JPH11247657A - 液体冷却式の内燃エンジン冷却システム - Google Patents
液体冷却式の内燃エンジン冷却システムInfo
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- JPH11247657A JPH11247657A JP10344457A JP34445798A JPH11247657A JP H11247657 A JPH11247657 A JP H11247657A JP 10344457 A JP10344457 A JP 10344457A JP 34445798 A JP34445798 A JP 34445798A JP H11247657 A JPH11247657 A JP H11247657A
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- F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体冷却式の内燃機関（ＩＣエンジン）を改
良する。 【解決手段】 ラジエータ１０と、駆動シャフト２０の
上に取り付けられておりラジエータアセンブリの一部を
形成するインペラ１８とを有する液体冷却式の内燃エン
ジン冷却システムである。ラジエータのヘッダータンク
内のコンパートメントがインペラチャンバとして使用さ
れることが好ましい。このチャンバは、駆動モータ１２
からの駆動シャフトと協働するベアリング及びシールが
取り付けられているプレートによって閉じられている。
良する。 【解決手段】 ラジエータ１０と、駆動シャフト２０の
上に取り付けられておりラジエータアセンブリの一部を
形成するインペラ１８とを有する液体冷却式の内燃エン
ジン冷却システムである。ラジエータのヘッダータンク
内のコンパートメントがインペラチャンバとして使用さ
れることが好ましい。このチャンバは、駆動モータ１２
からの駆動シャフトと協働するベアリング及びシールが
取り付けられているプレートによって閉じられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、液体冷却式の内
燃機関（ＩＣエンジン）に関する。
燃機関（ＩＣエンジン）に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ＩＣエ
ンジンには、通常、クーラント回路が設けられる。クー
ラント回路は、クーラントと周囲の空気の流れ（例えば
ファンで駆動される）との間で熱交換を行えるようにす
るラジエータを有している。クーラントは、エンジンと
ラジエータとの間の相対的な動きを可能にするフレキシ
ブルなホースを介して、いわゆるウォーターポンプによ
ってエンジンからラジエータへ、又はその逆方向に駆動
される。ウォーターポンプは、駆動シャフトの上に取り
付けられたインペラを有しており、駆動シャフトには、
プーリも取り付けられている。インペラは、エンジン内
にチャンバの中に配置されており、ラジエータと隣接す
るシリンダブロック面の上に配置されている。プーリに
は、クランクシャフトから駆動されるＶベルトが係合し
ている。Ｖベルトは、通常はオールタネータやファンの
駆動も行う。Ｖベルトがファンを駆動する場合は、大
抵、エンジン制御システムによって行われる制御によっ
て、又はより単純な形態においてはクーラントの温度を
検出するサーモスタットの制御によって、ファンの回転
／非回転を切り換える電気クラッチを介して、駆動が行
われる。
ンジンには、通常、クーラント回路が設けられる。クー
ラント回路は、クーラントと周囲の空気の流れ（例えば
ファンで駆動される）との間で熱交換を行えるようにす
るラジエータを有している。クーラントは、エンジンと
ラジエータとの間の相対的な動きを可能にするフレキシ
ブルなホースを介して、いわゆるウォーターポンプによ
ってエンジンからラジエータへ、又はその逆方向に駆動
される。ウォーターポンプは、駆動シャフトの上に取り
付けられたインペラを有しており、駆動シャフトには、
プーリも取り付けられている。インペラは、エンジン内
にチャンバの中に配置されており、ラジエータと隣接す
るシリンダブロック面の上に配置されている。プーリに
は、クランクシャフトから駆動されるＶベルトが係合し
ている。Ｖベルトは、通常はオールタネータやファンの
駆動も行う。Ｖベルトがファンを駆動する場合は、大
抵、エンジン制御システムによって行われる制御によっ
て、又はより単純な形態においてはクーラントの温度を
検出するサーモスタットの制御によって、ファンの回転
／非回転を切り換える電気クラッチを介して、駆動が行
われる。
【０００３】インペラと、駆動シャフトと、インペラー
チャンバを閉じておりベアリング及びシールを収容して
いるプレートは、交換可能な単一のユニットを形成して
いる。そして、それが交換される一般的な理由は次のと
おりである。すなわち、クーラント中の化学薬品や汚れ
や不純物によって生じる漏れや、長期間の使用によって
引き起こされる磨耗や、駆動ベルトの過剰な締め付け
（これによってベアリング又はシールに過度の負荷が加
えられる）等の不適切な使用によって引き起こされる摩
耗である。
チャンバを閉じておりベアリング及びシールを収容して
いるプレートは、交換可能な単一のユニットを形成して
いる。そして、それが交換される一般的な理由は次のと
おりである。すなわち、クーラント中の化学薬品や汚れ
や不純物によって生じる漏れや、長期間の使用によって
引き起こされる磨耗や、駆動ベルトの過剰な締め付け
（これによってベアリング又はシールに過度の負荷が加
えられる）等の不適切な使用によって引き起こされる摩
耗である。
【０００４】この発明の目的は、上記従来の技術を改善
することである。
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の一つの側面に
よれば、ラジエータと、駆動シャフトの上に取り付けら
れていてラジエータアセンブリの一部を形成するインペ
ラとを有する液体冷却式のＩＣエンジン冷却システムが
提供されている。従って、この場合には垂直流ラジエー
タを仮定すると、ラジエータのヘッダータンク内のコン
パートメントは、インペラチャンバとして使用される。
そのチャンバは、駆動シャフトと協働するベアリング及
びシールが取り付けられたプレートによって閉じられ
る。
よれば、ラジエータと、駆動シャフトの上に取り付けら
れていてラジエータアセンブリの一部を形成するインペ
ラとを有する液体冷却式のＩＣエンジン冷却システムが
提供されている。従って、この場合には垂直流ラジエー
タを仮定すると、ラジエータのヘッダータンク内のコン
パートメントは、インペラチャンバとして使用される。
そのチャンバは、駆動シャフトと協働するベアリング及
びシールが取り付けられたプレートによって閉じられ
る。
【０００６】駆動シャフトには、通常は電気モータから
なる別個の異なる駆動モータが取り付けられていること
が好ましい。モータは、エンジン制御システム又はサー
モスタットによって制御され、その結果、エンジン制御
における全く新たな制御が提供される。本出願人が知る
限り、このようにして制御されるのはこれまでクーラン
トファンだけであった。同一又は類似のシステムによっ
てウォーターポンプを制御することの意義は、ポンプが
不要なときに（すなわち熱交換が必要なところまでクー
ラントの温度が上昇していないときに）、ポンプを駆動
するための電力を使用しなくてよいことと、さらに、必
要な範囲までのエンジン温度の上昇をより迅速に制御で
きることである。これによって、従来の設計によって実
現が可能なものに比べて燃料消費を著しく改善すること
ができる。また、例えば予め決められた非作動温度に達
するようにするために、イグニッションをオフにした後
でも、エンジンを冷却し続けることができる。
なる別個の異なる駆動モータが取り付けられていること
が好ましい。モータは、エンジン制御システム又はサー
モスタットによって制御され、その結果、エンジン制御
における全く新たな制御が提供される。本出願人が知る
限り、このようにして制御されるのはこれまでクーラン
トファンだけであった。同一又は類似のシステムによっ
てウォーターポンプを制御することの意義は、ポンプが
不要なときに（すなわち熱交換が必要なところまでクー
ラントの温度が上昇していないときに）、ポンプを駆動
するための電力を使用しなくてよいことと、さらに、必
要な範囲までのエンジン温度の上昇をより迅速に制御で
きることである。これによって、従来の設計によって実
現が可能なものに比べて燃料消費を著しく改善すること
ができる。また、例えば予め決められた非作動温度に達
するようにするために、イグニッションをオフにした後
でも、エンジンを冷却し続けることができる。
【０００７】ウォーターポンプの駆動がエンジンスピー
ドと独立的であることから、ウォーターポンプの作動速
度を、その効率を考慮して選択することが可能である。
例えば、エンジンがアイドリング状態にあって自動車が
止まっているときには、ポンプは最大速度で作動してい
ることが望ましい（選択した設計において速度変動が実
現されると仮定すると）。一方、自動車が走行している
ときにはポンプスピードを遅くすることが可能である。
一般に、これは、従来の構造によって提供されるものの
逆である。
ドと独立的であることから、ウォーターポンプの作動速
度を、その効率を考慮して選択することが可能である。
例えば、エンジンがアイドリング状態にあって自動車が
止まっているときには、ポンプは最大速度で作動してい
ることが望ましい（選択した設計において速度変動が実
現されると仮定すると）。一方、自動車が走行している
ときにはポンプスピードを遅くすることが可能である。
一般に、これは、従来の構造によって提供されるものの
逆である。
【０００８】また、上記ではエンジンの冷却に関係した
ことのみを述べたが、クーラントを他の目的（例えば自
動車の暖房システムの一部としてなど）に使用する場合
にも、適用可能である。この場合には、前述したインペ
ラや暖房システムを介してエンジンクーラントを駆動す
るインペラの作動が、エンジンを冷却する必要がないと
きに必要になるであろう。この発明は、複数のインペ
ラ、及び／又は、異なる目的に対する要求に従ってクー
ラントを迂回させることのできるバルブ構成を有してい
る場合がある。複数のインペラは、並列的に使用するこ
ともできるし（実質的に複数のポンプとなる）、直列的
に使用して実質的に多段ポンプを提供することもでき
る。複数のインペラの並列的な構成や適切なバルブ構成
については、ラジエータへのクーラントの流れを制限し
たりなくしたりして、クーラントの流れを自動車又はエ
ンジンの他のコンポーネントへ導くことが可能なものと
することもできる。
ことのみを述べたが、クーラントを他の目的（例えば自
動車の暖房システムの一部としてなど）に使用する場合
にも、適用可能である。この場合には、前述したインペ
ラや暖房システムを介してエンジンクーラントを駆動す
るインペラの作動が、エンジンを冷却する必要がないと
きに必要になるであろう。この発明は、複数のインペ
ラ、及び／又は、異なる目的に対する要求に従ってクー
ラントを迂回させることのできるバルブ構成を有してい
る場合がある。複数のインペラは、並列的に使用するこ
ともできるし（実質的に複数のポンプとなる）、直列的
に使用して実質的に多段ポンプを提供することもでき
る。複数のインペラの並列的な構成や適切なバルブ構成
については、ラジエータへのクーラントの流れを制限し
たりなくしたりして、クーラントの流れを自動車又はエ
ンジンの他のコンポーネントへ導くことが可能なものと
することもできる。
【０００９】電気モータを使用する他の可能性は、イン
ペラとモータとの間で磁気結合を行わせて、シャフトベ
アリングが取り付けられたプレートを完全に閉じて、外
部への漏れの危険性をなくすことである。モータが故障
したときに、クーラントシステムに影響を与えることな
く、モータを交換することができる。
ペラとモータとの間で磁気結合を行わせて、シャフトベ
アリングが取り付けられたプレートを完全に閉じて、外
部への漏れの危険性をなくすことである。モータが故障
したときに、クーラントシステムに影響を与えることな
く、モータを交換することができる。
【００１０】しかし、磁気結合の際には、駆動モータ
は、駆動ベルトが係合するプーリと置き換えられる。そ
して、インペラは、例えばインペラと磁気結合するエン
ジンクランクシャフトからベルトで駆動される。これは
迅速な制御を行えないが、従来のインペラ及びウォータ
ーポンプの構造及び配置に比べて利点があると考えられ
る。この発明のある側面はこの可能性を含んでおり、ま
たインペラをラジエータに配置する限り、磁気結合を用
いてなくても従来のベルト駆動を用いる可能性も含んで
いる。
は、駆動ベルトが係合するプーリと置き換えられる。そ
して、インペラは、例えばインペラと磁気結合するエン
ジンクランクシャフトからベルトで駆動される。これは
迅速な制御を行えないが、従来のインペラ及びウォータ
ーポンプの構造及び配置に比べて利点があると考えられ
る。この発明のある側面はこの可能性を含んでおり、ま
たインペラをラジエータに配置する限り、磁気結合を用
いてなくても従来のベルト駆動を用いる可能性も含んで
いる。
【００１１】ヘッダータンク又はラジエータのうちのヘ
ッダタンクに類似する部材の中にインペラチャンバを設
けるかわりに、ラジエータに連結されたチャンバハウジ
ングの中にインペラチャンバを配置することもできる。
この場合には、チャンバは完全なユニットの一部も形成
しており、必要なときには交換され得る。ヘッダータン
クは、一体に射出成形された構造又はダイキャスト構造
の一部として含まれたポンプコンポーネントと、そこへ
組み付けられる追加のコンポーネントを有している。
ッダタンクに類似する部材の中にインペラチャンバを設
けるかわりに、ラジエータに連結されたチャンバハウジ
ングの中にインペラチャンバを配置することもできる。
この場合には、チャンバは完全なユニットの一部も形成
しており、必要なときには交換され得る。ヘッダータン
クは、一体に射出成形された構造又はダイキャスト構造
の一部として含まれたポンプコンポーネントと、そこへ
組み付けられる追加のコンポーネントを有している。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。まず、図１及び図４〜図７に基づ
いて説明する。これらに示されている実施形態では、Ｉ
Ｃエンジンと協働する自動車ラジエータのヘッダータン
ク１０の一端に、ウォーターポンプが配置されている。
ヘッダータンクの一方の端面には、電気駆動モータ１２
が取り付けられている。適当なシール及びベアリング
が、ヘッダータンク自身の中又は駆動モータの中に設け
られている。クーラントは、インレット１４の中へ流入
し、アウトレット１６から流出する。インレット１４
は、駆動モータと同心的にその軸線上に設けられてい
る。アウトレット１６は、この場合、“８の字”のよう
な断面を有しており、一対の通路を提供している。この
クーラントの流れは、インペラ１８によって発生され
る。インペラ１８は、うず巻き形室２２の中に収容さ
れ、駆動シャフト２０の上に取り付けられていている。
に基づいて説明する。まず、図１及び図４〜図７に基づ
いて説明する。これらに示されている実施形態では、Ｉ
Ｃエンジンと協働する自動車ラジエータのヘッダータン
ク１０の一端に、ウォーターポンプが配置されている。
ヘッダータンクの一方の端面には、電気駆動モータ１２
が取り付けられている。適当なシール及びベアリング
が、ヘッダータンク自身の中又は駆動モータの中に設け
られている。クーラントは、インレット１４の中へ流入
し、アウトレット１６から流出する。インレット１４
は、駆動モータと同心的にその軸線上に設けられてい
る。アウトレット１６は、この場合、“８の字”のよう
な断面を有しており、一対の通路を提供している。この
クーラントの流れは、インペラ１８によって発生され
る。インペラ１８は、うず巻き形室２２の中に収容さ
れ、駆動シャフト２０の上に取り付けられていている。
【００１３】図７は、この発明による冷却システムの簡
単なブロック図を示している。この図からわかるよう
に、モータ１２は、コントローラ３２（エンジン制御シ
ステム）に接続されている。このコントローラは、エン
ジン温度をモニタするための熱電対３４も有している。
もちろん、いくつかの異なる箇所における温度をモニタ
するために、複数の熱電対を使用することもできる。そ
して、コントローラ３２によって駆動モータ１２が駆動
され、適切に、及び／又は、エンジンの速度及び／又は
温度に応じて予め決められたように、インペラ１８によ
ってクーラントの圧送が行われる。
単なブロック図を示している。この図からわかるよう
に、モータ１２は、コントローラ３２（エンジン制御シ
ステム）に接続されている。このコントローラは、エン
ジン温度をモニタするための熱電対３４も有している。
もちろん、いくつかの異なる箇所における温度をモニタ
するために、複数の熱電対を使用することもできる。そ
して、コントローラ３２によって駆動モータ１２が駆動
され、適切に、及び／又は、エンジンの速度及び／又は
温度に応じて予め決められたように、インペラ１８によ
ってクーラントの圧送が行われる。
【００１４】次に、図２及び図３に基づいて別の実施形
態を説明する。これらの図面では、図１及び図４〜図６
における部材と類似した部材に対しては、同様の参照番
号が使用されている。この装置では、モーターシャフト
２０は、ヘッダータンク１０の長手方向と直角に延びて
いる。モータ１２は、シャフト２０をシールするカバー
２４と協働する。このカバーは、図１の構造におけるう
ず巻き形室に相当するポンプハウジング２６を閉じてい
る。ポンプハウジングの中にインペラチャンバが形成さ
れている。インペラ１８は、カバー２４によって閉じら
れたそのチャンバの中に配置されている。
態を説明する。これらの図面では、図１及び図４〜図６
における部材と類似した部材に対しては、同様の参照番
号が使用されている。この装置では、モーターシャフト
２０は、ヘッダータンク１０の長手方向と直角に延びて
いる。モータ１２は、シャフト２０をシールするカバー
２４と協働する。このカバーは、図１の構造におけるう
ず巻き形室に相当するポンプハウジング２６を閉じてい
る。ポンプハウジングの中にインペラチャンバが形成さ
れている。インペラ１８は、カバー２４によって閉じら
れたそのチャンバの中に配置されている。
【００１５】ポンプハウジングは、フランジ２８を有し
ている。このフランジ２８は、ヘッダータンク上のフラ
ンジ３０に対して、その面同士がボルト留めされて固定
されている。
ている。このフランジ２８は、ヘッダータンク上のフラ
ンジ３０に対して、その面同士がボルト留めされて固定
されている。
【００１６】電気モータに必要なシールの方が、シャフ
トが駆動プーリまで延びている場合に必要なシールより
も、簡単であることは理解できよう。電気モータにおい
て重要なことは、外部まで延びる回転部材がなく、モー
タを完全に“缶詰する（密閉する）”ことができること
である。
トが駆動プーリまで延びている場合に必要なシールより
も、簡単であることは理解できよう。電気モータにおい
て重要なことは、外部まで延びる回転部材がなく、モー
タを完全に“缶詰する（密閉する）”ことができること
である。
【００１７】上述した実施の形態においては、遠心的な
流れのインペラを使用しているが、これは本質的なこと
ではなく、軸流や混合流のものをでもよい。これらは、
スペースが重要な場合には利点があろう。また、以上で
は、特にインペラをラジエータのヘッダータンクの中に
配置する場合についてこの発明を説明したが、特に空間
的な問題に関係する必要性に合わせて、ラジエータの周
囲の他の箇所に配置することもできる。
流れのインペラを使用しているが、これは本質的なこと
ではなく、軸流や混合流のものをでもよい。これらは、
スペースが重要な場合には利点があろう。また、以上で
は、特にインペラをラジエータのヘッダータンクの中に
配置する場合についてこの発明を説明したが、特に空間
的な問題に関係する必要性に合わせて、ラジエータの周
囲の他の箇所に配置することもできる。
【図１】本発明の実施形態を示す図であり、ラジエータ
のヘッダータンクの端部を示す切り欠き図である。
のヘッダータンクの端部を示す切り欠き図である。
【図２】本発明の別の実施形態の斜視図である。
【図３】図２の構造に使用されているコンポーネントを
示す分解図である。
示す分解図である。
【図４】図１に示されている構造の側面図である。
【図５】図１に示されている構造の平面図である。
【図６】図４のVI−VI線断面図である。
【図７】本発明のシステムのブロック図である。
１０ ヘッダータンク １２ 駆動モータ １４ インレット １６ アウトレット １８ インペラ ２０ 駆動シャフト ２２ うず巻き形室 ２４ カバー ２６ ポンプハウジング ２８，３０ フランジ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｐ 5/12 Ｆ０１Ｐ 5/12 Ｚ 7/16 ５０５ 7/16 ５０５Ｂ 11/16 11/16 Ｅ Ｆ１６Ｈ 49/00 Ｆ１６Ｈ 49/00 Ａ
Claims (16)
- 【請求項１】 ラジエータを有するラジエータアセンブ
リと、 駆動シャフトの上に取り付けられていて前記ラジエータ
アセンブリの一部を形成するインペラとを有する液体冷
却式の内燃エンジン冷却システム。 - 【請求項２】 請求項１に記載のシステムであって、前
記ラジエータが、インペラのためのチャンバを形成する
ヘッダータンクを有しているシステム。 - 【請求項３】 請求項２に記載のシステムであって、前
記チャンバが、駆動モータからの駆動シャフトと協働す
るベアリング及びシールが取り付けられているプレート
によって閉じられているシステム。 - 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
システムであって、前記駆動シャフトが別個の異なる駆
動装置を有し、好ましくはこの駆動装置が電気モータな
どのモータであることが好ましいシステム。 - 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
システムであって、予め決められたエンジンの温度特性
に応じて駆動装置の動作を制御するためのコントローラ
を有するシステム。 - 【請求項６】 請求項５に記載のシステムであって、前
記コントローラが自動車に対するエンジン制御システム
の一部を有し、かつ／又は、自動車のエンジン温度をモ
ニタするサーモスタットを有しているシステム。 - 【請求項７】 請求項５又は請求項６に記載のシステム
であって、モータを駆動してエンジンの冷却を開始する
前に、前記コントローラによってエンジンが所望の作動
温度まで達するようにすることができるシステム。 - 【請求項８】 請求項５〜請求項７のいずれかに記載の
システムであって、エンジンイグニッションをオフにし
た後にポンプを継続的に作動させることが前記コントロ
ーラによって可能であり、エンジンを継続して冷却する
ことができるシステム。 - 【請求項９】 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の
システムであって、クーラントが必ずしもラジエータを
通過しないようにそのクーラントの迂回を可能にする、
複数のインペラ及び／又はバルブ構造を有するシステ
ム。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のシステムであって、
並列的な又は互いに独立的な、複数のインペラを有する
システム。 - 【請求項１１】 請求項９又は請求項１０に記載のシス
テムであって、互いに直列的に配置されていて多段ポン
プを提供する複数のインペラを有するシステム。 - 【請求項１２】 請求項１〜請求項１１のいずれかに記
載のシステムであって、前記インペラとモータが、相対
的に固定されていて比較的磁性の小さいプレートを介し
て、磁気的に結合されているシステム。 - 【請求項１３】 請求項１〜請求項１２のいずれかに記
載のシステムであって、前記駆動シャフトがプーリを有
し、このプーリが、エンジンクランクシャフト等の駆動
手段と協働する駆動ベルトを有していてインペラを駆動
するようになっているシステム。 - 【請求項１４】 請求項１〜請求項１３のいずれかに記
載のシステムであって、別個のチャンバハウジングが設
けられており、このチャンバハウジングがラジエータと
連結されていて完全なユニットを形成しているシステ
ム。 - 【請求項１５】 請求項１〜請求項１４のいずれかに記
載のシステムであって、例えば一つ又は複数のチャンバ
やインレットやアウトレット等のポンプコンポーネント
が製造時にその内部に形成されるような、ラジエータの
ヘッダータンクが設けられているシステム。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載のシステムであっ
て、前記ヘッダータンクが射出成形又はダイキャストに
よって形成されており、一つ又は複数のポンプコンポー
ネントが形成されているシステム。
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