JP4297946B2 - 圧力動作機構及び該圧力動作機構を備えるウォータポンプ - Google Patents

Description

本発明は、圧力室の圧力変化に基づいて被駆動部の駆動又は被制御部の制御を行う圧力動作機構、及びこの圧力動作機構を備えるウォータポンプに関するものである。

従来、内燃機関においては、ウォータジャケット内の冷却水を循環させるウォータポンプが用いられている。例えば特許文献１に示すウォータポンプは、回転軸に取り付けられた羽根車が回転することにより、冷却水を循環させるようにしている。このウォータポンプでは、内燃機関で発生する駆動力が内燃機関と同期して回転するプーリから流体継ぎ手を介してこの回転軸に伝達されることにより羽根車が回転する。そして、このウォータポンプでは、ウォータジャケット内の冷却水温が高くなるほど回転軸と流体継ぎ手との継合度合が大きくなるように構成されており、これによりウォータジャケット内の冷却水の温度が高いほど羽根車の回転数が大きくなるようにしている。

ところで、近年、このようにポンプの回転体に伝達される駆動力を変更可能なウォータポンプとしては、例えば図５及び図６に示すものが検討されている。
図５に示すように、このウォータポンプ１００は、冷却水を循環させるための循環系２０と、この循環系２０の回転筒２１を駆動する駆動系３０とにより構成されている。そして、これら循環系２０と駆動系３０との間には、循環系２０から駆動系３０への冷却水の浸入を規制するための隔壁４０が設けられている。

内燃機関のシリンダブロック２２には、冷却水が流れる流路２３が形成されており、この流路２３には、一端が隔壁４０に固定された支持軸２５が設けられ、同支持軸２５の両端には軸受２４ａ，２４ｂがそれぞれ設けられている。そして、羽根２６が取り付けられた回転筒２１が、この支持軸２５を嵌挿することにより、支持軸２５に対して回転可能に支持されている。また、この回転筒２１における隔壁４０側の端部には、鉄芯を含む誘導リング２７が外嵌している。

上記駆動系３０には、ハウジング３１が設けられており、このハウジング３１には、ベルト３３を介して内燃機関の図示しないクランクシャフトと駆動連結されるプーリ３２が固定されている。このハウジング３１内には、一部がハウジング３１に対しスプライン結合されるとともに、ハウジング３１内を上記回転筒２１の軸線方向に沿って往復運動することのできるスライダ３４が設けられている。このスライダ３４において循環系２０寄りの端部には、例えばネオジウムからなるマグネット３５が前記回転筒２１を外嵌する誘導リング２７を囲むように取り付けられている。そして、上記誘導リング２７とこのマグネット３５とが磁極部として機能している。

また、このスライダ３４は、ハウジング３１内に設けられたスプリング３６により常時循環系２０側へと付勢されている。クランクシャフトからベルト３３及びプーリ３２を介してハウジング３１に伝達されるトルクは、誘導リング２７とマグネット３５との間に発生する磁力により回転筒２１に伝達され、これにより回転筒２１が回転する。そして、この回転に伴って該回転筒２１に固定された羽根２６が回転すると、流路２３内の冷却水が内燃機関の図示しないウォータジャケットに圧送される。

また、上記ハウジング３１の内部は、スライダ３４によって大気室３１ａと圧力室３１ｂとに区画されている。スライダ３４の外周には、スライダ３４とハウジング３１の内周面との間をシールするシール部材３７が設けられており、このシール部材３７により圧力室３１ｂの気密性が保持されている。そして、この圧力室３１ｂの圧力が変化することにより、スライダ３４がハウジング３１内を往復動し、これによりマグネット３５から誘導リング２７を介して回転筒２１へ伝達されるトルクの大きさが変更されるようになっている。このようにして、このウォータポンプ１０では、回転筒２１がスライダ３４の往復動により駆動される被駆動部としての回転体を構成し、ハウジング３１とスライダ３４とが圧力室３１ｂの圧力変化に基づいてこの回転筒２１を駆動する動作手段を構成し、駆動系３０が圧力動作機構を構成している。

さらに、駆動系３０においては、ハウジング３１の圧力室３１ｂに圧力管４１が挿入されている。そして、この圧力管４１はハウジング３１に設けられたベアリング４２により支持されるとともに図示しない他の部材に固定されており、ハウジング３１はこの圧力管４１に対して回転可能となっている。また、この圧力管４１とハウジング３１の内周面の間には、圧力室３１ｂからの空気漏れを防ぐシール部４３が設けられている。そして、この圧力管４１には、圧力導入管５２が接続されており、この圧力導入管５２には、切換手段としてのバキュームスイッチングバルブ（以下ＶＳＶという）５５が設けられている。この圧力導入管５２は、圧力管４１に接続される側と反対側がこのＶＳＶ５５を介して分岐しており、分岐した一方が吸気通路５７におけるスロットルバルブ６２よりも下流側に接続され、他方がエンジンルーム内において大気が導入される大気導入部５４に接続されている。そして、吸気通路５７のスロットルバルブ６２よりも下流側は、内燃機関の運転中に圧力が大気圧よりも低い負圧空間となる。つまり、この圧力管４１と圧力導入管５２とにより圧力通路７０が構成され、大気導入部５４が第１の圧力空間、吸気通路５７が第２の圧力空間をそれぞれ構成している。そして、このＶＳＶ５５は、電子制御装置９０によってその駆動が制御されることにより弁位置が切り換えられ、これにより圧力室３１ｂはこれら吸気通路５７及び大気導入部５４の何れかと選択的に連通される。

具体的に、電子制御装置９０が出力するＶＳＶ５５の制御信号が「ＯＦＦ」であるときは、圧力室３１ｂと大気導入部５４とが連通して圧力室３１ｂに大気が導入され、大気室３１ａと圧力室３１ｂとの圧力差が無くなることから、図５に示すように、スライダ３４はスプリング３６の付勢力により付勢されて循環系２０側に変位する。この際、スライダ３４に設けられたマグネット３５と回転筒２１に設けられた誘導リング２７とが互いに対向して近接するようになることから、マグネット３５と誘導リング２７とを通過する磁束量が増加し、スライダ３４から回転筒２１に伝達される回転力が相対的に大きくなる。したがって、回転筒２１の羽根２６が回転することによりウォータジャケットに吐出供給される冷却水の量も増大するようになる。

一方、電子制御装置９０が出力するＶＳＶ５５の制御信号が「ＯＮ」であるときは、圧力室３１ｂと吸気通路５７とが連通して圧力室３１ｂに吸気負圧が導入され、図６に示すように、圧力室３１ｂと大気室３１ａとの圧力差から、スライダ３４はスプリング３６の付勢力に抗して圧力管４１側に変位する。これにより、スライダ３４に設けられたマグネット３５と回転筒２１に設けられた誘導リング２７とが回転筒２１の軸線方向に離間し、マグネット３５と誘導リング２７とを通過する磁束量も図５で示した状態と比較して減少する。したがって、ウォータジャケットに吐出供給される冷却水の流量が低下することとなる。

このようにして、このウォータポンプ１００では、ＶＳＶ５５の弁位置の切り換えにより、ウォータジャケットに吐出供給される冷却水の流量を適宜増減制御するようにしている。
実開平５−５８８３２号公報

ところで、上記ウォータポンプ１００においては、圧力導入管５２がメンテナンス性の向上などを目的として取り外し可能とされているものがある。具体的には、図５及び図６に示すように、圧力導入管５２が、圧力管４１及びＶＳＶ５５に着脱可能な第１の連結管５８と、ＶＳＶ５５及び吸気通路５７に着脱可能な第２の連結管５９とを備えるといった態様を採用している場合が考えられる。このような場合、例えば車両の整備や点検の際に、整備者がこれら連結管５８，５９を取り外してそのままにしておくと、ＶＳＶ５５の切り換えによって圧力室３１ｂに適切な圧力変化を生じさせることができないといった問題が生じる。

すなわち、第１の連結管５８が圧力管４１又はＶＳＶ５５から離脱した状態や、第２の連結管５９がＶＳＶ５５又は吸気通路５７から離脱した状態においては、圧力室３１ｂに常時大気が導入されて圧力室３１ｂが大気圧に維持されるため、ウォータポンプ１００は、図５に示す状態に常時維持されることとなる。そのため、ウォータポンプ１００によりウォータジャケットに吐出供給される冷却水の量を適宜増減調整することができない。

そこで、このようなウォータポンプ１００では、第１の連結管５８及び第２の連結管５９が離脱した状態となると、圧力導入管５２内における流動状態が変化することを利用して、この離脱を検知する検知手段を設けるようにしたものがある。

なお、このような検知手段による離脱状態の検知は、例えば以下のようにして行われる。内燃機関では、通常、吸気通路５７に設けられたエアフロメータ６０によって燃焼室に導入される空気量が検出され、燃焼室における空気と燃料との重量比を所望の空燃比とすべく、エアフロメータ６０によって検知されたこの空気量に基づいて燃焼室における燃料噴射量を導出するようにしている。しかしながら、例えば第２の連結管５９がＶＳＶ５５から離脱した状態では、吸気通路５７に第２の連結管５９を介して空気が導入されるため、燃焼室に導入される空気量は、エアフロメータ６０で検出された空気量よりも多くなる。そのため、燃焼室における空燃比を所望の空燃比とすべく、エアフロメータ６０で検出された空気量に基づいて燃料噴射量を制御しても、実際の空燃比は所望とする空燃比よりもリーンとなることから、このような状態では圧力導入管５２の連結管５８，５９が離脱状態であると検知することができる。なお、第２の連結管５９が吸気通路５７から離脱した場合、第１の連結管５８がＶＳＶ５５や圧力管４１から離脱した場合も同様にして、連結管５８，５９が離脱していることを検知することができる。すなわち、圧力導入管５２の連結管５８，５９が離脱すると、この離脱した部位から吸気通路５７に空気が導入されるといった圧力導入管５２の流動状態の変化により、この異常を検知することができる。

ここで、上記圧力導入管５２の連結管５８，５９が離脱状態であることを検知するにあたり、この圧力導入管５２の通路断面積が小さい場合は、連結管５８，５９が離脱状態となっても吸気通路５７に導入される空気の量はさほど大きくない。したがって、離脱状態を検知するという点においては、圧力導入管５２の通路断面積は大きい方が好ましい。しかしながら、圧力導入管５２の通路断面積を大きくすると、ＶＳＶ５５の切り換え時に圧力室３１ｂの圧力が急激に変化してスライダ３４が往復動する際の速さが速くなるため、上記駆動系３０を構成する部材の耐久性の低下、羽根２６の回転数の急変による内燃機関の制御性悪化、流路２３での流動音の発生などの問題を招くこととなる。

なお、このような圧力室の急激な圧力変化による脈動は、ウォータポンプ以外の装置においても、圧力室の圧力変化に基づいて被駆動部を駆動したり、被制御部を制御したりする圧力動作機構では生じうる問題である。つまり、圧力動作機構において、圧力通路が圧力室に対して着脱可能の連結通路を備えるとともに、この圧力通路の通路断面積が離脱状態を検知可能な程度の大きさに形成されている場合、圧力室の急激な圧力変化によって被駆動部の駆動又は被制御部の制御が急激に行われ、これにより脈動などが生じる虞がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、圧力室の圧力変化に基づいて被駆動部の駆動又は被制御部の制御を行う動作手段を備える場合に、圧力の異なる圧力空間と圧力室とを接続する圧力通路の通路断面積を離脱状態が検知可能な大きさとしつつ、動作手段が動作する際の脈動を低減することのできる圧力動作機構を提供することを目的とする。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、圧力室と、該圧力室の圧力変化に基づいて被駆動部の駆動又は被制御部の制御を行う動作手段と、前記圧力室に一端が接続される一方、他端が分岐して第１の圧力空間と該第１の圧力空間よりも圧力の低い第２の圧力空間とにそれぞれ接続されるとともに、少なくとも一部が前記圧力室に対して着脱可能な連結通路で構成される圧力通路と、前記圧力通路に設けられて前記圧力室の圧力変化を生じさせるべく同圧力室と前記各圧力空間との連通状態を切り換える切換手段と、前記圧力通路に接続して前記連結通路の流動状態の変化に基づいて同連結通路が前記圧力室に対して離脱状態であることを検知する離脱検知手段とを備える圧力動作機構であって、前記圧力通路において、前記連結通路の着脱部から前記離脱検知手段の接続部までの区間の通路断面積が前記離脱検知手段による検知が可能な所定の大きさに形成され、前記圧力通路には、前記切換手段の切り換え時に前記圧力室の圧力が急激に変化することを抑制するための圧力伝達抑制手段が設けられていることを要旨とする。

上記の構成によれば、前記圧力通路において、前記連結通路の着脱部から前記離脱検知手段の接続部までの区間の通路断面積が前記所定の大きさに設定されているために、連結通路が離脱している場合、離脱検知手段によってこの離脱を検知することができる。そして、この区間の通路断面積を前記所定の大きさとしても、前記圧力通路には圧力伝達抑制手段が設けられているため、切換手段の切り換え時に前記各圧力空間と圧力室との連通状態が変化してもこの圧力室の圧力が急激に変化することがない。そのため、動作手段が、圧力室の圧力変化に基づいて被駆動部の駆動又は被制御部の制御を行う際に、脈動が生じることを抑制することができる。なお、連結通路の着脱部よりも離脱検知手段側に圧力伝達抑制手段が設けられていたとしても、例えば圧力伝達抑制手段が圧力伝達の抑制度合いを可変とする構成である場合や圧力伝達の抑制度合いが状況により変化する場合には、圧力伝達の抑制度合いが小さくなったときに連結通路が離脱状態であることを検知することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記切換手段は、前記圧力室を前記第１の圧力空間と連通させる状態と、前記圧力室を前記第２の圧力空間と連通させる状態とを選択的に切り換え可能に構成され、前記圧力伝達抑制手段は、前記圧力通路において前記連結通路の着脱部よりも前記圧力室側に位置し、通路断面積が前記所定の大きさよりも小さく形成された絞り部により構成されていることを要旨とする。

上記の構成では、前記切換手段が連通状態を切り換えると、前記圧力室は所定の大きさの通路断面積に形成された区間を介して第１又は第２の圧力空間と連通する状態となる。しかしながら、圧力室は、前記絞り部を介して所定の大きさの通路断面積の区間に接続されているため、切り換え時に第１又は第２の圧力空間の圧力が圧力室に急激に伝達されることがない。すなわち、前記圧力室には前記絞り部を介して第１又は第２の圧力空間の圧力が徐々に伝達されることから、圧力室の圧力が急激に変化することを抑制することができる。なお、絞り部は、通路の一部を絞るオリフィス状のものであってもよいし、前記所定の大きさよりも小さい大きさの通路断面積に形成された細い管状のものであってもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記圧力通路は、前記圧力室に固定される圧力管と該圧力管に対して着脱可能な前記連結通路とを備え、前記絞り部は、前記圧力管に設けられることを要旨とする。

上記の構成によれば、前記絞り部は、前記圧力室に固定される前記圧力管に設けられているため、前記連結通路が例えば複数ある場合であっても、全ての連結通路の離脱状態を確実に検知することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記切換手段は、前記圧力室を前記第１の圧力空間と連通させる状態と、前記圧力室を前記第２の圧力空間と連通させる状態との間で段階的に切り換え可能に構成され、前記圧力伝達抑制手段は、前記切換手段により構成されることを要旨とする。

上記の構成において、前記切換手段による段階的な切り換えとは、切換手段により前記圧力室が第１の圧力空間と連通する状態と前記圧力室が第２の圧力空間と連通する状態との間で切り換えを行う際に、前記圧力室が第１及び第２の圧力空間の双方に連通可能となる中間状態に維持できるように構成されていることをいう。そして、上記の構成によれば、例えば、前記切換手段によって圧力室が第１の圧力空間に連通する状態から第２の圧力空間に連通する状態に切り換える際に、この中間状態を所定時間維持するようにして圧力室の圧力が急激に第２の圧力空間の圧力に変化することを抑制することができる。なお、前記切換手段によって圧力室が第２の圧力空間に連通する状態から第１の圧力空間に連通する状態に切り換える際においても、同様の作用効果が得られる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記第１の圧力空間は大気圧空間であり、前記第２の圧力空間は内燃機関の運転中に負圧が発生する負圧空間であることを要旨とする。

上記の構成によれば、切換手段による圧力通路の連通状態の切り換えにより、圧力室が大気圧空間と連通される状態から負圧空間と連通される状態へと変化すると、圧力室の圧力は低下し、圧力室が負圧空間と連通される状態から大気圧空間と連通される状態へと変化すると、圧力室の圧力は上昇するといった態様で圧力室の圧力変化が生じる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記動作手段は、ハウジングと該ハウジング内に配置されるスライダとを備え、前記圧力室は、前記ハウジング内において同ハウジングと前記スライダとにより区画形成され、前記被駆動部は、前記圧力室の圧力変化によって生じる前記スライダの往復動に基づいて駆動されることを要旨とする。

上記の構成では、前記圧力室が第１の圧力空間と連通する状態から第２の圧力空間と連通する状態に変化すると、圧力室の圧力が低下するため、この圧力室が配置される側にスライダが移動する。また、圧力室が第２の圧力空間と連通する状態から第１の圧力空間と連通する状態に変化すると、圧力室の圧力が上昇するため、この圧力室が配置される側とは反対側にスライダが圧力室とは反対の方向に移動する。そして、このスライダの往復動に基づいて被駆動部が駆動されるが、上記圧力伝達抑制手段を設けていることにより、このスライダが往復運動の際にスライドする速度が速くなりすぎることを抑制することができることから、被駆動部の駆動が急激に行われることによる脈動等の発生を抑制することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の圧力動作機構を備えるウォータポンプであって、前記被駆動部は、前記内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させる羽根が設けられた回転体で構成され、前記スライダは、前記内燃機関において発生した駆動力によって回転可能に構成され、前記スライダ及び前記回転体のそれぞれには、前記スライダの往復動により互いに対向する磁極部が形成されることを要旨とする。

上記の構成によれば、前記圧力室の圧力変化によってスライダが往復動すると、スライダの磁極部と回転体の磁極部との間に発生する磁束量が変化するため、羽根の回転数が増減変化し、これにより冷却水の循環量を適宜調整することができる。そして、前記圧力伝達抑制手段を設けたことにより、スライダが往復動する際に急激にスライドすることがないため、スライダの磁極部と回転体の磁極部との間に発生する磁束量も急激に増大することなく、結果的に羽根の回転速度が急激に変化することがない。これにより、スライダやその周辺部品の耐久性が向上するとともに、羽根の回転数の急変による内燃機関の制御性の悪化、冷却経路内の流動音の発生などを招くことを抑制することができる。

（第１の実施形態）
以下、図１及び図２を参照して、本発明に係る圧力動作機構を内燃機関の冷却水を循環させるウォータポンプ１０に適用した第１の実施形態について説明する。図１は、ウォータポンプ１０をその制御装置とともに示している。なお、この図１において、上述した図５と同様の機能を有する部材については同じ符号を付することによりその説明は省略する。

図１に示すように、本実施形態のウォータポンプ１０では、ハウジング３１内においてこのハウジング３１とスライダ３４とにより区画形成された圧力室３１ｂが、圧力通路７２を介して大気導入部５４と吸気通路５７とに接続されている。

圧力通路７２において、吸気通路５７に接続する第２の連結管５９は、より詳細には、吸気通路５７の内周壁に連続的に取り付けられた円筒状の接続管５７ａを介して該吸気通路５７に接続されており、この接続管５７ａも圧力通路７２の一部を構成している。そして、第１の連結管５８が、圧力管６１から離脱すると、第１及び第２の各連結管５８，５９と接続管５７ａとが、圧力室３１ｂに対して離脱することとなる。また、第１及び第２の連結管５８，５９の少なくとも一方がＶＳＶ５５から離脱すると、第２の連結管５９と接続管５７ａとが圧力室３１ｂに対して離脱することとなる。さらに、第２の連結管５９が接続管５７ａから離脱した状態では、接続管５７ａが圧力室３１ｂに対して離脱することとなる。このようにして、これら第１及び第２の各連結管５８，５９と接続管５７ａとが、圧力室３１ｂに対して着脱可能な連結通路に構成されている。

また、この圧力通路７２に設けられるＶＳＶ５５は、圧力室３１ｂを大気導入部５４と連通させる状態と、圧力室３１ｂを吸気通路５７と連通させる状態とに選択的に切り換え可能に構成されている。

ここで、圧力通路７２のうちの第１及び第２の各連結管５８，５９のうちの少なくとも何れかが離脱した場合、すなわち、上記圧力通路７２の連結通路が圧力室３１ｂに対して離脱した場合は、上述したように、エアフロメータ６０の検出結果と図示しない空燃比センサの検出結果との間にずれが生じることから、この離脱を検知することができる。つまり、これら連結通路の圧力室３１ｂに対する離脱を検知する離脱検知手段は、吸気通路５７とエアフロメータ６０と図示しない空燃比センサと上述した電子制御装置９０とにより構成されており、この離脱検知手段と圧力通路７２との接続部は吸気通路５７における接続管５７ａの取り付け位置である。そして、この第１及び第２の各連結管５８，５９と接続管５７ａとは、その通路断面積がこの離脱検知手段によって離脱状態が検知可能となる所定の大きさに形成されている。つまり、これらの管５７ａ，５８，５９の通路断面積をある程度以上の大きさに形成することによって、各連結管５８，５９のうちの少なくとも何れかが離脱した場合には、この離脱した部位から吸気通路５７に十分な空気が導入されるようにし、エアフロメータ６０の検出結果と空燃比センサの検出結果との間のずれが確実に生じるようにしている。なお、ここでいう所定の大きさとは一定の大きさに限られず、離脱状態の検知が可能な最小の通路断面積以上の大きさであれば部分的に通路断面積が変化していてもよい。また、ＶＳＶ５５が切換られた際の弁の開口面積もこの所定の大きさに形成されている。したがって、圧力通路７２の連結通路が圧力室３１ｂに対して離脱した場合は、この離脱状態を検知することができる。

また、上記圧力通路７２において、圧力管６１は、上記従来の圧力管４１と同様に、ハウジング３１に設けられたベアリング４２により支持されており、通常のメンテナンスにおいては、ハウジング３１から取り外されることはない。つまり、この圧力管６１は、圧力室３１ｂに対して固定されており、上記第１及び第２の各連結管５８，５９と接続管５７ａは、この圧力管６１に対して着脱可能となっている。また、この圧力管６１は、その通路断面積が上記所定の大きさに形成されているものの、この圧力管６１には、絞り部であるオリフィス７１が圧力伝達抑制手段として設けられている。そして、このオリフィス７１の開口７１ａの断面積は、上記所定の大きさよりも小さく形成されている。

次に本実施形態のＶＳＶ５５の弁位置の切り換えと、この切り換え時におけるポンプ１０の回転筒２１の回転速度の変化について、図２に基づいて説明する。
図２に示すように、例えば時刻ｔ１において、電子制御装置９０が出力するＶＳＶ５５の制御信号が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変化すると、ＶＳＶ５５の弁位置が切り換わり、圧力室３１ｂが大気導入部５４と連通する状態から吸気通路５７と連通する状態に変化する。これにより、圧力室３１ｂには吸気通路５７の圧力が伝達されて圧力が漸次低下し、大気圧から吸気通路５７と同じ吸気負圧へと変化する。ここで、上述したように、本実施形態では、圧力通路７２において、圧力管６１にオリフィス７１が設けられている。そのため、ＶＳＶ５５の制御信号が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」へと切り換わっても、圧力室３１ｂには、吸気通路５７の吸気負圧が圧力通路７２において通路断面積が部分的に小さく形成されるオリフィス７１を通って伝達されることから、この吸気負圧が急激に伝達されることない。すなわち、図２（ｂ）において、従来は、このＶＳＶ５５の制御信号が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」へと変化すると、圧力室３１ｂの圧力が二点鎖線Ａで示すように大気圧から吸気負圧へと急激に変化していたが、本実施形態ではこの圧力室３１ｂの圧力が実線Ｐで示されるように緩やかに変化する。したがって、この圧力室３１ｂの圧力変化によってスライダ３４はスプリング３６の付勢力に抗して圧力管６１側に変位するものの、この変位のスピードが従来に比して遅くなるため、図２（ｃ）の実線Ｒに示すように、回転筒２１の回転速度が高速回転から低速回転するにあたり、二点鎖線Ｃで示される従来の変化よりも緩やかに変化する。

一方、図２に示すように、例えば時刻ｔ２において、電子制御装置９０が出力するＶＳＶ５５の制御信号が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に変化すると、ＶＳＶ５５の弁位置が切り換わり、圧力室３１ｂが吸気通路５７と連通していた状態から大気導入部５４と連通する状態に変化する。これにより、圧力室３１ｂには大気圧が伝達されて圧力が漸次上昇し、吸気通路５７と同じ吸気負圧から大気圧へと変化する。ここで、上述したように、本実施形態では、圧力通路において、圧力管６１にオリフィス７１が設けられている。そのため、ため、ＶＳＶ５５の制御信号が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」へと切り換わっても、圧力室３１ｂには、大気圧が圧力通路７２において通路断面積が部分的に小さく形成されるオリフィス７１を通って伝達されることから、大気圧が急激に伝達されることない。すなわち、図２（ｂ）において、従来は、このＶＳＶ５５の制御信号が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」へと変化すると、圧力室３１ｂの圧力が二点鎖線Ｂで示すように吸気負圧から大気圧へと変化していたが、本実施形態では圧力室３１ｂの圧力が実線Ｐに示すように緩やかに変化する。したがって、この圧力室３１ｂの圧力変化によってスライダ３４はスプリング３６の付勢力により循環系２０側に変位するものの、この変位のスピードが従来に比して遅くなるため、図２（ｃ）の実線Ｒに示すように、回転筒２１の回転速度も低速回転から高速回転へと二点鎖線Ｄで示す従来の変化よりも緩やかに変化する。

以上詳述したように、本実施形態の圧力動作機構が採用されたウォータポンプ１０においては以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態のウォータポンプ１０では、圧力通路７２において、圧力室３１ｂに対して着脱可能な第１の連結管５８、第２の連結管５９及び接続管５７ａの通路断面積を、離脱検知手段によって検知可能な所定の大きさに形成している。そして、圧力通路７２の圧力管６１には、ＶＳＶ５５の切り換え時に圧力室３１ｂの圧力が急激に変化することを抑制するためのオリフィス７１を設けるようにした。

これにより、第１の連結管５８、第２の連結管５９及び接続管５７ａが圧力室３１ｂに対して離脱状態となった場合には、その離脱を検知することができる。また、ＶＳＶ５５の切り換え時には、圧力室３１ｂにこの切換により連通される大気導入部５４又は吸気通路５７の圧力が伝達されることとなるが、このように第１及び第２の各連結管５８，５９と接続管５７ａの通路断面積が所定の大きさに形成されても、通路断面積が所定の大きさよりも小さいオリフィス７１を通ってこの圧力は伝達されることとなる。したがって、圧力室３１ｂの圧力は緩やかに変化するため、スライダ３４がスライドする速度も従来に比してゆっくりとしたものとなり、このスライダ３４の往復動により変化する回転筒２１の回転速度もゆっくりと変化することとなる。したがって、スライダ３４やその周辺部品の耐久性が向上するとともに、羽根２６の回転数の急変による内燃機関の制御性の悪化、流路２３における冷却水の流動音の発生などを招くことを抑制することができる。

（２）本実施形態のウォータポンプ１０では、圧力通路７２において、圧力室３１ｂに固定された圧力管６１にオリフィス７１を設けているため、圧力通路７２においてこの圧力管６１よりも離脱検知手段側に位置する区間の通路断面積を所定の大きさに形成することができる。つまり、圧力管６１にオリフィス７１を設けることで、第１の連結管５８、第２の連結管５９、及び接続管５７ａの全ての連結通路について、通路断面積を上記所定の大きさとすることができるため、これら第１の連結管５８、第２の連結管５９、及び接続管５７ａの一つでも圧力室３１ｂから離脱している場合、確実にその離脱を検知することができる。

（３）本実施形態のウォータポンプ１０では、絞り部として、細い管状のものではなく、オリフィス７１を設けたため、圧力通路７２の詰まりを抑制することができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るウォータポンプ１１について、図３を参照して説明する。

この第２の実施形態は、上記第１の実施形態が圧力通路７２の圧力管６１に絞り部としてのオリフィス７１を設けるようにしたことに代わり、圧力通路７５の圧力管７６の通路自体の断面積を所定の大きさよりも小さく形成するようにしたものである。

具体的に、図３に示すように、本実施形態の圧力管７６は、圧力室３１ｂ側に位置する管本体部７３と、この管本体部７３よりも大径に形成されて第１の連結管５８と連結する管連結部７４とが一体形成されてなる。そして、この圧力管７６では、管本体部７３がハウジング３１に設けられたベアリング４２により支持されており、管連結部７４はハウジング３１から露出している。

本実施形態の圧力管７６では、上記管連結部７４の通路断面積が、第１の連結管５８の通路断面積と略同じ大きさ、すなわち、上記所定の大きさと略同じ大きさに形成されている。一方、上記管本体部７３は、上記所定の大きさよりも小さく形成されている。このように、本実施形態では、この圧力管７６の管本体部７３全体で圧力伝達抑制手段としての絞り部を構成している。なお、圧力管７６においてハウジング３１に支持させる部位が上記第１の実施形態の圧力管６１よりも小径に形成されるため、ハウジング３１の形状もこの圧力管７６を支持する部位が第１の実施形態のハウジング３１よりも小径に形成されているものの、特に記載しないその他の構成は、上記第１の実施形態と同じである。

そして、このように管本体部７３が上記絞り部を形成する場合であっても、上記第１の実施形態で記載した（１）及び（２）の効果を奏することができる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係るウォータポンプについて、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態のウォータポンプの駆動系において圧力通路７７の周辺の構成をその制御装置とともに示す模式図である。

この第３の実施形態は、上記第１及び第２の各実施形態が圧力抑制手段を圧力通路に設けられる絞り部で構成したことに代わり、圧力抑制手段を切換手段であるＶＳＶ８０で構成するようにしたものである。

具体的に、上記第１及び第２の各実施形態のＶＳＶ５５は、圧力室３１ｂを大気導入部５４と連通させる状態と、圧力室３１ｂを吸気通路５７と連通させる状態とに選択的に切り換え可能に構成されていた。しかしながら、本実施形態のＶＳＶ８０は、圧力室３１ｂを大気導入部５４と連通させる状態と、圧力室３１ｂを吸気通路５７と連通させる状態とを段階的に切り換え可能に構成されている。具体的に、このＶＳＶ８０は、図４に示すように、バルブ本体８１と該バルブ本体８１を回動自在に支持する軸８３とを備えている。そして、ＶＳＶ８０は、バルブ本体８１を軸８３に対して回動させることにより、図４（ａ）に示す圧力室３１ｂを大気導入部５４と連通させる状態と、図４（ｃ）に示す圧力室３１ｂを吸気通路５７と連通させる状態とを維持できるように構成されている。さらに、このＶＳＶ８０は、バルブ本体８１が軸８３に対して回動して、図４（ｂ）に示す圧力室３１ｂを大気導入部５４及び吸気通路５７の双方に連通させる中間状態に維持できるように構成されている。なお、図４（ａ）〜（ｃ）において、二点鎖線で示す矢印は、各状態における大気導入部５４及び吸気通路５７から圧力室３１ｂへの圧力伝達状態を示している。

そして、図４（ａ）に示す圧力室３１ｂを大気導入部５４と連通させる状態から図４（ｃ）に示す圧力室３１ｂを吸気通路５７と連通させる状態に切り換える際に、図４（ｂ）に示す中間状態を所定時間維持するようにする。これにより、圧力室３１ｂに吸気通路５７の圧力が急激に伝達することを抑制することができるため、圧力室３１ｂの圧力が大気圧から吸気通路５７の負圧に急激に変化することを抑制することができる。また、図４（ｃ）に示す圧力室３１ｂを吸気通路５７と連通させる状態から図４（ａ）に示す圧力室３１ｂを大気導入部５４と連通させる状態に切り換える際においても、図４（ｂ）に示す中間状態を所定時間維持するようにする。そして、これにより、圧力室３１ｂに大気導入部５４の圧力が急激に伝達することを抑制することができるため、圧力室３１ｂの圧力が吸気通路５７の吸気負圧から大気圧に変化することを抑制することができる。

なお、圧力室３１ｂを大気導入部５４及び吸気通路５７の双方に連通させる中間状態は、圧力室３１ｂが単に大気導入部５４及び吸気通路５７の双方に連通していればよく、図４（ｂ）に示す圧力室３１ｂと大気導入部５４との連通度合いと圧力室３１ｂと吸気通路５７の連通度合いとが略同程度の状態でなくてもよい。具体的に、例えば、ＶＳＶ８０により、圧力室３１ｂが図４（ａ）に示す状態から図４（ｃ）に示す状態に切り換える際に、複数パターンの中間状態を経るようにしてもよい。さらに、ＶＳＶ８０により圧力室３１ｂの大気導入部５４及び吸気通路５７との連通度合いを連続的に変更可能に維持できるようにし、図４（ａ）に示す状態から図４（ｃ）に示す状態に切り換える際に、バルブ本体８１が軸８３を回動中心として実質的には連続的且つゆっくりと回動して弁位置を変化させるようにしてもよい。

なお、本実施形態においても、第１の連結管５８、第２の連結管５９及び接続管５７ａの通路断面積は所定の大きさに形成されており、圧力室３１ｂに対して離脱した際にその離脱が検知可能となっている。例えば、第１の連結管５８の着脱部が離脱状態となった場合には、図４（ｃ）に示す圧力室３１ｂを吸気通路５７と連通させる状態、すなわちＶＳＶ８０による圧力伝達の抑制度合いが小さくなった状態のときに、圧力通路７７が離脱状態であることを検知することができる。また、特に言及しないその他の構成、作用は上記第１及び第２の各実施形態と同じである。

以上説明したように、本実施形態では、以下の（４）の効果を奏することができる。
（４）本実施形態のウォータポンプ１０においては、圧力伝達抑制手段としてのＶＳＶ８０が、圧力室３１ｂを大気導入部５４と連通させる状態と、圧力室３１ｂを吸気通路５７と連通させる状態との間で段階的に切り換え可能に構成されている。したがって、ＶＳＶ８０によって圧力室３１ｂが大気導入部５４に連通する状態から吸気通路５７に連通する状態に切り換える際に、この圧力室３１ｂが大気導入部５４及び吸気通路５７の双方に連通する中間状態を所定時間維持することにより圧力室３１ｂの圧力が急激に吸気通路５７の吸気負圧に変化することを抑制することができる。また、ＶＳＶ８０によって圧力室３１ｂが吸気通路５７に連通する状態から大気導入部５４に連通する状態に切り換える際にも同様に中間状態を所定時間維持することにより圧力室３１ｂの圧力が急激に大気圧に変化することを抑制することができる。このようにして、本実施形態においても、ＶＳＶ８０の切り換え時に圧力室３１ｂの圧力は緩やかに変化するため、スライダ３４がスライドする速度も従来に比してゆっくりとしたものとなり、このスライダ３４の往復動により変化する回転筒２１の回転速度もゆっくりと変化することとなる。したがって、スライダ３４やその周辺部品の耐久性が向上するとともに、羽根２６の回転数の急変による内燃機関の制御性の悪化、流路２３における冷却水の流動音の発生などを招くことを抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記第１の実施形態及び第２の実施形態では、圧力室３１ｂに固定される圧力管６１，７６に圧力抑制手段としての絞り部を設けるようにしていたが、圧力管６１，７６に絞り部を設ける代わりに、圧力通路において圧力室３１ｂに対して着脱可能な連結通路に絞り部を設けるようにしてもよい。

具体的には、例えば、第１の連結管５８に通路断面積が所定の大きさよりも小さい絞り部を設けるようにしてもよい。この場合、第１の連結管５８が圧力管６１，７６から取り外された状態を検知することは困難となるが、第１の連結管５８がＶＳＶ５５から外れたり、第２の連結管５９がＶＳＶ５５や接続管５７ａから外れたりすることは、この離脱した部位から吸気通路５７に離脱状態が検知可能な程度の量の空気が流入するために検知することができる。したがって、例えば、通常のメンテナンスにおいて、第１の連結管５８を圧力管６１，７６から取り外さないといった場合には有効である。また、例えば第２の連結管５９に通路断面積が所定の大きさより小さい絞り部を設けると、第２の連結管５９が接続管５７ａから外れている状態は、この接続管５７ａから吸気通路５７に離脱状態が検知可能な程度の量の空気が流入することから検知することができる。そして、このような場合にも、圧力室３１ｂの圧力が急激に変化することを抑制することができる。

・上記各実施形態では、離脱検知手段を吸気通路５７とエアフロメータ６０と空燃比センサと電子制御装置９０とで構成するようにしたが、離脱検知手段の構成やこの離脱検知手段と圧力通路との接続位置は特に限定されない。例えば、上記の構成とは異なる態様で流動状態の変化によって連結通路の離脱が検知可能な離脱検知手段を、第２の連結管５９の途中に設けるようにしても、第１の連結管５８が離脱した場合や第２の連結管５９がＶＳＶ５５，８０から離脱した場合には、第２の連結管５９の流動状態が変化することから、このような離脱は検知することができる。

・上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。具体的には、例えば、第１の実施形態と第３の実施形態を組み合わせて、図４に示したＶＳＶ８０を用いて、圧力室３１ｂが大気導入部５４とが連通する状態と、圧力室３１ｂが吸気通路５７と連通する状態とを段階的に切り換え可能とするとともに、図１に示したように、圧力通路７２の圧力管６１にオリフィス７１を設けるようにしてもよい。また、同様に第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態においては、負圧空間として吸気通路５７を用いたが、吸気通路５７に代わり、内燃機関の運転中に負圧が発生するバキュームポンプやブレーキブースタの負圧室などを負圧空間としてもよい。さらに、圧力室３１ｂに連通される２つの空間の圧力は、大気圧と負圧とに限定されず、互いに異なる２つの圧力であればよい。

・上記ウォータポンプ１０の具体的な構成は上記各実施形態に示した態様に特に限定されない。例えば、スライダ３４にマグネット３５を設け、回転筒２１に誘導リング２７を設けるようにしたが、これは回転筒２１にマグネットを設け、スライダ３４に誘導リング２７を設けるようにすることもできる。つまり、スライダ３４と回転筒２１との間に磁力が発生するように構成すればよい。また、回転筒２１へとトルクを伝達するために磁力以外にも、例えば摩擦クラッチを利用する等、スライダと回転筒との係合度合いを変化させることで回転筒２１へ伝達される構成を採用することもできる。

・上記各実施形態では、圧力室３１ｂの圧力変化によりスライダ３４が往復動して、回転筒２１の回転を変更可能とした。すなわち、スライダ３４によって被駆動部である回転筒２１を駆動するようにした。しかしながら、動作手段は圧力室３１ｂの圧力変化に基づいてこのような被駆動部を駆動させるものではなく、例えば被制御部を制御するようなものであってもよい。すなわち、圧力室の圧力変化を検知するセンサを設けるなどして、切換手段の切換によって圧力室の圧力が変化したことを検知すると、この圧力が変化したことを示す信号を他の被制御部に出力するようなものであってもよい。

・上記各実施形態では、スライダ３４により、内燃機関の駆動力を回転筒２１に伝達すうようにしていたが、このようなスライダの先端に被駆動部を取り付けるなどして、スライダにより単に被駆動部を往復動させるといった態様で、同被駆動部を駆動するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る圧力動作機構が採用されたウォータポンプを示す模式図。 同ウォータポンプの回転筒の羽根の回転数制御を示すタイムチャートであり、（ａ）がバキュームスイッチングバルブの制御信号、（ｂ）が圧力室の圧力、（ｃ）がウォータポンプの回転筒の回転数を示している。 本発明の第２実施形態に係る圧力動作機構が採用されたウォータポンプを示す模式図。 本発明の第３実施形態に係る圧力動作機構が採用されたウォータポンプにおいて、圧力通路及びバキュームスイッチングバルブの弁位置の状態を示す模式図であり、（ａ）が圧力室を大気導入部と連通させる状態、（ｂ）が圧力室を大気導入部及び吸気通路の双方と連通させる状態、（ｃ）が圧力室を吸気通路と連通させる状態を示す。 従来の圧力動作機構が採用されたウォータポンプにおいて冷却水の流量が相対的に増加した状態を示す模式図。 従来の圧力動作機構が採用されたウォータポンプにおいて冷却水の流量が相対的に減少した状態を示す模式図。

符号の説明

１０，１１，１００…ウォータポンプ、２０…循環系、２１…回転筒、２２…シリンダブロック、２３…流路、２４ａ，２４ｂ…軸受、２５…支持軸、２６…羽根、２７…誘導リング、３０…駆動系、３１…ハウジング、３１ａ…大気室、３１ｂ…圧力室、３２…プーリ、３３…ベルト、３４…スライダ、３５…マグネット、３６…スプリング、３７…シール部材、４０…隔壁、４１，６１，７６…圧力管、４２…ベアリング、４３…シール部、５２…圧力導入管、５４…大気導入部、５５，８０…バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）、５７…吸気通路、５７ａ…接続管、５８…第１の連結管、５９…第２の連結管、６０…エアフロメータ、６２…スロットルバルブ、７０，７２，７５，７７…圧力通路、７１…オリフィス、７１ａ…開口、７３…管本体部、７４…管連結部、８１…バルブ本体、８３…軸、９０…電子制御装置。

Claims (7)

1. 圧力室と、該圧力室の圧力変化に基づいて被駆動部の駆動又は被制御部の制御を行う動作手段と、前記圧力室に一端が接続される一方、他端が分岐して第１の圧力空間と該第１の圧力空間よりも圧力の低い第２の圧力空間とにそれぞれ接続されるとともに、少なくとも一部が前記圧力室に対して着脱可能な連結通路で構成される圧力通路と、前記圧力通路に設けられて前記圧力室の圧力変化を生じさせるべく同圧力室と前記各圧力空間との連通状態を切り換える切換手段と、前記圧力通路に接続して前記連結通路の流動状態の変化に基づいて同連結通路が前記圧力室に対して離脱状態であることを検知する離脱検知手段とを備える圧力動作機構であって、
   前記圧力通路において、前記連結通路の着脱部から前記離脱検知手段の接続部までの区間の通路断面積が前記離脱検知手段による検知が可能な所定の大きさに形成され、
   前記圧力通路には、前記切換手段の切り換え時に前記圧力室の圧力が急激に変化することを抑制するための圧力伝達抑制手段が設けられている
   ことを特徴とする圧力動作機構。
2. 請求項１において、
   前記切換手段は、前記圧力室を前記第１の圧力空間と連通させる状態と、前記圧力室を前記第２の圧力空間と連通させる状態とを選択的に切り換え可能に構成され、
   前記圧力伝達抑制手段は、前記圧力通路において前記連結通路の着脱部よりも前記圧力室側に位置し、通路断面積が前記所定の大きさよりも小さく形成された絞り部により構成されている
   ことを特徴とする圧力動作機構。
3. 請求項２において、
   前記圧力通路は、前記圧力室に固定される圧力管と該圧力管に対して着脱可能な前記連結通路とを備え、
   前記絞り部は、前記圧力管に設けられる
   ことを特徴とする圧力動作機構。
4. 請求項１において、
   前記切換手段は、前記圧力室を前記第１の圧力空間と連通させる状態と、前記圧力室を前記第２の圧力空間と連通させる状態との間で段階的に切り換え可能に構成され、
   前記圧力伝達抑制手段は、前記切換手段により構成される
   ことを特徴とする圧力動作機構。
5. 請求項１〜４の何れか１項において、
   前記第１の圧力空間は大気圧空間であり、
   前記第２の圧力空間は内燃機関の運転中に負圧が発生する負圧空間である
   ことを特徴とする圧力動作機構。
6. 請求項１〜５の何れか１項において、
   前記動作手段は、ハウジングと該ハウジング内に配置されるスライダとを備え、
   前記圧力室は、前記ハウジング内において同ハウジングと前記スライダとにより区画形成され、
   前記被駆動部は、前記圧力室の圧力変化によって生じる前記スライダの往復動に基づいて駆動される
   ことを特徴とする圧力動作機構。
7. 請求項６に記載の圧力動作機構を備えるウォータポンプであって、
   前記被駆動部は、前記内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させる羽根が設けられた回転体で構成され、
   前記スライダは、前記内燃機関において発生した駆動力によって回転可能に構成され、
   前記スライダ及び前記回転体のそれぞれには、前記スライダの往復動により互いに対向する磁極部が形成される
   ことを特徴とするウォータポンプ。

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