(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式インペラ（１７）によって流体をポンピングするための循環ポンプ（２９）であって、
熱源から冷却装置（２８）への第一のフィーダラインと、前記冷却装置から前記ポンプへの戻りラインと、前記熱源（２５）からの流出流をバイパス（３０）経由で分流させて前記ポンプに戻すための弁（２６）とを有する循環システムに含まれ、
前記冷却装置（２８）からの戻りラインに接続するよう構成された第一入口（１９，１９’，１９”）と、前記バイパス（３０）に接続するように構成された第二入口（２２）を、前記バイパス（３０）からの流れを前記第一入口（１９，１９’，１９”）からの流れに対して実質的に接線方向に向け、主としてこのバイパスからの流れが前記インペラ（１７）への流入流に、エンジンの出力を低下させる予旋回を発生及び／又は増大させるように設けたことを特徴とする循環ポンプ。
【請求項２】
前記第一入口（１９）が前記インペラ（１７）の中心に対して向けられ、出口（２０、２１）が前記インペラの外縁から延びている請求項１記載の循環ポンプ。
【請求項３】
前記バイパス流が、前記第一入口（１９）に対して実質的に接線方向に接続された少なくとも一つの通路（２２、２３）を介して前記ポンプに案内される請求項１記載の循環ポンプ。
【請求項４】
前記通路（２３）が、断面積が前記第一入口（１９）の方向に単調に減少する湾曲した外壁面をもって形成されている請求項３記載の循環ポンプ。
【請求項５】
前記通路（２３）が前記第一入口（１９）の周囲にらせん状に延びている請求項３または４記載の循環ポンプ。
【請求項６】
前記通路（２３）が、前記バイパス（３０）からの前記流れの流速を前記第一入口（１９）の方向で接線方向に増大させる面積減少を形成する請求項１〜５のいずれか１項記載の循環ポンプ。
【請求項７】
少なくとも一つの前記第一入口（１９’）が前記インペラ（１７’）の中心に対して向けられ、前記バイパス（３０’）が少なくとも部分的に前記第一入口（１９’）の周囲にらせん状に巻かれた状態で延びている請求項１または３記載の循環ポンプ。
【請求項８】
前記バイパス（３０’）が分岐している請求項７記載の循環ポンプ。
【請求項９】
前記第一入口（１９”）の一部分が、前記バイパス（３０”）の中に延び、開口（３４）を含む羽根を設けられた装置（３３）の中心に対して向けられており、前記装置（３３）が、前記バイパス（３０”）からの流れを、前記開口を介して前記入口（１９”）からの流れに対して実質的に接線方向に向け、予旋回を生じさせる請求項１記載の循環ポンプ。
【請求項１０】
羽根（３２）を設けられた前記装置（３３）が、主として、前記バイパス（３０”）からの前記流れの中で前記インペラの直前に設けられている請求項９記載の循環ポンプ。
【請求項１１】
前記予旋回が前記インペラの回転方向の旋回である請求項１〜１０いずれか１項記載の循環ポンプ。
【請求項１２】
回転式インペラ（１７）によって流体をポンピングするための循環ポンプ（２９）を備え、熱源から冷却装置（２８）への第一のフィーダラインと、前記冷却装置から前記ポンプへの戻りラインと、前記熱源（２５）からの流出流をバイパス（３０）経由で分流させて前記ポンプに戻すための弁（２６）とを有する循環システムにおいて、
前記循環ポンプ（２９）に、前記冷却装置（２８）からの戻りラインに接続するように構成された第一入口（１９，１９’，１９”）と、前記バイパス（３０）に接続するように構成された第二入口（２２）を、前記バイパス（３０）からの流れを前記第一入口（１９，１９’，１９”）からの流れに対して実質的に接線方向に向け、主としてこのバイパスからの流れが前記インペラ（１７）への流入流に、エンジンの出力を低下させる予旋回を発生及び／又は増大させるように設けたことを特徴とする循環システム。
【請求項１３】
前記流体の流量がエンジンの運転状態に依存する請求項１２記載の循環システム。
【請求項１４】
前記弁（２６）がサーモスタット制御される請求項１２記載の循環システム。
【請求項１５】
前記循環システムが冷却システムである請求項１２〜１４いずれか１項記載のシステム。
【請求項１６】
回転式インペラ（１７）によって冷媒をポンピングするための循環ポンプであって、エンジンからラジエータへのフィーダラインと、前記ラジエータから前記ポンプへの戻りラインと、前記エンジンからの流出流をバイパス（３０）経由で分流させて前記ポンプに戻すための制御弁と、前記インペラの中心に対して向けられた第一入口（１９）と前記インペラの外縁から延びるらせん状の出口（２０、２１）を備えるポンプを含む循環システムにおける流量を前記エンジンの運転状態に関して最適化する方法であって、
前記バイパス（２３）からの前記バイパス流が、前記第一入口（１９）からの中央入口流と合流し、前記入口流に予旋回を発生及び／又は増大するように前記第一入口（１９）をラジエータからの戻りラインに連通し、第二入口（２２）をバイパス（３０）に連通することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記バイパス流が前記入口流と実質的に接線方向に合流する請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、たとえば自動車のエンジンを冷却するための、回転式インペラによって冷媒をポンピングするための循環ポンプであって、エンジンからラジエータへのフィーダラインと、ラジエータからポンプへの戻りラインと、エンジンの運転状態に関してエンジンからの流出流をバイパス経由で分流させてポンプに戻すための制御弁とを含む冷却システムの一部であり、入口がインペラの中心に対して向けられ、らせん状の出口がインペラの外縁から延びているポンプに関する。
発明の背景
たとえば自動車における従来の冷却システムでは、エンジンを冷却するための冷媒ポンプは、エンジン速度に応じて流量が変化するような方法で作動する。ポンプの流れを、エンジンを離れる流れの温度に応じて、ラジエータに送るか、ポンプに戻すように制御するために制御弁が使用される。従来のシステムにおける流量は、全負荷条件下、たとえば上り坂を全開で運転する条件でのエンジン運転を可能にするように設定されている。通常、バイパスもまた、サーモスタット制御ができるだけ効率的になるよう、ラジエータの中を流れるほぼ同量の流れに備えて設計されている。
したがって、流量は、標準的な運転条件に合わせて最適化されておらず、それは、ポンプが、運転状態に依存せずに高い効果で作動することを意味する。その結果、冷媒ポンプの作動は、相当な出力消失をもたらし、それがエンジン効率に影響する。
マイナスの影響を構造に及ぼすことなしに、たとえば構造がより大型化したり、製造費が相当に増すことを回避しながら、この出力消失を減殺することが望ましい。
技術的問題
本発明の目的は、上述の問題を解消する循環ポンプを提供することである。
解決方法
このため、本発明は、バイパスを通過する流れがインペラへの流入流の予旋回を生じさせたり、増大させたりして、エンジンに要求される出力を減少させるような方法でポンプに接続されたバイパスのラインによって特徴づけられる。このバイパス流を設けることにより、冷媒の一部がバイパスを通過する限り、ポンプの効率は増す。
本発明の有利な実施態様によると、バイパス流は、第一入口に対して実質的に接線方向に接続された通路を介してポンプに誘導される。
好ましくは、通路は、断面積が第一入口の方向に単調に減少する湾曲した外壁面を含む。
それにより、通路は、第一入口を中心にらせん状に延びることができる。
好適には、通路は、バイパスからの流れを実質的に接線方向に可能にして入口の方向への流速を増す、面積減少を形成する。
一つの実施態様では、少なくとも一つの第一入口がインペラの中心に対して向けられ、バイパスが少なくとも部分的にその入口の周囲にらせん状に巻かれた状態で延び、バイパスが分岐している。
もう一つの好適な実施態様では、第一入口が、バイパス中を部分的に延び、開口を有する羽根を備えた装置の中心に対して向けられる。この装置は、バイパスからの流れを、該開口を介して、第一入口からの流れに対して実質的に接線方向に向け、予旋回を生じさせる。羽根を設けられた装置は、実質的にバイパスからの流れの中でインペラの直前に設けられる。好ましい実施態様では、予旋回はインペラの回転方向の旋回である。
本発明はまた、たとえば自動車のエンジンを冷却するための、回転式インペラによって冷媒をポンピングするための冷媒ポンプであって、エンジンからラジエータへのフィーダラインと、ラジエータからポンプへの戻りラインと、エンジンからの流出流をバイパス経由で分流させてポンプに戻すための弁とを含む冷却システムに含まれるポンプに関する。バイパスは、実質的にこのバイパスからの流れがインペラへの流入流の予旋回を生じさせたり、増大させたりし、その予旋回が、エンジンに要求される出力を減少させるような方法でポンプに接続されている。冷媒ポンプでは、流量はエンジンの運転状態に依存する。好ましくは、弁はサーモスタット制御される。
たとえば自動車のエンジンを冷却するための、回転式インペラによって冷媒をポンピングするための循環ポンプであって、エンジンからラジエータへのフィーダラインと、ラジエータからポンプへの戻りラインと、エンジンからの流出流をバイパス経由で分流させてポンプに戻すための制御弁とを含む循環システムの一部であるポンプにおける流量をエンジンの運転状態に依存して最適化するための本発明の方法によると、第一入口がインペラの中心に対して向けられ、らせん状の出口がインペラの外縁から延び、実質的に、入口流の旋回が生じ、バイパス流が入口流に対して実質的に接線方向に合うような方法で、バイパスからのバイパス流が第一入口からの中央入口流と遭遇することを特徴とする。
図面の簡潔な説明
以下、添付図面に示す実施態様を参照しながら本発明を説明する。
図１は、自動車における冷媒システムの概要図である。
図２及び３は、本発明にしたがって循環ポンプ中に予旋回を得るための原理を例示するための、循環ポンプの一部透視断面図である。
図４は、本発明にしたがって設計された循環ポンプをより詳細に一部断面で示す側面図である。
図５は、図４に示すポンプの底面図である。
図６は、本発明のポンプのもう一つの実施態様を、ポンプハウジングの一部を省略し、一部を透視した状態で示す図である。
図７は、本発明の循環ポンプの代替態様の断面図である。
図８は、図７のVIII−VIII線から見た断面である。
図９は、出力／流量の関係を示すグラフである。
実施態様の説明
本発明は主として、循環ポンプで予旋回を得ることを目的とする。以下の説明では、エンジン、特に自動車のエンジンに接続された循環ポンプに基づく実施態様を参照するが、当業者であれば、本発明の原理を、第一の流れと第二の流れとを組み合わせて使用して予旋回を達成するすべてのタイプの循環ポンプに応用できることが理解されよう。
図１は、エンジン２５、サーモスタット制御の一次制御弁２６、使用してもよい膨張タンク２７、ラジエータ２８、循環ポンプ２９及びバイパス３０を主に含む、自動車における冷却システムのブロック図である。明らかに、以下の説明で除外されない本発明にとって重要ではない他の部品があってもよい。
サーモスタット制御弁２６は、第一及び第二の限界位置ならびに多数の中間位置を有している。この弁は、流れを、第一の位置ではラジエータ２８経由でポンプ２９に誘導し、第二の位置ではバイパス３０経由でポンプ２９に誘導する。これら二つの位置は、一般に、冷却システム中の冷媒流の温度に基づいて決定される。たとえば、寒い日には、運転開始時の冷媒は、まず、一定温度に達するまでバイパス３０経由で循環され、その後、ラジエータ２８経由で循環される。特に、良好なエンジン冷却能力を一般に有する今日の自動車では、９０％の期間、流れはバイパスを通過する。
図２及び図３は、本発明の基本原理を非常に簡単に示す。一般に、ポンプ２９は、ハウジング１０、インペラ１７、羽根１８、第一入口１９、第二入口２２及び図示しない出口を含む。第一入口１９はラジエータに接続されており、第二入口２２は、インペラ１７の実質的に直前に設けられ、バイパス３０に接続されている。図２には、ラジエータからポンプに入る一つの流れしか示されていないが、図３には、バイパス３０から第二入口２２を介して入る流れが示され、この第二入口は、バイパス流が中央入口流（第一入口１９からの流れ）と実質的に接線方向に遭遇するようなバイパス流の方向を提供する。この結果、インペラの回転方向の予旋回が生じる。この向きを有する流入流の結果は、一部の流れが制御弁によってバイパスに向けられるとただちに、予旋回の衝撃モーメントのおかげで、ポンプの駆動軸に対する負荷が減るということである。ポンプの駆動軸に対する負荷は、バイパスを通過する冷媒の量に対応する比率で自然に増大する。
本発明の循環ポンプ２９のより詳細な実施態様を図４及び図５に示す。循環ポンプは、ポンプの流路を含む第一のハウジングハーフ１０を含む。型割線１１は、駆動軸１５のベアリング１３及びパッキン１４を含む第二のハウジングハーフ１２に共通である。
図４の駆動軸の右外端は、エンジンに対して駆動関係にある駆動ホイール１６、たとえば歯付きベルト駆動装置またはギヤを示す。駆動軸１５の反対側端は、第一のハウジングハーフ１０の中に延び、羽根１８を有するインペラ１７を支持している。
第一入口１９が、インペラ１７の中心の方向で湾曲した流路を形成し、パイプラインを介して、冷却システムの一部であるラジエータ（図示せず）に接続されている。従来の方法で、回転式インペラの羽根が冷却液を駆動してポンプの入口側から流れさせて、ポンプの中心から出口２１まで単調に増大する断面積を有するらせん経路２０に沿って流速及び流圧を増大させる。出口は、エンジンのシリンダブロックに接続されている。
もう一つのポンプ入口（第二入口２２）が、エンジン流出流を分流させてポンプに戻すための制御弁まで延びる冷却システムのバイパスに接続されている。
制御弁２６（図１）がシステムに含まれ、これが、エンジン中の冷却路の出口を冷却システムのラジエータに接続する。ポンプの第二入口２２は、第一入口１９の方向に断面積を単調に減少させながら経路２０に対して並行に延びるらせん経路２３に移行する。経路２３は、実質的にインペラ１７の直前で中央ポンプ入口１９に結合し、バイパス流を、バイパス流が相当な力で中央入口流と実質的に接線方向に遭遇するように向ける。
上述したような方法で、一部の流れが制御弁によってバイパスに案内されるとただちに、インペラ１７に対するこの向きを有する流入流がポンプの駆動軸１５に対する負荷の減少をもたらす。明らかに、ポンプの駆動軸１５にかかる負荷は、バイパスを通過する冷媒の量に比例して減少する。バイパスを通過する流量がたとえばゼロであるか、ゼロに近いとき、すなわちエンジンが全負荷状態で運転しているときには、ポンプは従来の冷媒ポンプとして機能する。
第一入口１９は、ポンプを冷媒の膨張タンク２７に接続し、冷却システムを加圧する機能を有する分岐継手２４を含む。分岐継手は、圧力が低いインペラの回転軸と一直線に並ぶ位置にある。図示する分岐継手の設計に代わるものとして、継手の管接続部品がポンプの中に少し延び、よりよい加圧を提供することもできる。
インペラの中心に対して実質的に軸方向に向けられた第一入口１９’の周囲に適当な回数だけ巻き付けられたバイパス３０’の中に流れを誘導することによって予旋回を生じさせる本発明のもう一つの実施態様を図６に示す。バイパス３０’は、２本の分岐部３０’ａ及び３０’ｂに分岐し、それぞれ、第一入口１９’からの流れに対して実質的に接線方向に向けられた二つの第二入口２２’ａ及び２２’ｂを介してポンプ流入流に吐出する。明らかに、バイパスの１個以上の分岐部及び１個以上のその第二入口を設けることができる。また、分岐ラインの直径を変化させることもでき、好ましくは、それぞれ第二入口２２’ａ及び２２’ｂに向かって単調に減少する。
図７に示すさらに別の実施態様では、第一入口１９”の一部が短い接続部品３１としてバイパス３０”に導入されている。インペラ１７”の直前に、羽根３２を備えたドラム３３が設けられ、その断面を図８に示す。ドラム３３は、その中心に、インペラ１７”に入る流れが通過する開口３４が設けられている。接続部品３１は、流れを、羽根の内寄り終端境界線の内側で主にドラム３３の開口した中心に向けるために設けられており、バイパス３０”からの流れが羽根３２に遭遇し、羽根の、湾曲した、ドラム３３の中心に向かって傾斜する形状により、実質的に接線方向の流れが第一入口１９”からの流れに対して向けられ、予旋回を生じさせる。
この例の実施態様は、当然、図７のバイパス及び入口の位置を変更することによって変更することができる。この場合、バイパスからの流れが第一入口からの流れに対して接線方向に向けられるよう、羽根を設けられたドラムは、中心、たとえばバイパス流の吐き出しの内側またはすぐ外側に設けられなければならない。
自動車において、本発明の循環ポンプに装置を有する利点は、エンジンが部分負荷及び全負荷それぞれで作動する駆動サイクルの比率に依存する。実験が、本発明の循環ポンプを使用することにより、標準的な運転サイクル中の燃料節約がたとえば約５％に達することを証明した。
図９のグラフは、本発明の予旋回を使用する利点を一例として図示する。グラフの水平軸がバイパス流の割合を示し、垂直軸が出力を示す。グラフＡは、予旋回を使用しないとき、出力がゼロまたは実質的に０Ｗに近いことを示す。他方、グラフＢは、予旋回を使用するときの、バイパス流に対する出力を示す。グラフから、バイパス中に流れが１００％あるとき、４００Ｗの効果が得られることが明らかである。
従来の冷却システムでは、バイパス経路は、ラジエータ中の圧力の降下に対応する圧力の降下のために、制御弁が二つの等しい流路に向かう方向でその流入を制御することができるよう、絞りによって寸法が決められる。その結果、ポンプは同じ負荷で作動し、冷却液は、ラジエータまたはバイパスのいずれかの中を流れる。本発明による循環ポンプの設計により流速の加速を利用して所要出力を減殺するような方法で、この絞りをポンプの内側に設けることができる。
冷媒ポンプの中には、ラジエータからの流れをポンプハウジングの中に吐き出して予旋回を生じさせ、通常でも予旋回を利用して作動するものもある。そのようなポンプでは、バイパスからの流れがすでにある予旋回を増強することができ、言い換えれば、ラジエータからの流れがなくても、予旋回が増す結果となる。
しかし、入口流は、インペラに対して軸方向に向けられる必要はなく、部分的にインペラに対して接線方向に向けることもできる。この場合、バイパスからの流れは、それが予旋回を増大させるような方法で入口流に対して向けられる。
本発明は、上述した実施態様に限定されず、添付の請求の範囲内でいくつかの変形が考えられる。たとえば、ポンプの入口及び出口を他の方法で設けることができる。
符号
１０ 第一のポンプハウジングハーフ
１１ 型割線
１２ 第二のポンプハウジングハーフ
１３ ベアリング
１４ パッキン
１５ 駆動軸
１６ 駆動ホイール
１７ インペラ
１８ インペラ羽根
１９ ポンプ入口
２０ 経路
２１ 出口
２２ ポンプ入口
２３ 経路
２４ 分岐継手
２５ エンジン
２６ 制御弁
２７ 膨張タンク
２８ ラジエータ
２９ ポンプ
３０ バイパス
３１ 接続部品
３２ 羽根
３３ ドラム
３４ 開口
【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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【図８】
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【図９】
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