JP2006144735A - ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ウォータポンプにおいて、羽根部の縁部がテーパ面部と摺動する手前であってエネルギ損失の少ない回転中心の近傍で冷却水の乱れを生じさせ、渦室に冷却水が流入する際には、冷却水の乱れがない状態とし、衝突におけるエネルギ損失を最小にして、ポンプ効率を向上させることにある。
【解決手段】インペラを収容する第２ウォータポンプケースには吸込口と渦室との間を連絡するテーパ面部を設け、インペラには、ポンプ軸に挿入されるボス部と、このボス部からポンプ軸の径方向で放射状に延出するとともにポンプ軸の長手方向で吸込口側に延出する羽根部とを設け、この羽根部に縁部を設け、この縁部の吸込口側をテーパ面部の吸込口側端部に面して設けられた羽根頂部とポンプ軸側先端部とを繋ぐように連続的に形成して設け、吸込口側端部をポンプ軸側先端部よりも吸込口側に突出させて形成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、ウォータポンプに係り、特にインペラの羽根部を特異な形状とすることによりポンプ効率を向上するウォータポンプに関するものである。

車両のエンジンにおいては、各部分を適正な温度に維持するために、冷却水をウォータポンプによって強制循環させる水冷式のエンジンがある。

図８に示す如く、水冷式のエンジン（図示せず）に取り付けられるウォータポンプ１０２は、ウォータポンプケース１０４として、ポンプ軸１０６を軸支するベアリング１０８を支持する第１ウォータポンプケース１０４−１と、ポンプ軸１０６に装着されたインペラ１１０を収容する第２ウォータポンプケース１０４−２とを備え、第１ウォータポンプケース１０４−１の合せ面１０４−１Ｆと第２ウォータポンプケース１０４−２の合せ面１０４−２Ｆとの間の合せ面部１１２に渦室１１４を形成し、インペラ１１０の回動により第２ウォータポンプケース１０４−２の吸込口１１６から渦室１１４に冷却水を圧送するものがある。

このウォータポンプ１０２において、図９、図１０に示す如く、インペラ１１０の羽根部１１８は、閉切り室１２０の入口部位となる内径部１２２から立上がって閉切り室１２０の出口部１２４へ連続的に繋ながる形状であり、吸込口１１６から流入した冷却水が、羽根部（例えば８枚の羽根）１１８の先端に衝突して乱れを生じたまま、閉切り室１２０へ吸入され、羽根部１１８の回転による機械的エネルギを与えられ、渦室１１４から吐出口（図示せず）へ流れて行く構造である。インペラ１１０には、図９に示す如く、閉切り室１２０の部位で、閉切り部分Ｄが形成される（図７の斜線部分で示す）。

従来、ウォータポンプには、軸取付孔を有するインサート部材を中心とし、インサート部材の外側には、該インサート部材の外周を被覆するボス部と、このボス部より円盤状に広がるディスク部と、このディスク部に略一定間隔で突設した羽根部とを備え、ボス部とディスク部と羽根部とを樹脂で一体成形し、インサート部材を円筒状体とし、この円筒状体外周の幅方向中央部に多角形の突出部を設けたものがある。
特開平９−２１７６９９号公報

ところで、従来、図８に示すウォータポンプ１０４においては、図９、図１０に示す如く、インペラ１１０の羽根部１１８の形状が、閉切り室１２０の内径部１２２から立上がって閉切り室１２０の出口部１２４へ連続的に繋ながる形状であり、閉切り室１２０の内径部１２２からさらに内側については、羽根部１１８が成形されておらず、窪み１２６が形成されている形状であった。

このため、流体が羽根部１１８に衝突する部分が閉切り室１２０の直前となるため、流体の衝突により、流体が羽根部１１８に衝突した際に生じる乱れが強く影響することによって、吐出流量が低下するという不具合があり、この不具合を解消するために、羽根枚数や羽根角度を変更する場合には、ポンプ効率が低下してしまい、また、流体の羽根部１１８に衝突するポイントが、閉切り室１２０の直前のポンプ軸１０４の半径が大きい部分であるため、衝突によるエネルギ損失が大きく、ポンプ効率が低減するという不都合があった。また、衝突の乱れを低減するために、羽根部１１８の先端形状をテーパ形状にする等の特別な加工を必要とし、コストが上昇するという不都合があった。

つまり、回転エネルギを与えられる閉切り室１２０内では、羽根部１１８の先端部での衝突の影響による流体の乱れの影響が強く、吐出流量の低下やフリクションの増加等のポンプ効率を低下させる要因となっていた。また、冷却水が羽根部１１８に衝突するポイントのポンプ軸１０６の半径が大きいため、エネルギ損失が大きくポンプ効率を低下させる要因となっていた。

この発明は、ウォータポンプのポンプ軸を軸支するベアリングを支持する第１ウォータポンプケースと、前記ポンプ軸に装着されたインペラを収容する第２ウォータポンプケースとを備え、前記第１ウォータポンプケースと前記第２ウォータポンプケースとの合せ面部に渦室を形成し、前記インペラの回動により前記第２ウォータポンプケースの吸込口から前記渦室に冷却水を圧送するウォータポンプにおいて、前記第２ウォータポンプケースには前記吸込口と前記渦室との間を連絡するテーパ面部を設け、前記インペラには、前記ポンプ軸に挿入されるボス部と、このボス部から前記ポンプ軸の径方向で放射状に延出するとともに前記ポンプ軸の長手方向で前記吸込口側に延出する羽根部とを設け、この羽根部に縁部を設け、この縁部の前記吸込口側を前記テーパ面部の吸込口側端部に面して設けられた羽根頂部とポンプ軸側先端部とを繋ぐように連続的に形成して設け、前記吸込口側端部を前記ポンプ軸側先端部よりも前記吸込口側に突出させて形成したことを特徴とする。

この発明のウォータポンプは、吸込口に対向して配設されるインペラの羽根部に縁部を設け、この縁部の吸込口側をテーパ面部の吸込口側端部に面して設けられた羽根頂部とポンプ軸側先端部とを繋ぐように連続的に形成して設け、吸込口側端部をポンプ軸側先端部よりも吸込口側に突出させて形成していることから、吸込口から圧送された冷却水を、先ず、羽根部の回転中心であるポンプ軸の先端部に衝突させて、羽根部の縁部がテーパ面部と摺動する手前であってエネルギ損失の少ない回転中心の近傍で冷却水の乱れを生じさせることにより、渦室に冷却水が流入する際には、冷却水の乱れがない状態とすることができ、衝突におけるエネルギ損失を最小にして、ポンプ効率を向上させることができる。

ポンプ効率を向上させる目的を、吸込口に対向して配設されるインペラの羽根部の縁部を、羽根頂部とポンプ軸側先端部とを繋ぐように連続して形成することで実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図３は、この発明の第１実施例を示すものである。

図１において、２は水冷式のエンジン（図示せず）に取り付けられて該エンジンに冷却水を強制循環させて冷却するウォータポンプである。

このウォータポンプ２は、ウォータポンプケース４として、第１ウォータポンプケース４−１と第２ウォータポンプケース４−２とを備えている。

第１ウォータポンプケース４−１は、ポンプ軸用孔６を形成した軸支部８と、この軸支部８に連続した第１ケース壁部１０とを備えている。ポンプ軸用孔６には、ポンプ軸１２を軸支するベアリング１４が支持して設けられる。このベアリング１４の外径は、ポンプ軸１２の外径よりも大きく形成されている。

第２ウォータポンプケース４−２は、エンジン側の冷却水出口部１６からの冷却水を吸い込む吸込口１８を形成する吸込口壁部２０と、この吸込口壁部２０に連続してポンプ室２２を形成するポンプ室壁部２４と、このポンプ室壁部２４に連続した第２ケース壁部２６とを備えている。エンジン側の冷却水出口部１６は、吸込口１８と同心上で、該吸込口１８に対向して設けられている。

第１ウォータポンプケース４−１の第１ケース壁部１０の合せ面４−１Ｆと第２ウォータポンプケース４−２の第２ケース壁部２６の合せ面４−２Ｆとの間の合せ面部２８には、渦室３０が形成されている。この渦室３０は、第１ウォータポンプケース４−１側の第１渦室３０−１と第２ウォータポンプケース４−２側の第２渦室３０−２とで形成されている。この渦室３０には、冷却水をエンジンの各部側に吐出する吐出口（図示せず）が連絡している。

第２ウォータポンプケース４−２は、吸込口１８と同心状に配設したポンプ軸１２の一端側に装着された渦巻型のインペラ３２を収容している。ポンプ軸１２の他端側には、第１ウォータポンプケース４−１の外側で駆動用ベルト（図示せず）を巻き掛けるポンププーリ３４が取り付けられている。

また、ポンプ軸１２には、ベアリング１４とインペラ３２間の空間部３６でシール部材（メカニカルシール）３８が取り付けられている。空間部３６は、ポンプ軸用孔６の周りに形成された第１空間部３６−１とインペラ３２に形成された第２空間部３６−２とで形成されている。シール部材３８は、ベアリング１４をポンプ室２２及び渦室３０からシールするものである。

また、第２ウォータポンプケース４−２には、吸込口１８と渦室３０との間を連絡するテーパ面部４０が設けられている。このテーパ面部４０は、吸込口１８側から渦室３０側に指向し、ポンプ軸１２の軸方向に対し所定の角度θで拡張するように形成されている。

インペラ３２には、図２に示す如く、ポンプ軸１２に挿入される軸用孔部４２を形成したボス部４４と、このボス部４４に連続してポンプ軸１２の径方向に延長し且つ外縁部位３２Ｅ側に延びるに従って吸込口１８側から離れるように少し湾曲形成した円環形状の基板部４６と、この基板部４６の吸込口１８側の面及びボス部４４の外周面から立設してポンプ軸１２の径方向で放射状で且つ曲線Ｒで渦巻状に延出するとともにポンプ軸１２の長手方向で吸込口１８側に延出する羽根部（例えば６枚の羽根）４８とが設けられている。このインペラ３２の羽根部４８と第２ウォータポンプケース４−２のテーパ面部４０との間には、吸込口１８と渦室３０とを連通する閉切り室５０が、隙間Ｗで形成されている。また、ボス部４４の吸込口１８側の端面４４Ｆは、ポンプ軸１２の端面１２Ｆと同一平面内に位置している。

この羽根部４８には、縁部５２が設けられる。この縁部５２の吸込口１８側は、図２、図３に示す如く、この第１実施例において、テーパ面部４０の内径部である吸込口側端部５４（閉切り室５０の入口部位）に面して設けられた羽根頂部５６とポンプ軸１２側のポンプ軸側先端部５８とを繋ぐように連続的に滑らかな曲線の第１縁部５２Ａと、この第１縁部５２Ａに連続し吸込口側端部５４を通って且つテーパ面部４０に沿って羽根外径（閉切り室５０の出口部位）までの直線状の第２縁部５２Ｂと、この第２縁部５２Ｂに連続してポンプ軸１２の軸方向に指向し且つ外縁部位３２Ｅに連続した第３縁部５２Ｃとで形成されている。ポンプ軸側先端部５８の端面５８Ｆは、ボス部４４の吸込口１８側の端面４４Ｆと同一平面内に位置している。また、羽根部４８の羽根頂部５６は、ポンプ軸側先端部５８よりもポンプ軸１２の軸方向で吸込口１８側に距離Ｌだけ突出して形成されている。つまり、この羽根部４８の縁部５２においては、成形ポイントをポンプ軸１２のボス部４４を頂部とし、また、この成形ポイントを起点として、閉切り室５０の内径を通り該閉切り室５０の外径まで連続的且つ滑らかな曲線において成形されている。

また、インペラ３２においては、図２に示す如く、閉切り室５０の部位で、閉切り部分Ｄが形成される（図２の斜線部分で示す）。

これにより、ウォータポンプ２は、インペラ３２の回動による遠心力によって、第２ウォータポンプケース４−２の吸込口１８からポンプ室２２に吸い込んだ冷却水を、渦室３０から吐出口（図示せず）を経てエンジンの各部に圧送する。

また、インペラ３２には、図２に示す如く、バランスホール６０−１、６０−２がボス部４４を中心にして略対称に形成されている。

次に、この第１実施例の作用を説明する。

ウォータポンプ２は、ポンププーリ３４が回転されると、ポンプ軸１２の回転に伴ってインペラ３２が回転し、冷却水を吸込口１８及び閉切り室３８から吸込し、そして、冷却水を、渦室３０から吐出口を経てエンジンの各部に送給する。

そして、この第１実施例において、羽根部４８の縁部５２は、羽根最内径部端面頂部のポンプ軸側最内径部分から連続的且つ滑らかな曲線で閉切り室５０の内径部分である吸込口側端部５４を通り、羽根外径まで成形されていることから、吸込口１８から流入した冷却水は、閉切り室５０の内径より内側の最内径の部分で、つまり、羽根部４８の中心であるポンプ軸１２の端面（頂部）に衝突して乱れることとなり、このように、冷却水が羽根部４８の中心で乱れることで、この冷却水の衝突におけるエネルギ損失を最小にするとともに、この衝突に際して生じる渦を発生させない冷却水の閉切り室５０内への影響を最小にすることができる。つまり、羽根部４８においては、成形ポイントをボス部４４の頂部とし、また、この成形ポイントを起点として、閉切り室５０の内径を通り該閉切り室５０の外径まで連続的且っ滑らかな曲線において成形されていることから、ポンプ吐出性能の最適化を図るとともに、フリクションを低減してポンプ効率の向上を図り、しかも、特別な加工を不要として廉価とすることができる。

つまり、第２ウォータポンプケース４−２には吸込口１８と渦室３０との間を連絡するテーパ面部４０を設け、インペラ３２には、ポンプ軸１２に挿入されるボス部４４と、このボス部４４からポンプ軸１２の径方向で放射状に延出するとともにポンプ軸１２の長手方向で吸込口１８側に延出する羽根部４８とを設け、この羽根部４８に縁部５２を設け、この縁部５２の吸込口１８側をテーパ面部４０の吸込口側端部５４に面して設けられた羽根頂部５６とポンプ軸側先端部５８とを繋ぐように連続的に形成して設け、吸込口側端部５４をポンプ軸側先端部５８よりも吸込口１８側に突出させて形成したことから、吸込口１８から圧送された冷却水を、先ず、羽根部４８の回転中心であるポンプ軸１２の先端部に衝突させて、羽根部４８の縁部５２がテーパ面部４０と摺動する手前であってエネルギ損失の少ない回転中心の近傍で冷却水の乱れを生じさせることにより、渦室３０に冷却水が流入する際には、冷却水の乱れがない状態とすることができ、衝突におけるエネルギ損失を最小にして、ポンプ効率を向上させることができる。

また、エンジン側の冷却水出口部１６は、吸込口１８に対向して設けられたことにより、エンジン側の冷却水出口部１６から圧送される冷却水の流れ方向と吸込口１８の流れ方向とを一致させることができ、インペラ３２の回転中心に吸込口１８から圧送された冷却水を効率よく衝突させることができ、ポンプ効率をさらに向上させることができる。

図４、図５は、この発明の第２実施例を示すものである。

以下の実施例においては、上述の第１実施例と同一機能を果たす箇所には同一符号を付して説明する。

この第２実施例の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、各羽根部４８の各ポンプ軸側先端部５８は、ポンプ軸１２の端面である頂部１２Ａに集合して一体的で、吸込口１８側に突出するように湾曲形状に形成されている。そして、羽根部４８の縁部５２の第１縁部５０−１は、ポンプ軸１２の軸方向に対し直交する径方向に直線状に形成されている。

この第２実施例の構成によれば、ポンプ軸側先端部５８は、ポンプ軸１２の端面である頂部１２Ａに形成されたことにより、吸込口１８から流出した冷却水をポンプ軸１２の中心の頂部１２Ａのポンプ軸側先端部５８に衝突させることができるので、衝突におけるエネルギ損失をより一層最小にすることができ、ポンプ効率を向上させることができる。

図６は、この発明の特別構成であり、第３実施例を示すものである。

この第３実施例の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、インペラ３２のボス部４４には、吸込口１８側で軸方向に指向し且つポンプ軸１２の端面と共働して整流空間７２を形成するように、整流板として機能する円筒形状の整流部材７４を延設した。また、この整流部材７４には、整流空間７２内の冷却水を基板部４６の面に沿って流出させるように傾斜した複数の整流出口７６を形成した。整流部材７４は、整流空間７２内の冷却水の乱れを整流してこの冷却水を基板部４６の面側に流出させるものである。

この第３実施例の構成によれば、吸込口１８側からの冷却水が、整流空間７２内に流入して乱れが抑制され、そして、整流出口７６から基板部４６の面に沿って整流されて流出することから、渦室３０への乱れの影響を抑制し、ポンプ効率を向上することができる。

図７は、この発明の特別構成であり、第４実施例を示すものである。

この第４実施例の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、第２ウォータポンプケース４−２には、吸込口壁部２０の内面に、冷却水を軸心であるポンプ軸１２側に誘導する複数の冷却水ガイド体８２を設けた。

この第４実施例の構成によれば、エンジン側からの冷却水は、冷却水ガイド体８２によってポンプ軸１２側の軸心側に誘導されるので、冷却水の乱れが渦室３０に影響するのを抑制し、ポンプ効率を向上することができる。

吸込口に対向して配設されるインペラの羽根部の縁部を、羽根部の頂部とポンプ軸の先端部とを繋ぐように連続して形成することを、ウォータポンプに限らず、遠心式ポンプ等で全般に適用することができる。

第１実施例においてウォータポンプの断面図である。 第１実施例においてインペラの正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線によるインペラの断面図である。 第２実施例においてインペラの正面図である。 図４のＶ−Ｖ線によるインペラの断面図である。 第３実施例においてインペラの断面図である。 第４実施例においてウォータポンプの一部断面図である。 従来においてウォータポンプの断面図である。 従来においてインペラの正面図である。 図９のＸ−Ｘ線によるインペラの断面図である。

符号の説明

２ ウォータポンプ
４ ウォータポンプケース
１２ ポンプ軸
１４ ベアリング
１６ 冷却水出口部
１８ 吸込口
２２ ポンプ室
２８ 合せ面部
３０ 渦室
３２ インペラ
４０ テーパ面部
４４ ボス部
４８ 羽根部
５０ 閉切り室
５２ 縁部
５４ 吸込口側端部
５６ 羽根頂部
５８ ポンプ軸側先端部

Claims (3)

1. ウォータポンプのポンプ軸を軸支するベアリングを支持する第１ウォータポンプケースと、前記ポンプ軸に装着されたインペラを収容する第２ウォータポンプケースとを備え、前記第１ウォータポンプケースと前記第２ウォータポンプケースとの合せ面部に渦室を形成し、前記インペラの回動により前記第２ウォータポンプケースの吸込口から前記渦室に冷却水を圧送するウォータポンプにおいて、前記第２ウォータポンプケースには前記吸込口と前記渦室との間を連絡するテーパ面部を設け、前記インペラには、前記ポンプ軸に挿入されるボス部と、このボス部から前記ポンプ軸の径方向で放射状に延出するとともに前記ポンプ軸の長手方向で前記吸込口側に延出する羽根部とを設け、この羽根部に縁部を設け、この縁部の前記吸込口側を前記テーパ面部の吸込口側端部に面して設けられた羽根頂部とポンプ軸側先端部とを繋ぐように連続的に形成して設け、前記吸込口側端部を前記ポンプ軸側先端部よりも前記吸込口側に突出させて形成したことを特徴とするウォータポンプ。
2. 前記ポンプ軸側先端部は、前記ポンプ軸の頂部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。
3. エンジン側の冷却水出口部は、前記吸込口に対向して設けられたことを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。

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