特許第6284379号(P6284379)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6284379
(24)【登録日】2018年2月9日
(45)【発行日】2018年2月28日
(54)【発明の名称】内燃機関
(51)【国際特許分類】
   F01P 5/10 20060101AFI20180215BHJP
   F01P 5/12 20060101ALI20180215BHJP
【FI】
   F01P5/10 C
   F01P5/10 B
   F01P5/12 H
【請求項の数】1
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2014-16853(P2014-16853)
(22)【出願日】2014年1月31日
(65)【公開番号】特開2015-143493(P2015-143493A)
(43)【公開日】2015年8月6日
【審査請求日】2016年12月26日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002967
【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099966
【弁理士】
【氏名又は名称】西 博幸
(74)【代理人】
【識別番号】100134751
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 隆一
(72)【発明者】
【氏名】長縄 宏明
【審査官】 小林 勝広
(56)【参考文献】
【文献】 特開平10−212950(JP,A)
【文献】 特開2010−077883(JP,A)
【文献】 実開平01−085419(JP,U)
【文献】 特開2005−016385(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01P 1/00−11/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
クランク軸が回転自在に保持されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの一端面に固定されたチェーンケースと、前記シリンダブロックの外周面のうちクランク軸と平行な一側面に配置されたポンプユニットとを備えていて、
前記ポンプユニットは、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、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前記シリンダブロックの一側面にボルトで固定している一方、
前記プーリ又はスプロケットを、前記チェーンケースよりも外側に配置することにより、当該プーリ又はスプロケットに前記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、吐出通路が前記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前記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おり、
更に、前記ハウジングは、クランク軸線方向から見て前記チェーンケースの外面と重なるはみ出し部を有しており、前記はみ出し部が、前記クランク軸線と直交した方向にずれないようにボルトによって前記チェーンケースに連結されている、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願発明は、例えばウォータポンプのようなポンプユニットを備えた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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させて、これに補機駆動ベルトに巻き掛けることが開示されている。
【0005】
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。
【0006】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2010−77883号公報
【特許文献2】特開平10−212950号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本願発明は内燃機関に関し、この内燃機関は、
「クランク軸が回転自在に保持されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの一端面に固定されたチェーンケースと、前記シリンダブロックの外周面のうちクランク軸と平行な一側面に配置されたポンプユニットとを備えていて、
前記ポンプユニットは、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、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前記シリンダブロックの一側面にボルトで固定している一方、
前記プーリ又はスプロケットを、前記チェーンケースよりも外側に配置することにより、当該プーリ又はスプロケットに前記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。
【0013】
そして、上記基本構成において、
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、吐出通路が前記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前記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おり、
更に、前記ハウジングは、クランク軸線方向から見て前記チェーンケースの外面と重なるはみ出し部を有しており、前記はみ出し部が、前記クランク軸線と直交した方向にずれないようにボルトによって前記チェーンケースに連結されている、
【発明の効果】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
また、本願発明では、ハウジングのはみ出し部がチェーンケースに連結されていることにより、ハウジングが下向きにずれることがボルトによって阻止されるため、ベルト又はチェーンの周回によってプーリ又はスプロケットに下向きの力が作用しても、その力はハウジングに作用することはなく、ハウジングは安定した状態に保持される。その結果、ハウジングのずれによる液漏れ、或いは、ハウジングにひずみが生じることによる回転軸のこじれといった不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】実施形態に係る内燃機関の概略正面図である。
図2】内燃機関の側面図で、図1のII-II 視図である。
図3】要部の拡大側面図である。
図4】(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。
図5】(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6】図3及図4(A)のVI-VI 視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
(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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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はポンプユニットの一例である。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。)。
【0029】
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24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。
【0030】
(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の一側面1b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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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21の入口は、側面視で吐出口35と重複することなく、吐出口35よりもプーリ13の側にずらされていて、流入通路21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。
【0040】
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。
【0041】
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か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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
図4(A)や図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、クランク軸線方向から見た正面視でチェーンケース6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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【産業上の利用可能性】
【0050】
本願発明は、ウォータポンプ等のポンプユニットを備えた内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【0051】
1 シリンダブロック
1a 一端面
1b クランク軸線と平行な一側面
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
39 はみ出し部
40 カラー
41 ボルト
図1
図2
図3
図4
図5
図6