JPH10159874A - 内燃機関におけるウォータポンプの可変駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却水温度やエンジンの回転に対応してポン
プ軸の回転数を多段的に変化させ、エンジンの暖機性の
向上、低騒音化、オーバヒートの防止と高出力化の両立
を図る。構造の簡単化、コスト低減を図る。 【解決手段】 駆動用のプーリ２９側とウォータポンプ
のポンプ軸６側とを流体継手１４で接続する。流体継手
１４内に充てんされる流体を電気粘性流体３２とする。
流体継手１４には電極２０，２１を設け、該電極２０，
２１に印加する電圧を制御して上記電気粘性流体３２の
粘度を変化させる印加電圧制御回路３５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関におけるウ
ォータポンプの可変駆動システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関（以下エンジンという）
における水冷式エンジンにおいて、エンジンのクランク
シャフトとウォータポンプの駆動軸を単にプーリとファ
ンベルトで連動して、エンジンの回転とともにウォータ
ポンプのインペラと冷却ファンを回転して、エンジンを
冷却する冷却装置がある。

【０００３】しかし、この冷却装置においては、エンジ
ン回転数とウォータポンプの駆動軸の回転数が比例関係
になり、エンジンの温度が低い場合にはファンやインペ
ラの回転数が不必要に高くなり、ファン騒音が大きいこ
とや、エンジン出力を無駄に消費するなどの問題があ
る。

【０００４】このような問題に対処するために、従来、
図４に示すようなエンジン冷却装置が例えば実公平８−
２４２３号公報に開示されている。この図４に示す従来
装置は、ウォータポンプの駆動軸１００に固着したアウ
ターカップリング部材１０１と、エンジンのクランクシ
ャフトからベルトを介して回転されるプーリ１０２に固
着したインナーカップリング１０３との間を流体継手部
１０４で連結し、上記アウターカップリング部材１０１
には磁性材からなるアマチュアプレート１０５を固着す
るとともにこれに摩擦板１０６を固着し、また、上記駆
動軸１００の軸受ハウジング１０７にはブラケット１０
８を介してソレノイド１０９を固着し、該ソレノイド１
０９と上記アマチュアプレート１０５間に上記プーリ１
０２の側壁を介在して構成されている。

【０００５】そして、冷却水温度が低い場合には、ソレ
ノイド１０９に通電せず、摩擦板１０６をプーリ１０２
の側壁から離間し、流体継手部１０４によって駆動軸１
００の回転数をプーリ１０２の回転数よりも低くして冷
却性能を低め、また、冷却水温度が高い場合には、ソレ
ノイド１０９に通電して摩擦板１０６をプーリ１０２の
側壁に接触させ、駆動軸１００の回転数をプーリ１０２
の回転数と同等にして冷却性能を高めるようにして、エ
ンジンの冷却を制御するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図４に示
す従来の技術においては、エンジンの回転数に対するウ
ォータポンプの駆動軸１００、すなわち冷却水圧送用の
インペラの回転数との関係が、図５に示すように、ソレ
ノイド１０９のオン時には比例するＡの特性で、また、
ソレノイド１０９のオフ時には流体継手部１０４内の流
体の粘性によるＢの特性で変化するのみである。

【０００７】そのため、冷却水の温度（エンジンの暖機
状態）の変化やエンジンの回転数に対応し、上記インペ
ラの回転数を多段階に任意に変化させて最適な冷却状態
にすることができない問題がある。

【０００８】更に、流体継手とは別に比較的大型のソレ
ノイドを設置する必要があり、構造が複雑で、かつ大き
な占有空間を必要とし、更に費用も嵩む問題もある。そ
こで本発明は、上記の問題を解決する内燃機関における
ウォータポンプの可変駆動システムを提供することを目
的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、駆動用のプーリ（２９）側とウォータポ
ンプのポンプ軸（６）側とを流体継手（１４）で接続
し、該流体継手（１４）内に充てんされる流体を電気粘
性流体（３２）とし、上記流体継手（１４）には電極
（２０）（２１）を設け、該電極（２０）（２１）に印
加する電圧を制御して上記電気粘性流体（３２）の粘度
を変化させる印加電圧制御回路（３５）を設けたことを
特徴とするものである。

【００１０】本発明においては、例えばエンジンの冷却
水温度が低い場合には、印加電圧制御回路（３５）によ
って電気粘性流体（３２）に印加される電圧を低くす
る。これにより、電気粘性流体（３２）の粘度が低下し
て駆動用のプーリ（２９）からポンプ軸（６）への伝達
トルクが低下し、エンジン回転数に対するポンプ軸
（６）の回転数が低下する。そのため、ポンプ軸（６）
に設けられたファン（１３）及び冷却水循環用のインペ
ラ（７）の回転数が低下し、不要な冷却を防止する。

【００１１】また、エンジンの冷却水温度が高い場合に
は、印加電圧制御回路（３５）によって電気粘性流体
（３２）に印加される電圧を高くする。これにより、電
気粘性流体（３２）の粘度が高まり、駆動用のプーリ
（２９）からポンプ軸（６）への伝達トルクが高まり、
エンジン回転数に対するポンプ軸（６）の回転数が高ま
る。そのため、ポンプ軸（６）に設けられたインペラ
（７）及びファン（１３）の回転数が高くなり冷却性能
が高まる。

【００１２】また、上記電圧は冷却水温度の変化に対応
して多段階に変化させることができるため、冷却水温度
の変化に対応してインペラ（７）及びファン（１３）の
エンジン回転数に対する回転数の特性を多段階に設定す
ることができる。

【００１３】また、エンジンの回転数に対応して上記電
圧特性を多段階に変化させることができ、エンジンの回
転数に対応して冷却性能を最適に設定し、エンジンのオ
ーバヒートの防止と高出力化を両立させることができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１乃至図３に示す実施例に基づ
いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本
発明の駆動システムの断面図で、そのボデー１の後部側
には、ガスケット２を介してカバー３が密封的に設けら
れてエンジン冷却水通路４が形成されている。

【００１５】上記ボデー１の軸芯部にはベアリング５を
介してポンプ軸６が回転可能に備えられており、その後
部が上記冷却水通路に突出し、該部に冷却水圧送用のイ
ンペラ７が固着されている。尚、上記ポンプ軸６とボデ
ー１における冷却水通路構成壁間はメカニカルシール８
で密封されている。

【００１６】上記ポンプ軸６の先部外周にはプーリシー
ト９が圧入固着され、該プーリシート９にはボルト及び
ナット１０によりファンカップリングシート１１が固着
されている。該ファンカップリングシート１１にはボル
ト及びナット１２によりファン１３が固着されている。

【００１７】上記回動不能のボデー１の先部外周には電
気絶縁材料からなる電極ベース１５が固着され、該電極
ベース１５は、その後部に大径部１５ａを、前部に小径
部１５ｂを形成している（図２参照）。

【００１８】上記電極ベース１５の大径部１５ａの外周
にはオイルシールからなるシール材１６を介してアルミ
ニウム等の導電性材料からなる外側ロータ１７が回転可
能に配置され、小径部１５ｂの外周にはオイルシールか
らなるシール材１８を介してアルミニウム等の導電性材
料からなる内側ロータ１９が回転可能に配置されてい
る。そして、上記電極ベース１５に埋設した一方の電極
２０（ブラシ）が上記外側ロータ１７の内周面に摺動可
能に接触し、他方の電極２１（ブラシ）が上記内側ロー
タ１９の内周面に摺動可能に接触している。

【００１９】上記両電極２０，２１はスプリング２２，
２３により夫々対応するロータ１７，１９へ押圧されて
いる。また、上記両電極２０，２１が突出する空間部２
４は、上記両シール材１６，１８で密封されている。

【００２０】上記内側ロータ１９の後部にはベアリング
２５の内輪２５ａが圧入固着されている。また、ベアリ
ング２５の外輪２５ｂにはフッ素樹脂等の樹脂材からな
る電気絶縁物２６を介して上記外側ロータ１７が固着さ
れている。また、外側ロータ１７には、上記電気絶縁物
２６の外脱を防止する樹脂製のリング２７が嵌着されて
いる。

【００２１】上記外側ロータ１７の外周には、フッ素樹
脂等の樹脂材からなる電気絶縁物２８を介してプーリ２
９が固着されている。また、上記内側ロータ１９の前部
内面は、フッ素樹脂等の樹脂からなる電気絶縁物３０を
介して上記ファンカップリングシート１１に固着されて
いる。

【００２２】上記外側ロータ１７には駆動側プレート１
７ａが一体に形成され、内側ロータ１９には従動側プレ
ート１９ａが一体に形成され、これらが一定の間隔をも
って交互に配置されて組み込まれている。該両プレート
１７ａ，１９ａは上記ポンプ軸６を中心とする円筒状に
形成されている。

【００２３】上記両プレート１７ａ，１９ａが配置され
た部分における外側ロータ１７と内側ロータ１９間の隙
間内には電気粘性流体３２が充てんされている。尚、上
記隙間の内外端は、両ロータ１７，１９間に介在したオ
イルシールからなるシール材３３，３４で密封され、上
記電気粘性流体３２が漏出しないように封入されてい
る。

【００２４】上記電気粘性流体３２の封入は、上記各部
品の組み付け後、図示しない充てん穴からポンプにより
上記隙間内へ圧送し、その後、上記充てん穴を封印して
行う。

【００２５】また、上記電気粘性流体３２は、これに電
圧を印加すると、その電圧の上昇に比例して粘度が高く
変化する性質を有するもので、公知の物質である。上記
外側ロータ１７、駆動側プレート１７ａ及び内側ロータ
１９、従動側プレート１９ａ及び電気粘性流体３２とで
流体継手１４を構成している。

【００２６】上記両電極２０，２１は図１に示すように
印加電圧制御回路３５に配線３６，３７により接続さ
れ、更に該印加電圧制御回路３５にはＥＣＵ３８が接続
されている。上記ＥＣＵ３８には、エンジンの冷却水温
度を検出する水温センサ３９やエンジン回転数を検出す
る回転数センサ４０からの信号が入力されるようになっ
ている。

【００２７】また、冷却水温度が所定の低温の場合に
は、水温センサ３９がその低温を検出してその信号をＥ
ＣＵへ入力し、印加電圧制御回路３５により両電極２
０，２１間に印加する電圧を所定値に低くするか無く
し、冷却水温度が上昇すると、両電極２０，２１間に印
加する電圧を漸次上昇させ、冷却水温度が約１００℃に
なると、駆動側プレート１７ａから従動側プレート１９
ａへの伝達トルクが最大になるように電気粘性流体３２
の粘度を高める電圧を印加するようになっている。

【００２８】また、エンジンが高回転の場合には、回転
数センサ４０によりその信号をＥＣＵへ入力し、印加電
圧制御回路３５により両電極２０，２１間に印加する電
圧を所定値に低くするか無くし、エンジン回転数が低下
すると、両電極２０，２１間に印加する電圧を漸次高く
するようになっている。

【００２９】次に上記実施例の作用について説明する。
図示しないエンジンのクランクシャフトが回転すると、
図示しないベルトによりプーリ２９が回転する。このプ
ーリ２９が回転すると、外側ロータ１７が一体的に回転
し、その駆動側プレート１７ａが回転する。この駆動側
プレート１７ａが回転すると、これと従動側プレート１
９ａ間に充てんされた電気粘性流体３２がせん断され、
そのときの抵抗によって従動側プレート１９ａに回転ト
ルクが伝達され、従動側プレート１９ａが追従回転す
る。

【００３０】上記従動側プレート１９ａが回転すると、
これに一体的に設けられたファンカップリングシート１
１が回転し、これに一体的に設けられたポンプ軸６が回
転する。したがって、該ポンプ軸６に固着されたインペ
ラ７が回転して冷却水が圧送循環されるとともにファン
１３も回転して外気がエンジンに送風され、エンジンの
冷却が行われる。また、その冷却性能は、そのインペラ
７による冷却水循環流量とファン１３による風量とによ
り定まる。

【００３１】次に、冷却水温度が低い場合はエンジンを
冷却する必要がないため、この場合には、水温センサ３
９からＥＣＵ３８に入力された信号に基づいて電気粘性
流体３２に印加される電圧が低電圧又は無電圧になり、
電気粘性流体３２の粘度が低下して駆動側プレート１７
ａから従動側プレート１９ａへの伝達トルクが低下し、
プーリ２９の回転数に対するポンプ軸６の回転数が低く
なるか又はポンプ軸６が回転しない。そのため、エンジ
ン回転数に対するインペラ７（及びファン１３）の回転
数が、例えば図３の特性Ｄのように傾きが小さくなるか
特性Ｃのように無回転になる。

【００３２】また、冷却水温度が上昇すると、電気粘性
流体３２への印加電圧が漸次高くなり、その電気粘性流
体３２の粘度が漸次高くなって上記伝達トルクが漸増
し、エンジン回転数に対するインペラ７（及びファン１
３）の回転数が図３の特性ＤからＨへ傾きが大きく変化
する。そして、冷却水温度が約１００℃になると特性Ｉ
のようになる。

【００３３】尚、冷却水温度による上記特性Ｃ〜Ｉは一
例であり、この特性は任意に設定するものである。次
に、車両の高速走行時においては走行風があるため上記
のインペラ７及びファン１３による冷却性能を高める必
要はない。そのため、エンジンの高回転時には、回転数
センサ４０からＥＣＵ３８に入力される信号に基づいて
電気粘性流体３２に印加される電圧が低電圧又は無電圧
になり、上記と同様に、インペラ７及びファン１３の回
転数が低くなる。

【００３４】また、エンジンの回転数が低下する程、電
気粘性流体３２に印加される電圧が漸増し、インペラ７
及びファン１３の回転数が増大して冷却性能が高まる。

【００３５】

【発明の効果】以上のようであるから、本発明によれ
ば、エンジンの冷却水温度の変化或いはエンジンの回転
数の変化に対応してポンプ軸の回転数を多段階的に所望
に変化させることができるため、例えば冷間時には、そ
の温度の変化に応じてインペラやファンの不要な回転量
を多段的に抑制して暖機性を高めるとともに低騒音、省
エネルギーを図ることができる。また、高温時には、イ
ンペラやファンの回転数をエンジン回転数と同等に高
め、冷却性能を高めることができる。

【００３６】また、車両の高速走行時において、その走
行風によりエンジンが冷却される場合には、エンジンの
回転数の増大に対応して不要なインペラやファンの回転
量を多段的に抑制し、エンジンのオーバヒートの防止と
高出力化を両立を図ることができる。

【００３７】更に、上記従来のソレノイドを使用するも
のに比べて構造が簡単で占有面積も少なくなり、かつコ
ストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図。

【図２】本発明の流体継手部付近を示す拡大断面図。

【図３】本発明における冷却水温度の変化によるエンジ
ン回転数に対するインペラの回転数の特性を示す図。

【図４】従来の構造を示す要部断面図。

【図５】従来の構造におけるエンジン回転数に対するイ
ンペラの回転数の特性を示す図。

【符号の説明】

６…ポンプ軸 １４…流体継手 ２０，２１…電極 ３２…電気粘性流
体 ３５…印加電圧制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動用のプーリ側とウォータポンプのポ
   ンプ軸側とを流体継手で接続し、該流体継手内に充てん
   される流体を電気粘性流体とし、上記流体継手には電極
   を設け、該電極に印加する電圧を制御して上記電気粘性
   流体の粘度を変化させる印加電圧制御回路を設けたこと
   を特徴とする内燃機関におけるウォータポンプの可変駆
   動システム。