(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の機械式のクーラントポンプ（１０）であって、
軸方向で流入する液体の冷却剤を半径方向で出口ボリュート（１６）内へと圧送するポンプ羽根車（１４）と、
出口通路（１８）を含む前記出口ボリュート（１６）を画成するボリュートハウジング（１３）を含むポンプハウジング（１２）と、
前記出口通路（１８）の経路に設けられた出口弁装置と、を備えており、該出口弁装置は、前記出口通路（１８）の弁開口（１９）を開いたままにするか、又は閉じるために開放位置と閉鎖位置との間で旋回可能な弁フラップ（３０）を有している、内燃機関用の機械式のクーラントポンプにおいて、
前記弁開口（１９）は弁座（６６）によって取り囲まれて画成されていて、該弁座（６６）は弁座平面（６０）を規定し、かつ、該弁座平面（６０）の真ん中に該弁座平面（６０）に対して垂直に対称面（６２）を規定しており、
前記弁フラップ（３０）には、前記弁フラップ（３０）の一方の側に、前記弁座（６６）に対応するフラップ座部が設けられており、
前記弁フラップ（３０）は、前記対称面（６２）に対して平行な、前記対称面（６２）から横方向の偏心距離（Ｅ）を置いて位置している旋回軸線（３１）を中心として回転可能であって、前記横方向の偏心距離（Ｅ）は、前記弁座平面（６０）と前記旋回軸線との間の距離（Ｄ）の１／２０〜１／１であ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。
【請求項２】
前記旋回軸線（３１）は、前記弁座（６６）の投影平面内に位置していて、前記偏心距離（Ｅ）は、前記弁座投影平面の幅（Ｗ）の半分よりも小さい、請求項１記載の機械式のクーラントポンプ。
【請求項３】
前記弁フラップの少なくとも一方の軸方向端部は、前記旋回軸線（３１）に対して垂直に配置されたベース板（３４）に位置固定されており、該ベース板（３４）の近位面は、前記出口通路（１８）の平面に位置している、請求項１又は２記載の機械式のクーラントポンプ。
【請求項４】
前記ボリュートハウジング（１３）には、前記弁フラップ（３０）を開放位置で収容する凹部（２４）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。
【請求項５】
前記弁フラップ（３０）は金属から成っていて、前記フラップ座部にはゴム被覆（４０）が施されている、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。
【請求項６】
前記出口ボリュートハウジング（１３）は、前記出口弁装置によって影響されない第２の出口通路（１７）を画成している、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。
【請求項７】
前記弁フラップ（３０）は、ニューマチック式アクチュエータ又は電気式アクチュエータ又はサーモスタット式アクチュエータ（５０）によって操作される、請求項１から６までのいずれか１項記載の機械式のクーラントポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関用の機械式のクーラント（冷却液）ポンプに関する。機械式のクーラントポンプは、例えばポンプの駆動車を駆動する駆動ベルトを使用することによって内燃機関により駆動され、従って、クーラントポンプの回転速度は内燃機関の回転速度に比例する。内燃機関が低温である場合には、最小量のクーラント流量しか必要とされない。従って、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出口弁装置が設けられている。内燃機関が低温である場合には、出口弁が閉じられているので、潤滑剤の循環は減じられ、又は最小限にされ、又は完全にストップされ、その結果、内燃機関の暖機段階が短縮される。
【０００２】
ＷＯ２０１１／１０１０１９Ａ１号特許明細書には、羽根車型のクーラントポンプが開示されていて、このクーラントポンプは出口通路の基部に出口弁装置を備えている。出口弁装置には弁フラップが設けられており、この弁フラップの旋回軸は、フラップボディの一方の端部に配置されていて、弁座の表面に設けられている。弁フラップは、高い流体圧力が弁フラップに対して閉鎖方向でも開放方向でも起こり得るようなポンプロータの高回転速度であっても旋回可能でなければならない。しかしながら全ての回転速度で完全な機能性を保証するためには、高い作動力が必要である。
【０００３】
本発明の課題は、比較的低い作動力のための出口弁装置を備え、閉鎖した出口弁の良好な密閉性を長期間にわたって有するような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である。
【０００４】
この課題は、請求項１記載の特徴を備えた機械式のクーラントポンプにより解決される。
【０００５】
請求項１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体の冷却剤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ポンプ羽根車が設けられている。出口ボリュートは、ポンプの出口通路に通じている。出口通路の経路には出口弁装置が設けられており、該出口弁装置は、前記出口通路の弁開口を開いたままにするか、又は閉じるために開放位置と閉鎖位置との間で移動可能な弁フラップを有している。
【０００６】
出口通路の弁開口は、弁座によって取り囲まれて画成されている。弁座は、弁の閉鎖位置における、弁開口と、弁フラップの対応するフラップ座部との閉じた接触線である。弁座は主要な弁座平面を規定する。弁座のいくつかの部分が幾分、湾曲しているために弁座が完全に１つの平面内に位置していない場合には、弁座平面は、形状的に概ね中間的な平面によって規定される。対称面は、弁開口の真ん中かつ弁座平面の真ん中に設けられている。対称面は、弁座平面に対して正確に垂直で、弁フラップの旋回軸線に対して平行である。
【０００７】
弁フラップは、対称面に対して平行な旋回軸線を中心として旋回可能又は回転可能であるが、旋回軸線は対称面には位置していない。旋回軸線は、対称面から横方向の偏心距離を置いて配置されており、該横方向の偏心距離は、前記弁座平面と前記旋回軸線との間の距離の１／２０〜１／１である。弁フラップは平らなものとして形成することができるが、好適には円筒状のものとして形成される。弁フラップが回転して閉鎖位置へと入ると、フラップ座部は、閉鎖運動の極めて最後の瞬間でのみ弁座に接触する。弁フラップの閉鎖運動中、弁座とフラップ座部とは全く接触しないので、フラップ座部と弁座には大きな摩耗は生じ得ない。これにより閉鎖された弁の良好な密封性が長期にわたって保証される。
【０００８】
本発明の好適な態様によれば、旋回軸線は、弁座の投影平面内に位置していて、前記偏心距離は、前記弁座投影平面の幅の半分よりも小さい。横方向の偏心距離は、旋回軸線に対して垂直方向でのフラップの延在である弁フラップの幅の１／２を越えるものではない。弁座の投影平面内に旋回軸線が配置されていることにより、液体の冷却剤の流出圧力が比較的高いことにより生じるポンプ車の高回転速度の場合であっても、弁フラップを開閉するための作動力は比較的低い。
【０００９】
好適には、弁フラップの少なくとも１つの軸方向端部は、旋回軸線に対して垂直に配置されたベース板に位置固定されている。好適な態様によれば、２つのベース板が弁フラップの両軸方向端部にそれぞれ設けられている。ベース板はそれぞれ、ポンプハウジングに設けられた対応する凹部に設けられており、ベース板の近位面は出口通路の内壁面の平面に位置している。換言すれば、ベース板は、特に弁フラップの開放位置で、ボリュートハウジングの面に継続的に延在している。ベース板は部分的に、旋回軸線に関して円形であるので、出口通路の内面には段部はない。
【００１０】
本発明の好適な態様では、ボリュートハウジングには、弁フラップを開放位置で収容する凹部が設けられている。弁の開放位置では、弁フラップは実質的にこの凹部に収容されているので、弁フラップは出口ボリュート又は出口通路内には実質的に突出しない。従って、弁フラップにより生じる流れ抵抗は最小限に減じられる。
【００１１】
好適な態様によれば、弁フラップには弁フラップボディが設けられており、フラップ座部はゴム被覆されている。フラップ座部をゴム被覆することにより、閉じられた弁フラップの密なシール性が向上する。
【００１２】
好適な態様によれば、出口ボリュートハウジングは、前記出口弁装置によって影響されない第２の出口通路を画成していて、この第２の出口通路は常に開放状態に維持されているので、最小限のクーラント流量は、ポンプ車が内燃機関によって駆動される限りは常に保証されている。特に、例えばトラックエンジンのような、ハイパフォーマンスな内燃機関は、熱ポケット（heat pockets）を回避するために最小限のクーラント流量によって常に冷却されなければならない。いかなる弁も有さない第２の出口通路は、最小限のクーラント流量を考慮した完全なフェールセーフ機能である。
【００１３】
好適にはフラップボディは、ニューマチック式の、又は電気式の、又はサーモスタット式のアクチュエータによって操作される。作動力源に関わらず、弁の確実な機能を保証するのに必要な作動力は比較的低い。
【００１４】
本発明の好適な態様によれば、弁フラップボディの近位面は、フラップボディの開放位置で、ボリュートハウジング壁面又は通路壁面に継続的に延在している。これは、フラップボディの開放状態では、フラップボディの近位面は、ボリュート面又は出口通路に滑らかに、かつ段部なく続いていて、流れ抵抗は最小となることを意味する。
【００１５】
以下に、本発明の実施態様を添付の図面につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ハウジングカバーを外した状態で、弁フラップの開放位置で機械式のクーラントポンプを示した斜視図である。
【図２】弁フラップの閉鎖位置で図１のクーラントポンプを示した図である。
【図３】弁フラップの開放位置で図１のクーラントポンプの弁装置を示した断面図である。
【図４】弁フラップの閉鎖位置で図１のクーラントポンプの弁装置を示した断面図である。
【図５】弁フラップの閉鎖位置で図１の機械式のクーラントポンプを示した別の斜視図である。
【図６】図１の機械式のクーラントポンプのアクチュエータと共に弁フラップを示した図である。
【００１７】
図１〜図６には、内燃機関用の冷却液を循環させるための機械式のクーラントポンプ１０が示されている。内燃機関のエンジンブロックにクーラントポンプ１０を直接取り付けることができる。クーラントポンプ１０には、内燃機関によって直接駆動される駆動ベルトによって駆動することができる駆動車（図示せず）が設けられている。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する。
【００１８】
クーラントポンプ１０にはポンプ羽根車１４を収容するポンプハウジング１２が設けられている。ポンプ羽根車１４は軸方向で流入する液体の冷却剤を半径方向で出口ボリュート１６内へと圧送する。出口ボリュート１６は、ポンプハウジング１２の一部であるボリュートハウジング１３によって画成されている。軸方向のクーラントポンプ入口は、図１及び図２に示されたクーラントポンプ１０の底面に設けられている。
【００１９】
出口ボリュート１６は、第１の出口通路１８と、分離壁２０によって第１の出口通路１８から分離された第２の出口通路１７とを有している。クーラントポンプ１０には、第１の出口通路１８の始点に配置された弁開口１９に出口弁装置が設けられている。出口弁装置には弁フラップ３０が設けられており、弁フラップ３０は、図２及び図１又は図４及び図３に示された閉鎖位置と開放位置との間で旋回可能である。弁フラップ３０は、第１の出口通路１８の弁開口１９を開閉するが、第２の出口通路１７へのクーラント流量及び第２の出口通路１７を通るクーラント流量には影響を与えない。
【００２０】
組み込まれた金属弁フラップ３０には円形のフラップボディ３２が設けられていて、その主たる弁座平面は軸方向に延在している。フラップボディ３２は近位面３３と遠位面３５とを有している。フラップボディ３２は、中空円筒壁の円周壁の一区分と言える。
【００２１】
フラップボディ３２は軸方向で、フラップボディ３２の両軸方向端部にそれぞれ位置する第１の円形ベース板３４と、同形の第２の円形ベース板３８との間に配置されている。弁フラップ３０は両軸方向端部でピボットベアリングによって支持されているので、弁フラップ３０は、出口ボリュート１６内に配置された軸方向の弁旋回軸線３１を中心として旋回可能である。
【００２２】
図１及び図３に示したような弁フラップ３０の開放位置では、フラップボディ３２は、ボリュートハウジング１３のハウジング凹部２４内に収容されているので、フラップボディ３２の近位面３３は、ボリュートハウジング１３の内壁面に続いていて、又は連続的に延在していて、面段部は実質的に存在しない。従って、開放位置でフラップボディ３２によって生じる流れ抵抗は、クーラント流量が高い場合であっても低い。図３に示したように、弁フラップ３０の開放位置では、フラップボディ３２の近位面３３が出口ボリュート１６に向けられていて、フラップボディ３２の遠位面３５は、フラップボディ３２を収容するハウジング凹部２４に向けられている。フラップボディ３２の遠位面３５には、フラップ座部全体にわたってゴム被覆４０が設けられている。ゴム被覆４０は、図４及び図５に示されたように、弁の閉鎖位置でフラップボディ３２のシール性を極めて改善する。
【００２３】
第１のベース板３４と第２のベース板３８とは両者とも完全に、ボリュートハウジング１３の対応するハウジング凹部４２，４４内に収容されている。従って、両ベース板３４，３８は、弁の開放位置においてクーラント流量が高い場合であっても、実質的な流れ抵抗を生ぜしめることはない。弁には一方のベース板３８に固定された弁シャフト５２が設けられている。弁シャフト５２は旋回軸線３１を規定する。弁シャフト５２には、図５及び図６に示したようなニューマチック式アクチュエータ５０によって操作されるレバーアーム５４が設けられている。
【００２４】
弁装置の形状的な構造は図３及び図４により最も良く判る。弁開口１９は弁座６６によって取り囲まれており、この弁座６６は弁フラップ３０のフラップ座部に対応する。弁座６６とフラップ座部とは、図４に示したように閉鎖位置で互いに完全に接触している。弁座６６は弁座平面６０を規定し、弁座平面６０は、弁座６６全体の主平面６０である。弁座６６は、互いに平行な２つの直線的な横の座部分と、この横の部分に続いている２つの円形の座部分とによって画成されている。円形の座部分の径は、フラップボディ３２の径にほぼ等しい。横の座部分は旋回軸線３１に対して平行である。弁座６６は幅Ｗを有しており、この幅Ｗは、２つの直線的な横の座部分の間の横方向距離である。対称面６２は、弁座平面６０の真ん中に規定されている。対称面６２は、弁座平面６０に対して垂直である。
【００２５】
弁フラップ３０の旋回軸線３１は、対称面６２に対して平行であり、弁座平面６０に対して平行である。旋回軸線３１は弁座平面６０に対して距離Ｄを有している。弁座平面６０までの旋回軸線３１の距離Ｄは、弁座幅Ｗの１／２〜１／３である。旋回軸線３１は対称面６２に位置しておらず、対称面６２に間隔を置いていて偏心距離Ｅを有している。偏心距離Ｅは、弁座平面６０からの旋回軸線３１の距離Ｄの１／２０〜１／１である。本実施態様では、偏心距離Ｅは、旋回軸線３１の距離Ｄの約１／３である。この形状的な配置により、弁座６６とフラップ座部とは、弁の閉鎖位置でのみ互いに接触することが保証される。
【図１】
0005955418.tif 000002
【図２】
0005955418.tif 000003
【図３】
0005955418.tif 000004
【図４】
0005955418.tif 000005
【図５】
0005955418.tif 000006
【図６】
0005955418.tif 000007