内燃機関の電動ウォータポンプ

【課題】内燃機関の冷却水を循環させるための電動ウォータポンプにおいて、低回転時の異音の発生を抑制する。
【解決手段】インペラ２４の後面シュラウド３０には、後面シュラウドの表裏を連通するつりあい穴３４が設けられている。つりあい穴に対し弁体４４が設けられている。弁体４４は、ばね４８により半径方向内側に向けて付勢されている。インペラ低回転時において、弁体はばねの付勢力により内側に位置し、この位置でつりあい穴が塞がれ、インペラ内部の不安定な流れによる異音の発生が抑制される。インペラ高回転時、弁体に働く遠心力がばねの付勢力に勝ち、弁体が外側に動き、つりあい穴が開放される。これにより、後面シュラウドの後面側の圧力が下がり、スラストが低減される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却水を循環させるためのウォータポンプに関し、特に、電気モータで駆動される電動ウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関において、冷却水を循環させるための、いわゆるウォータポンプは、機関の軸出力の一部を使って駆動されていた。例えば、機関の出力軸の回転をカムシャフトに伝えるタイミングベルトまたはタイミングチェーンにより、機関出力が伝達され、ポンプのインペラが駆動されていた。また、冷却水は機関冷却の他の用途にも用いられている。例えば、排気再循環（ＥＧＲ）により吸気に混合される排気の冷却や、内燃機関が車両の動力装置として搭載される場合、車両室内の暖房などに用いられる。また、冷却水温度が低いときに、早期に規定の温度まで高めるために、内燃機関の排気により冷却水を温めることも行われている。
【０００３】
冷却水は、上記のように内燃機関の冷却以外の用途にも用いられており、状況に応じて冷却水の循環量、すなわちウォータポンプに要求される流量を変更することが望ましい。しかし、ウォータポンプがタイミングベルト等により駆動される場合、ポンプの吐出流量は、内燃機関の回転速度に依存することとなり、きめ細かな流量制御を行うことができない。
【０００４】
電動のウォータポンプを搭載し、冷却水の循環流量を内燃機関の回転とは独立して制御可能とした例がある。
【０００５】
また、下記特許文献１には、例えば冷却水を供給するための電動の車両用流体ポンプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１４４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電動ウォータポンプのインペラの前面と後面の圧力差に起因して生じるスラストを軽減するために、インペラの後面シュラウドに穴をあけ、インペラ内部と後面シュラウドの後方の空間を連通して、この空間の圧力を下げる技術が知られている。しかし、前記穴を設けると、ポンプの吐出流量が少ないときには、スラストが小さく、インペラの回転軸線方向の位置が安定しない。また、ポンプの吐出流量が小さいときにはインペラ内部および周囲の流れが不安定となり、脈動が発生することがある。この結果、インペラが軸方向に振動し、インペラの位置を決めている部材に繰り返し衝突して異音が発生することがある。
【０００８】
本発明は、スラストが大きくなるインペラ高回転時においてはスラストが軽減され、インペラ低回転時には異音の発生を抑制する電動ウォータポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関の冷却水を循環させるための電動ウォータポンプに関する。電動ウォータポンプのインペラは、後面シュラウドを有し、この後面シュラウドの表裏の圧力差を減少させるために、後面シュラウドに、これを貫通するつりあい穴が設けられている。さらに、つりあい穴には、移動可能な弁体が設けられている。弁体は、インペラの回転速度が低いときには、つりあい穴を塞ぎ、回転が速くなり、所定の回転速度以上となると、遠心力により移動して、つりあい穴を開放する。
【発明の効果】
【００１０】
インペラの回転速度が高いときは、後面シュラウドの後面側の圧力をつりあい穴から逃がし、インペラに作用するスラストを軽減する。一方で、回転速度が低いときには、つりあい穴を塞いで脈動を抑制し、異音の発生を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例の電動ポンプの全体構成を示す断面図である。
【図２】弁体の動作説明図である。
【図３】弁体の動作説明図である。
【図４】別の弁構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の電動ウォータポンプ１０の全体構成を示す断面図である。電動ウォータポンプ１０は、遠心ポンプであるポンプ部１２と、ポンプ部を駆動するためのモータ部１４を有する。モータ部１４は、モータを構成するロータ１６とステータ１８を有する。ステータ１８は、回転磁界を形成し、ロータ１６は、この回転磁界と相互作用して回転する。ステータ１８はロータ１６を収めるロータ室を形成するハウジング２０内に設けられ、ロータ１６は、ハウジング２０に固定的に設けられたポンプシャフト２２に回転可能に支持されている。
【００１３】
ポンプ部１２は、インペラ２４と、インペラ２４を覆うポンプカバー２６を有する。インペラ２４は、ロータ１６と一体に回転可能にポンプシャフト２２に支持されている。インペラ２４は、ハウジング２０の端面（図１において上側の端面）より突出して配置されており、ポンプカバー２６は、突出したインペラ２４の周囲および前面側を覆うように、ハウジング２０に固定されて設けられている。
【００１４】
以下において、インペラに関する向きを示すために、「前」「後」を用いて説明する。「前」は、インペラの吸込み口が設けられる側を示し、図１においては上側を指し、「後」はその逆の側である。
【００１５】
インペラ２４は、ポンプシャフト２２が通る中心穴を有するボス部２８と、ボス部２８と一体の、またはボス部２８に固定された円板形状の後面シュラウド３０と、後面シュラウドから前方に向けて立設された羽根３２を有する。インペラ２４は、前面側にシュラウドを持たない開放型のインペラである。後面シュラウド３０には、後面シュラウド３０の表裏、すなわち前方の面と後方の面を連通するつりあい穴３４が設けられている。
【００１６】
ポンプカバー２６は、インペラ２４の中心部分に対向する位置に設けられた吸込み管３６を含む。吸込み管３６には、その内周面から中心に向けて延びるステー３８が設けられており、ステー３８は、支持キャップ４０を支持している。支持キャップ４０は、ワッシャ４２を介して、インペラのボス部２８のポンプシャフト方向の動き、特に、インペラの前方への動きを規制している。支持キャップ４０は固定され、一方、インペラのボス部２８は回転するので、その間に位置するワッシャ４２は、これらの部材の少なくとも一方に対して摺動する。また、インペラ２４の、ポンプシャフト２２に対する回転を許容するために、回転軸線方向に若干のクリアランスが形成されており、インペラ２４およびロータ１６は、回転軸線に沿って若干移動する。
【００１７】
よく知られるように、遠心ポンプのインペラには、これを前方へと押すスラストが作用する。これは、インペラより吐出された流体の圧力が、後面シュラウドの後面に作用する一方、前面には羽根により圧力が高められる前の流体の圧力が作用するため、この圧力差によりスラストが発生する。このスラストが大きくなると、インペラ２４のはワッシャ４２を強く押し、ワッシャ４２とインペラのボス部２８の摺動面、またはワッシャ４２と支持キャップ４０の摺動面の摩耗が促進される。この摩耗を抑制するために、後面シュラウド３０には、前述のつりあい穴３４が設けられている。一方、つりあい穴３４があっても、高回転時には、スラストがある程度発生し、インペラ２４を上方に押し上げ、その位置は安定する。しかし、インペラ２４の回転速度が低いときには、スラストが極小さく、インペラ２４の位置が不安定となり、インペラ内部および周囲の流れの影響により、前方に、また後方に繰り返し移動する。つまり、図１において上下に移動する。この移動により、インペラ２４やロータ１６が、これれらの回転軸線方向の移動を規制している部材、例えばワッシャ４２にぶつかり、衝突音が発生する。
【００１８】
本実施形態の電動ウォータポンプ１０においては、つりあい穴３４をインペラの高回転時においては開放し、低回転時には閉止する弁体４４を設け、摩耗と、異音の発生に対応している。後面シュラウド３０の後面側には、略円環形状の後面カバー４６が設けられている。後面カバー４６は、ハウジング２０との間にわずかの隙間を形成して配置され、この隙間の圧損によりインペラ２４から吐出された流体が後面シュラウド３０の後面側に流れることを抑制している。後面カバー４６内には、半径方向に摺動可能に弁体４４が設けられている。さらに、弁体４４に半径方向内側に向く付勢力が作用するようにばね４８が設けられている。
【００１９】
図２および３は、弁体４４の動作を説明するための図である。図２は、弁体４４がつりあい穴３４を塞いでいる状態を示す図であり、図３は、つりあい穴３４が開放された状態を示す図である。インペラ２４の回転が停止しているとき、または低い回転速度で回転している状態を示している。インペラ２４の回転速度が速くなり、弁体４４に作用する遠心力がばね４８の付勢力に打ち勝つようになると、図３に示すように、弁体４４は半径方向外側に向けて移動し、つりあい穴３４を開放する。弁体４４がつりあい穴３４を開放する回転速度は、ばね４８の付勢力により設定することができる。
【００２０】
図４は、つりあい穴を開閉する別の弁構造を有するインペラ５０の要部を示す図である。インペラ５０の弁構造以外の部分、さらにインペラ５０以外の部分は、上述の電動ウォータポンプ１０と同一であるので、説明を省略する。図４には、インペラ５０の後面シュラウド５２および後面シュラウド５２に立設された羽根５４が示されている。後面シュラウドには、つりあい穴５６が設けられ、このつりあい穴５６は球形状の弁体であるボール５８により塞がれている。このボール５８の位置から、半径方向外側および上方に向け、つまり図４においては右斜め上方に向けて、ガイド穴６０が設けられている。ガイド穴６０の後面シュラウド５２前面は蓋６２により封止されている。ボール５８は、このガイド穴６０内をガイド穴６０に沿って移動可能となっている。
【００２１】
インペラ５０は、その回転軸線が鉛直方向となるように設けられている。これにより、インペラ５０が停止または低い回転速度のときには、ボール５８は、傾斜したガイド穴６０の下端に位置する。この位置は、ボール５８がつりあい穴５６を塞ぐ位置となっている。インペラ５０の回転速度が速くなると、ボール５８に遠心力が作用する。ガイド穴６０に沿った方向において、ボール５８に作用する遠心力が重力より大きくなると、ボール５８は、ガイド穴６０に沿って、半径方向外側に移動し、つりあい穴５６を開放する。つりあい穴５６が開放されるインペラ５０の回転速度は、ガイド穴６０の傾斜の角度を選ぶことにより設定することができる。
【００２２】
電動ウォータポンプ１０において、インペラ２４の前方方向の位置の規制は、ポンプカバー２６にステー３８を介して支持された支持キャップ４０により行われる。これに替えて、ポンプシャフト２２の先端にねじを切り、また支持キャップにもねじを切ってこれらを結合させて、インペラ２４の位置の規制を行うようにすることもできる。
【符号の説明】
【００２３】
１０電動ウォータポンプ、１２ポンプ部、１４モータ部、２４インペラ、２８ボス部、３０後面シュラウド、３４つりあい穴、４４弁体、４８ばね。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の電動ウォータポンプであって、
つりあい穴を有する後面シュラウドを有するインペラと、
後面シュラウドに移動可能に設けられ、つりあい穴を閉じることができる弁体と、
を有し、
弁体は、インペラが低回転速度のときには、つりあい穴を塞ぎ、所定の回転速度以上となると、遠心力により移動して、つりあい穴を開放する、
電動ウォータポンプ。

【図１】