DE19521029A1

DE19521029A1 - Heating device for the cooling water of an internal combustion engine provided with a cooling water pump

Info

Publication number: DE19521029A1
Application number: DE19521029A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Bauer
Original assignee: Suspa Compart AG
Current assignee: Suspa Compart AG
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1996-12-19
Also published as: WO1997000179A1

Abstract

A heater for the cooling water of an internal combustion engine equipped with a cooling water pump has a housing (6) and a rotor (19) located in the housing (6). Housing and rotor are rotated in opposite directions by the engine. The viscous liquid (40) contained in the housing (6) is thus heated by shearing and its heat is transmitted to the cooling water. The heater (7) is integrated into the engine cooling water pump and the cooling water flows through a hollow shaft (3) that forms a common driving shaft for heater (7) and cooling water pump.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des An spruches 1.The invention relates to a heating device according to the preamble of the saying 1.

Eine derartige Heizvorrichtung ist in der älteren nicht vorveröffentlichten DE 44 20 481 A beschrieben. Sie ermöglicht es, mit einfachen Mitteln und geringem Aufwand mit vom Verbrennungsmotor selbst abgeleiteter Rota tionsenergie das Kühlwasser des Motors sehr schnell aufzuheizen, so daß zum einen die üblicherweise mit der Motorwärme durchgeführte Beheizung des Fahrgastraumes in voller Funktion ist. Zum andern wird hierdurch die Erwärmung des Motors beschleunigt, wodurch der im kalten Betrieb hohe Verschleiß reduziert wird. Die Heizvorrichtung zeichnet sich weiter hin dadurch aus, daß sie in dem Gehäuse einen geschlossenen Arbeitsraum hat, so daß die viskose Flüssigkeit ständig nur in diesem Arbeitsraum enthalten ist. Es ist lediglich eine Kompensationsmöglichkeit durch eine elastische Wand geschaffen, durch die temperaturbedingte Änderungen des Volumens der Flüssigkeit kompensiert werden. Der Antrieb erfolgt über eine steuerbare, d. h. schaltbare Kupplung. Bei diesem Motor wird die Heizvorrichtung in irgendeiner Form als eigenständige Einheit am Motor angebracht.Such a heater is not previously published in the older one DE 44 20 481 A described. It enables simple means and Little effort with Rota derived from the combustion engine itself tion energy to heat the engine cooling water very quickly, so that on the one hand, the heating usually carried out with the engine heat the passenger compartment is fully functional. On the other hand, this will the warming of the engine accelerates, which in cold operation high wear is reduced. The heater continues to stand out out in that they have a closed work space in the housing has, so that the viscous liquid constantly only in this work area is included. It is only a possibility of compensation by a elastic wall created by the temperature-related changes in the Volume of the liquid can be compensated. The drive takes place via a controllable, d. H. switchable clutch. With this engine the Heater in some form as an independent unit on the engine appropriate.

Aus der EP 0 361 053 B1 (entsprechend US-Patent 4 974 778) und dem US-Patent 3 591 079 sind Heizvorrichtungen bekannt, die in dem allgemei nen Prinzip nach gleichartiger Weise mechanische Energie durch Flüssig keitsscherung, d. h. durch Erzeugung innerer Reibung der Flüssigkeit, in Wärme umsetzen.From EP 0 361 053 B1 (corresponding to US Pat. No. 4,974,778) and the U.S. Patents 3,591,079 are known heaters which, in general principle in the same way mechanical energy through liquid shear, d. H. by creating internal friction of the liquid, in Implement heat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Heizvorrichtung der gat tungsgemäßen Art weiter in ihrem konstruktiven Aufwand zu vereinfachen.The invention has for its object the heater of the gat to further simplify the manner in which it is used in terms of its design.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeich nungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Heizvorrichtung in die ohnehin bei einem wassergekühlten Ver brennungs-Motor vorhandene Kühlwasser-Pumpe integriert wird, so daß der Antrieb der Kühlwasser-Pumpe einerseits und der Antrieb der Heizvorrich tung andererseits nicht mehr gesondert, sondern gemeinsam erfolgen. Die Integration der Heizvorrichtung in die Kühlwasser-Pumpe kann sehr platz sparend erfolgen.This object is achieved by the features in the characterizing part solved part of claim 1. The invention achieves that the heater in the anyway at a water-cooled Ver combustion engine existing cooling water pump is integrated so that the Drive of the cooling water pump on the one hand and the drive of the heating device on the other hand, it is no longer separate, but takes place together. The Integrating the heater into the cooling water pump can take up a lot of space save.

Zahlreiche vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran sprüchen.Numerous advantageous further developments result from the Unteran sayings.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, die in schematischer Darstellung eine in eine Wasserpumpe integrierte Heizvorrichtung zeigt.Further features, advantages and details of the invention emerge from the following description of an embodiment with reference to the drawing, which is a schematic of a in a water pump integrated heater shows.

Von einer Kühlwasser-Pumpe eines wassergekühlten Verbrennungs-Motors, also eines Dieselmotors oder eines Ottomotors, ist nur ein Teil des Pum pen-Gehäuses 1 dargestellt, an dem ein Lagergehäuse 2 ausgebildet ist, in dem eine als Hohlwelle 3 ausgebildete Antriebs-Welle für den nicht dargestellten Pumpenrotor mittels Wälzlagern 4 drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 3 ist an ihrem dem Pumpen-Gehäuse 1 abgewandten freien Ende verschlossen. An diesem Ende ist an ihr ein Riemenrad 5 drehfest befe stigt. Dieses Riemenrad 5 wird, wenn die Kühlwasser-Pumpe mit einem Verbrennungs-Motor zusammengebaut ist, mittels eines Riemens angetrie ben, der wiederum vom Motor angetrieben wird. Hiermit wird die Hohlwelle 3 und damit die Wasserpumpe vom Motor selber ständig angetrieben, des sen Kühlwasser die Pumpe umwälzt. From a cooling water pump of a water-cooled internal combustion engine, i.e. a diesel engine or a gasoline engine, only part of the pump housing 1 is shown, on which a bearing housing 2 is formed, in which a drive shaft designed as a hollow shaft 3 for the Pump rotor, not shown, is rotatably supported by means of roller bearings 4 . The hollow shaft 3 is closed at its free end facing away from the pump housing 1 . At this end a pulley 5 is rotatably attached to it. This pulley 5 , when the cooling water pump is assembled with an internal combustion engine, is driven by a belt which is in turn driven by the engine. With this, the hollow shaft 3 and thus the water pump is constantly driven by the motor itself, the cooling water of which the pump circulates.

Auf der Hohlwelle 3 ist ein Gehäuse 6 einer vom Riemenrad 5 umfaßten Heizvorrichtung 7 gegenüber der Hohlwelle 3 frei drehbar gelagert. Dieses Gehäuse 6 weist zwei ringscheibenförmige Stirnwände 8, 9 auf, die radial zur Mittel-Längs-Achse 10 der Hohlwelle 3, also parallel zueinander, an geordnet sind. Die beiden Stirnwände 8, 9 sind an ihrem Außenumfang mittels einer kreisringförmigen, konzentrisch zur Achse 10 angeordneten Umfangswand 11 miteinander verbunden. Die beiden Stirnwände 8, 9 wei sen konzentrisch zur Achse 10 verlaufende, sich jeweils vom Gehäuse 6 wegerstreckende Naben 12, 13 auf, in denen jeweils ein Wälzlager 14 angeordnet ist, das sich auf seiner Innenseite gegenüber einer Distanz hülse 15 bzw. 16 abstützt. Die Distanzhülsen 15, 16 sind grundsätzlich gegenüber der Hohlwelle 3 undrehbar, zumindest aber nicht frei drehbar. Zwischen jeder Distanzhülse 15 bzw. 16 und der Hohlwelle 3 ist jeweils eine Dichtung 17 angeordnet.On the hollow shaft 3 , a housing 6 of a heating device 7 encompassed by the belt wheel 5 is freely rotatably supported relative to the hollow shaft 3 . This housing 6 has two annular disk-shaped end walls 8 , 9 which are arranged radially to the central longitudinal axis 10 of the hollow shaft 3 , that is to say parallel to one another. The two end walls 8 , 9 are connected to one another on their outer circumference by means of an annular circumferential wall 11 arranged concentrically to the axis 10 . The two end walls 8 , 9 sen sen concentrically to the axis 10 , each extending away from the housing 6 hubs 12 , 13 , in each of which a roller bearing 14 is arranged, which is supported on its inside against a distance sleeve 15 and 16 respectively. The spacer sleeves 15 , 16 are basically non-rotatable with respect to the hollow shaft 3 , but at least not freely rotatable. A seal 17 is arranged between each spacer sleeve 15 or 16 and the hollow shaft 3 .

Das Gehäuse 6 der Heizvorrichtung 7 umschließt eine Arbeitskammer 18, in der ein ringzylinderscheibenförmiger Rotor 19 angeordnet ist, der jeweils zu den Stirnwänden 8, 9 einen ringzylinderscheibenförmigen Spalt 20, 21 und zur Umfangswand 11 einen Ringspalt 22 begrenzt. Alle Spalte 20, 21, 22 sind miteinander verbunden. Der Rotor 19 ist drehfest mit der Hohl welle 3 verbunden und zwischen den Distanzhülsen 15, 16 in Richtung der Achse 10 fest eingespannt. Das Zusammenspannen der Distanzhülsen 15, 16 und des Rotors 19 und deren reibschlüssig drehfeste Verbindung mit der Hohlwelle 3 erfolgt mittels einer Klemmverbindung 23.The housing 6 of the heating device 7 encloses a working chamber 18 in which an annular cylindrical disk-shaped rotor 19 is arranged, which delimits an annular cylindrical disk-shaped gap 20 , 21 to the end walls 8 , 9 and an annular gap 22 to the peripheral wall 11 . All columns 20 , 21 , 22 are interconnected. The rotor 19 is rotatably connected to the hollow shaft 3 and clamped between the spacers 15 , 16 in the direction of the axis 10 . The spacing sleeves 15 , 16 and the rotor 19 are clamped together and their frictionally rotationally fixed connection to the hollow shaft 3 is carried out by means of a clamp connection 23 .

Die Arbeitskammer 18 ist mit einer viskosen Flüssigkeit, beispielsweise Silikonöl gefüllt. Sie ist vor den Wälzlagern 14 jeweils mit einer Mem brandichtung 24 abgedichtet, die so elastisch sind, daß sie temperatur bedingte Volumenänderungen der viskosen Flüssigkeit in der Arbeitskammer 18 elastisch nachgiebig kompensieren können. Die Arbeitskammer 18 ist vollkommen geschlossen.The working chamber 18 is filled with a viscous liquid, for example silicone oil. It is sealed in front of the roller bearings 14 with a membrane fire direction 24 , which are so elastic that they can compensate for temperature-related changes in volume of the viscous liquid in the working chamber 18 elastically compliant. The working chamber 18 is completely closed.

Am Lagergehäuse 2 ist konzentrisch zur Achse 10 ein ringförmiger Elek tromagnet 25 angebracht. Dieser Elektromagnet 25 ist also gegenüber dem Pumpen-Gehäuse 1 ortsfest und undrehbar. Er übergreift die Klemmverbin dung 23. Auf der dem Elektromagnet 25 zugewandten Nabe 13 des Gehäu ses 6 ist ein federelastischer Halter 26 drehfest angebracht, an dem eine der Ringform des Elektromagneten 25 angepaßte ringförmige Ankerscheibe 27 befestigt ist, die bei nicht erregtem Elektromagneten 25 einen Luftspalt 28 von höchstens einigen Zehntel Millimetern zum Elektromagneten 25 bil det, so daß bei Erregung des Elektromagneten 25 durch Stromzufuhr über elektrische Anschlußleitungen 29 die Ankerscheibe 27 gegen den Elektro magneten 25 gezogen wird, wodurch die beiden drehfest miteinander ver kuppelt werden, d. h. bei Erregung des Elektromagneten 25 wird das Ge häuse 6 der Heizvorrichtung 7 undrehbar festgehalten. In diesem Fall dreht sich also der Rotor 19 mit der Drehzahl der Hohlwelle 3 relativ zum Gehäuse 6 der Heizvorrichtung 7. Wenn dagegen der Elektromagnet 25 nicht erregt ist, wird die Ankerscheibe 27 aufgrund der federelastischen Rückstellkräfte des Halters 26 vom Elektromagneten 25 abgehoben, so daß sich dann das Gehäuse 6 aufgrund der Flüssigkeitskupplung zwischen dem Rotor 19 und dem Gehäuse 6 mit dem Rotor 19 dreht.On the bearing housing 2 , an annular electromagnet 25 is mounted concentrically to the axis 10 . This electromagnet 25 is therefore stationary and non-rotatable with respect to the pump housing 1 . It overlaps the clamping connection 23 . On the electromagnet 25 facing hub 13 of the housing 6 , a resilient holder 26 is attached in a rotationally fixed manner, to which an annular armature disk 27 adapted to the ring shape of the electromagnet 25 is attached, which, when the electromagnet 25 is not energized, has an air gap 28 of at most a few tenths of a millimeter Electromagnet 25 bil det, so that when the electromagnet 25 is energized by supplying power via electrical connecting lines 29, the armature disk 27 is pulled against the electric magnet 25 , whereby the two are rotatably coupled with each other ver, that is, when the electromagnet 25 is energized, the housing 6 is Ge Heater 7 held non-rotatably. In this case, the rotor 19 rotates at the speed of the hollow shaft 3 relative to the housing 6 of the heating device 7 . If, on the other hand, the electromagnet 25 is not energized, the armature disk 27 is lifted from the electromagnet 25 due to the resilient restoring forces of the holder 26 , so that the housing 6 then rotates with the rotor 19 due to the fluid coupling between the rotor 19 and the housing 6 .

Der Rotor 19 ist hohl ausgebildet, damit er vom Kühlwasser des Verbren nungs-Motors durchströmt werden kann. Er weist zwei zylinderringschei benförmige Räume, und zwar einen Einlaßraum 30 und einen Auslaßraum 31 auf, die mittels einer radial zur Achse 10 angeordneten Trennwand 32 im wesentlichen voneinander getrennt und nur im radial außen liegenden Bereich mittels eines ringförmigen Verbindungsraums 33 miteinander ver bunden sind. Der Einlaßraum 30 ist über einen die Hohlwelle 3 durchset zenden Einlaßkanal 34 mit einem ringzylinderförmigen, von der Hohlwelle 3 umschlossenen Kühlwasser-Zuführkanal 35 verbunden. In der Hohlwelle 3 ist weiterhin konzentrisch zur Achse 10 ein als Kühlwasser-Abführkanal 36 dienendes Rohr angeordnet, das also im Zuführkanal 35 angeordnet ist. Dieser Abführkanal 36 ist über einen Auslaßkanal 37 in der Hohlwelle 3 mit dem Auslaßraum 31 im Rotor 19 verbunden. Das aus dem Motor durch das Pumpen-Gehäuse 1 mittels des Pumpenrotors geförderte Kühlwasser strömt also entsprechend dem Strömungsrichtungspfeil 38 durch den ring zylindrischen Kühlwasser-Zuführkanal 35 in der Hohlwelle 3 und den Ein laßkanal 34 in den Einlaßraum 30 des Rotors 19. Dort strömt es radial nach außen durch den Einlaßraum 30, dann konzentrisch zur Achse 10 durch den Verbindungsraum 33 in den Auslaßraum 31 des Rotors 19. Dort wird es in eine radial zur Achse 10 verlaufende Richtung umgelenkt und durchströmt diesen Auslaßraum 31 und verläßt ihn durch den Auslaßkanal 37 und verläßt dann die Heizvorrichtung 7 durch den Kühlwasser-Abführ kanal 36 entsprechend dem Strömungsrichtungspfeil 39. Es durchströmt dann in nicht dargestellter Weise konzentrisch zur Hohlwelle 3 die Kühl wasser-Pumpe und wird in den Motor zurückgefördert.The rotor 19 is hollow so that it can be flowed through by the cooling water of the combustion engine. It has two cylindrical ring-shaped spaces, namely an inlet space 30 and an outlet space 31 , which are separated from each other by means of a partition 32 arranged radially to the axis 10 and are only connected to one another in the radially outer region by means of an annular connecting space 33 . The inlet chamber 30 is connected via an inlet channel 34 which passes through the hollow shaft 3 to an annular cylindrical cooling water supply channel 35 enclosed by the hollow shaft 3 . In the hollow shaft 3 , a tube serving as a cooling water discharge channel 36 is also arranged concentrically to the axis 10 and is therefore arranged in the feed channel 35 . This discharge channel 36 is connected via an outlet channel 37 in the hollow shaft 3 to the outlet space 31 in the rotor 19 . The cooling water delivered from the motor through the pump housing 1 by means of the pump rotor thus flows according to the flow direction arrow 38 through the ring-shaped cooling water supply channel 35 in the hollow shaft 3 and the inlet channel 34 into the inlet space 30 of the rotor 19 . There it flows radially outward through the inlet space 30 , then concentrically to the axis 10 through the connecting space 33 into the outlet space 31 of the rotor 19 . There it is deflected in a direction running radially to the axis 10 and flows through this outlet space 31 and leaves it through the outlet channel 37 and then leaves the heating device 7 through the cooling water discharge channel 36 in accordance with the flow direction arrow 39 . It then flows in a manner not shown concentrically to the hollow shaft 3, the cooling water pump and is fed back into the engine.

Wenn das Gehäuse 6 der Heizvorrichtung 7 mittels des Elektromagneten 25 undrehbar festgehalten wird, wenn also der Rotor 19 sich relativ zum Ge häuse 6 dreht, dann wird die in der Arbeitskammer 18 befindliche viskose Flüssigkeit 40 in den Spalten 20, 21, 22 einer hohen Scherung unterwor fen. Diese auf die Flüssigkeit 40 ausgeübte Scherarbeit wird in Wärme umgesetzt, die wiederum von dem durch den Rotor 19 gepumpten Kühlwas ser 41 abgeführt wird. Die Breite der Spalte 20, 21, 22 hängt von der Viskosität der Flüssigkeit 40 und von der Veränderung der Viskosität über der Temperatur ab.If the housing 6 of the heating device 7 is held non-rotatably by means of the electromagnet 25 , that is to say if the rotor 19 rotates relative to the housing 6 , then the viscous liquid 40 in the working chamber 18 in the columns 20 , 21 , 22 is subject to high shear subject. This shear work exerted on the liquid 40 is converted into heat, which in turn is dissipated by the cooling water 41 pumped by the rotor 19 . The width of the gaps 20 , 21 , 22 depends on the viscosity of the liquid 40 and on the change in viscosity over temperature.

Wenn das Motorkühlwasser einen großen Wärmebedarf hat, insbesondere weil von dem noch kalten Motor der Fahrgastraum eines Fahrzeuges ge heizt werden soll, dann wird über die durch den Elektromagneten 25 und die Ankerscheibe 27 mit Halter 26 gebildete schaltbare Kupplung 42 das Gehäuse 6 festgehalten und damit die Heizvorrichtung 7 in Betrieb gesetzt und setzt einen Teil der mechanischen Energie des Motors in Wärme um. Die Ansteuerung des Elektromagneten 25 der Kupplung 42 kann automatisch über einen Thermostaten und/oder manuell erfolgen.If the engine cooling water has a large heat requirement, in particular because the passenger compartment of a vehicle is to be heated by the still cold engine, then the housing 6 is held by the switchable clutch 42 formed by the electromagnet 25 and the armature disk 27 with the holder 26 and thus the Heater 7 started up and converts part of the mechanical energy of the engine into heat. The control of the electromagnet 25 of the clutch 42 can take place automatically via a thermostat and / or manually.

Claims

1. heating device for the cooling water of an internal combustion engine provided with a cooling water pump,
with a housing ( 6 ) which closes a working chamber ( 18 ) with viscous liquid ( 40 ),
with a rotor ( 19 ), which is arranged in the working chamber ( 18 ) and gaps ( 20 , 21 , 22 ) to walls ( 8 , 9 , 11 ) of the housing ( 6 ),
with a shaft ( 3 ) and which causes the motor ( 6 ) and rotor ( 19 ) to rotate relative to one another by means of a switchable clutch ( 42 ) and
with a cooling water chamber adjacent to the working chamber ( 18 ),
characterized,
that the shaft is designed as a hollow shaft ( 3 ) and with a cooling water supply duct ( 35 ) and a cooling water discharge duct ( 36 ) which are connected to the cooling water chamber, and
that the hollow shaft ( 3 ) is the drive shaft of the cooling water pump.

2. Heating device according to claim 1, characterized in that the rotor ( 19 ) is hollow and is connected to the feed channel ( 35 ) and from the guide channel ( 36 ) for cooling water.

3. Heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 19 ) is rotatably connected to the hollow shaft ( 3 ).

4. Heating device according to claim 3, characterized in that the housing ( 6 ) relative to the hollow shaft ( 3 ) is freely rotatable and by means of the coupling ( 42 ) relative to a pump housing ( 1 ) of the cooling water pump is rotatably coupled.

5. Heating device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coupling ( 42 ) has an electromagnet ( 25 ) and an armature disk ( 27 ), of which a part with the housing ( 6 ) and a part with a pump - Housing ( 1 ) of the cooling water pump is connected.

6. Heating device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the working chamber ( 18 ) is completely closed.

7. Heating device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hollow shaft ( 3 ) is provided with a belt wheel ( 5 ) which at least partially surrounds the heating device ( 7 ).