JP4412793B2

JP4412793B2 - 渦流式ポンプ

Info

Publication number: JP4412793B2
Application number: JP2000032686A
Authority: JP
Inventors: 優角川; 貞久鬼丸; 啓仁松井; 育雄越智; 敏夫森川
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP2001214878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変吐出能力特性を有する渦流式ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体吸入口と流体吐出口、及びそれらの間に円環状に延びる流体の流路を設けられたハウジングと、該流路に対応して形成された複数個の羽根を有すると共に前記ハウジング内に回転可能に取り付けられたインペラ（羽根車）と、前記流体の流路の両端に接続する流体吸入口と流体吐出口との間に配置されてそれらの間の流体の流れを遮断する仕切部（ストリッパブロック）と、前記流路の有効な断面積を変化させるように該流路内で移動可能な隔壁部材とによって構成される可変吐出能力型の渦流式ポンプ（再生ポンプ）が提案されている（特開平８−１７７７７７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の渦流式ポンプは吐出能力を減少させることは可能であるが、吐出能力を零にすることはできない。渦流式ポンプを駆動するために消費される動力の量は一般に回転数の３乗に比例して増大するので、自動車のエンジンのように、回転速度が自動車の走行条件というポンプに対する要求吐出量とは直接関係のない要因に応じて大幅に変動する原動機によって渦流式ポンプを駆動する場合には、エンジンが高速で回転していても渦流式ポンプの運転は停止したい状態がしばしば起こる。従って、そのような状態に対応するためには渦流式ポンプに電磁クラッチのような吐出能力の制御手段を併設する必要があり、それによって渦流式ポンプが大型化するとか、高価なものになるという問題があった。
【０００４】
本発明は、従来の渦流式ポンプにおける前述のような問題に対処して、コストの大幅な上昇や体格の大型化を伴うことなく、簡単な構成によって渦流式ポンプの吐出能力を実質的に零まで変化させ得る新規な手段を提供し、それによって、渦流式ポンプを駆動するエンジンの高回転時や、渦流式ポンプの運転が不要となった状態において、渦流式ポンプの過剰な吐出能力を効果的に抑制することによって、渦流式ポンプを駆動するための無駄なエネルギー消費を防止することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載された渦流式ポンプを提供する。即ち、本発明は、通常の渦流式ポンプにおいて、インペラとそれを回転駆動する駆動手段との間に、渦流式ポンプの本体内部に設けられ、駆動手段によって常時回転している部材からなる小型ポンプである圧力源から供給される流体の圧力を受けて作動することにより、回転動力の伝達及び遮断作用をするクラッチ機構を設けた点に特徴がある。従って、流体の圧力を制御することによって、クラッチ機構を係合状態として渦流式ポンプのインペラを回転させたり、停止させることができるから、電磁クラッチに比べて簡単な構成によって渦流式ポンプの吐出能力を自由に制御することができる。
【０００６】
本発明においては、圧力源から供給される流体の圧力を受けて作動するクラッチ機構に、駆動手段によって常時回転している摩擦板を設けて、インペラを回転駆動する際に、摩擦板を流体の圧力によって駆動手段のシャフトに沿って変位させることにより、その摩擦板をインペラに形成された摩擦面に係合させて伝動を行うように構成することができる。このようにクラッチ機構を作動させるための圧力源は渦流式ポンプの本体の内部に設けられていてもよいし、本体とは別に外部に設けられていてもよい。
【０００７】
圧力源を渦流式ポンプの本体の内部に設ける場合に、その圧力源は駆動手段によって常時回転している部材からなる小型ポンプとして構成することができる。本体の内部に設けられた圧力源を制御するためには、何らかの弁手段を設けるとよい。その弁手段は、例えば圧力源の高圧側と低圧側との間を連通・遮断する弁として構成することができる。この小型ポンプは、本体と同様に渦流式ポンプとすることができる。その場合の変形例として、流体入口と流体出口との間に延びる円環状の流体流路をシート状の弾性材料からなる流路形成部材によって覆うことにより、小型ポンプの吐出能力を零にする時に円環状の流体流路を流体が流れるのを抑制して、僅かでも動力が無駄になるのを防止することができる。
【０００８】
本発明の渦流式ポンプは、望ましい用途として、例えば、自動車用エンジンの冷却水、或いはハイブリッド車両又は電気自動車用のインバータの冷却水を冷却水循環システム内で循環させるための冷却水ポンプや、車両暖房用のヒータコアへ循環させるためのポンプとして利用することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１から図６に本発明の第１実施例としての渦流式ポンプ１００の構造と、その作動状態を示す。第１実施例の渦流式ポンプ１００は、メインポンプ部１０１と、吐出能力制御のためにメインポンプ部１０１に付属している小型のサブポンプ部１０２とから構成された複合型ポンプとなっている。この場合はサブポンプ部１０２にも、吐出能力はきわめて小さいものの形式的に見る限り渦流式ポンプに属するものを使用している。
【００１０】
これらの図において、１はメインポンプ部１０１のインペラ、２はフロントハウジング、３はフロントハウジング２に対して図示しない通しボルト等によって一体化されたリアハウジング、４はリアハウジング３に概ね円環状に（仕切部となる不連続部分が設けられているので完全な円環状ではない）形成された渦流式ポンプ部１０１の流体流路であって、半円形の断面形を有する。５は軸シール、６はシャフトであって、その軸端にプーリ７が取り付けられており、プーリ７は軸受１０を介してフロントハウジング２によって、シャフト６と共に回転可能に軸支されている。８はリアハウジング３に設けられた流体入口、９は流体入口８に隣接して同じリアハウジング３に設けられた流体出口であって、それらは前述の流体流路４の不連続部分（仕切部）の両側において、流体流路４の両端に接続している。
【００１１】
メインポンプ部１０１の概ね円盤状のインペラ１は、滑り軸受１１を介して、リアハウジング３に形成された短い軸部３ａに回転自由に軸支されており、シャフト６に直接に連結されてはいない。インペラ１には、リアハウジング３に形成された前述の円環状の流体流路４に対向するように多数の放射状の溝１ａが形成されている。放射状の溝１ａはそれぞれ流体流路４の半円形の断面形に連続する半円形の断面形を有するので、流体流路４と放射状の溝１ａの断面形は接続して図１に示すように略完全な円形を呈する。また、インペラ１のフロントハウジング２の側の背面には環状の平面としての摩擦面１ｂ（図２及び図３参照）が形成されている。
【００１２】
１２はサブポンプ部１０２のインペラを示す。インペラ１２は概ね円盤形で、シャフト６の内端部にボルトによって取り付けられており、プーリ７が図示しない自動車用のエンジン等によって回転駆動されるときは常時回転するようになっている。インペラ１２には小さいながらも前述のインペラ１の放射状の溝１ａに似た放射状の溝１２ａが多数形成されており、それらの放射状の溝１２ａは、フロントハウジング２の内面に円環状に形成された流体流路１６に対向している。これらの放射状の溝１２ａ及び環状の流体流路１６もまた半円形の断面形を有する。従って、これらの部分からなるサブポンプ部１０２もまた小さな渦流式ポンプを構成するが、渦流式ポンプとしての性能（昇圧能力、流量、消費動力等）はメインポンプ部１０１に比べるときわめて小さく、それらを複合した渦流式ポンプ１００の性能はメインポンプ部１０１のみによって決まる。
【００１３】
渦流式ポンプ１００の、従ってメインポンプ部１０１の吐出能力を制御するために、サブポンプ部１０２の円環状の流体流路１６の一部に向かって進入することができる堰板状の弁板を備えている高低圧開閉バルブ１７が設けられ、その弁板１７ａが図３に示すように流体流路１６の一部へ進入したときは、円環状の流体流路１６は断ち切られて不連続部分（仕切部）が形成される。高低圧開閉バルブ１７はソレノイドや流体圧等によって駆動され、その弁板１７ａの位置は外部の信号によって図２又は図３に示すように制御される。図４に示すように、高低圧開閉バルブ１７が制御されて弁板１７ａが流体流路１６内へ進入し、流体流路１６に不連続部分を形成したとき、不連続部分の両側がそれぞれサブポンプ部１０２の昇圧開始位置２０と昇圧終了位置２１になる。
【００１４】
フロントハウジング２の内面には並行する２本の円環状の細い溝１８及び１９が形成されていて、図４から図６に示すように、溝１８は前述の流体流路１６の昇圧開始位置２０と連通して低圧流路となると共に、それよりもプーリ７側に形成された溝１９は昇圧終了位置２１と連通してサブポンプ部１０２の供給圧流路となる。１３はメインポンプ部のインペラ１とサブポンプ部のインペラ１２との間に挿入された円盤状の摩擦板であって、フロントハウジング２の円筒状の内壁面に対して微小な間隙を残して実質的に気密に嵌合すると共に、シャフト６に対してキーやスプラインのような手段によって一体的に回転するが、軸方向には相対的に移動できるように、サブポンプ部のインペラ１２のボス部１２ｂによって軸支されている。この場合、前述の低圧流路１８と供給圧流路１９は、それぞれ摩擦板１３の軸方向の前後に形成される空間に連通し得る。なお、１４は摩擦板１３の軸方向の可動範囲を制限するストッパであって、１５は摩擦板１３をサブポンプ部のインペラ１２に向かって軸方向に付勢するリターンスプリングである。
【００１５】
第１実施例の渦流式ポンプ１００はこのような構成を有するから、シャフト６がプーリ７を介して自動車用のエンジン等によって常時回転駆動されている状態において、渦流式ポンプ１００の、従って、メインポンプ部１０１の吐出能力を零としたい所謂ＯＦＦ時には、図２に示すように高低圧開閉バルブ１７の弁板１７ａをサブポンプ部の流体流路１６内から外方へ退避させて、図５に示すように流体流路１６を不連続部分（仕切部）のない完全な円環状とする。それによってサブポンプ部１０２の昇圧能力は零となり、昇圧開始位置２０と昇圧終了位置２１との間に差圧が発生しないので、低圧流路１８と供給圧流路１９内の流体の圧力は同じ高さとなる。その結果、図２に示すように摩擦板１３はリターンスプリング１５によって押されてメインポンプ部のインペラ１の摩擦面１ｂから離れ、シャフト６の回転がインペラ１へ伝達されないために、メインポンプ部１０１、従って、渦流式ポンプ１００の吐出能力が実質的に零となる。
【００１６】
メインポンプ部１０１によって加圧された流体を吐出させる必要がある渦流式ポンプ１００の所謂ＯＮ時には、図３に示すように高低圧開閉バルブ１７を作動させてその弁板１７ａをサブポンプ部１０２の流体流路１６内へ進入させる。それによって図６に示すように、昇圧開始位置２０と昇圧終了位置２１との間において、流体流路１６が弁板１７ａによって遮断されて不連続部分（仕切部）が生じるので、流体流路１６の昇圧開始位置２０、従って低圧流路１８の流体の圧力よりも、昇圧終了位置２１、従って供給圧流路１９の流体の圧力の方が高くなるから、図３に示すように摩擦板１３はメインポンプ部のインペラ１に向かって押圧されて、リターンスプリング１５に抗して軸方向に移動し、摩擦面１ｂに接触してシャフト６の回転をインペラ１へ伝達し、メインポンプ部１０１を駆動状態とする。それによって、メインポンプ部１０１は、一般の渦流式ポンプと同様な作動原理によって、流体入口８から吸入した流体を流体流路４内を移動させる間に加圧して、流体出口９から圧力流体として吐出するようになる。
【００１７】
従って、第１実施例の渦流式ポンプ１００においては、高低圧開閉バルブ１７の制御によって軸方向に移動する摩擦板１３とインペラ１の摩擦面１ｂがクラッチ作用をするので、電磁クラッチのように構造が複雑、大型で、高価な別のクラッチを設ける必要がなく、吐出流量や昇圧能力（吐出能力）を簡単に零とすることができる。即ち、自動車用のエンジンのような動力源の高回転時等において、ポンプ１００の吐出能力が過剰となったときには、高低圧開閉バルブ１７を操作することによって過剰な吐出能力を容易に抑制することができる。なお、サブポンプ部１０２の流体流路１６はメインポンプ部１０１の流体流路４に比べて十分に小さいので、高低圧開閉バルブ１７のアクチュエータは小型のものでよく、小型で簡単な構造のサブポンプ部１０２を設けることによって、メインポンプ部１０１の大きな吐出能力を自由に制御することができる。この場合、サブポンプ部１０２によって加圧されて摩擦板１３を移動させる作動流体としては、ハウジング２及び３内においてメインポンプ部１０１からサブポンプ部１０２内へ洩れてくる流体を使用するが、ハウジング内にある空気等を作動流体として使用することもできる。
【００１８】
また、第１実施例においてはメインポンプ部１０１のみならず、サブポンプ部１０２をも渦流式ポンプとして構成しているが、本発明においては小型のサブポンプ部１０２を渦流式ポンプとして構成する必要はなく、摩擦板１３のようなクラッチ機構の可動部分を移動させ得る流体圧力を発生し得るものであれば、小型の容積型ポンプ（例えば、トロコイドポンプやギアポンプ等）をサブポンプ部１０２として使用することもできる。そのような場合は、切換弁のような弁手段を使用して、渦流式ポンプ１００のＯＦＦ時には容積型ポンプの吐出側流路を低圧流路１８に連通する吸入側流路に短絡的に連通させる一方、ＯＮ時には吐出側流路を供給圧流路１９に切り換えて連通させるように構成すればよい。なお、このように容積型ポンプを使用するときは、吐出側流路と吸入側流路との間に所定の圧力において開弁するリリーフ弁を設けるのがよい。
【００１９】
なお、サブポンプ部１０２はメインポンプ部１０１と共に渦流式ポンプ１００の内部に組み込まれている必要はないので、メインポンプ部１０１とサブポンプ部１０２が別体となっていてもよい。但しこの場合でも、摩擦板１３はメインポンプ部１０１の側に設ける。
【００２０】
また、ディーゼルエンジンを搭載している車両においては電動式の真空ポンプを設けることが多いが、この真空ポンプのようにサブポンプ部１０２として利用可能な圧力源が既に設けられている場合には、それを利用することによってサブポンプ部１０２を省略することができる。
【００２１】
言うまでもなく、メインポンプ部１０１のインペラ１に形成される放射状の溝１ａは渦流状の曲線となっていてもよいことなど、本発明においては一般の渦流式ポンプにおいて公知の各種の変形をとることができる。
【００２２】
図７及び図８に本発明の第２実施例としての渦流式ポンプの要部のみを示す。第２実施例の渦流式ポンプの全体構成は概ね第１実施例の渦流式ポンプ１００と同様であるから、第１実施例と重複する部分の説明は省略する。
【００２３】
図２及び図３等に示した第１実施例の渦流式ポンプ１００と比較して、図７及び図８に示す第２実施例の渦流式ポンプの構造上の特徴は、フロントハウジング２に円環状の溝として形成されているサブポンプ部１０２の流体流路１６に、その溝の表面を覆うように、ゴム等の弾性に富むシート状の材料からなる円環状の流路形成部材３０を図７に示すように取り付けた点にある。従って、第２実施例のサブポンプ部は１０２’として、第１実施例のサブポンプ部１０２と区別することにする。
【００２４】
流路形成部材３０は、それに力が作用していない状態においては平らになり、フロントハウジング２の溝状の流体流路１６と、それに対向しているインペラ１２側の多数の放射状の溝１２ａとの間を仕切る形になるから、流体流路１６は無いのと同じ状態になる。この状態は渦流式ポンプのＯＦＦ時に対応するもので、第１実施例と同様な高低圧開閉バルブ１７の弁板１７ａが流体流路１６内に進入しておらず、流体流路１６が不連続部分（仕切部）のない円環状になっていて、サブポンプ部１０２’が実質的に流体を加圧することがない。その時は流路形成部材３０が平らになって溝状の流体流路１６を覆い、その作用を略完全に阻止する。即ち、フロントハウジング２内にある何らかの流体がインペラ１２の放射状の溝１２ａの中で回転による遠心力を受けても、流路形成部材３０があるので流体流路１６内へ流入することができなくなる。それによって、低圧流路１８と供給圧流路１９との間の圧力差は全く発生しないので、摩擦板１３をインペラ１との係合位置へ移動させようとする力の発生は完全に防止される。また、流体流路１６内を単に循環する流体の量が第１実施例の場合よりも少なくなるので、それによって生じる動力の無駄が減少する。
【００２５】
第２実施例の渦流式ポンプのＯＮ時におけるサブポンプ部１０２’の作動状態は図８に示されている。図示しないが第１実施例のそれと同様な高低圧開閉バルブ１７の作動によって弁板１７ａが流体流路１６の一部に不連続部分が形成されて（第１実施例の図３及び図６を参照）、その不連続部分の両側の位置２０，２１の間に流体圧力の差が発生すると、サブポンプ部１０２’が昇圧能力を有するものとなるが、それと同時にメインポンプ部のインペラ１の側から流路形成部材３０を押圧する圧力も高くなるので、その圧力によって流路形成部材３０が図８に示すように流体流路１６の底部に押しつけられて、流体流路１６が溝として流体を流す作用をするようになる。それによって第１実施例のＯＮ時と同様な状態になり、摩擦板１３が軸方向に移動してメインポンプ部のインペラ１を回転させるようになり、メインポンプ部が加圧された流体を吐出するようになる。
【００２６】
本発明の渦流式ポンプは、例えば、自動車用エンジンの冷却水、或いはハイブリッド車両又は電気自動車用のインバータの冷却水を、放熱用のラジエータ等を含む冷却水循環システム内で循環させるための冷却水ポンプとして利用することができるし、また、自動車用エンジンの冷却水を車両暖房用のヒータコアへ循環させるための冷却水ポンプとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての渦流式ポンプを示す縦断面図である。
【図２】渦流式ポンプのＯＦＦ時の作動状態を示す図１のＢ部の拡大断面図である。
【図３】渦流式ポンプのＯＮ時の作動状態を示す図１のＢ部の拡大断面図である。
【図４】渦流式ポンプのサブポンプ部の構造を示す図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】渦流式ポンプのＯＦＦ時の作動状態を示す図４のＣ部の拡大断面図である。
【図６】渦流式ポンプのＯＮ時の作動状態を示す図４のＣ部の拡大断面図である。
【図７】第２実施例としての渦流式ポンプの一部について、ＯＦＦ時の作動状態を示す拡大断面図である。
【図８】第２実施例としての渦流式ポンプの一部について、ＯＮ時の作動状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１…メインポンプ部のインペラ
１ａ…放射状の溝
１ｂ…摩擦面
４…メインポンプ部の流体流路
１２…サブポンプ部のインペラ
１２ａ…放射状の溝
１３…摩擦板
１４…ストッパ
１５…リターンスプリング
１６…サブポンプ部の流体流路
１７…高低圧開閉バルブ
１７ａ…弁板
１８…低圧流路
１９…サブポンプ部の供給圧流路
３０…流路形成部材
１００…渦流式ポンプ
１０１…メインポンプ部
１０２…サブポンプ部（第１実施例）
１０２’…サブポンプ部（第２実施例）

Claims

流体入口及び流体出口と、前記流体入口及び流体出口の間に円環状に延びる流体の流路を設けられたハウジングと、前記流路に対応して概ね放射状に形成された複数個の溝を有すると共に前記ハウジング内に回転可能に取り付けられたインペラと、前記流体入口及び流体出口の間に配置されてそれらの間の流体の流れを遮断する仕切部とを備えている渦流式ポンプにおいて、
圧力源から供給される流体の圧力を受けて回転動力の伝達作用と遮断作用をするクラッチ機構が、前記インペラとそれを回転駆動する駆動手段との間に設けられていて、かつ前記圧力源が渦流式ポンプの本体の内部に設けられ、前記駆動手段によって常時回転している部材によって構成される別の小型ポンプからなっていることを特徴とする可変吐出能力型の渦流式ポンプ。
請求項１において、前記クラッチ機構が前記駆動手段によって常時回転している摩擦板を備えており、前記インペラが回転駆動される際に、前記摩擦板が前記圧力源から供給される流体の圧力を受けて前記駆動手段のシャフトに沿って変位することにより、前記インペラに形成された摩擦面に係合し得るように構成されていることを特徴とする可変吐出能力型の渦流式ポンプ。
請求項１又は２において、前記本体の内部に設けられた前記圧力源を制御する弁手段を有することを特徴とする可変吐出能力型の渦流式ポンプ。
請求項３において、前記弁手段が前記圧力源の高圧側と低圧側との間を連通・遮断する弁であることを特徴とする可変吐出能力型の渦流式ポンプ。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記小型ポンプもまた渦流式ポンプであることを特徴とする可変吐出能力型の渦流式ポンプ。
請求項５において、前記小型ポンプとしての渦流式ポンプがその流体入口と流体出口との間に円環状に延びる流体の流路を備えていて、その流路がシート状の弾性材料からなる流路形成部材によって覆われていることを特徴とする可変吐出能力型の渦流式ポンプ。
請求項１ないし６のいずれかにおいて、自動車用エンジンの冷却水、或いはハイブリッド車両又は電気自動車用のインバータの冷却水のいずれか一方を、冷却水循環システム内で循環させるための冷却水ポンプとして適用されていることを特徴とする可変吐出能力型の渦流式ポンプ。
請求項１ないし６のいずれかにおいて、自動車用エンジンの冷却水を車両暖房用のヒータコアへ循環させるための冷却水ポンプとして適用されていることを特徴とする可変吐出能力型の渦流式ポンプ。