DE102017200876A1

DE102017200876A1 - Elektrische Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102017200876A1
Application number: DE102017200876.8A
Authority: DE
Inventors: Swen-Juri Bauer; Michael Baumann; Andreas Grüner; Andrea Teubner
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN109790773A; WO2018086878A1; WO2018086886A1; US20190345868A1; US20190345867A1; CN109790773B; CN109844277B; US11156146B2; US10865695B2; DE102017200878A1; DE102017200874A1; WO2018086851A1; CN109844277A; US20190277183A1; CN109804146A; CN109804146B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe (1) mit einer auslassseitig und druckgesteuerten Ventileinrichtung (6) mit einem Kühlmitteleingang (3), einem ersten Kühlmittelausgang (4) und einem zweiten Kühlmittelausgang (5), wobei die Ventileinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe (1) und damit des Drucks (p) in einem Kühlmittel (2) zumindest den ersten und/oder zweiten Kühlmittelausgang (4, 5) öffnet oder schließt oder zumindest den ersten und zweiten Kühlmittelausgang (4, 5) gleichzeitig öffnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe zum Fördern eines Kühlmittels. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer derartigen Kühlmittelpumpe.
In modernen Kraftfahrzeugen wird zur Kühlung einer Brennkraftmaschine üblicherweise eine Kühlmittelpumpe eingesetzt, wobei die Kühlleistung üblicherweise über ein Thermostatventil gesteuert wird. Ein derartiges Thermostatventil kann beispielsweise bei lediglich geringer erforderlicher Kühlleistung einen, einen Kühler umgehenden Bypass öffnen. Ein derartiges Thermostatventil besitzt oftmals ein Dehnstoffelement, welches eine vergleichsweise einfache temperaturabhängige Steuerung ermöglicht.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kühlmittelpumpen ist jedoch, dass diese oftmals mit gleichbleibend hoher Leistung laufen und eine Steuerung ausschließlich über ein Thermostatventil erfolgt. Hierdurch wird für den Betrieb der Kühlmittelpumpe vergleichsweise viel Energie benötigt. Von weiterem und entscheidendem Nachteil ist, dass die bekannten Kühlmittelpumpen und die separat dazu angeordneten Thermostatventile einen vergleichsweise großen Bauraum benötigen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine elektrische Kühlmittelpumpe eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug eine Kühlmittelpumpe nicht mehr mit gleichbleibend hoher Last und damit vergleichsweise viel Energie aufwendig zu betreiben, sondern mehrere Leistungsstufen für die Kühlmittelpumpe in der Art von Betriebspunkten vorzusehen und zudem eine auslassseitig und druckgesteuerte Ventileinrichtung vorzusehen, die einen Kühlmittelstrom in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunktes der Kühlmittelpumpe steuert. Die erfindungsgemäße elektrische Kühlmittelpumpe dient in bekannter Weise zum Fördern eines Kühlmittels, beispielsweise im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, und ist zwischen mehreren Betriebspunkten verstellbar. Die elektrische Kühlmittelpumpe weist eine auslassseitig und druckgesteuerte Ventileinrichtung mit einem Kühlmitteleingang, einem ersten Kühlmittelausgang und einem zweiten Kühlmittelausgang auf, wobei die Ventileinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe und damit des Drucks p im Kühlmittel zumindest den ersten und/oder zweiten Kühlmittelausgang öffnet oder schließt oder zumindest den ersten und zweiten Kühlmittelausgang gleichzeitig öffnet, wobei die Ventileinrichtung bei einer bevorzugten Ausführungsform in die Kühlmittelpumpe integriert und dadurch bauraumoptimiert angeordnet oder separat zu dieser angeordnet ist. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Kühlmittelpumpe und die Ventileinrichtung eine gemeinsame Baugruppe bilden bzw. die Ventileinrichtung in die Kühlmittelpumpe integriert ist. Hierdurch kann insbesondere eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden, was in modernen Motorräumen und den damit einhergehenden, beengten Platzverhältnissen von großem Vorteil ist. Zudem kann eine derartige Kühlmittelpumpe auch bereits extern vorgefertigt werden und als komplett vormontierte Baugruppe in das Kraftfahrzeug eingesetzt werden, wodurch sich Montagevorteile ergeben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Kühlmittelpumpe im ersten Betriebspunkt abgeschaltet und der erste Kühlmittelausgang geöffnet. In diesem Fall ist somit der erste Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe gleichzusetzen mit einem Ausschaltzustand. Der erste Betriebspunkt wird dabei insbesondere während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine genutzt, in welcher eine zusätzliche Kühlung der Brennkraftmaschine unerwünscht ist. Ein zweiter Betriebspunkt stellt eine höhere Förderleistung zur Verfügung und dadurch beispielsweise einen Komfortmodus dar, in welchem lediglich eine mittlere Kühlleistung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, die beispielsweise auch über einen Wärmetauscher einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs erzielbar ist. Den dritten Betriebspunkt der Kühlpumpe stellt ein Kühlmodus dar, in welchem die Ventileinrichtung derart gestellt ist, dass der Kühlmittelstrom über einen Kühler, den Wärmetauscher und die Brennkraftmaschine zirkuliert. In einem vierten Betriebspunkt erfolgt ein Kühlmittelstrom zumindest verstärkt, vorzugsweise sogar ausschließlich über den Kühler, wodurch eine verstärkte Kühlung möglich ist. Durch die Auswahl der Betriebspunkte ist der hierfür aufzuwendende Energieeinsatz deutlich geringer, als bei einer konstant unter Volllast laufenden Kühlmittelpumpe, bei welcher beispielsweise während einer Kaltstartphase durch ein als Bypassventil ausgebildetes Ventil der Kühlmittelstrom am Kühler vorbeigeleitet wird.
Zweckmäßig weist die Ventileinrichtung einen Ventilkörper auf, der im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt, in der er den zweiten Kühlmittelausgang sperrt und den ersten Kühlmittelausgang freigibt. Der zweite Kühlmittelausgang ist dabei mit einem Kühler des Kraftfahrzeugs verbunden, während der erste Kühlmittelausgang beispielsweise mit dem Wärmetauscher einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Im zweiten Betriebspunkt und damit in der ersten Stellung des Ventilkörpers, in welcher lediglich eine mittlere Kühlleistung erforderlich ist, wird somit der Kühlmittelstrom nicht über den Kühler des Kraftfahrzeugs geleitet. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung einen Ventilkörper aufweist, der im dritten Betriebspunkt eine zweite Stellung einnimmt, in welcher er den ersten Kühlmittelausgang und den zweiten Kühlmittelausgang freigibt. Im dritten Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe und damit in der zweiten Stellung des Ventilkörpers bewirkt dieser somit einen Kühlmittelstrom, der über den Kühler, den Wärmetauscher und die Brennkraftmaschine zirkuliert. Die zweite Stellung nimmt der Ventilkörper dabei allein durch den im dritten Betriebspunkt erhöhten Druck des Kühlmittels ein. Im vierten Betriebspunkt nimmt der Ventilkörper eine dritte Stellung ein, in welcher er den ersten Kühlmittelausgang sperrt und den zweiten Kühlmittelausgang freigibt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Federeinrichtung vorgesehen, die den Ventilkörper in seine erste Stellung vorspannt. Zum Verstellen des Ventilkörpers zwischen seiner ersten und zweiten Stellung muss somit der Kühlmitteldruck ansteigen, was üblicherweise ausschließlich dann erreicht wird, sofern die Kühlmittelpumpe von ihrem zweiten in ihren dritten Betriebspunkt verstellt wird. Der Kühlmitteldruck p wirkt dabei dem von der Federeinrichtung aufgebrachten Druck p_F entgegen.
Zweckmäßig sind ein Temperatursensor und eine kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung zur Steuerung der Betriebspunkte und damit der Leistung der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels vorgesehen. Um den jeweiligen Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe auswählen zu können, ist es erforderlich, einen Kühlbedarf zu ermitteln, was über den erfindungsgemäß vorgesehenen Temperatursensor und die erfindungsgemäß kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung möglich ist. Unterhalb einer bestimmten Kühlmitteltemperatur, beispielsweise während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, ist keine Kühlung des Kühlmittels und damit keine Kühlung der Brennkraftmaschine erwünscht, so dass in diesem Fall die Steuereinrichtung die Kühlmittelpumpe in ihren ersten Betriebspunkt verstellt, d.h. beispielsweise ausschaltet oder ausgeschaltet lässt. Steigt die Temperatur des Kühlmittels an, so kann die Steuereinrichtung dies über den Temperatursensor detektieren und verstellt entsprechend beispielsweise einem Kennfeld die Kühlmittelpumpe in ihren zweiten Betriebspunkt, in welchem eine mittlere Kühlleistung erreicht wird. Steigt die Last der Brennkraftmaschine stark an, beispielsweise bei einer Bergfahrt, so steigt auch die Temperatur des Kühlmittels an, woraufhin die Steuereinrichtung die Kühlmittelpumpe in ihren dritten Betriebspunkt verstellt, in welchem der Kühlmittelstrom über den Wärmetauscher und den Kühler und nicht wie im zweiten Betriebspunkt ausschließlich über beispielsweise einen Wärmetauscher einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs geleitet wird und dadurch eine deutlich erhöhte Kühlleistung zur Kühlung der Brennkraftmaschine erbringt. Steigt die Last der Brennkraftmaschine weiter an, so steigt auch die Temperatur des Kühlmittels an, woraufhin die Steuereinrichtung die Kühlmittelpumpe in ihren vierten Betriebspunkt verstellt, in welchem der Kühlmittelstrom vorzugsweise ausschließlich zumindest aber vermehrt über den Kühler und nicht wie im dritten Betriebspunkt zusätzlich noch über den Wärmetauscher der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs geleitet wird. Über den Temperatursensor und die kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung ist somit auch eine temperaturabhängige Steuerung der Betriebspunkte der Kühlmittelpumpe möglich.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Kühler, einem Wärmetauscher einer Klimaanlage und einer zuvor beschriebenen Kühlmittelpumpe auszustatten, wobei der Kühlmitteleingang und der erste Kühlmittelausgang mit der Brennkraftmaschine verbunden sind, während der zweite Kühlmittelausgang mit dem Kühler verbunden ist. Ein derart erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug erfordert zum Betrieb der Kühlmittelpumpe deutlich weniger elektrische Energie, als dies bei bislang konstant durchlaufenden Kühlmittelpumpen der Fall ist. Hierdurch kann jedoch nicht nur elektrische Energie, sondern auch Kraftstoff eingespart werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine erfindungsgemäße und teilweise geschnittene Kühlmittelpumpe mit einer Ventileinrichtung mit Ventilkörpern,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei anderer Ventileinrichtung,
3 eine Prinzipdarstellung einer Einbausituation der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,
4 eine Darstellung wie in 3, jedoch bei einer anderen Anordnung der Ventileinrichtung,
5 ein nicht unter die Erfindung fallendes Kühlsystem mit einer Kühlmittelpumpe mit drei Ventileinheiten.

Entsprechend den 1 bis 4, weist eine erfindungsgemäße elektrische Kühlmittelpumpe 1 zum Fördern eines Kühlmittels 2 eine auslassseitig und druckgesteuerte Ventileinrichtung 6 mit einem Kühlmitteleingang 3, einem ersten Kühlmittelausgang 4 und einem zweiten Kühlmittelausgang 5 auf. Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 ist dabei zwischen mehreren Betriebspunkten, insbesondere zwischen einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Betriebspunkt, verstellbar. Die Ventileinrichtung 6 ist dabei entweder in die Kühlmittelpumpe 1 integriert (vgl. 1 und 2) oder separat zu dieser angeordnet ist (vgl. 3 und 4) und derart ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunktes der Kühlmittelpumpe 1 und damit des Kühlmitteldrucks p den ersten oder zweiten Kühlmittelausgang 4, 5 öffnet und/oder schließt oder den ersten und zweiten Kühlmittelausgang 4, 5 gleichzeitig öffnet. Auslassseitig und druckgesteuert soll dabei heißen, dass an der Ventileinrichtung 6 die Kühlmittelausgänge 4, 5 mittels eines druckabhängig verstellbaren Ventilkörpers 7 öffenbar/schließbar sind.
Wie man den 1 und 2 entnehmen kann, bilden die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 und die Ventileinrichtung 6 eine gemeinsame Baugruppe 19, die im Vergleich zu bislang eingesetzten Kühlmittelpumpen mit separat dazu angeordneten Thermostatventilen deutlich kompakter baut und dadurch erhebliche Bauraumvorteile bietet.
Erreicht werden die Drücke in den jeweiligen Betriebspunkten durch eine entsprechende Drehzahl der Kühlmittelpumpe 1, so dass die Kühlmittelpumpe 1 im zweiten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der der erste Kühlmittelausgang 4 geöffnet und der zweite Kühlmittelausgang 5 verschlossen sind, wobei die Kühlmittelpumpe 1 im dritten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der der erste Kühlmittelausgang 4 und der zweite Kühlmittelausgang 5 geöffnet sind, und wobei die Kühlmittelpumpe 1 in einem vierten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der der erste Kühlmittelausgang 4 geschlossen und der zweite Kühlmittelausgang 5 geöffnet sind.
Zum Aufbau der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 6 wird im Folgenden auf die 2 und 4 verwiesen, woraus erkennbar ist, dass die Ventileinrichtung 6 einen Ventilkörper 7 besitzt, der in diesem Fall als verstellbarer Ventilkolben 8 ausgebildet ist und der im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt (ganz rechts), in welcher er den zweiten Kühlmittelausgang 5 sperrt und den ersten Kühlmittelausgang 4 freigibt. Im dritten Betriebspunkt hingegen, nimmt der Ventilkörper 7 eine zweite Stellung ein, in welcher er den ersten Kühlmittelausgang 4 und den zweiten Kühlmittelausgang 5 freigibt (vgl. 3 und 4). Im vierten Betriebspunkt nimmt der Ventilkörper 7 eine dritte Stellung ein, in welcher er den ersten Kühlmittelausgang 4 sperrt und den zweiten Kühlmittelausgang 5 freigibt. Darüber hinaus ist eine Federeinrichtung 9, beispielsweise eine einfache Schraubenfeder, vorgesehen, die den Ventilkörper 7 in seine erste Stellung vorspannt, in welcher der zweite Kühlmittelausgang 5 gesperrt ist. Die Federeinrichtung 9 übt dabei eine Kraft auf den Ventilkörper 7 aus, die bezogen auf dessen Fläche einem Druck p_F entspricht. Ebenfalls vorgesehen sein kann ein Temperatursensor 10 sowie eine kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung 11 zur Steuerung der Betriebspunkte der Kühlmittelpumpe 1 in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels 2. Die Ventileinrichtung 6 ist dabei stufenlos in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmittelpumpe 1 verstellbar. Selbstverständlich ist dabei alternativ auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 anstelle des als Ventilkolben 8 ausgebildeten Ventilkörpers 7 auch andere Ventilkörper 7 aufweisen kann, so dass die Ventileinrichtung 6 beispielsweise auch als Kugelventil oder als Tellerventil ausgebildet sein kann.
Betrachtet man nun noch die 3 und 4, so kann man dort ein Kraftfahrzeug 12 mit einer Brennkraftmaschine 13, einem Kühler 14, einem Wärmetauscher 15 in einer im Übrigen nicht gezeigten Klimaanlage sowie mit einer Kühlmittelpumpe 1 entsprechend den vorherigen Absätzen sehen. Ein Kühlmitteleingang 16 der Kühlmittelpumpe 1 ist dabei ebenso wie der erste Kühlmittelausgang 4 der Ventileinrichtung 6 mit der Brennkraftmaschine 13 verbunden, während ein zweiter Kühlmittelausgang 5 der Ventileinrichtung 6 mit dem Kühler 14 verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 funktioniert dabei hinsichtlich einer Steuerung eines Kühlmittelstroms 2 wie folgt:
Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 13 ist keine Kühlung derselben erforderlich bzw. gewünscht, um ein Aufheizen der Brennkraftmaschine 13 zu beschleunigen und damit eine schnellere Senkung der Emissionen zu erreichen. Während dieser Kaltstartphase befindet sich die Kühlmittelpumpe 1 in ihrem ersten Betriebspunkt, in welchem sie keinen Druckaufbau bewirkt und kein Kühlmittel 2 fördert und somit ausgeschaltet ist. Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 an, wird dies über beispielsweise den Temperatursensor 10 detektiert, der im vorliegenden Fall gemäß der 1 im Bereich der Kühlmittelpumpe 1 angeordnet ist, der selbstverständlich aber zusätzlich oder alternativ auch an anderer Stelle im Kühlsystem 18 positioniert sein kann. Erreicht die Temperatur des Kühlmittels 2 einen gewissen Wert, so verstellt die mit dem Temperatursensor 10 verbundene Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren zweiten Betriebspunkt, in welchem der zweite Kühlmittelausgang 5 noch geschlossen ist und ein Kühlmittelstrom ausschließlich über die Brennkraftmaschine 13 und beispielsweise den Wärmetauscher 15 der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 12 zirkuliert. In diesem zweiten Betriebspunkt ist dabei auch eine lediglich mäßige Kühlung der Brennkraftmaschine 13 erforderlich. Der im zweiten Betriebspunkt erzeugte Druck p des Kühlmittels 2 ist geringer als der mittels der Federeinrichtung 9 auf den Ventilkörper 7 einwirkende Druck p_F, so dass die Federeinrichtung 9 den Ventilkörper 7 entgegen des Kühlmitteldrucks p in seine erste Stellung vorspannt und dort fixiert.
Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 weiter an, so wird dies ebenfalls vom Temperatursensor 10 detektiert und führt bei Erreichen eines weiteren Grenzwertes dazu, dass die Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren dritten Betriebspunkt verstellt, in welchem sowohl die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 als auch der hierüber im Kühlmittel 2 erzeugte Druck p stark ansteigen. Dies führt dazu, dass der Kühlmitteldruck p größer wird als der von der Federeinrichtung 9 ausgeübte Druck p_F, so dass sich im dritten Betriebspunkt der Ventilkörper 7 gemäß den 3 nach rechts verstellt, die Federeinrichtung 9 staucht und gleichzeitig den zweiten Kühlmittelausgang 5, freigibt, wodurch nun der Kühlmittelstrom über die Brennkraftmaschine 13 und den Kühler 14 sowie über die Kühlmittelpumpe 1 wieder zurück zur Brennkraftmaschine 13 zirkuliert. Ein Teil des Kühlmittelstroms 2 strömt aber immer noch über den Wärmetauscher 15. Im vierten Betriebspunkt ist dabei die höchste Kühlleistung gegeben, da die Kühlmittelpumpe 1 eine Drehzahl aufweist, in der der erste Kühlmittelausgang 4 geschlossen und der zweite Kühlmittelausgang 5 der Ventileinrichtung 6 geöffnet sind. In dem vierten Betriebspunkt nimmt der Ventilkörper 7 seine dritte Stellung ein, in welcher er den ersten Kühlmittelausgang 4 der Ventileinrichtung 6 sperrt und den zweiten Kühlmittelausgang 5 freigibt, so dass der gesamte Kühlmittelstrom 2 über die Brennkraftmaschine 13 und den Kühler 14 strömt.
Zur Steuerung der Ventileinrichtung 6 ist die Kühlmittelpumpe 1 dabei gemäß den 1 bis 5 an ihrem Kühlmittelausgang 20 über eine Druckleitung 21 mit einer Druckkammer 17 der Ventileinrichtung 6 verbunden.
Gemäß der 3 ist dabei der Kühler 14 stromauf der Kühlmittelpumpe 1 angeordnet, während er gemäß der 4 stromab derselben angeordnet ist.
In 1 ist dabei eine Ventileinrichtung 6 zu sehen, die zwei Federeinrichtungen 9 und zwei hierdurch jeweils vorgespannte Ventilkörper 7 aufweist. Um dabei den Erfindungsgedanken zu realisieren, sind die Federstärken der Federeinrichtungen 9 unterschiedlich groß, so dass im dritten Betriebspunkt nur der zum ersten Kühlmittelausgang 4 zugehörige Ventilkörper 7 und im vierten Betriebspunkt zusätzlich noch der zum zweiten Kühlmittelausgang 5 zugehörige Ventilkörper 7 verstellt werden.
Entsprechend der 5, weist ein Kraftfahrzeug 12 ein Kühlsystem 18 sowie eine Kühlmittelpumpe 1 auf. Die insbesondere elektrische Kühlmittelpumpe 1 ist zum Fördern eines Kühlmittels 2 ausgebildet. Ebenso vorgesehen sind separat zur Kühlmittelpumpe 1 angeordnete Ventileinrichtungen 6a, 6b und 6c mit jeweils einem Kühlmitteleingang 3a, 3b, 3c und einem Kühlmittelausgang 4a, 4b, 4c, die mit einem Ausgang 20 der Kühlmittelpumpe 1 verbunden sind.
Die Kühlmittelpumpe 1 ist dabei zwischen mehreren Betriebspunkten, insbesondere zwischen einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Betriebspunkt, verstellbar. Die Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c sind derart ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunktes der Kühlmittelpumpe 1 und damit des Kühlmitteldrucks p öffnen, teilweise öffnen oder schließen. Der einzelnen Kühlmittelausgänge 4a, 4b, 4c sind dabei mit individuellen Aggregaten, beispielsweise einem Wärmetauscher 15 einer Klimaanlage oder einem Kühler 14 verbunden. Wie man der 5 entnehmen kann, sind die Ventileinrichtungen 6a, 6b und 6c separat zur und ausgangsseitig der Kühlmittelpumpe 1 angeordnet, wodurch auch eine dezentrale und bauraumoptimierte Trennung der Komponenten 1, 6a, 6b und 6c erfolgen kann.
Im ersten Betriebspunkt sind die Kühlmittelpumpe 1 abgeschaltet und sämtliche Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c geschlossen. Es herrscht somit kein von der Kühlmittelpumpe 1 erzeugter Druck p im Kühlsystem 18.
Im zweiten Betriebspunkt erzeugt die Kühlmittelpumpe 1 einen Druck p im Kühlmittel 2, bei welchem zumindest eine Ventileinrichtung 6c und damit deren Kühlmittelausgang 4c geöffnet und mindestens eine weitere Ventileinrichtung 6a, 6b und deren Kühlmittelausgang 4a, 4b verschlossen sind, während die Kühlmittelpumpe 1 in einem dritten Betriebspunkt einen Druck p im Kühlmittel 2 erzeugt, bei welchem zumindest zwei Ventileinrichtungen 6b, 6c und damit deren Kühlmittelausgänge 4b, 4c geöffnet und mindestens eine weitere Ventileinrichtung 6a und deren Kühlmittelausgang 4a verschlossen sind. Dies ist in 5 dargestellt. In einem vierten Betriebspunkt erzeugt die Kühlmittelpumpe 1 einen Druck p im Kühlmittel 2/Kühlsystem 18, bei dem alle Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c geöffnet sind. Die Kühlmittelpumpe 1 ist dabei an ihrem Kühlmittelausgang 20 mit einer jeweiligen Druckkammer 17a, 17b, 17c der zugehörigen Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c verbunden.
Ein sich in seiner Schließstellung befindlicher Ventilkörper 7a, 7b, 7c schließt dabei immer die zugehörige Ventileinrichtung 6a, 6b, 6c und damit auch deren Kühlmitteleingänge 3a, 3b, 3c bzw. Kühlmittelausgänge 4a, 4b, 4c.
Zum Aufbau der Ventileinrichtung 6 wird im Folgenden auf 5 verwiesen, woraus erkennbar ist, dass die Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c jeweils einen Ventilkörper 7a, 7b, 7c besitzen, die als verstellbare Ventilkolben 8a, 8b, 8c ausgebildet sind. Darüber hinaus ist jeweils eine Federeinrichtung 9a, 9b, 9c, beispielsweise eine Schraubenfeder, vorgesehen, die den zugehörigen Ventilkörper 7a, 7b, 7c in ihre erste Stellung vorspannt, in der wiederum die zugehörige Ventileinrichtung 6a, 6b, 6c gesperrt ist.
Der Ventilkörper 7a, 7b, 7c nimmt im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt (vgl. die Ventilkörper 7a), in welcher der zugehörige Kühlmitteleingang 3a, 3b, 3c gesperrt ist. Im dritten Betriebspunkt hingegen, nimmt der Ventilkörper 7a, 7b, 7c eine zweite Stellung ein, in welcher er die zugehörige Ventileinrichtung 6a, 6b, 6c öffnet und den zugehörigen Kühlmitteleingang 3a, 3b, 3c freigibt (vgl. Ventilkörper 7b, 7c). Die Federeinrichtung 9a, 9b, 9c übt dabei eine Kraft auf den zugehörigen Ventilkörper 7a, 7b, 7c aus, die bezogen auf dessen Fläche einem Druck p_F entspricht. Der Kühlmittelausgang 20 der Kühlmittelpumpe 1 ist dabei mit der jeweiligen Druckkammer 17a, 17b, 17c der zugehörigen Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c verbunden und spannt druckabhängig den Ventilkörper 7a, 7b, 7c entgegen der Federeinrichtung 9a, 9b, 9c vor. Die einzelnen Federeinrichtungen 9a, 9b, 9c weisen dabei eine individuelle Federstärke auf, wodurch bei gleichem Kühlmitteldruck p die eine Ventileinrichtung 6b, 6c schon geöffnet wird, während die andere Ventileinrichtung 6a noch geschlossen bleibt. Die Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c sind dabei stufenlos in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmittelpumpe 1 verstellbar.
Beispielsweise ist bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 13 keine Kühlung derselben erforderlich bzw. gewünscht, um ein Aufheizen der Brennkraftmaschine 13 zu beschleunigen und damit eine schnellere Senkung der Emissionen zu erreichen. Während dieser Kaltstartphase befindet sich die Kühlmittelpumpe 1 in ihrem ersten Betriebspunkt, in welchem sie keinen Druckaufbau bewirkt und kein Kühlmittel 2 fördert und somit ausgeschaltet ist. Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 an, wird dies über beispielsweise den Temperatursensor 10 detektiert, an nahezu beliebiger Stelle im Kühlmittelsystem 18, insbesondere auch an der Brennkraftmaschine 13, positioniert sein kann. Erreicht die Temperatur des Kühlmittels 2 einen gewissen Wert, so verstellt die mit dem Temperatursensor 10 verbundene Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren zweiten Betriebspunkt, in welchem der durch die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 erzeugte Druck p so hoch ist, dass zumindest eine Ventileinrichtung 6c öffnet, sofern deren Federstärke die kleinste ist, während die Ventileinrichtungen 6b und 6a noch geschlossen sind und ein Kühlmittelstrom 2 ausschließlich über die Brennkraftmaschine 13 und beispielsweise den Wärmetauscher 15 der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 12 zirkuliert. In diesem zweiten Betriebspunkt ist eine mäßige Kühlung der Brennkraftmaschine 13 erforderlich. Der im zweiten Betriebspunkt erzeugte Druck p des Kühlmittels 2 ist geringer als der mittels der Federeinrichtung 9a, 9b auf den Ventilkörper 7a, 7b einwirkende Druck p_F, so dass die Federeinrichtung 9a, 9b den Ventilkörper 7a, 7b entgegen des Kühlmitteldrucks p in seine erste Stellung vorspannt.
Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 weiter an, so wird dies ebenfalls vom Temperatursensor 10 detektiert und führt bei Erreichen eines weiteren Grenzwertes dazu, dass die Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren dritten Betriebspunkt verstellt, in welchem sowohl die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 als auch der hierüber im Kühlmittel 2 erzeugte Druck p ansteigen. Dies führt dazu, dass der Kühlmitteldruck p größer wird als der von der Federeinrichtung 9b ausgeübte Druck p_F, so dass im dritten Betriebspunkt der Ventilkörper 7b die Federeinrichtung 9b staucht und gleichzeitig den zugehörigen Kühlmitteleingang 3b freigibt, wodurch nun der Kühlmittelstrom 2 über die Brennkraftmaschine 13, den Kühler 14 und den Wärmetauscher 15 sowie über die Kühlmittelpumpe 1 wieder zurück zur Brennkraftmaschine 13 zirkuliert. Ein Teil des Kühlmittelstroms 2 strömt somit immer noch über den Wärmetauscher 15.
Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 weiter an, so wird dies ebenfalls vom Temperatursensor 10 detektiert und führt bei Erreichen eines weiteren Grenzwertes dazu, dass die Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren vierten Betriebspunkt verstellt, in welchem sowohl die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 als auch der hierüber im Kühlmittel 2 erzeugte Druck p ansteigen. Dies führt dazu, dass der Kühlmitteldruck p erreicht und größer ist als der von den Federeinrichtungen 9a, 9b, 9c ausgeübte Druck p_F, so dass im vierten Betriebspunkt sämtliche Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c öffnen.

Claims

Elektrische Kühlmittelpumpe (1) mit einer auslassseitig und druckgesteuerten Ventileinrichtung (6) mit einem Kühlmitteleingang (3), einem ersten Kühlmittelausgang (4) und einem zweiten Kühlmittelausgang (5), wobei die Ventileinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit eines gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe (1) und damit des Drucks (p) in einem Kühlmittel (2) zumindest den ersten und/oder zweiten Kühlmittelausgang (4, 5) öffnet oder schließt oder zumindest den ersten und zweiten Kühlmittelausgang (4, 5) gleichzeitig öffnet.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (1) in einem ersten Betriebspunkt abgeschaltet und zumindest der erste Kühlmittelausgang (4) der Ventileinrichtung (6) geöffnet ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Kühlmittelpumpe (1) in einem zweiten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der zumindest der erste Kühlmittelausgang (4) geöffnet und der zweite Kühlmittelausgang (5) verschlossen sind, - dass die Kühlmittelpumpe (1) in einem dritten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der zumindest der erste Kühlmittelausgang (4) und der zweite Kühlmittelausgang (5) geöffnet sind, - dass die Kühlmittelpumpe (1) in einem vierten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist in der der erste Kühlmittelausgang (4) geschlossen und der zweite Kühlmittelausgang (5) geöffnet sind.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt, in welcher er den zweiten Kühlmittelausgang (5) sperrt und den ersten Kühlmittelausgang (4) freigibt, und/oder - dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im dritten Betriebspunkt eine zweite Stellung einnimmt, in welcher er den ersten Kühlmittelausgang (4) und den zweiten Kühlmittelausgang (5) freigibt, und/oder - dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im vierten Betriebspunkt eine dritte Stellung einnimmt, in welcher er den ersten Kühlmittelausgang (4) sperrt und den zweiten Kühlmittelausgang (5) freigibt.
Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (6) stufenlos in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmittelpumpe (1) verstellbar ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (7) als translatorisch verstellbarer Ventilkolben (8) ausgeführt ist.
Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federeinrichtung (9) vorgesehen ist, die den Ventilkörper (7) in seine erste Stellung vorspannt.
Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (10) und eine kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung (11) zur Steuerung der Leistung der Kühlmittelpumpe (1) in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels (2) vorgesehen sind.
Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (6) separat zur Kühlmittelpumpe (1) angeordnet ist oder einen Bestandteil derselben bildet.
Kraftfahrzeug (12) mit einer Brennkraftmaschine (13), einem Kühler (14), einem Wärmetauscher (15), einer Kühlmittelpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer auslassseitig und druckgesteuerten Ventileinrichtung (6) mit einem Kühlmitteleingang (3), einem ersten Kühlmittelausgang (4), der mit einem Eingang (16) der Kühlmittelpumpe (1) verbunden ist, und einem zweiten Kühlmittelausgang (5), wobei die Ventileinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit eines gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe (1) und damit des Drucks (p) im Kühlmittel (2) zumindest den ersten oder zweiten Kühlmittelausgang (4, 5) öffnet oder schließt oder zumindest den ersten und zweiten Kühlmittelausgang (4, 5) gleichzeitig öffnet, wobei der Kühlmitteleingang (3) und der erste Kühlmittelausgang (4) mit der Brennkraftmaschine (13) verbunden sind, während der zweite Kühlmittelausgang (5) mit dem Kühler (14) verbunden ist.