Die Erfindung betrifft eine mechanisch von einer Riemenscheibe, einem Zahnrad, einer Steckwelle o.ä. angetriebene, mittels eines Ventilschiebers regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore.

Im Zuge der stetigen Optimierung von Verbrennungsmotoren im Hinblick auf Emission und Kraftstoffverbrauch ist es wichtig den Motor nach dem Kaltstart möglichst schnell auf die Betriebstemperatur zu bringen.

Dadurch werden sowohl die Reibungsverluste minimiert (mit zunehmender Öltemperatur sinkt Viskosität des Motoröls und damit die Reibung an allen ölgeschmierten Bauteilen), zugleich die Emissionswerte reduziert (da erst nach der sogenannten „Anspringtemperatur" die Katalysatoren wirksam werden, beeinflusst der Zeitraum bis zum Erreichen dieser Temperatur wesentlich die Abgasemission) und auch der Kraftstoffverbrauch deutlich verringert.

Versuchsreihen in der Motorentwicklung haben gezeigt, dass eine sehr wirksame Maßnahme zur Motorerwärmung das„stehende Wasser" oder die „Null-Leckage" während der Kaltstartphase ist. Dabei sollte, um die Abgastemperatur so schnell wie möglich auf das gewünschte Niveau zu bringen, während der Kaltstartphase der Zylinderkopf keinesfalls von Kühlmittel durchströmt werden.

Von Fahrzeugherstellern werden in diesem Zusammenhang Leckageströme von weniger als 0,5 l/h {„Null-Leckage") gewünscht.

Die Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen haben zudem gezeigt, dass durch ein konsequentes Thermomanagement (also jene Maßnahmen, welche zu einem energetisch und thermomechanisch optimalen Betrieb eines Verbrennungsmotors führen) etwa 3% bis 5% Kraftstoff eingespart werden können.

Im Stand der Technik wurde daher, von der Anmelderin unter anderen in der DE 10 2004 054 637 B4, der DE 10 2005 004 315 B4 wie auch in der DE 10 2005 062 200 B3 zwischenzeitlich bewährte Lösungen vorgestellt, welche eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglichen, um einerseits durch „Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um andererseits nach der Erwärmung des Motors (d.h. im „Dauerbetrieb") die Motortemperatur so zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und zudem gleichzeitig auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.

Bei diesen Lösungen ist im Pumpengehäuse ein jeweils in Richtung der Wellenachse der Pumpenwelle verschiebbar gelagerter, zylinderförmig ausgebildeter Ventilschieber angeordnet, welcher entlang des Flügelradaustrittes linear verschoben werden kann und dabei den Austritt des Flügelrades variabel zu überdecken vermag.

Diese Anordnung eines geführten, linear verschiebbaren, den Austritt des Flügelrades variabel überdeckenden Ventilschiebers ist eine sehr kompakte, einfache und robuste Lösung, welche eine hohe Betriebssicherheit und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet. Beim Kaltstart, oder auch bei stehendem Kühlwasser im Kurbelgehäuse ist die Kühlung einzelner Komponenten, wie z.B. der Abgasrückführung (AGR), des Abgaskrümmers, der Heizung u.a.m. dennoch zwingend erforderlich.

Hierfür werden oftmals zusätzliche elektrische Hilfspumpen eingesetzt, welche mit einer geringen Leistung von etwa 10 Liter/Minute bei einem Druck von ca. 0,1 bar die Versorgung derartiger Komponenten übernehmen.

Um nun den Einsatz derartiger zusätzlicher Hilfspumpen zu vermeiden, wurde in einer speziellen Ausführungsform der DE 10 2004 054 637 B4 (der Lösung nach den Figuren 3 und 4 in der DE 10 2004 054 637 B4) eine Kühlmittelpumpe mit einer zusätzlichen Kühlmittelaustrittsöffnung zur Versorgung der vorgenannten Komponenten über einen Kühlmittelbypass vorgestellt.

Der Bypassstutzen mündet hierbei in den Raum hinter dem Ventilschieber, welcher zu jeder Zeit vom Kühlmittel umgeben ist und stets den annähernd gleichen Druckverhältnissen wie jener Raum vor dem Ventilschieber unterliegt. Diese Lösung bewirkt, dass bei laufendem Motor in jeder Stellung des Ventilschiebers, d.h. sowohl bei vollständig vom Ventilschieber frei gegebenen Austritt des Flügelrades wie auch bei vollständig vom Ventilschieber überdeckenden Austritt des Flügelrades, stets ein, wenn auch unterschiedlicher Kühlmittelvolumenstrom über den Kühlmittelbypass generiert wird.

Der Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass insbesondere im Bereich des maximal geförderten Durchsatzes, d.h. bei vollständig vom Ventilschieber frei gegebenen Flügelradaustritt, d.h. bei hohem Kü h Im ittelvolumen ström durch das Zylinderkurbelgehäuse und den Zylinderkopf hindurch, von diesen Kühlmittelpumpen mit Kühlmittelbypass eine nicht unerhebliche, zusätzliche Förderleistung aufgebracht werden muss, um eine durch den Kurzschluss über den Kühlmittelbypass auftretende Parallelströmung, d.h. den aus dieser Parallelströmung resultierenden Druckverlust, wieder auszugleichen.

Daher ist aus den vorgenannten Gründen in Verbindung mit dem Einbau einer der o.g. Kühlmittelpumpen mit Kühlmittelbypass entweder eine Überdimensionierung der Kühlmittelpumpe, oder der Einbau zusätzlicher Aktuatoren erforderlich, die zudem vom Motormanagement zusätzlich angesteuert werden müssen.

Sowohl der Einbau, wie auch die Ansteuerung von Aktuatoren ist mit zusätzlichem Aufwand verbunden und zudem gleichzeitig eine mögliche Quelle von Störungen und den dann daraus resultierenden Instandsetzungsarbeiten. Doch auch die Alternative hierzu, d.h. eine Überdimensionierung der Kühlmittelpumpe bewirkt zwangsläufig, dass in allen Betriebszuständen konträr zu den ursprünglichen Zielen der Kraftstoffverbrauchs- und Emissionsreduzierung, diese nur mit Abstrichen erreicht werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mechanisch von einer Riemenscheibe, einem Zahnrad, einer Steckwelle o.ä. angetriebene, mittels eines Ventilschiebers regelbare Kühlmittelpumpe zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei durch„Null- Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet und nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so exakt zu beeinflussen vermag, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können, und die fertigungs- und montagetechnisch einfach herstellbar, kostengünstig, mit minimalem Aufwand, ohne den Einsatz zusätzlicher elektrischer Hilfspumpen, wie auch ohne den Einbau von zusätzlichen Aktuatoren und auch ohne eine Überdimensionierung der Kühlmittelpumpe, d.h. mit geringerer Antriebsleistung, die Kühlung spezieller Komponenten, wie z.B. der Abgasrückführung, des Abgaskrümmers, der Heizung u.a.m. bei stehendem Kühlwasser im Zylinderkurbelgehäuse und im Zylinderkopf mit hoher Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei hohem Wirkungsgrad gewährleistet, und dabei aber gleichzeitig eine einfache und kostengünstige Einbindung ins Motormanagement ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches der Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zeichnerischen Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit vier Figuren näher erläutert.

In der Figur 1 ist die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe im Teilschnitt beim Kaltstart, d.h. bei stehendem Kühlwasser im Kurbelgehäuse mit vollständig vom Ventilschieber überdeckten Flügelradaustritt 8 dargestellt. Die Figur 2 zeigt eine wettere mögliche Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühimittelpumpe mit einem mittels Bolzen im Pumpengehäuse 1 gelagerten speziellen ringförmigen Ventilschieber dessen Schieberrückwand 7 selbst als Druckringscheibe 12 ausgebildet ist, im Teilschnitt beim Kaltstart, d.h. bei stehendem Kühlwasser im Kurbelgehäuse mit vollständig vom Ventilschieber überdeckten Flügelradaustritt 8.

In der Figur 3 ist eine etwas modifizierte Bauform der erfindungsgemäßen regelbare Kühlmittelpumpe nach Figur 2 mit vollständig vom Ventilschieber frei gegebenen Flügelradaustritt 8 dargestellt.

All diese speziellen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse 1 , einer im Pumpengehäuse 1 in einem Pumpenlager 2 gelagerten, von einer Riemenscheibe 3 angetriebenen Pumpenwelle 4, einem auf einem freien, strömungsseitigen Ende dieser Pumpenwelle 4 drehfest angeordneten Flügelrad 5, einem in einer Schieberarbeitskammer 6 angeordneten mit einer Schieberrückwand 7 und einem den Ftügelradaustritt 8 variabel überdeckenden Außenzylinder 9 versehenen, im Pumpengehäuse 1 verschiebbar gelagerten Ventilschieber, mit Durchflussöffnungen 10 und einem in die Schieberarbeitskammer 6 mündenden zusätzlichen Bypassstutzen 11 , zeichnen sich dadurch aus, dass an der Schieberrückwand 7 des Ventilschiebers eine Druckringscheibe 12 angeordnet ist, oder die Schieberrückwand 7 in speziellen Bauformen, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, selbst als Druckringscheibe 12 ausgebildet ist, und dass dieser Druckringscheibe 12 riemenscheibenseitig gegenüberliegend am Pumpengehäuse 1 eine zugeordnete Anlagefläche 13 angeordnet ist, wobei in den Pumpengehäusen 1 innerhalb dieser Anlageflächen 13, von den Anlageflächen 13 umschlossene Auslassöffnungen 14 angeordnet sind, welche in den Bypassstutzen 11 münden.

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, unterbindet der Ventilschieber bei Anlage am Kurbelgehäuse 19 den Eintritt von Kühlmittel in die Spirale der Kühlmittelpumpe im Kurbelgehäuse 19, und damit den Eintritt von Kühlmittel in den in den Hauptkühlkreislauf.

Kennzeichnend ist dabei, dass einerseits zwischen dem Flügelradaustritt 8 und dem Außenzylinder 9 des Ventilschiebers ein Ringspalt angeordnet ist, und dass andererseits erfindungsgemäß bei am Kurbelgehäuse 19 anliegenden Außenzylinder 9 des Ventilschiebers gleichzeitig zwischen dem Flügelrad und der Schieberrückwand 7 ein kreisscheibenförmiger Strömungsspalt verbleibt, so dass bei am Kurbelgehäuse 19 anliegenden Außenzylinder 9 des Ventilschiebers stets ein Volumenstrom, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, aus dem Flügelradaustritt 8 über die Schieberarbeitskammer 6 in den Bypassstutzen 11 gewährleistet ist.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass bei vollständig vom Ventilschieber frei gegebenen Flügelradaustritt 8 die Druckringscheibe 12 mit der zugeordneten Anlagefläche 13 am Pumpengehäuse 1 unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung tritt und dadurch die Auslassöffnung/en 14 verschließt.

In den Figuren 1 und 2 ist eine mittelbare Wirkverbindung der vorgenannten Baugruppen dargestellt, d.h. in der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist an der Druckringscheibe 12 ein Dichtelement 15 aus Gummi angeordnet, welches bei vollständig vom Ventilschieber frei gegebenen Flügelradaustritt 8 abdichtend an die Anlagefläche 13 des Pumpengehäuses 1 angepresst wird. In der Figur 2 ist hingegen an der Anlagefläche 13 des Pumpengehäuses 1 ein Dichtelement 15 aus Gummi oder Kunststoff angeordnet, an das bei vollständig vom Außenzylinder 9 des Ventilschiebers frei gegebenen Flügelradaustritt 8 die Druckringscheibe 12 abdichtend angepresst wird.

Demgegenüber tritt in der Darstellung gemäß Figur 3, bei vollständig vom Ventilschieber frei gegebenen Flügelradaustritt 8, die Druckringscheibe 12 mit der zugeordneten Anlagefläche 13 am Pumpengehäuse 1 unmittelbar in Wirkverbindung, und verschließt dabei auf Grund der dort fertigungstechnisch vorgesehenen, qualitativ entsprechend hochwertig ausgeführten Paarung der Kontaktflächen, der Anlagefläche 13 und der Druckringscheibe 12, als „Dichtsitz", die Auslassöffnung 14.

Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang aber auch, dass bei vollständig vom Außenzylinder 9 des Ventilschiebers frei gegebenen Flügelradaustritt 8 die unmittelbar oder mittelbar an der Anlagefläche 13 am Pumpengehäuse 1 anliegende Druckringscheibe 12 so vom sich in der Schieberarbeitskammer 6 aufbauenden Pumpendruck gegen die Anlagefläche 13 am Pumpengehäuse 1 gepresst wird, dass dadurch die jeweilige Auslassöffnung 14 zusätzlich optimal abgedichtet wird.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Ventilschiebers, wird durch „Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet, wobei nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb erfindungsgemäß so exakt beeinflusst werden kann, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden.

Durch die Anordnung eines By passstutze ns 11 an der Kühlmittelpumpe und dessen Einbindung in einen Kühlmittelbypass wird der Einsatz zusätzlicher elektrischer Hilfspumpen eingespart.

Diese mit einem regelbaren Bypassstutzen 11 versehene erfindungsgemäße Bauform, welche bewirkt, dass der Zufluss aus der Kühlmittelpumpe in den Bypassstutzen 11 , vom Ventilschieber selbst, bei vollständig vom Außenzylinder 9 des Ventilschiebers frei gegebenen Flügelradaustritt 8 verschlossen wird, ist fertigungs- und montagetechnisch sehr einfach und sehr kostengünstig und auch mit minimalem Aufwand herzustellen.

Da der Ventilschieber erfindungsgemäß gleichzeitig als Stellglied genutzt wird, erübrigt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung auf sehr einfache und kostengünstige Weise der Einbau von zusätzlichen Aktuatoren wie auch deren Einbindung ins Motormanagement.

Auch wird eine bisher zwingend erforderliche Überdimensionierung der Kühlmittelpumpen mit einem Bypassstutzen 11 zur Speisung eines Kühlmittelbypasses, bei Verzicht auf einen Einbau von zusätzlichen Aktuatoren, nicht mehr erforderlich.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann somit mit geringer Antriebsleistung, die Kühlung spezieller Komponenten, wie z.B. der Abgasrückführung, des Abgaskrümmers, der Heizung u.a.m., bei stehendem Kühlwasser im Zylinderkurbelgehäuse und im Zylinderkopf gewährleistet werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist sehr robust und gewährleistet bei hohem Wirkungsgrad eine hoher Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit.

Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung, welche die Funktion eines 3/2-Wegeventiles in den Ventilschieber der Kühlmittelpumpe integriert, eine einfache und kostengünstige Einbindung ins Motormanagement.

Kennzeichnend ist auch, dass am Außenumfang des Ventilschiebers eine den Ventilschieber als Kreisring überragende Dichtüppe 16 angeordnet ist, die während der Verschiebung des Ventilschiebers berührungsfrei in einer im Außenmantel der Schieberarbeitskammer 6 angeordneten Zylinderkammer 17 mit einem flügelradseitig an dieser angeordneten Dichtsteg 18 verfährt, wobei sich die Dichtlippe 16 bei vollständig vom Ventilschieber überdeckten Flügelradaustritt 8, d.h. in der vorderen Endlage des Ventilschiebers, in der sich der Außenzylinder 9 des Ventilschiebers abdichtend stirnseitig axial ringförmig an das Kurbelgehäuse 19 anlegt, axial abdichtend an den Dichtsteg 18 der Zylinderkammer 17 anliegt und so gleichzeitig einen Toleranzausgleich gewährleistet. Dieses Wirkprinzip der doppelten axialen Abdichtung des Ventilschiebers vermeidet Leckageverluste und gewährleistet gleichzeitig einen optimalen Volumenstrom im Bypassstutzen 11.

Erfindungsgemäß ist dabei auch, dass die Dichtlippe 16 mit einem am Ventilschieber angeordneten Dichtelement 15, wie in der Figur 1 dargestellt, monolithisch verbunden ist.

Dadurch können zusätzlich Fertigungs- und Montagekosten eingespart werden. Die Figur 4 zeigt das Blockschaltbild für einen möglichen Einsatz der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges.

Vorteilhafterweise mündet der erfindungsgemäß regelbare Bypassstutzen 11 in einen Kühlmittelbypass 21 der auch bei stehendem Kühlwasser im Kurbelgehäuse 19 die Kühlung einzelner Komponenten, wie z.B. der Abgasrückführung 22, des Abgaskrümmers 23, der Heizung 24 u.a.m. gewährleistet.

Bezugszeichenzusammenstellung

1 Pumpengehäuse

2 Pumpenlager

3 Riemenscheibe

4 Pumpenwelle

5 Flügelrad

6 Schieberarbeitskammer

7 Schieberrückwand

8 Flügelradaustritt

9 Außenzylinder

10 Durchflussöffnung

11 Bypassstutzen

12 Druckringscheibe

13 Anlagefläche

14 Auslassöffnung

15 Dichtelement

16 Dichtlippe

17 Zylinderkammer

18 Dichtsteg

19 Kurbelgehäuse

20 Kühlmittelpumpe

21 Kühlmittelbypass

22 Abgasrückführung

23 Abgaskrümmer

24 Heizung

25 Kühler

26 Ölkühler

27 Thermostat

28 Ausgleichsbehälter