JP4754476B2 - 回転部材、特に燃焼機関のウォーターポンプシャフト、を駆動する駆動アッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、回転部材、特に燃焼機関のウォーターポンプシャフト、を駆動する駆動アッセンブリに関する。

例えば燃焼機関の温度を制御するのに、冷却水循環路が用いられる。冷却水循環路では、回転ポンプが冷却液（通常は水）を循環させる。既知のように、この回転ポンプは、機械的なベルト駆動を通じて、燃焼機関自体によって動かされる。この機械的ベルト駆動においては、可撓性を有するベルトが駆動シャフトに取り付けられたプーリーとポンプシャフトに取り付けられたプーリーとの周囲に巻き付けられる。したがって、この回転ポンプは、エンジンが始動直後であってエンジン温度が最適な運転レベルまで徐々に上昇しているときでも、エンジンによって連続的に動かされることになる。

しかし、エンジンは、運転温度に達する前は、最良の状態で動かないために大気汚染物質を多く排出してしまうのが一般的である。この段階において、冷却水を循環させていることは、運転温度へ到達するのに掛かる時間を増加させることになり、大気汚染物質の排出量を増やすことになる。

本発明の目的は、特に、エンジンを安全な運転状態に保ちつつ、回転ポンプをエンジンの運転モードとは独立に作動させることによって、上記課題に対する直接的且つ低コストな解決策を提供する、回転部材を駆動する駆動アッセンブリを提供することである。

本発明によれば、回転部材（特に、燃焼機関のポンプのシャフト）を駆動する駆動アッセンブリであって、可動支持部材と、該可動支持部材に取り付けられた駆動輪と、上記駆動輪が上記回転部材及び上記燃焼機関によって動かされる駆動部材とかみ合うように上記可動支持部材を動かして上記回転部材を駆動する弾性手段と、該弾性手段により掛けられる力とは逆向きの力を発生させて、上記回転部材及び上記駆動部材の少なくとも一方から上記駆動輪を引き離すことができるように構成されたアクチュエート手段とを有する駆動アッセンブリが提供される。

上記駆動アッセンブリにおいて、上記弾性手段は、上記アクチュエート手段がディスエブルされた静止状態に維持されているときの抵抗力よりも大きい力を発生させて、上記駆動輪を上記回転部材及び上記駆動部材に対して押圧する、ことが好ましい。

本発明の複数の例示的実施形態を一例として添付図面を参照して説明する。

図１の符号１は、燃焼機関全体を示している。軸３まわりに回転する燃焼機関１の出力シャフト２には、駆動プーリー４が取り付けられる。駆動プーリー４まわりには、１以上の補助部材を駆動する円環状の駆動ベルト５が巻き付けられる。

エンジン１は、冷却水循環路によって冷却される。この冷却水循環路にはポンプ７が備えられている。ここで、ポンプ７は、一例として、駆動アッセンブリ８を介して、ベルト５により駆動される。駆動アッセンブリ８は、ベルト５と、プーリー１０との間に設けられる。プーリー１０は、ポンプ７のシャフト１１に取り付けられ、軸３と平行な軸１２まわりに回転する。また、プーリー１０の外側は柔らかい材料の層で覆われている。

アッセンブリ８は、ポンプ７がベルト５から外れることを許容する。また、アッセンブリ８は、固定された支持フレーム１４と、アーム１５と、駆動輪１６とを有する。フレーム１４は、図示した例では、板状である。アーム１５は、成型プラスチック材料から作られ、軸３及び１２に対して動くことができる。駆動輪１６は、アーム１５の端部１８（図５）に取り付けられ、軸３及び１２に平行な軸１９まわりに回転する。図１０の変形例において、アーム１５は、縦方向の面Ｐに対して左右対称であり、成型プラスチック材料から作られた同形・同サイズの２つの輪郭部分１５ａを有する。これら２つの輪郭部分１５ａは、アーム１５及び駆動輪１６の対称面Ｐを挟んだ両側で互いに向き合い、接触している。駆動輪１６の回転軸Ａは、面Ｐに垂直である。２つの輪郭部分１５ａは、溶接、リベット留め、又は、他の等価な結合手段によって互いに接続されて一体となり、フォーク形の端部Ｂを形成する。フォーク形端部Ｂには駆動輪１６がヒンジされる。フォーク形端部Ｂは、２つのアーム１５ｂを有する。これら２つのアーム１５ｂの各々には、可変径円筒突起１５ｃが一体に取り付けられている。２つの輪郭部分１５ａが接続されたとき、可変径円筒突起１５ｃは軸Ａと同軸上において他方の突起１５ｃへ向かって延び、他方の突起１５ｃと共にヒンジピンを形成する。駆動輪１６は、このヒンジピンに取り付けられ、転がり接触軸受を挟んで軸Ａまわりに回転する。駆動輪１６は、プラスチック材料から作られることが好ましい。駆動輪１６は、駆動輪１６とベルト５との間に入った水がすべて排出されるように、円周面が凸状に削られる。アーム１５の端部１８の反対側の管状接続部分２０は、略Ｌ字形のロッカーアームレバー２２の一部分にヒンジ留めされ、レバー２２に対して軸２３まわりに回転する。軸２３は、軸１９に平行で、且つ、管状部分２０の対称軸と一致する。

特に図５に示すように、接続部分２０は、環状端壁２５と、２つの管状円筒形壁２６及び２とを有する。管状円筒形壁２６及び２７は、環状端壁２５から軸２３と同軸上に延び、一方が他方の内側に配置される。管状円筒形壁２６及び２７は互いに長さが異なる。特に、内側の管状壁２６が、他方の管状壁２７より長い。管状壁２６及び２７は、環状端壁２５と共に、ワイヤねじりバネ３０を収容する環状空洞２９を形成する。ねじりバネ３０の一端は、既知の方法で、角度が固定されるように部分２０に接続され、他端も、角度が固定されるようにレバー２２の部分２１に接続される。バネ３０の両端は、それぞれ部分２０及び２１と一体となった肩部にそれぞれ座ること、又は、部分２０及び２１に形成された半径方向開口部の内部にそれぞれ差し込まれること、が好ましい。

図５に示すように、レバー２２の部分２１は、カップ形のカバー本体３２を有する。カバー本体３２は、壁２５及びバネ３０の方を向いた端壁３３と、円筒壁３４とを有する。円筒壁３４は、軸２３と同軸上において壁２７へ向けて延び、壁２７と端同士が取り付けられ、軸２３まわりに回転し、空洞２９を閉じてバネ３０用の密閉空間を形成する。図５に示すように、部分２１はヒンジピン３５も有する。ヒンジピン３５は、端壁３３の内面から一体としてフレーム１４へ向けて軸２３と同軸上に延び、管状壁２６と回転可能にかみ合う。外側管状壁２７は、半径方向付属物３６を有する。付属物３６には、軸２３に平行で且つ軸２３に対して偏心した軸方向穴３７が形成される。穴３７は、対応する穴３８と揃えることができる。穴３８は、端壁３３の半径方向拡張部分を貫くように形成される。

図４を参照する。レバー２２の中間部分４０は、フレーム１４と一体化したヒンジピン４１に取り付けられ、軸１９及び２３に平行な軸４３まわりに回転する。また、中間部分４０は、ピン４１の端に取り付けられた止め輪４４によって、軸方向には動かないように固定され、部分２０及び２１を接続された状態に保つ。レバー２２の端４５は、ジョイント４６によって電気リニアアクチュエータ４７の出力部材に接続される。このアクチュエータ４７は、エンジン１から独立しており、ディスエブルされたときの抵抗力はバネ３０により掛けられる力より小さい。

図３は、アクチュエータ４７がディスエブルされた状態のアッセンブリ８を示している。このとき、穴３７及び３８の中に止めピン４９（図３）が挿入され、バネ３０に負荷が掛けられていると共に、アーム１５及びレバー２２の相対的な角度位置が固定されている。また、フレーム１４は２つのネジ（図示せず）によって固定された支持体５０に固定されている。ここでピン４９が抜かれると、負荷が掛けられているバネ３０がアーム１５を図３における時計回りに回転させ、図１に示すように、プーリー１０及びプーリー４のまわりに延在するベルト５の一部分５ａの背面に対して駆動輪１６を押す。この位置において、動力は、アッセンブリ８によって、ベルト５から駆動輪１６へ伝達されるため、ポンプ７はエンジンの冷却液をポンピングする。

燃焼機関の冷却が必要ないとき又は冷却しない方が良いとき、アクチュエータ４７の出力部材が、バネ３０の力に抗してレバー２２を時計回りに回転させることを止めて、代わりに、アーム１５の接続部分２０を軸４３と同軸の円の一部に沿って徐々に動かして、図２に示すように駆動輪１６がベルト５の一部分５ａの背面と接触したままプーリー１０から引き離されるように、アクチュエータ４７を作動させる。

アクチュエータ４７がディスエブルされると、バネ３０は、静止状態のアクチュエータ４７の無負荷時の抵抗力及び相対的に動いたときの部品間の滑り摩擦によって生じる抵抗力より大きな力を掛けることによって、直ちに駆動輪１６をプーリー１０と接触した状態に戻すため、ポンプ７がすぐに再始動する。したがって、別のアクチュエータによって回転軸１９に対して時計回りに回転可能な補助駆動輪を用いることによって、圧力バネ３０により相対的に動く部品間に十分な動力伝達接触圧力が確保されるようにしつつ、エンジンの温度状態に応じてポンプ７をオン／オフ切替できる。また、本アッセンブリ、特にアクチュエータ４７、が故障した場合に接触圧力を回復させて燃焼機関がオーバーヒートするのを防ぐことができる。

図６〜８に示す実施形態は、構成の細部が複数箇所、アッセンブリ８とは異なる駆動アッセンブリ５２に関する。図６〜８において、駆動アッセンブリ５２の構成部品には、可能であれば、アッセンブリ８の対応する部品と同じ符号が付してある。

アッセンブリ５２は、ロッカーアームレバー２２を備えていない。アッセンブリ５２において、アーム１５の接続部分２０は、固定されたフレーム５３に取り付けられている。フレーム５３は、中空ハウジング部分５４と、部分５４から軸２３に垂直な方向に突き出た接続板５５とを有する点において、フレーム１４と異なる。中空部分５４は、接続板５５の方を向いた側面に、柱面５７で囲まれたくぼみ５６（図８及び９）を有する。柱面５７は、軸２３と同軸上において、頂点が軸２３に沿い、約１５０°の角度を持つ二面角内部に延びる。また、柱面５７の半径は、外側管状壁２７の外半径より長い。この場合、外側管状壁２７の外半径は、管状壁２６の外半径より長い。

アーム１５の接続部分２０は、接続板５５の上に置かれ、軸２３と同軸上においてくぼみ５６内に収容され、ヒンジ・カム駆動アッセンブリ５８によって接続板５５に接続される。アッセンブリ５８は、接続部分２０を、円状軌跡に沿って動かし、面５７へ近づけたり、遠ざけたりする。より具体的には、アッセンブリ５８は、縦断面がおよそＴ字形のヒンジ／駆動本体５９を有する。本体５９は、ヒンジピン６０を有する。ヒンジピン６０の外柱面は、軸２３と同軸上に延び、管状壁２６を貫く。また、本体５９は、ヒンジピン６０の一端と一体化された板６１も有する。板６１は、接続部分２０の板５５とは反対側に配置される。板６１は、接続部分２０の方を向いた環状リブ６２を有する。リブ６２は、ブッシュ６３を挟んで部分２０の壁２７に取り付けられる。ヒンジピン６０は、管状壁２６と回転可能にかみ合い、これにより接続部分２０はフレーム５３に対して両方向に軸２３まわりを回転可能となる。また、ヒンジピン６０は、軸２３に平行で且つ偏心された軸６６に沿って形成された軸方向貫通穴６５を有する。この穴６５には、接続板５５と一体化され、面５７の方を向いたヒンジピン６７が回転可能に嵌め込まれる。２つの反対方向の振動減衰ブッシュ６０がヒンジピン６０とヒンジピン６７の間に設けられる。

ヒンジピン６７は、中空であって、それを貫くネジ７０が取り付けられる。ネジ７０は、軸６６と同軸上であって、固定された支持体５０のネジ穴と螺合するネジ山部分７１と、板６１を押圧して接続部分２０の軸方向の動きを固定するヘッド部分７２とを有する。

板６１は、偏心軸６６と同軸の曲線溝７５を備えた半径方向付属物７４を有する。溝７５は、偏心軸６６と同軸上に延びる曲線歯列７６によって外側が囲まれ、歯列７６と歯合するピニオン７７を収容する。ピニオン７７及び歯列７６は、ギア駆動部７８の一部を構成する。ギア駆動部７８は、アッセンブリ５８の一部を構成する。また、ギア駆動部７８は、ピニオン７７と同じシャフトに取り付けられたギア７９を有する。ギア７９は、燃焼機関１から独立した電気モータ８１の出力シャフトに取り付けられたスプロケット８０と歯合すると共に、くぼみ５６に隣接して部分５４内に収容される。

実際の使用において、バネ３０が駆動輪１６をプーリー１０及びベルト５の背面に対して押圧している運転状態からスタートすると、モータ８１が作動することによりヒンジピン６０が偏心軸６６まわりに回転し、これにより接続部分２０が軸６６をおよその中心とした円軌道に沿って動くため、駆動輪１６は、アッセンブリ８を参照して既に説明したように、ベルト５の背面に対して押されたままの状態で徐々にプーリー１０から引き離される。アッセンブリ８のように、モータ８１が故障中又は単に非作動中の場合、アッセンブリ５２のバネ３０は、モータ、ギア駆動部、及びカム結合部の抵抗力を乗り越えて、駆動輪１６をプーリー１０及びベルト５の背面の双方と接触する状態へと戻し、ポンプ７によるエンジンの冷却を開始する。

よって、アッセンブリ８及び５２は、一方で、直接的なベルト駆動とまったく同じようにポンプ７へ動力を伝達すると共に、他方で、冷却液を遮断してエンジンが安定した運転温度に素早く到達できるようにし、大気汚染物質の排出を低減することができる。

また、アッセンブリ８及び５２は、電気アクチュエータが故障したとき又は作動が困難なときに、動力を自動的に伝達すること及びポンプを作動させることによって、エンジンを安全に運転させることができる。

２つの完全に同一の部分１５ａを結合させてアームを形成することにより、該アームを１つの型で製造可能なモジュール構造とすることができる。また、フォーク形部分Ｂのアームと一体化された突起１５ｃにより、駆動輪１６を、ネジを用いずに、アーム１５の組み立てと同時に、組み立てることが可能になり、時間と費用が大幅に節約される。

本発明の範囲を逸脱することなく、ここに記載されたアッセンブリ８及び５２に変更を加えることが可能であることは明らかである。特に、ここに例示されたもの以外の駆動器をリニアアクチュエータ又は電気モータと駆動輪１６を支持するアーム１５との間に設けることも可能である。また、リニアアクチュエータ又は電気モータ自体を、例えば油圧リニアアクチュエータ／モータなどの他の機器と置き換えることも可能である。また、摩擦輪ではなく、駆動輪１６を普通の歯車としてもよい。この場合、ベルトの背面に歯が設けられなければならない。

本発明に係る駆動アッセンブリの第一の好ましい実施形態によってウォーターポンプが駆動された燃焼機関の概略側面図である。 ある作動位置における図１の駆動アッセンブリを示す図である。 別の作動位置における図１の駆動アッセンブリを示す図である。 図１の拡大図である。 図４のラインＶ−Ｖに沿って切った断面図である。 本発明に係る駆動アッセンブリの第二の好ましい実施形態の側面図である。 図６のラインＶＩＩ−ＶＩＩに沿って切った断面図である。 図７のラインＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って切った断面図である。 図６の駆動アッセンブリの分解斜視図である。 図５の細部の変形例の断面図である。

Claims (25)

1. 回転部材、特に燃焼機関のポンプのシャフト、を駆動する駆動アッセンブリであって、
   可動支持部材と、
   前記可動支持部材に取り付けられた駆動輪と、
   前記駆動輪が前記回転部材及び前記燃焼機関によって動かされる駆動部材とかみ合うように前記可動支持部材を動かして前記回転部材を駆動する弾性手段と、
   前記弾性手段が及ぼす力とは逆向きの力を前記可動支持部材に及ぼし、前記回転部材及び前記駆動部材の少なくとも一方から前記駆動輪を引き離すように作動させられる作動手段と、を有し、
   前記弾性手段が及ぼす力は、作動状態における前記作動手段が及ぼす力より小さく、
   前記弾性手段は、非作動状態にある前記作動手段が及ぼす力とは逆向きの力を前記可動支持部材に及ぼして、前記駆動輪を前記回転部材及び前記駆動部材に押し付け、
   前記弾性手段が及ぼす力は、非作動状態における前記作動手段が及ぼす力より大きい、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
2. 請求項１記載の駆動アッセンブリであって、
   前記作動手段は、前記燃焼機関から独立したアクチュエータを含む、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
3. 請求項２記載の駆動アッセンブリであって、
   前記作動手段は、前記アクチュエータと前記可動支持部材との間に設けられた機械的駆動部を更に有する、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
4. 請求項３記載の駆動アッセンブリであって、
   前記可動支持部材は、前記駆動輪を支持する側とは反対側で前記機械的駆動部に接続され、円軌道に沿って動く接続部分を有する、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
5. 請求項４記載の駆動アッセンブリであって、
   前記アクチュエータは、回転アクチュエータであり、
   前記機械的駆動部は、前記回転アクチュエータと前記可動支持部材の間に設けられたギア駆動部を有する、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
6. 請求項４又は５記載の駆動アッセンブリであって、
   前記機械的駆動部は、カム作動手段を有する、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
7. 請求項５記載の駆動アッセンブリであって、
   前記機械的駆動部は、カム作動手段を有し、
   前記カム作動手段は、前記ギア駆動部と前記接続部分との間に設けられる、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
8. 請求項７記載の駆動アッセンブリであって、
   前記接続部分は、前記駆動輪の回転軸に平行な対称軸を有する中空管状部分であり、
   前記カム作動手段は、ヒンジピンを有し、
   前記ヒンジピンは、前記対称軸まわりに回転可能に、前記中空管状部分とかみ合い、固定されたフレームにヒンジされて、前記対称軸と平行で且つ該対称軸から偏心されたヒンジ軸まわりに回転し、
   前記作動手段は、前記ヒンジピンを前記ヒンジ軸まわりに回転させる、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
9. 請求項８記載の駆動アッセンブリであって、
   前記弾性手段は、ねじりバネを含み、
   前記ねじりバネは、前記中空管状部分に収容され、一端が前記ヒンジピンに固定され、他端が前記中空管状部分に固定される、
   ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
10. 請求項９記載の駆動アッセンブリであって、
    前記中空管状部分は、前記対称軸と同軸の環状空間を形成し、
    前記ねじりバネは、前記環状空間内に収容された、前記対称軸と同軸のワイヤスプリングである、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
11. 請求項９又は１０記載の駆動アッセンブリであって、
    前記ヒンジピンは、前記ギア駆動部の半径方向歯列部分に一体化して取り付けられる、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
12. 請求項１１記載の駆動アッセンブリであって、
    前記ヒンジピンの一端には、曲線溝を備えた半径方向付属物が設けられ、
    前記曲線溝の曲率中心は、前記ヒンジ軸と一致し、
    前記歯列部分は、前記溝の内側を向いており、前記溝内を移動可能なピニオンと歯合する、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
13. 請求項１１又は１２記載の駆動アッセンブリであって、
    前記回転アクチュエータは、前記フレームに形成された空洞に収容され、前記ヒンジ軸に平行な出力シャフトを有する、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
14. 請求項８乃至１３のいずれか一項記載の駆動アッセンブリであって、
    前記フレームは、前記ヒンジ軸と同軸上に延びる単一の貫通ネジによって、固定された本体に一体化して接続される、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
15. 請求項１４記載の駆動アッセンブリであって、
    前記フレームは、前記対称軸と同軸の円筒端面によって囲まれたくぼみを有し、
    前記中空管状部分は、前記くぼみ内に着脱可能に収容され、
    前記ヒンジピンは、前記ヒンジ軸と同軸で且つ前記フレームの支持板と一体化された別のヒンジピンに回転可能に接続される、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
16. 請求項２乃至４のいずれか一項記載の駆動アッセンブリであって、
    前記アクチュエータは、リニアアクチュエータであり、
    レバー駆動手段が、前記リニアアクチュエータと前記可動支持部材との間に設けられる、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
17. 請求項１６記載の駆動アッセンブリであって、
    前記レバー駆動手段は、ロッカーアームレバーを含む、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
18. 請求項１７記載の駆動アッセンブリであって、
    前記可動支持部材は、前記ロッカーアームレバーの一部分に直接ヒンジされた接続部分を含み、
    前記接続部分は、前記駆動輪の回転軸に平行な軸まわりに回転し、前記弾性手段を収容する環状空間を形成する、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
19. 請求項１８記載の駆動アッセンブリであって、
    前記ロッカーアームレバーは、第一の留め手段を有し、
    前記第一の留め手段は、前記接続部分に搭載された第二の留め手段とかみ合い、前記駆動輪を前記回転部材及び前記駆動部材の双方から引き離された状態に保つ、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
20. 請求項１乃至１９のいずれか一項記載の駆動アッセンブリであって、
    前記駆動部材は、可撓性を有するベルトであり、
    前記駆動輪は、前記ベルトの背面と協働する、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
21. 請求項１乃至２０のいずれか一項記載の駆動アッセンブリであって、
    前記可動支持部材は、同形・同サイズの２つの輪郭部分を有する、ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
22. 請求項２１記載の駆動アッセンブリであって、
    前記２つの輪郭部分は、前記駆動輪の対称中心面の両側に延在し、
    前記面は、前記駆動輪の回転軸に垂直である、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
23. 請求項２１又は２２記載の駆動アッセンブリであって、
    前記２つの輪郭部分は、成型プラスチック材料から作られる、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
24. 請求項２１乃至２３のいずれか一項記載の駆動アッセンブリであって、
    前記２つの輪郭部分は、互いに接触して一体化して接続される、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。
25. 請求項２１乃至２４のいずれか一項記載の駆動アッセンブリであって、
    前記２つの輪郭部分は、アーム群を備えた少なくとも一つの端部フォークを定め、
    前記アーム群の各々は、一体化された円筒形突起を備え、
    前記円筒形突起の各々は、関連する軸と同軸のヒンジピンの一部を形成し、
    前記駆動輪は、前記円筒形突起の各々に取り付けられ、前記関連する軸まわりに回転する、
    ことを特徴とする駆動アッセンブリ。

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