JP6200788B2

JP6200788B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP6200788B2
Application number: JP2013243777A
Authority: JP
Inventors: 前田　直紀; 直紀前田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: JP2015102038A

Description

本願発明は、補機駆動ベルトで駆動されるウォータポンプを備えた内燃機関に関するものである。

車両用の内燃機関は一般に水冷方式であり、このため、冷却水を循環させるウォータポンプを備えている。ウォータポンプは機関本体の一端部に配置されており、一般に、オルタネータやエアコン用コンプレッサ等と一緒に補機駆動ベルトで駆動されている。この場合、ウォータポンプのプーリに補機駆動ベルトの内周面が接している場合と、ウォータポンプのプーリに補機駆動ベルトの背面が接している場合（背面掛けされている場合）とがある。

背面掛けの例が特許文献１，２に開示されている。特許文献１では、ウォータポンプは、渦巻き室が形成されたポンプハウジングとプーリが取付けられたポンプボディとを有しており、ポンプハウジングはシリンダブロックにボルトで固定されて、ポンプボディはポンプハウジングにボルトで固定されている。特許文献２ではウォータポンプの構造は明確でないが、ウォータポンプはシリンダブロックに固定されている。いずれにしても、ウォータポンプのロータはクランク軸と平行になっている。

特開２００５−９３６７号公報特開２００４−２５７２５６号公報

特許文献１，２では明示されていないが、ウォータポンプは、ポンプ室に連通した流入口と吐出口とを有している。一般に、流入口はロータの軸心方向に開口しており、吐出口はロータと直交した方向に開口している。

吐出口は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ため、ウォータポンプの内部に隠れている。他方、流入口は、ウォータポンプに内蔵している場合と外側に露出させている場合とがあり（特許文献１，２は内蔵タイプと推測される）、露出タイプでは、流入口にホース又はパイプが接続される。従って、露出タイプでは、シリンダブロック等に水の戻り通路を形成する必要がないため、シリンダブロック等の構造が簡単になる利点がある。

他方、ウォータポンプのハウジングを例えばチェーンケースに形成することも行われており、この場合は、内燃機関をコンパクト化できる利点がある。このようにウォータポンプのハウジングをチェーンケース（或いはシリンダブロック）に一体化した場合は、チェーンケースにしてもシリンダブロックにしても鋳造品であることが殆どであって、高い強度の筒形の流入口を一体に形成するのは難しいため、この場合は、ステンレスのような防錆性が高くて強度に優れた金属パイプからなる継手パイプを圧入等で取り付ける必要がある。

しかし、継手パイプをチェーンケースやシリンダブロックに圧入する構成では、圧入時に、継手パイプの姿勢が僅かでもずれていると、芯ずれして継手パイプでチェーンケースやシリンダブロックの肉を削ってしまう「かじり」の現象が発生することがあり、これが水漏れの原因になることがあった。

この点については、継手パイプに相当する流入口が一体化されたインレットカバーをチェーンケースとは別部材として製造し、これをチェーンケースやシリンダブロックのハウジング部にボルトで固定したらよいといえる。すなわち、別部材としてのインレットカバーを採用すると、インレットカバーに継手パイプと同様の流入口を一体化できるため、「かじり」の問題は発生せずに水漏れを防止できる。

さて、チェーンケースやシリンダブロックの一部をウォータポンプのハウジングに兼用した場合、プーリやロータを装着したポンプカバーが必要であり、これのポンプカバーはボルトでハウジングに固定する必要がある。また、ウォータポンプのプーリに補機駆動ベルトが背面掛けされた場合、特許文献１のようにシリンダブロックの外側にはみ出すようにウォータポンプが配置されると、プーリには、補機駆動ベルトの張力による押圧力が、プーリをシリンダブロックから離反させるような外力として作用する。従って、ポンプカバーは、補機駆動ベルトにより、ハウジングから剥がされるような外力を受ける。

本願発明はこのように知見に基づいて成されたものであり、チェーンケース又はシリンダブロックにウォータポンプのハウジングとなるフランジ部を形成することと、流入口が設けられたインレットカバーをボルトで締結すること、及び、補機駆動ベルトをウォータポンプのプーリに背面掛けすることを前提にしつつ、部材の加工の手間を減らすことや高い強度を確保すること等を目的とするものである。

本願発明の内燃機関は、まず、シリンダブロックのうち補機駆動プーリの側に位置した一端部か、又は、前記シリンダブロックの一端部に固定されたチェーンケースに、ウォータポンプのセンターハウジングを構成するフランジ部が、クランク軸の軸心方向から見て横方向に突出するように設けられている。

更に、前記フランジ部のうち前記クランク軸の軸心方向から見て前記補機駆動プーリの側に位置した前面に、プーリを露出させたポンプカバーがボルトで重ね固定されている一方、前記フランジ部のうち前記クランク軸の軸心方向から見て前記補機駆動プーリと反対側に位置した後面には、水の流入口を備えたインレットカバーがボルトで重ね固定されており、かつ、前記プーリには、前記補機駆動ベルトが、当該補機駆動ベルトによってプーリをシリンダブロックから離す方向に押すように背面掛けされている。

そして、前記ポンプカバーとインレットカバーとは、それぞれ、前記フランジ部の付け根側に位置して前記プーリの周方向に離間して配置された複数本の基端側ボルトと、前記フランジ部の先端側に位置した先端側ボルトとで前記フランジ部に固定されており、前記ポンプカバー用ボルトとインレットカバー固定用ボルトとは、前記フランジ部を挟んで対称に配置されている。

本願発明では、ホースやパイプが接続される流入口をインレットカバーに一体に設けているため、従来の圧入式の継手パイプは必要はない。このため、かじりの現象は皆無となって、水漏れを防止できる。

また、ポンプカバーを固定するボルトとインレットカバーを固定するボルトとが２本一対になって対称に配置されているため、インレットカバー締結用ボルトのねじ込みによってフランジ部に作用する応力と、ポンプカバー締結用ボルトのねじ込みによってフランジ部に作用する応力とが互いに打ち消し合う状態になっており、このため、ハウジングに複雑な応力が生じることを防止して、インレットカバーとハウジングの間のシール性及び、ポンプカバーはハウジングとの間のシール性も向上できる。

しかも、インレットカバー固定用ボルトのねじ穴とポンプカバー固定用ボルトのねじ穴を共通化することも簡単であり、このようにねじ穴を共通化すると、フランジ部に設けるねじ穴の数がボルトの総数の半分になるため、加工コストを抑制できるのみならず、ねじ穴が増えることによる強度低下も抑制できる。

また、ウォータポンプのプーリに補機駆動ベルトが背面掛けされているため、ポンプカバーには、フランジ部の付け根を中心にしてフランジ部から引き剥がすような力が作用するが、ポンプカバーはフランジ部の付け根側において複数本のボルトで締結されているため、ポンプカバーがフランジ部から離れる現象は発生せずに、その結果、フランジ部とポンプカバーとの間での高いシール性を保持できる。

また、プーリへの補機駆動ベルトの背面掛けに伴って、フランジ部（ハウジング）にもその付け根を中心にして曲げられるようなモーメントが作用するが、フランジ部は恰もポンプカバーとインレットカバーとが補強されたような状態になっているため、高い剛性を保持できる。この点からも、フランジ部とポンプカバー及びインレットカバーとの離反を防止して高いシール性を確保できる。

更に、フランジ部の付け根側に複数本のボルトがねじ込まれているため、フランジ部のうち付け根側の部分には応力が生じており、この応力によってフランジ部は変形し難い状態になっている。この点からも、フランジ部の剛性を高めて、ポンプカバーとフランジ部との間及びインレットカバーとフランジ部との間での高いシール性を確保できる。

実施形態に掛かる内燃機関の全体正面図である。シリンダブロックとチェーンケースとポンプカバーとの分離正面図である。チェーンケースを裏返した状態での分離正面図である。後ろ側から見た分離斜視図である。（Ａ）は要部背面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。作用を示す要部正面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態に係る内燃機関の基本構成は従来と同様であり、クランク軸１が回転自在に保持されたシリンダブロック２と、その上面に固定されたシリンダヘッド３とを備えており、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３の一端面（便宜的に前面と呼ぶ）には、タイミングチェーン等の伝動機構を覆うチェーンケース４が多数のボルトで固定されている。

シリンダヘッド３の上面にはシリンダヘッドカバー５が固定されて、シリンダブロック２の下面にはオイルパン６が固定されている。シリンダブロック２及びチェーンケース４は、鉄又はアルミの鋳造品である（チェーンケース４はダイキャスト品とすることもできる。）。

クランク軸１の一端部はチェーンケース４の外側に突出しており、この突出端部に補機駆動プーリ７が固定されて、この補機駆動プーリ７により、補機駆動ベルト８を介してオルタネータ９、ウォータポンプ１０、エアコン用サンプレッサ１１が駆動されている。従って、オルタネータ９、ウォータポンプ１０、エアコン用サンプレッサ１１は、それぞれプーリ１２，１３，１４を備えている。なお、チェーンケース４のうち、クランク軸１を挟んでエアコン用サンプレッサ１１と反対側の前面には、横置き式のオイルフィルター１５を装着している。

図２，３のとおり、シリンダブロック２の前面部のうち一側面の側の上端部には、やや横向きに張り出した張り出し部１７を設けており、この張り出し部１７に、冷却水のメインギャラリー１８の入り口が開口している。そして、チェーンケース４のうちメインギャラリー１８の入り口８がある箇所に、ウォータポンプ１０のセンターハウジングを構成するフランジ部１９を横向きに突設している。

フランジ部１９は概ね板に近い外観を呈しており、このフランジ部１９に、前後に開口したロータ穴２０と、ロータ穴２０に連通して前向きに開口したポンプ室（渦巻き室）２１とが形成されている。ポンプ室２１は左右横長でシリンダブロック２の側に向けて窄まっており、その終端部は、後ろ向きに開口した吐出口２２と連通している。吐出口２２は、シリンダブロック２におけるメインギャラリー１８の入り口と重なっている。

チェーンケース４は多数のボルトで固定されているが、ウォータポンプ１０を設けた一側面側の箇所では上下４カ所において固定されている。図１〜３ではチェーンケース４の締結用ボルトは表示せずにボルト挿通穴及びねじ穴しか表示していないが、便宜的に、ねじ穴及びボルト挿通穴をボルトと見なして、上から順に、第１〜第４ボルト２３〜２６として表示する。図６では、第２ボルト２４を本来の姿で表示している。

図２のとおり、フランジ部１９の前面にはポンプカバー２７が重ね配置されており、このポンプカバー２７は、フランジ部１９の付け根側に位置した第１及び第２の基端側ボルト２８，２９と、ロータ穴２０を挟んでシリンダブロック２と反対側に位置した１本の先端側ボルト３０と、吐出口２２よりもシリンダブロック２の側に位置した補助ボルト３１とでフランジ部１９に固定されている。

他方、フランジ部１９の後面には、従来の継手パイプとして機能する流入口３２を一体に設けたインレットカバー３３が、フランジ部１９の付け根側に位置した第１及び第２の基端側ボルト３４，３５と、ロータ穴２０を挟んでシリンダブロック２と反対側に位置した１本の先端側ボルト３６とでフランジ部１９に固定されている。

この場合、ポンプカバー２７を固定する３本のボルト２８〜３０とインレットカバー３３を固定する３本のボルト３４〜３６は、フランジ部１９を挟んで対称に配置しており、従って、２本の基端側第１ボルト２８，３４、２本の基端側第２ボルト２９，３５、２本の先端側ボルト３０，３６はそれぞれ同心に配置されており、それらは、フランジ部１９に形成した共通のねじ穴３７〜３９にねじ込まれている。

すなわち、２本の基端側第１ボルト２８，３４は１つの第１基端側ねじ穴３７に互いに逆方向からねじ込まれて、２本の基端側第２ボルト２９，３５は１つの第２基端側ねじ穴３８に互いに逆方向からねじ込まれて、２本の先端側ボルト３０，３６は１つの先端側ねじ穴３９に互いに逆方向からねじ込まれている。なお、ねじ穴３７〜３９を加工するに当たっては、タップはフランジ部１９の前面側から通している。

３本ずつのボルト２８〜３０，３４〜３６は、プーリ１３の軸心方向から見て概ね三角形の頂点に位置するように配置されている。この場合、三角形の頂点が流入口３２の中心からできるだけ遠くに位置して、３本ずつのボルト２８〜３０，３４〜３６がフランジ部１９及びポンプカバー２７の外周縁の近傍に位置するように設定している。つまり、流入口３２の中心から各ボルト２８〜３０，３４〜３６までのスパンを可能な限り大きくしている。

また、ポンプカバー２７はフランジ部１９のポンプ室２１を覆うように略瓢箪形なっているが、インレットカバー３３は背面視で概ね三角形になっており、その中間部に流入口３２を後ろ向きに突設している。

インレットカバー３３の後面には補強リブ４０を設けている。また、インレットカバー３３はフランジ部１９に設けた後ろ向きのリブ枠４１に重なっており、このため、フランジ部１９は曲げに対して高い剛性が発揮されている。また、図４のとおり、フランジ部１９のリブ枠４２によって後ろ向き開口のＯリング溝４２が形成されており、Ｏリング溝４２にＯリング４３を嵌め込んでいる。Ｏリング４３は、視認用の耳部４３ａを備えている。

図５（Ｂ）に示すように、ポンプカバー２７にはロータ４４が回転自在に保持されており、ロータ４４のうち露出した端部には板金製等のプーリ１３が固定されて、ロータ４４のうちポンプ室２１に入り込んだ箇所にはポンプ羽根（図示せず）を固定している。インレットカバー３３の流入口３２にはホース等の管路４５が接続されている。フランジ部１９とポンプカバー２７との重合面にもＯリング４６を介在させている。

以上の構成において、ウォータポンプ１０はフランジ部１９とポンプカバー２７とインレットカバー３３とで構成されているが、流入口３２はインレットカバー３３に一体化されているため圧入は不要で、かじりに起因した水漏れの発生も皆無となる。また、インレットカバー３３とポンプカバー２７とはねじ穴３７〜３９を共有しているため、穴空け加工やタップ加工の手間を半減させて、それだけ加工コストを抑制できる。

また、インレットカバー３３を固定するボルトと３４〜３６とポンプカバー２７を固定するボルト２８〜３０とが対称に配置されているため、ボルト３４〜３６、２８〜３０のねじ込みによってフランジ部１９に作用する応力が互いに打ち消し合うように作用して、フランジ部１９に複雑な応力が生じることがない。このため、インレットカバー３３及びフランジ部１９との密着性、及び、ポンプカバー２７とフランジ部１９との密着性を高めてシール性を向上できる（この点は、ねじ穴３７〜３９が貫通していない場合でも同様である。）。

既述のとおり、本実施形態ではインレットカバー３３及びポンプカバー２７は流入口３２からできるだけ遠い部位でフランジ部１９に固定されているが、流入口から各ボルトと３４〜３６，２８〜３０までのスパンが長くなるため、インレットカバー３３及びポンプカバー２７には、ボルト３４〜３６，２８〜３０の締結によって大きなモーメントが掛かることになり、その結果、フランジ部１９に対するインレットカバー３３及びポンプカバー２７の締結力を高くすることができる。従って、シール性を向上できると共に、ウォータポンプ１０としての一体性（剛性）も向上できる。

また、ウォータポンプ１０はオルタネータ９とエアコン用コンプレッサ１１との間に配置されており、かつ、ウォータポンプ１０のプーリ１３に補機駆動ベルト８が背面掛けされているため、ウォータポンプ１０のプーリ１３は、図６に白抜き矢印で示すように、補機駆動ベルト８により、シリンダブロック２から離れる略横方向に押圧される。

このため、ウォータポンプ１０のポンプカバー２７は、フランジ部１９の付け根側の端部をフランジ部１９から引き剥がそうとするような作用を受ける。しかるに、ポンプカバー２７は第１基端側ボルト２８及び第２基端側ボルト２９でフランジ部１９の付け根部に固定されているため、補機駆動ベルト８による引き剥がし作用に対して強い抵抗を発揮する。

すなわち、ポンプカバー２７はフランジ部１９の基端側においてフランジ部１９に強く締結されているため、補機駆動ベルト８による引き剥がし作用に対して強い抵抗を発揮する。従って、ポンプカバー２７がフランジ部１９の前面から浮いてシール性が低下するような問題は発生しない。本実施形態のように補助ボルト３１を使用すると、強度アップ（シール性強化）が一層確実化する。

また、補機駆動ベルト８の押圧作用よってフランジ部１９はその付け根を中心にして曲げられるような作用を受けるが、フランジ部１９の後面にリブ枠４１を設けているため、重量増大を生じることはなく高い剛性を発揮する。この面からも、ポンプカバー２７とフランジ部１９との間のシール性を向上できる。フランジ部１９とインレットカバー３３との間のシール性も高い状態に保持できる。

更に、フランジ部１９とポンプカバー２７とインレットカバー３３とが２本ずつの基端側ボルト２８，２９，３４，３５でフランジ部１９に固定（締結）されているため、フランジ部１９の付け根部はボルトの引き作用によって応力が発生しており、このため、補機駆動ベルト８の押圧力が作用しても変形しにくくなっている。この面からも、フランジ部１９の曲がり変形を防止してシール性を向上できる。

フランジ部１９の付け根には吐出口２２が空いているが、補機駆動ベルト８の張力は、フランジ部１９の付け根部をシリンダブロック２から離反させるように作用する。このため従来は、吐出口２２がメインギャラリー１８の入り口から離れる傾向を呈してシール性が悪化することがあったが、本実施形態では、ボルト２８〜３０，３４〜３６の配置に基づいてフランジ部１９の剛性が向上することにより、フランジ部１９の変形を防止して吐出口２２とメインギャラリー１８との間のシール性も向上できる。

特に、実施形態のように、各ボルト２８〜３０，３４〜３６を流入口３２からできるだけ遠い位置に配置すると、基端側ボルト２８，２９，３４，３５がフランジ部１９の付け根側に位置することでフランジ部１９の剛性が一層高まるため（フランジ部１９の付け根部がポンプカバー２７とインレットカバー３３とで補強されるため）、吐出口２２の箇所のシール性を一層アップできて好適である。

また、ポンプカバー２７とインレットカバー３３とフランジ部１９とが互いに補強し合う関係になっており、この面からも、インレットカバー３３とフランジ部１９とポンプカバー２７との一体性を向上させて、高いシール性を確保できる。

なお、チェーンケース４は、第１基端側ボルト２８，３４と第２基端側ボルト２９，３５とで挟まれたエリアの内側（シリンダブロック側）において第３ボルト２５でシリンダブロック２に固定されているため、補機駆動ベルト８によってウォータポンプ１０のプーリ１３が外向きに押されても、チェーンケース４のうちフランジ部１９の内側の部分がシリンダブロック２から浮くような現象は生じない。この面からも、フランジ部１９の曲がり変形及び吐出口２２のシール性悪化を的確に防止できる。

本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記の構造には限らず、他の種々の形態に具体化できる。例えば基端側ボルトは、概ねプーリの周方向に並んだ３箇所に配置してもよいである。

また、図示の実施形態はボルトをねじ穴に外側からねじ込んだが、ねじ穴にスタッドボルトをねじ込んで、これにナットをねじ込むという締結方法も採用可能である。先端側ボルトを複数本設けることも可能である。ねじ穴を共通化せずに、下穴だけを共通化してねじ穴は別々にタップ加工したり、下穴を非連通状態に加工したりすることも可能である。

本願発明は内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１クランク軸
２シリンダブロック
４チェーンケース
７補機駆動プーリ
８補機駆動ベルト
９補機の一例のオルタネータ
１０ウォータポンプ
１１補機の一例のエアコン用コンプレッサ
１２，１３，１４プーリ
１８冷却水用メインギャラリー
１９フランジ部（ウォータポンプのセンターハウジング）
２１ポンプ室
２２吐出口
２７ポンプカバー
２９，２８，３４，３５基端側ボルト
３０，３６先端側ボルト
３２流入口
３３インレットカバー
３７，３８基端側ねじ穴
３９先端側ねじ穴
４４ロータ
４５ホース

Claims

シリンダブロックのうち補機駆動プーリの側に位置した一端部か、又は、前記シリンダブロックの一端部に固定されたチェーンケースに、ウォータポンプのセンターハウジングを構成するフランジ部が、クランク軸の軸心方向から見て横方向に突出するように設けられており、
前記フランジ部のうち前記クランク軸の軸心方向から見て前記補機駆動プーリの側に位置した前面に、プーリを露出させたポンプカバーがボルトで重ね固定されている一方、前記フランジ部のうち前記クランク軸の軸心方向から見て前記補機駆動プーリと反対側に位置した後面には、水の流入口を備えたインレットカバーがボルトで重ね固定されており、
かつ、前記プーリには、前記補機駆動ベルトが、当該補機駆動ベルトによってプーリをシリンダブロックから離す方向に押すように背面掛けされている構成であって、
前記ポンプカバーとインレットカバーとは、それぞれ、前記フランジ部の付け根側に位置して前記プーリの周方向に離間して配置された複数本の基端側ボルトと、前記フランジ部の先端側に位置した先端側ボルトとで前記フランジ部に固定されており、前記ポンプカバー用ボルトとインレットカバー固定用ボルトとは、前記フランジ部を挟んで対称に配置されている、
内燃機関。