JP2013519828A - 機械式のクーラントポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関に用いられる機械式のクーラントポンプ１０に関する。この機械式のクーラントポンプ１０は、ボリュートハウジング１４を備えた主ポンプボディ１２を備えている。ボリュートハウジング１４の内部には、ポンプ車１６が配置されており、この場合、このポンプ車１６は、クーラントを外側へ向かってボリュート３４内へ吐出し、そしてボリュート３４から接線方向で出口通路１８内へ吐出する。クーラントポンプ１０のクーラント流出流は出口弁２０によって制御される。出口通路１８はボリュート巻き始め部のボリュート舌部壁２２によってボリュート３４から分離されているので、ボリュート舌部壁２２はボリュート３４から出口通路１８を分離している。機械式のクーラントポンプ１０の出口弁２０は、軸方向に旋回可能なフラップ２４により形成されており、該フラップ２４は、該フラップの開放位置でボリュート舌部壁２２の少なくとも一部である。フラップ２４は周方向でボリュート舌部壁２２の端部を形成している。旋回可能なフラップ２４の旋回軸２６は、軸方向にかつポンプ車１６の回転軸線に対して平行に向けられている。旋回軸２６は、回転軸の全長にわたってボリュートハウジング１４に隣接して配置されている。

Description

本発明は、内燃機関に用いられる機械式のクーラント（冷却液）ポンプに関する。

機械式のクーラントポンプは、たとえばポンプの駆動車を駆動する駆動ベルトを使用することによって内燃機関により駆動されるクーラントポンプである。内燃機関が低温である場合には、最小限のクーラント流量しか必要とされない。したがって、クーラント循環流を制御するための出口弁を備えた機械式のクーラントポンプが使用される。内燃機関が低温である場合には、出口弁が閉じられているので、潤滑剤の循環は最小限に抑えられ、その結果、内燃機関の暖機段階が短縮される。

通常、出口弁は旋回フラップの形で使用される。この場合、旋回フラップはポンプ出口通路内に位置決めされている。旋回フラップは開いた開放位置または閉じられた閉鎖位置へ旋回するように制御され、この場合、この位置はクーラント（冷却液）の循環流量を決定する。クーラント出口通路の内側にこのような旋回フラップを配置することにより、フラップの開放位置においてもクーラント流は抑制されてしまい、無駄な流れ抵抗が生ぜしめられる。さらに、旋回フラップが閉鎖位置に位置しているときには、ボリュート室や出口通路内のクーラントに乱流が発生させられるので、ポンプ車は、クーラント中の乱流により生ぜしめられた著しい抵抗に常時さらされている。この抵抗は、クーラントポンプのアイドル状態においてクーラントポンプの無駄なエネルギ消費を生ぜしめる。

本発明の課題は、流体抵抗が減じられた機械式のクーラントポンプを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する機械式のクーラントポンプにより解決される。

請求項１に記載の、内燃機関に用いられる機械式のクーラントポンプは、ボリュートハウジングを備えた主ポンプボディを有している。ボリュートハウジングの内部には、ポンプ車が配置されており、この場合、このポンプ車はクーラントを外側へ向かってボリュート内へ吐出し、ボリュートから接線方向で出口通路内へ圧送する。ポンプのクーラント流出流は、出口弁によって制御される。出口通路はボリュート巻き始め部のボリュート舌部壁によってボリュートから分離されているので、ボリュート舌部壁は出口通路をボリュートから分離している。

機械式のクーラントポンプの出口弁は、軸方向に旋回可能なフラップにより形成されており、このフラップは、フラップの開放位置においてボリュート舌部壁の少なくとも一部である。フラップは周方向においてボリュート舌部壁の端部を形成している。旋回可能なフラップの旋回軸は、軸方向にかつポンプ車の回転軸に対して平行に向けられている。この旋回軸は、フラップ旋回軸の全長にわたってボリュートハウジングに隣接して配置されている。

軸方向に旋回可能なフラップを、ボリュート舌部壁の端部でボリュートハウジングに隣接して配置することにより、フラップが閉鎖位置に位置している場合には、出口通路内へのいかなるクーラントの流れも阻止される。なぜならば、閉じられたフラップは出口通路の流入部を直接に閉鎖しており、もはや出口通路の経路に沿って配置されていないからである。その結果、クーラント中の乱流によって生ぜしめられたポンプ車に対する流体抵抗は、閉じられたフラップ位置において著しく減じられる。閉鎖されたフラップ位置では、出口通路内へのクーラントの逆流が効果的に阻止されるので、クーラントリングがボリュート内を回転する。このことは、ボリュート内を流れるクーラントリングが、一定でかつほとんど妨げられずに循環していることを意味する。その結果、出口弁が閉じられていると、ポンプのエネルギ消費量は著しく減少する。特に、出口弁が閉じられている間の、内燃機関のコールドスタート段階中でのエネルギ消費量を効果的に最小限に抑えることができる。

このポンプは開放位置において、減じられた流れ抵抗をも有している。なぜならば、出口通路の真ん中に位置決めされていて、かつ出口通路内のクーラント流を抑制してしまう従来のフラップとは異なり、このフラップは、無駄な流れ抵抗を付与しないからである。

好ましい実施態様では、主ポンプボディが、少なくとも１つのストップエレメントを備えており、該ストップエレメントは、前記フラップを所定の開放位置および／または所定の閉鎖位置に停止させる。ストップエレメントはフラップを、所定の開放位置および／または所定の閉鎖位置に保持するので、フラップを開閉させるアクチュエータは、フラップを開放位置または閉鎖位置に保持するための保持力を付与する必要はない。このことは、フラップを運動させるアクチュエータのエネルギ消費量を減少させるための付加的な手段となる。

好ましくは、ストップエレメントが、出口通路壁に配置されたストップノーズであり、該ストップノーズによって前記フラップは、閉鎖位置に停止させられる。ストップノーズは、フラップをその閉鎖位置で支持するストップエレメントを実現するための単純でかつ廉価な手段である。

好ましくは、前記フラップが、湾曲させられており、湾曲させられたフラップは、このフラップの開放位置においてボリュートを延長させている。フラップの近位側は、ポンプ車の外側半径に近い内側半径を持って円形に湾曲させられている。湾曲させられたフラップは、開放位置においてボリュートを延長しているので、ボリュート内および出口通路内のクーラント流は妨げられていない。妨げられていないクーラント流は、実質的に乱流を有しないので、ポンプのエネルギ消費量はフラップの開放位置において減少する。

好ましくは、前記ストップエレメントは、ボリュートハウジングに設けられた段部であり、湾曲させられたフラップは、フラップが開いて開放位置に到達すると、前記ストップエレメントによって停止させられる。ボリュートハウジングの外壁または出口通路の側壁に実現され得る段部は、フラップを開放位置に停止させかつ支持するストップエレメントを実現するための単純でかつ廉価な手段である。

さらに別の有利な実施態様では、フラップが、アクチュエータによって駆動される。好ましくは、フラップはニューマチック式のアクチュエータによって駆動される。フラップは別のアクチュエータ、たとえば電気式のアクチュエータ、真空アクチュエータまたはサーモスタット式のアクチュエータによっても駆動され得る。ニューマチックエネルギは内燃機関の種々異なる位置で取り出すことができるので、ニューマチック式のアクチュエータの使用は簡単でかつ廉価となる。

好ましくは、アクチュエータは、フラップを、開放位置と閉鎖位置との間の少なくとも１つの中間位置に位置決めすることができる。このことは、クーラント流出流を、内燃機関のクーラント必要量に一層正確に適合させることを可能にする。特に、内燃機関のコールドスタート段階の間は、クーラント流量の一層精密な制御が、内燃機関の暖機段階もしくはウォーミングアップ段階を短縮するために役立つ。

好ましくは、ボリュートハウジングは主ポンプボディに統合された部分もしくは主ポンプボディに組み込まれた部分、つまり主ポンプボディに一体成形された部分である。この構成は、迅速でかつ一層廉価な製造を可能にする。

本発明のさらに別の有利な実施態様では、ボリュート舌部壁の１部分は、旋回可能なフラップの一部であり、ボリュート舌部壁の別の部分は、ボリュートハウジングの一部である。旋回可能なフラップはできるだけ小さく形成されることが望ましい。フラップが大きくなればなるほど、フラップに対するトルクを生ぜしめる流動クーラントの全体力はますます高くなる。しかし、旋回可能なフラップは、閉鎖位置において出口通路を閉鎖するために十分な長さに形成されていることが望ましい。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

機械式のクーラントポンプを、弁フラップが開放位置に位置する状態で示す斜視図である。 機械式のクーラントポンプを、弁フラップが閉鎖位置に位置する状態で示す斜視図である。

図１には、内燃機関に用いられる機械式のクーラントポンプ１０が示されている。この機械式のクーラントポンプ１０は主ポンプボディ１２を有しており、この場合、主ポンプボディ１２はフランジ４０によってエンジンブロックに直接に組み付けられているか、または別個のカバーボディ（図示しない）を有していてよい。

主ポンプボディ１２はボリュートハウジング１４を備えている。ボリュートハウジング１４は、主ポンプボディ１２に統合された部分もしくは主ポンプボディ１２に組み込まれた部分であり、この場合、ボリュートハウジング１４は実質的にボリュート３４を形成している。ボリュートハウジング１４は、回転可能なポンプ車（インペラ）１６を支持しており、ポンプ車１６は軸方向でクーラント（冷却液）を吸い込み、そして半径方向外側へ向かってボリュート３４のボリュート通路３５内へクーラントを吐出する。ボリュート通路３５は、ポンプ車１６を周方向で取り囲む環状の通路である。

ポンプ車１６は、クーラントポンプ１０の駆動車（図示しない）を駆動する駆動ベルト（図示しない）を使用することにより、内燃機関によって直接に駆動される。クーラントは、遠心力に基づいてボリュート３４に流入し、そしてボリュート通路３５から出口弁２０を通って、後続の出口通路１８に流入し、最終的にクーラントポンプ１０の流出開口３８に到達する。出口弁２０はボリュート通路３５の端部に位置決めされていて、ボリュート通路３５を出口通路１８から分離する。

出口弁２０は軸方向に旋回可能な、湾曲させられたアーチ状のフラップ２４を有している。旋回軸２６はボリュートハウジング１４に隣接して配置されている。フラップ２４は、このフラップ２４の開放位置において、ボリュート巻き始め部のボリュート舌部壁２２の少なくとも一部を成していて、ボリュート舌部壁２２の周方向の端部を形成している。ボリュート舌部壁２２は、くさび形の部分２３を有しており、このくさび形の部分２３はボリュートハウジング１４の一部である。フラップ２４は、開いたフラップ位置（図１）において、ボリュート３４を延長している。

フラップ２４は、ストップエレメント２８によって開放位置に停止される。ストップエレメント２８はボリュートハウジング１４の外壁３９に設けられた段部３６である。より正確に云えば、段部３６はボリュート通路３５の側壁３７と外壁３９とによって形成されているので、段部折り目は接線方向に向けられている。

閉じられた弁位置（図２）では、フラップ２４が、ストップノーズ３０によって停止される。このストップノーズ３０は外側の通路壁３２に設けられた溝である。このストップ溝はフラップ２４の旋回軸２６に対して反対の側でかつこの旋回軸２６に対して平行に位置決めされているので、フラップ２４は図２に示した閉鎖位置へ向かって閉鎖可能となる。フラップ２４が閉鎖位置にあると、クーラントはクーラントリングとしてボリュート３４内を回転し、そして一定でかつほとんど妨げられずに循環している。

フラップ２４はアクチュエータ（図示しない）よって駆動される。アクチュエータは、たとえばニューマチック式のアクチュエータ、電気式のアクチュエータ、真空式のアクチュエータまたはサーモスタット式のアクチュエータである。フラップ２４はアクチュエータによって少なくとも１つの中間位置に位置決めされ得る。この中間位置は、開いたフラップ位置と閉じたフラップ位置との間の規定された位置であり、そしてクーラント流出流の制御を一層精密にかつエンジンのクーラント必要量に一層適合させる。

Claims (10)

1. ボリュートハウジング（１４）を備えた主ポンプボディ（１２）と、
   ボリュートハウジング（１４）内に配置されたポンプ車（１６）であって、クーラントを出口通路（１８）内へ吐出するポンプ車（１６）と、
   当該クーラントポンプ（１０）のクーラント流出流を制御する出口弁（２０）と、
   出口通路（１８）をボリュート（３４）から分離するボリュート巻き始め部のボリュート舌部壁（２２）と
   を備えた、内燃機関に用いられる機械式のクーラントポンプ（１０）において、
   前記出口弁（２０）は、軸方向に旋回可能なフラップ（２４）により形成されており、該フラップ（２４）は、開放位置で前記ボリュート舌部壁（２２）の少なくとも一部であって、前記ボリュート舌部壁（２２）の端部を形成しており、
   旋回可能な前記フラップ（２４）の旋回軸（２６）が、ボリュートハウジング（１４）に隣接して配置されている
   ことを特徴とする、機械式のクーラントポンプ。
2. 前記主ポンプボディ（１２）は、少なくとも１つのストップエレメント（２７，２８）を備え、該ストップエレメント（２７，２８）は、前記フラップ（２４）を開放位置および／または閉鎖位置に停止させる、請求項１記載の機械式のクーラントポンプ。
3. 前記ストップエレメント（２７）は、出口通路壁（３２）に配置されたストップノーズ（３０）であり、該ストップノーズ（３０）によって前記フラップ（２４）が、閉鎖位置に停止させられる、請求項２記載の機械式のクーラントポンプ。
4. 前記フラップ（２４）が湾曲させられており、湾曲させられた該フラップ（２４）は、開放位置において前記ボリュート（３４）を延長させている、請求項１から３までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。
5. 前記ストップエレメント（２８）は、前記ボリュートハウジング（１４）に設けられた段部（３６）であり、前記ストップエレメント（２８）によって、湾曲させられた前記フラップ（２４）が停止させられる、請求項２から４までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。
6. 前記フラップ（２４）は、アクチュエータによって駆動される、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。
7. 前記アクチュエータは、ニューマチック式のアクチュエータ、電気式のアクチュエータ、真空アクチュエータまたはサーモスタット式のアクチュエータである、請求項６記載の機械式のクーラントポンプ。
8. 前記アクチュエータは、前記フラップ（２４）を、開放位置と閉鎖位置との間の少なくとも１つの中間位置に位置決めするようになっている、請求項１から７までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。
9. 前記ボリュートハウジング（１４）は、前記主ポンプボディ（１２）の統合された部分である、請求項１から８までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。
10. 前記ボリュート舌部壁（２２）の１部分が、旋回可能な前記フラップ（２４）の一部であり、前記ボリュート舌部壁（２２）の別の部分（２３）が、前記ボリュートハウジング（１４）の一部である、請求項１から９までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。

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