JP5916901B2 - 機械式のクーラントポンプ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の機械式のクーラント（冷却材）ポンプに関する。機械式のクーラントポンプは、燃焼機関によって、たと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ることによって駆動されるので、クーラントポンプの回転速度は、燃焼機関の回転速度に比例している。燃焼機関が低温である間は、最小限のクーラント流量しか必要とされない。したがって、機械式のクーラントポンプには、クーラントポンプから出るクーラント流量を制御するための出口弁装置が設けられている。燃焼機関が低温である間は、出口弁が閉じられているので、潤滑剤の循環は減じられているか、最小限にされているか、または完全に停止されている。その結果、燃焼機関の暖機段階が短縮される。

国際公開第２０１１／１０１０１９号は、出口通路の基部に出口弁装置を備えたインペラ型のクーラントポンプを開示している。出口弁装置には、弁フラップが設けられており、これによって、弁フラップの回動軸線は、フラップボディの一端部に配置されており、出口通路の面の平面に設けられている。閉方向でも開方向でも弁フラップに対する高い流体圧が発生し得る、ポンプロータの高い回転速度が生じている場合でさえ、弁フラップは旋回可能である必要がある。しかしながら、全ての回転速度において完全な機能性を保障するためには、高い作動力が必要とされる。

本発明の課題は、出口弁装置を備えた、内燃機関用の機械式のクーラントポンプであって、出口弁装置は、あらゆる状況において比較的に低い作動力で確実に切換え可能である、クーラントポンプを提供することである。

この課題は，請求項１に記載の特徴を有する機械式のクーラントポンプにより解決される。

請求項１に記載の機械式のクーラントポンプには、軸方向で流入する液状のクーラントを半径方向外側に向かって出口ボリュート内へと圧送するインペラ形のポンプホイールが設けられている。出口ボリュートは、ポンプの第１の出口通路内へと続いている。第１の出口通路の経路には、該第１の出口通路の弁開口部を開いたままにするか、または閉じるために開位置と閉位置との間で可動である弁体を有する出口弁装置が設けられている。

弁体には、弓形（circle segment）ボディが設けられている。弓形ボディは、出口ボリュート内に設けられている弁体回動軸線を中心として回転可能であり、これにより弁体回動軸線は、出口通路の表面平面にあるのではなく、出口通路または出口ボリュート自体の中に位置している。弓形ボディは、円筒体の円周に設けられたストリップ状のボディである。弓形ボディに、厳密に円形である遠位の面または厳密に平坦である近位の面が設けられている必要はない。弓形ボディの近位の面は、回動軸線に関する弓形の最大の外側半径の最小で四分の一であるオフセット距離だけ、回動軸線から離れている。換言すれば、回動軸線は、弓形ボディの平面に位置していない。弓形ボディの近位の面は、開弁位置において出口ボリュートまたは第１の出口通路に面している面である。弓形ボディの遠位の面は、開弁位置において、出口ボリュートまたは第１の出口通路に面していない面である。

ボリュートケーシングには、開弁位置において弓形ボディを収容する凹部が設けられている。弓形ボディのための凹部を有するボリュートケーシング壁に対する回動軸線の横方向の距離は、オフセット距離とほぼ同一である。開弁位置では、弓形ボディは、凹部内にほぼ収容されるので、弓形ボディは、出口ボリュートまたは出口通路内に実質的に突入していない。したがって、弁体、特に開弁位置の弓形ボディにより生じる流れ抵抗は最小限に減じられる。回動軸線は、弓形ボディの近位の面に対して大幅な横方向オフセット距離を有しているので、回動軸線は、弓形ボディの中心部の投影図内にある。結果として、クーラントの静的な圧力は、回動軸線に関して、弓形弁体に関して対称的に弓形弁ボディに対して作用するので、弁体の信頼性のよい開放および閉鎖のための作動力は比較的に小さい。

本発明の好適な態様によれば、弓形ボディの近位の面は、弁体が開いた位置で、ボリュートケーシング壁面または第１の通路壁の面に連続的に延びていてよい。このことは、弁体が開いた状態で、弓形ボディの近位の面が、ボリュートの面または出口通路の面に滑らかにかつ段差なしに続いているので、流れ抵抗はゼロに近いことを意味している。

本発明の好適な態様によれば、弁体には、弓形ボディの軸方向の一端部に円板が設けられている。好適には、弓形ボディには、該弓形ボディの軸方向の両端部にそれぞれ円板ボディが設けられている。円板ボディの面の平面は、実質的に弓形ボディの主たる平面に対してほぼ垂直に向けられている。好適には、ボリュートケーシングには、円形弁ディスクボディを収容する円形の凹部が設けられている。円形の凹部は、円形弁ディスクボディに対応しているので、円板ボディの面は、弁体のあらゆる旋回位置においてもボリュートケーシングの面に連続的に延びている。円板ボディは、機械的に円形ケーシング凹部により機械的に支持されていてよく、これにより、弁体は、弓形ボディに対して作用する液状のクーラントにより形成された動的および静的な高い圧力に対して良好に支持されている。結果として、弓形ボディは、傾くことができないので、弁体のひっかかりは信頼性よく阻止されていてよく、ポンプホイールの高い回転速度においても弁体を開閉するため比較的小さな作動力で十分である。

本発明の好適な態様によれば、弁体は、金属から成っていて、少なくとも部分的にゴムコーティングでコーティングされている。弁体のゴムコーティングは、閉じられた弁体のシールを改善する。好適には、ゴムコーティングは、弓形ボディの遠位の側に設けられている。

好適には、弁弓形ボディの近位の面は、ポンプホイールに面しており、弁弓形ボディの遠位の面は、弁ボディの閉じられた位置でポンプ出口に面している。

好適な態様では、出口ボリュートケーシングは、第２の出口通路を画定している。該第２の出口通路は、出口弁装置によって影響をうけず、常に開いたままであるので、最小限のクーラント流量は、内燃機関によりポンプホイールホイールが駆動されている限り常に保障されている。特に、高効率の内燃機関、たとえばトラックエンジンは、ヒートポケットを阻止するために、常に最小限のクーラント流量（流速）で冷却されている必要がある。第２の出口通路は、択一的にまたは付加的に、排気ガス再循環装置またはターボチャージャのための一定のクーラント流を連続的に供給するために働くことができる。

好適には、弁体は、ニューマチック式、電気的またはサーモスタット式のアクチュエータにより作動されている。しかしアクチュエータは、確実な機能を保障するために必要となる作動力が比較的低いように構成されていてよい。

好適には、弁体および／またはアクチュエータは、機械式のバイアススプリングによって開位置に向かって予荷重をかけられていてよく、これによりクーラントポンプのフェイルセーフ運転が保障される。アクチュエータが故障した場合、弁体は、開くか、または開いたままであるので、最大の冷却効率が保障されている。

本発明の１つの実施の形態を以下に図面を参照しながら説明する。

弁体を備えた機械式のクーラントポンプを、ケーシングカバー無しに開位置で示す斜視図である。 図１に示した弁体を備えたクーラントポンプを閉位置で示す図である。 図１に示した、弁体を備えたクーラントポンプの弁装置を閉位置で示す断面図である。 図１に示した、弁体を備えたクーラントポンプの弁装置を開位置で示す断面図である。 図１に示した、弁体を備えた機械式のクーラントポンプを閉位置で示す別の斜視図である。 図１に示した機械式のクーラントポンプの、アクチュエータを含む弁体を示す図である。

図１から図６は、クーラントを循環させるための、内燃機関用の機械式のクーラントポンプ１０を示している。クーラントポンプ１０は、直接に内燃機関のエンジンブロックに組み付けられていてよい。クーラントポンプ１０には、駆動ホイール（図示せず）が設けられており、該駆動ホイールは、内燃機関により直接に駆動されている駆動ベルトにより駆動されていてよい。クーラントポンプ１０の回転速度は、内燃機関の回転速度に比例する。

クーラントポンプ１０には、ポンプケーシング１２が設けられている。ポンプケーシング１２は、インペラ形のポンプホイール１４を収容している。インペラ形のポンプホイール１４は、軸方向に流入する液状のクーラントを半径方向に向かって出口ボリュート１６内へと圧送する。出口ボリュート１６は、ボリュートケーシング１３により画定されており、該ボリュートケーシング１３は、ポンプケーシング１２の一部である。軸方向のクーラントポンプ流入部は、図１および図２に示されたクーラントポンプ１０の底部側に設けられている。

出口ボリュート１６は、第１の出口通路１８と、第２の出口通路１７とを有している。この第２の出口通路１７は、分離壁２０によって第１の出口通路１８から分離されている。クーラントポンプ１０には、第１の出口通路１８の開始部における弁開口部１９に出口弁装置が設けられている。出口弁装置には、弁体３０が設けられており、該弁体３０は、図２および図１または図３および図４に示されているように閉位置と開位置との間で回転可能である。弁体３０は、第１の出口通路１８の弁開口部１９を閉じるかまたは開くが、第２の出口通路１７内へのクーラントの流れおよび第２の出口通路１７を通るクーラントの流れに影響を与えない。

統合された金属製の弁体３０には、弓形ボディ３２が設けられている。弓形ボディ３２の主たる平面は、軸方向の配向を有している。弓形ボディ３２は、近位の面３３と遠位の面３５とを有している。図４に示すように、回動軸線３１に関する弓形ボディ３２の最大の外側半径Ｒのオフセット距離Ｏは、約１／２である。ケーシング凹部２４に隣接するボリュートケーシング壁１３’に対する回動軸線３１の横方向の距離Ｌは、オフセット距離Ｏとほぼ同一である。弓形ボディ３２は、ともかく、中空の円筒壁の円周区分である。

弓形ボディ３２は、該弓形ボディ３２の軸方向の両端部に設けられた第１の円板ボディ３４と、同一の第２の円板ボディ３８との間に軸方向に配置されている。弁体３０は、軸方向の両端部においてピボット軸受けにより支持されているので、弁体３０は、軸方向の弁体回動軸線３１を中心として回転可能である。軸方向の弁体回動軸線３１は、出口ボリュート１６内に配置されていて、円板ボディ３４，３８の中心点を規定している。

図１および図４に示したような弁体３０の開位置では、弓形ボディ３２は、ボリュートケーシング１３のケーシング凹部２４内に収容されているので、弓形ボディ３２の近位の面３３は、ボリュートケーシング１３の内壁に続いているか、またはボリュートケーシング１３の内壁にまで延びていて、いかなる重大な機械的な段部も伴わない。その結果、開いた位置において弓形ボディ３２により生じる流れ抵抗は、クーラント流の速度が高い場合でさえも重大ではない。弁体３０の、図４に示したような開いた位置では、弓形ボディ３２の近位の面３３は、出口ボリュート１６に向けられているのに対して、弓形ボディ３２の遠位の面３５は、弓形ボディ３２を収容するケーシング凹部２４に向けられている。

第１および第２の円板ボディ３４，３８は両方とも、ボリュートケーシング１３の各円形ケーシング凹部４２，４４内に完全に嵌入されている。したがって、両円板ボディ３４，３８は、弁位置とは関係なしに、クーラントの流速が高い場合でさえも、重大な流れ抵抗を生ぜしめない。

弓形ボディ３２の遠位の面３５には、弓形の辺縁領域においてゴムコーティング４０が設けられているので、長方形のゴムビード形状が実現されている。長方形のゴムコーティング４０は、図５に示すように、閉弁位置での弓形ボディ３２の密閉品質を著しく向上させる。

弁体３０には、レバーアーム５４を備えた弁体軸部５２が設けられており、該レバーアーム５４は、図５および図６に示すようなニューマチック式のアクチュエータ５０により作動される。

Claims (9)

1. 軸方向で流入する液状のクーラントを半径方向に向かって出口ボリュート（１６）内へ圧送するインペラ形のポンプホイール（１４）と、
   第１の出口通路（１８）と、前記第１の出口通路（１８）から分離された第２の出口通路（１７）とを有する前記出口ボリュート（１６）を画定する出口ボリュートケーシング（１３）を有するポンプケーシング（１２）と、
   前記第１の出口通路（１８）の経路に設けられた出口弁装置であって、該出口弁装置は、前記第１の出口通路（１８）の弁開口部（１９）を開いたままにするか、または閉じるために、開位置と閉位置との間で可動である弁体（３０）を有している、出口弁装置と、を備えた内燃機関用の機械式のクーラントポンプ（１０）であって、
   前記弁体（３０）には、前記出口ボリュート（１６）内に設けられた弁体回動軸線（３１）を中心として回転可能な弓形ボディ（３２）が設けられており、
   該弓形ボディ（３２）の近位の面（３３）は、該弓形ボディ（３２）の最大の外側半径（Ｒ）の最小で１／４のオフセット距離（Ｏ）だけ、前記弁体回動軸線（３１）から離れており、
   前記ボリュートケーシング（１３）には、前記開位置において前記弓形ボディ（３２）を収容する凹部（２４）が設けられており、
   前記凹部（２４）を有する前記ボリュートケーシング壁（１３）に対する前記弁体回動軸線（３１）の横方向の距離（Ｌ）は、前記オフセット距離（Ｏ）とほぼ等しく、
   前記出口弁装置の前記弁体（３０）は、前記第２の出口通路（１７）内へのクーラントの流れおよび前記第２の出口通路（１７）を通るクーラントの流れに影響を与えない、
   ことを特徴とする、内燃機関用の機械式のクーラントポンプ（１０）。
2. 前記弓形ボディ（３２）の前記近位の面（３３）は、前記弁体（３０）の前記開位置において、前記ボリュートケーシング（１３）に連続的に延びている、請求項１記載のクーラントポンプ（１０）。
3. 前記弁体（３０）には、前記弓形ボディ（３２）の軸方向の一端部に、円板ボディ（３４，３８）が設けられている、請求項１または２記載のクーラントポンプ（１０）。
4. 前記弁体（３０）には、前記弓形ボディ（３２）の軸方向の両端部に、円板ボディ（３４，３８）が設けられている、請求項１または２記載のクーラントポンプ（１０）。
5. 前記ボリュートケーシング（１３）には、前記円板ボディ（３４，３８）を収容するための、円形の凹部（４２，４４）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のクーラントポンプ（１０）。
6. 前記円板ボディの近位の面は、前記弁体（３０）のあらゆる位置において、前記ボリュートケーシング（１３）に連続的に延びている、請求項１から５までのいずれか１項記載のクーラントポンプ（１０）。
7. 前記弁体（３０）は、金属から成っており、少なくとも部分的にゴムコーティング（４０）によりコーティングされている、請求項１から６までのいずれか１項記載のクーラントポンプ（１０）。
8. 前記ゴムコーティング（４０）は、前記弓形ボディ（３２）の遠位の面（３５）に設けられている、請求項７記載のクーラントポンプ（１０）。
9. 前記弁体（３０）は、ニューマチック式、電気式またはサーモスタット式のアクチュエータ（５０）により作動されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のクーラントポンプ（１０）。

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