(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの冷却システムにクーラントを圧送するように構成されたクーラントポンプであって、
ポンプチャンバ（５４）内に取り付けられた回転自在のインペラー（２、２７、６９）、一組の可動案内ベーン（４、３２、７０、９２）、及びクーラントの温度を感知する温度センサを含む温度トランスジューサ（５２、７２、８９）を含み、
前記一組の可動案内ベーンは、可動案内ベーンの各々が同時に運動可能に結合され、前記インペラーに対し、装置の運転中、前記インペラーを通過するクーラントの流れに回転渦運動を付与するように配置され、
前記可動案内ベーンの配向の変化が、インペラーを通過するクーラントの流れに付与される回転渦運動の角度において、対応する変化を生じるように、前記可動案内ベーンが配置され、
前記可動案内ベーンは、案内ベーンの流量減少配向と案内ベーンの流量増加配向との間の所定範囲の配向において可動であり、
前記温度トランスジューサ（５２、７２、８９）は、出力部材（５０）を含み、該出力部材は、低温クーラント位置と高温クーラント位置との間で、クーラントの温度変化に応じて可動であり、
前記温度トランスジューサの出力部材（５０）は、前記一組の可動案内ベーンに作動可能に連結され、それによって前記出力部材の運動が前記可動案内ベーンの配向において対応する変化を生じ、
前記クーラントポンプは、前記温度トランスジューサの前記出力部材が前記低温クーラント位置にあるとき、前記可動案内ベーンが流れ減少配向にあり、前記可動出力部材が前記高温クーラント位置にあるとき、前記可動案内ベーンが流れ増大配向にあるように構成されることを特徴とするクーラントポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のクーラントポンプであって、
前記可動案内ベーンは、インペラーに入るクーラントの流れに対し各々の配向を有し、
前記可動案内ベーンの運動は、前記可動案内ベーンの各々の配向の変化を含み、
前記可動案内ベーンの配向は、インペラーを通るクーラントに旋回速度成分を与え、
前記クーラントポンプは、前記可動案内ベーンの配向がクーラントの温度の関数として変化するように構成されるクーラントポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載のクーラントポンプであって、
前記ポンプチャンバに対して回転するように取り付けられたロータリング（４５、９０）を含み、
前記ロータリングは前記一組の可動案内ベーンに機械的に係合され、それにより前記ロータリングが前記ポンプチャンバに対して回転するとき、前記数個の可動案内ベーンがそれらの配向において対応する変化を受け、
前記温度トランスジューサの出力部材（５０）は、前記ロータリングに連結され、それにより前記ロータリングの回転位置が前記温度トランスジューサの温度センサにより感知された温度変化に応じて変化するクーラントポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のクーラントポンプであって、前記温度トランスジューサがサーモスタット（５２）を含み、前記温度トランスジューサの出力部材がサーモスタットのステム（５０）を含み、サーモスタットのステムは、サーモスタットの本体の温度が上昇及び下降するとき、サーモスタットの本体内へ又は本体外へ運動し、サーモスタットのステムが前記ロータリングに機械的に連結されるクーラントポンプ。
【請求項５】
請求項１に記載のクーラントポンプであって、前記インペラーを回転させる駆動手段を含み、該駆動手段は前記エンジンの回転速度に比例して回転するように配置されるクーラントポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の内燃エンジン用のクーラントポンプに関する。本発明は、エンジンの要求に従って流れ特性を提供するクーラントポンプを提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンの冷却システム用のポンプは、従来、エンジンがベルトを介して直接的に定速で駆動していた。しかしながら、エンジンの温度を効果的に制御する上で必要なクーラントの流量及び圧力水頭は、エンジンの回転速度と比例して駆動される場合には適当でない。クーラントシステムは、暑い日に坂道を登る大量の荷物を積んだ車輛に対処しなければならず、同じシステムを用いて、非常に寒冷な状態でヒーターを迅速に暖めなければならない。
【０００３】
更に、効率化を図るため、クーラントポンプが消費するエネルギは、理想的には、常に、クーラントを最適温度にするのに必要なだけの最小限のエネルギでなければならない。どのようなクーラント循環システムをしようとも、極端な場合に対処しなければならないのは勿論のことである。従来のベルト駆動式クーラントのポンプの場合、極端な場合に対処する必要は、従来のクーラントポンプがそれらのポンプの作動状態の多くについてそれ自体最適でないように、通常の作動効率を犠牲にする。
【０００４】
最適のクーラント温度は、エンジンの性能、燃料効率、排気エミッション等を考慮して定められる。クーラント循環システムは、極端な状態にある場合にクーラントが正しい温度まで冷却（加熱）されるように、所定の容積流量及び圧力水頭を提供しなければならない。本発明は、極端な場合にも適合でき、それにも拘わらず、システムが通常の作動中のエネルギの最小値しか消費しないように、通常の作動中のクーラント循環システムの効率を改善する。
【０００５】
クーラントポンプが過剰の流れ及び圧力水頭を提供する場合には、エンジンは動力を浪費し、エンジンの全体としての効率が下がる。この極端な状態は、エンジンが冷えており且つ高速回転（ｒｅｖｖｅｄ  ｈｉｇｈ）される場合に生じる。高速回転エンジン（ｈｉｇｈ  ｒｅｖｖｉｎｇ  ｅｎｇｉｎｅ）では、クーラントポンプは、クーラントシステムが必要としていない大量の流れを提供する。低い周囲温度内でエンジンが高速で回転しているときにラジエータに当たる大流量の空気流は、この極端な状態の一例である。
【０００６】
クーラントポンプが提供するクーラント流及び圧力水頭が不十分である場合には、エンジンは非常に高速で回転し、これによってエンジンの性能が低下し、恐らくはエンジンを損傷する。オーバーヒートは、低速作動中にエンジンの温度が高いときに起こる。エンジンによりベルト駆動される従来のポンプは、動力消費、大きさ、重量、取り付け位置に関して妥協がなされているということは理解されよう。これらの特徴はシステムの必要条件によって加えられる。従来型のシステムは、大量の動力を消費し、多くの空間を占有し、重量があり、設計形体をほとんど変更できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの従来の固定速度ベルト駆動式クーラントポンプシステムを本願で提案されるシステムと比較した場合の欠点は、
・大きな空間を必要とすること、
・取り付け位置が限られていること（エンジンからベルトにより直接的に駆動することが必要）、
・動力消費が過剰であり、エンジンの効率が損なわれること、
・クーラントの流れ性能が制限されていること（エンジンは低過ぎる温度又は高過ぎる温度で作動すると、効率が低下し、寿命が短くなり、エミッションに悪影響が及ぼされる）、
・代表的には重量が大きいということ、
・多くの可動部品を含むこと、及び
・修理又は交換が困難である、ということである。
【０００８】
これらの問題点が認識されているが、エンジンの設計者は、一般的には、クーラントポンプを電動モータで駆動することに切り換えることを行わなかった。このことは、設計者にとって、エンジンの冷却ファンを電動モータで駆動することを条件として指定することが非常に一般的であったという事実に鑑みて考慮しなければならない。この場合、モータは一定の速度で作動し、スイッチを切り換えるだけで制御され、切り換えの必要は簡単な電気サーモスタットによって指令される。これは、電動モータに対する簡単であり且つ十分な必要条件である。しかしながら、簡単なオン／オフ制御は、クーラントの流れを制御する上ではあまりにもおおまかであるということは理解されよう。最小クーラント流れ状態の下でも、クーラントを圧送し極めて力強く循環しなければならない。
【０００９】
電動式クーラントポンプが設けられている場合には、電動モータの回転速度を制御することによってクーラントの流れを制御できるということは理解されよう。理論的には、これは、クーラントポンプを駆動するモータに供給される電流を変化させることによって行うことができる。しかしながら、このようにモータ電流を制御することによってモータ速度を制御することは、エンジンの設計者に好まれないということがわかっている。電動モータには、多くの負荷条件の下で良好な効率を発揮するためには電動モータが一定の速度で作動するようにシステムを構成しなければならないという特徴がある。一般的には、これは、ポンプの性質でもあり、多くの負荷条件の下で良好な効率を発揮するためには、ポンプが一定の速度で作動するようにシステムを構成しなければならない。
【００１０】
かくして、クーラントポンプの駆動に電動モータを使用することを考える上で、第１に、サーモスタットを用いたポンプモータの簡単なオン／オフ制御は問題外であり、第２に、電動モータに供給される電流を制御することによってモータ速度を制御しようとすることは好ましくない。最後の手段として、機械式可変速駆動装置でポンプを固定速モータに連結することによってクーラントの流れを制御する考えは、あまりにも複雑であるため、更に、上述のように、ポンプ並びにモータが一定の速度で作動することが重要であるため、採用できない。本発明は、ポンプ（それ故、モータ）が一定の速度で回転できる方法において、多くの様々な条件に合わせてクーラントの流れを変化できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の原理
本明細書中に説明される設計形体は、クーラントの速度、流量、圧力水頭、等に作用を及ぼすために可変ピッチ案内ベーンを使用する。これらの案内ベーンは、クーラントの流れの中にクーラントがポンプを通過する際にクーラントポンプのインペラーと隣接して配置されている。案内ベーンは、エンジンの実際の冷却要求と対応する温度信号に応じて作動する。案内ベーンは、インペラーを通るクーラントの流れを増大し又は減少するのに役立ち、増大と減少との間の変化は、ポンプのインペラーに関する案内ベーンの配向の変化の結果として生じる。
【００１２】
放熱は、システムの温度に従って要求されるのであって、エンジンの速度に従って要求されるのではない。システムの温度は、冷却流体の温度として、又は機械上の特定の位置、例えば内燃エンジンのシリンダヘッドの排気バルブの近くの温度とすることができる。システム温度は機械的変位に変換され、これにより一組の案内ベーンのピッチを調節する。案内ベーンは、好ましくは、インペラーの直ぐ上流に配置されている。サーモスタット式トランスジューサは、システム温度が高い場合には、インペラーポンプが大量のクーラント流を提供するように案内ベーンを調節し、システム温度が低い場合には、少量のクーラントを提供するように案内ベーンを調節する。
【００１３】
内燃エンジンでは、エンジンの作動中、クーラント流れを常時維持する必要があるということに着目されたい。最小の流れ要求は、それでも、大量の流れである。流れが実際に停止した場合には、エンジンは数秒のうちにオーバーヒートしてしまう。かくして、制御を受ける流量は、最大流量の上方の小部分に過ぎないということは理解されよう。これは、設計者にとって、制御を所望程度線型に行うのが困難な流れ領域である。流量の上方の小部分だけを制御することは、可変ピッチ案内ベーンで容易であるばかりでなく、案内ベーンを移動した場合の流量の変化が、案内ベーンの移動に対して或る程度比例した状態からそれ程離れていないということは理解されよう。これは、簡単な自動ワックス型サーモスタット装置を直接使用できるということを意味する。これは、これらのサーモスタット装置もまた、温度／移動特性が或る程度線型であるためである。
【００１４】
最新の高速インペラーと組み合わせた可変ピッチ案内ベーンを使用することにより、広範な流量範囲に亘って流体力学的流れ効率を高め、要求が減少したときに流量を減少させることができる。過剰のクーラント流を提供し且つ過剰の動力を使用することが多い従来の直接駆動式インペラーポンプとは対照的に、本明細書中に説明した温度応答式可変ベーンシステムは、正しい量のクーラント流を正確に提供してシステムの作動温度を最適に移動自在すると同時に消費動力を少なくできる。
【００１５】
流れ／圧力についてのこのポンプの流体力学的性質は、ほぼ一定の速度で駆動される場合でも熱的制御性が提供され、これと同時に、可変速又は多速電動モータに対する必要がなくなる。高い流体力学的流れ効率を小型高速モータと組み合わせることによって、ポンプパッケージを全体として小型で、軽量で、効率的で、所与の冷却システムの特別の装備内に容易に一体化できる。サーモスタット信号は、簡単なシステムで案内ベーンの機械的変位に直接変換できる。更に高度なシステムについては、エンジン管理システムによって熱信号を処理できる。エンジン管理システムは、その後、電動式変位機構を制御し、案内ベーンを調節する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を更に詳細に説明するため、本発明の実施例を添付図面を参照し以下に説明する。添付図面に示し以下に説明する装置は、本発明を具体化した事例である。本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ限定され、例示の実施例の特定の特徴に限定されるものではないということに着目すべきである。第１図に示すように、モータ１が高速で回転し、インペラー２を駆動する。モータシャフトの周囲のリップシール３が、モータ１とポンプハウジング１０との間のモータ−とポンプの界面をシールする。可動案内ベーン４からなる円形の列体が流体流れを流体入口通路８からインペラー２上に向ける。インペラー２は、次いで、流体をポンプハウジング１０に対して流体出口通路９に向かって圧送する。
【００１７】
調節自在の案内ベーン４は、角変位に応じて可変のスピン度を流体流れに与える。可変の流体流れスピンは、インペラー２のブレードに対して負から正までの範囲内にある。スピン度は、調節自在の案内ベーン４の角変位量に応じて変化する。案内ベーンの角変位は、案内ベーンリンクリングアッセンブリ５の変位量と対応する。案内ベーンリンクリングアッセンブリ５は、連結されたサーモスタット型エレメント６によって変位される。サーモスタット型エレメント６は、温度変化により膨張し、又は収縮し、これと対応して変位を与える。ばね力がサーモスタット型エレメント６をその膨張変位力に対してその最小変位位置に戻す。
【００１８】
第２図乃至第５図は、本発明を具体化した電動式水（クーラント）ポンプを示す。電動モータ２０は高速（１００００ｒｐｍ又はそれ以上）であり、代表的には、通常の作動中に約１０Ａ乃至２０Ａ（１２Ｖ）の電流を消費する。モータのボディは、取り付けプレート２３にボルト止めしてある。モータのシャフト２５は、インペラー２７に固定されている。インペラー２７は第２ａ図に示してあり、好ましくは、プラスチック製又は金属製の成型体として形成されている。
【００１９】
インペラー２７は、エンジンブロックから流入通路２９を介して流れる水（クーラント）の経路に配置される。インペラーを通過した水は、出口通路３０を介して遠ざかる方向に向けられる（そしてそこから、ラジエータ等へ通される）。インペラー２７に流入した水は、インペラー２７に到達する前に、先ず最初に一組の可動ベーン３２に遭遇する。設計者は、これらのベーンが幾分傾斜できるようにしている。これによって、水流がインペラーに進入する際、これらのベーンが水流に回転渦運動を導入する。これらのベーンは、傾斜したベーンが発生する渦がインペラー自体が発生する回転渦と同方向であり且つこの回転渦を強化する第１方向に傾斜しているか或いは、これとは逆方向に傾斜しているのがよい。この場合、ベーンが発生した渦は、インペラーが発生した渦に抗する作用をなす。
【００２０】
ブレードの傾斜を制御することによって、ポンプインペラーの動力特性を滑らかに徐々に変化させることができ、この際、電動モータは、インペラーが或る程度一定の速度で回転している状態に保持する。ベーンの傾斜は、以下に説明するように、サーモスタット３４によって制御される。各ベーン３２は、夫々のベーンシャフト３６に固定されている。これらのシャフトは、固定ベースプレート４０に半径方向に配置された夫々のボア３８内で回転するように案内されている。各ベーンシャフト３６の外端にはレバー４３が夫々設けられており、このレバーにより、シャフト３６及びベーン３２を回転させることができる。
【００２１】
シャフトレバー４３をロータリング４５の作用で回転させる。ロータリング４５は、固定ベースプレート４０に回転自在に取り付けられている。実際、ロータリングは、固定ベースプレート４０と固定カバープレート４７との間に挟まれている。これらの二つの固定プレート４０、４７は、取り付けプレート２３にボルト（参照番号４６が付してある）止めされている。プレート４０、４７は、スペーサ４４及びロータリング４５によって離間された状態に保持されている。これらのスペーサ４４及びロータリング４５は、固定プレート間でこれらの固定プレートに対して移動自在である。ロータリング４５は、ばね４８によって反時計廻り方向に押圧されている。
【００２２】
ロータリング４５には、ノッチ４９がシャフトレバー４３の各々について一つづつ設けられている（この場合には５つ）。ロータリングを回転させると、５本のシャフト−レバーが夫々のシャフト３６を中心として一斉に引っ張られ、回転される。ロータリング４５は、サーモスタット５２のステム５０の運動によって回転される。ステム５０は、サーモスタットの本体上を流れる水の温度と比例した距離だけサーモスタット本体から突出する。かくして、ロータリング４５は、水温と比例した所定の角度に亘って回転し、同様に、可動ベーン３２は、これによって、水温と比例した所定の傾斜角度をとる。
【００２３】
サーモスタット５２は、膨張性ワックス体を収容した種類のサーモスタットである。このようなサーモスタットは、直径約１３ｍｍの本体サイズで容易に入手できる。この場合、ステムは、高温と低温との間で約８ｍｍの作用ストロークに亘って移動する。ステムの移動は、作用ストロークに亘り、多かれ少なかれ温度に比例する。
【００２４】
この場合、サーモスタットは、インペラー順押圧力（ｗｉｔｈ−ｔｈｅ−ｉｍｐｅｌｌｅｒ  ｂｉａｓ）の約５０°の角度から、インペラー逆押圧力（ａｇａｉｎｓｔ−ｔｈｅ−ｉｍｐｅｌｌｅｒ  ｂｉａｓ）の約２５°の角度まで可動ベーン３２を移動するように構成されている。インペラー順押圧力は、ポンプの作動を減少するのに使用され、これによって、ポンプは小さな容積流を送出し、小さな入力エネルギを使用し、これは、クーラントが比較的低温である場合に使用される。インペラー逆押圧力は、ポンプインペラーを通る水流を増大するのに使用され、これは、水がオーバーヒートを生じ始めた場合に使用される。
【００２５】
電動モータは、エンジンの作動中、たとえエンジンのクーラント流れが最小であっても連続的に作動する。勿論、最小クーラント循環流はかなり大量でなければならない。もしも流れがゼロ流れ状態に近づくと、エンジンはすぐにオーバーヒートしてしまう。
【００２６】
実際には、上述の可動案内ベーンシステムが非常に有利である理由の一つは、流れを最大程度に減少させた位置でさえ、かなりの流れがあるということである。可動案内ベーンシステムでは、必要とされる流れ調節は、必要最小の流れでさえゼロ流れ状態から程遠い流れの二つの極値の間で行われる。可動案内ベーンシステムは、連通状態と遮断状態との間で切り換えを行うのとは明らかに異なる正確で制御可能な方法で比較的大量の流れを微調整できるものと考えられる。一般的には、流れを最大値の約６０％からそれ以上に良好に直線的に制御できることが求められている。可動案内ベーンシステムは、この範囲に亘り、優れた制御及び直線性を提供する。これが、自動車用水ポンプで必要とされる特性であるということは理解されよう。
【００２７】
取り付けプレート２３は、モータ上を流れる冷却空気を最大にする冷却空気通路を含む。これは、連続作動のモータの場合に推奨される。インペラーからの水流は半径方向外方に通過し、ポンプチャンバ５４に入る。取り付けプレート２３には、クーラントを周囲に流し、通路３０から流出させる固定スペーサ５６が設けられている。
【００２８】
モータシャフト２５にはシール５８が設けられている。このシール５８は、高速のシャフト速度用に設計されていなければならない。しかしながら、シャフト直径が小さい（例えば５ｍｍ）ため、シャフトがシールに及ぼす擦れ速度は小さく、実際、シール５８は適切な使用寿命（この表現は、自動車用シールに関して使用される）を持つことが期待される。設計者は、リップシールに伴う問題点を回避しようとする場合、リップシールの代わりにメカニカルシールを設ける方を好む。一般的には、シールの必要をなくす磁気駆動結合装置を利用できる。この装置は安価であり、その駆動装置の大きさは上文中に説明してある。
【００２９】
第６図は、本発明を具体化した別の種類の水ポンプ（クーラントポンプ）を示す。この場合、エンジンからの水（クーラント）はポンプにポート６０のところで進入し、ポート６３を通って離れる。来入水は、環状通路６５（第７図参照）の周りを流れる。インペラー６９を駆動する電動モータ６７が環状通路６５の内部に配置されている。
【００３０】
案内ベーンは、環状通路６５を通過する水が回転インペラー６９に（第６図で見て上方に）近付くとき、この水に所定程度の回転渦運動を発生する。水流は、環状通路６５内で、可動案内ベーン７０の配向に応じて時計廻り方向又は反時計廻り方向に渦をなすように力が加えられる。第７図に示すように、案内ベーンは左方に傾斜しており、これによって、水流に時計廻り方向に力が加えられる。インペラー６９を通る流れは、電動モータ６７が通常の作動方向に設定された状態では、時計廻り方向に力が加えられた水流によって強化される。案内ベーンを第７図で見て右方に傾斜させると、所与のモータ速度について、インペラーを通る水流が減少する。この場合も、流れを最大程度に減少させた場合でも、かなりの流れがある。サーモスタット７２は流水の温度を検出し、これに従って案内ベーン７０の角度を調節する。
【００３１】
第８図は、可動案内ベーン７０の角度移動を制御するためにサーモスタット７２がどのように形成されているのかを示す。他の案内ベーンは、適当な連結ロッドによってリンクされている。第６図の構造は、水を自動車用エンジンに搬送するホースに挿入体として装着するのに適している。このように、ユニットは、従来のベルト駆動型水ポンプが損傷した自動車に修復体として装着できる。別の態様では、第６図の形体は、ＯＥＭ水（クーラント）ポンプとして組み込むことができる。
【００３２】
第９図及び第１０図は、本発明を具体化した別の水（クーラント）ポンプを示す。サーモスタット８９は回転自在のリング９０に作用を及ぼす。リング９０には、スピンドルに取り付けられた幾つかの可動案内ベーン９２が設けられている。ベーンスピンドルは、ポンプハウジング９８の対応するスロット９６と係合する夫々のタグ９４で終端する。サーモスタットステムの移動は、リングを周方向に引っ張り、可動案内ベーンを新たな配向まで回転させる上で効果的である。場合によっては、可動案内ベーンは、インペラーに進入する水流中にでなく、インペラーを離れる水流中に位置決めされる。この構成は、速度／モータ電流／圧力／流量／効率／等の特性が幾分異なっているが、幾つかの場合では更に適切である。
【００３３】
第１１図のグラフでは、曲線１２０は、代表的な従来の固定比率のエンジン駆動式クーラントポンプシステムの、エンジンのサーモスタットを開放した状態（サーモスタットを閉鎖した状態では、クーラントを圧送するのに必要な動力は或る程度小さい）での、推定動力消費量を示す。曲線１２３は、クーラントの流量を可動案内ベーンによって増大する本願に開示した種類の可動案内ベーン型電動モータ駆動式ポンプシステムの推定動力消費量を示す。曲線１２５は同じ装置に関し、ここでは、流速が案内ベーンによって減少させてある。新たなシステムは、クーラントの流量をエンジンの速度とは無関係に、たとえエンジンの速度がゼロであったとしても一定にでき、流量はクーラントの温度変化に応じて変化する。新たなシステムは、温度の上下に従ってクーラントの流量を増減するように構成されている。第１２図は、新たなポンプシステムの従来のシステムに対する改善の推定を示す別のグラフである。
【００３４】
本明細書中に説明したクーラント流れ制御システムの幾つかのその他の利点を以下に説明する：
１．エンジンの温度制御の改善
多くの従来のエンジン駆動システムは、エンジンのクーラント温度を特定の作動範囲内に維持するため、ラジエータを通過する空気流を、ファンが発生した空気流で調節する。作動を確実にする上で連通状態と遮断状態との間に大きな差を必要とする冷却ファンのサーモスタット連通／遮断制御と異なり、本発明のシステムでは、水温をはるかに精密に制御できる。温度を小さな範囲内で制御することによって、エンジンの全体としての効率を改善できる。作動温度範囲を小さくすることは、設計上の対象事項である。これは、最適温度での作動と関連した良好な燃焼等のエンジンの固有の性能上の利点が得られるためである。更に、ファンによる調整の必要を小さくするため、新たなポンプシステムによるクーラント温度の制御が正確であることが期待される。
【００３５】
２．クーラントポンプの効率の向上
全作動範囲に亘って総計した、冷却に費やされるエネルギ量が大幅に減少する。  ３．ヒーターの性能の向上
一般的には、従来のエンジン駆動式ポンプがアイドリング時にヒーターコアに送出するクーラント量は不十分であり、そのため、車室ヒーター性能が小さい。エンジン駆動ポンプがヒーターコアを通して送出する流れのレベルは、代表的には、ヒーターコアの性能特性曲線の「屈曲領域」を越えない。このため、アイドリング時の最適の熱伝達及び車室ヒーター性能よりもはるかに小さい。新たなシステムは、所与のシステム抵抗に対して調節された最小流量を提供し、暖機中の客室用ヒーターの性能を増大するようにヒーターコアを通過する流量を大きくするように設計できる。
【００３６】
４．作動後冷却性能の向上
本明細書中に記載した電動ポンプは、作動後冷却を行うように切り換えることができる。作動後冷却はエンジンの停止時に行われ、従ってエンジン駆動式ポンプでは行うことができない。ここでは、従来の冷却ファンを切るために使用されたスイッチと同様の簡単な熱作動スイッチを使用するのがよい。停止後、エンジン駆動式ポンプがもはや機能していないとき、従来のエンジンでは、ラジエータを冷却するために電動式冷却ファンが作動している場合でも、事後沸騰（ａｆｔｅｒ−ｂｏｉｌ）と呼ばれる大きな温度上昇が起こることがある。残留熱は、エンジンブロック及びヘッドに存在し、ラジエータには存在しない。過度の事後沸騰は、構成要素及び流体を早期劣化させる。エンジンによっては、エンジンの停止後数分間に亘ってクーラントの循環を保持するためにだけ特別の電動式クーラントポンプが従来のベルト駆動式クーラントポンプの他に装着されている。同様に、エンジンを始動前に暖機するための寒冷気候用予備ヒーターがエンジンに装着されている場合には、電動ポンプが有利である。これは、始動前にクーラントを循環するように切り換えを行うことができるためである。
【００３７】
５．費用の有利性
従来の水ポンプは、ベルト駆動装置、頑丈なベアリング、及び全体に精巧で高価なインフラストラクチャーを必要とするが、ポンプ自体は極めて安価である。更に、従来のシステムはアッセンブリラインに労働を集約した。予備製造した独立式システムである本システムは、エンジンブロックに単にボルト止めされるものであり、この他のアッセンブリラインの作業を実際上必要としない。ユニットは、全体としての重量がベルト駆動ユニットよりも軽い。高速低トルク駆動（これは、軽量化に繋がる特性である）は、電動モータ駆動装置では簡単であるが、ベルト駆動装置では不可能である。
【００３８】
６．融通性
従来の水（クーラント）ポンプは、その取り付け位置及び駆動方法に関して制限されている。新たなポンプシステムは、これをエンジンブロックにボルト止めすることによって設置できるように形成でき、又はユニットをエンジンの給排水装置に挿入できるように形成できる。新たなシステムのモータ駆動は、好ましくは、上文中に説明したように定速であり、流れの全ての変化は、ベーンの配向を変化させることによって得られる。しかしながら、システムは、２速モータ又は多速モータを使用するように形成でき、又は必要とされる高度な制御装置が含まれる場合には無断可変速モータを使用するように形成できる。
【００３９】
７．作動範囲
代表的には、自動車用エンジンは、クーラント流を毎分約３７．８５４リットル乃至１１３．５６２リットルの範囲で変化させることを必要とする。上述のシステムは、安価な独立式ユニットでこのレベルの流れを提供でき、このレベルの流れにおける変化が小さい。
【００４０】
８．信頼性
本明細書中上文中に説明したシステムは、ベルト駆動クーラントポンプに代わろうとするものであって、これを補助するためのものではない。最近の電動モータは、高速度設計であっても、非常に信頼性が高い。これとは対照的に、従来のベルト駆動式水ポンプは、現在の十分に信頼性のある状態（即ち、非常に要求が厳しい自動車における信頼性）が得られるようになるため、かなり過剰の技術的措置が講じてある必要がある。勿論、電気部品も故障することがあり、水（クーラント）ポンプが故障するとエンジンが迅速に損傷を受ける。
【００４１】
しかしながら、或る程度一定の速度で作動する電気部品と機械式ベルト駆動装置との間での信頼性の比較の結果は明らかである。ポンプ自体に関し、エンジンのクーラント水は、汚れており且つ様々な種類の付着物、腐蝕生成物、有害な化学薬品、等を含むと考えられなければならない。これらは、ポンプのインペラーにも案内ベーン及びそれらの作動機構にもほとんど影響を及ぼさないということがわかっている。ワックス型サーモスタットは安価であり且つ非常に信頼性が高い。電子式エンジン管理システムで案内ベーンの配向を操作する場合、このようなシステムの信頼性が大幅に向上し、本明細書中に説明したシステムは、これによる利点（機械式ベーン駆動装置にはない）を持つことができるということに着目されたい。
【００４２】
従来の全ての水冷式エンジンの一つ一つにはベルト駆動式水ポンプが夫々設けられているということを示唆するのでなく、それとは逆に、機械式ベルト駆動装置がほとんどの場合で汎用されているということを示唆する。電動クーラントポンプが設けられている場合でも、一般的には、これはベルト駆動式ポンプの補助装置であった。勿論、幾つかの特別のエンジンはほぼ一定の作動状態で作動し、この場合、定速電動クーラントポンプはそれ程制限的ではない。しかしながら、本明細書中に説明したように、一般的な自動車の用途では、流れ制御、及び可変ピッチ案内ベーンによる温度に基づいた流れ制御が必要とされ、これは、現在では、この必要を満たすために利用できる。
【００４３】
本明細書では、電動モータが一定の速度で作動できるということを示してきた。しかしながら、これは現実の実際のモータが実際に一定の速度で作動するということを言うものではない。むしろ、本発明は、ポンプの速度を制御することによるのでない手段によって流れを制御する、クーラントの流れを制御するための手段を提供するということに力点を置く。即ち、モータ及びポンプは、一定の速度で作動できるようになっているが、それでもクーラントの流量を変化させることができる。モータの速度は、モータの特性に応じて実際には一定である。自動車の付属品を作動するために現在広範に使用されている従来型の１２ｖのＤＣモータが適している。
【００４４】
この種のモータは、トルク増大時の速度低下の程度が最初のうちは僅かであるが、その後、トルクの増大に従って速度が迅速に低下するという特性を備えている。即ち低トルク乃至中トルク時には速度低下が緩やかであるが、トルクが中程度から高トルクに増大するとき、役立たない程迅速に低下するのである。モータは、様々な流量での圧送によるトルクの変動を含むモータに作用するトルクが、本明細書中上文中に説明したように、選択されたモータについて低−中トルク範囲内に入るように選択しなければならない。かくして、モータの速度が低速から中速まで実際に変化する際、クーラントの圧送速度はほとんど変化しない。このようなモータの作動効率が良好な実際の範囲は、同じ低トルク−中トルク範囲に亘って生じる。
【００４５】
更に、本明細書では、流量と温度との間の関係の成分の直線性は線型であると説明した。これは実質的に線型であるということを意味し、完全に線型であるということを意味するものではない。例えば、ワックス型サーモスタットは、温度変化と移動距離との間にほぼ線型の関係を持つに過ぎない。同様に、ポンプにおいて、クーラントの流量の、案内ベーンの角度配向の変化に対する関係は、動力が更に上昇する関係であって、線型ではない。しかしながら、おおまかには、流量を自動的に制御することがほとんど考えられない程非線型の例えば従来の流れ制御バタフライバルブとの関連において、関係を或る程度線型であると説明した。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を具体化した水（クーラント）ポンプの断面図。
【図２】本発明を具体化した自動車エンジン用水（クーラント）ポンプの構成要素を示す分解斜視図。
【図２Ａ】ポンプのインペラーの拡大図。
【図３】第２図のポンプの組み立て済の構成要素の拡大図。
【図４】第２図のポンプの構成要素のうちの幾つかの概略側断面図。
【図５】第２図のポンプの構成要素のうちの幾つかの端面図。
【図６】本発明を具体化した別の水ポンプの断面図。
【図７】第６図のＡ−Ａ選択での断面図。
【図８】第６図のポンプの幾つかの構成要素の拡大斜視図。
【図９】本発明を具体化した更に別の水ポンプの断面図。
【図１０】第９図のポンプの幾つかの構成要素の平面図。
【図１１】動力消費特性の比較を示すグラフ。
【図１２】流量の比較を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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