JP2012525527A - 切換え可能な冷却液ポンプ - Google Patents

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Abstract

本発明は、インペラが相互摩擦により切換え可能にベルトプーリによって駆動可能である、ベルトプーリを介して駆動される内燃機関用の切換え可能な冷却液ポンプに関する。本発明の課題は、製作技術的に簡単に製作可能である、ベルトプーリを介して駆動される、上記種類の内燃機関用の切換え可能な冷却液ポンプを開発することである。この冷却液ポンプは特に小型の冷却液ポンプ(すなわち、ベルトプーリとインペラとの間の間隔が15mmよりも小さく、ベルトプーリ直径が50mmよりも小さい冷却液ポンプ)に適している。ポンプケーシング1に配置された圧力ブースタ10用接続フランジ9と、作動シリンダ15内に配置された作動ピストン14を備えた、本発明に係る切換え可能な冷却液ポンプは特に、ポンプケーシング1上/内において一方ではベルトプーリ3がベルトプーリ軸受2に軸承され、かつ他方ではベルトプーリとは別個にポンプ軸5がポンプ軸受4に軸承されていることと、ポンプケーシング1内にスリーブ収容部17が配置され、このスリーブ収容部の環状底18に環状通路19が配置されていることと、ポンプケーシング1内においてスリーブ収容部17内に環状ピストン作動スリーブ21が挿入されていることと、この環状ピストン作動スリーブ21内において環状ピストンシール23を備えた環状ピストン24が摺動可能に配置されていることと、環状ピストン24のベルトプーリ側に隣接して、スラスト軸受25が環状ピストン24と作動円錐体26との間に配置されていることと、作動円錐体26のための端位置制限部27と1個または複数の戻しばね28がポンプ軸5に配置されていることと、ベルトプーリ3の端面29の中央に、回転伝達円錐体30が配置され、圧力接続管12に負圧または正圧が作用するときに、回転伝達円錐体がポンプ軸5上に配置された作動円錐体26に作用連結されることを特徴とする。

Description

本発明は、インペラが相互摩擦により切換え可能にベルトプーリによって駆動可能である、ベルトプーリを介して駆動される内燃機関用の切換え可能な冷却液ポンプに関する。
従来技術において内燃機関用冷却液ポンプが知られている。この冷却液ポンプのベルトプーリは内燃機関のクランク軸によって駆動され、インペラは相互摩擦によって切換え可能にポンプ軸に連結可能である。
この冷却液ポンプによって実現可能な2ポイント制御により、冷却液ポンプの冷却出力と駆動出力を変えることができる。自動車用のこの冷却液ポンプの2ポイント制御により、エンジン始動時に直ちに開始される強制冷却を回避することが可能となり、それによってエンジンの暖機運転相において、この相で発生するすべての欠点、例えば摩擦損失の増大、エミッション値の増大および燃料消費の増大が大幅に低減される。
特許文献1において本出願人は有効性が実証された切換え可能な冷却液ポンプを提案した。この冷却液ポンプの場合、ポンプケーシング内に磁気コイルが定置され、この磁気コイルは、相対回転しないようにしかもばねで付勢されて摺動可能に駆動軸上に配置されかつインペラ側に摩擦ライニングを備えたアーマチュアディスクに作用連結可能である。この作用連結により、消磁の際に、ばね押圧力のために、駆動軸上に回転可能に配置されたインペラはアーマチュアディスクから駆動トルクを伝達される。
この構造形式の場合には、供される磁気的構造スペースによって回転伝達摩擦トルクが制限されるので、この解決策はさらに発展させられた。
上記の解決策を基礎とする特許文献2は、構造スペースを最適化した切換え可能な冷却液ポンプを開示している。磁気クラッチの摩擦ディスクからインペラに伝達可能な駆動トルクが大幅に増大する。
この増大した駆動トルクは押圧力を高めることによって生じる。この押圧力は、冷却媒体の流入および流出によって、押圧力を補助する負圧が摩擦ディスクとインペラとの間で発生し同時に、運転中摩擦ディスクのクラッチ側がオーバーフロー穴からの冷却媒体の圧力によって付勢されることにより生じる。
上記の構造形式の冷却液ポンプは、エンジンの冷間始動時に、エンジンを短時間で暖め、それに伴ってすべての利点を生じるように停止させられる。
エンジンが運転温度に達すると、摩擦クラッチが作動させられて冷却液ポンプが作動を開始する。
しかしながら、トルク伝達面の摩耗を最小限に抑えるためには、非常に大きな押圧力が必要である。この場合、必然的に常に、許容されるスリップ(すなわち、摩耗)と必要な構造的大きさとの間の妥協を、関連する技術的費用をかけて見出さなければならない。
しかし、幾つかの用途では、構造スペースを最適化した従来技術の構造形式でもまだ大きすぎるように、許容される構造的大きさが狭く制限されている。
ベルトプーリとインペラとの間の間隔が15mmよりも小さく、ベルトプーリ直径が50mmよりも小さい、非常に小型のこのような冷却液ポンプの代表は、特許文献3に示されている。
さらに、特許文献4には、本出願人によって開示された冷却液ポンプが記載されている。この冷却液ポンプの場合、ベルトプーリに固定連結された軸が二重に軸受されている。この軸上には、ベルトプーリとは反対側に、スリーブが戻り止めによって配置されている。このスリーブ上にはインペラが相対回転しないように配置されている。スリーブに固定連結された、ポンプケーシング内配置の電動機のロータによって、必要な場合に、スリーブ、ひいてはスリーブに固定連結されたインペラを付加的に駆動することができ、それによって例えば冬のようなアウトバーンでの渋滞の場合でも、ポンプ軸の回転数が低いにもかかわらず、車内の最適な暖房を保証することができる。
さらに、本出願人は特許文献5において、圧力管路を環状通路に接続し、ロールベローを備えた環状ピストンを配置した冷却液ポンプを提案した。
独国特許第10057098C1号明細書 独国特許第10235721B4号明細書 米国特許出願公開2002/0176773A1号明細書 独国特許第10128059C1号明細書 独国特許第102005062200B3号明細書
本発明の根底をなす課題は、低コストでかつ製作技術的に簡単に製作可能で、ベルトプーリを介して駆動される切換え可能な内燃機関用冷却液ポンプを開発することである。この冷却液ポンプの場合には、インペラが相互摩擦に関連して切換え可能に駆動される。冷却液ポンプは、効率が高く、きわめてコンパクトで簡単でそして頑丈な構造形式であり、製作コストと組み立てコストが最少であり、そして運転確実性と信頼性が高い。この冷却液ポンプは特に小型の冷却液ポンプ(すなわち、ベルトプーリとインペラとの間の間隔が15mmよりも小さく、ベルトプーリ直径が50mmよりも小さい冷却液ポンプ)に適している。エンジンの暖機運転相を確実に減らし、有害物質エミッションと摩擦損失と燃料消費を低減するために、新たに開発すべき構造形式の大きな押圧力はほとんど摩耗しないオン/オフ運転を実現できるようにすべきである。この場合、新たに開発すべき切換え可能な冷却液ポンプは、既に運転されているエンジンファミリーでも後付けできるようにすべきである。
この課題は本発明により、本発明の請求項1の特徴を有する切換え可能な冷却液ポンプによって解決される。本発明の有利な実施、詳細および特徴は、従属請求項と、本発明に係る解決策の実施形態に関する、図に関連して行う本発明に係る解決策の次の説明とから明らかになる。
本発明に係る切換え可能な冷却液ポンプの構造形式を切断して示す側面図である。この図1には、作動位置「オフ」(すなわち、インペラを回転駆動しない)が示してある。
図1に示したこの構造形式は、負圧コントロールに関連して使用される。
次に、図1に示した実施形態に基づいて本発明に係る切換え可能な冷却液ポンプを詳しく説明する。
本発明に従い、一方ではポンプケーシング1上/内においてベルトプーリ3がベルトプーリ軸受2に軸承され、他方ではこのベルトプーリとは別個に、同じポンプケーシング1内においてポンプ軸5がポンプ軸受4に(ベルトプーリ3に関係なく)軸承されている。
ポンプ軸5の流体側の自由端部には、インペラ6が相対回転しないように配置されている。
インペラ6とポンプ軸受4との間においてポンプケーシング1のシール収容部7内には軸シール8が配置されている。
ポンプケーシング1にはさらに、圧力ブースタ10を接続するための接続フランジ9が配置されている。この圧力ブースタ10には操作シリンダ11が配置されている。この操作シリンダ11に配置された圧力接続管12によって負圧がこの操作シリンダに作用する。
操作シリンダ11内には操作ピストン13が配置されている。この操作ピストンは作動シリンダ15内に配置された作動ピストン14に固定連結されている。
本発明に従い、ポンプケーシング1内には、ポンプ軸受4のベアリングシート16のベルトプーリ側に隣接して、スリーブ収容部17が配置され、ポンプ軸5のベルトプーリ側の自由端部がこのスリーブ収容部内の中央に挿入され、スリーブ収容部の環状底18には環状通路19が配置されている。
作動シリンダ15がポンプケーシング1内に配置され互いに接続された複数の圧力管路20を介して、環状通路19に接続されていることが特徴である。
本発明に従ってさらに、ポンプケーシング1内に配置されたスリーブ収容部17内に、環状ピストン作動スリーブ21が挿入され、この環状ピストン作動スリーブの底に、環状通路19に通じる流通穴22が配置されている。
さらに、環状ピストン作動スリーブ21と環状通路19との間に、流通穴22を有する環状シール34が配置されていることが本発明にとって重要である。
さらに、本発明に従い、環状ピストン作動スリーブ20内には、環状通路19に通じる流通穴22に隣接して、環状ピストンシール23を備えた環状ピストン24が摺動可能に配置されている。
環状ピストンシール23は本発明に従って、環状ピストン24上に設けられた付設の連行溝に係合連結されている。
さらに、環状ピストン24のベルトプーリ側に隣接して、ニードルスラスト軸受の構造形式のスラスト軸受25が、環状ピストン24と、ポンプ軸5上に軸方向に摺動可能に配置された作動円錐体26との間に配置されていることが本発明にとって重要である。
さらに、作動円錐体26用の端位置制限部27がポンプ軸5に配置され、戻しばね28が作動円錐体26とポンプ軸5との間に配置されていることが特徴である。
戻しばね28が図1に示すように皿ばねであると有利である。この皿ばねは固定ねじ32によって作動円錐体28に押し付けてポンプ軸5の端面に固定されている。
その際、ポンプケーシング1に回転可能に支承されたベルトプーリ3の端面29の中央に、回転伝達円錐体30が配置されていることが本発明にとって重要である。この回転伝達円錐体により、負圧が圧力接続管12に作用するときに、作動ピストン14が作動シリンダ15内にある作動媒体、すなわち、本実施形態では主に水とグリコールの混合液からなる冷却液に作用し、それによってポンプ軸5上に配置された作動円錐体26がベルトプーリ3内に配置された回転伝達円錐体30に作用連結され、従ってポンプ軸5がこのポンプ軸5に固定連結されたインペラ6と共にベルトプーリによって回転されられる。
本解決策は、本発明に係る構造体により、すべりを生じない、ひいては摩耗を生じないオン/オフ運転を可能にするきわめて大きな押圧力を生じる。
従って、前述の本発明に係る構造体により、エンジンの暖機運転相の有害物質エミッションと摩擦損失および燃料消費を低減するために、エンジンの暖機運転相を確実にかつはっきりと短縮することができる。
その際、本解決策は、きわめてコンパクトで簡単でそして頑丈な構造形式であるという点で卓越しており、この構造形式は特にきわめて小型の冷却液ポンプ(すなわち、ベルトプーリとインペラとの間の間隔が15mmよりも小さく、ベルトプーリ直径が50mmよりも小さい冷却液ポンプ)に非常に適している。
本発明に係る解決策によってさらに、製作コストと組み立てコストが最少であると共に、きわめて高い運転確実性と信頼性が保証される。
切換え可能な冷却液ポンプの本発明に係る解決策は、構造スペースを最適化したその構造形式に基づいて、既に運転されているエンジンファミリーにも後付け可能である。
作動シリンダ15内、圧力管路20内、環状通路19内、ならびに、環状ピストン作動室内にある作動媒体は、冷却液体であるという事実に基づき、本発明による図1に示すように、圧力管路20とポンプ室との間に補充弁31を配置することができる。この補充弁により、問題なく、非常に確実に、また廉価に漏洩損失の補償が保証される。
さらに、ベルトプーリ3の端面側に被覆キャップ33を配置すると有利である。この被覆キャップは回転伝達円錐体30の領域と、この回転伝達円錐体に作用連結された作動円錐体26と、この作動円錐体の戻しばね28と、ポンプ軸5に対する戻しばねの固定部を被覆し、高い機能信頼性、運転信頼性および作動信頼性を保証する。
さらに、軸シール8の近くにおいてポンプケーシング1内に漏洩管路35が配置されていると有利である。この漏洩管路はポンプ軸受4を「乾燥状態に保持し」、そして漏洩スポンジ36によって「外部に対して」閉鎖されている。本解決策は、簡単できわめてコンパクトな構造形式であると共に、最少の製作コストおよび組み立てコストでかつ高い運転確実性および信頼性でもって、冷却液搬送量を明確に制御することによりエンジンの最適な暖機を可能にする。
本発明の解決策により、エンジンを暖機した後で、エンジンの作動領域全体において、有害物質エミッション、摩擦損失および燃料消費を大幅に低減することができる。
その際、本発明の解決策はさらに、既に製作されたエンジンファミリーの場合でも、前述の本発明に係る切換え可能な冷却液ポンプを後付けすることができる。
1 ポンプケーシング
2 ベルトプーリ軸受
3 ベルトプーリ
4 ポンプ軸受
5 ポンプ軸
6 インペラ
7 シール収容部
8 軸シール
9 接続フランジ
10 圧力ブースタ
11 操作シリンダ
12 圧力接続管
13 操作ピストン
14 作動ピストン
15 作動シリンダ
16 ベアリングシート
18 環状底部
19 環状通路
20 圧力管路
21 環状ピストン作動スリーブ
22 流通穴
23 環状ピストンシール
24 環状ピストン
25 スラスト軸受
26 作動円錐体
27 端位置制限部
28 戻しばね
29 端面
30 回転伝達円錐体
31 補充弁
32 固定ねじ
33 被覆キャップ
34 環状シール
35 漏洩管路
36 漏洩スポンジ

Claims (9)

  1. ポンプケーシング(1)と、このポンプケーシング(1)上でベルトプーリ軸受(2)に軸承されたベルトプーリ(3)と、ポンプ軸(5)と、このポンプ軸(5)の流体側の自由端部に相対回転しないように配置されたインペラ(6)と、前記ポンプケーシング(1)内において前記インペラ(6)とポンプ軸受(4)との間でシール収容部(7)内に配置された軸シール(8)と、操作シリンダ(11)とこの操作シリンダ(11)に配置された圧力接続管(12)とを有する圧力ブースタ(10)のための、前記ポンプケーシング(1)内に配置された接続フランジ(9)と、操作ピストン(13)と、前記操作ピストン(13)に固定連結された作動ピストン(14)と、作動シリンダ(15)とを備え、前記作動シリンダ(15)が前記ポンプケーシング(1)内に配置され互いに接続された1つ/複数の圧力管路(20)を介して環状通路(19)に接続され、前記作動ピストン(14)が前記作動シリンダ(15)と前記圧力管路(20)と前記環状通路(19)内にある作動媒体に作用する、切換え可能な冷却液ポンプにおいて、
    前記ポンプケーシング(1)上/内において一方では前記ベルトプーリ(3)が前記ベルトプーリ軸受(2)に軸承され、かつ他方では前記ベルトプーリとは別個に前記ポンプ軸(5)が前記ポンプ軸受(4)に軸承されていることと、
    前記ポンプケーシング(1)内において、前記ポンプ軸受(4)のベアリングシート(16)のベルトプーリ側に隣接して、スリーブ収容部(17)が配置され、このスリーブ収容部の中央に前記ポンプ軸(5)のベルトプーリ側自由端部が挿入され、前記スリーブ収容部の環状底(18)に環状通路(19)が配置されていることと、
    前記ポンプケーシング(1)内の前記スリーブ収容部(17)内に環状ピストン作動スリーブ(21)が挿入され、この環状ピストン作動スリーブの底に、前記環状通路(19)に通じる流通穴(22)が配置されていることと、
    前記環状ピストン作動スリーブ(21)内において前記環状通路(19)に通じる前記流通穴(22)に隣接して、環状ピストンシール(23)を備えた環状ピストン(24)が摺動可能に配置されていることと、
    前記環状ピストン(24)のベルトプーリ側に隣接して、スラスト軸受(25)が前記環状ピストン(24)と前記ポンプ軸(5)上に軸方向に摺動可能に配置された作動円錐体(26)との間に配置されていることと、
    前記作動円錐体(26)のための端位置制限部(27)が前記ポンプ軸(5)に配置され、1個または複数の戻しばね(28)が前記作動円錐体(26)と前記ポンプ軸(5)との間に配置されていることと、
    前記ポンプケーシング(1)に回転可能に軸承された前記ベルトプーリ(3)の端面(29)の中央に、回転伝達円錐体(30)が配置され、前記圧力接続管(12)に負圧または正圧が作用するときに、前記回転伝達円錐体が前記ポンプ軸(5)上に配置された作動円錐体(26)に作用連結されることを特徴とする切換え可能な冷却液ポンプ。
  2. 前記環状ピストンシール(23)が前記環状ピストン(24)上に付設配置された連行溝に係合連結されていることを特徴とする請求項1に記載の切換え可能な冷却液ポンプ。
  3. 環状ピストン作動スリーブ(21)と環状通路(19)との間に、流通穴(22)を有する環状シール(34)が配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の切換え可能な冷却液ポンプ。
  4. 前記スラスト軸受(25)がニードルスラスト軸受であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の切換え可能な冷却液ポンプ。
  5. 前記戻しばね(28)が皿ばねであり、この皿ばねが前記ポンプ軸(5)の端面側で固定ねじ(32)によって前記作動円錐体(26)に押し付けられて配置され固定されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の切換え可能な冷却液ポンプ。
  6. 前記ベルトプーリ(3)の端面側に被覆キャップ(33)が配置され、この被覆キャップが前記回転伝達円錐体(30)の領域と、この回転伝達円錐体に作用連結される前記作動円錐体(26)とを被覆し、その際前記作動円錐体の戻しばね(28)と、前記ポンプ軸(5)における前記戻しばねの固定部を含めて被覆することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の切換え可能な冷却液ポンプ。
  7. 前記圧力ブースタ(10)の前記圧力接続管(12)に負圧が作用することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の切換え可能な冷却液ポンプ。
  8. 前記圧力ブースタ(10)の前記圧力接続管(12)に正圧(例えばエンジンオイル圧力)が作用することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の切換え可能な冷却液ポンプ。
  9. 前記軸シール(8)の近くにおいてポンプケーシング(1)内に漏洩管路(35)が配置され、この漏洩管路が漏洩スポンジ(36)によって外側を閉鎖されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の切換え可能な冷却液ポンプ。
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