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JP2014013010A - Water pump - Google Patents

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JP2014013010A
JP2014013010A JP2012150590A JP2012150590A JP2014013010A JP 2014013010 A JP2014013010 A JP 2014013010A JP 2012150590 A JP2012150590 A JP 2012150590A JP 2012150590 A JP2012150590 A JP 2012150590A JP 2014013010 A JP2014013010 A JP 2014013010A
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water pump
pump
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drive mechanism
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Kensaku Tani
健作 谷
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Hino Motors Ltd
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Hino Motors Ltd
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Abstract

【課題】小型で吐出量制御性が高く、車両の燃費向上を図ることができるウォータポンプを提供する。
【解決手段】本発明は、車両に備えられ、冷却水を循環させるためのウォータポンプ1であって、冷却水を圧送するためのインペラ4を有するポンプ部2と、インペラ4に連結されたシャフト5を回転駆動する駆動部2と、駆動部2を制御するエンジン制御部Eと、を備え、駆動部3は、ポンプ駆動源として機械的駆動機構10及び電気的駆動機構11を有し、エンジン制御部Eは、車両のエンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて、機械的駆動機構10と電気的駆動機構11とを切り換える。
【選択図】図1
To provide a water pump that is small in size, has high discharge rate controllability, and can improve the fuel efficiency of a vehicle.
The present invention provides a water pump 1 provided in a vehicle for circulating cooling water, which has a pump portion 2 having an impeller 4 for pumping cooling water, and a shaft connected to the impeller 4. A drive unit 2 that rotationally drives the engine 5 and an engine control unit E that controls the drive unit 2. The drive unit 3 includes a mechanical drive mechanism 10 and an electrical drive mechanism 11 as a pump drive source. The control unit E switches between the mechanical drive mechanism 10 and the electrical drive mechanism 11 based on the engine speed of the vehicle and the fuel injection amount.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、車両に備えられ、冷却水を循環させるウォータポンプに関する。   The present invention relates to a water pump that is provided in a vehicle and circulates cooling water.

従来、ウォータポンプに関する技術文献としては、例えば特表2011−518283号公報が知られている。この公報には、機械的駆動手段と電子モータ駆動手段とを備えたクーラントポンプであって、クラッチにより機械的駆動手段と電子モータ駆動手段とを切換可能なものが示されている。   Conventionally, as a technical document related to a water pump, for example, Japanese Patent Publication No. 2011-518283 is known. This publication shows a coolant pump provided with a mechanical drive means and an electronic motor drive means, wherein the mechanical drive means and the electronic motor drive means can be switched by a clutch.

特表2011−518283号公報Special table 2011-518283 gazette

しかしながら、前述した特表2011−518283号公報には、ポンプの吐出量制御について十分な説明がなく、吐出量制御性の高いポンプ構成について何ら開示がない。このため、ウォータポンプの吐出量制御について改善の余地が多く存在する。   However, the above-mentioned Japanese translations of PCT publication No. 2011-518283 does not fully describe pump discharge amount control, and does not disclose any pump configuration with high discharge amount controllability. For this reason, there is much room for improvement in the discharge amount control of the water pump.

そこで、本発明は、小型で吐出量制御性が高く、車両の燃費向上を図ることができるウォータポンプを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a water pump that is small in size, has high discharge rate controllability, and can improve the fuel efficiency of a vehicle.

上記課題を解決するため、本発明は、車両に備えられ、冷却水を循環させるためのウォータポンプであって、冷却水を圧送するためのインペラを有するポンプ部と、インペラに連結された回転軸を回転駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、を備え、駆動部は、ポンプ駆動源として機械的駆動手段及び電気的駆動手段を有し、制御部は、車両のエンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて、機械的駆動手段と電気的駆動手段とを切り換えることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a water pump for circulating cooling water provided in a vehicle, and includes a pump unit having an impeller for pumping cooling water, and a rotating shaft connected to the impeller. And a control unit that controls the drive unit. The drive unit includes a mechanical drive unit and an electrical drive unit as a pump drive source, and the control unit includes an engine speed of the vehicle. And switching between mechanical drive means and electrical drive means based on the fuel injection amount.

本発明に係るウォータポンプによれば、ポンプ駆動源を機械的駆動手段と電気的駆動手段とに切り換え可能なので、従来のエンジンの回転のみをポンプ駆動源とする場合と比べて、電気的駆動手段によりポンプ吐出量を適切に制御してポンプが仕事過剰となることが避けられ、車両の燃費向上を図ることができる。また、このウォータポンプによれば、大きなポンプ吐出量が必要となる時は機械的駆動手段を用いることで、電気的駆動手段のみをポンプ駆動源とする場合と比べて、ポンプ吐出量増大に対応するために電気的駆動手段を大型化させる必要がなく、ポンプの小型化に有利である。従って、このウォータポンプによれば、小型でありながら高い吐出量制御性を実現することができ、車両の燃費向上を図ることができる。   According to the water pump of the present invention, since the pump drive source can be switched between the mechanical drive means and the electric drive means, the electric drive means is compared with the case where only the rotation of the conventional engine is used as the pump drive source. Thus, it is possible to appropriately control the pump discharge amount to avoid excessive work of the pump, and to improve the fuel consumption of the vehicle. Further, according to this water pump, when a large pump discharge amount is required, the mechanical drive means is used, so that the pump discharge amount can be increased as compared with the case where only the electric drive means is used as the pump drive source. Therefore, there is no need to increase the size of the electric drive means, which is advantageous for downsizing the pump. Therefore, according to the water pump, high discharge rate controllability can be realized while being small, and the fuel efficiency of the vehicle can be improved.

本発明に係るウォータポンプにおいて、機械的駆動手段は、車両のエンジンの回転を機械的に伝達することで回転軸を回転させる手段であり、電気的駆動手段は、通電したコイルと磁石との間に生じる電磁力により回転軸を回転させる手段であってもよい。   In the water pump according to the present invention, the mechanical driving means is means for rotating the rotating shaft by mechanically transmitting the rotation of the engine of the vehicle, and the electric driving means is between the energized coil and the magnet. The rotating shaft may be rotated by the electromagnetic force generated in.

このウォータポンプによれば、エンジンが高回転数かつ高負荷の場合は機械的駆動機構を用い、それ以外の場合は電気的駆動手段を用いるなどにより、小型でありながら高い吐出量制御性を実現して、車両の燃費向上を図ることができる。   This water pump uses a mechanical drive mechanism when the engine has a high engine speed and a high load, and uses an electric drive means in other cases. Thus, the fuel efficiency of the vehicle can be improved.

本発明に係るウォータポンプにおいて、機械的駆動手段は、車両のエンジンの回転に連動して回転するプーリと、一端側が回転軸に固定され、他端側がプーリに押しつけられることでプーリの回転を回転軸に伝達する伝達部と、を有し、制御部はコイルに通電することで電磁力により伝達部の他端側をプーリから離間させると共に、コイルの通電により生じる電磁力で回転軸を回転させることで、機械的駆動手段から電気的駆動手段に切り換えてもよい。   In the water pump according to the present invention, the mechanical driving means includes a pulley that rotates in conjunction with the rotation of the engine of the vehicle, and one end that is fixed to the rotating shaft and the other end that is pressed against the pulley to rotate the pulley. A transmission unit that transmits to the shaft, and the control unit separates the other end of the transmission unit from the pulley by electromagnetic force by energizing the coil, and rotates the rotating shaft by the electromagnetic force generated by energization of the coil. Thus, the mechanical drive means may be switched to the electrical drive means.

このウォータポンプによれば、コイルに通電するだけで機械的駆動手段から電気的駆動手段への切り換えを実現することができ、駆動部の構成を簡素化できると共にポンプ制御を容易にすることができる。しかも、このウォータポンプでは、何らかの故障によりコイルへの通電が不能となった場合であっても、コイルに引き付けられていた伝達部の他端が復帰してプーリに押しつけられることで機械的駆動手段へ切り換えられ、エンジン回転によりウォータポンプを駆動させることができる。従って、このウォータポンプによれば、コイルへの通電異常など電気系統に異常があった場合であっても、自動的に機械的駆動機構に切り替わってウォータポンプを駆動するので、冷却水の循環が停止してエンジン故障を招く事態を回避することができる。   According to this water pump, switching from the mechanical drive means to the electrical drive means can be realized simply by energizing the coil, and the configuration of the drive section can be simplified and pump control can be facilitated. . Moreover, in this water pump, even if the coil cannot be energized due to some failure, the other end of the transmission portion attracted to the coil is restored and pressed against the pulley, so that the mechanical drive means The water pump can be driven by engine rotation. Therefore, according to this water pump, even if there is an abnormality in the electrical system such as an abnormality in the energization of the coil, the water pump is automatically switched to the mechanical drive mechanism to drive the cooling water. It is possible to avoid a situation that stops and causes engine failure.

本発明によれば、小型で吐出量制御性が高く、車両の燃費向上を図ることができるウォータポンプを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a water pump that is small in size, has high discharge rate controllability, and can improve vehicle fuel efficiency.

本発明に係るウォータポンプの一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the water pump which concerns on this invention. 電気的駆動機構への切り換えを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating switching to an electric drive mechanism. 従来のウォータポンプの吐出量制御を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating discharge amount control of the conventional water pump. エンジンが低負荷状態又は中負荷状態の場合におけるウォータポンプの吐出量制御を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating discharge amount control of a water pump in case an engine is a low load state or a medium load state. エンジンが高負荷状態の場合におけるウォータポンプの吐出量制御を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating discharge amount control of a water pump in case an engine is a high load state.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に示すウォータポンプ1は、例えばトラックなどの車両に備えられ、ディーゼルエンジン用の冷却水を循環させるためのポンプである。ウォータポンプ1は、ディーゼルエンジン全体を制御するエンジン制御部Eによって制御されている。なお、ウォータポンプ1は、ディーゼルエンジンの他、ガソリンエンジンその他の内燃機関に対して備えてもよい。   A water pump 1 shown in FIG. 1 is provided in a vehicle such as a truck, for example, and is a pump for circulating cooling water for a diesel engine. The water pump 1 is controlled by an engine control unit E that controls the entire diesel engine. The water pump 1 may be provided for a gasoline engine or other internal combustion engine in addition to a diesel engine.

ウォータポンプ1は、冷却水を圧送するためのインペラ4を有するポンプ部2と、インペラ4に連結されたシャフト(回転軸)5を回転駆動する駆動部3と、を有している。図1にシャフト5の中心軸Cを示す。   The water pump 1 includes a pump unit 2 having an impeller 4 for pumping cooling water, and a drive unit 3 that rotationally drives a shaft (rotating shaft) 5 connected to the impeller 4. FIG. 1 shows the central axis C of the shaft 5.

ポンプ部2は、複数のベーン4aを備えるインペラ4と、冷却水の流路を形成するポンプハウジング6と、から構成されている。ポンプハウジング6内には、インペラ4の他、シャフト5を回転自在に支持する円筒状のシャフトベアリング7と、シャフト5回りを封止するための環状のシール部材8が設けられている。   The pump unit 2 includes an impeller 4 including a plurality of vanes 4a and a pump housing 6 that forms a flow path of cooling water. In the pump housing 6, in addition to the impeller 4, a cylindrical shaft bearing 7 that rotatably supports the shaft 5 and an annular seal member 8 for sealing around the shaft 5 are provided.

駆動部3は、ポンプ駆動源として、シャフト5を機械的に回転駆動するための機械的駆動機構(機械的駆動手段)10と、シャフト5を電気的に回転駆動するための電気的駆動機構(電気的駆動手段)11と、を有している。   The drive unit 3 serves as a pump drive source by a mechanical drive mechanism (mechanical drive means) 10 for mechanically rotationally driving the shaft 5 and an electrical drive mechanism (electrical drive mechanism for electrically rotating the shaft 5 ( Electrical drive means) 11.

機械的駆動機構10は、図示しないエンジンの回転(クランクシャフトの回転)に連動して回転するプーリ12と、プーリ12の回転をシャフト5に伝達するための複数の伝達部13と、を備える機構である。   The mechanical drive mechanism 10 includes a pulley 12 that rotates in conjunction with an unillustrated engine rotation (crankshaft rotation), and a plurality of transmission units 13 that transmit the rotation of the pulley 12 to the shaft 5. It is.

プーリ12は、その外周に掛けられたエンジンベルト14を通じて車両のエンジンの回転が伝達されることにより回転する。プーリ12の中央には、シャフト5を回転自在に支持する環状のボールベアリング15が設けられている。また、プーリ12の内側には、伝達部13と接触する摩擦パッド16が配置されている。   The pulley 12 rotates when the rotation of the vehicle engine is transmitted through the engine belt 14 hung on the outer periphery of the pulley 12. An annular ball bearing 15 that rotatably supports the shaft 5 is provided at the center of the pulley 12. Further, a friction pad 16 that comes into contact with the transmission portion 13 is disposed inside the pulley 12.

伝達部13は、例えばシャフト5を中心として所定角度ごとに複数設けられた長尺の部材であり、一端側がシャフト5に固定されると共に他端側がプーリ12に当接することでプーリ12の回転をシャフト5に伝達する。伝達部13は、シャフト固定部17、板バネ18、アーマチュア19を有している。   The transmission unit 13 is, for example, a long member provided at a predetermined angle with the shaft 5 as the center, and one end side is fixed to the shaft 5 and the other end side contacts the pulley 12 to rotate the pulley 12. It is transmitted to the shaft 5. The transmission unit 13 includes a shaft fixing unit 17, a leaf spring 18, and an armature 19.

シャフト固定部17は、板バネ18の一端側をシャフト5に固定する部位である。シャフト固定部17は、シャフト5に対して固定されており、ネジ17aによって板バネ18を挟み込むことで、板バネ18の一端側を固定している。   The shaft fixing portion 17 is a portion that fixes one end of the leaf spring 18 to the shaft 5. The shaft fixing portion 17 is fixed to the shaft 5 and fixes one end side of the leaf spring 18 by sandwiching the leaf spring 18 with a screw 17a.

板バネ18は、シャフト5の径方向に延在する長尺の板バネである。板バネ18は、その他端に固定されたアーマチュア19をプーリ12に向かって付勢している。   The leaf spring 18 is a long leaf spring that extends in the radial direction of the shaft 5. The leaf spring 18 biases the armature 19 fixed at the other end toward the pulley 12.

アーマチュア19は、板バネ18の他端側に設けられ、板バネ18の付勢によりアーマチュア19の摩擦パッド16に押しつけられる部位である。アーマチュア19は、摩擦パッド16との間に生じる摩擦力によりプーリ12の回転をシャフト5に伝達する。摩擦パッド16は、適切な摩擦力を生じさせるため、樹脂その他の適切な素材から形成されている。アーマチュア19は、金属製のボルト・ナット20によって板バネ18の他端側に固定されている。なお、アーマチュア19には、摩擦パッド16との間の摩擦力を増加させるため表面に凹凸などを形成してもよく、表面に摩擦力の高い材料からなる層を形成してもよい。   The armature 19 is a part that is provided on the other end side of the leaf spring 18 and is pressed against the friction pad 16 of the armature 19 by the bias of the leaf spring 18. The armature 19 transmits the rotation of the pulley 12 to the shaft 5 by a frictional force generated between the armature 19 and the friction pad 16. The friction pad 16 is made of a resin or other appropriate material in order to generate an appropriate frictional force. The armature 19 is fixed to the other end side of the leaf spring 18 by a metal bolt / nut 20. The armature 19 may be provided with irregularities on the surface in order to increase the frictional force with the friction pad 16, or may be formed with a layer made of a material having a high frictional force on the surface.

電気的駆動機構11は、通電したコイル21と磁石22との間に生じる電磁力より、シャフト5を回転駆動させる機構である。電気的駆動機構11は、ポンプハウジング6に固定されたコイル21と、シャフト5に固定された環状の磁石22と、を有している。コイル21及び磁石22は耐久性向上のため樹脂モールドされている。   The electric drive mechanism 11 is a mechanism that rotationally drives the shaft 5 by electromagnetic force generated between the energized coil 21 and the magnet 22. The electric drive mechanism 11 includes a coil 21 fixed to the pump housing 6 and an annular magnet 22 fixed to the shaft 5. The coil 21 and the magnet 22 are resin-molded for improving durability.

環状の磁石22は、シャフト5を中心としてシャフト5側面に沿って設けられており、コイル21は環状の磁石22を囲むように設けられている。コイル21及び磁石22は、シャフト5の径方向で対向しており、コイル21が固定子、磁石22が可動子として機能する。また、コイル21は、上述した機械的駆動機構10の伝達部13の他端側(板バネ18の他端側)とシャフト5の中心軸Cの延在方向で対向するように配置されている。   The annular magnet 22 is provided along the side surface of the shaft 5 around the shaft 5, and the coil 21 is provided so as to surround the annular magnet 22. The coil 21 and the magnet 22 face each other in the radial direction of the shaft 5, and the coil 21 functions as a stator and the magnet 22 functions as a mover. Further, the coil 21 is disposed so as to face the other end side (the other end side of the leaf spring 18) of the transmission portion 13 of the mechanical drive mechanism 10 in the extending direction of the central axis C of the shaft 5. .

コイル21への通電は、エンジン制御部Eによって制御されている。なお、コイル21への通電時には、故障検知のため、微弱電流をコイル21側から戻す制御としている。   Energization of the coil 21 is controlled by the engine control unit E. When the coil 21 is energized, the weak current is returned from the coil 21 side for failure detection.

以上の構成を有するウォータポンプ1では、コイル21の通電の有無により、ポンプ駆動源を機械的駆動機構10又は電気的駆動機構11に切り換えることができる。すなわち、このウォータポンプ1では、図1に示されるように、コイル21が通電されない場合、板バネ18の付勢により伝達部13のアーマチュア19がプーリ12の摩擦パッド16に押しつけられる。これにより、車両のエンジンと連動して回転するプーリ12の回転が伝達部13を通じて機械的に伝達され、機械的駆動機構10によるシャフト5の回転駆動が行われる。   In the water pump 1 having the above configuration, the pump drive source can be switched to the mechanical drive mechanism 10 or the electric drive mechanism 11 depending on whether the coil 21 is energized. That is, in the water pump 1, as shown in FIG. 1, when the coil 21 is not energized, the armature 19 of the transmission portion 13 is pressed against the friction pad 16 of the pulley 12 by the bias of the leaf spring 18. Accordingly, the rotation of the pulley 12 that rotates in conjunction with the engine of the vehicle is mechanically transmitted through the transmission unit 13, and the shaft 5 is driven to rotate by the mechanical drive mechanism 10.

一方、このウォータポンプ1では、図2に示されるように、コイル21が通電されると、伝達部13のアーマチュア19が電磁的にコイル21へ引き付けられることで、伝達部13がプーリ12から離間し、プーリ12の回転がシャフト5に伝達されなくなる。同時に、コイル21の通電により、コイル21と磁石22との間に電磁力が生じ、電気的駆動機構11によるシャフト5の回転駆動が行われる。なお、アーマチュア19は、コイル21の通電により十分な力でコイル21に引き付けられるよう適切な材料及び構成を有している。   On the other hand, in the water pump 1, as shown in FIG. 2, when the coil 21 is energized, the armature 19 of the transmission unit 13 is electromagnetically attracted to the coil 21, so that the transmission unit 13 is separated from the pulley 12. Then, the rotation of the pulley 12 is not transmitted to the shaft 5. At the same time, when the coil 21 is energized, an electromagnetic force is generated between the coil 21 and the magnet 22, and the shaft 5 is rotationally driven by the electric drive mechanism 11. The armature 19 has an appropriate material and configuration so that it can be attracted to the coil 21 with sufficient force when the coil 21 is energized.

その後、コイル21への通電を停止すると、電磁力が消滅して電気的駆動機構11によるシャフト5の回転駆動が停止すると共に、伝達部13において板バネ18の復元力によりアーマチュア19がプーリ12の摩擦パッド16に押しつけられ、再びプーリ12の回転が伝達されて機械的駆動機構10によるシャフト5の回転駆動が行われる。すなわち、伝達部13は、ポンプ駆動源を切り換えるクラッチ機構として機能する。   Thereafter, when the energization of the coil 21 is stopped, the electromagnetic force disappears and the rotation drive of the shaft 5 by the electric drive mechanism 11 is stopped, and the armature 19 is moved to the pulley 12 by the restoring force of the leaf spring 18 in the transmission unit 13. Pressing against the friction pad 16, the rotation of the pulley 12 is transmitted again and the shaft 5 is driven to rotate by the mechanical drive mechanism 10. That is, the transmission unit 13 functions as a clutch mechanism that switches the pump drive source.

次に、本実施形態に係るウォータポンプ1におけるポンプ駆動源の切り換え制御について説明する。本実施形態に係るウォータポンプ1では、エンジン制御部Eにより機械的駆動機構10と電気的駆動機構11との切り換えが行われる。   Next, pump drive source switching control in the water pump 1 according to the present embodiment will be described. In the water pump 1 according to this embodiment, the engine control unit E switches between the mechanical drive mechanism 10 and the electrical drive mechanism 11.

ここで、図3は、従来のウォータポンプの吐出量制御を説明するためのグラフである。図3では、エンジン回転のみをポンプ駆動源とするウォータポンプのポンプ吐出量Vを太線で示す。図3に示されるように、エンジン回転のみをポンプ駆動源とするウォータポンプでは、そのポンプ吐出量Vはエンジン回転数に比例して増加する。 Here, FIG. 3 is a graph for explaining the discharge amount control of the conventional water pump. In FIG. 3, a pump discharge amount V 0 of a water pump that uses only engine rotation as a pump drive source is indicated by a bold line. As shown in FIG. 3, in a water pump that uses only engine rotation as a pump drive source, the pump discharge amount V 0 increases in proportion to the engine speed.

一方で、エンジンの負荷状態によりウォータポンプ1に求められる冷却水の必要吐出量は異なる。図3において、エンジンの全負荷状態(最大の負荷状態)の必要吐出量を丸のプロット、エンジンの中負荷状態(最大の半分の負荷状態)の必要吐出量を三角のプロット、エンジンの低負荷状態(最大の四分の一の負荷状態)の必要吐出量を四角のプロットとして示す。図3に示すように、従来のウォータポンプでは、太線で示すポンプ吐出量Vと各プロットの差分が余分な仕事となり、車両の燃費悪化を招いていた。 On the other hand, the required discharge amount of the cooling water required for the water pump 1 varies depending on the load state of the engine. In FIG. 3, the required discharge amount in the full load state (maximum load state) of the engine is a circle plot, the required discharge amount in the medium load state (half maximum load state) is a triangular plot, and the engine low load The required amount of discharge in the state (maximum quarter load state) is shown as a square plot. As shown in FIG. 3, in the conventional water pump, the difference between the pump discharge amount V 0 indicated by a bold line and each plot is an extra work, which causes a deterioration in fuel consumption of the vehicle.

これに対して、本実施形態に係るウォータポンプ1のエンジン制御部Eは、エンジン状態に応じて必要吐出量を演算し、必要吐出量が電気的駆動機構11の限界吐出量Peを超えない場合、電気的駆動機構11をポンプ駆動源として利用する。   In contrast, the engine control unit E of the water pump 1 according to the present embodiment calculates the required discharge amount according to the engine state, and the required discharge amount does not exceed the limit discharge amount Pe of the electric drive mechanism 11. The electric drive mechanism 11 is used as a pump drive source.

具体的には、エンジン制御部Eは、まず、エンジンの燃料噴射量やEGR[Exhaust Gas Recirculation]ガス流量に基づいて、エンジン負荷状態を認識する。その後、エンジン制御部Eは、車両のエンジン回転数及びエンジン負荷状態に基づいて、ウォータポンプ1に求められる冷却水の必要吐出量を演算する。エンジン制御部Eは、演算した必要吐出量が電気的駆動機構11の限界吐出量Peを超えない場合、電気的駆動機構11をポンプ駆動源として吐出量制御を行う。   Specifically, the engine control unit E first recognizes the engine load state based on the fuel injection amount of the engine and the EGR [Exhaust Gas Recirculation] gas flow rate. Thereafter, the engine control unit E calculates a required discharge amount of the cooling water required for the water pump 1 based on the engine speed of the vehicle and the engine load state. When the calculated required discharge amount does not exceed the limit discharge amount Pe of the electric drive mechanism 11, the engine control unit E performs discharge amount control using the electric drive mechanism 11 as a pump drive source.

なお、電気的駆動機構11の限界吐出量Peは、必ずしも仕様上の性能限界に合わせる必要はなく、長寿命化のため性能限界より低い吐出量を限界吐出量Peとして設定してもよい。また、必要吐出量を必ずしも演算する必要はなく、エンジン回転数などに基づきマップ制御により求めてもよい。また、エンジン回転数及びエンジン負荷状態の組み合わせから、必要吐出量が限界吐出量Peを超えるか否かを直接的に判定してもよい。   The limit discharge amount Pe of the electric drive mechanism 11 is not necessarily matched with the performance limit in the specification, and a discharge amount lower than the performance limit may be set as the limit discharge amount Pe for extending the life. Further, it is not always necessary to calculate the required discharge amount, and it may be obtained by map control based on the engine speed or the like. Further, it may be determined directly from the combination of the engine speed and the engine load state whether or not the required discharge amount exceeds the limit discharge amount Pe.

図4は、エンジンが低負荷状態又は中負荷状態の場合におけるウォータポンプ1の吐出量制御を説明するためのグラフである。図4に示す状況では、エンジンが低負荷状態又は中負荷状態であり、必要吐出量(四角や三角のプロット)が電気的駆動機構11の限界吐出量Peを超えていない。このため、エンジン制御部Eは、電気的駆動機構11による吐出量制御を行う。   FIG. 4 is a graph for explaining the discharge amount control of the water pump 1 when the engine is in a low load state or an intermediate load state. In the situation shown in FIG. 4, the engine is in a low load state or a medium load state, and the required discharge amount (square or triangular plot) does not exceed the limit discharge amount Pe of the electric drive mechanism 11. For this reason, the engine control unit E performs discharge amount control by the electric drive mechanism 11.

この場合、エンジン制御部Eは、コイル21への供給電力を制御することにより、シャフト5の回転すなわちポンプ吐出量を適切に制御することができる。すなわち、電気的駆動機構11による吐出量制御では、低負荷状態の必要吐出量(四角のプロット)に応じた吐出量V1の制御を実現することができる。同様に、中負荷状態の必要吐出量(三角のプロット)に応じた吐出量V2の制御を実現することができる。これにより、ウォータポンプ1が必要吐出量を超えて余分な仕事を行うことを避けることができる。   In this case, the engine control unit E can appropriately control the rotation of the shaft 5, that is, the pump discharge amount, by controlling the power supplied to the coil 21. That is, in the discharge amount control by the electric drive mechanism 11, it is possible to realize the control of the discharge amount V1 according to the required discharge amount in the low load state (square plot). Similarly, control of the discharge amount V2 according to the required discharge amount (triangular plot) in the middle load state can be realized. Thereby, it can be avoided that the water pump 1 performs extra work exceeding the required discharge amount.

一方、エンジン制御部Eは、必要吐出量が電気的駆動機構11の限界吐出量Peを超える場合、ポンプ駆動源を電気的駆動機構11から機械的駆動機構10に切り換える。   On the other hand, when the required discharge amount exceeds the limit discharge amount Pe of the electric drive mechanism 11, the engine control unit E switches the pump drive source from the electric drive mechanism 11 to the mechanical drive mechanism 10.

図5は、エンジンが高負荷状態の場合におけるウォータポンプ1の吐出量制御を説明するためのグラフである。図5に示す状況では、エンジンが高負荷状態であり、エンジン回転数が高くなると、必要吐出量が電気的駆動機構11の限界吐出量Peを超えてしまう。この場合であっても、エンジン回転数が低く、必要吐出量が電気的駆動機構11の限界吐出量Peを超えない場合には、電気的駆動機構11による吐出量制御が行われる。   FIG. 5 is a graph for explaining the discharge amount control of the water pump 1 when the engine is in a high load state. In the situation shown in FIG. 5, when the engine is in a high load state and the engine speed increases, the required discharge amount exceeds the limit discharge amount Pe of the electric drive mechanism 11. Even in this case, when the engine speed is low and the required discharge amount does not exceed the limit discharge amount Pe of the electric drive mechanism 11, discharge amount control by the electric drive mechanism 11 is performed.

その後、エンジン回転数が高くなり必要吐出量が電気的駆動機構11の限界吐出量Peを超えると、エンジン制御部Eは、コイル21への通電を停止することで、ポンプ駆動源を電気的駆動機構11から機械的駆動機構10に切り換える。これにより、ウォータポンプ1は、必要吐出量が大きい場合において、エンジンの回転を利用した機械的駆動機構10により十分な吐出量V3を確保することができる。   Thereafter, when the engine speed increases and the required discharge amount exceeds the limit discharge amount Pe of the electric drive mechanism 11, the engine control unit E stops the energization of the coil 21 to electrically drive the pump drive source. The mechanism 11 is switched to the mechanical drive mechanism 10. Thereby, the water pump 1 can ensure a sufficient discharge amount V3 by the mechanical drive mechanism 10 using the rotation of the engine when the required discharge amount is large.

以上説明した本実施形態に係るウォータポンプ1によれば、ポンプ駆動源を機械的駆動機構10と電気的駆動機構11とに切り換え可能なので、従来のエンジンの回転のみをポンプ駆動源とする場合と比べて、電気的駆動機構11による適切な吐出量制御によってウォータポンプ1が仕事過剰となることが避けられ、車両の燃費向上を図ることができる。このことは、外気温の低い冷間時においてポンプが過剰に冷却水を循環させることを防止するので、エンジンの暖機促進に有利である。   According to the water pump 1 according to the present embodiment described above, since the pump drive source can be switched between the mechanical drive mechanism 10 and the electric drive mechanism 11, only the rotation of the conventional engine is used as the pump drive source. In comparison, the water pump 1 can be prevented from being overworked by appropriate discharge amount control by the electric drive mechanism 11, and the fuel efficiency of the vehicle can be improved. This prevents the pump from circulating the cooling water excessively when the outside air temperature is low, which is advantageous for promoting warm-up of the engine.

また、このウォータポンプ1によれば、大きなポンプ吐出量が必要となる時は機械的駆動機構10を用いることで、電気的駆動機構11のみをポンプ駆動源とする場合と比べて、ポンプ吐出量増大に対応するために電気的駆動機構11を大型化させる必要がなく、ポンプの小型化に有利である。従って、このウォータポンプによれば、小型でありながら高い吐出量制御性を実現することができ、車両の燃費向上を図ることができる。また、ポンプの小型化(軽量化、部品点数削減)自体も車両の燃費向上に寄与する。   Further, according to the water pump 1, when a large pump discharge amount is required, the mechanical drive mechanism 10 is used, so that the pump discharge amount is compared with a case where only the electric drive mechanism 11 is used as a pump drive source. There is no need to increase the size of the electric drive mechanism 11 in order to cope with the increase, which is advantageous in reducing the size of the pump. Therefore, according to the water pump, high discharge rate controllability can be realized while being small, and the fuel efficiency of the vehicle can be improved. In addition, the miniaturization of the pump (weight reduction, reduction in the number of parts) itself contributes to the improvement of vehicle fuel efficiency.

更に、このウォータポンプによれば、コイル21に通電するだけで機械的駆動機構10から電気的駆動機構11への切り換えを実現することができ、駆動部3の構成を簡素化できると共にポンプ制御を容易にすることができる。しかも、このウォータポンプでは、何らかの故障によりコイル21への通電が不能となった場合であっても、伝達部13において板バネ18の復元力によりアーマチュア19がプーリ12の摩擦パッド16に押しつけられ、再びプーリ12の回転が伝達されて機械的駆動機構10によるシャフト5の回転駆動が行われる。従って、このウォータポンプ1によれば、コイル21への通電異常など電気系統に異常があった場合であっても、自動的に機械的駆動機構10に切り替わってウォータポンプ1を駆動するので、冷却水の循環が停止することでエンジンが故障する事態を避けることができる。   Furthermore, according to this water pump, the switching from the mechanical drive mechanism 10 to the electrical drive mechanism 11 can be realized simply by energizing the coil 21, and the configuration of the drive unit 3 can be simplified and pump control can be performed. Can be easily. Moreover, in this water pump, the armature 19 is pressed against the friction pad 16 of the pulley 12 by the restoring force of the leaf spring 18 in the transmission portion 13 even when the coil 21 cannot be energized due to some failure, The rotation of the pulley 12 is transmitted again, and the shaft 5 is rotationally driven by the mechanical drive mechanism 10. Therefore, according to the water pump 1, even when there is an abnormality in the electrical system such as an abnormality in energization of the coil 21, the water pump 1 is automatically switched to drive the water pump 1, so that The situation where the engine breaks down can be avoided by stopping the water circulation.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

例えば、機械的駆動機構と電気的駆動機構との切り換えは、上述した機構によるものに限られない。例えば、切り換え用の機構として、電子制御粘性クラッチを採用してもよい。電子制御粘性クラッチを採用した場合には、機械的駆動時であってもシャフトの回転を抑制して、余分なポンプ仕事を避けることができ、燃費改善に有利である。また、キャビテーションの発生やシール部の摩耗を抑制することもできる。   For example, switching between the mechanical drive mechanism and the electrical drive mechanism is not limited to the mechanism described above. For example, an electronically controlled viscous clutch may be employed as the switching mechanism. When an electronically controlled viscous clutch is employed, the rotation of the shaft can be suppressed even during mechanical driving, and unnecessary pump work can be avoided, which is advantageous in improving fuel consumption. Moreover, generation | occurrence | production of a cavitation and abrasion of a seal part can also be suppressed.

1…ウォータポンプ 2…ポンプ部 3…駆動部 4…インペラ 4a…ベーン 5…シャフト(回転軸) 6…ポンプハウジング 7…シャフトベアリング 8…シール部材 10…機械的駆動機構(機械的駆動手段) 11…電気的駆動機構(電気的駆動手段) 12…プーリ 13…伝達部 14…エンジンベルト 15…ボールベアリング 16…摩擦パッド 17…シャフト固定部 17a…ネジ 18…板バネ 19…アーマチュア 20…ボルト・ナット 21…コイル 22…磁石 C…中心軸 E…エンジン制御部 Pe…限界吐出量 V0−V3…ポンプ吐出量   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water pump 2 ... Pump part 3 ... Drive part 4 ... Impeller 4a ... Vane 5 ... Shaft (rotary shaft) 6 ... Pump housing 7 ... Shaft bearing 8 ... Seal member 10 ... Mechanical drive mechanism (mechanical drive means) 11 ... electric drive mechanism (electric drive means) 12 ... pulley 13 ... transmitting part 14 ... engine belt 15 ... ball bearing 16 ... friction pad 17 ... shaft fixing part 17a ... screw 18 ... leaf spring 19 ... armature 20 ... bolt / nut 21 ... Coil 22 ... Magnet C ... Center axis E ... Engine control unit Pe ... Limit discharge amount V0-V3 ... Pump discharge amount

Claims (3)

車両に備えられ、冷却水を循環させるためのウォータポンプであって、
前記冷却水を圧送するためのインペラを有するポンプ部と、
前記インペラに連結された回転軸を回転駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
を備え、
前記駆動部は、ポンプ駆動源として機械的駆動手段及び電気的駆動手段を有し、
前記制御部は、前記車両のエンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて、前記機械的駆動手段と前記電気的駆動手段とを切り換えることを特徴とするウォータポンプ。
A water pump for circulating cooling water provided in a vehicle,
A pump unit having an impeller for pumping the cooling water;
A drive unit that rotationally drives a rotating shaft coupled to the impeller;
A control unit for controlling the driving unit;
With
The drive unit has mechanical drive means and electrical drive means as a pump drive source,
The said control part switches the said mechanical drive means and the said electric drive means based on the engine speed and fuel injection quantity of the said vehicle, The water pump characterized by the above-mentioned.
前記機械的駆動手段は、前記車両のエンジンの回転を機械的に伝達することで前記回転軸を回転させる手段であり、
前記電気的駆動手段は、通電したコイルと磁石との間に生じる電磁力により前記回転軸を回転させる手段であることを特徴とする請求項1に記載のウォータポンプ。
The mechanical drive means is means for rotating the rotating shaft by mechanically transmitting the rotation of the engine of the vehicle.
2. The water pump according to claim 1, wherein the electrical drive means is means for rotating the rotating shaft by electromagnetic force generated between a coil and a magnet that are energized.
前記機械的駆動手段は、
前記車両のエンジンの回転に連動して回転するプーリと、
一端側が前記回転軸に固定され、他端側が前記プーリに押しつけられることで前記プーリの回転を前記回転軸に伝達する伝達部と、を有し、
前記制御部は、前記コイルに通電することで電磁力により前記伝達部の前記他端側を前記プーリから離間させると共に、前記コイルの通電により生じる前記電磁力で前記回転軸を回転させることで、前記機械的駆動手段から前記電気的駆動手段に切り換えることを特徴とする請求項1又は2に記載のウォータポンプ。
The mechanical drive means is
A pulley that rotates in conjunction with rotation of the engine of the vehicle;
One end side is fixed to the rotating shaft, and the other end side is pressed against the pulley, thereby transmitting the rotation of the pulley to the rotating shaft, and
The control unit separates the other end side of the transmission unit from the pulley by electromagnetic force by energizing the coil, and rotates the rotating shaft by the electromagnetic force generated by energization of the coil. The water pump according to claim 1 or 2, wherein the mechanical drive means is switched to the electrical drive means.
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