JP2008520885A - 内燃エンジンの冷却回路の再循環ポンプ作動装置 - Google Patents

Abstract

エンジンにより回転自在に駆動するのに適したプーリ３と、ポンプ２を駆動するための駆動軸５と、プーリ３と駆動軸５との間に挿置された電磁的に制御される軸継手６とを具備し、前記電磁的軸継手６が電磁石１８と、該電磁石によって制御され前記プーリ３が前記駆動軸５に接続する係合位置と離脱位置との間で可動とされた連結手段２０と、前記磁石１８を励磁しないときに前記連結手段２０を前記係合位置に保持するための弾性手段３０とを具備する内燃エンジンの冷却回路の再循環ポンプ作動装置。

Description

本発明は、内燃エンジンの冷却回路の再循環ポンプ作動装置に関する。

公知のように、内燃機関は冷却回路を備え、クランク軸により駆動されるポンプが冷却流体を循環させ、エンジンを冷却するようになっている。使用の際は、エンジン部品の温度を許容範囲内の値に維持するようになっている。従来の解決方法では、ベルト伝動を介してクランク軸によりポンプが常に駆動されているため、停止させることができない。

自動車において、汚染物質を減少させること、及び、エンジンを迅速に最高効率に到達させることを可能にするという２つの目的のため、始動後エンジンをできる限り迅速に暖機運転完了状態に到達させることが課題となっている。

このため、近年、暖機運転完了状態に達するまでエンジン点火時にポンプを作動させないようになされた冷却流体再循環ポンプの作動装置が提案されている。

公知の解決方法は、クランク軸からの動作を伝達しポンプ軸に固定された第２の摩擦車を転がり摩擦で駆動する第１の摩擦車によってポンプを駆動させるものである。第１の摩擦車はアクチュエータで制御されるため、第２の摩擦車から切断することができる。

しかしながら、上記装置は複雑かつ煩雑で高コストである。特に、電気系統あるいはアクチュエータが故障した場合、再循環ポンプを作動させた状態で保持できる摩擦車装置を提供することは極めて困難である。

本発明の目的は、内燃エンジン用の再循環ポンプの作動装置を提供し、公知の装置に関連する上記問題を解決するものである。

上記目的は請求項１に記載の装置により達成される。

図１に関し、符号１は内燃エンジンの冷却回路の再循環ポンプ２（一部図示）の作動装置全体を示す。

装置１は実質的に、作動ベルト４を介してエンジンのクランク軸（図示せず）に接続し駆動部材を構成するプーリ３、ポンプ２の入力軸５で構成される被駆動部材、及びプーリ３と軸５との間に挿置されこれら２つを選択的に接続するようになされた、電磁的に作動する軸継手６を具備する。

軸５は中心軸線Ａを有し、端部８がポンプ１の本体７から軸方向に突出する。軸に、プーリ３が軸受９を介して回転自在に支持される。プーリ３は、軸受９に装着される内部円筒壁１０、ポンプ２の反対方向の壁１０の一端から延在する半径方向フランジ１１、及び外部が部位１０と同軸であり好ましくはベルト４（好ましくはＰｏｌｙ−Ｖ型とされたベルト）と共動する複数の溝１３を備える周辺クラウン部１２を一体化して具備する。

壁１０、フランジ１１及びクラウン部１２は、ポンプ２の本体７に向かって開口する環状のキャビティ１７を画定し、この中に軸継手６が収容されている。このため、軸継手はプーリ３の必要空間内に収容されている。

軸継手６は、ポンプ２の本体７の固定位置に装着され、本体７に剛に固定されプーリのフランジ１１に開口したＣ形状の環状台座２０を画定する環状の支持体１９を備える電磁石１８を具備する。コイル２１は台座２０内部に収容される。

コイル２１は制御装置（図示せず）に接続するようになされ、制御装置から通電信号を受信するようになっている。

電磁石１８はまた、電機子２４を具備する。電機子は、コイル２１に面する軟鋼製のリングから成り、支持体１９とプーリ３のフランジ１１との間のキャビティ１７に収容される環状の支持体２６の第１の面２５に装着される。支持体２６は、好ましくは複数の径方向スロット２３を備える鋼板製の円盤から成るダイヤフラムバネ２７の外周部に固定され、軸５に圧入する支持リング２８に装着される。環状の支持体２６の軸方向に反対側の第２の面２９に摩擦リング３０が固定され、ダイヤフラムバネ２７によって発生する弾性荷重下でフランジ１１と共動するようになっている。

装置１の動作は以下の通りである。
コイル２１からの励磁信号が無い場合、プーリ３はフランジ１１と摩擦リング３０との間の摩擦軸継手を介して軸５と回転方向に接続する。摩擦リングは環状の支持体２６、ダイヤフラムバネ２７及び支持リング２８を介して軸５と駆動自在に接続する。

コイル２１を励磁すると、電機子２４がコイル２１に誘引される。これにより摩擦リング３０がプーリ３のフランジ１１から分離する。電磁子をフランジ１１に偏在させるダイヤフラムバネ２７の動きに逆らって、摩擦リングが支持体１９に接触する。

使用する際は、コイル２１は冷始動時に励磁されるので、ポンプ２は回転駆動しない。エンジンが暖機運転完了状態に到達すると、コイル２１が消勢し、ダイヤフラム２７が摩擦リング３０をプーリのフランジ１１に戻す。これによりプーリ３が軸５に再接続する。

図２は本発明の別の実施形態による装置３１を示す。前述した装置１と異なるところに関し、装置３１を以下で説明する。前述の部品と同等あるいは類似する部品を言及するときは同じ符号を用いる。

装置３１において、電磁石１８の電機子２４はＬ字断面をなし、均一な環状の壁３２及び、均一な環状壁３２の内端からポンプ本体に突出する円筒形の軸壁３３とで形成される。

軸継手６は、更に、ポンプ２の本体７と軸受９との間で軸５に圧入する支持リング２８を具備する。支持リング２８は円筒形の軸壁３５を備える。軸壁３５は電機子２４の円筒状の軸壁３３の外部表面３７と整列する外部表面３６を有する。

前記外部表面３６及び３７に軸受筒３８が固定される。通常、軸受筒は低摩擦係数のフッ素化プラスチック材料で製造される。軸受筒の周囲に螺旋バネ３９が配置され、支持リング２８の外側の半径方向の肩部４０と電機子２４の均一な環状の壁３２との間で軸方向に圧縮される。その結果、コイル２１が励磁されていないとき、電機子２４はプーリ３のフランジ１１に接触して保持される。

支持リング２８の円筒形の軸壁３５は電磁子２４に向かって開口する前部環状台座４４を成す。この台座は、プーリ３の内壁１０の外部表面４６に整列する内部表面４５を有する。

軸継手６は帯状の螺旋バネ４７を具備し、帯状の螺旋バネは前記表面４５及び４６に巻きつけられている。バネを形成する帯は軸方向に細長い長方形断面を有する。

帯状バネ４７は、それぞれ支持リング２８及び電機子２４に固定される端部４８及び４９を有する。その結果、バネ３９から引張荷重を受ける。帯状バネ４７は寸法が決められており、そのため前述の引張荷重下で径方向の圧縮力を表面４５及び４６に及ぼす。この結果、コイル２１が励磁されず電機子２４がプーリ３のフランジに接触してバネ３９によって保持されるとき、プーリ３及び支持リング２８との間に発生する摩擦によって動作を伝達する。

コイル２１が励磁されると、電機子２４が誘引され帯状バネ４７の張力が解放される。そのため、バネの巻径が増加しプーリ３が解放される。これにより、軸５は空転状態となる。

コイルが消勢すると、電機子２４はプーリ３のフランジ１１に押し付けられ、フランジから摩擦トルクを受ける。これにより、電機子自体と共に帯状バネ４７の端部４９が回転駆動し、その結果表面４５及び４６の帯状バネ４７を徐々に締め付ける。

図３は本発明の作動装置の別の実施形態を示し、全体を５０で表している。

装置５０においても、一部分がプーリの内壁１０に、一部分が支持リング２８に巻きつけられた帯状バネ４７によって、プーリ３が軸５に解放自在に接続する。ここで、帯状バネ４７の端部４８は固定されている。バネ４７は径方向に予圧がかかった状態で装着されており、そのため、通常ではプーリ３を支持リング２８に接続し、従って軸５に接続する状態で保持する。この場合、以下に詳細に説明するように、バネ４７の端部４９は半径方向に外側に湾曲している。

電磁石１８の電機子は、実質的に円錐形の環状のダイヤフラムバネ２４からなる。ダイヤフラムバネは周囲に連続する内側部分５１、及び複数の径方向スロット５２で遮蔽される外側部分を有し、これにより複数の弾性径方向アーム５３を画定する。各弾性径方向アームは、その端部においてコイル２１の支持体１９の外側前端５４に固定される。例えば外側前端を機械加工（ビーディング）で変形することにより固定される。変形させない場合は、アーム５３はコイル２１の支持体１９の内部前端５５に対し離間して設置される。

突起５６は、バネ２４の内部５１から帯状バネ４７に向かって軸方向に延在する。バネ２４を変形しない場合、突起５６は帯状バネ４７の端部４９を阻害しないが、バネ２４がコイルに誘引されアーム５３が弾性的に変形する場合、端部４９を遮るようになっている。したがって、突起５６は図３の点線で図示する前進位置に到達することが出来る。

装置５０の動作は以下のとおりである。
コイル２１を励磁しないとき、バネ４７はプーリ３の内壁１０の周囲に弾性的に締め付けられ、内壁と支持リング２８が接続する。そのため、プーリ３は軸５と共に回転する。バネ４７はプーリ３、支持リング２８及び軸５と共に剛に回転する。

コイルを励磁すると、バネ２４が誘引され突起５６が前進位置に移動する。そのため、バネ４７の端部４９の回転が阻止され、バネにねじり負荷がかかる。プーリ３が回転する方向が与えられるので、帯状バネ４７の巻き方向は、前述のバネ４７のねじり応力（帯に圧縮応力がかかる方向）により巻きが広がりプーリ３の壁１０が解放される。この結果、プーリ３は軸受９上で空転しトルクが軸５に伝達しないため、ポンプは作動しない。

本発明の第４の実施形態（図４及び図５）では、ポンプ軸５に圧入されたハブ６２上で軸方向に移動可能でありハブに回転自在に連結する円盤状の電機子６１を含む作動装置６０を提供する。電機子６１は、図５に示すように、スプライン継手６３によりハブ６２に連結することが好ましい。

電機子６１はプーリフランジ１１と電磁石１８との間に軸方向に介在し、壁１１に面する側に摩擦ライニング６４を有する。皿形ワッシャ６５はハブ６２の肩６６上にあり、電機子６１をプーリフランジ１１の方向に偏在させる。

使用の際は、ワッシャ６５は電機子６１をフランジ１１に接触させて保持し、動力伝達を可能にしている。送水ポンプが必要でないとき、コイル２１が励磁し電機子６０がフランジ１１から離れ、軸５がプーリ３から離れる。

本発明の他の実施形態（図６及び図８）では、軸５に圧入された底壁８２、及び底壁８２から軸方向に延在し前部歯８４を備える円筒壁８３を有するカップ形ハブ８１を具備する作動装置８０を提供する。

装置８０はさらに、キャビティ８７で一定の間隔をあけた半径方向突起８６で形成されるスプライン内端を有する環状の電機子（図７）を具備する。各キャビティ８７は対応する前部歯８４と移動可能に噛合する。電機子８５は、ハブ８１の各止まり穴８９内に部分的に収容され各半径方向突起８６と共動する複数のコイルバネ８８により、フランジ１１に接触して偏在する。

具体的には、各止まり穴８９は中心軸Ａに平行であり、円筒壁８３の２つの隣接する前部歯８４の間に位置し、遠心力に逆らって各バネ８８が径方向に拘束されることを規定する。

動作は図４及び図５の装置６０と同様である。使用の際、バネ８８は電機子８５をフランジ１１に接触させて偏在させ、動力伝達を可能にする。送水ポンプが必要で無いとき、コイル２１は励磁し電機子８５がフランジ１１から離れ、軸５がプーリ３から離れる。

本発明による装置１、３１、５０、６０及び８０から、本発明が達成できる効果は明白である。

具体的に、非常に単純で小型でコスト効率の良い装置により、ポンプを選択的に作動させることが可能となる。電気的故障の場合でも、ポンプ２がプーリ３によって駆動することを保証し、従って、エンジンを冷却することを保証する。

本発明の再循環ポンプ作動装置の第１の実施形態の軸方向の断面図である。 本発明の第２の実施形態の軸方向の部分断面図である。 本発明の第３の実施形態の軸方向の部分断面図である。 本発明の第４の実施形態の軸方向の部分断面図である。 図４の細部の正面図である。 本発明の第５の実施形態の２つの異なる軸方向平面における軸方向の部分断面図である。 図６の細部の正面図である。 図６の細部の正面図である。

符号の説明

１，３１，５０，６０，８０ 作動装置
２ ポンプ
３ プーリ
４ 作動ベルト
５ 入力軸
６ 軸継手
７ 本体
９ 軸受
１０ 内部壁
１１ フランジ
１２ クラウン部
１３ 溝
１７，８７ キャビティ
１８ 電磁石
１９ 支持体
２０，４４ 台座
２１ コイル
２４，６１、８５ 電機子
２６ 支持体
２７ ダイヤフラムバネ
２８ 支持リング
３０ 摩擦リング
３３，３５ 軸壁
３８ 軸受筒
３９ 螺旋バネ
４７ 帯状螺旋バネ
５２ スロット
５３ アーム
５６ 突起
６２，８１ ハブ
６３ スプライン継手
６４ 摩擦ライニング
６５ 皿形ワッシャ
８６ 突起
８８ コイルバネ
８９ 止まり穴

Claims (20)

1. 回転軸線Ａを有し内燃エンジンにより回転自在に駆動する駆動部材（３）と、ポンプ（２）を駆動する被駆動部材（５）と、前記駆動部材（３）と前記被駆動部材（５）との間に挿置された電磁的に制御される軸継手（６）とを具備し、前記軸継手（６）が、電磁石（１８）と、該電磁石（１８）によって制御され前記駆動部材（３）が前記被駆動部材（５）に接続する係合位置と解放位置との間で可動とされた連結手段（３０，４７）と、前記電磁石（１８）が励磁しないとき前記係合位置に前記連結手段（３０）を保持する弾性手段（１７，４７，６５，８８）とを具備する内燃エンジンの冷却回路の再循環ポンプ作動装置。
2. 前記電磁石が、コイル手段（２１）及び可動電機子（２４，６１，８５）を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記弾性手段（２７，３９，６５，８８）が、前記コイル手段（２１）に対向して前記可動電機子（２４，６１，８５）に作用することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記電機子（２４）が、前記駆動部材（３）または前記被駆動部材（５）の一方に回転方向に剛に接続され、前記連結手段が、前記電機子（２４）に剛に接続されるとともに、前記駆動部材（３）または前記被駆動部材（５）の他方と共動する摩擦要素（３０，６４）を具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の装置。
5. 前記電機子（２４）が、前記弾性手段（２７）を介して前記被駆動部材（５）に回転方向に剛に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記摩擦要素が、前記電機子（２４）によって保持されるとともに、前記駆動部材（３）に正対して共動する摩擦盤（３０）であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記弾性手段が、前記被駆動部材（５）に剛に接続された支持要素（２８）に対して前記電機子（２４）を接続するダイヤフラムバネ（２７）を具備することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記連結手段が、一部分が前記駆動部材（３）に固定された第１の要素（１０）に巻回されるとともに、一部分が前記被駆動部材（５）に固定された第２の要素（２８）に巻回された帯状バネ（４７）を具備し、該帯状バネ（４７）が、前記第１の要素（１０）及び前記第２の要素（２８）の両方を回転方向に拘束するように、弾性的に締め付けるように作用することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記弾性手段が、前記帯状バネ（４７）と同軸であり前記電機子（２４）と前記第２の要素（２８）との間に挿置される第２のバネ（３９）を具備し、前記帯状バネ（４７）が前記第２の要素（２８）に固定される端部（４８）及び前記電機子（２４）に固定される端部（４９）を有し、前記電機子（２４）に前記コイル手段（２１）が作用することで帯状バネ（４７）を変形し帯状バネを前記第１の要素（１０）から離脱させる変位を発生させることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記帯状バネ（４７）が、前記第２の要素（２８）に固定された端部（４８）と第２の自由端（４９）を有し、前記電機子（２４）が前記帯状バネ（４７）の第２の端部（４９）が離脱する位置と前記帯状バネ（４７）の第２の端部と係合する位置との間で可動であり、前記電機子（２４）と前記帯状バネ（４７）の第２の端部との係合により前記帯状バネ（４７）にねじり負荷をかけ、帯状バネを前記第１の要素（１０）から離脱させることを特徴とする請求項８に記載の装置。
11. 前記電機子（２４）が、前記電磁石（１８）の支持体（１９）に固定された外側部分（５１）と、前記帯状バネ（４７）の前記第２の端部（４９）と共動するようになされた突起（５６）を形成する内側部分５１とを有するダイヤフラムバネであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記被駆動部材（５）に対して剛に接続されたハブ要素（６２，８１）を具備し、前記電機子（６１，８４）は前記ハブ要素（６２，８１）に回転方向に固定され、ハブ要素上を軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
13. 前記弾性手段（６５，８８）が前記ハブ要素によって保持されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記電機子（６１，８５）がスプラインによって前記ハブ要素（６２，８１）に連結されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記ハブ要素（８１）が前部歯（８４）を有し、前記電機子（８５）が、前記ハブ要素（８１）の前記前部歯（８４）により移動可能に係合するキャビティ（８７）によって離間された複数の半径方向突起（８６）によって画定される内部スプラインを有することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の装置。
16. 前記弾性手段が、前記ハブ要素（８１）と前記電機子（８５）との間で圧縮される複数のバネ（８８）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記支持要素（６１）がカップ形状であり、前記前部歯（８４）を備える円筒壁（８３）を有し、前記複数のバネ（８８）が各々前記ハブ要素（８１）の２つの隣接する歯（８４）の間に位置し、前記電機子（８５）の各半径方向突起（８６）と共動することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記複数のバネ（８８）が、前記ハブ要素（８１）の前記円筒壁（８３）の各止まり穴（８９）の中に部分的に収容されていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記駆動要素が、プーリ（３）であり、前記軸継手が前記プーリ（３）の必要空間内に収容されることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の装置。
20. 前記被駆動要素（５）が前記ポンプ（２）の入力軸であることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の装置。

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