JPH10122177A

JPH10122177A - 可変容量ウォータポンプ

Info

Publication number: JPH10122177A
Application number: JP27012496A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Chiba; 淳千葉; Masaharu Hamazaki; 正春濱崎
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】感熱駆動源をコンパクトにできる構成とし、
感熱駆動源が冷却水圧の影響をできるだけ受けないよう
にし、ポンプインペラを正確に可変容量のための動作を
行わせる。【解決手段】感熱駆動源（バイメタル１５）でポンプ
インペラ１４の容量可変動作を行わせるウォータポンプ
において、感熱駆動源がポンプインペラ１４自体を駆動
するように構成して、両者の間にポンプインペラ１４を
支持する可動板１３を配設する。また、ポンプインペラ
１４は可動板１３に並設した固定板１２にガイド溝１７
を形成して容量可変動作のためのポンプインペラ１４の
スライド運動がガイドされるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、循環流量を可変す
る手段を改良した可変容量ウォータポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】水冷式内燃機関を冷却するウォータポン
プは、内燃機関の冷間時には循環流量が少なく温間時に
は多くなる容量可変型に構成されるものがある。例えば
実開昭５９−１１６５９９号公報（第１の公報）に記載
された可変容量ウォータポンプは、回転軸に固定され冷
却水を強制的に供給するポンプインペラと、回転軸に冷
却水通路に直面するように配設された温度感知手段と、
該温度感知手段により軸方向に移動するように駆動され
回転軸と同軸上に配設されたスライド軸と、該スライド
軸と一体に軸方向に移動するディスクとを、該ディスク
の外周に設けた全周に亘るシュラウドとを設け、ディス
クの軸方向移動によりポンプインペラの作動範囲を変化
させている。

【０００３】また、特開昭６０−１１１０１７号公報
（第２の公報）に開示されるものでは、ポンプインペラ
が形状記憶合金で構成され、冷却水が低温の時にはポン
プインペラがロータの外形に沿った位置に配置され、冷
却水温度が暖まると、一端を中心に自由端側が内側に曲
って徐々に吸排流量を多くするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の公報の
ウォータポンプでは温度感知手段としてサーモワックス
を使用し、その熱変位でディスク及びシュラウドを可動
しているので、この可動量を確保するには相当量のワッ
クスを必要とする。更にシュラウドがポンプインペラを
側域より覆っており、上記サーモワックスとシュラウド
の構成によりポンプボデイが極めて大型化するととも
に、全流量の抵抗をシュラウドが受けて、スラスト方向
に変動を生じ、耐久性が懸念される。なお、サーモワッ
クスの容積からすると、吸込部分の抵抗も大きくなりキ
ャビテーションを起しかねない。

【０００５】また、第２の公報の可変容量ウォータポン
プは、第１の公報のウォータポンプよりコンパクト化は
果せるものの、形状記憶合金で構成されるポンプインペ
ラは冷却水の攪拌器として広く円周状に配列されること
になるため、冷却水圧を当然に受けて形状記憶合金の変
形を歪ませたり、個々に変形特性にばらつきがあること
を考慮すると、通常の固有部材で製作したポンプインペ
ラと比較して、実際の可変容量特性が設計どおりになり
にくく、また、循環量も変動し流量適合が難しい。

【０００６】また、形状記憶合金によるポンプインペラ
は、冷却水圧の影響と各温度ごとの形状変化特性のた
め、固有部材で形成したインペラ形状に対し異形となっ
ても、これを管理する手段はなく、循環量の変動を生じ
るおそれがある。本発明は上述した従来装置の問題点に
鑑みてなされたもので、感熱変形部材が冷却水圧をでき
るだけ受けない構造でコンパクト化でき、感熱変形部材
を用いても設計等における取扱いが容易な実用性のある
可変容量ウォータポンプを提供することを解決すべき課
題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は種々検討を重ね、感熱変形部材をポンプインペラ
を可変容量動作のためのスライド運動の駆動源とするこ
とにより、問題を解決できることを確認した。すなわ
ち、請求項１の発明で採用した技術的手段は、回転軸に
固定される固定部材と、該回転軸に所定回動範囲回転可
能な可動板とを設け、該可動板に揺動自在に所定数のポ
ンプインペラを枢支するとともに、該ポンプインペラが
循環量を可変とするような動きをするように、これを誘
導する誘導手段と、上記可動板を駆動する感熱駆動源と
で制御するものである。

【０００８】このような構成では、ポンプインペラ自体
は固有部材で構成し、感熱変形部材としての感熱駆動源
は可動板を駆動できれば、誘導手段によってポンプイン
ペラが固定部材上を可変容量のための運動を行うように
ガイドするので、感熱駆動源としては比較的コンパクト
な形態に構成できる。従って、感熱駆動源は流体圧の影
響を少なくできるとともに、一部材の要素で構成できて
感熱変形特性のばらつきを考慮する必要が無い。よっ
て、流体温度に対する循環量も安定し設計上極めて取扱
いやすくなる。

【０００９】請求項２の発明の手段は、前記誘導手段が
回転軸の軸直角面におけるポンプインペラの形状と合致
したガイド溝を固定板と可動板とのいずれかにもつもの
である。これにより、ポンプインペラを感熱駆動源によ
り該ポンプインペラの形状に沿って移動させることがで
きる。このことは温度変化によってポンプインペラが外
径を変えるとき、循環量が外径の変化に対応して変化
し、循環量を正確に管理することができる。

【００１０】請求項３の発明の手段は、感熱駆動源とし
てつる巻状に巻かれたバイメタルを用いたものであり、
このバイメタルはポンプインペラ群の中心に集約され、
流体圧の影響が極めて少なく、ポンプインペラの作動が
正確になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る可変容量
ウォータポンプは、図１〜図４に示すように構成され
る。エンジンボデイに結合されるポンプボデイ１０は、
回転軸１１をベアリング２０を介して支承し、エンジン
ボデイに組付けられる。ポンプボデイ１０とエンジンボ
デイとで形成されるポンプ室２１には、この実施形態に
基づくロータ部２２が配設され、該ロータ部２２と反対
側の回転端部にはプーリシート２３が軸着されている。
なお、ロータ部２２とベアリング２０との間の回転軸上
には、メカニカルシール２４が配設され、ポンプボデイ
１０に形成された漏水孔２５を介して連通した外部とポ
ンプ室２１とシールしている。

【００１２】なお、ポンプボデイ１０は図２に示すよう
に、ロータ部２２の上側にウォータジャケットに連通し
た吸込口（図示略）を有し、ロータ部２２の下側に排出
口（図示略）が形成される。図１に示すように、ロータ
部２２は、回転軸１１がポンプ室２１に延びた端部に同
軸に固定板１２が圧入等の手段によって止着され、該固
定板１２には、同じく回転軸１１に同軸で所定角度範囲
回転可能な可動板１３が並設されている。具体的に、固
定板１２には、回転軸１１の外周に沿う例えば４方に分
割配列された周状溝１２ａが形成され、該周状溝１２ａ
に対応して可動板１３には同数のストッパ１３ｂが軸方
向に形成され、可動板側からストッパ１３ｂが上記周状
溝１２ａに係入することにより、可動板１３の可動範囲
が設定される。

【００１３】また、可動板１３には、図３（Ａ）に示す
ように、６方に放射片１３ｃが形成されるとともに、該
各放射片１３ｃにはその長さ方向に直状スリット１６が
形成され、この直状スリット１６にピン１４ａを係合し
たポンプインペラ１４が直状スリット１６内を移動可
能、且つピン１４ａを中心に旋回可能に枢支されてい
る。

【００１４】ポンプインペラ１４は回転軸１１の軸直角
面に沿った断面形状が円弧状をなし、アルミ等の合金或
はセラミック等の固有部材で構成されている。また、ポ
ンプインペラ１４は、固定板１３に形成されたガイド溝
１７に係合している。この係合構造は、図３（Ｃ）に示
すように、ピン１４ａを取付けた端部に両突起部１４
ｂ,１４ｂを形成し、上記ガイド溝１７は該両突起部１
４ｂ,１４ｂと対応した断面形状をしている。また、ガ
イド溝１７は、図上左旋回した円弧形状で径方向に延び
ており、該ガイド溝１７の形状とポンプインペラ１４の
断面形状とは合致している。従って、ポンプインペラ１
４は、ピン１４ａが直状スリット１６内を径方向に移動
するとき、該径方向におけるピン１４ａの各位置を基点
に該外径が変化すると共に、円弧状のガイド溝１７に沿
ってスライド可能に構成される。上記ガイド溝１７と直
状スリット１６とは本発明の誘導手段１８を構成する。
また、ポンプインペラ１４に形成された両突起部１４
ｂ，１４ｂは、ガイド溝１７をスライドするとき、がた
つきなくポンプインペラ１４をガイドする。

【００１５】ところで、上記ストッパ１３ｂの一つの先
端部分１３ａには、つる巻状に巻かれたバイメタル１５
の一端が係留されている。バイメタル１５は本発明によ
る感熱駆動源を構成し、バイメタル１５の他端は回転軸
１１の中心部に係留されている。このバイメタル１５は
冷却水温度によって変形して可動板１３にバネ力を付与
する。すなわち、冷却水温が高くなる温間時に、可動板
１３を回転軸１１を中心に回転駆動させる。この回転駆
動方向は、図４（Ａ）に示した矢視Ｄ方向（図面左回
転）である。

【００１６】以上の構成よりなる可変容量ウォータポン
プは、図２に示すように、回転軸１１が右回転して冷却
水を吸入口より排出口に吸排する。エンジン始動に際
し、冷却水温が冷間始動のときは、図３（Ａ）及び
（Ｂ）に示すように、バイメタル１５によりストッパ１
３ｂが周状溝１２ａで略中立位置をとる角度位置に可動
板１３を設定している。この時、ポンプインペラ１４
は、ピン１４ａが直状スリット１６の内側終端より若干
外側に位置して、円弧状の外側先端が固定板１２の外径
より内側の符号Ｅにて示す外径に揃い、冷却水をこの外
径に応じた能力で吸排する。このときの循環量は比較的
少ない量に設定される。

【００１７】次にエンジンの作動により冷却水温が上昇
するのに応じて、バイメタル１５は拡径しようとして可
動板１３を矢視Ｄにて示す左方向に駆動する。可動板１
３が左回転すると、直状スリット１６の向きも左方向に
変位し、ピン１４ａが左方向に押圧される。このピン１
４ａが左方向に押圧される力で、ポンプインペラ１４は
ガイド溝１７に沿ってスライドする。従って、ポンプイ
ンペラ１４は、円弧状の外側先端位置を広げ、外径が大
きくなって、冷間時より高い能力で冷却水を吸排する。
図４（Ａ）,（Ｂ）は、冷却水温が高温域にまで達した
ときのポンプインペラ１４のスライド位置を示し、ほぼ
固定板１２の外径と一致して、本可変容量ウォータポン
プの最大能力で冷却水を吸排する。

【００１８】なお、冷却水温が極めて低い場合、バイメ
タル１５は、図３（Ａ）の状態より更に縮径し、矢視Ｄ
とは反対の方向（右回転）に可動板１３を駆動して、ポ
ンプインペラ１４の外径を図３（Ａ）の位置より回転軸
１１側に設定することもできる。このような構成の可変
容量ウォータポンプでは、一つの可動板１３によってそ
れぞれのポンプインペラ１４を駆動できるので、実施形
態のごとく一つの感熱駆動源にて可動板１３を駆動する
形態を採ることができる。このような感熱駆動源は、可
動板１３を駆動できれば、誘導手段１８がポンプインペ
ラ１４をガイドするので、上記つる巻き状のバイメタル
１５のようにコンパクトなものでも十分にポンプインペ
ラ１４をスライド運動させることができる。よってバイ
メタル１５は、回転軸１１に集約的に構成でき、該バイ
メタル１５への冷却水圧の影響が少なく、また、一つの
バイメタルであるため、感熱変形特性のばらつきを考慮
する必要が無い。これにより、ポンプインペラ１４のス
ライド運動を円滑性を得ることができて、温度に対する
循環量も安定し設計上極めて取扱いやすくなるものであ
る。

【００１９】また、本実施形態では、ポンプインペラ１
４がガイド溝１７によってポンプインペラ１４の断面形
状と合致した方向にスライドさせるので、冷却水温度変
化によってポンプインペラ１４が外径を変えるとき、循
環量が外径の変化に対応して変化し、循環量を正確に管
理することができる。なお、本発明は、直状のポンプイ
ンペラ１４を直線径方向、或はに斜め径方向に拡縮する
こともできる。これは、誘導手段１８のガイド溝１７と
放射辺１３ｃのスリットの各形状の組合わせによって容
易に変更することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、感熱
駆動源をコンパクトで特性のばらつきを考慮する必要が
ない１部材とする構成を採用し、該感熱駆動源が受ける
流体圧の影響を少なくして、ポンプインペラの外径に対
応した容量可変動作となり設計等の取扱いが容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る容量可変ウォータ
ポンプを示す構成図である。

【図２】上記実施形態における容量可変ウォータポン
プによる冷却水の循環動作を示す説明図である。

【図３】上記実施形態でロータ部を抽出した冷間時の
状態であって、（Ａ）は図１の右から見た図、（Ｂ）は
（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＡ
−Ａ線に沿った断面図である。

【図４】上記実施形態でロータ部を抽出した温間時の
状態であって、（Ａ）は図１の右から見た図、（Ｂ）は
図２（Ａ）と同様のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０はポンプボデイ、２１はポンプ室、１３は可動板、
１２は固定板、１４はポンプインペラ、１７はガイド
溝、１６は直状スリット、１８は誘導手段、１５はバイ
メタル（感熱駆動源）である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプボデイに支承された回転軸と、冷
却用流体が吸排されるポンプ室へ該回転軸が延びた部分
にそれぞれ同軸に支持された所定角度範囲回転可能な可
動板及び固定板と、該可動板に揺動自在に枢支された所
定数のポンプインペラと、該固定板と該可動板とに構成
され、該各ポンプインペラを径方向及び円周方向の少な
くとも一方に誘導する誘導手段と、該可動板を駆動すべ
く該可動板と該固定板との間に配設され、冷却用流体の
温度に比例して該各ポンプインペラの外径が大きくなる
ように移動させる感熱駆動源とを具備したことを特徴と
する可変容量ウォータポンプ。
【請求項２】前記誘導手段は、前記回転軸の軸直角面
における前記ポンプインペラの形状と合致したガイド溝
が前記固定板と前記可動板とのいずれかに形成されるこ
とを特徴とする請求項１記載の可変容量ウォータポン
プ。
【請求項３】前記感熱駆動源は、一端が前記回転軸に
固定され、他端が前記可動板に固定され、つる巻状に巻
かれたバイメタルを用いたことを特徴とする請求項１又
は２記載の可変容量ウォータポンプ。