JP5345246B2

JP5345246B2 - 切換え可能な冷却液ポンプ

Info

Publication number: JP5345246B2
Application number: JP2012507601A
Authority: JP
Inventors: シュミット・オイゲン; パヴェレク・フランツ
Original assignee: ゲレーテ−ウント・プンペンバウ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング・ドクトル・オイゲン・シュミット
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: US20120107121A1; US8814497B2; EP2425138A1; WO2010124664A1; JP2012525527A; CN102439317A; CN102439317B

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
前記圧力ブースタ（１０）の前記圧力接続管（１２）に正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。
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。