用于内燃机的冷却剂循环的冷却剂泵的制作方法
【专利摘要】一种用于内燃机的冷却剂循环的冷却剂泵（1），该冷却剂泵具有优选通过皮带传动装置驱动的驱动轮（4），该驱动轮通过可转动地支承在泵壳体（2）内的驱动轴（3、29）与叶轮（5）连接，该冷却剂泵径向于叶轮（5）具有至少一个冷却剂出口（17）。该冷却剂出口由可在轴向方向上运动的闭锁环（15、26、36）操控并由压力介质操纵的执行器调整，所述闭锁环用于改变或者闭锁冷却剂出口（17）的横截面。为了以紧凑的结构方式构建对应的可调节的冷却剂泵（1），执行器与驱动轴（3、29）同心地布置在驱动轴的面向叶轮（5）的端部的区域内，执行器紧固在驱动轴（3、29）的所述端部上，以及执行器通过至少一个设置在驱动轴（3、29）内的纵向钻孔（32）与压力介质供应装置连接。
【专利说明】用于内燃机的冷却剂循环的冷却剂泵
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据独立权利要求1和5的前序部分所述的用于内燃机的冷却剂循环的冷却剂泵，该冷却剂泵具有:优选通过皮带传动装置被驱动的驱动轮，该驱动轮通过在泵壳体内可转动地被支承的驱动轴与叶轮连接，其中，径向于所述叶轮设置有至少一个冷却剂出口 ；在轴向方向上可运动的闭锁环，该闭锁环用于改变或者闭锁所述冷却剂出口的横截面；以及用于调整所述闭锁环的压力介质操纵的执行器。
【背景技术】
[0002]这种类型的冷却剂泵通常被构造为离心泵，其中，其布置在内燃机的端侧并由设置在那里的皮带传动装置来驱动。在该情况下，冷却剂泵的驱动轴与内燃机的转速同步地绕转并由此按照该转速将所确定的冷却剂量输送到冷却剂循环中，所述冷却剂循环由被设置在曲轴箱内以及气缸盖内的冷却剂室、用于车辆供暖的热交换器和由冷却空气流通的冷却器组成。在此，冷却剂泵以如下方式设计，即，为了达到在所有工作条件下所需的冷却功率，所述冷却剂泵也在内燃机的怠速转速时输送冷却剂流。
[0003]在内燃机的热运转阶段中，一般由冷却器导引的冷却剂流借助调温阀全部或者部分地被中断。因此，在内燃机还未达到规定的工作温度所在的阶段中，全部的冷却剂流或者分流通过该调温阀在短路中，也就是说通过与冷却剂平行的旁通管路流动。
[0004]此外，过去已经寻求解决方案，以便明确地缩短该热运转阶段，由此也可以大规模地避免在内燃机的工作中发生的摩擦损失、提高的排放值、以及由于排放值和摩擦损失的原因而较高的燃料消耗量。在此，另外规定的是，借助驱动冷却剂泵的变速器来调节冷却剂泵的驱动转速，或者借助离合器来接通或断开冷却剂泵的总驱动。规定有其它已知的解决方案，即，在作为离心泵被构造的冷却剂泵上设置有调整元件，通过所述调整元件能够以调节方式调整冷却剂出口直到其完全闭塞。本发明涉及一种冷却剂泵的对应设计方案。
[0005]一种在权利要求1的前序部分中提到的类型的用于内燃机的冷却剂循环的冷却剂泵由DE 10 2007 022 189 Al公开。在此涉及一种以对导流片的依赖于传递到压力测量计的欠压或过压的调整而可调节的冷却剂泵。在此，压力测量计应作为压力转换器起作用，其中，位于液压管路内的工作媒质借助被布置在欠压盒内的大横截面的工作活塞被移动到多个小横截面的输出缸内。所述输出缸均匀地经由冷却剂泵的泵壳体周面被布置在该泵壳体内并分别收纳活塞杆，其中，活塞杆在其背向溢流室的端部与轴向运动的阀塞连接。取代欠压调整(为此在内燃机进气行程中的欠压被使用)，也可以给布置在压力转换器内的工作活塞加载来自内燃机的润滑剂循环的过压。
[0006]此外，从DE 199 01 123 Al公知一种可调节的冷却剂泵，其中，在叶轮的内部设置有执行器，该执行器用于轴向调整径向包围冷却剂出口的套筒。在一个所示的实施方式中，该执行器应由腊式膨胀调控器(Wachsausdehnungssteller)组成,在冷却剂泵的纵向方向上伸展的销通过所述蜡式膨胀调控器移动，通过径向伸展的销被传递到套筒上。此外，该文献还包含如下提示，即，该执行器也可以电动地、液动地或者气动地被操纵。
【发明内容】
[0007]本发明的任务是以如下方式改进一种设有构造为闭锁环被的控制冷却剂出口的装置的、用于内燃机的冷却剂循环的冷却剂泵，即，为此所设置的执行器可以被布置在冷却剂泵的内部，而不用改变冷却剂泵不仅在径向方向上而且在轴向方向上的结构尺寸或者仅微小地改变所述结构尺寸。此外，应可低成本地制造并非常功能安全地构造一种设有对应的执行器的可调节的冷却剂泵，以便该冷却剂泵适合于应用在大批量制造的内燃机中。
[0008]该任务是从权利要求1的前序部分开始与其表示特征的特征部分相结合来完成的。根据权利要求1的表示特征的部分，所述执行器应同心于所述驱动轴布置在该驱动轴的面向所述叶轮的端部区域内，其中，所述执行器紧固在所述驱动轴的所述端部上，并且所述执行器应通过至少一个设置在所述驱动轴内的纵向钻孔与压力介质供应装置连接。通过所述执行器及其压力介质供应装置的经由驱动轴内的纵向钻孔的对应布置方案，得到对于冷却剂泵的壳体来说总体较小的径向尺寸。该径向尺寸能够以有利的方式大致与驱动所述冷却剂泵的皮带盘的径向尺寸一致。此外，执行器的该布置方案也对轴向尺寸产生积极影响，因为通过将所述执行器布置在所述驱动轴的端部上，使所述冷却剂泵的所述壳体的结构长度保持几乎不变。这具有很大的意义，因为在内燃机的端侧区域内，也就是说在其皮带传动装置的区域内，仅提供少量的用于布置并驱动所述冷却剂泵的空间，并且所述冷却剂泵必须提供如下轴向尺寸，即，该冷却剂泵的皮带盘与其余的皮带盘对准。
[0009]与此相对，根据DE 10 2007 022 189 Al，在冷却剂泵的壳体的内部布置有多个呈单个活塞气缸单元形式的液压式执行器，在所述液压执行器上固定有导流片。由于对此所设置的向单个执行器的径向压力介质供给以及执行器的所述布置，得到冷却剂泵的壳体的不利的径向和轴向尺寸。此外，当未对活塞气缸单元的活塞实施绝对同步的纵向运动时，还会发生功能干扰。
[0010]与根据本发明的解决方案相反，根据DE 199 01 123 Al，执行器布置在冷却剂泵的工作轮的轮毂内，并且因此不位于驱动轴的面向叶轮的端部上。此外，从该文献中仅得知，取代所示的蜡式膨胀调控器，也可以设置一种电动、液动或者气动驱动的调整装置。但然后液压媒质的相应供给应完全明显地通过冷却剂泵的壳体进行。不仅执行器的布置方案而且液压介质的供给方案都引起整个冷却剂泵不仅在径向方向上而且在轴向方向上的结构尺寸的放大。
[0011]根据本发明的第一有利设计方案，所述执行器应构造为液压气缸并且同轴地布置在所述驱动轴的所述端部上。在此方面，液压气缸应理解为由纵向移动的活塞和包围该活塞的气缸组成的总布置。在此，优选涉及一种简单作用的液压气缸，借此进行闭锁环在其关闭位置中的压力操纵的调整，也就是说径向的冷却剂出口在该关闭位置闭合。在该情况下，闭锁环的复位以及因此简单作用的液压气缸在相反方向上的移动通过压力弹簧进行，所述压力弹簧可以设置在叶轮和闭锁环之间或者在执行器的内部。此外，借助用于使关闭板复位到其打开位置的压力弹簧的这种类型的布置方案，还可以生成一种故障保护装置，在执行器的压力供应失效时，借助该故障保护装置总是确保:冷却剂泵充分地输送冷却用水。
[0012]鉴于液压气缸的构造方案和布置方案，存在不同的可行方案:一方面，建议所述液压气缸的气缸工作面直接构造在所述驱动轴内。在该情况下，所述驱动轴的面向所述工作轮的端部设计为空心轴,其中，该空心轴的内壳面构成对应的气缸工作面。由此,可以生成非常紧凑的布置方案，并且执行器能够以少量的生产费用来制造。另一方面，对此替选的是存在以下可行方案，即，将活塞紧固在驱动轴上，并且在大体呈罐形设计的、构成闭锁环的导流片上布置与该活塞共同作用的气缸，其中，该构件界定对应的压力室。在此，同样涉及执行器的非常紧凑的布置方案，该布置方案适合于大批量生产。
[0013]根据本发明的第二设计方案，所述执行器构造为膜片。对应的膜片允许非常短的轴向结构长度。在此，该膜片固定在径向包围所述驱动轴的凸缘件上，其中，从所述驱动轴的所述纵向钻孔流出的压力介质挤压该膜片抵靠同样呈罐形设计的导流片的底部，从而所述导流片在所述膜片偏移之后移动到它的闭锁环的关闭位置中。而且在该情况下，在所述导流片上设置有回位弹簧，所述回位弹簧使所述导流片在所述膜片内部的压力下降之后再次移动到其打开位置。
[0014]另外，对于一种其类属特征与权利要求1的类属特征相同的解决方案，提出的是，所述执行器同心于驱动轴地布置在该驱动轴的面向所述叶轮的端部的区域内并被构造为膜片。之后，压力介质也可以通过设置在所述冷却剂泵的所述壳体内的通道被引导到设置在所述膜片上的压力室内。除了这种只有以较大的技术费用才实现的可行方案以外，根据该提案也应首要涉及的是，使处于压力下的液压媒质通过至少一个设置在所述驱动轴内的纵向钻孔供给到所述膜片的压力室。除了该一个或多个纵向钻孔以外，如果需要，当然可以设置横向钻孔，这些横向钻孔例如在对应的压力源或者控制阀和对应的纵向钻孔之间伸展。
[0015]根据该解决方案的改进方案，所述驱动轴在其面向所述叶轮的端部上收纳所述叶轮的大致作为凸缘被构造的第一分部段，其中，所述膜片借助其边缘固定在所述第一分部段上，并且其中，所述膜片在其中间区域内支撑在呈罐形设计的导流片上，在所述导流片上构造有闭锁环，所述闭锁环在其闭锁位置中呈环状围绕所述冷却剂出口。所述叶轮的该第一分部段与跟其隔开轴向间隔被布置的第二分部段连接，其中，在该两个分部段之间布置有所述离心泵的叶片和所述导流片。在此，所述导流片可轴向地在所述叶轮的该两个分部段之间移动，其中，所述导流片在其相对于所述第一分部段的轴向运动期间通过滑环密封件或者活塞环被密封。所述膜片被固定在所述第一分部段的呈圆形伸展的槽内。
[0016]此外，前面说明的所述导流片在所述叶轮的内部的布置方案还可以在将所述执行器构造为活塞气缸单元时被设置。另外，膜片或者活塞气缸单元作为执行器的应用不受限于所述导流片的这种类型的布置方案。取代所述导流片，还可以在泵壳体和叶轮之间立体地布置收纳闭锁环的夹具。
[0017]在该布置的改进方案中，应设置有复位弹簧，所述回位弹簧克服导流片的由膜片在闭锁方向上产生的运动。也就是说涉及一种简单作用的液压式调整，其中，从压力介质供应装置开始，借助控制阀引起膜片的压力加载或者以无压的方式排空设置在膜片上的压力室。由于压力弹簧使导流片运动到使一个或多个冷却剂出口被打开的位置，因而以这种方式生成故障保护控制，于是在控制压力失效时也确保，冷却剂泵总是通过所述冷却剂循环输送冷却剂流。
[0018]此外，在将膜片作为执行器来应用的情况下应规定的是，所述驱动轴在其面向所述叶轮的端部上收纳大致作为凸缘被构造的第一分部段，并且所述膜片在其面向所述第一分部段的表面上被结构化或者所述分部段在其面向所述膜片的表面上被结构化。这种优选涉及从驱动轴的端部区域径向向外伸展的槽的表面结构确保了，在膜片的表面和分部段的表面之间流入的压力介质在全部表面上分配。由此可以引起借助膜片对导流片和构造在该导流片上的闭锁环的无延迟的调整。
[0019]此外，所述第一分部段应通过所述叶轮的叶片与跟所述第一分部段在轴向方向上隔开间隔的第二分部段连接，其中，所述叶片被引导穿过在所述导流片内的凹部。也就是说，所述导流片执行在轴向方向上的运动，其中，所述导流片一方面在其关闭位置中在叶轮的第二分部段止动并且在其打开位置中在第一分部段止动。
[0020]最后提出的是，借助布置在冷却剂泵的壳体内的控制泵运送压力介质用于作为膜片或者液压气缸被构造的执行器。在此，该控制泵应直接由驱动轴驱动。此外，在所述冷却剂泵的壳体内应布置有控制阀，所述控制阀使通到膜片或液压气缸的压力室的工作接合件与泵口或油箱口的连接部有选择地连接或闭塞。作为压力介质优选应用从冷却剂循环取出的冷却剂，从而在可能发生的泄漏时避免，其它的压力介质例如润滑油与冷却剂循环的冷却剂混合。
[0021]本发明不受限于独立权利要求1和5的特征与从属权利要求的特征的给定组合。此外还有其它可行方案，即，可使单个特征，特别是从下面实施例说明的专利权利要求或者直接从附图得出的特征相互组合。此外，通过应用标号在附图上标示专利权利要求绝不应该使专利权利要求的保护范围受限于所示的设计例。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]此外，本发明的其它特征从下述说明和从附图中得出，在附图中简化示出本发明的三个实施例。其中:
[0023]图1示出根据本发明的冷却剂泵的纵剖视立体图，其中，执行器构造为布置在驱动轴内的液压气缸；
[0024]图2以纵剖视图的形式示出冷却剂泵的局部立体图，示出该冷却剂泵的叶轮的区域，该叶轮具有导流片的关闭位置；
[0025]图3示出图2所示的叶轮的局部视图，该叶轮具有导流片的打开位置；
[0026]图4示出叶轮在驱动轴上的布置的纵剖视立体图，其中，执行器构造为膜片；以及
[0027]图5示出叶轮在驱动轴上的布置区域内局部立体图，其中，执行器具有叶轮的第一分部段，所述第一分部段具有结构化的表面。
【具体实施方式】
[0028]在图1中示出冷却剂泵，所述冷却剂泵具有泵壳体2以及被支承在该泵壳体2内的驱动轴3。在此，驱动轴3优选通过未详细示出的滚动轴承支承在泵壳体2内，并且该驱动轴在其一端部收纳驱动轮4以及在其另一端部收纳叶轮5。此外，驱动轴在其面向叶轮5的端部被构造为空心轴6，从而在该端部构成同轴于驱动轴伸展的液压气缸7。在此，在空心轴6的内部构造有气缸工作面8，在该气缸工作面上液压活塞9密封地被引导。活塞杆10从该液压活塞9出发，该活塞杆I对中地通过叶轮5伸展。
[0029]此外，叶轮5由呈凸缘状构造的第一分部段11和由在轴向方向上与第一分部段隔开间隔的第二分部段12构成。叶轮5的叶片5a在这些分部段之间伸展，所述叶片使在叶轮5的中间被抽吸的冷却剂径向向外输送。在沿纵向轴线方向延伸的活塞杆10上布置有导流片13，该导流片具有盘形的轮毂14以及与轮毂14接合的圆柱形构造的闭锁环15。导流片13借助活塞杆10可在轴向方向上移动，其中，闭锁环15在导流片13的打开位置中运动到壳体2的自由空间16内，而在图1示出的闭锁位置中闭锁环15位于覆盖冷却剂出口17的位置中。
[0030]在此，导流片13的调整依赖于内燃机的确定的工作参数进行，在该内燃机中装入冷却剂泵I。在此应实现的是，冷却剂在内燃机的起动过程之后不依赖于相应外部温度地相对快速地被加热，因此内燃机在短时间内达到其规定的工作温度。
[0031]为了通过用作执行器的液压气缸7调整导流片13设置有控制泵18，该控制泵将来自油箱19的压力介质供给到控制阀20。在该情况下，控制阀20被构造为三位三通换向阀并位于其闭锁位置中，引导到液压气缸内部的工作管路21在该闭锁位置中被闭塞。在其两个其它位置中，压力介质或是从控制泵18被输送到液压气缸7中，或是从该液压气缸7以无压的方式在油箱19的方向上被排出。由此可以改变导流片13的相应位置。导流片设有凹部22，叶轮5的叶片5a被引导穿过所述凹部。此外，叶轮5的第一分部段11具有在其周面伸展的密封件23，在导流片13上被构造的闭锁环15滑动地被引导到所述密封件23上。
[0032]根据图2和图3，设置有用于导流片和执行器的相对于图1更改的构造方案，从而对于这些构件应用更改的标号。此外，这些标号大致与根据图1的标号一致。从根据图2和图3的示图可以得知，叶轮5以其两个分部段11和12以及在它们之间伸展的叶片5a收纳导流片24，导流片24具有盘状轮毂25和圆柱形闭锁环26。此外，导流片24与气缸27构造为一体，气缸27与抗相对转动地被布置在驱动轴29上的液压活塞28 —起构成压力室31。此外，液压活塞28设有活塞环30，由此，压力室31在气缸27内部被密封。
[0033]在气缸27的端侧，叶轮5的第一分部段11具有环形室11a，在调整导流片24时气缸27运动到环形室Ila内在用于一个冷却剂出口 17或多个冷却剂出口 17的打开位置。导流片24的该位置在图3示出。在此，在气缸27的压力室内的对应的压力形成借助至少以部段方式穿过驱动轴29伸展的纵向钻孔32进行。
[0034]在图4和图5中示出本发明的其他设计方案，其中，鉴于所应用的驱动轴以及叶轮的构造方案，存在与根据图1至图3的设计方案的一致性。就这方面来说，也可以应用相同标号。与前面提到的且已经说明的本发明的设计方案相比根本差别在于，根据图4和图5，在第一分部段11上布置有膜片33，其中，该膜片33的边缘由第一分部段11的环形槽34密封地收纳。通过驱动轴29的纵向钻孔32被供给的压力介质导致膜片33的偏移，在此，膜片33被支撑在导流片35上并使该导流片35在轴向方向上移动。所应用的膜片33在闭锁环36的打开位置中占据一个位置，在所述位置中膜片33面式地贴附在第一分部段11上。为了使通过纵向钻孔32供给的压力介质可以充分地到达膜片33的面向第一分部段11的表面，第一分部段11在由膜片33包围的区域内设有以从纵向钻孔32的出口区域径向向外引导的槽37的形式的表面结构。
[0035]附图标记列表
[0036]
【权利要求】
1.一种用于内燃机的冷却剂循环的冷却剂泵(1)，所述冷却剂泵具有:优选通过皮带传动装置驱动的驱动轮(4)，该驱动轮通过以可转动的方式支承在泵壳体(2)内的驱动轴(3,29)与叶轮(5)连接，其中，径向于所述叶轮(5)设置有至少一个冷却剂出口(17);能够在轴向方向上运动的闭锁环(15、26、36)，该闭锁环用于改变或者闭锁所述冷却剂出口(17)的横截面；以及压力介质操纵的执行器，用于调整所述闭锁环(15、26、36)，其特征在于，所述执行器与所述驱动轴(3、29)同心地布置在所述驱动轴的面向所述叶轮(5)的端部的区域内，所述执行器被固定在所述驱动轴(3、29)的所述端部上，以及所述执行器通过至少一个设置在所述驱动轴(3、29)内的纵向钻孔(32)与压力介质供应装置连接。
2.根据权利要求1所述的冷却剂泵(1)，其特征在于，所述执行器被构造为液压气缸(7,27)并同轴地布置在所述驱动轴(3、29)的所述端部上。
3.根据权利要求2所述的冷却剂泵(I)，其特征在于，所述液压气缸(7)的气缸工作面(8)直接构造在所述驱动轴(3)内。
4.根据权利要求1所述的冷却剂泵(1)，其特征在于，所述执行器构造为膜片(33)。
5.一种用于内燃机的冷却剂循环的冷却剂泵(1)，所述冷却剂泵具有:优选通过皮带传动装置驱动的驱动轮(4)，该驱动轮通过以可转动的方式支承在泵壳体(2)内的驱动轴(29)与叶轮(5)连接，其中，径向于所述叶轮(5)设置有至少一个冷却剂出口(17);能够在轴向方向上运动的闭锁环(36)，该闭锁环用于改变或者闭锁所述冷却剂出口(17)的横截面；以及压力介质操纵的执行器，用于调整所述闭锁环(36)，其特征在于，所述执行器与所述驱动轴(29)同心地布置在所述驱动轴的面向所述叶轮(5)的端部的区域内并构造为膜片(33)。
6.根据权利要求4或5所述的冷却剂泵(I)，其特征在于，所述驱动轴(29)在其面向所述叶轮(5)的端部上收纳所述叶轮(5)的大致作为凸缘构造的第一分部段(11)，所述膜片(33)借助其边缘固定在所述叶轮(5)的所述第一分部段(11)上，并且所述膜片(33)在其中间区域内支撑在导流片(35)上，在该导流片上构造有闭锁环(36)，该闭锁环在其闭锁位置中呈环状围绕所述冷却剂出口。
7.根据权利要求6所述的冷却剂泵(I)，其特征在于，设置有回位弹簧(38)，该回位弹簧克服所述导流片(35)的由所述膜片(33)在闭锁方向上产生的运动。
8.根据权利要求4或5所述的冷却剂泵(I)，其特征在于，所述驱动轴(29)在其面向所述叶轮(5)的端部上收纳大致作为凸缘构造的第一分部段(11)，并且所述膜片(33)在其面向所述第一分部段(11)的表面上被结构化或者所述分部段(11)在其面向所述膜片(33 )的表面上被结构化。
9.根据权利要求1所述的冷却剂泵(1)，其特征在于，所述叶轮(5)的第一分部段(11)通过叶片(5a)与所述叶轮(5)的跟所述第一分部段在轴向方向上间隔开的第二分部段(12)连接，其中，所述叶片(5a)被引导穿过在所述导流片(13、24、35)内的凹部(22)。
10.根据权利要求1所述的冷却剂泵(I)，其特征在于，在所述冷却剂泵(I)的所述泵壳体(2 )内布置有控制泵(18 )和控制阀(20 )，其中，所述控制阀(20 )的工作接合件(21)与所述纵向钻孔(32)连接。
【文档编号】F04D15/00GK103582763SQ201280025832
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年3月12日 优先权日:2011年7月18日
【发明者】迈克尔·魏斯, 克劳斯·哈恩 申请人:谢夫勒科技股份两合公司