JP2005233044A - 冷却液ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 極めて簡易な構成で、エンジンの暖機性能を向上させることができる冷却液ポンプを提供する。
【解決手段】 ウォータポンプ１６は、エンジンの回転が伝達される永久磁石２６と、永久磁石２６の回転に伴う回転磁界により回転駆動される誘導子３３及び誘導子３３と一体回転し冷却液を吐出するポンプ羽根車３４が固着されたスリーブ３２と、永久磁石２６及び誘導子３３の間に設けられて、永久磁石２６が収容される大気室Ｓ１とスリーブ３２等が収容される液室Ｓ２とを分離形成する隔壁２７と、ポンプ羽根車３４の回転を規制するポンプ停止装置３５とを備えている。このウォータポンプ１６は、エンジンの冷却液の循環路に設けられ、エンジンにより駆動される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン冷却液の循環路に設けられる冷却液ポンプに関するものである。

従来、エンジン冷却液の循環路に設けられる冷却液ポンプとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この冷却液ポンプ（Ｐ）は、エンジン（クランクシャフト）の回転を伝達するギヤ（１，２）を介してエンジンにより駆動される。そして、両ギヤの噛み合いは、エンジンの運転状態に応じて制御可能になっており、これにより冷却液ポンプの駆動・停止を切り替え得るようになっている。

具体的には、一方のギヤ（２）には、他方のギヤ（１）との噛み合いを外す方向の付勢力を有するばね部材（５）と、このばね部材に抗して両ギヤを噛み合わせる力を発生し得る油圧変換器（６）とが設けられている。そして、例えばエンジンの始動時などその冷間時には、油圧変換器の力を解放し、ばね部材の付勢力により両ギヤの噛み合いを外すことで冷却液ポンプの駆動を停止している。一方、エンジンの暖機後は、油圧変換器によりばね部材に抗して両ギヤを噛み合わせることで冷却液ポンプを駆動している。

このように、エンジンの運転状態に応じて冷却液ポンプの駆動を停止するのは、エンジンの冷間時に冷却液の循環を停止してエンジンの暖機性能を向上させるためである。
特開２００３−２７９４２号公報（第１図）

ところで、冷却液ポンプの駆動・停止を切り替えるための上述の構成では、両ギヤの噛み合いを外すために十分な付勢力を有するばね部材を要するなど、大掛かりなものになる。このため、周辺構造の大型化に伴う搭載スペースの確保やコストの面で実用化にはほど遠いものとなっている。

本発明の目的は、極めて簡易な構成で、エンジンの暖機性能を向上させることができる冷却液ポンプを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの冷却液の循環路に設けられ、該エンジンにより駆動される冷却液ポンプにおいて、前記エンジンの回転が伝達される永久磁石と、前記永久磁石の回転に伴う回転磁界により回転駆動される誘導子及び該誘導子と一体回転し冷却液を吐出するポンプ部材とを一体的に備えた回転体と、前記永久磁石及び前記誘導子の間に設けられて、該永久磁石が収容される大気室と前記回転体が収容される液室とを分離形成する隔壁と、前記回転体の回転を規制する停止部材とを備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷却液ポンプにおいて、前記停止部材は、前記液室の外部に配置された駆動源と、該駆動源により前記液室内に押し出されて前記回転体に係止される規制ロッドであることを要旨とする。

（作用）
請求項１に記載の発明によれば、前記永久磁石及び前記回転体は、隔壁により分離形成された大気室及び液室にそれぞれ収容されている。従って、前記回転体が備える誘導子は、前記永久磁石の回転に伴う回転磁界により非接触の状態で回転駆動される。すなわち、前記回転体は、前記永久磁石及び前記誘導子を介することで前記エンジンの回転が機械的に直接伝達されることなく回転駆動される。従って、前記エンジンの回転に対して機械的に独立な回転体の回転を規制することで、ポンプ部材による冷却液の吐出が停止される。換言すると、前記エンジンの回転を冷却液ポンプ（ポンプ部材）へと機械的に直接伝達する動力伝達部材を備える場合のように、当該動力伝達部材自体の動力伝達を断接する大掛かりな構造を採用することなくポンプ部材による冷却液の吐出を停止し得る。そして、例えばエンジンの冷間時に前記回転体の回転を規制してポンプ部材による冷却液の吐出を停止することで、該冷却液の循環が停止されエンジンの暖機性能が向上される。

請求項２に記載の発明によれば、前記駆動源及び前記規制ロッドのみの極めて簡易な機構追加で前記回転体の回転が規制される。

以上詳述したように、請求項１又は２に記載の発明では、極めて簡易な構成で、エンジンの暖機性能を向上させることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面に従って説明する。
図２は、エンジン１０の冷却システム１１を示す模式図である。この冷却システム１１において、エンジン１０の冷却液の循環路１２には、ラジエータ１３とバイパス通路１４とが設けられている。そして、ラジエータ１３及びバイパス通路１４の下流側には、これらを流れる冷却液の流量配分を調整するサーモスタット１５が設けられている。また、サーモスタット１５の下流側には、ウォータポンプ１６が設けられている。このウォータポンプ１６は、エンジン１０のクランクシャフト（図示略）の回転が伝達されるようにこれに駆動連結されている。後述するように、ウォータポンプ１６は、エンジン１０の運転状態に応じて選択的に循環路１２の冷却液に流れを発生させる。例えばウォータポンプ１６は、エンジン１０の冷間時には循環路１２の冷却液に流れを発生させず、温間時に循環路１２の冷却液に流れを発生させる。

図２に冷却液の流れる方向を矢印にて併せて図示したように、ウォータポンプ１６は、サーモスタット１５の下流側において冷却液を吸い込み、これをエンジン１０へと吐き出して冷却液に流れを発生させる。これにより、冷却液は、循環路１２を通ってエンジン１０の内部を通過し、更にサーモスタット１５による流量配分に応じてラジエータ１３及びバイパス通路１４を流れる。そして、ウォータポンプ１６により冷却液は再びエンジン１０に戻される。

次に、ウォータポンプ１６の細部構成について説明する。図１（ａ）（ｂ）は、ウォータポンプ１６を示す断面図であって、（ａ）はエンジン１０の冷間時の状態を、（ｂ）はエンジン１０の温間時の状態をそれぞれ示す。同図に示されるように、このウォータポンプ１６は、一側（図１の右側）で拡径された段付き円筒状のボディ２１を備えている。このボディ２１は、他側（図１の左側）の縮径部に軸受２２を内包しており、この軸受２２にドライブシャフト２３が軸支されている。

上記ドライブシャフト２３の軸受２２に対して他側（図１の左側）の端部には、例えばエンジン１０のクランクシャフトのプーリーとＶベルトを介して連結されるウォータポンププーリー２３ａが固着されている（エンジン１０とウォータポンププーリー２３ａとの連結態様については図示省略）。また、ドライブシャフト２３の軸受２２に対して一側（図１の右側）の端部には、ドライブマグネット２４が固着されている。このドライブマグネット２４は、軸受２２の一側（図１の右側）の端面及びボディ２１の拡径された内周面に並行に伸びる有底円筒状のブラケット２５と、同ブラケット２５の内周面に固着された永久磁石２６とを有している。この永久磁石２６は、所定角度ごとに異なる極性で着磁されている。従って、ウォータポンププーリー２３ａを介してドライブシャフト２３にエンジン１０（クランクシャフト）の回転が伝達されると、これと一体回転するドライブマグネット２４は永久磁石２６を回転させることで回転磁界を発生させる。

ボディ２１の開口端部には、隔壁２７が設けられている。この隔壁２７は、ボディ２１に圧入されドライブマグネット２４（永久磁石２６）の先端側の端面を覆うように径方向に伸びるフランジ２７ａと、フランジ２７ａに連続して永久磁石２６の内周面に並行に伸びる円筒状の筒部２７ｂと、筒部２７ｂに連続してブラケット２５の一側（図１の右側）の端面に並行に伸びる底部２７ｃとを有している。この隔壁２７は、ボディ２１に液密的に装着されており、これによりボディ２１及び隔壁２７の両内壁面で囲まれた大気室Ｓ１が形成されている。従って、ドライブマグネット２４（永久磁石２６）は、大気室Ｓ１内に収容されている。

上記ボディ２１には、ハウジング２８が固定されている。このハウジング２８は、ボディ２１と同一の軸線を有して一側（図１の右側）で縮径された有蓋段付き円筒状に形成されている。そして、ハウジング２８のボディ２１に対向する開口側は、その内壁面が周方向に徐々に拡径される渦巻壁部２８ａを形成している。なお、前記隔壁２７の外壁面及びハウジング２８の内壁面で囲まれた空間は、冷却液が導入される液室Ｓ２を形成している。

このハウジング２８には、一端が前記隔壁２７の底部２７ｃに固定されたシャフト２９の他端が支持・固定されている。このシャフト２９は、前記ドライブシャフト２３と同一の軸線を有するように支持されている。そして、このシャフト２９には、水中軸受３０，３１を介して段付き円筒状のスリーブ３２が軸支されている。

上記スリーブ３２の他側（図１の左側）には、隔壁２７（筒部２７ｂ）を介した永久磁石２６に対向して円筒状の誘導子３３が圧入により固定されている。この誘導子３３は、電導体により形成されている。従って、上記スリーブ３２は、ドライブシャフト２３（永久磁石２６）の回転に伴う回転磁界により、誘導子３３に発生する誘導電流（渦電流）を利用することで回転駆動される。つまり、ドライブシャフト２３及びスリーブ３２間の回転伝達は、永久磁石２６及び誘導子３３を介することで隔壁２７により分離された非接触の状態で行われる。

また、上記スリーブ３２の一側（図１の右側）には、渦巻壁部２８ａに対応してポンプ羽根車３４が固着されている。このポンプ羽根車３４は、液室Ｓ２内を大まかに吸込室Ｓ３及び渦形室Ｓ４に区画している。ポンプ羽根車３４は、吸込室Ｓ３に導入された冷却液を回転に伴い加速して渦形室Ｓ４に送り出し、冷却液を外部に吐出する。従って、冷却システム１１においては、吸込室Ｓ３がサーモスタット１５の下流側に連通し、渦形室Ｓ４の吐出口がエンジン１０の入口に連通する。なお、このポンプ羽根車３４は、スリーブ３２及び誘導子３３とともに回転体を構成している。従って、回転体は、液室Ｓ２内に収容されている。

上記ポンプ羽根車３４の径方向一側（図１の下側）に対応するハウジング２８の外側（液室Ｓ２の外側）には、ポンプ停止装置３５が設けられている。このポンプ停止装置３５は、渦巻壁部２８ａの内壁面とポンプ羽根車３４の外周面との径方向の距離を最小としうる位置に配置されている。上記ポンプ停止装置３５は、制御装置（図示略）からの制御信号に基づきポンプ羽根車３４の径方向に変位する負圧アクチュエータ３５ａと、負圧アクチュエータ３５ａに一端が支持されてポンプ羽根車３４の径方向に伸びる規制ロッド３５ｂとを有している。上記負圧アクチュエータ３５ａはハウジング２８の外側に配置されており、これに支持された規制ロッド３５ｂの他端はハウジング２８を貫通して液室Ｓ２内に突出している。

ポンプ停止装置３５は、負圧アクチュエータ３５ａの作動により規制ロッド３５ｂを軸方向、すなわちポンプ羽根車３４の径方向に出没させることでポンプ羽根車３４の回転を選択的に許容・禁止する。すなわち、図１（ａ）で示す規制ロッド３５ｂを突出させた状態では、ポンプ羽根車３４の回転軌跡が規制ロッド３５ｂにより遮られることで同ポンプ羽根車３４の回転が規制される。いうまでもなく、この状態においてウォータポンプ１６は、冷却液に流れを発生することはない。一方、図１（ｂ）で示す規制ロッド３５ｂを引き込んだ状態では、ポンプ羽根車３４の回転軌跡が解放されることで同ポンプ羽根車３４の回転が許容される。これにより、ウォータポンプ１６は、ポンプ羽根車３４の回転に伴い冷却液に流れを発生する。

次に、エンジン１０の運転状態に応じたウォータポンプ１６の動作について総括的に説明する。まず、エンジン１０の始動時などその冷間時には、ポンプ停止装置３５は、制御装置からの制御信号に従いポンプ羽根車３４の回転を規制する（図１（ａ）の状態）。このとき、エンジン１０内も含めて循環路１２に冷却液が循環することはなく、当該エンジン１０は不要な放熱が抑制されることで速やかに暖められる。このとき、ポンプ停止装置３５により回転が規制された誘導子３３では、ドライブシャフト２３の運動エネルギーが電気エネルギー（誘導電流）として伝達されるもののこれがポンプ羽根車３４を回転させる運動エネルギーに変換されることはない。そして、誘導子３３に伝達された電気エネルギーは、熱エネルギーに変換されて冷却液の加熱に供せられる。これらにより、エンジン１０の暖機性能は向上し、ひいては燃費向上及び排気ガスの早期浄化を図ることができる。

一方、エンジン１０の温間時には、ポンプ停止装置３５は、制御装置からの制御信号に従いポンプ羽根車３４の回転を許容する（図１（ｂ）の状態）。なお、ポンプ羽根車３４の回転を規制する状態から許容する状態へと切り替えるタイミングは、例えばサーモスタット１５がラジエータ１３側に冷却液の流量分配を開始するときの温度よりも冷却液の温度が低い状態のときが好ましい。

このとき、ドライブシャフト２３の運動エネルギーは、誘導子３３に電気エネルギー（誘導電流）を経て運動エネルギーとして伝達され、ポンプ羽根車３４が回転する。そして、ポンプ羽根車３４の回転に伴い冷却液に流れが発生すると、冷却液は、サーモスタット１５によるラジエータ１３及びバイパス通路１４の流量配分に応じて循環路１２を通って循環する。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、永久磁石２６及び回転体（スリーブ３２等）は、隔壁２７により分離形成された大気室Ｓ１及び液室Ｓ２にそれぞれ収容されている。従って、誘導子３３は、永久磁石２６の回転に伴う回転磁界により非接触の状態で回転駆動される。すなわち、ポンプ羽根車３４は、永久磁石２６及び誘導子３３を介することでエンジン１０の回転が機械的に直接伝達されることなく回転駆動される。従って、エンジン１０の回転に対して機械的に独立なポンプ羽根車３４の回転を規制することで、ポンプ羽根車３４による冷却液の吐出が停止される。換言すると、エンジン１０の回転をウォータポンプ（ポンプ羽根車）へと機械的に直接伝達する動力伝達部材を備える従来例のように、当該動力伝達部材自体の動力伝達を断接する大掛かりな構造を採用することなくポンプ羽根車３４による冷却液の吐出を停止し得る。そして、エンジン１０の冷間時にポンプ羽根車３４の回転を規制してポンプ羽根車３４による冷却液の吐出を停止することで、冷却液の循環を停止してエンジン１０の暖機性能を向上させることができる。

また、ポンプ停止装置３５により回転が規制された誘導子３３では、ドライブシャフト２３の運動エネルギーが電気エネルギー（誘導電流）として伝達され、これが冷却液を加熱する熱エネルギーに変換されることでエンジン１０の暖機性能を更に向上させることができる。

（２）本実施形態では、負圧アクチュエータ３５ａ及び規制ロッド３５ｂのみの極めて簡易な機構追加でポンプ羽根車３４の回転を規制することができる。
（３）本実施形態では、ポンプ羽根車３４の径方向においてポンプ羽根車３４の外周面と液室Ｓ２（渦巻壁部２８ａ）の内壁面との距離が最小となる位置に規制ロッド３５ｂを配置した。従って、ポンプ羽根車３４の回転規制に際して、規制ロッド３５ｂをポンプ羽根車３４の径方向に押し出すときに要する延出長が最小限に抑制されることで、その耐久性を向上することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・例えば、誘導子３３及びポンプ羽根車３４間においてスリーブ３２の外周面に適宜の係合突片を形成し、この係合突片に対して規制ロッド３５ｂを出没させてポンプ羽根車３４の回転の禁止・許容を切り替えてもよい。

・ポンプ停止装置３５において、規制ロッド３５ｂを出没させる駆動源（負圧アクチュエータ３５ａ）は、電磁ソレノイドや油圧アクチュエータに代えてもよい。
・例えば、ポンプ羽根車３４が鉄などの強磁性体で製造されている場合には、停止部材として液室Ｓ２の外部に配置される電磁石を採用してもよい。この場合、電磁石による強力な磁力を作用させることでポンプ羽根車３４の回転を停止させる。このような構成を採用した場合、ポンプ羽根車３４等に液室Ｓ２の外部から接触等をする必要が無くなるため、液室Ｓ２の液密性を向上させることができる。

・前記実施形態においては、ウォータポンプ１６として、渦巻壁部２８ａにポンプ羽根車３４が収容されたいわゆる渦巻きポンプを採用したが、例えば冷却液に軸方向の流れを発生する軸流ポンプや、ベーンポンプ等の回転ポンプを採用してもよい。要は、回転に伴い冷却液を吐出するポンプ部材を備えていればよい。

・冷却システム１１の回路構成は一例である。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。

（イ）請求項２に記載の冷却液ポンプにおいて、前記規制ロッドは、前記ポンプ部材の径方向において該ポンプ部材と前記液室の内壁面との距離が最小となる位置に配置され、前記規制ロッドは、前記ポンプ部材の径方向に押し出されて該ポンプ部材に係止されることを特徴とする冷却液ポンプ。この技術的思想によれば、前記回転体の回転規制に際して、前記規制ロッドを前記ポンプ部材の径方向に押し出すときに要する延出長が最小限に抑制されることで、その耐久性が向上される。

（ロ）請求項２又は上記（イ）に記載の冷却液ポンプにおいて、前記駆動源は、負圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ及び電磁ソレノイドのいずれか１つであることを特徴とする冷却液ポンプ。

（ハ）請求項１、２、上記（イ）、（ロ）のいずれか１項に記載の冷却液ポンプにおいて、前記停止部材は、前記エンジンの冷間時に前記回転体の回転を規制することを特徴とする冷却液ポンプ。

（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態の動作を示す断面図。 エンジンの冷却システムを示す模式図。

符号の説明

１０…エンジン、１２…循環路、１６…冷却液ポンプとしてのウォータポンプ、２６…永久磁石、２７…隔壁、３２…回転体を構成するスリーブ、３３…回転体を構成する誘導子、３４…回転体を構成するポンプ部材としてのポンプ羽根車、３５…停止部材としてのポンプ停止装置、３５ａ…駆動源としての負圧アクチュエータ、３５ｂ…規制ロッド、Ｓ１…大気室、Ｓ２…液室。

Claims (2)

1. エンジンの冷却液の循環路に設けられ、該エンジンにより駆動される冷却液ポンプにおいて、
   前記エンジンの回転が伝達される永久磁石と、
   前記永久磁石の回転に伴う回転磁界により回転駆動される誘導子及び該誘導子と一体回転し冷却液を吐出するポンプ部材とを一体的に備えた回転体と、
   前記永久磁石及び前記誘導子の間に設けられて、該永久磁石が収容される大気室と前記回転体が収容される液室とを分離形成する隔壁と、
   前記回転体の回転を規制する停止部材とを備えたことを特徴とする冷却液ポンプ。
2. 請求項１に記載の冷却液ポンプにおいて、
   前記停止部材は、前記液室の外部に配置された駆動源と、該駆動源により前記液室内に押し出されて前記回転体に係止される規制ロッドであることを特徴とする冷却液ポンプ。

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