(57)【要約】【課題】冷却液の温度に応じて適量の冷却液をエンジンに循環できる上に、冷却液が低温時の負荷を低減できるウォータポンプを提供する。【解決手段】ウォータポンプ１は、エンジンの冷却液を循環させる。このウォータポンプ１は、エンジンの回転に連動して回転するインペラ２と、渦室４と水切り部５とを有するハウジング３とを備える。渦室４は、インペラ２を収納し冷却液の流通路４１を形成する。水切り部５は、インペラ２の外周軌跡２１に沿って形成され、渦室４の上流側と下流側とを区切る。この水切り部５は、インペラ２の外周軌跡２１と水切り部５との間に形成されるクリアランスを可変する可変機構６Ａを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの冷却液を循環させるウォータポンプであって、
前記エンジンの回転に連動して回転するインペラと、
前記インペラを収納し前記冷却液の流通路を形成する渦室と、前記インペラの外周軌跡に沿って形成され、前記渦室の上流側と下流側とを区切る水切り部とを有するハウジングとを備え、
前記水切り部は、前記インペラの外周軌跡と前記水切り部との間に形成されるクリアランスを可変する可変機構を備えるウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの冷却液を循環させるウォータポンプに関する。特に、冷却液の温度に応じて適量の冷却液をエンジンに循環できる上に、冷却液が低温時の負荷を低減できるウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、エンジンとラジエターとの間で冷却液を循環させるウォータポンプが設けられている。ウォータポンプは、一般に、エンジンの回転を動力源とする遠心式のウォータポンプが用いられている。遠心式のウォータポンプの駆動は、エンジンのクランクシャフト（クランクシャフトプーリー）の回転をウォータポンププーリーにベルトを介して伝達して、ウォータポンププーリーを回転させることで行われる。この遠心式のウォータポンプは、ウォータポンププーリーの回転により回転するインペラと、インペラを収納し冷却液の流通路を形成する渦室を有するハウジングとを備える。
【０００３】
遠心式のウォータポンプはエンジンの回転に連動するため、ウォータポンプによる冷却液の吐出量はエンジンの回転数に比例する。そのため、例えば、エンジンが熱せられているときにエンジンの回転数が少なくなれば、ウォータポンプによる冷却液の吐出量が不十分になり、エンジンが過熱状態（オーバーヒート）になる虞がある。一方、エンジンが冷えているときにエンジンの回転数が多くなれば、ウォータポンプによる冷却液の吐出量が過剰になり、エンジンが過冷却状態（オーバークール）になる虞がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、水温に応じて吐出量を可変するウォータポンプが開示されている。特許文献１のウォータポンプは、うず室の内壁面とインペラとの間に、水温に応じてうず室の容積を可変する可変ボリュートが設けられている。このウォータポンプは、水温が所定の温度より低いとき、即ちエンジンが冷えているとき、可変ボリュートがうず室の内壁面から離れてインペラに近づいてうず室の容積を小さくすることで、ウォータポンプの吐出流量を減少させている。一方、このウォータポンプは、水温が所定温度以上になったとき、即ちエンジンが熱せられているとき、可変ボリュートがインペラ側から離れてうず室の内壁面に近づいてうず室の容積を大きくすることで、ウォータポンプの吐出流量を増加させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５９７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のウォータポンプでは、冷却液の吐出量を水温に応じた量とするために渦室の容積を可変している。しかし、低水温時にうず室の容積を小さくすれば、インペラへの抵抗が増加してウォータポンプの負荷が大きくなる虞がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、冷却液の温度に応じて適量の冷却液をエンジンに循環できる上に、冷却液が低温時の負荷を低減できるウォータポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るウォータポンプは、エンジンの冷却液を循環させる。このウォータポンプは、エンジンの回転に連動して回転するインペラと、渦室と水切り部とを有するハウジングとを備える。渦室は、インペラを収納し冷却液の流通路を形成する。水切り部は、インペラの外周軌跡に沿って形成され、渦室の上流側と下流側とを区切る。この水切り部は、インペラの外周軌跡と水切り部との間に形成されるクリアランスを可変する可変機構を備える。
【発明の効果】
【０００９】
上記ウォータポンプによれば、冷却液の温度に応じて適量の冷却液をエンジンに循環できるため、エンジンのオーバーヒートやオーバークールを抑制し易い。これは、冷却液の温度が高くエンジンが熱せられているときには、可変機構によりクリアランスを小さくして冷却液の圧縮効率を高くすることで、冷却液の吐出量を多くできるからである。一方、冷却液の温度が低くエンジンが冷やされているときには、可変機構によりクリアランスを大きくして冷却液の圧縮効率を抑えることで、冷却液の吐出量を低減できるからである。
【００１０】
また、上記ウォータポンプによれば、冷却液の吐出量の調整を可変機構によるクリアランスの大きさを可変することで行うため、渦室の容積は実質的に小さくならず、インペラの抵抗が増加し難い。従って、ウォータポンプの負荷を低減でき、ウォータポンプの機械的損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係るウォータポンプの概略を示し、上図は全体図であり、下図は水切り部近傍を拡大して示す拡大図である。
【図２】実施形態２に係るウォータポンプの水切り部近傍を拡大して示す拡大図である。
【図３】実施形態３に係るウォータポンプの水切り部近傍を拡大して示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るウォータポンプの実施形態１〜３を、それぞれ図１〜図３を参照しつつ以下に説明する。まず、実施形態１〜３で共通する構成を図１の上図を参照しつつ説明し、その後、実施形態１〜３の固有の構成をそれぞれ図１の下図、図２，図３を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。図１〜３はいずれも、ウォータポンプをエンジンのシリンダブロック側から見た図を示す。
【００１３】
〔ウォータポンプの共通構成〕
ウォータポンプ１は、図１に示すように、エンジン（図示略）の冷却液を循環させるもので、エンジンの回転を動力源とする遠心式のウォータポンプである。このウォータポンプ１は、インペラ２とハウジング３とを備える。
【００１４】
［インペラ］
インペラ２は、エンジンの回転に連動して回転する。それにより、ウォータポンプ１は冷却液をラジエター（図示略）から吸い込んでエンジンに吐出する。インペラ２は、図１上図では図示を省略しているが、図１上図におけるハウジング３の紙面奥側に配置されるウォータポンププーリーにその回転軸を介して連結されている。このウォータポンププーリーには、エンジンのクランクシャフト（クランクシャフトプーリー）の回転がベルトを介して伝達される。それにより、ウォータポンププーリーが回転することで、インペラ２が回転（ここでは反時計回り方向）する。
【００１５】
［ハウジング］
ハウジング３は、インペラ２を収納する渦室４と水切り部５とを有する。ハウジング３は、エンジンのシリンダブロック（図示略）に固定される。
【００１６】
（渦室）
渦室４は、冷却液の流通路４１を形成する。この流通路４１は、インペラ２の回転方向（ここでは反時計回り方向）に沿って広がる渦巻状に形成され、その上流側（紙面下側）から下流側（紙面上側）に向かって広くなっている。
【００１７】
（水切り部）
水切り部５は、渦室４の上流側と下流側とを区切る。この水切り部５は、インペラ２の外周軌跡２１（図１の二点鎖線で示す）に沿って形成されている。
【００１８】
各実施形態のウォータポンプ１の主たる特徴とするところは、この水切り部５がインペラ２の外周軌跡２１と水切り部５との間に形成されるクリアランスの大きさを可変する可変機構を備える点にある。可変機構によるクリアランスの可変は冷却液の温度に応じて行われる。この可変機構によりクリアランスを小さくすれば、冷却液の圧縮効率を高めてウォータポンプ１による冷却液の吐出量を多くできる。一方、可変機構によりクリアランスを大きくすれば、冷却液の圧縮効率を抑えてウォータポンプ１による冷却液の吐出量を少なくできる。各実施形態のウォータポンプ１はそれぞれ、この可変機構の構成が相違する。以下、各実施形態を順に説明する。
【００１９】
〔実施形態１〕
〈可変機構〉
図１下図に示す実施形態１のウォータポンプの可変機構６Ａは、水切り部５とは独立した別部材であり、回転部材６１と駆動部材６５とで構成される。ここでは、可変機構６Ａ自体も渦室４の上流側と下流側とを区切るように機能する。
【００２０】
回転部材６１は、水切り部５とインペラ２との間で回転することでインペラ２の外周軌跡２１に近づいたり水切り部５に近づいたりする。回転部材６１は、板材で形成され、水切り部５（ハウジング３）に固定される固定端６１１と、固定端６１１とは反対側の水切り部５の先端部５２側に位置し、固定端６１１を基点にして回転する先端６１２とを有する。回転部材６１のサイズは、インペラ２の周方向の一部をその軸方向（紙面垂直方向）の略全域に亘って覆う程度の大きさである。固定端６１１のハウジング３への固定は、特に限定されず、例えば、溶接やネジ止めにより行ってもよいし、ヒンジなどを用いてもよい。
【００２１】
駆動部材６５は、回転部材６１の先端６１２の位置を変位させる。この駆動部材６５は、例えば、ワックスペレット型サーモスタットやソレノイドなどを用いることができる。ワックスペレット型サーモスタットは、冷却液の温度に応じて膨張・収縮するワックス（図示略）により進退するピストンを備えることが挙げられる。ソレノイドは、冷却液が温度に応じて通電されることにより進退するプランジャを備えることが挙げられる。
【００２２】
駆動部材６５にソレノイドを用いる場合には、可変機構６Ａは、更に冷却液の温度センサと、この温度と駆動部材６５の駆動状態との対応関係を予め規定したテーブルと、温度センサの結果に基づいてテーブルを参照して駆動部材６５に駆動指令を出す可変制御部を備えることが挙げられる。この可変制御部は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）が利用できる。可変機構６Ａは、更にエンジンの回転数を検出する回転センサを備え、上記テーブルは、エンジンの回転数と冷却液の温度と駆動部材６５の駆動状態との対応関係を予め規定したテーブルとしてもよい。この場合、上記可変制御部は、回転センサと温度センサの測定結果に基づいてテーブルを参照して駆動部材６５に駆動指令を出すことが挙げられる。例えば、エンジンの回転数が少なく、エンジンが熱せられていて冷却液の温度が高いとき、プランジャを前進させてクリアランスを小さくし、エンジンの回転数が多く、エンジンが冷やされていて冷却液の温度が低いとき、プランジャを後退させてクリアランスを大きくする。
【００２３】
ここでは、駆動部材６５にはピストン６５１を備えるワックスペレット型サーモスタットを用いている。このワックスペレット型サーモスタットは、ピストン６５１がハウジング３の内壁面から外周軌跡２１側に突出するようにハウジング３に収納されている。このピストン６５１の先端は、回転部材６１に固定されている。即ち、ピストン６５１の進退に連動して回転部材６１の先端６１２は変位する。
【００２４】
この可変機構６Ａによるクリアランスの可変は、次のように行われる。冷却液の温度が高くなれば、ピストン６５１が、図１下側の二点鎖線で示すように、前進する。この前進に連動して回転部材６１の先端６１２が固定端６１１を基点に時計回り方向に回転する。それにより、図１下側の二点鎖線に示すように、先端６１２が外周軌跡２１に近づき、クリアランスが小さくなる。一方、冷却液の温度が低くなれば、ピストン６５１は、図１上側の二点鎖線で示すように、後退する。この後退に連動して先端６１２が固定端６１１を基点に反時計回り方向に回転する。それにより、図１上側の二点鎖線に示すように、先端６１２が水切り部５に近づき、クリアランスが大きくなる。
【００２５】
〔作用効果〕
実施形態１に係るウォータポンプ１によれば、エンジンが熱せられていて冷却液の温度が高いとき、可変機構６Ａによりクリアランスを小さくできる。それにより、冷却液の圧縮効率を高くできて、冷却液の吐出量を多くできる。一方、エンジンが冷やされていて冷却液の温度が低いとき、可変機構６Ａによりクリアランスを大きくできる。それにより、冷却液の圧縮効率を抑えることができて、冷却液の吐出量を低減できる。このように、冷却液の温度に応じてクリアランスを可変することで吐出量を調整できるので、冷却液の温度に応じて適量の冷却液をエンジンに循環できる。従って、エンジンのオーバーヒートやオーバークールを抑制し易い。また、冷却液の吐出量の調整を、可変機構６Ａによるクリアランスの大きさを可変することで行うため、渦室４の容積は実質的に小さくならない。そのため、インペラ２の抵抗が増加し難く、ウォータポンプ１の負荷を低減できてウォータポンプ１の機械的損失を低減できる。
【００２６】
《実施形態２》
〈可変機構〉
図２に示す実施形態２のウォータポンプの可変機構６Ｂは、進退部材６２と駆動部材６５とで構成する点が実施形態１のウォータポンプと相違する。即ち、可変機構６Ｂは、実施形態１と同様、水切り部５とは独立した別部材で構成される。ここでは、可変機構６Ｂ自体も渦室４の上流側と下流側とを区切るように機能する。以下、実施形態１との相違点を中心に説明する。
【００２７】
進退部材６２は、水切り部５の先端部５２から進退することでインペラ２の外周軌跡２１に近づいたり離れたりする。進退部材６２は、板状に形成され、水切り部５内に収納されて駆動部材６５に連結される後端６２１と、その反対側で水切り部５から露出する先端６２２とを有する。進退部材６２のサイズは、上述の回転部材６１（図１下図）と同様、インペラ２の周方向の一部をその軸方向（紙面垂直方向）の略全域に亘って覆う程度の大きさである。
【００２８】
駆動部材６５は、実施形態１と同様、ワックスペレット型サーモスタットやソレノイドなどが利用できる。ここでは、ピストン６５１を備えるワックスペレット型サーモスタットを用いている。駆動部材６５は、ピストン６５１ごと水切り部５内に収納されている。ピストン６５１の先端は、進退部材６２の後端６２１に連結されている。即ち、ピストン６５１の進退に連動して進退部材６２は進退する。
【００２９】
この可変機構６Ｂによるクリアランスの可変は、次のように行われる。冷却液の温度が高くなれば、ピストン６５１は、図２右下側の二点鎖線で示すように、前進する。この前進に連動して進退部材６２が前進してその先端６２２が図２右下側の二点鎖線で示すように外周軌跡２１に近づく。それにより、クリアランスが小さくなる。一方、冷却液の温度が低くなれば、ピストン６５１は、図２左上側の二点鎖線で示すように、後退する。この後退に連動して進退部材６２が後退してその先端６２２が図２右下側の二点鎖線で示すように外周軌跡２１から遠ざかる。それにより、クリアランスが大きくなる。
【００３０】
〔作用効果〕
実施形態２に係るウォータポンプによれば、実施形態１のウォータポンプと同様、冷却液の温度に応じて適量の冷却液をエンジンに循環できる上に、冷却液が低温時の負荷を低減できる。
【００３１】
《実施形態３》
〈可変機構〉
図３に示す実施形態３のウォータポンプの可変機構６Ｃは、水切り部５の先端部５２と駆動部材６５とで構成する点が実施形態１のウォータポンプと相違する。ここでは、水切り部５の先端部５２自体が回転する。以下、実施形態１との相違点を中心に説明する。
【００３２】
水切り部５は、ハウジング３と一連に形成される基部５１と、基部５１に回転自在に固定される先端部５２とを備える。先端部５２は、回転によりインペラ２の外周軌跡２１に近づいたり離れたりする。先端部５２は、三角柱状のブロックで形成されていて、基部５１のインペラ２側に回転自在に固定される固定部５２１を有する。この固定部５２１は、実施形態１の固定端６１１と同様、ヒンジなどを用いることができる。
【００３３】
駆動部材６５は、実施形態１と同様、ワックスペレット型サーモスタットやソレノイドなどが利用できる。ここでは、ピストン６５１を備えるワックスペレット型サーモスタットを用いている。駆動部材６５は、ピストン６５１が基部５１における先端部５２との対向面から先端部５２側に突出するように基部５１に収納されている。ピストン６５１の先端は、先端部５２に連結されている。即ち、ピストン６５１の進退に連動して先端部５２は回転する。
【００３４】
この可変機構６Ｃによるクリアランスの可変は、次のように行われる。冷却液の温度が高くなれば、ピストン６５１が、図３下側の二点鎖線で示すように、前進する。この前進に連動して先端部５２が固定部５２１を基点に時計回り方向に回転する。それにより、図３下側の二点鎖線に示すように、先端部５２が外周軌跡２１に近づき、クリアランスが小さくなる。一方、冷却液の温度が低くなれば、ピストン６５１は、図３上側の二点鎖線で示すように、後退する。この後退に連動して先端部５２が固定部５２１を基点に反時計回り方向に回転する。それにより、図３上側の二点鎖線に示すように、先端部５２が外周軌跡２１から遠ざかり、クリアランスが大きくなる。
【００３５】
〔作用効果〕
実施形態３に係るウォータポンプによれば、実施形態１や実施形態２と同様、冷却液の温度に応じて適量の冷却液をエンジンに循環できる上に、冷却液が低温時の負荷を低減できる。
【００３６】
本発明はこれらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のウォータポンプは、エンジンの回転を動力源とする遠心式のウォータポンプに好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  ウォータポンプ
２  インペラ
２１  外周軌跡
３  ハウジング
４  渦室
４１  流通路
５  水切り部
５１  基部
５２  先端部
５２１  固定部
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  可変機構
６１  回転部材
６１１  固定端  ６１２  先端
６２  進退部材
６２１  後端  ６２２  先端
６５  駆動部材
６５１  ピストン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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