JP2009221874A - Water pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水冷式エンジン等に用いられるウォーターポンプに関する。特に、本発明は、流量可変型のウォーターポンプの改良に関する。 The present invention relates to a water pump used for a water-cooled engine or the like. In particular, the present invention relates to an improvement in a variable flow rate water pump.
水冷式エンジン等に用いられるウォーターポンプとして、例えば、特許文献１に示されるように、流量可変型（容量可変型とも呼ばれる）のものが知られている。特許文献１には、駆動源であるエンジンの駆動力を受けるウォーターポンププーリを含む駆動側回転体と、ポンプ渦流室に配設されたポンプインペラを含む従動側回転体とが、粘性流体を液媒とする湿式多板クラッチを介して連結されているウォーターポンプが開示されている。そして、湿式多板クラッチを断接するための感温部材を冷却水路中に設けたことが示されている。 As a water pump used for a water-cooled engine or the like, for example, as shown in Patent Document 1, a variable flow rate type (also called variable capacity type) is known. In Patent Document 1, a drive-side rotator including a water pump pulley that receives a driving force of an engine that is a drive source and a driven-side rotator including a pump impeller disposed in a pump vortex chamber liquefy viscous fluid. A water pump connected via a wet multi-plate clutch as a medium is disclosed. And it is shown that the temperature sensitive member for connecting / disconnecting a wet multi-plate clutch was provided in the cooling water channel.
この特許文献１記載のウォーターポンプでは、感温部材が冷却水の温度に応じて変形することを利用して、低水温時にはウォーターポンプの駆動を実質的に停止させて燃費の改善を図るとともに、高水温時には湿式多板クラッチを直結状態としてウォーターポンプの流量（ポンプ吐出量）の増大を図るようにしている。このように、冷却水温度に応じた感温部材の変形にともなってウォーターポンプの流量が変更される構成となっている。したがって、ウォーターポンプの流量可変制御は成り行きにまかせた制御となっている。
ところで、ウォーターポンプにおいては、ポンプインペラの回転数を検出可能な回転数センサや、流量を検出可能な流量センサなどを、冷却水に浸される部位に設置したり、回転する部位に設置するのは、配線や設置スペースなどの点から現実的には難しい。したがって、流量可変型のウォーターポンプにおいて、流量を正確に把握することは困難となっている。そして、流量検知が不可能な構成においては、例えばウォーターポンプに故障などの異常が発生しても、その異常を直ちには検知できない状況に陥る可能性があり、場合によっては、オーバーヒートを引き起こすおそれがある。したがって、ウォーターポンプの信頼性の低下を招く可能性がある。 By the way, in a water pump, a rotation speed sensor that can detect the rotation speed of a pump impeller, a flow rate sensor that can detect a flow rate, and the like are installed in a part that is immersed in cooling water or in a part that rotates. Is actually difficult in terms of wiring and installation space. Therefore, it is difficult to accurately grasp the flow rate in the variable flow rate water pump. In a configuration where flow rate detection is not possible, for example, even if an abnormality such as a failure occurs in the water pump, the abnormality may not be detected immediately, and in some cases, overheating may occur. is there. Therefore, the reliability of the water pump may be reduced.
本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、流量を正確に把握することが可能であり、信頼性の高い流量可変型のウォーターポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable variable flow rate water pump that can accurately grasp the flow rate.
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、ウォーターポンプであって、駆動源からの駆動力が伝達されて回転する駆動側回転体と、ポンプインペラを有し且つ回転支軸によって回転自在に支持された従動側回転体とを備え、上記駆動側回転体に設けられた駆動側磁性部材の回転軸方向の移動により、上記駆動側磁性部材と上記従動側回転体に設けられた従動側磁性部材との相対的な対向位置を変更することによって、上記駆動側回転体から従動側回転体へ伝達される回転力の大きさを変更するように構成されている。そして、上記駆動側磁性部材は、回転軸方向に移動可能な可動部材に支持され、気密状態に保持された密閉空間が設けられ、この密閉空間は、その容積が上記可動部材の回転軸方向の位置に応じて変更可能に構成されており、上記密閉空間の内圧を検出する圧力検出手段が設けられていることを特徴とする。ここで、磁性部材とは、強磁性を示す材料からなる部材だけではなく、常磁性を示す材料からなる部材をも意味する。また、磁性部材には、強磁性を示す材料からなる部材と常磁性を示す材料からなる部材とが一体的に組み合わされたものも含む。 In the present invention, means for solving the above-described problems are configured as follows. That is, the present invention is a water pump, which is a drive-side rotator that rotates when a driving force from a drive source is transmitted, and a driven-side rotator that has a pump impeller and is rotatably supported by a rotation support shaft. The drive-side magnetic member provided on the drive-side rotator is moved in the direction of the rotation axis so that the drive-side magnetic member and the driven-side magnetic member provided on the driven-side rotator are relatively opposed to each other. By changing the position, the magnitude of the rotational force transmitted from the driving side rotating body to the driven side rotating body is changed. The drive-side magnetic member is supported by a movable member that is movable in the direction of the rotation axis, and is provided with a sealed space that is kept in an airtight state. The sealed space has a volume in the direction of the rotation axis of the movable member. It is configured to be changeable according to the position, and is provided with a pressure detection means for detecting the internal pressure of the sealed space. Here, the magnetic member means not only a member made of a material exhibiting ferromagnetism but also a member made of a material exhibiting paramagnetism. Further, the magnetic member includes a member in which a member made of a material exhibiting ferromagnetism and a member made of a material exhibiting paramagnetism are integrally combined.
上記構成によれば、駆動源の駆動力が伝達されて駆動側回転体が回転すると、従動側磁性部材に作用する磁場が変化する。これにより、従動側磁性部材には、その磁場の変化を妨げる方向への誘導電流が発生する。この誘導電流の発生にともなって従動側磁性部材にはトルクが発生する。その結果、従動側回転体が回転して、ウォーターポンプが駆動する。そして、可動部材の移動により駆動側磁性部材が回転軸方向に移動され、駆動側磁性部材と従動側磁性部材との対向位置を変更が変更されると、従動側磁性部材に発生する誘導電流が変化し、従動側回転体への伝達トルクが変化する。これにより、ウォーターポンプの流量が変更される。 According to the above configuration, when the driving force of the driving source is transmitted and the driving side rotating body rotates, the magnetic field acting on the driven side magnetic member changes. As a result, an induced current is generated in the driven-side magnetic member in a direction that prevents a change in the magnetic field. As the induced current is generated, torque is generated in the driven-side magnetic member. As a result, the driven side rotating body rotates and the water pump is driven. Then, when the driving side magnetic member is moved in the rotation axis direction due to the movement of the movable member, and the change of the opposing position of the driving side magnetic member and the driven side magnetic member is changed, the induced current generated in the driven side magnetic member is changed. And the torque transmitted to the driven-side rotating body changes. Thereby, the flow rate of the water pump is changed.
上記構成では、圧力検出手段により検出される密閉空間の内圧からこの密閉空間の容積が分かり、可動部材の回転軸方向の位置が分かる。これにより、駆動側磁性部材の回転軸方向の位置を推定することができるので、その駆動側磁性部材の回転軸方向の位置に対応するウォーターポンプの流量を推定することができる。このように、圧力検出手段の検出出力に基づいてウォーターポンプの流量を正確に把握することができ、信頼性の高い流量可変型のウォーターポンプを実現できる。 In the above configuration, the volume of the sealed space is known from the internal pressure of the sealed space detected by the pressure detection means, and the position of the movable member in the rotation axis direction is known. Thereby, since the position of the drive side magnetic member in the rotation axis direction can be estimated, the flow rate of the water pump corresponding to the position of the drive side magnetic member in the rotation axis direction can be estimated. Thus, the flow rate of the water pump can be accurately grasped based on the detection output of the pressure detection means, and a highly reliable variable flow rate water pump can be realized.
本発明において、上記密閉空間に封入された気体の温度を検出する温度検出手段が設けられていることが好ましい。ここで、密閉空間の内圧と容積の関係は、密閉空間に封入された気体の温度に応じて変化するため、圧力検出手段により検出される密閉空間の内圧が同じであったとしても、密閉空間の気体の温度が異なれば、密閉空間は異なったものとなる。このため、密閉空間の気体の温度を考慮しない場合には、密閉空間の内圧に対応する駆動側磁性部材の回転軸方向の位置に若干のバラツキが生じ、その結果、圧力検出手段の検出出力に基づいて推定されるウォーターポンプの流量（以下、圧力検出手段の検出出力から推定される流量という。）に若干のバラツキが生じてしまう。 In the present invention, it is preferable that temperature detection means for detecting the temperature of the gas sealed in the sealed space is provided. Here, since the relationship between the internal pressure and the volume of the sealed space changes according to the temperature of the gas sealed in the sealed space, even if the internal pressure of the sealed space detected by the pressure detecting means is the same, the sealed space If the gas temperature is different, the sealed space will be different. For this reason, when the temperature of the gas in the sealed space is not taken into account, there is a slight variation in the position of the drive side magnetic member in the direction of the rotation axis corresponding to the internal pressure of the sealed space, and as a result, the detection output of the pressure detection means Some variation occurs in the flow rate of the water pump estimated based on the flow rate (hereinafter referred to as the flow rate estimated from the detection output of the pressure detection means).
上記構成によれば、温度検出手段により密閉空間の気体の温度を検出し、その温度に応じた密閉空間の内圧と容積との関係から密閉空間の容積を求めることで、密閉空間の内圧に対応する駆動側磁性部材の回転軸方向の位置のバラツキを抑制することができる。これにより、圧力検出手段の検出出力から推定される流量を補正することができる。その結果、ウォーターポンプの流量をより正確に把握することができ、信頼性の高いウォーターポンプを実現できる。また、ウォーターポンプの流量のＯＮ・ＯＦＦ判定を正確に行うことができるようになる。つまり、流量のＯＮ・ＯＦＦ判定に用いる閾値を密閉空間の気体の温度に応じて補正することによって誤判定を防止できる。 According to the above configuration, the temperature of the gas in the sealed space is detected by the temperature detection means, and the volume of the sealed space is obtained from the relationship between the internal pressure and the volume of the sealed space according to the temperature, thereby corresponding to the internal pressure of the sealed space. The variation in the position of the drive-side magnetic member in the rotation axis direction can be suppressed. Thereby, the flow rate estimated from the detection output of the pressure detection means can be corrected. As a result, the flow rate of the water pump can be grasped more accurately, and a highly reliable water pump can be realized. In addition, it becomes possible to accurately determine the ON / OFF of the flow rate of the water pump. That is, it is possible to prevent erroneous determination by correcting the threshold value used for ON / OFF determination of the flow rate according to the temperature of the gas in the sealed space.
本発明において、上記圧力検出手段および温度検出手段は、上記駆動側回転体を支持する非回転の部位に配置されていることが好ましい。こうすれば、配線を容易に行うことが可能になり、設置スペースも容易に確保することが可能になる。 In the present invention, it is preferable that the pressure detecting means and the temperature detecting means are arranged at a non-rotating portion that supports the driving side rotating body. If it carries out like this, it will become possible to perform wiring easily and it will become possible to ensure an installation space easily.
また、本発明において、上記圧力検出手段の検出出力および冷却水温度を検出する水温検出手段の検出出力に基づいて、当該ウォーターポンプの異常発生の有無を判定することが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable to determine the presence or absence of abnormality of the water pump based on the detection output of the pressure detection means and the detection output of the water temperature detection means for detecting the cooling water temperature.
この構成によれば、ウォーターポンプに異常が発生して、例えば、ウォーターポンプが駆動しなかったり、流量可変制御が行えなくなると、圧力検出手段の検出出力から推定される流量は変化しなくなる。一方、水温検出手段により検出される冷却水温度は徐々に高くなる。このため、圧力検出手段の検出出力から推定される流量および水温検出手段により検出される冷却水温度が予め設定された異常に対応する領域に入った時点で、ウォーターポンプに異常が発生したと判定することができ、その異常への速やかな対処が可能となる。これにより、例えば、車両を停止したり、修理工場等まで退避走行を行うことで、オーバーヒートの発生を回避することができる。したがって、信頼性の高いウォーターポンプを実現できる。 According to this configuration, when an abnormality occurs in the water pump and, for example, the water pump is not driven or the flow rate variable control cannot be performed, the flow rate estimated from the detection output of the pressure detection unit does not change. On the other hand, the cooling water temperature detected by the water temperature detecting means gradually increases. Therefore, when the flow rate estimated from the detection output of the pressure detection means and the cooling water temperature detected by the water temperature detection means enter the region corresponding to the preset abnormality, it is determined that an abnormality has occurred in the water pump. It is possible to respond quickly to the abnormality. Thereby, for example, it is possible to avoid the occurrence of overheating by stopping the vehicle or performing retreat traveling to a repair shop or the like. Therefore, a highly reliable water pump can be realized.
本発明において、ウォーターポンプの流量を可変とする具体構成として、次の２つの態様が挙げられる。 In the present invention, the following two modes are mentioned as specific configurations in which the flow rate of the water pump is variable.
（１）上記可動部材は、上記密閉空間と、冷却水温度にしたがって膨張・収縮可能な作動流体が封入される空間とを区画するように配設されており、上記可動部材は、上記作動流体が冷却水温度にしたがって膨張・収縮することによって回転軸方向に移動され、この可動部材の移動により上記駆動側磁性部材と従動側磁性部材との対向位置が変更される態様。 (1) The movable member is disposed so as to partition the sealed space and a space in which a working fluid that can be expanded and contracted according to a cooling water temperature is enclosed. Is moved in the direction of the rotation axis by expanding and contracting according to the cooling water temperature, and the facing position of the driving side magnetic member and the driven side magnetic member is changed by the movement of the movable member.
（２）上記可動部材は、上記密閉空間と、負圧が導入される空間とを区画するように配設されており、上記可動部材は、上記空間に導入される負圧に応じて回転軸方向に移動され、この可動部材の移動により上記駆動側磁性部材と従動側磁性部材との対向位置が変更される態様。 (2) The movable member is disposed so as to partition the sealed space and a space into which negative pressure is introduced, and the movable member has a rotating shaft according to the negative pressure introduced into the space. A mode in which the opposing position of the driving side magnetic member and the driven side magnetic member is changed by the movement of the movable member.
本発明によれば、流量を正確に把握することが可能であり、信頼性の高い流量可変型のウォーターポンプを実現できる。 According to the present invention, the flow rate can be accurately grasped, and a highly reliable variable flow rate water pump can be realized.
本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。この実施形態は、自動車用エンジンに搭載され、エンジンからの駆動力を受けることで作動する車両用ウォーターポンプに本発明を適用した例について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a water pump for a vehicle that is mounted on an automobile engine and operates by receiving a driving force from the engine will be described.
−ウォーターポンプの全体構成−
まず、ウォーターポンプの全体的な構成について、図１を用いて説明する。
-Overall configuration of water pump-
First, the overall configuration of the water pump will be described with reference to FIG.
図１に示すように、ウォーターポンプ１０は、ポンプ筐体を構成するウォーターポンプハウジング１１が、エンジンのタイミングチェーンケース（ケース部材）１２にボルト１３によって一体的に取り付けられている。ウォーターポンプ１０は、例えばエンジン前面（縦置きエンジンの場合には車両前方側の面、横置きエンジンの場合には車両側方側の面）に配設されている。
As shown in FIG. 1, the
ウォーターポンプ１０は、ウォーターポンププーリ２１が設けられた駆動側回転体２０と、ポンプインペラ３１が設けられた従動側回転体３０と、駆動側回転体２０と従動側回転体３０との間を仕切る隔壁４０とを備えている。そして、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達が、後述するように、非接触の状態で行われるようになっている。
The
駆動側回転体２０は、ウォーターポンププーリ２１、取付プレート２２、駆動側ケーシング２３、可動部材としてのスライド部材２４、および、駆動側磁性部材としての永久磁石２５を備えており、これらが水平軸まわりに一体的に回転するように構成されている。駆動側回転体２０は、その水平軸まわりにほぼ回転対称な形状になっている。
The drive-
ウォーターポンププーリ２１は、ボルト２６によって取付プレート２２に一体的に取り付けられている。ウォーターポンププーリ２１のベルト巻き掛け部２１ａの外周面には、補機ベルト１４が巻き掛けられている。補機ベルト１４は、エンジンのクランクシャフトに取り付けられた図示しないクランクプーリの他、種々の補機類に備えられたプーリに掛け渡されている。このため、エンジンの駆動時には、エンジンのクランクシャフトの回転駆動力が、補機ベルト１４を介して、各補機類に伝達されるとともに、ウォーターポンププーリ２１にも伝達され、このウォーターポンププーリ２１が水平軸まわりに回転するようになっている。
The
取付プレート２２は、駆動側ケーシング２３に一体的に取り付けられている。具体的に、取付プレート２２の内周側に設けられるボス部２２ａに、駆動側ケーシング２３の回転軸部２３ａの軸方向（回転軸方向）の一端部（図１の左端部）が相対回転不能に嵌め込まれている。
The
駆動側ケーシング２３は、軸方向に延びる上述の回転軸部２３ａと、この回転軸部２３ａの軸方向他端部（図１の右端部）の外周側に一体的に設けられるケース部２３ｂとを備えている。回転軸部２３ａは、ボールベアリング２７を介して、ウォーターポンプハウジング１１に回転自在に支持されている。また、回転軸部２３ａとウォーターポンプハウジング１１との間には、エアシール１６が設けられており、これにより、後述する作動室５０および検出室６０が外気（大気）から遮断されている。
The drive-
回転軸部２３ａの中心部には、スライド部材２４のスライド軸部２４ａが挿入される挿入穴２３ｅが形成されている。回転軸部２３ａの軸方向一端部（左端部）は閉塞されている。この挿入穴２３ｅは、後述する作動室５０に連通している。ケース部２３ｂは、一方側（タイミングチェーンケース１２が配設されている側）が開放された有底円筒形状の部分であって、回転軸部２３ａの右端部から外周側に延びる円環部２３ｃと、この円環部２３ｃの外周縁から上記一方側に連続する円筒部２３ｄによって構成される。
An
スライド部材２４は、永久磁石２５を支持する支持部材である。このスライド部材２４は、駆動側ケーシング２３の内側に収容されており、駆動側ケーシング２３に対し相対回転不能且つ軸方向に沿って摺動可能に設けられている。また、スライド部材２４は、後述する作動室５０と検出室６０とを区画するように配設されている。そして、スライド部材２４は、作動室５０に封入された作動流体の膨張・収縮にしたがって駆動側ケーシング２３に対しスライド移動して、その軸方向位置（スライド位置）が変更される構成となっている。図１は、スライド部材２４が最もタイミングチェーンケース１２側の位置まで移動した状態を示し、図２は、スライド部材２４がタイミングチェーンケース１２側から最も離れた位置まで移動した状態を示している。なお、作動室５０や検出室６０などの詳細については後述する。
The
スライド部材２４は、具体的に、軸方向に延びるスライド軸部２４ａと、このスライド軸部２４ａの軸方向他端部（右端部）の外周側に一体的に設けられる磁石支持部２４ｂとを備えている。スライド軸部２４ａは、駆動側ケーシング２３の回転軸部２３ａの内周面にスプライン嵌合等の手段によって相対回転不能且つ軸方向へのスライド移動可能に嵌め込まれている。
Specifically, the
磁石支持部２４ｂは、駆動側ケーシング２３のケース部２３ｂと同じく一方側（タイミングチェーンケース１２が配設されている側）が開放された有底円筒形状の部分であって、スライド軸部２４ａの右端部から外周側に延びる円板部２４ｃと、この円板部２４ｃの外周縁から上記一方側に連続する円筒部２４ｄによって構成される。円板部２４ｃは、駆動側ケーシング２３の円環部２３ｃと対向して設けられている。円筒部２４ｄの外周面は、駆動側ケーシング２３の円筒部２３ｄの内周面と摺接するように設けられている。円筒部２４ｄの外周面にはエアシール２８が設けられており、円筒部２３ｄの内周面との間を気密状態にシールしている。これにより、後述する作動室５０と検出室６０とが遮断されている。
The
円筒部２４ｄの内周面には、リング状の永久磁石２５が一体的に取り付けられている。このため、スライド部材２４の軸方向のスライド移動にともなって、永久磁石２５も同じ方向へ移動する。より具体的には、リング状の永久磁石２５は、複数の断面円弧状の永久磁石で構成されており、軸方向の端部においてＮ極とＳ極とが交互に並ぶような構成となっている。
A ring-shaped
従動側回転体３０は、上述した駆動側回転体２０に対して非接触状態に配設され且つその駆動側回転体２０からの回転力が伝達されて回転する構成となっている。従動側回転体３０は、ポンプインペラ３１、および、従動側磁性部材としての誘導リング３２を備えており、これらが水平軸まわりに一体的に回転するように構成されている。従動側回転体３０は、その水平軸まわりにほぼ回転対称な形状になっている。
The driven-
ポンプインペラ３１は、タイミングチェーンケース１２の表面に設けられた凹陥部１２ａにより形成されるポンプ渦流室１２ｂに配設されている。ポンプインペラ３１は、軸方向に延びる回転支軸３３に水中軸受３４を介して回転自在且つ軸方向へのスライド移動が不能に支持されている。回転支軸３３は、タイミングチェーンケース１２に一体的に取り付けられている。そして、ポンプインペラ３１の回転によりポンプ渦流室１２ｂ内の冷却水がエンジンの冷却水通路に送り出され、これにより冷却水の循環動作が行われるようになっている。
The
誘導リング３２は、ポンプインペラ３１のボス部３１ａに回転一体に取り付けられている。誘導リング３２は、鉄芯３２ａの外周にアルミニウム製のリング部材３２ｂが取り付けられた構成となっている。誘導リング３２のリング部材３２ｂと駆動側回転体２０の永久磁石２５とは同心状に配置されおり、径方向の内外で所定の間隔を隔てて配置されている。また、この誘導リング３２の配設位置としては、スライド部材２４が最もタイミングチェーンケース１２側の位置まで移動した状態（図１の状態）では、その全体が永久磁石２５に対向し、スライド部材２４がタイミングチェーンケース１２側とは反対側の最大スライド位置まで移動した状態（図２の状態）では、その全体が永久磁石２５に対向しないように設定されている。
The
駆動側回転体２０が配設されている空間と従動側回転体３０が配設されている空間とは、ステンレス製（例えばＳＵＳ３０４など）の隔壁４０によって仕切られている。この隔壁４０は、駆動側回転体２０と従動側回転体３０との間の部分の形状に応じた形状になっており、具体的には、外周側に位置する外周側円環部４１と、この外周側円環部４１の内周側に連続する円筒部４２と、この円筒部４２の一端から内周側に延びる内周側円板部４３とを備えている。
The space in which the driving
外周側円環部４１の外周縁は、ウォーターポンプハウジング１１とタイミングチェーンケース１２との間で挟持されている。外周側円環部４１の外周縁部とウォーターポンプハウジング１１との間にはＯリング１５が介在されている。
The outer peripheral edge of the outer
円筒部４２は、駆動側回転体２０の永久磁石２５と従動側回転体３０の誘導リング３２のリング部材３２ｂとの間に配設されており、これら両者２５，３２ｂの間に僅かな隙間を存して配置されている。これにより、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとは、スライド部材２４が図１に示す位置にある場合には、円筒部４２を挟んで互いに対向配置されるようになっている。
The
また、内周側円板部４３は、駆動側回転体２０のスライド部材２４と従動側回転体３０を支持する回転支軸３３および誘導リング３２との間に配設されている。このように、駆動側回転体２０が配設されている空間と、従動側回転体３０が配設されている空間とは隔壁４０によって隔離されており、したがって、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達が非接触の状態で行われるようになっている。
Further, the inner
ここで、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達について説明する。エンジンが駆動し、ウォーターポンププーリ２１が回転すると、その回転力が取付プレート２２を介して駆動側ケーシング２３およびスライド部材２４に伝達され、これにより、駆動側回転体２０が一体となって回転する。この駆動側回転体２０の回転にともなって永久磁石２５が回転すると、従動側回転体３０の誘導リング３２の周囲の磁場が変化し、誘導リング３２のリング部材３２ｂには、その磁場の変化を妨げる方向への誘導電流が発生する。この誘導電流の発生にともなってトルクが発生し、これにより、従動側回転体３０が一体となって回転する。その結果、ポンプインペラ３１が回転し、ウォーターポンプ１０が駆動される。なお、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとの間隔を小さく設定するほど、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達を効率よく行うことが可能になる。
Here, transmission of the rotational force from the driving
そして、この実施形態では、駆動側回転体２０の永久磁石２５と従動側回転体３０の誘導リング３２のリング部材３２ｂとの相対的な対向位置を変更することによって、ウォーターポンプ１０の流量（ポンプ吐出量）を連続的に変更するようにしている。具体的には、永久磁石２５の軸方向の移動によって永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとの軸方向のオーバーラップ量（軸方向で互いに重なり合っている寸法）を変更することで、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達されるトルクを変更し、これによって、従動側回転体３０の回転数を変更してウォーターポンプ１０の流量を変更するようにしている。上記オーバーラップ量は、スライド部材２４のスライド位置を変更することによって変更される。スライド部材２４のスライド位置は、図１に示す最もタイミングチェーンケース１２側の位置と、図２に示すタイミングチェーンケース１２側から最も離れた位置との間で変更可能になっている。
In this embodiment, the flow rate (pump of the water pump 10) is changed by changing the relative facing position between the
−作動室および検出室の構成−
この実施形態では、作動室５０に封入される作動流体の膨張・収縮にしたがってスライド部材２４のスライド位置（軸方向位置）を変更し、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとの相対的な対向位置を変更するようにしている。つまり、上記オーバーラップ量を変更するための構成として、作動室５０に周囲の温度（冷却水温度）にしたがって膨張・収縮可能な特性を有する作動流体を封入する構成を採用している。
-Configuration of working chamber and detection chamber-
In this embodiment, the slide position (axial position) of the
ウォーターポンプ１０のウォーターポンプハウジング１１と隔壁４０とによって囲まれた空間は、外気（大気）から遮断された密閉空間となっている。この密閉空間に、作動流体が封入される作動室５０と空気が封入される検出室（空気室）６０とが設けられている。作動室５０と検出室６０とは、スライド部材２４を挟んで軸方向に沿って並んで配置されている。言い換えれば、スライド部材２４によって、密閉空間が作動室５０と検出室６０とに区画されている。作動室５０と検出室６０とは、上述したエアシール２８によって遮断されている。そして、作動室５０と検出室６０とは、ともに気密状態に保たれている。
A space surrounded by the
作動室５０は、駆動側回転体２０の内部に設けられており、駆動側ケーシング２３とスライド部材２４との間で形成される空間となっている。具体的には、作動室５０は、駆動側ケーシング２３のケース部２３ｂと、スライド部材２４のスライド軸部２４ａおよび磁石支持部２４ｂとによって囲まれた空間として構成されている。
The working
作動室５０に封入される作動流体は、周囲の温度が低いとき（冷却水温度が低いとき）には収縮し、逆に、周囲の温度が高いとき（冷却水温度が高いとき）には膨張する特性を有する流体である。作動流体は、作動室５０内で、気体の状態で存在していてもよいし、液体の状態の存在していてもよい。また、作動流体は、気体と液体とが混ざり合った状態で存在していてもよい。さらに、作動流体は、空気と混ざり合った状態で存在していてもよい。
The working fluid sealed in the working
作動流体は、上記オーバーラップ量を変更するのに必要な膨張量（収縮量）を確保できる流体であれば、いかなるものであってもよいが、冷却水温度が変化する範囲で、熱膨張率が空気よりも大きい流体であることが好ましい。あるいは、作動流体は、沸点が冷却水温度の変化する範囲内にある流体であることが好ましい。このような作動流体としては、例えば、ジエチルエーテルが挙げられる。なお、ジエチルエーテルの沸点（大気圧下では約３５℃）は作動室５０の内圧に応じて変化するが、この沸点は検出室６０に封入する空気の加圧状態を調整することによって任意に設定することが可能である。この点は、ジエチルエーテル以外の流体を用いた場合も同様である。
The working fluid may be any fluid as long as it can secure the expansion amount (shrinkage amount) necessary to change the overlap amount, but the thermal expansion coefficient is within the range where the cooling water temperature changes. Is a fluid larger than air. Alternatively, the working fluid is preferably a fluid having a boiling point within a range in which the cooling water temperature changes. An example of such a working fluid is diethyl ether. The boiling point of diethyl ether (about 35 ° C. under atmospheric pressure) changes according to the internal pressure of the working
検出室６０は、駆動側回転体２０を囲むように設けられる密閉空間となっている。具体的には、検出室６０は、ウォーターポンプハウジング１１と、隔壁４０と、駆動側ケーシング２３と、スライド部材２４とによって囲まれた空間として構成されている。また、検出室６０は、その容積Ｖがスライド部材２４の軸方向の位置に応じて変更可能に構成されている。
The
検出室６０には、作動室５０とは異なり、そのような作動流体は封入されておらず、空気だけが封入されている。この実施形態では、空気が予め加圧された状態で検出室６０に封入されており、検出室６０の内圧が大気圧よりも高くなるように設定されている。なお、空気の加圧は必ずしも行わなくてもよい。また、空気以外の気体を検出室６０に封入してもよい。
Unlike the working
そして、ウォーターポンプ１０には、検出室６０内の空気の圧力（内圧）Ｐを検出する圧力検出手段としての圧力センサ７１と、検出室６０内の空気の温度Ｔを検出する温度検出手段としての温度センサ７２とが設けられている。圧力センサ７１および温度センサ７２は、ウォーターポンプハウジング１１に取り付けられており、検出室６０に臨む位置に設けられている。このように、圧力センサ７１および温度センサ７２の設置箇所となるウォーターポンプハウジング１１は、ウォーターポンプ１０における非回転の部位であり、しかも、スライド部材２４のスライド移動にも影響を受けない部位であるため、配線を容易に行うことが可能になり、設置スペースも容易に確保することが可能になる。
The
圧力センサ７１および温度センサ７２は、制御装置としてのエンジンＥＣＵ７０に接続されており、圧力センサ７１および温度センサ７２は、エンジンＥＣＵ７０にそれぞれの検出信号を出力する。なお、エンジンＥＣＵ７０は、エンジンの各種制御を司るもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えて構成される。エンジンＥＣＵ７０には、上記圧力センサ７１の検出出力、上記温度センサ７２の検出出力のほか、エンジンの回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ７３からの検出出力、冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ７４からの検出出力が入力される。
The
−ウォーターポンプの動作−
次に、以上のような構成のウォーターポンプ１０の動作について説明する。
-Water pump operation-
Next, the operation of the
ウォーターポンプ１０においては、上述した作動室５０および検出室６０の密閉空間は、冷却水が流通するポンプ渦流室１２ｂに隣接して設けられており、しかも、ポンプ渦流室１２ｂとの間には隔壁４０だけしか介在されていないので、冷却水温度Ｔｗがその密閉空間の作動室５０に封入されている作動流体に伝わりやすい状況となっている。このため、作動室５０の作動流体は、冷却水温度Ｔｗの変化に応じて膨張または収縮し、これにより、作動室５０の内圧が上昇または低下する。また、これにともない、検出室６０の容積Ｖが変化して、検出室６０の内圧Ｐが変化する。なお、冷却水温度Ｔｗの変化による検出室６０の内圧Ｐの変化は、冷却水温度Ｔｗの変化による作動室５０の内圧の変化に比べて緩やかとなっている。
In the
具体的には、冷却水温度Ｔｗが高くなれば、作動室５０の作動流体が膨張し、作動室５０の内圧が上昇する。ここで、作動流体の膨張は、気体状態の作動流体の膨張を意味するとともに、作動流体の気化にともなう膨張をも意味する。作動流体として、ジエチルエーテルを用いた場合、冷却水温度Ｔｗが高くなると、ジエチルエーテルが液体状態から気体状態に変化して膨張するとともに、気体状態のジエチルエーテルが膨張することで、作動室５０の内圧が上昇する。
Specifically, when the coolant temperature Tw increases, the working fluid in the working
逆に、冷却水温度Ｔｗが低くなれば、作動室５０の作動流体が収縮し、作動室５０の内圧が低下する。ここで、作動流体の収縮は、気体状態の作動流体の収縮を意味するとともに、作動流体の液化にともなう収縮をも意味する。作動流体として、ジエチルエーテルを用いた場合、冷却水温度Ｔｗが低くなると、気体状態のジエチルエーテルが収縮するとともに、ジエチルエーテルが気体状態から液体状態に変化して収縮することで、作動室５０の内圧が低下する。
Conversely, when the coolant temperature Tw is lowered, the working fluid in the working
そして、作動流体の膨張・収縮による作動室５０の内圧の変化にともなって、作動室５０と検出室６０との間にあるスライド部材２４が軸方向に沿ってスライド移動する。つまり、作動流体の膨張・収縮にしたがってスライド部材２４のスライド位置が変更され、永久磁石２５の軸方向の位置が変更される。これにより、永久磁石２５と誘導リング３２との上記オーバーラップ量が変更される。
As the internal pressure of the working
具体的には、冷却水温度Ｔｗが上昇すると、作動室５０の作動流体が膨張して、スライド部材２４および永久磁石２５がタイミングチェーンケース１２側へ向けて移動する。これにより、上記オーバーラップ量が大きくなって検出室６０の容積Ｖが減少するとともに、検出室６０の内圧Ｐが上昇する。より詳細には、作動室５０の作動流体の膨張により、作動室５０の内圧が上昇する。そして、作動室５０の内圧が検出室６０の内圧Ｐを上回ると、作動室５０の内圧と検出室６０の内圧Ｐとがバランスを保つように、スライド部材２４がタイミングチェーンケース１２側へ向けて移動する。これにより、上記オーバーラップ量が大きくなり、駆動側回転体２０の永久磁石２５の回転によって従動側回転体３０の誘導リング３２の周囲に発生する磁場の強さが強くなり、誘導リング３２のリング部材３２ｂに発生する誘導電流が大きくなる。この結果、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が大きくなり、ウォーターポンプ１０の流量が増大される。
Specifically, when the coolant temperature Tw rises, the working fluid in the working
この場合、冷却水温度Ｔｗが上昇するほど、作動室５０の作動流体の膨張量が大きくなり、スライド部材２４のスライド位置がタイミングチェーンケース１２側へ変更されて、上記オーバーラップ量が大きくなる。これにともない、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が大きくなり、ウォーターポンプ１０の流量が大きくなる。したがって、例えばエンジンの暖機後のような温間時には、冷却水温度Ｔｗが高いので（例えば７０℃以上）、上記オーバーラップ量が大きくなり、その結果、図３の実線Ａ１で示すように、ウォーターポンプ１０の流量を増大させて冷却効率を向上させることが可能になる。
In this case, as the coolant temperature Tw rises, the amount of expansion of the working fluid in the working
そして、スライド部材２４が図１に示すスライド位置まで移動すると、永久磁石２５のほぼ全体が誘導リング３２に対向する。このとき、上記オーバーラップ量が最大となり、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が最大となり、ウォーターポンプ１０の流量が最大となる。この場合、ストッパ２９によって、スライド部材２４のタイミングチェーンケース１２側への移動が規制されるようになっている。
When the
これに対し、冷却水温度Ｔｗが低下すると、作動室５０の作動流体が収縮して、スライド部材２４および永久磁石２５がタイミングチェーンケース１２側とは反対側へ向けて移動する。これにより、上記オーバーラップ量が小さくなって検出室６０の容積Ｖが増大するとともに、検出室６０の内圧Ｐが低下する。より詳細には、作動室５０の作動流体の収縮により、作動室５０の内圧が低下する。そして、作動室５０の内圧が検出室６０の内圧Ｐを下回ると、作動室５０の内圧と検出室６０の内圧Ｐとがバランスを保つように、スライド部材２４がタイミングチェーンケース１２側とは反対側へ向けて移動する。これにより、上記オーバーラップ量が小さくなり、駆動側回転体２０の永久磁石２５の回転によって従動側回転体３０の誘導リング３２の周囲に発生する磁場の強さが弱くなり、誘導リング３２のリング部材３２ｂに発生する誘導電流が小さくなる。この結果、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が小さくなり、ウォーターポンプ１０の流量が減少される。
On the other hand, when the coolant temperature Tw decreases, the working fluid in the working
この場合、冷却水温度Ｔｗが低下するほど、作動室５０の作動流体の収縮量が大きくなり、スライド部材２４のスライド位置がタイミングチェーンケース１２側とは反対側へ変更されて、上記オーバーラップ量が小さくなる。これにともない、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が小さくなり、ウォーターポンプ１０の流量が小さくなる。したがって、例えばエンジンの始動時のような冷間時には、冷却水温度Ｔｗが低いので（例えば２０度以下）、上記オーバーラップ量が小さくなり、その結果、図３の実線Ａ２で示すように、ウォーターポンプ１０の流量を減少させてエンジンの早期暖機を図ることが可能になる。
In this case, as the cooling water temperature Tw decreases, the amount of contraction of the working fluid in the working
そして、スライド部材２４が図２に示すスライド位置まで移動すると、永久磁石２５の全体が誘導リング３２に対向しなくなる。このとき、上記オーバーラップ量が最小となり、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が最小となり、ウォーターポンプ１０の流量が最小となる。なお、このとき、スライド部材２４の円板部２４ｃが駆動側ケーシング２３の円環部２３ｃに接触することによって、スライド部材２４の移動が規制されるようになっている。
When the
−ウォーターポンプの流量推定−
以上のように、ウォーターポンプ１０の流量は冷却水温度Ｔｗに応じて制御され、その流量可変制御は成り行きにまかせた制御となっている。この実施形態では、圧力センサ７１により検出室６０の内圧Ｐを検出することによって、ウォーターポンプ１０の流量を把握するようにしている。この点について、以下説明する。
-Flow rate estimation of water pump-
As described above, the flow rate of the
検出室６０の内圧Ｐは、検出室６０の容積Ｖおよび検出室６０の空気の温度Ｔに応じて変化する。検出室６０の空気の温度Ｔに応じた検出室６０の内圧Ｐの変化は、検出室６０の容積Ｖに応じた内圧変化に比べ小さいため、ここではまず、検出室６０の容積Ｖに応じた内圧Ｐの変化についてのみ考慮することとする。
The internal pressure P of the
検出室６０の内圧Ｐと容積Ｖとは、例えば図４の実線Ｂ１で示すように、反比例の関係にある（Ｐ＊Ｖ＝一定）。このため、検出室６０の内圧Ｐが分かれば、検出室６０の容積Ｖが分かる。また、検出室６０の容積Ｖとスライド部材２４の位置とは対応しているので、検出室６０の容積Ｖが分かれば、スライド部材２４の位置の位置が分かる。これにより、永久磁石２５の軸方向の位置が分かり、永久磁石２５と誘導リング３２とのオーバーラップ量が分かる。
The internal pressure P and the volume V of the
したがって、検出室６０の内圧Ｐを圧力センサ７１によって検出することによって、上記オーバーラップ量を推定することが可能になり、これにより、そのオーバーラップ量に対応するウォーターポンプ１０の流量を推定することができる。このように、圧力センサ７１の検出出力に基づいてウォーターポンプ１０の流量を正確に把握することができ、信頼性の高いウォーターポンプ１０を実現できる。
Therefore, it is possible to estimate the overlap amount by detecting the internal pressure P of the
また、圧力センサ７１により検出される検出室６０の内圧Ｐから推定されるウォーターポンプ１０の流量（以下、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量という。）に基づいて、ウォーターポンプ１０の流量のＯＮ・ＯＦＦ判定を行うことができる。流量のＯＮ・ＯＦＦ判定は、ウォーターポンプ１０の流量がＥＣＵ７０に予め記憶された閾値以上であるか否かに応じて、ウォーターポンプ１０の状態が流量ＯＮであるか流量ＯＦＦであるかを判定するものである。この実施形態では、圧力センサ７１の検出出力に基づいて流量を推定するので、検出室６０の内圧Ｐに対して流量のＯＮ・ＯＦＦ判定を行うための閾値（図４でＰｔｈと示す。）を設定すればよい。あるいは、検出室６０の内圧Ｐに対応する検出室６０の容積Ｖに対して閾値（図４でＶｔｈと示す。）を設定してもよい。そして、検出室６０の内圧Ｐが上記閾値Ｐｔｈ以上である場合には、流量ＯＮであると判定され、逆に、検出室６０の内圧Ｐが上記閾値Ｐｔｈ未満である場合には、流量ＯＦＦと判定される。
Further, the flow rate of the
また、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量に基づいてウォーターポンプ１０の異常を検知する構成とすることも可能である。この場合、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量とウォーターポンプ１０の状態を表す他のパラメータとに基づいた比較判定をエンジンＥＣＵ７０により行う構成とすればよい。ウォーターポンプ１０の状態を表す他のパラメータとしては、例えば水温センサ７４により検出される冷却水温度Ｔｗが挙げられる。
Further, it is possible to adopt a configuration in which an abnormality of the
具体的には、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量と水温センサ７４により検出される冷却水温度Ｔｗとをパラメータとした関係（例えばマップやテーブルなど）をエンジンＥＣＵ７０に予め記憶させておく。ここで、通常時には、冷却水温度Ｔｗが高くなるとそれに応じて流量を増加させるような流量可変制御が行われるため、そのような通常時の流量可変制御から外れた領域を異常発生領域（異常に対応する領域）として予め設定しておく。例えば、水温センサ７４により検出される冷却水温度Ｔｗに対し圧力センサ７１の検出出力から推定される流量が過不足するような領域を異常発生領域として設定しておく。そして、エンジンＥＣＵ７０により、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量および水温センサ７４により検出される冷却水温度Ｔｗが上記異常発生領域にあるか否かを判定することによって、ウォーターポンプ１０に異常が発生したか否か判定する構成とする。さらに、異常が発生した場合には、報知手段７５を通じてドライバーに報知する構成とすればよい。ドライバーへの報知手段７５としては、例えば、車室内のメータパネルのインジケータランプや、音声、ブザーなどがある。
Specifically, a relationship (for example, a map or a table) using the flow rate estimated from the detection output of the
この構成によれば、ウォーターポンプ１０に異常が発生した場合、その異常を素早く検知することができ、オーバーヒートの発生を回避することが可能になる。ここで、流量検知が不可能な構成では、ウォーターポンプ１０に何らかの原因により（例えば異物が詰まったりなどして）異常が発生して、ウォーターポンプ１０が駆動しなかったり、駆動しても流量可変制御が行えなくなった場合などには、異常の検知が遅れる可能性がある。そして、ドライバーが異常に気付かないまま通常走行を続けたとすれば、例えば図５の破線Ｃ２で示すように、冷却水温度Ｔｗが急速上昇して、短時間でオーバーヒートに至る可能性がある。
According to this configuration, when an abnormality occurs in the
これに対し、この実施形態では、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量と水温センサ７４により検出される冷却水温度Ｔｗとに基づいて異常発生の有無を判定する構成としているので、ウォーターポンプ１０に異常が発生した場合には、その異常を素早く検知することができる。例えば、ウォーターポンプ１０が駆動しなかったり、流量可変制御が行えなくなると、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量は変化しなくなる。一方、水温センサ７４により検出される冷却水温度Ｔｗは徐々に高くなる。このため、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量および水温センサ７４により検出される冷却水温度Ｔｗが上記異常発生領域に入った時点で、速やかにウォーターポンプ１０に異常が発生したと判定され、報知手段７５を通じてドライバーへの報知が行われる。
On the other hand, in this embodiment, since it is set as the structure which determines the presence or absence of abnormality based on the flow volume estimated from the detection output of the
これにより、ドライバーが車両を停止したり、修理工場等まで退避走行を行うことで、オーバーヒートの発生を回避することができる。例えば図５の実線Ｃ１に示すように、退避走行を行うことで、通常走行を継続した場合に比べて、冷却水温度Ｔｗの上昇が緩やかになり、オーバーヒートに至るまでの時間を延ばすことができる。その結果、オーバーヒートの発生を回避することができ、また、樹脂製の部品やゴム製の部品の劣化を抑制することができる。したがって、信頼性の高いウォーターポンプ１０を実現できる。
以上では、検出室６０の容積Ｖに応じた検出室６０の内圧Ｐの変化についてのみ考慮した場合について説明したが、検出室６０の容積Ｖに加え、検出室６０の空気の温度Ｔを考慮することによって、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量を補正することが可能になる。
As a result, the driver can avoid the occurrence of overheating by stopping the vehicle or retreating to a repair shop or the like. For example, as shown by the solid line C1 in FIG. 5, by performing the retreat travel, the rise in the coolant temperature Tw becomes gentler than when the normal travel is continued, and the time until overheating can be extended. . As a result, the occurrence of overheating can be avoided, and deterioration of resin parts and rubber parts can be suppressed. Therefore, a highly
The case where only the change in the internal pressure P of the
検出室６０の内圧Ｐと容積Ｖとは、上述したように、反比例の関係にあり、この関係は、図４に示すように、検出室６０の空気の温度Ｔに応じて変化する。検出室６０の内圧Ｐと容積Ｖとの関係は、検出室６０の空気の温度Ｔが高くなるほど、高圧高容積側に変化し、逆に、温度Ｔが低くなるほど、低圧低容積側に変化する。図４の実線Ｂ１は、検出室６０の空気の温度がＴ１のときの検出室６０の内圧Ｐと容積Ｖとの関係を示し、実線Ｂ２は、温度がＴ１よりも高いＴ２のときの関係を示し、実線Ｂ３は、温度がＴ１よりも低いＴ３のときの関係を示す。
As described above, the internal pressure P and the volume V of the
検出室６０の空気の温度Ｔに応じて検出室６０の内圧Ｐと容積Ｖとの関係が変化するので、圧力センサ７１により検出される検出室６０の内圧Ｐが同じであったとしても、検出室６０の空気の温度Ｔが異なれば、検出室６０容積Ｖは異なったものとなる。例えば、圧力センサ７１により検出される検出室６０の内圧がＰ１である場合、検出室６０の空気の温度がＴ１のとき、検出室６０の容積はＶ１となり、温度がＴ２のとき、容積はＶ２となり、温度がＴ３のとき、容積はＶ３となる。このため、検出室６０の空気の温度Ｔを考慮しない場合には、検出室６０の内圧Ｐに対応する永久磁石２５の軸方向の位置に若干のバラツキが生じ、その結果、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量に若干のバラツキが生じてしまう。
Since the relationship between the internal pressure P of the
そこで、温度センサ７２により検出室６０の空気の温度Ｔを検出し、その温度Ｔに応じた検出室６０の内圧Ｐと容積Ｖとの関係から検出室６０の容積Ｖを求めることで、検出室６０の内圧Ｐに対応する永久磁石２５の軸方向の位置のバラツキを抑制することができる。これにより、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量を補正することができ、ウォーターポンプ１０の流量をより正確に把握することができ、信頼性の高いウォーターポンプ１０を実現できる。
Therefore, the temperature T of the air in the
また、上述した流量のＯＮ・ＯＦＦ判定の閾値に対して検出室６０の空気の温度Ｔによる補正を適用することによって、ウォーターポンプ１０の流量のＯＮ・ＯＦＦ判定を正確に行うことができ、その誤判定を防止できる。この場合、検出室６０の容積Ｖに対する閾値（図４でＶｔｈと示す。）を検出室６０の空気の温度Ｔに応じて補正すればよい。具体的には、検出室６０の空気の温度Ｔが高くなるほど、上記閾値Ｖｔｈを高容積側へ補正し、逆に、温度Ｔが低くなるほど、上記閾値Ｖｔｈを低容積側へ補正すればよい。
Further, by applying the correction based on the temperature T of the air in the
また、上述した圧力センサ７１の検出出力から推定される流量に基づいてウォーターポンプ１０の異常を検知する構成に対しても、検出室６０の空気の温度Ｔによる補正を適用することによって、ウォーターポンプ１０の異常発生の有無の判定をより正確に行うことができ、その誤判定を防ぐことができる。したがって、信頼性の高いウォーターポンプ１０を実現できる。
In addition, the water pump is also corrected by applying the correction based on the temperature T of the air in the
−他の実施形態−
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここに示した実施形態はさまざまに変形することが可能である。
-Other embodiments-
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment shown here can be variously deformed.
（１）ウォーターポンプの流量を可変とする構成は、作動流体を利用する構成以外であってもよい。つまり、永久磁石と誘導リングとのオーバーラップ量を変更する構成として、上記実施形態以外の構成を採用してもよい。この場合、スライド部材（可動部材）の移動による永久磁石と誘導リングとのオーバーラップ量の変更にともなって、容積が変更可能な密閉空間を設ける構成とすればよい。オーバーラップ量を変更する手段として、例えば、負圧を利用することが可能である。この場合、エンジンの吸気管負圧や、バキュームポンプによる負圧を利用することが可能である。また、オーバーラップ量を変更する手段として、冷却水温度にしたがったサーモワックスの膨張・収縮を利用したり、油圧アクチュエータや、電動アクチュエータ等を利用することが可能である。 (1) The configuration in which the flow rate of the water pump is variable may be other than the configuration using the working fluid. That is, a configuration other than the above embodiment may be adopted as a configuration for changing the overlap amount between the permanent magnet and the induction ring. In this case, what is necessary is just to set it as the structure which provides the sealed space which can change a volume with the change of the overlap amount of a permanent magnet and a guidance ring by the movement of a slide member (movable member). As a means for changing the overlap amount, for example, a negative pressure can be used. In this case, the intake pipe negative pressure of the engine or the negative pressure by the vacuum pump can be used. In addition, as means for changing the overlap amount, it is possible to use expansion / contraction of thermowax according to the cooling water temperature, a hydraulic actuator, an electric actuator, or the like.
図６、図７には、エンジンの吸気管負圧により、スライド部材（可動部材）を移動して永久磁石と誘導リングとのオーバーラップ量を変更する構成のウォーターポンプを示している。図６、図７に示すウォーターポンプ１００の全体的な構成は、上記実施形態に係るウォーターポンプ１０とほぼ同様になっている（図１、図２参照）。このため、同様の構成の部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
6 and 7 show a water pump having a configuration in which the amount of overlap between the permanent magnet and the guide ring is changed by moving the slide member (movable member) by the negative pressure of the intake pipe of the engine. The overall configuration of the
上記実施形態では、ウォーターポンプ１０に作動流体が封入される作動室５０が設けられたが、図６、図７に示すように、ウォーターポンプ１００では、負圧が導入される負圧室１５０が設けられている。負圧室１５０とこの負圧室１５０に負圧を導入する構成について説明する。
In the above embodiment, the working
駆動側ケーシング１２３は、上記実施形態の駆動側ケーシング２３とほぼ同様の構成であるが、駆動側ケーシング１２３の回転軸部１２３ａの中心部には負圧導入孔１２３ｅが形成されている点で異なっている。この負圧導入孔１２３ｅは、負圧室１５０に負圧を導入するための負圧経路として利用される。負圧導入孔１２３ｅには、負圧配管１５１が接続されている。この負圧配管１５１の接続構造としては、回転軸部１２３ａの負圧導入孔１２３ｅにベアリング１５２およびエアシール１５３を嵌め込んだ構成となっている。
The drive-
可動部材としてのスライド部材１２４は、駆動側ケーシング１２３の内側に収容されており、駆動側ケーシング１２３に対し相対回転不能且つ軸方向に沿って摺動可能に設けられている。スライド部材１２４は、負圧室１５０と検出室６０とを区画するように配設されている。
The
駆動側ケーシング１２３とスライド部材１２４との間で形成される空間は、外気から遮断された密閉空間としての負圧室１５０として構成されている。負圧室１５０は、具体的には、駆動側ケーシング１２３のケース部１２３ｂと、スライド部材１２４のスライド軸部１２４ａおよび磁石支持部１２４ｂとによって囲まれた空間として構成されている。そして、負圧室１５０に導入される負圧に応じてスライド部材１２４が駆動側ケーシング１２３に対しスライド移動して、スライド部材１２４の軸方向位置（スライド位置）が変更される構成となっている。図６は、スライド部材１２４が最もタイミングチェーンケース１２側の位置まで移動した状態を示し、図７は、スライド部材１２４がタイミングチェーンケース１２側から最も離れた位置まで移動した状態を示している。
A space formed between the drive-
一方、検出室６０は、上記実施形態と同様の密閉空間となっており、検出室６０には空気が封入されている。そして、この検出室６０の内圧Ｐを検出する圧力センサ７１と、検出室６０に封入された空気の温度Ｔを検出する温度センサ７２とが、ウォーターポンプハウジング１１に取り付けられており、検出室６０に臨む位置に設けられている。圧力センサ７１および温度センサ７２は、制御装置としてのエンジンＥＣＵ１７０に接続されており、圧力センサ７１および温度センサ７２は、エンジンＥＣＵ１７０にそれぞれの検出信号を出力する。
On the other hand, the
ここで、負圧室１５０への負圧の導入とウォーターポンプ１００の動作について説明する。負圧室１５０へは、負圧導入孔１２３ｅを介して、負圧発生源からの負圧が導入される。負圧発生源としては、エンジンの吸入負圧（吸気管負圧）が利用される。つまり、永久磁石２５と誘導リング３２とのオーバーラップ量を変更するための動力源として、エンジンのインテークマニホールド内に発生する吸入負圧が利用される。具体的に、負圧室１５０は、駆動側ケーシング１２３の回転軸部１２３ａに形成された負圧導入孔１２３ｅを介して、負圧配管１５１に連通されている。負圧配管１５１は、ＶＳＶ（バキュームスイッチングバルブ）１５５を介してエンジンのインテークマニホールド内に連通している。
Here, introduction of the negative pressure into the
ＶＳＶ１５５は、負圧室１５０が連通する空間を切り換えるためのバルブであって、その切り換え制御（開閉スイッチング制御）は、制御装置としてのエンジンＥＣＵ１７０によって行われる。ＶＳＶ１５５は、負圧室１５０を大気に連通させる切り換え状態（以下、第１の切り換え状態と呼ぶ）と、負圧室１５０をインテークマニホールド内に連通させる切り換え状態（以下、第２の切り換え状態と呼ぶ）との間で切り換え可能となっている。
エンジンＥＣＵ１７０には、上記圧力センサ７１の検出出力、上記温度センサ７２の検出出力のほか、エンジンの回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ７３からの検出出力、冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ７４からの検出出力が入力される。そして、エンジンＥＣＵ１７０は、その水温センサからの検出信号などに基づいて、ＶＳＶ１５５の開閉スイッチング制御を行って負圧室１５０に導入する負圧の大きさを制御することによって、ウォーターポンプ１００の流量可変制御を行う。
The
より詳細には、冷却水の温度が高い、例えばエンジンの暖機後の温間時には、負圧室１５０に作用させる負圧を小さく設定する。これにともない、スライド部材１２４のスライド位置がタイミングチェーンケース１２側へ変更され、永久磁石２５の軸方向の位置がタイミングチェーンケース１２側へ変更される。このとき、永久磁石２５と誘導リング３２とのオーバーラップ量が大きくなって検出室６０の容積Ｖが減少するとともに、検出室６０の内圧Ｐが上昇する。
More specifically, the negative pressure applied to the
そして、上記オーバーラップ量が大きくなる結果、ウォーターポンプ１００の流量が増大され、冷却効率の向上を図るような流量可変制御が行われる。このため、ＶＳＶ１５５を上記第１の切り換え状態としてインテークマニホールド内の吸入負圧を負圧室１５０に導入しないようにすれば、スライド部材１２４の両側の空間の圧力が均圧され、スライド部材１２４が、図６に示すように、タイミングチェーンケース１２に最も近づいた位置まで移動した状態となって、永久磁石２５の全体が誘導リング３２のリング部材３２ｂに対向する。このとき、上記オーバーラップ量が最大となり、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が最大となり、ウォーターポンプ１００の流量が最大となる。この場合、ストッパ２９によって、スライド部材１２４のタイミングチェーンケース１２側への移動が規制される。
As a result of the increase in the overlap amount, the flow rate of the
一方、冷却水の温度が低い、例えばエンジンの始動時のような冷間時には、負圧室１５０に作用させる負圧を大きく設定する。これにともない、スライド部材１２４のスライド位置がタイミングチェーンケース１２とは反対側へ変更され、永久磁石２５の軸方向の位置がタイミングチェーンケース１２とは反対側へ変更される。このとき、永久磁石２５と誘導リング３２とのオーバーラップ量が小さくなって検出室６０の容積Ｖが増大するとともに、検出室６０の内圧Ｐが低下する。
On the other hand, when the temperature of the cooling water is low, for example, when the engine is cold such as when the engine is started, the negative pressure applied to the
そして、上記オーバーラップ量が小さくなる結果、ウォーターポンプ１００の流量を減少され、エンジンの早期暖機を図るような流量可変制御が行われる。このため、ＶＳＶ１５５を上記第２の切り換え状態としてインテークマニホールド内の吸入負圧を負圧配管１５１を介して負圧室１５０に導入すると、例えば図７に示すように、スライド部材１２４がタイミングチェーンケース１２から最も離れた位置までスライド移動し、上記オーバーラップ量が小さく、または、オーバーラップ量が「０」となる。そして、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が小さくなり、ウォーターポンプ１００の流量が減少する。この場合、負圧室１５０に導入する負圧を大きくするほど、上記オーバーラップ量が小さくなりウォーターポンプ１００の流量が減少していく。そして、スライド部材１２４が図７に示す位置まで移動した状態では、上記オーバーラップ量が「０」となり、ウォーターポンプ１００の流量が最小となる。
As a result of the reduction of the overlap amount, the flow rate variable control is performed such that the flow rate of the
以上のように、ウォーターポンプ１００の流量は負圧室１５０に導入する負圧に応じて制御され、その流量可変制御はエンジンＥＣＵ１７０によって行われる。そして、この構成においても、圧力センサ７１により検出室６０の内圧Ｐを、温度センサ７２により検出室６０の空気の温度Ｔをそれぞれ検出することによって、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。それに加え、この構成では、上記実施形態とは異なり、負圧室１５０に導入する負圧をエンジンＥＣＵ１７０により制御することによってウォーターポンプ１００の流量が制御されるので、エンジンＥＣＵ１７０による負圧の制御（ＶＳＶ１５５の切換制御）によって得られる流量を、圧力センサ７１の検出出力から推定される流量に基づいてフィードバック制御することができる。
As described above, the flow rate of the
（２）上記実施形態では、タイミングチェーンケース１２の表面に設けられた凹陥部１２ａによりポンプ渦流室１２ｂを形成した場合について説明したが、エンジンのシリンダブロックを利用してポンプ渦流室を形成するものに対しても本発明は適用可能である。
(2) In the above embodiment, the case where the
（３）上記実施形態では、自動車用エンジンに搭載され、エンジンからの駆動力を受けることで作動する車両用ウォーターポンプに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車用以外の用途に使用されるウォーターポンプに対しても適用することができる。また、ウォーターポンプの駆動源としてもエンジン（内燃機関）に限定されるものではなく、電動機（電動モータ）から駆動力を受けるものであってもよい。 (3) In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a vehicle water pump that is mounted on an automobile engine and operates by receiving a driving force from the engine has been described. The present invention is not limited to this, and can also be applied to water pumps used for purposes other than those for automobiles. Further, the drive source of the water pump is not limited to the engine (internal combustion engine), but may be one that receives a driving force from an electric motor (electric motor).
１０ ウォーターポンプ
１１ ウォーターポンプハウジング
２０ 駆動側回転体
２４ スライド部材
２５ 永久磁石
３０ 従動側回転体
３１ ポンプインペラ
３２ 誘導リング
３３ 回転支軸
５０ 作動室
６０ 検出室
７０ エンジンＥＣＵ
７１ 圧力センサ
７２ 温度センサ
DESCRIPTION OF
71
Claims (6)
上記駆動側磁性部材は、回転軸方向に移動可能な可動部材に支持され、
気密状態に保持された密閉空間が設けられ、この密閉空間は、その容積が上記可動部材の回転軸方向の位置に応じて変更可能に構成されており、
上記密閉空間の内圧を検出する圧力検出手段が設けられていることを特徴とするウォーターポンプ。 A driving-side rotating body that rotates by receiving a driving force transmitted from a driving source; and a driven-side rotating body that has a pump impeller and is rotatably supported by a rotation support shaft. By changing the relative facing position between the driving side magnetic member and the driven side magnetic member provided on the driven side rotating body by the movement of the driving side magnetic member in the rotation axis direction, the driving side rotating body is changed. In the water pump configured to change the magnitude of the rotational force transmitted from the driven rotor to the driven rotor,
The drive side magnetic member is supported by a movable member movable in the direction of the rotation axis,
A sealed space held in an airtight state is provided, and this sealed space is configured such that its volume can be changed according to the position of the movable member in the rotation axis direction,
A water pump, characterized in that pressure detection means for detecting the internal pressure of the sealed space is provided.
上記密閉空間に封入された気体の温度を検出する温度検出手段が設けられていることを特徴とするウォーターポンプ。 The water pump according to claim 1,
A water pump characterized in that a temperature detecting means for detecting the temperature of the gas sealed in the sealed space is provided.
上記圧力検出手段および温度検出手段は、上記駆動側回転体を支持する非回転の部位に配置されていることを特徴とするウォーターポンプ。 The water pump according to claim 2,
The water pump according to claim 1, wherein the pressure detecting means and the temperature detecting means are arranged in a non-rotating portion that supports the driving side rotating body.
上記圧力検出手段の検出出力および冷却水温度を検出する水温検出手段の検出出力に基づいて、当該ウォーターポンプの異常発生の有無が判定されることを特徴とするウォーターポンプ。 In the water pump as described in any one of Claims 1-3,
A water pump characterized by determining whether or not an abnormality has occurred in the water pump based on a detection output of the pressure detection means and a detection output of a water temperature detection means for detecting a cooling water temperature.
上記可動部材は、上記密閉空間と、冷却水温度にしたがって膨張・収縮可能な作動流体が封入される空間とを区画するように配設されており、
上記可動部材は、上記作動流体が冷却水温度にしたがって膨張・収縮することによって回転軸方向に移動され、この可動部材の移動により上記駆動側磁性部材と従動側磁性部材との対向位置が変更されることを特徴とするウォーターポンプ。 In the water pump as described in any one of Claims 1-4,
The movable member is arranged so as to partition the sealed space and a space in which a working fluid that can expand and contract according to a cooling water temperature is enclosed.
The movable member is moved in the direction of the rotation axis when the working fluid expands / contracts according to the coolant temperature, and the opposing position of the driving side magnetic member and the driven side magnetic member is changed by the movement of the movable member. A water pump characterized by that.
上記可動部材は、上記密閉空間と、負圧が導入される空間とを区画するように配設されており、
上記可動部材は、上記空間に導入される負圧に応じて回転軸方向に移動され、この可動部材の移動により上記駆動側磁性部材と従動側磁性部材との対向位置が変更されることを特徴とするウォーターポンプ。 In the water pump as described in any one of Claims 1-4,
The movable member is disposed so as to partition the sealed space and a space into which negative pressure is introduced,
The movable member is moved in the direction of the rotation axis in accordance with the negative pressure introduced into the space, and the opposing position of the driving side magnetic member and the driven side magnetic member is changed by the movement of the movable member. And water pump.
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-
2008
- 2008-03-13 JP JP2008064468A patent/JP2009221874A/en active Pending
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