JP2009293578A - 可変容量流体ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 流体の流れに出来るだけ抵抗を与えない可変容量流体ポンプを提供すること。
【解決手段】 可動部材の移動により有効羽根高さを変更する可変容量流体ポンプにおいて、駆動軸内に、可動部材を回転軸方向の一方側に付勢する付勢部材を設け、この付勢部材に抗して可動部材を回転軸方向に移動させる制御部材を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却システム等に用いられる可変容量流体ポンプの技術分野に属する。

近年、エンジン始動直後に冷却水の供給を出来るだけ少なくし、暖気を促進させて潤滑オイルの粘度を低下させ、これにより燃費を向上させると共に、触媒温度を高めて排ガスの排出を抑制するといった要求がある。このような要求を満足するために特許文献１に示すような可変容量ウォーターポンプが考えられる。

特許文献１に示した可変容量ウォーターポンプは、冷却水を排出する機能を有するインペラに対して軸方向に移動可能な可動円板を設け、回転数の上昇に伴う冷却水の圧力変化により有効羽根高さを移動させることで吐出流量を可変としている。
特開平２−２３８１９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、可動円板がコイルスプリングの付勢力に抗して移動するようになっており、このコイルスプリングが冷却水の流通経路の途中に設けられているため、コイルスプリング付近を通過する冷却水の抵抗となってしまうという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、流体の流れに出来るだけ抵抗を与えない可変容量流体ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、可動部材の移動により有効羽根高さを変更する可変容量流体ポンプにおいて、駆動軸内に、可動部材を回転軸方向の一方側に付勢する付勢部材を設け、この付勢部材に抗して可動部材を回転軸方向に移動させる制御部材を備えたことを特徴とする。

流体の流通経路にコイルスプリング等の付勢部材が配置されないため、流体の抵抗をできるだけ少なくできる。

以下、本発明の最良の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は実施例１のウォーターポンプの断面図、図２はウォーターポンプの分解斜視図である。実施例１のウォーターポンプWPは、エンジンブロックEBの外側に開口したウォーターポンプ取付口EB1にボルトにより取り付けられている。ウォーターポンプ取付口EB1は、エンジンブロックEB内に形成された冷却水の吸入口IN（吸入部）と吐出口OUT（吐出部）の間に形成されている。

ウォーターポンプWPは、ハウジング１と、プーリ４と、インペラ６と、可動部材７と、駆動軸６ａと、制御部材１０を有する。このウォーターポンプWPは、駆動軸６ａの回転により流体に遠心力を作用させ、回転中心部から外周側に流体を吐出するいわゆる遠心ポンプである。

ハウジング１は、ウォーターポンプ取付口EB1の内周に挿入されるハウジング円筒部１ａを有する。ハウジング円筒部１ａの外周には、ウォーターポンプ取付口EB1との間を液密とするシール部材1a1が備えられている。また、ハウジング１は、組み付け時において軸方向エンジンブロックEB外側となる位置に、ハウジング円筒部１ａの直径と略同じ一辺を有する正方形のフランジ部１ｂを有する。ハウジング円筒部１ａよりも外周のフランジ部１ｂの四隅には、エンジンブロックEBに対してハウジング１を図外のボルトで固定するためのボルト穴１ｃが貫通形成されている（図２参照）。

ハウジング円筒部１ａの軸方向エンジンブロックEB外側には、中空の支持用円筒部１ｄが延在されている。この支持用円筒部１ｄは、ハウジング円筒部１ａの外周よりも小径とされている。支持用円筒部１ｄの外周には軸受２が設けられている。軸受２は、支持用円筒部１ｄの外周に形成された段部1d1とスナップリング２ａにより軸方向の移動が固定されている。支持用円筒部１ｄの外周には、軸受２を介してプーリ４が回転可能に支持されている。このプーリ４の小径円筒部４ａの外周に、エンジンのクランクシャフト等との間で回転駆動力を伝達する駆動ベルトが掛け渡される。

プーリ４は、小径円筒部４ａの端部において拡径されたフランジ部４ｂを有する。このフランジ部４ｂには、プーリ４に伝達された回転駆動力を駆動軸６ａに伝達する円盤状のプレート部材４ｃが、複数のボルト４ｄにより固定されている。プレート部材４ｃの中心には、円筒状の連結部4c1が形成されている。連結部4c1の内周4c2内には、後述する駆動軸６ａの連結端部6a1が挿入され、駆動軸６ａとプレート部材４ｃとがボルト４ｅによって連結される。この連結部4c1は、支持用円筒部１ｄと軸方向位置において重なる位置まで延在されている。

駆動軸６ａの吸入口INと反対側の端部には、プレート部材４ｃの連結部4c1との間でボルト４ｅにより連結される連結端部6a1が形成されている。また、連結端部6a1の軸心には連通孔6a11が形成されている。一方、駆動軸６ａの吸入口IN側には、制御部材１０を固定するための固定部６ｅが形成されている。固定部６ｅは、円周方向の３箇所において部分的に延在された櫛形状とされ、制御部材１０と冷却水との接触面積を確保している。この固定部６ｅには、制御部材１０を固定するイモネジの雌ねじとなる固定穴6e1が複数形成されている。これは、制御部材１０の初期位置（すなわちコイルスプリング９のスプリングセット荷重）を調整するものであり、実施例１では、軸方向に３つ形成されている。

ここで、固定部６ｅ及び制御部材１０は、冷却水の流通する流路（吸入口IN）に面して配置されると共に、ポンプ駆動時には回転する部分であるため、表面形状は極力滑らかなことが好ましい。そこで、固定部６ｅに制御部材１０を固定するにあたり、頭のないイモネジを採用することで、流路抵抗の低減を図っている。

駆動軸６ａは、ハウジング１の内周においてベアリング３により回転可能に支持されている。また、ベアリング３よりも吸入口IN側であって駆動軸６ａとハウジング１の内周との間には、メカニカルシール５が取り付けられている。これにより、駆動軸６ａの吸入口IN側とエンジンブロックEB外側とを液密に画成する。

駆動軸６ａと固定部６ｅとの間には円板形状の円板部６ｂが形成されている。この円板部６ｂの吸入口IN側の側面には、回転軸方向に延出する羽根６ｃが複数形成されている。この円板部６ｂと羽根６ｃにより、駆動軸６ａに固定され回転軸方向に延出する複数の羽根６ｃを備えたインペラ６を構成する。また、円板部６ｂには、複数の調圧孔６ｄが同一円周上に形成されている（第２の貫通部に相当）。尚、実施例１では、駆動軸６ａとインペラ６とは一体成形されているが、これらを別体とし嵌合固定するようにしてもよい。

インペラ６の吸入口IN側には、可動部材７が取り付けられている。この可動部材７は、羽根６ｃを吸入口IN側から覆う有底円筒状部材である。可動部材７は、円板部６ｂの羽根６ｃ形成面側と対向する底壁部７ａと、該底壁部７ａの外周にインペラ６の外周側を包囲する側壁部７ｂと、回転軸中心に設けられ駆動軸６ａ内に挿入される突出部７ｃを有する。

図３（ａ）は可動部材７の軸方向正面図、図３（ｂ）は可動部材７の羽根６ｃにおける部分断面図である。底壁部７ａは、羽根６ｃの先端形状に沿って略テーパー形状とされている。底壁部７ａには、固定部６ｅが挿通する挿通部７ｇと、羽根６ｃが挿通する溝である溝７ｆが形成されている（図２，３参照）。固定部６ｅと挿通部７ｇとは、軸方向に相対移動可能で、かつ、回転方向の力のみを伝達するように構成されている。また、同様に、羽根６ｃと溝７ｆとは、軸方向に相対移動可能で、かつ、回転方向の力のみを伝達するように構成されている。これにより、インペラ６と可動部材７とを回転方向において一体に駆動する。

また、溝７ｆと羽根６ｃとの間には微少隙間が形成されている。底壁部７ａには、同一円周上に複数個の調圧孔７ｅが形成されている（第１の貫通部に相当）。円板部６ｂと底壁部７ａと側壁部７ｂにより閉塞された空間により圧力室１３が形成されている。

突出部７ｃには、吸入口IN側からエンジンブロックEB外側に向かって凹部7c1が形成され、該凹部7c1内には制御部材１０の一部が収装されている。この凹部7c1の内周には、制御部材１０の揺動を規制する保持ガイド７ｄが内周側に突出形成されている。言い換えると、保持ガイド７ｄによって制御部材１０の外周と凹部7c1との間に空間（溝）を確保している。これにより、凹部7c1と吸入口IN側とを常時連通することが可能となり、可動部材７の作動に伴う凹部7c1内の圧抜きを確保する。

突出部７ｃの端部は、吸入口IN側から収容室８内に所定長さ以上が常時挿入されている。この突出部７ｃの端部外周には、収容室８の内周面6a2との間において所定の弾性力を持って摺動接触するシール部材１１が設けられている。シール部材１１の摺動接触、もしくは微少な冷却水の流通を許容することにより、可動部材７の軸方向における振動的な動きを抑制するダンパ機能を発揮する。

駆動軸６ａ内には、収容室８が形成されている（中空の駆動軸に相当）。収容室８内には、付勢部材としてのコイルスプリング９と、該コイルスプリング９の内周において軸方向に延出されたスプリングガイド１２が収装されている。回転駆動による遠心力の作用によってコイルスプリング９が拡径したとしても、収容室８の内壁6a2と当接することでコイルスプリング９が拡径することを抑制し、コイルスプリング９の特性の安定化を図る。

コイルスプリング９のエンジンブロック外側端部は、スプリングガイド１２によって保持され、一方、コイルスプリング９の吸入口IN側の端部は、挿入された突出部７ｃの底面と当接している。これにより、可動部材７を吸入口IN側へ、言い換えると、ウォーターポンプWPの吐出量が減少する方向に付勢している。

スプリングガイド１２には、収容室８内とエンジンブロックEB外側とを連通するオリフィス穴12aが形成されている。このオリフィス穴12aは連通孔6a11と接続されている。可動部材７が軸方向に移動し、この移動に伴って突出部７ｃが軸方向に移動するとき、収容室８内の空気の排出量や吸入量を、オリフィス穴12aによって調節する。これにより、可動部材７の作動に対するダンパ機能を発揮する。

制御部材１０は、熱伝導率の高い材料（例えば銅合金やアルミニウム合金）によって形成された熱伝達ハウジングを有する。熱伝達ハウジングは、固定部６ｅの先端に固定され、サーモワックスを収容する先端部10aと、先端部10aからエンジンブロック外側に延在された小径のシリンダ部10bとを有する。該シリンダ部10ｂ内には、可動部材７を押圧するピストンピン10ｃが挿入されている。尚、サーモワックスとは、温度に感応して体積が変化する液状もしくはジェル状の材料である。

冷却水の温度が高いときは、冷却水の熱が、熱伝達ハウジングを介して収容室内のサーモワックスに熱伝達される。この熱伝達により、サーモワックスの体積膨張が生じ、ピストンピン10ｃをコイルスプリング９の付勢力に抗して押し出す。一方、温度が低下すると、サーモワックスの熱が、熱伝達ハウジングを介して冷却水に放出される。この熱放出により、サーモワックスの体積収縮が生じ、ピストンピン10ｃを押し出す力が減少すると共にコイルスプリング９によって押し戻される。

次に、上記構成に基づくウォーターポンプの駆動作用について説明する。プーリ４に回転駆動力が伝達されると、この回転駆動力は、プレート部材４ｃ及び駆動軸６ａを介してインペラ６及び可動部材７を回転駆動する。基本的に、この回転駆動力はエンジンの駆動状態によって決定される。羽根６ｃは回転軸近傍の冷却水を外周側に押し出す。

圧力室１３内の冷却水は、インペラ６及び可動部材７の回転に伴う遠心力によって、溝７ｆと羽根６ｃとの間の微少隙間を通じて吐出口OUTに排出される。一方、吸入口IN側から供給される冷却水は、調圧孔６ｄ及び調圧孔７ｅを通じて圧力室１３内に導入される。

圧力室１３と可動部材７の吸入口IN側とに圧力差が生じると、可動部材７は回転軸方向への推力を受ける。具体的には、圧力室１３より排出される冷却水の流量が、調圧孔６ｄ，７ｅから流入する流量より小さいときは、吸入口IN側の圧力が圧力室１３内の圧力よりも小さくなり、可動部材７に吸入口IN側に推力が発生する。一方、圧力室１３より排出される冷却水の流量が、調圧孔６ｄ，７ｅから流入する流量より大きければ、圧力室１３内の圧力が吸入口IN側よりも小さくなり、可動部材７にはエンジンブロック外側の向きに推力が発生する。

調圧孔６ｄ，７ｅの形状，コイルスプリング９の付勢力，制御部材１０の温度特性を適宜調節することにより、可動部材７が受ける推力を制御し、可動部材７の回転軸方向の位置を定める。このように、インペラ６の羽根部６ｃが可動部材７から出没する高さを可変とすることで流量を変化させ、可変容量ポンプとして機能させる。

次に、実施例１のウォーターポンプの作動特性について説明する。図４はエンジン回転数に対する吐出流量の関係を表す特性図である。横軸はエンジン回転数、縦軸はウォーターポンプWPの吐出流量を表す。以下、羽根６ｃが可動部材７の吸入口IN側に露出したときの羽根６ｃの軸方向長さを「羽根高さ」と記載する。

図４の線Aは、可動部材７が最も軸方向エンジンブロックEB外側に移動し、羽根６ｃが最も可動部材７の吸入口IN側に露出した状態（以下、羽根高さMax）を維持した場合における特性を示す。図４の線Bは、可動部材７が最も軸方向吸入口IN側に移動し、羽根６ｃの可動部材７の吸入口IN側に全く露出していない状態（以下、羽根高さMin）を維持した場合における特性を示す。羽根高さが高いほど、エンジン回転数に対する吐出流量が大きくなり、羽根高さが低いほど、エンジン回転数に対する吐出流量が小さくなる。

図４の線Aに示す特性は、図８の断面図に示す可動部材７の位置により達成される特性であり、図４の線Bに示す特性は、図１の断面図に示す可動部材７の位置により達成される特性であり、図４の線Aと線Bの間の領域Cの略中間に示す特性は、図７の断面図に示す可動部材７の位置により達成される特性である。

図５は水温とピストンピンに作用する力との関係を表す特性図である。横軸はエンジン内を流通する冷却水の水温、縦軸はサーモワックスによりピストンピン10ｃに作用する力を表す。水温が高くなるほど、サーモワックスが膨張し、ピストンピン10ｃに作用する力が増大する。

今、水温が低いときは、エンジンの暖気を促進するために吐出流量を小さくする必要があり、一方、水温が高いときは、エンジンの冷却を促進するために吐出流量を大きくする必要がある。同時に、吐出流量はポンプ負荷と密接な関連があり、ポンプ負荷を軽減すると、燃費の改善に繋がる。

よって、制御部材１０により冷却水の温度に応じて可動部材７の軸方向位置を自動的に制御し、冷却水の水温に応じて図４の線Aと線Bの間に挟まれた領域C内において適宜最適な特性を選択可能としている。

更に、制御部材１０とは独立して、調圧孔６ｄ，７ｅの位置・大きさ・付勢部材の調整により、所望の特性を設定してもよい。図６は所定エンジン回転数以上で、圧力室１３内の圧力を急速に低下させる特性を示す。特性B上の点Eに相当するエンジン回転数に達すると、圧力室１３より排出される冷却水の流量が、調圧孔６ｄ，７ｅから流入する流量よりも一気に小さくなるように構成する。すなわち、エンジン回転数が高いときに最低限必要な吐出流量を設定し、この特性に挟まれた領域D内において適宜最適な特性を選択可能とする。

これにより可動部材７にエンジンブロックEB外側の向きに推力を発生させ、エンジン回転数が所定回転数以上の領域では、常に羽根６ｃがある程度露出した状態、すなわち所定の羽根高さを確保する。すると、エンジン回転数が高い領域では、制御部材１０による吐出流量制御に加えて、最低限の吐出流量を確保でき、安定した冷却性能を確保できる。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果を奏する。
(1)回転力が伝達される中空の駆動軸６ａと、該駆動軸６ａに固定され、回転軸方向に延出する複数の羽根６ｃを備えたインペラ６と、駆動軸６ａの回転軸方向に移動可能に設けられ、インペラ６の外周側を包囲する側壁７ｂと、インペラ６における羽根形成面側に設けられた底壁７ａを有し、該底壁７ａにそれぞれの羽根６ｃが出没可能な複数の溝７ｆが形成された可動部材７と、インペラ６と可動部材７を内部に収容し、回転軸中心側に設けられた吸入部と、外周側に設けられた吐出部を有するポンプ室１４と、駆動軸６ａ内に設けられ、可動部材７を回転軸方向の一方側に付勢するコイルスプリング９と、コイルスプリング９に抗して可動部材７を回転軸方向に移動させる制御部材１０と、を備えた。

よって、流体の流通経路にコイルスプリング等の付勢部材が配置されないため、流体の抵抗をできるだけ少なくできる。

(2)付勢部材は、駆動軸６ａの回転軸方向に配置されたコイルスプリング９であるため、駆動軸６ａ内に容易に挿入することができる。

(3)コイルスプリング９は、駆動軸６ａが高回転となった際に駆動軸６ａの内周面6a2に接触するように構成されている。よって、コイルスプリング９のストローク時におけるガイドとして機能すると共に、遠心力の作用による拡径を抑制でき、安定したストローク特性を得ることができる。

(4)コイルスプリング９の内周には回転軸方向に延出するスプリングガイド１２が設けられている。よって、コイルスプリング９の倒れを防止することができる。

(5)駆動軸６ａにおけるコイルスプリング９が収容される収容室８には、一端開口側から可動部材７の一部が挿入されるように構成され、可動部材７が移動した際にダンパ作用を行う。これにより、可動部材７の振動等を抑制することができる。

(6)収容室８と、一端開口側から挿入される可動部材７の一部との間には弾性を有するシール部材１１が設けられ、該シール部材１１の弾性力によってダンパ作用を行う。これにより、可動部材７の振動等を抑制することができる。

(7)収容室８には、空気（もしくは流体）が導入されており、収容室８内に可動部材７の一部が挿入された際に収容室８内の空気（もしくは流体）が外部に出入りする絞りによってダンパ作用を行う。これにより、可動部材７の振動等を抑制することができる。

(8)制御部材１０は、インペラ６及び可動部材７の回転中心に設けられた凹部7c1内に少なくとも一部が挿入された状態で設けられている。よって、制御部材１０が可動部材７から吸入部側に突出する突出量を小さくでき、吸入部から吐出部への流路抵抗を小さくすることができる。

(9)可動部材７の回転軸中心には、駆動軸６ａにおける付勢部材９が収容される収容室８内に挿入される突出部７ｃが設けられ、該突出部７ｃがコイルスプリング９によって付勢される。よって、凹部7c1のエンジンブロック外側、つまり、吸入部から見て奥側においてコイルスプリング９と接触することが可能となり、吸入部側への部材の突出等を抑制することができる。

(10)インペラ６における羽根６ｃよりも内周側から軸方向に固定部６ｅを延出させると共に、可動部材７における固定部６ｅに対応する部分に挿通部７ｇを貫通形成して、固定部６ｅを挿通し、制御部材１０の軸方向一端側が固定部６ｅに固定され、軸方向他端側が突出部７ｃ内に回転軸方向に向かって設けた凹部7c1の底部を押圧する。よって、制御部材１０が可動部材７から吸入部側に突出する突出量を小さくでき、吸入部から吐出部への流路抵抗を小さくすることができる。

(11)制御部材１０は、凹部7c1の内周に周方向に複数設けられた保持ガイド７ｄによって揺動が規制されている。よって、圧力室１３内の圧抜き用の通路を確保してスムースな作動を得ると共に、制御部材１０の振動等を抑制することができる。

(12)制御部材１０は、温度に感応して伸縮するサーモエレメントである。よって、冷却水の水温に応じて可動部材７の位置を制御することができる。

(13)制御部材１０は、軸方向に相対移動可能な部材間に介在したサーモワックスである。よって、少ない部品点数で水温に応じた制御を実現できる。

(14)可動部材７の底壁には、溝７ｆとは異なる位置で回転軸方向に貫通する調圧孔７ｅ（第１の貫通部）が設けられている。よって、圧力室１３内に発生する負圧を抑制することができる。

(15)インペラ６には、回転軸方向に貫通する調圧孔６ｄ（第２の貫通部）が設けられている。よって、圧力室１３内に発生する負圧を抑制することができる。

(16)回転力が伝達され、内部に収容部（収容室８）が設けられた駆動軸６ａと、駆動軸６ａの回転により回転中心部から外周側に流体を吐出するポンプ構成体（ウォーターポンプWP）と、駆動軸６ａの回転軸方向に移動可能に設けられ、軸方向に移動することでポンプ構成体の吐出量を変化させる可動部材７と、駆動軸６ａの収容部（収容室８）内に設けられ、可動部材７をポンプ構成体の吐出量が減少する方向に付勢する付勢部材（コイルスプリング９）と、付勢部材に抗して制御部材１０を回転軸方向に移動させる制御部材と、を備えている。よって、流体の流通経路にコイルスプリング等の付勢部材が配置されないため、流体の抵抗をできるだけ少なくできる。

次に実施例２について説明する。図９は実施例２の構成を表す断面図である。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。実施例１では、制御部材１０にピストンピン10ｃを別部材として備えていた。これに対し、実施例２では、可動部材７の突出部７ｃからピストンピン部７ｄを延出させ、一体に成形した点が異なる。これにより、部品点数を削減すると共に、組み付け工数を削減することができる。

次に実施例３について説明する。図１０は実施例３の構成を表す断面図である。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。実施例１では、プーリ４をハウジング１の支持用円筒部１ｄの外周に軸受２を介して支持していた。これに対し、実施例３では、駆動軸６ａを支持用円筒部１ｄの内周に２つの軸受２０，３０を介して支持した点、及び、プーリ４０を駆動軸６ａにより支持している点が異なる。

プーリ４０は有底円筒状部材であり、駆動ベルトが掛け渡される円筒部４１と、この円筒部４１のエンジンブロック外側を閉塞するプレート部４２と、プレート部４２の回転中心において駆動軸６ａと連結する貫通形成された円筒の連結部４３を有する。駆動軸６ａと連結部４３とは圧入固定される。

実施例３において、駆動ベルトによってプーリ４０に作用する径方向の力は、駆動軸６ａから軸受２０，３０を介してハウジング１に伝達される。よって、実施例３では、連結端部6a10を実施例１のように縮径することなく同一の径で延在させて強度を確保している。この場合、軸受２０は、実施例１の軸受２よりも小径とすることが可能となり、軽量化を図ることができる。また、回転軸方向に離間して配置された２つの軸受２０，３０により支持しているため、ボールベアリングのように安価な点接触タイプを用いることができる。

次に実施例４について説明する。図１１は実施例４の構成を表す断面図である。基本的な構成は実施例３と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。実施例３では、駆動軸６ａを支持する軸受２１が、線接触タイプのニードルベアリングとされている点が異なる。この軸受２１の吸入口IN側の端部は、円筒部４１の端部よりも吸入口IN側まで延在されている。このように、線接触タイプとすることで、支持範囲を広く得ることができ、より安定した駆動軸６ａの支持を達成できる。

次に実施例５について説明する。図１２は実施例５の構成を表す断面図である。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。実施例５は、実施例１とことなり、制御部材１０としてサーモワックスではなく、ソレノイド101と、アーマチュア102と、アーマチュア102を吸入口IN側に付勢するコイルスプリング９とによって制御部材を構成している点が異なる。ソレノイド101に電流を流して磁界を発生させ、アーマチュア102に作用するコイルスプリング９の付勢力と電磁力との釣り合いによって可動部材７の軸方向位置を制御する。

突出部７ｃは、底壁部７ａからエンジンブロック外側に向けて延在されている。言い換えると、凹部等が形成されることなく、また、底壁部７ａから吸入口IN側に突出する部分がないように形成されている。これにより、流路抵抗を更に低減している。

突出部７ｃには連結ピン103が接続されている。この連結ピン103には、収容室８内に収容され、この収容室８の内径と略同一径のアーマチュア102が固定されている。アーマチュア102のエンジンブロック外側には、コイルスプリング９が配置され、アーマチュア102を吸入口IN側に付勢している。支持用円筒部１ｄの内周には、ソレノイド101が取り付けられている。

尚、実施例５では、ソレノイド101とアーマチュア102とが、非通電時において、軸方向位置が重ならない位置とされているが、収容室８をエンジンブロック外側に更に拡大し、初期状態でも軸方向位置において重なる位置に配置し、更に効率よく磁路を形成するようにしてもよい。

上記ソレノイド101によって制御部材を構成することで、多様な制御状態に対応することができ、更に燃費等を向上することができる。また、可動部材７を押圧する力ではなく、吸引力によって移動させるため、制御部材を可動部材７よりも吸入口IN側に突出することなく配置できる。よって、流路抵抗を効果的に抑制することができる。

以上、各実施例について説明したが、上記構成に限られず、特許請求の範囲の記載には下記も含まれる。実施例１では、このオリフィス穴12a及び連通孔6a11を大気接続としたが、吸入口INや吐出口OUT等の冷却水の流路と接続するオリフィス穴を形成し、冷却水の移動に伴う排出量や吸入量を調節する構成としてもよい。

制御部材としてサーモワックスやソレノイドを用いた構成を示したが、回転軸中心に軸心油路等を形成し、油圧等によって可動部材７の位置を制御してもよい。

駆動軸６ａやインペラ６を樹脂材料により成形した例を示したが、金属材料（アルミニウム等）により成形してもよい。

実施例１では支持用円筒部１ｄを、ハウジング円筒部１ａの外周よりも小径としたが、大径としてもよい。また、プーリ４の小径円筒部４ａをプーリ４において最も大径としてもよい。

フランジ部４ｂは、プーリ４の端部に形成したが、端部以外に形成してもよい。また、フランジ部４ｂを小径円筒部４ａよりも拡径したが、拡径せずに小径円筒部４ａと同径もしくは更に小径としてもよい。更に、駆動軸６ａとプレート部材４ｃとをボルト４ｅにより連結固定したが、圧入により連結・固定してもよい。また、連結部4c1を、支持用円筒部１ｄと軸方向位置において重なる位置まで延在したが、重ならないようにしてもよい。

固定部６ｅに制御部材１０を固定するにあたり、実施例１ではイモネジを採用したが、圧入やカシメによって固定しても構わない。

実施例１のウォーターポンプの断面図である。 実施例１のウォーターポンプの分解斜視図である。 実施例１の可動部材の軸方向正面図及び可動部材の羽根における部分断面図である。 実施例１のエンジン回転数に対する吐出流量の関係を表す特性図である。 実施例１の水温とピストンピンに作用する力との関係を表す特性図である。 実施例１の所定エンジン回転数以上で、圧力室内の圧力を急速に低下させる特性を示す特性図である。 実施例１のウォーターポンプの断面図である。 実施例１のウォーターポンプの断面図である。 実施例２のウォーターポンプの構成を表す断面図である。 実施例３のウォーターポンプの構成を表す断面図である。 実施例４のウォーターポンプの構成を表す断面図である。 実施例５のウォーターポンプの構成を表す断面図である。

符号の説明

EB エンジンブロック
IN 吸入口
OUT 吐出口
WP ウォーターポンプ
１ ハウジング
４ プーリ
６ インペラ
６ａ 駆動軸
６ｃ 羽根
６ｄ，７ｅ 調圧孔
６ｅ 固定部
7c1 凹部
７ 可動部材
７ａ 底壁部
７ｂ 側壁部
７ｃ 突出部
７ｄ 保持ガイド
７ｄ ピストンピン部
７ｆ 溝
８ 収容室
９ コイルスプリング
１０ 制御部材
１１ シール部材
12a オリフィス穴
１２ スプリングガイド
１３ 圧力室
１４ ポンプ室

Claims (16)

1. 回転力が伝達される中空の駆動軸と、
   該駆動軸に固定され、回転軸方向に延出する複数の羽根を備えたインペラと、
   前記駆動軸の回転軸方向に移動可能に設けられ、前記インペラの外周側を包囲する側壁と、
   前記インペラにおける羽根形成面側に設けられた底壁を有し、該底壁にそれぞれの前記羽根が出没可能な複数の溝が形成された可動部材と、
   前記インペラと前記可動部材を内部に収容し、回転軸中心側に設けられた吸入部と、外周側に設けられた吐出部を有するポンプ室と、
   前記駆動軸内に設けられ、前記可動部材を回転軸方向の一方側に付勢する付勢部材と、
   前記付勢部材に抗して前記可動部材を回転軸方向に移動させる制御部材と、
   を備えていることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
2. 請求項１に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
   前記付勢部材は、前記駆動軸の回転軸方向に配置されたコイルスプリングであることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
3. 請求項２に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
   前記コイルスプリングは、前記駆動軸が高回転となった際に前記駆動軸の内周面に接触するように構成されていることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
4. 請求項２に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
   前記コイルスプリングの内周には回転軸方向に延出するスプリングガイドが設けられていることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
5. 請求項１に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
   前記駆動軸における前記付勢部材が収容される収容室には、一端開口側から前記可動部材の一部が挿入されるように構成され、前記可動部材が移動した際にダンパ作用を行うことを特徴とする可変容量流体ポンプ。
6. 請求項１に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
   前記収容室と、一端開口側から挿入される前記可動部材の一部との間には弾性を有するシール部材が設けられ、該シール部材の弾性力によってダンパ作用を行うことを特徴とする可変容量流体ポンプ。
7. 請求項１に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
   前記収容室には、空気もしくは流体が導入されており、前記収容室内に前記可動部材の一部が挿入された際に前記収容室内の空気もしくは流体が外部に出入りする絞りによってダンパ作用を行うことを特徴とする可変容量流体ポンプ。
8. 請求項１に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
   前記制御部材は、前記インペラ及び前記可動部材の回転中心に設けられた凹部内に少なくとも一部が挿入された状態で設けられていることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
9. 請求項１に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
   前記可動部材の回転軸中心には、前記駆動軸における前記付勢部材が収容される収容室内に挿入される突出部が設けられ、
   該突出部が前記付勢部材によって付勢されることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
10. 請求項９に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
    前記インペラにおける前記羽根よりも内周側から軸方向に固定部を延出させると共に、
    前記可動部材における前記固定部に対応する部分に挿通部を貫通形成して、前記固定部を挿通し、
    前記制御部材の軸方向一端側が前記固定部に固定され、軸方向他端側が前記突出部内に回転軸方向に向かって設けた凹部の底部を押圧することを特徴とする可変容量流体ポンプ。
11. 請求項１０に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
    前記制御部材は、前記凹部の内周に周方向に複数設けられた保持ガイドによって揺動が規制されていることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
12. 請求項８に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
    前記制御部材は、温度に感応して伸縮するサーモエレメントであることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
13. 請求項１２に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
    前記制御部材は、軸方向に相対移動可能な部材間に介在したサーモワックスであることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
14. 請求項１に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
    前記可動部材の底壁には、前記溝とは異なる位置で回転軸方向に貫通する第１の貫通部が設けられていることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
15. 請求項１に記載の可変容量流体ポンプにおいて、
    前記インペラには、回転軸方向に貫通する第２の貫通部が設けられていることを特徴とする可変容量流体ポンプ。
16. 回転力が伝達され、内部に収容部が設けられた駆動軸と、
    該駆動軸の回転により回転中心部から外周側に流体を吐出するポンプ構成体と、
    前記駆動軸の回転軸方向に移動可能に設けられ、軸方向に移動することで前記ポンプ構成体の吐出量を変化させる可動部材と、
    前記駆動軸の収容部内に設けられ、前記可動部材を前記ポンプ構成体の吐出量が減少する方向に付勢する付勢部材と、
    前記付勢部材に抗して前記制御部材を回転軸方向に移動させる制御部材と、
    を備えていることを特徴とする可変容量流体ポンプ。

Images