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EP1911970A2 - Pump assembly and method for operating the same - Google Patents

Pump assembly and method for operating the same Download PDF

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Publication number
EP1911970A2
EP1911970A2 EP07017624A EP07017624A EP1911970A2 EP 1911970 A2 EP1911970 A2 EP 1911970A2 EP 07017624 A EP07017624 A EP 07017624A EP 07017624 A EP07017624 A EP 07017624A EP 1911970 A2 EP1911970 A2 EP 1911970A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
drive
arrangement
internal combustion
operating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07017624A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1911970A3 (en
Inventor
Ludwig Schindler
Christoph Fleischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP1911970A2 publication Critical patent/EP1911970A2/en
Publication of EP1911970A3 publication Critical patent/EP1911970A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/05—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
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    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven

Definitions

  • the invention relates to a pump arrangement for conveying an operating fluid of an internal combustion engine, comprising a pump, a first mechanical drive and a second electric drive and a method for operating the same.
  • pumps are used in the cooling circuit of internal combustion engines for conveying the cooling water and usually driven mechanically starting from the crankshaft.
  • a design with regard to an operating state of the internal combustion engine in which a maximum cooling capacity is required.
  • oil pumps, power steering pumps or air conditioning compressors are designed for relatively rarely occurring maximum load conditions. In all other phases of operation, the pump produces a considerable surplus power. This results in large-sized pumps with high power consumption and associated high fuel consumption of the vehicle, this predominantly high power is not required.
  • a drive of a pump to promote an operating fluid of an internal combustion engine can be carried out by electric motor, with the advantage that this pump can provide exactly the required pressure regardless of the engine speed.
  • the pump has to be able to apply a very large torque, for example, even when the internal combustion engine is still cold and has a high oil viscosity, and must be designed accordingly.
  • large-size pumps with high power consumption and associated high fuel consumption of the vehicle are the result, with predominantly, for example, at operating temperature engine, this high performance is not required.
  • the object of the invention is therefore to provide an aforementioned pump assembly and a method for operating the same, which has an overall reduced power consumption, a small size and an integrated structure.
  • several pumps, each with their own pump bodies are to be avoided.
  • first and the second drive are associated with a common pump rotor. It is expediently provided between the pump and the first drive and / or the pump and the second drive an overrunning clutch. This makes it possible either to drive the pump by means of both drives or to drive the pump either with the first or with the second drive, without the other drive has to rotate along.
  • the pump is an oil pump for delivering lubricating oil of the internal combustion engine, in this case, it makes sense to interpret the pump including both drives to an operating state of hot oil, while in cold to warm engine, the first drive is sufficient.
  • the pump is a water pump for conveying cooling water of the internal combustion engine.
  • the pump offers it is appropriate to design the pump arrangement with the inclusion of both drives with respect to the hot idle, while at higher speeds or not operating warm engine, the power of the first drive is sufficient.
  • the first drive starting from a crankshaft of the internal combustion engine and the second drive is electromotive.
  • an electric motor provided for driving the pump comprises a stator and a rotor
  • the rotor is connected to the pump and the stator is arranged fixed to the housing.
  • the rotor of the electric motor forming the second drive is connected to the pump and the stator is associated with a drive shaft of the first drive.
  • the wire windings are expediently associated with the stator. As a result, a low inertia of the rotating mass of the electric motor is achieved.
  • the second drive is operable as an electric generator.
  • a preferred method for operating a pump arrangement according to the invention is characterized in that predominantly the pump is driven by the first drive and in a phase in which the power of the first drive for the required promotion of the operating fluid of the internal combustion engine is not sufficient, a drive of the pump alternatively or additionally by means of the second drive.
  • a drive of the pump is alternatively or additionally by means of the second drive. For example, even when the internal combustion engine is stationary by means of the second drive, a run-on of the pump can be realized.
  • the second drive is decoupled from the pump.
  • the second drive is expediently also driven and acts as a generator.
  • FIG. 1 shows a pump arrangement 100 for conveying an operating fluid of an internal combustion engine (not illustrated here in detail), comprising a pump 116 and a first mechanical drive 118 and a second electric drive 108.
  • the pump 116 is a positive displacement pump with a rotatable pump rotor whose volume flow increases approximately linearly with the speed.
  • the first mechanical drive 118 is carried out starting from a crankshaft of the internal combustion engine by a first drive shaft 102 is in rotary connection with the crankshaft, via a further drive shaft 106, the pump 116 is driven.
  • the pump 116 by means of a second electric drive 108. driven by an electric motor drive 108 via a drive shaft 114 to the pump 116 is in drive connection.
  • the presently illustrated pump 116 is a water pump for conveying cooling water of the internal combustion engine and is designed comparatively small without consideration of the hot idle region.
  • a drive by means of the first mechanical drive 118 is sufficient; only in the operating phase, in which a particularly large volume flow of cooling water is required, is the second electric drive 108 activated to drive the pump 116.
  • the second electric drive 108 activated to drive the pump 116.
  • arranged between the drive shaft 102, 106 of the first mechanical drive 118 overrunning clutch 104 is effective.
  • the rotor 112 of the electric drive 108 is connected to the drive shaft 114, while the stator 110 of the electric drive 108 is arranged fixed to the housing.
  • the stator 110 of the electric drive 108 is associated with a drive shaft 102, 106 of the first mechanical drive.
  • the second electric drive 108 does not have to provide the required total pump speed, but only the differential speed between the mechanical drive 118 and the required pump speed.
  • FIGS. 2a to 2c An electric motor 200 with soft iron rotor 202 in different rotational positions is shown in FIGS. 2a to 2c.
  • the wire windings 208 of the electric motor are assigned to the housing-fixed stator 204, the electrical efficiency is in the application area about 85%.
  • the direction of rotation of the rotating field 206 is indicated by the arrow a, with the rotor 202 rotating in accordance with the arrow direction assigned to it.
  • a permanent-magnet motor can also be used, for example a so-called "brushless" motor, which offers the advantage that voltage is induced during operation and can thus be fed to the vehicle electrical system, which leads to a smaller design of the generator.
  • an overrunning clutch 104, 300 is shown.
  • the overrunning clutch 300 has an input part 304, an output part 302 and clamping body 306 for the direction of rotation-dependent connection of input 304 and output part 302.
  • the clamping body 306 are biased by springs 308 and allow relative rotation between the input part 304 and the output part 302 in one direction of rotation, while a relative rotation is locked in the opposite direction.
  • another overrunning clutch between the second electric drive 108 and the Pump 116 is provided so that in a drive by means of the first mechanical drive 118 co-rotation of the rotor 112 of the second electric drive 108 is prevented.

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Abstract

The pump arrangement (100) has a pump (116), a mechanical drive (118) and an electrical drive (108). The two drives are assigned to a common pump. An overrunning clutch (104) is provided between the pump and the mechanical drive. Another overrunning clutch is provided between the pump and the electrical drive. The mechanical drive takes place on the basis of a crankshaft of the internal combustion engine. The electrical drive takes place by electric motors. The electric motor, provided for drive of the pump, has a stator (110) and a rotor (112). An independent claim is also included for a method for the operation of the pump arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zur Förderung eines Betriebsfluids einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Pumpe, einen ersten mechanischen Antrieb und einen zweiten elektrischen Antrieb sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben.The invention relates to a pump arrangement for conveying an operating fluid of an internal combustion engine, comprising a pump, a first mechanical drive and a second electric drive and a method for operating the same.

Beispielsweise werden Pumpen im Kühlkreislauf von Brennkraftmaschinen zur Förderung des Kühlwassers verwendet und üblicherweise ausgehend von der Kurbelwelle mechanisch angetrieben. Dabei erfolgt eine Auslegung im Hinblick auf einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, in dem eine maximale Kühlleistung erforderlich ist. Ebenso werden beispielsweise Ölpumpen, Lenkhelfpumpen oder Klimakompressoren auf vergleichsweise selten auftretende Maximallastzustände ausgelegt. In allen anderen Betriebsphasen produziert die Pumpe eine zum Teil erhebliche Überschussleistung. Daraus resultieren baugroße Pumpen mit hoher Leistungsaufnahme und damit verbunden ein hoher Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs, wobei überwiegend diese hohe Leistung gar nicht erforderlich ist.For example, pumps are used in the cooling circuit of internal combustion engines for conveying the cooling water and usually driven mechanically starting from the crankshaft. In this case, a design with regard to an operating state of the internal combustion engine, in which a maximum cooling capacity is required. Likewise, for example, oil pumps, power steering pumps or air conditioning compressors are designed for relatively rarely occurring maximum load conditions. In all other phases of operation, the pump produces a considerable surplus power. This results in large-sized pumps with high power consumption and associated high fuel consumption of the vehicle, this predominantly high power is not required.

Alternativ kann ein Antrieb einer Pumpe zur Förderung eines Betriebsfluids einer Brennkraftmaschine elektromotorisch erfolgen, mit dem Vorteil, dass diese Pumpe unabhängig von der Brennkraftmaschinendrehzahl jeweils exakt den benötigten Druck zur Verfügung stellen kann. Dabei muss die Pumpe jedoch beispielsweise bei noch kalter Brennkraftmaschine und einer hohen Ölviskosität ein sehr großes Drehmoment aufzubringen in der Lage sein und entsprechend ausgelegt sein. Auch in diesem Fall sind baugroße Pumpen mit hoher Leistungsaufnahme und damit verbunden ein hoher Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs die Folge, wobei überwiegend, beispielsweise bei betriebswarmer Brennkraftmaschine, diese hohe Leistung gar nicht erforderlich ist.Alternatively, a drive of a pump to promote an operating fluid of an internal combustion engine can be carried out by electric motor, with the advantage that this pump can provide exactly the required pressure regardless of the engine speed. In this case, however, the pump has to be able to apply a very large torque, for example, even when the internal combustion engine is still cold and has a high oil viscosity, and must be designed accordingly. Also in this case, large-size pumps with high power consumption and associated high fuel consumption of the vehicle are the result, with predominantly, for example, at operating temperature engine, this high performance is not required.

Aus diesem Grund wurde gemäß der DE 102 13 598 A1 vorgeschlagen, in einem Pumpengehäuse eine mechanisch betriebene Hauptpumpe sowie eine elektrisch betriebene Nebenpumpe anzuordnen und nur in Betriebsphasen, in denen eine besondere Pumpleistung erforderlich ist, die elektrische Nebenpumpe zuzuschalten. Bei dieser Pumpenanordnung sind jedoch - obwohl in einem gemeinsamen Gehäuse - zwei gesonderte Pumpen vorgesehen, so dass auch hier hinsichtlich Bauraumbedarf und Gewicht Verbesserungsbedarf besteht. Außerdem umfasst diese Pumpenanordnung eine Vielzahl von Einzelteilen, so dass der Montage- und Wartungsaufwand hoch ist.For this reason, according to the DE 102 13 598 A1 proposed to arrange a mechanically operated main pump and an electrically operated sub-pump in a pump housing and only in operating phases in which a special pumping power is required to switch on the electric sub-pump. In this pump arrangement, however - although in a common housing - two separate pumps are provided so that there is room for improvement in terms of space requirements and weight here. In addition, this pump assembly includes a variety of items, so that the assembly and maintenance costs is high.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine eingangs genannte Pumpenanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben bereit zu stellen, welche einen insgesamt verringerten Leistungsbedarf, eine geringe Baugröße und einen integrierten Aufbau aufweist. Insbesondere sollen mehrere Pumpen, mit jeweils eigenen Pumpenkörpern vermieden werden.The object of the invention is therefore to provide an aforementioned pump assembly and a method for operating the same, which has an overall reduced power consumption, a small size and an integrated structure. In particular, several pumps, each with their own pump bodies are to be avoided.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei der erste und der zweite Antrieb derselben Pumpe zugeordnet sind sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13, wobei überwiegend die Pumpe mittels des ersten Antriebs angetrieben wird und in einer Phase, in der die Leistung des ersten Antriebs zur erforderlichen Förderung des Betriebsfluids der Brennkraftmaschine nicht ausreicht, ein Antrieb der Pumpe alternativ oder zusätzlich mittels des zweiten Antriebs erfolgt. Indem beide Antriebe derselben Pumpe zugeordnet sind, können gegenüber bekannten Anordnungen Bauteile eingespart werden, so dass insbesondere Bauraumbedarf und Gewicht reduziert sind. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung eine Wechselwirkung zwischen den Antrieben.The solution of this object is achieved with a pump assembly having the features of claim 1, wherein the first and the second drive associated with the same pump and with a method having the features of claim 13, wherein predominantly the pump is driven by the first drive and in a phase in which the power of the first drive for the necessary promotion of the operating fluid of the internal combustion engine is insufficient, a drive of Pump alternatively or additionally by means of the second drive. By both drives are assigned to the same pump, components can be saved over known arrangements, so that in particular space requirements and weight are reduced. In addition, the arrangement according to the invention allows an interaction between the drives.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Particularly advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der erste und der zweite Antrieb einem gemeinsamen Pumpenrotor zugeordnet sind. Dabei ist zweckmäßigerweise zwischen der Pumpe und dem ersten Antrieb und/oder der Pumpe und dem zweiten Antrieb eine Überholkupplung vorgesehen. Dadurch ist es möglich, die Pumpe entweder mittels beider Antriebe anzutreiben oder die Pumpe entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Antrieb anzutreiben, ohne dass der jeweils andere Antrieb mitdrehen muss.It is particularly advantageous if the first and the second drive are associated with a common pump rotor. It is expediently provided between the pump and the first drive and / or the pump and the second drive an overrunning clutch. This makes it possible either to drive the pump by means of both drives or to drive the pump either with the first or with the second drive, without the other drive has to rotate along.

Vorzugsweise ist die Pumpe eine Ölpumpe zur Förderung von Schmieröl der Brennkraftmaschine, in diesem Fall bietet es sich an, die Pumpe unter Einbeziehung beider Antriebe auf einen Betriebszustand bei heißem Öl auszulegen, während bei kalter bis warmer Brennkraftmaschine der erste Antrieb ausreichend ist.Preferably, the pump is an oil pump for delivering lubricating oil of the internal combustion engine, in this case, it makes sense to interpret the pump including both drives to an operating state of hot oil, while in cold to warm engine, the first drive is sufficient.

Ebenfalls bevorzugt ist es, wenn die Pumpe eine Wasserpumpe zur Förderung von Kühlwasser der Brennkraftmaschine ist. In diesem Fall bietet es sich an, die Pumpenanordnung unter Einbeziehung beider Antriebe im Hinblick auf den Heißleerlauf auszulegen, während bei höheren Drehzahlen oder bei nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine die Leistung des ersten Antriebs ausreichend ist.It is likewise preferred if the pump is a water pump for conveying cooling water of the internal combustion engine. In this case offers it is appropriate to design the pump arrangement with the inclusion of both drives with respect to the hot idle, while at higher speeds or not operating warm engine, the power of the first drive is sufficient.

Zweckmäßigerweise erfolgt der erste Antrieb ausgehend von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der zweite Antrieb elektromotorisch.Conveniently, the first drive, starting from a crankshaft of the internal combustion engine and the second drive is electromotive.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der ein zum Antrieb der Pumpe vorgesehener Elektromotor einen Stator und einen Rotor umfasst, ist der Rotor mit der Pumpe verbunden und der Stator gehäusefest angeordnet. Alternativ ist der Rotor des den zweiten Antrieb bildenden Elektromotors mit der Pumpe verbunden und der Stator einer Antriebswelle des ersten Antriebs zugeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass der zweite Antrieb lediglich die Differenzdrehzahl zwischen der Drehzahl des ersten Antriebs und der erforderlichen Pumpendrehzahl aufbringen muss.According to a particularly preferred embodiment of the invention, in which an electric motor provided for driving the pump comprises a stator and a rotor, the rotor is connected to the pump and the stator is arranged fixed to the housing. Alternatively, the rotor of the electric motor forming the second drive is connected to the pump and the stator is associated with a drive shaft of the first drive. This offers the advantage that the second drive only has to apply the differential speed between the speed of the first drive and the required pump speed.

Bei dem zweiten elektromotorischen Antrieb, welcher Drahtwicklungen umfasst, sind zweckmäßigerweise die Drahtwicklungen dem Stator zugeordnet. Dadurch wird eine geringe Trägheit der rotierenden Masse des Elektromotors erreicht.In the second electromotive drive, which comprises wire windings, the wire windings are expediently associated with the stator. As a result, a low inertia of the rotating mass of the electric motor is achieved.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der zweite Antrieb als elektrischer Generator betreibbar ist.Particular advantages arise when the second drive is operable as an electric generator.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass überwiegend die Pumpe mittels des ersten Antriebs angetrieben wird und in einer Phase, in der die Leistung des ersten Antriebs zur erforderlichen Förderung des Betriebsfluids der Brennkraftmaschine nicht ausreicht, ein Antrieb der Pumpe alternativ oder zusätzlich mittels des zweiten Antriebs erfolgt. Insbesondere erfolgt in einer Heiß-Leerlauf-Phase der Brennkraftmaschine oder bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine ein Antrieb der Pumpe alternativ oder zusätzlich mittels des zweiten Antriebs. Beispielsweise kann auch bei stehender Brennkraftmaschine mittels des zweiten Antriebs ein Nachlaufen der Pumpe realisiert werden.A preferred method for operating a pump arrangement according to the invention is characterized in that predominantly the pump is driven by the first drive and in a phase in which the power of the first drive for the required promotion of the operating fluid of the internal combustion engine is not sufficient, a drive of the pump alternatively or additionally by means of the second drive. In particular, in a hot-idling phase of the internal combustion engine or not yet operating-warming internal combustion engine, a drive of the pump is alternatively or additionally by means of the second drive. For example, even when the internal combustion engine is stationary by means of the second drive, a run-on of the pump can be realized.

Bevorzugt ist es, wenn bei einem Antrieb der Pumpe mittels des ersten Antriebs der zweite Antrieb von der Pumpe entkoppelt ist. Bei einem Antrieb der Pumpe mittels des ersten Antriebs wird zweckmäßigerweise der zweite Antrieb ebenfalls angetrieben und wirkt als Generator.It is preferred if, during a drive of the pump by means of the first drive, the second drive is decoupled from the pump. In a drive of the pump by means of the first drive, the second drive is expediently also driven and acts as a generator.

Nachfolgend ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft

Fig. 1
eine Pumpenanordnung zur Förderung eines Betriebsfluids einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Pumpe sowie einen ersten mechanischen Antrieb und einen zweiten elektrischen Antrieb,
Fig. 2a
einen Elektromotor mit Weicheisenrotor in einer ersten Drehstellung,
Fig. 2b
einen Elektromotor mit Weicheisenrotor in einer zweiten Drehstellung,
Fig. 2c
einen Elektromotor mit Weicheisenrotor in einer dritten Drehstellung und
Fig. 3
eine Überholkupplung.
Below is a particularly preferred embodiment of the invention with reference to figures explained in more detail, showing schematically and by way of example
Fig. 1
a pump arrangement for conveying an operating fluid of an internal combustion engine, comprising a pump and a first mechanical drive and a second electric drive,
Fig. 2a
an electric motor with a soft iron rotor in a first rotational position,
Fig. 2b
an electric motor with soft iron rotor in a second rotational position,
Fig. 2c
an electric motor with soft iron rotor in a third rotational position and
Fig. 3
an overrunning clutch.

Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung 100 zur Förderung eines Betriebsfluids einer hier nicht näher dargstellten Brennkraftmaschine, umfassend eine Pumpe 116 sowie einen ersten mechanischen Antrieb 118 und einen zweiten elektrischen Antrieb 108.FIG. 1 shows a pump arrangement 100 for conveying an operating fluid of an internal combustion engine (not illustrated here in detail), comprising a pump 116 and a first mechanical drive 118 and a second electric drive 108.

Bei der Pumpe 116 handelt es sich um eine Verdrängerpumpe mit einem drehbaren Pumpenrotor, deren Volumenstrom mit der Drehzahl in etwa linear zunimmt. Der erste mechanische Antrieb 118 erfolgt ausgehend von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, indem eine erste Antriebswelle 102 mit der Kurbelwelle in Drehverbindung steht, über eine weitere Antriebswelle 106 ist die Pumpe 116 antreibbar.The pump 116 is a positive displacement pump with a rotatable pump rotor whose volume flow increases approximately linearly with the speed. The first mechanical drive 118 is carried out starting from a crankshaft of the internal combustion engine by a first drive shaft 102 is in rotary connection with the crankshaft, via a further drive shaft 106, the pump 116 is driven.

Alternativ oder zusätzlich ist vorliegend die Pumpe 116 mittels eines zweiten elektrischen Antriebs 108. antreibbar, indem ein elektromotorischer Antrieb 108 über eine Antriebswelle 114 mit der Pumpe 116 in Antriebsverbindung steht.Alternatively or additionally, in the present case, the pump 116 by means of a second electric drive 108. driven by an electric motor drive 108 via a drive shaft 114 to the pump 116 is in drive connection.

Die vorliegend dargestellte Pumpe 116 ist eine Wasserpumpe zur Förderung von Kühlwasser der Brennkraftmaschine und ist ohne Berücksichtigung des Heißleerlaufbereichs vergleichsweise klein ausgelegt. In den meisten Betriebsbereichen ist ein Antrieb mittels des ersten mechanischen Antriebs 118 ausreichend, lediglich in Betriebsphase, in welchen ein besonders großer Volumenstrom Kühlwasser erforderlich ist, wird zum Antrieb der Pumpe 116 der zweite elektrische Antrieb 108 zugeschaltet. Soweit ein Antrieb mittels des zweiten elektrischen Antriebs 108 mit einer gegenüber dem ersten mechanischen Antrieb 118 höheren Drehzahl erfolgt, ist eine zwischen den Antriebswelle 102, 106 des ersten mechanischen Antriebs 118 angeordnete Überholkupplung 104 wirksam.The presently illustrated pump 116 is a water pump for conveying cooling water of the internal combustion engine and is designed comparatively small without consideration of the hot idle region. In most operating ranges, a drive by means of the first mechanical drive 118 is sufficient; only in the operating phase, in which a particularly large volume flow of cooling water is required, is the second electric drive 108 activated to drive the pump 116. As far as a drive by means of the second electric drive 108 with a relation to the first mechanical drive 118 higher speed takes place, arranged between the drive shaft 102, 106 of the first mechanical drive 118 overrunning clutch 104 is effective.

Im Ausführungsbeispiel ist der Rotor 112 des elektrischen Antriebs 108 mit der Antriebswelle 114 verbunden, während der Stator 110 des elektrischen Antriebs 108 gehäusefest angeordnet ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Stator 110 des elektrischen Antriebs 108 einer Antriebswelle 102, 106 des ersten mechanischen Antriebs zugeordnet. In diesem Fall ist vom zweiten elektrischen Antrieb 108 nicht die erforderliche Gesamtpumpendrehzahl, sondern lediglich die Differenzdrehzahl zwischen mechanischem Antrieb 118 und der erforderlichen Pumpendrehzahl aufzubringen.In the exemplary embodiment, the rotor 112 of the electric drive 108 is connected to the drive shaft 114, while the stator 110 of the electric drive 108 is arranged fixed to the housing. According to a further embodiment, the stator 110 of the electric drive 108 is associated with a drive shaft 102, 106 of the first mechanical drive. In this case, the second electric drive 108 does not have to provide the required total pump speed, but only the differential speed between the mechanical drive 118 and the required pump speed.

Ein Elektromotor 200 mit Weicheisenrotor 202 in verschiedenen Drehstellungen ist mit den Fig. 2a bis 2c gezeigt. Die Drahtwicklungen 208 des Elektromotors sind dem gehäusefesten Stator 204 zugeordnet, der elektrische Wirkungsgrad beträgt im Einsatzbereich ca. 85 %. Mit dem Pfeil a ist die Drehrichtung des Drehfeldes 206 angegeben, wobei der Rotor 202 entsprechend der ihm zugeordneten Pfeilrichtung dreht. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch ein permanenterregter Motor eingesetzt werden, beispielsweise ein sog. "brushless"-Motor, welcher den Vorteil bietet, dass Spannung bei Betrieb induziert wird und so dem Bordnetz zugespeist werden kann, was zu einer kleineren Auslegung der Lichtmaschine führt.An electric motor 200 with soft iron rotor 202 in different rotational positions is shown in FIGS. 2a to 2c. The wire windings 208 of the electric motor are assigned to the housing-fixed stator 204, the electrical efficiency is in the application area about 85%. The direction of rotation of the rotating field 206 is indicated by the arrow a, with the rotor 202 rotating in accordance with the arrow direction assigned to it. In another embodiment, a permanent-magnet motor can also be used, for example a so-called "brushless" motor, which offers the advantage that voltage is induced during operation and can thus be fed to the vehicle electrical system, which leads to a smaller design of the generator.

In Fig. 3 ist eine Überholkupplung 104, 300 dargestellt. Die Überholkupplung 300 weist ein Eingangsteil 304, ein Ausgangsteil 302 sowie Klemmkörper 306 zur drehrichtungsabhängigen Verbindung von Eingangs- 304 und Ausgangsteil 302 auf. Die Klemmkörper 306 sind mittels Federn 308 vorgespannt und ermöglichen eine Relativdrehung zwischen Eingangsteil 304 und Ausgangsteil 302 in einer Drehrichtung, während eine Relativdrehung in Gegenrichtung gesperrt ist. In einem weiteren - hier nicht gezeigten - Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine weitere Überholkupplung zwischen dem zweiten elektrischen Antrieb 108 und der Pumpe 116 vorgesehen, so dass bei einem Antrieb mittels des ersten mechanischen Antriebs 118 ein Mitdrehen des Rotors 112 des zweiten elektrischen Antriebs 108 verhindert ist.In Fig. 3, an overrunning clutch 104, 300 is shown. The overrunning clutch 300 has an input part 304, an output part 302 and clamping body 306 for the direction of rotation-dependent connection of input 304 and output part 302. The clamping body 306 are biased by springs 308 and allow relative rotation between the input part 304 and the output part 302 in one direction of rotation, while a relative rotation is locked in the opposite direction. In another - not shown here - embodiment of the invention, another overrunning clutch between the second electric drive 108 and the Pump 116 is provided so that in a drive by means of the first mechanical drive 118 co-rotation of the rotor 112 of the second electric drive 108 is prevented.

Claims (16)

Pumpenanordnung (100) zur Förderung eines Betriebsfluids einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Pumpe (116) sowie einen ersten mechanischen Antrieb (118) und einen zweiten elektrischen Antrieb (108, 200), dadurch gekennzeichnet, dass der erste (118) und der zweite Antrieb (108, 200) derselben Pumpe (116) zugeordnet sind.Pump arrangement (100) for conveying an operating fluid of an internal combustion engine, comprising a pump (116) and a first mechanical drive (118) and a second electric drive (108, 200), characterized in that the first (118) and the second drive ( 108, 200) are assigned to the same pump (116). Pumpenanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (118) und der zweite Antrieb (108, 200) einem gemeinsamen Pumpenrotor zugeordnet sind.Pump arrangement (100) according to claim 1, characterized in that the first (118) and the second drive (108, 200) are associated with a common pump rotor. Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-2, gekennzeichnet durch eine erste Überholkupplung (104, 300) zwischen Pumpe (116) und erstem Antrieb (118).Pump arrangement (100) according to one of claims 1-2, characterized by a first overrunning clutch (104, 300) between the pump (116) and the first drive (118). Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch eine zweite Überholkupplung (300) zwischen Pumpe (116) und zweitem Antrieb (108, 200).Pump arrangement (100) according to one of claims 1-3, characterized by a second overrunning clutch (300) between the pump (116) and the second drive (108, 200). Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (116) eine Ölpumpe zur Förderung von Schmieröl der Brennkraftmaschine ist.Pump arrangement (100) according to one of claims 1-4, characterized in that the pump (116) is an oil pump for conveying lubricating oil of the internal combustion engine. Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (116) eine Wasserpumpe zur Förderung von Kühlwasser der Brennkraftmaschine ist.Pump arrangement (100) according to one of claims 1-5, characterized in that the pump (116) is a water pump for conveying cooling water of the internal combustion engine. Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb (118) ausgehend von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erfolgt.Pump arrangement (100) according to one of claims 1-6, characterized in that the first drive (118) takes place starting from a crankshaft of the internal combustion engine. Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (108, 200) elektromotorisch erfolgt.Pump arrangement (100) according to one of claims 1-7, characterized in that the second drive (108, 200) is carried out by an electric motor. Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei ein zum Antrieb der Pumpe (116) vorgesehener Elektromotor (108, 200) einen Stator (110, 204) und einen Rotor (112, 202) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (112, 202) mit der Pumpe (116) verbunden und der Stator (110, 204) gehäusefest angeordnet ist.Pump arrangement (100) according to one of claims 1-8, wherein an electric motor (108, 200) provided for driving the pump (116) comprises a stator (110, 204) and a rotor (112, 202), characterized in that the Rotor (112, 202) connected to the pump (116) and the stator (110, 204) is arranged fixed to the housing. Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei ein zum Antrieb der Pumpe (116) vorgesehener Elektromotor einen Stator (110, 204) und einen Rotor (112, 202) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (112, 202) mit der Pumpe (116) verbunden und der Stator (110, 204) einer Antriebswelle (102) des ersten Antriebs (118) zugeordnet ist.Pump arrangement (100) according to one of claims 1-8, wherein an electric motor provided for driving the pump (116) comprises a stator (110, 204) and a rotor (112, 202), characterized in that the rotor (112, 202 ) is connected to the pump (116) and the stator (110, 204) is associated with a drive shaft (102) of the first drive (118). Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei ein zum Antrieb der Pumpe (116) vorgesehener Elektromotor (108, 200) Drahtwicklungen (208) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklungen (208) dem Stator (110, 204) zugeordnet sind.Pump arrangement (100) according to one of claims 1-10, wherein an electric motor (108, 200) provided for driving the pump (116) is provided. Wire windings (208), characterized in that the wire windings (208) are associated with the stator (110, 204). Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (108, 200) als elektrischer Generator betreibbar ist.Pump arrangement (100) according to one of claims 1-11, characterized in that the second drive (108, 200) is operable as an electric generator. Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass - überwiegend die Pumpe (116) mittels des ersten Antriebs (118) angetrieben wird und - in einer Phase, in der die Leistung des ersten Antriebs (118) zur erforderlichen Förderung des Betriebsfluids der Brennkraftmaschine nicht ausreicht, ein Antrieb der Pumpe (116) alternativ oder zusätzlich mittels des zweiten Antriebs (108, 200) erfolgt. Method for operating a pump arrangement (100) according to one of claims 1-12, characterized in that - Mainly the pump (116) by means of the first drive (118) is driven and - In a phase in which the power of the first drive (118) for the necessary promotion of the operating fluid of the internal combustion engine is not sufficient, a drive of the pump (116) alternatively or additionally by means of the second drive (108, 200). Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Heißleerlaufphase der Brennkraftmaschine oder bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine ein Antrieb der Pumpe (116) alternativ oder zusätzlich mittels des zweiten Antriebs (108, 200) erfolgt.Method for operating a pump arrangement (100) according to any one of claims 1-13, characterized in that in a hot idle phase of the internal combustion engine or not yet operating warm engine, a drive of the pump (116) alternatively or additionally by means of the second drive (108, 200) he follows. Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Antrieb der Pumpe (116) mittels des ersten Antriebs (118) der zweite Antrieb (108, 200) von der Pumpe (116) entkoppelt ist.Method for operating a pump arrangement (100) according to one of Claims 1-14, characterized in that, when the pump (116) is driven by means of the first drive (118), the second drive (108, 200) is decoupled from the pump (116) is. Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Antrieb der Pumpe (116) mittels des ersten Antriebs (118) der zweite Antrieb (108, 200) ebenfalls angetrieben wird und als Generator wirkt.Method for operating a pump arrangement (100) according to one of Claims 1-15, characterized in that, when the pump (116) is driven by means of the first drive (118), the second drive (108, 200) is likewise driven and acts as a generator ,
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