JP2006502333A - 冷却剤ポンプを駆動する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプ回転数の十分な制御を許し、かつ低いコストと製造の手間において故障した場合のより高い安全性（冗長性）を保証し、また、エンジンの冷却需要に適合された制御を許すようにする。
【解決手段】 駆動ディスク（７）、液体摩擦クラッチ（１１）および駆動軸（３）からなるドライブトレインを備えた、自動車のための内燃機関の冷却剤循環用の冷却剤ポンプ（２）または他のサブアグリゲートを駆動する。切替えクラッチとして、液体摩擦クラッチ（１１）に対して並列にドライブトレイン内へ接続可能な第２のクラッチ（１５）を設ける。冷却剤ポンプが内燃機関によってベルトディスクを介して（機械的に）駆動され、冷却剤ポンプ（２）は、第１の段階においては減少された回転数によって、第２の段階においては減少されない回転数によって駆動され、かつ一方の段階から他方の段階への切替えが、内燃機関のパラメータに従って行われる。

Description

本発明は、本出願人のドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９９３２３５９から知られた、請求項１の上位概念に記載の自動車のための内燃機関の冷却剤循環用冷却剤ポンプを駆動する装置（すなわち駆動ディスク、液体摩擦クラッチおよび駆動軸からなるドライブトレインを備えた、自動車のための内燃機関の冷却剤循環用の冷却剤ポンプまたは他のサブアグリゲートを駆動する装置）に関する。本発明は、さらに、請求項１０の上位概念に記載の自動車の内燃機関の冷却剤循環用冷却剤ポンプの回転数を制御する方法（すなわち自動車の内燃機関の冷却剤循環のための冷却剤ポンプの回転数を制御し、その場合に冷却剤ポンプが内燃機関によってベルトディスクを介して（機械的に）駆動される方法）に関する。

本出願人のドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９９３２３５９によって、液体摩擦クラッチによる冷却剤ポンプ用の駆動装置が知られており、その液体摩擦クラッチは冷却剤ポンプの駆動装置のためのベルトドライブのベルトディスク内に組み込まれている。この電磁的に駆動可能な液体摩擦クラッチによって、冷却剤ポンプの回転数を全回転数範囲にわたって無段階に制御すること、すなわちエンジンの冷却需要に適合させることが可能である。この冷却剤ポンプ駆動装置は、もちろん、液体摩擦クラッチが故障した場合、たとえばクラッチ液が失われた場合に、もはやトルクは伝達されず、すなわち冷却剤ポンプ駆動装置が作動しなくなる、という欠点を有している。この場合においては、もはやエンジンの冷却を維持することはできず、それがエンジン損傷をもたらす可能性がある。従って液体摩擦クラッチがドライブトレイン内に直列に接続されている、冷却剤ポンプのこの駆動装置には、損傷場合における冗長性が欠けている。

ドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９７４６３５９によって、制御可能な冷却剤ポンプが知られており、それにおいては永久磁石のクラッチが、ドライブトレイン内のベルトドライブと冷却剤ポンプとの間に接続されている。そこでは、回転数制御は、この磁力クラッチまたは渦電流クラッチのエアギャップの変化を介して無段階に行われる。この駆動装置にも、クラッチが故障した場合に必要な冗長性が欠けている。

そしてドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９９４０５３８によって、他の冷却剤ポンプ駆動装置が知られており、それにおいてはトルクの伝達と制御は、磁気的に駆動可能な液体摩擦クラッチによって段階的に行われる。この冷却剤駆動装置にも、冗長性がない、という欠点がある。
ドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９９３２３５９ ドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９７４６３５９ ドイツ公開公報ＤＥ−Ａ１９９４０５３８

本発明の課題は、１つには、ポンプ回転数の十分な制御を許し、かつ低いコストと製造の手間において故障した場合のより高い安全性（冗長性）を保証する、冒頭で挙げた種類の冷却剤ポンプを駆動する装置（すなわち）提供することである。本発明の課題は、また、エンジンの冷却需要に適合された制御を許す、冷却剤ポンプの回転数を制御する方法を準備することである。

この課題の解決は、請求項１と１０の特徴（すなわち装置においては、切替えクラッチとして形成されて、液体摩擦クラッチに対して並列にドライブトレイン内へ接続可能な、第２のクラッチによって、また、方法においては、冷却剤ポンプが、第１の段階においては減少された回転数によって、そして第２の段階においては減少されない回転数によって駆動され、かつ一方の段階から他方の段階への切替えが、内燃機関のパラメータに従って行われること）によって得られる。ドライブトレイン内に第２のクラッチを並列接続することによって、第１のクラッチが故障した場合に必要な冗長性が得られ、すなわち冷却剤ポンプはさらに駆動されて、エンジンの冷却は保証されている。これはもちろん、逆の場合にも成立し、第２のクラッチが故障した場合には、第１のクラッチ、すなわち液体摩擦クラッチが減少された回転数によって冷却剤ポンプの駆動を引き受ける。第２ないしは付加的なクラッチは、ベルトディスクの回転数と同期して回転し、かつ液体摩擦クラッチの従動回転数はベルトディスクの回転数に比較して減少されているので、冷却剤ポンプのために全体として２段階の駆動装置が得られ、すなわちポンプは第１の段階においては減少された回転数によって駆動することができ、第２の段階においてはベルトディスクに同期した回転数によって駆動することができる。減少された回転数、すなわちベルトディスクの回転数に対する減速比は、液体摩擦クラッチの設計によって、たとえば粘性、摩擦間隙および、この種の液体摩擦クラッチのスリップを公知のように定める、他のパラメータの選択によって、調節することができる。第２ないしは付加的なクラッチは、一般に、より高い回転数の然るべき需要において自動的または必要に応じて接続される、切替えクラッチである。この種の２段階駆動装置は、極めて多くの場合のために十分であって、従って値頃な妥協を表す。

発明を実施する態様

本発明の好ましい展開によれば、切替えクラッチは電磁クラッチとして形成されており、その電磁クラッチは駆動においてじょうぶで、簡単に駆動可能であって、ベルトドライブのベルトディスクに、あるいはその中へ構造的に効果的に収容される。本発明の好ましい展開においては、電磁クラッチはベルトディスクの一方の側、すなわち冷却剤ポンプ側に配置され、液体摩擦クラッチは他方の側に配置されている。それによって２つのクラッチをベルトディスクとまとめるために対称の構造と駆動軸上にベルトディスクを片持ち軸承するための短い軸受間隔が得られる。

本発明の他の好ましい形成によれば、ベルトディスクは２つのクラッチと組み合わせて予め組み立てられた構成ユニットとして形成されており、その構成ユニットを中空軸上に取り付けて、この中空軸を介して冷却剤ポンプホィールのための駆動軸と容易に結合することができる。その場合にこの駆動ユニットは、他のサブアグリゲート、たとえば操舵補助ポンプまたは空調設備コンプレッサの駆動装置のためにも、従って２つの異なる回転数段階を有する駆動が好ましい利用場合のためにも、使用することができる。

本発明に基づく方法によって、２段階駆動装置が提案され、それにおいては種々のパラメータに従ってそれぞれ一方の段階から他方の段階へ切り替えることができる。一方では、冷却のためにフル回転数が必要ない場合、あるいはさらに有害である場合、すなわち冷却剤ポンプホィールに空洞現象がもたらされるような場合に、冷却剤ポンプを−あるいは他のアグリゲートも−減少された回転数で駆動することができる。他方では、冷却剤温度、オイル温度、エンジン負荷または他のパラメータの増大に基づいて、増大された回転数による冷却剤ポンプの駆動が必要である場合に、それが可能である。

本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に説明する。

図１は、自動車の内燃機関の図示されていない冷却剤循環用の冷却剤ポンプのための駆動装置１を示している。冷却剤ポンプホィール２は、駆動軸３の左の軸端部３ａに固定されており、その駆動軸自体は冷却剤ポンプ軸受４を介して軸受ハウジング５内に回転可能に軸承されている。駆動軸３（冷却剤ポンプ軸とも称する）の他方の軸端部３ｂ上には、駆動ユニット６が固定されており、その駆動ユニットは冷却剤ポンプホィール２の駆動に用いられる。駆動ユニット６は、ベルトディスク７として形成された駆動ディスクを有しており、その駆動ディスクは玉軸受８を介して駆動軸３の軸端部３ｂ上に回転可能に軸承されている。ベルトディスク７は、自動車の内燃機関の図示されていないベルトドライブによって、すなわち固定の回転数比を有する直接的な機械ドライブによって駆動される。ベルトディスク７は、断面がほぼＴ字状に形成されており、ウェブ７ａを有し、そのウェブの右側と左側にそれぞれ連動ディスク９と１０が配置されており、それら連動ディスクは駆動軸３の軸端部３ｂと結合されている。右の連動ディスク９は、液体摩擦クラッチ１１の一部であって、その液体摩擦クラッチ自体はベルトディスク７の上述したウェブ７ａとカバー１２とからなり、そのカバーは液密にベルトディスク７内へ挿入されているので、そのカバーが閉成された作業室１３を画成しており、その作業室は粘性の媒体（シリコンオイル）によって満たされている。カバー１２の外側上に、液体摩擦熱の熱を逃がすための冷却フィン１４が配置されている。ウェブ７ａの左側に配置されている連動ディスク１０は、電磁クラッチ１５の一部であって、その電磁クラッチは位置固定の磁気コイル１６を有しており、その磁気コイルはコイルハウジング１７内に収容されており、そのコイルハウジングは軸受ハウジング５に固定され、かつ電流ガイド１８を有している。電磁クラッチ１５の回転する部分は、ベルトディスク７に固定された磁束案内リング１９と磁気接極子２０からなり、その磁気接極子は板ばね２１を介して軸方向に移動可能に、しかし相対回動不能に連動ディスク１０と結合されている。

図２は、本発明の異なる実施例を示しており、その場合に同一の部分には、同一の参照番号が使用される。冷却剤ポンプ駆動装置のこの実施例は、予め組み立てられた駆動ユニット２２を有しており、その駆動ユニットは中空軸３３上に取り付けられて、中央のねじボルト２４を用いて冷却剤ポンプ軸２５と堅固に結合されている。ねじボルト２４は、冷却剤ポンプ軸２５の軸端部２５ａのねじ袋孔２６内へ螺合されて、それによって中空軸２３をその上に取り付けられている連動ディスク９’、１０’および軸受８’（軸受インナーリング）と共に軸端部２５ａの端面に対して締付け固定している。その場合に同時に、連動ディスク１０’のボスを介して、冷却剤ポンプ軸２５に対する中空軸２３のセンタリングが行われる。中央のねじボルト２４と中空軸２３による駆動ユニット２２の組立てを保証するために、液体摩擦クラッチ１１’はカバー２７を有しており、そのカバーはその中央の領域に透孔２８を有しており、その透孔内で中空軸２３が回転し、その中空軸は軸シールリング２９を介してシールされている。他のクラッチ、すなわち電磁クラッチ１５は、少し変更された連動ディスク１０’に至るまでは、図１に示す実施例に対して変更されていない。中空軸２３上の駆動ユニット２２のこの構造が−位置固定の磁気コイルを別にして−全部の部分を予め組立てることを許すので、この駆動ユニット２５は完全な構成ユニットとして提供し、かつ組み立てることができる。すでに説明したように、この構成ユニット２２は、この種の段階的回転数制御が好ましい、自動車内の他のサブアグリゲートの駆動装置のためにも、使用することができる。

図１と２に示す２つの実施例の冷却剤駆動装置の機能は、同一であって、以下で説明する。磁気コイル１６が電流供給部１８を介して通電されていない場合には、電磁クラッチ１５は外されており、すなわちトルクはベルトディスク７から連動ディスク１０とそれに伴って冷却剤ポンプ軸３へ伝達されない。それに対して液体摩擦クラッチ１１が機能しており、すなわち作業室１３内のシリコンオイルを介して摩擦トルクがベルトディスク７およびそれと結合されているカバー１２から連動ディスク９へ伝達されるので、冷却剤ポンプ軸３は−もちろんベルトディスク７の回転数に比較して減少された回転数によって−駆動される。連動ディスク９の回転数とベルトディスク７の回転数の間の回転数差は、液体摩擦クラッチの既知のスリップからもたらされ、かつたとえばシリコンオイルの粘性、間隙幅あるいは負荷のような、種々のファクターに依存している。それによって調節可能なスリップが、大体において、減少された回転数のための減速比をもたらす。−予め定められたパラメータに基づいて−増大された回転数、すなわち段階２の回転数が必要な場合には、電磁クラッチ１５が通電されるので、クラッチ１５がつながる。つなげること、ないしは結合することは、磁気接極子２０が板ばね２１の力に抗して磁束案内リング１９の方向へ引きつけられて、そこで圧接垂直力を発生させ、それが板ばね２１を介して連動ディスク１０をスリップなしで連動するようにして行われる。従って冷却剤ポンプホィール２は、ベルトディスク７と同期して回転する。従って液体摩擦クラッチ１１は、「自動的に機能しなくなり」、すなわち液体摩擦クラッチは磁気クラッチ１５によって克服される。

磁気クラッチ１５が通電の中断によって再び外されると、液体摩擦クラッチ１１が自動的に、すなわちその場合に発生するスリップに基づいて、再び機能し、すなわちポンプホィール２は減少された回転数で駆動される。一方の段階から他方の段階への切替えは、ここには図示されていない制御ユニットを介して行われ、その制御ユニットにはエンジンないし自動車の所定のパラメータ、たとえば冷却剤温度、エンジンオイル温度、エンジンの負荷、すなわちその負荷トルク、エンジン回転数、冷却剤温度に対するエンジン出力の比およびエンジン回転数に対するエンジン出力の比が、限界値として入力される。たとえばエンジン回転数が所定の最高値を上回った場合には、段階２から段階１へ切り替えられるので、ポンプホィール２は減少された回転数で回転する。それによって冷却剤ポンプは空洞現象および腐食から保護される。上述したパラメータに加えて、以下の状況における切替えが好ましい場合がある。暖房需要が増大した場合に、段階２への切り替えを行うことができる。エンジンブレーキ駆動またはリターダ駆動においても同様に、冷却剤を介してより良く熱を逃がすために、段階２へ切り替えることができる。そして、エンジンの冷間始動の場合にも、冷却剤のゼリー化の結果増大するポンプの回転抵抗を克服するために、段階２への切替えが好ましい場合がある。

つながった駆動軸を有する冷却剤ポンプ駆動装置を示している。 予め組み立てられた駆動ユニットを有する、異なる冷却剤ポンプ駆動装置を示している。

符号の説明

１ 駆動装置
２ 冷却剤ポンプホィール
３ 冷却剤ポンプ軸
３ａ、３ｂ 軸端部
４ 冷却剤ポンプ軸受
５ 軸受ハウジング
６ 駆動ユニット
７ ベルトディスク
７ａ ウェブ
８、８’ 軸受
９、９’、１０、１０’ 連動ディスク
１１、１１’ 液体摩擦クラッチ
１２ カバー
１３ 作業室
１４ 冷却フィン
１５ 電磁クラッチ
１６ 磁気コイル
１７ コイルハウジング
１８ 電流ガイド
１９ 磁束案内リング
２０ 磁気接極子
２１ 板ばね
２２ 駆動ユニット
２３ 中空軸
２４ ねじボルト
２５ 冷却剤ポンプ軸
２５ａ 軸端部
２６ ねじ袋孔
２７ カバー
２８ 透孔
２９ 軸シールリング

Claims (12)

1. 駆動ディスク（７）、液体摩擦クラッチ（１１）および駆動軸（３）からなるドライブトレインを備えた、自動車のための内燃機関の冷却剤循環用の冷却剤ポンプ（２）または他のサブアグリゲートを駆動する装置において、
   切替えクラッチとして形成されて、液体摩擦クラッチ（１１）に対して並列にドライブトレイン内へ接続可能な、第２のクラッチ（１５）を特徴とする、冷却剤ポンプを駆動する装置。
2. 切替えクラッチが、電磁クラッチ（１５）として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 液体摩擦クラッチ（１１）と電磁クラッチ（１５）が、それぞれ駆動ディスク（７）によって駆動可能な連動ディスク（９、１０；９’、１０’）を有しており、それら連動ディスクがベルトディスク（７）のウェブ（７ｂ）の両側において駆動軸（３ｂ、２３、２５ａ）上に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 液体摩擦クラッチ（１１）の連動ディスク（９、９’）は、作業室（１３）内に回転可能に配置されており、前記作業室が駆動ディスク（７）、そのウェブ（７ａ）およびカバー（１２、２７）によって形成されて、粘性の液体によって満たされていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 電磁クラッチ（１５）は、位置固定の磁気コイル（１６、１７）、ベルトディスク（７）と結合された磁束案内リング（１９）および磁気接極子（２０）を有しており、前記磁気接極子が板ばね（２１）を介して軸方向に移動可能、しかし相対回動不能に、連動ディスク（１０）と結合されていることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. 駆動軸（３、２５）が、軸受ハウジング（５）内に回転可能に軸承されており、前記駆動軸の従動側の軸端部（３ａ）に冷却剤ポンプホィール（２）が、そしてその駆動側の端部（３ｂ；２５ａ、２３）には連動ディスク（９、１０；９’、１０’）が固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 電磁クラッチ（１５）がベルトディスク（７）と冷却剤ポンプホィール（２）の間に配置されており、磁気コイル（１６、１７）が軸受ハウジング（５）に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 駆動ディスクがベルトディスク（７）として形成されて、液体摩擦クラッチ（１１’）および電磁クラッチ（１５）の回転する（位置固定でない）部分と共に駆動ユニット（２２）として形成されており、前記駆動ユニットが予め組み立てられて、軸軸（２５、２５ａ）上に差し込み可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 駆動ユニット（２２）が、中空軸（２３）上に取り付けられて、中空軸（２３）を介して中央のねじボルト（２４）によって駆動軸（２５ａ、２５）と結合されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 自動車の内燃機関の冷却剤循環のための冷却剤ポンプの回転数を制御する方法であって、
    冷却剤ポンプが内燃機関によってベルトディスクを介して（機械的に）駆動され、
    冷却剤ポンプ（２）は、第１の段階においては減少された回転数によって駆動され、かつ第２の段階においては減少されない回転数によって駆動され、かつ
    一方の段階から他方の段階への切替えが、内燃機関のパラメータに従って行われることを特徴とする冷却剤ポンプの回転数を制御する方法。
11. 段階１から段階２への切替えは、以下のパラメータ：
    冷却剤温度、
    エンジンオイル温度、
    エンジントルク（負荷トルク）、
    冷却剤温度に対するエンジン出力の比、
    エンジン回転数に対するエンジン出力の比
    のための限界値を上回った場合に行われることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. エンジン回転数のための限界値を上回った場合に、段階２から段階１への切替えが行われることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
    

Images