ES2390477T3 - Mechanical radial coolant pump for cars - Google Patents
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Abstract
Description
Bomba de refrigerante radial mecánica para automóvil. Mechanical radial coolant pump for cars.
La invención se refiere a una bomba radial de refrigerante de accionamiento mecánico para un automóvil propulsado por un motor de combustión interna, con un rotor de aletas radiales que presenta una salida de refrigerante radial. The invention relates to a mechanical-driven radial coolant pump for a car powered by an internal combustion engine, with a radial fin rotor having a radial coolant outlet.
Dentro del estado de la técnica se describen bombas de refrigerante radiales para motores de combustión interna de automóviles que son accionadas por medio de una polea desde el cigüeñal del motor de combustión interna, y en las que el rotor de aletas es accionado desde el árbol de la bomba de modo conmutable por medio de un embrague. Within the prior art, radial coolant pumps for internal combustion engines of automobiles are described which are driven by a pulley from the crankshaft of the internal combustion engine, and in which the fin rotor is driven from the shaft of the pump mode switchable by means of a clutch.
Con la regulación de dos puntos que puede realizarse con tales bombas de refrigerante radiales se puede variar la potencia de refrigeración de la bomba radial. Esta regulación permite evitar una refrigeración forzada que se inicie inmediatamente después de arrancar el motor de combustión interna, con lo cual se puede acortar notablemente la fase de calentamiento del motor de combustión interna con los inconvenientes que surgen durante esta fase, como por ejemplo unas mayores pérdidas por rozamiento, superiores valores de emisión y un mayor consumo de carburante. With the two-point regulation that can be performed with such radial coolant pumps, the cooling power of the radial pump can be varied. This regulation makes it possible to avoid forced cooling that starts immediately after starting the internal combustion engine, which can significantly shorten the heating phase of the internal combustion engine with the inconveniences that arise during this phase, such as larger ones friction losses, higher emission values and higher fuel consumption.
Por el documento DE 100 57 098 C1 se conoce una bomba de refrigerante regulable en la que está dispuesta de forma estacionaria en la carcasa de la bomba una bobina de excitación que se puede poner en comunicación activa con un disco de inducido dotado de un forro de fricción por el lado del rotor de aletas, dispuesto sobre el árbol de accionamiento a prueba de torsión, pero desplazable bajo la carga de un muelle, de tal modo que estando desconectado el campo magnético, el rotor de aletas dispuesto de modo giratorio sobre el árbol de accionamiento, es arrastrado por el disco del inducido debido a la fuerza de apriete del muelle. From DE 100 57 098 C1 an adjustable coolant pump is known in which an excitation coil is disposed stably in the pump housing which can be put into active communication with an armature disk provided with a liner. friction on the side of the fin rotor, arranged on the torsion-proof drive shaft, but movable under the load of a spring, so that when the magnetic field is disconnected, the fin rotor rotatably arranged on the shaft drive, is dragged by the armature disk due to the force of tightening of the spring.
Por el documento EP 1 657 446 A2 se conoce una bomba radial regulable de refrigerante para motores de combustión interna accionada por medio de una polea, en la que está situada en la carcasa de la bomba una carcasa magnética con una bobina de excitación y una válvula tubular de corredera dotada de un inducido magnético que está sometida a la fuerza de un muelle de compresión, cuyo válvula tubular rebasa ligeramente con su diámetro interior el diámetro exterior del rotor de aletas o de la salida del rotor de aletas, y que se puede desplazar axialmente de tal modo que en una posición de apertura la válvula tubular deja paso libre para el flujo desde el rotor de aletas al canal anular de salida, y donde en la posición de cierre de la válvula tubular está bloqueada la afluencia desde el rotor de aletas al canal anular. From EP 1 657 446 A2 an adjustable radial coolant pump for internal combustion engines driven by a pulley is known, in which a magnetic housing with an excitation coil and a valve is located in the pump housing tubular slide equipped with a magnetic armature that is subjected to the force of a compression spring, whose tubular valve slightly exceeds the outer diameter of the fin rotor or the fin rotor rotor outlet with its inner diameter, and which can be displaced axially such that in a position of opening the tubular valve leaves free passage for the flow from the fin rotor to the annular outlet channel, and where in the closed position of the tubular valve the influx from the fin rotor is blocked to the annular channel.
De este modo se tiene la posibilidad de efectuar un control activo del caudal de refrigerante, por una parte para asegurar un calentamiento lo más rápido posible del motor y al mismo tiempo para influir en la temperatura del motor en régimen permanente después de que se haya calentado el motor, de tal modo que en todo el campo de trabajo del motor se pueden reducir notablemente no solo las emisiones de sustancias nocivas sino también las pérdidas por rozamiento y el consumo de carburante. Ahora bien, esta solución es muy compleja y cara de fabricación. In this way it is possible to carry out an active control of the coolant flow, on the one hand to ensure the fastest possible heating of the engine and at the same time to influence the engine temperature in a permanent regime after it has been heated the engine, in such a way that not only the emissions of harmful substances but also the friction losses and fuel consumption can be significantly reduced throughout the engine's work field. Now this solution is very complex and expensive to manufacture.
Por el documento US 4,828,455 A se conoce una bomba radial de refrigerante mecánica para automóvil que da a conocer todas las características del preámbulo de la reivindicación 1, y en la que mediante un desplazamiento axial, un válvula tubular desplazable puede cerrar o dejar libre la salida radial del rotor de aletas hacia el canal anular. La válvula tubular se acciona por medio de un actuador rotativo con un elemento de cera. From US 4,828,455 A a radial automobile mechanical coolant pump is known which discloses all the features of the preamble of claim 1, and in which by means of an axial displacement, a movable tubular valve can close or free the outlet radial of the fin rotor towards the annular channel. The tubular valve is operated by means of a rotary actuator with a wax element.
Una bomba radial de refrigerante para automóvil semejante se conoce por el documento US 5,169,286 A, donde la válvula tubular sin embargo se acciona por medio de un muelle que tiene lo que se llama una memoria de forma. A similar radial automobile coolant pump is known from US 5,169,286 A, where the tubular valve is however operated by means of a spring having what is called a shape memory.
Por el documento DE 10344309 A1 se conoce una bomba de refrigerante radial para automóvil en la que una corredera en forma de bloque se puede desplazar axialmente dentro de todo el espacio hueco del rotor de la bomba. La corredera se acciona por medio de un actuador previsto en el exterior de la bomba en dirección axial, por medio de una palanca. From DE 10344309 A1, a radial automobile coolant pump is known in which a block-shaped slide can be moved axially within the entire hollow space of the pump rotor. The slider is operated by means of an actuator provided outside the pump in the axial direction, by means of a lever.
Por el documento DE 2005004315 A1 se conoce una bomba de refrigerante radial para automóvil que para cerrar o dejar libre la salida del rotor de aletas presenta un válvula tubular desplazable en dirección axial. La válvula tubular se acciona en dirección axial por medio de un actuador electromagnético. From DE 2005004315 A1, a radial automobile coolant pump is known which, to close or free the fin rotor output, has an axially movable tubular valve. The tubular valve is operated in the axial direction by means of an electromagnetic actuator.
El objetivo de la invención es en cambio crear una bomba de refrigerante radial mecánica controlable que sea de estructura sencilla y de fabricación económica. The objective of the invention is instead to create a controllable mechanical radial coolant pump that is simple in structure and economically manufactured.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invención por una bomba de refrigerante radial mecánica para automóvil que presenta las características de la reivindicación 1. This objective is solved according to the invention by a mechanical radial automobile coolant pump having the characteristics of claim 1.
La bomba radial conforme a la invención comprende una carcasa de bomba, un rotor de aletas radial con una salida radial de refrigerante, un canal anular de salida que rodea la salida radial del rotor de aletas, un válvula tubular desplazable en dirección axial y un actuador mecánico de la válvula tubular controlado por la temperatura. La válvula tubular desplazable se puede introducir en el canal anular hasta una posición de cierre para cerrar la salida del rotor de aletas, de modo que rodee la salida del rotor de aletas y la cierre. El actuador mecánico de la válvula tubular controlado por la temperatura está situado en el espacio de refrigerante rodeado por la carcasa de la bomba, para lo cual el actuador desplaza la válvula tubular al calentarse el actuador pasando a una posición de apertura de la válvula tubular. The radial pump according to the invention comprises a pump housing, a radial fin rotor with a radial coolant outlet, an annular outlet channel that surrounds the radial exit of the fin rotor, an axially displaceable tubular valve and an actuator Mechanical temperature controlled tubular valve. The movable tubular valve can be introduced into the annular channel to a closed position to close the fin rotor output, so that it surrounds the fin rotor output and the closure. The mechanical actuator of the temperature-controlled tubular valve is located in the refrigerant space surrounded by the pump housing, for which the actuator moves the tubular valve when the actuator warms up to an open position of the tubular valve.
El control o la regulación de la bomba radial de accionamiento mecánico tiene lugar por lo tanto de forma puramente mecánica por un actuador controlado por la temperatura que está rodeado directamente por el refrigerante en el espacio de refrigerante. El control de la bomba radial tiene por lo tanto lugar basándose en la temperatura del refrigerante en el interior de la bomba radial. En el exterior de la bomba radial no están previstos ninguna clase de componentes que se requieran para el control de la bomba radial conducida por la temperatura. No se requiere alimentación eléctrica para la bomba radial. The control or regulation of the radial mechanical-driven pump is therefore carried out purely mechanically by a temperature-controlled actuator that is directly surrounded by the refrigerant in the refrigerant space. The control of the radial pump therefore takes place based on the temperature of the refrigerant inside the radial pump. On the outside of the radial pump there are no classes of components that are required for the control of the temperature driven radial pump. No power is required for the radial pump.
Debido a la inevitable convección libre del refrigerante, el refrigerante situado dentro de la carcasa de la bomba radial adopta siempre la temperatura del refrigerante fuera de la bomba radial, con un cierto retardo. Este retardo sin embargo no es perjudicial ya que la regulación de temperatura propiamente dicha del refrigerante tiene lugar por medio de un termostato independiente. El control de la bomba radial sirve exclusivamente para que durante la marcha en frío del motor de combustión interna no recircule el refrigerante con el fin de acelerar el calentamiento del motor de combustión interna. Due to the inevitable free convection of the refrigerant, the refrigerant located inside the radial pump housing always adopts the temperature of the refrigerant outside the radial pump, with a certain delay. This delay, however, is not harmful since the coolant temperature regulation itself takes place by means of an independent thermostat. The radial pump control serves exclusively so that during the cold run of the internal combustion engine it does not recirculate the coolant in order to accelerate the heating of the internal combustion engine.
La bomba radial conforme a la invención permite cerrar el paso de refrigerante a través de la bomba durante la marcha en frio del motor de combustión interna con el fin de reducir al mínimo la refrigeración del motor de combustión interna durante esta fase. Incluso si el rotor de aletas gira loco, el caudal de paso de refrigerante hacia el motor de combustión interna es casi cero, ya que la válvula tubular en posición de cierre impide el paso de refrigerante a través de la salida del rotor de aletas. De este modo se consigue que el motor de combustión interna se caliente más rápidamente. Al ir aumentando la temperatura se abre la salida del rotor de aletas y el caudal de paso de refrigerante aumenta hasta alcanzar un valor máximo. Se crea por lo tanto una bomba radial de refrigerante controlada por la temperatura que es de estructura sencilla y por lo tanto de fabricación económica. The radial pump according to the invention makes it possible to close the refrigerant passage through the pump during the cold run of the internal combustion engine in order to minimize cooling of the internal combustion engine during this phase. Even if the fin rotor rotates insane, the coolant flow rate towards the internal combustion engine is almost zero, since the tubular valve in the closed position prevents the coolant from passing through the fin rotor exit. This allows the internal combustion engine to heat up faster. As the temperature rises, the fin rotor output opens and the coolant flow rate increases to a maximum value. A radial temperature-controlled refrigerant pump is therefore created which is of simple structure and therefore economically manufactured.
El actuador está realizado como elemento de cera. Un actuador de elemento de cera es muy económico, de estructura sencilla, robusta y segura. The actuator is made as a wax element. A wax element actuator is very economical, simple, robust and safe.
Al actuador le corresponde un elemento calentador eléctrico mediante el cual se puede calentar el actuador. Mientras la válvula tubular está en su posición de cierre, el refrigerante en la carcasa de la bomba se calienta esencialmente por convección pasiva. La temperatura efectiva del motor de combustión interna o del refrigerante del motor de combustión interna solo alcanza por lo tanto la bomba radial con una demora en el tiempo. Esta demora se puede reducir si el elemento de calentamiento calienta el actuador de modo activo en cuanto esté en marcha el motor de combustión interna. De este modo se reduce la demora de tal modo que la válvula tubular abre efectivamente en cuanto sea necesaria o deseable la recirculación del refrigerante en el circuito de refrigeración por medio de la bomba radial. The actuator corresponds to an electric heating element by means of which the actuator can be heated. While the tubular valve is in its closed position, the refrigerant in the pump housing is essentially heated by passive convection. The effective temperature of the internal combustion engine or the internal combustion engine coolant therefore only reaches the radial pump with a delay in time. This delay can be reduced if the heating element actively heats the actuator as soon as the internal combustion engine is running. In this way, the delay is reduced in such a way that the tubular valve effectively opens as soon as necessary or desirable the recirculation of the refrigerant in the refrigeration circuit by means of the radial pump.
Un actuador de elemento de cera puede generar esencialmente fuerzas de presión al calentarse, mientras que las fuerzas de tracción al enfriarse son relativamente reducidas. Por este motivo está previsto preferentemente un muelle de tensión inicial que ejerce una tensión previa sobre la válvula tubular llevándolo a la posición de cierre. A wax element actuator can essentially generate pressure forces upon heating, while the tensile forces upon cooling are relatively reduced. For this reason, an initial tension spring is preferably provided that exerts a pre-tension on the tubular valve, bringing it to the closed position.
A continuación se explica con mayor detalle un ejemplo de realización de la invención, sirviéndose del dibujo. An embodiment of the invention will be explained in greater detail below, using the drawing.
Este muestra: This sample:
La fig. 1 una bomba radial de refrigerante mecánica para automóvil en posición cerrada, en la mitad superior del dibujo, y en posición abierta en la mitad inferior. Fig. 1 a radial automobile mechanical coolant pump in the closed position, in the upper half of the drawing, and in the open position in the lower half.
La fig. 1 muestra una bomba radial de refrigerante para automóvil dividida a lo largo de su eje de simetría. La mitad superior de la fig. 1 muestra la bomba radial 10 en estado frío, en posición de cierre, y la mitad inferior muestra la bomba radial 10 en estado caliente. Fig. 1 shows a radial car coolant pump divided along its axis of symmetry. The upper half of fig. 1 shows the radial pump 10 in the cold state, in the closed position, and the lower half shows the radial pump 10 in the hot state.
Tal como se puede ver por la fig. 1, la bomba radial 10 está montada en un bloque de motor 60 y comprende una carcasa de bomba 30 con un rotor de aletas radiales 11, que penetra totalmente dentro del bloque de motor 60. Un árbol 12 de soporte del rodete de aletas 11 atraviesa un elemento de junta 13 que puede estar realizado como retén de labios. El árbol 12 tiene un apoyo giratorio más allá del elemento de junta 13 por medio de dos cojinetes del árbol 20, 21 y es accionado por una polea 24 sobre la cual marcha una correa de accionamiento 22. As can be seen from fig. 1, the radial pump 10 is mounted on an engine block 60 and comprises a pump housing 30 with a radial fin rotor 11, which penetrates fully into the engine block 60. A shaft 12 supporting the fin impeller 11 passes through a seal element 13 that can be made as a lip seal. The shaft 12 has a rotating support beyond the joint element 13 by means of two bearings of the shaft 20, 21 and is driven by a pulley 24 on which a drive belt 22 runs.
El rodete de aletas 11 presenta una cara posterior 41 en forma de disco circular, un disco de cubierta 42 en forma de anillo circular así como una pluralidad de aletas 43 dispuestas entremedias. El rodete de aletas radial 11 presenta en su perímetro exterior una salida radial periférica del rodete de aletas 40 a través de la cual el refrigerante, que afluye al rotor de aletas 11 a través un orificio central 46 del rotor de aletas 11, abandona el rotor de aletas 11 en rotación a través de un canal anular 48. The fin impeller 11 has a rear face 41 in the form of a circular disk, a cover disc 42 in the form of a circular ring as well as a plurality of fins 43 arranged in between. The radial fin impeller 11 has on its outer perimeter a peripheral radial outlet of the fin impeller 40 through which the refrigerant, which flows to the fin rotor 11 through a central hole 46 of the fin rotor 11, leaves the rotor of fins 11 in rotation through an annular channel 48.
La bomba radial 10 está realizada sin embrague. Para abrir y cerrar la bomba radial 10 está previsto un válvula tubular 14 no rotativo pero desplazable en dirección axial, que en su posición cerrada representada en la mitad superior del dibujo queda introducida dentro del canal anular 48 en dirección axial, y que rodea sin contacto la salida del rotor de aletas 44. En la posición cerrada representada en la mitad superior del dibujo no se impulsa prácticamente ningún refrigerante. El rotor de aletas 14 está realizado de forma cilíndrica hueca. The radial pump 10 is made without clutch. To open and close the radial pump 10, a non-rotary but movable tubular valve 14 is provided in the axial direction, which in its closed position represented in the upper half of the drawing is inserted into the annular channel 48 in the axial direction, and surrounding without contact the output of the fin rotor 44. In the closed position shown in the upper half of the drawing, practically no refrigerant is driven. The fin rotor 14 is made in a hollow cylindrical shape.
La válvula tubular 14 es accionada por un actuador 16, que en este caso está realizado como elemento de cera. El 5 elemento de cera puede consistir por ejemplo en un cilindro lleno de cera que tenga un coeficiente de dilatación relativamente alto, dentro del cual desliza un émbolo que a través de un vástago de émbolo 18 acciona el armazón The tubular valve 14 is actuated by an actuator 16, which in this case is made as a wax element. The wax element may consist, for example, of a wax-filled cylinder having a relatively high expansion coefficient, into which a plunger slides through a piston rod 18 that drives the frame
52. 52
Alternativamente el actuador 16 también puede estar realizado como resorte bimetálico. El actuador 16 y la válvula tubular 14 están unidos entre sí por medio de un armazón 52 que se puede desplazar en dirección axial. Al Alternatively, the actuator 16 can also be made as a bimetallic spring. The actuator 16 and the tubular valve 14 are connected to each other by means of a frame 52 that can be moved in the axial direction. To the
10 calentarse el refrigerante situado en el interior de la carcasa 30 se calienta también correspondientemente el actuador 16. Debido al actuador 16 que se va calentando se empujan el armazón 52 y la válvula tubular 14 en dirección axial a la posición de apertura dibujada en la parte inferior, donde la válvula tubular 14 ya no penetra en el canal anular 48 y ya no cierra la salida del rotor de aletas 44. 10 heating the refrigerant located inside the housing 30, the actuator 16 is also heated accordingly. Due to the actuator 16 that is being heated, the frame 52 and the tubular valve 14 are pushed axially to the opening position drawn on the part bottom, where the tubular valve 14 no longer penetrates the annular channel 48 and no longer closes the outlet of the fin rotor 44.
Mediante un muelle de pretensado 15 se ejerce sobre el armazón 52 o sobre la válvula tubular 14 una tensión inicial An initial tension is exerted on the frame 52 or on the tubular valve 14 by means of a prestressing spring 15
15 hacia la posición de cierre, de tal modo que la válvula tubular 14 se empuja a la posición de cierre cuando el refrigerante situado en la carcasa de la bomba 30 se ha vuelto a enfriar hasta la temperatura ambiente. 15 towards the closed position, such that the tubular valve 14 is pushed to the closed position when the refrigerant located in the pump housing 30 has cooled again to room temperature.
Con el fin de acelerar opcionalmente la apertura de la válvula tubular 14 en función de la temperatura hay un elemento calentador eléctrico 25 dispuesto en el actuador 16. El elemento calentador 25 se puede conectar según necesidad, por ejemplo en cuanto esté en marcha el motor de combustión interna. De este modo se acelera el In order to optionally accelerate the opening of the tubular valve 14 as a function of the temperature there is an electric heating element 25 arranged in the actuator 16. The heating element 25 can be connected as needed, for example as soon as the motor is running. internal combustion. This speeds up the
20 calentamiento del actuador 16. 20 actuator heating 16.
La carcasa 30 soporta directamente los dos cojinetes del árbol 20, 21, así como el actuador 16 y conduce el armazón de la válvula tubular 52 en dirección axial. The housing 30 directly supports the two bearings of the shaft 20, 21, as well as the actuator 16 and drives the frame of the tubular valve 52 in the axial direction.
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