JP2007138717A - ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却水の流れに影響を与えず、小さな駆動力でエンジン冷却水の流量をリニアに可変制御すること。
【解決手段】
吸入ポート８と吐出ポート９とを有したハウジング５と、ボディ１４に軸受３を介して支持された回転軸１３と、回転軸１３の一端に設けられたインペラ６とを備えたウォータポンプにおいて、冷却水の温度に応じて開閉する可動弁９を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、温度に応じて冷却水の吐出能力を変更し得るウォータポンプに関する。

従来、エンジンの冷却系においては、シリンダブロックおよびシリンダヘッドのそれぞれに形成されたウォータジャケットとラジエータとの間に形成された冷却水の循環通路に、エンジンによって駆動されるウォータポンプによってウォータジャケット内の高温の冷却水をラジエータに圧送し、ラジエータによって冷却された冷却水を再びウォータジャケットに供給してエンジンの冷却を行っている。

この場合、エンジンの冷間始動時にエンジンが過剰に冷やされてしまうのを防ぐことをねらいに、ポンプボディ（１１）に対して駆動回転自在に保持されたポンプ軸（１３）と、このポンプ軸（１３）と一体に形成された主ロータ（１６）と、ポンプ軸（１３）に対して相対回転可能に嵌合された副ロータ（１７）と、主ロータ（１６）に形成された低吐出用のベーン（２２）と、この低吐出用のベーン（２２）を囲むように副ロータ（１７）に形成された高吐出用のベーン（２４）と、主ロータ（１６）と副ロータ（１７）との間に介装され、かつ所定温度以上の場合に主ロータ（１６）と副ロータ（１７）とを連結する一方、所定温度未満の場合に主ロータ（１６）から副ロータ（１７）を切り離すクラッチ装置（２８）とを備え、温度に応じたクラッチ装置（２８）の断続により吐出流量を変更できるウォータポンプが開示されている。（例えば、特許文献１参照）
しかしながら、形状記憶合金やサーモワックッスを内蔵したクラッチ装置（２８）をロータ中心部に備えているため装置が大型化し、冷却水の吸入抵抗が大きくなりキャビテーションを起こしやすい。また、流量制御が主ロータ（１６）と、主ロータ（１６）＋副ロータ（１７）との２段切替であり、流量のリニアな可変制御ができないという問題があった。
特開平０７−３１７６８８号公報

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、冷却水の流れに影響を与えず、小さな駆動力でエンジン冷却水の流量をリニアに可変制御することを課題とする。

上記した課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、
吸入ポートと吐出ポートとをもつ冷却水流路を有したハウジングと、前記ハウジングに対向配設されたボディに軸受を介して支持された回転軸と、前記回転軸の一端に設けられたインペラとを備えたウォータポンプにおいて、冷却水の温度に応じて前記冷却水流路を開閉制御する流路開閉機構が、前記インペラの内周および外周の少なくとも一方に設けられていることである。

第２の技術的手段は、第１の技術的手段において、
前記流路開閉機構は、前記回転軸の軸方向に移動可能な筒状の弁が前記インペラの内周に設けられていることである。

第３の技術的手段は、第１の技術的手段において、
前記流路開閉機構は、前記回転軸の軸方向に移動可能な筒状の弁が前記インペラの外周に設けられていることである。

第４の技術的手段は、第１乃至第３の技術的手段において、
前記流路開閉機構は、感温駆動部材により開度が制御されることである。

第５の技術的手段は、第４の技術的手段において、
前記感温駆動部材は、熱応動部材と弾性部材とからなることである。

第６の技術的手段は、第４の技術的手段において、
前記感温駆動部材は、水温検知部材と磁気吸引部材と弾性部材とからなることである。

請求項1の発明によれば、ウォータポンプにおいて冷却水の温度に応じて冷却水の流路を開閉制御する流路開閉機構が、インペラの内周および外周の少なくとも一方に設けられていることにより、冷却水の温度に応じて冷却水の流量を制御できる。

請求項２の発明によれば、流路開閉機構は、回転軸の軸方向に移動可能な筒状の弁がインペラの内周に設けられていることにより、インペラが吸入する冷却水の量を制御できる。

請求項３の発明によれば、流路開閉機構は、回転軸の軸方向に移動可能な筒状の弁が前記インペラの外周に設けられていることにより、インペラが吐出する冷却水の量を制御できる。

請求項４の発明によれば、流路開閉機構は、感温駆動部材により開度が制御されることにより、温度により冷却水の流量を制御できる。

請求項５の発明によれば、感温駆動部材は、サーモワックスあるいはバイメタルなどの熱応動部材とスプリングなどの弾性部材とからなることにより、簡素な構成で筒状の弁を移動して冷却水の流量を制御できる。

請求項６の発明によれば、感温駆動部材は、水温センサーなどの水温検知部材と、磁石と電磁石とを組み合わせた磁気吸引部材と、スプリングなどの弾性部材とからなることにより、水温に応じて筒状の弁を移動して冷却水の流量を制御できる。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

＜第一の実施形態＞
図１は冷却水温度が高い時の作動状態を、図２は冷却水温が低い時の作動状態を示す。

エンジンのシリンダブロック５にボルト止めされるポンプボディ１４には、軸受３を介してポンプ軸１３が回転自在に保持されており、ポンプボディ１４外に突出するポンプ軸１３の一端には、プーリ１をボルト止めするためのプーリシート２が一体的に嵌着され、図示しないクランク軸から図示しないベルトを介してポンプ軸１３が駆動されるようになっている。

ポンプ軸１３の他端にはインペラ６が圧入により固着されて、ポンプ軸１３の回転によりインペラ６は回転する。インペラ６と軸受３との間には環状のメカニカルシール４が配設されており、ポンプ室１５と外界とを隔離している。

ポンプ室１５の吸入通路８には一端に鍔部９ａが形成された円筒状の可動弁９が配設されている。可動弁９の外側には一端をシリンダブロック５に当接し他端を鍔部９ａに当接して可動弁９をインペラ６から離反する方向に付勢するスプリング１０が配設されている。鍔部９ａのスプリング１０が当接する面と反対側の面には永久磁石１１が固着されており、吸入通路８に埋設されたコイル１２と対向している。コイル１２はコア１６と一体となって電磁石として機能し、コイル１２に電流が流されると、対向する永久磁石１１と同極となるように構成されている。つまり、コイル１２に通電されると同極同士の磁力で互いに反発しあい、可動弁９がインペラ６の内周を閉塞するように配設されている。

次に、作動について説明する。

冷却水温が低い時は、図示しない電源から電流がコイル１２に通電されてコア１６は対向する永久磁石１１と同極となり、永久磁石１１と一体の可動弁９はスプリング１０の付勢力に打ち勝って離反する方向に移動する。その結果、可動弁９はインペラ６の内周を閉塞することとなり、インペラ６が回転しても冷却水を吸入することができないので、少量の冷却水しか吐出しないこととなる。

逆に冷却水温が高い時は、コイル１２への通電を遮断することにより、磁力による反発力が無くなり、可動弁９はスプリング１０の付勢力によりインペラ６から離れる方向に移動して、十分な吸入通路が確保される。その結果、ウォータポンプの吐出能力は最大となる。

なお、図示しない水温センサーからの計測値をもとに、コイル１２への通電量を適宜調整して磁力の反発力を増減することにより、冷却水の吐出量をリニアに制御する。

＜第二の実施形態＞
図３は冷却水温度が高い時の作動状態を、図４は冷却水温が低い時の作動状態を示す。なお、第一の実施形態と同様な部分については説明を省略する。

ポンプ室１５の吸入通路８には、一端に鍔部９９ａが形成された有底円筒状の可動弁９９が配設されている。可動弁９９の円筒側面９９ｂには複数の孔９９ｃが設けられ、底部にはインペラ６のボス部６ａの外径と略同一径の孔９９ｄが設けられている。鍔部９９ａには永久磁石１１１が固着されており、吸入通路８８に埋設されたコイル１２２と対向している。

永久磁石１１１とコイル１２２との外側には、一端をシリンダブロック５に当接し他端を鍔部９９ａに当接して可動弁９９をインペラ６方向に付勢するスプリング１００が配設されている。インペラ６方向に付勢される可動弁９９は、底部とインペラとが所定の隙間を有した位置で留まるように吸入通路８８に当接面が形成されている。

コイル１２２はコア１６６と一体となって電磁石として機能し、コイル１２２に電流が流されると、対向する永久磁石１１１の対極（永久磁石１１１がＮ極の場合、電磁石はＳ極）となるように構成されている。つまり、コイル１２２に通電されると対極の磁力で互いに引合い、可動弁９９がインペラ６から離れる方向に移動するように配設されている。

次に、作動について説明する。

冷却水温が低い時は、図示しない電源から電流がコイル１２２に通電されてコア１６６は対向する永久磁石１１１の対極となり、永久磁石１１１と一体の可動弁９９はスプリング１００の付勢力に打ち勝ってインペラ６から離れる方向に移動する。可動弁９９の円筒面９９ｂに設けられた孔９９ｃは塞がれて、可動弁９９の底部とインペラ６のボス部６ａにより吸入通路８８は閉塞される。その結果、インペラ６が回転しても冷却水を吸入することができないので、少量の冷却水しか吐出しないこととなる。

逆に冷却水温が高い時は、コイル１２２への通電を遮断することにより、磁力による吸引力が無くなり、可動弁９９はスプリング１００の付勢力によりインペラ６側に移動し、可動弁９９の円筒面９９ｂに設けられた孔９９ｃが開孔されて十分な吸入通路が確保される。その結果、ウォータポンプの吐出能力は最大となる。

なお、第１実施形態と同様に、図示しない水温センサーからの計測値をもとに、コイル１２２への通電量を適宜調整して磁力の吸引力を増減することにより、冷却水の吐出量をリニアに制御する。

＜第三の実施形態＞
図５は冷却水温度が高い時の作動状態を、図６は冷却水温が低い時の作動状態を示す。なお、第一の実施形態と同様な部分については説明を省略する。

インペラ６の外周部には、一端に鍔部９９９ａが形成された円筒状の可動弁９９９が配設されている。鍔部９９９ａとシリンダブロック５との間には、一端をシリンダブロック５に当接し他端を鍔部９９９ａに当接して可動弁９９９をインペラ６方向に付勢するスプリング１０００が配設されている。

ポンプボディ１４４には、温度変化により体積変化する熱応動部材のサーモワックス１７を内包し、サーモワックス１７の熱膨張により突出し、可動弁９９９をインペラ６から離れる方向に付勢するスライドピン１８が配設されたピンホルダ１９が取り付けられている。

次に、作動について説明する。

冷却水温が低い時は図６に示すように、サーモワックス１７の体積は縮小しているので、スライドピン１８はその全長をピンホルダ１９の内部に内蔵されている。可動弁９９９はスプリング１０００によりインペラ６の方向に付勢されており、インペラ６の外周を閉塞しているのでインペラ６が回転しても少量の冷却水しか吐出しないこととなる。

冷却水温が徐々に上昇し高温になるにしたがって、少量流れている冷却水によりサーモワックス１７が温められて徐々に膨張し、スライドピンを押し出すこととなる。押し出されたスライドピン１８はスプリング１０００の反力に抗して可動弁９９９をインペラ６から離れる方向に移動せしめ、図５に示す状態となって充分な吐出通路が確保され、ウォータポンプの吐出能力は最大となる。

なお、本実施形態では、熱応動部材としてサーモワックスを使用した例を説明したが、これに限定するものではなく、温度変化に追従して形状変化するバイメタルや形状記憶合金などを用いても良い。

また、各実施形態の可動弁９、９９、９９９を駆動する手段は、これらの組合わせに限定されるものでなく、自由に組合わせることができることは言うまでもない。

本発明に係る第１の実施形態で、冷却水温度が高い時の作動状態を表す断面図である。 本発明に係る第１の実施形態で、冷却水温度が低い時の作動状態を表す断面図である。 本発明に係る第２の実施形態で、冷却水温度が高い時の作動状態を表す断面図である。 本発明に係る第２の実施形態で、冷却水温度が低い時の作動状態を表す断面図である。 本発明に係る第３の実施形態で、冷却水温度が高い時の作動状態を表す断面図である。 本発明に係る第３の実施形態で、冷却水温度が低い時の作動状態を表す断面図である。 本発明に係る第２の実施形態に使用している可動弁９９の斜視図である。

符号の説明

１・・・プーリ
２・・・プーリシート
３・・・軸受
４・・・メカニカルシール
５・・・シリンダブロック
６・・・インペラ
６ａ・・・ボス部
７・・・吐出通路
８・・・吸入通路
９、９９、９９９・・・可動弁
９ａ、９９ａ、９９９ａ・・・鍔部
９９ｂ・・・円筒面
９９ｃ・・・孔
１０、１００、１０００・・・スプリング
１１・・・永久磁石
１２・・・コイル
１３・・・ポンプ軸
１４・・・ポンプボディ
１５・・・ポンプ室
１６・・・コア
１７・・・サーモワックス
１８・・・スライドピン
１９・・・ピンホルダ

Claims (6)

1. 吸入ポートと吐出ポートとをもつ冷却水流路を有したハウジングと、
   前記ハウジングに対向配設されたボディに軸受を介して支持された回転軸と、
   前記回転軸の一端に設けられたインペラとを備えたウォータポンプにおいて、
   冷却水の温度に応じて前記冷却水流路を開閉制御する流路開閉機構が、前記インペラの内周および外周の少なくとも一方に設けられていることを特徴とするウォータポンプ。
2. 請求項１において、
   前記流路開閉機構は、前記回転軸の軸方向に移動可能な筒状の弁が前記インペラの内周に設けられていることを特徴とするウォータポンプ。
3. 請求項１において、
   前記流路開閉機構は、前記回転軸の軸方向に移動可能な筒状の弁が前記インペラの外周に設けられていることを特徴とするウォータポンプ。
4. 請求項１乃至３において、
   前記流路開閉機構は、感温駆動部材により開度が制御されることを特徴とするウォータポンプ。
5. 請求項４において、
   前記感温駆動部材は、熱応動部材と弾性部材とからなることを特徴とするウォータポンプ。
6. 請求項４において、
   前記感温駆動部材は、水温検知部材と磁気吸引部材と弾性部材とからなることを特徴とするウォータポンプ。