JP5586584B2 - クーラントポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文によるクーラントポンプに関する。

前記種類のクーラントポンプは、独国特許出願公開第１０２１４６３７Ａ１号明細書より公知である。

前記クーラントポンプを備え、電気モータおよび機械の両方による駆動手段を有する車両の異なる走行モードを実現できるようにするために、電気モータおよび／または機械的駆動手段によって駆動されうる遊星駆動手段が設置される。

しかしながら、前記設計は、その機械的構造に関して複雑であり、故障が発生しやすい。

そこで、本発明の目的は、請求項１の前文に記載された種類のクーラントポンプを製作することであり、このクーラントポンプの設計は、先行技術と比較して単純であり、このクーラントポンプの動作は効率的で安全性が高い。

前記目的は、請求項１の特徴によって達成される。

ポンプホイールシャフトを駆動部と前記駆動部から分離される従動部に分割した結果、および駆動部と従動部の間に配置され、前記２つの部分を分離するために開くことができ、２つの部分を連結するために閉じることができるクラッチを設置した結果、きわめて単純な方法で、ポンプホイールを電気モータ駆動手段と機械的駆動手段の両方によって、それぞれ独立して駆動することが可能となる。

そこで、本発明のもとになるアイディアは、２種類のポンプを設けて、電気的ポンプでは弱すぎるような動作条件の下では、ポンプの出力を増大させるために、機械的ポンプが電気的ポンプの機能を引き継ぐようにする、というものである。こうすることにより、電気的ポンプのための安全機能を設けることも可能となるが、これは、本発明によれば、電気的ポンプ用の電力供給が途切れた場合は機械的ポンプに連結することができるからである。

原則として、本発明の以下のような実装が可能である。

・両方の種類のポンプを並行して動作させることは基本的に可能であるが、本発明によれば、電気的ポンプと機械的ポンプを直列に接続し、制御されたクラッチで、たとえば圧力測定結果または電力供給の監視結果に基づいて、機械的ポンプの連結を行うことが特に好ましい。

・機械的に動作するポンプと電気的に動作するポンプを直列に配置した場合、好ましくは、後述のように、両方のポンプが１つのポンプホイールを使用することが可能である。

・本発明によれば、本発明によるクーラントポンプの小型化の結果、前記クーラントポンプをユーティリティビークルの分野だけでなく乗用車の分野にも適応させることができ、特に乗用車分野の場合、基本的なクーラントの流れを正確に調節することによって、エンジンの暖機挙動を改善できる。

・ハイブリッドカーにおいては、本発明のアイディアにより、エンジンの停止時にもクーラントを流すことができる。クーラントの流れは、減衰器／発電機の機能とバッテリのために必要である。したがって、必要なクーラントの流れは、本発明による電気的ポンプと機械的に駆動されるポンプの組み合わせによって提供され、先行技術のような補助的ポンプは不要である。

上記のことから、以下の利点が得られる。

・システム全体のより安全性の高い設計。これは、電気モータによる駆動手段が非動作状態にされたときに、機械的駆動手段のみによってポンプホイールを作動させることができるからである。機械的駆動手段からの切断は、クラッチの操作によって行われる。クラッチが休止位置にあるとき、ポンプホイールシャフトは機械的駆動手段によって駆動される。

・駆動側を作動させるための２つの動作原理。２つの駆動側を従動側から完全に切断することができ、または２つの駆動側を１つずつ従動側から切断できる。

・電気モータ駆動手段との連結／切断のための直列方式。電気モータ駆動手段は、好ましくはブラシレス直流モータとして設計され、ポンプホイールシャフトの従動側に配置される。機械的駆動手段および、クラッチで接続された電気モータ駆動手段は、クーラントポンプと同軸上に整列した状態で配置され、１つのポンプホイールだけを駆動する。

・本発明によるクーラントポンプのアイディアは、異なるクーラントポンプの設計とも両立できる。

・本発明によるクーラントポンプは、クーラントポンプが乗用車の内燃機関用である場合、内燃機関の停止中に油圧エネルギーを供給できる。動作後の冷却は、電気モータによる駆動によって、主要ポンプホイールを通じて行うことができる。

・本発明によるクーラントポンプでは連続動作ロジックが得られるが、それは、ポンプホイールが電気モータと機械的駆動手段のいずれによっても駆動されるからである。

・駆動側と従動側の軸受を同軸上に整列して配列することかでき、内側リングのすべてが回転する。

・ポンプホイールが機械的駆動手段によってのみ駆動されているとき、電気モータによる駆動手段（発電機運転）から電気エネルギーを回収できる。エネルギーの面から、これは特に、内燃機関のオーバーランモードにおいて好都合である。

・機械的駆動手段の切断と電気モータによる運転から、ほとんどの動作モードにとって十分な冷却力が供給される。

・クーラントポンプの出力特性が二次曲線を示すことから、電気モータは基本的体積流を提供し、冷却力が最大となるための最大出力は、機械的駆動手段を連結したとき（電気モータ式ポンプを用いない）に得られる。

従属請求項には、本発明の有利な発展形態が示されている。

本発明の詳細、利点、特徴が、図面に基づく実施形態の例に関する以下の説明から明らかになる。

本発明によるクーラントポンプの実施形態の断面図である。 本発明によるクーラントポンプを含む内燃機関の冷却回路の概略構成図である。 ２つの過渡的駆動サイクルのためのエンジン速度に関するポンプホイール回転速度の統計的分布を示す２つのグラフである。

図１は、本発明の実施形態であるクーラントポンプ１５の断面図である。クーラントポンプ１５は、ポンプホイールシャフト上に配置されたポンプホイール１３を有する。ポンプホイールシャフトは、駆動部３と従動部１１に分割される。図の実施形態において、駆動部３はフランジとして形成され、これにこの例ではベルトプーリの形態の機械的駆動手段１が回転自在に固定的に連結される。図の実施形態において、フランジ３とベルトプーリ１からなる装置は、軸受（図示せず）によってハウジング７の中に取り付けられる。

機械的駆動手段１は、自動車の内燃機関に連結されてもよく、図の実施形態において、ベルト駆動方式の使用が可能であるが、図を簡略化するために、ベルトプーリ１だけが示されている。

ポンプホイールシャフトの従動部１１は、２つの軸受５、１０によってハウジング７の中に取り付けられ、その自由端１６においてポンプホイール１３を支持する。ここで、従動部１１の自由端１６は、ハウジング７に関して、ポンプホイール１３と軸受１０の間に配置されるシール材１２によって密閉される。

図１に示されるように、ポンプホイールシャフトの従動部１１と駆動部３は、２つの部分３と１１の間に配置されるクラッチ４によって連結することができる。クラッチ４は、たとえばコイル５を有する電磁クラッチとして実現してもよい。

電気モータ駆動手段はまた、ポンプホイールシャフトの従動部１１にも割り当てられ、この電気モータ駆動手段は、ロータ９および前記ロータ８を取り囲むステータ８とともに、従動部１１の機械的駆動手段３と整列した状態で配置される。ここで、図１に示されるように、ロータ９とステータ８は、ハウジング７の中に保持される。

最後に、ホール効果を利用した装置１４が、ロータ９と軸受６の間に配置される。

本発明によるクーラントポンプ１５の前記設計により、クラッチ４を開くことによって、ポンプホイール１３を機械的駆動手段１から完全に分離することができる。ここで、電気モータ駆動手段は、好ましくはブラシレス直流モータとして実現されるが、ポンプホイールシャフトの従動部１１側に配置され、所定の出力範囲で制御可能なクーラントの流れを提供できるようにされており、これは、クラッチを開くことによって従動部１１が駆動部３から分離されると、クーラントポンプ１５が連結されているモータの回転速度とは完全に無関係となる。

この目的のために、電気モータ駆動手段のロータ９は、図１からわかるように、ポンプホイールシャフトの従動部１１に直接配置される。ステータ８は、ハウジング７と同軸で、ハウジング７の中のロータ９の周囲に組み込まれる。

電気モータ駆動手段８、９は、電子制御装置（図１には詳細に示されていない）からの整流（ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ）信号によって制御することができる。従動側１１が駆動側１、３から分離されると、ポンプホイール１３は電気モータ駆動手段８、９だけで駆動することができる。ここで、クーラントポンプ１５に接続されたエンジンのあらゆる通常の動作条件について必要なクーラントの流れを供給するために、十分な流体出力が得られるようになされている。利用可能な最大限のクーラントの流れを実現するために、従動部１１をクラッチ４によってポンプホイールシャフトの駆動部１、３に連結することができる。この場合、ポンプホイール１８は、電気モータ８、９を非動作状態にすると、機械的駆動手段１によってのみ駆動される。必要に応じて、電気モータ８、９を作動させてもよい。

図２は、本発明によるクーラントポンプ１５を使用する内燃機関１７の冷却回路として考えられるものの概略構造を示す。この概略的でごく簡略化した図において、電気モータにより駆動されるポンプは参照番号２０で示され、機械的に駆動されるポンプは参照番号２１で示される。２つのポンプは直列に配置され、クラッチ４を介してベルト式駆動手段２に、およびベルトプーリ１を介してエンジン１７に連結され、必要な機械的駆動エネルキーを供給する。図の実施形態において、クーラント回路はサーモスタット１８と冷却機１９を備えていてもよく、その相互作用が書き込まれた矢印で示されており、これに関して、特に図２の図式を参照する。

図３は、２つの過渡的な駆動サイクルのデータを示しており、これに関して、曲線とその中に記入された項目を参照する。

本発明に関する上記の開示に加え、図１から図３の前記発明の図式を特に参照する。

１、３ 駆動装置（１：ベルトプーリ、３：フランジ）
２ ベルト式駆動手段
４ クラッチ
５ コイル
６ 軸受
７ ハウジング
８ ステータ
９ ロータ
１０ 軸受
１１ ポンプホイールシャフトの従動部
１２ シール材
１３ ポンプホイール
１４ ホール効果を利用した装置
１５ クーラントポンプ
１６ 自由端
１７ 内燃機関
１８ サーモスタット
１９ 冷却機
２０ 電気モータポンプ
２１ 機械的ポンプ
２２ 内側リング

Claims (13)

1. ポンプホイールシャフト（３，１１）に配置されたポンプホイール（１３）と、
   前記ポンプホイール（１３）のための駆動装置（１；８，９）であって、機械的駆動手段（１）を有し、電気モータ式駆動手段（８，９）を有する駆動手段（１；８，９）と、
   を備えるクーラントポンプ（１５）であって、
   前記ポンプホイールシャフトは、駆動部（３）と従動部（１１）に分割され、
   開閉可能なクラッチ（４）が前記駆動部（３）と前記従動部（１１）の間に配置されており、
   前記従動部（１１）が前記機械的駆動手段（１）及び前記駆動部（３）から分離された際に、前記ポンプホイール（１３）は前記電気モータ式駆動手段（８，９）だけで駆動することができることを特徴とするクーラントポンプ。
2. 前記機械的駆動手段（１）は、ベルトプーリ式駆動手段として実現されることを特徴とする、請求項１に記載のクーラントポンプ。
3. 前記従動部（１１）に前記電気モータ式駆動手段（８，９）が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のクーラントポンプ。
4. 前記電気モータ式駆動手段（８，９）は、ブラシレス直流モータとして実現され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クーラントポンプ。
5. 前記電気モータ式駆動手段は、前記従動部（１１）に配置されたロータ（９）と、前記ロータ（９）の周囲に配置されたステータ（８）とを有し、ロータ（９）とステータ（８）は、ハウジング（７）の中に相互に関して同心的に配置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クーラントポンプ。
6. 前記クラッチ（４）は、電磁クラッチとして実現され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クーラントポンプ。
7. 前記電気モータ式駆動手段（８，９）は、電子制御装置によって制御でき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クーラントポンプ。
8. 前記ポンプホイールシャフトを取り付けるために軸受（１０）が設けられており、前記軸受（１０）はすべて、回転する内側リング（２２）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のクーラントポンプ。
9. 前記電気モータ式駆動手段（８，９）と前記ポンプホイール（１３）によって形成される電気モータ式ポンプ（２０）は、基本的なクーラントの流れを提供し、前記機械的駆動手段（１）と前記ポンプホイール（１３）により形成される機械的ポンプ（２１）は前記クラッチ（４）によって連結され、最大のクーラント出力を供給でき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クーラントポンプ。
10. 前記電気モータ式ポンプ（２０）と前記機械的ポンプ（２１）は直列に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載のクーラントポンプ。
11. 前記機械的駆動手段（１）と前記電気モータ式駆動手段（８，９）の少なくとも一方が、前記従動部（１１）から切断できることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のクーラントポンプ。
12. 前記機械的駆動手段（１）は、前記電気モータ式駆動手段（８，９）に電流が供給されないと、前記従動部（１１）に連結されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のクーラントポンプ。
13. 前記従動部（１１）は、クラッチ（４）によって前記機械的駆動手段（１）及び前記駆動部（３）に連結された際に、前記電気モータ式駆動手段（８，９）を非作動状態にすると、前記ポンプホイール（１３）は前記機械的駆動手段（１）だけで駆動される請求項１〜１２のいずれか一項に記載のクーラントポンプ。

Images