JP2005076486A - ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】インペラの基板部に羽根部を堅固に固定でき、耐久性を向上することにある。
【解決手段】この発明は、インペラの回転による遠心力によってポンプ室に吸い込んだ冷却水を渦巻室に吐出してエンジン側に圧送するウォータポンプにおいて、インペラはポンプ軸に固定される基板部とこの基板部に固定されて冷却水に遠心力を与える羽部部とを備え、羽根部は冷却水温度により変形するバイメタルで形成して設け、羽根部の基端部を基板部に固定して先端部をポンプ室壁部の壁端部に向かい自由状態で突出させて設け、羽根部は冷却水温度が設定温度未満の場合に先端部が基端部に対してインペラの回転方向後側に曲がり基板部に接近するように変形するとともに冷却水温度が設定温度以上の場合に先端部が基端部に対してポンプ軸の軸心方向と平行する方向に伸びて基板部に直立するように変形することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明はウォータポンプに係り、特に、インペラの基板部に羽根部を堅固に固定でき、耐久性を向上できるウォータポンプに関する。

エンジンにおいては、各部分を適正な温度に維持するために、ウォータポンプによって冷却水を強制循環させて冷却する水冷式のエンジンがある。ウォータポンプには、ポンプハウジングにエンジンの冷却水を吸い込むポンプ室とこのポンプ室に連絡して冷却水をエンジン側に吐出する渦巻室とを設け、エンジンにより回転されるポンプ軸に固定されてポンプ室内で回転するインペラを設け、このインペラの回転による遠心力によってポンプ室に吸い込んだ冷却水を渦巻室に吐出してエンジン側に圧送するものがある。

ウォータポンプには、エンジンの冷機運転状態においては冷却水の流量を少なくし、暖機完了状態になると多くなる可変容量型のものがある。

従来の可変容量型のウォータポンプには、ポンプ軸に固定したインペラの基板部外周にポンプ軸の軸心方向に延びる固定部を設け、インペラの羽根部を形状記憶合金により湾曲する板形状に形成し、基板部外周の円周方向に羽根部の湾曲方向を沿わせて配設するとともに、この羽根部の湾曲方向一端側の基端部を基板部の固定部に固定して他端側の先端部を円周方向に向かい自由状態で突出させ、冷却水の温度が高くなると羽根部の先端側がポンプ軸の軸心側に曲がり、吐出量を多くするものがある。
また、従来の可変容量型のウォータポンプには、ポンプ軸に固定したインペラの基板部にポンプ軸の軸心から外周に向かい斜め放射状に延びるガイド溝を形成し、このガイド溝にインペラの羽根部の基端部を摺動可能に係合させ、バイメタルによりポンプ軸と同軸に回動される可動板を設けて溝及びピンにより羽根部に連絡し、冷却水の温度が高くなると羽根部が基板部の軸心側から外周側に移動されて羽根部の外周回転軌跡が大きくなり、吐出量を増大させるものがある。
特開昭６０−１１１０１７号公報 特開平１０−１２２１７７号公報

ところが、特許文献１のウォータポンプは、基板部外周に湾曲する板形状の羽根部を外周方向に沿わせて配設し、この羽根部の湾曲方向一端側の基端部を固定して他端側の先端部を円周方向に向かい自由状態で突出させているため、羽根部が片持ち支持されており、しかもインペラの回転によって先端部に遠心力を受けることから、耐久性の面で不利となる問題がある。

また、特許文献２のウォータポンプは、基板部のガイド溝に羽根部を摺動可能に係合させ、羽根部と可動板とを溝及びピンで連絡しているため、部品点数が多く、摺動部分があるため、製作コストや生産性、耐久性の面で不利となる問題がある。

また、これら特許文献１、２のウォータポンプに関しては、羽根部が変形する際に、羽根部同士、羽根部と基板部、あるいはポンプハウジングとの干渉を避けるため、羽根部の形状に制約を受ける問題がある。

この発明は、ポンプハウジングにエンジンの冷却水を吸い込むポンプ室とこのポンプ室に連絡して冷却水をエンジン側に吐出する渦巻室とを設け、前記エンジンにより回転されるポンプ軸に固定されて前記ポンプ室内で回転するインペラを設け、このインペラの回転による遠心力によって前記ポンプ室に吸い込んだ冷却水を渦巻室に吐出して前記エンジン側に圧送するウォータポンプにおいて、前記インペラは前記ポンプ軸に固定される基板部とこの基板部に固定されて冷却水に遠心力を与える羽部部とを備え、前記羽根部は冷却水温度により変形するバイメタルで形成して設け、前記羽根部の基端部を前記基板部に固定して先端部を前記ポンプ室を形成するポンプ室壁部の壁端部に向かい自由状態で突出させて設け、前記羽根部は冷却水温度が設定温度未満の場合に前記先端部が基端部に対して前記インペラの回転方向後側に曲がり前記基板部に接近するように変形するとともに冷却水温度が設定温度以上の場合に前記先端部が基端部に対して前記ポンプ軸の軸心方向と平行する方向に伸びて前記基板部に対して直立するように変形することを特徴とする。

この発明のウォータポンプは、冷却水温度により変形するバイメタルで形成したインペラの羽根部の基端部を基板部に固定して、先端部をポンプ室壁部の壁端部に向かい自由状態で突出させたことにより、部品点数が少なく構造が簡単であり、また、インペラの基板部と羽根部との固定部分を長くとることができる。
このため、このウォータポンプは、コストの低減を果たすことができ、また、インペラの基板部に羽根部を堅固に固定でき、耐久性を向上することができる。

この発明のウォータポンプは、インペラの基板部に羽根部を堅固に固定でき、耐久性を向上するという目的を、冷却水温度により変形するバイメタルで形成したインペラの羽根部の基端部を基板部に固定して、先端部をポンプ室壁部の壁端部に向かい自由状態で突出させることにより実現した。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。図１〜図６は、この発明の第１実施例を示すものである。図４において、２は水冷式のエンジン（図示せず）に冷却水を強制循環させて冷却するウォータポンプである。ウォータポンプ２は、図示しないエンジンに取付けられるポンプハウジング４とこのポンプハウジング４に取付けられるポンプケース６とを有している。

ポンプハウジング４は、エンジンの冷却水を吸い込む吸込口８と、吸込口８に連絡するポンプ室１０と、ポンプ室１０の外周に連絡する渦巻室１２と、渦巻室１２に連絡して冷却水をエンジン側に吐出する吐出口（図示せず）とを設けている。

ポンプハウジング４は、吸込口８を吸込口壁部１４により形成して設け、吸込口壁部１４に連続するポンプ室壁部１６によりポンプ室１０を吸込口８と同心状に形成して設け、ポンプ室壁部１６の外周に渦巻室壁部１８により渦巻室１２を形成して設け、渦巻室１２に連絡する吐出口を吐出口壁部（図示せず）により形成して設け、渦巻室壁部１８にハウジング側取付部２０を形成して設けている。

ポンプケース６は、エンジンのクランク軸（図示せず）により回転されるポンプ軸２２を軸支する軸支部２４を設け、この軸支部２４に連続して前記ポンプ室１０及び渦巻室１２を覆うように広がるケース壁部２６を設け、このケース壁部２６に前記ハウジング側取付部２０に取付けられるケース側取付部２８を設けている。ポンプ軸２２は、軸受３０により軸支部２４に軸支される。軸受３０は、シール部３２によりポンプ室１０及び渦巻室１２からシールされている。

ポンプ軸２２は、軸心Ｃ方向外端にポンププーリ（図示せず）を取付けてベルトを捲掛け、このベルトをクランク軸のクランクプーリに捲掛けている。これにより、ポンプ軸２２は、エンジンの駆動力により回転される。また、ポンプ軸２２には、軸心Ｃ方向内端にポンプ室１０に配設されたインペラ３４を固定して設けている。

ウォータポンプ２は、インペラ３４の回転による遠心力によって、吸込口８からポンプ室１０に吸い込んだ冷却水を渦巻室１２から吐出口を経てエンジン側に圧送する。

インペラ３４は、図５・図６に示す如く、ポンプ軸２２に固定される円環板形状の基板部３６と、この基板部３６に固定されて冷却水に遠心力を与える略四角板形状の羽部部３８とを備えている。基板部３６には、中心にポンプ軸２２を挿通する取付孔４０を設け、この取付孔４０を囲むように一側面３６ａにポンプ軸２２を取付ける取付筒部４２を固定して設けている。基板部３６は、ポンプ室１０を挟んで一側面３６ａがポンプ室１０を形成するポンプ室壁部１６に対向するとともに他側面３６ｂがポンプケース６のケース壁部２６に対向するように取付筒部４２によりポンプ軸２２に取付けられ、一側面３６ａに羽根部３８を固定している。

羽根部３８は、冷却水温度により変形するバイメタルで形成して設けている。この羽根部３８は、冷却水温度が低い場合に、図１（Ａ）に示す如く、インペラ３４の回転方向に対して後側に曲がり、また、冷却水温度が高い場合に、図１（Ｂ）に示す如く、直立するように特性を選定したバイメタルで形成する。羽根部３８は、基板部３６の一側面３６ａの外周側にポンプ軸２２の軸心Ｃから外周に向かい斜め放射状に配設され、基端部４４を基板部３６に固定して、先端部４６をポンプ室壁部１６の壁端部４８に向かい自由状態で突出させて設けている。

バイメタルで形成された羽根部３８は、冷却水温度が設定温度Ｓ未満の場合に、図１（Ａ）に示す如く、先端部４６が基端部４４に対してインペラ３４の回転方向後側に曲がり、基板部３６に接近するように変形するとともに、冷却水温度が設定温度Ｓ以上の場合に、図１（Ｂ）に示す如く、先端部４６が基端部４４に対してポンプ軸２２の軸心Ｃ方向と平行する方向に伸びて、基板部３６に直立するように変形する。

また、羽根部３８は、冷却水温度が設定温度Ｓ未満の場合に、設定温度Ｓ以上の場合に比べて、先端部４６とこの先端部４６が対向するポンプ室壁部１６の壁端部４８とのクリアランスＬ（図２参照）が大きくなるように変形する。

前記設定温度Ｓは、図３に示す如く、エンジンが完全暖機状態となる温度に設定している。

次に、この実施例の作用を説明する。

ウォータポンプ２は、エンジンの駆動力によって回転されるポンプ軸２２の回転に伴ってインペラ３４が回転し、インペラ３４の回転により吸込口８からポンプ室１０に吸い込んだ冷却水に遠心力を与え、渦巻室１２から吐出口を経てエンジン側に圧送する。

エンジンの冷却水温度が低い場合には、エンジンに冷却水を循環させる必要がない。バイメタルで形成された羽根部３８は、図１（Ａ）に示す如く、冷却水温度が設定温度Ｓ未満の場合に、先端部４６が基端部４４に対してインペラ３４の回転方向後側に曲がり、基板部３６に接近するように変形することにより、図１（Ｂ）に示す直立の場合に比べて冷却水を圧送する有効面積が減少する。

また、羽根部３８は、冷却水温度が設定温度Ｓ未満の場合に、設定温度Ｓ以上の場合に比べて、先端部４６とこの先端部４６が対向するポンプ室壁部１６の壁端部４８とのクリアランスＬが大きくなるように変形する。

これにより、エンジンの駆動力により駆動されるウォータポンプ２は、エンジンの冷機運転状態においては羽根部３８の冷却水を圧送する有効面積が減少し、また、クリアランスＬが大きくなることによって吐出量を減少し、エンジンへの負荷を小さくして駆動力の損失を低減することができる。

エンジンの冷却水温度が高くなると、冷却水をラジエータに循環させてエンジンを冷却する必要がある。バイメタルで形成された羽根部３８は、図１（Ｂ）に示す如く、冷却水温度が設定温度Ｓ以上の場合に、先端部４６が基端部４４に対してポンプ軸２２の軸心Ｃ方向と平行する方向に伸びて、基板部３６に直立するように変形することにより、図１（Ａ）に示す曲がった場合に比べて冷却水を圧送する有効面積が増大する。

また、羽根部３８は、冷却水温度が設定温度Ｓ以上の場合に、設定温度Ｓ未満の場合に比べて、先端部４６とこの先端部４６が対向するポンプ室壁部１６の壁端部４８とのクリアランスＬが小さくなるように変形する。

これにより、エンジンの駆動力により駆動されるウォータポンプ２は、エンジンの暖機完了状態においては羽根部３８の冷却水を圧送する有効面積が増大し、また、クリアランスＬが小さくなることによって吐出量を増大し、エンジンを充分に冷却することができる。

このように、このウォータポンプ２は、インペラ３４の羽根部３８を冷却水温度により変形するバイメタルで形成し、この羽根部３８の基端部４４を基板部３６に固定して先端部４６をポンプ室壁部１６の壁端部４８に向かい自由状態で突出させ、冷却水温度に応じて羽根部３８の先端部４６が曲がりあるいは伸びて変形することにより、冷却水温度に応じて羽根部３８が冷却水を圧送する有効面積を変化させることができる。

このため、このウォータポンプ２は、図３に示す如く冷却水温度に応じて冷却水の流量を変化させることができ、低温時には羽根部３８が受ける水の抵抗を少なくしてエンジンの駆動力損失を低減することができるとともに、高温時には吐出量を増大して充分に冷却することができる。

また、このウォータポンプ２は、インペラ３４の羽根部３８の基端部４４を基板部３６に固定して、先端部４６をポンプ室壁部１６の壁端部４８に向かい自由状態で突出させたことにより、部品点数が少なく構造が簡単であり、また、インペラ３４の基板部３６と羽根部３８との固定部分を長くとることができる。

このため、このウォータポンプ２は、コストの低減を果たすことができ、また、インペラ３４の基板部３６に羽根部３８を堅固に固定でき、耐久性を向上することができる。

図７は、この発明の第２実施例を示すものである。第２実施例のウォータポンプ２は、インペラ３４の羽根部３８を複数に分割、例えば、ポンプ軸２２の軸心Ｃに対して平行な第１〜第３羽根部片３８−１〜３８−３の３つに分割し、これら第１〜第３羽根部片３８−１〜３８−３を夫々異なる冷却水温度により変形するバイメタルで形成している。

第１〜第３羽根部片３８−１〜３８−３は、例えば、冷却水温度が下がると、最初に第３羽根部片３８−３が曲がり始め、次に第２羽根部片３８−２が曲がり、最後に第１羽根部片３８−１が曲がり、また、冷却水温度が上がると、最初に第１羽根部片３８−１が伸び始め、次に第２羽根部片３８−２が伸び、最後に第３羽根部片３８−３が伸びるように、夫々の特性を設定したバイメタルで形成する。

第２実施例のウォータポンプ２は、分割された羽根部３８の第１〜第３羽根部片３８−１〜３８−３が、冷却水温度により順次に曲がるとともに伸びるため、羽根部３８が冷却水を圧送する有効面積を冷却水温度に応じて細かく増減させることができ、冷却水温度に応じて冷却水の流量を細かく変化させることができ、エンジンの駆動力損失を効果的に低減することができる。

図８は、この発明の第３実施例を示すものである。第３実施例のウォータポンプ２は、インペラ３４の略四角板形状の羽根部３８を、内周側の基端部４４ａに対して対角線方向に位置する外周側の先端部４６ｂが冷却水温度により変形するバイメタルで形成している。

第３実施例のウォータポンプ２は、羽根部３８の外周側の先端部４６ｂが、冷却水温度により曲がるとともに伸びるため、羽根部３８が冷却水を圧送する有効面積を冷却水温度に応じて増減させることができるだけでなく、羽根部３８が冷却水を圧送する有効外径も冷却水温度に応じて増減させることができ、冷却水温度に応じて冷却水の流量を細かく変化させることができ、エンジンの駆動力損失を効果的に低減することができる。

この発明のウォータポンプは、冷却水温度により変形するバイメタルで形成したインペラの羽根部の基端部を基板部に固定して、先端部をポンプ室壁部の壁端部に向かい自由状態で突出させることによって、インペラの基板部に羽根部を堅固に固定でき、耐久性を向上することができるものであり、水冷式のエンジンに適用できる。

ウォータポンプの第１実施例を示し、（Ａ）は低温時におけるインペラの羽根部の正面図、（Ｂ）は高温時におけるインペラの羽根部の正面図である。 ポンプハウジングの断面図である。 エンジンの冷却水温度と冷却水流量との関係を示す図である。 ウォータポンプの断面図である。 インペラの平面図である。 インペラの側面図である。 ウォータポンプの第２実施例を示し、（Ａ）はインペラの羽根部の側面図、（Ｂ）はインペラの羽根部の正面図である。 ウォータポンプの第３実施例を示し、（Ａ）はインペラの羽根部の側面図、（Ｂ）はインペラの羽根部の正面図である。

符号の説明

２ ウォータポンプ
４ ポンプハウジング
６ ポンプケース
８ 吸込口
１０ ポンプ室
１２ 渦巻室
１６ ポンプ室壁部
１８ 渦巻室壁部
２２ ポンプ軸
２４ 軸支部
２６ ケース壁部
３０ 軸受
３２ シール部
３４ インペラ
３６ 基板部
３８ 羽部部
４０ 一側面
４２ 取付筒部
４４ 基端部
４６ 先端部
４８ 壁端部

Claims (3)

1. ポンプハウジングにエンジンの冷却水を吸い込むポンプ室とこのポンプ室に連絡して冷却水をエンジン側に吐出する渦巻室とを設け、前記エンジンにより回転されるポンプ軸に固定されて前記ポンプ室内で回転するインペラを設け、このインペラの回転による遠心力によって前記ポンプ室に吸い込んだ冷却水を渦巻室に吐出して前記エンジン側に圧送するウォータポンプにおいて、前記インペラは前記ポンプ軸に固定される基板部とこの基板部に固定されて冷却水に遠心力を与える羽部部とを備え、前記羽根部は冷却水温度により変形するバイメタルで形成して設け、前記羽根部の基端部を前記基板部に固定して先端部を前記ポンプ室を形成するポンプ室壁部の壁端部に向かい自由状態で突出させて設け、前記羽根部は冷却水温度が設定温度未満の場合に前記先端部が基端部に対して前記インペラの回転方向後側に曲がり前記基板部に接近するように変形するとともに冷却水温度が設定温度以上の場合に前記先端部が基端部に対して前記ポンプ軸の軸心方向と平行する方向に伸びて前記基板部に直立するように変形することを特徴とするウォータポンプ。
2. ポンプハウジングにエンジンの冷却水を吸い込むポンプ室とこのポンプ室に連絡して冷却水をエンジン側に吐出する渦巻室とを設け、前記エンジンにより回転されるポンプ軸に固定されて前記ポンプ室内で回転するインペラを設け、このインペラの回転による遠心力によって前記ポンプ室に吸い込んだ冷却水を渦巻室に吐出して前記エンジン側に圧送するウォータポンプにおいて、前記インペラは前記ポンプ軸に固定される基板部とこの基板部に固定されて冷却水に遠心力を与える羽部部とを備え、前記羽根部は冷却水温度により変形するバイメタルで形成して設け、前記羽根部の基端部を前記基板部に固定して先端部を前記ポンプ室を形成するポンプ室壁部の壁端部に向かい自由状態で突出させて設け、前記羽根部は冷却水温度が設定温度未満の場合に設定温度以上の場合に比べて前記羽根部の先端部とこの先端部が対向する前記ポンプ室壁部の壁端部とのクリアランスが大きくなるように変形することを特徴とするウォータポンプ。
3. 前記設定温度は、前記エンジンが完全暖機状態となる温度に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウォータポンプ。

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