-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kühlwasserzirkulationsgerät zur Ausgabe
von zugeführtem Kühlwasser
zu einem Motor oder einem Kühler
mittels einer Wasserpumpe.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Bekannte
Kühlgeräte für interne
Verbrennungskraftmaschinen umfassen eine Vorrichtung, die in der
japanischen offengelegten Patentschrift Nr. 88582/1997 beschrieben
ist. Die in diesem Gerät
verwirklichte Technik dient zur Verminderung der Begrenzung hinsichtlich
der Anordnung verschiedener Hilfsaggregate, die über eine Kurbelwelle, einen
Riemen und eine Kette angetrieben werden, in dem eine Kühlwasserzuführpumpe
mittels einer Nockenwelle angetrieben wird, die Wasserpumpe an einem
Zylinderkopf zur Verbindung einer Ausgabeöffnung der Wasserpumpe mit
einer Einlassöffnung
eines Kühlwasserkanals
an einer Ansaugseite des Zylinderkopfes befestigt ist, um so die
Saugseite des Kühlwasserkanals
als einen Wasserkanal an einer Ausgabeseite der Wasserpumpe auszubilden,
wodurch, auch wenn ein Widerstand des Saugseitenkühlwasserkanals
groß ist,
ein negativer Druck an der Saugseite der Wasserpumpe zunimmt, um
das Auftreten der Kavitation in ihr zu verhindern.
-
Bei
einer derartigen Vorrichtung wird jedoch das Kühlwasser von einer Wasserpumpe
alleine zirkuliert, die von einer Nockenwelle angetrieben wird, die
sich mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle dreht, so dass, wenn
die Temperatur des Kühlwassers über ein
bestimmtes Niveau zunimmt, eine erforderliche Kühlwassermenge nicht sichergestellt
ist, wenn nicht die Kapazität
der Wasserpumpe erhöht wird.
Um eine erforderlich Strömungsmenge
des Kühlwassers
sicherzustellen, muss die Kühlwasserausgabeleistung
(Förderhöhe) der
Pumpe verbessert werden, und um die Pumpenförderhöhe zu erhöhen, müssen die Abmessungen der Wasserpumpe
erhöht werden.
Dies bewirkt, dass die Antriebskraft der Wasserpumpe zunimmt, so
dass der Kraftstoffverbrauch zunimmt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlwasserzirkulationsgerät zu schaffen, das
eine erforderliche Strömungsmenge
des Kühlwassers
sicherstellt, ohne die Förderhöhen der
Wasserpumpen zu erhöhen.
-
Zur
Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe
wird ein Kühlwasserzirkulationsgerät nach Anspruch
1 geschaffen. Das Gerät
bzw. die Vorrichtung dient zur Zirkulation des Kühlwassers durch einen Motor
oder einen Kühler
und umfasst eine erste Wasserpumpe mit einer ersten Zuführöffnung zum
Zuführen
von Kühlwasser,
das durch das Innere des Motors strömt, und eine erste Ausgabeöffnung,
die zur Ausgabe des von ihr ausgegebenen, zugeführten Kühlwassers wieder mit dem Motor
verbunden ist, und die mit einer Nockenwelle des Motors verbunden ist
und sich mit ihr dreht, eine Steuereinrichtung zum Unterbrechen
einer Kühlwasserströmung, die
von einem Kühler
zur ersten Zuführöffnung gerichtet
ist, wenn die Temperatur des Kühlwassers
nicht höher als
ein bestimmtes Niveau ist, und die den Kühler und die erste Zuführöffnung miteinander
verbindet, wenn die Temperatur des Kühlwassers höher als ein bestimmtes Niveau
ist, und eine zweite Wasserpumpe mit einer zweiten Zuführöffnung zur
Zuführung
von Kühlwasser,
das durch das Innere des Motors strömt, und eine zweite Ausgabeöffnung,
die zur Ausgabe des von ihr ausgegebenen, zugeführten Kühlwassers mit der Zuführöffnung der
ersten Wasserpumpe verbunden ist, und wobei die zweite Wasserpumpe
elektrisch entsprechend der Temperatur des Kühlwassers angetrieben wird.
-
Gemäß der ersten
Ausführungsform
wird die erste Wasserpumpe, wenn die Temperatur des Kühlwassers
nicht höher
als ein bestimmtes Niveau ist, mit der Nockenwelle des Motors angetrieben,
und nimmt das Kühlwasser
von der ersten Zuführöffnung auf
und gibt das Kühlwasser
in Richtung der ersten Ausgabeöffnung
aus. Das ausgegebene Kühlwasser kühlt den
Motor in seinem Inneren. Wenn die Temperatur des Kühlwassers
höher als
ein bestimmtes Niveau wird, werden der Kühler und die erste Zuführöffnung miteinander
durch die Steuereinrichtung verbunden, und das von der ersten Wasserpumpe
ausgegebene Kühlwasser
wird dem Motor und dem Kühler
zugeführt.
Da die Nockenwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben
wird, wird, wenn das Kühlwasser
zum Motor und Kühler
ausgegeben wird, die Ausgabemenge der ersten Wasserpumpe in einigen
Fällen
nicht ausreichen. Gemäß der Erfindung
wird die zweite Wasserpumpe elektrisch entsprechend der Temperatur
des Kühlwassers
angetrie ben. Wenn somit der Antrieb der ersten Wasserpumpe alleine
bewirkt, dass die Ausgabemenge des Kühlwassers nicht ausreicht,
wird die zweite Wasserpumpe angetrieben, um die Fehlmenge der Ausgabemenge
auszugleichen. Aufgrund dieses Betriebes wird eine ausreichende
Kühlwassermenge
immer zirkuliert. Da die zweite Wasserpumpe elektrisch betrieben
wird, kann die Drehzahl gesteuert werden, und die Strömungsmenge
des Kühlwassers
kann wahlweise reguliert werden.
-
Der
Fall, in dem die zweite Kühlwasserpumpe
so eingestellt ist, dass sie sich nicht dreht, wenn die Temperatur
des Kühlwassers
nicht höher
als ein bestimmtes Niveau ist, und elektrisch angetrieben wird,
wenn die Temperatur des Kühlwassers
höher als
ein bestimmtes Niveau ist, wie in einer zweiten Ausführungsform
beschrieben, wird im Folgenden beschrieben. Wenn die Temperatur
des Kühlwassers höher als
ein bestimmtes Niveau ist, wird die zweite Wasserpumpe angetrieben,
und die Steuereinrichtung verbindet den Kühler und die erste Zuführöffnung miteinander.
Entsprechend wird das Kühlwasser
von der zweiten Zuführöffnung zugeführt und
von der zweiten Ausgabeöffnung
ausgegeben. Da das so zirkulierte Kühlwasser bei einer erforderlichen
Strömungsmenge
sowohl durch den Motor als auch den Kühler durch den Antrieb der
elektrisch angetriebenen zweiten Wasserpumpe strömt, wird es möglich, eine
erforderliche Strömungsmenge
des Kühlwassers
sicherzustellen, ohne die Abmessungen der ersten Wasserpumpe zu
erhöhen,
auch wenn die erste Wasserpumpe von der Nockenwelle angetrieben wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Es
zeigen:
-
1 ein
schematisches Diagramm der Ausführungsform
des Kühlwasserzirkulationsgerätes gemäß der Erfindung;
-
2 eine
Schnittansicht einer ersten Wasserpumpe der ersten Ausführungsform;
-
3 eine
Schnittansicht einer zweiten Wasserpumpe der Ausführungsform;
und
-
4 eine
Seitenansicht in Richtung eines Pfeils A in 3.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer bevorzugten
Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 bis 4 sind
Zeichnungen zur Darstellung des Kühlwasserzirkulationsgerätes der
Ausführungsform
gemäß der Erfindung,
wobei 1 ein Diagramm eines Kühlwasserzirkulationsgerätes 1, 2 eine
Schnittansicht einer ersten Wasserpumpe, 3 eine Schnittansicht
einer zweiten Wasserpumpe und 4 ein schematisches
Diagramm der zweiten Wasserpumpe darstellt.
-
Das
Kühlwasserzirkulationsgerät 1 ist
eine Vorrichtung zur Zirkulierung des Kühlwassers durch einen Motor 2 und
einen Kühler 3 und
ist mit einer ersten Wasserpumpe 4 versehen, die eine erste
Zuführöffnung 5 zur
Zuführung
des durch den Motor 2 strömenden Kühlwassers und eine erste Ausgabeöffnung 6 zur
erneuten Ausgabe des zugeführten
Kühlwassers
zum Motor 2 aufweist, und die mit einer Nockenwelle 2A (zweigepunktete
Linie in 2) des Motors 2, einem
Thermostat 7 als Steuereinrichtung zum Unterbrechen einer
Kühlwasserströmung, die von
dem Kühler 3 der
ersten Zuführöffnung 5 zugeführt wird,
wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht
höher als
ein bestimmtes Niveau ist, und die den Kühler 3 und die erste
Zuführöffnung 5 miteinander
verbindet, wenn die Temperatur des Kühlwassers höher als ein bestimmtes Niveau
ist, und eine zweite Wasserpumpe 8, die eine zweite Zuführöffnung 9 zur Zuführung des
durch das Innere des Motors 2 strömenden Kühlwassers und eine zweite Ausgabeöffnung 10 zur
Ausgabe des zugeführten
Kühlwassers in
Richtung der ersten Zuführöffnung 5 der
ersten Wasserpumpe 4, aufweist, und die nicht angetrieben wird,
wenn die Temperatur des Kühlwassers
nicht höher
als ein bestimmtes Niveau ist, und die elektrisch angetrieben wird,
wenn die Temperatur des Kühlwassers
höher als
ein bestimmtes Niveau ist, wobei das Kühlwasser durch das Innere des
Kühlers
entsprechend der Temperatur des Kühlwassers zirkuliert wird.
-
Die
Konstruktion jedes Bauteils wird im Folgenden im einzelnen beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die erste Wasserpumpe 4 eine
von der Nockenwelle 2A angetriebene Antriebswelle 11, einen
am freien Ende der Antriebswelle 11 befestigten Rotor 12,
eine erste Zuführöffnung 5 zur
Zuführung
des Kühlwassers
und die erste Ausgabeöffnung 6 zur
Ausgabe des zugeführten
Kühlwassers
zu dem Motor 2, wobei diese Wasserpumpe 4 mit
der gleichen Drehzahl wie die der Nockenwelle 2A angetrieben
wird, d.h. mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle.
-
Wie
in 3 gezeigt, umfasst die zweite Wasserpumpe 8 einen
Gleichstrommotor ohne Bürsten
mit einem Rotor 15 aus Metall zum Ansaugen und Ausgeben
des Kühlwassers, eine
Welle 17, an der der Rotor 15 an ihrem freien
Ende befestigt ist, und die sich mit dem Rotor 15 dreht,
ein an dem Motor 2 befestigtes Gehäuse 18, Lager 19, 20 zum
Lagern der Welle 17 an dem Gehäuse 18, so dass die
Welle 17 sich relativ zu dem Gehäuse 18 dreht, einen
an einem Außenumfang
der Welle 17 ausgebildeten Magneten 16, an einem
Innenumfang des Gehäuses 18 angeordnete
Kerne 21 und mehrere Wicklungen 22, die um jeden
Kern 21 gewickelt sind und einen Magnetkreis mit dem Magneten 16 bilden.
Die zweite Wasserpumpe 8 ist so ausgebildet, dass, wenn
ein elektrischer Strom in den Wicklungen 22 fließt, sich die
Welle 17 mit dem Magneten 16 mit dem Rotor 15 dreht,
wodurch das von der zweiten Zuführöffnung 9 zugeführte Kühlwasser
von der zweiten Ausgabeöffnung 10 ausgegeben
wird. Die Drehzahl des Rotors 15 kann wahlweise mit dem
Volumen der Pumpe entsprechend dem Niveau des in den Wicklungen 22 fließenden elektrischen
Stroms verändert
werden. Bei dieser Ausführungsform
treibt eine CPU (nicht dargestellt) die zweite Wasserpumpe 8 durch
die Steuerung des elektrischen Stroms an, der in den Wicklungen 22 strömt, und
zwar entsprechend der Temperatur des Kühlwassers.
-
Die
Konstruktion der zweiten Wasserpumpe 8 wird weiter unter
Bezugnahme auf 4 beschrieben. Wie in 4 dargestellt,
ist die zweite Ausgabeöffnung 10 so
angeordnet, dass sie von dem Drehmittelpunkt des Rotors 15 abweicht,
und die Flügel 15a des
Rotors 15 erstrecken sich radial in Bezug auf den erwähnten Drehpunkt.
Die Drehrichtung der Welle 17 wird geschaltet, indem man
die Richtung des elektrischen, in den Wicklungen 22 fließenden Stroms
verändert.
-
Bei
dem Kühlwasserzirkulationsgerät 1 gemäß dieser
Ausführungsform
ist zwischen dem Motor 2 und der zweiten Zuführöffnung 9 eine
Heißwasserheizung 23 vorgesehen,
und das erwärmte
Kühlwasser
wird in der Heizung 23 einem Wärmeaustausch unterworfen, wobei
ein Gebläse
(nicht dargestellt) betrieben wird, um den Innenraum eines Fahrzeugs zu
erwärmen.
Da die zweite Wasserpumpe 8 elektrisch angetrieben wird,
kann die Drehzahl mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, und eine
Strömungsmenge
des Kühlwassers
zu der Heizung 23 ist sichergestellt, so dass die Leistung
der Heizung verbessert wird.
-
Der
Thermostat 7 ist ein Wachsthermostat zum Schalten der Zirkulation
und zur Unterbrechung des Kühlwassers,
das von dem Kühler 3 zur
ersten Wasserpumpe 4 strömt, voneinander, unter Verwendung
der Ausdehnung und des Zusammenziehens des Thermowachses, das entsprechend
der Temperatur auftritt.
-
Im
Folgenden soll der Betrieb des Kühlwasserzirkulationsgerätes 1 beschrieben
werden. Wenn der Motor 2 gestartet wird, werden die Antriebswelle 11 und
der Rotor 12 der ersten Wasserpumpe 4 entsprechend
der Drehung der Nockenwelle 2A angetrieben, und das Kühlwasser
wird von der ersten Zuführöffnung 5 infolge
der Pumpwirkung der ersten Wasserpumpe 4 zugeführt, und
das zugeführte
Kühlwasser
wird in Richtung der ersten Ausgabeöffnung 6 ausgegeben.
-
Wenn
die Temperatur des Kühlwassers
während
der Kühlung
niedriger als ein bestimmtes Niveau ist, wird das Kühlwasser
nicht in dem Kühler 3 zirkuliert,
so dass der Motor 2 schnell erwärmt wird. In diesem Fall schließt der Thermostat 7 eine
Strömung
des Kühlwassers
von dem Kühler 3 zur
ersten Zuführöffnung 5.
Die zweite Wasserpumpe 8 wird nicht angetrieben. Hierbei
wird das Kühl wasser
von der ersten Ausgabeöffnung 6 der
ersten Wasserpumpe 4 in das Innere des Motors 2 ausgegeben
und strömt
in das Innere des Motors 2 und dann in die Zuführöffnung 9 der
zweiten Wasserpumpe 8 über
die Heizung 23. Da die zweite Wasserpumpe 8 nicht
angetrieben wird, strömt
das Kühlwasser
von der zweiten Zuführöffnung 9 zur
zweiten Ausgabeöffnung 10 und
dann in die erste Zuführöffnung 5 der
ersten Wasserpumpe 5, woraufhin das Kühlwasser dann von der ersten
Ausgabeöffnung 6 infolge
der Pumpwirkung ausgegeben wird. Das von der ersten Ausgabeöffnung 6 ausgegebene
Kühlwasser
strömt
in das Innere des Motors 2 und kehrt dann zur ersten Zuführöffnung 5 über den
Thermostat 7 zurück,
woraufhin dann das Kühlwasser
erneut in dem Inneren des Motors 2 zirkuliert. Dieser Vorgang
wird wiederholt, bis die Temperatur des Kühlwassers ein bestimmtes Niveau
erreicht.
-
Wenn
die Temperatur des Kühlwassers
im Motor 2 in diesem Zustand nicht niedriger als ein bestimmtes
Niveau ist, ist es erforderlich, diese Temperatur zu regeln, um
die Temperatur des Wassers im Motor 2 bei einem bestimmten
Niveau zu halten. In diesem Fall wird der Thermostat 7 geöffnet und
der Kühler 3 und
die erste Zuführöffnung 5 werden
miteinander verbunden, so dass das in dem Kühler 3 gekühlte Kühlwasser
der ersten Wasserpumpe 4 mit dem durch den Motor 2 zirkulierten
Kühlwasser
zugeführt
wird. Das durch das Innere des Motors 2 strömende und
erwärmte
Kühlwasser
wird dann zu der Heizung 23 geführt und gelangt durch die zweite
Zuführöffnung 9 der
zweiten Wasserpumpe 8, woraufhin es dann von der zweiten
Ausgabeöffnung 10 ausgegeben
wird. Das Kühlwasser
wird dann der ersten Zuführöffnung 5 der
ersten Wasserpumpe 4 und dem Inneren des Motors 2 erneut
zugeführt.
Das von dem Kühler 3 und
der Heizung 23 gekühlte
Kühlwasser wird
dem Motor 2 zugeführt,
und die Temperatur des Wassers im Motor wird dadurch bei einem geeigneten
Niveau gehalten. Da die zweite Wasserpumpe 8 angetrieben
wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers
ein Niveau nicht niedriger als ein bestimmtes Niveau erreicht, wird
die Förderhöhe des durch
das Gerät 1 zirkulierten
Kühlwassers
gleich der Summe der Förderhöhe der ersten
Wasserpumpe 4 und der der zweiten Wasserpumpe 8,
und die Strömungsmenge des
Kühlwassers
zum Motor 2 und zum Kühler 3 ist sichergestellt.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist es möglich,
durch die Verwendung der elektrisch angetriebenen zweiten Wasserpumpe
eine Strömungsmenge des
durch den Kühler 3 und
den Motor 2 zirkulierten Kühlwassers sicherzustellen,
ohne dass die Förderhöhe der ersten
von der Nockenwelle 2A angetriebenen Wasserpumpe 4 erhöht wird.
Hierdurch wird der Kraftstoffverbrauch verbessert.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist die zweite Ausgabeöffnung 10 der
zweiten Wasserpumpe 8 so ausgebildet, dass sie von dem
Drehmittelpunkt des Rotors 15 abweicht, und die Flügel 15a des
Rotors 15 erstrecken sich radial zu dem Drehmittelpunkt.
Entsprechend ist es möglich,
die Strömung des
Kühlwassers
mittels der Vorwärts-
und Rückwärtsdrehung
des Rotors 15 zu steuern. Aufgrund dieser Konstruktion
strömt
das Kühlwasser
von der zweiten Wasserpumpe 8 zur ersten Wasserpumpe 4, ohne
durch den Thermostat 7 zu strömen, wenn das aus dem Motor 2 strömende Kühlwasser
zur ersten Wasserpumpe 4 geleitet wird. Der Thermostat 7 kann daher
so ausgebildet werden, dass das aus dem Motor 2 strömende Kühlwasser
ihm nicht zugeführt
wird. Dies ermöglicht,
dass eines der Ventile des Thermostaten 7 entfallen kann
und der Widerstand des Kühlwassers
auf den Thermostaten 7 vermin dert wird, wodurch die Lebensdauer
des Thermostaten 7 verbessert wird.
-
Es
wurde eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Kühlwasserzirkulationsgerät gemäß der Erfindung
ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt. Irgendeine
Ausführungsform
im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend dem Geist der Erfindung
wird mitumfasst.
-
Gemäß der Ausführungsform
wird, wenn das Kühlwasser
im Motor und dem Kühler
zirkuliert wird, die elektrisch angetriebene zweite Wasserpumpe
gedreht, wodurch die Zirkulation des Kühlwassers bei einer erforderlichen
Durchflussmenge durchgeführt wird.
Wenn der Antrieb der ersten Wasserpumpe alleine bewirkt, dass eine
Ausgabemenge des Kühlwassers
nicht ausreicht, wird die zweite Wasserpumpe angetrieben, um die
Verknappung der Ausgabemenge aufzufüllen. Aufgrund dieses Betriebs
wird immer eine geeignete Kühlwassermenge
zirkuliert. Da die zweite Wasserpumpe elektrisch angetrieben wird,
kann die Drehzahl gesteuert werden, und die Strömungsmenge des Kühlwassers
kann ebenfalls wahlweise reguliert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Kühlwasser
bei einer erforderlichen Strömungsmenge
sowohl durch den Motor als auch den Kühler durch Antrieb der elektrisch
angetriebenen zweiten Wasserpumpe zirkuliert. Es ist daher möglich, eine
erforderliche Strömungsmenge
des Kühlwassers
sicherzustellen, ohne die Abmessungen der ersten Wasserpumpe zu erhöhen, auch
wenn die erste Wasserpumpe mit der Nockenwelle angetrieben wird,
was von Vorteil ist.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft ein Kühlwasserzirkulationsgerät, das eine
erforderliche Strömungsmenge
des Kühlwassers
sicherstellt, ohne die Förderhöhen der
Wasserpumpen zu erhöhen,
wobei das Gerät
eine erste Wasserpumpe mit einer ersten Zuführöffnung zum Zuführen von
Kühlwasser,
das durch das Innere des Motors strömt, und eine erste Ausgabeöffnung,
die zur Ausgabe des von ihr ausgegebenen, zugeführten Kühlwassers wieder mit dem Motor
verbunden ist, und die mit einer Nockenwelle des Motors verbunden
ist und sich mit ihr dreht, eine Steuereinrichtung zum Unterbrechen
einer Kühlwasserströmung, die
von einem Kühler
zur ersten Zuführöffnung gerichtet
ist, wenn die Temperatur des Kühlwassers
nicht höher
als ein bestimmtes Niveau ist, und die den Kühler und die ersten Zuführöffnung miteinander
verbindet, wenn die Temperatur des Kühlwassers höher als ein bestimmtes Niveau
ist, und eine zweite Wasserpumpe mit einer zweiten Zuführöffnung zur
Zuführung
von Kühlwasser,
das durch das Innere des Motors strömt, und eine zweite Ausgabeöffnung,
die zur Ausgabe des von ihr ausgegebenen, zugeführten Kühlwassers mit der Zuführöffnung der
ersten Wasserpumpe verbunden ist, und die nicht angetrieben wird,
wenn die Temperatur des Kühlwassers
nicht höher
als ein bestimmtes Niveau ist, und die elektrisch angetrieben wird,
wenn die Temperatur des Kühlwassers
höher als
das bestimmte Niveau ist, umfasst.