WO2018086886A1 - Elektrische kühlmittelpumpe - Google Patents

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Swen-Juri Bauer
Michael Baumann
Andreas GRÜNER
Andrea Teubner
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Mahle International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an electric coolant pump for delivering a coolant.
  • the invention also relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and such a coolant pump.
  • a coolant pump is usually used for cooling an internal combustion engine, wherein the cooling capacity is usually controlled by a thermostatic valve.
  • thermostatic valve can open a bypass bypassing a radiator with only a small required cooling capacity.
  • Such a thermostatic valve often has an expansion element, which is a
  • Coolant pumps and the separately arranged thermostatic valves require a relatively large amount of space.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing for an electric coolant pump an improved or at least one alternative embodiment, which in particular overcomes the disadvantages known from the prior art. This problem is inventively achieved by the subject matter of
  • the present invention is based on the general idea, a
  • valve means Integrate valve means in a coolant pump and at the same time no longer with consuming high load and thus consuming a lot of energy consuming, but provide several levels in the nature of operating points, the valve means a coolant flow in dependence of the selected operating point of the coolant pump and of this case generated pressure controls.
  • the electric coolant pump according to the invention is used in a known manner for conveying a coolant, for example in the cooling circuit of an internal combustion engine, and is between several
  • the electric coolant pump has at least a first coolant inlet, at least a second coolant inlet and a coolant outlet, as well as a valve device which is designed such that it pump depending on the selected operating point of the coolant and thus the pressure p in the coolant at least a first or second Coolant inlet opens or closes or at least a first and second coolant inlet opens simultaneously, wherein the valve device is integrated into the coolant pump and thereby arranged space-optimized.
  • the coolant pump and the valve device form a common assembly or the valve device in the
  • Coolant pump is integrated. As a result, in particular, a particularly compact design can be achieved, which is a great advantage in modern engine rooms and the concomitant, cramped space conditions.
  • the coolant pump is switched off at the first operating point and at least one first coolant inlet is opened.
  • the first operating point of the coolant pump is equivalent to an off state. The first operating point is in particular during a cold start phase of
  • a second operating point provides a higher delivery capacity and thereby, for example, a comfort mode, in which only an average cooling capacity of the internal combustion engine is required, for example, via a heat exchanger of a
  • the third operating point of the cooling pump is a cooling mode in which the valve device is set in such a way that the coolant flow circulates via a cooler, the heat exchanger and the internal combustion engine.
  • Coolant flow is simply bypassed the radiator.
  • the valve device has a valve body, which occupies a first position in the first and second operating point, in which it blocks at least one second coolant inlet and releases at least one first coolant inlet.
  • the second coolant inlet is with a cooler of the
  • Coolant flow is not passed through a radiator of the motor vehicle. additionally or alternatively it can be provided that the valve device a
  • Valve body having a second position in the third operating point, in which it releases at least a first coolant inlet and at least one second coolant inlet.
  • this thus causes a coolant flow which circulates via a vehicle radiator, a heat exchanger and the internal combustion engine.
  • the second position assumes the valve body alone by the increased in the third operating point pressure of the coolant.
  • the valve body assumes a third position, in which it blocks at least a first coolant inlet and releases a second coolant inlet.
  • a spring device which biases the valve body into its first position. To adjust the valve body between its first and second position thus the coolant pressure must rise, which is usually
  • a temperature sensor and a control device communicating therewith are provided for controlling the operating points and thus the power of the coolant pump as a function of the temperature of the coolant.
  • a cooling requirement which is possible via the temperature sensor provided according to the invention and the control device communicating therewith in accordance with the invention.
  • Below a certain coolant temperature for example during a cold start phase of the internal combustion engine, there is no cooling of the coolant and thus no Cooling of the internal combustion engine is desired, so that in this case the
  • Control means the coolant pump adjusted to its first operating point, i. for example, turns off or off. If the temperature of the coolant rises, the control device can detect this via the temperature sensor and adjusts the map accordingly, for example, to a map
  • Coolant pump in its second operating point, in which a medium
  • Cooling capacity is achieved. If the load of the internal combustion engine rises sharply, for example when driving uphill, the temperature of the coolant also increases, whereupon the control device moves the coolant pump into its third position
  • Adjusted operating point in which the coolant flow through the heat exchanger and the radiator and not as in the second operating point exclusively through, for example, a heat exchanger of an air conditioning system of the motor vehicle is passed, thereby providing a significantly increased cooling capacity for cooling the internal combustion engine. If the load of the internal combustion engine continues to increase, then the temperature of the coolant increases, whereupon the
  • the coolant pump adjusted to its fourth operating point, in which the coolant flow is passed exclusively through the radiator and not as in the third operating point in addition to the heat exchanger of the air conditioning of the motor vehicle.
  • the present invention is further based on the general idea to equip a motor vehicle with an internal combustion engine, a radiator, a heat exchanger of an air conditioning system and a previously described coolant pump, wherein at least a first coolant inlet and the coolant outlet are connected to the internal combustion engine, while at least a second
  • Coolant inlet is connected to the radiator.
  • Such inventive invention Motor vehicle requires to operate the coolant pump significantly less electrical energy than at constant so far continuous
  • Coolant pumping is the case. As a result, however, not only electrical
  • FIG. 1 shows an inventive and partially cut coolant pump with a valve device with befindlichem in the first position valve body, a representation as in Fig. 1, but in befindlichem in its third position valve body, 3 is an exploded view of the coolant pump according to the invention with valve device,
  • Fig. 4 is a schematic diagram of a mounting situation of the invention
  • Coolant pump in a motor vehicle according to the invention
  • Fig. 5 is a representation as in Fig. 4, but with a third
  • Coolant inlet on the coolant pump is Coolant inlet on the coolant pump.
  • FIGS. 1 to 5 has an inventive electrical
  • Coolant pump 1 for conveying a coolant 2 at least a first coolant inlet 3, 3 ', at least a second coolant inlet 4, 4' and a coolant outlet 5 on.
  • the coolant pump 1 according to the invention is adjustable between a plurality of operating points, in particular between a first, a second, a third and a fourth operating point.
  • the coolant pump 1 has a valve device 6, which is integrated in the coolant pump 1 and which is designed such that it depends on the selected operating point of the coolant pump 1 and thus the coolant pressure p the at least one first or second coolant inlet 3, 3 ' , 4, 4 'opens or closes or at least simultaneously opens a first and a second coolant inlet 3, 3', 4, 4 '.
  • the coolant pump 1 according to the invention and the valve device 6 form a common subassembly 16 which, compared to previously used coolant pumps with thermostatic valves arranged separately therefor, builds considerably more compactly and thus offers considerable space advantages.
  • a first operating point of the coolant pump 1 according to the invention has, for example, a delivery rate of 0 l / min and a pressure pi of 0 bar. In this state, ie at the first operating point, there is thus no delivery of coolant 2 through the coolant pump 1, so that it is turned off, for example.
  • a second operating point of the coolant pump 1 has for example a capacity of about 125 l / min and a pressure p 2 of about 0.4 to bar, whereas a third operating point, for example, a capacity of about 220 l / min and a pressure p 3 of about 1.4 bar.
  • the pressures in the respective operating points are achieved by a corresponding speed of the coolant pump 1, so that the coolant pump 1 at the second operating point has a speed in which at least one first coolant inlet 3, 3 'open and at least one second coolant inlet 4, 4' are closed wherein the coolant pump 1 at the third operating point has a speed in which at least a first coolant inlet 3, 3 'and at least a second coolant inlet 4, 4' are opened, and wherein the
  • Coolant pump 1 in a fourth operating point has a speed in which at least a first coolant inlet 3, 3 'closed and at least a second coolant inlet 4, 4' are open.
  • valve device 6 To construct the valve device 6 according to the invention reference is made below to FIGS. 1 to 3, from which it can be seen that the valve device 6 has a valve body 7, which is formed in this case as an adjustable valve piston 8 and the first and second operating point a first Position takes (see Figures 1 and 4), in which he at least a second
  • the valve body 7 assumes a second position in which it releases at least one first coolant inlet 3, 3 'and at least one second coolant inlet 4, 4'.
  • the valve body 7 assumes a third position in which it locks at least a first coolant inlet 3, 3 'and a second
  • Coolant inlet 4, 4 'releases see Fig. 2.
  • Coolant inlet 4 4 'releases (see Fig. 2).
  • Spring device 9 for example, a simple coil spring, provided which biases the valve body 7 in its first position, in which at least a second coolant inlet 4, 4 'is locked.
  • the spring device 9 exerts a force on the valve body 7, which corresponds to a pressure p F relative to its area.
  • a temperature sensor 10 and a control device 1 1 communicating therewith may also be provided for controlling the operating points of the coolant pump 1 as a function of the temperature of the coolant 2.
  • the valve device 6 is infinitely variable as a function of the rotational speed of the coolant pump 1.
  • the valve device 6 according to the invention may also have other valve bodies 7 instead of the valve body 8 designed as a valve body 7, so that the valve device 6 can also be used, for example
  • the valve piston 8 shown in FIG. 3 has leakage openings 17 for pressure equalization.
  • a first coolant inlet 3, 3 'of the coolant pump 1 is, like the coolant outlet 5, connected to the internal combustion engine 13, while a second coolant inlet 4, 4' is connected to the cooler 14.
  • the coolant pump 1 according to the invention functions with respect to a control of a coolant flow 2 as follows:
  • the coolant pump 1 In a cold start of the engine 13, no cooling of the same is required or desired to accelerate heating of the internal combustion engine 13 and thus to achieve a faster reduction in emissions.
  • the coolant pump 1 In this cold start phase, the coolant pump 1 is in its first operating point, in which it causes no pressure buildup and no coolant 2 promotes and is thus turned off. If the temperature of the coolant 2 increases, this is detected via, for example, the temperature sensor 10, which in the present case according to FIG.
  • Coolant pump 1 is arranged, which of course but in addition or alternatively can be positioned elsewhere in the coolant system. If the temperature of the coolant 2 reaches a certain value, then the control device 1 1 connected to the temperature sensor 10 adjusts the
  • Coolant pump 1 in its second operating point, in which at least a second coolant inlet 4, 4 'is still closed and a coolant flow exclusively via the internal combustion engine 13 and for example the
  • Heat exchanger 15 of the air conditioning of the motor vehicle 12 circulates. In this second operating point is also only a moderate cooling of
  • the pressure p 2 of the coolant 2 generated at the second operating point is less than the pressure p F acting on the valve body 7 by means of the spring device 9, so that the spring device 9 biases the valve body 7 against its coolant pressure p 2 into its first position.
  • the fourth operating point is also the highest
  • the coolant pump 1 since the coolant pump 1 has a speed in which at least a first coolant inlet 3, 3 'closed and at least a second coolant inlet 4, 4' are open.
  • the valve body 7 assumes its third position, in which it blocks at least a first coolant inlet 3, 3 'and releases a second coolant inlet 4, 4', so that the entire coolant stream 2 flows via the internal combustion engine 13 and the cooler 14 ,
  • the motor vehicle 12 has an electric motor 18 and an electrical energy store 19, wherein at least one third coolant inlet 20 is connected to the electric motor 18 and / or the electrical energy store 19. It is conceivable that the third coolant inlet 20 and the coolant outlet 5 are connected to the electric motor 18 and / or the electric memory 19, while a second coolant inlet 4, 4 'is connected to the radiator 14.
  • a temperature-controlled valve 21 is additionally provided, which opens a bypass 22 between the coolant outlet 5 and at least one second coolant inlet 4, 4 'at a limiting temperature.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe (1) zum Fördern eines Kühlmittels (2), die zwischen mehreren Betriebspunkten verstellbar ist, mit - zumindest einem ersten Kühlmitteleingang (3, 3'), zumindest einem zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') und einem Kühlmittelausgang (5), - einer Ventileinrichtung (6), die derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe (1) und damit des Drucks (p) im Kühlmittel (2) zumindest einen ersten oder zweiten Kühlmitteleingang (3, 3', 4, 4') öffnet oder schließt oder zumindest einen ersten und zweiten Kühlmitteleingang (3, 3', 4, 4') gleichzeitig öffnet, wobei die Ventileinrichtung (6) in die Kühlmittelpumpe (1) integriert ist.

Description

Elektrische Kuhlmittelpunnpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe zum Fördern eines Kühlmittels. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer derartigen Kühlmittelpumpe.
In modernen Kraftfahrzeugen wird zur Kühlung einer Brennkraftmaschine üblicherweise eine Kühlmittel pumpe eingesetzt, wobei die Kühlleistung üblicherweise über ein Thermostatventil gesteuert wird. Ein derartiges
Thermostatventil kann beispielsweise bei lediglich geringer erforderlicher Kühlleistung einen, einen Kühler umgehenden Bypass öffnen. Ein derartiges Thermostatventil besitzt oftmals ein Dehnstoffelement, welches eine
vergleichsweise einfache temperaturabhängige Steuerung ermöglicht.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kühlmittelpumpen ist jedoch, dass diese oftmals mit gleichbleibend hoher Leistung laufen und eine Steuerung ausschließlich über ein Thermostatventil erfolgt. Hierdurch wird für den Betrieb der Kühlmittel pumpe vergleichsweise viel Energie benötigt. Von weiterem und entscheidendem Nachteil ist, dass die bekannten
Kühlmittelpumpen und die separat dazu angeordneten Thermostatventile einen vergleichsweise großen Bauraum benötigen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine elektrische Kühlmittelpumpe eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine
Ventileinrichtung in eine Kühlmittelpumpe zu integrieren und zugleich nicht mehr mit gleichbleibend hoher Last und damit vergleichsweise viel Energie aufwendig zu betreiben, sondern mehrere Leistungsstufen in der Art von Betriebspunkten vorzusehen, wobei die Ventileinrichtung einen Kühlmittelstrom in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunktes der Kühlmittelpumpe und des von dieser dabei erzeugten Drucks steuert. Die erfindungsgemäße elektrische Kühlmittelpumpe dient in bekannter Weise zum Fördern eines Kühlmittels, beispielsweise im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, und ist zwischen mehreren
Betriebspunkten verstellbar. Die elektrische Kühlmittelpumpe weist zumindest einen ersten Kühlmitteleingang, zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang und einen Kühlmittelausgang auf, ebenso wie eine Ventileinrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunkts der Kühlmittel pumpe und damit des Drucks p im Kühlmittel zumindest einen ersten oder zweiten Kühlmitteleingang öffnet oder schließt oder zumindest einen ersten und zweiten Kühlmitteleingang gleichzeitig öffnet, wobei die Ventileinrichtung in die Kühlmittelpumpe integriert und dadurch bauraumoptimiert angeordnet ist. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die Kühlmittelpumpe und die Ventileinrichtung eine gemeinsame Baugruppe bilden bzw. die Ventileinrichtung in die
Kühlmittelpumpe integriert ist. Hierdurch kann insbesondere eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden, was in modernen Motorräumen und den damit einhergehenden, beengten Platzverhältnissen von großem Vorteil ist.
Zudem kann eine derartige Kühlmittelpumpe auch bereits extern vorgefertigt werden und als komplett vormontierte Baugruppe in das Kraftfahrzeug eingesetzt werden, wodurch sich Montagevorteile ergeben. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemaßen Lösung ist die Kühlmittelpumpe im ersten Betriebspunkt abgeschaltet und zumindest ein erster Kühlmitteleingang geöffnet. In diesem Fall ist somit der erste Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe gleichzusetzen mit einem Ausschaltzustand. Der erste Betriebspunkt wird dabei insbesondere während einer Kaltstartphase der
Brennkraftmaschine genutzt, in welcher eine zusätzliche Kühlung der
Brennkraftmaschine unerwünscht ist. Ein zweiter Betriebspunkt stellt eine höhere Förderleistung zur Verfügung und dadurch beispielsweise einen Komfortmodus dar, in welchem lediglich eine mittlere Kühlleistung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, die beispielsweise auch über einen Wärmetauscher einer
Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs erzielbar ist. Den dritten Betriebspunkt der Kühlpumpe stellt ein Kühlmodus dar, in welchem die Ventileinrichtung derart gestellt ist, dass der Kühlmittelstrom über einen Kühler, den Wärmetauscher und die Brennkraftmaschine zirkuliert. Durch die Auswahl der Betriebspunkte ist der hierfür aufzuwendende Energieeinsatz deutlich geringer, als bei einer konstant laufenden Kühlmittelpumpe unter Volllast, bei welcher beispielsweise während einer Kaltstartphase durch ein als Bypassventil ausgebildetes Ventil der
Kühlmittelstrom einfach am Kühler vorbeigeleitet wird.
Zweckmäßig weist die Ventileinrichtung einen Ventilkörper auf, der im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt, in der er wenigstens einen zweiten Kühlmitteleingang sperrt und wenigstens einen ersten Kühlmitteleingang freigibt. Der zweite Kühlmitteleingang ist dabei mit einem Kühler des
Kraftfahrzeugs verbunden, während der erste Kühlmitteleingang beispielsweise mit dem Wärmetauscher einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Im zweiten Betriebspunkt und damit in der ersten Stellung des Ventilkörpers, in welcher lediglich eine mittlere Kühlleistung erforderlich ist, wird somit der
Kühlmittelstrom nicht über einen Kühler des Kraftfahrzeugs geleitet. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung einen
Ventilkörper aufweist, der im dritten Betriebspunkt eine zweite Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang und zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang freigibt. Im dritten Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe und damit in der zweiten Stellung des Ventilkörpers bewirkt dieser somit einen Kühlmittelstrom, der über einen Fahrzeugkühler, einen Wärmetauscher und die Brennkraftmaschine zirkuliert. Die zweite Stellung nimmt der Ventilkörper dabei allein durch den im dritten Betriebspunkt erhöhten Druck des Kühlmittels ein. Im vierten Betriebspunkt nimmt der Ventilkörper eine dritte Stellung ein, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang sperrt und einen zweiten Kühlmitteleingang freigibt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Federeinrichtung vorgesehen, die den Ventilkörper in seine erste Stellung vorspannt. Zum Verstellen des Ventilkörpers zwischen seiner ersten und zweiten Stellung muss somit der Kühlmitteldruck ansteigen, was üblicherweise
ausschließlich dann erreicht wird, sofern die Kühlmittelpumpe von ihrem zweiten in ihren dritten Betriebspunkt verstellt wird. Der Kühlmitteldruck p2, P3 wirkt dabei dem von der Federeinrichtung aufgebrachten Druck pF entgegen.
Zweckmäßig sind ein Temperatursensor und eine kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung zur Steuerung der Betriebspunkte und damit der Leistung der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels vorgesehen. Um den jeweiligen Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe auswählen zu können, ist es erforderlich, einen Kühlbedarf zu ermitteln, was über den erfindungsgemäß vorgesehenen Temperatursensor und die erfindungsgemäß kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung möglich ist. Unterhalb einer bestimmten Kühlmitteltemperatur, beispielsweise während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, ist keine Kühlung des Kühlmittels und damit keine Kühlung der Brennkraftmaschine erwünscht, so dass in diesem Fall die
Steuereinrichtung die Kühlmittelpumpe in ihren ersten Betriebspunkt verstellt, d.h. beispielsweise ausschaltet oder ausgeschaltet lässt. Steigt die Temperatur des Kühlmittels an, so kann die Steuereinrichtung dies über den Temperatursensor detektieren und verstellt entsprechend beispielsweise einem Kennfeld die
Kühlmittel pumpe in ihren zweiten Betriebspunkt, in welchem eine mittlere
Kühlleistung erreicht wird. Steigt die Last der Brennkraftmaschine stark an, beispielsweise bei einer Bergfahrt, so steigt auch die Temperatur des Kühlmittels an, woraufhin die Steuereinrichtung die Kühlmittelpumpe in ihren dritten
Betriebspunkt verstellt, in welchem der Kühlmittelstrom über den Wärmetauscher und den Kühler und nicht wie im zweiten Betriebspunkt ausschließlich über beispielsweise einen Wärmetauscher einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs geleitet wird und dadurch eine deutlich erhöhte Kühlleistung zur Kühlung der Brennkraftmaschine erbringt. Steigt die Last der Brennkraftmaschine weiter an, so steigt auch die Temperatur des Kühlmittels an, woraufhin die
Steuereinrichtung die Kühlmittelpumpe in ihren vierten Betriebspunkt verstellt, in welchem der Kühlmittelstrom ausschließlich über den Kühler und nicht wie im dritten Betriebspunkt zusätzlich noch über den Wärmetauscher der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs geleitet wird. Über den Temperatursensor und die
kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung ist somit auch eine temperaturabhängige Steuerung der Betriebspunkte der Kühlmittelpumpe möglich.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einen Kühler, einen Wärmetauscher einer Klimaanlage und einer zuvor beschriebenen Kühlmittelpumpe auszustatten, wobei zumindest ein erster Kühlmitteleingang und der Kühlmittelausgang mit der Brennkraftmaschine verbunden sind, während zumindest ein zweiter
Kühlmitteleingang mit dem Kühler verbunden ist. Ein derart erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug erfordert zum Betrieb der Kühlmittelpumpe deutlich weniger elektrische Energie, als dies bei bislang konstant durchlaufenden
Kühlmittel pumpen der Fall ist. Hierdurch kann jedoch nicht nur elektrische
Energie, sondern auch Kraftstoff eingespart werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 eine erfindungsgemäße und teilweise geschnittene Kühlmittelpumpe mit einer Ventileinrichtung mit sich in der ersten Stellung befindlichem Ventilkörper, eine Darstellung wie in Fig. 1 , jedoch bei sich in seiner dritten Stellung befindlichem Ventilkörper, Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe mit Ventileinrichtung,
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer Einbausituation der erfindungsgemäßen
Kühlmittelpumpe in ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,
Fig. 5 eine Darstellung wie in Fig. 4, jedoch mit einem dritten
Kühlmitteleingang an der Kühlmittelpumpe.
Entsprechend den Fig. 1 bis 5, weist eine erfindungsgemäße elektrische
Kühlmittelpumpe 1 zum Fördern eines Kühlmittels 2 zumindest einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3', zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' und einen Kühlmittelausgang 5 auf. Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 ist dabei zwischen mehreren Betriebspunkten, insbesondere zwischen einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Betriebspunkt, verstellbar. Zusätzlich weist die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 eine Ventileinrichtung 6 auf, die in die Kühlmittelpumpe 1 integriert ist und die derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunktes der Kühlmittelpumpe 1 und damit des Kühlmitteldrucks p den zumindest einen ersten oder zweiten Kühlmitteleingang 3, 3', 4, 4' öffnet oder schließt oder zumindest einen ersten und zweiten Kühlmitteleingang 3, 3', 4, 4' gleichzeitig öffnet.
Wie man den Fig. 1 , 2 und 4 entnehmen kann, bilden die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 und die Ventileinrichtung 6 eine gemeinsame Baugruppe 16, die im Vergleich zu bislang eingesetzten Kühlmittelpumpen mit separat dazu angeordneten Thermostatventilen deutlich kompakter baut und dadurch erhebliche Bauraumvorteile bietet. Ein erster Betriebspunkt der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe 1 weist dabei beispielsweise eine Förderleistung von 0 l/min und einen Druck pi von 0 bar auf. In diesem Zustand, d.h. im ersten Betriebspunkt, erfolgt somit keine Förderung von Kühlmittel 2 durch die Kühlmittelpumpe 1 , so dass diese beispielsweise ausgeschaltet ist. Ein zweiter Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe 1 weist beispielsweise eine Förderleistung von ca. 125 l/min und einen Druck p2 von ca. 0,4 bar auf, wogegen ein dritter Betriebspunkt beispielsweise eine Förderleistung von ca. 220 l/min und einen Druck p3 von ca. 1 ,4 bar aufweist.
Erreicht werden die Drücke in den jeweiligen Betriebspunkten durch eine entsprechende Drehzahl der Kühlmittelpumpe 1 , so dass die Kühlmittelpumpe 1 im zweiten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' geöffnet und mindestens ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' verschlossen sind, wobei die Kühlmittelpumpe 1 im dritten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' geöffnet sind, und wobei die
Kühlmittel pumpe 1 in einem vierten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' geschlossen und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' geöffnet sind.
Zum Aufbau der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 6 wird im Folgenden auf die Fig. 1 bis 3 verwiesen, woraus erkennbar ist, dass die Ventileinrichtung 6 einen Ventilkörper 7 besitzt, der in diesem Fall als verstellbarer Ventilkolben 8 ausgebildet ist und der im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt (vgl. die Fig. 1 und 4), in welcher er wenigstens einen zweiten
Kühlmitteleingang 4, 4' sperrt und wenigstens einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3' freigibt. Im dritten Betriebspunkt hingegen, nimmt der Ventilkörper 7 eine zweite Stellung ein, in welcher er wenigstens einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3' und zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' freigibt. Im vierten Betriebspunkt nimmt der Ventilkörper 7 eine dritte Stellung ein, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3' sperrt und einen zweiten
Kühlmitteleingang 4, 4' freigibt (vgl. Fig. 2). Darüber hinaus ist eine
Federeinrichtung 9, beispielsweise eine einfache Schraubenfeder, vorgesehen, die den Ventilkörper 7 in seine erste Stellung vorspannt, in welcher zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' gesperrt ist. Die Federeinrichtung 9 übt dabei eine Kraft auf den Ventilkörper 7 aus, die bezogen auf dessen Fläche einem Druck pF entspricht. Ebenfalls vorgesehen sein kann ein Temperatursensor 10 sowie eine kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung 1 1 zur Steuerung der Betriebspunkte der Kühlmittelpumpe 1 in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels 2. Die Ventileinrichtung 6 ist dabei stufenlos in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmittelpumpe 1 verstellbar. Selbstverständlich ist dabei alternativ auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 anstelle des als Ventilkolben 8 ausgebildeten Ventilkörpers 7 auch andere Ventilkörper 7 aufweisen kann, so dass die Ventileinrichtung 6 beispielsweise auch als
Kugelventil oder als Tellerventil ausgebildet sein kann.
Der gemäß der Fig. 3 dargestellt Ventilkolben 8 besitzt Leckageöffnungen 17 zum Druckausgleich.
Betrachtet man nun noch die Fig. 4, so kann man dort ein Kraftfahrzeug 12 mit einer Brennkraftmaschine 13, einem Kühler 14, einem Wärmetauscher 15 in einer im Übrigen nicht gezeigten Klimaanlage sowie mit einer Kühlmittelpumpe 1 entsprechend den vorherigen Absätzen sehen. Ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' der Kühlmittelpumpe 1 ist dabei ebenso wie der Kühlmittelausgang 5 mit der Brennkraftmaschine 13 verbunden, während ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' mit dem Kühler 14 verbunden ist. Die erfindungsgemäße Kühl mittel pumpe 1 funktioniert dabei hinsichtlich einer Steuerung eines Kühlmittelstroms 2 wie folgt:
Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 13 ist keine Kühlung derselben erforderlich bzw. gewünscht, um ein Aufheizen der Brennkraftmaschine 13 zu beschleunigen und damit eine schnellere Senkung der Emissionen zu erreichen. Während dieser Kaltstartphase befindet sich die Kühlmittelpumpe 1 in ihrem ersten Betriebspunkt, in welchem sie keinen Druckaufbau bewirkt und kein Kühlmittel 2 fördert und somit ausgeschaltet ist. Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 an, wird dies über beispielsweise den Temperatursensor 10 detektiert, der im vorliegenden Fall gemäß der Fig. 1 im Bereich der
Kühlmittel pumpe 1 angeordnet ist, der selbstverständlich aber zusätzlich oder alternativ auch an anderer Stelle im Kühlmittelsystem positioniert sein kann. Erreicht die Temperatur des Kühlmittels 2 einen gewissen Wert, so verstellt die mit dem Temperatursensor 10 verbundene Steuereinrichtung 1 1 die
Kühlmittelpumpe 1 in ihren zweiten Betriebspunkt, in welchem zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' noch geschlossen ist und ein Kühlmittelstrom ausschließlich über die Brennkraftmaschine 13 und beispielsweise den
Wärmetauscher 15 der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 12 zirkuliert. In diesem zweiten Betriebspunkt ist dabei auch eine lediglich mäßige Kühlung der
Brennkraftmaschine 13 erforderlich. Der im zweiten Betriebspunkt erzeugte Druck p2 des Kühlmittels 2 ist geringer als der mittels der Federeinrichtung 9 auf den Ventilkörper 7 einwirkende Druck pF, so dass die Federeinrichtung 9 den Ventilkörper 7 entgegen des Kühlmitteldrucks p2 in seine erste Stellung vorspannt.
Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 weiter an, so wird dies ebenfalls vom Temperatursensor 10 detektiert und führt bei Erreichen eines weiteren
Grenzwertes dazu, dass die Steuereinrichtung 1 1 die Kühlmittel pumpe 1 in ihren dritten Betriebspunkt verstellt, in welchem sowohl die Förderleistung der
Kühlmittel pumpe 1 als auch der hierüber im Kühlmittel 2 erzeugte Druck p3 stark ansteigen. Dies führt dazu, dass der Kühlmitteldruck p3 größer wird als der von der Federeinrichtung 9 ausgeübte Druck pF, so dass sich im dritten Betriebspunkt der Ventilkörper 7 gemäß der Fig. 2 nach rechts verstellt, die Federeinrichtung 9 staucht und gleichzeitig zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' freigibt, wodurch nun der Kühlmittelstrom über die Brennkraftmaschine 13 und den Kühler 14 sowie über die Kühlmittelpumpe 1 wieder zurück zur Brennkraftmaschine 13 zirkuliert. Ein Teil des Kühlmittelstroms 2 strömt aber immer noch über den Wärmetauscher 15. Im vierten Betriebspunkt ist dabei auch die höchste
Kühlleistung gegeben, da die Kühlmittelpumpe 1 eine Drehzahl aufweist, in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' geschlossen und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' geöffnet sind. In dem vierten Betriebspunkt nimmt der Ventilkörper 7 seine dritte Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3' sperrt und einen zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' freigibt, so dass der gesamte Kühlmittelstrom 2 über die Brennkraftmaschine 13 und den Kühler 14 strömt.
Betrachtet man die Figur 5, so kann man erkennen, dass das Kraftfahrzeug 12 einen Elektromotor 18 und einen elektrischen Energiespeicher 19 aufweist, wobei mindestens ein dritter Kühlmitteleingang 20 mit dem Elektromotor 18 und/oder dem elektrischen Energiespeicher 19 verbunden ist. Dabei ist denkbar, dass der dritte Kühlmitteleingang 20 und der Kühlmittelausgang 5 mit dem Elektromotor 18 und/oder dem elektrischem Speicher 19 verbunden sind, während ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' mit dem Kühler 14 verbunden ist.
In Fig. 5 ist zudem ein temperaturgeregeltes Ventil 21 vorgesehen, das bei einer Grenztemperatur einen Bypass 22 zwischen dem Kühlmittelausgang 5 und mindestens einem zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' öffnet. Mit der erfindungsgemäßen Kühl mittel pumpe 1 und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 12 ist es erstmals möglich, die Kühlmittelpumpe 1 und eine zugehörige Ventileinrichtung 6 als äußerst kompakt bauende Baugruppe 16 auszubilden, wodurch erhebliche Bauraumvorteile erzielbar sind.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Kuhlmittelpunnpe (1 ) mit
- zumindest einem ersten Kühlmitteleingang (3, 3'), zumindest einem zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') und einem Kühlmittelausgang (5),
- einer Ventileinrichtung (6), die derart ausgebildet ist, dass sie in
Abhängigkeit des gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe (1 ) und damit des Drucks (p) im Kühlmittel (2) zumindest einen ersten oder zweiten Kühlmitteleingang (3, 3', 4, 4') öffnet oder schließt oder zumindest einen ersten und zweiten Kühlmitteleingang (3, 3', 4, 4') gleichzeitig öffnet, wobei die Ventileinrichtung (6) in die Kühlmittelpumpe (1 ) integriert ist.
2. Kühlmittel pumpe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlmittelpumpe (1 ) in dem ersten Betriebspunkt abgeschaltet und zumindest ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') geöffnet ist.
3. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Kühlmittelpumpe (1 ) in einem zweiten Betriebspunkt eine
Drehzahl aufweist, in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') geöffnet und mindestens ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4')
verschlossen sind,
- dass die Kühlmittelpumpe (1 ) in einem dritten Betriebspunkt eine
Drehzahl aufweist, in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') geöffnet sind, - dass die Kühl mittel pumpe (1 ) in einem vierten Betriebspunkt eine
Drehzahl aufweist in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') geschlossen und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') geöffnet sind.
4. Kühlmittel pumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') sperrt und mindestens einen ersten Kühlmitteleingang (3, 3') freigibt, und/oder
- dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im dritten Betriebspunkt eine zweite Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang (3, 3') und zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') freigibt, und/oder
- dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im vierten Betriebspunkt eine dritte Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang (3, 3') sperrt und einen zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') freigibt.
5. Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtung (6) stufenlos in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmittelpumpe (1 ) verstellbar ist.
6. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilkörper (7) als translatorisch verstellbarer Ventilkolben (8) ausgeführt ist.
7. Kühl mittel pumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Federeinrichtung (9) vorgesehen ist, die den Ventilkörper (7) in seine erste Stellung vorspannt.
8. Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Temperatursensor (10) und eine kommunizierend damit
verbundene Steuereinrichtung (1 1 ) zur Steuerung der Leistung der
Kühlmittel pumpe (1 ) in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels (2) vorgesehen sind.
9. Kraftfahrzeug (12) mit einer Brennkraftmaschine (13), einem Kühler (14), einem Wärmetauscher (15) und einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') und der Kühlmittelausgang (5) mit der Brennkraftmaschine (13) verbunden sind, während ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') mit dem Kühler (14) verbunden ist.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kraftfahrzeug (12) einen Elektromotor (18) und einen elektrischen Energiespeicher (19) aufweist und wobei mindestens ein dritter
Kühlmitteleingang (20) mit dem Elektromotor (18) und/oder dem
elektrischen Energiespeicher (19) verbunden ist.
1 1 Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass der dritte Kühlmitteleingang (20) und der Kühlmittelausgang (5) mit dem Elektromotor (18) und/oder dem elektrischem Speicher (19) verbunden sind, während ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') mit dem Kühler (14) verbunden ist.
12. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein temperaturgeregeltes Ventil (21 ) vorgesehen ist, das bei einer Grenztemperatur einen Bypass (22) zwischen dem Kühlmittelausgang (5) und mindestens einem zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') öffnet.
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