JP2002502474A - 循環ポンプに関する方法及び構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 たとえば熱交換のために、回転式インペラ（１７）によって流体をポンピングするための循環ポンプ（２９）であって、熱源から冷却装置（２８）への第一のフィーダラインと、冷却装置からポンプへの戻りラインと、熱源（２５）からの流出流をバイパス（３０）経由で分流させてポンプに戻すための弁（２６）とを含む循環システムに含まれるポンプ（２９）。バイパス（３０）は、実質的にこのバイパスからの流れがインペラ（１７）への流入流の予旋回を生じさせたり、増大させたりし、その予旋回が、エンジンによって要求される出力を減少させるような方法でポンプに接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 循環ポンプに関する方法及び構造 技術分野 本発明は、たとえば自動車のエンジンを冷却するための、回転式インペラによ って冷媒をポンピングするための循環ポンプであって、エンジンからラジエータ へのフィーダラインと、ラジエータからポンプへの戻りラインと、エンジンの運 転状態に関してエンジンからの流出流をバイパス経由で分流させてポンプに戻す ための制御弁とを含む冷却システムの一部であり、入口がインペラの中心に対し て向けられ、らせん状の出口がインペラの外縁から延びているポンプに関する。 発明の背景 たとえば自動車における従来の冷却システムでは、エンジンを冷却するための 冷媒ポンプは、エンジン速度に応じて流量が変化するような方法で作動する。ポ ンプの流れを、エンジンを離れる流れの温度に応じて、ラジエータに送るか、ポ ンプに戻すように制御するために制御弁が使用される。従来のシステムにおける 流量は、全負荷条件下、たとえば上り坂を全開で運転する条件でのエンジン運転 を可能にするように設定されている。通常、バイパスもまた、サーモスタット制 御ができるだけ効率的になるよう、ラジエータの中を流れるほぼ同量の流れに備 えて設計されている。 したがって、流量は、標準的な運転条件に合わせて最適化されておらず、それ は、ポンプが、運転状態に依存せずに高い効果で作動することを意味する。その 結果、冷媒ポンプの作動は、相当な出力消失をもたらし、それがエンジン効率に 影響する。 マイナスの影響を構造に及ぼすことなしに、たとえば構造がより大型化したり 、製造費が相当に増すことを回避しながら、この出力消失を減殺することが望ま しい。 技術的問題 本発明の目的は、上述の問題を解消する循環ポンプを提供することである。 解決方法 このため、本発明は、バイパスを通過する流れがインペラへの流入流の予旋回 を生じさせたり、増大させたりして、エンジンによって要求される出力を減少さ せるような方法でポンプに接続されたバイパスのラインによって特徴づけられる 。このバイパス流を設けることにより、冷媒の一部がバイパスを通過する限り、 ポンプの効率は増す。 本発明の有利な実施態様によると、バイパス流は、中央ポンプ入口に対して実 質的に接線方向に接続された通路を介してポンプに誘導される。 好ましくは、通路は、断面積が中央ポンプ入口の方向に単調に減少する湾曲し た外壁面を含む。 それにより、通路は、中央入口を中心にらせん状に延びることができる。 好適には、通路は、バイパスからの流れを実質的に接線方向に可能にして入口 の方向への流速を増す、面積減少を形成する。 一つの実施態様では、少なくとも一つの入口がインペラの中心に対して向けら れ、バイパスが少なくとも部分的にその入口の周囲にらせん状に巻かれた状態で 延び、バイパスが分岐している。 もう一つの好適な実施態様では、入口が、バイパス中を部分的に延び、開口を 有する羽根を備えた装置の中心に対して向けられる。この装置は、バイパスから の流れを、該開口を介して、入口からの流れに対して実質的に接線方向に向け、 予旋回を生じさせる。羽根を設けられた装置は、実質的にバイパスからの流れの 中でインペラの直前に設けられる。好ましい実施態様では、予旋回はインペラの 回転方向の旋回である。 本発明はまた、たとえば自動車のエンジンを冷却するための、回転式インペラ によって冷媒をポンピングするための冷媒ポンプであって、エンジンからラジエ ータへのフィーダラインと、ラジエータからポンプへの戻りラインと、エンジン からの流出流をバイパス経由で分流させてポンプに戻すための弁とを含む冷却シ ステムに含まれるポンプに関する。バイパスは、実質的にこのバイパスからの流 れがインペラへの流入流の予旋回を生じさせたり、増大させたりし、その予旋回 が、エンジンによって要求される出力を減少させるような方法でポンプに接続さ れている。冷媒ポンプでは、流量はエンジンの運転状態に依存する。好ましくは 、弁はサーモスタット制御される。 たとえば自動車のエンジンを冷却するための、回転式インペラによって冷媒を ポンピングするための循環ポンプであって、エンジンからラジエータへのフィー ダラインと、ラジエータからポンプへの戻りラインと、エンジンからの流出流を バイパス経由で分流させてポンプに戻すための制御弁とを含む循環システムの一 部であるポンプにおける流量をエンジンの運転状態に依存して最適化するための 本発明の方法によると、入口がインペラの中心に対して向けられ、らせん状の出 口がインペラの外縁から延び、実質的に、入口流の旋回が生じ、バイパス流が入 口流に対して実質的に接線方向に合うような方法で、バイパスからのバイパス流 が入口からの中央入口流と遭遇することを特徴とする。 図面の簡潔な説明 以下、添付図面に示す実施態様を参照しながら本発明を説明する。 図１は、自動車における冷媒システムの概要図である。 図２及び３は、本発明にしたがって循環ポンプ中に予旋回を得るための原理を 例示するための、循環ポンプの一部透視断面図である。 図４は、本発明にしたがって設計された循環ポンプをより詳細に一部断面で示 す側面図である。 図５は、図４に示すポンプの底面図である。 図６は、本発明のポンプのもう一つの実施態様を、ポンプハウジングの一部を 省略し、一部を透視した状態で示す図である。 図７は、本発明の循環ポンプの代替態様の断面図である。 図８は、図７のVIII−VIII線から見た断面である。 図９は、出力／流量の関係を示すグラフである。 実施態様の説明 本発明は主として、循環ポンプで予旋回を得ることを目的とする。以下の説明 では、エンジン、特に自動車のエンジンに接続された循環ポンプに基づく実施態 様を参照するが、当業者であれば、本発明の原理を、第一の流れと第二の流れと を組み合わせて使用して予旋回を達成するすべてのタイプの循環ポンプに応用で きることが理解されよう。 図１は、エンジン２５、サーモスタット制御の一次制御弁２６、使用してもよ い膨張タンク２７、ラジエータ２８、循環ポンプ２９及びバイパス３０を主に含 む、自動車における冷却システムのブロック図である。明らかに、以下の説明で 除外されない本発明にとって重要ではない他の部品があってもよい。 サーモスタット制御弁２６は、第一及び第二の限界位置ならびに多数の中間位 置を有している。この弁は、流れを、第一の位置ではラジエータ２８経由でポン プ２９に誘導し、第二の位置ではバイパス３０経由でポンプ２９に誘導する。こ れら二つの位置は、一般に、冷却システム中の冷媒流の温度に基づいて決定され る。たとえば、寒い日には、運転開始時の冷媒は、まず、一定温度に達するまで バイパス３０経由で循環され、その後、ラジエータ２８経由で循環される。特に 、良好なエンジン冷却能力を一般に有する今日の自動車では、９０％の期間、流 れはバイパスを通過する。 図２及び図３は、本発明の基本原理を非常に簡単に示す。一般に、ポンプ２９ は、ハウジング１０、インペラ１７、羽根１８、第一の入口１９、第二の入口２ ２及び図示しない出口を含む。入口１９はラジエータに接続されており、入口２ ２は、インペラ１７の実質的に直前に設けられ、バイパス３０に接続されている 。図２には、ラジエータからポンプに入る一つの流れしか示されていないが、図 ３には、バイパス３０から入口２２を介して入る流れが示され、この入口は、バ イパス流が中央入口流と実質的に接線方向に遭遇するようなバイパス流の方向を 提供する。この結果、インペラの回転方向の予旋回が生じる。この向きを有する 流入流の結果は、一部の流れが制御弁によってバイパスに向けられるとただちに 、予旋回の衝撃モーメントのおかげで、ポンプの駆動軸に対する負荷が減るとい うことである。ポンプの駆動軸に対する負荷は、バイパスを通過する冷媒の量に 対応する比率で自然に増大する。 本発明の循環ポンプ２９のより詳細な実施態様を図４及び図５に示す。循環ポ ンプは、ポンプの流路を含む第一のハウジングハーフ１０を含む。型割線１１は 、駆動軸１５のベアリング１３及びパッキン１４を含む第二のハウジングハーフ １２に共通である。 図４の駆動軸の右外端は、エンジンに対して駆動関係にある駆動ホイール１６ 、たとえば歯付きベルト駆動装置またはギヤを示す。駆動軸１５の反対側端は、 第 一のハウジングハーフ１０の中に延び、羽根１８を有するインペラ１７を支持し ている。 第一の中央ポンプ入口１９が、インペラ１７の中心の方向で湾曲した流路を形 成し、パイプラインを介して、冷却システムの一部であるラジエータ（図示せず ）に接続されている。従来の方法で、回転式インペラの羽根が冷却液を駆動して ポンプの入口側から流れさせて、ポンプの中心から出口２１までで単調に増大す る断面積を有するらせん経路２０に沿って流速及び流圧を増大させる。出口は、 エンジンのシリンダブロックに接続されている。 もう一つのポンプ入口２２が、エンジン流出流を分流させてポンプに戻すため の制御弁まで延びる冷却システムのバイパスに接続されている。 制御弁２６（図１）がシステムに含まれ、これが、エンジン中の冷却路の出口 を冷却システムのラジエータに接続する。ポンプ入口２２は、中央ポンプ入口１ ９の方向に断面積を単調に減少させながら経路２０に対して並行に延びるらせん 経路２３に移行する。経路２３は、実質的にインペラ１７の直前で中央ポンプ入 口１９に結合し、バイパス流を、バイパス流が相当な力で中央入口流と実質的に 接線方向に遭遇するように向ける。 上述したような方法で、一部の流れが制御弁によってバイパスに案内されると ただちに、インペラ１７に対するこの向きを有する流入流がポンプの駆動軸１５ の減少をもたらす。明らかに、ポンプの駆動軸１５にかかる負荷は、バイパスを 通過する冷媒の量に比例して減少する。バイパスを通過する流量がたとえばゼロ であるか、ゼロに近いとき、すなわちエンジンが全負荷状態で運転しているとき には、ポンプは従来の冷媒ポンプとして機能する。 入口１９は、ポンプを冷媒の膨張タンク２７に接続し、冷却システムを加圧す る機能を有する分岐継手２４を含む。分岐継手は、圧力が低いインペラの回転軸 と一直線に並ぶ位置にある。図示する分岐継手の設計に代わるものとして、継手 の管接続部品がポンプの中に少し延び、よりよい加圧を提供することもできる。 インペラの中心に対して実質的に軸方向に向けられた出口１９’の周囲に適当 な回数だけ巻き付けられたバイパス３０’の中に流れを誘導することによって予 旋回を生じさせる本発明のもう一つの実施態様を図６に示す。バイパス３０’は 、 ２本の分岐部３０’ａ及び３０’ｂに分岐し、それぞれ、入口１９’からの流れ に対して実質的に接線方向に向けられた二つの入口２２’ａ及び２２’ｂを介し てポンプ流入流に吐出する。明らかに、バイパスの１個以上の分岐部及び１個以 上のその入口を設けることができる。また、分岐ラインの直径を変化させること もでき、好ましくは、それぞれ入口２２’ａ及び２２’ｂに向かって単調に減少 する。 図７に示すさらに別の実施態様では、入口１９”の一部が短い接続部品３１と してバイパス３０”に導入されている。インペラ１７”の直前に、羽根３２を備 えたドラム３３が設けられ、その断面を図８に示す。ドラム３３は、その中心に 、インペラ１７”に入る流れが通過する開口３４が設けられている。接続部品３ １は、流れを、羽根の内寄り終端境界線の内側で主にドラム３３の開口した中心 に向けるために設けられており、バイパス３０”からの流れが羽根３２に遭遇し 、羽根の、湾曲した、ドラム３３の中心に向かって傾斜する形状により、実質的 に接線方向の流れが入口１９”からの流れに対して向けられ、予旋回を生じさせ る。 この例の実施態様は、当然、図７のバイパス及び入口の位置を変更することに よって変更することができる。この場合、流れが入口からの流れに対して接線方 向に向けられるよう、羽根を設けられたドラムは、中心、たとえばバイパス流の 吐き出しの内側またはすぐ外側に設けられなければならない。 自動車において、本発明の循環ポンプに装置を有する利点は、エンジンが部分 負荷及び全負荷それぞれで作動する駆動サイクルの比率に依存する。実験が、本 発明の循環ポンプを使用することにより、標準的な運転サイクル中の燃料節約が たとえば約５％に達することを証明した。 図９のグラフは、本発明の予旋回を使用する利点を一例として図示する。グラ フの水平軸がバイパス流の割合を示し、垂直軸が出力を示す。グラフＡは、予旋 回を使用しないとき、出力がゼロまたは実質的に０Ｗに近いことを示す。他方、 グラフＢは、予旋回を使用するときの、バイパス流に対する出力を示す。グラフ から、バイパス中に流れが１００％あるとき、４００Ｗの効果が得られることが 明らかである。 従来の冷却システムでは、バイパス経路は、ラジエータ中の圧力の降下に対応 する圧力の降下のために、制御弁が二つの等しい流路に向かう方向でその流入を 制御することができるよう、絞りによって寸法が決められる。その結果、ポンプ は同じ負荷で作動し、冷却液は、ラジエータまたはバイパスのいずれかの中を流 れる。本発明による循環ポンプの設計により流速の加速を利用して所要出力を減 殺するような方法で、この絞りをポンプの内側に設けることができる。 冷媒ポンプの中には、ラジエータからの流れをポンプハウジングの中に吐き出 して予旋回を生じさせ、通常でも予旋回を利用して作動するものもある。そのよ うなポンプでは、バイパスからの流れがすでにある予旋回を増強することができ 、言い換えれば、ラジエータからの流れがなくても、予旋回が増す結果となる。 しかし、入口流は、インペラに対して軸方向に向けられる必要はなく、部分的 にインペラに対して接線方向に向けることもできる。この場合、バイパスからの 流れは、それが予旋回を増大させるような方法で入口流に対して向けられる。 本発明は、上述した実施態様に限定されず、添付の請求の範囲内でいくつかの 変形が考えられる。たとえば、ポンプの入口及び出口を他の方法で設けることが できる。 符号 １０ 第一のポンプハウジングハーフ １１ 型割線 １２ 第二のポンプハウジングハーフ １３ ベアリング １４ パッキン １５ 駆動軸 １６ 駆動ホイール １７ インペラ １８ インペラ羽根 １９ ポンプ入口 ２０ 経路 ２１ 出口 ２２ ポンプ入口 ２３ 経路 ２４ 分岐継手 ２５ エンジン ２６ 制御弁 ２７ 膨張タンク ２８ ラジエータ ２９ ポンプ ３０ バイパス ３１ 接続部品 ３２ 羽根 ３３ ドラム ３４ 開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンデルソン，アルネ スウェーデン、エス―435 42 メルンリ ュッケ、エックレヴェーゲン 10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． たとえば熱交換のために、回転式インペラ（１７）によって流体をポンピ ングするための循環ポンプ（２９）であって、熱源から冷却装置（２８）への第 一のフィーダラインと、前記冷却装置から前記ポンプへの戻りラインと、前記熱 源（２５）からの流出流をバイパス（３０）経由で分流させて前記ポンプに戻す ための弁（２６）とを有する循環システムに含まれ、 前記バイパス（３０）が、主としてこのバイパスからの流れが前記インペラ（ １７）への流入流の予旋回を生じさせたり、増大させたりし、その予旋回が、エ ンジンによって要求される出力を減少させるように前記ポンプ（２９）に接続さ れていることを特徴とする循環ポンプ。 ２． 入口（１９）が前記インペラ（１７）の中心に対して向けられ、出口（２ ０、２１）が前記インペラの外縁から延びている請求項１記載の循環ポンプ。 ３． 前記バイパス流が、中央ポンプ入口（１９）に対して実質的に接線方向に 接続された少なくとも一つの通路（２２、２３）を介して前記ポンプに案内され る請求項１記載の循環ポンプ。 ４． 前記通路（２３）が、断面積が前記中央ポンプ入口（１９）の方向に単調 に減少する湾曲した外壁面をもって形成されている請求項３記載の循環ポンプ。 ５． 前記通路（２３）が前記中央入口（１９）の周囲にらせん状に延びている 請求項３または４記載の循環ポンプ。 ６． 前記通路（２３）が、前記バイパス（２２）からの前記流れの流速を前記 入口（１９）の方向で接線方向に増大させる面積減少を形成する請求項１〜５の いずれか１項記載の循環ポンプ。 ７． 少なくとも一つの入口（１９’）が前記インペラ（１７’）の中心に対し て向けられ、前記バイパス（３０’）が少なくとも部分的に前記入口（１９’） の周囲にらせん状に巻かれた状態で延びている請求項１または３記載の循環ポン プ。 ８． 前記バイパス（３０’）が分岐している請求項７記載の循環ポンプ。 ９． 入口（１９”）の部品が、前記バイパス（３０”）の中に延び、開口（３ ４）を含む羽根を設けられた装置（３３）の中心に対して向けられており、前記 装置（３３）が、前記バイパス（３０”）からの流れを、前記開口を介して前記 入口（１９”）からの流れに対して実質的に接線方向に向け、予旋回を生じさせ る請求項１記載の循環ポンプ。 １０． 羽根（３２）を設けられた前記装置（３３）が、主として、前記バイパ ス（３０”）からの前記流れの中で前記インペラの直前に設けられている請求項 ９記載の循環ポンプ。 １１． 前記予旋回が前記インペラの回転方向の旋回である請求項１〜１０いず れか１項記載の循環ポンプ。 １２． たとえば自動車のエンジンを冷却するための、回転式インペラ（１７） によって冷媒をポンピングするための冷媒ポンプであって、前記エンジンからラ ジエータへのフィーダラインと、前記ラジエータから前記ポンプへの戻りライン と、前記エンジンからの流出流をバイパス（２２）経由で分流させて前記ポンプ に戻すための弁とを含む冷却システムに含まれ、 前記バイパス（２２）が、実質的に前記バイパスからの流れが前記インペラ（ １７）への流入流の予旋回を生じさせたり、増大させたりし、その予旋回が、モ ータの所要出力を減少させるような方法で前記ポンプに接続されていることを特 徴とする冷媒ポンプ。 １３． 前記流量がエンジン運転状態に依存する請求項１２記載の冷媒ポンプ。 １４． 前記弁（２６）がサーモスタット制御される請求項１２記載の冷媒ポン プ。 １５． たとえば自動車のエンジンを冷却するための、回転式インペラ（１７） によって冷媒をポンピングするための循環ポンプであって、前記エンジンからラ ジエータへのフィーダラインと、前記ラジエータから前記ポンプへの戻りライン と、前記エンジンからの流出流をバイパス（２２）経由で分流させて前記ポンプ に戻すための制御弁とを含む循環システムに含まれるポンプにおける流量を前記 エンジンの運転状態に関して最適化する方法であって、前記インペラの中心に対 して向けられた入口（１９）と、前記インペラの外縁から延びるらせん状の出口 （２０、２１）と、 実質的に前記バイパス（２３）からの前記バイパス流が、主として前記入口（ １９）からの中央入口流と合って、前記入口流の旋回が生じたり、増大したりす るように設けることを特徴とする方法。 １６． 前記バイパス流が前記入口流と実質的に接線方向に合う請求項１５記載 の方法。