JP6099677B2 - 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ているので、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、たとえ必要であっても、最小限のクーラント流量しか必要とならない。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てよい。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ており、かつクーラントポンプのエネルギ消費が減じられる。

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機械式のクーラントポンプを開示している。クーラントポンプには、唯１つのクーラント流出部しか設けられていない。弁が閉じている場合、全面的なクーラント搬送が停止されているので、エンジン自体にも、エンジンの他の装置、たとえば排気ガス再循環装置クーラにも、クーラント流は供給されない。

本発明の課題は、エンジンの冷却を停止し、かつエンジンの別の装置の冷却を継続することを可能にする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を提供することにある。

本発明の課題は、請求項１の特徴部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に係る機械式のクーラントポンプには、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内へ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、ポンプケーシングにより画定されており、該ポンプケーシングはまた、２つの出口通路、すなわち第１の出口通路および別個の第２の出口通路を画定していて、第２の出口通路は、第１の出口通路に対して流体的に並列である。第１の出口通路は、たとえば、エンジンにクーラントを供給するために設けられていてよい。第２の出口通路は、たとえば、排気ガス再循環装置クーラにクーラントを供給するために設けられていてよい。排気ガス再循環装置クーラは、エンジンが始動された後に、エンジン自体よりも大幅に早く暖まる。加えて、エンジン暖機段階においても、排気ガスは極めて高温になるので、排気ガス再循環装置クーラは、たとえエンジン自体がその作動温度に到達していなくても、液状のクーラントにより冷却される必要がある。

機械式のクーラントポンプには、第１の出口通路および第２の出口通路の上流側に配置された出口弁装置が設けられている。出口弁装置には、第１の出口通路の第１の弁開口部と、第２の出口通路の第２の弁開口部とが設けられている。これらの弁開口部は、好ましくは、各出口通路の開始部に配置されているが、必ずしも各出口通路の開始部に配置されているわけではない。

出口弁装置は、第１の堰止め区分および第２の堰止め区分を有する統合された弁体を有している。弁体は、開位置と閉位置との間で回転可能に設けられている。弁体の閉位置では、第１の堰止め区分が完全に第１の弁開口部を閉じているのに対して、第２の堰止め区分は、第２の弁開口部を部分的にしか閉じておらず、したがって、第２の弁開口部は部分的に開いたままである。

弁体は、必ずしも唯１つの部分から形成されている必要はないが、両堰止め区分を有する統合された部分である。弁体がその開位置にある場合、両堰止め区分も開位置にあるので、両弁開口部は完全に開かれている。弁体が閉位置にある場合、第１の出口通路のみが完全に閉じられている。第１の弁開口部のみが閉じられており、第２の弁開口部が完全に開いたままであるならば、第２の弁開口部を通じて第２の出口通路内に流入するクーラント流量は、不必要に増大するであろう。第２の弁開口部を部分的にのみ覆い、完全には覆わない第２の堰止め区分を設けることにより、第２の弁開口部を通じて第２の出口通路内に流入するクーラント流量は、弁体が開位置にある場合に第２の弁開口部を通るクーラント流量に対して、多少なりとも合わせられる。したがって、第２の出口通路を介してクーラントを提供される装置の冷却制御特性は、著しく変更されない。これとは別に、クーラントポンプのエネルギ消費は比較的低い。なぜならば、弁体が閉じた位置では、クーラントポンプによってより少ないクーラントが第２の出口通路内に圧送されるからである。

本発明の好適な態様によれば、弁体には、該弁体の軸方向の一端部において円板ボディが設けられている。弁体は、円板ボディの中心回動軸線を中心として回転可能である。好適には、弁体には、２つの円板ボディが設けられていて、この場合弁体の軸方向の各端部に１つの円板ボディが設けられている。弁体は、好適には中空円筒形ボディの幾何学形状を有しており、この場合、平坦な端部壁は、円板ボディであり、円筒体の部分は、２つの堰止め区分を画定する。円板ボディの近位の表面は、堰止め区分の主たる平面に対して、ほぼ垂直に配向されている。

好適な態様によれば、ポンプケーシングには、対応する円板ボディを嵌入しかつ埋め込むための円形の凹部が設けられているので、円板ボディおよびポンプケーシングの近位の表面は、低い流れ抵抗しか伴わない段差のない表面を画定している。

好適には、弁体回動軸線は、出口ボリュート内に設けられている。出口ボリュートは、出口弁装置の直ぐ上流側の流体通路である。２つの堰止め区分の近位の表面は、弁体を含む円筒体の最大の外側半径の最小で四分の一のオフセット距離だけ、回動軸線から距離を置いている。堰止め区分の近位の表面は、弁体が開いた位置で出口ボリュートに面している表面である。堰止め区分の遠位の表面は、弁体が閉じた状態で相当して出口通路に面している表面である。

有利な態様によれば、両堰止め区分は、円板ボディにより画定された円筒の弓形部分を画定している。

好適にはポンプケーシングには、開弁位置において少なくとも１つの堰止め区分を収容し、かつ有利には少なくとも第１の堰止め区分を収容するための凹部が設けられている。好適には、第２の堰止め区分は、弁体が開いた位置で凹部内に収容されている。凹部内に堰止め区分を収容しかつ嵌入させることにより、弁体がその開位置に位置している場合、対応するボリュート壁に多かれ少なかれ段差のない表面が画定される。

クーラントポンプの好適な態様では、第２の堰止め区分は、第１の堰止め区分に隣接しているので、両堰止め区分は、唯１つの表面を画定している。第２の堰止め区分は、第１の堰止め区分に対して接線方向に配置されていてよい。この場合、対応する弁開口部も、互いに対して接線方向に配置されている。

択一的には、第２の堰止め区分は、第１の堰止め区分の軸方向に配置されていてよい。この場合、対応する弁開口部も、互いに対して軸方向に隣接して配置されていてよい。

本発明に係る機械式のクーラントポンプの３つの実施の形態を添付の図面に関して説明する。

弁装置を備えた機械式のクーラントポンプの第１の実施の形態を開位置で示す縦断面の平面図である。 弁装置を備えた図１に示した機械式のクーラントポンプを閉位置で示す図である。 弁装置を備えた機械式のクーラントポンプを、ポンプケーシングカバーなしで開位置で示す斜視図である。 弁装置を備えた図３に示した機械式のクーラントポンプを閉位置で示す図である。 弁装置を備えた機械式のクーラントポンプの第２の実施の形態を開位置で示す縦断面の平面図である。 弁装置を備えた図５に示した機械式のクーラントポンプを閉位置で示す図である。 弁装置を備えた機械式のクーラントポンプの第３の実施の形態を閉弁位置で示す断面図である。

図１から図７は、内燃機関の並列な２つの別個のクーラント回路内へクーラントを循環するための機械式のクーラントポンプ１０を示している。第１のクーラント回路は、エンジンブロック自体であってよく、第２のクーラント回路は、エンジンに関連する別の装置、たとえば排気ガス再循環装置クーラ、オイルクーラ、排気ガスクーラ等の熱交換器であってよい。クーラントポンプ１０には、駆動ホイール４４が設けられている。この駆動ホイール４４は、内燃機関によって直接に駆動される駆動ベルトによって駆動され得る。駆動ホイール４４およびポンプホイール４０は、互いにロータシャフト４２により接続されている。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している。クーラントポンプ１０は、直接に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、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１３内に圧送するインペラ形のポンプホイール４０を収容する。図１から図６を参照すると、ポンプ１０のクーラント流入部は、クーラントポンプの底部側に設けられている。

ポンプケーシング１２は、並列な２つの別個の出口通路１４，１６を画定している。これらの出口通路１４，１６は、出口ボリュート１３の終端部において、第１の弁開口部１５および第２の弁開口部１７を有している。２つの出口通路１４，１６は、分離壁６０によって互いに分離されている。第１の出口通路１４は、主な出口通路であり、たとえばエンジンブロックを冷却するためにエンジンブロックに接続されている。第２の出口通路１６の横断面は、第１の出口通路１４の横断面よりも小さく、二次的な冷却対象物に接続されており、たとえば排気ガス再循環装置クーラに接続されている。弁開口部１５，１７の直ぐ上流側の領域には、出口通路１４，１６を通るクーラント流量を制御するために出口弁装置が設けられている。

出口弁装置には、概して円筒形の基本幾何学形状を有する、統合された唯１つの弁体２０が設けられている。円筒体の弁体の直径は、第１の弁開口部１５の幅よりも大きく、それどころか弁開口部１５，１７の直ぐ上流側のボリュート開口部の幅より大きくてもよい。ともかく円筒形である弁体２０の端面は、２つの円板ボディ２８，３２により画定されている。これらの円板ボディ２８，３２は、ポンプケーシング１２に設けられた対応する円形の凹部２９，３３内に完全に嵌入されている。弁体２０は、円筒体および円板ボディ２８，３２の中心軸線である回動軸線３０を中心として回転する。弁体２０は、ニューマチック式のリニアアクチュエータ３８により、レバーアーム３６および弁棒３４を介して、開弁位置および閉弁位置の間で作動される。

第１の実施の形態による金属製の弁体２０には統合された２つの堰止め区分２４，２６が設けられている。流れを抑制するこれらの堰止め区分２４，２６は、円板ボディ２８，３２により画定された円筒形の幾何学形状の唯１つの弓形部分２２によって画定されている。統合された２つの堰止め区分２４，２６は、第１の実施の形態では、互いに対して接線方向に配置されている。つまり堰止め区分２４，２６は、円筒体の幾何学形状の円周方向で互いに対して直接に隣接している。

図１および図３に示されているように、統合された隣接する２つの堰止め区分２４，２６を画定する弓形部分２２は、開弁位置では、ポンプケーシング１２の側壁１１に設けられた対応する凹部２１内に嵌入されているので、段差のない側壁が実現されており、これにより小さな流れ抵抗が達成される。図２および図４に示された閉弁位置では、弁体２０は、開弁位置から約９０°だけ回転されているので、統合された隣接する２つの堰止め区分２４，２６を画定している弓形部分２２は、第１および第２の出口通路１４，１６の弁開口部１５，１７内に位置決めされている。第１の堰止め区分２４は、第１の出口通路１４の第１の弁開口部１５を完全に閉じている。第２の堰止め区分２６は、第２の弁開口部１７を完全には閉じていないが、第２の弁開口部１７の開口領域の４０％〜８０％を覆っている。結果として、弁体２０は、第１の出口通路１４を完全に閉じ、第２の出口通路１６に関しては絞り弁を形成する。その結果、第２の出口通路１６を通るクーラント流量は、弁体２０が図１に示されているような開位置に位置決めされているか、図２に示されているような閉位置に位置決めされているかに関係なく、ほぼ一定のままである。

図５および図６に示された第２の実施の形態によるクーラントポンプ１０では、弁体２０’に、２つの堰止め区分２４’，２６’が設けられている。これらの堰止め区分２４’，２６’は、別個に離れて配置されていて、互いに対して直接に隣接していない。しかし、２つの堰止め区分２４’，２６’は互いに対して接線方向に配置されている。図５に示すような開弁位置では、第２の堰止め区分２６’は、分離壁６０の前端部に位置決めされている。弁体２０’が閉位置に移動する場合、両弁開口部１５，１７は、同期的に閉じられるので、第２の出口通路１６を通じたクーラントの流量ピークを、閉鎖運動の間阻止することができる。

図７に示した第３の実施の形態によるクーラントポンプ１０には、別の態様の弁開口部１５’，１７’と、該弁開口部１５’，１７’に対応する、弁体の堰止め区分２４”，２６”とが設けられている。本実施の形態では、ポンプの弁開口部１５’，１７’も、対応する堰止め区分２４”，２６”も、互いに対して軸方向に配置されているので、堰止め区分２４”，２６”は、唯１つの弓形部分２２’を画定し、両弁開口部１５’，１７’の同期的な開放および閉鎖が実現されている。

Claims (6)

1. 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（１３）内へと圧送するインペラ形のポンプホイール（４０）と、
   前記出口ボリュート（１３）と、第１の出口通路（１４）と、該第１の出口通路（１４）に対して流体的に並列な別個の第２の出口通路（１６）とを画定するポンプケーシング（１２）と、
   前記第１の出口通路（１４）および前記第２の出口通路（１６）の上流側に配置された出口弁装置と、
   前記第１の出口通路（１４）の第１の弁開口部（１５）と、前記第２の出口通路（１６）の第２の弁開口部（１７）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、
   前記出口弁装置は、第１の堰止め区分（２４）と第２の堰止め区分（２６）とを備える統合された弁体（２０）を有し、該弁体（２０）は、開位置および閉位置の間で回転可能であり、
   前記弁体（２０）の前記閉位置では、前記第１の堰止め区分（２４）は、前記第１の弁開口部（１５）を完全に閉じ、前記第２の堰止め区分（２６）は、前記第２の弁開口部（１７）を部分的にしか閉じないので、前記第２の弁開口部（１７）は、部分的に開放したままであり、
   前記弁体（２０）には、該弁体（２０）の軸方向の一端部において円板ボディ（２８，３２）が設けられており、前記弁体（２０）は、前記円板ボディ（２８，３２）の中心回動軸線（３０）を中心として回転可能であり、
   両堰止め区分（２４，２６）が、前記円板ボディ（２８，３２）により画定された円の弓形部分を画定し、
   前記ポンプケーシング（１２）には、前記開位置において、少なくとも１つの前記堰止め区分（２４，２６）を収容する凹部（３３）が設けられている、
   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. 前記ポンプケーシング（１２）には、前記円板ボディ（２８，３２）を嵌入するための円形の凹部（２９，３３）が設けられている、請求項１記載の機械式のクーラントポンプ（１０）。
3. 前記弁体の前記回動軸線（３０）は、前記出口ボリュート（１３）内に設けられている、請求項１または２記載の機械式のクーラントポンプ（１０）。
4. 前記第２の堰止め区分（２６）は、前記第１の堰止め区分（２４）に隣接しており、これにより両堰止め区分（２４，２６）は、唯１つの表面を画定している、請求項１から３までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ（１０）。
5. 前記第２の堰止め区分（２６，２６’）は、前記第１の堰止め区分（２４，２４’）の接線方向に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ（１０）。
6. 前記第２の堰止め区分（２６”）は、前記第１の堰止め区分（２４”）の軸方向に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ（１０）。

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