JP4747105B2 - 内燃機関用クーラントポンプ構造 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて部分、プリアンブル部分）にしたがい、車両のエンジンシャフトを備える内燃機関のためのクーラントポンプ構造にして、ポンプケースと端部にポンプインペラを配するポンプシャフトとを備えるクーラントポンプ構造に関する。

普通一般に、車両内燃機関の必要な冷却は、冷却循環を流通する水のようなクーラント（冷却剤）を用いて行われ、当該クーラントは冷却されるべき範囲にて熱を吸収して、当該熱を熱交換器を介して他の場所に逆に放出する。クーラントの循環再利用のためにポンプが設けられる。

そのような水ポンプ構造は例えば特許文献１に示され、記載されている。それによれば、水ポンプは、ポンプ本体とポンプカバーから形成されたポンプケースを有し、これは内燃機関のクランクケースと接続している。ポンプケース内にはポンプシャフトが収容され、シャフト支持区間にて回転可能に支承されている。その際、シャフト支持区間は、ポンプシャフト径の３倍に対応する長さを有し、注油のために油を浴びせられる。潤滑油は給油開口によってクランクケースから供給される。ポンプ空間のシールのために、軸方向にシャフト支持区間を閉じてパッキンが設けられている。

この水ポンプ構造はポンプシャフト軸受に基づいて組み立てられ、付加的にこの軸受に軸方向に接続されたシールによって非常に長くなっており、このことは特にオートバイにおける内燃機関の使用に際して取り付け位置に応じて不具合となり得る。加えて水ポンプの接続のために長いクーラントホースが必要である。

原動機機能にとって重要なコンポーネントを出来る限り多く収容すべきエンジンシャフトを有した内燃機関は特許文献２に示され記載されている。このエンジンシャフトは質量バランスウェイトの外に、端部側にクーラントを循環利用するためのブレード付きインペラを収容し、ポンプケースはクランクケース又はシリンダヘッドにおいてエンジンシャフトの配置に左右されて一体化される。

クランクケース又はシリンダヘッドへの水ポンプ構造のそのような一体化は、例えばシリンダヘッドでのＴジョイント、特別なシール及び／又は補助軸受を備えた非常にコストのかかる構造の原因となる。特に特別なシリンダヘッド加工が必要で、加えてポンプ構造の解放が不可能である。

ドイツ特許出願公開公報第１９９４１８９１号明細書（特開２０００−８７７４４号に対応する） ドイツ特許出願公開公報第１９９４５９４８号明細書

それ故、本発明の課題は、特にオートバイでの使用のために、コンパクトで短く組み立てられる内燃機関を考慮して、同時に簡単でメンテナンスフレンドリーな構造を備えた、冒頭に記したクーラントポンプ構造を提供することにある。

課題の解決は、請求項１の特徴構成によりなされる。基礎をなす着想は、内燃機関内に配された軸受を用いたポンプシャフトの基本的に片持ち梁状の支承を含んでいる。本発明によれば、内燃機関内の軸受はシリンダヘッド又はクランクケース内に配置される。さらに、ポンプシャフトの支承がポンプ構造に隣接配置された最後のエンジンシャフト軸受だけによってなされるのが目的に適っている。ポンプシャフトがカムシャフトと連結されている場合、最後のカムシャフト軸受は同時にポンプインペラを担持するポンプシャフトのための軸受要素である。

本発明の特に好適な実施形態と更なる展開は従属請求項の対象である。
本発明の特に有利な実施例によれば、ポンプシャフトは相対回転不能に且つ共軸に当該シャフトを動かすエンジンシャフトと、特にカムシャフトと連結されている。水ポンプ回転数並びにポンプ出力は、内燃機関回転数に直接依存して、その際、ポンプシャフトは他の実施例によれば直接的又は間接的に他のエンジンシャフトによって動かされ得る。

ポンプケースとポンプシャフトの間にシール、特にメカニカルシール（滑動リングシール）が配置され、ポンプシャフトがエンジンシャフトと同軸に接続され、ポンプシャフトの心出しがエンジンシャフトに対してなされると、当該シールに対するポンプシャフトの心出しが同時になされるように、当該シールが配置されている本発明の形態は非常に好都合である。メカニカルシールは管部分状に構成され、その半径方向内面でポンプシャフトに対しシールする。その半径方向外面でシールは一方でポンプケースでの収容部の内径で、他方でクランクケースでの収容部の内径で支持される。

ネジ接合によってエンジンシャフトにポンプインペラとポンプシャフトを固定するためにポンプシャフトが中空に形成され、エンジンシャフトが端部でネジ部を有するならば、非常に目的に適っていると考えられる。その際、ポンプシャフトはエンジンシャフトに内側で又は外側で心出しされる。

以下に、図面に関連して本発明の特に好ましい実施例を詳細に説明する。
図１は、ここでは詳細に示さない車両内燃機関、つまりオートバイ用四気筒直列エンジンのためのクーラントポンプ構造１００を示す。クーラントポンプ構造１００は端面で内燃機関のシリンダヘッド１０２と接続しており、その際、内燃機関は走行方向に対して横向きに組み立てられているので、個々のシリンダは隣り合ってヘッドが斜め前方に傾いて置かれている。それに応じて、走行方向にてクーラントポンプ構造１００は左に配置されている。シリンダの充填がインテーク片１５０，１５２，１５４，１５６を介して上からなされる一方で、燃焼ガスは斜め下前方に搬出される。対応してインテークバルブ１５８，１６０，１６２，１６４作動のためのインテークカムシャフトが上にある。

クーラントポンプ構造１００は吸引ポート１６８を有し、ここを通ってクーラント、例えば冷却水がクーラ１７０のサーモスタット１６６を越えて吸引される。範囲１７２においてクーラントはウォータジャケットに供給され、その際、シリンダヘッド１０２冷却のための主たる流れへとクランクケース冷却のための部分流れへのクーラント流れの分配がなされる。例えばウォームアップ段階の間は（まだ）必要ないが、内燃機関の冷却の場合、クーラントはサーモスタット位置に基づくフィード調節に対応して、クーラ１７０を迂回して直接バイパス片１７４を介して吸引ボート１６８へ戻り流れる。先ず所定温度に達した際、サーモスタット１６８はバイパス流れを制御し、その結果、吸引ポート１６８はクーラ１７０を含めてライン１７６を介して作用される。

車両用内燃機関のためのクーラントポンプ構造２００の詳細を断面で図２に示す。クーラントポンプ構造２００は端面で内燃機関のシリンダヘッド２０２と接続しており、吸引ポート２２２を介してクーラントを吸い込む。半径方向流れポンプ（遠心式ポンプ）の押圧側が２２６で示されている。カムシャフトの支承のためにシリンダヘッド２０２は、カムシャフトを収容する皿状／シェル状の軸受位置を有する。軸受は不図示の軸受ブリッジを用いて閉じられる。図面には、入口カムシャフト２０４の端面最後の、カム２２４に隣接する軸受２２０が示されている。

カムシャフト２０４と同軸にクーラントポンプシャフト２０６が連結している。その際、カムシャフト端部でのネジ部２２８における中空クーラントポンプシャフト２０６を介したネジは、ポンプインペラ２１８、ポンプシャフト２０６及びカムシャフト２０４の間の摩擦接合をもたらす。ポンプシャフト２０６の心出しは、当面のように、カムシャフトに内側で又は代わりに外側でなされる。クーラントポンプケース２１４は圧縮された標準・滑動リングシール２１２を備えており、シリンダヘッド２０２でねじ締められ、その際、滑動リングシール２１２のケースはシリンダヘッド２０２でのカムシャフト支承軸に対する心出しに利用される。クーラントポンプケース２１４にクーラントポンプカバー２１６が接続している。シリンダヘッド側の油漏れ防止性は、クーラントポンプ支承カバー２１０とシリンダヘッド２０２の間で圧縮されたシャフトシールシング２０８を用いて達成される。

入口カムシャフト２０４の端面最後の、カム２２４に隣接する軸受２２０は同時に、ポンプインペラ２１８を担持する片持ち梁状支承のポンプシャフト２０６のための軸受要素でもある。それ故、ポンプシャフト２０６の個別支承は不必要であり、内燃機関の構造長さが著しく縮められ得る。とりわけオートバイに横に組み込まれた直列四気筒の場合、これは根本的な改善を意味する。コンパクトな測定量（寸法）とそれに付随して現れる走行方向での突出面が僅かであることのために、エアロダイナミック、燃費、加速性及び終端速度に関して特に有利さがもたらされる。更に不可欠な構造スペース、重量及びコストが減る。とりわけ横及び斜め前方へ傾いた取り付け位置のために、クーラー及びその直後に配されたシリンダヘッド２０２若しくはクーラントポンプの間の接続が非常に短いホースを用いてなされ得る。列挙した利点のほかに、デザインに関連した利点ももたらされる。

車両の内燃機関のためのクーラントポンプ構造を概略的に示す図である。 車両の内燃機関のためのクーラントポンプ構造を詳細に示す断面図である。

符号の説明

２００ ポンプ構造
２０４ カムシャフト
２０６ ポンプシャフト
２１２ シール
２１４ ポンプケース
２１８ ポンプインペラ
２２０ 軸受
２２８ ネジ部

Claims (5)

1. 車両のエンジンシャフトを有する内燃機関のためのクーラントポンプ構造にして、ポンプケースと端部にポンプインペラを配するポンプシャフトとを備えるクーラントポンプ構造において、
   内燃機関の内側に配された軸受（２２０）を用いてポンプシャフト（２０６）を基本的に片持ち梁状に支承すること、及び、
   ポンプシャフト（２０６）の支承が、ポンプ構造（２００）に隣接配置された最後のエンジンシャフト軸受（２２０）だけを用いてなされること、
   を特徴とするクーラントポンプ構造。
2. ポンプシャフト（２０６）がエンジンシャフトと同軸に連結していることを特徴とする請求項１に記載のクーラントポンプ構造。
3. エンジンシャフトがカムシャフト（２０４）であることを特徴とする請求項２に記載のクーラントポンプ構造。
4. ポンプケース（２１４）とポンプシャフト（２０６）の間にシール（２１２）が配され、
   ポンプシャフト（２０６）がエンジンシャフトと同軸に接続され、ポンプシャフト（２０６）の心出しがエンジンシャフトに対してなされると、当該シール（２１２）に対するポンプシャフト（２０６）の心出しが同時になされるように、当該シール（２１２）が配置されていることを特徴とする請求項２又は３のいずれか一項に記載のクーラントポンプ構造。
5. ネジ接合を用いてエンジンシャフト（２０４）にポンプインペラ（２１８）とポンプシャフト（２０６）をしっかり固定するために、ポンプシャフト（２０６）が中空に形成され、エンジンシャフト（２０４）が端部でネジ部（２２８）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のクーラントポンプ構造。

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