(57)【要約】【課題】エンジンの暖機運転の時間を短縮することができるウォータポンプを提供する。【解決手段】ウォータポンプ１は、外部からの駆動力によって第１軸心Ｘの周りに回転する第１ギア１２と、第１ギア１２と噛合して第２軸心Ｙの周りに回転する第２ギア２２と、第２ギア２２と一体となって回転し冷却水を流動させるインペラ２４とを有するロータ２５と、インペラ２４を収容する渦室３６を形成するハウジング３２と、第１ギア１２と第２ギア２２との噛合が維持された状態で第２軸心Ｙの延伸方向に沿ってロータ２５を双方向に移動させることによりインペラ２４とハウジング３２のインペラ２４に対向する壁面３８との間隙の大きさを変化させる移動機構４０とを備えている。【選択図】図１
2016089646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの駆動力によって第１軸心の周りに回転する第１ギアと、
前記第１ギアと噛合して第２軸心の周りに回転する第２ギアと、前記第２ギアと一体となって回転し冷却水を流動させるインペラとを有するロータと、
前記インペラを収容する渦室を形成するハウジングと、
前記第１ギアと前記第２ギアとの噛合が維持された状態で前記第２軸心の延伸方向に沿って前記ロータを双方向に移動させることにより前記インペラと前記ハウジングの前記インペラに対向する壁面との間隙の大きさを変化させる移動機構とを備えたウォータポンプ。
【請求項２】
前記移動機構は、
前記ロータとの間で前記第２軸心の方向に沿う相対移動が規制され、且つ、前記第２軸心の延伸方向に沿って伸縮する蛇腹と、
付勢力によって前記蛇腹を伸ばす方向に付勢するコイルバネとを備え、
前記蛇腹を含んで形成される空間の圧力を負圧にすることにより、前記コイルバネの付勢力に抗して前記蛇腹を縮めて前記ロータを移動させる請求項１に記載のウォータポンプ。
【請求項３】
エンジンの吸気管の途中にバキュームスイッチングバルブが設けられており、前記空間は前記バキュームスイッチングバルブを介して前記吸気管と接続されており、前記バキュームスイッチングバルブを開き状態にして前記空間と前記吸気管とを連通させることにより前記空間の前記圧力を負圧にする請求項２に記載のウォータポンプ。
【請求項４】
ＰＷＭ制御によって前記バキュームスイッチングバルブの前記開き状態の時間を変化させることにより、前記圧力の値を変化させる請求項３に記載のウォータポンプ。
【請求項５】
前記移動機構は、前記ロータとの間で前記第２軸心の方向に沿う相対移動が規制され、且つ、前記第２軸心の延伸方向に沿って移動するプランジャを有するソレノイドを備え、
前記ソレノイドへの印加電圧を変化させることにより、前記プランジャを移動させて前記ロータを移動させる請求項１に記載のウォータポンプ。
【請求項６】
ＰＷＭ制御により前記印加電圧を変化させる請求項５に記載のウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンは、作動時の燃焼による発熱から自身を保護しつつ性能を維持するため、冷却水を循環させて温度の上昇を防いでいる。冷却水はウォータポンプにより循環される。ウォータポンプにおいては、ベルトを介して伝達されたエンジンのクランクシャフトの回転駆動力によりシャフトが回転し、シャフトの先端に取り付けられたインペラが回転することにより冷却水をエンジンに向けて圧送する。
【０００３】
特許文献１においては、補機駆動用ベルトから駆動用プーリを介してプーリブラケット、回転軸に動力を伝達し、インペラが回転し、冷却水をエンジン内に循環させるウォータポンプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６９７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウォータポンプはエンジンが始動すると同時に回転を開始し、エンジンの回転数の増減に応じて冷却水の吐出量も増減する。すなわち、エンジンが低回転時には冷却水の吐出量が少なく、高回転時には吐出量が多くなる。従って、エンジン始動直後の暖機運転時でエンジンの温度が低いときにおいてもエンジンの回転数に応じた量の冷却水が吐出されるため、エンジンの暖機運転の時間（以下、暖気時間と称する）が長くなるおそれがあった。エンジンの暖気時間が長くなると、高粘度のオイルを長時間使用することになるので燃費も悪くなり、又、ヒータの暖機も遅くなるので車両の乗員に不快感を与えていた。このように、エンジンの暖機時間を短縮することが可能なウォータポンプが求められていた。
【０００６】
上記問題に鑑み、本発明においては、エンジンの暖機時間を短縮することができるウォータポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るウォータポンプの特徴構成は、外部からの駆動力によって第１軸心の周りに回転する第１ギアと、前記第１ギアと噛合して第２軸心の周りに回転する第２ギアと、前記第２ギアと一体となって回転し冷却水を流動させるインペラとを有するロータと、前記インペラを収容する渦室を形成するハウジングと、前記第１ギアと前記第２ギアとの噛合が維持された状態で前記第２軸心の延伸方向に沿って前記ロータを双方向に移動させることにより前記インペラと前記ハウジングの前記インペラに対向する壁面との間隙の大きさを変化させる移動機構とを備えている点にある。
【０００８】
インペラと壁面とが小さな間隙を有して対向した状態でインペラが回転すると、渦室に流入した冷却水は直ちにインペラに捉えられ、インペラの回転により圧送され、流入した冷却水のほとんど全部が吐出される。すなわち、冷却水の吐出量が多くなる。一方、インペラと壁面との間隙が大きくなった状態でインペラが回転すると、渦室に流入した冷却水は直ちにインペラに捉えられることなく渦室内に滞留するので、インペラと壁面との間隙が小さいときとインペラの回転数が同じであっても、吐出される冷却水の量は減少する。このように、ウォータポンプが移動機構を備えることにより、インペラと壁面との間隙の大きさを任意に制御することができる。これにより、インペラの回転数を変化させることなくウォータポンプから吐出される冷却水の量を変化させることができ、エンジンの状態に応じて適切な量の冷却水を吐出させてエンジンの暖機時間を短縮させることができる。
【０００９】
本発明に係るウォータポンプにおいては、前記移動機構は、前記ロータとの間で前記第２軸心の方向に沿う相対移動が規制され、且つ、前記第２軸心の延伸方向に沿って伸縮する蛇腹と、付勢力によって前記蛇腹を伸ばす方向に付勢するコイルバネとを備え、前記蛇腹を含んで形成される空間の圧力を負圧にすることにより、前記コイルバネの付勢力に抗して前記蛇腹を縮めて前記ロータを移動させると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、空間内の圧力を負圧にしてそれを制御するという簡便な方法により、インペラと壁面との間隙の大きさを制御することができる。
【００１１】
本発明に係るウォータポンプにおいては、エンジンの吸気管の途中にバキュームスイッチングバルブが設けられており、前記空間は前記バキュームスイッチングバルブを介して前記吸気管と接続されており、前記バキュームスイッチングバルブを開き状態にして前記空間と前記吸気管とを連通させることにより前記空間の前記圧力を負圧にすると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、空間内の圧力を負圧にするための特別な構成を別途設ける必要がなく、通常のエンジンの作動中の吸気を利用して負圧を作り出すことができるので、安価に移動機構を構成することができる。
【００１３】
本発明に係るウォータポンプにおいては、ＰＷＭ制御によって前記バキュームスイッチングバルブの前記開き状態の時間を変化させることにより、前記圧力の値を変化させると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、デューティ比を変化させることにより高精度に印加電圧を変化させて負圧の値を制御することができるので、インペラと壁面との間隙の大きさを精度良く制御することができる。従って、ウォータポンプからの冷却水の吐出量を精度良く制御することができる。
【００１５】
本発明に係るウォータポンプにおいては、前記移動機構は、前記ロータとの間で前記第２軸心の方向に沿う相対移動が規制され、且つ、前記第２軸心の延伸方向に沿って移動するプランジャを有するソレノイドを備え、前記ソレノイドへの印加電圧を変化させることにより、前記プランジャを移動させて前記ロータを移動させると好適である。
【００１６】
このような構成とすれば、特にインペラと壁面との間隙の大きさの変化量が小さくてよい場合に、精度良く間隙の大きさを制御することができる。
【００１７】
本発明に係るウォータポンプにおいては、ＰＷＭ制御により前記印加電圧を変化させると好適である。
【００１８】
このような構成とすれば、デューティ比を変化させることにより高精度に印加電圧を変化させてプランジャの位置を制御することができるので、インペラと壁面との間隙の大きさを精度良く制御することができる。従って、ウォータポンプからの冷却水の吐出量を精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係るウォータポンプにおける冷却水の吐出量が多い状態を表す断面図である。
【図２】ウォータポンプにおける冷却水の吐出量が少ない状態を表す断面図である。
【図３】第２実施形態に係るウォータポンプにおける冷却水の吐出量が多い状態を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
１．第１実施形態
〔ウォータポンプの構造〕
以下、本発明に係るウォータポンプの第１実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るウォータポンプ１の構造を表す縦断面図である。図１に示すように、ウォータポンプ１は、プーリ２、第１シャフト６、玉軸受８、第１ギア１２、ロータ２５、第２シャフト２６、移動機構４０、ポンプカバー１４、ハウジング３２、プレート３４を備えて構成される。
【００２１】
プーリ２は、外径の異なる２種類の円筒形状を有している。それぞれの円筒は共通の第１軸心Ｘを有する。大きい円筒の外周面には滑り止めの溝が形成され、不図示のベルトが巻回されている。ベルトはエンジン１００の不図示のクランクシャフトの回転軸に亘って巻回されており、これによりクランクシャフトの回転駆動力がプーリ２に伝達され、クランクシャフトとプーリ２とは同期回転する。
【００２２】
内側にある小さい円筒の内周面には、第１シャフト６の一方の端部が圧入されている。第１シャフト６は鉄系の棒材を切削加工することにより形成されている。第１シャフト６の軸心は第１軸心Ｘと同軸心である。第１シャフト６は３種類の外径を有している。３種類の外径のうち、プーリ２に圧入された一方の端部において外径が最大になっており、他方の端部に向かうにつれて外径は段階的に小さくなっている。プーリ２に圧入された端部を含む箇所が第１部分６ａ、第１部分６ａよりも小さい外径を有する箇所が第２部分６ｂ、第２部分６ｂよりも小さい外径を有する箇所が第３部分６ｃである。なお、第１部分６ａと第２部分６ｂと第３部分６ｃの外径の大小関係はこれに限られず、任意の大小関係であってもよい。また、第１部分６ａと第２部分６ｂと第３部分６ｃとが同じ外径であってもよい。
【００２３】
第２部分６ｂ寄りの第１部分６ａにはその表面に環状の溝８ａ、８ａが２箇所形成されており、その溝８ａに沿って周方向全体に亘って複数の転動体（玉）８ｂが配設され、転動体８ｂの外側には外輪８ｃが取り付けられている。外輪８ｃはポンプカバー１４に圧入されることにより固定され、溝８ａ、転動体８ｂ、外輪８ｃにより玉軸受８が形成されている。すなわち、溝８ａが設けられた第１シャフト６が玉軸受８の内輪を兼ねており、これにより第１シャフト６はポンプカバー１４に対して回転自在に保持されている。なお、本実施形態においては、第１シャフト６に溝８ａを設けて玉軸受８を構成したが、外輪、内輪、転動体、リテーナを備えた通常の玉軸受を第１シャフト６に圧入して使用することができるのは言うまでもない。
【００２４】
第２部分６ｂには、回転側が第２部分６ｂに圧入され、固定側がポンプカバー１４に圧入された状態で構成されたメカニカルシール１０が配設されている。これにより、冷却水が玉軸受８の側に漏出しないように構成されている。
【００２５】
第３部分６ｃには、外歯歯車である第１ギア１２が取り付けられている。第１ギア１２は、例えば、ボルトによって第３部分６ｃの先端に固定されている。第１ギア１２の軸心は第１軸心Ｘと同軸心であり、第１ギア１２は例えば燒結金属又は樹脂から形成されている。プーリ２にクランクシャフトから回転駆動力が印加されると、第１シャフト６と第１ギア１２は、プーリ２の回転と同期して回転し、第１ギア１２は回転駆動力を出力する。第３部分６ｃの端部は第１ギア１２が取り付けられているため軸受等によって支持されておらず、自由端となっている。なお、第１ギア１２の第３部分６ｃへの固定はボルト締結に限られるものではなく、圧入等任意の方法で固定されていてもよい。
【００２６】
第１ギア１２の回転駆動力は第１ギア１２と噛合するように取り付けられた第２ギア２２に伝達される。本実施形態においては、第２ギア２２は第１ギア１２と同じ外径で同じ歯数であるので、第１ギア１２と第２ギア２２のギア比は１：１である。第２ギア２２の中央部には円形の開口があり、そこから第２ギア２２の第２軸心Ｙの方向に円筒形状の筒部２３が延在しており、筒部２３の先端にはインペラ２４が形成されている。第２ギア２２と、円筒形の筒部２３と、インペラ２４とは焼結金属又は樹脂により一体的に形成されており、ロータ２５を構成している。第２ギア２２、筒部２３、インペラ２４は共通の第２軸心Ｙを有する。第２ギア２２の歯の厚さ（第２軸心Ｙに沿う方向の長さ）は第１ギア１２の歯の厚さよりも薄くなっている。
【００２７】
本実施形態においては、第１ギア１２と第２ギア２２の歯数は同じであるが、第２ギア２２が第１ギア１２より歯数が少なく、例えば、第１ギア１２と第２ギア２２のギア比が２：１となる構成であってもよい。また、第２ギア２２、筒部２３、インペラ２４の少なくとも１つが異なる材料から構成され、それらがインサート成形等の方法により一体的に形成されていてもよい。
【００２８】
筒部２３の内周側には、筒部２３の内周面に当接するように潤滑性の高いカーボン又は樹脂からなる円筒形状の第１ブッシュ２９が挿入されており、さらにその内周側には第１ブッシュ２９に当接するように第２シャフト２６が挿入されている。第２シャフト２６は樹脂又は鉄系金属の棒材を切削加工することにより形成されている。ロータ２５、筒部２３、第２シャフト２６は同軸心である。本実施形態においては、ロータ２５が回転しても第２シャフト２６は回転しないように構成されている。ロータ２５が回転している時は、第１ブッシュ２９は、ロータ２５と第２シャフト２６の少なくとも一方に対して滑りながら回転するか、全く回転しない。
【００２９】
ロータ２５は、ポンプカバー１４とハウジング３２により形成された渦室３６に配設されている。ハウジング３２に対してポンプカバー１４と反対側にはプレート３４が取り付けられている。プレート３４の中央部には第１シャフト支持部３１が形成され、第１シャフト支持部３１の内部には第２ブッシュ３０が第２軸心Ｙと同軸心となるように挿入されている。第２ブッシュ３０は、潤滑性の高いカーボン又は樹脂で形成されている。第２ブッシュ３０には第２シャフト２６の端部を支持し、これにより、第２シャフト２６は滑らかに回転する。第２シャフト２６の先端は第１シャフト支持部３１の底面に当接している。
【００３０】
プレート３４は、第１シャフト支持部３１が形成された箇所以外は大きく開口して渦室３６と連通しており、冷却水はその開口から渦室３６内に流入する。インペラ２４は複数枚の羽根を有しており、第２ギア２２の回転により回転する。
【００３１】
インペラ２４は、ハウジング３２のプレート３４に近接した箇所に形成された円錐面３８に小さな間隙を有して対向している。これにより、プレート３４の開口から流入した冷却水は直ちにインペラ２４に捉えられ、インペラ２４の回転により圧送され、不図示の吐出通路を通って吐出される。なお、円錐面３８は壁面の一例である。
【００３２】
本実施形態においては、渦室３６を含むウォータポンプ１の内部空間全体は冷却水で満たされている。しかし、ポンプカバー１４とハウジング３２との間には環状シール１６が配設されており、ハウジング３２とプレート３４の間には環状シール１８が配設されている。これより、ポンプカバー１４、ハウジング３２、プレート３４は、それぞれ隣接する部材との間では液密になるように接合され、冷却水の外部への漏出を防止している。
【００３３】
第２シャフト２６において、第２ギア２２側の端部近傍にはロータ保持部２７が一体的に形成されている。ロータ保持部２７は第２軸心Ｙに垂直な方向に形成された円板状の鍔部分２７ａと鍔部分２７ａの外周から鍔部分２７ａに対して垂直に立設した第１壁部分２７ｂからなる。ロータ２５と第１ブッシュ２９のそれぞれの一方の端面は鍔部分２７ａに当接している。ロータ２５と第１ブッシュ２９のそれぞれの他方の端面は第２シャフト２６に嵌め込まれたＥリング２０に当接している。これにより、ロータ２５と第１ブッシュ２９は第２シャフト２６に対して第２軸心Ｙに沿う方向には移動せず、ロータ２５は鍔部分２７ａとＥリング２０に対して摺動しながら回転する。
【００３４】
ロータ２５の第２ギア２２の側には第２ギア２２に隣接して移動機構４０が形成されている。移動機構４０は、ロータ保持部２７と摺動部２８と通気溝２８ａと蛇腹４２と蛇腹保持部４４とコイルバネ４６と第２シャフト支持部４７と背面孔４８とにより構成されている。
【００３５】
蛇腹保持部４４はフランジ部分４４ａとフランジ部分４４ａの中央からフランジ部分４４ａに対して立設した第２壁部分４４ｂを有している。蛇腹４２はゴム等の材料により第２軸心Ｙに沿って伸縮可能に形成されている。蛇腹４２の一方端部はロータ保持部２７の第１壁部分２７ｂに溶着等の方法により気密、液密になるように取り付けられ、他方端部は蛇腹保持部４４の第２壁部分４４ｂに溶着等の方法により気密、液密になるように取り付けられている。蛇腹保持部４４のフランジ部分４４ａは、ポンプカバー１４の内側の壁面に配設された環状シール５２により、ポンプカバー１４との間で気密、液密になるように取り付けられている。これにより、ポンプカバー１４、ロータ保持部２７、蛇腹４２、蛇腹保持部４４で形成される空間（以下、負圧室５０と称する）は、ウォータポンプ１の内部空間に対して封止された状態にある。なお、負圧室５０は空間の一例である。
【００３６】
負圧室５０には、蛇腹４２を伸ばす方向に付勢力を発揮するコイルバネ４６がロータ保持部２７とポンプカバー１４との間に亘って取り付けられている。
【００３７】
負圧室５０を構成するポンプカバー１４の壁面から第２軸心Ｙと同軸心で円筒形状の第２シャフト支持部４７が立設している。第２シャフト支持部４７はその内周面で第２シャフト２６の摺動部２８を支持している。これにより、第２シャフト２６はその両端が支持されている。第２シャフト支持部４７の内部空間の底面からは、外部まで貫通する背面孔４８が形成されている。摺動部２８には円周面の一部を平らにした通気溝２８ａが形成されており、これにより、第２シャフト支持部４７に摺動部２８が支持された状態であっても、負圧室５０と外部とが連通している。通気溝２８ａは第１シャフト６に対向するように形成されているため、通気溝２８ａの存在が第１ギア１２と第２ギア２２の噛合に悪影響を与えることはない。
【００３８】
背面孔４８はポンプカバー１４の外側で負圧管６０に気密になるように接続されている。負圧管６０の背面孔４８と反対側の端部は、バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）６２を介して、エンジン１００に吸気される空気が流通する吸気管６４に接続されている。ＶＳＶ６２は、電圧のオン−オフにより開閉するバルブであり、本実施形態においてはＰＷＭ制御により任意の電圧が印加されている。ＶＳＶ６２は、オンデューティの間は開き状態となって負圧管６０を吸気管６４に接続し、オフデューティの間は負圧管６０を大気に開放する。ＶＳＶ６２への印加電圧（デューティ比）は不図示のＥＣＵ（Engine Control Unit）により制御されている。
【００３９】
本実施形態においては、ハウジング３２とプレート３４をウォータポンプ１の構成部品として扱ったが、必ずしもウォータポンプ１がこれらの部品を備えている必要はない。ハウジング３２とプレート３４の替わりにエンジン１００側が同様の形状に加工され、ポンプカバー１４をエンジン１００に当接させてウォータポンプ１を取り付けたときに、ウォータポンプ１が同等の機能を発揮できるように構成されていてもよい。
【００４０】
本実施形態においては、コイルバネ４６を負圧室５０内に取り付けたが、これに限られるものではない。コイルバネ４６が、負圧室５０の外側で蛇腹４２の周囲に第２ギア２２から蛇腹保持部４４のフランジ部分４４ａに亘って取り付けられていてもよい。
【００４１】
〔ウォータポンプの動作〕
エンジン１００が作動し、クランクシャフトが回転すると、クランクシャフトの一端にあるクランクシャフトプーリに巻回されたベルトが回転し、クランクシャフトの回転駆動力がプーリ２に伝達される。プーリ２が回転すると第１シャフト６が回転し、第１ギア１２に回転駆動力が伝達され、第１ギア１２が回転する。第１ギア１２が回転すると、その回転は第２ギア２２に伝達され、第２ギア２２が連れ回りする。第２ギア２２が回転するとインペラ２４が回転する。
【００４２】
通常は、ＶＳＶ６２はオフの状態になっており、負圧管６０は大気に開放されているため、負圧室５０内の気圧はウォータポンプ１の内部空間の気圧と同じ大気圧である。そのため、コイルバネ４６の付勢力によって、蛇腹４２は伸びた状態にあり、ロータ保持部２７と一体化している第２シャフト２６は第１シャフト支持部３１の底面に当接した状態にある。このとき、図１に示すように、インペラ２４は円錐面３８に小さな間隙を有して対向した状態にある。この状態でインペラ２４が回転すると、プレート３４の開口から流入した冷却水は直ちにインペラ２４に捉えられ、インペラ２４の回転により圧送され、流入した冷却水のほとんど全部が吐出通路を通って吐出される。
【００４３】
ＶＳＶ６２に電圧が印加されると負圧管６０が吸気管６４に接続されるため、負圧室５０の内部にある空気は、吸気管６４を流通する空気の流れにより、通気溝２８ａ、背面孔４８を経由して吸気管６４の方に吸い出され、負圧室５０の気圧が低下する（大気圧に対して負圧になる）。一方で、ウォータポンプ１の内部空間の気圧は大気圧のままなので、移動機構４０には外部から圧力差に相当する力が加わる。これにより、蛇腹４２には縮む方向の力が加わる。負圧室５０の減圧度合いが小さいうちは、コイルバネ４６の付勢力により蛇腹４２は伸びた状態を維持しているが、減圧度合いがコイルバネ４６の付勢力を上回ると、蛇腹４２がコイルバネ４６の付勢力に抗して縮んでいき、負圧室５０の容積が減少する。
【００４４】
蛇腹４２が縮むとロータ保持部２７が図１の左方に移動し、これに伴い、第２シャフト２６とロータ２５も図１の左方に移動する。これにより、インペラ２４と円錐面３８との間隙が大きくなる。これが図２に示す状態である。蛇腹４２が最も縮んだ状態では、第２シャフト２６の第１壁部分２７ｂと蛇腹保持部４４の第２壁部分４４ｂとが当接した状態になり、このとき摺動部２８の先端と第２シャフト支持部４７の底面とは若干の隙間を有しているので、負圧室５０の減圧に支障はない。
【００４５】
第１ギア１２の歯の厚さは第２ギア２２の歯の厚さよりも厚くなっているので、図２に示す状態であっても第１ギア１２と第２ギア２２との噛合は維持されており、第１ギア１２の回転駆動力は第２ギア２２に伝達され、インペラ２４は回転する。また、負圧室５０の内部の空気は、引き続き通気溝２８ａ、背面孔４８を介して吸気管６４の方に吸い出されている。間隙が大きくなった状態でインペラ２４が回転すると、プレート３４の開口から流入した冷却水は直ちにインペラ２４に捉えられることなく渦室３６内に滞留するので、インペラ２４と円錐面３８との間隙が小さいとき（図１に示す状態）とインペラ２４の回転数が同じであっても、吐出通路へ圧送されエンジン１００内を循環する冷却水の量は減少する。
【００４６】
このように、ＰＷＭ制御によりＶＳＶ６２に印加する電圧を変化させてＶＳＶ６２の開き状態の時間を変化させることにより、負圧室５０内の気圧を精度高く変化させ、インペラ２４と円錐面３８の間隙の大きさを任意に制御することができる。これにより、インペラ２４の回転数を変化させることなくウォータポンプ１から吐出されてエンジン１００内を循環する冷却水の量を変化させることができ、エンジン１００の暖機時間を短縮することができる。
【００４７】
また、移動機構４０の構成であれば、負圧室５０内の気圧を変化させるという簡便な方法で、インペラ２４と円錐面３８の間隙の大きさを制御することができる。さらに、負圧室５０内の圧力を負圧にするためにエンジン１００の作動中の吸気を利用するので、負圧を作るための特別な構成を別途設ける必要がなく、安価に移動機構４０を構成することができる。
【００４８】
すなわち、エンジン１００の始動直後の暖機時間においては、インペラ２４と円錐面３８の間隙を大きくしてウォータポンプ１から吐出される冷却水の量を少なくすることにより、エンジン１００が過度に冷却されることなく、暖機時間を短縮することができる。暖機運転が終了した後は、インペラ２４と円錐面３８の間隙を小さくしてウォータポンプ１から吐出される冷却水の量を増やすことにより、エンジン１００の発熱を抑制することができる。
【００４９】
２．第２実施形態
〔ウォータポンプの構造〕
次に、本発明に係るウォータポンプの第２実施形態を、図面を用いて説明する。本実施形態においては、移動機構７０の構成が第１実施形態とは異なっており、その他の構造は同じである。よって、本実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。
【００５０】
図３に示すように、本実施形態における移動機構７０は、インペラ２４と円錐面３８の間隙を変化させるために、第１実施形態のように負圧を利用する構成ではなく、ソレノイド７２への電圧の印加によってプランジャ８４を移動させる構成を有している。ソレノイド７２を利用した移動機構７０は、インペラ２４と円錐面３８の間隙の大きさの変化量が小さくてよい場合に有効である。なお、本実施形態においては、ＰＷＭ制御により任意の電圧がソレノイド７２に対して印加可能である。
【００５１】
ソレノイド７２は、不図示の樹脂製のボビンと、ボビンに巻回された被覆銅線からなるコイル７４と、ボビンとコイル７４とを一体化して封止した樹脂製のコイルハウジング７６と、鉄等の磁性体からなりコイルハウジング７６を覆う第１ヨーク７８、第２ヨーク８０、第３ヨーク８２と、コイル７４への電圧印加により第２軸心Ｙに沿う方向に移動する鉄等の磁性体からなる円柱形状のプランジャ８４を有している。コイル７４の被覆銅線の両端は、不図示のコネクタを介して不図示の駆動回路に電気的に接続されている。コイル７４への電圧印加を行うことにより、第１ヨーク７８、第２ヨーク８０、第３ヨーク８２、プランジャ８４は磁気回路の一部を構成する。プランジャ８４は、第１ヨーク７８と第３ヨーク８２との間にある第１部分８４ａと、第３ヨーク８２の内周面と対向する第２部分８４ｂと、第１ブッシュ２９の内周面と対向する第３部分８４ｃからなる。外径は、第１部分８４ａ、第２部分８４ｂ、第３部分８４ｃの順に小さくなる。
【００５２】
第１部分８４ａの外径はコイルハウジング７６の内径と第３ヨーク８２の内径の中間の大きさである。第１部分８４ａの軸方向の長さは、第１ヨーク７８と第３ヨーク８２の第２軸心Ｙに沿う方向の距離からプランジャ８４のストローク量を減じた長さとなっている。すなわち、プランジャ８４は第１部分８４ａが第３ヨーク８２に当接する状態から第１ヨーク７８に当接する状態まで第２軸心Ｙに沿って移動可能である。
【００５３】
ロータ２５と第１ブッシュ２９はプランジャ８４の第３部分８４ｃに挿入され、第２部分８４ｂと第３部分８４ｃの境界面８４ｄに当接した状態でＥリング２０を嵌め込むことにより、プランジャ８４に対して第２軸心Ｙ方向には移動しない。ロータ２５が回転する時は、境界面８４ｄとＥリング２０に対して摺動しながら回転する。また、第３部分８４ｃの端部は、第１シャフト支持部３１に挿入された第２ブッシュ３０に支持されている。
【００５４】
プランジャ８４の第２軸心Ｙに沿って第１部分８４ａから第２部分８４ｂにかけて、有底の穴が形成されており、その穴の底面から第１ヨーク７８に亘って、プランジャ８４を第１ヨーク７８から遠ざける方向に付勢するコイルバネ４６が配置されている。
【００５５】
ソレノイド７２はウォータポンプ１の外側にポンプカバー１４に密着して取り付けられている。第３ヨーク８２のみポンプカバー１４の内壁まで延在している。本実施形態においては、ソレノイド７２のコイルハウジング７６の内側の空間も冷却水で満たされるので、環状シール８６、８８、９０により、ソレノイド７２から外部に冷却水が漏出しないように構成されている。
【００５６】
〔ウォータポンプの動作〕
通常は、ソレノイド７２のコイル７４への電圧の印加は行われておらず、ソレノイド７２は作動していない。そのため、プランジャ８４はコイルバネ４６の付勢力により、第１部分８４ａが第３ヨーク８２に当接した状態にある。このとき、図３に示すように、インペラ２４は円錐面３８に小さな間隙を有して対向している。この状態でインペラ２４が回転すると、プレート３４の開口から流入した冷却水は直ちにインペラ２４に捉えられ、インペラ２４の回転により圧送され、流入した冷却水のほとんど全部が吐出通路を通って吐出される。
【００５７】
コイル７４に電圧を印加すると、コイル７４に磁気が発生し、第１ヨーク７８、第２ヨーク８０、第３ヨーク８２、プランジャ８４が磁気回路の一部を構成する。そして、電磁力の作用により、プランジャ８４は、コイルバネ４６の付勢力に抗する方向、すなわち、第１ヨーク７８に近づく方向（図３の左方）に力を受ける。これにより、プランジャ８４は第２軸心Ｙに沿って移動する。プランジャ８４が移動するとロータ２５も図３の左方に移動する。これにより、図２に示す状態と同様に、インペラ２４と円錐面３８との間隙が大きくなる。
【００５８】
このように、ＰＷＭ制御により、コイル７４に印加する電圧を変化させてソレノイド７２を作動させることにより、プランジャ８４を第２軸心Ｙの方向に沿って精度よく移動させてインペラ２４と円錐面３８の間隙の大きさを任意に制御することができる。これにより、インペラ２４の回転数を変化させることなく、ウォータポンプ１から吐出されてエンジン１００内を循環する冷却水の量を変化させることができる。
【００５９】
従って、エンジン１００の始動直後の暖機時間においては、インペラ２４と円錐面３８の間隙を大きくしてウォータポンプ１から吐出される冷却水の量を少なくすることにより、エンジン１００が過度に冷却されることなく、暖機時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、ウォータポンプに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１            ウォータポンプ    
１２          第１ギア
２２          第２ギア
２４          インペラ
２５          ロータ
３２          ハウジング
３６          渦室
３８          円錐面（壁面）
４０、７０    移動機構
４２          蛇腹
４６          コイルバネ
５０          負圧室（空間）
６２          バキュームスイッチングバルブ
６４          吸気管
７２          ソレノイド
８４          プランジャ
１００        エンジン
Ｘ            第１軸心
Ｙ            第２軸心
【図１】
2016089646.tif 000003
【図２】
2016089646.tif 000004
【図３】
2016089646.tif 000005