(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフト（１２）にカムシャフト（１８）が、該クランクシャフト（１２）に固定の駆動スプロケット（１９）及び該カムシャフト（１８）に固定の被動スプロケット（２０）と、その両スプロケット（１９，２０）に巻き掛けられる無端状のチェーン（２１）とを介して、１／２の減速比で連動、連結される単気筒４サイクル車両用内燃機関（Ｅ）の磁力駆動式ポンプにおいて、
カムシャフト（１８）には、ステンレス鋼板をプレス成形してなる碗状の回転部材（２７）が固定され、その碗状の回転部材（２７）の内周には、単一のリング状に成形されてＮ極およびＳ極が周方向に９０度の位相で交互に着磁されている第１の永久磁石（２５）が固定され、またそのカムシャフト（１８）と同軸に配置される被動軸（２３）の外周には、前記碗状の回転部材（２７）で同軸に覆われる部分において、単一のリング状に成形されてＮ極およびＳ極が周方向に９０度の位相で交互に着磁されている第２の永久磁石（２６）が固定されることを特徴とする、車両用内燃機関の磁力駆動式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトに連動する駆動軸と、該駆動軸と同軸に配置される被動軸とに、駆動軸および被動軸の軸線まわりにＮ極およびＳ極が交互に着磁されて成る永久磁石がそれぞれ固定される車両用内燃機関の磁力駆動式ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動モータで駆動される駆動軸と、該駆動軸と同軸に配置される被動軸とに、相互に磁力を及ぼす永久磁石がそれぞれ固着された磁力駆動式ポンプが、たとえば特開昭６４−６６４９０号公報等で既に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような磁力駆動式ポンプでは、駆動軸側の回転変動と、磁力により駆動軸側から動力が伝達されている被動軸側の回転変動との共振現象により、駆動軸側の永久磁石および被動軸側の永久磁石の磁極の位相差が大きくなり、駆動軸および被動軸間で駆動力伝達ができる磁極の相対角度範囲を超えてしまい、駆動軸および被動軸間での動力伝達可能なトルクが相対磁力の低下によって低下し、被動軸側が駆動軸側に追従して回転することができなくなる脱調（プルアウト）現象が生じることがある。
【０００４】
このため上記特開昭６４−６６４９０号公報で開示された磁力駆動式ポンプでは、駆動軸側の慣性モーメントを被動軸側の慣性モーメントに対して４以上の大きな値に設定することで、駆動軸側の回転変動を小さく抑えて加速度を緩やかとし、被動軸側で脱調現象が生じるのを防止している。
【０００５】
しかるに使用回転域が広い内燃機関、特に車両に搭載される内燃機関のクランクシャフトに駆動軸を連動させるようにした磁力駆動式ポンプでは、上述のような慣性マスの変更だけでは、被動軸側の脱調現象の発生を完全に防止することは困難である。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、脱調現象の発生を確実に防止し得るようにした車両用内燃機関の磁力駆動式ポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、クランクシャフトにカムシャフトが、該クランクシャフトに固定の駆動スプロケット及び該カムシャフトに固定の被動スプロケットと、その両スプロケットに巻き掛けられる無端状のチェーンとを介して、１／２の減速比で連動、連結される単気筒４サイクル車両用内燃機関の磁力駆動式ポンプにおいて、カムシャフトには、ステンレス鋼板をプレス成形してなる碗状の回転部材が固定され、その碗状の回転部材の内周には、単一のリング状に成形されてＮ極およびＳ極が周方向に９０度の位相で交互に着磁されている第１の永久磁石が固定され、またそのカムシャフトと同軸に配置される被動軸の外周には、前記碗状の回転部材で同軸に覆われる部分において、単一のリング状に成形されてＮ極およびＳ極が周方向に９０度の位相で交互に着磁されている第２の永久磁石が固定されることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、周方向に隣接する同士で磁極を異ならせた４極の永久磁石がカムシャフトおよび被動軸にそれぞれ固定されることになり、このような４極の永久磁石間で駆動力を伝達し得るのは相互の位相差が片側に９０度または１８０度となる範囲であるが、図３で示す実験結果で明らかなように、４極の永久磁石を用いたものでの被動軸に対するカムシャフトの位相差は片側で最大でも前後に６０度であり、脱調現象が生じるまでに３０度（＝９０−６０）の許容位相差があり、温度変化による磁力変化、ポンプ組立時の両永久磁石の相対寸法誤差、被動軸側の慣性マスのばらつき、および内燃機関側での回転変動幅等を考慮しても充分な許容位相差であるので、脱調現象の発生を確実に防止することができる。これに対し、６極以上の永久磁石を用いたものでは、図３で示す実験結果によれば、脱調現象が生じるまでに片側で１５度以下の許容位相差しかなく、脱調現象の発生を防止するには充分な許容位相差であるとは言えない。また軸方向に間隔をあけて一対の永久磁石を配置するものに比べると、リング状に成形した一方の永久磁石の各磁極が、同じくリング状に成形した他方の永久磁石側に臨む面積を大きくして磁力による伝達トルクを大きくすることができ、さらに被動軸側に設けられるインペラ等をカムシャフト側の回転部材に軸方向により近接させることができて、被動軸側の慣性マスを小さく設定して被動軸側の追従性を高めることができ、脱調現象の発生をより確実に防止することができる。
【０００９】
また駆動軸としてのカムシャフトが、クランクシャフトに１／２の減速比で連動、連結されるので、その駆動軸の回転変動を極力抑え、脱調現象を生じ難くすることができる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１は内燃機関の一部を示す縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は磁極数を変化させて機関回転数に対する駆動側回転変動を測定した実験結果を示す図である。
【００１１】
先ず図１において、たとえば自動二輪車に搭載される単気筒４サイクル内燃機関である水冷式内燃機関Ｅの機関本体５は、ピストン８を摺動可能に嵌合せしめるシリンダボア９を有するシリンダブロック６と、前記ピストン８の頂部との間に燃焼室１０を形成してシリンダブロック６に結合されるシリンダヘッド７と、前記ピストン８にコンロッド１１を介して連結されるクランクシャフト１２を回転自在に支承してシリンダブロック６に結合されるクランクケース（図示せず）とから成るものである。またシリンダブロック６およびシリンダヘッド７には冷却水を流通させるためのウォータージャケット１３が設けられ、シリンダヘッド７には点火プラグ１４が燃焼室１０に臨むようにして取付けられる。
【００１２】
シリンダヘッド７と、該シリンダヘッド７に結合されるヘッドカバー１５との間には動弁室１６が形成され、この動弁室１６には、燃焼室１０への混合気の供給を制御する吸気弁（図示せず）ならびに燃焼室１０からの燃焼ガスの排出を制御する排気弁（図示せず）を駆動する動弁機構１７が収納され、この動弁機構１７の一部を構成するカムシャフト１８が、クランクシャフト１２と平行な軸線を有してシリンダヘッド７に回転自在に支承される。
【００１３】
クランクシャフト１２には駆動スプロケット１９が固定される。一方、カムシャフト１８には被動スプロケット２０が固定されており、この被動スプロケット２０および前記駆動スプロケット１９に無端状のチェーン２１が巻掛けられる。これにより、クランクシャフト１２の回転動力は１／２の減速比で減速されてカムシャフト１８に伝達されることになる。
【００１４】
カムシャフト１８は、本発明に従う磁力駆動式ポンプとしてのウォータポンプ２２が備える駆動軸としても機能するものであり、該ウォータポンプ２２は、駆動軸であるカムシャフト１８と、該カムシャフト１８と同軸に配置されるとともにインペラ２４が設けられる被動軸２３とに、カムシャフト１８および被動軸２５の軸線まわりにＮ極およびＳ極が交互に着磁されて成る永久磁石２５，２６がそれぞれ固定されて成るものである。
【００１５】
図２を併せて参照して、カムシャフト１８には、たとえば薄いステンレス鋼板をプレス成形して成る椀状の回転部材２７が、前記被動スプロケット２０とともに複数のボルト２８，２８…で同軸に締結されており、この回転部材２７の内周にリング状である永久磁石２５が固定される。
【００１６】
前記インペラ２４は、ポンプハウジング２９内に形成される渦室３０に収容されるものであり、ポンプハウジング２９は、カムシャフト１８とは反対側を開放したハウジング主体３１と、該ハウジング主体３１との間に前記渦室３０を形成するようにしてハウジング主体３１の開放端を閉じるポンプカバー３２とから成り、ハウジング主体３１の一部をシリンダヘッド７内に突入するようにしてシリンダヘッド７に締結される。
【００１７】
ハウジング主体３１は、カムシャフト１８側を閉じた有底円筒部３１ａを有して非磁性材料により形成されるものであり、カムシャフト１８とともに回転する回転部材２７の内周に固定されている永久磁石２５内に前記有底円筒部３１ａが同軸に挿入される。
【００１８】
ハウジング主体３１における有底円筒部３１ａの閉塞端およびポンプカバー３２には、カムシャフト１８と同軸である支軸３３の両端が固定されており、たとえば合成樹脂により支軸３３を同軸に囲繞する円筒状に形成される被動軸２３が支軸３３で回転自在に支承される。しかも該被動軸２３の外周には、リング状の永久磁石２６が固定される。
【００１９】
永久磁石２６は、合成樹脂から成る被覆部３４で被覆されており、インペラ２４は該被覆部３４と一体に形成される。すなわちインペラ２４は、被覆部３４および永久磁石２６を介して被動軸２３に固定されており、内周にリング状の永久磁石２５が固定された回転部材２７で同軸に覆われる部分で、前記永久磁石２５との間に有底円筒部３１ａおよび被覆部３４を介在させるようにしてリング状の永久磁石２６が被動軸２３に固定される。
【００２０】
ポンプカバー３２の中央部には、渦室３０の中央部に通じる吸入口３５が設けられ、この吸入口３５から渦室３０に吸入された冷却水はインペラ２４の回転によって加圧される。而してウォータポンプ２２から吐出される冷却水は、図１で示した機関本体５のウォータージャケット１３に供給され、ウォータージャケット１３は図示しないラジエータに接続される。
【００２１】
またポンプカバー３２にはサーモスタット３６が内蔵されており、このサーモスタット３６は、吸入口３５を前記ラジエータの出口に通じさせるか否かを冷却水の温度に応じて切換えるように作動する。すなわちウォータージャケット１３からの冷却水は、該冷却水の温度が低い状態すなわち内燃機関Ｅの冷間状態ではサーモスタット３６およびウォータポンプ２２を経てウォータージャケット１３に戻されるが、冷却水の温度が高い状態すなわち内燃機関Ｅの暖機完了状態では、ラジエータ、サーモスタット３６およびウォータポンプ２２を経てウォータージャケット１３に戻され、ラジエータでの放熱により冷却水が冷却される。
【００２２】
ところで、このような磁力駆動式のウォータポンプ２２では、機関Ｅの回転変動に起因するカムシャフト１８の回転変動と、カムシャフト１８から磁力により駆動力が伝達される被動軸２３側の回転変動との共振が生じることがある。すなわち駆動側の永久磁石２５が軸線まわりに回転することにより、駆動側および被動側の永久磁石２５，２６間には両永久磁石２５，２６の磁極間の位相差を「０」に戻そうとする復元力が作用し、その復元力は位相差に応じて非線形に変化する。この復元力をばね力に置き換えると、振幅の増加に伴ってばね定数が低下し、固有振動数が低い値に推移する特性を持つことに該当するものであり、固有振動数の推移によって駆動側の振動数との共振が被動側で生じることになる。この共振により、静的に充分な伝達トルクを有していても、駆動側および被動側間での位相差が増大して脱調に至る可能性がある。
【００２３】
そこで、本願発明者は、駆動側である回転部材２７の内周に固定される永久磁石２５、ならびに被動側である被動軸２３の外周に固定される永久磁石２６での磁極数を、４極、６極および８極に変化させたときの駆動側に対する被動側の回転変動を自動二輪車に搭載された状態での内燃機関Ｅの実際の作動によって確認する実験を行ない、図３で示すような実験結果が得られた。
【００２４】
図３において、縦軸は駆動側に対する被動側の片側での位相差を示すものであるが、内燃機関Ｅのスロットルを全開した全負荷状態での駆動側に対する被動側の振幅量をもって前記位相差を代表している。
【００２５】
ところで、ウォータポンプ２２が実質的に機能するのは内燃機関Ｅの回転数がアイドル回転数ＮＩ（たとえば１２００ｒｐｍ）以上であるので、アイドル回転数ＮＩ以上の機関回転数で振幅を判断すればよい。さらに内燃機関Ｅと駆動輪との間に発進時に確立して動力を伝達するための遠心クラッチが設けられている自動二輪車の場合には、前記クラッチが接続状態となるクラッチ接続回転数ＮＣ（たとえば２０００ｒｐｍ）以上の機関回転数で振幅を判断すればよい。
【００２６】
このような条件下で磁極数を異ならせた永久磁石２５，２６を用いて駆動側および被動側間にどの程度の位相差が生じたかを検討すると、８極すなわち周方向に４５度の位相で４つずつのＮ極およびＳ極が交互に着磁されて成る永久磁石２５，２６の場合には、アイドル回転数ＮＩ以上の機関回転数略４０００ｒｐｍのときに片側で最大の位相差約３０度が生じ、脱調現象が生じる位相差４５度との間の許容位相差δ８は約１５度である。
【００２７】
また６極すなわち周方向に６０度の位相で３つずつのＮ極およびＳ極が交互に着磁されて成る永久磁石２５，２６の場合には、クラッチ接続回転数ＮＣ以上の機関回転数略３０００ｒｐｍのときに片側で４５度程度の位相差が生じ、脱調現象が生じる位相差６０度との間の許容位相差δ６は約１５度であり、またアイドル回転数ＮＩ以上の機関回転数略１５００ｒｐｍのときには片側で最大の位相差約４２．５度がで生じ、脱調現象が生じる位相差４５度との間の許容位相差δ６′は約２．５度である。
【００２８】
さらに４極すなわち周方向に９０度の位相で２つずつのＮ極およびＳ極が交互に着磁されて成る永久磁石２５，２６の場合には、機関回転数が略２５００ｒｐｍのときに片側で６０度程度の位相差が生じ、脱調現象が生じる位相差９０度との間の許容位相差δ４は約６０度である。
【００２９】
このような実験結果によれば、４極の永久磁石２５，２６を用いたウォータポンプ２２での被動軸２３に対する駆動側すなわち回転部材２７およびカムシャフト１８の位相差は最大でも片側で６０度であり、脱調現象が生じるまでに３０度（＝９０−６０）の許容位相差δ４があることになり、温度変化による磁力変化、ウォータポンプ２２を組み立てるときの両永久磁石２５，２６の相対寸法誤差、被動軸２３側での慣性マスのばらつき、および内燃機関Ｅ側での回転変動幅等を考慮しても充分な許容位相差δ４であるので、脱調現象の発生を確実に防止することができる。
【００３０】
また２極の永久磁石２５，２６を用いたウォータポンプ２２では、被動側に対する駆動側の位相差が片側で１８０度に達するまでは脱調現象が生じることはなく、充分な許容位相差があるので４極の永久磁石を用いた場合と同様に脱調現象の発生を確実に防止することができる。
【００３１】
これに対し、６極以上の永久磁石２５，２６を用いたものでは、脱調現象が生じるまでに片側で１５度以下の許容位相差δ６，δ８，δ８′しかなく、脱調現象の発生を防止するには充分な許容位相差であるとは言えない。
【００３２】
このようにして４極または２極の永久磁石２５，２６を用いることで、駆動側および被動側間で充分なトルク伝達を可能とした上で脱調現象の発生を確実に防止し得るようにしたウォータポンプ２２を得ることができるのであるが、リング状である永久磁石２５が、カムシャフト１８に固定された椀状の回転部材２７の内周に固定され、リング状である他方の永久磁石２６は、回転部材２７で同軸に覆われる部分で被動軸２３に固定されるので、軸方向に間隔をあけて一対の永久磁石を配置するものに比べると、両永久磁石２５，２６の一方が他方側に臨む面積を大きくして磁力による伝達トルクを大きくすることができる。また回転部材２７に被動軸２３側のインペラ２４を軸方向により近接させることができ、被動軸２３側の慣性マスを小さく設定して被動軸２３側の追従性を高めることができ、脱調現象の発生をより確実に防止することができる。
【００３３】
さらに、一方の永久磁石２５は、クランクシャフト１２に１／２の減速比で連動、連結されるカムシャフト１８とともに回転するものであり、カムシャフト１８の回転数はクランクシャフト１２の回転数の１／２であるので、カムシャフト１８の回転変動を極力抑え、脱調現象が生じ難くすることができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、単気筒４サイクルの車両用内燃機関のカムシャフトにより駆動される磁力駆動式ポンプにおいて、駆動軸としてのカムシャフトの回転変動と、磁力によりカムシャフト側から動力が伝達されている被動軸側の回転変動との共振現象により、カムシャフト側の永久磁石および被動軸側の永久磁石の磁極の位相差が大きくなっても、リング状に成形した永久磁石にＮ極およびＳ極が周方向に９０度の位相で交互に着磁されていることから、脱調現象の発生を防止するのに充分な許容位相差が確保されて、脱調現象の発生を確実に防止することができ、しかも磁力による伝達トルクを大きくすることができるとともに、被動軸側の慣性マスを小さく設定して被動軸側の追従性を高めることができる。
【００３６】
また駆動軸としての上記カムシャフトが、クランクシャフトに１／２の減速比で連動、連結されるので、カムシャフトの回転変動を極力抑え、脱調現象が生じ難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内燃機関の一部を示す縦断面図
【図２】  図１の２−２線断面図
【図３】  磁極数を変化させて機関回転数に対する駆動側回転変動を測定した実験結果を示す図
【符号の説明】
１２・・・クランクシャフト
１８・・・カムシャフト
１９・・・駆動スプロケット
２０・・・被動スプロケット
２１・・・チェーン
２２・・・磁力駆動式ポンプとしてのウォータポンプ
２３・・・被動軸
２５，２６・・・永久磁石
２７・・・回転部材
Ｅ・・・・内燃機関
【図１】
0003923249.tif 000002
【図２】
0003923249.tif 000003
【図３】
0003923249.tif 000004