[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, sowie ein Verfahren hierfür nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
[0002] Jüngste Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren
zeigen, daß ein konsequent durchgeführtes Thermomanagement bei einem modernen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor
eine Kraftstoffeinsparung von etwa 3 bis 5 % bringen kann. Das Thermomanagement bezeichnet
dabei jene Maßnahmen, die zum energetisch und thermomechanisch optimalen Betrieb eines
Verbrennungsmotors führen. Hierfür ist eine aktive Steuerung der Wärmeströme und damit
der Temperaturverteilung im Motor erforderlich.
[0003] Damit wird auch eine präzise Regelung des Kühlmitteldurchsatzes und der Temperatur
des durchgesetzten Kühlmittels erforderlich. Dementsprechend werden anstatt der herkömmlichen,
starr an die Motorendrehzahl gekoppelten Kühlmittelpumpen verstärkt Kühlmittelpumpen
genutzt, deren Drehzahl variabel und damit deren Förderleistung regelbar ist.
[0004] Hierfür hat die Anmelderin bereits eine beispielhafte elektrische Kühlmittelpumpe
in der Anmeldung
DE 100 47 387 diskutiert. Diese bewährte elektrische Kühlmittelpumpe ist von der Anmelderin konsequent
weiterentwickelt worden. Eine darauf aufbauende, verbesserte elektrische Kühlmittelpumpe
mit integriertem Wegeventil ist in der
DE 102 07 653 beschrieben.
[0005] Die dort diskutierte elektrische Kühlmittelpumpe mit integriertem Wegeventil weist
ein Kühlmittelpumpengehäuse auf, das über einen Saugstutzen für den Zulauf vom Kühler,
einen Bypass-Stutzen für den Zulauf vom Bypass-Kreis und einen Druckstutzen für die
Zufuhr bzw. Rückführung des Kühlmittels zum Kraftfahrzeugmotor verfügt. Im Kühlmittelpumpengehäuse
ist ein Kühlmittelpumpenelektromotor angeordnet, dessen Motorgehäuse vom umgewälzten
Kühlmittel umströmt ist. Der Pumpenmotor treibt über eine Pumpenwelle ein Pumpenlaufrad
an, zur Umwälzung des Kühlmittels. Saugstutzen und Bypass-Stutzen sind stromauf vor
dem im Kühlmittelpumpengehäuse integrierten Wegeventil im Zulauf zur Pumpe integriert,
so daß bei geöffnetem Wegeventil eine Mischung aus vom Kühler kommenden kühlerem Kühlmittel
und direkt vom Kraftfahrzeugmotor kommenden erhitzten Kühlmittel vom Pumpenlaufrad
angesaugt und am Pumpenmotor vorbei zum stromab liegenden Druckstutzen für die Zufuhr
bzw. Rückführung dieses Kühlmittelgemisches zum Kraftfahrzeugmotor erfolgt.
[0006] Wenngleich sich diese elektrische Kühlmittelpumpe mit integriertem Wegeventil bereits
bewährt hat, zeigten jüngste Untersuchungen der Anmelderin, daß die in der Kühlmittelpumpe
verbauten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten trotz der Umströmung des
Elektromotorgehäuses mit dem umgewälzten Kühlmittelgemisch zumindest zeitweilig einer
extrem hohen Wärmebelastung ausgesetzt sein können.
[0007] So beträgt beispielsweise die maximale Temperatur des vom Kühler gekühlten, an dessen
Ausgang anstehenden und von dort zur Pumpe strömenden Kühlmittels 113°C. Dieser gewünschte
obere Wert ist von der Automobilbranche für die Auslegung von Kraftfahrzeugkühlern
festgelegt worden. Damit soll sichergestellt sein, daß beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges
selbst in extrem heißen Gegenden, wie beispielsweise in der Wüste, gekühltes Kühlmittel
für den Kraftfahrzeugmotor in einem Temperaturbereich zur Verfügung steht, das mit
einer maximalen Eingangstemperatur von 113°C dem Motor zugeführt, mit einer verbleibenden
Temperaturspanne von wenigstens 7°C bis 17°C bis zu einem maximal für herkömmliche
Kühlmittel erlaubten oberen Grenzwert von 120°C bis höchstens 130°C noch ausreichend
Wärme vom Verbrennungsmotor aufnehmen und zum Kühler abführen kann.
[0008] Dementsprechend kann die Temperatur des vom Motor weggeführten Kühlmittels leicht
120°C oder in ungünstigen Fällen auch mehr, also bis zu 130°C erreichen.
[0009] Ferner ist bei modernen Verbrennungsmotoren ein Kurzschlußkreis bzw. Bypass-Kreis
vorgesehen, mit dem erwärmtes Kühlmittel vom Motor kommend über die Kühlmittelpumpe
direkt zum Motor zurückgeführt werden kann. Damit soll beispielsweise beim Kaltstart
die Anwärmphase des Motors insgesamt verkürzt, ein rascher Warmlauf des Zylinderrohrs
nach dem Kaltstart erreicht und eine Regelung der tribologisch optimalen Temperatur
ermöglicht werden.
[0010] Die Kühlmittelpumpen verbauten elektronischen wie auch elektrischen Bauteile, wie
beispielsweise der Elektromotor, der das Pumpenlaufrad antreibt oder die elektronischen
Bausteine, Sensoren, Wandler oder Regelkreise, die eine Steuerung und/oder Regelung
der Motordrehzahl, der Pumpenleistung, der Ventilstellung oder weiterer Funktionen
erlauben, weisen eine begrenzte Temperaturverträglichkeit auf und sind damit nicht
unbegrenzt hohen Temperaturen aussetzbar. Zu einem vernünftigen Preis bezahlbare,
im Kraftfahrzeugbau zugelassene und in ausreichenden Stückzahlen verfügbare Bauteile
können teilweise maximal nur bis 120°C betrieben werden. Darüber droht der rasche
Hitzetod solcher elektrischer und/oder elektronischer Bauteile. Demzufolge ist beispielsweise
bei einer Umwälzung des möglicherweise auf bis zu 130°C erhitzen Kühlmittels des Bypass-Kreises
durch die Kühlmittelpumpe nicht auszuschließen, daß die elektrischen und/oder elektronischen
Bauteile der Kühlmittelpumpe einer Wärmebelastung ausgesetzt werden, die zu einem
Versagen dieser Bauteile führt.
[0011] Nicht zuletzt sind die beiden Schaltstellungen eines 3/2-Wege-Ventils, wie beispielsweise
bei der in der
DE 102 07 653 diskutierten elektrischen Kühlmittelpumpe, von der Automobilindustrie für umfangreichere
Anwendungsfälle teilweise als nicht ausreichend betrachtet worden.
[0012] Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung vorstehend
genannter Nachteile, eine strömungsgekühlte elektrische Kühlmittelpumpe mit integriertem
Wegeventil vorzuschlagen, bei der keine Gefahr einer Überhitzung der darin verbauten
elektronischen und/oder elektrischen Bauteile besteht. Weiterhin ist es Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein hierfür geeignetes Verfahren anzugeben.
[0013] Diese Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht gelöst durch die Merkmale
des Anspruchs 1, sowie in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die Merkmale des Anspruchs
22.
[0014] Dabei wird - ausgehend von der in der
DE 102 07 653 beschriebenen elektrischen Kühlmittelpumpe mit integriertem Wegeventil - eine weiterentwickelte
Kühlmittelpumpe dieser Art vorgeschlagen. Die neu vorgeschlagene Kühlmittelpumpe für
einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors, der zumindest einen
Kühlerkreis und einen Bypass-Kreis aufweist, verfügt über ein Kühlmittelpumpengehäuse,
das einen Saugstutzen für den Zulauf vom Kühler, einen Bypass-Stutzen für den Zulauf
vom Bypass-Kreis und einen Druckstutzen für die Zufuhr des Kühlmittels vom Kraftfahrzeugmotor
aufweist. Weiterhin verfügt die Kühlmittelpumpe über einen im Kühlmittelpumpengehäuse
angeordneten Kühlmittelpumpenelektromotor, dessen Motorgehäuse vom Kühlmittel umströmt
ist, und der über eine Pumpenwelle ein Pumpenlaufrad antreibt. Ferner weist die Kühlmittelpumpe
ein im Kühlmittelpumpengehäuse integriertes Wegeventil auf.
[0015] Dabei wird erstmals vorgeschlagen, daß der Saugstutzen im Bereich des vom Pumpenlaufrad
abgewandten Endes des Pumpenmotors angeordnet ist. Weiterhin wird erstmals vorgeschlagen,
daß der Bypass-Stutzen in einem stromab vom Saugstutzen liegenden Bereich, insbesondere
nach dem Pumpenmotor, angeordnet ist. Ferner wird vorgeschlagen, daß der Druckstutzen
in einem stromab vom Bypass-Stutzen liegenden Bereich, insbesondere nach dem oder
in einem Bereich um das Pumpenlaufrad, angeordnet ist, schließlich wird erstmals vorgeschlagen,
daß lediglich das Kühlmittel, welches durch den Saugstutzen für den Zulauf direkt
vom Kühler ansaugbar ist, in einer Mantelströmung - durch einen, vorzugsweise von
der Außenwand des Pumpenmotorgehäuses und der zugewandten Innenwand des Pumpengehäuses
und/oder der zugewandten Innenwand des Wegeventils begrenzten, Strömungskanal - am
Pumpenmotor vorbeiführbar ist, so daß dieser als auch die sonstigen elektronischen
und/oder elektrischen Bauteile damit optimal gekühlt werden können.
[0016] Bei der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe wird im Gegensatz zu bekannten elektrischen
Kühlmittelpumpen mit integriertem Wegeventil erstmals die Strömungsrichtung durch
die Pumpe umgekehrt, d. h. das vom Kühler kommende gekühlte Kühlmittel, insbesondere
ein flüssiges Kühlmittel auf der Basis von Wasser, wird der Pumpe sozusagen von hinten
zugeführt. Damit strömt das kalte, vom Kühler kommende Kühlmittel zuerst am Pumpenmotor
vorbei, nimmt dessen Abwärme auf und kühlt diesen damit auf zulässige Betriebstemperaturen
herunter, die vom Elektromotor problemlos verträglich sind, bevor das vom Kühler kommende
Kühlmittel gegebenenfalls mit dem vom Bypass-Kreis zugeführten heißen Kühlmittel gemischt
und diese Kühlmittel-Mischung durch das Pumpenlaufrad beschleunigt bzw. umgewälzt
durch den Druckstutzen zum Kraftfahrzeugmotor ab- bzw. zurückgeführt wird.
[0017] Damit können in vorteilhafter Weise elektronische Komponenten und/oder elektrische
Bauteile in der Kühlmittelpumpe Verwendung finden, deren Temperaturverträglichkeit
in einem Grenzbereich von etwa 115 °C bis 120°C endet. Denn aufgrund der maximalen
Temperatur des vom Kühler kommenden Kühlmittels von 113 °C ist eine Überhitzung dieser
Bauteile und/oder Komponenten erstmals grundsätzlich ausgeschlossen.
[0018] Damit ist selbst beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges in heißen Gegenden, wie beispielsweise
in der Wüste, aufgrund der von der Kraftfahrzeugindustrie festgelegten maximalen Kühlertemperatur
eine ausreichende Wärmeabfuhr vom Kraftfahrzeugmotor gewährleistet, ohne in der Kühlmittelpumpe
ein Überschreiten der für manche Bauteile kritischen Temperaturgrenze von 120 °C befürchten
zu müssen, so daß es letztendlich in vorteilhafter Weise möglich ist, für die elektrische
Kühlmittelpumpe sogar elektronische Bauteile oder elektrische Komponenten vorzusehen,
bei denen nicht erst bei 120 °C der Hitzetod droht, sondern die beispielsweise lediglich
bis maximal 115 °C zuverlässig betreibbar sind. Damit können wesentlich günstigere
elektronische Bauteile verbaut werden.
[0019] Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe zeichnet sich zudem durch deren verbesserte
Robustheit, einen erweiterten Einsatzbereich und deutlich reduzierte Herstellungskosten
aus. Die erfindungsgemäße strömungs- bzw. kühlmittelgekühlte elektrische Kühlmittelpumpe
ist im Vergleich zu auf den Markt befindlichen, bekannten Lösungen eine preiswerte
und besonders zuverlässige Alternative.
[0020] Weiterhin können erstmals größere bzw. leistungsstärkere Elektromotoren zur Anwendung
kommen. Diese produzieren zwar häufig eine höhere Wärmelast, welche jedoch aufgrund
der erfindungsgemäß immer am Elektromotor verfügbaren kühlen Kühlmittelmenge problemlos
abgeführt werden kann. Die bislang im Kraftfahrzeug-Kühlmittelpumpenbau als unüberwindbar
eingeschätzte Leistungsgrenze mit einer maximalen Leistungsaufnahme von 500 Watt bei
einer Batteriespannung von 12 Volt bedeutet somit erstmals keine unüberwindbare Barriere
mehr.
[0021] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß dem vom Kühlerkreis kommenden
Kühlmittel das durch den Bypass-Stutzen ansaugbare Kühlmittel des Bypass-Kreises nach
dem Pumpenmotor durch das Wegeventil zumischbar ist. Hierfür ist eine mit dem Wegeventil
öffnenbare und wieder verschließbare Mündung des Bypass-Stutzen in einem Bereich stromauf
vor dem Pumpenlaufrad angeordnet, so daß das Kühlmittel-Gemisch aus vom Kühler kommenden
gekühltem Kühlmittel und vom Bypass kommenden erhitzten Kühlmittel gemeinsam vom Pumpenlaufrad
beschleunigt bzw. umgewälzt werden kann. Dabei ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, daß die Mündung des Wegeventil in einem Bereich zwischen dem Pumpenlaufrad
und dem stromab liegenden Ende des Strömungskanals liegt.
[0023] Damit ist sichergestellt, daß das vom Kühler kommende gekühlte Kühlmittel unverfälscht
bzw. unvermischt vollständig dem Pumpenmotor zu dessen Kühlung und gegebenenfalls
auch noch zur Kühlung von im Bereich des Pumpenmotors angeordneten weiteren elektrischen
und/oder elektronischen Bauteilen zur Verfügung steht. Zudem ist weiterhin sichergestellt,
daß ein Wärmeeintrag durch das vom Bypass-Kreis kommende erhitzte Kühlmittel in das
vom Kühlerkreis kommende heruntergekühlte Kühlmittel erst nach dem Kühlmittelpumpenelektromotor
erfolgt und somit eine gewünschte bzw. vom Motormanagement angeforderte Mischungstemperatur
gezielt eingestellt bzw. geregelt werden kann, ohne eine optimale Kühlung des Pumpenmotors
zu beeinträchtigen.
[0024] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Pumpenmotor und
die Pumpenwelle koaxial zur Längsachse des Pumpengehäuses angeordnet sind. Wenngleich
konstruktive Alternativen vorstellbar sind, bei denen die Pumpenwelle koaxial zur
Längsachse des Pumpenmotors angeordnet ist, diese Baugruppe jedoch asymmetrisch bzw.
außermittig im Pumpengehäuse angeordnet wird, die möglicherweise zu Kostenvorteilen
bei der Herstellung des Gehäuses führen können. Gleichwohl wird die konzentrische
bzw. koaxiale Variante vorgezogen, da diese wesentlich einfacher baut, aufgrund der
Symmetrien konstruktiv leichter realisierbar ist und strömungstechnisch die größten
Vorteile bietet als auch vermutlich kostentechnisch die günstigste Lösung darstellt.
[0025] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Strömungskanal,
der von der Außenwand des den Pumpenmotor umfassenden Motorgehäuses und der zugewandten
Innenwand des Pumpengehäuses begrenzte ist, einen ringförmigen Querschnitt aufweist.
Durch diesen ringförmigen Strömungskanal ist - beginnend vom Pumpenlaufrad abgewandten
Ende des Pumpenmotors - Kühlmittel, das durch den Zulauf vom Kühler gekühlt ansaugbar
ist, in einer das Motorgehäuse ringförmig umschließenden Mantelströmung am Pumpenmotor
vorbeiführbar. Damit wird in vorteilhafter Weise die vom Elektromotor erzeugte Wärme
rundum gleichmäßig abgeführt. Eine punktuell oder teilflächig auftretende Erhitzung
oder gar sogenannte "hot spots" sind damit ausgeschlossen. Damit ist ein dauerhaft
zuverlässiger Betrieb bei für den Pumpenmotor verträglichen Temperaturen sichergestellt.
[0026] Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Strömungskanal
einen in Strömungsrichtung konstanten Querschnitt aufweist. Dabei erfolgt vom stromabliegenden
Ende des Pumpenmotors bis zum Pumpenlaufrad eine Einschnürung des am Ende des Strömungskanales
vorherrschenden Durchmessers auf den Durchmesser des Druckstutzen. Somit ist eine
strömungstechnisch besonders günstigste Variante angegeben. Das vom Kühler mit der
Kühlmittelpumpe angesaugte kühle Kühlmittel kann ohne jeglichen Strömungsverlust bei
gleichbleibendem Querschnitt am Pumpenmotor vorbeiströmen, diesen gleichzeitig optimal
kühlen und dann durch die Einschnürung am Ende des Strömungskanales hindurch, vom
Pumpenlaufrad angesaugt bzw. beschleunigt dem Druckstutzen zugeführt werden, wobei
hierdurch zugleich durch die Einschnürung eine Bündelung des gesamten Volumenstroms
zum Pumpenlaufrad hin stattfindet und zudem eine strömungsmechanische Beschleunigung
des Kühlmittels erfolgt. Ferner sind in vorteilhafter Weise Druckverluste vermieden
sowie unerwünschte Turbulenzen ausgeschlossen.
[0027] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Wegeventil stufenlos von einer
geschlossenen Stellung "Bypass-geschlossen" in eine offene Stellung "Bypass-offen"
umschaltbar.
[0028] Damit werden nicht nur die Vorzüge des bereits aus der
DE 102 07 653 bekannten 3/2-Wege-Ventils genutzt, sondern diese Vorzüge werden um die stufenlose
Regelbarkeit des Ventils erweitert. Damit kann jedes gewünschte bzw. vom Thermomanagement
für den Kraftfahrzeugmotor angeforderte Temperaturmischungsverhältnis aus kühlem Kühlmittel
und heißem Bypass-Kühlmittel eingestellt werden. Das Motormanagement bzw. das Thermomanagement
des Kraftfahrzeugmotors kann damit aktiv optimale Betriebsbedingungen für den Motor
einstellen.
[0029] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Wegeventil als ein in Längsrichtung
der Kühlmittelpumpe verschieblicher Ventilschieber ausgebildet. In einer besonders
bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilschieber dabei als zylindrische Hülse ausgebildet.
Diese kann beispielsweise aus Metall hergestellt sein. Alternativ ist es denkbar,
den Ventilschieber auch aus Kunststoff oder dergleichen zu bilden. Dabei können Kunststoffe
zum Einsatz gelangen, die beispielsweise auch für die Herstellung des Kühlmittelpumperigehäuses
herangezogen werden.
[0030] Das Kühlmittelpumpengehäuse wie der Ventilschieber können beispielsweise im Kunststoff-Spritzgußverfahren
besonders günstig hergestellt werden. Eine Nachbearbeitung dieser Bauteile ist dabei
in vorteilhafter Weise nicht notwendig.
[0031] Das mit einem Ventilschieber ausgestattete Wegeventil bietet den weiteren Vorteil
einer Fail-Safe-Stellung, so daß der Kühlerzugang im Versagensfall des Ventils auf
jeden Fall offen ist. Zudem zeichnet es sich durch einen möglichst geringen, im Idealfall
gegen Null gehenden Differenzdruck aus. Am Ventilschieber tritt somit weiterhin vorteilhaft
kein Druckabfall auf, was letztendlich dazu führt, daß zum Schalten bzw. Betätigen
des Ventils bereits eine sehr geringe Schaltleistung genügt.
[0032] Dieser positive Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß der Ventilschieber aufgrund
der zur Hauptstömungsrichtung des vom Kühler kommenden, am Pumpenmotor und am Ventilschieber
vorbei strömenden Kühlmittels parallel liegenden Bewegungsrichtung besonders geringe
Reibungs- bzw. Bewegungsverluste aufweist.
[0033] Ein weiterer Vorteil des Ventilschiebers ist, daß dieser ohne jegliche Leckage ausgebildet
werden kann. Demgegenüber ist bei Drehschieberventilen aufgrund der quer zur Hauptströmungsrichtung
bewegten Teile eine Leckage nie gänzlich auszuschließen.
[0034] Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe den weiteren Vorteil,
daß eine geringe Pumpenförderleistung bereits zur Erzielung eines gewünschten Kühlmitteldurchsatzes
ausreicht. Damit können auch Pumpenmotoren mit einer geringen elektrischen Leistungsaufnahme
verwendet werden.
[0035] Zudem bietet die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe den weiteren Vorteil, daß bei der
Ventilstellung "Kühler offen" keine Reduzierung des maximalen Förderquerschnittes
eintritt, so daß auch aus diesem Grund eine geringe Förderleistung für die Umwälzung
des Kühlmittels genügt, so daß die elektrische Pumpe auch deshalb mit einer im Vergleich
zu handelsüblichen elektrischen Pumpen geringeren Leistungsaufnahme hergestellt werden
kann.
[0036] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilschieber durch ein Stellglied,
wie beispielsweise einen Elektro-Stellmagneten, ein Dehnstoffelement, ein hydrostatisches
Druckelement oder dergleichen, kraftbetätigt verschiebbar. Derlei Stellglieder zeichnen
sich durch eine sehr geringe Verschleißneigung aus, bieten eine hohe Lebensdauer bzw.
besonders hohe Schaltzyklen und sind kostengünstig verfügbar. Zudem arbeiten solche
Stellglieder äußerst zuverlässig und sind weitestgehend störungsunanfällig.
[0037] Einer weiter bevorzugten Ausführungsform zufolge weist der Ventilschieber im Bereich
der Zufuhr des vom Bypass-Kreis durch den Bypass-Stutzen herangeführten Kühlmittels
eine radial nach innen gerichtete Dichtung auf, die im geschlossenen Zustand des Wegeventils
dessen Mündung durch einen gegen einen ringförmigen Dichtungssitz des Pumpengehäuses
abdichtenden Ventilsitz verschließt.
[0038] Die Dichtung kann beispielsweise eine Elastomerdichtung sein. Die ringförmige Sitzauflage
garantiert ein absolut dichtes Schließen. Sekundärleckagen sind ausgeschlossen. Eine
Einschnürung der Verteilerwege, gleichgültig ob das Wegeventil nun in der Stellung
"Bypass geschlossen" oder in der Stellung "Bypass offen" steht, ist selbst bei Zwischenstellungen
ausgeschlossen. Damit ist eine besonders strömungsgünstige Ventilvariante angegeben.
Zudem kann eine zylindrische Hülse besonders einfach in einem zylindrischen Gehäuse
abgedichtet werden, so daß auch aus diesem Grund Sekundärleckagen ausgeschlossen sind.
[0039] Ein weiterer Vorteil des als zylindrische Hülse ausgebildeten Ventilschiebers ist
dessen relativ einfache Kinematik, so daß eine Schaltbewegung in Längsrichtung problemlos
realisierbar ist. Dies bietet den weiteren Vorteil, daß eine stufenlose Mischung von
Bypass und Zulauf durch eine einfache lineare Bewegung, nämlich eine Längsverschiebung
realisierbar wird, so daß ein direkter, insbesondere linearer, Zusammenhang zwischen
Ventilstellung bzw. Mündungsöffnung und Mischungsverhältnis sowie aktueller Position
des Ventilschiebers besteht, der dementsprechend regelungstechnisch einfach bzw. ohne
besonderen Aufwand abgebildet werden kann.
[0040] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die radial nach innen weisende
Oberfläche der Dichtung eine der gegenüberliegenden Kontur des Motorgehäuses entsprechende
Kontur auf. Damit kann die Kühlmittelströmung optimal, insbesondere laminar, durch
den hierbei ausgebildeten Strömungskanalabschnitt hindurch strömen. Strömungsverluste
werden vermieden. Verwirbelungen sind ausgeschlossen.
[0041] Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist der Elektro-Stellmagnet
des Ventilschiebers einen Anker auf, der von der zylindrischen Hülse des Ventilschiebers
gebildet ist. Damit wird in vorteilhafter Weise der Ventilschieber doppelt genutzt.
Zum einen ist er Bestandteil des Ventils und zum anderen ist er zugleich eine Komponente
des Elektrostellmagneten. Dies hilft die Kosten weiter zu senken und erhöht die Zuverlässigkeit
aufgrund der reduzierten Teilvielfalt. Dabei kann diese Doppelfunktion besonders günstig
durch einen in Metall ausgeführten Ventilschieber bereit gestellt werden. Alternativ
kann ein in Kunststoff ausgeführter Ventilschieber bereichsweise auch über metallische
Abschnitte verfügen, die als Anker dienen.
[0042] Dementsprechend ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der
Elektro-Stellmagnet einen im Pumpengehäuse angeordneten Spulenträger aufweist, der
den Anker umschließt. Der von der Ventilhülse gebildete Anker kann vom Spulenträger
vollständig umschlossen werden. Der Spulenträger kann somit optimal mit dem Anker
zusammen wirken und diesen bereits mit geringen Magnetkräften bewegen, so daß damit
die Ventilhülse in Längsrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Ventilen relativ einfach
vor- und zurückgezogen werden kann. Dabei kann die zylinderförmige Ventilhülse radial
nach außen gegen den Magneten mit Stabdichtungen oder dergleichen abgedichtet geführt
werden, so daß auch an dieser Stelle keine Sekundärleckagen auftreten können. Somit
ist eine besonders preiswerte Ausführungsform einer zuverlässigen, stufenlos regelbaren
Wegeventil-Variante angegeben.
[0043] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß stromab nach dem
Bypass-Stutzen und noch vor dem Pumpenlaufrad ein Rücklauf, beispielsweise für einen
Heizungskreislauf, einen Getriebeölwärmetauscher, einen Schmierölwärmetauscher, einen
separaten Zylinderblock-Kühlkreislauf oder dergleichen, in das Pumpengehäuse mündet.
Damit können in vorteilhafter Weise weitere, den Kühlmittelkreislauf bzw. das Motor-Thermomanagement
ergänzende Sekundärkreisläufe von der erfindungsgemäßen elektrischen Kühlmittelpumpe
mit erfaßt und die dort strömenden Kühlmittelteilmengen von der Kühlmittelpumpe mit
gefördert werden. Dabei kann ein solcher Rücklauf ohne Ventil direkt an das Pumpengehäuse
gekoppelt sein oder bei Bedarf ein Ventil zu dessen gezielter Regelung aufweisen,
wobei dann in vorteilhafter Weise das vorstehend diskutierte Wegeventil in angepaßter
Form Verwendung finden kann.
[0044] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Pumpengehäuse zweiteilig aufgebaut.
Dies ermöglicht eine vereinfachte Konstruktion der elektrischen Kühlmittelpumpe. Deren
Zusammenbau wird erleichtert. Dabei ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, daß der Elektro-Stellmagnet in Längsrichtung orientierte Spulenkontakte
aufweist, die in vorteilhafter Weise beim Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile über
korrelierende Kontakte mit einer im anderen Gehäuseteil untergebrachten Regeleinrichtung,
wie beispielsweise einer CPU, einer Regeleinheit oder dergleichen, in Kontakt bringbar
sind. Dies erleichtert die Montage zusätzlich.
[0045] Nicht zuletzt ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß zusätzlich
zum Antrieb des Pumpenlaufrades durch den Kühlmittelpumpenelektromotor ein koaxial
zur Pumpenwelle außerhalb des Pumpengehäuses angeordnetes Antriebsrad vorgesehen ist,
das über einen Freilauf an die Pumpenwelle gekoppelt ist. Damit kann die Kühlmittelpumpe
primär mechanisch über ein außerhalb des Pumpengehäuse liegendes Riemenrad oder dergleichen
angetrieben werden. Das Riemenrad ist über einen Freilauf von der Pumpenwelle antriebstechnisch
entkoppelt. Im Stillstand und bei kleinen Drehzahlen kann ein Low-Cost-Motor den Pumpenantrieb
mit konstanter Drehzahl übernehmen. Bei höheren Drehzahlen überholt das Riemenrad
dann den Elektromotor. Dies bietet weiterhin den Vorteil, daß auch in Bordnetzen mit
kleiner elektrischer Leistung die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe verwendbar ist.
Diese Alternative ist wesentlich kostengünstiger gegenüber den teueren bürstenlosen
Antriebsmotoren. Eine den erforderlichen Grundumsatz gewährleistende Pumpleistung
ist somit auch bei Ausfall des Elektromotors sichergestellt.
[0046] Schließlich ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Wegeventil
bzw. dessen Ventilschieber mit einem Dehnstoffelelement hydraulisch antreibbar bzw.
schaltbar ist.
[0047] Hierfür ist vorgesehen, daß das Dehnstoffelement beispielsweise als Wachselement
ausgeführt ist, dessen Volumenänderung aufgrund einer Veränderung der im vorbei strömenden
Kühlmittel vorherrschenden Temperatur zu einer Volumenänderung in einem benachbarten,
separaten Übertragungsmedium, beispielsweise einer auch als Kühlmittel nutzbaren Wasser/Glykol-Mischung,
führt. Dieses separate Übertragungsmedium ist vom Wachselement beispielsweise durch
eine flexible Membran getrennt. Die Volumenänderung im Übertragungsmedium wird über
entsprechende Leitungen, Verbindungsbohrungen oder Verbindungskanäle zu einem Zylinderraum
des Ventilschiebers übertragen, so daß dieser hydraulisch betätigt werden kann. Eine
Rückstellkraft kann mit einer Feder oder dergleichen auf den Ventilschieber aufgebracht
werden.
[0048] Dabei ist in weiter einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Dehnstoffelement
aus Wachs gebildet ist. Dessen Schmelzpunkt liegt bei ca. 85°C. Dessen temperaturabhängige
Volumenänderung kann dann über ein separates Kühlmittel und zugeordnete Verbindungsleitungen
zum hydraulisch antreibbaren Ventilschieber übertragen werden.
[0049] Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform soll das aus Wachs gebildete
Dehnstoffelement in einem dem Druckstutzen benachbarten Bereich im Pumpengehäuse angeordnet
sein. Es kann dabei mit einer radial innerhalb des Dehnstoffelements angeordneten
metallischen Innenwandung, die z.B. als metallischer Zylindermantel ausgebildet sein
kann, an das vorbeiströmende Kühlmittel angrenzen. Das Dehnstoffelement kann mit einer
radial außerhalb davon angeordneten Membran von dem zugeordneten, separaten Kühlmittel
derart getrennt sein, daß eine temperaturabhängige Volumenänderung des Dehnstoffelements
auf das Kühlmittel übertragbar ist. Das separate Kühlmittel kann seinerseits über
die Verbindungsleitungen in einen Zylinderraum des damit hydraulisch antreibbaren
Ventilschiebers verschoben werden.
[0050] In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs
22 gelöst.
[0051] Dabei wird ein Verfahren zur Förderung von Kühlmittel mit einer Kühlmittelpumpe für
einen zumindest einen Kühlerkreis und einen Bypass-Kreis aufweisenden Kühlmittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors vorgeschlagen. Das Verfahren weist die nachfolgenden
Schritte auf: a) Zufuhren des Kühlmittels vom Kühler zur Kühlmittelpumpe durch einen
Saugstutzen des Kühlmittelpumpengehäuses, b) Zuführen des Kühlmittels vom Bypass-Kreis
zur Kühlmittelpumpe durch einen Bypass-Stutzen, c) Zurückführen des Kühlmittels von
der Kühlmittelpumpe zum Kraftfahrzeugmotor durch einen Druckstutzen, d) Umwälzen des
Kühlmittels mit einem Pumpenlaufrad, das von einem Kühlmittelpumpenelektromotor über
eine Pumpenwelle angetrieben wird, wobei der Motor vom Kühlmittel umströmt ist, e)
Einstellen des Mischungsverhältnisses der durch die Kühlmittelpumpe zirkulierenden
Kühlmittelströme mit einem im Kühlmittelpumpengehäuse integrierten Wegeventil.
[0052] Hierbei wird erstmals vorgeschlagen, das vom Kühler kommende Kühlmittel über den
Saugstutzen im Bereich des vom Pumpenlaufrad abgewandten Endes des Pumpenmotors zuzuführen,
wobei das vom Bypass kommende Kühlmittel über den Bypass-Stutzen in einem stromab
vom Saugstutzen liegenden Bereich zugeführt wird, und wobei das Kühlmittel über den
Druckstutzen in einem stromab vom Bypass-Stutzen liegenden Bereich weggeführt wird.
Dabei soll lediglich das durch den Saugstutzen vom Kühler heran geförderte Kühlmittel
in einer Mantelströmung, durch einen, insbesondere von der Außenwand des Pumpenmotorgehäuses
und der zugewandten Innenwand des Pumpengehäuses und/oder der zugewandten Innenwand
des Wegeventils begrenzten, Strömungskanal, am Pumpenmotor vorbei geführt wird.
[0053] Damit ist in vorteilhafter Weise eine effektive und zuverlässige Kühlung des Pumpenmotors
möglich. Ferner sind die bereits vorstehend diskutierten Vorteile mit dem Verfahren
ebenfalls erzielbar.
[0054] Bei der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe erfolgt die Temperaturerkennung des gemischten
Kühlmittels im zum Kraftfahrzeugmotor führenden Pumpengehäuseausgang, also im Bereich
des Druckstutzen. Damit ist sicher gestellt, daß dem Kraftfahrzeugmotor immer eine
ausreichende Menge an Kühlmittel in der geforderten Temperatur zugeführt wird. Dabei
regeln sich Menge und Temperatur des Kühlmittels, das durch den Druckstutzen zum Motor
strömt in Abhängigkeit von der Temperatur und Menge des vom Bypass zugeführten heißen
Kühlmittels, dem vom Zulauf zugeführten vom Kühler gekühlten Kühlmittel, der vom Elektromotor
eingetragenen Wärmemenge und ggfs. einem Heizungsrücklauf oder einem sonstigen Rücklauf,
wie beispielsweise von einem Schmierölwärmetauscher oder einem Zylinderblockkühlkreislauf
zugeführten erwärmten weiteren Kühlmittel. Dementsprechend kann die CPU oder Regeleinheit
der Pumpe Befehle bzw. Spannungssignale an den Spulenträger und den Pumpenmotor abgeben,
so daß die gewünschte bzw. erforderliche Ventilstellung stufenlos eingestellt und
eine abgefragte Motordrehzahl aufgenommen wird. Eine entsprechend miniaturisierte
bzw. angepaßte Variante des Schieberventils kann dabei zur Regelung des Rücklaufs
von einer Heizung, einem Getriebeöl-Wärmetauscher oder dergleichen Verwendung finden.
[0055] Bei der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe wird das Kühlmittelpumpengehäuse um die
Ventilfunktion erweitert. Damit wird die Funktionalität der Kühlmittelpumpe erhöht
und zugleich der konstruktive Aufwand reduziert, was zu einem geringerem Aufwand bei
der Montage und letztendlich zu einem geringeren Preis führt. Hierbei hilft die geteilte
Ausführung des Gehäuses zusätzlich die Kosten zu senken, da aufgrund der Gehäuseteilung
ein einfacherer Zusammenbau der einzelnen Komponenten möglich ist.
[0056] Das stromab in Fließrichtung nach dem Pumpenmotor auf der Pumpenwelle angeordnete
Pumpenlaufrad weist beispielsweise ein Laufrad und ein Leitrad auf. Das Hierbei zum
Einsatz kommende Prinzip entspricht dem bereits bewährten Prinzip der Axialpumpe,
wie es im Hause der Anmelderin erfolgreich vertrieben wird. Der geforderte, enge Laufspalt
wird dabei in einer Aufspannung bearbeitet, so daß die notwendige Genauigkeit sicher
gestellt ist und eine Nachbearbeitung entfällt.
[0057] Die Steuerung der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe ist so ausgelegt, daß selbst
bei einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf, d.h. bei einem offenen Bypass-Kreislauf,
keine Überhitzung des Elektromotors droht. Das vom Kühler kommende gekühlte Kühlmittel
steht in der Ventilstellung "Bypass offen" und "Kühlerzulauf geschlossen" bis zum
stromab liegenden Ende des Pumpenmotorgehäuses an und umschließt den Pumpenmotor bzw.
dessen Gehäuse. Damit kann das Kühlmittel selbst im schlimmsten Fall bei maximal 113
°C noch immer ein Temperaturintervall von zumindest 7 °C an Wärme aufnehmen, bis 120
°C erreicht sind und eine Hitzetod von Bauteilen droht. Dabei sorgt die Regeleinheit
der Pumpe dafür, daß dieser Fall nicht eintreten kann. Sollte bei dieser Schaltstellung
eine Überhitzung drohen, sorgt die Regeleinheit dafür, daß das Ventil kurzzeitig in
eine Stellung "Zulauf vom Kühler offen" und "Bypass geschlossen" überführt wird, kurzzeitig
das anstehende Kühlmittel strömt und dann das Ventil wieder in seine Ausgangslage
zurückgeführt wird, so daß danach wieder frisches, vollständig herunter gekühltes
Kühlmittel vom Kühler die Elektropumpe umschließt und kühlt. Dementsprechend ist selbst
bei einem Kaltstart und der dabei einige Zeit vorliegenden Schaltstellung "Bypass
offen", die gewählt wird, um die Aufwärmphase des Kraftfahrzeugverbrennungsmotors
möglichst kurz zu halten, keine Gefährdung der elektronischen Bauteile zu befürchten.
[0058] Aufgrund der Schiebersitzventilvariante sind sämtliche Mischungen möglich. Das Schiebersitzventil
kann stufenlos verstellt werden. Es entstehen keine Bewegungsspalten, die nur schlecht
abzudichten wären. Der Dichtungsring, der beispielsweise ein Elastomerdichtungsring
sein kann, legt sich axial am Dichtungssitz des Gehäuses in der Stellung "Bypass geschlossen"
an. Entsprechend legt sich der Elastomerdichtungsring in umgekehrter Weise bei einer
Stellung "Zulauf vom Kühler geschlossen" gegen das Gehäuse des Elektromotors dichtschließend
an. Bewegungsspalte bestehen dabei nicht. Sekundärleckagen sind ausgeschlossen.
[0059] Der Elektromagnet ist gegenüber der Ventilhülse mit Stangendichtungen mit Abstreiffunktion
gelagert. Damit sind ebenfalls Sekundärleckagen ausgeschlossen.
[0060] Die Ventilhülse wird beispielsweise federvorgespannt oder mit alternativen Mitteln
mit einer Grundkraft beaufschlagt, so daß im Falle eines Defektes der Elektronik das
Ventil automatisch in eine Stellung "Zulauf vom Kühler offen" und "Bypass geschlossen"
übergeht. Damit ist eine Fail-Safe-Stellung gewährleistet, die dafür sorgt, daß der
Kraftfahrzeugmotor nicht überhitzen kann.
[0061] Das Gehäuse des Pumpenmotors kann aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder einem
anderen Edelmetall, das besonders gut Wärme leitend ist, hergestellt werden. Damit
ist eine optimale Wärmeabfuhr vom elektrisch betriebenen Pumpenmotor zum diesen umströmenden
Kühlmittel gewährleistet.
[0062] Bei der hier bevorzugten Kühlmittelpumpenvariante wird der Bypass und der Heizungsrücklauf
im temperaturunkritischen Bereich radial bzw. tangential von außen zur Pumpenmitte
zugeführt.
[0063] Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand
der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- in einer schematisch vereinfachten Skizze eine Zuordnung der Kühlkreisläufe mit beispielhaftem
Einsatz der elektrischen Kühlmittelpumpe mit integriertem Wegeventil;
- Fig. 2.
- einen Längsschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform der Kühlmittelpumpe, mit
dem Wegeventil in der Stellung "Bypass geschlossen" bzw. "Zulauf vom Kühler offen";
- Fig. 3
- die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform der Kühlmittelpumpe wiederum im Längsschnitt
mit der Ventilstellung "Bypass teilweise offen" bzw. "Zulauf vom Kühler teilweise
geschlossen";
- Fig. 4
- die in Fig. 2 und 3 gezeigte Kühlmittelpumpen-Variante mit der Ventilstellung "Zulauf
vom Kühler geschlossen" bzw. "Bypass offen";
- Fig. 5
- einen Schnitt durch die in Fig. 4 gezeigte Kühlmittelpumpe längs der Schnittlinie
B-B;
- Fig. 6
- eine 3D-Ansicht der in Fig. 2 bis 5 gezeigten Pumpe;
- Fig. 7
- einen Längsschnitt durch eine weitere Variante der Pumpe;
- Fig. 8
- eine 3D-Ansicht der weiteren Variante gemäß Fig. 7;
- Fig. 9
- eine weitere Variante der in Fig. 1 bis 8 gezeigten Kühlmittelpumpe mit einer Betätigung
des Wegeventils durch ein Dehnstoffelement, im Längsschnitt dargestellt;
- Fig. 10
- ein vergrößerter Ausschnitt des in Fig. 9 gezeigten Längsschnitts entlang der dortigen
Schnittlinie A-A; und
- Fig. 11
- eine dreidimensionale Ansicht dieser Kühlmittelpumpenvariante von außen.
[0064] In Fig. 1 ist in einer schematisch vereinfachten Darstellung eine beispielhafte Zuordnung
von Kreisläufen Schaltbild bei einem Kraftfahrzeugmotor-Thermomanagement mit der vorstehend
diskutierten Kühlmittelpumpe gezeigt. Die elektrische Kühlmittelpumpe 1 ist in einem
Kühlmittelkreislauf 2 integriert. Der Kühlmittelkreislauf 2 weist einen Kühlerkreis
4 auf, der über einen Kühler 6 verläuft. Ferner weist der Kühlmittelkreislauf 2 einen
Kurzschlußkreis bzw. Bypass-Kreis 8 auf, der den Motor 10 direkt auf die Kühlmittelpumpe
1 kurz schließt. Weiterhin ist beispielhaft ein Heizungskreislauf 12 vom Motor 10
über eine Heizung 13 zur elektrischen Kühlmittelpumpe 1 zurück zum Motor 10 gezeigt.
Weitere Sekundärkreisläufe, wie beispielsweise ein Kühlmittelsekundärkreislauf für
einen Getriebeölwärmetauscher, für einen Schmierölwärmetauscher, einen separaten Zylinderkopf-
und einen separaten Motorblockkreislauf oder dergleichen sind denkbar, jedoch hier
nicht näher dargestellt.
[0065] Die elektrische Kühlmittelpumpe 1 mit integriertem Wegeventil fördert das vom Motor
10 im Kühlerkreis 4 über den Kühler 6 angesaugte Kühlmittel zum Motor 10 zurück bzw.
wälzt diese um. Ferner fördert die Kühlmittelpumpe 1 das im Kurzschlußkreis 8 zirkulierende
Kühlmittel. Nicht zuletzt wälzt die Kühlmittelpumpe 1 auch das im Heizungskreislauf
12 zirkulierende Kühlmittel um.
[0066] Die in Fig. 1 schematisch vereinfacht mit einem Symbol gezeigte elektrische Kühlmittelpumpe
1 mit integriertem Wegeventil ist in Fig. 2 bis 8 in verschiedenen Varianten weiter
im Detail erläutert.
[0067] Fig. 2 zeigt hierbei eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe
1 im Längsschnitt. Das Kühlmittelpumpengehäuse 14 ist in dieser Ausführungsform zweigeteilt.
Es besteht aus einem ersten Gehäuseteil 16 und einem zweiten Gehäuseteil 18. Beide
Gehäuseteile 16 und 18 sind mit einer ringförmigen Spange, Klemmschelle oder Klammer
20 fest miteinander, dichtschließend verbunden. Das Gehäuse 14 kann auch drei- oder
mehrteilig oder auch einteilig mit einem Deckel ausgeführt werden.
[0068] Das im Kühlerkreis 4 vom Kühler 6 kommende Kühlmittel KZK wird dem Pumpengehäuse
14 über den Saugstutzen 22 zugeführt. Dies ist mit dem vom Kühler 6 zum Pumpengehäuse
14 weisenden Pfeil ZK symbolisiert.
[0069] Das vom Bypass- bzw. Kurzschlußkreis 8 über den mit einem Pfeil symbolisierten Zulauf
ZB kommende, vom Kraftfahrzeugmotor 10 erhitzte Kühlmittel wird über den Bypass-Stutzen
24 dem Pumpengehäuse 14 zugeführt.
[0070] Im Kühlmittelpumpengehäuse 14 ist ein Kühlmittelpumpenelektromotor 26 angeordnet.
Dessen Motorgehäuse 28 ist zur Kühlung des Elektromotors 26 vom vorbei strömenden
Kühlmittel umströmt. Der Pumpenmotor 26 treibt über eine Pumpenwelle 30 ein Pumpenlaufrad
32 an. In der hier gezeigten Variante sind das Pumpenlaufrad 32, die Pumpenwelle 30
und der Pumpenmotor 26 koaxial zur Längsachse X des Pumpengehäuses 14 angeordnet.
[0071] Das vom Pumpenlaufrad 32 beschleunigte bzw. umgewälzte Kühlmittel wird für die mit
einem weiteren Pfeil symbolisierte Zufuhr ZM des Kühlmittels zum Kraftfahrzeugmotor
10 durch einen Druckstutzen 34 weg gefördert.
[0072] Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Kühlmittelpumpe 1 ergänzend zum Laufrad
32 ein ebenfalls im Druckstutzen 34 angeordnetes Leitrad 36 auf.
[0073] Weiterhin ist beispielhaft ein Heizungsrücklauf 38 dargestellt, durch den die wiederum
mit einem Pfeil symbolisierte Zufuhr ZH des Kühlmittels vom Heizkreislauf 12 für dessen
Umwälzung durch die Pumpe 1 möglich ist.
[0074] Im Kühlmittelpumpengehäuse 14 ist ein stufenlos einstellbares Wegeventil 40 integriert.
Das Wegeventil kann die hier in Fig. 2 gezeigte Stellung "Bypass geschlossen" bzw.
"Zufuhr vom Kühler offen" einnehmen. Es kann aus dieser Stellung heraus stufenlos
über eine Stellung "Bypass teilweise offen" und "Zufuhr vom Kühler teilweise offen"
(vgl. Fig. 3) bis in eine Stellung "Bypass offen" bzw. "Zufuhr vom Kühler geschlossen"
(vgl. Fig. 4) überführt und wieder zurück geführt werden.
[0075] Der Saugstutzen 22 ist in einem stromauf liegenden Bereich 42 angeordnet, der im
Bereich des vom Pumpenlaufrad 32 abgewandten Endes 44 des Pumpenmotors 26 liegt. Der
Bypass-Stutzen 24 ist ferner in einem stromab vom Saugstutzen 22 liegenden Bereich
46 angeordnet. Weiterhin ist der Druckstutzen 34 in einem stromab vom Bypass-Stutzen
24 liegenden Bereich 48 angeordnet.
[0076] Damit ist sichergestellt, daß lediglich das Kühlmittel KZK, das durch den Saugstutzen-Zulauf
ZK vom Kühler 6 angesaugt wird, in einer Mantelströmung 50 am Pumpenmotor 26 vorbei
geführt wird. Die Mantelströmung 50 wird dabei zunächst einerseits durch die Außenwand
52 des Pumpenmotorgehäuses 28 und andererseits durch die zugewandte Innenwand 54 des
Pumpengehäuses 14 unter Ausbildung eines Strömungskanals 56 begrenzt Der Strömungskanal
56 wird dann im weiteren Strömungsverlauf radial außen durch die der Außenwand 52
des Pumpenmotorgehäuses 28 zugewandte Innenwand bzw. Innenfläche 60 des Wegeventils
40 begrenzt, die sich in Strömungsrichtung im Bereich der Verbindungsstelle der beiden
Gehäuseteile 16 und 18 an die Gehäuseinnenwand 54 anschließt.
[0077] Die in Fig. 2 im Längsschnitt dargestellte beispielhafte Ausführungsform einer strömungsgekühlten
elektrischen Kühlmittelpumpe 1 mit integriertem Wegeventil 40 ist in Fig. 3 und 4
wiederum im Längsschnitt gezeigt, wobei Fig. 3 eine teilweise geöffnete Stellung des
Wegeventils 40 und Fig. 4 eine weitere Stellung des Wegeventils 40 zeigt, bei welcher
der Zulauf vom Kühler ZK geschlossen und der Zulauf vom Bypass ZB vollständig geöffnet
ist.
[0078] Das mit der Kühlmittelpumpe 1 umgewälzte, vom Kühlerkreis 4 kommende Kühlmittel KZK
wird mit dem durch den Bypass-Stutzen 24 herangeförderten Kühlmittel KZB, welches
vom Bypass-Kreis 8 stammt, durch das Wegeventil 40 zugemischt. Dabei ist eine mit
dem Wegeventil 40 öffnenbare und wieder verschließbare Mündung 62 des Bypass-Stutzen
24 in dem Bereich 46 stromauf vor dem Pumpenlaufrad 32 angeordnet.
[0079] In der hier dargestellten Variante liegt die Mündung 62 zwischen dem Pumpenlaufrad
32 bzw. zwischen dem Heizungsrücklauf 38 und dem stromab liegenden Ende 64 des Strömungskanals
56.
[0080] Wie dies aus Fig. 5 deutlicher hervor geht, sind der Zulauf ZB vom Bypass-Kreis 8
und der Zulauf ZH vom Heizungskreislauf 12 in der selben Ebene, koaxial zur Y-Achse,
gegenüberliegend radial zur senkrecht zur Bildebene verlaufenden Längsachse X angeordnet.
Alternativ können die entsprechenden Stutzen auch tangential am Gehäuse 14 angeschlossen
werden. Das ist in erster Linie vom im Motorraum für die Pumpe 1 verfügbaren Einbauraum
sowie der Lage der Zu- und Ableitungen abhängig.
[0081] Ferner geht besonders gut aus Fig. 5 in Verbindung mit Fig. 2 bis 4 hervor, daß bei
der hier gezeigten Variante der Pumpenmotor 26, die Pumpenwelle 30, das Pumpenlaufrad
32, das Leitrad 36 und das Pumpengehäuse 14 zueinander koaxial zur Längsachse X angeordnet
sind.
[0082] Der von der Innenwand 54 des Pumpengehäuses 14 und/oder von der Innenwand 60 des
Wegeventils 40 einerseits und andererseits von der Außenwand 52 des Pumpenmotors 26
begrenzte Strömungskanal 56 ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ringförmig
ausgebildet bzw. weist einen ringförmigen Querschnitt auf. Damit ist eine das Motorgehäuse
28 ringförmig umschließende Mantelströmung 56 definiert, die am Pumpenmotor 26 vorbei
strömt und diesen damit optimal kühlt.
[0083] Der Strömungskanal 56 weist dabei einen in Strömungsrichtung konstanten Querschnitt
66 auf. Vom stromab liegenden Ende 64 des Strömungskanals 56 bzw. vom stromab liegenden
Ende 68 des Pumpenmotors 26 bis zum Pumpenlaufrad 32 erfolgt eine kontinuierliche
bzw. stetige Einschnürung des am Ende des Strömungskanals 56 vorherrschenden Durchmessers
bis auf den Innendurchmesser 70 des Druckstutzen 34.
[0084] Das Wegeventil 40 ist als ein in Längsrichtung X der Kühlmittelpumpe 1 verschieblicher
Ventilschieber 72 ausgebildet, der in der hier dargestellten Variante als konstruktiv
als zylindrische Hülse durchgebildet ist. Der Ventilschieber 72 ist mittels einer
Feder 73 oder einem anderen geeigneten krafterzeugenden Element vorgespannt, so daß
im Falle eines Versagens der Ventilsteuerung das Wegeventil 40 automatisch durch die
Federkraft der Feder 73 in eine Fail-Safe-Stellung "Zulauf vom Kühler offen" überführt
wird.
[0085] Der Ventilschieber 72 wird zusätzlich zu seiner Ventilfunktion gleichzeitig als Anker
74 eines den Ventilschieber 72 betätigenden Elektrostellmagneten 76 genutzt. Der Ventilschieber
72 ist an seiner radial außen liegenden Seite mittels Stangendichtungen 77 mit Abstreiffunktion
geführt und gegen das Gehäuse. 14 bzw. gegen die weiteren benachbarten Bauteile abgedichtet.
[0086] Der Elektrostellmagnet 76 weist den vorgenannten Anker 74 und einen im Pumpengehäuse
14 angeordneten Spulenträger 78 auf, der den Anker 74 umschließt. Der Anker 74 ist
in der Weise von der zylindrischen Hülse 72 gebildet, daß diese aus Metall hergestellt
ist. Die Hülse 72 kann auch aus Kunststoff hergestellt sein und den Anker 74 ausbildende
metallische Abschnitte aufweisen. Auf dem Spulenträger 78 ist die zugehörige Spule
80 angeordnet. Die Spule 80 ist wiederum von einem radial außerhalb der Spule 80 angeordneten
Eisenrückschluß 82 umfaßt. Radial innerhalb ist ein zwischen dem Spulenträger 78 und
dem Anker 74 angeordneter, ringförmig ausgebildeter weiterer Eisenrückschluß 84 mit
Kennlinienbeeinflußung integriert. Die Stangendichtungen 77 sind ebenfalls zwischen
dem Spulenträger 78 und dem als Anker 74 ausgebildeten Ventilschieber 72 angeordnet,
wobei sich eine Stangendichtung 77 direkt an den Eisenrückschluß 84 anschließt.
[0087] Der Ventilschieber 72 weist im Bereich des Bypass-Stutzen 24 eine radial nach innen
gerichtete Dichtung 86 auf. Die Dichtung 86 kann als Elastomerdichtung ausgebildet
sein. Es sind auch andere Dichtungsmaterialien verwendbar. Die Dichtung 86 schließt
in einer geschlossenen Stellung "Bypass geschlossen" des Wegeventils 40 mit ihrer
ringförmigen ebenen Stirnfläche 88, deren Flächennormale parallel zur Längsachse X
verläuft, gegen einen entsprechend ausgebildeten ringförmigen Dichtungssitz 90 des
Pumpengehäuses 14 abdichtend verschließt. In einer offenen Stellung "Bypass offen"
die dementsprechend auch als "Zulauf vom Kühler geschlossen" bezeichnet werden kann,
schließt die Dichtung 86 mit ihrer radial nach innen weisenden ringförmigen Spitze
92 den Zulauf vom Kühler ZK am Ende 68 des Elektromotors 26 bzw. am Ende 64 des Strömungskanals
56 gegen das Motorengehäuse 28 bzw. ein sich daran anschließendes Pumpenwellengehäuse
94 dicht ab. Alternativ zur Dichtung 86 sind auch andere Dichtungsvarianten denkbar,
mit denen ein in axialer Richtung dichtes Abschließen des Wegeventils 40 gegen das
Gehäuse 14 und mit denen in radialer Richtung ein dichtes Abschließen des Wegeventils
40 gegen das Pumpenwellengehäuse 94 oder das Pumpenmotorgehäuse 28 möglich ist. Solche
Dichtungen 86 können auch mehr als einen Dichtungssitz oder eine oder mehrere Dichtungslippen
oder dergleichen aufweisen.
[0088] Der Elektro-Stellmagnet 76 weist in Längsrichtung X bzw. parallel zur X-Achse orientierte
Spulenkontakte 96 auf. Diese Spulenkontakte 96 korrelieren mit entsprechenden Kontakten
98 eines im Gehäuseteils 18 integrierten elektronischen Bauteils, wie beispielsweise
einer Regeleinrichtung 100, einer CPU oder dergleichen, so daß die Regeleinrichtung
100 und der Elektrostellmagnet 76 direkt bei der Montage der beiden Gehäuseteile 16
und 18 ohne weiteres Zutun miteinander in Kontakt bringbar sind. Im Gehäuseteil 18
ist weiterhin eine Verstärkereinheit 102 untergebracht. Diese kann von außen durch
einen Stecker 104 an entsprechende Regelkreise angeschlossen werden.
[0089] Die in Fig. 2 bis 5 dargestellte beispielhafte Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe
1 ist in Fig. 6 in einer dreidimensionalen Ansicht zum besseren Verständnis der räumlichen
Zuordnung der Stutzen bzw. der Bauteile veranschaulicht.
[0090] In Fig. 7 und 8 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe
1 gezeigt. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind mit den selben Bezugszeichen
versehen, wie bereist in Fig. 2 bis 5 verwendet.
[0091] Die in Fig. 7 gezeigte Kühlmittelpumpe 1 verfügt zusätzlich zum Antrieb des Pumpenlaufrades
32 ergänzend zum Kühlmittelelektromotor 26 über ein außerhalb des Pumpengehäuses 14
angeordnetes Antriebsrad 106. Das Antriebsrad 106 ist koaxial zur Pumpenwelle 30 ausgerichtet
und über einen Freilauf 108 mit der Pumpenwelle 30 mechanisch koppelbar. Die Pumpenwelle
30 weist ein zusätzliches Lager 110 im in dieser Darstellung rechten Ende des Gehäuseteils
18 auf. Über das Antriebsrad 106 kann das Pumpenlaufrad 32 in Ergänzung zum elektrischen
Motor 26 von außen beispielsweise über einen Riemen oder einen Zahntrieb angetrieben
werden. Damit kann die Kühlmittelpumpe 1 primär mechanisch über das beispielsweise
als Riemenrad ausgebildete Antriebsrad 106 angetrieben werden. Das Antriebsrad 106
ist hierfür über den Freilauf 110 von der Pumpenwelle 30 entkoppelt. Im Stillstand
und bei kleinen Drehzahlen des Verbrennungsmotors übernimmt beispielsweise ein low-cost
Elektromotor den Pumpenantrieb mit konstanter Drehzahl. Bei höheren Drehzahlen des
Verbrennungsmotors überholt das Antriebsrad 106 den Elektromotor. Diese Pumpenvariante
ist auch in Bordnetzen mit kleiner elektrischer Leistung verwendbar. Sie stellt eine
gegenüber teuren bürstenlosen Antriebsmotoren kostengünstige Alternative dar. Eine
Pumpleistung ist auch bei einem Ausfall des Elektromotors sichergestellt.
[0092] Die in Fig. 7 im Längsschnitt dargestellte Variante der Kühlmittelpumpe 1 ist in
Fig. 8 in einer dreidimensionalen Ansicht zum bessern Verständnis der räumlichen Zuordnung
der Bauteile verdeutlicht.
[0093] In Fig. 9 bis 11 ist eine weitere Variante einer Kühlmittelpumpe 1 dargestellt. Die
in Fig. 9 im Längsschnitt und in Fig. 10 in einem vergrößerten Ausschnitt sowie in
Fig. 11 in dreidimensionaler Ansicht von außen gezeigte weitere Variante einer Kühlmittelpumpe
1 entspricht vom Aufbau her im wesentlichen der in Fig. 1 bis 6 diskutierten Kühlmittelpumpe
1. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind zur Vereinfachung mit den selben Bezugszeichen
versehen.
[0094] Die in Fig. 9 bis 11 gezeigten beispielhaften Modifikationen hinsichtlich des hier
näher ausgeführten Antriebs des Wegeventils 40 über ein Dehnstoffelement 112 sind
auch auf die in Fig. 1 bis 6 sowie auf die in Fig. 7 und 8 gezeigten Kühlmittelpumpen-Varianten
entsprechend übertragbar.
[0095] Die in Fig. 9 bis 11 gezeigte Alternative eines Antriebs des Wegeventils 40 über
ein Dehnstoffelement 112 nutzt die Volumenänderung des Dehnstoffelements 112 in Abhängigkeit
von der im Druckstutzen 34 vorherrschenden Temperatur des dort hindurchströmenden
Kühlmittelgemisches aus. Als Dehnstoffelement 112 kommt in der hier dargestellten
Variante zum Beispiel Wachs zum Einsatz. Das hier verwendete Wachs hat einen Schmelzpunkt
bei etwa 85°C. Das Wachs liegt als im kalten Zustand verfestigtes Wachselement 112
vor. Das Wachselement 112 ist dem Pumpenausgang bzw. dem Druckstutzen 34 räumlich
nah zugeordnet bzw. benachbart. Es erfährt durch den zur Abgrenzung gegenüber dem
vorbei strömenden Kühlmittel vorgesehen metallischen Innenmantel 114 jede Temperaturänderung
im zum Motor abströmenden Kühlmittel ZM unmittelbar. Temperatureinflüsse von außen
werden durch die Isolationswirkung des aus Kunststoff bestehenden Pumpengehäuses 14
unterbunden. Bei Erwärmung oder Abkühlung des aus Wachs gebildeten Dehnstoffelements
112 wird die dabei resultierende Volumenänderung über eine Membran 116 auf ein in
einem Vorratsraum 118 bevorratetes Übertragungsmedium bzw. Kühlmittel 120 übertragen.
Das Kühlmittel 120 kann beispielsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch sein.
[0096] Über Verbindungsbohrungen 122 und 124 gelangt das dabei entstehende Differenzvolumen
in eine Zylinderkammer 126 des Ventilschiebers 72 des Wegeventils 40. Damit wird eine
hydraulische Wegübersetzung realisiert. Das bei Ausdehnung des Wachses 112 durch Wölbung
der Membran 116 vom Vorratsraum 118 zum Zylinderraum 126 strömende Kühlmittel 120
- oder entsprechend bei einer Abkühlung des Wachses 112 vom Zylinderraum 126 zurück
zum Vorratsraum 118 strömenden Kühlmittels 120 - bewirkt eine Verschiebung des Ventilschiebers
72 des Wegeventils 40 in einer Richtung parallel zur Längsachse X der Kühlmittelpumpe
1.
[0097] Die in den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 8 gezeigte Spiralfeder 73, die dort
zur Gewährleistung einer Fail-Safe-Stellung des Wegenventils 40 vorgesehen ist, wird
bei der hier dargestellten Wegeventil-Variante nunmehr zur Erzielung einer Schließfunktion
genutzt, und nicht mehr zum Erzeugen einer Fail-Safe-Stellung heran gezogen. Wie in
Fig. 9 und 10 gezeigt, liegt der Ventilschieber 72 im entspannten Zustand der Feder
127 in einer Position "Bypass offen" bzw. "Kühlerzulauf geschlossen" vor. Eine Erwärmung
des in Wachs ausgeführten Dehnstoffelements 112 und die daraus resultierende Volumenausdehnung
des Wachses führt dementsprechend zu einer Wölbung der Membran 116 und damit zu einer
Veränderung des Volumens des Vorratsbehälters 118, woraus letztendlich eine Verschiebung
von Kühlmittel 120 vom Vorratsbehälter 118 in den Zylinderraum 126 resultiert. Diese
Verschiebung von Kühlmittel 120 in den Zylinderraum 126 verursacht eine Kraft, die
gegen die Federkraft der Feder 127 wirkt und somit den Ventilschieber 72 in eine Stellung
"Bypass geschlossen" bzw. "Kühlerzulauf offen" verschiebt. Die Feder 127 sorgt dementsprechend
bei Abkühlung des Dehnstoffelements 112 für den erforderlichen Rückhub des Ventilschiebers
72. Da es sich um ein geschlossenes System handelt, ist dieser Vorgang beliebig of
wiederholbar.
[0098] Der Antrieb des Wegeventils 40 über ein Dehnstoffelement 112 bietet gegenüber einem
elektromagnetischen Antrieb den zusätzlichen Vorteil, daß erhebliches Gewicht eingespart
werden kann. Denn ein Antrieb des Wegeventils 40 über einen Elektromagneten 76, wie
in den Figuren 1 bis 8 veranschaulicht, bedeutet zusätzliches Gewicht durch den Elektromagneten
76. Hier kann das leichte Dehnstoffelement 112 im Zusammenspiel mit dem für einen
hydraulischen Antrieb ausgebildeten Ventilschieber 72 seine Gewichts- und teilweise
auch gewisse Kostenvorteile ausspielen.
[0099] Darüber hinaus ist es möglich, dem Dehnstoffelement 112 hier nicht näher dargestellte
Kühl- und/oder Heizelemente zuzuordnen. Damit kann, ggf. unter Nutzung der vorhandenen
Regeleinrichtung bzw. CPU 100, entsprechender Temperatursensoren und ggf. Regelkreise
oder dergleichen, aktiv auf die Volumenausdehnung des Dehnstoffelements 112 Einfluß
genommen werden, um erforderlichenfalls andere Regelzustände des Wegeventils 40 einzustellen,
als jene, die sich von selbst ergeben würden.
[0100] Das Kühlmittel 120 kann durch eine mit einer Verschlußschraube 128 verschließbare
Befüllöffnung 130 in die Vorratskammer 118 bzw. in das System gegeben werden. Das
in Wachs ausgeführte Dehnstoffelement 112 ist in kaltem Zustand so formstabil, daß
es als fertiges Bauteil beim Zusammenbau der Pumpe 1 gleich mit eingebaut werden kann.
Dichtungsringe 132 oder dergleichen dienen zum Abdichten des Ventilschiebers 72 gegen
das Gehäuse 14.
[0101] In Fig. 10 ist besonders gut erkennbar, wie die Feder 127 über das Übertragungsmedium
120 mit dem Dehnstoffelement 112 ein Kräftepaar bildet und eine permanente Gegenkraft
zum Dehnstoffelement 112 erzeugt. Für das Dehnstoffelement 112 kann handelsüblicher
Dehnstoff-Wachs verwendet werden. Das Übertragungsmedium bzw. Kühlmittel 120 kann
ein Wasser/Glykol-Gemisch sein. Das aus mit Kühlmittel 120 gefülltem Vorratsraum 118,
Verbindungsleitungen 122 und 124 und Zylinderraum 126 gebildete hydraulische System
134 wird bei der Montage der Kühlmittelpumpe 1 blasenfrei mit Überdruck eingefüllt.
Das aus Wachs gebildete Dehnstoffelement 112 wird bei der Montage der Pumpe 1 in das
Gehäuse 14 eingelegt, und zwar in den Zwischenraum 136 vom metallischen Zylindermantel
114, welcher das Radialspiel des Laufrades 32 begrenzt sowie der Innenwandung der
Elastomermembran 116, ist also hermetisch abgegrenzt. Das Wachs hat einen Schmelzpunkt
von ca. 85°C. Eine Beeinflussung des Wachses 112 ist prinzipiell über ein Heiz- und/oder
ein Kühlelement möglich.
[0102] Die in Fig. 9 im Längsschnitt und in Fig. 10 im vergrößerten Teilschnitt dargestellte
Variante der Kühlmittelpumpe 1 ist in Fig. 11 in einer dreidimensionalen Ansicht zum
bessern Verständnis der räumlichen Zuordnung der Bauteile verdeutlicht.
[0103] Die konstruktive Ausführung des Wachselementes ist auf die baulichen Gegebenheiten
der Kühlmittelpumpe abgestimmt. Das mit dem Dehnstoffelement letztendlich hydraulisch
angetriebene Wegeventil wirkt vorteilhaft ähnlich wie ein elektrisch regelbarer Thermostat.
Die Komponenten eines Fahrzeuges, die Einfluß auf Verbrauch und Emission haben, stehen
heute ganz besonders im Blickpunkt. Ein kennfeldgeregelter Thermostat ist dabei ein
Bauteil, das auf den Kraftstoffverbrauch und die Reduzierung der Emission positiv
Einfluß nimmt. Herkömmliche Thermostate sind auf eine feste Öffnungstemperatur eingestellt,
die nicht verändert werden kann. Mit einem elektrisch regelbaren Kennfeldthermostaten
kann die Öffnungstemperatur eines Ventils in Abhängigkeit verschiedener Parameter
variiert werden, z.B. Last, Drehzahl, Zündwinkel, Außentemperatur, Motoröltemperatur,
Fahrgeschwindigkeit etc.. Diese Vorteile werden auch mit dem elektromagnetisch oder
hydraulisch über ein Dehnstoffelement betriebenen Wegeventil der erfindungsgemäßen
Kühlmittelpumpe erzielt.
[0104] Das Wachselement kann ggf. zusätzlich beheizt oder gekühlt werden. Zum Beheizen kann
eine nicht näher dargestellte Stabheizung eingesetzt werden. Diese übernimmt die Beheizung
des Wachselementes wobei sie in unmittelbarer Berührung mit dem Wachs steht. Die Erwärmung
der Stabheizung kann beispielsweise über einen auf einem Keramikkörper aufgewickelten
Widerstandsdraht erfolgen. Unbeheizt kann damit der hierdurch ausgebildete Thermostat
beispielsweise auf eine Temperatur von 110°C eingestellt werden. Durch Beheizen kann
die Temperatur beispielsweise auf ca.70°C abgesenkt werden. Die volle Öffnungstemperatur
wird somit jeweils bei 15°C über der normalen Öffnungstemperatur erreicht. Die Reaktionszeit
des Thermostaten kann durch Heizleistung, Eintauchtiefe der Stabheizung in das Wachselement,
und der Oberflächengestaltung des Wachselements beeinflußt werden.
[0105] Um die vorgenannte Applikation in der Entwicklungsphase testen zu können, wurde von
der Anmelderin eine Elektronik entwickelt. Diese gestattet es, alle Eingangsgrößen,
die im Motormanagement verwendet werden, zu verarbeiten. Über entsprechende Verknüpfungen
werden in der Folge die erforderlichen Ausgänge, beispielsweise über entsprechende
Regelkreise, die Regeleinrichtung bzw. CPU 100 oder dergleichen angesteuert. Dabei
sind die Verknüpfungen je nach Verbrennungsmotor frei programmierbar. Im Serieneinsatz
kann dann das Programm beispielsweise in der Motorelektronik des jeweiligen Verbrennungsmotors
abgelegt werden. Eine separate Elektronik ist dann nicht erforderlich.
[0106] Die vorliegende Erfindung gibt erstmals eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors an, der wenigstens einen Kühlerkreis und einen
Bypass-Kreis aufweist. Das Kühlmittelpumpengehäuse weist einen Saugstutzen, einen
Bypass-Stutzen und einen Druckstutzen auf, sowie einen im Kühlmittelpumpengehäuse
angeordneten Kühlmittelpumpenelektromotor, dessen Motorgehäuse vom Kühlmittel umströmt
ist, und der über eine Pumpenwelle ein Pumpenlaufrad antreibt, als auch ein im Kühlmittelpumpengehäuse
integriertes Wegeventil. Der Saugstutzen ist dabei erstmalig im Bereich des vom Pumpenlaufrad
abgewandten Endes des Pumpenmotors angeordnet. Der Bypass-Stutzen ist ferner in einem
stromab vom Saugstutzen liegenden Bereich angeordnet. Der Druckstutzen ist in einem
stromab vom Bypass-Stutzen liegenden Bereich angeordnet. Lediglich das Kühlmittel,
das durch den Saugstutzen-Zulauf vom Kühler ansaugbar ist, soll in einer Mantelströmung
- durch einen von der Außenwand des Pumpenmotorgehäuses und der zugewandten Innenwand
des Pumpengehäuses und/oder der zugewandten Innenwand des Wegeventils begrenzten Strömungskanal
- am Pumpenmotor vorbeiführbar sein.
Bezugszeichenliste
[0107]
- 1
- Kühlmittelpumpe
- 2
- Kühlmittelkreislauf
- 4
- Kühlerkreis
- 6
- Kühler
- 8
- Bypass-Kreis
- 10
- Motor
- 12
- Heizungskreislauf
- 13
- Heizung
- 14
- Pumpengehäuse
- 16
- Erstes Gehäuseteil
- 18
- Zweites Gehäuseteil
- 20
- Spange, Klemmschelle oder Klammer
- 22
- Saugstutzen
- 24
- Bypass-Stutzen
- 26
- Kühlmittelpumpenelektromotor
- 28
- Motorgehäuse
- 30
- Pumpenwelle
- 32
- Pumpenlaufrad
- 34
- Druckstutzen
- 36
- Leitrad
- 38
- Heizungsrücklauf
- 40
- Wegeventil
- 42
- Bereich, stromauf liegend
- 44
- stromauf liegendes Ende des Pumpenmotors
- 46
- Bereich, stromab vom Saugstutzen liegend
- 48
- Bereich, stromab vom Bypass-Stutzen liegend
- 50
- Mantelsrömung
- 52
- Außenwand des Pumpenmotors
- 54
- Innenwand des Pumpengehäuses
- 56
- Strömungskanal
- 58
- 60
- Innenwand des Wegeventils
- 62
- Mündung des Bypass
- 64
- stromab liegendes Ende des Strömungskanals
- 66
- Querschnitt des Strömungskanals
- 68
- stromab liegendes Ende des Pumpenmotorgehäuses
- 70
- Innendurchmesser des Druckstutzen
- 72
- Wegeventil, als Ventilschieber ausgebildet
- 73
- Spiralfeder
- 74
- Ventilschieber zugleich als Anker des Stellmagneten ausgebildet
- 76
- Elektro-Stellmagnet
- 78
- Spulenträger des Elektro-Stellmagneten
- 80
- Spule des Stellmagneten
- 82
- Eisenrückschluß, radial außerhalb Spule, selbige umfassend
- 84
- Eisenrückschluß mit Kennlinienbeeinflußung, zwischen Spule und Anker
- 86
- Dichtung aus Elastomer
- 88
- Stirnfläche
- 90
- Dichtungssitz, im Pumpengehäuse
- 92
- radial nach innen weisende Dichtungsspitze
- 94
- Pumpenwellengehäuse
- 96
- Spulenkontakte, axial bzw. parallel zur X-Achse orientiert
- 100
- Regeleinrichtung bzw. CPU
- 102
- Verstärkereinheit
- 104
- Stecker
- 106
- Antriebsrad
- 108
- Freilauf
- 110
- Wellenlager
- 112
- Dehnstoffelement, in Wachs ausgeführt
- 114
- metallischer Innenmantel
- 116
- Membran
- 118
- Vorratsvolumen/Vorratsraum
- 120
- Kühlmittel
- 122
- Verbindungsbohrung
- 124
- Verbindungsbohrung
- 126
- Zylinderraum
- 127
- Feder
- 128
- Verschlußschraube
- 130
- Befüllöffnung
- 132
- Dichtungsringe
- 134
- hydraulisches System
- 136
- Zwischenraum
1. Kühlmittelpumpe (1), für einen zumindest einen Kühlerkreis (4) und einen Bypass-Kreis
(8) aufweisenden Kühlmittelkreislauf (2) eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors (10),
mit:
- einem Kühlmittelpumpengehäuse (14), das einen Saugstutzen (22) für den Zulauf (ZK)
vom Kühler (6), einen Bypass-Stutzen (24) für den Zulauf (ZB) vom Bypass-Kreis (8)
und einen Druckstutzen (34) für die Zufuhr (ZM) des Kühlmittels zum Kraftfahrzeugmotor
(10) aufweist,
- einem im Kühlmittelpumpengehäuse (14) angeordneten Kühlmittelpumpenelektromotor
(26), dessen Motorgehäuse (28) vom Kühlmittel umströmt ist, und der über eine Pumpenwelle
(30) ein Pumpenlaufrad (32) antreibt, und
- einem im Kühlmittelpumpengehäuse (14) integrierten Wegeventil (40),
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Saugstutzen (22) im Bereich (42) des vom Pumpenlaufrad (32) abgewandten Endes
(44) des Pumpenmotors (26) angeordnet ist,
- der Bypass-Stutzen (24) in einem stromab vom Saugstutzen (22) liegenden Bereich
(42) angeordnet ist,
- der Druckstutzen (34) in einem stromab vom Bypass-Stutzen (24) liegenden Bereich
(42) angeordnet ist, und
- lediglich das durch den Saugstutzen (22) als Zulauf (ZK) vom Kühler (6) ansaugbare
Kühlmittel (KZK) in einer Mantelströmung (50), durch einen, insbesondere von der Außenwand
(52) des Pumpenmotorgehäuses (28) und der zugewandten Innenwand (54) des Pumpengehäuses
(14) und/oder der zugewandten Innenwand (60) des Wegeventils (40) begrenzten, Strömungskanal
(56), am Pumpenmotor (26) vorbei führbar ist.
2. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom Kühlerkreis (4) kommenden Kühlmittel (KZK) das durch den Bypass-Stutzen (24)
ansaugbare Kühlmittel (KZB) des Bypass-Kreises (8) durch das Wegeventil (40) zumischbar
ist, wobei eine mit dem Wegeventil (40) öffnenbare und wieder verschließbare Mündung
(62) des Bypass-Stutzen (24) in einem Bereich (42) stromauf vor dem Pumpenlaufrad
(32) angeordnet ist.
3. Kühlmittelpumpe (1) nach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (62) des Wegeventils (40) in einem Bereich (42) zwischen dem Pumpenlaufrad
(32) und dem stromab liegenden Ende (64) des Strömungskanals (56) liegt.
4. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenmotor (26) und die Pumpenwelle (30) koaxial zur Längsachse X des Pumpengehäuses
(14) angeordnet sind.
5. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Außenwand (52) des den Pumpenmotor (26) umfassenden Motorgehäuses (28)
und der zugewandten Innenwand (54) des Pumpengehäuses (14) und/oder der zugewandten
Innenwand (60) des Wegeventils (40) begrenzte Strömungskanal (56) einen ringförmigen
Querschnitt aufweist, durch den das Kühlmittel (KZK), das durch den Saugstutzen (22)
für den Zulauf (ZK) vom Kühler (6) ansaugbar ist, in einer das Motorgehäuse (28) ringförmig
umschließenden Mantelströmung (56) am Pumpenmotor (26) vorbei führbar ist.
6. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (56) einen in Strömungsrichtung konstanten Querschnitt (66) aufweist,
wobei vom stromab liegenden Ende (68) des Pumpenmotors (26) bis zum Pumpenlaufrad
(32) eine Einschnürung des am Ende des Strömungskanales (56) vorherrschenden Durchmessers
auf den Innendurchmesser (70) des Druckstutzen (34) erfolgt.
7. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (40) stufenlos von einer geschlossenen Stellung "Bypass geschlossen"
in eine offene Stellung "Bypass offen" umschaltbar ist.
8. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (40) ein in Längsrichtung X der Kühlmittelpumpe (1) verschieblicher
Ventilschieber (72) ist.
9. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber als zylindrische Hülse (72) ausgebildet ist.
10. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (72) durch ein Stellglied, wie beispielsweise einen Elektro-Stellmagneten
(76), ein Dehnstoffelement (112), ein hydrostatisches Druckelement oder dergleichen,
verschiebbar ist.
11. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (72) stromab im Bereich der Mündung(62) eine radial innen liegende,
ringförmig umlaufende Dichtung (86) aufweist, die im geschlossenen Zustand "Bypass
geschlossen" des Wegeventils (40) dessen Mündung (62) mittels einer Stirnfläche (88)
gegen einen ringförmigen Dichtungssitz (90) des Pumpengehäuses (14) abdichtend verschließt
und/oder im offenen Zustand "Bypass offen" den Strömungskanal (56) mittels einer radial
nach innen weisenden Dichtlippe (92) gegen das Pumpenmotorgehäuse (28) oder das Pumpenwellengehäuse
(94) abdichtend verschließt.
12. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach innen weisende Oberfläche der Dichtung (86) eine der gegenüberliegenden
Kontur des Motorengehäuses (28) oder des Pumpenwellengehäuses (94) entsprechende Kontur
aufweist.
13. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro-Stellmagnet (76) des Ventilschiebers (72) einen Anker (74) aufweist,
der von der zylindrischen Hülse des Ventilschiebers (72) gebildet ist.
14. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro-Stellmagnet (76) einen im Pumpengehäuse (14) angeordneten Spulenträger
(78) aufweist, der den Anker (74) umschließt.
15. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß stromab nach dem Bypass-Stutzen (24) und noch vor dem Pumpenlaufrad (32) ein Rücklauf
(38), beispielsweise für einen Heizungskreislauf, einen Getriebeölwärmetauscher, einen
Schmierölwärmetauscher, einen Zylinderblockkühlkreislauf oder dergleichen, in das
Pumpengehäuse (14) mündet.
16. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (14) zweiteilig (16, 18) aufgebaut ist.
17. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro-Stellmagnet (76) in Längsrichtung X orientierte Spulenkontakte (96) aufweist,
die beim Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile (16, 18) über korrelierende Kontakte
(98) mit einer im anderen Gehäuseteil (18) untergebrachten Regeleinrichtung (100),
wie beispielsweise eine CPU oder dergleichen, in Kontakt bringbar sind.
18. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Antrieb des Pumpenlaufrades (32) durch den Kühlmittelpumpenelektromotor
(26) ein koaxial zur Pumpenwelle (30) außerhalb des Pumpengehäuses (14) angeordnetes
Antriebsrad (106) vorgesehen ist, das über einen Freilauf (108) an die Pumpenwelle
(30) gekoppelt ist.
19. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement (112) über Verbindungsleitungen (122, 124) mit dem Wegeventil
(40) derart in Wirkverbindung steht, daß das Wegeventil (40) durch eine Volumenänderung
des Dehnstoffelements (112) hydraulisch schaltbar ist.
20. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement (112) aus Wachs gebildet ist, dessen temperaturabhängige Volumenänderung
über ein separates Kühlmittel (120) und Verbindungsleitungen (122, 124) zum hydraulisch
antreibbaren Ventilschieber (72) übertragbar ist.
21. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Wachs gebildete Dehnstoffelement (112) in einem dem Druckstutzen (34) benachbarten
Bereich im Pumpengehäuse (14) angeordnet und mittels einer Membran (116) von dem zugeordneten,
separaten Kühlmittel (120) derart getrennt ist, daß eine temperaturabhängige Volumenänderung
des Dehnstoffelements (112) auf das Kühlmittel (120) übertragbar ist, welches seinerseits
über die Verbindungsleitungen (122, 124) in einen Zylinderraum (126) des damit hydraulisch
antreibbaren Ventilschiebers (72) verschiebbar ist.
22. Verfahren zur Förderung von Kühlmittel mit einer Kühlmittelpumpe (1), für einen zumindest
einen Kühlerkreis (4) und einen Bypass-Kreis (8) aufweisenden Kühlmittelkreislauf
(2) eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors (10), mit den Schritten:
- Zuführen des Kühlmittels vom Kühler (6) zur Kühlmittelpumpe (1) durch einen Saugstutzen
(22) des Kühlmittelpumpengehäuses (14) für den Zulauf (ZK),
- Zuführen des Kühlmittels vom Bypass-Kreis (8) zur Kühlmittelpumpe (1) durch einen
Bypass-Stutzen (24) des Kühlmittelpumpengehäuses (14) für den Zulauf (ZB),
- Zurückführen des Kühlmittels von der Kühlmittelpumpe (1) zum Kraftfahrzeugmotor
(10) durch einen Druckstutzen (34) für die Kühlmittelrückführung (ZM),
- Umwälzen des Kühlmittels (1) mit einem im Kühlmittelpumpengehäuse (14) angeordneten
Pumpenlaufrad (32), das von einem Kühlmittelpumpenelektromotor (26) über eine Pumpenwelle
(30) angetrieben wird, wobei der Motor (26) vom Kühlmittel umströmt ist,
- Einstellen des Mischungsverhältnisses der durch die Kühlmittelpumpe zirkulierenden
Kühlmittelströme mit einem im Kühlmittelpumpengehäuse (14) integrierten Wegeventil
(40),
dadurch gekennzeichnet, daß
- das vom Kühler (6) kommende Kühlmittel über den Saugstutzen (22) im Bereich (42)
des vom Pumpenlaufrad (32) abgewandten Endes (44) des Pumpenmotors (26) zugeführt
wird,
- das vom Bypass kommende Kühlmittel über den Bypass-Stutzen (24) in einem stromab
vom Saugstutzen (22) liegenden Bereich (42) zugeführt wird,
- das Kühlmittel über den Druckstutzen (34) in einem stromab vom Bypass-Stutzen (24)
liegenden Bereich (42) weggeführt wird, und
- lediglich das durch den Saugstutzen (22) als Zulauf (ZK) vom Kühler (6) heran geförderte
Kühlmittel (KZK) in einer Mantelströmung (50), durch einen, insbesondere von der Außenwand
(52) des Pumpenmotorgehäuses (28) und der zugewandten Innenwand (54) des Pumpengehäuses
(14) und/oder der zugewandten Innenwand (60) des Wegeventils (40) begrenzten, Strömungskanal
(56), am Pumpenmotor (26) vorbei geführt wird.
1. A coolant pump (1) for a coolant circuit (2) of an automotive internal combustion
engine (10) including at least a radiator circuit (4) and a bypass circuit (8), which
comprises:
- a coolant pump housing (14) having an intake pipe (22) for the supply (ZK) from
the radiator (6), a bypass pipe (24) for the supply (ZB) from the bypass circuit (8),
and a pressure pipe (34) for the supply (ZM) of coolant to the automotive vehicle
engine (10),
- a coolant pump electric motor (26) arranged in the coolant pump housing (14), the
motor housing (28) of which is situated in the coolant flow, and which drives a pump
impeller (32) through the intermediary of a pump shaft (30), and
- a directional control valve (40) integrated into the coolant pump housing (14),
characterized in that
- the intake pipe (22) is arranged in the area (42) of the end (44) of the pump motor
(26) facing away from the pump impeller (32),
- the bypass pipe (24) is arranged in an area (42) situated downstream of the intake
pipe (22),
- the pressure pipe (34) is arranged in an area (42) situated downstream of the bypass
pipe (24), and
- only the coolant (KZK) that can be taken in by the intake pipe (22) as a supply
(ZK) from the radiator (6) may be taken past the pump motor (26) in a peripheral flow
(50) through a flow channel (56) preferentially defined by the outer wall (52) of
the pump motor housing (28) and the facing inner wall (54) of the pump housing (14)
and/or the facing inner wall (60) of the directional control valve (40).
2. The coolant pump (1) in accordance with claim 1, characterized in that the coolant (KZB) of the bypass circuit (8) that may be taken in through the bypass
pipe (24) may be admixed to the coolant (KZK) arriving from the radiator circuit (4)
with the aid of the directional control valve (40), wherein an outlet (62) of the
bypass pipe (24) adapted to be opened and closed again with the aid of the directional
control valve (40) is disposed in an area (42) upstream of the pump impeller (32).
3. The coolant pump (1) in accordance with claim 2, characterized in that the outlet (62) of the directional control valve (40) is disposed in an area (42)
between the pump impeller (32) and the downstream end (64) of the flow channel (56).
4. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 3, characterized in that the pump motor (26) and the pump shaft (30) are arranged coaxially with the longitudinal
axis X of the pump housing (14).
5. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 4, characterized in that the flow channel (56) defined by the outer wall (52) of the motor housing (28) enclosing
the pump motor (26) and the facing inner wall (54) of the pump housing (14) and/or
the facing inner wall (60) of the directional control valve (40) has an annular cross-section
through which the coolant (KZK) that can be taken in through the intake pipe (22)
for the supply (ZK) from the radiator (6) may be taken past the pump motor (26) in
a peripheral flow (56) annularly enclosing the motor housing (28).
6. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 5, characterized in that the flow channel (56) has a cross-section (66) that is constant in the direction
of flow, wherein a constriction from the diameter present at the end of the flow channel
(56) to the inner diameter (70) of the pressure pipe (34) takes place from the downstream
end (68) of the pump motor (26) to the pump impeller (32).
7. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 6, characterized in that the directional control valve (40) may be switched continuously from a closed position
of "bypass closed" into an open position of "bypass open."
8. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 7, characterized in that the directional control valve (40) has the form of a valve spool (72) slidingly displaceable
in the longitudinal direction X of the coolant pump (1).
9. The coolant pump (1) in accordance with claim 8, characterized in that the valve spool has the form of a cylindrical sleeve (72).
10. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 8 or 9, characterized in that the valve spool (72) may be displaced by an actuator such as, e.g., an operating
solenoid (76), a thermally expandable element (112), a hydrostatic pressure member,
etc.
11. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 8 to 10, characterized in that the valve spool (72) has downstream in the area of the outlet (62) a radially inner,
annular peripheral seal (86), which in the closed postion, "bypass closed", of the
directional control valve (40) sealingly closes the outlet (62) thereof by means of
an end face (88) against an annular seal seat (90) of the pump housing (14), and/or
in the open condition, "bypass open", sealingly closes the flow channel (56) by means
of a radially inwardly directed seal lip (92) against the pump motor housing (28)
or the pump shaft housing (94).
12. The coolant pump (1) in accordance with claim 11, characterized in that the radially inwardly directed surface of the seal (86) has a contour corresponding
to the opposite contour of the motor housing (28) or of the pump shaft housing (94).
13. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 8 to 12, characterized in that the operating solenoid (76) of the valve spool (72) includes an armature (74) formed
by the cylindrical sleeve of the valve spool (72).
14. The coolant pump (1) in accordance with claim 13, characterized in that the operating solenoid (76) includes a coil carrier (78) arranged in the pump housing
(14) and enclosing the armature (74).
15. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 14, characterized in that downstream following the bypass pipe (24) and still upstream of the pump impeller
(32), a return flow (38), e.g. for a heating circuit, a transmission oil heat exchanger,
a lubricant oil heat exchanger, a cylinder block cooling circuit or the like, merges
into the pump housing (14).
16. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 15, characterized in that the pump housing (14) is constructed in two parts (16, 18).
17. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 16, characterized in that the operating solenoid (76) has coil terminals (96) oriented in the longitudinal
direction X, which may by means of correlating terminals (98) be taken into contact
with control means (100) accommodated in the other housing part (18) such as a CPU
etc., upon joining together the two housing parts (16, 18).
18. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 17, characterized in that in addition to driving the pump impeller (32) by the coolant pump electric motor
(26), a drive wheel (106) is provided which is arranged coaxially with the pump shaft
(30) externally of the pump housing (14) and coupled to the pump shaft (30) via a
free-wheel (108).
19. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 18, characterized in that the thermally expandable element (112) is in operative connection with the directional
control valve (40) via connection lines (122, 124) such that the directional control
valve (40) may be switched hydraulically through a volume change of the thermally
expandable element (112).
20. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 19, characterized in that the thermally expandable element (112) is formed of wax, the temperature-dependent
volume change of which may be transferred to the hydraulically actuatable valve spool
(72) via a separate coolant (120) and connection lines (122, 124).
21. The coolant pump (1) in accordance with any one of claims 1 to 20, characterized in that the thermally expandable element (112) formed of wax is arranged in an area adjacent
the pressure pipe (34) in the pump housing (14) and is separated from the associated,
separate coolant (120) through a diaphragm (116), such that a temperature-dependent
volume change of the thermally expandable element (112) may be transferred to the
coolant (120), which in turn may be displaced via the connection lines (122, 124)
into a cylinder chamber (126) of the valve spool (72) thus adapted to be actuated
hydraulically.
22. A method for conveying coolant by means of a coolant pump (1) for a coolant circuit
(2) of an automotive internal combustion engine (10) comprising at least a radiator
circuit (4) and a bypass circuit (8), comprising the steps:
- supplying the coolant from the radiator (6) to the coolant pump (1) through an intake
pipe (22) of the coolant pump housing (14) for the supply (ZK),
- supplying the coolant from the bypass circuit (8) to the coolant pump (1) of the
coolant pump housing (14) through a bypass pipe (24) for the supply (ZB),
- returning the coolant from the coolant pump (1) to the automotive vehicle engine
(10) through a pressure pipe (34) for the coolant return (ZM),
- circulating the coolant (1) by means of a pump impeller (32) arranged in the coolant
pump housing (14) and driven by a coolant pump electric motor (26) via a pump shaft
(30), wherein the engine (26) is situated in a flow of the coolant,
- adjusting the mixing ratio of the coolant flows circulating through the coolant
pump by means of a directional control valve (40) integrated into the coolant pump
housing (14),
characterized in that
- the coolant arriving from the radiator (6) is supplied via the intake pipe (22)
in the area (42) of the end (44) of the pump motor (26) facing away from the pump
impeller (32),
- the coolant arriving from the bypass is supplied via the bypass pipe (24) in an
area (42) located downstream of the intake pipe (22),
- the coolant is taken away via the pressure pipe (34) in an area (42) located downstream
of the bypass pipe (24), and
- only the coolant (KZK) supplied from the radiator (6) through the intake pipe (22)
as a supply (ZK) is taken in a peripheral flow (50) past the pump motor (26) through
a flow channel (56) preferentially defined by the outer wall (52) of the pump motor
housing (28) and the facing inner wall (54) of the pump housing (14) and/or the facing
inner wall (60) of the directional control valve (40).
1. Pompe de fluide réfrigérant (1) pour un circuit de fluide réfrigérant (2) d'un moteur
à combustion interne de véhicule (10) comportant au moins un circuit de radiateur
(4) et un circuit de dérivation (8), avec :
- un carter de pompe de fluide réfrigérant (14) qui comporte une tubulure d'aspiration
(22) pour l'amenée (ZK) à partir du radiateur (6), une tubulure de dérivation (24)
pour l'amenée (ZB) à partir du circuit de dérivation (8) et une tubulure de refoulement
(34) pour l'alimentation (ZM) du fluide réfrigérant au moteur du véhicule automobile
(10),
- un moteur électrique de pompe de fluide réfrigérant (26) placé dans le carter de
pompe de fluide réfrigérant (14) dont le carter de moteur (28) est parcouru par le
fluide réfrigérant et qui entraîne un rotor de pompe (32) par l'intermédiaire d'un
arbre de pompe (30), et
- un distributeur (40) intégré dans le carter de pompe de fluide réfrigérant (14),
caractérisée en ce que
- la tubulure d'aspiration (22) est disposée dans la zone (42) d'extrémité (44) du
moteur de pompe (26) opposée au rotor de pompe (32),
- la tubulure de dérivation (24) est disposée dans une zone (42) située en aval de
la tubulure d'aspiration (22),
- la tubulure de refoulement (34) est disposée dans une zone (42) située en aval de
la tubulure de dérivation (24), et
- seul le fluide réfrigérant (KZK) qui peut être aspiré à travers la tubulure d'aspiration
(22) sous forme d'amenée (ZK) à partir du radiateur (6) peut passer devant le moteur
de pompe (26) dans un flux de chemise (50), à travers un canal d'écoulement (56) délimité,
en particulier, par la paroi extérieure (52) du carter de moteur de pompe (28) et
la paroi intérieure (54) du carter de pompe (14) dirigée vers elle et/ou la paroi
intérieure (60) du distributeur (40) dirigée vers elle.
2. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide réfrigérant (KZK) du circuit de dérivation (8) qui peut être aspiré à travers
la tubulure de dérivation (24) peut être mélangé au fluide réfrigérant (KZK) venant
du circuit de radiateur (4) par le distributeur (40), un orifice (62) de la tubulure
de dérivation (24), qui peut être ouvert et refermé avec le distributeur (40), étant
disposé dans une zone (42) en amont du rotor de pompe (32).
3. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'orifice (62) du distributeur (40) se trouve dans une zone (42) entre le rotor de
pompe (32) et l'extrémité (64) du canal d'écoulement (56) se trouvant en aval.
4. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le moteur de pompe (26) et l'arbre de pompe (30) sont disposés coaxialement à l'axe
longitudinal X du carter de pompe (14).
5. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le canal d'écoulement (56) délimité par la paroi extérieure (52) du carter de moteur
(28) entourant le moteur de pompe (26) et la paroi intérieure (54) du carter de pompe
(14) dirigée vers elle et/ou la paroi intérieure (60) du distributeur (40) dirigée
vers elle présente une section transversale annulaire à travers laquelle le fluide
réfrigérant (KZK), qui peut être aspiré à travers la tubulure d'aspiration (22) pour
l'amenée (ZK) à partir du radiateur (6), peut passer devant le moteur de pompe (26)
dans un flux de chemise (56) entourant le carter de moteur (28) en forme d'anneau.
6. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le canal d'écoulement (56) présente une section transversale (66) constante dans
le sens d'écoulement, un rétrécissement du plus grand diamètre à l'extrémité du canal
d'écoulement (56), jusqu'au diamètre intérieur (70) de la tubulure de refoulement
(34), étant réalisé entre l'extrémité (68) du moteur de pompe (26) se trouvant en
aval et le rotor de pompe (32).
7. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le distributeur (40) peut être commuté en continu entre une position fermée "dérivation
fermée" et une position ouverte "dérivation ouverte".
8. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le distributeur (40) est un tiroir de soupape (72) déplaçable dans la direction longitudinale
X de la pompe de fluide réfrigérant (1).
9. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce que le tiroir de soupape est réalisé sous forme d'une douille cylindrique (72).
10. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9,
caractérisée en ce que le tiroir de soupape (72) est déplaçable au moyen d'un actionneur, comme par exemple
un électroaimant de commande (76), un élément en matériau dilatable (112), un élément
de pression hydrostatique ou un autre élément du même genre.
11. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10,
caractérisée en ce que le tiroir de soupape (72) comporte, an aval dans la zone de l'orifice (62), une garniture
d'étanchéité (86) annulaire rotative placée radialement à l'intérieur qui, à l'état
fermé "dérivation fermée" du distributeur (40), obture de manière étanche l'orifice
(62) de ce dernier contre un siège de garniture d'étanchéité annulaire (90) du carter
de pompe (14) à l'aide d'une surface de contact (88) et/ou qui, à l'état ouvert "dérivation
ouverte" du distributeur (40), obture de manière étanche le canal d'écoulement (56)
contre le carter de moteur de pompe (28) ou le carter d'arbre de pompe (94) à l'aide
d'une lèvre d'étanchéité (92) dirigée radialement vers l'intérieur.
12. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon la revendication 11, caractérisée en ce que la surface de la garniture d'étanchéité (86) dirigée radialement vers l'intérieur
présente un profil correspondant au profil opposé du carter de moteur (28) ou du carter
d'arbre de pompe (94).
13. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 8 à 12,
caractérisée en ce que l'électroaimant de commande (76) du distributeur (72) comporte un induit (74) qui
est formé par la douille cylindrique du tiroir de soupape (72).
14. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'électroaimant de commande (76) entoure un support de bobine (78) disposé dans le
carter de pompe (14) qui entoure l'induit (74).
15. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14,
caractérisée en ce qu'un retour (38), par exemple pour un circuit de chauffage, un échangeur de chaleur
d'huile d'engrenages, un échangeur de chaleur d'huile de lubrification, un circuit
de refroidissement de bloc-cylindres ou un autre élément du même genre, débouche dans
le carter de pompe (14), en aval après la tubulure de dérivation (24) et avant le
rotor de pompe (32).
16. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15,
caractérisée en ce que le carter de pompe (14) est constitué de deux parties (16, 18).
17. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16,
caractérisée en ce que l'électroaimant de commande (76) comporte des contacts de bobine (96) orientés dans
la direction longitudinale X qui, lors de l'assemblage des deux parties de carter
(16, 18), peuvent être mis en contact avec un dispositif de réglage (100) installé
dans l'autre partie du carter (18), comme par exemple une CPU ou un autre dispositif
du même genre, au moyen de contacts corrélés (98).
18. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 17,
caractérisée en ce que, en plus de l'entraînement du rotor de pompe (32) par le moteur électrique de pompe
de fluide réfrigérant (26), il est prévu une roue d'entraînement (106) disposée coaxialement
à l'arbre de pompe (30) à l'extérieur du carter de pompe (14) qui est couplée à l'arbre
de pompe (30) par une roue libre (108).
19. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 18,
caractérisée en ce que l'élément en matériau dilatable (112) est en relation active avec le distributeur
(40) au moyen de conduits de raccordement (122, 124) de telle manière que le distributeur
(40) peut être commuté hydrauliquement par une variation de volume de l'élément en
matériau dilatable (112).
20. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 19,
caractérisée en ce que l'élément en matériau dilatable (112) est constitué de cire dont la variation de
volume en fonction de la température peut être transmise au distributeur (72) commandé
hydrauliquement au moyen d'un fluide réfrigérant séparé (120) et de conduits de raccordement
(122, 124).
21. Pompe de fluide réfrigérant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 20,
caractérisée en ce que l'élément en matériau dilatable (112) constitué de cire est disposé dans une zone
dans le carter de pompe (14) adjacente à la tubulure de refoulement (34) et séparé
du fluide réfrigérant (120) associé, séparé, à l'aide d'une membrane (116) de telle
manière qu'une variation de volume de l'élément en matériau dilatable (112) en fonction
de la température peut être transmise au fluide réfrigérant (120) qui est lui-même
déplaçable dans un compartiment de cylindre (126) du distributeur (72) ainsi commandé
hydrauliquement au moyen de conduits de raccordement (122, 124).
22. Procédé pour le transport de fluide réfrigérant avec une pompe de fluide réfrigérant
(1) pour un circuit de fluide réfrigérant (2) d'un moteur à combustion interne de
véhicule (10) comportant au moins un circuit de radiateur (4) et un circuit de dérivation
(8), avec les étapes suivantes :
- alimentation du fluide réfrigérant entre le radiateur (6) et la pompe de fluide
réfrigérant (1) à travers une tubulure d'aspiration (22) du carter de pompe de fluide
réfrigérant (14) pour l'amenée (ZK),
- alimentation du fluide réfrigérant entre le circuit de dérivation (8) et la pompe
de fluide réfrigérant (1) à travers une tubulure de dérivation (24) du carter de pompe
de fluide réfrigérant (14) pour l'amenée (ZB),
- retour du fluide réfrigérant entre la pompe de fluide réfrigérant (1) et le moteur
à combustion interne de véhicule (10) à travers une tubulure de refoulement (34) pour
le recyclage du fluide réfrigérant (ZM),
- recirculation du fluide réfrigérant (1) avec un rotor (32) disposée dans le carter
de pompe de fluide réfrigérant (14) qui est entraînée par un moteur électrique de
pompe de fluide réfrigérant (26) au moyen d'un arbre de pompe (30), le moteur (26)
étant parcouru par le fluide réfrigérant,
- réglage du rapport de mélange des flux de fluide réfrigérant circulant à travers
la pompe de fluide réfrigérant avec un distributeur (40) intégré dans le carter de
pompe de fluide réfrigérant (14),
caractérisé en ce que
- le fluide réfrigérant provenant du radiateur (6) est alimenté dans la zone (42)
de l'extrémité (44) du moteur de pompe (26) opposée à la roue à aubes de pompe (32)
au moyen de la tubulure d'aspiration (22),
- le fluide réfrigérant provenant de la dérivation est alimenté dans une zone (42)
située en aval de la tubulure d'aspiration (22) au moyen de la tubulure de dérivation
(24),
- le fluide réfrigérant est évacué au moyen de la tubulure de refoulement (34) dans
une zone (42) située en aval de la tubulure de dérivation (24), et
- seul le fluide réfrigérant (KZK) transporté à travers la tubulure d'aspiration (22)
sous forme d'amenée (ZK) à partir du radiateur (6) passe devant le moteur de pompe
(26) dans un flux de chemise (50), à travers un canal d'écoulement (56) délimité,
en particulier, par la paroi extérieure (52) du carter de moteur de pompe (28) et
la paroi intérieure (54) du carter de pompe (14) dirigée vers elle et/ou la paroi
intérieure (60) du distributeur (40) dirigée vers elle.