(57)【要約】【課題】インペラ軸部周辺での冷却水の流れを改善し冷却水の滞留を低減させ、さらに羽根部の通過による舌部での圧力変動を低減してポンプの振動を抑制し、ポンプ性能が高く騒音の少ないウォータポンプを提供する。【解決手段】インペラ2とポンプケース10と吸込口14と吐出口16を備え、インペラ2はインペラ軸部5とインペラ軸部5を中心として周状に囲む複数の羽根部4を具備し、インペラ2を回転させ遠心力によって水を圧送する遠心式ウォータポンプ1において、インペラ軸部5は、インペラ2の基部5aを底面として先細状に形成されるとともに、インペラ軸部5の側面には、軸端部5aから前記羽根部4に向かって放射状に溝部5dが形成される遠心式ウォータポンプ。【選択図】図７
2014185614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラ(2)と、前記インペラ(2)を収容するポンプケース(10)と、水を吸入する吸込口(14)と、水を吐出する吐出口(16)を備え、
前記インペラ(2)は、インペラ軸部(5)と、該インペラ軸部(5)を中心として周状に囲む複数の羽根部(4)を具備し、
前記インペラ(2)を回転させ遠心力によって水を圧送する遠心式ウォータポンプ(1)において、
前記インペラ軸部(5)は、前記インペラ(2)の基部(5a)を底面として先細状に形成されるとともに、
前記インペラ軸部(5)の側面には、軸端部(5a)から前記羽根部(4)に向かって放射状に溝部(5d)が形成されることを特徴とする遠心式ウォータポンプ(1)。
【請求項２】
前記溝部(5d)は、前記軸端部(5a)から前記基部(5a)に向かうにつれて、前記インペラ(2)の回転方向に対し反対方向に指向するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の遠心式ウォータポンプ(1)。
【請求項３】
前記ポンプケース(10)は、前記インペラ(2)を取り巻いて前記吐出口(16)に向けて渦巻形状に形成された渦巻型のポンプケース(10)であって、
前記ポンプケース(10)には、渦巻形状の巻き始めに位置する巻始め流水通路(13a)と渦巻形状の巻終わりに位置し吐出口(16)に通じる巻終り流水通路(13b)とに分ける水切りとしての舌部(20)が形成され、
前記舌部(20)に、前記巻始め流水通路(13a)と前記巻終り流水通路(13b)とを連通する圧力開放溝(21)を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遠心式ウォータポンプ(1)。
【請求項４】
前記圧力開放溝は、前記舌部(20)の先端から内側に向けて凹部形状をなすように形成されたことを特徴とする請求項３に記載の遠心式ウォータポンプ(1)。
【請求項５】
前記吸込口(14)に連なる前記ポンプケース(10)の流入口(12b)は、該流入口(12b)を通過する水の流入方向視において、前記インペラ軸部(5)の少なくともその一部と重なる位置に形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプ(1)。
【請求項６】
前記流入口(12b)は、前記流入口(12b)の中心点(Ｃ1)を通りかつ前記流入口(12b)を通過する水の流れ方向に沿った流入軸線(Ｌ1)が、前記インペラ(2)の回転中心軸線(Ｃ)と交わらない位置であって、
前記流入軸線が(Ｌ1)、前記インペラ軸部(5)の軸方向視において、前記インペラ軸部(5)の最小径と最大径の間に位置するように形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプ(1)。
【請求項７】
前記圧力開放溝(21)は、前記舌部(20)の幅(W)の中央近傍であって、前記羽根部(4)と対向する位置に形成されることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプ(1)。
【請求項８】
前記インペラ軸部(5)は、先細状に突出した面と反対側の面に凹部(5e)が形成されるとともに、インペラ(2)を回転駆動する駆動軸(6)の一端部が前記凹部(5e)に嵌装されて、前記駆動軸(6)とインペラ軸部(5)が一体に結合されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプ(1)。
【請求項９】
前記ウォータポンプ(1)は、内燃機関(E)に設けられて内燃機関(E)の駆動力により駆動されるとともに、前記内燃機関(E)を冷却する冷却装置(30)を構成することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプ(1)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、主に車両に搭載される内燃機関を冷却する水冷式冷却装置に用いられる遠心式のウォータポンプの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の遠心式のポンプのうち特にウォータポンプに適用されるものとして、インペラの回転軸部を中心として周状に囲んだ複数の羽根部を備えたウォータポンプが、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
従来のウォータポンプは、インペラと、該インペラを取り囲むように渦巻形状に形成されて該インペラを収納するポンプケースを備えている。インペラには、インペラの基部からインペラの回転中心に位置して円柱状のインペラ軸部が形成されており、該インペラ軸部を中心として囲むように複数の羽根部が設けられている。インペラ軸部には内燃機関の駆動力が伝達される駆動軸が連結されており、内燃機関の駆動力によりインペラが回転されると、水はウォータポンプの吸込口からインペラ軸部周辺に向かって吸入され、その後回転する羽根部から遠心力を受けてポンプケースの渦巻形状に形成された外周部に送られ、ウォータポンプの吐出口へと圧送されるようになっている。インペラの周囲に渦巻形状に形成されたポンプケース内には、渦巻の巻き始めに位置する冷却水の流水通路と、渦巻形状の巻終わりに位置しポンプの吐出口に通じる冷却水の流水通路とに分ける水切りとしての舌部が形成されている。
【０００４】
図１３は、従来のウォータポンプ01を駆動した際のウォータポンプ01内の水の流れを示している。矢印の密度が高い箇所ほど水の流量が多いことを示している。従来のウォータポンプ01では、ポンプケース010内のポンプ室013の水の流れは、吸込口014からポンプケース010内に吸込まれたインペラ軸部05周辺では少ないことがわかる。インペラ軸部05周辺に流れ込んだ水はインペラ02の羽根部04からの力を受けることができず、またインペラ軸部05は円柱形状に形成されているのでインペラ軸部05の回転力はインペラ軸部05周辺の水の流れに寄与しにくく、インペラ軸部05の周辺の水の滞留が発生する場合があった。
【０００５】
また、ウォータポンプ01が駆動されてインペラ02の羽根部04の周方向端部04ａが、ポンプケース010内の水切りとしての舌部020を通過する際には、図１２の破線に示されるように、舌部02の羽根部側02ａは、羽根部04の周方向端部04ａが舌部020を通過する直前には高い正圧となり、その後羽根部04の周方向端部04ａが舌部020を通過した直後には高い負圧となって、羽根部04が一枚通過するごとに舌部020には大きな圧力変動とそれに伴う振動が起こり、ウォータポンプ01内にキャビテーションが発生してポンプ能力を低下させ、さらに振動による騒音が発生する恐れがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−４０２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、インペラ軸部周辺での冷却水の流れを改善し冷却水の滞留を低減させ、さらに羽根部の通過による舌部での圧力変動を低減してポンプの振動を抑制し、ポンプ性能の向上と騒音の低減を両立したウォータポンプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、インペラと、前記インペラを収容するポンプケースと、水を吸入する吸込口と、水を吐出する吐出口を備え、前記インペラは、インペラ軸部と、該インペラ軸部を中心として周状に囲む複数の羽根部を具備し、前記インペラを回転させ遠心力によって水を圧送する遠心式ウォータポンプにおいて、前記インペラ軸部は、前記インペラの基部を底面として先細状に形成されるとともに、前記インペラ軸部の側面には、軸端から前記羽根部に向かって放射状に溝部が形成されることを特徴とする遠心式ウォータポンプである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の遠心式ウォータポンプにおいて、前記溝部は、前記軸端部から前記基部に向かうにつれて、前記インペラの回転方向に対し反対方向に指向するように形成されたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の遠心式ウォータポンプにおいて、前記ポンプケースは、前記インペラを取り巻いて前記吐出口に向けて渦巻形状に形成された渦巻型のポンプケースであって、前記ポンプケースには、渦巻形状の巻き始めに位置する巻始め流水通路と渦巻形状の巻終わりに位置し吐出口に通じる巻終り流水通路とに分ける水切りとしての舌部が形成され、前記舌部に、前記巻始め流水通路(13a)と前記巻終り流水通路(13b)とを連通する圧力開放溝を形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプにおいて、前記圧力開放溝は、前記舌部の先端から内側に向けて凹部形状をなすように形成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプにおいて、前記吸込口に連なる前記ポンプケースの流入口は、該流入口を通過する水の流入方向視において、前記インペラ軸部の少なくともその一部と重なる位置に形成されたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプにおいて、前記流入口は、前記流入口の中心点を通りかつ前記流入口を通過する水の流れ方向に沿った流入軸線が、前記インペラの回転中心軸線と交わらない位置であって、前記流入軸線が、前記インペラ軸の軸方向視において、前記インペラ軸の最小径と最大径の間に位置するように形成されたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプにおいて、前記圧力開放溝(21)は、前記舌部(20)の幅(W)の中央近傍であって、前記羽根部(4)と対向する位置に形成されることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプにおいて、前記インペラ軸部は、先細状に突出した面と反対側の面に凹部が形成されるとともに、インペラを回転駆動する駆動軸の一端部が前記凹部に嵌装されて、前記駆動軸とインペラ軸部が一体に結合されることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の遠心式ウォータポンプにおいて、前記ウォータポンプは、内燃機関に設けられて内燃機関(E)の駆動力により駆動されるとともに、前記内燃機関(E)を冷却する冷却装置(30)を構成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、インペラ軸部を先細状に形成して、その表面に溝を設けたので、ウォータポンプが駆動されると、インペラの軸部周辺の水は、溝によって遠心力が与えられて先細状のインペラ軸表面に沿ってインペラの羽根部に向かって積極的に送られるので、インペラ軸部周辺の流体の滞留を減少させてポンプ性能を向上させることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、インペラの回転方向と反対側に指向するように、インペラ軸部の軸端から基部に向かって斜めに溝が形成されたので、インペラの回転により、インペラ軸部周辺の水が溝部を伝って羽根部に向けて積極的に送られ、さらにポンプの性能を向上させることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、インペラが回転されて、羽根部の先端がポンプケースの内壁面に沿って通過する際に、最も圧力変動の大きい巻始め流水通路と巻終り流水通路とを分ける水切りとしての舌部に、巻始め流水通路と前記巻終り流水通路とを連通する圧力開放溝を形成したので、インペラの複数の羽根部のうちのそれぞれの羽根部の先端が水きりとしての舌部を通過する直前に発生する巻始め流体通路側の高い正圧、および羽根部の先端が舌部を通過した直後に発生する巻始め流体通路側の負圧を低減し、舌部に発生する圧力変動をなだらかにできるので、ウォータポンプの振動が低減されてキャビテーションの発生が抑制されてポンプ性能を向上させることができ、さらにウォータポンプ駆動時の騒音を低減させることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、舌部の先端から内側に向けて凹部形状をなすように開放溝が形成されているので、ポンプケースの舌部周辺の水が圧力開放溝に案内されて吐出口側に送られることを促進できる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、吸込口に連なるポンプケースの流入口は、流入口を通過する水の流入方向視において、インペラ軸部の少なくともその一部と重なる位置に形成されているので、ポンプケースの流入口から流入する水がインペラ軸部に形成された溝部に送られ、インペラ軸部周辺に水流を発生し易くすることができるので、ウォータポンプの取り込み能力が向上する。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、流入口は、流入口の中心点を通りかつ流入口を通過する流水の流れ方向に沿った流入軸線が、インペラの回転中心軸線と交わらない位置であって、流入軸線が、インペラ軸の軸方向視において、インペラ軸の最小径と最大径の間に位置するように形成されるので、流入口から流入した水がインペラ軸部の溝部に送られ、インペラ軸部周辺の水の流れをさらに生じ易くすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、舌部の幅の中央近傍であって羽根部と対向する位置に圧力開放溝が形成されたので、舌部周辺の圧力変動に偏りが生じるのを抑制するとともに、吐出する水の流れを、吐出経路の中心を通るように整流してエネルギー損失を抑制し、効率の良いウォータポンプを得ることができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、ウォータポンプのインペラ軸部と駆動軸を、ウォータポンプの内側からボルトでもって締結する必要がなくなり、インペラ軸部周辺の水の流れを整流する効果を得ることができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、ウォータポンプの所定回転数あたりの圧送能力を向上させ、インペラに生じる抵抗圧力の最大値を抑制したウォータポンプを内燃機関の冷却装置に適用したので、内燃機関が必要とする冷却能力を確保しつつ、ウォータポンプ駆動時に生じるフリクション変動を抑制し、ウォータポンプ駆動によるエネルギーの損失を低減させ、内燃機関の始動性および燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る遠心式ウォータポンプを備えた内燃機関の左側面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】ウォータポンプの正面図である。
【図４】図３のIV-IV断面図である。
【図５】図４のV-V断面およびインペラの正面図である。
【図６】図３のVI矢視図である。
【図７】ウォータポンプの一部を切欠いた斜視図である。
【図８】インペラの斜視図である。
【図９】舌部の要部断面図である。
【図１０】舌部の要部斜視図である。
【図１１】本実施例のウォータポンプ内の水の流れを示した図である。
【図１２】本実施例のウォータポンプの舌部における時間ごとの圧力変動および従来のウォータポンプの舌部における時間ごとの圧力変動を示したグラフである。
【図１３】従来のウォータポンプ内の水の流れを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図１ないし図１１に示された本発明が適用される遠心式のウォータポンプの一実施例について説明する。本実施の形態においては、車両の前進方向を向いた状態を基準として前後左右を決めることとする。
【００２８】
本実施例のウォータポンプ１は、車両に搭載された内燃機関Ｅを冷却するための水冷式冷却装置30に用いられる遠心式のウォータポンプであって、内燃機関Ｅにより駆動されるものである。図１にウォータポンプ１が取付けられた内燃機関Ｅの左側面図、および図２に図１のII−II断面図が示されている。
【００２９】
内燃機関Ｅは、図１および図２に示されるように、クランクケース50にシリンダボディ51、シリンダヘッド52が順次重ねられ図示されないボルトにより一体に締結され、シリンダヘッド52の上面はヘッドカバー53により覆われボルト64でもって締結されている。シリンダボディ51の左右側面は左右二つ割りのケースカバー54でもって覆われ、クランクケース50の下面にはオイルパン55がボルト65でもって一体に締結されている。一体となった内燃機関Ｅは図示されないフレームに懸架されて自動二輪車等の車両に搭載される。シリンダボディ51には図示されないピストンが嵌装される複数の図示されないシリンダが形成され、ピストンは図示されないコネクティングロッドを介してクランクケース50とシリンダボディ51の間に支承されるクランクシャフト56と連結されている。シリンダボディ51の燃焼室で燃料が燃焼されるとシリンダ内でピストンが上下動し、クランクシャフト56が回転駆動されるようになっている。
【００３０】
内燃機関Ｅを冷却するための水冷式冷却装置30は、ウォータポンプ１、ラジエータ31、サーモスタット32、内燃機関Ｅ内に設けられ内燃機関Ｅを冷却するウォータジャケット33を具備している。ウォータポンプ１は、冷却水を吸い込むための吸込口14、サーモスタット32に接続されるバイパス側吸込口15、および冷却水を吐出する吐出口16を備え、クランクケース50の左側面のオイルパン54より少し上方にクランクケース50にボルト66により一体に締結されている。内燃機関Ｅの前方には冷却水を冷却するラジエータ31が図示されない車両のフレームに支持されている。サーモスタット32は、シリンダヘッド52の左側面の後方にボルト67により締結されている。
【００３１】
水冷式冷却装置30は以下のように接続されている。ラジエータ31の下流側タンク31ｂから延出した冷却水ホース34は、ウォータポンプ１の吸込口14に接続されている。ウォータポンプ１の吐出口16に接続された冷却水ホース35はウォータジャケット33の流入口33ａに接続されている。内燃機関Ｅのウォータジャケット33の吐出口33ｂとサーモスタット32の流入口32ａとは冷却水ホース37で接続され、サーモスタット32のメイン吐出口32ｂとラジエータ31の上流側タンク30ａとは冷却水ホース36で接続されている。サーモスタットのバイパス側吐出口32ｃとウォータポンプ１のバイパス側吸込口15はバイパス用ホース38で接続されている。
【００３２】
ウォータポンプ１により加圧された冷却水は、内燃機関Ｅのウォータジャケット33に送られ内燃機関Ｅの各所を冷却し、温められた冷却水はその後サーモスタット32を通過してラジエータ31に送られて冷却され、再びウォータポンプ１に送られる。
【００３３】
内燃機関Ｅの初動時において内燃機関Ｅからの燃焼を受けずに冷却水が所定温度以下の場合には、内燃機関Ｅのウォータジャケット33を通過した冷却水は、サーモスタット32によりラジエータ31に送られる通路は閉じられ、ウォータポンプ１へ送られるバイパス用の通路が開かれ、冷却水が所定温度以上になるまで冷却水はラジエータ31には送られず、内燃機関Ｅ内のウォータジャケット33とウォータポンプ１の間を循環し、冷却水の温度が所定温度になるまで内燃機関Ｅが温められるようになっている。
【００３４】
図３ないし図７にウォータポンプ１が示されている。ウォータポンプ１は、回転駆動されて冷却水を遠心力で圧送するインペラ２と、該インペラ２を内部に収容するポンプケース10を備えている。
【００３５】
インペラ２は、図５および図８に示されるように、円盤状に形成されたインペラ基部３と、該インペラ基部３から少し斜め外方に延びた後、基部３の板面に対して直角に折り曲げられて形成された８枚の羽根部４と、インペラ基部３のうち羽根部４が折曲げられた側の面３ａに溶接等により固着されるインペラ軸部５とを備えている。
【００３６】
インペラ軸部５は、図４、図５および図８に示されるように、インペラ基部３に固着される軸基部５ａが円柱状に形成され、該軸基部５ａから軸端部５ｃに向かって次第に断面積が小さくなるような先細の略円錐状の錐体部５ｂが形成されており、該錐体部５ｂの表面には、４本の溝部５ｄが等間隔に軸端部５ｃから軸基部５ａに向かって放射状に形成されている。溝部５ｄの溝幅は、軸端部５ｃから軸基部５ａに向かうに従い次第に狭くなり、軸部５ｄの溝深さは軸基部５ａの近傍になると次第に浅くなり、溝部5ｄは軸基部５ａ付近において消滅するように形成されている。溝部５ｄは、図５に示されるように、軸端５ｃ方向視において、軸端部５ｃから軸基部５ａへと、インペラ２の回転方向と反対に指向した斜め方向に向かって曲線状に形成されている。
【００３７】
図４に示されるように、インペラ軸部５の先細状に突出した面の反対側の面には、凹部５ｅが形成されており、該凹部５ｅにウォータポンプ軸６のインペラ側端部６ａが嵌装されて、インペラ軸部５とウォータポンプ軸６は一体に結合される。ウォータポンプ軸６のインペラ側端部６ａとは反対側の内燃機関側端部６ｂには軸方向に向かって所定幅の切欠き6ｃが形成されている。さらにウォータポンプ軸６の長さ方向における中央部付近に周方向に亘って、ポンプ軸６のポンプ１内への抜け落ちを防止するための突部６ｅが形成されている。
【００３８】
図３ないし図５には、インペラ２が収容されるポンプケース10が示されている。ポンプケース10は、インペラ２が回転自在に支承されるウォータポンプボディ11と、ウォータポンプボディ11の開口部を覆うよう取付けられるウォータポンプカバー12とを具備し、ウォータポンプボディ11とウォータポンプカバー12が合わせ面にパッキン９を挟んで合わせられてポンプ室13が構成されるようになっている。
【００３９】
図４に示されるように、ウォータポンプボディ11は、インペラ２を収納しウォータポンプカバー12とともにポンプ室13を構成する椀形部11ａと、椀形部11ａの略中心からウォータポンプカバー12と反対側に伸びウォータポンプ軸６を回転可能に支承する円筒部11ｂとからなっている。円筒部11ｂ内には、内燃機関Ｅ側に位置して、円筒部11の内壁とウォータポンプ軸６の間にオイルシール８が嵌装され、内燃機関Ｅからオイル等の不純物がウォータポンプ１内へ侵入することを防止するようになっており、さらに円筒部11内のインペラ側にはメカニカルシール７が配設され、ウォータポンプ１からの冷却水の漏れを防止するようになっている。
【００４０】
ウォータポンプカバー12には、前記ウォータポンプボディ11の椀形部11ａと一体となってポンプ室13を構成する椀形部12ａが形成されている。図３に示されるように、ウォータポンプカバー12には、ウォータポンプ１は、冷却水を吸い込むための吸込口14、サーモスタット32に接続されるバイパス側吸込口15、および冷却水を吐出する吐出口16が設けられており、椀形部12ａから吸込口14、バイパス側吸込口15および吐出口16へと、吸入管17、バイパス側吸入管18、および吐出管19がそれぞれ延びている。
【００４１】
図３および図５には、吸入管17からポンプ室13へと冷却水が流入する流入口をポンプ室流入口12ｂとして破線で示している。ポンプ室流入口12ｂの中心点Ｃ１を通り、ポンプ室流入口12ｂを通過する冷却水の流れ方向を矢印Ａで、該流れ方向に沿った流入軸線Ｌ１を破線で示している。  
【００４２】
さらに、バイパス側吸込口15からポンプ室13へと冷却水が流入する流入口をバイパス側ポンプ室流入口12ｃとして破線で示している。バイパス側ポンプ室流入口12ｃの中心点Ｃ２を通り、バイパス側ポンプ室流入口12ｃを通過する冷却水の流れ方向を矢印Ｂで、該流れ方向に沿った流入軸線Ｌ２を破線で示している。また、インペラ２の回転中心軸をＣで示している。
【００４３】
ポンプ室流入口12ｂおよびバイパス側ポンプ室流入口12ｃは、ポンプ室流入口12ｂの流入軸線Ｌ１およびバイパス側ポンプ室流入口12ｃの流入軸線Ｌ２が、インペラの回転軸Ｃと交わらず、流入方向がインペラ２の回転方向と同方向となる方向に向かってインペラ２の回転軸Ｃに対してオフセットし、かつインペラ軸部５の大径よりも内側になるような位置に設けられている。
【００４４】
さらに、図６に示されるように、ポンプ室流入口12ｂは、流入口14からポンプ室13への冷却水流入方向視において、インペラ軸部５と一部が重なるような位置に配設されており、吸入口14から吸入されポンプ室13内に吸込まれる冷却水は、インペラ軸部５に向かって送られるようになっている。
【００４５】
またバイパス側吸入口13は、バイパス側吸入口15からポンプ室13への冷却水流入方向視において、インペラ軸部５と一部が重なるような位置に配設されており、バイパス側吸入口15から吸入されポンプ室13内に吸込まれる冷却水は、インペラ軸部５に向かって送られるようになっている。
【００４６】
ポンプ室流入口12ｃおよびバイパス側ポンプ室流入口12ｃは前記したような位置に配設されているので、ポンプ室流入口12ｂおよびバイパス側ポンプ室流入口12ｃからポンプ室13に流入する冷却水は、インペラ軸部５に形成された溝部５ｄに向かってポンプ室13内へ送られ、送られたインペラ軸部５周辺の冷却水は、インペラ４の回転に伴って溝部５により羽根部４へと送られて、インペラ軸部周辺の冷却水の滞留を防ぐことができる。
【００４７】
図４ないし図７に示されるように、ウォータポンプボディ11の開口部を覆うようにウォータポンプカバー12が合わせられて、ウォータポンプボディ11とウォータポンプカバー12の内壁でポンプ室13が構成されており、ポンプ室13はその内部にインペラ２が収容されるようになっている。
【００４８】
インペラ２の羽根部４から送り出される水を集めて効率よく吐出口16に送るために、図５に示されるように、ポンプ室13の内壁面13ａは、インペラ２の回転軸視においてインペラ２を取り巻くように吐出口16に向けて渦巻形状に形成されている。内壁面13ａの渦巻形状は、インペラ２の回転中心から羽根部４の先端４ａまでの距離に、羽根部４の先端４ａと水切りとしての舌部20との間の隙間を加えたものを半径として、インペラ２の回転中心を中心点とした円を基礎円とした渦巻形状である。該渦巻形状は、舌部20を起点として半径が徐々に大きくなるように渦巻形状に巻き始められ、インペラ２の全周を囲み舌部20に戻って巻き終わり、吐出口16へと向かうように形成されている。
【００４９】
図５、図７、図９および図１０に示されるように、ポンプ室13には、渦巻形状の巻き始めに位置する巻始め流水通路13ａと、渦巻き形状の巻き終りに位置し吐出口16に通じる巻終わり流水通路13ｂとに分ける水きりとしての舌部20が形成されている。舌部20には、流れ方向に対する巻き終わり流水通路13ｂの幅Ｗにおいて略中心に位置して、舌部20における冷却水の圧力を開放するための圧力開放溝21が設けられている。この圧力開放溝21は、舌部20の吐出管側壁面20ｂにおいて、舌部20ａの端部20ｃから冷却水の流れ方向に向かって所定範囲切欠かれたものであって、流れ方向に向かって切欠きの深さが次第に浅く、幅が狭くなるように形成されている。圧力開放溝21は、舌部20の端部20ｃから所定長さにおいて、インペラ側壁面20ａと吐出管側壁面20ｂとを貫通するように連通部21ａが形成されており、巻始め流水通路13ａと巻終わり流水通路13ｂとは圧力開放溝21の連通部21ａにより連通されている。
【００５０】
ウォータポンプ１の回転するインペラ２の羽根部４が舌部20を通過する前に、高い正圧となった舌部20のインペラ側壁面20ａ側のすなわち巻始め流水通路13ａの冷却水が、圧力開放溝21の連通部21ａを通じて巻終り流水通路13ｂに流れ、舌部20のインペラ側壁面20ｂの圧力が低減される。また羽部４が舌部20を通過した直後に高い負圧となったインペラ側壁面20ａ側のすなわち巻始め流水通路13ａに、連通部21ａを通じて巻終り流水通路13ｂから冷却水が流れるようになっており、インペラ側壁面20ａの負圧が低減される。従って舌部20に発生する圧力変動が抑制され振動が低減され、ウォータポンプ１内のキャビテーションの発生を抑えることができるようになっている。
【００５１】
図２に示されるように、ウォータポンプ１の右方に位置して、オイルポンプ58がウォータポンプ１のウォータポンプ軸６の回転中心軸と、オイルポンプ58のオイルポンプ軸59の回転中心軸が同一軸上になるようにクランクケース50の右側に取付けられている。オイルポンプ軸59はオイルポンプ58を貫通してオイルポンプ58の左右両側に突出しており、オイルポンプ軸59の右端部59ａには、被駆動スプロケット61が嵌装されボルトで一体に締結されている。内燃機関Ｅのクランクシャフト56からギアにより動力が伝達されるメインシャフト57には、メインシャフト57と一体に回転するオイルポンプ駆動スプロケット60が取付けられている。該駆動スプロケット60と、前記被駆動スプロケット61との間に駆動チェーン62が掛け渡されており、クランクシャフト56の回転に伴い、メインシャフト57を介してオイルポンプ58は駆動されるようになっている。オイルポンプ軸59の左端部59ｂには凸部59ｃが形成されている。
【００５２】
クランクケース50の左側面のオイルパン54より少し上方にウォータポンプ取付孔50ａが形成されており、ウォータポンプ１は、該ウォータポンプ取付孔50ａからウォータポンプ軸６の切欠き６ｃが、オイルポンプ軸59の凸部59ｃと係合するように挿入され、ボルト66によりクランクケース50に締結されている。
【００５３】
ウォータポンプ１は前記したように内燃機関Ｅに取付けられているので、内燃機関Ｅが駆動されると、クランクシャフト56の駆動力がメインシャフト56、オイルポンプ軸59を介してウォータポンプ軸６に伝達され、ウォータポンプ１は回転駆動されるようになっている。
【００５４】
本実施例のウォータポンプ１と従来のウォータポンプ０１を同じ駆動力でもって回転させて、それぞれのポンプ性能を比較する実験を行った。本実施例のウォータポンプ１を駆動したときのウォータポンプ１内の冷却水の流れを図１１に示している。矢印の密度が高い箇所ほど水の流量が多いことを示している。図１３に図示した従来のウォータポンプの冷却水の流れと比較すると、インペラ軸部５の溝部５ｄに沿って冷却水が流れてインペラ軸５周辺の冷却水の流れが増加し、またウォータポンプ１の吐出管19における冷却水の流量が増加して、本実施例のウォータポンプのポンプ性能は従来のウォータポンプのポンプ性能に比較して向上していることがわかる。
【００５５】
図１２のグラフの実線は、本実施例のウォータポンプ１を駆動したときに、舌部20のインペラ側壁面20ａにかかる時間経過ごとの圧力変動を示しているものである。従来のウォータポンプ01の舌部のインペラ側壁面20ａにかかる時間経過ごとの圧力変動は破線で示されており、本実施例と比較すると、本実施例のウォータポンプは、従来のウォータポンプに比べて、単位時間当たりの圧力変動量が減少していることがわかる。本実施例のウォータポンプ１は、舌部20にインペラ側壁面20ａと吐出管側壁面20ｂとが圧力開放溝21によって連通されており、インペラ２の羽根部４の先端部4ａが舌部20を通過する直前に高い正圧となる巻始め流水通路13ａから巻終り流水通路13ｂへと冷却水が流入し、インペラ側壁面20ａが受ける正圧の上昇度合いをなだらかにできる。
【００５６】
本実施例は前記したように、ウォータポンプ１のインペラ軸部５を先細状に形成して、その表面に溝５ｄを設けたので、ウォータポンプ１が駆動されると、インペラ２のインペラ軸部５周辺の水は、溝部５ｄによって遠心力が与えられて先細状のインペラ軸部５の表面に沿ってインペラ２の羽根部４に向かって積極的に送られるので、図１２に示されるように、インペラ軸部５周辺の冷却水の滞留を減少させて、ウォータポンプ１のポンプ性能を向上させることができる。
【００５７】
さらに溝部５ｄは、インペラ２の回転方向と反対側に指向するように、インペラ軸部５の軸端部５ｃから軸基部５ａに向かって斜めに形成されているので、インペラ２の回転により、インペラ軸部５周辺の冷却水が溝部５ｄを伝って羽根部４に向けて積極的に送られ、さらにウォータポンプ１の性能を向上させることができる。
【００５８】
また、インペラ２が回転されて羽根部４の先端４ａがポンプケース10の内壁面に沿って通過する際に、最も圧力変動の大きい巻始め流水通路13ａと巻終り流水通路13ｂとを分ける水切りとしての舌部20に圧力開放溝21が設けられ、該圧力開放溝21に巻始め流水通路13ａと巻終り流水通路13ｂとを連通する連通部21ａが形成されたので、インペラ２の複数の羽根部４のうちのそれぞれの羽根部４の先端部４ａが水きりとしての舌部20を通過する直前に発生する巻始め流体通路13ａ側の高い正圧、および羽根部４の先端４ａが舌部20を通過した直後に発生する巻始め流体通路13ａ側の負圧を低減し、舌部20に発生する圧力変動をなだらかにできるので、ウォータポンプ１の振動が低減されてキャビテーションの発生が抑制されてポンプ性能を向上させることができ、さらにウォータポンプ１の駆動時の騒音を低減させることができる。
【００５９】
さらに、舌部20に開放溝21が、舌部20の先端20ａから内側に向けて凹部形状をなすように開放溝21が形成されているので、ポンプケース10の舌部20周辺の冷却水が圧力開放溝21に案内されて吐出口16側に送ることを促進できる。
【００６０】
さらにまた、吸込口14に連なるポンプケース10のポンプ室流入口12ｂは、ポンプ室流入口12ｂを通過する冷却水の流入方向視において、インペラ軸部５の少なくともその一部と重なる位置に形成されているので、ポンプケース10のポンプ室流入口12ｂから流入する冷却水がインペラ軸部５に形成された溝部５ｄに送られ、インペラ軸部５周辺に水流を発生し易くすることができるので、ウォータポンプ１の取り込み能力が向上する。
【００６１】
また、ポンプ室流入口12ｂは、ポンプ室流入口12ｂの中心点Ｃ１を通りかつポンプ室流入口12ｂを通過する流水の流れ方向Ａに沿った流入軸線Ｌ１が、インペラ２の回転中心軸Ｃと交わらない位置であって、流入軸線Ｌ１が、インペラ軸部５の軸方向視において、インペラ軸部５の最小径と最大径の間に位置するように形成されるので、ポンプ室流入口12ｂから流入した冷却水がインペラ軸部５の溝部５ｄに送られ、インペラ軸部５周辺の冷却水の流れを導くように整流することができる。
【００６２】
さらに、舌部20の幅Ｗの中央近傍であって羽根部４と対向する位置に圧力開放溝21が形成されたので、舌部20周辺の圧力変動に偏りが生じるのを抑制するとともに、吐出する冷却水の流れを、吐出経路である吐出管の中心を通るように整流してエネルギー損失を抑制し、ウォータポンプ１の効率を高めることができる。
【００６３】
また、インペラ軸部５は、先細状に突出した面と反対側の面に凹部５ｅが形成されるとともに、インペラ２を回転駆動する駆動軸であるウォータポンプ軸６のインペラ側軸部６ａが凹部５ｅに嵌装されて、インペラ軸部５とウォータポンプ軸６が一体に結合されるので、インペラ軸部５とウォータポンプ軸６をウォータポンプ１の内側からボルトでもって締結する必要がなくなり、ボルトによる冷却水の抵抗をなくすことができて、インペラ軸部５周辺の冷却水の流れを整流する効果を得ることができる。
【００６４】
さらに、所定回転数あたりの圧送能力を向上させて、インペラ２に生じる抵抗圧力の最大値を抑制したウォータポンプ１を内燃機関Ｅの冷却装置30に適用したので、内燃機関Ｅが必要とする冷却能力を確保しつつ、ウォータポンプ１の駆動時に生じるフリクション変動を抑制し、ウォータポンプ駆動によるエネルギーの損失を低減させ、内燃機関Ｅの始動性および燃費を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…ウォータポンプ、２…インペラ、３…インペラ基部、４…羽根部、５…インペラ軸部、５ａ…軸基部、５ｂ…錐体部、５ｃ…軸端部、５ｄ…溝部、５ｅ…凹部、６…ウォータポンプ軸、
10…ポンプケース、11…ポンプボディ、12…ポンプカバー、12ｂ…ポンプ室流入口、12ｃ…ポンプ室バイパス側流入口、13…ポンプ室、13ａ…巻始め流水通路、13ｂ…巻終り流水通路、12…吸入管、13…バイパス側吸入管、
16…吐出口、
20…舌部、20ａ…インペラ側壁面、20ｂ…吐出管側壁面、21…圧力開放溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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