(57)【要約】  【課題】流体入口を有するエンジンブロックとラジエターとを含む内燃機関における温度制御用流体の流れを制御するための電動ウォーターポンプを提供することである。  【解決手段】ハウジング１２をエンジンブロック３０に直接取り付けるための取り付け用フランジ２８を含み、取り付け用フランジ２８はハウジング１２において、ハウジング１２をエンジンブロック３０に取り付けた時にウォーターポンプ１０がエンジンブロック開口４０位置に直接位置決めされるように位置付けられる。ステーターアセンブリ３２を通過した流体流れはローターアセンブリ３４の長手方向軸線と整列する状態下に、流体の流れ方向における乱れが極めて最小化された状態でエンジンブロック３０に直接的に移行される。尾部３８がエンジンブロック開口４０位置あるいは開口に若干入り込みさえする位置に位置付けられる。【選択図】図３
2006057635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口を有するエンジンブロックと、ラジエターと、ラジエターからの温度制御用の冷却材流体の流れを受けるようになっているウォーターポンプと、を含む内燃機関における冷却材流体の流れを制御するための電動ウォーターポンプであって、
ハウジング入口及びハウジング出口を有し、前記ハウジング入口がラジエターに結合するようにされ、ハウジング出口がエンジンブロックの内部と連通するようにされたハウジングと、
ハウジング内に取り付けられ、運転中は前記ハウジング入口及びハウジング出口への冷却材流体の流れを生じせしめるようにされた電動モーターアセンブリと、
を含み、
前記ハウジングが、該ハウジングをエンジンブロックに取り付けるための取り付け用フランジを有し、該フランジが、ハウジング出口をエンジンブロックの流体入口位置に直接位置決めするようにハウジング上に位置付けられた電動ウォーターポンプ。
【請求項２】
エンジン温度制御用の電子制御弁を更に含み、該電子制御弁が、ウォーターポンプのハウジングのハウジング入口に取り付けられ且つラジエターの流体出口に連結した弁ハウジングを有し、前記電子制御弁が、第１位置と第２位置との間を往復作動自在の弁部材を有し、該弁部材が、前記第１位置ではラジエターからウォーターポンプのハウジング入口への冷却材流体の流れを許容し、前記第２位置においては該流れを阻止し、前記弁部材が、電動モーターアセンブリに接近する及び離れる方向において往復作動するように取り付けられ、該弁部材が、冷却材流体の流れがラジエターからウォーターポンプのハウジング入口に向かうように位置決めされ、
ウォーターポンプのハウジングには、冷却材流体の流れをウォーターポンプに分岐させるようになっているバイパス入口が形成され、
前記第１位置と第２位置との間における弁部材の往復作動を制御するようになっている電子制御システムを有している請求項１の電動ウォーターポンプ。
【請求項３】
取り付け用フランジの、ハウジング出口に面する側に取り付けたＯ−リングを更に含む請求項１の電動ウォーターポンプ。
【請求項４】
取り付け用フランジが、ハウジングに沿って伸延し且つその内部にＯ−リングを位置付ける凹状のキャビティを含んでいる請求項３の電動ウォーターポンプ。
【請求項５】
ハウジングが、実質的にハウジング入口からハウジング出口に向けて伸延する長手方向軸線を有し、取り付け用フランジが、前記ハウジングの長手方向軸線がエンジンブロックの流体入口に実質的に直交するようにしてエンジンに取り付けられ、かくしてエンジンブロック内への冷却用流体の直接流入が許容されるようにハウジング上で位置決めされる請求項１の電動ウォーターポンプ。
【請求項６】
温度制御用の冷却材流体のためのジャケットを内側に有するエンジンにして、前記ジャケットとエンジンの外側との間における冷却材流体の流れを許容するための該エンジン内の流れ開口を有するエンジンと、ラジエターと、前記流れ開口を通してのラジエターとエンジンのジャケットとの間の冷却材流体の流れを制御するようになっているウォーターポンプとを含む内燃機関における前記冷却材流体の流れを制御するための電動ウォーターポンプであって、
ハウジング入口及びハウジング出口を有するハウジングにして、ハウジング入口及びハウジング出口の一方がラジエターに結合するようにされ、他方がエンジンのジャケットと連通するようにされたハウジングと、
ハウジング内に取り付けられ、ハウジング入口からハウジング出口への冷却材流体の流れを生じせしめるようにされた電動モーターアセンブリと、
を含み、
ハウジングが、該ハウジングをエンジンに取り付けるための取り付け用フランジを有し、該取り付け用フランジが、ハウジング入口及びハウジング出口の一方をエンジンの流れ開口位置で直接前記ジャケットと連通する状態に位置決めするように位置付けられる電動ウォーターポンプ。
【請求項７】
エンジン温度制御用の電子制御弁を更に含み、該電子制御弁が、ウォーターポンプのハウジング入口に取り付けられ且つラジエターの出口に結合した弁ハウジングを含み、前記電子制御弁が、第１位置と第２位置との間を往復自在の弁部材にして、前記第１位置ではラジエターからウォーターポンプのハウジング入口への温度制御用の冷却材流体の流れを許容し、第２位置では前記流れを阻止するようになっており、電動モーターアセンブリに関して接近及び離間する方向に往復作動するように取り付けられ、ラジエターからウォーターポンプのハウジング入口への冷却材流体流れを制御するように位置決めされた弁部材を有し、
ウォーターポンプのハウジング内には、冷却材流体流れをウォーターポンプ内に分岐させるようにしたバイパス入口を設け、
前記弁部材の第１位置と第２位置との間における動作を制御するようにした電子制御システムを設けた請求項６の電動ウォーターポンプ。
【請求項８】
取り付け用フランジの、ウォーターポンプのハウジング出口に面する側に取り付けたＯ−リングシールを更に含む請求項６の電動ウォーターポンプ。
【請求項９】
取り付け用フランジが、ハウジングの周囲を伸延する凹状のキャビティを含み、Ｏ−リングシールが該キャビティ内に位置付けられる請求項８の電動ウォーターポンプ。
【請求項１０】
ハウジングが、実質的にハウジング入口からハウジング出口に向けて伸延する長手方向軸線を有し、取り付け用フランジが、ハウジングの前記長手方向軸線がエンジンの流れ入口と実質的に直交するようにしてエンジンに取り付けられ、かくしてエンジン内への直接的な流れが許容されるようにハウジング上に位置決めされる請求項６の電動ウォーターポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンあるいはディーゼル内燃機関の加熱及び冷却を制御するための電動ウォーターポンプの取付け配列構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
“一体化したウォーターポンプ／エンジン温度電子制御弁”と題する米国特許第６，４９９，４４２号において議論されるように、内燃機関内で燃料が燃焼されると燃料中の約１／３熱エネルギーが出力に変換される。残りの１／３の熱エネルギーは未使用のまま排気管から排出され、別の１／３の熱エネルギーは冷却システムによって取り扱われることになっている。
【０００３】
大抵の内燃機関では燃焼プロセスによって生じた熱エネルギーを放散させるための圧縮冷却システムが使用される。圧縮冷却システムでは、エンジンの特定部分（例えば、エンジンブロック、シリンダー、シリンダーヘッド、ピストン、インテークマニホルド）を取り巻くウォータージャケットを通して水あるいは液体冷却材が循環される。熱エネルギーはこれらのエンジンパーツからウォータージャケット内の冷却材に移行される。周囲空気温度が高い、あるいはエンジンが高負荷の動作状態では移行される熱エネルギーが強すぎて液体冷却材が沸騰（即ち蒸発）し、冷却システムが壊れてしまう。これを防止するために高温の冷却材は沸点に達する十分以前にラジエターを通して循環される。ラジエターは冷却材を液状に保つに十分な熱エネルギーを周囲空気に放散させる。
【０００４】
周囲空気温度が低い、特に華氏０°（−１７．７７８℃）以下のとき、あるいはエンジンが冷間始動されるときは、冷却材が沸騰するに十分高温となるのは希である。故に、冷却材をラジエターに通す必要はなく、また、内燃機関は比較的高温下に動作するときに最大効率下に運転され且つ汚染物排出量も最小であることから、そうした低温状況下では冷却材中の熱エネルギーを放散させることも望ましくない。オイル粘度は温度と共に低下することから、低温下に動作するエンジンではピストンと各シリンダー壁との間の滑り摩擦は、高温下に動作するエンジンにおけるそれよりもずっと大きくなる。低温下に動作するエンジンではエンジン燃焼室内での完全燃焼回数も少なくなり、スラッジの堆積も高温下のエンジンにおけるよりもずっと早くなる。エンジンが冷えているときの燃焼を大きくするための試みとして濃い目の燃料が供給された。こうした事項は全て、燃料経済性を低下させ、炭化水素排出量を増大させる。
【０００５】
冷却材がラジエータに送られないようにするために、従来の冷却システムではサーモスタットが使用される。サーモスタットは逆止弁として作用し、ラジエターへの流れを阻止あるいは許容する。従来の大抵の冷却システムではワックスペレットタイプあるいはバイメタルコイルタイプのサーモスタットが使用される。こうしたサーモスタットは内蔵型のものであり、予め測定された温度値に従い開閉動作する。
【０００６】
冷却システムはエンジンの各パーツを冷却する他にも複数の機能を実行する必要がある。即ち、寒い気候の時には、暖房及び除霜のためのシステムと関連する熱交換器に高温の冷却材を送り、ヒーターやデフロスタから車室内及び窓に暖気が送られるようにする必要がある。冷却システムは、燃焼、特に周囲空気温度が低い環境下あるいは冷えたエンジンを始動させる場合に高温の冷却材をインテークマニホルドに送って燃焼用吸気を加温する必要もある。冷却システムは、エンジンの各パーツが冷えているときの冷却材流体の流量及び流速を少なくし、エンジンが最適な高温運転温度に達し得るようにもすべきであるのが理想的である。周囲空気温度が低い及びあるいはエンジン始動時はインテークマニホルド及びヒーターの一方あるいは両方が高温の冷却材を必要とすること、並びに、これらの各コンポーネンツは通常はエンジンブロックと同じ流れ回路に沿って位置付けられることから、エンジンブロックを通る冷却材流れを完全に遮断するのは実用的ではない。
【０００７】
従来より、冷却システムを自動車のニーズに対してもっと注意深く適合させることや、比較的融通性のない従来のサーモスタットを改善することについての数多くの改善策が提案されてきている。本発明の発明者はそうした改善の幾つかについて特許を取得した。詳しくは、従来の冷却システムの改善策を開示する米国特許第５，５０３，１１８号、同第５，４５８，０９６号、同第５，７２４，９３１号、同第６，４９９，４４２号である。
【０００８】
ウォーターポンプは従来のエンジンではエンジンに冷却材を循環させるために使用される。従来のウォーターポンプは温度制御用の冷却材流体の流れを冷却システムを通して強制的に流動させるための主たる機構として機能する。ウォーターポンプの最も一般的な形態のものは、回転するインペラを用いて流体をエンジンに流入させる機械的な遠心ポンプである。この形式のウォーターポンプは十分な圧力を提供し且つ信頼性も高いが、冷却システムの効率を最大化するために能動制御することは出来ない。
【０００９】
近年、流体の流れをより効率的に制御する電動ウォーターポンプが開発された。電動ウォーターポンプの幾つかは、電動ウォーターポンプ設計のリーダー的存在の１つであるＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社にその何れもが譲渡された、米国特許番号第６，０５６，５１８号、同第６，７０２，５５５号、米国公開特許出願番号第２００４／００８１５６６号に記載されている。
【００１０】
上述したように、従来の冷却システムではラジエターとエンジンとの間における冷却材の循環を弁を用いて制御している。ウォーターポンプとサーモスタットとは代表的には相互に離して取り付けられる。米国特許第６，４９９，４４２号には、電動ウォーターポンプと、温度制御用の電子制御弁とのユニークな組み合わせが記載される。このシステムではウォーターポンプに直付けしたハウジング内に電子制御弁が位置付けられ、これにより電子制御弁とポンプ駆動機構との間で比較的直接的に冷却材流体が流れるようになっている。
【００１１】
米国特許第６，４９９，４４２号には改善された、ウォーターポンプ及び弁組み合わせ配列構成が記載されるが、この組み合わせ配列構成の、エンジンに関する取付け配列は最適化されていない。電子式ウォーターポンプのためのもっと効率化及び最適化された取付け配列構成に対する需要がある。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５，５０３，１１８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４５８，０９６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７２４，９３１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４９９，４４２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，０５６，５１８号明細書
【特許文献６】米国特許第６，７０２，５５５号明細書
【特許文献７】米国公開特許出願番号第２００４／００８１５６６号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６３８，７７５号明細書
【特許文献９】米国特許第５，６６９，３３５号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，５０７，２５１号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，６５７，７２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
解決しようとする課題は、流体入口を有するエンジンブロックとラジエターとを含む内燃機関における温度制御用流体の流れを制御するための電動ウォーターポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、ラジエターからの温度制御用の冷却材流体の流れを受けるように設計され、ハウジング入口及びハウジング出口を備えるハウジングを含み、ハウジング入口が従来様式下にラジエターに連結されるようになっているウォーターポンプが提供される。ハウジング出口はエンジンブロックの内側と連通する設計とされ、ハウジング内には電動モーターアセンブリが取り付けられ、動作中はハウジング入口からハウジング出口へと冷却材流体を流動させるようになっている。ハウジングは、このハウジングをエンジンブロックに取り付けるための取り付け用フランジを含み、この取り付け用フランジは、ハウジング出口をエンジンブロックの流体入口位置に直接位置決めするようにハウジング上で位置付けられる。
１実施例ではウォーターポンプは、このウォーターポンプのハウジング入口に取り付けた弁ハウジング内に位置付けたエンジン温度制御用の電子制御弁を更に含み、この電子制御弁には、ラジエターからウォーターポンプに向かう冷却材流体流れを制御するために第１位置と第２位置との間を往復する弁部材が含まれる。前記第１位置と第２位置との間におけるエンジン温度電子制御弁の往復動作を制御するための電子制御システムが設けられる。
他の実施例ではウォーターポンプは、このウォーターポンプのハウジング入口がエンジンヘッドに取り付けられ、エンジンヘッドからラジエターに向かう冷却材流体の流れを制御するように設計される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明が１つ以上の好ましい実施例に関して説明されるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内及び添付する請求の範囲に含まれ得る全ての別態様、改変例及び相当例を含むものとする。
【００１６】
本明細書において、特に“上”、“下”、“左”、“右”、“水平方向”、“垂直方向”、“上方”、“下方”、とは単に図示された形態を説明するものであり、“阻止”、“抑制”、とは、流体流れの部分的及び完全な防止を共に意味するものとする。
【００１７】
簡潔化のために、エンジン内における温度制御用の冷却材流体の流れが議論される場合は、冷却材流体はエンジン内に形成したウォータージャケットを通して流動していることを理解されたい。例えば、エンジンブロック内を通る冷却材流体が議論される場合は、冷却材流体はエンジンブロックのウォータージャケットを通して流動しているものとする。
【００１８】
図１〜３には本発明の１実施例に従うウォーターポンプが例示され、全体が番号１０で示されている。ウォーターポンプ１０は自動車のバッテリー、あるいはその他の電源から給電される電動のウォーターポンプである。ウォーターポンプは、ハウジング入口１４及びハウジング出口２０とを備えるハウジング１２と、電動モーターアセンブリ１８とを含んでいる。
例示した実施例ではハウジング入口１４はエンジンのラジエター２４の流体出口２２と流体連通される。
【００１９】
図３を参照するに、ハウジング１２が、このハウジング１２をエンジンブロック３０に直接取り付けるための取り付け用フランジ２８を含んでいる。取り付け用フランジ２８は、ハウジング１２と一体形成されたように示されているが、ハウジング１２に装着する別の部品とすることもできる。取り付け用フランジ２８は、ウォーターポンプをエンジンに取り付けるための構造部を提供するべく、ハウジング１２から半径方向外側に突出される。例示した実施例では取り付け用フランジ２８は、ハウジング出口２０に隣り合う位置に沿ってこのハウジング１２の周囲方向に伸延される。以下に議論されるように、取り付け用フランジは、前記ハウジング出口２０がエンジンへの流入通路位置に直接位置決めされる形態付のものとされる。ハウジング１２をエンジンブロック３０に装着するためのボルトのような締め具８０が、取り付け用フランジ２８に形成した孔を貫いて伸延される。各孔はハウジング１２の周囲に沿って等間隔に形成されることが好ましい。
【００２０】
図３に示されるように、電動モーターアセンブリ１８はステーターアセンブリ３２を含み、このステーターアセンブリ３２は内側に取り付けたローターアセンブリ３４を取り巻いている。ウォーターポンプ１０の構造及び動作は米国特許番号第６，０５６，５１８号、同第６，７０２，５５５号、米国公開特許出願番号第２００４／００８１５６６号に記載されており、従ってここでは説明されない。ステーターアセンブリ３２はハウジング１２から離隔され、それによりウォーターポンプ１０を貫く流路３６を確定する。ステーターアセンブリの後方には、冷却材の流れの分岐を助成して流体の停滞ポケットが生じないようにするための曲線状の尾部３８が含まれる。
【００２１】
取り付け用フランジ２８はハウジング１２において、このハウジング１２をエンジンブロック３０に取り付けた時にウォーターポンプ１０のハウジング出口２０がエンジンブロック開口４０位置に直接位置決めされるように位置付けられる。図３に示されるように、ステーターアセンブリ３２を通過した流体流れはローターアセンブリ３４の長手方向軸線と整列する状態下に、流体の流れ方向における乱れが極めて最小化された状態でエンジンブロック３０に直接的に移行される。尾部３８は、エンジンブロック開口４０位置に、あるいは開口に若干入り込みさえする位置に位置付けられる。
【００２２】
ハウジング１２をエンジンブロック３０に直接取り付けることによる幾つかの利益がある。先ず、ウォーターポンプ１０のハウジング出口２０がエンジンブロック位置あるいはエンジンブロックの内部でさえもある位置に直接位置付けられ、かくしてウォーターポンプ１０を出る流れが外部配管要素の影響を受けないことである。電動ウォーターポンプのための従来の取付け配列構成には、ウォーターポンプとエンジンの入口との間の配管（流れ管）が含まれる。大抵の場合、そうした流れ管の内径は電動モーターから離れる方向の流れに影響を与える。本発明ではこの問題は、ウォーターポンプをエンジンに直接取り付け、かくして、電動モーターの下流側での配管を不要化する、あるいは配管寸法を最小化することによって解決されている。
【００２３】
米国公開特許出願番号第２００４／００８１５６６号に示されるウォーターポンプの出口及びエンジンブロック間の流れ管が排除されることにより、流れ管を横断する空気流れによって生じる、潜在的な漏洩位置や潜在的な温度損失源が排除される。
配管が排除されることにより、ずっとコンパクトなウォーターポンプが提供され、冷却システム全体の重量が軽減される。現代の自動車のエンジン画室内には限られた空間しか存在しないことから、部品寸法が減少されるのは非常に望ましいことである。
【００２４】
更には、エンジンにウォーターポンプが直接的に剛性取付けされることで、ホース構造の劣化（漏れの原因）及びその他のエンジン部品の劣化を生じ得る振動が低減される。取り付け用のフランジをローターアセンブリの回転軸線の周囲に位置付けるような形態とすることにより、インペラ４２が回転することによって生じるハウジング１２への負荷がエンジンブロック内部への剪断力として伝達される。これは、その他のウォーターポンプによって付与される負荷の場合よりもずっと好ましいものである。
【００２５】
かくして、電動モーターアセンブリ１８を貫いてウォーターポンプのハウジング入口１４から入った流体はハウジング出口２０を通してエンジンブロック内に直接流入し、エンジンを冷却する。
ハウジング１２とエンジンとの間の漏れを最小化するために、フランジ上にＯ−リングあるいは類似のシール４４を位置付けることが好ましい。取り付け用フランジ２８にはそうしたシール４４を保持するための凹所４６を形成することができる。
【００２６】
本発明は、ラジエターからの流体流れをエンジンブロックを通してエンジン内に分岐させるために取り付けるものとして説明されるが、電動ウォーターポンプ１０をエンジンヘッド５０の出口位置あるいはインテークマニホルド６０の位置でエンジンに位置付けし、エンジンから冷却材を抜き出すことも意図されるものである。本発明の実施例に従うウォーターポンプの１形態が図４に示される。この実施例では、インペラ４２がステーターアセンブリ３２とエンジンヘッド５０との間に位置付けられる。これにより、ウォーターポンプ１０がエンジンヘッド５０の出口から冷却材を抜き出すことが出来るようになる。従来装置におけるように、取り付け用フランジ２８はウォーターポンプ１０をエンジンヘッド５０に取り付けるためにハウジング１２に装着される。取り付け用フランジ２８はインペラ４２に近接してあるいは隣り合ってハウジング１２から半径方向外側に伸延する。これによりインペラ４２は、エンジンヘッド５０に取り付けられるとエンジンヘッド５０の開口５２に隣り合って位置付けられるようになる。ウォーターポンプに入る流体流れを制御するために、冷却材をインペラ４２に向けて分岐させるためのハウジング入口１４を含むことが望ましい。
【００２７】
従来装置におけるように、ウォーターポンプは、エンジンを出た流体流れが方向を変化させることなくウォーターポンプ１０に直接流入するようにエンジンヘッドに取り付けられる。これにより、ウォーターポンプへの応力が低減され、効率が増長される。排出物及び燃費の基準が一段と厳しくなったことにより、将来的にはエンジンに２台あるいは３台さえものウォーターポンプが設置される可能性がある。エンジン直結式のＥ／ＥＰには、振動の改善、圧力低下の減少及び軽量化を含む数多くの効率上の利益がもたらされよう。
【００２８】
米国特許第６，４９９，４４２号に記載されるように、電動ウォーターポンプと組み合わせた弁を設けることがしばしば有益である。図１及び図２を参照するに、本発明の１実施例が示され、エンジン温度制御用の電子制御弁１００が弁ハウジング１０２内に位置付けられている。弁ハウジング１０２はウォーターポンプのハウジング入口１４と、ラジエター２４の流体出口２２との間に取り付けられる。弁ハウジング１０２とウォーターポンプのハウジング１２とは、電子制御弁１００がエンジンポンプ内で電動モーターアセンブリ１８の上流側に位置付けられるような単一ユニットとして形成することが可能である。図には、構造を単純化した２つの別個のハウジングが示される。各ハウジングは、ボルト、クランプあるいは溶接などの好適な任意の手段を使用して装着される。ウォーターポンプ１０と電子制御弁１００とは、この電子制御弁１００から流体流れが実質的に直線の通路に沿って電動モーターアセンブリ１８に向けて流動するように配列される。
【００２９】
電子制御弁１００は、ステップモーターのような手段によって電子制御され得る任意の好適な弁システムとすることができる。１実施例では電子制御弁１００は流体圧制御弁である。弁アセンブリ１０４が弁ハウジング１０２内に取り付けられ、入口１０６と電動モーターアセンブリ１８との間のエンジン温度制御用の冷却材流体の流れを制御する。弁アセンブリ１０６は、弁ヘッド１１０を弁ステムあるいは弁シャフトに取り付けてなる往復式の弁部材を含むことが好ましい。弁ヘッド１１０は弁ハウジング１０２内に位置付けた弁通路１１２内に位置付けられるのが好ましい。弁部材１０８が往復動作すると弁ヘッド１１０が弁通路１１２に関して接近及び離間される。弁部材１０８は、システムの構成に依存して、開位置あるいは閉位置の何れかへとバネ１１４によって偏倚される。圧力源が弁部材１０８を偏倚させるための媒体を供給する。媒体は、オイルポンプあるいはその他の圧力源から供給される加圧作動流体であり得る。加圧作動流体を供給するための流体入口管１１６が弁ハウジング１０２に装着される。
【００３０】
電子制御弁１００の詳細は米国特許第５，４５８，０９６号に記載される。
【００３１】
流れ弁ソレノイド１１８が、好ましくは、加圧オイルの流体入口ライン１１６に沿った流れを制御する。好適なソレノイド及び流体射出システムは“Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ａｃｔｕａｔｉｎｇ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ”と題する米国特許第５，６３８，７７５号に記載されている。流れ弁ソレノイドはエンジン制御ユニット、デジタルコントローラー、信号プロセッサーあるいは類似形式の、制御信号を提供するためのコントローラーからの指令を受ける。簡潔化のためにコントローラーは今後ＥＣＵ２００とも称される。
【００３２】
電子制御弁１００は第１位置と第２位置との間で作動自在である。図１では電子制御弁１００は第１位置で示されている。電子制御弁１００が第１位置にあるとウォーターポンプはラジエターからの流体をハウジング入口１４を通してエンジンブロック３０内に循環させる。電子制御弁１００が図示されない第２位置にあると弁ヘッド１１０が弁通路１１２に座着し、かくしてラジエターからウォーターポンプ１０への温度制御用流体の流れが防止される。
【００３３】
ハウジング１２は、電動モーターアセンブリ１８内への、ハウジング入口１４以外の位置からの温度制御用流体の流入を許容するバイパス入口１５０を含むことが好ましい。このバイパス入口１５０は、流れ管を介してシリンダーヘッドマニホルドに（ラジエター入口を装着する直前に）直接装着し得、あるいはオイルを加熱するためにオイルパン内に取り付けた熱交換器に装着され得る。例示した実施例ではこのバイパス入口１５０は電子制御弁１００と電動モーターアセンブリ１８との間でハウジングに直接装着されている。
【００３４】
図示されるように、バイパス入口１５０を通してウォーターポンプに流入する流れは、電子制御弁１００が第１位置あるいは第２位置の何れかにある場合は妨害を受けない。弁入口１０６の直径がバイパス入口１５０のそれと比較して大きいことが、電子制御弁１００が第１位置にあるときのウォーターポンプ１０内への主たる流れがラジエターからのものであることを保証する。
【００３５】
ウォーターポンプ１０は電子制御弁１００の２つの位置に応じた２つの動作モードを有している。第１の動作モードではウォーターポンプ１０はラジエターからの温度制御用の冷却材流体の流れをエンジンに分岐させてエンジンの通常、即ち暖機（即ちエンジン始動時以後の）運転を制御する。そして第２の動作モードではエンジンは代表的には冷えた状態（即ちエンジン始動時）である。故に、この第２の動作モードでは温度制御用の冷却材流体はエンジンオイルを加熱し、かくしてエンジンの加熱を助成することが望ましい。第２の動作モードではエンジンのずっと高温の部品からの熱がエンジンオイルのようなもっと冷えた部分に伝達され、また電子制御弁１００がラジエターからの流体流れを阻止し、かくして温度制御用の冷却材流体がラジエターによって冷却されることなく（バイパス入口１５０を通して）エンジンブロック内で連続的に再循環される。
【００３６】
ＥＣＵ２００は、予め決定した値に基づき電子制御弁１００の動作を好ましく制御する。ＥＣＵ２００の好ましい運転方法は米国特許第５，６６９，３３５号、同第５，５０７，２５１号、同第５，６５７，７２２号に記載される。ＥＣＵ２００は、電子制御弁１００を特定の位置で何時及びどれだけ長く動作させるべきかを決定する。
【００３７】
本発明によれば、エンジン内の冷却材流体の流れを制御するための新規な電動ウォーターポンプ取付け配列構成が提供される。この取付け配列構成によれば、エンジンの内部（及び外部）への直接的な流れが許容され、かくして不要な内部圧力、流れの抑制その他が最小化される。これらの内部負荷が最小化されることにより冷却システムはより堅牢なものとなる。
【００３８】
本発明のウォーターポンプは制御弁を含むものとして説明されたが、弁を含まない場合も意図されるものである。更には、電子制御システムが制御弁のみを制御するものとして説明されたが、ＥＣＵ２００は弁に加えてあるいは弁に代えて、ウォーターポンプの電動モーターアセンブリ１８の動作を制御するためにも使用することが可能である。よって、ウォーターポンプによる再循環を、エンジンブロックを直接通る冷却材流体の流れを制御するように制御することができる。
【００３９】
図５を参照するに、図３の実施例の変形例が例示されている。本実施例では、ウォーターポンプへの流体流れを制御するために、より好ましいラックアンドピニオン式の弁が使用される。詳しくは、弁４００はラジエター入口４２５及びバイパス入口４２６からの流体を受け、流体を混合／配分（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ）し、次いで出口４２７を通してポンピングする。ピストンが、シール４２３に接触する状態で載置されることにより、冷間始動時のラジエターへの流体流れが防止される。ピストンはラックアンドピニオンシステムにより制御され、ベローズ／バネ組み合わせ体を含んでいる。ピストン及びシャフト４２１は本実施例ではワンピース型の部品とされ、シャフトは、ピニオンギヤ４２２がモーター４２４と係合することによって駆動される歯をその一部分に沿って有している。モータは、駆動されるとピストンをボア内に位置決めする直線的様式下においてピストンを駆動する。
【００４０】
ピストンシャフトはベローズと称するエラストマー／バネ組合せ体によって取り巻かれる。ベローズには２つの機能、即ち、ピストンシャフト及びモーターキャビティを作動液からシールする機能と、フェイルセーフモード用のバネ源を提供する機能とを有している。ベローズは２つの要素、即ち、エラストマー製の外側部分とバネとより成り立ち、その長さは、このベローズの自然静止状態においてピストンを混合チャンバ内の中間位置に位置決めするような設計とされる。これにより、モーターへの電力が失われるあるいは断続された場合にピストンはラジエターへの部分流れが許容されかくしてフェイルセーフモードが提供されるような位置に自動的に位置決めされる。前記長さとすることによる別の利益には、ピストンが混合チャンバからある程度離れて位置決めされることで、例えば仮に自動車を保管するような長い時間静止した場合に、ピストンがシールあるいは端部ハウジングに載置及び恐らくは粘着してしまう恐れが無くなることが含まれる。前記特定長さとすることによる更に他の利益には、ピストンがその全移動範囲において移動する場合にベローズがその自然静止状態からの全移動距離の半分の距離のみにおいて交互に伸縮されることである。これにより、バネ及びエラストマー双方への応力が減少され、かくして、ベローズを予備負荷状態で組み込み、次いで作動中はベローズを圧縮させるのみである通常の方法と比べてベローズの寿命が大幅に増長される。
【００４１】
図５及び６にはシール機構の別態様が示される。本実施例では、ピストンアセンブリ４５０は、弁ハウジングに接近して載置され、内側に取り付けたスクレーパー４５３及びシール４５４に大きな破片等が到達しないようにするためのシールドとして作用するスリーブ４５２を含んでいる。スクレーパー４５３及びシール４５４は、流体がモーターキャビティに到達するのを防止する。本実施例ではバネ４５１が、モーターへの電力が失われた場合は常にピストンアセンブリを移動するための力を提供する。バネの長さは、ピストンアセンブリがその自然静止状態にあるときピストン移動距離のおよそ中間の位置とされ、かくして前述の“フェイルセーフモード”が提供されるようなものであることが好ましい。図５には、バイパスループからの全流れが許容され、ラジエターからの流れは許容されないピストンアセンブリ位置が示される。図６には、ラジエターからの全流れが許容されるピストンアセンブリ位置が示される。
ラックアンドピニオンドライブは、電気ソレノイドを用いてピストンを位置決めする手段により代替される。この状況は図７に示される。図７の実施例ではシャフトはピストンの一端に装着され、中実金属製のスラグ５４１がピストンの他端に装着される。コイル５４０はスラグ５４１をコイル５４０に関してシーケンス的に作動させる。本実施例でも、電力が失われた場合にピストンを好ましくは混合チャンバの中心であるその中立位置に復帰させるためにバネが使用される。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の１実施例に従う電動ウォーターポンプの位置を例示する内燃機関の概略平面図である。
【図２】本発明の１実施例に従う、ウォーターポンプ及び弁組み合わせ配列構成の部分拡大断面図である。
【図３】エンジンブロック内への流体流れを制御するための電子ウォーターポンプの取付け配列構成の１実施例における断面図である。
【図４】エンジンヘッドを出る流体を制御するための電子ウォーターポンプのための取付け配列構成の他の実施例における断面図である。
【図５】電子ウォーターポンプと共に使用するための電子弁の他の実施例を表す断面図である。
【図６】電子ウォーターポンプと共に使用するための電子弁の他の実施例を表す断面図である。
【図７】本発明で使用するための更に他の実施例における電子弁の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ウォーターポンプ
１２  ハウジング
１４  ハウジング入口
１８  電動モーターアセンブリ
２０  ハウジング出口
２２  流体出口
２４  ラジエター
２８  フランジ
３０  エンジンブロック
３２  ステーターアセンブリ
３４  ローターアセンブリ
３６  流路
３８  尾部
４０  エンジンブロック開口
４２  インペラ
４４  シール
４６  凹所
５０  エンジンヘッド
６０  インテークマニホルド
１００  電子制御弁
１０２  弁ハウジング
１０４  弁アセンブリ
１０６  弁入口
１０８  弁部材
１１０  弁ヘッド
１１２  弁通路
１１４  バネ
１１６  流体入口ライン
１１８  流れ弁ソレノイド
１５０  バイパス入口
４００  弁
４２１  ピストン及びシャフト
４２２  ピニオンギヤ
４２３  シール
４２４  モーター
４２５  ラジエター入口
４２６  バイパス入口
４２７  出口
４５０  ピストンアセンブリ
４５１  バネ
４５３  スクレーパー
４５４  シール
５４０  コイル
５４１  スラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2006057635000001.pdf