(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ポンプであって、
ポンピングチャンバと、
前記ポンピングチャンバに流体接続された吸入口と、
前記ポンピングチャンバに流体接続された排出口と、
通路を流れる流体が、前記ポンピングチャンバを迂回するように、前記吸入口と前記排出口との間に流体接続された通路とを備え、
前記通路が、前記吸入口に流体接続された第１の開口部と、前記排出口に流体接続された第２の開口部とを含み、前記第１の開口部が第１の面積を有し、前記第２の開口部が、前記第１の面積より小さい第２の面積を有し、
前記通路は前記第１の開口部から前記第２の開口部に向けてテーパ状であり、前記流体は、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向けて前記通路を流れて、前記ポンピングチャンバを迂回し、
前記通路はポンプ効率を実質的に低下させずに前記吸入口と前記排出口との間の圧力差を低減する大きさであり、
前記通路を流れる流体が、前記ポンピングチャンバに入ることなく、前記通路に入り、
前記通路を流れる流体が、前記ポンピングチャンバに入ることなく、前記排出口にて前記通路を出る、流体ポンプ。
【請求項２】
少なくとも部分的に前記ポンピングチャンバ内にあるアクチュエータ駆動式のインペラをさらに備える、請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項３】
一体形の単体で作られたポンプハウジングセクションをさらに備え、前記ポンプハウジングセクションが、前記吸入口と、前記排出口と、前記ポンプハウジングセクションに形成された前記通路とを含む、請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項４】
前記ポンプハウジングが、ポリアミドおよびガラス繊維の複合材を含む、請求項３に記載の流体ポンプ。
【請求項５】
前記吸入口、前記排出口、および前記通路の各々が、公称直径をそれぞれ含み、前記通路の公称直径が、前記吸入口および前記排出口の公称直径より小さい、請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項６】
前記通路が、テーパ状のものである、請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項７】
前記排出口に流体接続されたヒーターコアをさらに備える、請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項８】
前記吸入口および前記ヒーターコアに流体接続された車両用燃焼エンジンをさらに備える、請求項７に記載の流体ポンプ。
【請求項９】
アクチュエータ駆動式のインペラを少なくとも部分的に収容するポンピングチャンバに流体接続された吸入口および排出口を有する流体ポンプの制御方法であって、
前記吸入口と前記排出口との間に流体圧力差を生成するステップと、
前記ポンピングチャンバを流れる流体の流れを迂回させて、流体圧力差を低減するために、前記吸入口と前記排出口との間に接続された通路を通って流体を流出させるステップとを含み、
前記通路が、前記吸入口に流体接続された第１の開口部と、前記排出口に流体接続された第２の開口部とを含み、前記第１の開口部が第１の面積を有し、前記第２の開口部が、前記第１の面積より小さい第２の面積を有し、
前記通路は前記第１の開口部から前記第２の開口部に向けてテーパ状であり、前記流体は、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向けて前記通路を流れて、前記ポンピングチャンバを迂回するに際し、
前記通路はポンプ効率を実質的に低下させずに前記吸入口と前記排出口との間の圧力差を低減する大きさであり、
前記通路を流れる流体が、前記ポンピングチャンバに入ることなく、前記通路に入り、
前記通路を流れる流体が、前記ポンピングチャンバに入ることなく、前記排出口にて前記通路を出る、方法。
【請求項１０】
前記ポンピングチャンバ内での前記インペラの回転と調和しながら、前記通路を通して流体を流出させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ポンピングチャンバ内での前記インペラの非回転に応答して、前記通路を通して流体を流出させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォータポンプに関し、特に、ポンプ吸入口からポンプ排出口へと通じ、ウォータポンプに入る流体がメインインペラチャンバを迂回するようにするバイパスチャネルを有するウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のウォータポンプは、広く知られたものであり、例えば、エンジン冷却システムに冷却水を循環させる目的で車両に使用されている。典型的なポンプは、ポンプ吸入口およびポンプ排出口と流通状態にあるアクチュエータ駆動式のインペラを有する中央チャンバを含む。インペラは、ポンプ吸入口を通って流入した流体を、ポンプ排出口から外へ押し出す。
【０００３】
ポンプの動作中、ポンプ吸入口とポンプ排出口との間には、インペラが存在、回転、および動作することで生じる圧力差がある場合が多い。オフ状態において、流量が減少すると、圧力差が大きくなることで、操作効率が落ちてしまう。オン状態において、流量の増大がないと、圧力差が大きくなることで、操作効率が落ちてしまう。圧力差が大きすぎればエンジン冷却システム、例えば、エンジン冷却システム内のさまざまなコンポーネントの動作が、望ましいように機能しなくなることもある。
【０００４】
圧力差の一部を低減するために、インペラと中央チャンバの内面との間に間隔またはギャップを設けて従来のポンプをデザインすることもできる。しかしながら、間隔を設けると、中央チャンバ内で流体の流れに乱流が生じ、インペラの動作の妨げとなって、ポンプ効率が落ちるため望ましくない。
【０００５】
したがって、インペラの動作にあまり悪影響を及ぼすことなく、圧力差を最小限に抑える流体ポンプが必要とされている。
【発明の開示】
【０００６】
１つの例示的な流体ポンプは、ポンプチャンバと、ポンプチャンバに流体接続された吸入口および排出口と、吸入口と排出口との間に流体接続された通路とを含む。通路を流れる流体は、ポンピングチャンバを迂回する。１つの例において、流体ポンプは、ヒーターコアと車両用エンジンとの間の車両用冷却システム内に冷却水を吸入、排出する。
【０００７】
別の態様において、流体ポンプは、ポンピングチャンバと、少なくとも部分的にポンピングチャンバ内にあるアクチュエータ駆動式のインペラとを含む。吸入口および排出口は、ポンピングチャンバと流体接続され、テーパー状の通路が、吸入口および排出口と流体接続する。通路を流れる流体は、ポンピングチャンバを迂回する。
【０００８】
吸入口および排出口がポンピングチャンバに流体接続された流体ポンプを制御する１つの例示的な方法は、吸入口と排出口との間に流体圧力差を生成するステップを含む。次いで、流体は、ポンピングチャンバを流れる流体の流れを迂回させて、流体圧力差を低減するために、吸入口と排出口との間に接続された通路を通って流出する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のさまざまな特徴および利点は、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。詳細な説明に付随する図面については、以下に簡潔に記載している。
【００１０】
図１は、冷却システムに流体を循環させるために、例えば、車両で使用されるポンプ１０の選択部分の略図を示す。図示した例において、ポンプ１０は、中央チャンバ１４を画定するハウジング１２を含む。ハウジング１２は、中央チャンバ１４に流体接続された吸入口１６および排出口１８を有する。インペラ２０が、中央チャンバ１４に収容され、電気モータ、ブラシ式磁気モータ、ブラシレスＤＣモータ、または他の既知のアクチュエータなどのアクチュエータ２２によって駆動される。この例において、ポンプ１０は、車両用エンジン２３ａから吸入口１６を通して中央チャンバ１４内に冷却水を受け取る。インペラ２０は、排出口１８を通して車両用ヒーターコア２３ｂへ冷却水を推進させる。
【００１１】
図２Ａは、１つの例示的なポンプ１０の分解図を示し、図２Ｂは、組み立て後の例示的なポンプ１０の断面図を示す。この例において、ハウジング１２は、ファスナ２１で第２のセクション１９ｂに固定された第１のセクション１９ａを含む。インペラ２０、アクチュエータ２２、およびいくつかの他のコンポーネント２３（例えば、Ｏリング、スペーサ、摩擦リング）は、ハウジングセクション１９ａおよび１９ｂの間に入れられている。
【００１２】
図３および図４を参照すると、ポンプハウジング１２の第１のセクション１９ａは、吸入口１６および排出口１８を流体接続するバイパスチャネル２４を含む。この例において、バイパスチャネル２４は、吸入口１６に流体接続された第１の開口部２５と、排出口１８に流体接続された第２の開口部２６とを含む。第１の開口部は、第１の寸法Ｄ１を含み、第２の開口部は、第１の開口部２５より小さい第２の寸法Ｄ２を含む。言い換えれば、バイパスチャネル２４は、排出口１８から吸入口１６に向かってテーパー状になっている。
【００１３】
ポンプ１０の動作中、吸入口１６に入る流体の一部は、中央チャンバ１４へ流入および貫流することなく、バイパスチャネル２４を通って排出口１８内へと流れる。バイパスチャネル２４内に流入しない流体は、中央チャンバ１４内に流入し、上述したように、インペラ２０によって排出口１８から推進される。バイパスチャネル２４は、ある一定のサイズ、形状、および場所を有するように図示しているが、別のサイズ、形状、および場所も使用可能であることを理解されたい。
【００１４】
図示した例において、バイパスチャネル２４は、ポンプ１０を通って流れる流体を安定化させるという利点を備え、吸入口１６と排出口１８との間の圧力差を低減する。１つの例において、ポンプ１０が休止状態のとき、バイパスチャネル２４は、バイパスチャネル２４を通して、吸入口１６から排出口１８へ、または排出口１８から吸入口１６へと、インペラ２０を抵抗回転させることなく、流体を流出させることができる。この特徴により、インペラ２０の干渉を受けることなく、吸入口１６と排出口１８との間を流体が自由に流れることができるため、ポンプ１０の休止時、吸入口１６と排出口１８との間の圧力差が低減される。
【００１５】
別の例において、ポンプの動作時、バイパスチャネル２４により、流体の一部が、中央チャンバ１４に入ることなくバイパスチャネル２４を通って流出する。これにより、流体は、インペラ２０による中央チャンバ１４での圧力蓄積を回避できることで、吸入口１６と排出口１８との間の圧力が均衡しやすくなる。
【００１６】
バイパスチャネル２４のサイズ、形状、および場所は、特定のデザインまたは用途の需要に見合うように調整されうる。図示した例から、バイパスチャネル２４の断面積が、吸入口１６および排出口１８より概して小さいことを認識できるであろう。別の例において、バイパスチャネル２４は、より多くの流体を流出させることができるように、図３および図４に示すものより大きくされる。これにより、吸入口１６および排出口１８との間の圧力差がさらに低減されるが、バイパスチャネル２４を大きくしすぎると、ポンプ１０のポンプ効率が低下してしまうこともある。別の例において、バイパスチャネル２４は、図３および図４に示すものより小さくされる。バイパスチャネル２４がより小さいと、吸入口１６と排出口１８との間の均圧効果が減少する。バイパスチャネル２４のサイズが小さすぎると、均圧効果が不十分になってしまうこともある。
【００１７】
図示した例において、ハウジング１２は、プラスチック材料から成形される。１つの例において、プラスチック材料は、ポリアミドおよび３５％ガラス繊維のプラスチック複合材である。これにより、比較的高い強度および軽量の組み合わせが得られる。あるいは、ハウジング１２は、金属材料から鋳造されてもよく、または他の既知の製造方法で形成されてもよい。
【００１８】
図５は、中央チャンバ１４内の選択部分を示す斜視図である。この例において、ハウジング１２は、中央チャンバ１４を画定する表面３０を含む。この例において、バイパスチャネル２４は、吸入口１６と排出口１８との間の表面３０の下に延伸する。表面３０の部分３２（円形）が、バイパスチャネル２４と中央チャンバ１４との間に共通の壁があるように、中央チャンバ１４の一部およびバイパスチャネル２４の一部を画定する。図において、バイパスチャネル２４は、中央チャンバ１４内に小さな隆起３４を形成する。この例において、隆起３４が、インペラ２０の動作と、中央チャンバ１４を通る流体の流れに及ぼす影響は最小限のものである。他の例において、バイパスチャネル２４は、隆起３４が存在しないように中央チャンバ１４から離れた位置に設けられる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態について開示してきたが、当業者であれば、本発明の範囲内において何らかの修正が可能であることを認識するであろう。したがって、本発明の正確な範囲および内容を確認するためには、特許請求の範囲を検討されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】１つの例示的なポンプシステムの略図を示す。
【図２Ａ】１つの例示的なポンプを示す分解図を示す。
【図２Ｂ】例示的なポンプの組み立て図を示す。
【図３】ポンプのポンプハウジングのセクション内におけるバイパスチャネルを示す。
【図４】図３のバイパスチャネルのさらに詳細な図を示す。
【図５】ポンプ内の中央チャンバの一部分を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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