特開 2024-112564 エンジンのウォータポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024112564

(43)【公開日】2024-08-21

(54)【発明の名称】エンジンのウォータポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/06 20060101AFI20240814BHJP

   F04D 29/42 20060101ALI20240814BHJP

   F04D 29/043 20060101ALI20240814BHJP

   F04D 29/22 20060101ALI20240814BHJP

   F01P 5/10 20060101ALI20240814BHJP

   F01P 5/12 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

F04D13/06 C

F04D29/42 A

F04D29/043 Z

F04D29/22 C

F01P5/10 B

F01P5/12 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023017690

(22)【出願日】2023-02-08

(71)【出願人】

【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】岡田 大文

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AB07

3H130AB12

3H130AB22

3H130AB42

3H130AC16

3H130BA13D

3H130BA13E

3H130BA33C

3H130BA33D

3H130BA73D

3H130BA73E

3H130CA23

3H130DA02X

3H130DB03X

3H130DB13X

3H130DD04Z

3H130DH03Z

(57)【要約】

【課題】中心軸にロータが回転自在に保持されている電動式ウォータポンプを備えたポンプ装置に関し、耐久性低下や性能低下をもたらすことなく構造を簡単化する。
【解決手段】ウォータポンプ装置は、中心軸１１にロータ１５が回転自在に保持されたポンプ本体３と、ロータ１５に設けた羽根車２３を後ろから覆うカバー部材２５とを備えている。中心軸１１の前端部は本体ケース５に形成された軸受け穴１０に圧入されて、中心軸１１の後端部１１ａは、カバー部材２５にアーム部３３を介して形成されたキャップ部３１で外周側から抱持されている。中心軸１１は両端支持になるため、前端部を軸受け穴１０に圧入した簡単な構成でありながら、ロータ１５（羽根車２３）を安定的に保持できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプ室を含む凹所が外向きに開口したポンプハウジングと、
一端部が前記ポンプ室の側に位置して他端部はポンプ本体に保持された中心軸と、
前記中心軸に回転自在に保持されて前記ポンプ室に位置した羽根車と、
前記凹所の側から前記羽根車と対向するように配置されたカバー部材と、を備えており、
前記カバー部材に、前記中心軸の一端部を周方向から支持するキャップ部が設けられている、
エンジンのウォータポンプ装置。

【請求項2】

前記カバー部材は、前記中心軸と平行な姿勢で前記ポンプハウジングに形成された水通路に嵌入する筒状部と、羽根車を前記凹所の側から覆う屋根部と、を有しており、
前記屋根部に、前記羽根車の外周の外側に位置して周方向に点在する足片の群を形成している、
エンジンの請求項１に記載したウォータポンプ装置。

【請求項3】

ポンプ室を含む凹所が外向きに開口したポンプハウジングと、
前記ポンプ本体に外側から重なった中間ハウジングと、
一部が前記中間ハウジングを貫通した状態で前記中間ハウジングに固定されたポンプ本体と、を有し、
前記中間ハウジングに形成された貫通穴の内周面と前記ポンプ本体の外周との間に、前記ポンプ室と連通した隙間が空いている、
エンジンのウォータポンプ装置。

【請求項4】

前記ポンプハウジングに、前記ポンプ室に連通した水通路が前記中間ハウジングの貫通穴と平行な状態に形成されて、
前記凹所に、前記ポンプ本体に設けた羽根車を覆う屋根部と前記水通路に入り込む筒状部とを有するカバー部材が配置されて、前記羽根車を回転自在に保持する中心軸の一端部が前記カバー部材で支持されており、
かつ、前記カバー部材における筒状部の外周面と前記水通路の内周面との間にガスケットを介在させている、
請求項３に記載したエンジンのウォータポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、エンジンのウォータポンプ装置に関するもので、特に、差し込み装着式の電動式ウォータポンプを好適な対象にしている。

【背景技術】

【0002】

自動車用等の水冷式エンジンでは、ウォータポンプが必須の部材として使用されている。ウォータポンプは、クランクプーリで駆動されるタイプと電動式とがあり、電動式ウォータポンプの例が特許文献１に開示されている。

【0003】

電動式ウォータポンプでは、永久磁石を設けた筒状のロータ（回転軸）に羽根車が取り付けられており、ロータは、一般に、ポンプ本体に固定された中心軸にブッシュを介して回転自在に保持されている。

【0004】

そして、特許文献１では、ステータコア等の駆動部材を内蔵した第１ハウジングと、シリンダブロックに形成されて凹所の内部に配置された第２ハウジングとを基本的な部材（ケーシング）として、両者の間にポンプ室を形成してこのポンプ室に羽根車を配置している。そして、特許文献１では、中心軸の基端は樹脂製の第１ハウジングにインサート成型によって固定されて、ブッシュの他端面が、第２ハウシングに内蔵されたガイド体で支持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１５５１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

羽根車は回転すると水の抵抗によってポンプ本体から離れようとするため、特許文献１のようにブッシュをガイド体で支持すると、羽根車が第２ハウジングに当たることを防止しつつ両者の隙間をできるだけ小さくできるため、ポンプ効率を向上できる利点がある。

【0007】

しかし、特許文献１の構成では、中心軸は、一端を自由端とした片持ちの状態になっているため、その基端部をインサート成型によって第１ハウジングに強固に固定せねばならず、このため、製造コストが嵩むという問題が懸念される。また、中心軸はその一端部が第２ハウジングの外側にはみ出ているため、インサート成型してからウォータポンプをエンジンに組み付けるまでの間の保管や運搬段階で、物が中心軸に当たって変形したり破損したりするおそれがある。

【0008】

他方、電動式のウォータポンプでは駆動によってモータ部分が発熱することは否めず、発熱による部材の膨張によって回転抵抗が増大したり、磁力が低下して効率が悪化したりすることが懸念される。特に、ウォータポンプをタイミングチェーンカバーに取り付ける場合は、ウォータポンプをシリンダブロックに直接取り付ける場合に比べて熱が籠もり気味になるため、発熱対策が要請されるといえる。しかし、特許文献１には、このような発熱に関する課題は提示されていない。

【0009】

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】

【0010】

本願発明は多くの構成を備えており、その展開例を各請求項で特定している。このうち請求項１の発明は上位概念を成すもので、
「ポンプ室を含む凹所が外向きに開口したポンプハウジングと、
一端部が前記ポンプ室の側に位置して他端部はポンプ本体に保持された中心軸と、
前記中心軸に回転自在に保持されて前記ポンプ室に位置した羽根車と、
前記凹所の側から前記羽根車と対向するように配置されたカバー部材と、を備えており、
前記カバー部材に、前記中心軸の一端部を周方向から支持するキャップ部が設けられている」
という構成になっている。

【0011】

請求項２の発明は請求項１の展開例であり、
「前記カバー部材は、前記中心軸と平行な姿勢で前記ポンプハウジングに形成された水通路に嵌入する筒状部と、羽根車を前記凹所の側から覆う屋根部と、を有しており、
前記屋根部に、前記羽根車の外周の外側に位置して周方向に点在する足片の群を形成している」
という構成になっている。この場合は、各足片は、強度の点からリング板に一体化するのが好ましい。

【0012】

請求項３は上位概念を成すもので、
「ポンプ室を含む凹所が外向きに開口したポンプハウジングと、
前記ポンプ本体に外側から重なった中間ハウジングと、
一部が前記中間ハウジングを貫通した状態で前記中間ハウジングに固定されたポンプ本体と、を有し、
前記中間ハウジングに形成された貫通穴の内周面と前記ポンプ本体の外周との間に、前記ポンプ室と連通した隙間が空いている」
という構成になっている。

【0013】

請求項４の発明は請求項３の展開例であり、
「前記ポンプハウジングに、前記ポンプ室に連通した水通路が前記中間ハウジングの貫通穴と平行な状態に形成されて、
前記凹所に、前記ポンプ本体に設けた羽根車を覆う屋根部と前記水通路に入り込む筒状部とを有するカバー部材が配置されて、前記羽根車を回転自在に保持する中心軸の一端部が前記カバー部材で支持されており、
かつ、前記カバー部材における筒状部の外周面と前記水通路の内周面との間にガスケットを介在させている」
という構成になっている。

【0014】

なお、本願発明において、請求項１の構成と請求項３の構成とは対立するものではなく、互いに併存可能である。

【発明の効果】

【0015】

請求項１の発明では、中心軸の他端部はポンプ本体で支持されるが、一端と他端との両方が支持されて両端支持になるため、他端部をインサート成型によってポンプ本体に固定しなくても、軸受け穴に圧入したり挿入したりしただけのような簡易な支持構造であっても、中心軸を安定的に保持できる。従って、羽根車を安定的に支持する機能を確保しつつ製造コストを抑制できる。

【0016】

また、中心軸は、ポンプ本体にカバー部材等を装着してユニット化する組み立て工程においてポンプ本体に組み付けできるため、部材の保管や運搬時に中心軸が変形したり破損したりする事態を防止できる。すなわち、保管や運搬工程でのトラブルを防止できる。

【0017】

請求項２のようにカバー部材に足片の群を設けると、カバー部材をポンプ本体に突っ張らせることができるため、カバー部材の安定性を向上できる。特に、足片をリング板に一体化すると、足片の支持強度も向上して特に好適である。また、各足片をフィン状に形成することにより、足片に整流作用を持たせることができるため、水の流れをスムース化して圧損の抑制に貢献できる利点もある。

【0018】

請求項３の構成を採用すると、中間ハウジングの貫通穴とポンプ本体との間の隙間に水（冷却水）が流入するため、ポンプ本体を冷却できる。従って、部材の熱膨張による抵抗の増加を防止できる。また、電動式ウォータポンプに適用すると、モータの昇温を抑制してポンプ効率の低下（磁力の低下）を防止又は大幅に抑制できる。

【0019】

請求項３の構成では、ポンプ本体は中間ハウジングの貫通穴に対して遊嵌しているが、請求項４の構成を採用すると、ポンプ本体の中心軸を安定的に支持し羽根車の円滑な回転を確保できる。そして、カバー部材の筒状部と水通路の内周面との間にガスケットを介在させているため、筒状部や水通路に加工誤差があっても水封状態を保持しつつ、カバー部材を正確に組み付けできる。従って、部材の加工の手間を抑制しつつ、ウォータポンプの性能を高い状態に維持して信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態の縦断側面図である。

【図2】要部の一部破断分離側面図である。

【図3】図１のIII-III 視概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

(1).実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用エンジンのウォータポンプ装置に適用している。

【0022】

図１に示すように、エンジンは、シリンダブロック１とその一端面に重ね固定されたタイミングチェーンカバー２とを備えており、ウォータポンプのポンプ本体３が、その一部がタイミングチェーンカバー２を貫通した状態で配置されている。従って、タイミングチェーンカバー２には、ポンプ本体３の一部が貫通する貫通穴４が空いている。シリンダブロック１は、請求項に記載したポンプハウジングの一例であり、タイミングチェーンカバー２は請求項に記載した中間ハウジングの一例である。

【0023】

以下では、説明の便宜のために前後の文言を使用するが、図１に表示しているように、タイミングチェーンカバー２の外側に向いた方向を前として、シリンダブロック１に向いた方向を後ろとしている。請求項との関係では、前端は一端で後端は他端になる。

【0024】

ポンプ本体３は、金属又は合成樹脂より成る筒状の本体ケース５を備えており、本体ケース５に設けた外向きフランジ６（図３も参照）が、タイミングチェーンカバー２の外面（前面）にボルト（図示せず）で固定されている。本体ケース５には、タイミングチェーンカバー２の貫通穴４に入り込む薄肉状の後ろ向きの嵌入部７が形成されている。

【0025】

本体ケース５の内部でかつ前部には、外周部と一体に繋がったフロント支持部９が設けられており、フロント支持部９に設けた軸受け穴１０に中心軸（支軸）１１の前端部（一端部、基部）が圧入されている。従って、中心軸１１は回転不能に保持されている。図１において符号１２で示すのは内部蓋板、符号１３で示すのは外部蓋板、符号５ａで示すのはコネクタ用アームである。コネクタ用アーム５ａに設けたコネクタに、電源及び制御のためのブラグが接続される。

【0026】

中心軸１１には、ブッシュ（スリーブ）１４が回転自在に嵌まっており、ブッシュ１４に外側から筒状のロータ（回転筒）１５が抱持固定されて、ロータ１５の外周に、永久磁石よりなる回転子１６が固定されている。本体ケース５には回転子１６を囲う環状空間１７が形成されており、環状空間１７に、ステータコア等の駆動部材や、回路基板のような制御部材が配置されている。回転子１６の後端は、ロータ１５に設けたフランジ１８で位置決めされる。

【0027】

ロータ１５には、フランジ１８の後ろに位置した大径筒部１９が一体に形成されており、大径筒部１９の後端に一体に形成した回転円板２０に、図３に示すように多数枚のインペラー（フィン）２１が形成されている。図３に明示するように、各インペラー２１は、回転軸心方向から見て円弧状でかつ捩じれた姿勢に配置されており、このため、回転によって水を周方向に案内する。

【0028】

図２から理解できるように、インペラー２１の群には後ろから円板状の蓋板２２が重ねられて、溶接又はろう付けで固定されている。従って、回転円板２０とインペラー２１の群と蓋板２２とによって籠形の羽根車２３が構成されている。

【0029】

羽根車２３は、タイミングチェーンカバー２の後面から後ろに突出しており、そして、羽根車２３はシリンダブロック１の側からカバー部材２５で覆われている。図２から理解しやすいと思われるが、カバー部材２５は、羽根車２３を後ろから囲うリング状の屋根部２６と、屋根部２６の内周部から後ろ向きに突出した筒状部２７と、屋根部２６の外周部から前向きに突出した足片（固定翼）２８の群と、足片２８の前端に一体に連続したリング板２９とを有している。

【0030】

カバー部材２５のリング板２９は、ロータ１５の回転円板２０の外側に位置しており、かつ、回転円板２０と同一面を成した状態でポンプ本体３の本体ケース５に後ろから重なっている。この場合、リング板２９に環状の前向き突条２９ａを設けて、この前向き突条２９ａをポンプ本体３の後面に形成された環状溝３０に嵌め合わせている。従って、リング板２９は本体ケース５とずれ不能に位置決めされている。

【0031】

また、図３に示すように、カバー部材２５の各足片２８は、回転軸心方向から見て円弧状でフィン状に形成されており、インペラー２１の群を外側から囲うように配置されている。従って、足片２８の群が固定翼となって、インペラー２１の群で圧送される水が整流されている。

【0032】

中心軸１１に回転自在に被嵌したブッシュ１４の後端寄り部位にはフランジ１４ａが形成されており、フランジ１４ａは、ロータ１５の大径筒部１９の基端の段部に重なっている。そして、中心軸１１の後端部（他端部、先端部）１１ａはブッシュ１４の後ろに突出しており、中心軸１１の後端部１１ａが、カバー部材２５に設けたキャップ部（軸受け部）３１で後ろから抱持されている。

【0033】

キャップ部３１の前端は、ワッシャ（スペーサリング、スラスト軸受け）３２を介してブッシュ１４の後端面と当接又は近接している。なお、ワッシャ３２をキャップ部３１の先端面に溶接やろう付けで固定することも可能である。

【0034】

図３に示すように、カバー部材２５のキャップ部３１は３本の板状のアーム部３３の前端に一体に形成されており、アーム部３３は、カバー部材２５の筒状部２７に一体に形成さている。

【0035】

カバー部材２５は、シリンダブロック１に形成された前向き開口の凹所３４に嵌め込まれている。凹所３４は、カバー部材２５の筒状部２７がガスケット３５を介して挿入された吸い込み口３６と、羽根車２３が配置されたポンプ室（渦室）３７とを有しており、冷却水は、吸い込み口３６からポンプ室３７に流入して、ポンプ室３７の大径部３７ａから図示しない吐出通路に排出される。吸い込み口３６は、請求項に記載した水通路に該当する。

【0036】

ポンプ室３７の一部はカバー部材２５によっても形成されている。すなわち、凹所３４の一部をカバー部材２５で詰めることにより、ポンプ室３７のうち羽根車２３が配置されている部分を形成している。従って、凹所３４はポンプ室３７とカバー部材２５とを含んでいる。

【0037】

ロータ１５における回転円板２０の外周面とカバー部材２５におけるリング板２９の内周面との間、及び、ロータ１５と本体ケース５間には、若干の寸法の第１環状空間３８が空いている。従って、冷却水がポンプ室３７から第１環状空間３８が流入して、ロータ１５と本体ケース５の内周部とを冷却できる。

【0038】

本体ケース５の外周面とタイミングチェーンカバー２における貫通穴４の内周面との間には若干の寸法の第２環状空間３９が空いており、第２環状空間３９はポンプ室３７に開口している。従って、カバー部材２５におけるリング板２９の外周面とタイミングチェーンカバー２における貫通穴４の内周面との間には、若干の間隔の隙間が空いている。第２環状空間３９は、請求項に記載した隙間になる。

【0039】

カバー部材２５は、本体ケース５によってシリンダブロック１の凹所３４に押さえ保持されているが、リング板２９をビスで本体ケース５に固定することも可能である。また、カバー部材２５の屋根部２６とシリンダブロック１との間、又は、カバー部材２５のリング板２９と本体ケース５との間に弾性体を介在させて、加工誤差を吸収することも可能である。

【0040】

(2).まとめ
本実施形態では、中心軸１１の後端部が、カバー部材２５に設けたキャップ部３１によって周方向から抱持されているため、中心軸１１は両端支持の状態に保持されている。従って、中心軸１１は、その前端部を軸受け穴１０に圧入しただけの簡単な構造でありながら、安定した姿勢に保持される。従って、インサート成型のような複雑な構造を採用することなく、ロータ１５を安定的に支持できる。よって、コストを抑制しつつ、品質と耐久性とに優れたウォータポンプ装置を実現できる。

【0041】

実施形態のように、カバー部材２５にフィン状の足片２８の群を設けると、足片２８が冷却水の流れを方向付ける整流作用を発揮するため、冷却水の流れをスムース化して圧損を抑制できる。

【0042】

また、足片２８はカバー部材２５の支持機能も備えているため、カバー部材２５の安定性の向上にも貢献できる。特に、実施形態のようにリング板２９を設けると、足片２８の支持強度も向上できる。また、足片２８は薄くて軸方向に僅かながら変形し得るため、本体ケース５でカバー部材２５を凹所３４に押さえ保持するにおいて、カバー部材２５の弾性変形によってカバー部材２５の製造誤差を吸収できる利点もある。すなわち、緩衝材を設けることなく、カバー部材２５をしっかりと保持できる。

【0043】

本体ケース５に内蔵したステータコア等は運転によってコイルや鉄心、銅心が発熱し、発熱すると磁力が低下して駆動効率が低下する現象が見られるが、本実施形態のように本体ケース５の外側に第２環状空間３９を形成してここに冷却水を導くと、本体ケース５が外周側から冷却される（本体ケース５から外周側に放熱される）ため、ステータコア等の昇温を抑制して駆動効率の低下を防止できる。

【0044】

本体ケース５をタイミングチェーンカバー２の貫通穴４に遊嵌させると、本体ケース５の位置決め（芯合わせ）と姿勢安定性とが問題になるが、本実施形態では、カバー部材２５の筒状部２７がタイミングチェーンカバー２の吸い込み口３６に嵌合していることと、カバー部材２５におけるリング板２９の前向き突条２９ａがポンプ本体３の環状溝３０に嵌合していることにより、本体ケース５はカバー部材２５を介してシリンダブロック１にしっかりと保持されている。従って、本体ケース５は、外周からの冷却性を確保しつつ安定的に保持されている。

【0045】

また、カバー部材２５の筒状部２７とシリンダブロック１の吸い込み口３６とはガスケット３５を介して嵌合しているため、シール性を確実化できるだけでなく、筒状部２７と吸い込み口３６とに加工誤差があっても、その加工誤差を吸収してきっちりと嵌め合わせできる。ガスケット３５に代えてＯリングを使用することも可能である。

【0046】

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、ウォータポンプをシリンダブロック１の排気側面又は吸気側面に配置することも可能であり、この場合は、タイミングチェーンカバーとの関係はなくなって、本体ケースはシリンダブロックに固定される。逆に、ウォータポンプをタイミングチェーンカバーに設けつつ、タイミングチェーンカバーに凹所を形成することも可能である。この場合は、タイミングチェーンカバーが請求項に記載したポンプハウジングになる。ウォータポンプをシリンダヘッドに固定することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本願発明は、エンジンのウォータポンプ装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

【符号の説明】

【0048】

１ ポンプハウジングの一例としてのシリンダブロック
２ 中間ハウジングの一例としてタイミングチェーンカバー
３ ポンプ本体
４ タイミングチェーンカバーの貫通穴
５ 本体ケース
７ 嵌入部
９ 本体ケースのフロント支持部
１０ 軸受け穴
１１ 中心軸
１４ ブッシュ（スリーブ）
１５ ロータ
１６ 回転子
１７ 環状空間
２０ 羽根車を構成する回転円板
２１ 羽根車を構成するインペラー（フィン）
２２ 羽根車を構成する蓋板
２３ 羽根車
２５ カバー部材
２６ 屋根部
２７ 筒状部
２８ 足片（固定翼）
２９ リング板
３１ キャップ部
３２ ワッシャ
３３ アーム部
３４ 凹所
３５ ガスケット
３６ 吸い込み口（冷却水流入通路）
３７ ポンプ室（渦室）

【図1】

【図2】

【図3】