JP2009052490A - エンジンのウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷却水の温度に応じて吐出量を自動的に調節できる簡単な構成の感温型の可動部材を組み込んだエンジンのウォータポンプを提供すること。
【解決手段】 ポンプハウジングのインペラ収容空間部と、そのインペラ収容空間部に回転可能に配置されたインペラと、インペラ収容空間部の外周側形成された渦室と、この渦室の下流側と上流側とを区切る水切り部と、上記インペラ収容空間部の一側に連通した吸込み通路を有する水冷式エンジンのウォータポンプにおいて、ポンプハウジングのうちの、水切り部におけるインペラ収容空間部の外周壁部分に、外周壁の壁面とインペラの外周との間の隙間を水温に依存して調整可能な感温型の可動部材を設け、可動部材により、冷却水低温時における上記隙間を冷却水温間時における隙間よりも大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンのウォータポンプに関し、特に冷却水水温に応じてポンプの吐出量を可変にし、感温型の可動部材を介して低温時には吐出量を減らし且つ温間時には吐出量を増すように構成したものに関する。

エンジンの冷却水を循環させるウォータポンプは、エンジンの駆動力で駆動されるが、上記のエンジンのウォータポンプでは、その吐出性能は、回転数のみに依存し、冷却水の温度とは無関係であった。そのため、冷却水が低温時のウォータポンプの吐出性能と温間時の吐出性能は同じであった。

ここで、一般的なエンジンのウォータポンプは、インペラと、インペラ収容空間部の外周側に渦巻き状に形成され、下流側が吐出通路に連通された渦室と、インペラ収容空間部の一側部に連通した吸込み通路とを有する渦巻きポンプで構成されている。

ここで、特許文献１に記載されたウォータポンプにおいては、インペラの外周側の渦室の内部に、渦巻き形の可変ボリュート部材（金属帯板部材など）を設け、その可変ボリュート部材の一端部を、渦室の下流側と上流側とを仕切る水切り部の付近において、渦室の周壁面に固定し、可変ボリュート部材の他端部を感温型駆動部材（サーモワックス等）により駆動することで、冷却水の低温時には、インペラの外周と可変ボリュート部材の間の隙間を小さくして吐出量を少なくし、また、冷却水の温間時には上記の隙間を大きくして吐出量を多くするように構成してある。

他方、特許文献１に記載された別のウォータポンプにおいては、前記の可変ボリュート部材をバイメタル部材や形状記憶部材で帯板状に構成し、その可変ボリュート部材の一端部を水切り部の付近において渦室の周壁面に固定し、可変ボリュート部材の一端部をポンプハウジングの壁部に形成した収容孔に進退自在に導入してある。このウォータポンプにおいても、冷却水低温時に前記同様に吐出量を少なくし、また、冷却水の温間時には吐出量を多くする。
特開１０-１５９７８３号

前記特許文献１のウォータポンプにおいて、冷却水が低温で、可変ボリュート部材と渦室の周壁面との間に隙間がある状態のとき、渦室内の冷却水の脈圧が可変ボリュート部材に作用して可変ボリュート部材が振動し、金属同士の接触による異音を発生したり、繰り返し使用中に可変ボリュート部材が破損する虞があるなど耐久性の面で問題がある。
本発明の目的は、エンジンの冷却水の温度に応じて吐出量を自動的に調節できる簡単な構成の感温型の可動部材を組み込んだエンジンのウォータポンプを提供することである。

請求項１のエンジンのウォータポンプは、ポンプハウジングのインペラ収容空間部と、そのインペラ収容空間部に回転可能に配置されたインペラと、前記インペラ収容空間部の外周部に渦巻き状に形成され下流側が吐出通路につながる渦室と、この渦室の下流側と上流側とを区切る水切り部と、上記インペラ収容空間部の一側に連通した吸込み通路を有し、水冷式エンジンにより回転駆動されるウォータポンプにおいて、前記ポンプハウジングのうちの、水切り部におけるインペラ収容空間部の外周壁部分に、前記外周壁の壁面とインペラの外周との間の隙間を水温に依存して調整可能な可動部材を設け、前記可動部材が、冷却水低温時における上記隙間を、冷却水温間時における隙間よりも大きくするように構成されたこと特徴としている。

冷却水が低温時においては、可動部材により、水切り部におけるインペラ収容空間部の外周壁の壁面とインペラの外周との間の隙間が大きくされるため、渦室の下流側と上流側とを区切る水切り部を通って下流側から上流側へ戻る水量が多くなり、吐出量が少なくなる。また、冷却水が温間時には前記隙間が小さくされるため、水切り部を通って下流側から上流側へ戻る水量が少なくなり、吐出量が多くなる。

請求項２のエンジンのウォータポンプは、請求項１の発明において、前記可動部材の周方向の両端部が前記外周壁部分に形成された凹部に係合され、前記可動部材の周方向の中間部が熱膨張によりインペラ側に凸状に変形するバイメタル板で構成されたことを特徴としている。冷却水が低温時には、可動部材がフラット状態であり、その周方向の中間部がインペラ側へ突出しないため前記隙間が大きくなる。また、冷却水の温間時には、可動部材の周方向の中間部がインペラ側へ凸状に変形するため前記隙間が小さくなる。しかも、可動部材の変形量は、冷却水の温度の上昇に応じて大きくなるため、冷却水の温度の上昇に応じて水切り部を通って下流側と上流側へ戻る水量が少なくなり、吐出量が多くなる。

請求項１のエンジンのウォータポンプによれば、ポンプハウジングのうちの、水切り部におけるインペラ収容空間部の外周壁部分に、前記外周壁の壁面とインペラの外周との間の隙間を水温に依存して調整可能な可動部材を設け、前記可動部材が、冷却水低温時における上記隙間を、冷却水温間時における隙間よりも大きくするように構成したため、冷却水が低温時においては、渦室の下流側と上流側とを区切る水切り部を通って下流側と上流側へ戻る水量が多くなって吐出量が少なくなる。また、冷却水が温間時には前記隙間が小さくされるため、水切り部を通って下流側と上流側へ戻る水量が少なくなって、吐出量が多くなる。そのため、冷却水の低温時に、ウォータポンプの負荷を軽減することができるうえ、エンジンの暖機を促進することができる。

請求項２のエンジンのウォータポンプによれば、前記可動部材の周方向の両端部が前記外周壁部分に形成された凹部に係合され、前記可動部材の周方向の中間部が熱膨張によりインペラ側に凸状に変形するバイメタル板で構成された。この可動部材は、水切り部の外周壁部分に組み込まれるもので、周方向の長さの小さな小型のバイメタル板からなるから、簡単な構成で小型の可動部材により、冷却水の温度に応じてウォータポンプの吐出量が多くなるように調整することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づいて説明する。

図１、図２に示すように、水冷式エンジンのウォータポンプ１は、１種の渦巻きポンプであり、このウォータポンプ１は、ポンプハウジング２に形成されたインペラ収容空間部３と、そのインペラ収容空間部３に回転可能に配置されたインペラ４と、インペラ軸５と、インペラ軸５の先端に固定されたプーリ６と、インペラ収容空間部３の外周部に渦巻き状に形成され下流側が吐出通路（図示略）につながる渦室７と、この渦室７の下流側と上流側とを区切る水切り部８と、インペラ収容空間部３の一側に連通した吸込み通路９などを有し、インペラ４はプーリ６に係合させたベルトを介してエンジンにより図１の矢印Ａの方へ回転駆動される。

前記インペラ軸５は、ポンプハウジング２の軸孔１０に内嵌されたスリーブ部材１１に２列のボールベアリング１２を介して回転自在に支持され、インペラ収容空間部３の冷却水が軸孔１０に漏れないようにシールするメカニカルシール１３が設けられている。尚、インペラ４はインペラ軸５に例えば圧入により固定されている。ポンプハウジング２は、エンジンのシリンダブロックと一体のハウジング本体部材２ａと、このハウジング本体部材２ａに複数のボルト１４により固定されたハウジング分割部材２ｂとで構成されている。

図１において、点Ｐ１は渦室７の始点を示し、点Ｐ２は渦室７の内周がインペラ収容空間部３の外周から離隔し始める渦室７の下流側に位置する点であり、点Ｐ１と点Ｐ２の間が水切り部８と称される部位である。

図１、図３、図４に示すように、ポンプハウジング２のうちの、水切り部８におけるインペラ収容空間部３の外周壁２ｃの部分に、その外周壁２ｃの壁面１５とインペラ外周との間の隙間Ｇを水温に依存して調整可能な感温型の隙間調整機構２０が設けられ、この隙間調整機構２０は、外周壁２ｃの部分に形成された取付け用凹部２１と、この取付け用凹部２１に装着された可動部材２２とで構成されている。

上記の取付け用凹部２１は、ハウジング本体部材２ａとハウジング分割部材２ｂとに亙って形成されており、この取付け用凹部２１は、インペラ収容空間部３に連なり半径方向へ僅かに延びる矩形孔２１ａと、この矩形孔２１ａの奥端に連なり且つ矩形孔２１ａの周方向両側へ張り出した矩形状の係合穴２１ｂとで構成されている。

前記可動部材２２は、上記の係合穴２１ｂに収容された矩形状のバイメタル板で構成され、この可動部材２２は内周側の第１メタル２２ａとこの第１メタル２２ａの外面に接合された第２メタル２２ｂとで構成され、第１メタル２２ａは第２メタル２２ｂより熱膨張係数の大きな金属で構成されている。

エンジンの冷却水が低温時には、図３に示すように、可動部材２２は係合穴２１ｂ内でストレート状態になっている。冷却水が低温状態を超えて昇温していくと、図４に示すように、可動部材２２の周方向の両端部が係合穴２１ｂに係合した状態を維持したまま、その温度上昇に応じて可動部材２２の周方向の中間部が熱膨張によりインペラ４側に凸状に変形し、前記外周壁２ｃの壁面１５とインペラ４の外周との間の隙間Ｇを小さくするように構成されている。

以上説明ウォータポンプ１の作用について説明する。
エンジンの暖機中に冷却水が低温時には、可動部材２２が図３のように変形することなく係合穴２１ｂ内にストレート状態を維持するため、前記外周壁２ｃの壁面１５とインペラ４の外周との間の隙間Ｇを通って、点Ｐ２から点Ｐ１の方へ渦室７の冷却水が還流するため、ポンプ吐出量も少なくなり、ウォータポンプ１の負荷が低くなるうえ、エンジンの暖機を促進することができる（図５参照）。

エンジンの冷却水の温度が昇温していくと、可動部材２２が熱膨張により凸状に変形してその周方向の中間部が前記外周壁２ｃの壁面１５よりも内周側へ突出するため、上記の隙間Ｇが冷却水の昇温に応じて小さくなり、点Ｐ２から点Ｐ１の方へ渦室７の冷却水が還流する水量が減少するため、ポンプ吐出量が増加していき、ウォータポンプ１の負荷が高くなっていく。こうして、エンジンの冷却性能を確保することができる（図５参照）。

この隙間調整機構２０は、取付け用凹部２１以外に、簡単な構成で小型のバイメタル板からなる可動部材 を主体として構成されるため、安価に製作でき、冷却水の脈圧により振動する等の虞もなく耐久性に優れる。

前記隙間調整機構２０に代えて、図６、図７に示すような感温型の隙間調整機構２０Ａを採用することができる。この隙間調整機構２０Ａは、前記外周壁２ｃに形成した浅い矩形状の取付け用凹部２１Ａと、この取付け用凹部２１Ａに収容されて一端部２２ｅが外周壁２ｃに固定された矩形状の可動部材２２Ａとで構成されている。

可動部材２２Ａは、内周側の第１メタル２２ｃと、その外面に接合された第２メタル２２ｄとで構成され、第２メタル２２ｄは第１メタル２２ｃよりも大きな熱膨張率を有する金属で構成され、冷却水の低温時には、可動部材２２Ａは取付け用凹部２１Ａに収容されて、外周壁２ｃの壁面１５よりも内側へ突出することがないため、外周壁２ｃの壁面１５とインペラ４の外周との間の隙間Ｇが大きくなり、実施例１と同様にポンプ吐出量が少なく、ウォータポンプの負荷が小さくなる（図６参照）。

冷却水が低温状態を超えて昇温していくと、その昇温に応じて可動部材２２Ａが内周側へ湾曲状に変形して、前記外周壁２ｃの壁面１５より内周側へ突出するため、前記隙間Ｇが小さくなり、ポンプ吐出量が多くなり、ウォータポンプ１の負荷が大きくなる（図７参照）。取付け用凹部２１Ａの構造が簡単化するため、製作費の面で有利である。
この隙間調整機構２０Ａでは、可動部材２２Ａの一端部２２ｅが外周壁２ｃに固定されているため、可動部材２２Ａの脱落の虞がなく、耐久性と信頼性に優れる。その他の作用効果は、前記実施例１のウォータポンプ１と同様である。

前記可動部材２２，２２Ａとして、バイメタルで構成した例について説明したが、前記可動部材２２，２２Ａを形状記憶合金で構成してもよい。
その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施例を部分的に変更して実施可能であり、本発明はそのような変形例も包含するものである。

実施例に係る水冷式エンジンのウォータポンプの断面図である。 図１のII−II線断面拡大図である。 感温型隙間調整機構（低温時）とその周辺部の拡大断面図である。 感温型隙間調整機構（温間時）とその周辺部の拡大断面図である。 ポンプ吐出量の特性線図である。 実施例２の感温型隙間調整機構（低温時）とその周辺部の拡大断面図である。 実施例２の感温型隙間調整機構（温間時）とその周辺部の拡大断面図である。

符号の説明

１ ウォータポンプ
２ ポンプハウジング
２ｃ 外周壁
３ インペラ収容空間部
４ インペラ
７ 渦室
８ 水切り部
９ 吸込み通路
１５ 壁面
２０，２０Ａ 感温型の隙間調整機構
２１，２１Ａ 取付け用凹部
２１ｂ 係合穴
２２，２２Ａ 可動部材
Ｇ 隙間

Claims (2)

1. ポンプハウジングのインペラ収容空間部と、そのインペラ収容空間部に回転可能に配置されたインペラと、前記インペラ収容空間部の外周部に渦巻き状に形成され下流側が吐出通路につながる渦室と、この渦室の下流側と上流側とを区切る水切り部と、上記インペラ収容空間部の一側に連通した吸込み通路を有し、水冷式エンジンにより回転駆動されるウォータポンプにおいて、
   前記ポンプハウジングのうちの、水切り部におけるインペラ収容空間部の外周壁部分に、前記外周壁の壁面とインペラの外周との間の隙間を水温に依存して調整可能な可動部材を設け、前記可動部材が、冷却水低温時における上記隙間を、冷却水温間時における隙間よりも大きくするように構成された、
   こと特徴とするエンジンのウォータポンプ。
2. 前記可動部材の周方向の両端部が前記外周壁部分に形成された凹部に係合され、前記可動部材の周方向の中間部が熱膨張によりインペラ側に凸状に変形するバイメタル板で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのウォータポンプ。