(57)【要約】  【課題】回転変動をクランク角センサにより検出して、その検出結果に基づいてオルタネータで発電するように構成すると、応答性が低くなり、回転変動を効率よく抑制するのが難しかった。  【解決手段】複数の羽根部を備えるインペラを回転可能に備え、インペラが取り付けられた回転軸を内燃機関の出力により駆動して、冷却系に冷却水を循環させる内燃機関のウォータポンプであって、インペラが回転した際に、羽根部の少なくとも一つが、他のものより大なる回転抵抗を所定の回転位相において示すものであり、所定の回転位相が、内燃機関の燃焼行程における特定の位相と同期する。【選択図】図２
2012026399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の羽根部を備えるインペラを回転可能に備え、インペラが取り付けられた回転軸を内燃機関の出力により駆動して、冷却系に冷却水を循環させる内燃機関のウォータポンプであって、
インペラが回転した際に、羽根部の少なくとも一つが、他のものより大なる回転抵抗を所定の回転位相において示すものであり、
所定の回転位相が、内燃機関の燃焼行程における特定の位相と同期する内燃機関のウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の出力により回転駆動される内燃機関のウォータポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンがシリンダ内において往復運動し、その往復運動によりクランク軸が回転する内燃機関にあっては、燃焼行程におけるピストン速度の変化により、回転変動が生じる。すなわち、燃焼行程は例えば、上死点手前にて混合気に点火し、燃焼が伝播する、したがって燃焼圧が増加する過程においてピストンが押し下げられるが、燃焼圧が最大になるのは、上死点後の所定のクランク角度である。そして、燃焼圧が最大になることにより、ピストンが高い圧力で押し下げられることから、所定のクランク角度においてピストンの速度は最速となる。その後、ピストンが降下することにより、シリンダ内の容積が増加して燃焼圧が低下し、ピストンの速度は遅くなる。このように、ピストンの速度が燃焼圧の変化に対応して変化することにより、クランク軸の回転に変動が生じるものである。
【０００３】
このような内燃機関の回転変動を抑制するために例えば、特許文献１に記載のものでは、内燃機関の回転変動におけるトルクが増大する時に合わせてオルタネータで発電を行わせ、クランク軸に対してオルタネータによる逆トルクを加えて、内燃機関の燃焼行程と同期してクランク軸に発生する回転トルク変動を抑制するようにしている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１のものでは、回転トルク変動をクランク角センサによるタイミング検出手段により検出し、その検出結果に基づいてオルタネータで発電するようにしているので、応答性が低くなる。つまり、回転トルク変動が起こった時点でオルタネータが発電するのではなく、回転トルク変動が起こったことを検出した後に発電を行っている。したがって、実際に回転変動が起こっている際にオルタネータの逆トルクを内燃機関に加えているのではないため、回転トルク変動を効率よく抑制するのが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８‐２１７７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は以上の点に着目し、内燃機関の回転変動を応答性よく抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の内燃機関のウォータポンプは、複数の羽根部を備えるインペラを回転可能に備え、インペラが取り付けられた回転軸を内燃機関の出力により駆動して、冷却系に冷却水を循環させる内燃機関のウォータポンプであって、インペラが回転した際に、羽根部の少なくとも一つが、他のものより大なる回転抵抗を所定の回転位相において示すものであり、所定の回転位相が、内燃機関の燃焼行程における特定の位相と同期することを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、内燃機関の出力により回転軸が駆動されているので、少なくとも一つの羽根部が所定の回転位相にある時に回転抵抗が他のものより大であるために、所定の回転位相と内燃機関の燃焼行程における特定の位相とを同期させることで、回転変動が相殺される。これにより、燃焼に起因する回転変動を抑制することが可能になり、内燃機関の振動を低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上説明したような構成であり、回転変動を検出することなく、応答性よく燃焼に起因する回転変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態のエンジンに取り付けられた状態の断面図。
【図２】同実施形態のポンプ室における状態を模式的に示す構成説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
この実施形態における内燃機関（以下、エンジンと称する）１００は例えば、二気筒３６０°位相の火花点火式のものである。このようなエンジン１００の場合、運転中は、クランク軸（図示しない）の一回転毎にいずれかの気筒が燃焼行程にある。エンジン１００は、二気筒３６０°位相のものであるので、それぞれの気筒のピストンが同時に降下するものであり、したがってピストンの動きにより回転変動が打ち消されることはない。
【００１３】
このようなエンジン１００に取り付けられるウォータポンプ１は、シリンダブロック２のクランク軸（図示しない）の端部が出ている側の壁面に取り付けられる。ウォータポンプ１は、ハウジング３と、ハウジング３内に取り付けられるベアリング４及びメカニカルシール５と、ベアリング４に回転可能に支持される回転軸６と、回転軸６に取り付けられるインペラ７とを備えている。ウォータポンプ１は、インペラ７が取り付けられた端部とは反対側の端部に、回転軸６を駆動するための従動歯車８が取り付けてある。従動歯車８は、クランク軸に取り付けられた駆動歯車と噛み合い、エンジン１００の出力により回転軸６が駆動されるようになっている。従動歯車８と駆動歯車とは、ウォータポンプ１がエンジン１００と同じ回転数で回転するように構成する。
【００１４】
インペラ７は、シリンダブロック２に形成されたウォータジャケット１４に連通するシリンダブロック２のポンプ室９に収納される。インペラ７は、メカニカルシール５からシリンダブロック２側に突出した回転軸６の端部に固定される基部１０と、その基部１０に基部１０の周方向に等間隔で取り付けられる８枚の羽根部１１とを備えている。それぞれの羽根部１１は、この実施形態にあっては、四角形の板により作製してあり、基部１０の周方向に等間隔で配置してある。
【００１５】
羽根部１１は、８枚の内、１枚だけ他とは大きさが異なっている。この実施形態にあっては、異なる大きさの羽根部（以下、大羽根部と称する）１１ａは、他の羽根部１１ｂより径方向の寸法が長くなっている。したがって、この大羽根部１１ａは、冷却水が当たる面積が羽根部１１の中で最大である。
【００１６】
ポンプ室９は、回転軸６を中心として、渦巻き状に延びる内壁１２に沿って冷却水が流れ出るように形成してある。ポンプ室９は、インペラ７の中心に対応する冷却水取水口１３を備えており、その冷却水取水口１３を介してウォータジャケット１４に連通している。
【００１７】
ウォータポンプ１をシリンダブロック２に取り付けるに際してはまず、インペラ７の大羽根部１１ａをポンプ室９の出口１５近傍の位置から内側に回転し始める所定位置Ｐ１に静止させる。この時に、エンジン１００の一方の気筒のピストンを、燃焼行程における圧縮上死点から例えばクランク角度にして例えば１０°〜３０°となる角度位置に静止させ、インペラ７の大羽根部１１ａの位置とピストンの位置とが対応するようにする。そして、この状態を維持しておいて、従動歯車８を駆動歯車に噛み合わせる。つまり、インペラ７が回転した場合に、大羽根部１１ａが所定位置を通過する所定の回転位相と、エンジン１００の燃焼行程における前記角度位置となる特定の位相とを同期させるように、大羽根部１１ａを基準としたインペラ７の回転角度とエンジン１００のクランク軸の回転角度とを調整した上で、従動歯車８と駆動歯車とを噛み合わせる。なお、特定の位相は、エンジン１００が燃焼行程において燃焼圧力が最大となる位相に対応させればよい。
【００１８】
このような構成において、エンジン１００を運転すると、駆動歯車を介して従動歯車８にエンジン１００の出力が伝達され、図２において矢印Ｃで示す方向に、ウォータポンプ１が回転する。ウォータポンプ１が回転することにより、ウォータジャケット１４から冷却水がポンプ室９に流入し、その後、ラジエータ等の冷却系に循環される。以下の説明では、インペラ７の羽根部１１の内、大羽根部１１ａを中心にしてウォータポンプ１の作動を説明する。
【００１９】
インペラ７のそれぞれの羽根部１１には、冷却水による回転抵抗が生じるが、大羽根部１１ａは、他の羽根部１１ｂに比べて基部１０の径方向の寸法が大きいので、回転抵抗も大きくなる。又、インペラ７の回転角度位置によっても、この回転抵抗は変化する。
【００２０】
大羽根部１１ａは、上述した所定の回転位相となる所定位置Ｐ１から約１８０°回転した中間位置Ｐ２まで（図２に矢印Ａで示す）は、残る回転位置部分（図２に矢印Ｂで示す）より回転抵抗が高い。特に、大羽根部１１ａが所定位置Ｐ１を通過する際にはほぼ最大となり、その後、ウォータポンプ１が回転することで、大羽根部１１ａの先端とポンプ室９の内壁１２との間の距離が大きくなるにしたがって、回転抵抗は漸次減少する。そして、所定位置Ｐ１から約１８０°離れた中間位置Ｐ２から約１８０°回転した所定位置Ｐ１の手前、つまりポンプ室９の出口１５近傍において、大羽根部１１ａの回転抵抗は最小となる。このような大羽根部１１ａの回転抵抗に対して、残る羽根部１１ｂの回転抵抗は、このように顕著に回転抵抗は変化することはなく、ポンプ室９の出口１５に差し掛かる位置で大きくなり、その後は変化量は少ないものの漸次減少する。
【００２１】
上述したように、大羽根部１１ａの所定の回転位相は、燃焼行程におけるエンジン１００の回転が速くなる燃焼行程における特定の位相と同期する。したがって、ウォータポンプ１が回転することにより、ウォータポンプ１の、大羽根部１１ａによる最大の回転抵抗が、従動歯車８から駆動歯車を介してエンジン１００に作用し、エンジン１００の負荷に対する逆トルクとなる。これにより、エンジン１００の回転が速くなる位相にエンジン１００の回転変動を抑制することができる。
【００２２】
つまり、この実施形態にあっては、ウォータポンプ１のインペラ７における羽根部１１のうちの大羽根部１１ａの所定の回転位相を、エンジン１００の特定の回転位相に同期させることにより、エンジン１００の回転状態を検出することなく回転変動を抑制することができる。したがって、制御が遅れることなく、最適なタイミングで回転変動の抑制のための制御を実施することができる。
【００２３】
又、大羽根部１１ａの回転抵抗が変わることで、ラジエータなどの冷却系の水配管に送り出される水量が変わるので、水配管内の空気（泡）溜まりを防ぐことができる。
【００２４】
このようにウォータポンプ１によるエンジン１００の回転変動の抑制は、オルタネータやコンプレッサなどの電気負荷によるものに比べて、回転変動が生じたことを検知し、その検査結果に基づいて電気負荷をフィードバック制御するために生じる過渡応答性の低さを補うことができ、回転変動による二気筒エンジンの振動を低減することができる。なお、潤滑油を加圧するオイルポンプにあっては、油圧を確実に確保することが重要であるので、そのための信頼性と形状に起因する制約とにより、回転変動を抑制するためのインペラなどの形状の変更は困難であるので、ポンプの範疇に入るものであっても、回転変動の抑制に用いることはできない。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２６】
インペラ７の羽根部１１の構成は、以下に示すものを単独又は組み合わせて実施するもの、あるいは上述の実施形態と組み合わせるもののいずれであってもよい。
【００２７】
（１）上述の大羽根部１１ａを、他の羽根部１１ｂの高さより高いものにする。
【００２８】
（２）大羽根部１１ａの内側又は外側の端面形状を例えば、傾斜辺による形状にする。つまり、大羽根部１１ａが不等脚台形形状をしている。
【００２９】
（３）羽根部１１の面積を変更すべく、貫通孔を設ける。すなわち、それぞれの羽根部１１は同じ形状の平板から作り、回転抵抗を高くしたい羽根部以外の回転抵抗を貫通孔の大きさ（面積）や数、あるいはその両方で調整する。
【００３０】
（４）羽根部１１の材質を異ならせる。つまり、少なくとも大羽根部１１ａを他に比較して重くすることにより、回転抵抗を高くする。
【００３１】
（５）羽根部１１の表面粗さを異ならせる。すなわち、少なくとも大羽根部１１ａの表面を粗くして、水との摩擦を大きくすることで回転抵抗を高くする。
【００３２】
（６）それぞれの羽根部１１の大きさは同じにして羽根部１１のピッチを、上述の実施形態に説明した等間隔ではなく、回転抵抗を大きくするために、大羽根部１１ａに相当する位置において短くする。
【００３３】
（７）上述の実施形態にあっては、羽根部１１を径方向に一致させて配置したが、径方向との角度を大きくして、回転抵抗を低くする羽根部１１を形成する。同様に、基部１０の回転面に対する角度を変更して、少なくとも一枚の羽根部１１の回転抵抗を高くする。
【００３４】
（８）羽根部１１の厚みを異ならせる。つまり回転抵抗を高くしたい羽根部１１の厚みを大きくする。
【００３５】
（９）大羽根部１１ａの回転方向の前後に、大羽根部１１ａより回転抵抗が順次小さくなるものを配置する。
【００３６】
上述の実施形態にあっては、２気筒のエンジンを説明したが、それ以外の例えば４気筒などの多気筒のエンジンに対して適用するものであってよい。この場合にあっても、エンジンの回転とウォータポンプの回転とを調整して、ウォータポンプの回転抵抗が大きくなる位相と燃焼行程における特定の位相とを同期させるものである。
【００３７】
エンジンとウォータポンプとの動力の伝達は、チェーンとスプロケットによるものであってもよい。
【００３８】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の活用例として、上述した二気筒エンジン以外に、回転変動による振動が大きいエンジンが挙げられる。
【符号の説明】
【００４０】
１…ウォータポンプ
６…回転軸
７…インペラ
１１…羽根部
１１ａ…大羽根部
１００…エンジン
【図１】
2012026399.tif 000003
【図２】
2012026399.tif 000004