用于內燃機的冷卻劑循環的冷卻劑泵的制作方法
【專利摘要】一種用于內燃機的冷卻劑循環的冷卻劑泵（1），該冷卻劑泵具有優選通過皮帶傳動裝置驅動的驅動輪（4），該驅動輪通過可轉動地支承在泵殼體（2）內的驅動軸（3、29）與葉輪（5）連接，該冷卻劑泵徑向于葉輪（5）具有至少一個冷卻劑出口（17）。該冷卻劑出口由可在軸向方向上運動的閉鎖環（15、26、36）操控并由壓力介質操縱的執行器調整，所述閉鎖環用于改變或者閉鎖冷卻劑出口（17）的橫截面。為了以緊湊的結構方式構建對應的可調節的冷卻劑泵（1），執行器與驅動軸（3、29）同心地布置在驅動軸的面向葉輪（5）的端部的區域內，執行器緊固在驅動軸（3、29）的所述端部上，以及執行器通過至少一個設置在驅動軸（3、29）內的縱向鉆孔（32）與壓力介質供應裝置連接。
【專利說明】用于內燃機的冷卻劑循環的冷卻劑泵
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種根據獨立權利要求1和5的前序部分所述的用于內燃機的冷卻劑循環的冷卻劑泵，該冷卻劑泵具有:優選通過皮帶傳動裝置被驅動的驅動輪，該驅動輪通過在泵殼體內可轉動地被支承的驅動軸與葉輪連接，其中，徑向于所述葉輪設置有至少一個冷卻劑出口 ；在軸向方向上可運動的閉鎖環，該閉鎖環用于改變或者閉鎖所述冷卻劑出口的橫截面；以及用于調整所述閉鎖環的壓力介質操縱的執行器。
【背景技術】
[0002]這種類型的冷卻劑泵通常被構造為離心泵，其中，其布置在內燃機的端側并由設置在那里的皮帶傳動裝置來驅動。在該情況下，冷卻劑泵的驅動軸與內燃機的轉速同步地繞轉并由此按照該轉速將所確定的冷卻劑量輸送到冷卻劑循環中，所述冷卻劑循環由被設置在曲軸箱內以及氣缸蓋內的冷卻劑室、用于車輛供暖的熱交換器和由冷卻空氣流通的冷卻器組成。在此，冷卻劑泵以如下方式設計，即，為了達到在所有工作條件下所需的冷卻功率，所述冷卻劑泵也在內燃機的怠速轉速時輸送冷卻劑流。
[0003]在內燃機的熱運轉階段中，一般由冷卻器導引的冷卻劑流借助調溫閥全部或者部分地被中斷。因此，在內燃機還未達到規定的工作溫度所在的階段中，全部的冷卻劑流或者分流通過該調溫閥在短路中，也就是說通過與冷卻劑平行的旁通管路流動。
[0004]此外，過去已經尋求解決方案，以便明確地縮短該熱運轉階段，由此也可以大規模地避免在內燃機的工作中發生的摩擦損失、提高的排放值、以及由于排放值和摩擦損失的原因而較高的燃料消耗量。在此，另外規定的是，借助驅動冷卻劑泵的變速器來調節冷卻劑泵的驅動轉速，或者借助離合器來接通或斷開冷卻劑泵的總驅動。規定有其它已知的解決方案，即，在作為離心泵被構造的冷卻劑泵上設置有調整元件，通過所述調整元件能夠以調節方式調整冷卻劑出口直到其完全閉塞。本發明涉及一種冷卻劑泵的對應設計方案。
[0005]一種在權利要求1的前序部分中提到的類型的用于內燃機的冷卻劑循環的冷卻劑泵由DE 10 2007 022 189 Al公開。在此涉及一種以對導流片的依賴于傳遞到壓力測量計的欠壓或過壓的調整而可調節的冷卻劑泵。在此，壓力測量計應作為壓力轉換器起作用，其中，位于液壓管路內的工作媒質借助被布置在欠壓盒內的大橫截面的工作活塞被移動到多個小橫截面的輸出缸內。所述輸出缸均勻地經由冷卻劑泵的泵殼體周面被布置在該泵殼體內并分別收納活塞桿，其中，活塞桿在其背向溢流室的端部與軸向運動的閥塞連接。取代欠壓調整(為此在內燃機進氣行程中的欠壓被使用)，也可以給布置在壓力轉換器內的工作活塞加載來自內燃機的潤滑劑循環的過壓。
[0006]此外，從DE 199 01 123 Al公知一種可調節的冷卻劑泵，其中，在葉輪的內部設置有執行器，該執行器用于軸向調整徑向包圍冷卻劑出口的套筒。在一個所示的實施方式中，該執行器應由臘式膨脹調控器(Wachsausdehnungssteller)組成,在冷卻劑泵的縱向方向上伸展的銷通過所述蠟式膨脹調控器移動，通過徑向伸展的銷被傳遞到套筒上。此外，該文獻還包含如下提示，即，該執行器也可以電動地、液動地或者氣動地被操縱。
【發明內容】

[0007]本發明的任務是以如下方式改進一種設有構造為閉鎖環被的控制冷卻劑出口的裝置的、用于內燃機的冷卻劑循環的冷卻劑泵，即，為此所設置的執行器可以被布置在冷卻劑泵的內部，而不用改變冷卻劑泵不僅在徑向方向上而且在軸向方向上的結構尺寸或者僅微小地改變所述結構尺寸。此外，應可低成本地制造并非常功能安全地構造一種設有對應的執行器的可調節的冷卻劑泵，以便該冷卻劑泵適合于應用在大批量制造的內燃機中。
[0008]該任務是從權利要求1的前序部分開始與其表示特征的特征部分相結合來完成的。根據權利要求1的表示特征的部分，所述執行器應同心于所述驅動軸布置在該驅動軸的面向所述葉輪的端部區域內，其中，所述執行器緊固在所述驅動軸的所述端部上，并且所述執行器應通過至少一個設置在所述驅動軸內的縱向鉆孔與壓力介質供應裝置連接。通過所述執行器及其壓力介質供應裝置的經由驅動軸內的縱向鉆孔的對應布置方案，得到對于冷卻劑泵的殼體來說總體較小的徑向尺寸。該徑向尺寸能夠以有利的方式大致與驅動所述冷卻劑泵的皮帶盤的徑向尺寸一致。此外，執行器的該布置方案也對軸向尺寸產生積極影響，因為通過將所述執行器布置在所述驅動軸的端部上，使所述冷卻劑泵的所述殼體的結構長度保持幾乎不變。這具有很大的意義，因為在內燃機的端側區域內，也就是說在其皮帶傳動裝置的區域內，僅提供少量的用于布置并驅動所述冷卻劑泵的空間，并且所述冷卻劑泵必須提供如下軸向尺寸，即，該冷卻劑泵的皮帶盤與其余的皮帶盤對準。
[0009]與此相對，根據DE 10 2007 022 189 Al，在冷卻劑泵的殼體的內部布置有多個呈單個活塞氣缸單元形式的液壓式執行器，在所述液壓執行器上固定有導流片。由于對此所設置的向單個執行器的徑向壓力介質供給以及執行器的所述布置，得到冷卻劑泵的殼體的不利的徑向和軸向尺寸。此外，當未對活塞氣缸單元的活塞實施絕對同步的縱向運動時，還會發生功能干擾。
[0010]與根據本發明的解決方案相反，根據DE 199 01 123 Al，執行器布置在冷卻劑泵的工作輪的輪轂內，并且因此不位于驅動軸的面向葉輪的端部上。此外，從該文獻中僅得知，取代所示的蠟式膨脹調控器，也可以設置一種電動、液動或者氣動驅動的調整裝置。但然后液壓媒質的相應供給應完全明顯地通過冷卻劑泵的殼體進行。不僅執行器的布置方案而且液壓介質的供給方案都引起整個冷卻劑泵不僅在徑向方向上而且在軸向方向上的結構尺寸的放大。
[0011]根據本發明的第一有利設計方案，所述執行器應構造為液壓氣缸并且同軸地布置在所述驅動軸的所述端部上。在此方面，液壓氣缸應理解為由縱向移動的活塞和包圍該活塞的氣缸組成的總布置。在此，優選涉及一種簡單作用的液壓氣缸，借此進行閉鎖環在其關閉位置中的壓力操縱的調整，也就是說徑向的冷卻劑出口在該關閉位置閉合。在該情況下，閉鎖環的復位以及因此簡單作用的液壓氣缸在相反方向上的移動通過壓力彈簧進行，所述壓力彈簧可以設置在葉輪和閉鎖環之間或者在執行器的內部。此外，借助用于使關閉板復位到其打開位置的壓力彈簧的這種類型的布置方案，還可以生成一種故障保護裝置，在執行器的壓力供應失效時，借助該故障保護裝置總是確保:冷卻劑泵充分地輸送冷卻用水。
[0012]鑒于液壓氣缸的構造方案和布置方案，存在不同的可行方案:一方面，建議所述液壓氣缸的氣缸工作面直接構造在所述驅動軸內。在該情況下，所述驅動軸的面向所述工作輪的端部設計為空心軸,其中，該空心軸的內殼面構成對應的氣缸工作面。由此,可以生成非常緊湊的布置方案，并且執行器能夠以少量的生產費用來制造。另一方面，對此替選的是存在以下可行方案，即，將活塞緊固在驅動軸上，并且在大體呈罐形設計的、構成閉鎖環的導流片上布置與該活塞共同作用的氣缸，其中，該構件界定對應的壓力室。在此，同樣涉及執行器的非常緊湊的布置方案，該布置方案適合于大批量生產。
[0013]根據本發明的第二設計方案，所述執行器構造為膜片。對應的膜片允許非常短的軸向結構長度。在此，該膜片固定在徑向包圍所述驅動軸的凸緣件上，其中，從所述驅動軸的所述縱向鉆孔流出的壓力介質擠壓該膜片抵靠同樣呈罐形設計的導流片的底部，從而所述導流片在所述膜片偏移之后移動到它的閉鎖環的關閉位置中。而且在該情況下，在所述導流片上設置有回位彈簧，所述回位彈簧使所述導流片在所述膜片內部的壓力下降之后再次移動到其打開位置。
[0014]另外，對于一種其類屬特征與權利要求1的類屬特征相同的解決方案，提出的是，所述執行器同心于驅動軸地布置在該驅動軸的面向所述葉輪的端部的區域內并被構造為膜片。之后，壓力介質也可以通過設置在所述冷卻劑泵的所述殼體內的通道被引導到設置在所述膜片上的壓力室內。除了這種只有以較大的技術費用才實現的可行方案以外，根據該提案也應首要涉及的是，使處于壓力下的液壓媒質通過至少一個設置在所述驅動軸內的縱向鉆孔供給到所述膜片的壓力室。除了該一個或多個縱向鉆孔以外，如果需要，當然可以設置橫向鉆孔，這些橫向鉆孔例如在對應的壓力源或者控制閥和對應的縱向鉆孔之間伸展。
[0015]根據該解決方案的改進方案，所述驅動軸在其面向所述葉輪的端部上收納所述葉輪的大致作為凸緣被構造的第一分部段，其中，所述膜片借助其邊緣固定在所述第一分部段上，并且其中，所述膜片在其中間區域內支撐在呈罐形設計的導流片上，在所述導流片上構造有閉鎖環，所述閉鎖環在其閉鎖位置中呈環狀圍繞所述冷卻劑出口。所述葉輪的該第一分部段與跟其隔開軸向間隔被布置的第二分部段連接，其中，在該兩個分部段之間布置有所述離心泵的葉片和所述導流片。在此，所述導流片可軸向地在所述葉輪的該兩個分部段之間移動，其中，所述導流片在其相對于所述第一分部段的軸向運動期間通過滑環密封件或者活塞環被密封。所述膜片被固定在所述第一分部段的呈圓形伸展的槽內。
[0016]此外，前面說明的所述導流片在所述葉輪的內部的布置方案還可以在將所述執行器構造為活塞氣缸單元時被設置。另外，膜片或者活塞氣缸單元作為執行器的應用不受限于所述導流片的這種類型的布置方案。取代所述導流片，還可以在泵殼體和葉輪之間立體地布置收納閉鎖環的夾具。
[0017]在該布置的改進方案中，應設置有復位彈簧，所述回位彈簧克服導流片的由膜片在閉鎖方向上產生的運動。也就是說涉及一種簡單作用的液壓式調整，其中，從壓力介質供應裝置開始，借助控制閥引起膜片的壓力加載或者以無壓的方式排空設置在膜片上的壓力室。由于壓力彈簧使導流片運動到使一個或多個冷卻劑出口被打開的位置，因而以這種方式生成故障保護控制，于是在控制壓力失效時也確保，冷卻劑泵總是通過所述冷卻劑循環輸送冷卻劑流。
[0018]此外，在將膜片作為執行器來應用的情況下應規定的是，所述驅動軸在其面向所述葉輪的端部上收納大致作為凸緣被構造的第一分部段，并且所述膜片在其面向所述第一分部段的表面上被結構化或者所述分部段在其面向所述膜片的表面上被結構化。這種優選涉及從驅動軸的端部區域徑向向外伸展的槽的表面結構確保了，在膜片的表面和分部段的表面之間流入的壓力介質在全部表面上分配。由此可以引起借助膜片對導流片和構造在該導流片上的閉鎖環的無延遲的調整。
[0019]此外，所述第一分部段應通過所述葉輪的葉片與跟所述第一分部段在軸向方向上隔開間隔的第二分部段連接，其中，所述葉片被引導穿過在所述導流片內的凹部。也就是說，所述導流片執行在軸向方向上的運動，其中，所述導流片一方面在其關閉位置中在葉輪的第二分部段止動并且在其打開位置中在第一分部段止動。
[0020]最后提出的是，借助布置在冷卻劑泵的殼體內的控制泵運送壓力介質用于作為膜片或者液壓氣缸被構造的執行器。在此，該控制泵應直接由驅動軸驅動。此外，在所述冷卻劑泵的殼體內應布置有控制閥，所述控制閥使通到膜片或液壓氣缸的壓力室的工作接合件與泵口或油箱口的連接部有選擇地連接或閉塞。作為壓力介質優選應用從冷卻劑循環取出的冷卻劑，從而在可能發生的泄漏時避免，其它的壓力介質例如潤滑油與冷卻劑循環的冷卻劑混合。
[0021]本發明不受限于獨立權利要求1和5的特征與從屬權利要求的特征的給定組合。此外還有其它可行方案，即，可使單個特征，特別是從下面實施例說明的專利權利要求或者直接從附圖得出的特征相互組合。此外，通過應用標號在附圖上標示專利權利要求絕不應該使專利權利要求的保護范圍受限于所示的設計例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]此外，本發明的其它特征從下述說明和從附圖中得出，在附圖中簡化示出本發明的三個實施例。其中:
[0023]圖1示出根據本發明的冷卻劑泵的縱剖視立體圖，其中，執行器構造為布置在驅動軸內的液壓氣缸；
[0024]圖2以縱剖視圖的形式示出冷卻劑泵的局部立體圖，示出該冷卻劑泵的葉輪的區域，該葉輪具有導流片的關閉位置；
[0025]圖3示出圖2所示的葉輪的局部視圖，該葉輪具有導流片的打開位置；
[0026]圖4示出葉輪在驅動軸上的布置的縱剖視立體圖，其中，執行器構造為膜片；以及
[0027]圖5示出葉輪在驅動軸上的布置區域內局部立體圖，其中，執行器具有葉輪的第一分部段，所述第一分部段具有結構化的表面。
【具體實施方式】
[0028]在圖1中示出冷卻劑泵，所述冷卻劑泵具有泵殼體2以及被支承在該泵殼體2內的驅動軸3。在此，驅動軸3優選通過未詳細示出的滾動軸承支承在泵殼體2內，并且該驅動軸在其一端部收納驅動輪4以及在其另一端部收納葉輪5。此外，驅動軸在其面向葉輪5的端部被構造為空心軸6，從而在該端部構成同軸于驅動軸伸展的液壓氣缸7。在此，在空心軸6的內部構造有氣缸工作面8，在該氣缸工作面上液壓活塞9密封地被引導。活塞桿10從該液壓活塞9出發，該活塞桿I對中地通過葉輪5伸展。
[0029]此外，葉輪5由呈凸緣狀構造的第一分部段11和由在軸向方向上與第一分部段隔開間隔的第二分部段12構成。葉輪5的葉片5a在這些分部段之間伸展，所述葉片使在葉輪5的中間被抽吸的冷卻劑徑向向外輸送。在沿縱向軸線方向延伸的活塞桿10上布置有導流片13，該導流片具有盤形的輪轂14以及與輪轂14接合的圓柱形構造的閉鎖環15。導流片13借助活塞桿10可在軸向方向上移動，其中，閉鎖環15在導流片13的打開位置中運動到殼體2的自由空間16內，而在圖1示出的閉鎖位置中閉鎖環15位于覆蓋冷卻劑出口17的位置中。
[0030]在此，導流片13的調整依賴于內燃機的確定的工作參數進行，在該內燃機中裝入冷卻劑泵I。在此應實現的是，冷卻劑在內燃機的起動過程之后不依賴于相應外部溫度地相對快速地被加熱，因此內燃機在短時間內達到其規定的工作溫度。
[0031]為了通過用作執行器的液壓氣缸7調整導流片13設置有控制泵18，該控制泵將來自油箱19的壓力介質供給到控制閥20。在該情況下，控制閥20被構造為三位三通換向閥并位于其閉鎖位置中，引導到液壓氣缸內部的工作管路21在該閉鎖位置中被閉塞。在其兩個其它位置中，壓力介質或是從控制泵18被輸送到液壓氣缸7中，或是從該液壓氣缸7以無壓的方式在油箱19的方向上被排出。由此可以改變導流片13的相應位置。導流片設有凹部22，葉輪5的葉片5a被引導穿過所述凹部。此外，葉輪5的第一分部段11具有在其周面伸展的密封件23，在導流片13上被構造的閉鎖環15滑動地被引導到所述密封件23上。
[0032]根據圖2和圖3，設置有用于導流片和執行器的相對于圖1更改的構造方案，從而對于這些構件應用更改的標號。此外，這些標號大致與根據圖1的標號一致。從根據圖2和圖3的示圖可以得知，葉輪5以其兩個分部段11和12以及在它們之間伸展的葉片5a收納導流片24，導流片24具有盤狀輪轂25和圓柱形閉鎖環26。此外，導流片24與氣缸27構造為一體，氣缸27與抗相對轉動地被布置在驅動軸29上的液壓活塞28 —起構成壓力室31。此外，液壓活塞28設有活塞環30，由此，壓力室31在氣缸27內部被密封。
[0033]在氣缸27的端側，葉輪5的第一分部段11具有環形室11a，在調整導流片24時氣缸27運動到環形室Ila內在用于一個冷卻劑出口 17或多個冷卻劑出口 17的打開位置。導流片24的該位置在圖3示出。在此，在氣缸27的壓力室內的對應的壓力形成借助至少以部段方式穿過驅動軸29伸展的縱向鉆孔32進行。
[0034]在圖4和圖5中示出本發明的其他設計方案，其中，鑒于所應用的驅動軸以及葉輪的構造方案，存在與根據圖1至圖3的設計方案的一致性。就這方面來說，也可以應用相同標號。與前面提到的且已經說明的本發明的設計方案相比根本差別在于，根據圖4和圖5，在第一分部段11上布置有膜片33，其中，該膜片33的邊緣由第一分部段11的環形槽34密封地收納。通過驅動軸29的縱向鉆孔32被供給的壓力介質導致膜片33的偏移，在此，膜片33被支撐在導流片35上并使該導流片35在軸向方向上移動。所應用的膜片33在閉鎖環36的打開位置中占據一個位置，在所述位置中膜片33面式地貼附在第一分部段11上。為了使通過縱向鉆孔32供給的壓力介質可以充分地到達膜片33的面向第一分部段11的表面，第一分部段11在由膜片33包圍的區域內設有以從縱向鉆孔32的出口區域徑向向外引導的槽37的形式的表面結構。
[0035]附圖標記列表
[0036]
【權利要求】
1.一種用于內燃機的冷卻劑循環的冷卻劑泵(1)，所述冷卻劑泵具有:優選通過皮帶傳動裝置驅動的驅動輪(4)，該驅動輪通過以可轉動的方式支承在泵殼體(2)內的驅動軸(3,29)與葉輪(5)連接，其中，徑向于所述葉輪(5)設置有至少一個冷卻劑出口(17);能夠在軸向方向上運動的閉鎖環(15、26、36)，該閉鎖環用于改變或者閉鎖所述冷卻劑出口(17)的橫截面；以及壓力介質操縱的執行器，用于調整所述閉鎖環(15、26、36)，其特征在于，所述執行器與所述驅動軸(3、29)同心地布置在所述驅動軸的面向所述葉輪(5)的端部的區域內，所述執行器被固定在所述驅動軸(3、29)的所述端部上，以及所述執行器通過至少一個設置在所述驅動軸(3、29)內的縱向鉆孔(32)與壓力介質供應裝置連接。
2.根據權利要求1所述的冷卻劑泵(1)，其特征在于，所述執行器被構造為液壓氣缸(7,27)并同軸地布置在所述驅動軸(3、29)的所述端部上。
3.根據權利要求2所述的冷卻劑泵(I)，其特征在于，所述液壓氣缸(7)的氣缸工作面(8)直接構造在所述驅動軸(3)內。
4.根據權利要求1所述的冷卻劑泵(1)，其特征在于，所述執行器構造為膜片(33)。
5.一種用于內燃機的冷卻劑循環的冷卻劑泵(1)，所述冷卻劑泵具有:優選通過皮帶傳動裝置驅動的驅動輪(4)，該驅動輪通過以可轉動的方式支承在泵殼體(2)內的驅動軸(29)與葉輪(5)連接，其中，徑向于所述葉輪(5)設置有至少一個冷卻劑出口(17);能夠在軸向方向上運動的閉鎖環(36)，該閉鎖環用于改變或者閉鎖所述冷卻劑出口(17)的橫截面；以及壓力介質操縱的執行器，用于調整所述閉鎖環(36)，其特征在于，所述執行器與所述驅動軸(29)同心地布置在所述驅動軸的面向所述葉輪(5)的端部的區域內并構造為膜片(33)。
6.根據權利要求4或5所述的冷卻劑泵(I)，其特征在于，所述驅動軸(29)在其面向所述葉輪(5)的端部上收納所述葉輪(5)的大致作為凸緣構造的第一分部段(11)，所述膜片(33)借助其邊緣固定在所述葉輪(5)的所述第一分部段(11)上，并且所述膜片(33)在其中間區域內支撐在導流片(35)上，在該導流片上構造有閉鎖環(36)，該閉鎖環在其閉鎖位置中呈環狀圍繞所述冷卻劑出口。
7.根據權利要求6所述的冷卻劑泵(I)，其特征在于，設置有回位彈簧(38)，該回位彈簧克服所述導流片(35)的由所述膜片(33)在閉鎖方向上產生的運動。
8.根據權利要求4或5所述的冷卻劑泵(I)，其特征在于，所述驅動軸(29)在其面向所述葉輪(5)的端部上收納大致作為凸緣構造的第一分部段(11)，并且所述膜片(33)在其面向所述第一分部段(11)的表面上被結構化或者所述分部段(11)在其面向所述膜片(33 )的表面上被結構化。
9.根據權利要求1所述的冷卻劑泵(1)，其特征在于，所述葉輪(5)的第一分部段(11)通過葉片(5a)與所述葉輪(5)的跟所述第一分部段在軸向方向上間隔開的第二分部段(12)連接，其中，所述葉片(5a)被引導穿過在所述導流片(13、24、35)內的凹部(22)。
10.根據權利要求1所述的冷卻劑泵(I)，其特征在于，在所述冷卻劑泵(I)的所述泵殼體(2 )內布置有控制泵(18 )和控制閥(20 )，其中，所述控制閥(20 )的工作接合件(21)與所述縱向鉆孔(32)連接。
【文檔編號】F04D15/00GK103582763SQ201280025832
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年3月12日 優先權日:2011年7月18日
【發明者】邁克爾·魏斯, 克勞斯·哈恩 申請人:謝夫勒科技股份兩合公司