeckel 44 verschlossen, der eine zentrale Öffnung 45 zur Durchführung der Welle 22 aufweist.Axially opposite to the back 25 of the feed pump impeller 18 is an axially delimiting wall 26 a servo pump housing 28 one as a vane pump 30 executed servo pump arranged. In this wall 26 is an opening 32 trained as an inlet 34 in a pressure room 36 the vane pump 30 serves. In the servo pump housing 28 is a servo pump 38 in the form of a rotatable piston 40 with radial in the piston 40 slidably arranged wings 42 arranged. This servo pump wheel 38 is also on the wave 22 attached and will be in the servo pump housing 28 with the wave 22 turned. The servo pump housing 28 is axially by a servo pump cover 44 closed, which has a central opening 45 to carry out the wave 22 having.

Der Druckraum 36 wird radial durch eine Innenumfangswand 46 begrenzt, die derart geformt ist, dass sich der Abstand dieser Innenumfangswand 46 zur Drehachse des Servopumpenrades 38 vom Einlass 34 in Richtung einer radialen Auslassöffnung 48 in der Innenumfangswand 46 verringert, so dass bei Drehung das in die Servopumpe 30 einfließende Kühlmittel im Druckraum 36 komprimiert und durch die Auslassöffnung 48 gedrückt wird. Von hier aus strömt das Kühlmittel in einen ringförmigen Kanal 50, der zwischen der Innenumfangswand 46 und einer Außenumfangswand 52 des Servopumpengehäuses 28 ausgebildet ist.The pressure room 36 becomes radially through an inner peripheral wall 46 limited, which is shaped such that the distance of this inner peripheral wall 46 to the axis of rotation of the servo pump 38 from the inlet 34 in the direction of a radial outlet opening 48 in the inner peripheral wall 46 reduces, so that when turning into the servo pump 30 inflowing coolant in the pressure chamber 36 compressed and through the outlet opening 48 is pressed. From here, the coolant flows into an annular channel 50 which is between the inner peripheral wall 46 and an outer peripheral wall 52 of the servo pump housing 28 is trained.

In dieser Außenumfangswand 52 sind vier gleichmäßig über den Umfang verteilte radiale Auslassöffnungen 54 ausgebildet, die jeweils in einer Druckkammer 56 münden. Diese Druckkammern 56 werden seitlich einerseits durch eine sich radial ersteckende Wand 58 eines nach außen ragenden Vorsprungs 60 des feststehenden Servopumpengehäuses 28 begrenzt und andererseits durch eine sich radial erstreckende Wand 62 eines sich nach radial innen erstreckenden Vorsprungs 64 eines Betätigungsringes 66 begrenzt, der relativ zum Servopumpengehäuse 28 drehbar ist. Radial werden die Druckkammern 56 nach innen durch die Außenumfangswand 52 des Servopumpengehäuses 28 und nach außen durch eine radiale Außenwand 68 des Betätigungsringes 66 begrenzt. Die axiale Begrenzung der Druckkammern 56 erfolgt in Richtung zum Spiralgehäuseteil 10 durch eine ringförmige Platte 70, die am Betätigungsring 66 ausgebildet ist und an der gegenüberliegenden Seite durch eine ringförmige Verschlussplatte 72, die an den Vorsprüngen 64 des Betätigungsringes 66 festgeschraubt wird. Diese Verschlussplatte 72 umgibt radial den Servopumpendeckel 44, in dem ein Auslass 74 ausgebildet ist, der von einem am Lagergehäuseteil 12 befestigten Ventil 76 beherrscht wird und der direkt gegenüberliegend zur radialen Auslassöffnung 48 und in fluidischer Verbindung mit dieser angeordnet ist. Dieser Auslass 74 ist über einen Verbindungskanal 78 mit dem Förderkanal 14 im Spiralgehäuseteil 10 fluidisch verbunden. Entsprechend kann Druck über diesen Verbindungskanal 78 bei geöffnetem Ventil 76 abgebaut werden oder bei geschlossenem Ventil 76 aufgebaut werden.In this outer peripheral wall 52 are four evenly distributed over the circumference radial outlet openings 54 formed, each in a pressure chamber 56 lead. These pressure chambers 56 be laterally on the one hand by a radially ersteckende wall 58 an outward protrusion 60 of the fixed servo pump housing 28 limited and on the other hand by a radially extending wall 62 a radially inwardly extending projection 64 an actuating ring 66 limited, relative to the servo pump housing 28 is rotatable. The pressure chambers become radial 56 inside through the outer peripheral wall 52 of the servo pump housing 28 and out through a radial outer wall 68 of the actuating ring 66 limited. The axial limit of the pressure chambers 56 takes place in the direction of the spiral housing part 10 through an annular plate 70 located on the actuating ring 66 is formed and on the opposite side by an annular closure plate 72 attached to the projections 64 of the actuating ring 66 is screwed. This closure plate 72 surrounds radially the servo pump cover 44 in which an outlet 74 is formed, the one of the bearing housing part 12 attached valve 76 is dominated and the directly opposite to the radial outlet opening 48 and disposed in fluid communication therewith. This outlet 74 is via a connection channel 78 with the delivery channel 14 in the spiral housing part 10 fluidly connected. Accordingly, pressure via this connection channel 78 with the valve open 76 be dismantled or with the valve closed 76 being constructed.

Durch den Druckaufbau der Flügelzellenpumpe 30 entsteht bei geschlossenem Ventil 76 in den Druckkammern 56 ein erhöhter Druck, der dazu führt, dass der Betätigungsring 66 relativ zum Servopumpengehäuse 28 gedreht wird, wodurch ein am Betätigungsring 66 befestigter Verstellring 80 ebenfalls gedreht wird. Dieser Verstellring 80 weist im Bereich seines inneren Umfangs und über diesen gleichmäßig verteilt sich im Wesentlichen tangential erstreckende Langlöcher 82 sowie schräge Langlöcher 84 in gleicher Anzahl auf, die sich in Richtung des Außenumfangs erstrecken. In die inneren Langlöcher 82 ragen Drehachsen 86, die an den Enden von Leitschaufeln 88 eines Leitschaufelkranzes 90 ausgebildet sind, welcher als Mittel zur Regelung eines Ausströmquerschnitts aus dem Förderpumpenlaufrad 18 dient und welcher das Förderpumpenlaufrad 18 unmittelbar umgibt. Weitere kurze Verstellachsen 92, die im Bereich der gegenüberliegenden Enden der Schaufeln 88 axial aus diesen herausragen, ragen in die schrägen Langlöcher 84. Die Drehachsen 86 ragen durch den Verstellring 80 in Bohrungen 94 eines Halterings 96, wo sie mittels Sprengringen 98 auch axial fixiert werden. An diesem Haltering 96 sind radial nach außen weisenden Flanschaugen 100 ausgebildet, die in Ausnehmungen 102 des Lagergehäuseteils 12 greifen, wodurch der Haltering 96 gegen Verdrehen fixiert wird. Von einem weiteren radialen Vorsprung 104 des Halterings 96 erstreckt sich senkrecht dazu eine Radialwand, die als Widerlager 106 für ein Federelement 108 dient, dessen entgegengesetztes Ende gegen eine sich radial erstreckende Wand 110 des Verstellrings 80 anliegt. Die Kraft des Federelementes 108 wirkt auf den Verstellring 80 entgegen der hydraulischen Kraft in den Druckkammern 56 und bewegt den Verstellring 80 derart, dass die Schaufeln 88 des Schaufelkranzes 90 in Öffnungsrichtung gedreht werden.By the pressure build-up of the vane pump 30 occurs when the valve is closed 76 in the pressure chambers 56 an increased pressure, which causes the actuating ring 66 relative to the servo pump housing 28 is rotated, whereby one on the actuating ring 66 fixed adjusting ring 80 is also rotated. This adjusting ring 80 has in the region of its inner circumference and over this evenly distributed substantially tangentially extending slots 82 as well as oblique slots 84 in the same number, which extend in the direction of the outer circumference. Into the inner slots 82 protrude rotary axes 86 attached to the ends of vanes 88 a vane wreath 90 are formed, which as a means for controlling a Ausströmquerschnitts from the feed pump impeller 18 serves and which the feed pump impeller 18 immediately surrounds. Further short adjustment axes 92 in the area of the opposite ends of the blades 88 protrude axially from these, protrude into the oblique slots 84 , The axes of rotation 86 protrude through the adjusting ring 80 in holes 94 a retaining ring 96 where they are using snap rings 98 also be fixed axially. On this retaining ring 96 are radially outward pointing flanges 100 formed in recesses 102 of the bearing housing part 12 grab, causing the retaining ring 96 is fixed against twisting. From another radial projection 104 of the retaining ring 96 extends perpendicular to a radial wall, which serves as an abutment 106 for a spring element 108 serves, the opposite end against a radially extending wall 110 the adjusting ring 80 is applied. The force of the spring element 108 acts on the adjusting ring 80 against the hydraulic force in the pressure chambers 56 and moves the adjusting ring 80 such that the blades 88 of the scoop wreath 90 be rotated in the opening direction.

Wird nun von der Steuerung des Verbrennungsmotors ein verringerter Kühlmittelbedarf gemeldet wird das Ventil 76 geschlossen, so dass kein Kühlmittel aus dem Druckraum 36 der Servopumpe 30 über den Auslass 74 entweichen kann. Dies hat zur Folge, dass sich im Druckraum 36 ein erhöhter Druck einstellt, der über die radiale Auslassöffnung 48, den ringförmigen Kanal 50 und die Auslassöffnungen 54 auch auf die Druckkammern 56 übertragen wird. Dieser Druck wirkt auf die sich radial erstreckende Wand 62 des Betätigungsringes 66 und bewirkt eine Drehung des Betätigungsringes 66, sobald die entstehende hydraulische Kraft die Federkraft des Federelementes 108 übersteigt. Mit dem Betätigungsring 66 wird der an ihm befestigte Verstellring 80 gedreht, so dass die Verstellachsen 92 der Schaufeln 88 in den Langlöchern 84 gleiten, wodurch wiederum das radial äußere Ende der Schaufeln 88 nach radial innen bewegt wird. Dies hat zur Folge, dass die Abstände zwischen den Schaufeln 88 des Schaufelkranzes 90 verringert werden, wodurch einerseits der Strömungswiderstand der Kühlmittelpumpe steigt, da der Strömung eine geringere radiale Komponente aufgezwungen wird und der vorhandene Ausströmquerschnitt verringert wird. Somit sinkt der Kühlmittelstrom.If a reduced coolant requirement is now reported by the control of the internal combustion engine, the valve 76 closed, so no coolant from the pressure chamber 36 the servo pump 30 over the outlet 74 can escape. As a result, in the pressure room 36 an increased pressure, the over the radial outlet opening 48 , the annular channel 50 and the outlet openings 54 also on the pressure chambers 56 is transmitted. This pressure acts on the radially extending wall 62 of the actuating ring 66 and causes a rotation of the actuating ring 66 as soon as the resulting hydraulic force, the spring force of the spring element 108 exceeds. With the actuating ring 66 becomes the adjusting ring attached to it 80 turned so that the adjustment axes 92 the blades 88 in the oblong holes 84 sliding, which in turn causes the radially outer end of the blades 88 is moved radially inward. This has the consequence that the distances between the blades 88 of the scoop wreath 90 be reduced, which on the one hand, the flow resistance of the coolant pump increases, since the flow is imposed on a smaller radial component and the existing Ausströmquerschnitt is reduced. Thus, the coolant flow decreases.

Wird im Folgenden wieder ein erhöhter Kühlmittelstrom gefordert, wird das Ventil 76 geöffnet, wodurch Kühlmittel aus den Druckkammern 56 über den Auslass 74 und den Verbindungskanal 78 ausströmen kann. Dies verringert den hydraulischen Druck bis die Federkraft des Federelementes 108 wieder die hydraulische Kraft in den Druckkammern 56 übersteigt, was zu einem Zurückdrehen des Betätigungsringes 66 und des Verstellringes 80 und somit zur Rückstellung der Schaufeln 88 in ihre den Ausströmquerschnitt des Förderpumpenlaufrades 18 öffnende Stellung führt, so dass der Kühlmittelstrom wieder steigt.If an increased coolant flow is required again below, the valve becomes 76 opened, causing coolant from the pressure chambers 56 over the outlet 74 and the connection channel 78 can flow out. This reduces the hydraulic pressure until the spring force of the spring element 108 again the hydraulic force in the pressure chambers 56 exceeds, leading to a turning back of the actuating ring 66 and the adjusting ring 80 and thus for returning the blades 88 in their the Ausströmquerschnitt the feed pump impeller 18 opening position leads, so that the coolant flow rises again.

Die Strömungspfade der beschriebenen Kühlmittelpumpe sind sehr klein, so dass die hydraulischen Druckänderungen in kürzester Zeit übertragen werden. Dies führt zu einer sehr schnellen Regelbarkeit des Kühlmittelstroms. Auch die Genauigkeit der Regelung wird durch die Verwendung des Leitschaufelkranzes erhöht, da Strömungsrichtung und Ausströmquerschnitt beeinflusst werden. Zusätzlich wird der Bauraumbedarf deutlich verringert und die Teileanzahl gering gehalten, so dass die Herstellung und die Montage vereinfacht werden.The flow paths of the described coolant pump are very small, so that the hydraulic pressure changes are transmitted in the shortest possible time. This leads to a very fast controllability of the coolant flow. Also, the accuracy of the control is increased by the use of the vane ring, since the flow direction and Ausströmquerschnitt be affected. In addition, the space requirement is significantly reduced and the number of parts kept low, so that the production and assembly are simplified.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. So können neben der beschriebenen Flügelzellenpumpe auch andere Servopumpen, wie Zahnradpumpen verwendet werden. Auch die genaue konstruktive Ausgestaltung ist modifizierbar. Als Ventil wird vorzugsweise ein Elektromagnetventil verwendet. Auch Druckregelventile können verwendet werden. Des Weiteren ist es dem Fachmann klar, wo entsprechende Dichtungen und Lager anzuordnen sind. Auch ist es möglich, die Bewegung in Öffnungsrichtung hydraulisch zu unterstützen, beispielsweise durch Verwendung eines 3/2 Wegeventils.It should be clear that the scope of the main claim is not limited to the embodiment described. Thus, in addition to the described vane pump and other servo pumps, such as gear pumps can be used. The exact structural design is modifiable. As a valve, a solenoid valve is preferably used. Also pressure control valves can be used. Furthermore, it is clear to the person skilled in the art where appropriate seals and bearings are to be arranged. It is also possible to support the movement hydraulically in the opening direction, for example by using a 3/2-way valve.

Claims

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine with a delivery pump housing ( 10 . 12 ), in which a delivery channel ( 14 ), a feed pump impeller ( 18 ), by means of which coolant through the conveyor channel ( 14 ), a wave ( 22 ) on which the feed pump impeller ( 18 ) is arranged at least rotationally fixed, a chain or pulley ( 24 ), which at least rotatably on the shaft ( 22 ) is arranged, a servo pump ( 30 ) with a servo pump housing ( 28 ), a servo pump wheel ( 38 ), which at least rotatably on the shaft ( 22 ) and in the servo pump housing ( 28 ) is rotatable, a valve ( 76 ), via which a flow cross section of the servo pump ( 30 ) is closable or releasable, means for controlling a flow cross-section downstream of the feed pump impeller ( 18 ), characterized in that the means for controlling the flow cross-section a vane ring ( 90 ) whose blades ( 88 ) via a rotatable adjusting ring ( 80 ) about a rotation axis ( 86 ) are rotatable, wherein on the servo pump housing ( 28 ) a radial outlet opening ( 48 ) from a pressure chamber ( 36 ) of the servo pump ( 30 ) is formed, the fluidically with at least one radially outside of the pressure chamber ( 36 ) arranged pressure chamber ( 56 ) which is connected between a substantially radially extending wall ( 58 ) of the fixed servo pump housing ( 28 ) and a substantially radially extending wall ( 62 ) of an actuating ring ( 66 ) is formed, which integral with the adjusting ring ( 80 ) is formed or fixed with the adjusting ring ( 80 ) connected is.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that a plurality of circumferentially distributed pressure chambers ( 56 ) between the actuating ring ( 66 ) and the servo pump housing ( 28 ) are formed.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the one or more pressure chambers ( 56 ) radially outward through an outer wall ( 68 ) of the actuating ring ( 66 ) and radially inwardly by an outer peripheral wall ( 52 ) of the servo pump housing ( 28 ) are limited.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the servo pump housing ( 28 ) an inner peripheral wall ( 46 ), in which the outlet opening ( 48 ) from the pressure chamber ( 36 ), wherein the outlet opening ( 48 ) in an annular channel ( 50 ) between the outer peripheral wall ( 52 ) and the inner peripheral wall ( 46 ), which via radial outlet openings ( 54 ) in the outer peripheral wall ( 52 ) fluidly with the pressure chambers ( 56 ) connected is.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting ring ( 80 ) via a spring element ( 108 ) opposite to the pressure load in the pressure chambers ( 56 ) is loaded in the circumferential direction.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims, characterized in that via the valve ( 76 ) releasable flow cross-section at the outlet ( 74 ) of the servo pump ( 30 ) is trained.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the outlet ( 74 ) in a servo pump cover ( 44 ) is formed, via which the pressure chamber ( 36 ) of the servo pump ( 30 ) is axially closed.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the inlet ( 34 ) of the servo pump ( 30 ) through an opening ( 32 ) in a the servo pump housing ( 28 ) axially delimiting wall ( 26 ) which is axially opposite to a rear side ( 25 ) of the feed pump impeller ( 18 ) is arranged.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the servo pump ( 30 ) is designed as a vane pump.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims, characterized in that the feed pump housing a spiral housing part ( 10 ), in which the conveying channel ( 14 ) is formed and a bearing housing part ( 12 ), in which the shaft ( 22 ) is mounted, wherein the servo pump ( 30 ) within the feed pump housing ( 10 . 12 ) is arranged.

Controllable, mechanically driven coolant pump for an internal combustion engine according to one of claims 5 to 10, characterized in that axially between the spiral housing part ( 10 ) and the bearing housing part ( 12 ) a retaining ring ( 96 ) is arranged, which opposite to the adjusting ring ( 80 ) is arranged and in the holes ( 94 ) are formed, in which the axes of rotation ( 86 ) of the blades ( 88 ) of the blade ring ( 90 ) are rotatably mounted, wherein on the retaining ring ( 96 ) an abutment ( 106 ) for the spring element ( 108 ) is formed and flanschaugen ( 100 ) are formed, which in corresponding recesses ( 102 ) in the bearing housing part ( 12 ) for the rotationally fixed connection with the bearing housing part ( 12 ) protrude.