JP5425572B2 - ウォッシャポンプシステム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の流体供給経路にウォッシャ液を選択的に供給するウォッシャポンプシステム及びその制御方法に関し、特に、自動車におけるウインドウ等の洗浄に好適なウォッシャポンプシステム及びその制御方法に関する。

従来、自動車に搭載され、ウォッシャタンク内のウォッシャ液をフロントウインドウ及びリアウインドウのいずれかに選択的に供給するウォッシャポンプシステムが存在する。

この種のウォッシャポンプシステムとして、例えば、インペラの回転方向に応じて大小関係が逆転する吐出圧力をもってウォッシャ液を吐出する２つの吐出口を有したポンプ装置と、これら各吐出口にそれぞれ連通する２つの導出流路を有し、吐出圧力の圧力差によって作動することにより、２つの導出流路のうち、圧力の低い方の導出流路を閉鎖すると共に圧力の高い方の導出流路を開放するバルブ機構とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２２４２１４号公報

上記従来技術では、ポンプ（インペラ）の回転方向を変更するだけで、ウォッシャ液の供給経路（フロントウインドウ向けまたはリアウインドウ向け）を容易に変更することができる。しかしながら、上記従来技術において、更に別の供給先（例えば、ヘッドランプ）にウォッシャ液を供給しようとした場合（すなわち、３つ以上の流体供給経路に対するウォッシャ液の供給が必要な場合）、新たに別のウォッシャポンプを準備する必要があった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、１つのポンプ装置を用いた簡易な構成において、少なくとも３つ以上の流体供給経路に対してウォッシャ液を選択的に供給可能としたウォッシャポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、複数の流体供給経路にウォッシャ液を選択的に供給するウォッシャポンプシステム（１）であって、インペラ（２）の回転方向に応じて大小関係が逆転する吐出圧力をもってそれぞれウォッシャ液を吐出する２つの吐出口（３，４）を有するポンプ装置（５）と、前記各吐出口にそれぞれ連通する第１および第２の導出流路（６，７）を有し、前記各吐出口から吐出されるウォッシャ液の圧力差に応じて、当該２つの導出流路のうち低圧側の導出流路を閉鎖すると共に高圧側の導出流路を開放するバルブ機構（８）と、前記バルブ機構に接続されたサブバルブ機構（１０）と、前記インペラの回転動作を制御するポンプ制御装置（１１）とを備え、前記サブバルブ機構は、前記第１の導出流路に連通する第１および第２の分配流路（１１２，１１４）を有し、前記第１の導出流路から吐出されたウォッシャ液の圧力の大きさに応じて作動することにより、前記２つの分配流路のいずれか一方を選択的に閉鎖すると共にいずれか他方の分配流路を開放する構成とする。

また、第２の発明として、前記サブバルブ機構は、前記第１の導出流路から吐出されたウォッシャ液の圧力の大きさに応じて作動する弁体（６３）を有し、前記弁体は、初期状態において、前記２つの分配流路うちの一方を閉鎖すると共にその他方を開放する一方、ウォッシャ液の所定以上の圧力によって変位または変形することにより、前記一方の分配流路を開放すると共に前記他方の分配流路を閉鎖するダイヤフラムからなる構成とすることができる。

また、第３の発明として、前記弁体は、前記初期状態において前記第１の導出流路と前記他方の分配流路とを連通する連通孔（９７）を有する構成とすることができる。

また、第４の発明として、前記サブバルブ機構は、前記ウォッシャ液の圧力による前記弁体の変位または変形に抗する向きに当該弁体を付勢する付勢手段（１０１）を更に有する構成とすることができる。

また、第５の発明は、第１の発明に係るウォッシャポンプシステムの制御方法であって、前記ポンプ制御装置が、前記インペラの回転方向と、少なくとも一方の回転方向におけるインペラの回転動作とを制御することにより、前記第２の導出流路、前記第１の分配流路、及び前記第２の分配流路のいずれかにウォッシャ液を選択的に供給する構成とする。

また、第６の発明として、前記ポンプ装置は、前記インペラを回転駆動する電動モータを有し、前記ポンプ制御装置は、前記電動モータの駆動電圧を調節することにより、前記インペラの回転速度を制御する構成とすることができる。

また、第７の発明として、前記ポンプ制御装置は、前記電動モータに印加する電圧をデューティ制御する構成とすることができる。

上記第１および第５の発明によれば、１つのポンプ装置を用いた簡易な構成において、インペラの回転方向と、一方の回転方向におけるインペラの回転動作（すなわち、第１の導出流路に導かれるウォッシャ液の圧力の大小）とを制御することにより、３つの流体供給経路（第２の導出流路、第１の分配流路、及び第２の分配流路）に対してウォッシャ液を選択的に供給することが可能となるという優れた作用効果を奏する。
また、上記第２の発明によれば、ウォッシャ液の圧力の大きさに応じて２つの分配流路のいずれか一方を閉鎖すると共にいずれか他方の分配流路を開放する機構を容易に実現することができる。
また、上記第３の発明によれば、ウォッシャ液の圧力の大きさに応じて２つの分配流路のいずれか一方を閉鎖すると共にいずれか他方の分配流路を開放する機構をより簡易な流路構成により実現することができる。
また、上記第４の発明によれば、初期状態の弁体によって２つの分配流路うちの一方を確実に閉鎖することが可能となる。
また、上記第６の発明によれば、第１の導出流路に導かれるウォッシャ液の圧力を容易に調節する（すなわち、第１および第２の分配流路の閉鎖または開放を選択する）ことができる。
また、上記第７の発明によれば、電源から一定の電源電圧が供給される場合においても、電動モータに印加する電圧を容易に調節することができる。

本発明に係るウォッシャポンプシステムの構成図である。 バルブ機構を備えたポンプ装置の側面図である。 サブバルブ機構の断面斜視図である。 サブバルブ機構の弁体の上面側から見た斜視図である。 サブバルブ機構の動作を示す図である。 ウォッシャポンプシステムの動作手順を示すフロー図である。

以下、本発明に係るウォッシャポンプシステムについて図面を参照しながら説明する。説明にあたり、方向を示す用語については、参照する図面の表示に従って定めるが、これらは実用上の各構成要素の配置とは必ずしも一致しないものとする。なお、図１に示すウォッシャポンプ５およびバルブ機構８の断面は、図２中のI−I断面に相当する。

図１に示すように、ウォッシャポンプシステム１は、図示しない自動車に搭載され、フロントウインドウ、リアウインドウ、及びヘッドランプに対応する３方向の供給経路に対してウォッシャ液の供給を可能とするものである。ウォッシャポンプシステム１は、回転駆動されるインペラ２の回転方向に応じて大小関係が逆転する吐出圧力をもってそれぞれウォッシャ液を吐出する第１および第２の吐出管（吐出口）３，４を有するウォッシャポンプ（ポンプ装置）５と、各吐出管３，４にそれぞれ連通する第１および第２の導出流路６，７を有し、各吐出管３，４から吐出されたウォッシャ液の圧力差に応じて、当該２つの導出流路６，７のうち低圧側の導出流路を閉鎖すると共に高圧側の導出流路を開放するバルブ機構８と、このバルブ機構８に配管９を介して接続されたサブバルブ機構１０と、インペラ２の回転動作を制御するポンプ制御装置１１とを主として備える。

ウォッシャポンプ５は、図２に示すように、電動モータ２１が収容された本体ケース２２を有している。本体ケース２２内には、電動モータ２１の回転軸２１ａ（図１参照）に取り付けられたインペラ２が収容されたポンプ室２４が形成されている。ポンプ室２４には、図示しないウォッシャ液タンクからウォッシャ液供給管２５を介してウォッシャ液が供給される。また、ポンプ室２４に連通する第１および第２の吐出管３，４は、インペラ２の軸に垂直な方向に略左右対称に突設されている。

このウォッシャポンプ５では、インペラ２（電動モータ２１）が正転（図１中に矢印Ａで示す反時計回り方向に回転）する場合には、第２の吐出管４の吐出圧が第１の吐出管３の吐出圧よりも高くなる。一方、インペラ２が逆転（図１中に矢印Ｂで示す時計回り方向に回転）する場合には、第１の吐出管３の吐出圧が第２の吐出管４の圧力よりも高くなる。

バルブ機構８は、図１に示すように、略左右対称な形状を有する第１および第２の分割ハウジング３１，３２から構成されると共に、左右両端が閉じられた略筒状を呈するハウジング本体３３を有している。ハウジング本体３３には、その軸方向（図１中の左右方向）に垂直な方向に周壁から第１および第２の流入管３５，３６が突設されており、これら２つの流入管３５，３６はウォッシャポンプ５の２つの吐出管３，４にそれぞれ接続されている。また、ハウジング本体３３には、その内側から左右壁をそれぞれ貫くようにして軸方向外側に延設された第１および第２の流出管３７，３８が突設されている。

２つの分割ハウジング３１，３２は、樹脂製のダイヤフラムからなる膜状弁体４１が介装された状態で互いに嵌合されている。膜状弁体４１は、分割ハウジング３１，３２の嵌合部の間に挟持される環状の外周部４１ａと、略中心に設けられた肉厚で比較的硬質の円板部４１ｂと、それら外周部４１ａと円板部４１ｂとを繋ぐ可撓性を有する環状の可撓部４１ｃとを有する。円板部４１ｂは、ウォッシャ液の圧力（より厳密には、吐出管３，４から吐出されるウォッシャ液の圧力差）によって可撓部４１ｃが撓み変形することにより、軸方向（図１中の左右方向）に変位可能となっている。

ここで、第１，第２の流出管３７，３８の内側に位置する環状の端縁３７ａ，３８ａは、それぞれ膜状弁体４１に対する弁座として機能する。すなわち、膜状弁体４１の円板部４１ｂは、ウォッシャ液の圧力によって右方向に変位することにより、その右側面が端縁３７ａに密接して第１の流出管３７を閉鎖する。一方、膜状弁体４１は、円板部４１ｂが左方向に変位することにより、その左側面が端縁３８ａに密接して第２の流出管３８を閉鎖する。

バルブ機構８では、ハウジング本体３３の周壁（嵌合部を除く）と第１，第２の流出管３７，３８との間に環状の連通路５１，５２が形成されている。これら連通路５１，５２と、第１，第２の流入管３５，３６と、第１，第２の流出管３７，３８とによって、図１中の実線の矢印Ｃおよび１点鎖線の矢印Ｄでそれぞれ示すように、ウォッシャ液を輸送する第１および第２の導出流路６，７が画成されている。ここで、第１および第２の導出流路６，７は、連通路５１，５２および第１，第２の流出管３７，３８によって画成される部位が膜状弁体４１によって左右に分離されており、これにより、互いに独立した流路として形成されている。なお、ここでは、バルブ機構８をウォッシャポンプ５と別体に設けて互いに連結した例を示したが、バルブ機構８の構成要素の一部またはその全てをウォッシャポンプ５と一体に設けた構成も可能である。

サブバルブ機構１０は、図３に示すように、第１の分割ハウジング６１と、この第１の分割ハウジング６１の一端側（ここでは、下側）に連結された第２の分割ハウジング６２と、これら２つの分割ハウジング６１，２２の間に介装されたゴム製のダイヤフラムからなる膜状弁体６３とを有する。

第１の分割ハウジング６１は、有底の（ここでは、上端が閉鎖された）円筒状を呈する本体部７１と、この本体部７１の周面から水平方向（軸方向と垂直な方向）に延設された流入管７２と、本体部７１の内側からその上壁の中心を貫くようにして軸方向に延設された第１の分岐管７３と、本体部７１の一端（ここでは、下端）から周方向外側に張り出すように、その外周面の全周に渡って形成された鍔状部７４とを有する。流入管７２は、配管９（図１参照）を介してバルブ機構８の第１の流出管３７に連通する。

第２の分割ハウジング６２は、有底の（ここでは、下端が閉鎖された）円筒状を呈する本体部８１と、この本体部８１の内側からその下壁の中心を貫くようにして垂直方向に延設された第２の分岐管８３と、本体部８１の一端（ここでは、上端）から周方向外側に張り出すように、その外周面の全周に渡って形成された鍔状部８４とを有する。本体部８１は、第１の分割ハウジング６１の本体部７１よりも小さい径を有すると共に、この本体部７１と同軸上に配置されている。また、第２の分岐管８３は、第１の分岐管７３よりも小さい径を有すると共に、第１の分岐管７３と同軸上に配置されている。

鍔状部７４において下方に突設された外周縁をなす嵌合部９１は、鍔状部８４において上方に突設された外周縁をなす嵌合部９２の内側に嵌合している。膜状弁体６３は、図４にも示すように、互いに連結された鍔状部７４，８４の間に挟持される環状の外周部６３ａと、略中心に設けられた肉厚で比較的硬質の円板部６３ｂと、それら外周部６３ａと円板部６３ｂとを繋ぐ可撓性を有する環状の可撓部６３ｃとを有する。

円板部６３ｂは、流入管７２に流入するウォッシャ液の圧力によって可撓部６３ｃが撓み変形することにより、軸方向（図３中の略上下方向）に変位可能となっている。また、可撓部６３ｃは、内周側の平板部９５と、この平板部９５の外周側に連なる凸状断面を有する湾曲部９６とを有している。平板部９５には、複数（ここでは、３つ）の貫通孔（連通孔）９７が、互いに周方向に均等な間隔をおいて形成されており、さらに、これら貫通孔９７の周縁には、円形断面を有して可撓部６３ｃの上下に突出する肉厚部９７ａが形成されている。

第２の分岐管８３の外周には、軸方向に延在する圧縮バネ１０１が取り付けられている。この圧縮バネ１０１は、その下端部が本体部８１の下壁の上面に当接すると共に、その上端部が膜状弁体６３の円板部６３ｂの下部に嵌着されている。ここで、円板部６３ｂは、その下部が縮径されることにより、圧縮バネ１０１のコイル径と略同一の径（やや大径）となっている。

ここで、第１および第２の分岐管７３，８３の内側に位置する環状の端縁７３ａ，８３ａは、それぞれ膜状弁体６３に対応する弁座として機能する。膜状弁体６３は、図５（Ａ）に示すように、その初期状態において、円板部６３ｂの上面が端縁７３ａに密接して第１の分岐管７３を閉鎖する。このとき、円板部６３ｂは、圧縮バネ１０１によって上方（端縁７３ａ側）に付勢されているため、第１の分岐管７３を確実に閉鎖することが可能となっている。一方、膜状弁体６３は、流入管７２に流入するウォッシャ液の圧力が所定値を越えると、この圧力によって円板部６３ｂが圧縮バネ１０１に抗して下方に変位する。これにより、図５（Ｂ）に示すように、円板部６３ｂの下面が端縁８３ａに密接して第２の分岐管８３を閉鎖する。このとき、膜状弁体６３の全ての貫通孔９７は、その周縁の肉厚部９７ａが鍔状部８４の上面（閉鎖部）に密接することにより閉鎖される。

サブバルブ機構１０では、第１の分割ハウジング６１における本体部７１の周壁と第１の分岐管７３との間に環状の連通路１１１が形成されている。そして、第１の分岐管７３が閉鎖された場合には、この連通路１１３と、第２の分岐管８３とによって、図５（Ａ）中の矢印Ｅで示すようにウォッシャ液を輸送する第２の分配流路１１４が画成される。このとき、第１の分割ハウジング６１側から流入したウォッシャ液は、開放状態にある各貫通孔９７を通って第２の分割ハウジング６２側に流れる。このような貫通孔９７の構成により、ウォッシャ液の圧力の大きさに応じて第１の分岐管７３を閉鎖すると共に第２の分岐管８３を開放する機構をより簡易な流路構成により実現することができる。

また、サブバルブ機構１０では、第２の分岐管８３と全ての貫通孔９７とが閉鎖された場合には、連通路１１１と、第１の分岐管７３とによって、図５（Ｂ）中の矢印Ｆで示すようにウォッシャ液を輸送する第１の分配流路１１２が画成される。このとき、上述の第２の分配流路１１４は、第２の分岐管８３の閉鎖のみならず、全ての貫通孔９７の閉鎖によって二重に遮断された状態となっている。なお、第２の分割ハウジング６２における本体部８１の周壁と第２の分岐管８３との間に環状の連通路１１３には圧縮バネ１０１が収容されている。

このような構成により、サブバルブ機構１０では、バルブ機構８から供給されるウォッシャ液の圧力の大きさに応じて２つの分配流路１１２，１１４のいずれか一方を閉鎖すると共にいずれか他方の分配流路を開放する機構を容易に実現することができる。なお、ここでは、サブバルブ機構１０が配管９を介してバルブ機構８と接続された例を示したが、サブバルブ機構１０の構成要素の少なくとも一部（例えば、流入管７２）を、バルブ機構８と一体に設ける構成も可能である。

ポンプ制御装置１１は、マイクロプロセッサやスイッチング素子等から構成されるインバータ回路（図示せず）を内蔵し、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式により、電動モータ２１の電源のＯＮ／ＯＦＦに関するデューティ比を変更して電動モータ２１の回転速度を制御する。このポンプ制御装置１１により、ウォッシャポンプシステム１では、第１の導出流路６に導かれるウォッシャ液の圧力を調節する（すなわち、第１および第２の分配流路１１２，１１４の閉鎖または開放を選択する）ことが容易となる。また、電源から一定の電源電圧が供給される場合においても、電動モータ２１に印加する電圧を調節することが容易となるという利点もある。なお、図２では、ポンプ制御装置１１は、ウォッシャポンプ５に付設されているが、ウォッシャポンプ５と別体に設けても良い。

次に、図６を参照して、上記構成のウォッシャポンプシステム１の制御方法について説明する。

まず、オペレータ（ここでは、自動車の運転者）がウォッシャ液を供給するためのスイッチ操作を行うと、ポンプ制御装置１１は、そのスイッチ操作に応じて生成された実行指令がリアウインドウ、フロントウインドウ、及びヘッドランプのいずれに対するものであるかを判定する。その実行指令がリアウインドウに対するものである場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、ポンプ制御装置１１は、電動モータ２１を低速で正転（図１中の矢印Ａの方向に回転）させるように制御する（Ｓ１０２）。このとき、図１中の矢印Ｄで示したように、低圧（例えば、圧力150kPa）のウォッシャ液が第２の導出流路７を介してリアウインドウに向けて供給される。

また、実行指令がリアウインドウに対するものではなく（Ｓ１０１：Ｎｏ）、フロントウインドウに対するものである場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、ポンプ制御装置１１は、電動モータ２１を低速で逆転（図１中の矢印Ｂの方向に回転）させるように制御する（Ｓ１０５）。このとき、図１中の矢印Ｃで示したように、低圧（例えば、圧力150kPa）のウォッシャ液が第１の導出流路６を介してサブバルブ機構１０に向けて供給される。更に、サブバルブ機構１０では、図５（Ａ）中の矢印Ｅで示したように、低圧のウォッシャ液が第２の分配流路１１４を介してフロントウインドウに向けて供給される。

また、実行指令がリアウインドウに対するものでもフロントウインドウに対するものでもない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ，Ｓ１０４：Ｎｏ）、ポンプ制御装置１１は、電動モータ２１を高速で逆転（図１中の矢印Ｂの方向に回転）させるように制御する（Ｓ１０７）。このとき、図１中の矢印Ｄで示したように、高圧（例えば、圧力220kPa）のウォッシャ液が第１の導出流路６を介してサブバルブ機構１０に向けて供給される。更に、サブバルブ機構１０では、図５（Ｂ）中の矢印Ｆで示したように、高圧のウォッシャ液が第１の分配流路１１２を介してヘッドランプに向けて供給される。なお、ヘッドランプに対しては、ウォッシャ液の圧力のみで泥等を落とす必要があるため、リアウインドウやフロントウインドウに比べて高圧かつ大流量のウォッシャ液による洗浄が有効である。

このように、本発明に係るウォッシャポンプシステム１では、ウォッシャポンプ５と共に、ウォッシャ液の圧力の大きさに応じて作動するサブバルブ機構１０を設けたため、１つのウォッシャポンプ５を用いた簡易な構成において、インペラ２の回転方向と、一方の回転方向におけるインペラ２の回転動作とを制御することにより、３つの流体供給経路（リアウインドウ、フロントウインドウ、及びヘッドランプ向け）にウォッシャ液を選択的に供給することが可能となる。なお、上記実施形態では、サブバルブ機構１０は、第１の流出管３７側に接続される構成としたが、第２の流出管３８側に接続することも可能である。また、第１，第２の流出管３７，３８の両方にそれぞれ接続される２つのサブバルブ機構を設けることにより、４つの流体供給経路にウォッシャ液を選択的に供給することが可能となる。

本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、上記実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、本発明に係るウォッシャポンプシステム及びその制御方法は、上述のようなリアウインドウ、フロントウインドウ、及びヘッドランプ向けのみならず、３つ又は４つの任意の流体供給経路にウォッシャ液を選択的に供給する用途に使用可能である。

１ ウォッシャポンプシステム
２ インペラ
３ 第１の吐出管（吐出口）
４ 第２の吐出管（吐出口）
５ ウォッシャポンプ（ポンプ装置）
６ 第１の導出流路
７ 第２の導出流路
８ バルブ機構
１０ サブバルブ機構
１１ ポンプ制御装置
２１ 電動モータ
３５ 第１の流入管
３６ 第２の流入管
３７ 第１の流出管
３８ 第２の流出管
６３ 膜状弁体
６３ａ 外周部
６３ｂ 円板部
６３ｃ 可撓部
７２ 流入管
７３ 第１の分岐管
８３ 第２の分岐管
９７ 貫通孔（連通孔）
１０１ 圧縮バネ（付勢手段）
１１２ 第１の分配流路
１１４ 第２の分配流路

Claims (5)

1. 複数の流体供給経路にウォッシャ液を選択的に供給するウォッシャポンプシステムであって、
   インペラの回転方向に応じて大小関係が逆転する吐出圧力をもってそれぞれウォッシャ液を吐出する２つの吐出口を有するポンプ装置と、
   前記各吐出口にそれぞれ連通する第１および第２の導出流路を有し、前記各吐出口から吐出されるウォッシャ液の圧力差に応じて、当該２つの導出流路のうち低圧側の導出流路を閉鎖すると共に高圧側の導出流路を開放するバルブ機構と、
   前記バルブ機構に接続されたサブバルブ機構と、
   前記インペラの回転動作を制御するポンプ制御装置と
   を備え、
   前記サブバルブ機構は、前記第１の導出流路に連通する第１および第２の分配流路および前記第１の導出流路から吐出されたウォッシャ液の圧力の大きさに応じて作動する弁体を有し、
   前記弁体は、初期状態において、前記２つの分配流路うちの一方を閉鎖すると共にその他方を開放する一方、ウォッシャ液の所定以上の圧力によって変位または変形することにより、前記一方の分配流路を開放すると共に前記他方の分配流路を閉鎖するダイヤフラムからなり、かつ前記初期状態において前記第１の導出流路と前記他方の分配流路とを連通する連通孔を有することを特徴とするウォッシャポンプシステム。
2. 前記サブバルブ機構は、前記ウォッシャ液の圧力による前記弁体の変位または変形に抗する向きに当該弁体を付勢する付勢手段を更に有することを特徴とする、請求項１に記載のウォッシャポンプシステム。
3. 請求項１に記載のウォッシャポンプシステムの制御方法であって、
   前記ポンプ制御装置が、前記インペラの回転方向と、少なくとも一方の回転方向におけるインペラの回転動作とを制御することにより、前記第２の導出流路、前記第１の分配流路、及び前記第２の分配流路のいずれかにウォッシャ液を選択的に供給することを特徴とするウォッシャポンプシステムの制御方法。
4. 前記ポンプ装置は、前記インペラを回転駆動する電動モータを有し、
   前記ポンプ制御装置は、前記電動モータの駆動電圧を調節することにより、前記インペラの回転速度を制御することを特徴とする、請求項３に記載のウォッシャポンプシステムの制御方法。
5. 前記ポンプ制御装置は、前記電動モータに印加する電圧をデューティ制御することを特徴とする、請求項４に記載のウォッシャポンプシステムの制御方法。

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