DE102015220340A1

DE102015220340A1 - ELECTROMECHANICAL HYBRID COOLANT PUMP WITH NORMAL FLOW AND TOP FLOW

Info

Publication number: DE102015220340A1
Application number: DE102015220340.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Buchholz; Juergen Roth
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2014-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-05-12
Also published as: CN105525977A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe mit einem Laufrad, das an einer Pumpenlaufradwelle angeordnet ist, und mit einer Antriebsvorrichtung für das Laufrad, wobei die Antriebsvorrichtung einen mechanischen Antrieb und einen Elektromotorantrieb aufweist. Die Laufradwelle ist in einen treibenden Abschnitt und einen angetriebenen Abschnitt geteilt, und eine Kupplung, die geöffnet und geschlossen werden kann, ist zwischen dem treibenden Abschnitt und dem angetriebenen Abschnitt angeordnet.The invention relates to a coolant pump with an impeller which is arranged on a Pumpenlaufradwelle, and with a drive device for the impeller, wherein the drive device comprises a mechanical drive and an electric motor drive. The impeller shaft is divided into a driving portion and a driven portion, and a clutch that can be opened and closed is disposed between the driving portion and the driven portion.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Das vorliegende Dokument ist eine teilweise Weiterführung der US-Patentanmeldung Nr. 12/937,746, die am 6. Februar 2011 eingereicht wurde und den Titel "Coolant Pump" trägt. This document is a partial continuation of U.S. Patent Application No. 12 / 937,746, filed February 6, 2011, entitled "Coolant Pump."

TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlmittelpumpen, die sowohl einen mechanischen Betriebsmodus als auch einen elektrischen Betriebsmodus aufweisen. The present invention relates to coolant pumps having both a mechanical mode of operation and an electrical mode of operation.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

Eine Kühlmittelpumpe ist aus der DE 102 14 637 A1 bekannt. Um in der Lage zu sein, verschiedene Fahrbetriebszustände eines Fahrzeugs mit einer solchen Kühlmittelpumpe zu verwirklichen, die sowohl einen Elektromotorantrieb als auch einen mechanischen Antrieb aufweist, wird ein Planetenantrieb bereitgestellt, der durch den Elektromotor und/oder den mechanischen Antrieb angetrieben werden kann. Eine solche Konstruktion ist jedoch vom Blickpunkt ihres mechanischen Aufbaus komplex und anfällig für Inkonsistenzen im Betrieb. A coolant pump is out of the DE 102 14 637 A1 known. In order to be able to realize various driving conditions of a vehicle with such a coolant pump, which has both an electric motor drive and a mechanical drive, a planetary drive is provided, which can be driven by the electric motor and / or the mechanical drive. However, such a construction is complex from the viewpoint of its mechanical structure and susceptible to inconsistencies in operation.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kühlmittelpumpe mit einer einfacheren und zuverlässigeren Konstruktion im Vergleich zum Stand der Technik zu schaffen, deren Betrieb effizient und fehlersicher ist. It is therefore an object of the present invention to provide a coolant pump with a simpler and more reliable construction compared to the prior art, the operation of which is efficient and fail-safe.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform wird die Pumpenradwelle in einen treibenden Abschnitt und einen angetriebenen Abschnitt geteilt, der von dem treibenden Abschnitt getrennt ist. Eine Kupplung ist zwischen dem treibenden Abschnitt und dem angetriebenen Abschnitt angeordnet und kann geöffnet werden, um die beiden Abschnitte zu trennen, und geschlossen werden, um die beiden Abschnitte zu verbinden. Mit dieser Ausführungsform kann das Pumpenrad sowohl durch einen Elektromotorantrieb als auch durch einen mechanischen Antrieb angetrieben werden, und zwar in jedem Fall jeweils unabhängig. In accordance with a preferred embodiment, the impeller shaft is divided into a driving portion and a driven portion which is separate from the driving portion. A clutch is disposed between the driving portion and the driven portion and can be opened to separate the two portions and closed to connect the two portions. With this embodiment, the impeller can be driven both by an electric motor drive and by a mechanical drive, in each case independently.

Mit der vorliegenden Erfindung werden Pumpen bereitgestellt, so dass die mechanische Pumpe die Funktion der elektrischen Pumpe übernimmt, um die Pumpenleistung für Betriebsbedingungen zu verstärken, in denen die elektrische Pumpe ineffizient oder unzureichend wäre. Es ist auch möglich, einen fehlersichere Funktion für die elektrische Pumpe zu erhalten, da sie mit der mechanischen Pumpe gekoppelt werden kann, wenn eine Unterbrechung in der elektrischen Energiezufuhr auftritt. Pumps are provided with the present invention such that the mechanical pump performs the function of the electric pump to enhance pump performance for operating conditions in which the electric pump would be inefficient or inadequate. It is also possible to obtain a fail-safe function for the electric pump since it can be coupled to the mechanical pump when an interruption in the electric power supply occurs.

Eines der Merkmale der Erfindung besteht darin, dass der Betrieb eines Motors für einen Schwerlastkraftwagen unter Verwendung einer voll variablen Kühlmittelpumpe gezeigt hat, dass Bedarf nach zwei unterschiedlichen Fließvolumina von Kühlmittelfluid besteht. Ein kleineres Volumen bzw. eine geringere Menge an Kühlmittelfluss (d. h. "Normalfluss") ist zum Beispiel nötig, um heiße Stellen im Motor zu vermeiden. Ein größeres Volumen bzw. eine größere Menge an Kühlmittelfluss (d. h. "Spitzenfluss") ist zum Beispiel nötig, um das Fahrzeug unter Volllastbedingungen zu kühlen. One of the features of the invention is that the operation of an engine for a heavy duty truck using a fully variable coolant pump has shown a need for two different flow volumes of coolant fluid. For example, a smaller volume or amount of coolant flow (i.e., "normal flow") is needed to avoid hot spots in the engine. For example, a larger volume of coolant flow (i.e., "peak flow") is needed to cool the vehicle under full load conditions.

Im Prinzip sind die folgenden Implementierungen der Erfindung möglich:

(A) Obwohl es möglich ist, beide Pumpentypen parallel zu betreiben, wird besonders bevorzugt gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Pumpe und die mechanische Pumpe in Reihe verbunden sind, wobei eine geregelte Kupplung die Funktion des Einkoppelns der mechanischen Pumpe zum Beispiel auf der Grundlage von Druckmessungen oder der Überwachung der elektrischen Energiezufuhr ausführt.
(B) Im Fall einer sequenziellen Anordnung der mechanisch betriebenen Pumpe und der elektrisch betriebenen Pumpe wird bevorzugt, dass beide Pumpen ein einzelnes Pumpenrad verwenden.
(C) Gemäß der Erfindung ist es als Ergebnis einer Verkleinerung der Kühlmittelpumpe möglich, dass die Kühlmittelpumpe sowohl für das Gebiet der Nutzfahrzeuge als auch für das Gebiet der Personenfahrzeuge angepasst werden kann. Im Fall der Personenfahrzeuge kann das Warmlaufverhalten des Motors durch präzise Einstellung des Normal-Kühlmittelflusses verbessert werden.
(D) In Hybridfahrzeugen kann die Erfindung auch einen Kühlmittelfluss bereitstellen, wenn der Motor gestoppt ist. Der Kühlmittelfluss ist für die Funktion der Lichtmaschine/des Generators und für die Batterie erforderlich. Der Kühlmittelfluss, der erforderlich ist, kann entsprechend durch die Kombination gemäß der vorliegenden Erfindung der elektrischen Pumpe und der mechanisch angetriebenen Pumpe bereitgestellt werden, ohne dass eine Zusatzpumpe wie im Stand der Technik erforderlich wäre.

In principle, the following implementations of the invention are possible:

(A) Although it is possible to operate both types of pumps in parallel, it is particularly preferred according to the invention that the electric pump and the mechanical pump are connected in series, with a controlled clutch having the function of coupling the mechanical pump, for example, on the Basis of pressure measurements or the monitoring of the electrical energy supply.
(B) In the case of a sequential arrangement of the mechanically driven pump and the electrically driven pump, it is preferable that both pumps use a single impeller.
(C) According to the invention, as a result of downsizing the coolant pump, it is possible for the coolant pump to be adapted to both the commercial vehicle and the passenger car field. In the case of passenger vehicles, the warm-up behavior of the engine can be improved by precise adjustment of the normal coolant flow.
(D) In hybrid vehicles, the invention can also provide coolant flow when the engine is stopped. The coolant flow is required for the operation of the alternator / generator and for the battery. The coolant flow required may be provided accordingly by the combination of the present invention of the electric pump and the mechanically driven pump without requiring an auxiliary pump as in the prior art.

Die Erfindung hat zahlreiche nützliche Merkmale und Vorteile:

(1) Eine fehlersichere Konstruktion des gesamten Systems, da es möglich ist, dass das Pumpenrad nur durch den mechanischen Antrieb betätigt wird, wenn der Elektromotorantrieb deaktiviert ist. Die Entkopplung von dem mechanischen Antrieb erfolgt mittels einer Betätigung der Kupplung. In der Ruhestellung der Kupplung wird die Pumpenradwelle durch den mechanischen Antrieb angetrieben. In dieser Situation könnte die Kupplung durch einen elektrischen Mechanismus in einem deaktivierten Zustand gehalten werden. Im Fall eines elektrischen Fehlers wird die Kupplung automatisch den mechanischen Antrieb mit dem Pumpenrad verbinden.
(2) Zwei Betriebsprinzipien zur Betätigung einer Antriebsseite, wobei die beiden Antriebsseiten vollständig von der angetriebenen Seite entkoppelt werden können, oder die beiden Antriebsseiten nur einzeln von der angetriebenen Seite entkoppelt werden können.
(3) Reihenkonzept für die Kopplung/Entkopplung mit/von dem Elektromotorantrieb. Der Elektromotorantrieb, der vorzugsweise als ein bürstenloser Gleichstrommotor ("DC-Motor") ausgeführt ist, ist auf der angetriebenen Seite der Pumpenradwelle angeordnet. Der mechanische Antrieb und auch der Elektromotorantrieb können durch die Kupplung verbunden, in Ausrichtung an derselben Achse der Kühlmittelpumpe angeordnet sein und nur ein einzelnes Pumpenrad antreiben. Dies stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar.
(4) Das Konzept der Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung ist mit unterschiedlichen Konstruktionen der Kühlmittelpumpe kompatibel.
(5) Wenn die Kühlmittelpumpe für einen Verbrennungsmotor eines Personenfahrzeugs vorgesehen ist, kann die Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung hydraulische Energie bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor stillsteht. Eine nachlaufende Kühlung nach dem Betrieb kann durch das Hauptpumpenrad durch Betätigung des Elektromotors erfolgen.
(6) Eine sequenzielle Betriebslogik kann mit der Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung erreicht werden, da das Pumpenrad entweder durch den Elektromotor oder durch den mechanischen Antrieb angetrieben werden kann.
(7) Die Lager an der Antriebsseite und der angetriebenen Seite können in Ausrichtung an derselben Achse angeordnet sein.
(8) Es ist möglich, elektrische Energie von dem Elektromotorantrieb zurückzugewinnen (Generatorbetrieb), wenn das Pumpenrad ausschließlich durch den
mechanischen Antrieb angetrieben wird. Vom Energieaspekt betrachtet ist dies insbesondere im Nachlaufmodus des Verbrennungsmotors möglich.
(9) Die Bereitstellung einer ausreichenden Kühlleistung für die meisten Betriebsbedingungen durch Entkopplung des mechanischen Antriebs und Betrieb mittels des Elektromotors.
(10) Als Resultat der Kubiknennleistungskurve einer Kühlmittelpumpe stellt der Elektromotor einen Normalvolumenfluss bereit. Die maximale Lieferleistung für die maximale Kühlleistung wird durch Kopplung des mechanischen Antriebs (ohne Elektromotorpumpe) erzielt.

The invention has numerous useful features and advantages:

(1) A fail-safe design of the entire system, since it is possible that the impeller is operated only by the mechanical drive when the electric motor drive is deactivated. The decoupling of the mechanical drive by means of an actuation of the clutch. In the Rest position of the clutch, the impeller shaft is driven by the mechanical drive. In this situation, the clutch could be kept in an inactivated state by an electrical mechanism. In case of an electrical fault, the clutch will automatically connect the mechanical drive to the impeller.
(2) Two operating principles for operating a drive side, wherein the two drive sides can be completely decoupled from the driven side, or the two drive sides can be decoupled only one by one from the driven side.
(3) Series concept for coupling / decoupling with / from the electric motor drive. The electric motor drive, which is preferably designed as a brushless DC motor ("DC motor"), is arranged on the driven side of the impeller shaft. The mechanical drive and also the electric motor drive can be connected by the coupling, arranged in alignment on the same axis of the coolant pump and drive only a single impeller. This represents a preferred embodiment.
(4) The concept of the coolant pump according to the invention is compatible with different constructions of the coolant pump.
(5) When the coolant pump is provided for an internal combustion engine of a passenger vehicle, the coolant pump according to the invention can provide hydraulic power when the internal combustion engine is stationary. A subsequent cooling after operation can be done by the Hauptpumpenrad by actuation of the electric motor.
(6) Sequential operation logic can be achieved with the coolant pump according to the invention since the impeller can be driven either by the electric motor or by the mechanical drive.
(7) The bearings on the drive side and the driven side may be arranged in alignment on the same axis.
(8) It is possible to recover electric power from the electric motor drive (generator operation) when the impeller is driven only by the
mechanical drive is driven. From the energy aspect, this is possible in particular in the wake-up mode of the internal combustion engine.
(9) The provision of sufficient cooling capacity for most operating conditions by decoupling the mechanical drive and operating it by means of the electric motor.
(10) As a result of the cubic power curve of a coolant pump, the electric motor provides a normal volume flow. The maximum delivery capacity for the maximum cooling capacity is achieved by coupling the mechanical drive (without electric motor pump).

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Details, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind der folgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform auf der Grundlage der Zeichnungen zu entnehmen, in welchen: Further details, advantages and features of the present invention can be found in the following description of an exemplary embodiment based on the drawings, in which:

1 ein Veranschaulichung im Schnitt durch eine Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung zeigt; 1 an illustration in section through an embodiment of a coolant pump according to the invention;

2 einen schematischen Aufbau eines Kühlkreises eines Verbrennungsmotors mit der Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung zeigt; 2 shows a schematic structure of a cooling circuit of an internal combustion engine with the coolant pump according to the invention;

3 und 4 zwei statistische Verteilungsgraphen der Pumpenrad-Drehzahl bezogen auf die Motordrehzahl für zwei transiente Antriebszyklen zeigen; 3 and 4 show two impulse wheel speed statistical distribution graphs related to engine speed for two transient drive cycles;

5 den Stromverbrauch für eine Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung zeigt; 5 shows the power consumption for an embodiment of a coolant pump according to the invention;

6 und 7 ein Kühlmittelflussszenario bzw. den Leistungsverbrauch für eine Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung zeigen; 6 and 7 show a coolant flow scenario and the power consumption for an embodiment of a coolant pump according to the invention;

8 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung ist; und 8th a cross-sectional view of an embodiment of a coolant pump according to the invention; and

9 eine schematische Veranschaulichung eines Kühlkreises eines Verbrennungsmotors ist, der eine Ausführungsform der Kühlmittelpumpe gemäß der Erfindung einsetzt. 9 a schematic illustration of a cooling circuit of an internal combustion engine, which uses an embodiment of the coolant pump according to the invention.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1 zeigt ein Veranschaulichung im Schnitt durch eine Kühlmittelpumpe 15 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Kühlmittelpumpe 15 weist ein Pumpenrad (auch als Laufrad oder "Impeller" bezeichnet) auf, das an einer Pumpenradwelle (auch als Laufrad- oder "Impellerwelle" bezeichnet) angeordnet ist. Die Pumpenradwelle ist in einen treibenden Abschnitt 3 und einen angetriebenen Abschnitt 11 geteilt. In der illustrierten Ausführungsform ist der treibende Abschnitt 3 als flanschartiger Aufbau ausgebildet, mit dem ein mechanischer Antrieb 1, in diesem Beispiel in der Form einer Riemenscheibe, drehfest verbunden ist. In der illustrierten Ausführungsform ist die aus einem flanschartigen Aufbau 3 und einer Riemenscheibe 1 zusammengesetzte Anordnung mittels eines Lagers 6 in einem Gehäuse 7 montiert. 1 shows an illustration in section through a coolant pump 15 according to an embodiment of the invention. The coolant pump 15 has an impeller (also referred to as impeller or "impeller"), which is arranged on a Pumpenradwelle (also referred to as impeller or "impeller shaft"). The impeller shaft is in a driving section 3 and a powered section 11 divided. In the illustrated embodiment, the driving section 3 designed as a flange-like structure with which a mechanical drive 1 , in this example in the form of a pulley, is rotatably connected. In the illustrated Embodiment is that of a flange-like structure 3 and a pulley 1 assembled arrangement by means of a bearing 6 in a housing 7 assembled.

Der mechanische Antrieb 1 kann mit einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs verbunden sein, wobei es in der illustrierten Ausführungsform möglich ist, einen Riemenantrieb zu verwenden. Um die Veranschaulichung zu vereinfachen, ist nur die Riemenscheibe 1 dargestellt. The mechanical drive 1 may be connected to an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein in the illustrated embodiment it is possible to use a belt drive. To simplify the illustration, only the pulley is 1 shown.

Der angetriebene Abschnitt 11 der Pumpenradwelle (Laufradwelle) ist in dem Gehäuse 7 mittels zweier Lager 6 und 10 montiert, und trägt an seinem freien Ende 16 das Pumpenrad 13. Hier ist das freie Ende 16 des angetriebenen Abschnitts 11 gegenüber dem Gehäuse 7 mittels einer Dichtung 12 abgedichtet, die zwischen dem Pumpenrad 13 und dem Lager 10 angeordnet ist. The driven section 11 the impeller shaft (impeller shaft) is in the housing 7 by means of two bearings 6 and 10 mounted, and carries at its free end 16 the impeller 13 , Here is the free end 16 of the driven section 11 opposite the housing 7 by means of a seal 12 sealed between the impeller 13 and the camp 10 is arranged.

Wie ebenfalls in 1 gezeigt, können der angetriebene Abschnitt 11 und der treibende Abschnitt 3 der Pumpenradwelle mittels einer Kupplung 4 verbunden sein, die zwischen den zwei Abschnitten 3 und 11 angeordnet ist. Die Kupplung 4 kann zum Beispiel als eine elektromagnetische Kupplung mit einer Spule 5 ausgeführt sein. Like also in 1 shown, the driven section 11 and the driving section 3 the impeller shaft by means of a coupling 4 be connected between the two sections 3 and 11 is arranged. The coupling 4 can be used as an electromagnetic clutch with a coil, for example 5 be executed.

Ein Elektromotorantrieb ist in dem angetriebenen Abschnitt 11 der Pumpenradwelle positioniert, wobei der Elektromotorantrieb mit seinem Rotor 9 und einem Stator 8, der den Rotor 9 umgibt, in axialer Ausrichtung mit dem mechanischen Antrieb 3 an dem angetriebenen Abschnitt 11 angeordnet ist. Wie in 1 dargestellt, sind hier der Rotor 9 und der Stator 8 in dem Gehäuse 7 positioniert. An electric motor drive is in the driven section 11 the impeller shaft positioned, the electric motor drive with its rotor 9 and a stator 8th who is the rotor 9 surrounds, in axial alignment with the mechanical drive 3 on the driven section 11 is arranged. As in 1 shown here are the rotor 9 and the stator 8th in the case 7 positioned.

Eine optionale Halleffekt-Einrichtung 14 kann zwischen dem Rotor 9 und dem Lager 6 angeordnet sein. An optional reverb effect device 14 can be between the rotor 9 and the camp 6 be arranged.

Mit dieser Konstruktion der Kühlmittelpumpe 15 gemäß der Erfindung ist es möglich, das Pumpenrad 13 durch Öffnen der Kupplung 4 vollständig von dem mechanischen Antrieb 1 zu trennen. Hier ist der Elektromotorantrieb, der vorzugsweise als ein bürstenloser DC-Motor ausgeführt ist, an der Seite des angetriebenen Abschnitts 11 der Pumpenradwelle angeordnet. Dies ermöglicht dem Elektromotorantrieb, einen regelbaren Kühlmittelfluss in einem vorbestimmbaren Leistungsbereich bereitzustellen, der unabhängig von der Drehzahl des Motors ist, mit dem die Kühlmittelpumpe 15 verbunden ist, wenn der angetriebene Abschnitt 11 von dem treibenden Abschnitt 3 durch die geöffnete Kupplung 4 getrennt ist. With this construction of the coolant pump 15 According to the invention, it is possible to use the impeller 13 by opening the clutch 4 completely from the mechanical drive 1 to separate. Here, the electric motor drive, which is preferably designed as a brushless DC motor, on the side of the driven portion 11 the impeller shaft arranged. This allows the electric motor drive to provide a controllable flow of coolant in a predeterminable power range, which is independent of the speed of the engine with which the coolant pump 15 is connected when the driven section 11 from the driving section 3 through the opened coupling 4 is disconnected.

Zu diesem Zweck ist der Rotor 9 des Elektromotorantriebs direkt an dem angetriebenen Abschnitt 11 der Pumpenradwelle angeordnet, wie aus 1 ersichtlich ist. Der Stator 8 ist um dieselbe Achse des Gehäuses 7 herum in das Gehäuse 7 um den Rotor 9 herum integriert, wie in ähnlicher Weise aus 1 ersichtlich ist. For this purpose, the rotor 9 the electric motor drive directly to the driven portion 11 the impeller shaft arranged as out 1 is apparent. The stator 8th is around the same axis of the housing 7 around in the case 7 around the rotor 9 integrated, as in a similar way 1 is apparent.

Der Elektromotorantrieb 8, 9 kann mittels eines geschalteten Signals von einer elektronischen Regelvorrichtung (in 1 nicht im Detail veranschaulicht) geregelt werden. Ist die angetriebene Seite 11 von der Antriebsseite 3 getrennt, kann das Pumpenrad 13 nur durch den Elektromotor allein angetrieben werden. Hier ist vorgesehen, dass ausreichend hydraulische Ausgangsleistung bereitgestellt wird, um den erforderlichen Kühlmittelfluss für alle normalen Betriebsbedingungen des Motors bereitzustellen, der mit der Kühlmittelpumpe 15 verbunden ist. Um den maximal verfügbaren Kühlmittelfluss zu erreichen, kann der angetriebene Abschnitt 11 mit dem treibenden Abschnitt 3 der Pumpenradwelle mittels der Kupplung 4 verbunden werden. In diesem Fall wird das Pumpenrad 13 nur durch den mechanischen Antrieb 1 angetrieben, wenn der Elektromotor deaktiviert ist. The electric motor drive 8th . 9 can by means of a switched signal from an electronic control device (in 1 not illustrated in detail). Is the driven side 11 from the drive side 3 disconnected, the impeller can 13 only be driven by the electric motor alone. It is contemplated that sufficient hydraulic power output will be provided to provide the necessary coolant flow for all normal engine operating conditions associated with the coolant pump 15 connected is. To achieve the maximum available coolant flow, the driven section 11 with the driving section 3 the impeller shaft by means of the coupling 4 get connected. In this case, the impeller becomes 13 only by the mechanical drive 1 driven when the electric motor is deactivated.

2 veranschaulicht einen schematischen Aufbau eines möglichen Kühlkreises eines Verbrennungsmotors 17, der die Kühlmittelpumpe 15 gemäß der Erfindung verwendet. In dieser schematisch stark vereinfachten Veranschaulichung wird die Pumpe, die durch einen Elektromotor angetrieben wird, durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet, und die mechanisch angetriebene Pumpe durch das Bezugszeichen 21. Die zwei Pumpen, die in Reihe angeordnet sind, können über die Kupplung 4 mit einem Riemenantrieb 2 und über die Riemenscheibe 1 mit dem Motor 17 verbunden sein, um die erforderliche mechanische Antriebsenergie bereitzustellen. In der illustrierten Ausführungsform weist der Kühlmittelkreis auch einen Thermostat 18 und ein Kühlelement 19 wie etwa einen Radiator auf, deren Zusammenwirken durch die Pfeile dargestellt wird. 2 illustrates a schematic structure of a possible cooling circuit of an internal combustion engine 17 who has the coolant pump 15 used according to the invention. In this schematically simplified illustration, the pump, which is driven by an electric motor, by the reference numeral 20 denoted, and the mechanically driven pump by the reference numeral 21 , The two pumps, which are arranged in series, can via the coupling 4 with a belt drive 2 and over the pulley 1 with the engine 17 be connected to provide the required mechanical drive power. In the illustrated embodiment, the coolant circuit also includes a thermostat 18 and a cooling element 19 such as a radiator whose interaction is represented by the arrows.

Die Kühlmittelpumpe kann auf sequenzielle oder parallele Art angeordnet sein, wobei die elektrische Pumpe in Reihe oder parallel mit dem mechanisch angetriebenen Element angeordnet sein kann. Dies umfasst den Reihen-/Parallelbetrieb sowohl auf mechanische als auch hydraulische Weise (Antriebsseite oder Pumpenseite). The coolant pump may be arranged in a sequential or parallel manner, wherein the electric pump may be arranged in series or in parallel with the mechanically driven element. This includes series / parallel operation in both mechanical and hydraulic modes (drive side or pump side).

3 und 4 zeigen die Daten zweier transienter Antriebszyklen, die mittels einer voll variablen Pumpe evaluiert wurden, mit den darin dargestellten Kurven und Einträgen. Die Graphen 50 und 60 zeigen zwei Ereignisdarstellungen, die die Flussanforderung für zwei typische Antriebszyklen zeigen. Dabei sind die beiden Hauptvorkommen des Normalflusses 52 und 62 und des Spitzenflusses 54 und 64 abgebildet. 3 and 4 show the data of two transient drive cycles, which were evaluated by means of a fully variable pump, with the curves and entries shown in it. The graphs 50 and 60 show two event representations showing the flow request for two typical drive cycles. Here are the two main occurrences of the normal flow 52 and 62 and the top river 54 and 64 displayed.

In der Ereignisdarstellung 50 könnte der Normalfluss 52 durch den elektrischen Pumpenantrieb mit weniger als einem kW Leistung bereitgestellt werden. Der Spitzenfluss 54 könnte durch den mechanischen Pumpenantrieb bei mehr als einem kW Leistung in dem veranschaulichten Beispiel bereitgestellt werde. In the event presentation 50 could be the normal flow 52 be provided by the electric pump drive with less than one kW of power. The top river 54 could be provided by the mechanical pump drive at more than one kW of power in the illustrated example.

5 veranschaulicht die Leistungsüberlegungen für die beiden Hauptmodi für eine variable Kühlmittelpumpe. Der obere Graph 70 stellt den Leistungsverbrauch der Kühlmittelpumpe dar und zeigt den Volumenfluss in Liter pro Minute (L/min) gegen die Leistung (in kW). Die Fläche 72 ist die bevorzugte Fläche zur Verwendung einer elektrischen Pumpe, und die Fläche 74 ist die bevorzugte Fläche zur Verwendung einer mechanisch angesteuerten Pumpe. Die Grenzlinie für die Bestimmung der Wahl des Pumpen- und Antriebstyps ist bei 76 dargestellt. Die Grenzlinie ist im illustrierten Beispiel ein kW. 5 illustrates the performance considerations for the two main modes for a variable coolant pump. The upper graph 70 represents the power consumption of the coolant pump and shows the volume flow in liters per minute (L / min) against the power (in kW). The area 72 is the preferred area for using an electric pump, and the area 74 is the preferred area for using a mechanically driven pump. The limit line for determining the choice of pump and drive type is included 76 shown. The boundary line in the illustrated example is one kW.

Der untere Graph 80 ist derselbe wie die Ereignisdarstellung 60 in 4 und bildet die Grundlage für den Graph 70 und die bevorzugten Flächen 72 und 74 sowie die Grenzlinie 76. Auf der Grundlage von Graph 80 liegt die Grenzlinie für die Bestimmung, ob der mechanische Antrieb oder der elektrische Antrieb verwendet werden soll, in diesem Beispiel bei etwa 1500 u/min des Laufrads. The lower graph 80 is the same as the event representation 60 in 4 and forms the basis for the graph 70 and the preferred areas 72 and 74 as well as the borderline 76 , Based on graph 80 For example, in this example, the limit line for determining whether the mechanical drive or the electric drive is to be used is about 1500 rpm of the impeller.

Die in den 3 bis 5 dargestellten Leistungsüberlegungen bilden die beiden Hauptmodi für eine variable Kühlmittelpumpe ab. Der von der Pumpe bereitgestellte Normalfluss kann durch eine Pumpe geliefert werden, die durch einen Elektromotor angetrieben wird, da der Leistungsverbrauch unter ein kW liegt. Der Leistungsverbrauch von über einem kW ist durch einen Elektromotor nur schwer zu erreichen, in der Hauptsache auf Grund des Mangels an elektrischer Leistung in heute üblichen Fahrzeugen. Hier wird ein mechanisch angetriebenes System bevorzugt. Der mechanische Antrieb schafft eine "Verstärkung", wenn mehr Kühlung benötigt wird. The in the 3 to 5 The performance considerations shown depict the two main modes for a variable coolant pump. The normal flow provided by the pump can be supplied by a pump driven by an electric motor, since the power consumption is less than one kW. The power consumption of over one kW is difficult to achieve by an electric motor, mainly due to the lack of electrical power in today's vehicles. Here, a mechanically driven system is preferred. The mechanical drive creates a "boost" when more cooling is needed.

Die oben erläuterte Ausführungsform stellt auch eine "fehlersichere" Kühlmittelpumpe bereit. Sollte das elektrische System oder der Strom in dem Fahrzeug stoppen oder auf irgendeine Weise ausfallen, würde der mechanische Antrieb übernehmen, und die Kühlmittelpumpe würde durch die Riemenscheibe und den mechanischen Antrieb angetrieben werden. Dies würde dem Bediener des Fahrzeugs erlauben, das Fahrzeug weiter in Betrieb zu halten, bis der Fehler des elektrischen Systems repariert und dieses reaktiviert werden kann. The embodiment discussed above also provides a "fail-safe" coolant pump. Should the electrical system or current in the vehicle stop or fail in any way, the mechanical drive would take over and the coolant pump would be driven by the pulley and the mechanical drive. This would allow the operator of the vehicle to continue operating the vehicle until the fault of the electrical system is repaired and it can be reactivated.

Darüber hinaus kann die erläuterte Ausführungsform weiter Kühlmittel durch das System bereitstellen, sogar wenn der Motor abgestellt oder abgeschaltet wird. Der über die Batterie des Fahrzeugs versorgte elektrische Antrieb kann die Kühlmittelpumpe weiter betreiben und das Kühlfluid umwälzen, bis der Motor und weitere Komponenten ausreichend gekühlt sind. Manche Fahrzeuge erfordern heute den Einsatz einer Zusatzpumpe, um dies zu erreichen. Moreover, the illustrated embodiment may continue to provide coolant through the system even when the engine is turned off or turned off. The powered via the battery of the vehicle electric drive can continue to operate the coolant pump and circulate the cooling fluid until the engine and other components are sufficiently cooled. Some vehicles today require the use of an auxiliary pump to achieve this.

Die beträchtlichen nützlichen Merkmale und Vorteile der Erfindung umfassen die folgenden:

(i) Hydraulisch paralleler oder sequenzieller Betrieb elektrischer und mechanischer Pumpen mit einer gesteuerten Kupplung an dem mechanischen Element, die durch den Rückstau oder die elektrische Leistung des elektrischen Pumpensystems angetrieben wird (die Kupplung wird durch die elektrische Stromversorgung des elektrischen Pumpensystems oder durch den Rückstau des Kühlmittelkreises gesteuert);
(ii) Mechanisch sequenzieller Betrieb des mechanischen und des elektrischen Antriebs, die sich ein Hydraulikelement teilen (d. h. das Laufrad).

The considerable useful features and advantages of the invention include the following:

(i) Hydraulically parallel or sequential operation of electric and mechanical pumps with a controlled clutch on the mechanical element driven by the backwater or electric power of the electric pump system (the clutch is powered by the electric power supply of the electric pump system or by the back pressure of the electric pump system) Coolant circuit controlled);
(ii) Mechanically sequential operation of the mechanical and electric drives sharing a hydraulic element (ie the impeller).

Neben diesen Merkmalen kann die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe für die Bedürfnisse eines Automobilmarktsegments verkleinert werden, in welchem es das Warmlaufverhalten des Fahrzeugs und Motors verbessern kann, indem es exakt den benötigten Normalfluss mit der Drehzahl des Elektromotors anwendet. In addition to these features, the coolant pump of the present invention can be scaled down to the needs of an automotive market segment in which it can improve the warm-up performance of the vehicle and engine by accurately applying the required normal flow to the speed of the electric motor.

In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung kann der Antrieb der Kühlmittelpumpe vollständig von der FEAD-Antriebsseite durch die Kupplung, wie etwa eine elektromagnetische Kupplung, entkoppelt werden. Der DC-Motor ist in die angetriebene Wellenachse integriert, um einen steuerbaren Kühlmittelfluss in einem definierten Leistungsbereicht vollständig unabhängig von der Motordrehzahl bereitzustellen, wenn die angetriebene Achse von der Antriebswelle entkoppelt ist. Dafür ist der Rotor des DC-Motors direkt an der angetriebenen Welle montiert, und zwischen zwei Lagern oberhalb und unterhalb des Rotors positioniert. Der Stator ist in dem Gehäuse der Kühlmittelpumpe an derselben Achse montiert. In accordance with embodiments of the invention, the drive of the coolant pump may be completely decoupled from the FEAD drive side by the clutch, such as an electromagnetic clutch. The DC motor is integrated with the driven shaft axis to provide controllable coolant flow in a defined power range, completely independent of engine speed, when the driven axle is decoupled from the drive shaft. For this purpose, the rotor of the DC motor is mounted directly on the driven shaft, and positioned between two bearings above and below the rotor. The stator is mounted in the housing of the coolant pump on the same axis.

Der DC-Motor, der vorzugsweise bürstenlos ist, wird durch ein geschaltetes Signal von einer elektronischen Steuereinheit gesteuert. Ist die angetriebene Seite von der Antriebsseite entkoppelt, kann das Laufrad von dem DC-Motor angetrieben werden. Dies stellt ausreichend hydraulische Leistung bereit, um den erforderlichen Kühlmittelfluss für die meisten Betriebsbedingungen eines Fahrzeug zu liefern. Um den maximal verfügbaren Kühlmittelfluss zu erreichen, wird die angetriebene Seite mit der Antriebsseite gekoppelt, zum Beispiel durch eine elektromagnetische Kupplung. Das Laufrad wird dann durch das FEAD angetrieben. The DC motor, which is preferably brushless, is controlled by a switched signal from an electronic control unit. If the driven side of the drive side decoupled, the impeller can be driven by the DC motor. This provides sufficient hydraulic power to provide the required coolant flow for most vehicle operating conditions. To achieve the maximum available coolant flow, the driven side is coupled to the drive side, for example by an electromagnetic clutch. The impeller is then driven by the FEAD.

Wie angegeben schließen die Vorteile und Merkmale der Ausführungsformen der Erfindung die folgenden ein:

• Fehlersichere Funktion des Systems auf Grund der gemeinsam zugeführten Spannung Die Kupplung rückt ein, um das Laufrad durch die Riemenscheibe anzutreiben, wenn der bürstenlose DC-Motor ausgeschaltet wird.
• Reihenkonzept einer Ein-/Aus-Kupplung mit elektronischem Motor. Der DC-Motor ist auf der angetriebenen Seite montiert. Beide Einrichtungen, Kupplung und DC-Motor, befinden sich an derselben Achse und treiben beide nur ein Laufrad an.
• Hydraulische Leistung kann im abgestellten Zustand des Motors bereitgestellt werden.
• Sequenzielle Betriebslogik, bei der das Laufrad einfach durch eine Vorrichtung (elektronischer Motor oder durch die Riemenscheibe) angetrieben werden kann.
• Die Lager der Antriebsseite und der angetriebenen Seite sind an derselben Achse ausgerichtet.
• Mögliche Wiedergewinnung elektrischer Energie von dem bürstenlosen DC-Motor, wenn das Laufrad von der Riemenscheibe angetrieben wird.

As indicated, the advantages and features of embodiments of the invention include the following:

• Fail-safe operation of the system due to the shared voltage The clutch engages to drive the impeller through the pulley when the brushless DC motor is turned off.
• Series concept of an on / off clutch with electronic motor. The DC motor is mounted on the driven side. Both devices, clutch and DC motor, are located on the same axle and drive both only one impeller.
• Hydraulic power can be provided when the engine is off.
• Sequential operating logic where the impeller can be easily driven by a device (electronic motor or pulley).
• The bearings of the drive side and the driven side are aligned on the same axis.
• Potential recovery of electrical energy from the brushless DC motor when the impeller is driven by the pulley.

6 und 7 sind zwei zusätzliche Graphen, die den Betrieb und die Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. 6 bildet den Kühlmittelfluss in Relation zur Motordrehzahl ab, während 7 den Leistungsverbrauch in Relation zur Motordrehzahl abbildet. 6 and 7 Figure 2 are two additional graphs illustrating the operation and advantages of embodiments of the present invention. 6 represents the coolant flow in relation to the engine speed, while 7 represents the power consumption in relation to the engine speed.

In 6, die allgemein durch die Bezugszahl 100 bezeichnet wird, bildet die Linie 102 das Einrücken der elektromagnetischen Kupplung ab. Die Linie 104 bildet eine Menge von 20 % des Kühlmittelflusses ab. Diese Menge, sowie auch die maximale Flussmenge, die der Elektromotor erzeugen kann, wird durch den elektrischen DC-Motor gesteuert, der insbesondere ein bürstenloser DC-Motor ist. Das Ausrücken der Kupplung wird durch die Linie 106 dargestellt. In 6 generally indicated by the reference number 100 is called forms the line 102 the engagement of the electromagnetic clutch. The line 104 forms an amount of 20% of the coolant flow. This amount, as well as the maximum amount of flow that can be generated by the electric motor is controlled by the electric DC motor, which is in particular a brushless DC motor. The disengagement of the clutch is through the line 106 shown.

Mit einem elektrischen DC-Motor sind nur etwa 5 % der Gesamtleistung notwendig, um etwa 20 % des Kühlmittelflusses bereitzustellen. With a DC electric motor, only about 5% of the total power is needed to provide about 20% of the coolant flow.

In 7, die allgemein durch die Bezugszahl 120 bezeichnet wird, bildet die Linie 122 den Leistungsverbrauch ab, wenn die elektromagnetische Kupplung eingerückt ist. Die Linie 124 bildet den maximalen Leistungsverbrauch durch den DC-Motor ab, der vorzugsweise bürstenlos ist. In 7 generally indicated by the reference number 120 is called forms the line 122 the power consumption when the electromagnetic clutch is engaged. The line 124 maps the maximum power consumption through the DC motor, which is preferably brushless.

8 bildet eine Ausführungsform 150 einer Dualmodus-Kühlmittelpumpe in Übereinstimmung mit der Erfindung ab. Die Pumpe umfasst ein erstes Körperelement 152, das fest mit einem Riemenscheibenelement 154 verbunden ist. Das Körperelement 152 wird durch ein Riemenelement (nicht dargestellt), das an dem Fahrzeugmotor angebracht ist, mit einer Eingangsdrehzahl gedreht. Dies stellt das mechanische Antriebselement zur Drehung des Kühlmittellaufrads 156 bereit. 8th forms an embodiment 150 a dual mode coolant pump in accordance with the invention. The pump comprises a first body element 152 that is fixed with a pulley element 154 connected is. The body element 152 is rotated at an input speed by a belt member (not shown) attached to the vehicle engine. This provides the mechanical drive element for rotation of the coolant impeller 156 ready.

Das Lagerelement 158 erlaubt dem mechanischen Antriebs-Körperelement 152, sich frei zu drehen, wenn es nicht erforderlich ist, um das Laufradelement 156 anzutreiben (zu drehen) und zusätzlichen Kühlmittelfluss zur Unterstützung der Kühlung des Motors bereitzustellen. The bearing element 158 allows the mechanical drive body element 152 to turn freely when it is not necessary to the impeller element 156 to drive (rotate) and provide additional coolant flow to assist the cooling of the engine.

Das mechanische Antriebs-Körperelement befindet sich innerhalb eines Gehäuseelements 160. Ist die Kühlmittelpumpe 150 in Verwendung, ist das Gehäuseelement 160 an dem Fahrzeugmotor oder einer anderen Komponente oder einem anderen Gehäuse montiert, die/das selbst an dem Motor montiert ist und in Fluidverbindung mit dem Motorkühlmittelsystem steht. The mechanical drive body element is located within a housing element 160 , Is the coolant pump 150 in use, is the housing element 160 mounted on the vehicle engine or other component or housing that is itself mounted on the engine and in fluid communication with the engine coolant system.

Das Laufradwellenelement 162 ist zentral im Inneren des Gehäuse 160 positioniert. Das Wellenelement 162 ist an einem Ende 162-A fest an dem Laufradelement 156 gesichert. Das Ende des Schaftelements 162-B ist an einem Kupplungsmechanismus 170 gesichert, der geöffnet und geschlossen werden kann. Der Kupplungsmechanismus 170 ist vorzugsweise ein elektromagnetischer Kupplungsmechanismus und wird durch die elektrische Spule 180 betätigt. The impeller shaft element 162 is centrally located inside the case 160 positioned. The wave element 162 is at one end 162-A firmly on the impeller element 156 secured. The end of the shaft element 162-B is on a clutch mechanism 170 secured, which can be opened and closed. The coupling mechanism 170 is preferably an electromagnetic clutch mechanism and is driven by the electrical coil 180 actuated.

Das Laufradwellenelement 162 ist drehbar im Inneren des Gehäuse 160 durch ein Paar von Lagerelementen 172 und 174 positioniert. Ein Elektromotor 190, der vorzugsweise ein bürstenloser DC-Motor ist, ist in dem Gehäuse positioniert und zwischen den zwei Lagerelementen 172, 174 angeordnet. Der Motor 190 umfasst ein Statorelement 192 und ein Rotorelement 194. Das Rotorelement 194 ist fest an dem Laufradwellenelement 162 gesichert und dreht sich mit diesem. The impeller shaft element 162 is rotatable inside the housing 160 through a pair of bearing elements 172 and 174 positioned. An electric motor 190 , which is preferably a brushless DC motor, is positioned in the housing and between the two bearing elements 172 . 174 arranged. The motor 190 includes a stator element 192 and a rotor element 194 , The rotor element 194 is fixed to the impeller shaft member 162 secured and turns with this.

Ein Dichtungselement 196 wird verwendet, um das Kühlmittelfluid (in welchem das Laufrad 156 positioniert ist) von den Komponenten der Kühlmittelpumpe 150 zu isolieren. Darüber hinaus ist eine optionale Halleffekt-Einrichtung (HED) 198 in dem Gehäuse benachbart zu dem Rotorelement positioniert, um die Drehzahl der Laufradwelle zu überwachen und Daten an ein Computersteuersystem, wie beispielsweise etwa eine elektronische Steuereinheit (ECU), zu liefern. Die Daten, die von der HED erzeugt und geliefert werden, sowie weitere mögliche Daten, die von weiteren Sensoren geliefert werden, steuern im Wesentlichen den Betrieb der Kühlmittelpumpe. A sealing element 196 is used to control the coolant fluid (in which the impeller 156 is positioned) of the components of the coolant pump 150 to isolate. In addition, an optional Hall effect device (HED) 198 positioned in the housing adjacent to the rotor member to monitor the speed of the impeller shaft and to provide data to a computer control system such as an electronic control unit (ECU). The data generated and delivered by the HED, as well as other possible data provided by other sensors, essentially control the operation of the coolant pump.

Die Kühlungspumpe 150 ist eine Dualmodus-Kühlmittelpumpe zum Betreiben und Steuern des Betriebs der Drehung des Laufrads und somit des Kühlmittelflusses in dem Motor- und/oder dem Fahrzeugkühlungssystem. Unter Normalbedingungen wird das Laufrad durch den Elektromotor 190 betrieben. Unter diesen Bedingungen wird der elektromagnetische Kupplungsmechanismus 170 durch Leistung von dem Spulenelement 180 in einem offenen Zustand gehalten. Wird mehr Kühlung benötigt, oder in einer fehlersicheren Situation, in der die elektrische Leistung an die Kühlmittelpumpe ausfällt, schließt der Kupplungsmechanismus 170, und das Wellenelement 162 wird durch das mechanische Antriebselement 152 gedreht. The cooling pump 150 is a dual mode coolant pump for operating and controlling the operation of the rotation of the impeller and thus the flow of coolant in the engine and / or vehicle cooling system. Under normal conditions, the impeller is driven by the electric motor 190 operated. Under these conditions, the electromagnetic clutch mechanism 170 by power from the coil element 180 kept in an open condition. If more cooling is required, or in a fail-safe situation where the electrical power to the coolant pump fails, the clutch mechanism closes 170 , and the wave element 162 is due to the mechanical drive element 152 turned.

Wie in der Beschreibung von 8 angegeben, umfasst das erste Körperelement 152 den mechanischen Antriebsmechanismus für die Kühlmittelpumpe, während der Elektromotor 190 den angetriebenen Antriebsmechanismus für die Kühlmittelpumpe umfasst. As in the description of 8th indicated, comprises the first body element 152 the mechanical drive mechanism for the coolant pump, while the electric motor 190 comprises the driven drive mechanism for the coolant pump.

9 bildet schematisch ein Kühlsystem 200 für einen Fahrzeugmotor ab, sowie ein Steuersystem 230 für das Kühlsystem. Das Kühlsystem umfasst einen Fahrzeugmotor 202, einen Thermostat 204, einen Wärmetauscher 206, wie etwa einen Radiator, und eine Dualmodus-Kühlmittelpumpe 208. Die Kühlmittelpumpe 208 umfasst ein Riemenscheibenelement 210, einen mechanischen Antriebsmechanismus 212, einen Kupplungsmechanismus 214 und einen DC-Elektromotor 216. 9 forms a schematic cooling system 200 for a vehicle engine, as well as a control system 230 for the cooling system. The cooling system includes a vehicle engine 202 , a thermostat 204 , a heat exchanger 206 , such as a radiator, and a dual mode coolant pump 208 , The coolant pump 208 includes a pulley element 210 , a mechanical drive mechanism 212 , a clutch mechanism 214 and a DC electric motor 216 ,

Die Kühlmittelpumpe 208 könnte zum Beispiel die oben erläuterte und in 8 dargestellte Kühlmittelpumpe 150 sein. The coolant pump 208 could, for example, those discussed above and in 8th illustrated coolant pump 150 be.

Das Riemenscheibenelement 210 wird durch einen Riemen 220 von einem Riemenscheibenelement 222 angetrieben, das an dem Fahrzeugmotor 202 angebracht ist und von diesem gedreht wird. Motorkühlmittel strömt von dem Motor 202 durch den Radiator 206 und dann durch die Kühlmittelpumpe 208, bevor es zu dem Motor zurück geleitet wird. The pulley element 210 is through a belt 220 from a pulley element 222 driven, the on the vehicle engine 202 is attached and rotated by this. Engine coolant flows from the engine 202 through the radiator 206 and then through the coolant pump 208 before being returned to the engine.

Das Steuersystem 230 umfasst eine elektronische Steuereinheit (ECU) 232, die den Betrieb der Kühlmittelpumpe 208 steuert. Die ECU empfängt Daten von verschiedenen Sensoren, wie etwa einem oder mehreren Temperatursensoren 234, die die Leitung des Betriebs des Kühlsystems unterstützen. Es kann auch eine Steuerungslogik 240 in der Kühlmittelpumpe 208 vorgesehen werden, um die verschiedenen Komponenten und Mechanismen der Kühlmittelpumpe zu betätigen. Die ECU 232 kann auch in Kommunikation mit einer oder mehreren ECUs in dem Motor und dem Fahrzeug stehen und Daten von diesen empfangen. The tax system 230 includes an electronic control unit (ECU) 232 that the operation of the coolant pump 208 controls. The ECU receives data from various sensors, such as one or more temperature sensors 234 which support the management of the operation of the cooling system. It can also have a control logic 240 in the coolant pump 208 be provided to operate the various components and mechanisms of the coolant pump. The ECU 232 may also be in communication with and receive data from one or more ECUs in the engine and the vehicle.

Mit der vorliegenden Erfindung kann der Antrieb der Kühlmittelpumpe vollständig zum Beispiel durch eine elektromagnetische Kupplung von der FEAD-Antriebsseite entkoppelt werden. Ein bürstenloser DC-Motor ist mit dem angetriebenen Wellenelement integriert, um einen steuerbaren Kühlmittelfluss in einem definierten Leistungsbereich unabhängig von der Motordrehzahl bereitzustellen. Dafür ist der Rotor des bürstenlosen DC-Motors direkt an dem angetriebenen Wellenelement montiert, wobei oberhalb und unterhalb des Rotors Nadellager positioniert sind. Der Stator ist in dem Gehäuse der Kühlmittelpumpe an derselben Achse montiert. With the present invention, the drive of the coolant pump can be completely decoupled, for example by an electromagnetic clutch from the FEAD drive side. A brushless DC motor is integrated with the driven shaft member to provide controllable coolant flow in a defined power range independent of engine speed. For this, the rotor of the brushless DC motor is mounted directly on the driven shaft element, with needle bearings positioned above and below the rotor. The stator is mounted in the housing of the coolant pump on the same axis.

Der bürstenlose DC-Motor wird durch ein geschaltetes Signal von einer elektronischen Steuereinheit gesteuert. Wird die angetriebene Seite von der Antriebsseite entkoppelt, wird ds Laufrad von dem bürstenlosen DC-Motor angetrieben. Dieser ist so konstruiert, dass er ausreichend hydraulische Leistung bereitstellt, um den erforderlichen Kühlmittelfluss für die meisten Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs zu erreichen. Um den maximal verfügbaren Kühlmittelfluss zu erreichen, wird die angetriebene Seite mit der Antriebsseite gekoppelt, zum Beispiel durch eine elektromagnetische Kupplung. Das Laufrad wird dann durch das FEAD angetrieben. The brushless DC motor is controlled by a switched signal from an electronic control unit. When the driven side is decoupled from the drive side, the impeller is driven by the brushless DC motor. This is designed to provide sufficient hydraulic power to achieve the required coolant flow for most vehicle operating conditions. To achieve the maximum available coolant flow, the driven side is coupled to the drive side, for example by an electromagnetic clutch. The impeller is then driven by the FEAD.

Die vorliegende Erfindung stellt zumindest Folgendes bereit:

• Ein fehlersicheres System auf Grund der gemeinsam zugeführten Spannung. Die Kupplung rückt ein, um das Laufrad durch die Riemenscheibe anzutreiben, wenn der bürstenlose DC-Motor ausgeschaltet wird.
• Reihenkonzept einer Ein-/Aus-Kupplung mit elektronischem Motor. Der bürstenlose DC-Motor ist auf der angetriebenen Seite montiert. Beide Einrichtungen, Kupplung und bürstenloser DC-Motor, sind an derselben Achse ausgerichtet und sind beide operativ so positioniert, dass sie dasselbe Laufrad antreiben.
• Hydraulische Leistung kann im abgestellten Zustand des Motors bereitgestellt werden.
• Sequenzielle Betriebslogik, bei der das Laufrad durch eine Vorrichtung allein (elektronischer Motor oder durch die Riemenscheibe) angetrieben werden kann.
• Die Lager an der Antriebsseite und der angetriebenen Seite sind an derselben Achse ausgerichtet.

The present invention provides at least the following:

• A fail-safe system due to the shared voltage. The clutch engages to drive the impeller through the pulley when the brushless DC motor is turned off.
• Series concept of an on / off clutch with electronic motor. The brushless DC motor is mounted on the driven side. Both devices, clutch and brushless DC motor, are aligned on the same axis and are both operatively positioned to drive the same impeller.
• Hydraulic power can be provided when the engine is off.
• Sequential operating logic where the impeller can be driven by a single device (electronic motor or pulley).
• The bearings on the drive side and the driven side are aligned on the same axis.

Wiedergewinnung elektrischer Energie von dem bürstenlosen DC-Motor, wenn das Laufrad von der Riemenscheibe angetrieben wird. Recovering electrical energy from the brushless DC motor when the impeller is driven by the pulley.

Während hierin bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, werden dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen und alternative Ausführungsformen in den Sinn kommen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, sondern nur auf den Umfang der folgenden Ansprüche. While preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described herein, numerous modifications and alternations will be apparent to those skilled in the art Embodiments come to mind. Accordingly, the invention is not limited to the preferred embodiments described herein, but only to the scope of the following claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10214637 A1 [0003]

Claims

A coolant pump for rotating an impeller shaft, the pump comprising: a housing member having a first end and a second end; a rotor shaft member positioned in the housing member; an impeller member positioned outside the first end of the housing member and connected to and rotatable with an end of the impeller shaft member; a pair of first bearing members positioned in the housing member and positioned on the impeller shaft for permitting rotation of the impeller shaft relative to the housing member; a pulley member positioned adjacent to the second end of the housing member; a second bearing member positioned in the housing member to permit rotation of the pulley member relative to the housing member; a mechanical drive body member positioned in the housing member and having a first end and a second end, the first end being fixedly attached to the pulley member; wherein the mechanical drive body member is rotatable with the pulley member; an electric motor having a rotor element and a stator element, the electronic element being positioned in the housing element; wherein the rotor member is fixedly connected to the impeller shaft member and rotatable therewith; and an electromechanical clutch mechanism positioned in the housing between the second end of the mechanical drive body member and the electronic motor; wherein the activation of the electromechanical clutch mechanism prevents the mechanical drive body member from rotating the rotor shaft member; and wherein the deactivation of the electromechanical clutch mechanism couples the mechanical drive body member to the impeller shaft member whereby the impeller shaft member rotates at the speed of rotation of the pulley member.

The coolant pump of claim 1, wherein the electric motor is a brushless DC motor.

The coolant pump of claim 1, wherein the electromechanical clutch mechanism is deactivated when the impeller shaft member rotates at a speed higher than a predetermined speed threshold.

The coolant pump of claim 3, wherein the speed threshold is about 150 rpm.

The coolant pump of claim 1, wherein the electromechanical clutch mechanism is deactivated when the power to the electric motor is higher than a predetermined power threshold.

The coolant pump of claim 5, wherein the predetermined power threshold is about 1 kW.

Coolant pump, comprising: an impeller disposed on a pump shaft; a drive device for the impeller, wherein the drive device comprises a mechanical drive and an electric motor drive; wherein the impeller shaft is divided into a driving portion and a driven portion; and a clutch that can be opened and closed and positioned between the driving portion and the driven portion; wherein, when the driven portion is separated from the mechanical drive and the driving portion, the impeller can be driven only by the electric motor drive.

The coolant pump of claim 1, wherein the mechanical drive comprises a belt / pulley drive.

The coolant pump of claim 1, wherein the driven portion comprises the electric motor drive.

The coolant pump of claim 1, wherein the clutch comprises an electromagnetic clutch.

The coolant pump of claim 1, wherein the electric motor pump formed by the electric motor drive and impeller provides a normal coolant flow, and wherein the mechanical pump is formed by the mechanical drive and impeller and can be coupled by the clutch for maximum cooling performance deliver.

The coolant pump according to claim 11, wherein the electric motor pump and the mechanical pump are arranged in series.

Coolant pump according to claim 1, wherein the mechanical drive and / or the electric motor drive can be decoupled from the driven portion.

Coolant pump according to claim 1, wherein the mechanical drive is coupled to the driven portion when the electric motor drive is not powered.

Coolant pump according to claim 1, wherein when the driven section ( 11 ) is coupled by the coupling with the mechanical drive and the driving section, the impeller is driven only by the mechanical drive, and the electric motor drive is deactivated.