可無級調節的冷卻介質泵的製作方法

2023-07-03 19:35:46

可無級調節的冷卻介質泵的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於內燃機的冷卻迴路的冷卻介質泵，其具有泵殼體（1），在泵殼體（1）內支承著可驅動的軸（2a），在軸（2a）的一個端部固定著葉輪（4），葉輪（4）具有朝吸入腔（7）內突入的葉片（6）並與蓋盤（9）連接。通過葉輪（4）與蓋盤（9）一起旋轉，使得流體可經過泵殼體（1）的吸入管接頭（10）吸入到吸入腔（7）內並可經過葉片（6）輸送到泵殼體（1）內。在葉輪（4）和蓋盤（9）之間布置著可通過調整單元（3）軸向位移的導向盤（12），導向盤（12）具有與葉輪（4）對應的輪廓以及朝葉輪（4）的方向取向的懸伸部（13）。其特徵在於，導向盤（12）具有至少一個開口（11），葉輪（4）具有指嚮導向盤（12）的關閉輪廓（5），並且其中，關閉輪廓（5）可與導向盤（12）的開口（11）中的一個咬合，並部分或全部關閉該開口。
【專利說明】可無級調節的冷卻介質泵
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於內燃機的冷卻迴路的具有泵殼體的冷卻介質泵。在泵殼體內支承有可驅動的軸，在軸的端部固定有葉輪，葉輪具有朝吸入腔內突入的葉片並與蓋盤連接。由於蓋盤和具有葉片的葉輪的旋轉，使得流體經過泵殼體的吸入管接頭被吸入到吸入腔內並經過葉片進ー步被輸送到泵殼體內。在葉輪和蓋盤之間布置著可通過調整單元軸向位移的導向盤。導向盤具有與葉輪對應的輪廓以及朝向葉輪的懸伸部。
【背景技術】
[0002]為了實現內燃機的快速加熱並且有針對性地調整發動機溫度，冷卻介質泵應是可通斷的且在最佳情況下是可調節的。這通過調整排量來有針對性地實現。為了設定輸送流或者體積流，在葉輪內部的導向盤軸向地在泵內位移。這必須經過促動器發生，該促動器儘可能地結構空間中等地、優選在軸向方向上構建。根據上述類型的冷卻介質泵由文獻DE102008046424A1 被公開。
[0003]試驗表明，作用到導向盤施加的液壓合力根據轉速、伺服定位(StelIposition)和泵實施可以認為超過150N。這種カ需求必須由促動器施加，該促動器在所有的轉速、溫度和重複頻度的情況下必須保證導向盤的校正。這種情況取決於有關促動機構的一定的大小或者一定的基本原理。由於該原因，通常應用具有高的結構空間需求的較昂貴的促動器。

【發明內容】

[0004]本發明基於以下任務，S卩，提供ー種可通斷的或者可調節的冷卻介質泵，它的促動器不需要額外的成本或者結構空間來施加用於調節導向盤的力。
[0005]根據本發明，該任務是這樣解決的，即，導向盤具有至少ー個開ロ。通過存在的開ロ，減少了在導向盤前側與導向盤後側之間的有效壓カ差，這又減少了為使導向盤位移所需要的軸向力。減輕了在導向盤前側與導向盤後側之間的流體交換
Slroiiumgsaustausch.)=在導向盤後面徑向被輸送的流體具有葉輪典型的離心壓力。與
在通過孔進入後在軸向碰到葉輪後壁上出現的一定的淤塞部分(Stauanteil)—起，在導向盤後面產生ー個平均壓力。處於壓力下的流體因此具有ー個分力，該分力在「關閉導向盤」方向上被導向。「關閉導向盤」方向描繪了導向盤在蓋盤方向上的軸向位移。這導致在「打開導向盤」方向上的合力減少。「打開導向盤」方向描繪了導向盤在葉輪方向上的軸向位移。由此，促動器在其移動功能中，針對要施加的力被去負載。
[0006]證明是有利的是，在導向盤內開設ー個以上的開ロ。在該情況下，這些開ロ具有不同的形狀，例如為了充分利用流動效果的流動優化的形狀以及徑向的或者位於圓周方向上的在導向盤上延伸的開ロ，或者為了更有利地製造的生產優化的形狀。不依賴於實施方式地，開ロ的作用最充分的布置是在靠近導向盤轉動軸線的範圍內。
[0007]此外，在圖4的圖示中示出，流體力依賴於導向盤的開度。在理想情況下，流體力為零，由此，促動器可以無附加的力消耗地軸向移動導向盤。對於沒有開ロ的導向盤，從圖中得知，不能實現零的流體力。開口數目越高，力水平下降得就越快。不過該圖也示出，力水平從導向盤的一定的開度以及一定的開口數目起具有負號。負的力水平或者負的流體力意味著，導向盤在蓋盤的方向上移動並因此將流體流抑制在水泵之內。這是要避免的。因此，促動器可以被施加足夠的カ來克服負的流體力，促動器必須更強大或者尺寸更大，這又將引起附加的成本。
[0008]為了阻止這一點，調整單元可以可選地具有彈簧。彈簧在此使得導向盤間接地經過軸在「打開導向盤」方向上被施加壓力。該實施方式是ー種失效保險解決方案。當促動器失效並且導向盤由於ー個負流體力在「關閉導向盤」方向上被牽引時，這導致冷卻介質流的減少，彈簧產生一個反壓力，以便防止導向盤關閉。不過在該實施方式中，必須將總的カ曲線提高彈簧的預張緊那麼多。由此，部分地又抵消了先前獲得的力減少。
[0009]為了可以應用常用的且低成本的促動器，相應地調諧導向盤的開度以及導向盤內的開口數目，被證明是有利的。由此，假設設定ー個作用於導向盤的20N — 50N的流體力，該流體力在葉輪方向上按壓導向盤並因此打開冷卻介質泵。由此，應阻止負的流體力，這又使故障安全彈簧的應用多餘。因此在本發明的具體化中提出，葉輪具有附加的關閉輪廓，該關閉輪廓朝導向盤的方向指向，並且關閉輪廓可與導向盤的至少ー個開ロ接合併部分或全部關閉該開ロ。
[0010]此外設置為，關閉輪廓具有ー個以上的關閉元件。各個關閉元件可以在它們的尺寸(長度、曲率、斜率、直徑)上彼此不同。
[0011]關閉元件可以呈錐形地實施，即，關閉元件在向著葉輪朝蓋盤的方向上逐漸變細。
[0012]本發明的另一可行性在於，關閉元件呈葉片狀地實施。例如作為被布置在葉輪上的、被安置在圓周方向上的具有可變高度的錸狀體或者還有被安置在徑向方向上的具有可變高度的翼片，它們又可以直接地布置在葉輪的葉片上。
[0013]根據本發明的另ー優選設計規定的是，調整単元包括促動器，該促動器不依賴於葉輪的轉速而促動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]在圖1至圖4中示出了本發明的實施例，以下對其進行詳細說明，其中，本發明不限定於這些實施例。在附圖中:
[0015]圖1示出導向盤關閉的以及在導向盤內開設開ロ的可調節的冷卻介質泵的剖面圖；
[0016]圖2a示出其開ロ未關閉的導向盤的示意圖；
[0017]圖2b示出其中開ロ由關閉元件(錸狀體)關閉的導向盤的示意圖；
[0018]圖2c示出其開ロ未關閉的導向盤的示意圖；
[0019]圖2d示出開ロ由關閉元件(翼片)關閉的導向盤的示意圖；
[0020]圖3示出具有錐形的關閉元件的導向盤的詳圖；以及
[0021]圖4示出依賴於導向盤的開口數目和開度的不同流體カ曲線的圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1示出用於內燃機的冷卻迴路的冷卻介質泵，其具有泵殼體I。在泵殼體I內支承有可驅動的軸2a，在軸2a的一個端部固定著葉輪4。葉輪4具有朝吸入腔7內突入的葉片6。葉輪4和蓋盤9相互連接。在葉輪4旋轉時，流體經過泵殼體I的吸入管接頭10被輸送到吸入腔7內。在葉輪4與蓋盤9之間布置著可通過調整単元3軸向位移的導向盤
12。導向盤12具有與葉輪4對應的輪廓以及朝葉輪4的方向取向的懸伸部13。為了實現內燃機的快速加熱並有針對性地調整發動機溫度，冷卻介質泵必須是可調節的或者可通斷的。對此，符合需求地調整體積流量。為了調整體積流量，導向盤12軸向地在泵殼體I內位移。在葉輪4和蓋盤9之間內部位移的導向盤12改變開度並因此控制體積流量的流通。調整單元3不僅包括軸2a和可在軸2a內軸向位移的推桿2b，而且包括促動推桿2b的促動器14。推桿2b與導向盤12形成直接連接。導向盤12的位移由促動器14控制。促動器14應儘可能地結構空間中等地被集成到冷卻介質泵內。由於這種原因，需要將由於體積流量而在導向盤12上的合力保持得儘量小，以便也可以以結構空間有利的方式選出促動器
14。由此現在可以減小對導向盤12以及因此對促動器14的力水平，根據本發明，在導向盤12內開設開ロ 11。通過開設開ロ 11，減小了在導向盤前側(面向蓋盤的面)與導向盤後側(背向葉輪的面)之間的有效壓カ差。這又導致體積流量的作用於導向盤12上的流體力的減小。因此，減輕了在導向盤前側與導向盤後側之間的流體交換。此外，被徑向輸送的流體在導向盤後側產生ー個壓カ墊。該壓カ導致ー個在「關閉導向盤」方向上的力分量，這又減少了在「打開導向盤」方向上的合力並由此將促動器14在其移動功能中卸載。當導向盤前側貼靠在蓋盤9上並且不再會有體積流量流動時，導向盤12被關閉。導向盤12的開度是流經冷卻介質泵的體積流量的標誌。從圖4的圖中可以看出在導向盤12內開設的開ロ 11的數目、導向盤12的開度以及作用於導向盤12上的流體力之間的關聯。隨著開ロ 11數目的増加，在導向盤12的開度相同時，力曲線下降。然而，從確定的開度起，カ曲線部分地轉回到負。這導致在「關閉導向盤」方向上的力作用於導向盤12，因此需要ー種「故障安全解決方案」。這意味著，只要還需要發動機的冷卻，就不許無意地關閉導向盤12。對此ー種解決方案是使用附加的彈簧8。該彈簧被裝入在調整單元3內並作用於推桿2b。該彈簧8必須具有預張緊，從而即使在促動器14失效時導向盤12也經過推桿2b在葉輪4的方向上位移回到初始位置。為了通過所謂的「故障安全彈簧」再次消除該負力，必須圍繞該彈簧8的預張緊提高總的力曲線。這又導致通過開ロ 11實現的力減少部分地再次損失。這導致必須使用功率強大的且因此佔據較大的結構空間的促動器14。
[0023]作為根據本發明的改進方案，因此提出導向盤12的依賴於開度的可變通斷的開ロ 11。這通過關閉輪廓5來實現，關閉輪廓5被裝入到設有葉片6的葉輪4內。如圖2至圖3所示的那樣，這可以裝入到葉輪4的鋼嵌入件內或者葉輪的擠壓包封內或者也可以在葉輪的葉片本身內。通過使導向盤12在葉輪4的方向上軸向移動，呈葉片狀構成的關閉元件5a咬合在ー個或多個與其對應的開ロ 11內並關閉該開ロ 11。在圖4中所示的圖中示出理想化的カ曲線20。理想化的カ曲線20表明了對導向盤12的幾乎保持相同的力作用，不依賴於其開度。該理想化的力曲線20隻有當在達到各自標出的工作點Sx後「跳」到最近安置的工作點時才被轉換。這通過改變導向盤12的開ロ 11的數目、以及導向盤12的開度來實現。
[0024]這通過導向盤12的開ロ 11的無級開通來轉換，以便實現力水平的「柔和的」、平穩的、非突然的改變。非突然的調整對導向盤位置的控制/調節的質量起到積極作用，因為不會發生突然的力彈跳以及因此的位置彈跳。基於關閉輪廓5的幾何形狀以及導向盤12內的開ロ 11的數目可以實現這種無彈跳地開通
[0025]這樣無級地開通開ロ 11通過關閉元件5a的特殊設計來實現。允許這一點的不僅是關閉元件的錐形形狀，而且是其高度升高的葉片狀形狀。關閉元件5a部分地咬合到在葉輪4和蓋盤9之間軸向位移的導向盤12的開ロ 11內。基於位移的導向盤12而使開度改變，並且由於關閉輪廓5還使得要麼部分地要麼完全地開通或關閉不同數目的開ロ 11。圖2b和圖2d示出在打開位置中帶有關閉的開ロ 11的導向盤12。這在圖中對應於從100%開度直到工作點SI的工作範圍。當導向盤12進ー步在「關閉」方向上位移時，開ロ 11由於高度升高的關閉元件5a而被無級地開通。因此更多開ロ逐漸地被開通。這在圖中對應於在工作點SI至S2之間以及還有在工作點S2至S3之間的工作範圍。圖2a和圖2c示出了帶有未關閉的開ロ 11的、在關閉狀態下的導向盤12。這在圖中根據開度而對應於在工作點S3至S4或者0%開度之間的工作範圍。
[0026]附圖標記列表
[0027]I泵殼體
[0028]2a 軸
[0029]2b推桿
[0030]3調整單元
[0031]4葉輪
[0032]5 關閉輪廓
[0033]5a關閉元件
[0034]6葉片
[0035]7吸入腔
[0036]8彈簧
[0037]9蓋盤
[0038]10吸入管接頭
[0039]11開ロ
[0040]12導向盤
[0041]13懸伸部
[0042]14促動器
[0043]20理想化的カ曲線
[0044]SI工作點I
[0045]S2工作點2
[0046]S3工作點3
[0047]S4工作點4
【權利要求】
1.一種用於內燃機的冷卻迴路的冷卻介質泵，所述冷卻介質泵具有泵殼體(I)，在所述泵殼體(I)內支承有可驅動的軸(2a)，在所述軸(2a)的一個端部固定著葉輪(4)，所述葉輪(4)具有朝吸入腔(7)內突入的葉片(6)並與蓋盤(9)連接，其中，通過所述葉輪(4)與所述蓋盤(9) 一起旋轉，流體能夠經過所述泵殼體(I)的吸入管接頭(10)被吸入到所述吸入腔(7)內井能夠經過所述葉片(6)輸送到所述泵殼體(I)內，其中，在所述葉輪(4)和所述蓋盤(9)之間布置著能夠通過調整單元(3)軸向位移的導向盤(12)，所述導向盤(12)具有與所述葉輪(4)對應的輪廓以及朝向所述葉輪(4)的懸伸部(13)，其特徵在於，所述導向盤(12)具有至少ー個開ロ(11)。
2.根據權利要求1所述的冷卻介質泵，其特徵在於，所述葉輪(4)具有關閉輪廓(5)，所述關閉輪廓(5)指向所述導向盤(12)。
3.根據權利要求2所述的冷卻介質泵，其特徵在於，所述關閉輪廓(5)能夠與所述導向盤(12)的開ロ( 11)之一咬合併部分或全部關閉該開ロ。
4.根據權利要求2所述的冷卻介質泵，其特徵在於，所述關閉輪廓(5)具有ー個以上的關閉元件(5a)，其中，所述各個關閉元件(5a)的尺寸能夠彼此不同。
5.根據權利要求4所述的冷卻介質泵，其特徵在於，所述關閉元件(5a)呈葉片狀地實施。
6.根據權利要求4所述的冷卻介質泵，其特徵在於，所述關閉元件(5a)呈錐形地實施。
7.根據權利要求5和6所述的冷卻介質泵，其特徵在於，所述關閉輪廓(5)實現了所述開ロ(11)的無級關閉。
8.根據權利要求1所述的冷卻介質泵，其特徵在於，所述調整単元(3)包括促動器(14)，所述促動器(14)不依賴於所述葉輪(4)的轉速而促動。
9.根據權利要求1所述的冷卻介質泵，其特徵在於，所述調整単元(3)具有彈簧(8)，所述導向盤(12)通過所述彈簧(8)被調整回到初始位置。
【文檔編號】F04D15/00GK103597212SQ201280026098
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年3月15日 優先權日:2011年6月7日
【發明者】塞巴斯蒂安·赫斯特, 馬庫斯·波普, 卡斯滕·呂肯 申請人:謝夫勒科技股份兩合公司