JPH07332086A - 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に対して前記ポンプ軸の軸線
と平行な方向に沿って重なる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】図示しないエンジンのシリンダブロックに
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１
４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１
９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から放射状に等
間隔で突出する複数本（図示例では３本）のスポーク２
１の外周部には、それぞれベーン２２が一体的に形成さ
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８枚）のベーン２４が等間隔に形成されている。これ
ら主ロータ１６のベーン２２と、副ロータ１７のベーン
２４とは、ポンプ軸１３の軸線と平行な方向に沿って重
なるように配置し、隣接するスポーク２１の間を副ロー
タ１７の回転に伴う冷却水の通路として利用している。

【００１４】本実施例では、副ロータ１７のベーン２４
よりも、主ロータ１６のベーン２２の数を少なく設定す
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１６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１
７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９枚以上に設定したり、あるいは主ロータ
１６のベーン２２の外径を副ロータ１７のベーン２４の
外径よりも小さく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】前記カラー２０の基端側には、シール受け
２５が一体的に形成されており、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に
は、外周側がスポーク２１の基端部につながる円錐状を
なすクラッチ部２９が一体的に形成されており、本実施
例では副ロータ１７のボス部１９がカラー２０と主ロー
タ１６のボス部１８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、外周側が主ロータ１６のクラ
ッチ部２９と対応した円錐状のクラッチ部３０となった
クラッチディスク３１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】これら主ロータ１６のクラッチ部２９とク
ラッチディスク３１との間には、クラッチディスク３１
を主ロータ１６のクラッチ部２９から離れる方向（図１
中、左方向）に付勢する戻しばね３２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３１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主ロータ１６のクラッチ部２９に
クラッチディスク３１のクラッチ部３０を押し付ける形
状記憶合金製の係合ばね３３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
３２のばね力によって主ロータ１６のクラッチ部２９か
らクラッチディスク３１のクラッチ部３０が離れるよう
に、係合ばね３３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３２のばね
力に抗して主ロータ１６のクラッチ部２９にクラッチデ
ィスク３１のクラッチ部３０を押し付けることができる
ように、係合ばね３３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３１を駆動する手
段として戻しばね３２および形状記憶合金製の係合ばね
３３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、本実施例では主ロータ１６のボ
ス部１９に円錐状のクラッチ部３０を一体的に形成した
が、主ロータ１６とは別部品のクラッチプレートをポン
プ軸１３に一体的に嵌着し、このクラッチプレートにク
ラッチ部３０を形成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３３が縮まった状態にあ
り、戻しばね３２のばね力によって主ロータ１６のクラ
ッチ部２９からクラッチディスク３１のクラッチ部３０
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、シリンダブロック側の発熱
に対して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３３
が伸びるように形状変化し、戻しばね３２のばね力に抗
して主ロータ１６のクラッチ部２９にクラッチディスク
３１のクラッチ部３０が押し付けられ、くさびの作用で
主ロータ１６のクラッチ部２９と副ロータ１７のボス部
１９とがクラッチディスク３１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およびクラッチディスク３１を介して副ロ
ータ１７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３３が縮まった
状態に形状変化し、戻しばね３２のばね力によって主ロ
ータ１６のクラッチ部２９からクラッチディスク３１の
クラッチ部３０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】

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 スポーク 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, ３０ クラッチ部 ３１ クラッチディスク ３２ 戻しばね ３３ 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に対して前記ポンプ軸の軸線と平
   行な方向に沿って重なる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。