JPH07317688A - 渦巻ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度に応じて吐出能力を変更し得る渦巻ポン
プを提供する。 【構成】 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２
８とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度に応じて吐出能力
を変更し得る渦巻ポンプに関し、特にエンジンの冷却水
を循環するための水ポンプに応用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】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にそれぞれ形成された水
ジャケットとラジエータとの間で冷却水の循環通路を形
成し、エンジンによって駆動される水ポンプによって、
水ジャケット内の高温の冷却水をラジエータに圧送し、
これによって冷却された冷却水を再び水ジャケットに供
給し、エンジンの冷却を行っている。

【０００３】この場合、エンジンの冷態始動時にエンジ
ンが過剰に冷やされてしまうのを防止するため、例えば
特開平４−１２１４１６号公報に開示された内燃機関の
冷媒循環ポンプのように、ポンプ軸とロータとの間に冷
却水の温度によって切り換わるクラッチ装置を組み込
み、冷却水の温度が低い状態ではポンプ軸とロータとを
切り離し、冷却水の温度が所定温度以上になった場合
に、ポンプ軸とロータとを接続するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平４−１２１４１
６号公報等に開示された従来の水ポンプでは、冷却水の
温度が低いエンジンの冷態始動時や暖機運転時には、ロ
ータが回転せずにポンプ軸が空転しているだけのため、
冷却水が水ジャケットとラジエータとの間を循環せず、
高温の冷却水がシリンダヘッドの水ジャケット内に溜ま
ってしまい、このシリンダヘッドの部分がオーバーヒー
ト状態になる可能性があった。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は、温度に応じて吐出能力
を変更し得る渦巻ポンプを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による渦巻ポンプ
は、ポンプボディに対して駆動回転自在に保持されたポ
ンプ軸と、このポンプ軸と一体に形成された主ロータ
と、前記ポンプ軸に対して相対回転可能に嵌合された副
ロータと、前記主ロータに形成された低吐出用のベーン
と、この低吐出用のベーンを囲むように前記副ロータに
形成された高吐出用のベーンと、前記主ロータと前記副
ロータとの間に介装され、かつ所定温度以上の場合に前
記主ロータと前記副ロータとを連結する一方、所定温度
未満の場合に前記主ロータから前記副ロータを切り離す
クラッチ装置とを具えたことを特徴とするものである。

【０００７】この場合、ベーンが吸入ポート側に突出す
るように形成することが望ましい。

【０００８】

【作用】流体が所定温度未満の場合には、クラッチ装置
が副ロータを主ロータから切り離し、副ロータをポンプ
軸に対して相対回転可能な状態に保持する。このため、
ポンプ軸の回転によって主ロータのみが駆動されるた
め、この主ロータの回転に対応した流体の吐出が行われ
る。

【０００９】一方、流体が所定温度以上になると、クラ
ッチ装置が主ロータと副ロータとを一体的に接続するた
め、ポンプ軸の回転によって主ロータと共に副ロータも
駆動され、これら二つのロータの回転に対応した大量の
流体が吐出される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明による渦巻ポンプをエンジンの
冷却水を循環させるための水ポンプに応用した一実施例
について、その断面構造を表す図１およびその右側面形
状を表す図２を参照しながら詳細に説明する。

【００１１】エンジンのシリンダブロック１０にボルト
止めされるポンプボディ１１には、軸受１２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
１１外に突出するポンプ軸１３の先端部には、図示しな
いプーリをボルト止めするためのプーリシート１４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
無端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。

【００１２】ポンプボディ１１とシリンダブロック１０
との間に形成されたポンプ室１５内に位置するポンプ軸
１３の基端部には、ポンプボディ１１に形成された図示
しない吸入ポートからポンプ室１５内に導かれる冷却水
をポンプボディ１１に形成された図示しない吐出ポート
から送り出すための主ロータ１６と副ロータ１７とが直
列に装着されている。図示しないエンジンの運転に伴っ
て回転する主ロータ１６のボス部１８は、ポンプ軸１３
の基端に一体的に嵌着されており、副ロータ１７のボス
部１９はカラー２０を介してポンプ軸１３に対し相対回
転可能に嵌合され、冷却水温が所定温度以上となった場
合に主ロータ１６と共に回転するようになっている。

【００１３】主ロータ１６のボス部１８に一体的に形成
された環状のロータディスク２１の外周部には、複数枚
（図示例では３枚）のベーン２２が等間隔で一体的に形
成されている。また、この主ロータ１６のボス部１８に
隣接する副ロータ１７のボス部１９には、環状のロータ
ディスク２３が一体的に形成され、このロータディスク
２３の外周側には主ロータ１６側に突出する複数（図示
例では６枚）のベーン２４が等間隔に形成されている。

【００１４】本実施例では、主ロータ１６のロータディ
スク２１の外径よりも副ロータ１７のロータディスク２
３の外径を大きく設定し、主ロータ１６のベーン２２を
囲むように副ロータ１７のベーン２４を配置することに
より、エンジンの運転に伴って回転し続ける主ロータ１
６の吐出能力を最小限に抑え、冷却水温が所定温度以上
となった場合に主ロータ１６と共に副ロータ１７を作動
させ、冷却水の充分な吐出能力を得られるようにしてい
るが、このような観点から、主ロータ１６のベーン２２
の数を２枚以下にしたり、副ロータ１７のベーン２４の
数を７枚以上に設定することも有効である。何れにし
ろ、主ロータ１６による冷却水の吐出流量並びにエンジ
ンに対する負荷の大きさは、ベーン２２の数やその寸
法、吸入ポートおよび吐出ポートの通路断面積、ポンプ
室１５に対する吸入ポートおよび吐出ポートの角度等で
決まって来るが、各々のエンジンに応じた必要最低限の
流量となるよう設定すれば良い。

【００１５】副ロータ１７のボス部１９を挟んで主ロー
タ１６のボス部１８の反対側のポンプ軸１３には、シー
ル受け２５が一体的に嵌着されており、このシール受け
２５と軸受１２との間のポンプボディ１１の内周には、
板金製のカップ形をなすばねシート２６が装着されてい
る。そして、これらシール受け２５とばねシート２６と
の間には、ポンプ室１５内の冷却水が軸受１２側へ漏出
するのを防止するメカニカルシール２７が介装されてい
る。なお、このメカニカルシール２７の詳細な構造につ
いては、本発明の趣旨とは関係がなく、しかも従来から
周知であるので、これ以上の説明は省略するが、本実施
例以外の構造のメカニカルシール２７を採用することも
当然可能である。

【００１６】前記主ロータ１６のボス部１８と副ロータ
１７のボス部１９との間には、冷却水温が所定温度以上
となった場合に副ロータ１７のボス部１９と主ロータ１
６のボス部１８とを係合させ、主ロータ１６と共に副ロ
ータ１７を回転させるためのクラッチ装置２８が組み込
まれている。

【００１７】すなわち、主ロータ１６のボス部１８とカ
ラー２０との間のポンプ軸１３には、外周側に円錐状を
なすクラッチ部２９を形成した板金製のクラッチプレー
ト３０が一体的に嵌着されており、本実施例では副ロー
タ１７のボス部１９がカラー２０とこのクラッチプレー
ト３０とに跨がって回転自在に嵌合された状態となって
いる。また、外周側がこのクラッチプレート３０のクラ
ッチ部２９と対応した円錐状のクラッチ部３１となった
クラッチディスク３２は、副ロータ１７のボス部１９に
ポンプ軸１３の軸線と平行な方向（図１中、左右方向）
に摺動自在に嵌合されている。

【００１８】これらクラッチプレート３０とクラッチデ
ィスク３２との間には、クラッチディスク３２をクラッ
チプレート３０から離れる方向（図１中、左方向）に付
勢する戻しばね３３が介装されている。さらに、副ロー
タ１７のロータディスク２３とクラッチディスク３２と
の間には、冷却水温が所定温度以上の高温となった場合
にクラッチプレート３０のクラッチ部２９にクラッチデ
ィスク３２のクラッチ部３１を押し付ける形状記憶合金
製の係合ばね３４が介装されている。この場合、冷却水
温が所定温度未満の低温状態では、戻しばね３３のばね
力によってクラッチプレート３０のクラッチ部２９から
クラッチディスク３２のクラッチ部３１が離れるよう
に、係合ばね３４の自由長が短く変化する一方、冷却水
温が所定温度以上の高温状態では、戻しばね３３のばね
力に抗してクラッチプレート３０のクラッチ部２９にク
ラッチディスク３２のクラッチ部３１を押し付けること
ができるように、係合ばね３４の自由長が長く変化する
ようになっている。

【００１９】なお、クラッチディスク３２を駆動する手
段として戻しばね３３および形状記憶合金製の係合ばね
３４を用いた本実施例以外に、温度変化に追従して体積
変化を起こすワックスや、温度変化に追従して形状変化
を起こすバイメタルを利用したものの他に、特開平４−
１２１４１６号公報等に開示された構造のものを採用す
ることができる。また、主ロータ１６のボス部１９およ
びロータディスク２１をクラッチプレート３０と同形状
に加工し、クラッチプレート３０を省略するようにして
も良い。

【００２０】従って、エンジンを始動した直後等の冷却
水温が低い状態では、係合ばね３４が縮まった状態にあ
り、戻しばね３３のばね力によってクラッチプレート３
０のクラッチ部２９からクラッチディスク３２のクラッ
チ部３１が離された状態となっている。このため、ポン
プ軸１３の回転力は主ロータ１６に伝達されるものの、
副ロータ１７はカラー２０を介してポンプ軸１３に対し
相対回転状態にあるため、主ロータ１６の駆動回転に対
応した冷却水の吐出が行われる。

【００２１】この場合、エンジンによって駆動されるの
は主ロータ１６のみであるため、エンジンに対する負荷
を軽減することができる上、シリンダブロック１０側の
発熱に対して図示しないシリンダヘッド側を迅速に温め
ることができるため、特に冷態始動直後における排気ガ
スの浄化対策に有効となる。しかも、シリンダヘッド内
の水ジャケットに高温の冷却水が滞留せず、従来のよう
にシリンダヘッドの部分がオーバーヒート状態となるよ
うな不具合を未然に防止することができる。

【００２２】一方、エンジンの高負荷運転等によって冷
却水温が上昇して所定温度以上になると、係合ばね３４
が伸びるように形状変化し、戻しばね３３のばね力に抗
してクラッチプレート３０のクラッチ部２９にクラッチ
ディスク３２のクラッチ部３１が押し付けられ、くさび
の作用でクラッチプレート３０と副ロータ１７のボス部
１９とがクラッチディスク３２を介して一体的に連結さ
れた状態となる。この結果、ポンプ軸１３の回転力は、
主ロータ１６と、クラッチプレート３０およびクラッチ
ディスク３２を介して副ロータ１７とに伝達され、これ
ら主ロータ１６および副ロータ１７の駆動回転に対応し
た大量の冷却水の吐出が行われる。このため、本来、エ
ンジンが必要とする流量の冷却水を流すことが可能とな
り、オーバーヒートを未然に防止することができる。

【００２３】なお、エンジンの停止等によって冷却水温
が再び所定温度未満になると、係合ばね３４が縮まった
状態に形状変化し、戻しばね３３のばね力によってクラ
ッチプレート３０のクラッチ部２９からクラッチディス
ク３２のクラッチ部３１が離された状態となる。

【００２４】このような本実施例におけるポンプ軸１３
の回転速度と冷却水の吐出流量との関係は、図３に示す
通りであり、冷却水が所定温度以上の実線の状態と、冷
却水が所定温度未満の破線の状態とで、ポンプ軸１３の
回転速度に対する冷却水の吐出流量が極端に相違するこ
とが判る。

【００２５】

【発明の効果】本発明の渦巻ポンプによると、低吐出能
力の主ロータと高吐出能力の副ロータとをポンプ軸に取
り付け、低吐出能力の主ロータをポンプ軸と一体に嵌着
すると共に主ロータと副ロータとを温度に応じて切り換
わるクラッチ装置を介して接続し、所定温度未満の場合
には主ロータのみを駆動して少量の流体を吐出する一
方、所定温度以上の場合には主ロータと共に副ロータを
も駆動して大量の流体を吐出するようにしたので、流体
の温度に応じて流体の吐出能力を切り換えることが可能
である。

【００２６】また、本発明の渦巻ポンプをエンジンの冷
却系に組み込んだ場合、冷却水の温度が低いエンジンの
冷態始動時や暖機運転時にも、主ロータのみが回転して
少量の冷却水が水ジャケットとラジエータとの間を循環
するため、高温の冷却水がシリンダヘッドの水ジャケッ
ト内に滞留する虞がなくなり、シリンダヘッドの部分が
オーバーヒート状態となる可能性もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による渦巻ポンプをエンジンの冷却系に
組み込まれる水ポンプとして応用した一実施例の概略構
造を表す断面図である。

【図２】図１の右側面図である。

【図３】ポンプ軸の回転速度と冷却水の吐出流量との関
係を表すグラフである。

【符号の説明】

１０ シリンダブロック １１ ポンプボディ １２ 軸受 １３ ポンプ軸 １４ プーリシート １５ ポンプ室 １６ 主ロータ １７ 副ロータ １８, １９ ボス部 ２０ カラー ２１ ロータディスク ２２ ベーン ２３ ロータディスク ２４ ベーン ２５ シール受け ２６ ばねシート ２７ メカニカルシール ２８ クラッチ装置 ２９ クラッチ部 ３０ クラッチプレート ３１ クラッチ部 ３２ クラッチディスク ３３ 戻しばね ３４ 係合ばね

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプボディに対して駆動回転自在に保
   持されたポンプ軸と、 このポンプ軸と一体に形成された主ロータと、 前記ポンプ軸に対して相対回転可能に嵌合された副ロー
   タと、 前記主ロータに形成された低吐出用のベーンと、 この低吐出用のベーンを囲むように前記副ロータに形成
   された高吐出用のベーンと、 前記主ロータと前記副ロータとの間に介装され、かつ所
   定温度以上の場合に前記主ロータと前記副ロータとを連
   結する一方、所定温度未満の場合に前記主ロータから前
   記副ロータを切り離すクラッチ装置とを具えたことを特
   徴とする渦巻ポンプ。
2. 【請求項２】 ベーンが吸入ポート側に突出しているこ
   とを特徴とする請求項１に記載した渦巻ポンプ。