JPH10121964A - 流体ポンプ装置及びこれを用いた冷却ファン駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却ファンを油圧駆動するシステムの油圧ポ
ンプロスをなくし、油圧ポンプを駆動する機関の負担を
軽減する。 【解決手段】流体ポンプにおける駆動軸１７のボス部１
７ａと機関の回転力が伝達されるプーリ１１との間に該
プーリ１１の回転トルクを粘性流体の粘性により駆動軸
１７に伝達する駆動伝達継手２０を設けて、該駆動伝達
継手２０をもつ流体ポンプ装置を構成し、該駆動伝達継
手２０によって流体ポンプ装置が吸上げるオイル量を制
限して、機関の冷却に必要な吐出流量に抑えつつ機関を
冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動源の中高回転
域において吸上げ流量を制限できる油圧ポンプ等の流体
ポンプ装置に関し、特に自動車のラジエータ冷却ファン
を流体回路を用いて駆動するシステムに適するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関で作動する動力装置
では、内燃機関と、該内燃機関によって駆動される油圧
ポンプを有した油圧回路とを組合わせ、該油圧回路に内
燃機関と関連した動作を行わせる場合がある。例えば、
自動車の冷却ファン駆動システムでは、エンジンで駆動
される油圧ポンプからのオイルで油圧モータを作動さ
せ、ラジエータ冷却ファンを駆動しエンジンを冷却する
油圧方式ファン駆動システムが従来より採用されてい
る。

【０００３】この油圧ポンプをエンジンで駆動し油圧モ
ータを介してラジエータ冷却ファンを駆動するだけの構
成では、油圧ポンプはその理論容量とエンジン回転数と
の積で決る流量を吐出し、油圧モータへの吐出流量、す
なわちラジエータへの風量を定める冷却ファンの駆動ト
ルクはエンジンの回転数増加に比例して急勾配に上昇し
てしまう。そこで油圧方式のファン駆動は、エンジンの
状態に応じて冷却に必要な吐出流量、或は吐出圧力を制
御し、エンジンの回転数に対する吐出流量（圧力）上昇
勾配を調節する必要がある。

【０００４】上記吐出流量（圧力）の勾配制御ができる
自動車用冷却ファンの駆動システムとして、例えば特開
平２−２７５０１２号公報に記載された構成を基に簡素
化したものを図６に示す。図６の構成は、冷却ファン７
を油圧モータ６によって駆動する油圧回路１８を設け、
該油圧回路１８の油圧ポンプ４をエンジン１のクランク
プーリ２、ポンププーリ３を介して駆動するシステムに
おいて、油圧ポンプ４からのオイルを油圧モータ６に導
く管路１７に制御弁、具体的には油圧ポンプ４の吐出口
にソレノイドバルブ５を設けるとともに、このソレノイ
ドバルブ５への通電電流を水温センサ１３及びエンジン
回転数センサ１４が感知した信号によって制御する制御
装置１２を設けている。

【０００５】この自動車用冷却ファンの駆動システムに
おいては、エンジン回転数が中高回転域であって、エン
ジン温度がある温度範囲のときは、エンジン回転数に応
じて制御装置１２がソレノイドバルブ５に供給する電流
を制御し、油圧ポンプ４が吸上げたオイルの一部を戻し
管１６に流し、該オイルの一部を戻し管１６と油圧ポン
プ４間で循環させる。この戻し管１６に流す流量をエン
ジン回転数の増加に対応させることにより、エンジン回
転数に対する吐出流量（圧力）勾配を小さくし、エンジ
ンを適正に冷却しようとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述した油圧ポ
ンプ（以下、流体ポンプという）をエンジンで駆動する
冷却ファン駆動システムでは、エンジンの回転数及び冷
却水温等に応じて流体ポンプの吐出流量、吐出圧力を制
御しているため、余剰分の流体がポンプ内で循環してお
り、この分の駆動馬力がエンジンに負荷し、エンジンの
高出力化を阻害している。この余剰分の流量（圧力）に
は、制御弁によってオイルをポンプ内に循環させる分
と、制御弁によっては制限できないエンジン回転数増加
によって増加する流量（圧力）増加分からなり、これら
をエンジンの回転によって無駄に循環及び吐出させてい
ることになる。

【０００７】また、上記システムにおいては、流体ポン
プの吐出流量（圧力）勾配を調整するため、制御弁や各
種センサ類及び制御装置を必要とし、構成が複雑でコス
トがかかる等の欠点がある。本発明は、制御弁とその制
御装置等の複雑な構成によることなく、簡単な構成で油
圧ポンプの吐出流量（圧力）勾配を調整し得る流体ポン
プ装置及びこれを用いた冷却ファン駆動装置を提供する
ことを、解決すべき課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべくこ
の出願の発明者は種々検討を重ね、ポンプ駆動軸のボス
部とプーリ部との間に該プーリ部の回転トルクを粘性流
体の粘性により駆動軸に伝達する駆動伝達継手を設けた
流体ポンプ装置を用いることにより、問題を解決できる
ことを確認した。

【０００９】すなわち、請求項１の発明で採用した技術
的手段は、駆動軸のボス部とプーリ部との間に流体の粘
性によって駆動伝達継手を介在させたものである。この
駆動伝達継手は、プーリ部に加えられる回転数が低いと
きは、狭い空間に粘性流体を挟む駆動軸側壁とプーリ側
壁とに粘性流体の表面摩擦を生じ、プーリ部に加えられ
る回転トルクを駆動軸に伝達する。従って、ポンプ部は
プーリ部の回転数に応じたポンプ動作を行う。プーリ部
の回転数が高くなると、プーリ側壁と粘性流体との間に
すべりが発生して、プーリ部の回転トルクは僅かしか粘
性流体に伝達されなくなる。従って駆動軸はプーリ部の
回転数の増加にかかわらず、プーリ部にすべりが発生す
る寸前の時の回転数の回転を粘性流体より伝達され、ポ
ンプ部は一定流量の流体を吸上げ続ける。よって、吐出
流量（圧力）も一定となり、本流体ポンプ装置を駆動す
るための機関への負荷が軽減される。

【００１０】なお、プーリ側壁と粘性流体との間にすべ
りが発生するときの回転数（図３のＮ）は、粘性係数の
選択によって設定することができる。請求項２の発明
は、上記駆動伝達継手を有する流体ポンプ装置を、内燃
機関の冷却を行う作動流体回路に用いたものであり、こ
れにより、内燃機関の低回転域では同回転域の回転数に
応じて流体ポンプ装置の駆動軸を回転させ、内燃機関の
回転数に応じて吐出流量（圧力）が可変され、冷却能力
を増減させることができる。内燃機関の回転数が中高回
転域になると、駆動伝達継手によって流体ポンプ装置の
駆動軸が一定回転数に保持され、作動流体の吸込量が一
定量に制限されるため、吐出流量（圧力）も一定とな
る。この吐出流量（圧力）は、内燃機関の中高回転域に
おける機関冷却に必要な冷却能力を与えるものであり、
内燃機関を適正に冷却することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の具体的な一実施形態を示
す図１及び図２によって本流体ポンプ装置を更に説明す
る。図１において、１１はプーリであり、図示しない機
関のクランク軸プーリとベルト等の動力伝達手段によっ
て連結されている。１２はポンプハウジングであり、該
ポンプハウジング１２には、中間筒体１３と蓋体１４
が、中間筒体１３内周にインナーギヤ２６とアウターギ
ヤ２７とからなるギヤセットを収容する密閉空間を形成
するように設けられる。これら中間筒体１３と蓋体１４
には、インナーギヤ２６の中心を貫通する駆動軸１７が
装着される。駆動軸１７は、その一端の駆動軸ボス部１
７ａが上記プーリ１１とボルト１８,１８によって一体
化されたプーリシート１９に支持され、その他端が上記
ポンプハウジング１２に支持される。

【００１２】しかして、プーリシート１９と駆動軸ボス
部１７ａとの間には、粘性流体による駆動伝達継手２０
が同軸状に配設される。この駆動伝達継手２０は、図２
に示すように、プーリシート１９の内周通孔部に形成さ
れた複数のインナー円周室１９ａと、駆動軸ボス部１７
ａの外周に形成されたアウター円周羽根２２とを嵌合し
て、該インナー円周室１９ａの壁面とアウター円周羽根
２２との間に狭い間隙２１,２１…を形成し、該間隙２
１,２１…にシリコンオイル等の粘性流体を充填したも
のである。この粘性流体が充填された間隙２１，２１…
は、その両端がプーリシート側にオイルシール２３ａを
駆動軸側にオイルシール２３ｂを挟むシール板２４,２
４によってそれぞれ密閉されている。各オイルシール２
３ａ,２３ｂ及びシール板２４は、駆動軸１７の一端に
締着されたナット２５と駆動軸１７の各段部との間に狭
圧される。

【００１３】一方、ポンプ部は、駆動軸中間部分に軸着
されたインナーギヤ２６と、中間筒体１３に嵌合された
アウターギヤ２７を主体に構成され、インナーギヤ２６
とアウターギヤ２７とによって、オイルの吸入・吐出を
行っている。オイルとしては例えば機関の潤滑オイルが
作動流体として吸込まれ、吐出通路は機関と関連した油
圧制御動作を行う油圧回路に吐出される。

【００１４】このような駆動伝達継手２０をもつ流体ポ
ンプ装置は、駆動軸１７のトルク特性が図３（Ａ）の実
線に示すようになる。すなわち、プーリ１１の回転数が
ある値Ｎ近傍以下の低回転域では、インナー円周室１９
ａの壁面と粘性流体との表面摩擦及びアウター円周羽根
２２と粘性流体との表面摩擦によって、プーリ１１の回
転トルクが駆動軸１７に伝達され、継手なしの場合の点
線にて示す一様な勾配特性と一致する。しかし、プーリ
１１の回転数がＮ近傍以上の中高回転域となると、イン
ナ円周室１９ａの壁面と粘性流体との間にすべりを生じ
て、プーリ１１の回転トルクが駆動軸１７にほとんど伝
達されなくなり、駆動軸１７はＮ付近の回転数の一定ト
ルク（継手動作点）で回転する状態となる。従って、こ
の継手動作点のトルク特性と継手なしの場合の点線勾配
特性との差のトルク低減量が得られ、プーリ１１をＮ付
近の回転数以上に駆動している機関の仕事に無駄をなく
すことができる。このトルク特性により駆動軸１７の回
転数も図３（Ｂ）に示すようにほぼ一定となり、吸入通
路から吸込まれるオイル量が一定に制限されて、吐出す
るオイル量がそのまま油圧回路へ流れ、該油圧回路は効
率的な油圧制御動作を行うことができる。

【００１５】上記機関に関連した油圧制御動作の一例と
して、油圧によってラジエータ冷却ファンを駆動する自
動車用ファン駆動システムに適用した実施形態を図４に
示す。同図に示すように、ファン駆動用の油圧回路１８
には、油圧発生源として本発明の流体ポンプ装置３２が
配設されるだけの簡単な構成となる。流体ポンプ装置３
２はエンジン１のクランクプーリ２、ポンププーリ３
（図１のプーリ１１に相当）を介して駆動される。

【００１６】図５に示すように、本発明の流体ポンプ装
置３２を用いたファン駆動システムは、エンジン１が低
回転域の間は、吐出流量（圧力）が継手なしの場合の点
線にて示す一様な勾配特性と一致するが、中回転域及び
高回転域では、駆動伝達継手２０によって流体ポンプ装
置３２の吸上げ流量が一定に制限されるので、吐出流量
（圧力）が一定となる。この特性は図５の特性Ｂで表さ
れる。このときの吐出流量（圧力）は、中回転域及び高
回転域におけるエンジン１の冷却に必要な吐出流量（圧
力）であり、油圧モータ６を介したファン７の回転トル
クがエンジン１の回転動力から無駄なく供給されること
になる。

【００１７】これに対し制御弁で流量（圧力）の制御を
行うシステムは、特性Ｃに示すように、中回転域及び高
回転域において必要な吐出流量に落すために、制御弁に
よってオイルをポンプ内に循環させるポンプ内ロスと、
制御弁によっては制御できないエンジン回転数増加によ
る流量（圧力）増加分ロスとを、エンジンが負担してい
た。

【００１８】こうして本発明の冷却ファン駆動装置は、
エンジンの高出力化に寄与するが、本発明の流体ポンプ
装置の形式は、実施形態で説明したトロコイド式ポンプ
に限定するものではない。なお、本流体ポンプ装置の変
形態様として、駆動軸側のアウタ円周羽根２２の表面に
粘性流体との表面摩擦を強化する摩擦材３３（図２）を
形成し、プーリ回転数が増加したときに粘性流体の回転
が駆動軸に確実に伝達されるようにすることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、駆動
軸のボス部とプーリ部との間に該プーリ部の回転力を流
体の粘性により駆動軸に伝達する駆動伝達継手によっ
て、機関の中高回転域において吸込流量を制限するの
で、ポンプ内を流体が循環せず、機関に無駄に仕事をさ
せることがなくなる。

【００２０】特に、本発明の流体ポンプ装置をエンジン
冷却ファン駆動システムの油圧回路に用いることによ
り、制御弁や各種センサを具備した複雑な構成を採るこ
となく、エンジンの負担を軽減し、高出力化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る流体ポンプ装置を
示す断面図である。

【図２】 図１のＡ部分を拡大したものであって、本発
明の最も特徴とする駆動伝達継手の構成を示す説明図で
ある。

【図３】 上記実施形態の流体ポンプ装置の動作を示
し、（Ａ）は横軸をプーリ回転数、縦軸を駆動軸トルク
としたトルク特性（実線）図、（Ｂ）横軸をプーリ回転
数、縦軸を駆動軸回転数としたは回転特性図である。

【図４】 上記流体ポンプ装置を自動車用冷却ファン駆
動システムの油圧回路に用いた実施形態を示す構成図で
ある。

【図５】 上記自動車用冷却ファン駆動システムに用い
た流体ポンプ装置の吐出流量（圧力）特性図であって、
縦軸は吐出流量、横軸はエンジン回転数である。

【図６】 エンジンの回転数に対する吐出流量（圧力）
上昇勾配を調節する従来の自動車用冷却ファン駆動シス
テムを示す構成図である。

【符号の説明】

２はエンジンクランクプーリ、４は油圧ポンプ、７は冷
却ファン、１１はプーリ、１２はポンプハウジング、１
３は中間筒体、１４は蓋体、１７は駆動軸、１７ａは駆
動軸ボス部、１９はプーリシート、２０は駆動伝達継
手、２６はインナーギヤ、２７はアウターギヤ、３２は
流体ポンプ装置であり、図４と図６において、共通の要
素には同一の符号を付す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸の回転によってポンプ部を作動さ
   せる流体ポンプにおいて、該駆動軸のボス部とプーリ部
   との間に該プーリ部の回転トルクを粘性流体の粘性によ
   り該駆動軸に伝達する駆動伝達継手を設けたことを特徴
   とする流体ポンプ装置。
2. 【請求項２】 エンジンクランクプーリの回転力が動力
   伝達手段を介して前記プーリ部に伝達される前記流体ポ
   ンプ装置と、ラジエータ冷却ファンを駆動する流体モー
   タと、該流体モータと該流体ポンプ装置とを接続し該流
   体ポンプ装置からの作動流体の吐出圧及び流量により該
   流体モータを作動させて該ラジエータ冷却ファンを駆動
   する作動流体回路とを具備したことを特徴とする冷却フ
   ァン駆動装置。