JP5606556B2 - 機械的な冷却液ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のための機械的な冷却液ポンプに関する。

機械的な冷却液ポンプは、内燃機関によって、例えばポンプの駆動ホイールを駆動する駆動ベルトを用いて駆動される冷却液ポンプである。内燃機関が冷間状態にある限りは、最小限の冷却液流量しか必要とされない。したがって、冷却液吐出し量の容量が可変の機械的な冷却液ポンプが使用される。内燃機関が冷間状態にある限り、吐出し量は最小限にされるので、その結果、内燃機関の暖機が短縮される。

ＵＳ４７５２１８３号明細書から、冷却液吐出し量が可変の従来型の機械的な冷却液ポンプが公知である。この公知のポンプは、ハウジングと、ポンプホイールが取り付けられたロータ軸とを有しており、この場合、ポンプホイールは冷却液を半径方向外側に向かって吐き出す。ポンプホイールは、ベースディスクと、別個のバルブディスクとを有している。ベースディスクは、軸方向の流入開口を備えており且つロータ軸に固定されている。バルブディスクは、別個にディスク軸に配置されており、この場合、このディスク軸はロータ軸に組み込まれていて軸方向に可動なので、ポンプホイールは、ベースディスクとバルブディスクとの間の軸方向間隔、即ち、ポンプホイールの半径方向の流出開口、を変化させることにより、冷却液吐出し量を変化させることができる。ポンプの流入域においてロータ軸にベースディスクが取り付けられており、これによりロータ軸には、ポンプホイールによって軸方向に吸い込まれる冷却液にとって重大な流れ抵抗が提供される。この流れ抵抗は、冷却液の流れに乱流を生ぜしめるので、ポンプが最小限の吐出し量で作動していても、ポンプのエネルギ消費量は高くなってしまう。

本発明の課題は、低減された流れ抵抗を有する機械的な冷却液ポンプを提供することである。

この課題は、請求項１に記載の構成を有する機械的な冷却液ポンプによって解決される。

請求項１に記載した内燃機関のための機械的な冷却液ポンプは、定置の主ポンプボデーと、この主ポンプボデーによって回転可能に支承されたポンプホイールとを有している。このポンプホイールは、ベースディスクとポンプブレードとを備えた羽根車である。冷却液ポンプには、中央の軸方向流入開口が設けられている。ポンプホイールは、流入開口から流入した冷却液を、半径方向外側に向かって吐出する。ポンプホイールには、軸方向に移動可能なバルブディスクが設けられており、このバルブディスクは、アクチュエータによって作動されて、軸方向流入開口をバルブディスクの閉鎖位置、即ち、遠位（主ポンプボデーから離れた側）のバルブディスク位置で閉鎖する。バルブディスクの開放位置では、バルブディスクはポンプホイールの近位（主ポンプボデーに近い側）の軸方向端部に位置している。

軸方向に移動可能なバルブディスクによって閉鎖可能な軸方向流入開口を備えると共に、ポンプホイールが主ポンプボデーにより回転可能に支承されているということは、バルブディスクが開放位置にあるときに、最小限にされた流れ抵抗を有する冷却液ポンプ、特に、流入域内に流れ抵抗を有さない冷却液ポンプを提供する。更に、ポンプのこの構成は、冷却液ポンプの全般的な解決手段を提供する。即ち、ボリュート（うず巻形をしたケーシング部分）を備えて又は備えずに、且つ／又は完全なハウジングを備えて又は備えずに、あらゆる潜在的な内燃機関に適合され得る、制御可能な冷却液ポンプを提供する。バルブがポンプホイール内に組み込まれているので、ハウジングは不要である。

有利には、ポンプホイールはロータ軸に取り付けられており、ロータ軸は主ポンプボデーによって回転可能に支承されている。

有利には、バルブディスクはディスク軸に取り付けられており、ディスク軸には永久磁石が設けられている。定置の電磁コイルを作動させることにより、ディスク軸の永久磁石が磁石によって引き付けられるか、又は反発する。これは、バルブディスクの液密で無接触式の連続作動を可能にする、単純なアクチュエータである。

有利な構成では、ロータ軸に円筒形の軸方向凹部が設けられており、この場合、ディスク軸が前記円筒形の凹部内で軸方向にガイドされる。円筒形の凹部は、ディスク軸の軸方向ガイドを支援しており且つ開放位置と閉鎖位置との間でのバルブディスクの移動を可能にする。

有利には、ポンプホイールの遠位（主ポンプボデーから離れた）側にカバーリングが設けられており、このカバーリングの中心開口が、軸方向流入開口である。カバーリングは、ポンプブレードと一緒に羽根車を形成しており、この羽根車は、カバーリングの中心開口を介して冷却液を軸方向に吸い込む。更に、カバーリングは、バルブディスクが閉鎖位置にあるときの、バルブディスクのための軸方向ストッパである。

有利には、バルブディスクは押圧ばねによって予荷重をかけられており、バルブディスクは押圧ばねの予荷重によって、開放位置へと押圧されている。押圧ばねは、カバーリングの環状凹部に配置された圧縮ばねであってよい。押圧ばねは、バルブディスクの遠位側に支持されている。カバーリングの凹部は、カバーリングと、閉鎖位置におけるバルブディスクとの間の最小のギャップを提供しており、ギャップが可能な限り小さくなることによって、軸方向流入開口は、ほぼ液密に閉鎖可能である。更に、押圧ばねは、アクチュエータの電力が消失した場合でも、ポンプをフェイルセーフにする。

択一的に、バルブディスクは引張りばねによって予荷重をかけられており、バルブディスクは、引張りばねの予荷重によって開放位置へと引っ張られている。引張りばねは、ベースディスクの凹部に配置されており且つバルブディスクの、近位側に固定されていてよく、これにより、バルブディスクは引張りばねによって開放位置へと引っ張られている。

更に択一的に、引張りばねはロータ軸の円筒形の軸方向凹部に配置されており、これにより、ディスク軸が引張りばねによって引っ張られている。ディスク軸を引っ張ることによって、バルブディスクが開放位置へと引っ張られる。この引張りばねの択一的な配置形式は、ばねのための如何なるガイド部材も必要としないポンプホイールを提供することを可能にする。

有利な構成では、ポンプホイールに少なくとも１つの軸方向のガイド部材が、バルブディスクを軸方向でガイドするために設けられており、この場合、ガイド部材はカバーリングとベースディスクとの間に位置している。ガイド部材はバルブディスクを、開放位置と閉鎖位置との間の軸方向移動中に支持している。ガイド部材は、軸方向のロッド、スリット又はレールであると解される。

有利には、ガイド部材が軸方向のロッドである場合に、ばねはガイド部材と同軸的に配置されている。両要素、即ちガイド部材とばねの同軸的な配置形式は、ポンプホイールを通流する冷却液流の流れ抵抗を最小にする。

有利な構成では、アクチュエータは電磁アクチュエータである。択一的に、アクチュエータはサーモスタット（温度調節）部材、空気圧部材又は液圧部材であってよい。電磁アクチュエータは、ディスク軸を冷却液の温度とは無関係に制御することを可能にする。更に、電磁アクチュエータは主ポンプボデー内に液密に配置することができるので、バルブディスク又はディスク軸を無接触式で作動させることが可能である。電磁アクチュエータは、バルブディスクの中間位置での位置決めを可能にする。

有利には、ロータ軸とディスク軸とが、非強磁性の材料から製作されている。このことは、ディスク軸に永久磁石が設けられている場合に、電磁アクチュエータによるディスク軸の作動を可能にする。

図１ａ及び図１ｂは、開放位置及び閉鎖位置における機械的な冷却液ポンプを部分的に示した図である。 機械的な冷却液ポンプの第２実施形態を閉鎖位置で示した図である。 機械的な冷却液ポンプの第３実施形態を閉鎖位置で示した図である。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

図１ａには、内燃機関のための機械的な冷却液ポンプ１０が示されている。この機械的な冷却液ポンプ１０は、定置の主ポンプボデー１２と、主ポンプボデー１２によって回転可能に支承されたポンプホイール１４とを有している。ポンプホイール１４は、ポンプホイール１４の流入開口１６から流入した冷却液を、半径方向外側に向かって吐出する。

機械的な冷却液ポンプ１０は、フランジ４８を介して内燃機関のエンジンブロックに直接に取り付けられるか、又は付加的なハウジング部分（図示せず）を有していてよい。

ポンプホイール１４は、ベースディスク３６と、ベースディスク３６の遠位側（主ポンプボデー１２とは反対側）に固定された多数のブレード４０と、ブレード４０の、遠位側の端部に配置されたカバーリング２８とを有している。カバーリング２８には、中央の軸方向流入開口１６が設けられている。ポンプホイール１４は、バルブディスク１８を有しており、このバルブディスク１８は、軸方向に移動可能であり、図１ｂに見られるように、閉鎖位置において軸方向流入開口１６を閉鎖している。

バルブディスク１８が開放位置にあり、バルブディスク１８とベースディスク３６の遠位側が１平面内に位置しているとき、バルブディスク１８は、ベースディスク３６の環状凹部５０内に位置している。

定置の主ポンプボデー１２は、回転可能なロータ軸２０を支承しており、このロータ軸２０は、駆動ベルト（図示せず）を介して内燃機関により駆動され、駆動ベルトは、ポンプホイール１４に結合されたロータ軸２０に結合された駆動ホイール４２を駆動するようになっている。ロータ軸２０は、非強磁性の材料から製作されている。駆動ホイール４２は、主ポンプボデー１２の、ポンプホイール１４とは反対側の軸方向端部に配置されていて、ロータ軸２０に直接に結合されている。ロータ軸２０は、２つのロータ軸軸受け４４によって回転可能に支承されており、これらのロータ軸軸受け４４は、主ポンプボデー１２内の電磁アクチュエータ３８の、軸方向で見て両側に配置されている。軸受け４４は、当業者に知られたあらゆる種類の軸受けであってよい。

アクチュエータ３８は、有利には環状の電磁コイルであり且つ軸受け４４の間に位置している。アクチュエータ３８は、バルブディスク１８を作動させる。バルブディスク１８はディスク軸２２に取り付けられており、このディスク軸２２の、遠位側の軸方向端部、即ち、ディスク軸２２の、バルブディスク１８とは反対側の端部には、永久磁石２４が設けられている。ディスク軸２２は、非強磁性の材料から製作されている。ディスク軸２２は、ロータ軸２０内に設けられた円筒形の軸方向凹部２６内に配置されてガイドされる。

バルブディスク１８は、軸方向に向けられたガイド部材３４によってもガイドされており、このガイド部材３４はロッドである。ガイド部材３４は、ポンプホイール１４のカバーリング２８とベースディスク３６との間に位置している。ガイド部材３４は、バルブディスク１８を開放位置（図１ａ）と閉鎖位置（図１ｂ）との間で軸方向にガイドする。

押圧ばね３０は、ガイド部材３４と同軸的に配置されている。押圧ばね３０は、カバーリング２８の環状凹部５１に配置された圧縮ばねである。アクチュエータ３８が作動していないとき、押圧ばね３０は、バルブディスク１８の遠位側を、図１ａに示した開放位置へと押圧している。この配置形式は、アクチュエータ３８の電力が消失した場合でも、ポンプ１０をフェイルセーフにする。アクチュエータ３８が作動すると、バルブディスク１８が作動させられて、図１ｂに見られるように閉鎖位置へと移動されるか、又は中間位置（図示せず）へと移動されるので、ポンプの冷却液吐出し量は可変となる。

図２には、機械的な冷却液ポンプ１０′の別の実施形態が閉鎖位置で示されており、この場合、バルブディスク１８は引張りばね３２によって予荷重をかけられており、これによりバルブディスク１８は、引張りばね３２によって開放位置（図示せず）へと引っ張られている。引張りばね３２は、ベースディスク３６の環状凹部５０内と、バルブディスク１８の近位側（主ポンプボデー１２側）とに配置されていて、これにより、バルブディスク１８が開放位置へと引っ張られている。引張りばね３２は、ガイド部材３４と同軸的に配置されている。

図３には、機械的な冷却液ポンプ１０″の第３実施形態がポンプホイール１４の閉鎖位置で示されており、この場合、バルブディスク１８は引張りばね３２によって予荷重をかけられており、これによりバルブディスク１８は、引張りばね３２によって開放位置（図示せず）へと引っ張られている。引張りばね３２は、ロータ軸２０の円筒形の軸方向凹部２６内に配置されていて、ディスク軸２２に結合されている。ディスク軸２２を引っ張ることにより、バルブディスク１８が開放位置（図示せず）へと引っ張られる。

この引張りばね３２の配置形式は、ばねガイド部材３４（図２）を必要としないポンプホイール１４の提供を可能にする。バルブディスク１８は、ロータ軸２０の円筒形の軸方向凹部２６内のディスク軸２２を介して、開放位置（図示せず）と、図３に示した閉鎖位置との間でガイドされる。

Claims (11)

1. 内燃機関のための機械的な冷却液ポンプ（１０）であって、該冷却液ポンプ（１０）が、定置の主ポンプボデー（１２）と、該主ポンプボデー（１２）によって回転可能に支承されたポンプホイール（１４）とを有しており、該ポンプホイール（１４）に中央の軸方向流入開口（１６）が設けられており、該流入開口（１６）から流入する冷却液を、ポンプホイール（１４）が半径方向外側に向かって吐出する形式のものにおいて、
   ポンプホイール（１４）に、軸方向に移動可能なバルブディスク（１８）が設けられており、該バルブディスク（１８）がアクチュエータ（３８）によって作動されて、当該バルブディスク（１８）の閉鎖位置において軸方向流入開口（１６）を閉鎖するようになっており、
   ポンプホイール（１４）に遠位のカバーリング（２８）が設けられており、該カバーリング（２８）の中心開口が軸方向流入開口（１６）である、ことを特徴とする、内燃機関のための機械的な冷却液ポンプ。
2. ポンプホイール（１４）がロータ軸（２０）に取り付けられており、該ロータ軸（２０）が主ポンプボデー（１２）によって回転可能に支承されている、請求項１記載の機械的な冷却液ポンプ。
3. バルブディスク（１８）はディスク軸（２２）に取り付けられており、ロータ軸（２０）に円筒形の軸方向凹部（２６）が設けられており、該円筒形の軸方向凹部（２６）内でディスク軸（２２）が軸方向にガイドされている、請求項１又は２記載の機械的な冷却液ポンプ。
4. バルブディスク（１８）が押圧ばね（３０）によって予荷重をかけられており、この押圧ばね（３０）の予荷重によってバルブディスク（１８）が開放位置へと押圧されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の機械的な冷却液ポンプ。
5. バルブディスク（１８）が引張りばね（３２）によって予荷重をかけられており、この引張りばね（３２）の予荷重によってバルブディスク（１８）が開放位置へと引っ張られている、請求項１から３までのいずれか１項記載の機械的な冷却液ポンプ。
6. ポンプホイール（１４）に近位のベースディスク（３６）が設けられており、
   ポンプホイール（１４）に、バルブディスク（１８）を軸方向でガイドするための少なくとも１つの軸方向のガイド部材（３４）が設けられており、該ガイド部材（３４）が、カバーリング（２８）とベースディスク（３６）との間に位置している、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械的な冷却液ポンプ。
7. 前記ばね（３０；３２）が、ガイド部材（３４）に沿って長手方向に配置されている、請求項４又は５記載の機械的な冷却液ポンプ。
8. アクチュエータ（３８）が、電磁アクチュエータである、請求項１から７までのいずれか１項記載の機械的な冷却液ポンプ。
9. 前記ディスク軸（２２）に永久磁石（２４）が設けられている、請求項３記載の機械的な冷却液ポンプ。
10. ロータ軸（２０）が、非強磁性の材料から製作されている、請求項２記載の機械的な冷却液ポンプ。
11. ディスク軸（２２）が、非強磁性の材料から製作されている、請求項９記載の機械的な冷却液ポンプ。

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