JP4767847B2 - ポンプとリターダを有する自動車冷却剤循環 - Google Patents

Description

本発明は、冷却剤ポンプもリターダも有し、その場合にリターダの作業媒体が冷却剤である、自動車の冷却剤循環に関する。

従来、自動車のドライブトレイン内のリターダの作業媒体として、油圧オイルが使用されていた。ブレーキ駆動において生じる熱により、油圧オイルは冷却されなければならない。そのために、通常、冷却循環とリターダ作業媒体循環との間のインターフェイスとしてオイル−水−熱交換機が設けられており、それを介して必要な熱量がリターダ循環から車両の冷却循環へ搬出されていた。

比較的早い時期には、車両の従来の冷却剤循環内に直接配置されて、その作業媒体が冷却循環の冷却媒体である、リターダも知られていた。冷却循環内にこの種のリターダを設けることによって、冷却循環内の冷却剤の全流れ抵抗ないし貫流抵抗が増大される可能性がある。

この種の全流れ抵抗増大は、いわゆるオイルリターダにおいても冷却剤循環内の付加的な組込み部品、たとえばオイル−水−熱交換機に基づいて、著しい程度で生じる。この流れ抵抗増大は、欠点を有している。従って、リターダなしの冷却循環において使用されるような、従来のように寸法設計された冷却剤ポンプを使用することはできず、もっとパワーの強い冷却剤ポンプを使用しなければならない。

よりパワーの強い冷却剤ポンプの駆動は、より多くのエネルギを必要とし、それが自動車の燃料消費の増大をもたらす。これは特に、冷却剤ポンプのこの増大されたパワー吸収が、リターダがそもそもオンにされていない場合、たとえば空にされている場合でも存在することによって、重要である。しかしリターダは、通常、ノーマルな走行駆動（リターダによる車両の制動なし）に対して比較的わずかな期間しか使用されない。そして、よりパワーの強い冷却剤ポンプは、付加的な車両重量を意味し、それが同様に燃焼消費の増大をもたらす。
ＵＳ２２８７１３０は、ハイドロダイナミックブレーキのための流れルートを開放かつ閉鎖するための、流れ方向において前段に接続された３−ルート弁を有する、ハイドロダイナミックブレーキを記述している。
ＥＰ０７９４３２６Ａ１は、組み合わされた冷却循環およびブレーキ循環内のリターダを記述している。
ＵＳ２２８７１３０Ａ ＥＰ０７９４３２６Ａ１

本発明の課題は、従来技術に比較して改良された、冷却剤ポンプとリターダとを有する冷却剤循環を提供することである。特に、リターダなしの冷却循環における冷却剤ポンプとしてより強いパワー吸収ないしパワー放出を必要としない、冷却剤ポンプを使用することができるようにしようとしている。

本発明に基づく課題は、請求項１の特徴によって解決される。従属請求項は、特に好ましい形態を記述している。

本発明および従来技術に対するその利点が、以下で図面を用いて説明され、その場合に図１は従来技術に基づく冷却剤循環を示しており、図２から図１１は、本発明に基づく冷却剤循環の好ましい形態ないし好ましい形態の詳細を示している。

図１には、冷却剤循環１０とリターダ作業媒体循環１１が示されている。従来技術によれば、２つの循環は別々に形成されている。冷却剤循環１０内の冷却剤は、冷却剤ポンプ１によって循環され、リターダ循環１１内の作業媒体はリターダ２によって循環される。２つの循環はオイル−水−熱交換機１２によって、リターダ２内で発生した熱が冷却剤循環１０へ伝達されるように、互いに接続されている。冷却剤循環１０から、従来は、熱が送風機ホィール１３と共にクーラー１２を用いて排出される。冷却剤温度に基づいて、冷却剤循環１０から熱を逃がす必要がない場合には、冷却剤はバイパス１４によってクーラーを迂回して案内される。それに応じた制御のために、サーモスタット１５が設けられている。

ポンプ１から、エネルギ移送に必要な冷却剤流、特に冷却水流が、エンジン５、オイル−水−熱交換機１２の水を案内する部分を介して、サーモスタット１５を介し、かつ水−空気−クーラー１２を介してポンプ１の吸込み側へ移動される。この循環においては、循環内で与えられる流れ抵抗が、ポンプ１によって克服されなければならず、すなわちポンプは、ポンプによって発生される圧力水準に基づく、ポンプ出口１．１における作業媒体の圧力が、吸込み側の圧力水準の上になって、冷却剤循環全体を通して適切な循環流が生じるような大きさのパワーを吸収し、ないしは放出しなければならない。

冷却剤循環内の付加的な抵抗が、循環する冷却水流とそれに伴って効果的に伝達可能な熱エネルギを低下させ、かつ阻止し、あるいは冷却水流が変わらない場合には、より強いポンプとその結果としてより高いパワー吸収を必要とする。このように増大されたパワー吸収は、燃料消費を増大させ、それは望ましくない。

この種の付加的な抵抗を示すのは、たとえばオイル−水−熱交換機１２である。リターダは車両使用の約１０パーセントの間だけ制動のために必要とされることを考慮する場合に、車両使用の残りの９０パーセントは不必要に高いパワー吸収を有するポンプ駆動を意味している。

図２は、本発明に基づいて形成された冷却剤循環を示している。その場合に対応する部材は、図１におけるのと同じ参照符号で示されている。

図から明らかなように、リターダ２は、直接冷却剤循環内に配置されており、かつバイパス区間４によって迂回可能である。流れ方向においてリターダ２の前に、流れを制御するために−リターダ２を通して、あるいはバイパス４を通して−切替え弁３が配置されている。

切替え弁３の前に配置されている冷却剤ポンプ１は、そのパワー領域において、図１に示すような、直接組み込まれたリターダを持たない、あるいは別のリターダ循環のために組み込まれたオイル−水−熱交換機を持たない冷却剤ポンプに相当する。非ブレーキ駆動（リターダに関して）おいて、冷却剤ポンプ１は冷却剤循環１０内の冷却剤を、特にポンプ１の冷却剤出口１．１の圧力水準で始まるように、切替え弁３、バイパス４、エンジン５、サーモスタット１５、クーラー１２（あるいは場合によっては少なくとも部分的にバイパスを介してクーラーを迂回して）ポンプ１の吸込み側へ循環させる。従ってリターダが冷却剤循環内へ接続可能であるにもかかわらず、付加的な流れ抵抗を克服する必要がない。そのために特に好ましくは、切替え弁３は、流れ循環を付加的に阻止しないように、形成されている。この種の切替え弁の特に好ましい形態を、図５に示し、以下でさらに説明する。

リターダブレーキ駆動において、ポンプ出口１．１とリターダ２のコアリング内の一との間の流れ抵抗は、非ブレーキ駆動における冷却剤循環の上述した全流れ抵抗の下になるように、設計されている。従ってポンプ１のパワーは、リターダ２のための十分な重畳圧力を提供するのに十分であるので、リターダは、ポンプ１の吸込み側へ至るまで冷却剤循環１０内の冷却剤を循環させるための、残りのポンピング作業を引き受ける。従って図示されている形態の視点は、ポンプ１がポンプの冷却剤出口１．１からリターダ２まで、すなわちもっと正確に言うと、リターダ２のコアリングまでの抵抗区間だけを克服することに見られる。残りの冷却剤循環内の流れ抵抗は、接続されたリターダによって克服される。これは、冷却剤ポンプがリターダのパワー領域に対して、可能なポンプ出力に関して１：１００の比率のパワー領域を有していることを考慮する場合に、容易に可能である。たとえば、ポンプは約６キロワットのパワーを有し、リターダは５００から６００キロワットのパワー領域を有している。

本発明に基づいて冷却剤ポンプ１によって克服すべき流れ抵抗が、ブレーキ駆動においては非ブレーキ駆動におけるよりも小さいことによって、冷却媒体のより高い循環量が生じる。これはまさにリターダブレーキ駆動において、この種のブレーキシステムの熱的な可用性を高め、従って可能な摩耗のないブレーキ駆動を比較的拡大するために効果的であって、それが車両内に設けられている摩耗ブレーキの負担軽減をもたらす。リターダが流れ方向において冷却すべきエンジン５の前に配置されていることによって、一方で、冷却剤ポンプによって克服すべき流れ抵抗を特に小さく抑えることができ、それが同じ回転数における流量を増大させ、他方では、リターダ内の作業媒体が比較的低い温度を有する。

図３には、冷却剤循環１０の代替的な形態が示されている。ここでは、流れ方向に見てエンジン５が冷却剤ポンプ１の後方かつ切替え弁３の前に配置されている。それにもかかわらず、本発明によれば、ポンプ１の冷却剤出口１．１とリターダ２のコアリングとの間の流れ抵抗は、リターダ２がオフにされている場合、すなわちバイパス４が貫流される場合に、冷却剤循環内の全流れ抵抗よりも小さくなるように、選択されている。

この形態の利点は、リターダ内で加熱された冷却剤がそのすぐ後に車両クーラー１２内で冷却されることである。リターダが然るべく形成されている場合には、エンジン５における許容される冷却剤流入温度の上にある、冷却剤温度を許容することができる。

図２に示す形態において、リターダがシステムへのその機械的組込みに関して一次リターダとして形成されている場合に、冷却剤ポンプ１とリターダ２の間の特に短い、冷却剤を案内する区間を得ることができる。一次リターダというのは、リターダがエンジン５と図示されていないトランスミッションとの間の駆動接続内でトランスミッション駆動側に配置されていることを意味している。従って水ポンプとリターダがトランスミッションに関して両者ともエンジン側に配置されていることによって、ポンプ１とリターダ２の間の短い流れ手段ガイドとそれに応じて小さい流れ抵抗を実施することができる。

図３に示す配置は、上述した利点の他に、リターダ２が二次リターダとして特に容易に形成することができる、という他の利点も提供する。二次リターダというのは、リターダが駆動接続内でトランスミッション従動側に、すなわちトランスミッションと車輪との間に配置されていることを意味している。これは、車両のフレーム領域内のトランスミッション従動側では、トランスミッション駆動側のエンジンルームの領域内よりも多くの組込み空間が提供されるので、効果的である。

図４に示す形態においては、リターダ２はその機械的機能方法に関して二次的に、すなわちトランスミッション従動側に配置されているが、冷却剤循環内の配置においてはエンジン５の前に配置されている。

この形態においては、冷却剤ポンプ１の出口１．１からリターダ２のコアリングまでの流れガイドは、この区間の流れ抵抗が全冷却剤循環１０の非ブレーキ駆動における流れ抵抗よりも小さくなるように、形成されている。

図示されているすべての形態において、特に好ましくは、ポンプ出口１．１とリターダ２のコアリングとの間の流れ抵抗の適合が、リターダの充填システム内の孔の数を予め定めることによって行うことができる。孔および／またはそれぞれの充填断面の数および／または大きさは、好ましくは、使用される車両冷却システムのそれぞれの抵抗特性に従って選択されている。

次に、特に低い流れ抵抗を調節するための幾つかの形態を説明する。

図５ａと５ｂは、切替え弁３の好ましい形態を概略的に示している。図示されている切替え弁３は、回転スライダ弁として形成されており、入口３．１、第１の出口３．２および第２の出口３．３を有している。入口３．１を介して冷却媒体が、少なくとも間接的に、冷却剤ポンプ１から供給される。出口、たとえば出口３．２を介して、冷却剤がリターダを取り巻くバイパス４内へ案内されて、他の出口、たとえば出口３．３を介してリターダ２へ案内される。

さらに、切替え弁３は、円筒状の弁ピストン３．４を有しており、その弁ピストンはその長手軸を中心に回転可能である。円筒状の弁ピストンは、径方向孔、すなわち出口孔３．５と入口孔３．６を有している。出口孔３．５は、たとえば円筒状に形成されており、入口孔３．６は円錐状に細くなるように、ないしは漏斗形状に形成されている。もちろん１つ、２つまたはそれより多い孔が、その断面において他の形状、たとえば長孔を有することもできる。円筒状の弁ピストン３．４がその長手軸を中心に回転することによって、入口３．１が他の入口３．２および３．３のいずれかと所望に接続される。

出口３．２および３．３の上述した配置において、図５ａにはリターダの非ブレーキ駆動の状態が、そして図５ｂにはブレーキ駆動の状態が示されている。

円錐状に細くなる入口孔３．６は、弁ピストン３．４の周面に、弁ピストン３．４の位置にかかわらず、−すなわち弁ピストンが入口３．１を出口３．２と流れを案内するように接続するか、あるいは入口３．１を出口３．３と接続するかに関係なく−、入口孔３．６の入口開口部が入口３．１の流れ断面を完全に包囲するように、寸法設計された入口開口部を有している。

回転スライダの図示の形態によって、極めて流れ的に好ましく、かつ抵抗の少ない解決が得られる。

図６は、リターダコアリング領域内への抵抗の少ない流れに関して好ましく構成されたリターダ入口領域を示している。その場合にリターダ２のステータ２．２の部分領域が展開して示されている。

ステータ２．２は、多数のステータ羽根２．７を有している。予め定められた数のステータ羽根２．７に、作業媒体をリターダの作業室２．４内へ供給するための孔２．３が形成されている。図示の形態においては、１つおきのステータ羽根２．７が、この種の孔２．３を有している。極端な場合においては、各ステータ羽根が該当する孔を有する。孔を有するステータ羽根は、充填羽根とも称される。

リターダコアリング領域への入口は、ステータ出口に、すなわち充填羽根の孔２．３からの作業媒体の出口に相当する。

作業媒体流入側２．５において、中央孔２．８を介して作業媒体がステータ２．２の全周面にわたって流れる。供給流を周面全体にわたって特に均一に分配するために、ステータ入口側に幾つかの、特にフィンの形式の、案内部材２．６が設けられている。

中央孔２．８を通して流入する作業媒体がステータ周面全体にわたって均一に分配され、従ってすべての充填羽根に、特に各ステータ羽根あるいは１つおきのステータ羽根に均一に分配されることによって、リターダのコアリングまでの、すなわちステータ出口までの、特に抵抗の少ない流れが得られる。

図７は、リターダ入口領域を流れ的に好ましく形成するための他の措置を示している。その場合にステータの各充填羽根に、すなわち特に各羽根あるいは１つおきの羽根に、リターダの作業室内へ作業媒体を供給するための２つの平行の孔２．３が形成されている。さらに、ステータハウジング２．１０の入口通路２．９が示されており、その入口通路はリング通路として形成されている（一点鎖線で示唆される中心線を参照）。入口通路２．９の内部において、ステータの入口側には、案内部材２．６が設けられている。

しかし、リング通路を中心線に対して回転対称に形成することは、かならずしも必要ではなく、たとえばトランスミッションにおいて提供される組込み空間に基づいて、異なる形状に形成することもできる。
リング通路として形成されている入口通路２．９の半径方向外側において、リターダ作業室から作業媒体をリターダ出口を介して搬出するために、ステータハウジング２．１０には、同様にリング通路として形成された出口通路２．１１が設けられている。

図８から１１は、充填羽根の領域における流れ抵抗を減少させる他の措置を示している。すなわち、図８によれば、ステータの充填羽根の孔２．３が円錐状に細くなる通路として形成されており、その入口開口部は案内羽根２．６の領域においては入口通路２．９のほぼ全体高さにわたって延びており、ステータ出口側においては長孔または矩形の形状を有している。

図９は、円錐状に細くなる入口通路と２つの孔の組合わせを示しており、その場合に入口通路が２つの孔へ移行している。

図１０は、４つのステータ羽根孔へ移行する、入口通路を示している。

そして図１１は、ステータ羽根の最初は円錐状に細くなる通路を示しており、その通路はその後流れ方向に見て一定の断面を有する通路へ移行している。

分離して配置された、オイルリターダを備えたリターダ作業媒体循環を有する自動車冷却循環を概略的に示している。 本発明に基づく冷却剤循環の第１の形態を示している。 本発明に基づく冷却剤循環の第２の形態を示している。 本発明に基づく冷却剤循環の第３の形態を示している。 図５ａと５ｂは、切替え弁の断面を概略的に示している。 リターダのステータを展開して示している。 リターダ充填羽根の孔の好ましい形態を示している。 リターダ充填羽根の孔の他の好ましい形態を示している。 リターダ充填羽根の孔の第３の可能な形態を示している。 リターダ充填羽根の孔の第４の可能な形態を示している。 リターダ充填羽根の孔の第５の可能な形態を示している。

符号の説明

１ 冷却剤ポンプ
１．１ 冷却剤出口
２ リターダ
２．１ コアリング
２．２ ステータ
２．３ 孔
２．４ 作業室
２．５ 作業媒体入口側
２．６ 案内部材
２．７ 羽根
３ 切替え弁
３．１ 入口
３．２、３．３ 出口
３．４ 弁ピストン
３．５ 出口孔
３．６ 入口孔
４ バイパス
５ エンジン
１０ 冷却剤循環

Claims (10)

1. １． 自動車の冷却剤循環であって、
   １．１ 冷却剤；
   １．２ 冷却剤出口（１．１）を有する冷却剤ポンプ（１）；
   １．３ ステータ（２．２）とコアリング（２．１）を有し、かつその作業媒体が冷却剤である、リターダ（２）であって、コアリングがリターダ（２）の作業室（２．４）の部分に相当し、前記部分が冷却剤の流れ方向において、冷却剤を案内するリターダ入口領域の後方に配置されているリターダ（２）；
   １．４ リターダ（２）が冷却剤循環に関して接続かつ遮断可能であるように、流れ方向においてリターダ（２）の前の切替え弁（３）およびリターダ（２）を迂回するためのバイパス（４）；
   を有し、
   １．５ 冷却剤ポンプ（１）が流れ方向において、リターダ（２）が接続されている場合に冷却剤をリターダ（２）内へポンピングし、リターダ（２）が遮断されている場合には冷却剤をバイパス区間（４）によってリターダ（２）を迂回してポンピングするように、リターダ（２）の前に配置されている；
   自動車の冷却剤循環において、
   １．６ 以下のことによって、リターダが接続されている場合に、冷却剤ポンプ（１）の出口（１．１）からリターダ（２）のコアリング（２．１）までの全流れ抵抗が、リターダの非ブレーキ駆動において冷却剤ポンプ（１）によって克服すべき、冷却剤循環の合計通過抵抗よりも小さくなる；
   １．６．１ リターダ（２）のステータ（２．２）が、リターダ（２）の作業室（２．４）内へ作業媒体を供給するための孔（２．３）を有し、かつその作業媒体入口側（２．５）においてその全周面にわたって、ステータ周面にわたって作業媒体を均一に分配するための案内部材（２．６）を有しており、かつ／または
   １．６．２ リターダ（２）のステータ（２．２）が、リターダ（２）の作業室（２．４）内へ作業媒体を供給するための孔（２．３）を有しており、孔（２．３）が流れ方向に円錐状に拡幅されており、かつ／または
   １．６．３ リターダ（２）のステータ（２．２）が、リターダ（２）の作業室（２．４）内へ作業媒体を供給するための孔（２．３）を有しており、前記孔が予め定められた多数の羽根（２．７）に形成されており、各孔あきの羽根（２．７）に複数の孔（２．３）が設けられている、
   ことを特徴とする自動車の冷却剤循環。
2. リターダが接続されている場合に、冷却剤ポンプ（１）の出口（１．１）からリターダ（２）のコアリング（２．１）までの全流れ抵抗が、リターダの非ブレーキ駆動において冷却剤ポンプ（１）によって克服すべき、冷却剤循環の合計通過抵抗よりも５パーセントから３０パーセント少ないことを特徴とする請求項１に記載の冷却剤循環。
3. リターダが接続されている場合に、冷却剤ポンプ（１）、切替え弁（３）およびリターダ（２）が、この順序で冷却剤循環内に流れ方向に直接相前後して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却剤循環。
4. リターダ（２）が接続されている場合に、冷却剤循環内で流れ方向においてリターダ（２）の前かつ冷却剤ポンプ（１）の後ろに、冷却すべきエンジン（５）として内燃機関が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却剤循環。
5. リターダ（２）が接続されている場合に、冷却剤循環内で流れ方向においてリターダ（２）の後方かつ冷却剤ポンプ（１）の前に、冷却すべきエンジン（５）として内燃機関が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却剤循環。
6. リターダ（２）が、二次リターダであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却剤循環。
7. 切替え弁（３）が、回転スライダ弁として形成されており、前記回転スライダ弁が、
   ７．１ １つの入口（３．１）と２つの出口（３．２、３．３）を有しており、かつ
   ７．２ その長手軸を中心に回転可能な、円筒状の弁ピストン（３．４）を有しており、前記弁ピストンが、
   ７．３ 弁ピストン（３．４）に半径方向に形成されて、弁ピストンの回転によって出口（３．２、３．３）の各々と整合するように方位付け可能な、出口孔（３．５）を有し；さらに
   ７．４ 弁ピストン（３．４）に半径方向に形成されて、出口孔（３．５）と流れを案内するように接続されている、入口孔（３．６）を有し、
   ７．５ 入口孔（３．６）が、半径方向外側へ向かって内側へ円錐状に細くなるように形成されており、半径方向外側の開口面が、出口孔（３．５）と入口（３．２、３．３）との整合に関係なく、常に入口（３．１）と流れを案内するように接続されているように、増大された直径を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却剤循環。
8. リターダ（２）のステータ（２．２）が、リターダ（２）の作業室（２．４）内へ作業媒体を供給するための孔（２．３）を有しており、かつその作業媒体入口側（２．５）においてその全周面にわたって、ステータ周面にわたって作業媒体を均一に分配するための案内部材（２．６）としてフィンを有していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却剤循環。
9. リターダ（２）のステータ（２．２）が、リターダ（２）の作業室（２．４）内へ作業媒体を供給するための孔（２．３）を有しており、孔（２．３）が流れ方向において円錐状に拡幅されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の冷却剤循環。
10. リターダ（２）のステータ（２．２）が、リターダ（２）の作業室（２．４）内へ作業媒体を供給するための孔（２．３）を有しており、前記孔が予め定められた多数の羽根（２．７）に形成されており、それぞれ孔あきの羽根（２．７）に、複数の孔（２．３）として平行孔が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の冷却剤循環。

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