JP2015143493A - 内燃機関のポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックにボルトで固定されるウォータポンプにおいて、長さが長くなってもできるだけコンパクト化・軽量化する。【解決手段】ウォータポンプ１１はポンプハウジング２６とカバーハウジング２８とを有しており、ポンプハウジング２６がシリンダブロック１の一側面１ｂにボルトで固定されている。ポンプハウジング２６には、流入通路２１と吐出通路３４とがオーバーラップした状態で形成されており、流入通路２１の入口は吐出口３５よりもプーリ１３の側にずれている。プーリ１３がメインギャラリー３６から遠くに位置するとウォータポンプ１１の長さが長くならざるを得ないが、流入通路２１と吐出通路３４とがオーバーラップしているとことと、流入通路２１の入口が吐出口３５よりもずれていることとにより、できるだけコンパクト化・軽量化できる。【選択図】図６

Description

本願発明は、例えばウォータポンプのように、内燃機関を構成するポンプユニットに関するものである。

内燃機関のウォータポンプは補機駆動ベルトで駆動されており、補機駆動ベルトは、クランク軸の一端部に固定されたクランクプーリに巻き掛けられている。従って、クランク軸の一端部は、シリンダブロックの一端面から露出している。

ウォータポンプの構造は様々であるが、いずれにしても、羽根(インペラー)が固定されている回転軸はクランク軸と平行になっており、回転軸の一端部にプーリが固定されている。従って、ウォータポンプは補機駆動ベルトの近くに配置されている。

ウォータポンプの構造や配置態様は様々であり、例えば特許文献１には、ウォータポンプをシリンダブロックのうちクランク軸と平行な一側面の端部に固定して、プーリをシリンダブロックの一端面の外側にはみ出した補機駆動ベルトに巻き掛けることが開示されている。

この特許文献１では、水をウォータポンプに戻す流入管はクランク軸と平行な姿勢になっており、流入管は、シリンダブロックのうち補機駆動ベルトと反対側の他端面の側からウォータポンプに向けて延びている。吐出通路はシリンダブロックに向かっており、シリンダブロックに設けたメインギャラリーに連通している。従って、特許文献１では、流入通路と吐出通路とは平面視で直交した姿勢になっている。

さて、ウォータポンプのハウジングはポンプハウジングとカバーハウジングとに分かれており、２つのハウジングを重ね合わせてボルトで締結している。そして、特許文献２には、ポンプ室を有するポンプハウジングをシリンダブロックに一体に設けることが開示されており、この特許文献２では、流入通路と吐出通路とは平行になっており、従って、冷却水はＵターンして流れている。

特開２０１０−７７８８３号公報 特開平１０−２１２９５０号公報

特許文献１のようにハウジングをシリンダブロックとは別体にしてボルトでシリンダブロックに締結する構造を採用すると、市販品のような汎用的なウォータポンプを使用できる利点や、シリンダブロックの構造が異なる多くの機種で共通のウォータポンプを使用してコスト低減に貢献できる等の利点、或いは、設計変更にも簡単に対応できる利点を有する。

しかし、特許文献１のように流入通路と吐出通路とが直交したに過ぎない構成では、ポンプ室の位置がシリンダブロックのメインギャラリーで規制されるため、プーリの位置がシリンダブロックの一端面から大きく離れていると、回転軸の長さは著しく長くならざるを得ず、すると、ウォータポンプ１１が全体としての大型化したり、回転軸にこじれが生じて耐久性の低下や吐出能力の低下をもたらしたりするおそれがある。

他方、特許文献２のように流入通路と吐出通路とを平行に形成すると、コンパクト化には貢献できるが、構造が限定されるため汎用性が低くて、設計変更も面倒になるという問題がある。また、特許文献２では、流入通路の入口と吐出通路の吐出口とは同じ位置にあるため、仮に特許文献２のウォータポンプをシリンダブロックとは別体の方式としても、ポンプユニットの全体が厚くなってコンパクト化に限度があるという問題がある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明のポンプユニットは、内部にポンプ室を有するハウジングと、前記ポンプ室に配置された圧送部材と、及び、前記圧送部材を回転駆動するプーリ又はスプロケットとを有しており、前記ハウジングには、流体を前記ポンプ室に導く流入通路と流体を前記ポンプ室から圧送する吐出通路とが形成されており、前記ハウジングを、前記プーリ又はスプロケットの回転軸心をクランク軸と平行にした姿勢でシリンダブロックの一側面にボルトで固定することにより、前記プーリ又はスプロケットにクランク軸からベルト又はチェーンで動力伝達される、いう基本構成になっている。

そして、前記流入通路と吐出通路とは、前記プーリ又はスプロケットと反対側に開口した横向き姿勢でかつ、吐出通路がシリンダブロックに近い側に位置すると共に流入通路がシリンダブロックから遠い側に位置するように前記シリンダブロックの一側面と直交した方向にオーバーラップしており、更に、前記吐出通路の先端には吐出口が開口しており、前記流入通路の入口を、前記吐出口よりも前記プーリ又はスプロケットの側にずらしている。

本願発明のように吐出通路と流入通路とがオーバーラップさせると、ハウジングはプーリの回転軸心方向から見て膨らみを持った構造になるため、剛性を向上させて、ねじれや曲げに対する抵抗を向上できる。その結果、ハウジングの撓みによって回転軸にこじれが発生して耐久性が低下したり吐出性能が低下するといった問題を防止できる。

また、流入通路の入口を吐出通路の吐出口よりもプーリ又はスプロケットの側にずらしているため、流入管の長さを必要最小限度に押さえて、ポンプユニットをできるだけコンパクト化・軽量化することができる。

この場合、実施形態のようにポンプ室がシリンダブロックの一端面の外側に位置するように構成すると、プーリの位置がシリンダブロックの一端面から大きく離れても、回転軸の長さをできるだけ短くして円滑な回転を確保できる利点がある。

実施形態に係る内燃機関の概略正面図である。 内燃機関の側面図で、図１のII-II 視図である。 要部の拡大側面図である。 （Ａ）はプーリを仮想線で示した状態での図３の IV-IV視断面図、（Ｂ）はカバーハウジングの正面図である。 （Ａ）はポンプハウジングとカバーハウジングとの分離側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図（ポンプハウジングの正面図）である。 図３の及び図４（Ａ）のVI-VI 視断面図である。

(1).内燃機関の概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、内燃機関の概要を説明する。図１，２に示すように、内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２、シリンダヘッド２の上面に固定されたシリンダヘッドカバー３、シリンダブロック１の下面に固定されたオイルパン４を備えており、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２においてクランク軸５の一端方向に向いた一端面１ａ，２ａには、１枚のチェーンケース６が多数本のボルト７で固定されている。

以下では便宜的に、方向を特定するための前後・左右の文言を使用するが、クランク軸５の軸方向を前後方向、クランク軸５と直交した水平方向を左右方向としている。これらは図１、２に明示している。

図示していないが、シリンダブロック１の一端面１ａとチェーンケース６との間には空間が空いており、この空間にタイミングチェーンが配置されている。また、チェーンケース６の下端にはオイルフィルター８を設けている。

クランク軸５の一端部はチェーンケース６の外側に突出しており、この突出した端部にクランクプーリ９を固定している。クランクプーリ９には補機駆動ベルト１０が巻き掛けられており、補機駆動ベルト１０で、ウォータポンプ１１とアエコン用コンプレッサ１２とが駆動されている。従って、ウォータポンプ１１とアエコン用コンプレッサ１２は、それぞれプーリ１３，１４を備えている。なお、補機駆動ベルト１０では、オルタネータ等の他の補機を駆動することも可能である。

ウォータポンプ１１とアエコン用コンプレッサ１２は、シリンダブロック１のうち、クランク軸５と直交した一方側の一側面１ｂの側に寄せて配置されている。すなわち、図１において右側に寄せて配置されており、補機駆動ベルト１０は図１において時計回りに周回する。このため、ウォータポンプ１１のプーリ１３には、白抜き矢印で示すように、補機駆動ベルト１０の駆動によって略下向きの荷重（押圧力）が作用する。

内燃機関は例えば３気筒等の多気筒方式であるが、各排気ポートに連通した集合通路がシリンダヘッド２の内部に形成されており、図２のとおり、集合通路に連通した排気出口穴１６がシリンダヘッド２の一側面２ｂに開口している。そして、シリンダヘッド２の一側面２ｂには、排気出口穴１６に連通した継手管１７が固定されており、継手管１７に、内部に触媒を配置した触媒ケース１８が接続されている。

触媒ケース１８の上部１８ａと下部１８ｂとはそれぞれテーパ状になっており、下端にスリーブ１９を固定している。スリーブ１９には、排気管（図示せず）が接続されている。また、スリーブ１８にはブラケット板２０が固定されている。

ウォータポンプ１１はシリンダブロック１の一側面１ｂに配置されており、冷却水が流入する流入通路２１は、シリンダブロック１の他端面１ｃの方向（或いは触媒ケース１８に向いた方向）に開口しており、流入通路２１に流入管２２が接続されている。流入管２２は、触媒ケース１８の後ろを通って概ねシリンダブロック１を横切る姿勢になっており、その始端は、シリンダヘッド２の一側面２ｂのうちチェーンケース６と反対側の端部に接続されている。

図示していないが、シリンダヘッド２のうちチェーンケース６と反対側の端部には、冷却水をラジェータやヒータ等に分配するためのサーモ弁付き分配装置を設けており、ラジェータで冷却された冷却水（或いは、温度が低くてラジェータを通らずにリターンする冷却水）は、分配装置から流入管２２を介してウォータポンプ１１に戻るようになっている。

本実施形態の内燃機関は排気ガスの一部を吸気系に戻すＥＧＲ装置を備えており、ＥＧＲ装置の一部として、ＥＧＲガスを取り出すＥＧＲパイプ２３が触媒ケース１８の下部１８ｂに接続されている。ＥＧＲパイプ２３は、触媒ケース１８とウォータポンプ１１との間の部位に立ち上がってから、シリンダヘッド２のうちチェーンケース６と反対側の他端部に向けて延びており、触媒ケース１８とウォータポンプ１１との間に位置した中途部にＥＧＲクーラ２４が介挿されている。

そして、ＥＧＲクーラ２４は流入管２２にも介挿されている。従って、冷気水の全量がＥＧＲクーラ２４を経由してウォータポンプ１１に戻り、流入管２２を通る冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ２４を下から上に流れ、冷却水は、ＥＧＲクーラ２４を概ね左右方向（横方向）に流れている（ＥＧＲクーラ２４の冷却水入口と冷却水出口とは高さが少し違っているので、実際には、冷却水は上下方向にも流れている。）。

ＥＧＲクーラ２４は、ウォータポンプ１１のやや下方に配置されている。このため、流入管２２は、その始端から斜め下向きに延びてＥＧＲクーラ２４に至り、ＥＧＲクーラ２４２から斜め上向きの姿勢でウォータポンプ１１の流入通路２１に向かっている。

(2).ウォータポンプの詳細
次に、他の図面も参照してウォータポンプ１１の構造や取り付け態様等を説明する。例えば図５から理解できるように、ウォータポンプ１１は、シリンダブロック１にボルト２５で固定されたポンプハウジング２６と、ポンプハウジング２６にボルト２７で固定されたカバーハウジング２８とを備えており、カバーハウジング２８で回転軸２９を回転自在に保持し、回転軸２９の外端部にはプーリ１３を固定している。ポンプハウジング２６とカバーハウジング２７との重合部はいずれもフランジになっており、このフランジがボルト２７で締結されている。

図６のとおり、回転軸２９の内端部はポンプハウジング２６に形成したポンプ室３０に至っており、回転軸２９の内端部に、圧送部材の一例としての羽根（インペラー）３１を固定している。ポンプ室３０の軸心は流入通路２１の軸心よりもシリンダブロック１から少し離れている。そこで、流入通路２１には、平断面視で傾斜して（或いは曲がって）ポンプ室３０に連続する中間通路３２を設けている。

ポンプハウジング２６は前後方向（クランク軸５の軸方向）に長い形態であり、ポンプ室３０はチェーンケース６の側に開口している。そこで、カバーハウジング２８は、チェーンケース６の側からポンプハウジング２６に重なっている。図４，５のとおり、ポンプハウジング２６とカバーハウジング２８は側面視で略五角形になっており、各頂点部の箇所において、ボルト２７で締結されている。

従って、両者は５本のボルト２７で締結されているが、チェーンケース６の側に寄った２本はカバーハウジング２８を貫通してポンプハウジング２６にねじ込んでおり、残りの３本はポンプハウジング２６を貫通してカバーハウジング２８にねじ込んでいる。カバーハウジング２８は側面視で釣り鐘を横にしたような形態になっており、内部には、細長いシール性軸受け３３で回転軸２９が支持されている。なお、ウォータポンプ１１は、正面視で略四角形や略円形などとすることも可能である。

ポンプハウジング２６は前後方向に長い形態であり、ポンプ室３０に連通して前後方向に長い横向きの吐出通路３４を備えている。流入通路２２及びポンプ室３０と吐出通路３４とは左右方向にずらして配置されており、従って、流入通路２２及びポンプ室３０は、側面視で吐出通路３４とオーバーラップしている。

更に正確に述べると、吐出通路３４がシリンダブロック１の近い側に位置して、流入通路２２及びポンプ室３０がシリンダブロック１から離れた側に位置した状態で、左右方向にオーバーラップしている。吐出通路３４の先端にはシリンダブロック１に向けて開口した吐出口３５が空いていて、吐出口３５は、シリンダブロック１に設けたメインギャラリー（流体通路）３６に連通している。

図５（Ｂ）に示すように、ポンプ室３０の一部と吐出通路３４とは逃がし穴３７を介して連通しており、流入通路２１と吐出通路３４とは略平行に並んでおり、かつ、冷却水の流れ方向が逆になっている。従って、流入通路２１に流入した冷却水は、平面視でＵターシして流れてシリンダブロック１のメインギャラリー３６に送られる。

そして、流入通路２１は、その入口が吐出口３５よりもカバーハウジング２８の側にずれるようにして形成されており、従って、ポンプハウジング２６は、流入通路２１を設けた部分からシリンダブロック１の側に向けて段落ちしており、段差面に流入通路２１が開口して、段落ちして低くなった部分に吐出口３５が開口している。このように段落ちさせることで、流入通路２１をカバーハウジング２８の側にずらしてコンパクト化を図りつつ、流入通路２１と吐出通路３４とをシリンダブロック１の左右方向にオーバーラップさせている。

ポンプハウジング２６の締結作業に際しては、ボルト２５はシリンダブロック１の一側面１ｂの側から（左右方向の外側から）レンチで回転操作する。このため、ポンプハウジング２６の左右手前側には空間が空いており、従って、ポンプハウジング２６の左右方向の外側は作業空間としてデッドスペースになっているが、本実施形態では、流入通路（流入通路）２１が吐出通路３４とが左右方向に重なっているため、他の部材の配置の邪魔になることなく、流入通路及びポンプ室３０と吐出通路３４とを重複させて、ポンプハウジング２６の全体をコンパクト化できる。

つまり、例えば、流入通路２１と吐出通路３４とが上下に離れて配置されていると、ポンプハウジング２６の上下幅は必然的に大きくなってポンプハウジング２６が大型化するのみならず、他の部材の配置の邪魔になるおそれもあるが、本実施形態では、流入通路２１及びポンプ室３０ング２６が左右方向にオーバーラップしていると共に、流入通路（流入通路２１）は入口を吐出口３５よりもプーリ１３の側にずらしてその長さをできるだけ短くしているため、全体としてコンパクト化できると共に、他の部材の配置も阻害しないのである。

なお、実施形態では、流入管２２は、ポンプハウジング２６をボルト２５で固定した後に嵌め込まれる（圧入される）ようになっている。従って、流入管２２がボルト２５の締結の邪魔になることはない。この場合、ポンプハウジング２６を固定するボルト２５のうち２本は、流入通路２１の入口を挟んで流入管２２の差し込み方向に向いた側に配置されている。

従って、流入管２２の差し込みに際して荷重がポンプハウジング２６に掛かっても、ポンプハウジング２６がシリンダブロック１ら離れるような作用を受けることはなくて、流入管２２をポンプハウジング２６に対して強い力で差し込むことができる。このため、流入管２２を後付けする方式であっても、流入管２２を強い力でしっかりと取り付けることができる。もとより、ボルト２５の配置位置を流入管２２と干渉しない部位に設けておけば、先に流入管２２を嵌め込んで締結することも可能である。

ポンプハウジング２６に段落ち部を設けたことで、平面視でのポンプハウジング２６の厚さが変化している。そこで、便宜的に、流入通路２１よりもカバーハウジング２８の側に位置した側面視テーパ状の部分を膨大部と呼んで符号２６ａで示し、段落ちして平面視で薄くなった部分を細幅部と呼んで符号２６ｂで示す。

図３のとおり、ポンプハウジング２６は３本のボルト３７でシリンダブロック１に締結されている。３本のボルト３７のうち２本の細幅部２６ｂの上下部に位置しており、他の１本は、大径部２６ａのうち細幅部２６ｂに近い側の下端に位置している。いずれの部位も、ボルト３７が重なる部分はフランジになっている。

図６に明示するように、ポンプハウジング２６のうちカバーハウジング２８と重なっている側に、正面視でチェーンケース６の一部及びシリンダブロック１の一端面１ａの一部と重なるはみ出し部３９を設けて、はみ出し部３９に、当該はみ出し部３９の厚さ寸法よりも僅かに長い長さで前後方向に長手のカラー４０を嵌め込み、カラー４０とチェーンケース６の一側部とをボルト１でシリンダブロック１に共締めしている。従って、ボルト４１における頭の座面とチェーンケース６の外面との間には若干の寸法ｅの隙間が空いている。カラー４０が嵌まっている穴を、符号４２で示している。

カラー４０はポンプハウジング２６のはみ出し部３９にきっちり嵌まっており、また、ボルト４２はチェーンケース６に対してきっちり嵌まっている。

このように構成すると、ポンプハウジング２６が下向きにずれることがボルト４２及びカラー４０によって阻止されるため、補機駆動ベルト１０の周回によってプーリ１３に下向きの力が作用しても、その力はプポンプハウジング２６に作用することはなく、ポンプハウジング２６は安定した状態に保持される。

その結果、流入管２２と流入通路２１との芯ずれによる冷却水漏れや、ポンプハウジング２６のずれによる冷却水漏れ、或いは、ポンプハウジング２６やカバーハウジング２８にひずみが生じることによる回転軸２９のこじれといった不具合を防止できる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記の他にも様々に具体化できる。例えば、流入通路と流入管との接続に継手を使用したり、流入通路にボス部を形成して、これにホース状の流入管を嵌め込むといったことも可能である。また、本願発明は、オイルポンプ等の他のポンプユニットにも適用できる。ポンプユニットはチェーンケースで駆動することも可能であり、この場合は、プーリに代えてスプロケットを回転軸に固定したらよい。

流入通路の入口は、下向き又は上向き若しくは左右外向きとすることも可能である。吐出口は必ずしもシリンダブロックに向けて開口させる必要はないのであり、上向き又は下向き若しくは横向きとして、これにパイプを接続してもよい。

本願発明は、ウォータポンプ等のポンプユニットに実際に適用できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
１ａ 一端面
１ｂ 一側面
２ シリンダヘッド
５ クランク軸
６ チェーンケース
１０ 補機駆動ベルト
１１ ポンプユニットの一例としてのウォータポンプ
１３ プーリ
２１ 流入通路
２２ 冷却水の流入管
２４ ＥＧＲクーラ
２５ ウォータポンプ締結用のボルト
２６ ウォータポンプのポンプハウジング
２８ カバーハウジング
２９ 回転軸
３０ ポンプ室
３１ 圧送部材の一例としてのインペラー（羽根車）
３４ 吐出通路
３５ 吐出口

Claims (1)

1. 内部にポンプ室を有するハウジングと、前記ポンプ室に配置された圧送部材と、及び、前記圧送部材を回転駆動するプーリ又はスプロケットとを有しており、
   前記ハウジングには、流体を前記ポンプ室に導く流入通路と流体を前記ポンプ室から圧送する吐出通路とが形成されており、前記ハウジングを、前記プーリ又はスプロケットの回転軸心をクランク軸と平行にした姿勢でシリンダブロックの一側面にボルトで固定することにより、前記プーリ又はスプロケットにクランク軸からベルト又はチェーンで動力伝達される構成であって、
   前記流入通路と吐出通路とは、前記プーリ又はスプロケットと反対側に開口した横向き姿勢でかつ、吐出通路がシリンダブロックに近い側に位置すると共に流入通路がシリンダブロックから遠い側に位置するように前記シリンダブロックの一側面と直交した方向にオーバーラップしており、更に、前記吐出通路の先端には吐出口が開口しており、前記流入通路の入口を、前記吐出口よりも前記プーリ又はスプロケットの側にずらしている、
   内燃機関のポンプユニット。

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