JP4431501B2 - エンジン冷却装置内の流量の熱的制御 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、特に自動車の内燃機関のための冷却用ポンプに関する。本発明は、エンジンの必要量に応じた流量特性を効率良く給送する冷却用ポンプを提供することを目的とする。

従来の冷却装置においては、冷却液の温度は理想状態から数度違っているかも知れなかった。更に、冷却用ポンプは、必要とされるよりも遙かに多くのエネルギを吸い込むことができた。この装置は、最も悪い熱負荷状態（例えば、最大の負荷状態の車両が熱い日に急勾配を登っている状態）の下では十分な冷却を提供しなければならず、これと同時に一方の極端においては冷却液及びエンジンを過熱してはならない。極端な熱的条件で冷却装置を機能させるために必要とされる妥協案のために、冷却液は、（殆どの場合に受ける）部分的な負荷状態において理想的な温度から数度違っており、冷却用ポンプは多量のエネルギを消費する。

特許公報ＥＰ−０，８８６，７３１（１９９８年１２月３０日）及びＵＳ−６，４９９，９６３（２００２年１２月３１日）は、回路の周囲の冷却液の流量が冷却液の温度に応じて変えられるエンジン冷却装置を開示している。冷却用ポンプは例えば電動モーターによって駆動され、ポンプの回転数を一定に保つことができ、流量を冷却液の温度変化に応じて単独で変化するようにさせることができ、冷却用ポンプは例えばエンジン駆動され、流量を冷却液の温度変化とエンジン回転数との両方に応じて変化させることができることが開示されている。

この開示によると、ポンプのローター内を通過する冷却液は一組みの可動の旋回羽根内をも通過する。冷却液の流量は、旋回羽根の向きを冷却液の温度変化に応じて調節することを提供することによって冷却液の温度変化に応じて変化するようにされている。更に、この開示によると、旋回羽根の向きは、流量を増す位置から流量を抑制する位置まで冷却液の温度の関数として徐々に変化せしめられる。

冷却液の流量を制御するために向きを変えることができる旋回羽根を使用することによる利点の一つは、ポンプを駆動するのに必要とされるエネルギの量が流量に（ほぼ）比例するように設計者が装置を設計することができる点である。この点は、流量が例えばポンプからの流れを調整することによって制御され、流量が少ないときでさえポンプによって
吸い込まれるエネルギが高いままである冷却装置とは対照的である。更に、上記の点は、ポンプが広範囲のローターの回転数に亘ってほど良い効率を有するように設計することが困難であり得るときに、流量を例えばポンプのローターの回転数を変えることによって制御して来た装置とも対照的であるかも知れない。

流量が冷却液の温度に応じて調整される装置においては、エンジンの作動中に冷却液温度を全く近い限度内に一定に保つことができるという一つの利点が生じ得る。従って、（ひとたび冷却液が暖まると）エンジン回転数、負荷、雰囲気温度及びその他の関連する動作条件の全ての範囲に亘って温度をプラス／マイナス２℃の範囲内で一定に保つことを設計者がねらうことは非現実的ではない。（従来の自動車の冷却装置においては、（暖まった）温度は作動条件の範囲に亘ってプラス／マイナス５又は１０℃だけ変化し得ることが注目されるべきである。）
エンジンの設計者は、エンジンをより効率良く作動させるために温度の安定性を利用することができ、特に、エンジン性能及び効率はエンジンオイルの温度に著しく依存することが多く、長い動作期間に亘ってエンジンオイルの温度が一定に保たれる場合には、（冷却液の温度が一定に保たれる場合にそうであるように）燃料消費の改良は実質的であり得る。

伝統的には、自動車エンジンは、ラジエータへの流れを制御することによって冷却液の温度を管理するために膨張可能なワックスを含むバルブに基づいた構造の（機械的な）温度調節器を含んでいた。基本的には、温度調節器は、冷却液がある温度未満となったときにラジエータ内の流れを遮断するか又は減らし且つエンジン内の冷却液が前記の所定温度を超えるまで暖まったときに最大の流れを許容するだけである。しかしながら、上記の特許は、通常動作中すなわち冷却液が暖まった後の冷却液の流量の熱的制御に関してのみ言及していた。

本発明は、温度制御される旋回羽根技術をラジエータへの冷却液の流れの温度調節器による制御のためにエンジンが有する要件と組み合わせることに関する。上記の開示においては、温度制御される旋回羽根ユニットが暖まった温度調節器とは別個の構成部品として設けられるような構造とされている。以下に説明するように、（温度制御された旋回羽根を使用して）冷却液温度に従って冷却液の流量を変える機能と、冷却液の温度に従って、冷却液の流れがラジエータ内を通過するのを阻止する機能との両方を共通の構造内に設けることができる。

冷却液が冷たいときにラジエータ内を流れるのを阻止する構造は、ラジエータポートとラジエータポート閉塞部材とを含んでいるものと考えることができる。ラジエータポート閉塞部材は、ラジエータポートサーマルユニットによって閉塞又は遮断位置から開放位置へと動かされる。ラジエータポートサーマルユニットは、冷却液が冷たいときに閉じられ、冷却液が作動温度まで暖まったときに開くような構造とされている。伝統的には、この機能は、従来の機械的なワックスタイプの温度調節器構造とされている。伝統的には、この機能は従来のワックスタイプの温度調節器構造によって行われるか、これと等価の機能を果たさせるために他の構造を配置していた。

ラジエータポート閉塞部材と旋回羽根との両方を圧送チャンバ内に収納することによって生じる利益は、これらの機能のうちの一つを果たすために極めて適している構造と同じ構造はまたその他の機能を果たすのにも極めて適している点である。圧送チャンバを含んでいるポンプハウジングは、流量を制御し且つ調整すること及び流れがインペラ内へ入るときに冷却液の流れの向きを制御し且つ調整することをねらっている構造である。ポンプハウジングはこの機能を果たすように設計されている。ラジエータ内を通過する冷却液の流れを導き且つ制御する構造として機能するためにも同じ構造が著しく且つ経済的に適しており且つ使用可能であるという事実によって経済性が高くなる。

ラジエータポート閉塞部材と旋回羽根との両方を圧送チャンバ内に収納することによって生じるもう一つ別の利点は、改良された圧送効率である。もちろん、ポンプ（すなわち、あらゆるポンプ）を能率悪くするように設計することもまた全て可能であり、流れを形成している壁が不規則であることによって流れに対する混乱が惹き起こされず、特に、流通する流体が繰り返し加速され減速されなければならないような形状とされている場合に、設計者の狙いは冷却液が安定して且つ円滑に流れるように流路の壁を配置することでなければならない。この狙いは、速度の変化すなわち断面積の変化の数及び急激性を最少にすることでなければならない。エンジンの内側（及びラジエータの内側）では、熱が冷却液へ或いは冷却液から伝えられる速度を最大にするために多くの流路は小さく且つ狭い。多くの狭い流路が一つに集められた断面積は比較的大きく、それによって、冷却液はエンジン及びラジエータの中を比較的ゆっくりと流れる傾向がある。しかしながら、パイプ、ホース及び冷却液をポンプへ及びポンプから直に運ぶ流路の他の部分内では、流れはむしろエンジン及びラジエータの内側の多くの流路を一つに集めた面積と比較して比較的小さい断面積の単一の導管内に含まれている。従って、冷却液の速度が最も速い冷却液回路の領域は、エンジン及びラジエータ内へ及びエンジン及びラジエータからつながっている流路、特にポンプへ及びポンプからつながっている通路である傾向がある。

従って、設計者は、特にエンジン及びラジエータの外側の導管内の冷却液速度がより速いこれらの領域内では流路の断面積の急激で大きな変化を避けることを探求すべきである。この狙いは、ラジエータポート閉塞部材と旋回羽根との両方が圧送チャンバの内側に収納されているときに最も容易に処理することができることが認識されている。この並置状態は、流路全体の抵抗が最小であるようにすることができる。もちろん、ラジエータポート閉塞部材及び旋回羽根が圧送チャンバの内側へ一緒に収納されているときでさえ、圧送チャンバがポンプを通る円滑な流れを妨害し且つ中断する突然の断面積の変化を含むことは可能であり、この点は、圧送チャンバの内側に両方の構成要素を収納することは、冷却液がインペラに近づき或いはインペラから遠ざかるときに流速の滑らかで安定した過程を提供する機会を最大にすることである。

ラジエータポート閉塞部材と旋回羽根との両方を圧送チャンバ内に収納するという事実によってその他の経済性及び効率の良さも生じる。一つの好ましい選択肢としては、旋回羽根とラジエータポート閉塞部材との両方を駆動するために単一の共通の熱駆動ユニットを使用することである。もう一つ別の選択肢は、通常の動作中の流量を制御するだけでなくラジエータポートを閉じるためにも旋回羽根自体を使用することである。この場合には、設計者は、温度範囲の種々の部分に亘って旋回羽根を駆動するために２つの別個の温度調節器（又は同等の熱駆動ユニット）を設けるかも知れないが、最も経済的に好ましいのは、旋回羽根及びラジエータポート閉塞部材が単一の機械的単一構造として提供されるばかりでなく、この構造の全動作範囲に亘る動作が１つの機械的な単一の熱駆動ユニットによって駆動される。

好ましい実施形態の説明

以下、添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
添付図面に示され且つ以下に説明されている装置は本発明を実施した実施形態である。本発明の範囲は必ずしも例示的な実施形態の特別な特徴によって規定されないことは注目されるべきである。

図１の冷却液循環ポンプ機構２３０においては、回転羽根リング２３２は一組みの旋回羽根２３４を担持している。このポンプにおいては、冷却液は、２つの発生源すなわちラジエータポート２３７及びエンジンヒーターバイパスポート２３８からインペラ２３６内へ入る。ポート２３７、２３８からの流れは、インペラ２３６のブレード内へ入る前に旋回羽根２３４内を通過する。

旋回羽根２３４は、羽根リング２３２によって作動せしめられる。羽根リング２３２は回転可能であり、その向きは温度調節器ユニット２３５の制御による。（代替的な実施形態においては、他のタイプの熱的に制御されるアクチュエータを温度調節器２３５の変わりに使用しても良い。）
駆動ピン２３９は、温度調節器２３５のステムを羽根リング２３２に結合している。ステムが動くと、駆動ピン２３９は、羽根リング２３２を回転させてステムの動きに対応し且つ同調した動きをさせる。旋回羽根２３４は、ポンプのハウジング内に取り付けられた各々の枢支軸内に担持されており、その結果、羽根リング２３２の回転によって旋回羽根
の角度又は向きが変えられる。

図４ａは、ヒーターポート２３８を介してポンプに入る冷却液が冷たい（すなわち、まだ暖機していない）間に採用されている状態である低温（ＣＯＬＤ）状態にあるポンプ２３０の構成部品を示している。この状態においては、旋回羽根２３４は閉塞位置に配置されているので、冷却液はラジエータポート２３７からインペラ内へと通過することができない。羽根が閉じているときに羽根内には何らかの若干の洩れが存在するであろうことは恐らく避けられない。しかしながら、最終的に得られる小さなラジエータの流れは殆どの用途において許容され得ることが認識されている。

図４ｄは高温（ＷＡＲＭ）状態にある旋回羽根を示している。この状態では旋回羽根は若干開いている。冷却液は、十分熱くなりラジエータ内を通されることによって冷却される必要があるが、この高温度範囲の下端にある。この状態では、冷却液の流量は、冷却液がその温度範囲（許容可能な範囲）の上端まで上昇したときの流量よりも遙かに少ない必要がある。旋回羽根はこの要件を反映し、旋回羽根は図４ｅ及び４ｆにおけるよりも図４ｄにおいて少ない流れの増強を提供するように（すなわち、流量の低下を提供するように）配置される。一方、図４ｄ（高温）においては流量はどこでもゼロに近くなく、これに対して、図４ａ（低温）においては流量はゼロに近づく。

旋回羽根がインペラの回転と反対の方向に旋回するように流れを導くときに、旋回羽根がポンプ内の流量を増強する方法の詳細な説明のために上記した公報に注目する。旋回羽根がインペラと同じ向きに旋回するように流れを導くと流量は減る。この作用は段階的である。すなわち、冷却液が高温から低温へ移るとき及び旋回羽根がそれらの最大の同じ向きからそれらの最大の反対の向きまで移動するとき、インペラを通る流量は、羽根の配向角度の変化に比例して最大の流量の減少から最大の流量の増強まで直線的に幾分増加する。図４ａは、本発明の１つの実施形態であり、もちろん前記公報には記載されていない低温で完全に閉じた位置にある旋回羽根を示している。図４ａ乃至４ｅは、完全に閉じた位置（図１４ａ）から、旋回羽根がインペラの回転方向に沿って流れを迂回させつつある高温位置（図４ｄ）を通って旋回羽根がインペラの回転方向に抗して流れを迂回させつつある高温位置（図４ｆ）まで徐々に開きつつある旋回羽根を示している。

いくつかの環境条件においては、従来の温度調節器は滅多に開かないことは注目されるべきである。すなわち、冷却液は冷却液がちょうどラジエータ内を通過し始める温度よりも上では暖まりづらい。この場合には、エンジンは、過冷却されて低い燃料消費量、高い排出量及び非理想的なオイル温度によりエンジン部品の恐らくは寿命が短い。もちろん、これらの基準は他の環境条件に対する要件を満たすために一連の妥協案として装置を設計しなればならない設計者に対して強要される。上記したように従来の温度調節器の排除すなわち温度調節器の機能を旋回羽根に結合することによって、設計者が従来の妥協案を緩和すること、従って、冷却液が広範囲の環境条件に亘ってその理想的な作動温度を達成するような配置とすることを遙かに容易にすることが認識できる。

図５ａ、５ｂ、５ｃは、ただ１つの旋回羽根２４０を有している改造された構造を示している。（ここで使用されている“一連”の旋回羽根という用語は、ただ１つの旋回羽根である場合にはちょうど一つの旋回羽根と読む。）ここでは、冷却液が低温であるときには、旋回羽根は、冷却液がラジエータポートからインペラへ到達するのを遮る。冷却液が暖められると（図５ｂ）、冷却液は両方のポートからインペラへと入ることができる。

いくつかの冷却装置においては、設計者は、エンジン／ヒーターのバイパスからの入力が完全に遮断されるように配置することが適切であり、必要とされる場合にこれを行うことができる（図５ｃ）。図５ａにおいては、冷却液が冷たいときにエンジンヒーターのバイパスポートからの流れをインペラの回転方向と反対方向に導いており、これは流量を増強する。これに対して、ラジエータポート（図５ｂ、５ｃ）からの流れは、インペラと同じ回転方向に導かれ、この場合には流量の増強が減じられる。

図５ａ、５ｂ、５ｃにおいては、旋回羽根２４０は、ワックス−バルブ型の温度調節器によってではなく電動モータ／変速装置構造２４１によって駆動されて回転する。このモータはステッピングモータであり、その回転位置は、モータ／変速装置２４１から機械的に分離されていても良い冷却回路内の適当な場所に配置されている温度センサーからの信号によって制御されている。別個の温度センサーを有している図５ａ、５ｂ、５ｃにおいて使用されているモーター／変速装置構造を図１の機械的温度調節器ユニットの代わりに使用することができ、その逆もまた可能である。（温度センサーとアクチュエータとを１つの機械的ユニットとして結合している）温度調節器は、その機能がそれ程複雑化されておらず且つ用途が広くはないがより経済的である。他の種類の温度調節器、例えば、バイメタルユニットを使用しても良い。

図１及び図５ａ、５ｂ、５ｃにおいては、図示されている構造は、羽根リング２３２を含んでいる旋回羽根の向きと駆動ピン２３９又はモータ／変速装置２４１を含んでいる弁部材配向機構との間に機械的な調整を提供している。

図１のポンプが構成部品である冷却装置は、常にヒーター内を冷却液が循環するタイプである（図６）。（別のタイプの冷却装置においては、作動時に流れはときどきヒーターを迂回するように逸らされても良い。）図６においては、ポンプＰのインペラは、例えば、エンジンＥから直接歯車連結駆動によって又はベルト駆動によって駆動される。図６においては、冷却液が暖まると、冷却液はラジエータＲの周りを循環し、冷却液が冷たいときには、冷却液はラジエータＲの周りを循環することができない。なぜならば、ポンプＰ内の旋回羽根２３４は完全に閉じた位置にあり、従って、ラジエータポート２３７が遮蔽されているからである。温度調節器ユニット２３５内の温度検知弁は、冷却液がポンプＰに入る直前にエンジンＥ（及び又はヒーターＨを介して）出て来る冷却液の温度を測定するように適切に位置決めされている。図１に示されているように、ヒーターポート２３８とバルブとの間に通路２４８があり、それによってバルブは流入する冷却液を注入される。

自動車エンジンが通常有している別個の温度調節器が図６の回路では排除されていることが注目されるであろう。
自動車エンジン冷却装置の構成部品の多くの異なる構造が存在し、設計者はポンプの入口／出口を適合するように配置するであろう。上記したように、所謂ラジエータ遮断温度制御を旋回羽根温度制御と組み合わせることは種々のエンジン系を有する種々の構造を必要とするかも知れず又は必要となるであろう。

図１においては、旋回羽根は高温位置にあり、冷却液は暖まっていて冷却液はヒーターポート２３８及びラジエータポート２３７の両方から冷却液循環ポンプ２３０へ入る。ポート２３７、２３８の口部は、ヒーターポート２３８からポンプ内へ通過する冷却液がインペラ内へと直接通過し、一方、ラジエータポート２３７からの冷却液は旋回羽根２３４内を通過するように配置されている。

ポンプ２３０内を通過する冷却液が冷たいとき、すなわち、まだ暖まっていないときには、ラジエータは循環している冷却液に対して封鎖されているのが好ましい。
このことは、図４ａに示されており、図４ａにおいては、ラジエータからの流れが遮断されており、旋回羽根２３４は、ラジエータポート２３７からの流れを遮断し、すなわちラジエータからの冷却液がインペラ２３６へと通過するのを阻止するような位置に配置されている。旋回羽根は、図４ａにおいては完全に後退して低温状態にある温度調節器ユニット２３５によってこの位置へ駆動されている。このようにして、冷却液が冷たいときに、ポンプ内を通過しエンジン内へ入る冷却液は、ヒーターを介してエンジンから入ってきた冷却液のみを含んでおり、羽根２３４が閉じられているので、ラジエータからの冷却液は、ポンプ内へ入ることができず且つエンジン内へ入ることができない。

エンジン（及びヒーター）のすぐ周りを循環している冷却液が暖まると、温度調節器ユニット２３５のバルブは開き、これは、羽根リング２３２を反時計方向に駆動して羽根２３４を開かせる。従って、ラジエータからの冷却液はインペラ２３６へと通過することができる。

この後に、冷却液がひとたび暖まると、冷却液の温度は、作動状態、車両荷重、雰囲気温度等に応じて変化する。冷却液がより熱くなるか又は若干熱くなると、旋回羽根は、上記公報に記載されている方法で冷却液温度に応じてそれらの向きを変える。設計者は、同様に、冷却液が通常の作動温度まで上昇すると、冷却液が最も高いときに旋回羽根２３４が適合する角度は流量に対して最も大きな増強を付与し、一方、冷却液が通常の作動温度範囲の低温側の端にあるときに羽根に採用される角度は通常の作動流量に対して最も大きな低下（又は、最も小さい増強を付与すると言っても良い）。典型的には、最小の通常動作流量は、典型的なポンプ回転数及び作動状態において最大の通常動作流量の半分程度であっても良い。図１においては、インペラ１３６は反時計方向に回転し、それによって上記の作動方法が得られる。

従来の別個の温度調節器ハウジングからの熱的に作動せしめられるラジエータポート閉塞部材を圧送チャンバ内へ動かすこと及びラジエータポート閉塞部材を旋回羽根と組み合わせることによって生じる以下の点に注意が惹かれる。自動車の冷却装置の設計者が直面している羽根は、完全に開いた状態においてさえ従来の一般的な温度調節器が有し得る過度に高い流量抵抗である。理論的には、従来の温度調節器の両端での大きな圧力低下の問題は、温度調節器を通る流路を特徴とする断面積の急激な変化を避けるように通路を配置することによって解決することができる。しかしながら、性能の他の点に妥協することなくこの設計を達成するために温度調節器及びそのハウジングを配置し直すことは実行するのが難しいことが判明し、設計者は温度調節器内での、すなわちラジエータポート閉塞部材内での大きな圧力低下を吸収しなければならなかった。

しかしながら、ラジエータポート閉塞部材機能を旋回羽根の構造内に結合させることによって、大きな圧力低下という問題が排除され又は低減される。ここで、効率的には、開いた温度調節器の流れの抵抗は、旋回羽根の最大の流れ増強状態すなわち図１に示された状態と同じである。従って、旋回羽根が最大増強配置にあるときには、従来の温度調節器に伴う大きな抵抗と比較して流れの抵抗が全く存在しない。

図１においては旋回羽根２３４（この場合には１３個の旋回羽根からなる）はインペラ２３６を完全に取り巻いていないことが注目されるであろう。インペラの外周区域は開いたままであり、この区域はエンジンヒーター入口ポート２３８と連通しており、すなわち、流れは暖まる間ラジエータを迂回する。従って、旋回羽根が完全に閉じられているとき（図４ａ）でさえ、遮断されるのはラジエータポート２３７だけであり、バイパスポート２３８ではない。ラジエータが遮断されるのに十分な程度まで冷却液が冷やされると、エンジンを通過する流量は全く少なく、このことは、この流れがインペラの入口の周囲の小さな区域２３３のみを占めるという事実によって反映されている。ラジエータ内を通過する一杯の熱い流量は、低温状態においてちょうどエンジン／ヒーター内を通過する迂回の流れの少ない流量よりも何倍も大きいであろう。

旋回羽根は、これらが完全に又はほぼ完全にインペラの入口を取り巻くように配置されているときに最も有効である。インペラに入る流れの幾らかが旋回羽根内を通らない場合には、次いで、流量は旋回羽根に応じてすなわち旋回羽根の温度に依存する向きに応じて十分且つ完全に制御されない。好ましくは、設計者は、暖まった流れのうちの出来るだけ多くが旋回羽根内を通過することをこの点に見るべきである。言い換えると、低温からの暖機中の間にエンジンから流入して来る流れを受け入れるインペラの周囲の区域２３３は最小であるべきである。高温状態でのラジエータからの十分な流量は、好ましくは、ポンプインペラの入口の外周の８０乃至９０％を占めるべきであり且つ最小でも前記外周の少なくとも約６０％を占めるべきである。

幾つかの冷却装置においては、旋回羽根がインペラの入口の全周を占めるように配置することができ、このことは流量の熱応答制御の観点では最良である。しかしながら、小さな区域に亘る旋回制御の損失は旋回効率に対して著しく不利益ではないことが認められる。

幾つかのエンジンにおいては、設計者は、冷却液が暖まるまでヒーターのコア内の流れを遮断することを選択しても良い。別の方法として、設計者は、冷却液が暖められるまでエンジンの周囲の流れを遮断することを選ぶことさえできる。後者は最も迅速な温度上昇に向かっていくけれども、エンジン内の冷却液の温度を検知することに対して特別な注意が払われなければならず、最も温度が高い領域である傾向があり且つ冷却液用ポンプからある距離だけ必然的に隔てられている排出弁に近いシリンダヘッド内の温度を検知する必要があるかも知れない。設計者は、次いで、温度測定が電子温度センサーによってなされ、該温度センサーからのデータ信号が分析され且つ例えば旋回羽根の動きに実際に作用するサーボを作動させるために使用されることを好むかも知れない。

従来のワックスバルブ型の温度調節器バルブが使用されている場合には、好ましくは、バルブは図１におけるようにエンジン／ヒーターバイパス回路から出て来る冷却液によって湿潤されるべきである。

図７は図１のポンプ２３０の断面図である。この場合には、ポンプインペラ２３６は、駆動プーリー２４３に対して作用するエンジンからの駆動ベルトによって駆動されている。このように、ポンプの回転数はエンジンの回転数に直接比例して変化する。伝統的で極めて一般的な技術であるけれども、エンジンによって冷却用ポンプを駆動することは、エンジンの低回転数においてポンプ出力（すなわち、ポンプによって生じる冷却液の流れの１分間当たりのリットル数）は、冷却液内へエンジンが付与する熱の全てを除去するのに十分ではなく、同様に、高いエンジン回転数においては、流量は消費されているエンジン出力を生じるのに必要とされるよりも遙かに大きいという点及び間接的には冷却装置が大きい流量及び／又は圧力を処理するために処理されなければならないという問題を惹き起こす。ヒーターは比較的高い流れに対して抵抗を有することが多く、従って、冷却液が冷たくラジエータが回路内にない場合には、ポンプは低いエンジン回転数において付加的な問題を生じ得る高い圧力を生じる必要がある。

このように、設計者は、インペラが低ポンプ回転数で適切な流量と圧力とを発生しなければならず、しかも、高いポンプ回転数においては過剰な流量及び圧力を発生してはならないという妥協案に直面せしめられる。この妥協案の必要性は、冷却液は冷たいがヒーターが回路内にあるときには、流量は低いけれでもヒーターの余分な抵抗が比較的高い圧力において少ない流量が発生されるという必要性につけ込む。この妥協案を容易にする１つの方法は、２組のブレードを備えたインペラを提供すること及び低回転数（すなわち少ない流量）において冷却液を圧送するためにブレードの両方の組が利用可能であるが高いポンプ回転数（すなわち多い流量）においてはブレードの組のうちの１つが迂回されるようにインペラを処理することである。ポンプインペラ２３６は、図８ａ、８ｂに示されているような作用を有する２組のブレードを有している。

インペラ２３６は、第１の（軸線方向及び径方向の混合された流れの）ブレード２４４の組及び第２の（径方向の）ブレード２４５の組を含んでいる。ポンプ駆動速度か低く且つ流量が少ないときに、冷却液は第１のブレード２４４内を軸線方向に通過し、圧送された液体は次いで方向を変え、岬状部分２４６の周囲を通過し、次いで第２のブレード２４５の入口へと通過し、次いで、第２のブレード（図８ａ）内を径方向に通過して所望の比較的高い圧力を発生する。

一方、インペラの回転数が高いときには、第１のブレード２４４からの流れは、冷却液が第２のブレード（図１８ｂ）の入口を迂回する傾向があるほど多くの軸線方向の速度モーメントを有する。従って、第２のブレードは流体を枯渇させるようになる。

第２のブレード２４５は放射状であり、それによって、ブレード２４５の入口と出口との間の圧力差が遠心力によって発生され且つ全く重要であり得る。従って、岬状部分２４６の周囲の流れの経路は、上記したように、高い回転数においては第１のブレード２４５に到達することが認められる。

このように低ポンプ回転数においては、第１のブレード２４４と第２のブレード２４５との両方の中を高いパーセントの流れが通過し、一方、遙かに少ないパーセントの流れのみが第１のブレード２４４と第２のブレード２４５との両方の中を通過し、高いポンプ回転数においては、流れの殆どが第２のブレードの中を通過することなく出口渦巻室２４７内へと真っ直ぐに通過する。

この作用は、流れの殆どが両方の組のブレード内を通過するので比較的高いヒーター回路の抵抗に打ち勝つ能力が低い回転数においては増大され、一方、比較的高い回転数においては、流れの殆どが第２のブレードを迂回するという点である。

図９は、羽根の配向機構がラジエータポート閉塞機構と機械的に調和せしめられているもう一つ別の構造を示している。図１０は、同じ構造を部分的に断面によって図示している。

図９においては、自動車用ラジエータからの冷却液はラジエータポート２５６を介してポンプチャンバ２５４内へ入る。冷却液が温かいときには、図９の下半分に示されているように、スライダ２５７が最も右側に向かって位置している。

スライダ２５７の開口した内側導管２５８は、径方向に面している穴２５９を有している。この穴２５９は、スライダ２５７が右側にあるときにラジエータポート２５６に接続されている。冷却液は、ラジエータからポンプチャンバ２５４内へ入り、ポンプインペラ２６０へと通過する。ラジエータポート２５６は、冷却液が冷たいとき（図９の上半分）は遮断され、冷却液が温められたとき（図９の下半分）には開く。

ラジエータポート２５６からの冷却液は、ポンプインペラ２６０のブレードへ到達する前に旋回羽根２６２内を通過する。旋回羽根２６２は、流通しつつある冷却液に迂回路を付与して冷却液に回転旋回動作を付与する。旋回羽根の向きに依存して、旋回動作は、インペラの回転と同じ回転方向か反対の方向とすることができる。以前と同様に、旋回羽根がインペラの回転に対抗する方向に向けられているときには流量及び圧力が増加され、一方、旋回羽根がインペラの回転と同じ方向に回転せしめられたときには前記流量及び圧力は減じられる。旋回羽根は、最大流量増大配向位置から最大流量減少配向位置（又は最小流量増大）へと徐々に配向可能である。

旋回羽根２６２は、内側リング２６４と外側リング２６５とを含んでいるケージを形成している羽根取り付け構造内に取り付けられている。２つのリングは相互に固定されてケージを形成している。旋回羽根は、２つのリング２６４、２６５間の管状の通路２６７をを径方向に広げる。

リング２６４、２６５は、旋回羽根２６２が回転可能に取り付けられている各々の枢動ベアリング２６８、２６９を担持している。旋回羽根２６２の枢動ピン２７０は、外側リング２６５内でベアリング２６９内に延びている伸長部２７２を有しており、レバーアーム２７３は伸長部２７２上に担持されている。旋回羽根２６２の向きは、レバーアーム２７３を動かすことによって調整される。

ばね（図示せず）が、旋回羽根２６２のレバーアーム２７３を左側へ付勢する役目を果たす。ポンプインペラ２６０の回転方向に注目すると、設計者は、レバーアーム２７３がより多く左に位置すればするほど（図９）より多くの旋回羽根２６２が流量減少状態へと向けられるように装置を配置している。レバーアーム２７３が右側へ動かされると、旋回羽根２６２は流量増強状態へより近づく位置になる。レバーアームの設計及びスライダの幾何学的構造は、特に所望されている旋回付勢をスライダの動きに適合するように設計することができる。

ポンプチャンバ２５４の内側には温度調節器ユニット２７５が設けられている。温度調節器ユニット２７５は、それ自体公知であり且つ加熱されたときに膨張して温度調節器のケース２７８からステム２７６を駆動するバルブを含んでいる。温度調節器のケース２７８はスライダ２５７の内側に圧入嵌めされている。（同様に、一般的なタイプの温度調節器以外の熱制御作動アクチュエータ、例えば、スライダを動かす目的で温度センサーに結合された電気リニアーアクチュエータを設けても良い。）
ケース２７８の上を流れる冷却液の温度の上昇によってステム２７６がケース２７８から動くと、該ステムが取り付けられているケース及びスライダ２５７が右側へ動く。スライダ２５７の鼻状突起２７９はレバーアーム２７３と係合し、その結果、熱によって誘起されるスライダの左右方向への動きによってレバーアーム２７３が旋回羽根の向きの変化を生じさせる。

図９の設計には空動き設備が設けられていても良い。設計者は、鼻状突起２７９とレバーアーム２７３との間に空隙２８１を設けることができる。冷却液はレバーアーム２７３が動く前に暖まるので、空隙２８１が大きければ大きいほど空動きも大きくなる。空動き設備はラジエータポート２５６が開く位置と調和させることができる。

図９の図示に基づいた設計は、自動車用途に極めて適合することができる。ポンプユニットは、簡単なボルト締結原理によってエンジンブロックに取り付けられるように設計することができる機械的にコンパクトなユニットとして構成されている。該ユニットは、エンジンが停止されている間にその機能の殆どを組立て且つ試験することができる。代替的な設計においては、ポンプユニットは別個のボルト締結ハウジング内ではなくエンジンブロック内に収納される。

スライダ２５７及びケージ２６３は両方ともポンプチャンバ２５４の滑らかな穴が開けられている内側に収容されることは特に注目することができる。従って、修理のために端部カバー２７７を取り外すと、スライダとケージとの両方をチャンバから簡単に滑り出させることができ、これは、ユニットを取り外すことなく且つホースの接続を妨害することなく行うことができる。上記したように、ケージ２６３は、チャンバに対して回転しないように留められ、スライダ２５７が回転する傾向を有するべきであるか否かは問題ではない。

構成要素のその他の配置を処理しても良い。例えば、ケージがスライダと共に摺動し、そのときに、レバーアームが肩部２７４と接触することによって回転せしめられるような配置としても良い。温度調節器ユニットは、スライダではなく端部カバーに取り付けても良い。しかしながら、設計者は、温度調節器の温度検知部分が流動しつつある冷却液内に実際に浸漬される配置を優先すべきである。

図１の実施形態に関して説明したように、熱的に配向される旋回羽根がインペラの入口に入る流れに出来る限り大きな影響を及ぼすことが望ましい。この場合には、入口の外周の小さな（ほんの僅かな）区域が旋回羽根によって制御されない状態のままとされて、旋回羽根が冷却液が冷たい状態から暖まる前にラジエータポートを塞ぐための手段として機能するのを可能にする。上記したように、図９においては、旋回羽根は、ラジエータポートを塞ぐための手段として機能せず、従って、旋回羽根はインペラブレード内への入口の断面積全体を占めることができる。

図９、１０の実施形態においては、以前の実施形態におけるように、旋回羽根は、ラジエータポート及び関連するラジエータポート閉塞部材の近くに並置されている。このことは、コンパクトで経済的なアセンブリに役立つ。この並置はまた、冷却液がインペラ内へ入り且つその中を通過するときに冷却液の断面積が滑らかに徐々に減少するという理想に極めて近づくことができ、それによって、結果的に得られる温度の変化もまた滑らかで且つ漸進的であり、流れの妨害による結果的な損失が最少化されるということをも意味する。

図１の実施形態を図９、１０の実施形態と比較すると、いずれの場合も、旋回羽根はインペラの回転軸線と同心状のピッチ円の周囲に均一に設定されている。後者の実施形態においては、旋回羽根は、冷却液がインペラの入口に向かって軸線方向に動いている位置でインペラと軸線方向に一直線上に配置されており、旋回羽根の枢支軸はインペラの軸線に対して径方向である軸線上に配置されている。前者の実施形態においては、旋回羽根は、冷却液がインペラの入口へと径方向内側に動いている状態でインペラの周囲に配置されており、羽根はインペラの軸線に対して平行である軸線上に配置されている。後者の実施形態では、入口の周囲の平らな螺旋とみなすことができる位置に流入する冷却液が配置されており、一方、前者の実施形態では、インペラと同軸である円筒状の管とみなすことができる位置に流入する冷却液が配置されている。設計者は、利用できる空間に応じて実施形態を選択することができる。流れ制御装置が径方向ではなく軸線方向に突出するより大きな空間が存在している場合には、後者の実施形態が好ましいであろう。軸線方向の空間がより重要である場合には、前者が好ましい。

以下において、循環回路内の冷却液の流れを調和させる方法のもう一つ別の例を図１１ａ、１１ｂ、１１ｃを参照して説明する。
従来の自動車用冷却液循環装置においては、冷却液が冷たいときには、温度調節器は冷却液がラジエータ内を通過するのを阻止していた。冷却液が通常の動作温度に近づくと、温度調節器は開いてラジエータ内を通る流れだけを許容する。しかしながら、従来の自動車装置においては、冷たい冷却液は、閉じられた温度調節器によってラジエータから遮断されるけれどもヒーター回路内は依然として流れる。

従来のヒーター回路においては、エンジンの周囲を流される冷却液の流れの全て又は一部分は、手動によって作動せしめられる弁を含んでおり、この弁は、ヒーターを通る流れを遮断してエンジンの迂回路又はラジエータ回路を通るすなわちヒーターを通らない冷却液の流れをのより大きな割合で効率良く給送し、このようにしてヒーターの熱出力を制御する。

車両が冷えた状態から始動しつつある場合には、運転者はヒーター制御を一杯の加熱状態まで切り換えることが多い。そのような場合には、冷却液がエンジンの周囲を流れるときに冷却液のかなりの部分がヒーター内を流れ、エンジン内の冷却液の暖機を遅らせることができる。遅らされた暖機はヒーターそのものに対しては好ましくないが、特にエンジンの摩耗の点では好ましい。冷却液が少なくとも部分的に暖められるまでヒーターが回路に関係せしめられない場合には暖機時間を改良することができる。いずれにしても、運転者は冷却液が暖まるまでヒーターからいかなる利益も得ることができない。

従来の装置においては、冷却液が極めて冷たいときにヒーターへの流れを遮断するには別個の温度調節器が必要とされると考えられるであろう。なぜならば、ヒーターに対する流れが許容される温度はラジエータに対する流れが許容されるべきである温度と異なるからである。

ここに記載するように、ラジエータの温度調節器すなわちラジエータポートを開閉するための機構が旋回羽根の向きを変えるための機構と機械的に調和している場合には、ヒーターポートを開閉し且つ必要とされる異なる温度においてこのようにするようにこの機構を設計することは殆ど如何なる別の複雑化の要因とならないことが認められる。

図１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、このようにするための方法を示している。ヒーターからの冷却液はヒーターポート２８３から入り、ラジエータからの冷却液はラジエータポート２８４から入る。図９におけるように、冷却液は右側に位置している旋回羽根へとスライダ２８６内の導管２８５に沿って運ばれる。スライダ２８６は各々温度検知アクチュエータ（図示せず）へと移動する。

図１１ａは、冷却液が極めて冷たいときの状態を示している。この状態では、ヒーターポート２８３とラジエータポート２８４との両方が閉じられており、それによって、冷却液のみがエンジンの周囲を循環する。設計者は、通常、ヒーター回路を通る流れが閉じられているときでさえ冷却液がエンジンの周囲を依然として循環することができ、従って、ヒーター迂回路導管は、ヒーターポート２８３が閉じられていても良いのでヒーターポート２８３から別個でなければならない圧送チャンバ内へのそれ自体の入口ポートを有していなければならないように配置する。迂回入口ポートは図１１ａ、１１ｂ、１１ｃには示されていない。

冷却液が極めて冷たい状態から暖まり始めるとスライダ２８６は右側へ移動する。この状態で、ラジエータポート２８４は閉じたままであるけれども、ヒーターポート２８３は開いており、部分的に暖められた冷却液はヒーターの周囲を循環することができる。

図１１ｃに示されているように、冷却液が最大熱さの限界にあるときに、ヒーターポート２８３内を通る流れは遮断されるか又は殆ど遮断される。
極めて高い温度でヒーターポートが部分的に開いているか又は完全に閉じられているかに拘わらず、この点は、上記した機構が設計者が開閉順序を選択することを容易なものとすることである。ヒーターポート及びラジエータポートに重なるか又は重ならない正確な特性は、装置のコスト又は複雑さを若干異ならせて設計者に所望されるような重なりを設計する自由度を付与する。設計者は、冷却液が著しく熱くないときでさえ流れがヒーター内を通過することができるように設計することを望むかも知れない。

図１１ａ、１１ｂ、１１ｃにおいては、スライダ２８６はまた旋回羽根を作動させるための機構を作動させ、設計者は、広範囲の作動状態の下でエンジンの良好な効率を確保するポートの開閉と羽根の向きとの間の正しい対応及び重なりを確保すべきである。しかしながら、同様に、設計者はヒーターポートとラジエータポートとの開閉の正しい順序及び旋回羽根の向きとの相対関係を自由に選択でき、すなわち、どのような選択された順序であっても方向を自由に選択でき、装置のコスト又は複雑さを殆ど異ならせない。

装置内の以下のような変形のうちのいくつかもまた考えられる。例えば、冷却用ポンプのインペラ（ローター）は、遠心形態（径方向）であっても良いし又は推進形態（軸線方向）であっても良いし又はこれらの組み合わせであっても良い。もう一つ別の例として、設計者は、ヒーターの流れを主ポンプ内を通過させるのではなくヒーターのための小さな補助ポンプを設けることを望むかも知れない。

この装置のもう一つ別の変形例は、配向可能な旋回羽根自体に関するものである。設計者は、必要とされる場合には、長い動作寿命に亘って信頼性が高くトラブルの無い方法で旋回羽根が再配向され得ることを理解すべきである。しかしながら、枢支結合及び摺動境界面は信頼性の問題につながり得る。代替的な構造においては、旋回羽根は枢動するのではなく撓む。すなわち、羽根は熱的な信号に応答して枢動するのではなく曲がるような構造とされている。

ポンプアセンブリの効率は、ポンプを駆動するのに必要とされる出力のワット当たり圧送された液体の容積流量と圧力上昇との積として測定される。この効率は、旋回羽根の向きの程度に応じた程度まで変化するように境界が決められている。しかしながら、ポンプの効率は、実際には、旋回羽根が再配向されたときにそれほど低下しない。他の流量制御構造と比較すると、効率（すなわち、加圧された単位流量当たりに必要とされるモーター又は駆動装置からのワット数）は広範囲の流量に亘って相対的に殆ど変化しないということがロータリーポンプ内を通る流量を制御するための構造としての旋回羽根再配置装置の特徴として認められる。

１分間当たりのリットル数で測定したポンプによって発生される流量は、旋回羽根の向きを制御することによって広範囲の流量に亘って制御可能であることもまた認識される。
これと対照的に、従来の流量制御装置は、ポンプを種々の回転数で効率の大きな変化を受けるようにしたままとしている。このポンプは、特別な作動流量において良好な効率を得るように設計されているけれども、このポンプは他の回転数においては極めて効率が悪い。

旋回羽根の向きの変化によって生じる変化は、広範囲に亘って行うことができ且つ他の制御装置、例えば、遮断装置がポートを閉じるように動く装置と対照的に、広範囲に亘って効率の大きな損失が無い状態で行うことができる。

本発明においては、唯一の温度センサーが存在するだけであることは必要とされない。温度センサーが機械的温度調節バルブユニットの形態をとる場合には、１以上のセンサーと調和させるのは困難となり得るが、温度センサーがエンジンのデータバスに送られる電子信号を提供するときには、設計者が望む場合には、いくつかのセンサーを収容し且つ調和させるのに殆ど困難性は存在しない。例えば、いくつかの設置においては、設計者は、例えば、ポンプ入口、排気弁の近くのエンジン内、ラジエータ内、ヒーター内、ポンプ出口内等及び（特別には）エンジンオイル内に温度センサーを有することを望むかも知れない。このときには、エンジンの作動状態は変わるので、旋回羽根の向きは、より細かくされ且つ精巧な方法で調和せしめられ、エンジンの作動温度を最適化することを意図され、出来る限り迅速に最適状態からの偏りを減らすことが意図されている。

冷却液温度センサーからのバスデータもまた、ラジエータのファンを制御するばかりでなく旋回羽根の向きを制御するように配置することができる。例えば、設計者は、ラジエータの両端での温度の低下がそれほど大きくない場合には、ファンがオンに切り換えられ又は回転数が上げられ且つ旋回羽根の向きと調和がとられても良い。

上記したように、温度センサーは、電子的であり且つ出力として単に電圧を付与するか又は単にデジタルコードを提供するか又は他の信号を提供しても良い。この場合には、出力信号は、車両のコンピュータ及び車両のデータバスに供給される温度データによって処理されても良い。次いで、旋回羽根配向装置の温度制御は、データバスリーダーと、温度データを機械的な動きに変換するための変換器とを含んでいても良い。

冷却液温度センサーは間接的とすることができる。センサーは、エンジンオイル温度を直接測定しても良い。実際には、オイルの温度の測定は、時々より高い効率につながり得る。オイルの温度を制御することによって、２つの作用を分離することができる限り冷却している冷却液温度を制御するよりも高い効率の改良さえも付与することができることが研究によって示されている。エンジンオイルの温度を直接測定するように配置されているセンサーは、本発明の目的のために、依然としてエンジン冷却液の温度を測定するためのセンサーであることは理解されるべきである。同様に、温度センサーがエンジンブロックの金属の温度を直に測定するように配置されていた場合には、本発明の目的のためには、これは依然としてエンジン冷却液の温度を測定するためのセンサーであろう。

別の方法として、設計者は、熱的に制御されている流量が冷却液の流量ではなく（又は流量と共に）オイルの流量とすることができる。本明細書においては、冷却液という表現は、エンジンの周囲をオイルが循環されており（すなわち、圧送されており）エンジンの作動中にエンジン構成部品とオイルとの間で実質的な熱の移動が起こる場合には、エンジンオイルを含む。

旋回羽根技術の有利な点のうちの一つは、ポンプインペラ内の空洞現象に対する改良された抵抗である。空洞現象は、インペラブレードと実際に接触している流体の圧力が所定の温度での蒸気圧以下である場合に上昇し、それによって、インペラブレードに隣接する蒸気の空洞が形成される。空洞現象は、ポンプの効率を害するだけでなく、振動、腐食及びその他のポンプの問題につながり得る。

ポンプブレードの空洞現象は、それが起こる場合には、ポンプ内を通過する液体の流量容積の著しい低下を生じ得る。自動車用冷却装置においては、空洞現象の立ち上がりを押し戻すことは極めて重要であり得る。

電気的に駆動されるポンプは電子データ処理において良好に動く。これらのポンプの組み合わせは、エンジンの回転数範囲及びエンジンの温度及びその他の作動範囲に亘って（必要とされる状態のような最大流量又は最大効率等に対して）ポンプの出力を最適化させるのを簡単にする。上記したように、電動モータの回転数は（少なくとも制御の正確さの観点から）電子的に制御することができ且つ装置の要件に対するポンプ出力を調整するのを容易にするけれども、温度に応じて旋回羽根の向きを制御することによるポンプ出力も依然として制御することは、コストと性能との間のより良い妥協案であるかも知れない。温度（及びその他のパラメータ）に応じて旋回羽根の向きとポンプの回転数との両方を調整することができることによって、エンジン冷却液温度は、殆ど全ての条件下で理想に極めて近い状態に維持することができる。

しかしながら、図示されている実施形態に関して記載したように、冷却液用ポンプがエンジンによって機械的に駆動されているときでさえ、データバスから温度センサーデータを電子的に導き出すことによって、機械的温度調節器ユニットを使用するよりも迅速な応答を付与することができる。

温度センサーデータがデータバス上の電子信号の形態である場合には、設計者は、旋回羽根が同じくより大きな電子制御に向かう傾向と適合しているコンピュータ制御ステッピングモータ又はサーボを使用して配向されるように設計しても良い。

温度情報がデータバス上の電子信号の形態である場合には、設計者はまた、冷却装置内により良好な全体的な効率を実現するために、ラジエータ冷却ファンモータをポンプ回転数と調和させるように設計することができる。設計者の全体的な意図は、（通常は）冷却装置を作動させるために最少量のエネルギを消費しつつ理想的なエンジン温度を維持することである。設計者の全体的な意図は、（通常は）冷却装置を作動させるために最少量のエネルギを消費しつつ最適なエンジン温度を維持することである。

このようにして、旋回羽根の迂回が冷却液の温度によって制限されているとき、エンジン監視はより複雑化されるので、冷却用ポンプによって製造される流量容積が熱的状態にとって真に最適化されることが可能になる。所望の効果は、エンジン温度がより厳重な限度内で制御することができ且つ出来る限り小さなエネルギがポンプによって引き出されることである。

温度センサー信号が電子的である場合には、一般的に、温度センサーと羽根を動かす構造との間に機械的な接続は存在しない。むしろ、信号はサーボを制御し、旋回羽根を再配向するための機械的な駆動装置を提供するのはサーボである。

冷却用ポンプが電動モータによって駆動される場合には、設計者がモータが一定の回転数によって作動することを特定することは有利であり得る。しかしながら、一定の回転数は必須ではない。電動モータにおいては、電動モータを機械的にではなく電子的に連絡させる傾向がある。モータ回転数はデータバス上にあってモータの回転数を冷却液の温度に関連付けるばかりでなく旋回羽根の向きを冷却液の温度に関連付けることが比較的簡単な事項となる。

従来の簡単な型の自動車用温度調節器においては、特に必要と感じるものは、温度調節器が１９５°Ｆに近い温度まで閉じたままであるべきであり且つその温度を超えると温度調節器は一杯に開くべきであることであった。実際には、設定温度に達すると開放は突然には起こらず、むしろ、従来の簡単な温度調節器は、例えば、１８０°Ｆの温度で開き始めるように設定されても良く、開放は約２００°Ｆまでは完全ではない。

図１２は、二点切り温度調節器として知られているタイプの温度調節器２３５の特徴を示しているグラフである。ここで、ｙ−軸上にプロットされている種々の温度に対する温度調節バルブユニットのステムの伸びを表している。ステムは、約２１０°Ｆで動き始め、次いで全く高速で動き、それによって、ステムは２２０°Ｆで３．５５６ミリメートル（０．１４インチ）だけ伸びた。その後に、ステムは、１０°上昇する毎に約０．２５４ミリメートル（約０．０１インチ）の割合の極めて低速で動き、それによって、次の２６度すなわち２３５°Ｆまでの間、ステムはほんの１．２７ミリメートル（０．０５インチ）だけ更に移動する。２３５°Ｆを超えると、このステムは、１０°上昇する毎に２．５４ミリメートル（０．１インチ）の比較的高速で移動する。

二点切り温度調節器バルブユニットは、特に、エンジンのラジエータ温度調節器弁によって一般的な行われる機能が旋回羽根によって行われるここに記載した実施形態に極めて良好に適合していることが認められる。ステムの初期の動きは比較的突然に起こり、閉じた位置から最小の流れ増強位置まで旋回羽根を動かすように容易に利用することができるように十分に大きい。その後に、冷却液温度の１度当たりの旋回羽根の向きの変化は極めて小さく、それによって、旋回羽根は、温度が約２３５°Ｆに達するまで最小の流れ増強の向きに幾分静止したままである。その温度を超えると、旋回羽根は、約２４５°Ｆで起こる最大の流れ増強位置までより迅速な速度で向きを変え始める。

二点切り温度調節器においては、設計者は、特別なエンジンの特徴に適合するように、変化する点が必要とされる特別な温度であるように特定することができる。二点切り温度調節器は、種々の温度範囲に亘ってステムの種々の移動速度（すなわち、１度当たりのミリメートルで測定した速度）を提供するばかりでなく、特別な場合に適合するように速度が変化する温度を特定する自由度をも設計者に提供する。図１２においては、最初に、旋回羽根は冷却液が暖機温度に達したちょうどそのときに閉塞された状態から幾分開いた状態へと迅速に移動する。ステムの移動速度すなわち℃当たりの動きのミリメートルがほぼ正しく必要とされるものとなるように（すなわち冷却液が冷たい状態から暖機状態へと移動したそのときにラジエータポートを開くように）最初に速い速度で若干開き、次いで、（冷却液が冷たい状態から暖機されるまで暖かくなるときに旋回羽根をほぼ変化しない状態とし）、次いで、冷却液が暖かい状態から極めて熱い状態となるときに大きな流れの増強を付与するように旋回羽根の動きをもたらすために最初ほどは速くないけれども再び速い速度になるように調整することは簡単な方法である。

このようにして、（それ自体公知の）二点切りの機械的な温度調節器は、上記した種類の冷却用ポンプ、すなわち、ちょうど１つの温度調節器のステムの移動がラジエータポート閉塞部材の開閉動作をもたらすため及び可変の旋回羽根の連続的な流れの制御及び流れの増強動作をもたらすための両方のために使用されるときに著しく有利である。

同様に、温度検知が電子センサによって行われ且つラジエータポート閉塞部材と旋回羽根との動きが例えばコンピュータ制御されたステッピングモータによって行われる設置状態においては、このような場合には、設計者が構成部品の動きが最も効果的な方法で調和せしめられることを確保するようにすることは簡単な方法である。

熱い日に最大負荷で上り坂を走行している特別な車両の場合には、冷却液の流量は、例えば、１分間当たり１００リットルである必要があるかも知れない。一方、涼しい日に下り坂を下っている同じ車両は、前記流量の１／１０未満が必要であるかも知れない。適正に設計されている場合には、ここに記載した熱的に作動せしめられる旋回羽根は、この違いの少なくとも殆どが達成されるのを可能にする。しかしながら、旋回羽根が同じくラジエータポートを開閉する機能を組み合わせることによって妥協せしめられるときには、流量のこのように極めて大きな差は達成することができないけれども、依然としてより少ない構成部品によって生じるコストの節約は組み合わせられた動作の旋回羽根をやりがいのあるものとすると思われる。

理想的には、ここに記載した旋回羽根の熱的な作動は、少なくとも概念的に全ての作動状態でエンジン温度を最適に保つのに有効であり且つ過剰な流量及び圧力を妥協することなく又は消費することなく丁度必要とされる流量を提供することによってエンジン温度を最適に保つのに有効である冷却液流量を提供する。熱的に作動せしめられるラジエータポート閉塞部材を熱的に作動せしめられる旋回羽根と組み合わせることは、２つの熱的アクチュエータが分離され且つ独立しているときよりも得ることをより困難にさせることが時々あるかも知れない妥協である。しかしながら、一方では、両方の仕事のための共通の熱的アクチュエータを使用することによって、２つの独立した熱的アクチュエータを使用することと比較してかなりのコストの削減が付与される。

言い換えると、冷却液の流れを調節するために熱的作動による旋回羽根を提供することによって、車両の冷却装置に対して全体的に大きな経済状態が可能になる。このことは、ラジエータポートがそれ自体の独立した温度調節器によって開閉される装置と比較したときに特に正しい。しかしながら、熱的アクチュエータ同士を結合することは、同時にこれら全体の経済状態の少なくとも一部分を可能にする直接的なコスト削減である。

本明細書においては、旋回羽根及びラジエータポート閉塞部材が圧送チャンバの内側に配置されることが強調されている。圧送チャンバは、インペラを収容し且つインペラ内の流れを強いる構造であり且つ圧送チャンバ内の流れがインペラによって惹き起こされる速度の回転方向成分を有するのに十分な距離だけインペラから上流（及び下流）へ伸長している構造である。所謂、圧送チャンバの外側の流れ又は該圧送チャンバを越える流れは、インペラによって惹き起こされる速度の回転方向成分を全く又は実質的に有していない。

（上記したように、前記の速度の回転方向成分は、インペラ自体の回転運動によって惹き起こされ且つ本明細書に記載されているように旋回動作とは区別されるべきである。旋回動作は、インペラの回転と同じ回転方向か又は反対の回転方向の流れに付与されても良い。インペラの回転によって惹き起こされる速度の回転方向成分は、もちろん、常にインペラの回転と同じ方向である。旋回羽根が圧送チャンバ内に配置されている場合には、インペラによって惹き起こされた速度の回転方向成分は、旋回羽根が存在していない場合に存在する成分である。）
自動車エンジン内の冷却液は、冷却装置の周囲を流れる際に、多くの通路、丸天井、チャンバ、ホース、パイプ等の中を通過する。全体の流れは何回も分かれたり再結合したりする。一般的には、流れ全体が通過する（速度が最も速い）最も小さい断面積は、インペラ自体すなわちインペラのブレード内を通る最小断面積の流通面積ｍｉｎ−Ａｓｑ．ｍｍである。ｍｉｎ−Ａｓｑ．ｍｍの平方根はｍｉｎ−Ｄｍｍである。

理想的には、圧送チャンバは、液体がインペラに近づくときに徐々に且つ累進的に減少し且つ液体がインペラから離れるときに徐々に且つ累進的に増加する断面積内を液体が通過するのを強いるように設計されるべきである。もちろん、通常は、圧送チャンバを単独で最大の流動効率であるように設計することは不可能である。いくつかの場合には、設計上の制約によって、圧送チャンバは例えばインペラの上流／下流１／２_×ｍｉｎ−Ｄｍｍだけ伸びていることを意味していたかも知れなかった。（同様に、圧送チャンバは、流れが速度の実質的な回転方向成分を有しているインペラ内に流れを導く流れを強いる壁の一部分である。）圧送チャンバが主要な基準のような流れの効率によって設計されているときでさえ、流動する流体の速度の回転方向成分はインペラから上流／下流へほんの１０分の数ミリメートル伸長している。本発明すなわち本発明の好ましい形態のためには、流れの方向に沿って測定しインペラから約１・１／２_×ｍｉｎ−Ｄ又は２_×ｍｉｎ−Ｄミリメートルより長く広がっている流れの部分に存在する速度の如何なる回転方向成分も重要ではない。本明細書においては、好ましくはラジエータポート閉塞部材は圧送チャンバ内に広がっており、又はラジエータポート閉塞部材の構造の少なくとも実質的な部分は圧送チャンバ内に広がっているべきである。ハウジングの壁の曲がり又はその他の切れ目が存在する場合には、インペラによって惹き起こされた回転がそれを越えて伝達されるのが防止され、曲がり部分又は切れ目部分を越えて広がっている壁の部分は圧送チャンバの部分ではない。

冷却装置は、種々のエンジン設計においては、特にラジエータポートが閉じられているときにエンジンの周囲を冷却液が循環する形態について及びヒーターが回路内に導入される方法に関して異なっている。レイアウトは、冷却液が冷たく、ラジエータを通る主要な流れが遮断されるときに冷却液の少ない流量がエンジン内を循環することができるバイパス回路を常に含んでいる。これらのバイパス回路は例えば圧力感知逆止弁を含んでいても良い。バイパス回路の配置は、エンジン内を通る冷たい迂回流が単にヒーター内をも通過するようにしても良い。又は、冷却液が冷たいときには、流れがエンジン内のみを通過し、ヒーター内は通過せず、ヒーター内を通る流れは単に冷却液がほんの少し（ラジエータポートを開くほど十分ではない）暖機するような温度で単に開始する。又は、冷却液が極めて冷たい場合には、冷却液がほんの少し暖機するまでエンジン内でさえ流れが存在しないような配置としても良い。この場合には、冷却液は第１の温度でエンジン内を循環し始め、次いで、より高い温度でヒーター内を循環し、次いで、更により高い温度でラジエータ内を循環する。この装置は、もちろん、単一の一般的な温度調節器によって供給され得るよりもより多くの複雑化した温度検知（及び機械的な動きへとより複雑化された変換）を必要とする。

本発明は、冷たい迂回循環のために如何に特別な配置が設けられている場合でも、一般的に適用可能である。本発明は、旋回羽根を使用して熱い主要な循環の熱的変調を、ラジエータ内を流れる流れが遮断されている間にエンジンとポンプとの中を流れる冷たい迂回流を送る方法と組み合わせる原価効率の良い方法を提供することを目的とする。設計者は、冷たい迂回循環の特別な設計に適合させるために、通路及び導管の特別なレイアウトを自然に作るであろう。ヒーター内を通る冷たい流れは、別個のポンプ、すなわち、主要冷却液循環ポンプから分離されたポンプによってその中を循環せしめられることが取り決められても良く、その場合に、エンジン内を通る冷たい迂回流が依然として主要冷却用ポンプ内を通過するならば本発明を適用することができる。実際に、本発明は、ヒーターを全く備えていないエンジン冷却液循環装置に適用することができる。一方が冷たい迂回循環を処理し他方が熱い主要な循環を処理している２つの別個の冷却液循環ポンプを使用しているエンジンの場合には、本発明は適合しない。

図１は、自動車用の冷却用ポンプの水平断面図であり、旋回羽根の高さで断面されており、車両のラジエータ及びエンジンヒーターからポンプ内へ冷却液を運ぶための入口ポートを示している。 図２は、インペラローターの高さにおける同じポンプの断面図であり、ポンプからエンジンへと冷却液を運んで戻すための出口ポートを示している。 図３は、温度調節器アクチュエータの高さにおける同じポンプの断面図である。 図４ａは、完全に閉じられた位置での旋回羽根を示しているポンプの断面図である。 図４ｂは、殆ど完全に閉じられた位置に配向された旋回羽根の断面図である。 図４ｃは、段階的な度合いで開いている旋回羽根の断面図である。 図４ｄは、段階的な度合いで開いている旋回羽根の断面図である。 図４ｅは、段階的な度合いで開いている旋回羽根の断面図である。 図４ｆは、ほぼ一杯まで開かれた状態に配置されている旋回羽根を示している側面図である。 図５ａは、もう一つ別の冷却用ポンプの断面図である。 図５ｂは、図５ａと同じ断面図であるが、異なった状態のポンプを示している。 図５ｃは、図５ａと同じ断面図であるが、もう一つ別の異なる状態のポンプを示している。 図６は、典型的な冷却液循環装置の構成部品のいくつかを示しているブロック図である。 図７は、図１の冷却用ポンプの垂直断面図である。 図８ａは、二重インペラを有するもう一つ別のポンプの図１７に似た図面の一部分である。 図８ｂは、図８ａと同じ図面であるが、異なった状態を示している。 図９は、もう一つ別の冷却用ポンプの断面図である。 図１０は、図９のポンプの部分断面図である。 図１１ａは、図９に示したものと類似している冷却用ポンプの作動状態を示している図である。 図１１ｂは、ポンプが異なる作動状態にある点以外は図１１ａと同じ図面である。 図１１ｃは、ポンプがもう一つ別の異なる状態にある以外は図１１ａと同じ図面である。 図１２は、本発明において使用するのに適している温度調節器ユニットの動作モードを示しているグラフである。

Claims (8)

1. 冷却液圧送装置であって、
   エンジンの冷却液循環回路及び該エンジンに関連するラジエータの周囲に冷却液を圧送する構造とされており、
   圧送チャンバ（２４７）を形成している壁を有する固定ハウジング（２３０）と、
   ブレードを有するポンプインペラ（２３６）であって前記圧送チャンバ内に広がっており且つ前記チャンバ内を通すように冷却液を圧送するのに有効であるポンプインペラと、
   該ポンプインペラを回転させるための回転駆動装置（２４３）と、
   前記ポンプインペラから前記ラジエータへと冷却液を導くためのラジエータポートと、
   ラジエータポート閉塞部材であって、前記ラジエータポートに対してラジエータポート開放位置とラジエータポート閉塞位置との間を機械的に移動可能である前記ラジエータポート閉塞部材と、
   ラジエータポートサーマルユニットであって、
   冷却液温度センサー（２３５）と、
   固定部材及び熱的可動部材であって前記冷却液温度センサーによって検知された冷却液温度の変化に応答して前記固定部材に対して可動である固定部材及び熱的可動部材と、
   ポート閉塞モードにおいて前記ラジエータポートサーマルユニットの熱的可動部材の動きを前記ラジエータポート閉塞部材の対応する動きに変換するような構造とされたラジエータポート駆動装置と、を含んでいる前記ラジエータポートサーマルユニットと、
   一組みの旋回羽根であって、各々の旋回羽根が前記インペラ内を通過する励起の流れに回転旋回動作を付与するように前記インペラに対して配置されている前記一組みの旋回羽根（２３４）と、
   羽根配向ガイドであって、前記旋回羽根は羽根配向動作モードにおいて機械的に可動であり、前記羽根配向ガイドによって強制される動きは前記回転インペラに対する前記旋回羽根の流れ減少配向と流れ遮断配向との間の動きであるようになされ、前記羽根配向ガイドは互いに一体で動かすために前記旋回羽根の組全体の旋回羽根を強制するような構造とされた羽根配向ガイドと、
   旋回羽根サーマルユニットであって、
   冷却液温度センサー（２３５）と、
   固定部材及び熱的可動部材であって、該熱的可動部材は前記冷却液温度センサーによって検知された冷却液温度の変化に応答して前記固定部材に対して可動であるようになされた前記固定部材及び熱的可動部材と、
   前記羽根配向動作モードにおいて前記旋回羽根サーマルユニットの前記熱的可動部材の動きを前記旋回羽根の対応する動きに変換するような構造とされた旋回羽根駆動装置と、を含んでいる前記旋回羽根サーマルユニットとを含み、
   前記旋回羽根、前記ラジエータポート及び前記ラジエータポート閉塞部材の組が前記圧送チャンバの内部に配置されている、冷却液圧送装置。
2. 請求項１に記載の冷却液圧送装置であって、
   前記旋回羽根、ラジエータ及びラジエータポート閉塞部材の組が、当該冷却液圧送装置内での前記インペラ内を通過する冷却液の流れが、平方根がＤｍｍである最小断面積ｍｉｎ−Ａｓｑ．ｍｍを有し、
   前記圧送チャンバが、前記インペラのブレードの約２×ｍｉｎ−Ｄミリメートルの範囲内に広がっている固定ハウジングの壁のこれらの部分によって形成されているチャンバであり、
   前記ラジエータポートの少なくとも一部分、前記ラジエータポート閉塞部材の少なくとも一部分及び前記旋回羽根の少なくとも一部分が前記のように形成されている前記圧送チャンバ内に配置される、ような向きで前記圧送チャンバ内に配置されている冷却液圧送装置。
3. 請求項１に記載の冷却液圧送装置であって、
   前記ラジエータポート閉塞部材と前記一組みの旋回羽根とが結合されて、結合されたラジエータポート閉塞部材／旋回羽根と称される単一の構造ユニットとされており、
   前記ラジエータ／ポート／サーマルユニットの熱的可動部材と前記旋回羽根サーマルユニットの熱的可動部材とが構造的に一体の共通の熱的可動部材内で結合されており、
   前記ラジエータポート駆動装置と旋回羽根駆動装置とが構造的に一体の共通の駆動装置内で結合されており、
   前記共通の駆動装置が、前記共通の熱的可動部材の動作をポート閉塞モードと羽根配向モードとの両方における動きである前記結合されたラジエータポート閉塞部材／旋回羽根の対応する動作に変換するような構造とされている冷却液圧送装置。
4. 請求項１に記載の冷却液圧送装置であって、
   前記ラジエータポート閉塞部材と前記旋回羽根とが結合されて、結合されたラジエータ閉塞部材／旋回羽根と称される単一構造ユニットとされており、
   前記ラジエータポート駆動装置と旋回羽根駆動装置とが、前記ラジエータポートサーマルユニットの熱的可動部材と前記ラジエータポートサーマルユニットとの両方の動作を前記ポート閉塞モードと羽根配向モードとの両方の動きである前記結合されたラジエータポート閉塞部材／旋回羽根の対応する動きに変換する構造とされており、
   バイパスポートにして、そこを通って冷却液が前記インペラによってエンジン内を循環され得るバイパスポートを含んでおり、
   前記旋回羽根は、閉じられたときに前記ラジエータポートを閉じるが前記バイパスポートは閉じず、それによって前記ラジエータポートが完全に閉じられているときでさえ冷却液がエンジン内を依然として循環することができるようになされている冷却液圧送装置。
5. 請求項１に記載の冷却液圧送装置であって、
   前記旋回羽根がピッチ円に沿って傾けられており、前記ピッチ円は前記インペラの軸線と同軸であり、
   前記旋回羽根駆動装置が、前記ピッチ円と同軸で回転するようにガイドされ且つ前記旋回羽根サーマルユニットの熱的可動部材の前記動きによって回転するように駆動される旋回羽根起動リングを含んでおり、
   前記装置の配置が、前記旋回羽根起動リングの回転が前記旋回羽根の対応する再配向を生じさせるのに有効であり、
   前記旋回羽根が、前記ピッチ円の外周の少なくとも６０パーセントを占めている、冷却液圧送装置。
6. 請求項１に記載の冷却液圧送装置であって、
   前記旋回羽根が、相互に接触する状態まで広がって前記ラジエータポートを閉じ、したがって前記ラジエータポート閉塞部材を含むような配置とされている冷却液圧送装置。
7. 請求項３に記載の冷却液圧送装置であって、
   前記共通の駆動装置が、冷却液温度の低温から高温への上昇に応じて前記熱駆動装置の動きが有効であるような構造とされており、それによって、
   −前記ラジエータポート閉塞部材を前記ポート閉塞モードにおいて前記ラジエータポートの閉塞位置から移動させ、
   −前記旋回羽根を、前記羽根配向モードにおいて、前記流量減少配向から前記流れ遮断配向へと移動させる、ようになされており、
   前記共通の駆動装置が、低温から高温までの全動作範囲を有し、
   前記共通の駆動装置が、
   −前記ポート閉塞モードにおいて、前記ラジエータポート開放位置に向かう前記ラジエータポート閉塞部材の動きが前記共通の駆動装置の前記動作範囲のラジエータポート閉塞部材部分として占め、
   −前記羽根配向モードにおいて、前記流れ増強配向に向かう前記旋回羽根の動きが前記共通の駆動装置の前記動作範囲の羽根配向部分として占めるような構造とされており、
   前記共通の駆動装置が、
   前記冷却液の温度が前記動作範囲の低温端に向かっているときに、前記共通の駆動装置の全動作範囲のラジエータポート閉塞部材部分が生じ、
   前記冷却液の温度が前記動作範囲の高温端に向かっているときに、前記共通の駆動装置の全動作範囲の羽根配向部分が生じるような構造とされている、冷却液圧送装置。
8. 請求項１に記載の冷却液圧送装置であって、
   前記ラジエータポートサーマルユニットと前記旋回羽根サーマルユニットとが結合されて、構造的に一体の結合されたサーマルユニットとされており、
   前記結合されたサーマルユニットが、前記冷却液の温度に応じて拡張／収縮する温度検知バルブを有する機械的温度調節器を含んでおり、前記結合されたサーマルユニットの可動部材が温度調節器の可動のステムを含んでいる、冷却液圧送装置。

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