(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのラジエータ回路（４）およびバイパス回路（８）を含む自動車の内燃機関（１０）の冷却液回路（２）用冷却液ポンプ（１）であって、
ラジエータ（６）からの供給（ＺＫ）用の吸込管（２２）、前記バイパス回路（８）からの供給（ＺＢ）用のバイパス管（２４）、及び前記自動車機関（１０）への冷却液の供給（ＺＭ）用の圧力管（３４）を有する冷却液ポンプハウジング（１４）と、
前記冷却液ポンプハウジング（１４）内に配置され、モータハウジング（２８）が冷却液の流れの内側に配置され、ポンプシャフト（３０）を介してポンプインペラ（３２）を駆動する冷却液ポンプ電動モータ（２６）と、
前記冷却液ポンプハウジング（１４）に対し動作可能に一体化された切換弁（４０）と、
を備え、
前記吸込管（２２）は、ポンプモータ（２６）の、前記ポンプインペラ（３２）から遠くを向いている端部（４４）の領域（４２）に配置され、
前記バイパス管（２４）は、前記吸込管（２２）の下流に位置する領域（４６）に配置され、
前記圧力管（３４）は、前記バイパス管（２４）の下流に位置する領域（４８）に配置され、
前記ラジエータ（６）からの供給（ＺＫ）として吸込管（２２）により取り込み得る冷却液（ＫＺＫ）のみが、前記ポンプモータハウジング（２８）の外壁（５２）と、前記ポンプハウジング（１４）の内壁（５４）および／または前記切換弁（４０）の内壁（６０）とにより選択的に画定された流路（５６）を通る周縁の流れ（５０）になって前記ポンプモータ（２６）を通過して取り込まれ得、
前記切換弁（４０）は、前記冷却液ポンプ（１）の長手方向Ｘに滑動式に転置させ得るスプール弁の形態を有し、
前記スプール弁は、円筒形スリーブ（７２）の形態を有し、前記バイパス管（２４）の出口（６２）の領域の下流に、半径方向内側に環状の周縁シール（８６）を有し、
当該周縁シール（８６）は、前記切換弁（４０）が閉鎖される「バイパス閉鎖」位置では、端面（８８）を前記ポンプハウジング（１４）の環状シール座部（９０）に当てて前記出口（６２）を密閉式に閉鎖し、かつ／または「バイパス開放」の開放状態では、前記ポンプモータハウジング（２８）またはポンプシャフトハウジング（９４）に、径方向内側向きのシールリップ（９２）を当てて、前記流路（５６）を密閉式に閉鎖し、
前記切換弁（４０）は、前記ラジエータ回路（４）からの冷却液のみを供給できる位置、前記バイパス回路（８）からの冷却液のみを供給できる位置、及び、前記ラジエータ回路（４）及び前記バイパス回路（８）からの冷却液を混合できる位置に切り換えられ、
前記バイパス管（２４）は、前記冷却液ポンプ電動モータ（２６）の下流に位置することを特徴とする冷却液ポンプ。
【請求項２】
バイパス管（２４）から取り込み得るバイパス回路（８）の冷却液（ＫＺＢ）は、前記切換弁（４０）によって、前記ラジエータ回路（４）から到達する前記冷却液（ＫＺＫ）と混合され、
前記バイパス管（２４）の出口（６２）が、前記切換弁（４０）によって開閉されるように適合されるとともに、前記ポンプインペラ（３２）の上流の領域（４６）に配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項３】
前記切換弁（４０）の出口（６２）は、前記ポンプインペラ（３２）と前記流路（５６）の下流端部（６４）との間の領域（４６）に配置されることを特徴とする請求項２に記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項４】
前記ポンプモータ（２６）およびポンプシャフト（３０）は、前記ポンプハウジング（１４）の長手方向軸線Ｘと同軸に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項５】
前記ポンプモータ（２６）を囲む前記モータハウジング（２８）の前記外壁（５２）と、前記ポンプハウジング（１４）の内壁（５４）および／または前記切換弁（４０）の内壁（６０）とにより画定される前記流路（５６）が、環状の断面を有し、その中を、前記ラジエータ（６）からの供給（ＺＫ）用の吸込管（２２）を通って取り込み得る前記冷却液（ＫＺＫ）が、前記ポンプハウジング（２８）を環状に囲む円周方向の流れ（５６）になって前記ポンプモータ（２６）を通って取り込まれ得ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項６】
前記流路（５６）は、流れの方向が一定である断面（６６）を有し、
前記流路（５６）の端部における直径から前記圧力管（３４）の内径（７０）への狭窄は前記ポンプモータ（２６）の下流端部（６８）から前記ポンプインペラ（３２）で行われることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項７】
前記切換弁（４０）は、「バイパス閉鎖」の閉鎖位置から「バイパス開放」の開放位置へ連続的に切り換え可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項８】
前記スプール弁（７２）は、作動ソレノイド（７６）、熱膨張要素（１１２）、液圧部材のいずれかから構成されるアクチュエータにより転置され得ることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項９】
前記シール（８６）の径方向内側向きの面が、前記モータハウジング（２８）または前記ポンプシャフトハウジング（９４）と対向する形状に相当する形状を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項１０】
前記スプール弁（７２）の前記作動ソレノイド（７６）は、前記スプール弁（７２）の円筒形スリーブにより形成される電機子（７４）を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項１１】
前記作動ソレノイド（７６）は、前記ポンプハウジング（１４）内に配置され、前記電機子（７４）を囲むコイルキャリヤ（７８）を含むことを特徴とする請求項１０に記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項１２】
前記バイパス管（２４）の下流かつ前記ポンプインペラ（３２）の上流に、加熱回路、変速装置用熱交換器、潤滑油熱交換器、シリンダブロック冷却回路またはその他同種のもののための戻り流部（３８）が、前記ポンプハウジング（１４）と結合していることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項１３】
前記ポンプハウジング（１４）は、２つの部分（１６、１８）から形成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項１４】
前記作動ソレノイド（７６）は、長手方向Ｘに向けられたコイル端子（９６）を有し、当該コイル端子（９６）は、２つのハウジング部（１６、１８）を結合させると、相互関連端子（９８）により、ＣＰＵなどの他のハウジング部（１８）内に収容された制御手段（１００）と接触させ得ることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項１５】
前記冷却液ポンプ電動モータ（２６）により前記ポンプインペラ（３２）を駆動させることに加えて、駆動ホイール（１０６）が設けられ、当該駆動ホイール（１０６）は、前記ポンプハウジング（１４）の外側の前記ポンプシャフト（３０）と同軸に配置され、フリーホイール（１０８）を介して前記ポンプシャフト（３０）に連結されることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項１６】
ワックスからなる前記熱膨張要素（１１２）は、前記ポンプハウジング（１４）内の圧力管（３４）に隣接した領域に配置され、隔壁（１１６）によって関連の前記別の冷却液（１２０）と分けられて、その結果、前記熱膨張要素（１１２）の温度による体積の変化が、前記冷却液（１２０）に伝達され、次いで、当該冷却液は、前記接続ライン（１２２、１２４）を介して、液圧作動するように適合されている前記スプール弁（７２）のシリンダチャンバ（１２６）内へ押し退けられることを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載の冷却液ポンプ（１）。
【請求項１７】
少なくとも１つのラジエータ回路（４）およびバイパス回路（８）を備える自動車の内燃機関（１０）の冷却液回路（２）用の冷却液ポンプ（１）であって、
ラジエータ（６）からの供給（ＺＫ）用の吸込管（２２）、前記バイパス回路（８）からの供給（ＺＢ）用のバイパス管（２４）、及び前記自動車機関（１０）への冷却液の供給（ＺＭ）用の圧力管（３４）を有する冷却液ポンプハウジング（１４）と、
前記冷却液ポンプハウジング（１４）内に配置され、モータハウジング（２８）が冷却液の流れの内側に配置され、ポンプシャフト（３０）を介してポンプインペラ（３２）を駆動する冷却液ポンプ電動モータ（２６）と、
前記冷却液ポンプハウジング（１４）に動作可能に一体化された切換弁（４０）と、
を備え、
前記吸込管（２２）は、ポンプモータ（２６）の、前記ポンプインペラ（３２）から遠くを向いている端部（４４）の領域（４２）に配置され、
前記バイパス管（２４）は、前記吸込管（２２）の下流に位置する領域（４６）に配置され、
前記圧力管（３４）は、前記バイパス管（２４）の下流に位置する領域（４８）に配置され、
前記ラジエータ（６）からの供給（ＺＫ）として前記吸込管（２２）により取り込み得る冷却液（ＫＺＫ）のみが、前記ポンプモータハウジング（２８）の外壁（５２）と、前記ポンプハウジング（１４）の内壁（５４）および／または前記切換弁（４０）の内壁（６０）とにより選択的に画定された流路（５６）を通る周縁の流れ（５０）になって前記ポンプモータ（２６）を通過して取り込まれ得、
前記切換弁（４０）は、前記ラジエータ回路（４）からの冷却液のみを供給できる位置、前記バイパス回路（８）からの冷却液のみを供給できる位置、及び、前記ラジエータ回路（４）及び前記バイパス回路（８）からの冷却液を混合できる位置に切り換えられ、
前記バイパス管（２４）は、前記冷却液ポンプ電動モータ（２６）の下流に位置することを特徴とする冷却液ポンプによって冷却液を輸送する方法であって、
− 前記ラジエータ（６）から、冷却液供給（ＺＫ）用の、前記冷却液ポンプハウジング（１４）の前記吸込管（２２）を通って、前記冷却液ポンプ（１）に冷却液を供給するステップと、
− 前記バイパス回路（８）から、供給（ＺＢ）用の前記バイパス管（２４）を通って、前記冷却液ポンプハウジング（１４）の前記冷却液ポンプ（１）に冷却液を供給するステップと、
− 前記冷却液ポンプ（１）から、前記冷却液の戻り部（ＺＭ）用の前記圧力管（３４）を通って、前記自動車機関（１０）に冷却液を戻すステップと、
− 前記冷却液ポンプハウジング（１４）内に配置され、前記ポンプシャフト（３０）を介して前記冷却液ポンプ電動モータ（２６）により駆動される前記ポンプインペラ（３２）によって、前記冷却液（１）を循環させるステップであって、前記冷却液ポンプ電動モータ（２６）は、冷却液の流れの内側に配置される前記循環ステップと、
− 前記冷却液ポンプハウジング（１４）内へ動作可能に一体化された前記切換弁（４０）によって、前記冷却液ポンプを循環して流れる前記冷却液の混合比を調節するステップと、
を含み、
− 前記ラジエータ（６）から到達する冷却液が、前記ポンプモータ（２６）の、前記ポンプインペラ（３２）から遠くを向いている前記端部（４４）の前記領域（４２）内の前記吸込管（２２）を介して供給され、
− 前記バイパスから到達する冷却液が、前記吸込管（２２）の下流に位置する前記領域（４６）内の前記バイパス管（２４）を介して供給され、
− 前記冷却液が、前記バイパス管（２４）の下流に位置する前記領域（４８）内の前記圧力管（３４）を介して取り出され、
− 供給（ＺＫ）として前記ラジエータ（６）から前記吸込管（２２）を通って供給される冷却液（ＫＺＫ）のみが、前記ポンプモータハウジング（２８）の前記外壁（５２）と、前記ポンプハウジング（１４）の前記内壁（５４）および／または前記切換弁（４０）の前記内壁（６０）とにより選択的に画定された前記流路（５６）を通って、前記ポンプモータ（２６）を通り過ぎて前記周縁の流れ（５０）になって取り込まれることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１から１６のいずれかに記載の冷却液ポンプによって冷却液を輸送する方法であって
− 前記ラジエータ（６）から、冷却液供給（ＺＫ）用の、前記冷却液ポンプハウジング（１４）の前記吸込管（２２）を通って、前記冷却液ポンプ（１）に冷却液を供給するステップと、
− 前記バイパス回路（８）から、供給（ＺＢ）用の前記バイパス管（２４）を通って、前記冷却液ポンプハウジング（１４）の前記冷却液ポンプ（１）に冷却液を供給するステップと、
− 前記冷却液ポンプ（１）から、前記冷却液の戻り部（ＺＭ）用の前記圧力管（３４）を通って、前記自動車機関（１０）に冷却液を戻すステップと、
− 前記冷却液ポンプハウジング（１４）内に配置され、前記ポンプシャフト（３０）を介して前記冷却液ポンプ電動モータ（２６）により駆動される前記ポンプインペラ（３２）によって、前記冷却液（１）を循環させるステップであって、前記冷却液ポンプ電動モータ（２６）は、冷却液の流れの内側に配置される前記循環ステップと、
− 前記冷却液ポンプハウジング（１４）内へ動作可能に一体化された前記切換弁（４０）によって、前記冷却液ポンプを循環して流れる前記冷却液の混合比を調節するステップと、
を含み、
− 前記ラジエータ（６）から到達する冷却液が、前記ポンプモータ（２６）の、前記ポンプインペラ（３２）から遠くを向いている前記端部（４４）の前記領域（４２）内の前記吸込管（２２）を介して供給され、
− 前記バイパスから到達する冷却液が、前記吸込管（２２）の下流に位置する前記領域（４６）内の前記バイパス管（２４）を介して供給され、
− 前記冷却液が、前記バイパス管（２４）の下流に位置する前記領域（４８）内の前記圧力管（３４）を介して取り出され、
− 供給（ＺＫ）として前記ラジエータ（６）から前記吸込管（２２）を通って供給される冷却液（ＫＺＫ）のみが、前記ポンプモータハウジング（２８）の前記外壁（５２）と、前記ポンプハウジング（１４）の前記内壁（５４）および／または前記切換弁（４０）の前記内壁（６０）とにより選択的に画定された前記流路（５６）を通って、前記ポンプモータ（２６）を通り過ぎて前記周縁の流れ（５０）になって取り込まれることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に係る冷却液ポンプ、および請求項２２の前文に係る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関の燃料消費に対する最近の調査から、今日の自動車内燃機関において一貫して行なわれる熱処理において、燃料を約３〜５％節減し得ることが分かった。ここでいう熱処理とは、内燃機関をエネルギー学的かつ熱力学的に最適に作動させる方法をいう。この目的のために、熱の流れを、したがって機関内の温度分布を能動的に制御する必要がある。
【０００３】
したがって、冷却液のスループットおよび被循環冷却液の温度の正確なフィードバック制御も必要になってくる。よって、内燃機関の回転速度に一定の結びつきを有する通常の冷却液ポンプの代わりに、回転速度が可変でしたがって流量を制御可能な冷却液ポンプの使用が増加しつつある。
【０００４】
本出願人は、独国特許出願公開第ＤＥ１００  ４７  ３８７号明細書において、この目的のための一般的な電動冷却液ポンプについて既に説明している。この入念に試験が行われた電動冷却液ポンプは、持続的に、本出願人によりさらに開発が行われている。それに基づいて改良されて切換弁が一体化された電動冷却液ポンプが、独国特許発明第ＤＥ  １０２  ０７  ６５３号明細書に記載されている。
【０００５】
ここに述べるように切換弁が一体化された電動冷却液ポンプは、冷却液ポンプハウジングを含み、当該冷却液ポンプハウジングは、ラジエータからの供給用の吸込管と、バイパス回路からの供給用のバイパス管と、自動車機関（エンジン）に冷却液を供給するかまたは戻すための圧力管とが設けられている。冷却液ポンプハウジング内には、冷却液ポンプの電動モータが配置され、それらのモータハウジングは、循環する冷却液の流れの内側に配置される。ポンプモータが、ポンプシャフトを介して、ポンプインペラを駆動して、冷却液を循環させる。吸込管およびバイパス管は、冷却液ポンプハウジング内へ一体化された切換弁のポンプ上流に通じる供給部内へ一体化される。その結果、切換弁が開放された状態において、ラジエータから到達する低温の冷却液と、自動車機関から直接到達する加熱された冷却液との混合物が、ポンプインペラにより取り込まれる。また、この冷却液の混合物は、下流の場所に位置する圧力管へ向かいポンプモータを通って自動車機関に供給されるかまたは戻される。
【０００６】
切換弁が一体化されたこの電動冷却液ポンプが、実施可能であることが既に分かっているが、本出願人による最近の研究から、次のことが分かった。すなわち、冷却液ポンプ内に組み込まれた電気および／または電子部品は、冷却液混合物が電動モータハウジングの周りを循環して流れるにもかかわらず、少なくとも一時的に、極めて高い熱負荷にさらされることが明らかになった。
【０００７】
したがって、ラジエータにより冷却され、そこからポンプに流れる冷却液の、ポンプの出口における最高温度は、例えば１１３℃となる。自動車のラジエータを設計するための所望のこの上限値は、自動車産業が定めたものである。その目的は、砂漠などの非常に高温の地域においても、自動車両の作動中に、冷却された冷却液が、ある温度範囲内の自動車両機関に利用可能である。そして、１１３℃の最高入口温度で機関に供給され、なお内燃機関から熱を十分に吸収し、通常の冷却液に許容される最高１３０℃に対して１２０℃の上限に達するまで少なくとも７℃から１７℃の余裕を残した温度範囲で、ラジエータに熱を放散させ得ることを保証することである。
【０００８】
したがって、機関から取り出された冷却液の温度は、容易に１２０℃に達し、あるいは好ましくない場合には、さらに高く、すなわち１３０℃に達する場合がある。
【０００９】
さらに、最新の内燃機関には、短またはバイパス回路が設けられ、それにより、機関から到達する加熱された冷却液は、冷却液ポンプを経由して機関に直接戻され得る。これによって、例えば低温始動の際に、機関の全暖機運転段階を短縮し、低温始動に続くシリンダスリーブの加熱をさらに迅速に行い、摩擦学の点から最適な温度のフィードバック制御を行い得ることを目的とする。
【００１０】
冷却液ポンプ内に組み込まれる電子・電気部品であって、例えば、ポンプインペラまたは電子部品を駆動する電動モータや、モータ速度、ポンプ容量、弁の位置または他の機能の制御および／または調節を行うセンサ、変換器または制御回路などの、冷却液ポンプ内に組み込まれる電子・電気部品は、限られた温度に適合するので、過度の高温にはさらしてはいけない。手頃な価格で購入でき、自動車工学において認められており、十分な数の部品を入手できる部品の一部分のみが、１２０℃の最高温度で作動し得る。この温度を上回ると、そのような電気および／または電子部品は、たちまち熱破壊される危険がある。したがって、例えば１３０℃まで加熱される場合があるバイパス回路の冷却液が、冷却液ポンプにより循環されると、冷却液ポンプの電気および／または電子部品が、これらの部品を破壊することになる熱負荷にさらされると考えられる。
【００１１】
さらに、例えば、独国特許発明第ＤＥ  １０２  ０７  ６５３号明細書に記載の電動冷却液ポンプの場合のように、３／２ウェイ切換弁の２つの切換位置は、総合的な応用には幾分不十分であると自動車産業では考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、上述の欠点を回避すると同時に、内部に組み込まれた電子および／または電気部品が過熱する危険のない、切換弁を一体化した対流冷却式の電動冷却液ポンプを提案することが、本発明の目的である。さらに、この目的に適する方法を明示することが、本発明の目的である。
【００１３】
請求項１の特徴による装置技術および請求項２２の特徴によるプロセス技術によって、この目的を達成する。
【００１４】
独国特許発明第ＤＥ  １０２  ０７  ６５３号明細書に記載されているように切換弁が一体化された電動冷却液ポンプから始めると、提案するものは、このタイプの改良された冷却液ポンプである。新たに提案し、少なくとも１つのラジエータ回路およびバイパス回路を含む、自動車の内燃機関の冷却液回路用の冷却液ポンプには、冷却液ポンプハウジングが設けられ、この冷却液ポンプハウジングは、ラジエータからの供給用の吸込管と、バイパス回路からの供給用のバイパス管と、自動車機関からの冷却液の供給用の圧力管とを有している。さらに、冷却液ポンプには、冷却液ポンプ電動モータが、冷却液ポンプハウジング内に配置され、モータハウジングが冷却液の流れの内側に配置され、ポンプシャフトを介してポンプインペラを駆動する。さらに、冷却液ポンプは、冷却液ポンプハウジング内に一体化された切換弁を含む。
【００１５】
ここで、まず、吸込管を、ポンプモータの、ポンプインペラから遠くを向いている端部領域に配置する。さらに、バイパス管を、吸込管の下流に位置する領域に、特にポンプモータの下流の領域に配置する。圧力管を、バイパス管の下流に位置する領域に、特にポンプインペラの下流にまたはポンプインペラの周りの領域に配置し、最後に、供給用吸込管を介してラジエータにより直接取り入れ得る冷却液だけが、流路の中を周縁の流れになって、ポンプモータを流れ、この流路は、ポンプモータハウジングの外壁と、ポンプハウジングの内壁および／または切換弁の内壁とにより画定されており、したがって、その結果、ポンプモータ並びに他の電子および／または電気部品が、最適に冷却され得る。
【００１６】
一体化された切換弁を含む既知の電動冷却液ポンプの他に、本発明に係る冷却液ポンプでは、ポンプ中の流れの方向を、最初に逆にする、すなわち、ラジエータから到達する冷却された冷却液、特に液体の、主成分が水である冷却液が、いわば後部からポンプに供給される。したがって、初めはラジエータから到達する低温の冷却液は、ポンプモータを通って流れ、その廃熱を吸収し、こうして電動モータと容易に適合し得る許容作動温度へ冷却し、これは、ラジエータから到達する冷却液がバイパス回路から供給される高温の冷却液と任意選択的に混合され、この冷却液の混合物がポンプインペラにより加速または循環され、圧力管を介して自動車両機関から取り出されるかまたは戻される前に行われる。
【００１７】
したがって、電子部品および／または電気部品が、冷却液ポンプ内において使用されることが好ましく、それらの温度の適合性は、約１１５℃から１２０℃の限定された範囲である。すなわち、ラジエータから到達する冷却液の最高温度が１１３℃であるために、これらの部分および／または部品の過熱は、概ね起こらなくなる。
【００１８】
自動車を、例えば砂漠などの高温の地域において作動させるときでさえ、自動車産業が定めているラジエータの最高温度を考慮して、いくつかの部品にとって臨界温度である１２０℃の温度の許容限度を越える恐れはなく、自動車機関からの十分な熱放散が保証されて、その結果、最終的に、電動冷却液ポンプの電子部品または電気部品は、１２０℃では熱破壊発生の恐れがあるが、例えば最高１１５℃までは確実に作動させ得ることが好ましい。結果として、実質的によりコスト効率の良い電子部品を組み込み得る。
本発明に係る冷却液ポンプは、頑丈さが増したこと、使用範囲が広いこと、および製造コストが明らかに下がることをさらに特徴とする。対流冷却されるかまたは冷却液で冷却される、本発明に係る電動冷却液ポンプは、市場に存在する既知の解決法と比較して低コストで特に信頼できる代替物である。
【００１９】
さらに、サイズが大きいかまたは強力な電動モータを初めて使用し得る。これらが、高い熱負荷を生成することがよくあるのは事実だが、しかしながら、この熱負荷は、本発明によれば電動モータにおいて常に利用可能である低温の冷却液量により容易に解消され得る。自動車冷却液ポンプの構造において、１２Ｖのバッテリー電圧で５００Ｗの最大出力を消費することで、従来超えられないと考えられている容量限度は、もはや超えられない障壁ではない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の有利な開発は、サブクレームの特徴からもたらされる。
【００２１】
好ましい実施形態では、バイパス管を通って取り込まれ得るバイパス回路の冷却液が、切換弁の助けによりポンプモータの下流のラジエータ回路から到達する冷却液に混合され得る。この目的のために、切換弁の助けにより再度開閉されるように適合させたバイパス管の出口は、ポンプインペラの上流の領域に配置されて、その結果、ラジエータから到達する冷却された冷却液とバイパスから到達する加熱された冷却液との冷却液の混合は、ポンプインペラにより促進または循環され得る。別の好ましい実施形態では、切換弁の出口は、ポンプインペラと流路の下流端部との間の領域に配置される。
【００２２】
これによって、ラジエータから到達する冷却された冷却液は、ポンプモータが冷却を行う純粋なまたは未混合の状態において、また任意選択的にさらにポンプモータの領域に配置された他の電気および／または電子部品の冷却に、十分利用し得ることが保証される。さらに、バイパス回路から到達する加熱された冷却液から、ラジエータ回路から到達する冷却された冷却液内への熱の導入は、冷却液ポンプ電動モータの下流において生じるだけであり、したがって、ポンプモータの最適な冷却に影響することなく、機関制御に望ましいまたは必要な混合物の温度を意図的に調節または制御し得ることが保証される。
【００２３】
別の好ましい実施形態では、ポンプモータおよびポンプシャフトは、ポンプハウジングの長手方向軸線と同軸に配置され得る。たとえ、ポンプシャフトをポンプモータの長手方向軸線と同軸に配置する場合に異なる構造を考えられても、それでも、部品のこのグループは、ポンプハウジング内に非対称的にまたは偏心させて配置され、これらによって、ハウジングの製造時に価値ある利点をあるいは得られる。しかしながら、実質的にさらに簡易な構造を有することから、同心または同軸の変形が好ましく、その構造は、対称であることによってさらに容易に実施することができ、また、その構造によって、流れの技術という点で最大の利点を得られ、それと同時に、コストの点で最も好ましい解決法もまた示される。
【００２４】
別の好ましい実施形態では、ポンプモータを囲むモータハウジングの外壁と、ポンプハウジングの内壁とにより画定される流路の断面は、環状にし得る。流路をこのように環状することによって、冷却された状態で、ラジエータからの供給により取り込まれ得る冷却液は、ポンプモータの、ポンプインペラから遠くを向いている端部から始まり、モータハウジングを環状に囲む周縁の流れになって、ポンプモータを通り過ぎて取り込まれ得る。したがって、電動モータによって生成される熱は、全面的に均一に消費されることが好ましい。これによって、所々または一部の表面に生じる加熱、すなわちいわゆる「ホットスポット」でさえ、排除される。これによって、ポンプモータに適する温度で信頼性の高い作動が永続的に行われることが保証される。
【００２５】
別の好ましい実施形態によれば、流路の断面は、流れの方向に一定にすることができる。ここで、流路の端部における直径は、ポンプモータの下流の端部からポンプインペラへ、圧力管の直径まで狭窄している。これによって、流動学の見地から特に好ましい変形が明示される。冷却液ポンプによりラジエータから取り込まれる低温の冷却液は、一定の断面において少しの流れの損失もなしにポンプモータを通り過ぎて流れ得、それと同時に、最適の方法で、ポンプモータを冷却し、次に、流路の端部が狭窄していることにより、ポンプインペラにより取り込まれ、あるいは加速された状態で圧力管に供給されて、狭窄により、ポンプインペラへの流量全体がまとめられ、また、さらに、流体力学の点から、冷却液が加速される。さらに、圧力損失は回避されることが好ましく、不適当な乱れが排除される。
【００２６】
別の好ましい実施形態では、切換弁は、「バイパス閉鎖位置」である閉鎖位置から、「バイパス開放位置」である開放位置へ連続的に切り換えられる。
【００２７】
したがって、独国特許発明第１０２  ０７  ６５３号明細書から既に分かっている３／２ウェイ弁の利点だけを用いるのではなく、弁の連続制御を選択することにより、これらの利点は拡大する。したがって、自動車機関のための熱制御に望ましいまたは必要である、低温の冷却液と高温のバイパス冷却液とのどんな温度の混合比への調節も行い得る。したがって、自動車機関の機関制御または熱制御によって、機関のための作動条件を能動的に最適に調節し得る。
【００２８】
別の好ましい実施形態では、切換弁は、冷却液ポンプの長手方向において滑動転置させ得るスプール弁の形態である。特に好ましい実施形態では、スプール弁は、円筒形のスリーブの形態である。後者は、例えば、金属からなり得る。代替物として、スプール弁をプラスチックまたはその他同種のものから形成することも考えられる。ここで、例えば冷却液ポンプハウジングの製造のためにプラスチックも使用し得る。
【００２９】
スプール弁と同様に冷却液ポンプハウジングは、特に好ましいやり方で、例えばプラスチック射出成形技術により製造し得る。これらの部品の後処理は、不要であることが好ましい。
【００３０】
スプール弁を装備した切換弁は、弁がうまく機能しなかった場合、ラジエータの入口がとにかく開放されるように、フェールセーフ位置になるという別の利点を提供する。さらに、それは、非常に少ない圧力差が、理想的にはゼロに向かうことを特徴とする。したがって、圧力降下は、スプール弁において生じず、これによって、最終的には、弁を切り換えるまたは作動させるための切換力が、非常に低くて済むという効果があることが好ましい。
【００３１】
スプール弁の動く方向が、ラジエータから到達しポンプモータおよびスプール弁を通り過ぎて流れる冷却液の主な流れの方向と平行であることによって、スプール弁が、特に低い摩擦損失または流れの損失を有することによって、このプラスの効果はさらに高くなる。
【００３２】
スプール弁が漏出を生じることなく形成され得ることは、別の利点である。対照的に、回転弁の場合、それらの部分が主な流れの方向を横切って移動する結果、漏出を完全には回避することができない。
【００３３】
さらに、本発明に係る冷却液ポンプは、所望の冷却液スループットを達成するのに、低いポンプ容量ですでに十分であるという一層の利点をもたらす。したがって、電力消費が少ないポンプモータを使用することもできる。
【００３４】
さらに、本発明に係る冷却液ポンプは、「ラジエータが開放される」弁の位置では、開放された最大断面が小さくならず、その結果、このために、冷却液を循環させるための流量が少なくて済み、結果として、この別の理由で、市販品を入手可能な電気ポンプと比較して低電力消費の電気ポンプを製造し得るという一層の利点をもたらす。
【００３５】
別の好ましい実施形態では、スプール弁の転置は、作動ソレノイド、熱膨張要素、静水圧力部材または同種のものなどのアクチュエータの助けで動力作動され得る。同様のアクチュエータは、非常に摩耗しにくく、耐用年数が長く、または特に交換サイクルが長く、低コストで入手可能であることを特徴とする。さらに、そのようなアクチュエータは、最高の信頼性で作動し、概して欠陥が生じにくい。
【００３６】
別の好ましい実施形態によれば、スプール弁は、バイパス回路からバイパス管を介して供給される冷却液の供給領域に、径方向内側に向けられたシールを有し、このシールは、切換弁の閉鎖状態では、ポンプハウジングの環状シール座部を弁座部で密閉することにより、出口を閉鎖する。
【００３７】
シールは、例えばエラストマーシールであり得る。環状座部の支持によって、完全密封が保証される。第２の漏出が回避される。分配路の狭窄によって、切換弁が「バイパス閉鎖」位置または「バイパス開放」位置であるかに無関係に、中間の位置においてさえ回避が行われる。これによって、流動学の見地から特に好ましい弁の変形が、明示される。さらに、円筒形のスリーブは、円筒形のハウジング内に特に単純な方法で密封され得、その結果、この別の理由で、第２の漏出も回避される。
【００３８】
円筒形のスリーブとして実施されたスプール弁の別の利点は、その比較的簡単な運動学であって、その結果、長手方向における動きの切換を容易に実行し得る。これによって、以下の別の利点を得られる。バイパスおよび供給の連続的な混合は、単純な直線方向の動き、すなわち長手方向の転置により実現可能であって、その結果、弁の位置または出口開口部と、混合比およびスプール弁の現在位置との間に、直接的な、特に線形の関係が存在し、したがって、それは、制御技術の点から、特定の複雑さなしに容易に図に表わし得るという利点を得られる。
【００３９】
別の好ましい実施形態では、シールの半径方向内面の外形は、モータハウジングと逆の外形に相当する。したがって、それにより形成される流路部分を通る冷却液の流れは、最適となり得、特に層流であり得る。流れの損失が回避される。乱流が回避される。
【００４０】
別の好ましい実施形態によれば、スプール弁の作動ソレノイドは、スプール弁の円筒形のスリーブにより形成される電機子を含む。これによって、スプール弁が二通りに使用されることが好ましい。それは、弁の一部品であり、また、それと同時に、作動ソレノイドの一部品である。これによって、コストがさらに削減され、部品の種類が減少したことにより信頼性が高まる。この二通りの機能は、特に好ましい方法で、スプール弁を金属で実施することにより得られる。その代わりとして、プラスチックからなるスプール弁のいくつかの領域に、電機子として機能する金属部分を具えてもよい。
【００４１】
したがって、別の好ましい実施形態では、作動ソレノイドは、ポンプハウジング内に配置され電機子を囲むコイルキャリヤを含み得る。弁のスリーブにより形成される電機子は、コイルキャリヤによって完全に囲まれ得る。コイルキャリヤは、このように最適に電機子と協働し、低磁力でも後者を移動させ得、その結果、弁のスリーブは、通常の弁と比較して比較的容易に長手方向に延ばし後退させ得る。円筒形の弁のスリーブは、ロッドシールまたは同種のものによりソレノイドに対して半径方向外側に密閉されたまま案内され得、その結果、同様に、この位置で第２の漏出は生じない。これによって、信頼でき連続的に調節可能な切換弁の変形の、特にコスト効率の良い実施形態が、明示される。
【００４２】
別の好ましい実施形態では、バイパス管の下流かつポンプインペラの上流には、例えば、加熱回路、変速装置オイルの熱交換器、潤滑油の熱交換器、個別のシリンダブロック冷却回路またはその他同種のもの用の戻り流部が、ポンプハウジングに結合されている。したがって、冷却液回路または機関の熱制御を補足する追加の二次回路が、本発明に係る電動冷却液ポンプにより共に好ましい方法でカバーされ得、またそこを流れる冷却液の量の一部分が、冷却液ポンプにより共に輸送され得る。そのような戻り流部は、弁なしに直接ポンプハウジングに連結されるか、あるいは必要に応じて、特定の制御用弁を具え、その場合、上述の切換弁の適合させた形態を使用し得ることが好ましい。
【００４３】
別の好ましい実施形態では、ポンプハウジングは２つの部分からなる。これによって、電動冷却液ポンプの構造を簡単にすることができる。その組立が容易になる。さらに別の好ましい実施形態では、作動ソレノイドは、長手方向に向けられたコイル端子を有しており、これらのコイル端子は、相互に関連する端子によって、ＣＰＵ、制御装置または同種のものなどの別のハウジング部分内に収容された制御手段と接触され、それと同時に、２つのハウジング部分が、結合されることが好ましい。これによって、組立がさらに容易になる。
【００４４】
特に、他の好ましい実施形態では、冷却液ポンプ電動モータによりポンプインペラを駆動させることに加えて、駆動ホイールを、ポンプハウジングの外部にポンプシャフトと同軸に配置し、フリーホイールを介してポンプシャフトに連結させ得る。したがって、冷却液ポンプは、ポンプハウジングまたは同種のものの外側に配置されたプーリーを介して、主に機械的に駆動させ得る。プーリーは、フリーホイールによって、駆動技術によりポンプシャフトから連結を解除される。静止時および低速では、低コストのモータは、一定の速度でポンプを駆動し得る。高速では、今度は、プーリーが、電動モータに取って代わる。これによって、本発明に係る冷却液ポンプを、低出力の内蔵ネットワークにおいても使用し得るという利点をさらに得られる。この代替物は、高価なブラシレス駆動モータと比較して実質的にコスト効率が良い。したがって、電動モータがうまく機能しなかった場合でも、所要の基本容量を保証するポンプ容量が保証される。
【００４５】
最後に、他の好ましい実施形態では、熱膨張要素により、切換弁またはスプール弁を液圧式に作動させまたは切り換え得る。
【００４６】
この目的のために、熱膨張要素は、例えば、ワックス部材の形態であって、通過する冷却液の温度が変化した結果その体積が変化することによって、冷却液として使用し得る水およびグリコールの混合物などの、隣接した別の伝達媒体の体積を変化させる。この別の伝達媒体は、例えば可撓性のある隔膜により、ワックス部材から隔てられる。伝達媒体の体積の変化は、スプール弁のシリンダチャンバへの対応の導管、接続孔、接続路により伝達されて、その結果、後者が、液圧式に作動され得る。リセット力が、ばねまたは同種のものによりスプール弁にかけられる。
【００４７】
別の好ましい実施形態では、熱膨張要素は、ワックスからなり得る。その融点は、約８５℃である。次いで、温度により異なる体積の変化は、別の冷却液および関連する接続ラインを介して液圧式に作動し得るスプール弁に伝達され得る。
【００４８】
別の好ましい実施形態によれば、ワックスからなる熱膨張要素を、圧力管に隣接したポンプハウジングの領域に配置する。それは、熱膨張要素の半径方向内側に配置され例えば金属のシリンダジャケットの形態を有する金属の内壁手段を通して、通過する冷却液に隣接し得る。熱膨張要素は、半径方向外側に配置された隔膜によって、関連する別の冷却液から隔てられ得、その結果、熱膨張要素の温度による体積変化が、冷却液に伝達され得る。よって、別の冷却液は、液圧式に作動するように適合されたスプール弁のシリンダチャンバ内へ接続ラインを介して移動され得る。
【００４９】
プロセス技術によって、本目的は、請求項２２の特徴により達成される。
【００５０】
これにより提案するのは、少なくとも１つのラジエータ回路とバイパス回路とを含む自動車の内燃機関の冷却液回路用の冷却液ポンプによって、冷却液を輸送する方法である。本方法は、次のステップを含む。ａ）ラジエータから、冷却液ポンプハウジングの吸込管を通って、冷却液ポンプに冷却液を供給するステップと、ｂ）バイパス回路から、バイパス管を通って、冷却液ポンプに冷却液を供給するステップと、ｃ）冷却液ポンプから、圧力管を通って、自動車機関に冷却液を戻すステップと、ｄ）ポンプシャフトを介して冷却液ポンプの電動モータにより駆動されるポンプインペラによって冷却液を循環させるステップであって、機関は冷却液の流れの内側に配置されている循環ステップと、ｅ）冷却液ポンプハウジング内へ一体化された切換弁によって、冷却液ポンプを通って循環する冷却液の流れの混合比を調節するステップと、を含む。
【００５１】
ここで、ポンプモータの、ポンプインペラから遠くを向いている端部領域に、ラジエータから吸込管を介して到達する冷却液を供給することを初めて提案し、バイパスから到達する冷却液は、吸込管の下流に位置する領域にあるバイパス管を介して供給され、また冷却液は、バイパス管の下流に位置する領域にある圧力管を介して取り除かれる。ラジエータから吸込管を通って供給される冷却液のみが、ポンプモータハウジングの外壁と、ポンプハウジングの内壁および／または切換弁の内壁とにより特に画定された流路を通って、ポンプモータを通過する周縁の流れになって取り込まれる。
【００５２】
したがって、ポンプモータの有効で信頼できる冷却を行い得ることが好ましい。さらには、上に既に述べた利点も、本方法により得られる。
【００５３】
本発明に係る冷却液ポンプでは、混合された冷却液の温度の検出は、自動車機関に通じるポンプハウジングの出口、すなわち圧力管の領域において行われる。したがって、必ず、所定の温度の十分な量の冷却液が、自動車機関に常に供給されることになる。圧力管を通って流れる冷却液の量および温度の調節は、バイパスから供給される高温の冷却液の温度および量と、ラジエータにより冷却され供給部から供給される冷却液と、電動モータにより導入される熱量と、任意選択的に、例えば潤滑油用熱交換器またはシリンダブロック冷却回路から供給される追加の被加熱冷却液などの加熱戻り流または他の戻り流とによって行われる。したがって、ポンプのＣＰＵまたは制御装置は、コイルキャリヤおよびポンプモータに命令または電圧信号を出力して、その結果、弁が、所望のまたは所定の位置に連続的に調節され、被検知モータ速度が、検出される。加熱部、変速装置オイル用の熱交換器または同種のものからの戻り流を制御するために、滑動弁に対応させて小型化または適合させた変形を利用し得る。
【００５４】
本発明に係る冷却液ポンプでは、冷却液ポンプハウジングは、弁の作用により拡大される。したがって、冷却液ポンプの機能性が、高まり、また、同時に、構造上の複雑さが少なくなり、組立に対するコストが低くなり、最終的に価格が下がる。ここで、ハウジングを分ける設計は、コストをさらに削減することに役立ち、ハウジングを分けて設計するために、個々の部品を簡単に組み立てることができる。
【００５５】
ポンプモータより下流の流れの方向においてポンプシャフト上に配置されたポンプインペラは、例えばインペラおよびランナを有する。ここで利用する原理は、本出願人により分配がうまくいき、十分に試験済みの既述の軸流ポンプの原理に相当する。所定の狭い空隙は、締め付けられた状態で加工されて、その結果、必要な精度が保証され、後加工が削除される。
【００５６】
本発明に係る冷却液ポンプの制御は、冷却液回路が閉じられる場合でも、すなわちバイパス回路を開いても、電動モータの過熱を生じる危険がないように設計されている。「バイパスが開放され」且つ「ラジエータ供給が閉鎖される」弁の位置では、ラジエータから到達した冷却された冷却液は、ポンプモータハウジングの下流端部まで存在し、ポンプモータまたはハウジングをそれぞれ囲んでいる。したがって、冷却液は、最悪の場合でも、１２０℃に達して構成部品の熱破壊の危険が生じるまでには、少なくとも７℃低い温度の最高１１３℃に適応し得る。ポンプの制御装置は、絶対に、これが起こらないようにする。この切換位置において過熱が生じる危険がある場合、制御装置は、弁を、「ラジエータからの供給が開放された」または「バイパスが閉鎖された」位置に一時的にすることを保証し、存在する冷却液が一時的に流れ、また、弁が、そのホームポジションに再び戻されて、その結果、その後、ラジエータからの完全に冷却されたばかりの冷却液が、再び電動ポンプを囲み冷却する。したがって、「バイパス開放」位置に切り換えしばらくの間そのままにして冷却を開始しても、それは、できるだけ短時間、自動車内燃機関の暖機運転の段階を維持するために選択されるものであって、電子部品への危険に対する心配は不要である。
【００５７】
滑動座部型弁が変化することによって、どんな混合も可能である。滑動座部型弁は、連続的に調節し得る。密閉が難しい、動きによるギャップは形成されない。シールリングは、例えばエラストマーシールであり得、「バイパスが閉鎖された」位置においてハウジングのシール座部と軸方向に接触する。したがって、「ラジエータからの供給が閉鎖された」位置では、エラストマーシールは、逆に、緊密な密閉式に電動モータのハウジングと接触する。動きによるギャップは存在しない。第２の漏出が回避される。
【００５８】
ソレノイドは、こすり落とし機能を有するロッドシールによって弁スリーブに対して装着されている。したがって、第２の漏出は同様に回避される。
【００５９】
弁スリーブは、ばねで付勢され、例えば、代替手段により必要最小限レベルの力にさらされて、その結果、電子システムが故障した場合、弁が、「ラジエータからの供給が閉鎖された」または「バイパスが閉鎖された」位置へ自動的に変わる。これによって、確実に、自動車機関が過熱されないフェールセーフ位置が保証される。
【００６０】
ポンプモータのハウジングは、金属、例えばアルミニウムまたは特に熱伝導性のよい他の貴金属から製造し得る。したがって、電気作動されたポンプモータからの熱が冷却液のこの周縁流れに最適に放出されることが、保証される。
【００６１】
現在のところ好ましい冷却液ポンプの変形では、バイパスおよび加熱戻り流は、外側から、温度が臨界でない領域においてポンプ中央へ放射状にまたは接線に沿って供給される。
【００６２】
上述の発明を、図面の図を参照して、実施形態によってさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
図１は、上に説明した冷却液ポンプを含む自動車両機関（エンジン）用の熱処理における回路の一般的な関係を簡略化して概略を示した回路図である。電動冷却液ポンプ１が、冷却液回路２内へ一体化されている。冷却液回路２は、ラジエータ６を横切って通るラジエータ回路４を含んでいる。さらに、冷却液回路２は、機関１０を冷却液ポンプ１と直接短く接続する短回路またはバイパス回路８を含んでいる。さらに、機関１０から加熱部１３を介して電動冷却液ポンプ１へ、そこから機関１０へ戻る一般的な加熱回路１２が、示されている。変速装置オイルの熱交換器用、潤滑油の熱交換器用などの付加的な二次回路、個別のシリンダヘッド回路、および個別のエンジンブロック回路、または同様のものが、考えられるが、ここでは図示していない。
【００６４】
一体化された切換弁を含む電動冷却液ポンプ１は、ラジエータ回路４内の機関１０から引き出した冷却液を、ラジエータ６を通って機関１０に輸送または循環させる。さらに、冷却液ポンプ１は、短回路８内に冷却液を輸送して循環させる。さらに、冷却液ポンプ１はまた、加熱回路１２内に冷却液を循環させる。
【００６５】
図１に記号として簡略化して概略を示す、一体化された切換弁を備える電動冷却液ポンプ１の様々な変形の詳細を図２〜図８にさらに説明する。
【００６６】
図２に、冷却液ポンプ１の第１の典型的な実施形態の長手方向の断面図を示す。冷却液ポンプハウジング１４は、この実施形態では２つの部分に分けられている。それは、第１のハウジング部１６と第２のハウジング部１８とから成る。両方のハウジング部１６および１８は、環状留め金、クランプまたはブラケット２０により緊密に密閉するように相互にしっかりと結合されている。ハウジング１４もまた、３つまたはそれ以上の部分により構成し、またはさらに蓋を有する１つの部分により構成してもよい。
【００６７】
ラジエータ６からラジエータ回路４内に到達する冷却液ＫＺＫは、吸込管２２によってポンプハウジング１４に供給される。これは、ラジエータ６からポンプハウジング１４を指す矢印ＺＫによって表わされる。
【００６８】
自動車両機関１０により加熱され、矢印により表す供給ＺＢを介してバイパスまたは短回路８から到達する冷却液は、バイパス管２４を経てポンプハウジング１４に供給される。
【００６９】
冷却液ポンプハウジング１４内には、冷却液ポンプ電動モータ２６が、配置されている。そのモータハウジング２８は、電動モータ２６を冷却するために流す冷却液の流れの内側に配置されている。ポンプモータ２６は、ポンプシャフト３０を介してポンプインペラ３２を駆動する。ここに示した変形では、ポンプインペラ３２、ポンプシャフト３０およびポンプモータ２６は、ポンプハウジング１４の長手方向軸線Ｘと同軸に配置される。
【００７０】
ポンプインペラ３２により加速または循環される冷却液は、別の矢印により示す冷却液の供給ＺＭ用の圧力管３４を通って自動車両機関１０に輸送される。
【００７１】
ここに示す実施形態では、冷却液ポンプ１は、インペラ３２に加えてランナ３６を有し、このランナ３６は、圧力管３４内に配置される。
【００７２】
さらに、例として、加熱戻り流部３８を示し、その中を通って、矢印で示した加熱回路１２からの冷却液の供給ＺＨをポンプ１により循環させ得る。
【００７３】
冷却液ポンプハウジング１４内に、連続的に調整可能な切換弁４０が、一体化されている。切換弁は、図２に示す「バイパスが閉鎖された」位置、または「ラジエータからの供給が開放された」位置をとり得る。切換弁は、この位置から、連続的に、「バイパス部が部分的に開放された」位置かつ「ラジエータからの供給が部分的に開放された」位置から（図３参照）、「バイパス部が開放された」位置、すなわち「ラジエータからの供給が閉鎖された」位置（図４参照）になり得、再度繰り返し得る。
【００７４】
吸込管２２は、ポンプモータ２６の、ポンプインペラ３２から遠くを向いている端部４４の領域に位置する上流領域４２に配置されている。さらに、バイパス管２４は、吸込管２２の下流に位置する領域４６に配置されている。さらに、圧力管３４は、バイパス管２４の下流に位置する領域４８に配置されている。
【００７５】
したがって、吸込管の供給ＺＫを介してラジエータ６から取り込まれる冷却液ＫＺＫのみが、ポンプモータ２６により周縁の流れ５０になって流されることが保証される。周縁の流れ５０は、一方でポンプモータハウジング２８の外壁５２によって、他方でポンプハウジング１４の向き合った内壁５４により画定されて、流路５６を形成する。流路５６は、次いで、さらに流れを延長して、径方向外側が、ポンプモータハウジング２８の外壁５２に面する切換弁４０の内壁または内面６０により画定されており、その内壁は、２つのハウジング部分１６とハウジング１８との間の接合領域において、流れの方向にハウジングの内壁５４に結合されている。
【００７６】
対流冷却式の電動冷却液ポンプ１の典型的な実施形態は、一体化された切換弁４０を備え、一体化された切換弁４０は、図２の長手方向断面図に示されており、図３および図４の長手方向断面図に再度示されており、図３は、切換弁４０が部分的に開放された位置にあることを示し、図４は、ラジエータからの供給ＺＫが閉じられ、かつバイパス部からの供給ＺＢが完全に開放された別の位置に切換弁４０があることを示す。
【００７７】
冷却液ポンプ１により循環されラジエータ回路４から到達する冷却液ＫＺＫを、バイパス管２４を通ってバイパス回路８から到達する冷却液ＫＺＢと混合することは、切換弁４０が行う。切換弁４０により開閉されるように適合された、バイパス管２４の出口６２が、ポンプインペラ３２より手前の上流の領域４６に配置されている。
【００７８】
ここに示す変形では、出口６２は、ポンプインペラ３２と流路５６の上流端部６４との間に、または加熱戻り流部３８と流路５６の上流端部６４との間に配置されている。
【００７９】
図５においてよく分かるように、バイパス回路８からの供給ＺＢ、および加熱回路１２からの供給ＺＨは、同じ平面において、Ｙ軸と同軸に、図面の平面に垂直に延びる長手方向のＸ軸に対して径方向反対側に配置される。その代わりに、類似の管をハウジング１４に接して結合してよい。これは、主に、エンジンルームのポンプ１に使用可能な構造上の空間と、供給および排出部の位置とにより異なる。
【００８０】
さらに、ここに示したポンプモータ２６の変形において、ポンプシャフト３０、ポンプインペラ３２、ランナ３６、およびポンプハウジング１４が、長手方向Ｘ軸と共軸に配置されることが、特に、図２〜図４と図５とからよく分かる。
【００８１】
流路５６は、ポンプハウジング１４の内壁５４によりかつ／または一方では切換弁４０の内壁６０により、他方ではポンプモータ２６の外壁５２により画定されており、特に好ましい実施形態では、環状であるか、または断面が環状である。したがって、モータハウジング２８を環状に囲む周縁の流れ５６は、ポンプモータ２６を、通り過ぎて流れることにより最適に冷却することを特徴とする。
【００８２】
流路５６は、流れの方向が一定の断面６６を有する。流路５６の端部における直径は、流路５６の下流端部６４またはポンプモータ２６の下流端部６８から、ポンプインペラ３２に、連続して、圧力管３４の内径７０まで細くなっている。
【００８３】
切換弁４０は、冷却液ポンプ１の長手方向Ｘにおいて滑動転置し得るスプール弁７２の形態を有しており、それは、ここに説明する変形では、円筒状スリーブとして形成されている。スプール弁７２は、ばね７３または適切な力を生じる他のある要素により圧迫されており、その結果、弁の制御がうまくいかなかった場合には、ばね７３のばねの力によって、自動的に、切換弁４０が、「ラジエータからの供給が開放される」フェールセーフ位置になる。
【００８４】
スプール弁７２は、弁としての機能に加えて、同時に、スプール弁７２を始動させる作動ソレノイド７６の電機子７４として利用される。スプール弁７２は、その径方向外側において案内され、こすり落とし機能を有するロッドシール７７により、ハウジング１４に対してまたは追加の隣接した構成要素に対してそれぞれ密閉される。
【００８５】
作動ソレノイド７６は、上述の電機子７４と、ポンプハウジング１４内に配置され電機子７４を囲むコイルキャリヤ７８とを含む。電機子７４は、円筒状スリーブ７２により形成され、これは、金属からなる。スリーブ７２は、プラスチックから作製し、電機子７４を形成する金属部分を含ませてもよい。コイルキャリヤ７８には、関連づけられるコイル８０が、配置される。次いで、コイル８０は、コイル８０の径方向外側に配置されるヨーク８２により囲まれる。半径方向内側には、一体化されて特性に影響を与える別のヨーク８４が、存在し、環状の形態を有し、コイルキャリヤ７８と電機子７４との間に配置されている。ロッドシール７７もまた、コイルキャリヤ７８と、電機子７４の形態を有するスプール弁７２との間に配置され、また、ロッドシール７７は、ヨーク８４に直接結合されている。
【００８６】
スプール弁７２は、バイパス管２４の領域に、径方向内側に向けられたシール８６を有する。シール８６は、エラストマーシールとして実施し得る。他のシール材を使用してもよい。切換弁４０の「バイパスが閉鎖された」閉鎖位置において、シール８６は、法線が長手方向のＸ軸と平行に延びる平坦な環状端面８８を、ポンプハウジング１４に形成された対応の環状シール座部９０と接触させて、ポンプハウジング１４を密閉式に閉鎖する。「バイパスが開口された」、したがって「ラジエータからの供給が閉鎖された」位置とも呼べる開口位置において、シール８６は、径方向内側を向いている環状先端部９２によって、モータハウジング２８または連結するポンプシャフトハウジング９４に対して、電動モータ２６の端部６８において、あるいは流路５６の端部６４において、ラジエータからの供給ＺＫを密閉式に閉鎖する。シール８６の代わりとして、他の密閉用変形物も考えられ、それによって、ハウジング１４に対して切換弁４０を軸方向に緊密に密閉することができ、また、それによって、ポンプシャフトハウジング９４またはポンプモータハウジング２８に対して切換弁４０を軸方向に緊密に密閉することができる。そのようなシール８６は、さらに１つを超えるシール座部、あるいは１つまたはいくつかのシールリップまたはその他同種のものを具え得る。
【００８７】
作動ソレノイド７６は、長手方向ＸにまたはＸ軸と平行に向けられたコイル端子９６を含んでいる。これらのコイル端子９６は、ハウジング部１８内へ組み込まれる電子部品、例えば制御手段１００、ＣＰＵまたは同種のものなどの対応する接点９８と相互に関係しており、その結果、制御手段１００および作動ソレノイド７６は、２つのハウジング部１６とハウジング部１８とを組立中に即座にかつ容易に相互に接触させ得る。ハウジング部１８内に、増幅装置１０２が、さらに収容される。後者は、コネクタ１０４によって外部から対応の制御回路に接続され得る。
【００８８】
図２〜図５に示すように冷却液ポンプ１の典型的な実施形態を、図６に、管または構成要素の空間上の関係をよく理解できるように立体図として示す。
【００８９】
図７および図８に、冷却液ポンプ１の別の典型的な実施形態を示す。同一か、または同じ効果を有する構成要素には、図２〜図５に既に使用しているのと同じ参照番号を付している。
【００９０】
図７に示す冷却液ポンプ１には、ポンプインペラ３２の駆動機構に加えて、冷却液ポンプ電動モータ２６用に補足的に、駆動ホイール１０６が、ポンプハウジング１４の外部に配置されている。駆動ホイール１０６は、ポンプシャフト３０と同軸に配置し、フリーホイール１０８を介してポンプシャフト３０と機械的に連結し得る。ポンプシャフト３０は、この図によれば右手のハウジング部１８の端部に追加の軸受１１０を有している。ポンプインペラ３２は、電動モータ２６に加えて、駆動ホイール１０６を介して、例えばベルトまたは歯車駆動により、外部から駆動され得る。したがって、冷却液ポンプ１は、例えばプーリーの形態を有する駆動ホイール１０６により主に機械的に駆動され得る。駆動ホイール１０６は、このために、フリーホイール１１０によりポンプシャフト３０から連結解除される。内燃機関の静止時にまた低速時に、低コストの電動モータは、例えば、一定の速度でポンプを駆動する。内燃機関の速度が増すと、駆動ホイール１０６は、電動モータを追い越す。このポンプの変形物を、低電力の内蔵ネットワークにおいて使用してもよい。それは、コストのかかるブラシレス駆動モータと比較して低コストの代替物である。ポンプ容量は、電動モータが故障した場合でも保証される。
【００９１】
図７に長手方向断面図に表した冷却液ポンプ１の変形を、構成要素の空間上の関係をよく理解してもらうために、図８に立体図で示す。図９〜図１１に、冷却液ポンプ１の別の変形を示す。その構造に関して、図９の長手方向断面図、図１０の拡大詳細図、および図１１の立体外面図に示す冷却液ポンプ１の別の変形は、実質的に図１〜図６において説明した冷却液ポンプ１に対応している。同一であるかまたは同じ効果を有する構成要素には、図示しやすいように同じ参照番号を付している。
【００９２】
熱膨張要素１１２により切換弁４０を駆動させる詳細図である図９から図１１に示す典型的な変形はまた、図１〜図６に示す冷却液ポンプの変形、および図７および図８に示す冷却液ポンプの変形に置き換えてもよい。
【００９３】
図９〜図１１に示すように、熱膨張要素１１２により切換弁４０を駆動する代案では、圧力管３４内を流れる冷却液混合物の温度に従って熱膨張する要素１１２による体積の変化を利用する。熱膨張要素１１２として、例えばここに示す変形では、ワックスが使用される。ここで使用されるワックスの融点は、約８５℃である。ワックスは、低温状態で凝固するワックス部材１１２の形態である。ワックス部材１１２は、ポンプ出口または圧力管３４の近傍またはそれに隣接した場所に配置される。通過する冷却液に対する境界の設定として金属製の内側ジャケット１１４を設けた結果、それは、機関の方へ流れて行く冷却液ＺＭのどんな温度変化にも直接さらされる。温度への外部からの影響は、プラスチック製のポンプハウジング１４の絶縁作用によって抑制される。ワックスからなる熱膨張要素１１２が、加熱または冷却された場合、そのプロセスにおいて生じる体積変化は、隔膜１１６を介して、貯蔵部１１８に蓄積されている媒体または冷却液１２０に移行する。冷却液１２０は、例えば、水とグリコールの混合物であり得る。
【００９４】
接続孔１２２および１２４を介して、体積の差異が、切換弁４０のスプール弁７２のシリンダチャンバ１２６内に生じる。これによって、液圧ストロークが伝達される。隔膜１１６が膨張することによりワックス１１２が膨張すると、冷却液１２０が貯蔵部１１８からシリンダチャンバ１２６に流れ込むことによって、あるいはワックス１１２が冷却された場合、冷却液１２０が、シリンダチャンバ１２６から貯蔵部１１８へ同様に流れることによって、切換弁４０のスプール弁７２は、冷却液ポンプ１の長手方向の軸Ｘと平行方向に転置される。
【００９５】
図１から図８に係る実施形態に示すコイルばね７３は、切換弁４０のフェールセーフ位置を保証するために設けられており、ここに示す切換弁の変形の中にあって、この切換弁の変形では、フェールセーフ位置にするためには利用されるが、閉鎖機能を果たすためには利用されない。図９および図１０に示すように、スプール弁７２は、ばね１２７が緩んだ状態で、「バイパスが開口された」位置、または「ラジエータ供給が閉鎖された」位置になる。ワックスからなる熱膨張要素１１２が加熱され、ワックスの体積が膨張することによって、同様に、隔膜１１６が膨張し、よって貯蔵部１１８の体積が変化して、最後に、冷却液１２０が、貯蔵部１１８からシリンダチャンバ１２６内へ流れる。このように、冷却液１２０がシリンダチャンバ１２６内へ流れることによって、ばね１２７のばね力に対して作用する力が発生し、したがってスプール弁７２が、「バイパスが閉鎖された」位置、または「ラジエータ供給が開口された」位置に転置される。ばね１２７は、同様に、熱膨張要素１１２が冷却されると、スプール弁７２に必要な戻しストロークを行う。これは閉鎖システムであるので、このプロセスは、任意の回数繰り返され得る。
【００９６】
電磁気駆動機構と比較して、熱膨張要素１１２を介して切換弁４０を駆動することによって、さらに相当な重量を削減し得るという利点がある。すなわち、図１〜図８に示したように、隔膜７６により切換弁４０を駆動させることによって、隔膜７６の重量が加わることになる。ここで、重量に関する利点、および部分的に熱膨張要素１１２のコストが軽いことに関する利点は、スプール弁７２を液圧式駆動機構用に設計することと関連すると思われる。
【００９７】
さらに、熱膨張要素１１２に冷却および／または加熱要素（図示せず）を関連づけ得る。したがって、必要に応じて、本来得られる切換弁４０の制御状態以外の他の制御状態に調節するために、熱膨張要素１１２の体積の増加に積極的に影響を及ぼすことは、任意選択的に、既存の制御手段またはＣＰＵ１００、対応の温度センサ、および制御回路または同様のものを利用することによって可能である。
【００９８】
冷却液１２０は、ねじ込みプラグ１２８により閉鎖される注入用開口部１３０から貯蔵部１１８またはシステム内に注入し得る。ワックスで実施された熱膨張要素１１２は、ポンプ１を組立中に予め作製される構成要素として低温状態で接合設置するのに十分な寸法安定性を有する。シールリング１３２または同種のものは、ハウジング１４に対してスプール弁７２を密閉することに役立つ。
【００９９】
図１０では、ばね１２７が、いかに、熱膨張要素１１２を含めて、伝達媒体１２０を横切って一対の力を形成し、熱膨張要素１１２に対して永続的に反対に働く力を生成するかが、特によく分かる。熱膨張要素１１２には、市販品を入手可能な熱膨張ワックスを使用し得る。伝達媒体、すなわち冷却液１２０は、水およびグリコールの混合物であり得る。冷却液１２０で満たされる貯蔵部１１８と、接続ライン１２２および１２４と、シリンダチャンバ１２６とにより構成される液圧システム１３４は、冷却液ポンプ１を組立中に圧力がかけられて泡のない状態で満たされる。ワックスからなる熱膨張要素１１２は、ポンプ１を組立中にハウジング１４内へ、すなわち、インペラ３２の径方向の遊びを制限する金属製のシリンダジャケット１１４とエラストマー隔膜１１６の内壁との間の隙間１３６に挿入されて、こうして密閉封止される。ワックスの融点は、約８５℃である。ワックス１１２に影響を及ぼすことは、基本的に加熱および／または冷却要素により可能である。
【０１００】
図９の長手方向断面図および図１０の部分断面拡大図に示した冷却液ポンプ１の変形を、構成要素同士の空間上の関係がよく分かるように図１１の立体図で示す。
【０１０１】
ワックス部材の構造の設計は、冷却液ポンプの構造の条件と調和させる。最終的に熱膨張要素により液圧で始動される切換弁には、電気制御可能なサーモスタットと同様の効果があることが好ましい。ここで、消費と排出とに影響を及ぼす車両の構成要素に注目する。特性要因図型（characteristic-diagram）制御サーモスタットは、燃料消費および排出削減に積極的に影響を及ぼす構成要素である。通常のサーモスタットは、変更不可能な一定の開口温度に設定される。電気制御される特性要因図型サーモスタットによって、弁の開口温度は、様々なパラメータ、例えば、負荷、速度、前進角度、外部の温度、エンジンオイルの温度、走行速度などにしたがって、変化され得る。これらの利点も、熱膨張要素によって電磁石または液圧式に始動される本発明の冷却液ポンプの切換弁で得られる。
【０１０２】
ワックス部材は、さらに任意選択的に加熱または冷却し得る。それを加熱するためのロッド加熱部（図示せず）を使用し得る。後者は、ワックスと直接接触したまま、ワックス部材を加熱する。ロッド加熱部の加熱は、例えば、セラミックの本体に抵抗線を巻きつけることによって行い得る。加熱をしないときは、このように形成されたサーモスタットは、例えば１１０℃の温度に設定し得る。加熱しても、温度が例えば約７０℃まで低下する場合がある。したがって、完全開口温度は、標準の開口温度を１５℃超える温度に達する。サーモスタットの応答時間は、加熱出力、ワックス部材内へロッド加熱部を挿入する深さ、およびワックス部材の表面特性によって影響を受ける場合がある。
【０１０３】
開発段階において上述の応用のテストを行い得るように、機関制御において利用されるどんな入力量も処理し得る電子システムが、本出願人によって開発された。続いて、対応のリンクによって、必要な出力が、例えば対応の制御回路、制御手段、またはＣＰＵ１００などにより行われる。内燃機関によって異なるが、リンクを自由にプログラムし得る。大規模なシリーズを使用する際は、次に、プログラムを、例えば各内燃機関用の電子システム内に格納し得る。個別の電子システムはこの場合不要である。
【０１０４】
本発明は、自動車の内燃機関の冷却液回路用の冷却液ポンプであって、少なくとも１つのラジエータ回路およびバイパス回路を備える冷却液ポンプを初めて明示する。冷却液ポンプハウジングは、吸込管、バイパス管、および圧力管と、冷却液ポンプハウジング内に配置された冷却液ポンプ電動モータであって、そのモータハウジングは冷却液の流れの内側に配置されて、ポンプシャフトを介してポンプインペラを駆動する冷却液ポンプ電動モータと、冷却液ポンプハウジング内に一体化された切換弁と、を備える。まず、吸込管を、ポンプモータの、ポンプインペラから遠くを向いている端部領域に配置する。さらに、バイパス管を、吸込管の下流に位置する領域に配置する。圧力管を、バイパス管の下流に位置する領域に配置する。ラジエータから吸込管供給を通って取り入れ得る冷却液だけが、周縁の流れになってポンプモータの流路を流れるように適合され、この流路は、ポンプモータハウジングの外壁と、ポンプハウジングの内壁および／または切換弁の内壁とにより画定されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】一体化した切換弁を備える電動冷却液ポンプを一般的に使用した冷却回路の関係を簡略化した概略図である。
【図２】切換弁が、「バイパスが閉鎖された」または「ラジエータからの供給が開放された」位置になっている、冷却液ポンプの一般的な実施形態の長手方向断面図である。
【図３】弁が、「バイパスが部分的に開放された」または「ラジエータからの供給が部分的に閉鎖された」位置になっている、図２の冷却液ポンプの実施形態の別の長手方向断面図である。
【図４】弁が、「ラジエータからの供給が閉鎖された」または「バイパスが開放された」位置になっている、図２および図３の冷却液ポンプの変形を示す。
【図５】図４にＢ−Ｂ線に沿って示した冷却液ポンプの断面図である。
【図６】図２から図５に示すポンプの立体図である。
【図７】ポンプの別の変形の長手方向断面図である。
【図８】図７に係る別の変形の立体図である。
【図９】熱膨張要素による切換弁の作動に適合する、図１〜図８に示す冷却液ポンプの別の変形の長手方向断面を表した図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿った長手方向断面の拡大詳細図である。
【図１１】この冷却液ポンプの変形の外部の立体図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１：  冷却液ポンプ
２：  冷却液回路
４：  ラジエータ回路
６：  ラジエータ
８：  バイパス回路
１０：  機関
１２：  加熱回路
１３：  加熱部
１４：  ポンプハウジング
１６：  第１のハウジング部
１８：  第２のハウジング部
２０：  クラスプ、クランプまたはブラケット
２２：  吸込管
２４：  バイパス管
２６：  冷却液ポンプ電動モータ
２８：  モータハウジング
３０：  ポンプシャフト
３２：  ポンプインペラ
３４：  圧力管
３６：  ランナ
３８：  加熱戻り流
４０：  切換弁
４２：  上流領域
４４：  ポンプモータの上流端部
４６：  吸込管の下流領域
４８：  バイパス管の下流領域
５０：  周縁の流れ
５２：  ポンプモータの外壁
５４：  ポンプハウジングの内壁
５６：  流路
６０：  切換弁の内壁
６２：  バイパス出口
６４：  流路の下流端部
６６：  流路の断面
６８：  ポンプモータハウジングの下流端部
７０：  圧力管の内径
７２：  スプール弁として実施された切換弁
７３：  コイルばね
７４：  同時に作動隔膜の電機子として形成されたスプール弁
７６：  作動隔膜
７８：  作動隔膜のコイルキャリヤ
８０：  作動隔膜のコイル
８２：  コイルの径方向外側を囲むヨーク
８４：  コイルと電機子との間の特性に影響を及ぼすヨーク
８６：  エラストマーシール
８８：  端面
９０：  ポンプハウジング内のシール座部
９２：  径方向外側向きのシール先端部
９４：  ポンプシャフトハウジング
９６：  軸方向にまたはＸ軸と平行に向けられたコイル端子
１００：  制御手段またはＣＰＵ
１０２：  増幅装置
１０４：  コネクタ
１０６：  駆動ホイール
１０８：  フリーホイール
１１０：  軸受
１１２：  ワックスで実施された熱膨張要素
１１４：  金属製内側ジャケット
１１６：  隔膜
１１８：  貯蔵部
１２０：  冷却液
１２２：  接続孔
１２４：  接続孔
１２６：  シリンダチャンバ
１２７：  ばね
１２８：  ねじ込みプラグ
１３０：  注入開口部
１３２：  シールリング
１３４：  液圧システム
１３６：  隙間
【図１】
0004545143.tif 000002
【図２】
0004545143.tif 000003
【図３】
0004545143.tif 000004
【図４】
0004545143.tif 000005
【図５】
0004545143.tif 000006
【図６】
0004545143.tif 000007
【図７】
0004545143.tif 000008
【図８】
0004545143.tif 000009
【図９】
0004545143.tif 000010
【図１０】
0004545143.tif 000011
【図１１】
0004545143.tif 000012