JP3338954B2 - 内燃機関の冷却回路用水ポンプ - Google Patents

内燃機関の冷却回路用水ポンプ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念に記載の内燃機関の冷却回路用水ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の冷却回路のために、水ポンプ
を使用することは一般に公知であり、温度に応じて冷却
回路を開閉するサーモスタツトを介して制御が行われ
る。水ポンプの駆動は、内燃機関により駆動される伝動
ベルトを介して機械的に又は電気的にも行うことができ
る。冷媒流及び加熱回路の開閉のため、タイミング弁、
スプール弁及びステツプモータ駆動の回転弁が実際から
公知である。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３２４
７４９号明細書には、１つの半径方向流入口及び３つの
半径方向出口を持つ冷却回路用調整弁が記載され、冷媒
の分配は回転弁により行われる。
【０００４】しかしこの調整弁における欠点は、常に合
成力が回転弁へ作用して、弁を動かなくするか、操作の
ため適当な強さの駆動電動機を必要とすることである。
更に調節又は混合位置が限られている。
【０００５】ドイツ連邦共和国特許第４１２５３６６号
明細書から、１つの軸線方向流入口及び２つの半径方向
流出口を持つ車両の液体回路用３ポート２位置切換え弁
が公知である。この弁でも調節可能性が限られているの
で、冷却又は加熱回路の制御又は調整のために、更に別
の装置が必要である。
【０００６】ドイツ連邦共和国特許第４４３８５５２号
明細書には、内燃機関の冷却回路用温度調整装置が記載
されており、この温度調整装置は、開閉軸上に設けられ
る開閉揺動弁板用の操作素子を備えている。開閉揺動弁
板軸は、冷却回路導管又はポンプ供給導管の仮想壁線の
範囲、及びポンプ供給導管への短絡導管の合流範囲にあ
る。開閉揺動弁板を操作するため、熱膨張物質いわゆる
ワツクスカートリツジが設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】非常にこじんまりした
構造で冷却回路の複数の部材と操作及び開閉素子の複数
の機能とを含む内燃機関の冷却回路用制御装置を提供す
るという課題が、本発明の基礎となっている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は請求項１にあげた特徴によって解決される。
【０００９】調節弁を水ポンプのハウジング内にまとめ
ることにより、非常にこじんまりした構造が得られ、同
時に適当な構成の調節弁により複数の開閉位置が実現可
能なので、必要な場合内燃機関の冷却回路及び場合によ
っては加熱回路にある別の調整部材をなくすことができ
る。その際種々の機能又は開閉位置を実現できるだけで
なく、更に制御に必要な機械的部分もポンプハウジング
に収容するか又はポンプハウジングに適当に結合するこ
とができる。
【００１０】本発明による構成によって、実際上にただ
１つの装置で、実際に起こる殆どすべての場合におい
て、冷却及び場合によっては加熱のために、回路全体を
調整することができる。本発明による調節弁で、個々の
開口が制御可能であり、また混合作動も可能なので、冷
却及び加熱回路にある別の制御及び調整部材をなくすこ
とができる。
【００１１】冷媒を軸線方向に供給又は排出されかつポ
ンプハウジングの周囲に流入又は流出開口を持つ回転弁
として調節弁を本発明により構成することによって、回
転弁には合成力は生じないので、回転弁のために僅かな
操作力及び保持力ですむ。更に本発明による調節弁で
は、高い操作速度で僅かな圧力損失しか生じない。
【００１２】回転弁にある軸線方向開口は、回転弁がポ
ンプ装置の吐出側に設けられている場合、冷媒を回転弁
の内部空間へ供給するのに役立ち、この場合ポンプハウ
ジングの周壁に設けられる開口が冷媒を更に送るための
流出開口となる。
【００１３】逆に回転弁がポンプ装置の吸入側に設けら
れている場合、冷媒の排出は軸線方向開口を経てポンプ
の吸入側へ行われ、従って回転弁内部への供給は、ポン
プハウジングの周壁に設けられる開口を通って制御開口
を経て行われる。
【００１４】簡単な熱膨張素子例えばワツクスカートリ
ツジを回転弁の駆動装置として使用する場合、ポンプハ
ウジングの周壁に２つの部分回路のみ、即ち冷却導管用
の第１の部分回路及び暖機段階中冷却水の短絡回路導管
用の第２の部分回路を設ける。
【００１５】回転弁用に操作電動機を使用すると、適当
な流入又は流出開口を持つ複数の部分回路も設けること
ができる。その際の構成として、冷却導管用部分回路の
ほかに、短絡回路導管用の別の部分回路及び加熱回路の
熱交換器用の第３の部分回路が設けられている。
【００１６】その代わりに又はそれと組合わせて、付加
加熱装置又は排気ガス熱交換装置用の部分回路も設ける
ことができる。
【００１７】他の従属請求項及び図面に基いて以下に原
理を説明される実施例には、本発明の有利な発展及び構
成が示されている。
【００１８】
【実施例】図に示した水ポンプは、原理的な公知の構造
であり、従って本発明にとって重要な部分のみを説明す
る。水ポンプは、例えばポンプ装置として、ポンプハウ
ジング１内に設けられてうず巻き通路２内にある羽根車
３を持つ回転ポンプとすることができる。羽根車３は公
知のように駆動電動機４により駆動される。駆動電動機
４を介して駆動する代わりに、水ポンプのため内燃機関
により駆動される伝動ベルト例えばＶベルトを介する機
械的駆動も考えられる。
【００１９】ポンプハウジング１の軸線方向接続部又は
水ポンプの羽根車３への通常存在する流入部の範囲に、
スリーブ状の回転弁６を持つ調節弁５が設けられ、回転
弁６の縦軸線はポンプ又は羽根車３の縦軸線に対して同
軸的になっている。回転弁６の軸線方向集合開口７は、
水ポンプの羽根車３への流入開口を形成している。図示
しない放熱器に接続される冷却導管８の流出開口９は、
ポンプハウジング１の周壁へ開口している。
【００２０】図３〜７からわかるように、ポンプハウジ
ング１の周壁は、更に冷媒の別の部分回路のため冷却回
路に設けられる２つの別の流入開口１０及び１１を備え
ている。集合開口７とは反対の側で回転弁６は端面を閉
鎖され、この端面に回転弁を回す操作電動機１２を備え
ている。
【００２１】回転弁６は周壁に制御開口１３を備えてい
る。この制御開口１３を経て、回転弁６の回路位置に応
じて、流入開口９，１０又は１１から集合開口７への接
続、従って水ポンプの羽根車３の吸入側への接続が行わ
れる。
【００２２】図３〜７からわかるように、回転弁６の回
転位置に応じて種々の作動位置が可能である、しかも個
別流れのみならず、混合作動流れも可能である。このた
め回転弁６の周壁にある制御開口１３は、個別流れも混
合作動流れも可能にするような開口広さを持っている。
【００２３】このため図３により次の条件が満たされね
ばならない。 ここではγは回転弁の開き角、δは接続管片の間の角、
ψは接続管片の開き角、βは適当な接続管片のあけられ
る開き角である。 δ１＋δ２＋δ３＝３６０° ここで個々の角はできるだけ同じに選ばれる。βｍａｘ
＝ψは断面の全開の際の開き角である。
【００２４】図３には、接続断面の中心面を通る断面図
により角が示されている。すべての角は断面機能と直接
関係している。開口の穴の比較的簡単な形状のほかに非
円形の他の断面も選ぶことができる。こうして調節特性
を規定する際の一層大きい自由度が得られる。
【００２５】図示した実施例では、接続管片はポンプハ
ウジング１から半径方向に出ている。流れに一層有利な
形状を得るため、接続管片を半径面に対して傾斜した方
向にポンプハウジング１に取付けることも可能である。
【００２６】図４〜７は回転弁の種々の制御位置が示さ
れている。図４は通常運転″冷却″の位置を示してい
る。図５には同時に加熱作動しながら機関の暖機段階に
おける第１の混合作動が示され、冷却導管の流入開口９
が遮断され、短絡回路導管及び加熱回路用の流入開口１
０及び１１が開かれている。図６は″暖機″及び″冷
却″の段階における第２の混合作動を示し、加熱回路が
遮断されている。図７は″加熱″及び″冷却″の段階に
おける第３の混合作動を示し、短絡回路導管用の流入開
口１１が遮断されている。
【００２７】図４に示す作動に従って、必要な場合回転
弁６の制御開口１３から他の周囲開口への個別接続も可
能である。加熱回路の代わりに、例えばシリンダヘツド
用の第２の短絡回路を設けることもできる。明らかなよ
うに、回転弁６は各回路を別々に開閉することができ
る。更にそれぞれ２つの回路の間で各混合段階を調節す
ることもできる。
【００２８】調節弁５には、回転弁６の回転軸線の周り
にモーメントを発生することになる合成流れ力は存在し
ない。これは、流れによる回転弁位置の変化が起こり得
ず、従って操作電動機１２の駆動出力をそれに応じて小
さくできることを意味している。僅かな操作力のため、
非常の場合回転弁６の特別な支持も必要でない。各角度
位置で断面が半径方向にあけられているので、調節弁を
経て非常に僅かな圧力降下しか、現われず、それにより
個々の流入部及び流出部の特別な密封片をなくすことが
できる。
【００２９】図示した実施例では、全部で３つの流入開
口９，１０及び１１が同じ半径面にあり、それにより非
常に短い全長が得られる。
【００３０】簡単化した構成では、調整弁５がポンプハ
ウジングの周壁に２つの流入及び流出開口しか備えてい
ないようにすることができる。この場合冷却導管及び短
絡回路導管用の周囲開口を設ける。その場合操作電動機
１２の代わりに、回転弁６の回転角の変化のために簡単
なワツクスカートリツジで充分である。その代わりに回
転弁６に操作装置としてバイメタル条片を設けることも
可能である。
【００３１】周囲開口を付加加熱装置装置又は排気ガス
熱交換器用の部分回路として設けることもできる。本発
明の範囲内で部分回路の組合せも当然可能である。
【００３２】実施例からわかるように、調節弁全体が水
ポンプのポンプハウジング１内にまとめられているだけ
でなく、電気及び電子インターフエイスについても同じ
ことが当てはまり、電気インターフエイスを介して車内
電源から水ポンプ及び操作電動機１２の中央エネルギー
供給を行うことができる。電子インターフエイスは、デ
ータ交換用、目標値規定用及び別の情報交換用の中央接
続を行うことができる。このため両方のインターフエイ
スは、ポンプハウジング１又は駆動電動機４にフランジ
結合されている共通なハウジング１４内にあることがで
きる。
【００３３】調節弁５をポンプハウジング１内にまとめ
ることにより、すべての重要な部分流の流通を冷却回路
において開閉する可能性が与えられる。このようにまと
めることにより、更に車両修理のために、中央駆動及び
調節機構のこじんまりしかつ安価で作動確実な構成が可
能である。それにより水ポンプの回転数用の調整機構
が、調節弁５の監視機能だけ拡散される。
【００３４】本発明による解決策によって、冷却システ
ムの２つの重要な特徴がまとめられる。即ち １． 冷却回路における温度の水側調整 ２． 調節弁５に接続されるすべての冷媒部分流のため
この調整の適用
【００３５】特に回転数を調整される電動水ポンプ及び
電動機１２を介して駆動される調節弁５により、すべて
の部分回路の精確な温度調節が行われる。このためポン
プ及び冷却回路の調整用の適当な温度測定個所も水ポン
プにまとめられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水ポンプの一部を切欠いた立面図
である。
【図２】図１による水ポンプの斜視図である。
【図３】水ポンプにまとめられる調節弁の第１の制御位
置における概略断面図である。
【図４】調節弁の第２の制御位置における概略断面図で
ある。
【図５】調節弁の第３の制御位置における概略断面図で
ある。
【図６】調節弁の第４の制御位置における概略断面図で
ある。
【図７】調節弁の第５の制御位置における概略断面図で
ある。
【符号の説明】
１ ポンプハウジング ３ ポンプ装置（羽根車） ５ 調節弁 ６ 回転弁 ７ 集合開口 ８ 冷却導管 ９，１０，１１ 流入又は流出開口 １３ 制御開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｐ 7/16 ５０２ Ｆ０１Ｐ 7/16 ５０２Ｃ ５０４ ５０４Ｅ Ｆ１６Ｋ 3/22 Ｆ１６Ｋ 3/22 Ｚ 11/076 11/076 Ｚ 31/04 31/04 Ｚ 31/68 31/68 Ｃ 31/70 31/70 Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01P 5/10 F01P 7/16

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポンプハウジングとポンプハウジング内
    で駆動されるポンプ装置とを有する水ポンプであって、
    回転弁（６）を持つ調節弁（５）がポンプハウジング
    （１）内にまとめられ、回転弁（６）が少なくともほぼ
    スリーブ形状を持ち、かつポンプ装置（３）の吸入側へ
    又は吐出側からの冷媒を供給又は排出するための軸線方
    向集合開口（７）を備えており、ポンプハウジング
    （１）の周壁に、放熱器に接続される冷却導管（８）用
    及び２つの別の部分回路用の流入又は流出開口（９，１
    ０，１１）が設けられ、回転弁（６）がその周壁に制御
    開口を持っているものにおいて、制御開口（１３）の開
    口幅により、集合開口（７）から３つの流入又は流出開
    口（９，１０，１１）のうち個々の流入又は流出開口へ
    の接続、又は混合作動のため互いに隣接している２つの
    流入又は流出開口（９，１０，１１）への重なり接続が
    行なわれることを特徴とする、内燃機関の冷却回路用水
    ポンプ。
  2. 【請求項２】 ポンプハウジング（１）に、車内電源か
    らの中央エネルギー供給用電気インターフエイスが設け
    られていることを特徴とする、請求項１に記載の水ポン
    プ。
  3. 【請求項３】 ポンプハウジング（１）に、中央接続
    用、データ交換用、目標値規定用、又はそれ以外の情報
    交換用の電子インターフエイスが設けられていることを
    特徴とする、請求項２に記載の水ポンプ。
  4. 【請求項４】 電気及び電子インターフエイスが、ポン
    プハウジング（１）にフランジ結合される共通なハウジ
    ング（１４）内に設けられていることを特徴とする、請
    求項２又は３に記載の水ポンプ。
  5. 【請求項５】 回転弁（６）が操作装置としてのワツク
    スカートリツジを備えていることを特徴とする、請求項
    １〜４の１つに記載の水ポンプ。
  6. 【請求項６】 回転弁（６）が操作装置としてのバイメ
    タル条片を備えていることを特徴とする、請求項１〜４
    の１つに記載の水ポンプ。
  7. 【請求項７】 回転弁（６）が操作電動機（１２）を備
    えていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載
    の水ポンプ。
  8. 【請求項８】 冷却水の短絡回路導管用の少なくとも１
    つの別の部分回路（１１）が設けられていることを特徴
    とする、請求項１〜７の１つに記載の水ポンプ。
  9. 【請求項９】 加熱回路用の別の部分回路（１０）が設
    けられていることを特徴とする、請求項１〜８の１つに
    記載の水ポンプ。
  10. 【請求項１０】 付加加熱装置又は排気ガス熱交換装置
    用の少なくとも第１又は第２の部分回路（１０又は１
    １）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜７
    の１つに記載の水ポンプ。
  11. 【請求項１１】 流入又は流出開口（９，１０，１１）
    がポンプハウジング（１）の同じ半径面にあることを特
    徴とする、請求項１〜１０の１つに記載の水ポンプ。
  12. 【請求項１２】 流入又は流出開口（９，１０，１１）
    の間の角度間隔が、がポンプハウジング（１）の周囲に
    わたって均一に分布していることを特徴とする、請求項
    １１に記載の水ポンプ。
  13. 【請求項１３】 流入又は流出開口（９，１０，１１）
    から接続管片が半径面に対して傾斜した方向に分岐して
    いることを特徴とする、請求項１〜１１の１つに記載の
    水ポンプ。
  14. 【請求項１４】 水ポンプが駆動電動機（４）を介して
    電気的に駆動可能であることを特徴とする、請求項１〜
    １３の１つに記載の水ポンプ。
  15. 【請求項１５】 水ポンプが内燃機関により駆動される
    伝動ベルトを介して駆動可能であることを特徴とする、
    請求項１〜１３の１つに記載の水ポンプ。
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