可无级调节的冷却介质泵的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于内燃机的冷却回路的冷却介质泵，其具有泵壳体（1），在泵壳体（1）内支承着可驱动的轴（2a），在轴（2a）的一个端部固定着叶轮（4），叶轮（4）具有朝吸入腔（7）内突入的叶片（6）并与盖盘（9）连接。通过叶轮（4）与盖盘（9）一起旋转，使得流体可经过泵壳体（1）的吸入管接头（10）吸入到吸入腔（7）内并可经过叶片（6）输送到泵壳体（1）内。在叶轮（4）和盖盘（9）之间布置着可通过调整单元（3）轴向位移的导向盘（12），导向盘（12）具有与叶轮（4）对应的轮廓以及朝叶轮（4）的方向取向的悬伸部（13）。其特征在于，导向盘（12）具有至少一个开口（11），叶轮（4）具有指向导向盘（12）的关闭轮廓（5），并且其中，关闭轮廓（5）可与导向盘（12）的开口（11）中的一个咬合，并部分或全部关闭该开口。
【专利说明】可无级调节的冷却介质泵
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于内燃机的冷却回路的具有泵壳体的冷却介质泵。在泵壳体内支承有可驱动的轴，在轴的端部固定有叶轮，叶轮具有朝吸入腔内突入的叶片并与盖盘连接。由于盖盘和具有叶片的叶轮的旋转，使得流体经过泵壳体的吸入管接头被吸入到吸入腔内并经过叶片进ー步被输送到泵壳体内。在叶轮和盖盘之间布置着可通过调整单元轴向位移的导向盘。导向盘具有与叶轮对应的轮廓以及朝向叶轮的悬伸部。
【背景技术】
[0002]为了实现内燃机的快速加热并且有针对性地调整发动机温度，冷却介质泵应是可通断的且在最佳情况下是可调节的。这通过调整排量来有针对性地实现。为了设定输送流或者体积流，在叶轮内部的导向盘轴向地在泵内位移。这必须经过促动器发生，该促动器尽可能地结构空间中等地、优选在轴向方向上构建。根据上述类型的冷却介质泵由文献DE102008046424A1 被公开。
[0003]试验表明，作用到导向盘施加的液压合力根据转速、伺服定位(StelIposition)和泵实施可以认为超过150N。这种カ需求必须由促动器施加，该促动器在所有的转速、温度和重复频度的情况下必须保证导向盘的校正。这种情况取决于有关促动机构的一定的大小或者一定的基本原理。由于该原因，通常应用具有高的结构空间需求的较昂贵的促动器。
【发明内容】
[0004]本发明基于以下任务，S卩，提供ー种可通断的或者可调节的冷却介质泵，它的促动器不需要额外的成本或者结构空间来施加用于调节导向盘的力。
[0005]根据本发明，该任务是这样解决的，即，导向盘具有至少ー个开ロ。通过存在的开ロ，減少了在导向盘前侧与导向盘后侧之间的有效压カ差，这又减少了为使导向盘位移所需要的轴向力。减轻了在导向盘前侧与导向盘后侧之间的流体交换
Slroiiumgsaustausch.)=在导向盘后面径向被输送的流体具有叶轮典型的离心压力。与
在通过孔进入后在轴向碰到叶轮后壁上出现的一定的淤塞部分(Stauanteil)—起，在导向盘后面产生ー个平均压力。处于压力下的流体因此具有ー个分力，该分力在“关闭导向盘”方向上被导向。“关闭导向盘”方向描绘了导向盘在盖盘方向上的轴向位移。这导致在“打开导向盘”方向上的合力减少。“打开导向盘”方向描绘了导向盘在叶轮方向上的轴向位移。由此，促动器在其移动功能中，针对要施加的力被去负载。
[0006]证明是有利的是，在导向盘内开设ー个以上的开ロ。在该情况下，这些开ロ具有不同的形状，例如为了充分利用流动效果的流动优化的形状以及径向的或者位于圆周方向上的在导向盘上延伸的开ロ，或者为了更有利地制造的生产优化的形状。不依赖于实施方式地，开ロ的作用最充分的布置是在靠近导向盘转动轴线的范围内。
[0007]此外，在图4的图示中示出，流体力依赖于导向盘的开度。在理想情况下，流体力为零，由此，促动器可以无附加的力消耗地轴向移动导向盘。对于没有开ロ的导向盘，从图中得知，不能实现零的流体力。开口数目越高，力水平下降得就越快。不过该图也示出，力水平从导向盘的一定的开度以及一定的开口数目起具有负号。负的力水平或者负的流体力意味着，导向盘在盖盘的方向上移动并因此将流体流抑制在水泵之内。这是要避免的。因此，促动器可以被施加足够的カ来克服负的流体力，促动器必须更強大或者尺寸更大，这又将引起附加的成本。
[0008]为了阻止这一点，调整单元可以可选地具有弹簧。弹簧在此使得导向盘间接地经过轴在“打开导向盘”方向上被施加压力。该实施方式是ー种失效保险解决方案。当促动器失效并且导向盘由于ー个负流体力在“关闭导向盘”方向上被牵引时，这导致冷却介质流的減少，弹簧产生一个反压力，以便防止导向盘关闭。不过在该实施方式中，必须将总的カ曲线提高弹簧的预张紧那么多。由此，部分地又抵消了先前获得的力減少。
[0009]为了可以应用常用的且低成本的促动器，相应地调谐导向盘的开度以及导向盘内的开口数目，被证明是有利的。由此，假设设定ー个作用于导向盘的20N — 50N的流体力，该流体力在叶轮方向上按压导向盘并因此打开冷却介质泵。由此，应阻止负的流体力，这又使故障安全弹簧的应用多余。因此在本发明的具体化中提出，叶轮具有附加的关闭轮廓，该关闭轮廓朝导向盘的方向指向，并且关闭轮廓可与导向盘的至少ー个开ロ接合并部分或全部关闭该开ロ。
[0010]此外设置为，关闭轮廓具有ー个以上的关闭元件。各个关闭元件可以在它们的尺寸(长度、曲率、斜率、直径)上彼此不同。
[0011]关闭元件可以呈锥形地实施，即，关闭元件在向着叶轮朝盖盘的方向上逐渐变细。
[0012]本发明的另一可行性在于，关闭元件呈叶片状地实施。例如作为被布置在叶轮上的、被安置在圆周方向上的具有可变高度的铼状体或者还有被安置在径向方向上的具有可变高度的翼片，它们又可以直接地布置在叶轮的叶片上。
[0013]根据本发明的另ー优选设计规定的是，调整単元包括促动器，该促动器不依赖于叶轮的转速而促动。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]在图1至图4中示出了本发明的实施例，以下对其进行详细说明，其中，本发明不限定于这些实施例。在附图中:
[0015]图1示出导向盘关闭的以及在导向盘内开设开ロ的可调节的冷却介质泵的剖面图；
[0016]图2a示出其开ロ未关闭的导向盘的示意图；
[0017]图2b示出其中开ロ由关闭元件(铼状体)关闭的导向盘的示意图；
[0018]图2c示出其开ロ未关闭的导向盘的示意图；
[0019]图2d示出开ロ由关闭元件(翼片)关闭的导向盘的示意图；
[0020]图3示出具有锥形的关闭元件的导向盘的详图；以及
[0021]图4示出依赖于导向盘的开口数目和开度的不同流体カ曲线的图。
【具体实施方式】
[0022]图1示出用于内燃机的冷却回路的冷却介质泵，其具有泵壳体I。在泵壳体I内支承有可驱动的轴2a，在轴2a的一个端部固定着叶轮4。叶轮4具有朝吸入腔7内突入的叶片6。叶轮4和盖盘9相互连接。在叶轮4旋转时，流体经过泵壳体I的吸入管接头10被输送到吸入腔7内。在叶轮4与盖盘9之间布置着可通过调整単元3轴向位移的导向盘
12。导向盘12具有与叶轮4对应的轮廓以及朝叶轮4的方向取向的悬伸部13。为了实现内燃机的快速加热并有针对性地调整发动机温度，冷却介质泵必须是可调节的或者可通断的。对此，符合需求地调整体积流量。为了调整体积流量，导向盘12轴向地在泵壳体I内位移。在叶轮4和盖盘9之间内部位移的导向盘12改变开度并因此控制体积流量的流通。调整单元3不仅包括轴2a和可在轴2a内轴向位移的推杆2b，而且包括促动推杆2b的促动器14。推杆2b与导向盘12形成直接连接。导向盘12的位移由促动器14控制。促动器14应尽可能地结构空间中等地被集成到冷却介质泵内。由于这种原因，需要将由于体积流量而在导向盘12上的合力保持得尽量小，以便也可以以结构空间有利的方式选出促动器
14。由此现在可以减小对导向盘12以及因此对促动器14的力水平，根据本发明，在导向盘12内开设开ロ 11。通过开设开ロ 11，减小了在导向盘前侧(面向盖盘的面)与导向盘后侧(背向叶轮的面)之间的有效压カ差。这又导致体积流量的作用于导向盘12上的流体力的减小。因此，减轻了在导向盘前侧与导向盘后侧之间的流体交換。此外，被径向输送的流体在导向盘后侧产生ー个压カ垫。该压カ导致ー个在“关闭导向盘”方向上的力分量，这又减少了在“打开导向盘”方向上的合力并由此将促动器14在其移动功能中卸载。当导向盘前侧贴靠在盖盘9上并且不再会有体积流量流动时，导向盘12被关闭。导向盘12的开度是流经冷却介质泵的体积流量的标志。从图4的图中可以看出在导向盘12内开设的开ロ 11的数目、导向盘12的开度以及作用于导向盘12上的流体力之间的关联。随着开ロ 11数目的増加，在导向盘12的开度相同时，力曲线下降。然而，从确定的开度起，カ曲线部分地转回到负。这导致在“关闭导向盘”方向上的力作用于导向盘12，因此需要ー种“故障安全解决方案”。这意味着，只要还需要发动机的冷却，就不许无意地关闭导向盘12。对此ー种解决方案是使用附加的弹簧8。该弹簧被装入在调整单元3内并作用于推杆2b。该弹簧8必须具有预张紧，从而即使在促动器14失效时导向盘12也经过推杆2b在叶轮4的方向上位移回到初始位置。为了通过所谓的“故障安全弹簧”再次消除该负力，必须围绕该弹簧8的预张紧提高总的力曲线。这又导致通过开ロ 11实现的力減少部分地再次损失。这导致必须使用功率強大的且因此占据较大的结构空间的促动器14。
[0023]作为根据本发明的改进方案，因此提出导向盘12的依赖于开度的可变通断的开ロ 11。这通过关闭轮廓5来实现，关闭轮廓5被装入到设有叶片6的叶轮4内。如图2至图3所示的那样，这可以装入到叶轮4的钢嵌入件内或者叶轮的挤压包封内或者也可以在叶轮的叶片本身内。通过使导向盘12在叶轮4的方向上轴向移动，呈叶片状构成的关闭元件5a咬合在ー个或多个与其对应的开ロ 11内并关闭该开ロ 11。在图4中所示的图中示出理想化的カ曲线20。理想化的カ曲线20表明了对导向盘12的几乎保持相同的力作用，不依赖于其开度。该理想化的力曲线20只有当在达到各自标出的工作点Sx后“跳”到最近安置的工作点时才被转换。这通过改变导向盘12的开ロ 11的数目、以及导向盘12的开度来实现。
[0024]这通过导向盘12的开ロ 11的无级开通来转换，以便实现力水平的“柔和的”、平稳的、非突然的改变。非突然的调整对导向盘位置的控制/调节的质量起到积极作用，因为不会发生突然的力弹跳以及因此的位置弹跳。基于关闭轮廓5的几何形状以及导向盘12内的开ロ 11的数目可以实现这种无弹跳地开通
[0025]这样无级地开通开ロ 11通过关闭元件5a的特殊设计来实现。允许这一点的不仅是关闭元件的锥形形状，而且是其高度升高的叶片状形状。关闭元件5a部分地咬合到在叶轮4和盖盘9之间轴向位移的导向盘12的开ロ 11内。基于位移的导向盘12而使开度改变，并且由于关闭轮廓5还使得要么部分地要么完全地开通或关闭不同数目的开ロ 11。图2b和图2d示出在打开位置中带有关闭的开ロ 11的导向盘12。这在图中对应于从100%开度直到工作点SI的工作范围。当导向盘12进ー步在“关闭”方向上位移时，开ロ 11由于高度升高的关闭元件5a而被无级地开通。因此更多开ロ逐渐地被开通。这在图中对应于在工作点SI至S2之间以及还有在工作点S2至S3之间的工作范围。图2a和图2c示出了带有未关闭的开ロ 11的、在关闭状态下的导向盘12。这在图中根据开度而对应于在工作点S3至S4或者0%开度之间的工作范围。
[0026]附图标记列表
[0027]I泵壳体
[0028]2a 轴
[0029]2b推杆
[0030]3调整单元
[0031]4叶轮
[0032]5 关闭轮廓
[0033]5a关闭元件
[0034]6叶片
[0035]7吸入腔
[0036]8弹簧
[0037]9盖盘
[0038]10吸入管接头
[0039]11开ロ
[0040]12导向盘
[0041]13悬伸部
[0042]14促动器
[0043]20理想化的カ曲线
[0044]SI工作点I
[0045]S2工作点2
[0046]S3工作点3
[0047]S4工作点4
【权利要求】
1.一种用于内燃机的冷却回路的冷却介质泵，所述冷却介质泵具有泵壳体(I)，在所述泵壳体(I)内支承有可驱动的轴(2a)，在所述轴(2a)的一个端部固定着叶轮(4)，所述叶轮(4)具有朝吸入腔(7)内突入的叶片(6)并与盖盘(9)连接，其中，通过所述叶轮(4)与所述盖盘(9) 一起旋转，流体能够经过所述泵壳体(I)的吸入管接头(10)被吸入到所述吸入腔(7)内井能够经过所述叶片(6)输送到所述泵壳体(I)内，其中，在所述叶轮(4)和所述盖盘(9)之间布置着能够通过调整单元(3)轴向位移的导向盘(12)，所述导向盘(12)具有与所述叶轮(4)对应的轮廓以及朝向所述叶轮(4)的悬伸部(13)，其特征在于，所述导向盘(12)具有至少ー个开ロ(11)。
2.根据权利要求1所述的冷却介质泵，其特征在于，所述叶轮(4)具有关闭轮廓(5)，所述关闭轮廓(5)指向所述导向盘(12)。
3.根据权利要求2所述的冷却介质泵，其特征在于，所述关闭轮廓(5)能够与所述导向盘(12)的开ロ( 11)之一咬合并部分或全部关闭该开ロ。
4.根据权利要求2所述的冷却介质泵，其特征在于，所述关闭轮廓(5)具有ー个以上的关闭元件(5a)，其中，所述各个关闭元件(5a)的尺寸能够彼此不同。
5.根据权利要求4所述的冷却介质泵，其特征在于，所述关闭元件(5a)呈叶片状地实施。
6.根据权利要求4所述的冷却介质泵，其特征在于，所述关闭元件(5a)呈锥形地实施。
7.根据权利要求5和6所述的冷却介质泵，其特征在于，所述关闭轮廓(5)实现了所述开ロ(11)的无级关闭。
8.根据权利要求1所述的冷却介质泵，其特征在于，所述调整単元(3)包括促动器(14)，所述促动器(14)不依赖于所述叶轮(4)的转速而促动。
9.根据权利要求1所述的冷却介质泵，其特征在于，所述调整単元(3)具有弹簧(8)，所述导向盘(12)通过所述弹簧(8)被调整回到初始位置。
【文档编号】F04D15/00GK103597212SQ201280026098
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年3月15日 优先权日:2011年6月7日
【发明者】塞巴斯蒂安·赫斯特, 马库斯·波普, 卡斯滕·吕肯 申请人:谢夫勒科技股份两合公司