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DE102014011328B4 - Pump arrangement for a motor vehicle and method for operating a pump arrangement - Google Patents

Pump arrangement for a motor vehicle and method for operating a pump arrangement Download PDF

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DE102014011328B4
DE102014011328B4 DE102014011328.0A DE102014011328A DE102014011328B4 DE 102014011328 B4 DE102014011328 B4 DE 102014011328B4 DE 102014011328 A DE102014011328 A DE 102014011328A DE 102014011328 B4 DE102014011328 B4 DE 102014011328B4
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Abstract

Pumpanordnung für einen Kraftwagen, mit einer Kühlmittelpumpe (12), welche mittels einer Verbrennungskraftmaschine (20) des Kraftwagens antreibbar ist, und mit einer elektrischen Maschine (16), wobei ein Pumpenrad der Kühlmittelpumpe (12) und ein Rotor der elektrischen Maschine (16) mit derselben Antriebswelle (14) drehfest verbunden sind, wobei die elektrische Maschine (16) als von der Verbrennungskraftmaschine (20) angetriebener Generator betreibbar ist, und wobei die elektrische Maschine (16) dazu ausgelegt ist, die Kühlmittelpumpe (12) anzutreiben, wenn die Kühlmittelpumpe (12) von der Verbrennungskraftmaschine (20) entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpanordnung (10) einen Stromrichter (26) umfasst, mittels welchem von der elektrischen Maschine (16) im Generatorbetrieb bereitgestellte elektrische Energie in einen elektrischen Energiespeicher (24) eines Bordnetzes (18) des Kraftwagens einbringbar ist, wobei der Stromrichter (26) zum Versorgen der elektrischen Maschine (16) mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher (24) als Wechselrichter betreibbar ist, und mit einem Freilauf (22) zum Entkoppeln der Kühlmittelpumpe (12) von der Bewegung einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine (20).Pump arrangement for a motor vehicle, with a coolant pump (12) which can be driven by means of an internal combustion engine (20) of the motor vehicle, and with an electrical machine (16), a pump wheel of the coolant pump (12) and a rotor of the electrical machine (16) are rotatably connected to the same drive shaft (14), the electrical machine (16) being operable as a generator driven by the internal combustion engine (20), and the electrical machine (16) being designed to drive the coolant pump (12) when the Coolant pump (12) is decoupled from the internal combustion engine (20), characterized in that the pump arrangement (10) comprises a power converter (26) by means of which electrical energy provided by the electrical machine (16) in generator operation is transferred to an electrical energy store (24). An electrical system (18) of the motor vehicle can be introduced, the converter (26) for supplying the electrical Ma Machine (16) with electrical energy from the electrical energy store (24) can be operated as an inverter, and with a freewheel (22) for decoupling the coolant pump (12) from the movement of an output shaft of the internal combustion engine (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpanordnung für einen Kraftwagen, welche eine Kühlmittelpumpe umfasst. Die Kühlmittelpumpe kann mittels einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens angetrieben werden. Die Pumpanordnung umfasst des Weiteren eine elektrische Maschine, wobei ein Pumpenrad der Kühlmittelpumpe und ein Rotor der elektrischen Maschine mit derselben Antriebswelle drehfest verbunden sind. Die elektrische Maschine kann als von der Verbrennungskraftmaschine angetriebener Generator betrieben werden. Die elektrische Maschine ist dazu ausgelegt, die Kühlmittelpumpe anzutreiben, wenn die Kühlmittelpumpe von der Verbrennungskraftmaschine entkoppelt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Pumpanordnung.The invention relates to a pump arrangement for a motor vehicle, which comprises a coolant pump. The coolant pump can be driven by means of an internal combustion engine of the motor vehicle. The pump arrangement further comprises an electrical machine, a pump wheel of the coolant pump and a rotor of the electrical machine being connected in a rotationally fixed manner to the same drive shaft. The electrical machine can be operated as a generator driven by the internal combustion engine. The electrical machine is designed to drive the coolant pump when the coolant pump is decoupled from the internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a pump arrangement.

Die DE 100 23 508 B4 beschreibt eine Kühlanlage für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor. Eine Kühlflüssigkeitspumpe der Kühlanlage umfasst eine Antriebswelle, mit welcher eine elektrische Maschine starr gekoppelt ist. Die elektrische Maschine ist zum Antrieb der Kühlflüssigkeitspumpe geeignet. Zur Ankopplung der Antriebswelle an den Abtrieb des Verbrennungsmotors ist eine Kupplung vorgesehen. Die elektrische Maschine kann als Elektromotor oder als Generator betrieben werden, so dass bei eingekuppelter Kupplung die elektrische Maschine zur Stromerzeugung zur Verfügung steht. Durch Öffnen der Kupplung kann bewirkt werden, dass der Verbrennungsmotor ohne Nebenaggregate läuft. Bei geöffneter Kupplung kann des Weiteren mittels der elektrischen Maschine die Kühlflüssigkeitspumpe angetrieben werden, so dass eine Standklimatisierung oder Standkühlung möglich ist.The DE 100 23 508 B4 describes a cooling system for a liquid-cooled internal combustion engine. A coolant pump of the cooling system comprises a drive shaft with which an electrical machine is rigidly coupled. The electrical machine is suitable for driving the coolant pump. A coupling is provided for coupling the drive shaft to the output of the internal combustion engine. The electric machine can be operated as an electric motor or as a generator, so that when the clutch is engaged, the electric machine is available for generating electricity. Opening the clutch can cause the internal combustion engine to run without ancillary components. When the clutch is open, the coolant pump can also be driven by the electrical machine, so that parking air conditioning or cooling is possible.

Die DE 10 2009 016 911 A1 beschreibt ein riemengetriebenes Generatoranlassersystem für ein Hybridfahrzeug. Hierbei ist eine Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine über einen ersten Antriebsriemen mit einer ersten Seite einer Kupplung gekoppelt, wobei eine zweite Seite der Kupplung mit einer Welle einer elektrischen Maschine verbunden ist. Die elektrische Maschine kann als Motor und als Generator eingesetzt werden. Ein mittels der Welle der elektrischen Maschine antreibbarer zweiter Riemen ist zum Antreiben einer Wasserpumpe, eines Klimaanlagenkompressors, einer hydraulischen Servolenkungspumpe und einer Getriebehilfspumpe ausgebildet.The DE 10 2009 016 911 A1 describes a belt driven generator starter system for a hybrid vehicle. Here, an output shaft of an internal combustion engine is coupled to a first side of a clutch via a first drive belt, a second side of the clutch being connected to a shaft of an electrical machine. The electrical machine can be used as a motor and as a generator. A second belt, which can be driven by the shaft of the electrical machine, is designed to drive a water pump, an air conditioning compressor, a hydraulic power steering pump and an auxiliary transmission pump.

Die DE 10 2005 024 827 A1 beschreibt ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs und mit einem Kühlmittelkreislauf, in welchem eine Kühlmittelpumpe angeordnet ist. Die Kühlmittelpumpe weist eine Kopplung mit der Verbrennungskraftmaschine auf, und ein Elektromotor ist auf einer Antriebswelle der Kühlmittelpumpe angeordnet. Der Elektromotor weist eine Drehmomentabstützung auf. Ein für die Kopplung vorgesehener Freilauf kann mechanisch oder elektrisch schaltbar ausgebildet sein.The DE 10 2005 024 827 A1 describes a drive unit of a motor vehicle with an internal combustion engine for propelling the motor vehicle and with a coolant circuit in which a coolant pump is arranged. The coolant pump is coupled to the internal combustion engine, and an electric motor is arranged on a drive shaft of the coolant pump. The electric motor has a torque support. A freewheel provided for the coupling can be designed to be mechanically or electrically switchable.

Die DE 197 38 250 A1 beschreibt eine Fahrzeugklimaanlage mit einer Kompressoreinheit. Hierbei ist die Kompressoreinheit über eine Kupplung oder einen Freilauf an eine Abtriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors ankoppelbar. Die Welle der Kompressoreinheit ist des Weiteren drehfest mit einer elektrischen Maschine verbunden, welche als Motor und als Generator betrieben werden kann. Über einen Wechselrichter ist die elektrische Maschine mit einem Akkumulator verbunden. Im Standbetrieb, also bei abgeschaltetem Fahrzeugmotor, wird die Kompressoreinheit ausschließlich über die dann als Motor arbeitende elektrische Maschine angetrieben. Die elektrische Maschine bezieht dabei ihre elektrische Energie aus dem Akkumulator. Bei laufendem Fahrzeugmotor wird die Kompressoreinheit durch den Fahrzeugmotor angetrieben. Durch die starre Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und der Kompressoreinheit wird die elektrische Maschine dann als Generator betrieben, der den Akkumulator auflädt und für das Gleichspannungsbordnetz des Kraftfahrzeugs als Spannungsquelle dient. Mit der von der elektrischen Maschine erzeugten Energie lässt sich bei Bedarf eine elektrische Kühlwasserpumpe antreiben, welche zum Kühlen des Fahrzeugmotors vorgesehen ist.The DE 197 38 250 A1 describes a vehicle air conditioner with a compressor unit. Here, the compressor unit can be coupled to an output shaft of a motor vehicle engine via a clutch or a freewheel. The shaft of the compressor unit is also non-rotatably connected to an electrical machine that can be operated as a motor and as a generator. The electrical machine is connected to an accumulator via an inverter. In stationary operation, that is to say when the vehicle engine is switched off, the compressor unit is driven exclusively by the electrical machine then operating as a motor. The electrical machine draws its electrical energy from the accumulator. When the vehicle engine is running, the compressor unit is driven by the vehicle engine. Due to the rigid coupling between the electrical machine and the compressor unit, the electrical machine is then operated as a generator, which charges the accumulator and serves as a voltage source for the DC vehicle electrical system. If necessary, the energy generated by the electrical machine can be used to drive an electrical cooling water pump, which is provided for cooling the vehicle engine.

Des Weiteren beschreibt die DE 10 2012 109 852 A1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bei welchem im Motorbetrieb ein Starter-Generator einen Riementrieb antreibt, über welchen wiederum Nebenaggregate angetrieben werden. Die Nebenaggregate umfassen einen Kältemittelprozessor und eine Kühlmittelpumpe, welche auch dann betrieben werden können, wenn der Verbrennungsmotor stillsteht. Eine Kupplung ermöglicht es, bei geöffneter Kupplung den Kältemittelprozessor und die Kühlmittelpumpe anzutreiben, wenn der Verbrennungsmotor stillsteht. Bei geschlossener Kupplung und gestartetem Verbrennungsmotor werden hingegen die Nebenaggregate über die Kurbelwelle mittels des Verbrennungsmotors angetrieben.Furthermore describes the DE 10 2012 109 852 A1 a drive train of a motor vehicle, in which a starter-generator drives a belt drive during engine operation, via which auxiliary units are in turn driven. The auxiliary units include a refrigerant processor and a coolant pump, which can also be operated when the internal combustion engine is stopped. A clutch makes it possible to drive the refrigerant processor and the coolant pump when the clutch is open when the internal combustion engine is at a standstill. When the clutch is closed and the internal combustion engine is started, however, the auxiliary units are driven via the crankshaft by means of the internal combustion engine.

Die WO 2007/075148 A1 beschreibt einen Generatormotor, welcher von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, wenn eine Kupplung geschlossen ist. Bei geschlossener Kupplung dreht sich ein Rotor des Generatormotors, und hierbei erzeugte elektrische Energie wird über einen AC-DC-Gleichrichter in eine Batterie eingebracht. Bei geöffneter Kupplung kann eine weitere Kupplung geschlossen werden, welche den Rotor mit einem Getriebe koppelt. In diesem Fall stellt die Batterie elektrische Energie bereit, wobei zwischen der Batterie und dem Generatormotor ein DC-AC-Wechselrichter vorgesehen ist. Entsprechend kann der Generatormotor Antriebsenergie für eine bewegliche Einheit bereitstellen. Der Generatormotor ist zudem dazu ausgelegt, den Verbrennungsmotor zu starten.The WO 2007/075148 A1 describes a generator motor which is driven by an internal combustion engine when a clutch is closed. When the clutch is closed, a rotor of the generator motor rotates and the electrical energy generated is introduced into a battery via an AC-DC rectifier. When the clutch is open, another clutch can be closed, which couples the rotor to a gear. In this case, the battery provides electrical energy, a DC-AC inverter being provided between the battery and the generator motor is. The generator motor can accordingly provide drive energy for a movable unit. The generator motor is also designed to start the internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpanordnung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Pumpanordnung zu schaffen, welche oder welches eine erweiterte Funktionalität aufweist.The object of the present invention is to provide a pump arrangement of the type mentioned at the outset and a method for operating such a pump arrangement which has an expanded functionality.

Diese Aufgabe wird durch eine Pumpanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a pump arrangement with the features of patent claim 1 and by a method with the features of patent claim 6. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Pumpanordnung umfasst einen Stromrichter, welcher es ermöglicht, von der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb bereitgestellte elektrische Energie in einen elektrischen Energiespeicher eines Bordnetzes des Kraftwagens einzubringen. Im Generatorbetrieb dient die elektrische Maschine somit als sogenannte Lichtmaschine, welche im Fahrbetrieb von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Diese im Kraftwagen mit Verbrennungskraftmaschine ohnehin vorgesehene Lichtmaschine kann jedoch vorliegend auch als Elektromotor genutzt werden, um die Kühlmittelpumpe anzutreiben, wenn die Verbrennungskraftmaschine abgestellt ist. Es kann also auch bei stehender Verbrennungskraftmaschine die Kühlmittelpumpe weiter angetrieben werden, ohne dass hierfür ein gesonderter elektrischer Antrieb vorzusehen ist. Vielmehr sorgt die im normalen Fahrbetrieb als Generator genutzte elektrische Maschine für das elektrische Antreiben der Kühlmittelpumpe, wenn die Verbrennungskraftmaschine steht. Es können also die ohnehin bereits vorhandenen Komponenten der elektrischen Maschine diese Funktion des Antreibens der Kühlmittelpumpe übernehmen.The pump arrangement according to the invention comprises a converter which makes it possible to introduce electrical energy provided by the electrical machine in generator operation into an electrical energy store in an on-board electrical system of the motor vehicle. In generator mode, the electrical machine thus serves as a so-called alternator, which is driven by the internal combustion engine while driving. However, this alternator, which is provided anyway in a motor vehicle with an internal combustion engine, can also be used here as an electric motor to drive the coolant pump when the internal combustion engine is switched off. The coolant pump can thus be driven further even when the internal combustion engine is at a standstill without a separate electric drive having to be provided for this. Rather, the electrical machine used as a generator in normal driving operation ensures the electrical drive of the coolant pump when the internal combustion engine is stopped. The already existing components of the electrical machine can therefore take over this function of driving the coolant pump.

Im normalen Fahrbetrieb, also bei laufender Verbrennungskraftmaschine, werden jedoch sowohl das Pumpenrad der Kühlmittelpumpe als auch der Rotor der dann als Generator dienenden elektrischen Maschine von der Verbrennungskraftmaschine direkt angetrieben. So ist sichergestellt, dass im Fahrbetrieb die Kühlmittelpumpe mit angetrieben wird und zugleich das Bordnetz des Kraftwagens mit elektrischer Energie versorgt wird. Dadurch, dass die im Generatorbetrieb bereitgestellte elektrische Energie in einen elektrischen Energiespeicher eingebracht wird, können unterschiedliche Spannungen im Bordnetz ausgeglichen werden. Zudem kann auch bei langsam laufender oder abgestellter Verbrennungskraftmaschine elektrische Energie für das Bordnetz zur Verfügung gestellt werden. Dadurch ist eine Pumpanordnung mit einer erweiterten Funktionalität geschaffen.In normal driving operation, that is to say with the internal combustion engine running, both the pump wheel of the coolant pump and the rotor of the electrical machine which then serves as a generator are driven directly by the internal combustion engine. This ensures that the coolant pump is driven when the vehicle is in operation and that the vehicle's electrical system is also supplied with electrical energy. Because the electrical energy provided in generator operation is introduced into an electrical energy store, different voltages in the vehicle electrical system can be compensated for. In addition, electrical energy can be made available for the vehicle electrical system even when the internal combustion engine is running slowly or is switched off. This creates a pump arrangement with extended functionality.

Durch den Wegfall eines separaten Elektromotors zum Antreiben der Kühlmittelpumpe lässt sich eine Gewichtsersparnis erreichen. Eine solche Reduktion der Anzahl von Nebenaggregaten im Kraftwagen geht auch mit verringerten Kosten einher. Zudem lässt sich die doppelte Nutzung der elektrischen Maschine, nämlich einerseits als Generator und andererseits als Elektromotor besonders einfach bewerkstelligen.By eliminating the need for a separate electric motor to drive the coolant pump, weight can be saved. Such a reduction in the number of auxiliary units in the motor vehicle is also associated with reduced costs. In addition, the double use of the electric machine, namely on the one hand as a generator and on the other hand as an electric motor, can be accomplished particularly easily.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpanordnung kann der Stromrichter zum Versorgen der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher als Wechselrichter betrieben werden. Hierbei braucht der Wechselrichter vorteilhaft bloß dahingehend dimensioniert zu werden, dass die für den Antrieb der Kühlmittelpumpe vorzusehende elektrische Leistung bereitgestellt werden kann. Dadurch kann der Stromrichter besonders kompakt und bauraumsparend ausgeführt sein.In the pump arrangement according to the invention, the converter can be operated as an inverter for supplying the electrical machine with electrical energy from the electrical energy store. In this case, the inverter advantageously only needs to be dimensioned such that the electrical power to be provided for driving the coolant pump can be provided. As a result, the converter can be designed to be particularly compact and space-saving.

Zum Entkoppeln der Kühlmittelpumpe von der Bewegung einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine ist ein Freilauf vorgesehen. So ist dafür gesorgt, dass bei laufender Verbrennungskraftmaschine stets sowohl die Kühlmittelpumpe als auch die elektrische Maschine angetrieben werden. Eine aufwändige Ansteuerung einer Kupplung oder dergleichen kann so entfallen, so dass der Betrieb der Pumpanordnung besonders einfach ist. Zudem ist ein solcher Freilauf besonders funktionssicher und wartungsarm, was der Funktionssicherheit der Pumpanordnung zuträglich ist.A freewheel is provided for decoupling the coolant pump from the movement of an output shaft of the internal combustion engine. This ensures that both the coolant pump and the electrical machine are always driven when the internal combustion engine is running. A complex control of a clutch or the like can be dispensed with, so that the operation of the pump arrangement is particularly simple. In addition, such a freewheel is particularly reliable and requires little maintenance, which is conducive to the functional reliability of the pump arrangement.

Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Stromrichter als von der elektrischen Maschine separates Bauteil ausgebildet ist. Dadurch lässt sich nämlich der Stromrichter besonders gut von Vibrationen entkoppeln, welchen die elektrische Maschine etwa im Fahrbetrieb ausgesetzt ist, oder welche beim Antreiben der Kühlmittelpumpe mittels der elektrischen Maschine, also im elektromotorischen Betrieb, von der elektrischen Maschine ausgehen. Zudem ist so eine besonders kompakte Bauweise der elektrischen Maschine erreichbar, und es ist eine besonders hohe Flexibilität im Hinblick auf die Unterbringung des Stromrichters gegeben. So kann der im Kraftwagen stets begrenzt zur Verfügung stehende Bauraum besonders gut ausgenutzt werden.It has proven to be advantageous if the converter is designed as a component separate from the electrical machine. As a result, the converter can be uncoupled particularly well from vibrations which the electrical machine is exposed to, for example when driving, or which emanate from the electrical machine when the coolant pump is driven by means of the electrical machine, that is to say in electromotive operation. In addition, a particularly compact design of the electrical machine can be achieved, and there is a particularly high degree of flexibility with regard to the accommodation of the converter. The space available in the motor vehicle, which is always available to a limited extent, can be used particularly well.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die elektrische Maschine als Wechselstromgenerator betreibbar ist, wobei der Stromrichter im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine als Gleichrichter betrieben werden kann. Eine solche Ausgestaltung der elektrischen Maschine führt zu einem geringen Verschleiß derselben. It is also advantageous if the electrical machine can be operated as an AC generator, the converter being able to be operated as a rectifier when the electrical machine is in generator mode. Such a configuration of the electrical machine leads to little wear on the same.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn wenigstens ein im Bordnetz des Kraftwagens angeordneter elektrischer Verbraucher mit der von der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb bereitgestellten Energie betreibbar ist. Dadurch ist die Versorgung des wenigstens einen Verbrauchers sichergestellt, solange die Verbrennungskraftmaschine den Rotor der elektrischen Maschine antreibt und die elektrische Maschine als Generator betrieben wird.It is also advantageous if at least one electrical consumer arranged in the vehicle electrical system of the motor vehicle can be operated with the energy provided by the electrical machine in generator operation. This ensures that at least one consumer is supplied as long as the internal combustion engine drives the rotor of the electrical machine and the electrical machine is operated as a generator.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Komponente wenigstens eines weiteren Hilfsaggregats mittels der Antriebswelle der Kühlmittelpumpe antreibbar ist. Insbesondere kann eine Komponente einer Ölpumpe und/oder eines Verdichters einer Klimaanlage des Kraftwagens und/oder einer Kraftstoffpumpe und/oder eines Gebläses beispielsweise drehfest mit der Antriebswelle verbunden sein. In all diesen Fällen sorgt die elektrische Maschine in Form der Lichtmaschine dafür, dass das entsprechende Hilfsaggregat auch bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine weiter betrieben werden kann.Finally, it has proven to be advantageous if a component of at least one further auxiliary unit can be driven by means of the drive shaft of the coolant pump. In particular, a component of an oil pump and / or a compressor of an air conditioning system of the motor vehicle and / or a fuel pump and / or a blower can be connected, for example, in a rotationally fixed manner to the drive shaft. In all these cases, the electrical machine in the form of the alternator ensures that the corresponding auxiliary unit can continue to be operated even when the internal combustion engine is switched off.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Pumpanordnung für einen Kraftwagen, welche eine mittels einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens antreibbare Kühlmittelpumpe und eine elektrische Maschine umfasst, sind ein Pumpenrad der Kühlmittelpumpe und ein Rotor der elektrischen Maschine mit derselben Antriebswelle drehfest verbunden. Die elektrische Maschine wird als von der Verbrennungskraftmaschine angetriebener Generator betrieben. Die elektrische Maschine ist dazu ausgelegt, die Kühlmittelpumpe anzutreiben, wenn die Kühlmittelpumpe von der Verbrennungskraftmaschine entkoppelt wird. Die Pumpanordnung umfasst einen Stromrichter, welcher derart betrieben wird, dass von der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb bereitgestellte elektrische Energie in einen elektrischen Energiespeicher eines Bordnetzes des Kraftwagens eingebracht wird. Der Stromrichter ist zum Versorgen der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher als Wechselrichter betreibbar. Ein Freilauf entkoppelt die Kühlmittelpumpe von der Bewegung einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine, wenn die elektrische Maschine die Kühlmittelpumpe antreibt.In the method according to the invention for operating a pump arrangement for a motor vehicle, which comprises a coolant pump which can be driven by means of an internal combustion engine of the motor vehicle and an electrical machine, a pump wheel of the coolant pump and a rotor of the electrical machine are connected in a rotationally fixed manner to the same drive shaft. The electrical machine is operated as a generator driven by the internal combustion engine. The electrical machine is designed to drive the coolant pump when the coolant pump is decoupled from the internal combustion engine. The pump arrangement comprises a converter which is operated in such a way that electrical energy provided by the electrical machine in generator mode is introduced into an electrical energy store in an on-board electrical system of the motor vehicle. The power converter can be operated as an inverter to supply the electrical machine with electrical energy from the electrical energy store. A freewheel decouples the coolant pump from the movement of an output shaft of the internal combustion engine when the electrical machine drives the coolant pump.

Die für die erfindungsgemäße Pumpanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.The advantages and preferred embodiments described for the pump arrangement according to the invention also apply to the method according to the invention.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figure can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention. Embodiments are thus also to be regarded and encompassed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figure, but which emerge from the explanations explained and can be generated by separate combinations of features.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention result from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawing.

Diese zeigt schematisch eine Pumpanordnung eines Kraftwagens, bei welcher eine Kühlmittelpumpe und ein Generator mit derselben Antriebswelle drehfest verbunden sind, wobei eine Anbindung der Kühlmittelpumpe an eine Verbrennungskraftmaschine über einen Freilauf erfolgt, und wobei eine Leistungselektronik als Stromrichter ausgeführt ist, welcher im Generatorbetrieb elektrische Energie in ein Bordnetz des Kraftwagens einbringt.This schematically shows a pump arrangement of a motor vehicle, in which a coolant pump and a generator are connected in a rotationally fixed manner to the same drive shaft, the coolant pump being connected to an internal combustion engine via a freewheel, and a power electronics unit being designed as a converter, which generates electrical energy in generator operation brings an on-board network of the motor vehicle.

Eine Pumpanordnung 10 eines Kraftwagens umfasst eine Kühlmittelpumpe 12, deren Pumpenrad mit einer Antriebswelle 14 drehfest verbunden ist. Mit derselben Antriebswelle 14 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine 16 verbunden, welche der Versorgung eines Bordnetzes 18 des Kraftwagens mit elektrischer Energie dient.A pump arrangement 10 a motor vehicle comprises a coolant pump 12 , whose impeller with a drive shaft 14 is rotatably connected. With the same drive shaft 14 is a rotor of an electrical machine 16 connected to the supply of an electrical system 18 of the motor vehicle with electrical energy.

Durch die mechanisch starre Kopplung der Kühlmittelpumpe 12 mit der elektrischen Maschine 16, welche als Generator für die Versorgung des Bordnetzes 18 genutzt werden kann, können sowohl der Antrieb der Kühlmittelpumpe 12 als auch der elektrischen Maschine 16 im Generatorbetrieb mittels einer Verbrennungskraftmaschine 20 des Kraftwagens bewirkt werden. Für die Anbindung der Kühlmittelpumpe 12 an einen Rädertrieb der Verbrennungskraftmaschine 20 sorgt vorliegend ein Freilauf 22. Im normalen Fahrbetrieb, also bei laufender Verbrennungskraftmaschine 20, sorgt der Freilauf 22 dafür, dass die Kühlmittelpumpe 12 direkt von der Verbrennungskraftmaschine 20 angetrieben wird. Des Weiteren wird die elektrische Maschine 16 nach Art einer Lichtmaschine angetrieben, also als Generator für die Versorgung des Bordnetzes 18 betrieben, solange die Verbrennungskraftmaschine 20 auch die Kühlmittelpumpe 12 antreibt.Due to the mechanically rigid coupling of the coolant pump 12 with the electric machine 16 , which acts as a generator for the supply of the vehicle electrical system 18 can be used, both the drive of the coolant pump 12 as well as the electrical machine 16 in generator mode using an internal combustion engine 20 of the motor vehicle. For connecting the coolant pump 12 to a gear train of the internal combustion engine 20 provides a freewheel here 22 , In normal driving, i.e. with the internal combustion engine running 20 , the freewheel ensures 22 making sure the coolant pump 12 directly from the internal combustion engine 20 is driven. Furthermore, the electrical machine 16 Driven in the manner of an alternator, i.e. as a generator for supplying the vehicle electrical system 18 operated as long as the internal combustion engine 20 also the coolant pump 12 drives.

Im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 16 bereitgestellte elektrische Energie wird vorliegend in einen elektrischen Energiespeicher 24 des Bordnetzes 18 eingebracht. Da die elektrische Maschine 16 bevorzugt als Wechselstromgenerator ausgebildet ist, sorgt ein Stromrichter 26 dafür, dass die von der elektrischen Maschine 16 erzeugte Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt wird, welche über entsprechende elektrische Leitungen 28 dem elektrischen Energiespeicher 24 zur Verfügung gestellt wird.In generator operation of the electrical machine 16 The electrical energy provided is in the present case in an electrical energy store 24 of the electrical system 18 brought in. Because the electrical machine 16 is preferably designed as an alternating current generator, provides a converter 26 making sure that from the electrical machine 16 generated AC voltage is converted into DC voltage, which via appropriate electrical lines 28 the electrical energy storage 24 is made available.

Ist die Verbrennungskraftmaschine 20 abgestellt, so sorgt der Freilauf 22 dafür, dass die Kühlmittelpumpe 12 und die elektrische Maschine 16 von der Verbrennungskraftmaschine 20 entkoppelt sind. In diesem Betriebszustand wird die elektrische Maschine 16 als Elektromotor betrieben, welcher die Kühlmittelpumpe 12 antreibt. Es kann also auch bei stehender Verbrennungskraftmaschine 20 die Kühlmittelpumpe 12 angetrieben werden, so dass für eine ausreichende Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 20 gesorgt ist.Is the internal combustion engine 20 turned off, so the freewheel ensures 22 making sure the coolant pump 12 and the electrical machine 16 from the internal combustion engine 20 are decoupled. The electrical machine is in this operating state 16 operated as an electric motor, which the coolant pump 12 drives. So it can also with a stationary internal combustion engine 20 the coolant pump 12 are driven, so that sufficient cooling of the internal combustion engine 20 is taken care of.

Der Stromrichter 26, welcher über entsprechende Leitungen 30 mit der elektrischen Maschine 16 gekoppelt ist, wird im elektromotorischen Betrieb der elektrischen Maschine 16 als Wechselrichter betrieben. So kann nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 20 mit der wahlweise als Elektromotor oder als Generator betreibbaren elektrischen Maschine 16 die Kühlmittelpumpe 12 elektrisch angetrieben werden. Infolgedessen wird die Zirkulation von Kühlmittel durch einen (nicht gezeigten) Kühlmittelkreislauf aufrechterhalten.The converter 26 which via appropriate lines 30 with the electric machine 16 is coupled, is in the electric motor operation of the electrical machine 16 operated as an inverter. So after switching off the internal combustion engine 20 with the electric machine, which can be operated either as an electric motor or as a generator 16 the coolant pump 12 are electrically powered. As a result, the circulation of coolant through a coolant circuit (not shown) is maintained.

Dadurch, dass die Kühlmittelpumpe 12 und der Generator für die Versorgung des Bordnetzes 18 starr mechanisch miteinander gekoppelt sind, braucht kein gesonderter Antrieb für die Kühlmittelpumpe 12 vorgesehen zu werden, und insbesondere kann ein gesonderter elektrischer Motor zum Antreiben der Kühlmittelpumpe 12 bei abgestellter Verbrennungskraftmaschine 20 entfallen.Because the coolant pump 12 and the generator for the supply of the electrical system 18 rigidly coupled mechanically with one another, does not require a separate drive for the coolant pump 12 to be provided, and in particular, a separate electric motor for driving the coolant pump 12 with the internal combustion engine switched off 20 omitted.

Der Stromrichter 26 ist vorliegend eine Leistungselektronik, welche entkoppelt von der elektrischen Maschine 16 in der Pumpanordnung 10 angeordnet ist. Er ist also nicht in die elektrische Maschine 16 integriert, so dass sich eine besonders kompakte Bauweise der elektrischen Maschine 16 realisieren lässt. Zudem ist bei der Anordnung des Stromrichters 26 im Kraftwagen eine besonders große Flexibilität gegeben.The converter 26 is power electronics, which decouples from the electrical machine 16 in the pump arrangement 10 is arranged. So he's not in the electrical machine 16 integrated, so that a particularly compact design of the electrical machine 16 can be realized. In addition, the arrangement of the converter 26 given a particularly high degree of flexibility in motor vehicles.

In Varianten der Pumpanordnung 10 können zusätzlich zu der Kühlmittelpumpe 12 weitere Hilfsaggregate mittels der elektrischen Maschine 16 angetrieben werden, wenn die Verbrennungskraftmaschine 20 steht. Als Hilfsaggregate kommen hierbei etwa eine Ölpumpe, eine Kraftstoffpumpe, ein Gebläse oder ein Verdichter einer Klimaanlage des Kraftwagens in Frage.In variants of the pump arrangement 10 can in addition to the coolant pump 12 further auxiliary units by means of the electrical machine 16 be driven when the internal combustion engine 20 stands. An auxiliary unit can be an oil pump, a fuel pump, a blower or a compressor for an air conditioning system of the motor vehicle.

Claims (6)

Pumpanordnung für einen Kraftwagen, mit einer Kühlmittelpumpe (12), welche mittels einer Verbrennungskraftmaschine (20) des Kraftwagens antreibbar ist, und mit einer elektrischen Maschine (16), wobei ein Pumpenrad der Kühlmittelpumpe (12) und ein Rotor der elektrischen Maschine (16) mit derselben Antriebswelle (14) drehfest verbunden sind, wobei die elektrische Maschine (16) als von der Verbrennungskraftmaschine (20) angetriebener Generator betreibbar ist, und wobei die elektrische Maschine (16) dazu ausgelegt ist, die Kühlmittelpumpe (12) anzutreiben, wenn die Kühlmittelpumpe (12) von der Verbrennungskraftmaschine (20) entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpanordnung (10) einen Stromrichter (26) umfasst, mittels welchem von der elektrischen Maschine (16) im Generatorbetrieb bereitgestellte elektrische Energie in einen elektrischen Energiespeicher (24) eines Bordnetzes (18) des Kraftwagens einbringbar ist, wobei der Stromrichter (26) zum Versorgen der elektrischen Maschine (16) mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher (24) als Wechselrichter betreibbar ist, und mit einem Freilauf (22) zum Entkoppeln der Kühlmittelpumpe (12) von der Bewegung einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine (20).Pump arrangement for a motor vehicle, with a coolant pump (12) which can be driven by means of an internal combustion engine (20) of the motor vehicle, and with an electrical machine (16), a pump wheel of the coolant pump (12) and a rotor of the electrical machine (16) are rotatably connected to the same drive shaft (14), the electrical machine (16) being operable as a generator driven by the internal combustion engine (20), and the electrical machine (16) being designed to drive the coolant pump (12) when the Coolant pump (12) is decoupled from the internal combustion engine (20), characterized in that the pump arrangement (10) comprises a power converter (26) by means of which electrical energy provided by the electrical machine (16) in generator operation is transferred to an electrical energy store (24). An on-board network (18) of the motor vehicle can be introduced, the converter (26) for supplying the electrical M Ash (16) with electrical energy from the electrical energy storage (24) can be operated as an inverter, and with a freewheel (22) for decoupling the coolant pump (12) from the movement of an output shaft of the internal combustion engine (20). Pumpanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (26) als von der elektrischen Maschine (16) separates Bauteil ausgebildet ist.Pump arrangement after Claim 1 , characterized in that the converter (26) is designed as a separate component from the electrical machine (16). Pumpanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (16) als Wechselstromgenerator betreibbar ist, wobei der Stromrichter (26) im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine (16) als Gleichrichter betreibbar ist.Pump arrangement after Claim 1 or 2 , characterized in that the electrical machine (16) can be operated as an alternating current generator, the converter (26) being able to be operated as a rectifier during generator operation of the electrical machine (16). Pumpanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein im Bordnetz (18) des Kraftwagens angeordneter elektrischer Verbraucher mit der von der elektrischen Maschine (16) im Generatorbetrieb bereitgestellten elektrischen Energie betreibbar ist.Pump arrangement according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that at least one electrical consumer arranged in the vehicle electrical system (18) of the motor vehicle can be operated with the electrical energy provided by the electrical machine (16) in generator operation. Pumpanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komponente wenigstens eines weiteren Hilfsaggregats, insbesondere einer Ölpumpe und/oder eines Verdichters einer Klimaanlage des Kraftwagens und/oder einer Kraftstoffpumpe und/oder eines Gebläses, mit der Antriebswelle (14) der Kühlmittelpumpe (12) antreibbar, insbesondere drehfest mit der Antriebswelle (14) verbunden, ist.Pump arrangement according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that a component of at least one further auxiliary unit, in particular an oil pump and / or a compressor of an air conditioning system of the motor vehicle and / or a fuel pump and / or a blower, can be driven with the drive shaft (14) of the coolant pump (12), in particular non-rotatably connected to the drive shaft (14). Verfahren zum Betreiben einer Pumpanordnung (10) für einen Kraftwagen, welche eine mittels einer Verbrennungskraftmaschine (20) des Kraftwagens antreibbare Kühlmittelpumpe (12) und eine elektrische Maschine (16) umfasst, wobei ein Pumpenrad der Kühlmittelpumpe (12) und ein Rotor der elektrischen Maschine (16) mit derselben Antriebswelle (14) drehfest verbunden sind, wobei die elektrische Maschine (16) als von der Verbrennungskraftmaschine (20) angetriebener Generator betrieben wird, und wobei die elektrische Maschine (16) dazu ausgelegt ist, die Kühlmittelpumpe (12) anzutreiben, wenn die Kühlmittelpumpe (12) von der Verbrennungskraftmaschine (20) entkoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpanordnung (10) einen Stromrichter (26) umfasst, welcher derart betrieben wird, dass von der elektrischen Maschine (16) im Generatorbetrieb bereitgestellte elektrische Energie in einen elektrischen Energiespeicher (24) eines Bordnetzes (18) des Kraftwagens eingebracht wird, wobei der Stromrichter (26) zum Versorgen der elektrischen Maschine (16) mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher (24) als Wechselrichter betreibbar ist, und wobei ein Freilauf (22) die Kühlmittelpumpe (12) von der Bewegung einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine (20) entkoppelt, wenn die elektrische Maschine (16) die Kühlmittelpumpe (12) antreibt.Method for operating a pump arrangement (10) for a motor vehicle, which has an internal combustion engine (20) Motor vehicle driven coolant pump (12) and an electrical machine (16), wherein a pump wheel of the coolant pump (12) and a rotor of the electrical machine (16) are rotatably connected to the same drive shaft (14), wherein the electrical machine (16) as generator operated by the internal combustion engine (20), and wherein the electrical machine (16) is designed to drive the coolant pump (12) when the coolant pump (12) is decoupled from the internal combustion engine (20), characterized in that the Pump arrangement (10) comprises a converter (26), which is operated in such a way that electrical energy provided by the electrical machine (16) in generator mode is introduced into an electrical energy store (24) of an electrical system (18) of the motor vehicle, the converter ( 26) for supplying the electrical machine (16) with electrical energy from the electrical energy store (24) as Inverter can be operated, and a freewheel (22) decouples the coolant pump (12) from the movement of an output shaft of the internal combustion engine (20) when the electrical machine (16) drives the coolant pump (12).
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