JP2013136954A

JP2013136954A - ウォータポンプ

Info

Publication number: JP2013136954A
Application number: JP2011287344A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishimori; 崇石森; Kensaku Tani; 健作谷
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP5984384B2

Abstract

【課題】エンジン側が必要とする冷却水の量に対しウォータポンプの吐出量が過剰になることを抑制して消費馬力を低減し得るようにしたウォータポンプを提供する。
【解決手段】エンジン７により駆動されて該エンジン７の冷却水９を循環駆動するウォータポンプ１２に関し、ポンプ出口１１側からポンプ入口側へ圧力差を利用して冷却水９の一部を還流し得るリリーフ回路１３を設け、該リリーフ回路１３の途中に流路を開閉し得るリリーフバルブ１４を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウォータポンプに関するものである。

図８及び図９は自動車用のエンジン７の冷却水９を循環駆動するためのウォータポンプ１の一例を示すもので、この種のウォータポンプ１においては、多数のベーン２を外周部に備えたインペラ３がポンプハウジング４内に回動自在に収容されており、前記インペラ３を軸支するシャフト５が、その先端のプーリ６に図示しないベルトを介して伝達されるエンジン７のトルクにより駆動されるようになっている。

また、前記ポンプハウジング４内におけるインペラ３に隣接した位置には、ポンプ入口８から取り込まれる冷却水９に旋回方向の流れを誘導する予旋回室１０が形成されており、該予旋回室１０からインペラ３側に流れ込んだ冷却水９が、回転するインペラ３の各ベーン２によりポンプ出口１１に向け掻き出され、該ポンプ出口１１から圧力をかけられてエンジン７へと送り出されるようになっている。

尚、この種のウォータポンプ１に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開平９−２８００４９号公報

このようなメカニカル式のウォータポンプ１では、インペラ３の回転数に比例して吐出量が増加し、その消費馬力も増加することになるが、エンジン７側が必要とする冷却水９の量は、必ずしも回転数が上がっていくのに従って増えるわけではなく、例えば、自動車が登り坂を走行する場合には、回転数が低くてもエンジン７での燃料噴射量が増えてエンジン７の熱負荷が大きくなり、また、自動車が下り坂を走行する場合には、回転数が高くてもエンジン７での燃料噴射量が少なくなってエンジン７の熱負荷は小さくなる。

このため、低回転時の最も熱負荷が厳しい条件に合わせて必要吐出量を満足するように回転数に対する吐出量の増加割合（回転数と吐出量との比例関係における傾き）を設定すると、高回転時における吐出量が過剰となって余分に馬力を消費してしまう結果となり、エンジン７の燃費が悪くなるという不具合があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、エンジン側が必要とする冷却水の量に対しウォータポンプの吐出量が過剰になることを抑制して消費馬力を低減し得るようにしたウォータポンプを提供することを目的とする。

本発明は、エンジンにより駆動されて該エンジンの冷却水を循環駆動するウォータポンプにおいて、ポンプ出口側からポンプ入口側へ圧力差を利用して冷却水の一部を還流し得るリリーフ回路を設け、該リリーフ回路の途中に流路を開閉し得るリリーフバルブを設けたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、エンジン側が必要とする冷却水の量に対してウォータポンプの吐出量が過剰である場合に、リリーフバルブを開けてリリーフ回路を開通すると、圧力差によりポンプ出口側からポンプ入口側へ向け冷却水の一部が還流され、これによりウォータポンプの仕事量が減少することで消費馬力も低減される。

また、高流量・高圧力になりそうな高回転時にリリーフ回路を開通して冷却水の一部を還流させるようにすれば、ポンプ入口側圧力（ポンプ吸込圧力）の過剰な低下（蒸気圧以下への圧力降下）を抑制してキャビテーションの発生を回避することも可能となる（一般的にキャビテーションが心配されるほどの高回転となるのはエンジンの無負荷最高回転などといった運転領域であり、このような運転領域での冷却水の必要量は少量である）。

尚、エンジンのアイドル回転時にリリーフ回路を開通して冷却水の一部を還流させるようにすれば、エンジンへ送り出される冷却水の吐出量が低減され、エンジンの冷却水による水冷効果が低下してエンジンの暖機を促進することも可能となる。

更に、本発明においては、リリーフバルブが常時閉でポンプ出口側の水圧が所定値以上となった時に水圧により自動的に開くように構成されていることが好ましく、このようにすれば、複雑な制御系を要することなく比較的簡単な構成で冷却水の吐出量を自動的に調節することが可能となる。

また、本発明においては、リリーフバルブがエンジンの運転状態に応じ任意に開度制御されてアクチュエータにより開くように構成されていることが好ましく、このようにすれば、エンジンの運転状態に適応して木目細かく冷却水の吐出量を調節することが可能となる。

上記した本発明のウォータポンプによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、エンジン側が必要とする冷却水の量に対してウォータポンプの吐出量が過剰となる時にリリーフバルブを開けてリリーフ回路を開通し、圧力差を利用してポンプ出口側からポンプ入口側へ向け冷却水の一部を還流させることができるので、エンジン側が必要とする冷却水の量に対しウォータポンプの吐出量が過剰になることを抑制して消費馬力を低減することができ、余分に馬力を消費しなくて済むことによりエンジンの燃費を大幅に向上することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、高流量・高圧力になりそうな高回転時にリリーフ回路を開通して冷却水の一部を還流させることにより、ポンプ入口側圧力（ポンプ吸込圧力）の過剰な低下（蒸気圧以下への圧力降下）を抑制してキャビテーションの発生を回避することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、エンジンのアイドル回転時にリリーフ回路を開通して冷却水の一部を還流されることにより、アイドル回転時にエンジンへ送り出される冷却水の吐出量を低減することができ、これによりエンジンの冷却水による水冷効果を低下せしめてエンジンの暖機を促進することができる。

（ＩＶ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、リリーフバルブが常時閉でポンプ出口側の水圧が所定値以上となった時に水圧により自動的に開くように構成されているので、複雑な制御系を要することなく比較的簡単な構成で冷却水の吐出量を自動的に調節することができ、安価な実施コストでエンジンの燃費を効果的に向上することができる。

（Ｖ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、リリーフバルブがエンジンの運転状態に応じ任意に開度制御されてアクチュエータにより開くように構成されているので、エンジンの運転状態に適応して木目細かく冷却水の吐出量を調節することができ、ウォータポンプの消費馬力を必要最小限に抑えて更に効果的にエンジンの燃費を向上することができる。

本発明の第一形態例を示す正面図である。図１のウォータポンプの断面図である。図２のリリーフ回路が閉塞した状態を示す拡大図である。図３のリリーフ回路が開通した状態を示す拡大図である。本発明の第二形態例を示す断面図である。図５の弁体の詳細を示す斜視図である。図６の弁体を抱持する曲面座について説明する断面図である。従来のウォータポンプの一例を示す正面図である。図８のウォータポンプの断面図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明の第一形態例を示すもので、この第一形態例のウォータポンプ１２においては、先の図８及び図で説明した従来のウォータポンプ１と略同様の構成（図８及び図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている）を有しているが、ポンプ出口１１付近の相対的に水圧の高い流路と、ポンプ入口８付近の相対的に水圧の低い流路との間が、リリーフ回路１３により接続されており、該リリーフ回路１３を介してポンプ出口１１側からポンプ入口８側へ圧力差を利用して冷却水９の一部が還流されるようになっている。

また、前記リリーフ回路１３の途中には、流路を開閉し得るリリーフバルブ１４が設けられており、ここに図示している例では、弁体１５をスプリング１６により弁座１７に常時押し付けることでリリーフ回路１３の流路を閉塞し、ポンプ出口１１側の水圧が所定値以上となった時に前記スプリング１６の弾発力に抗し弁体１５を水圧により弁座１７から離脱させることでリリーフ回路１３の流路を開通するようにしたスプリング式のリリーフバルブ１４が採用されている。

より詳細には、図３及び図４に拡大して示す通り、予旋回室１０直下にインペラ３の外周部の流路まで到る横孔１３ａが穿設されていると共に、該横孔１３ａの中途部と前記予旋回室１０との間が縦孔１３ｂにより連通されており、これら横孔１３ａと縦孔１３ｂとによりリリーフ回路１３が形成されるようになっている。

そして、前記横孔１３ａの奥まった位置に、前記弁座１７が形成され且つ該弁座１７に着座して流路を閉塞するピストン状の弁体１５が摺動自在に収められており、また、前記横孔１３ａの開口部は、先端側に凹部１８を備えたボルト１９により塞がれ、該ボルト１９の凹部１８と前記弁体１５との間にスプリング１６が圧縮状態で介装されるようにしてある。

而して、このようにすれば、低回転時の最も熱負荷が厳しい条件に合わせて必要吐出量を満足するように回転数に対する吐出量の増加割合を設定しても、高回転時にポンプ出口１１側の水圧が所定値以上となった時にスプリング１６の弾発力に抗し弁体１５が水圧により弁座１７から離脱してリリーフ回路１３が開通し、圧力差によりポンプ出口１１側からポンプ入口８側へ向け冷却水９の一部が還流され、これによりウォータポンプ１２の仕事量が減少して消費馬力が低減されるので、高回転時にエンジン７側が必要とする冷却水９の量に対しウォータポンプ１２の吐出量が過剰になることが抑えられて余分な馬力の消費が抑制される。

また、高流量・高圧力になりそうな高回転時にもリリーフ回路１３が自動的に開通して冷却水９の一部が還流するので、ポンプ入口８側圧力（ポンプ吸込圧力）の過剰な低下（蒸気圧以下への圧力降下）を抑制してキャビテーションの発生を回避することが可能となる。尚、一般的にキャビテーションが心配されるほどの高回転となるのはエンジン７の無負荷最高回転などといった運転領域であり、このような運転領域での冷却水９の必要量は少量である。

従って、上記形態例によれば、エンジン７側が必要とする冷却水９の量に対してウォータポンプ１２の吐出量が過剰となる時にリリーフバルブ１４を開けてリリーフ回路１３を開通し、圧力差を利用してポンプ出口１１側からポンプ入口８側へ向け冷却水９の一部を還流させることができるので、エンジン７側が必要とする冷却水９の量に対しウォータポンプ１２の吐出量が過剰になることを抑制して消費馬力を低減することができ、余分に馬力を消費しなくて済むことによりエンジン７の燃費を大幅に向上することができる。

しかも、エンジン７の無負荷最高回転などといった運転領域でキャビテーションが心配されるほどの高回転となっても、リリーフ回路１３が自動的に開通して冷却水９の一部を還流させることができ、ポンプ入口８側圧力（ポンプ吸込圧力）の過剰な低下（蒸気圧以下への圧力降下）を抑制することができるので、高回転時のキャビテーションの発生を回避することができる。

また、特に本形態例においては、リリーフバルブ１４が常時閉でポンプ出口１１側の水圧が所定値以上となった時に水圧により自動的に開くように構成されているので、複雑な制御系を要することなく比較的簡単な構成で冷却水９の吐出量を自動的に調節することができ、安価な実施コストでエンジンの燃費を効果的に向上することができる。

図５は本発明の第二形態例を示すもので、ここに図示している例においては、貫通孔２０を有する弁体２１をアクチュエータ２２で回転することにより前記貫通孔２０の開口面積を増減して任意な開度調節を行うようにしたコック式のリリーフバルブ３２が採用されている。

より詳細には、図６及び図７に拡大して示す通り、比較的平坦な矩形状断面としたリリーフ回路１３の途中に、貫通孔２０を中央部に開口した円柱状（リリーフ回路１３が円管ならば球状としても良い）の弁体２１が介装されていると共に、該弁体２１を回動自在に抱持する曲面座２３が形成されており、該曲面座２３に前記貫通孔２０が塞がれることでリリーフバルブ３２としての開度が小さくなるようにしてある。

また、前記弁体２１の軸心方向の一端部には、リリーフ回路１３の外部まで張り出す回転軸２４が突設されており、該回転軸２４に対しレバー部２５を介して前記アクチュエータ２２（図５参照）が連結され、該アクチュエータ２２の伸縮作動が前記レバー部２５を介し回転作動に変換されて前記弁体２１の回動操作が行われるようになっている。

ここで、先の図５に示してある通り、前記アクチュエータ２２の伸縮作動は、制御装置２６からの制御信号２７により制御されるようになっており、前記リリーフバルブ３２がエンジン７の運転状態に応じ任意に開度制御されるようになっている。

即ち、前記制御装置２６には、アクセルセンサ２８からの負荷信号２９や、エンジン７の回転数センサ３０からの回転数信号３１等の情報が入力されるようになっており、これらの情報に基づき現在のエンジン７の運転状態における冷却水９の必要量が判断されると共に、該冷却水９の必要量に対しウォータポンプ１２の吐出量を過不足なく対応させるための適切なリリーフバルブ３２の開度が決定され、その決定された開度に前記リリーフバルブ３２の開度を調節し得る制御信号２７が前記アクチュエータ２２へ向け出力されるようになっている。

而して、このようにすれば、リリーフバルブ３２をエンジン７の運転状態に応じ任意に開度制御してアクチュエータ２２により開け、エンジン７側での冷却水９の必要量に対しウォータポンプ１２の吐出量を過不足なく対応させることができるので、エンジン７の運転状態に適応して木目細かく冷却水９の吐出量を調節することができ、ウォータポンプ１２の消費馬力を必要最小限に抑えて更に効果的にエンジン７の燃費を向上することができる。

また、この第二形態例の場合においても、高流量・高圧力になりそうな高回転時にリリーフ回路１３を開通して冷却水９の一部を還流させることにより、ポンプ入口８側圧力（ポンプ吸込圧力）の過剰な低下（蒸気圧以下への圧力降下）を抑制してキャビテーションの発生を回避することができる。

しかも、この第二形態例にあっては、エンジン７のアイドル回転時にリリーフ回路１３を開通して冷却水９の一部を還流させる制御ロジックを制御装置２６に組み込んでおくことにより、アイドル回転時にエンジン７へ送り出される冷却水９の吐出量を低減することもでき、これによりエンジン７の冷却水９による水冷効果を低下せしめてエンジン７の暖機を促進することができる。

尚、本発明のウォータポンプは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、リリーフ回路に設けられるリリーフバルブには図示以外の構造を適用しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

７エンジン
８ポンプ入口
９冷却水
１１ポンプ出口
１２ウォータポンプ
１３リリーフ回路
１４リリーフバルブ
２２アクチュエータ
２９負荷信号
３１回転数信号
３２リリーフバルブ

Claims

エンジンにより駆動されて該エンジンの冷却水を循環駆動するウォータポンプにおいて、ポンプ出口側からポンプ入口側へ圧力差を利用して冷却水の一部を還流し得るリリーフ回路を設け、該リリーフ回路の途中に流路を開閉し得るリリーフバルブを設けたことを特徴とするウォータポンプ。
リリーフバルブが常時閉でポンプ出口側の水圧が所定値以上となった時に水圧により自動的に開くように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。
リリーフバルブがエンジンの運転状態に応じ任意に開度制御されてアクチュエータにより開くように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。