JP2013181477A - ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】外部より異物が入り、インペラが設けられるポンプ側から回転軸の周囲に漏出した冷却水が回転軸下方の水溜部に溜まり、水溜部から逆流してインペラの回転に影響を与えることがないウォータポンプを提供する。
【解決手段】冷却水が流れる第１空間２５を有するボディ４に回転自在に支持された回転軸７の一方に設けられるインペラ１１と、冷却水を回転軸７の周囲でシールするシール部材９とを備えたウォータポンプ１において、第１空間２５と反対側の第２空間２６に漏出した冷却水を溜めておく水溜部２１と、第２空間２６と水溜部２１との間に形成された水抜き孔１２と、ボディ４をドレイン孔２２が形成された第１支持部材３とドレイン孔２２の開口を閉塞する第２支持部材１５とによって支持し、水溜部２１に溜まった漏出した冷却水をドレイン孔２２を介して、第１支持部材３と第２支持部材１５との当接面２３より外部に排出される構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関を冷却する冷却水の循環を行うウォータポンプに関する。

従来、ウォータポンプは内燃機関（エンジン）に対して、エンジンを流体（例えば、水、により冷却するため、流体を循環させるのに使用される。この場合、流体として用いられる水は、冷却を行うために用いられることから、以下、冷却水と称す。

ウォータポンプの構成は、例えば、エンジン本体に固定されるボディと、ボディ内部にベアリングを介して回転自在に支持される回転軸と、回転軸の一端に設けられたインペラとを備え、インペラを回転軸の一方の側に設けられるプーリを駆動ベルト（例えば、タイミングベルト）により回転させることにより冷却水をエンジン内部に循環させる構成となっている。従来のウォータポンプでは、更に、インペラとベアリングとの間にシール部材と、ボディの下方にシール部材を介してインペラ側から漏れてきた冷却水（水滴）をボディの外部へと水抜き孔を介して溜める水溜部とが設けられ、水溜部はエンジンブロック側の取付面において外部に排出を行うドレインポートが開口するウォータポンプの構成が知られている（特許文献１を参照）。

特開２００２−２８５９９８号公報

しかしながら、上記した従来のウォータポンプでは、水溜部に連続したドレインポートが外部に直接開口する構成となっている。このため、ドレインポートが形成される外部より異物が入り易く、異物が外部から入り冷却水の外部への排出経路の一部（例えば、これに限定されないが、ドレインポート）が閉塞してしまうと、次第に水抜き孔を介して冷却水が水溜部に溜まる。そして、冷却水が次第に水溜部に溜まり、冷却水の排出経路において逆流が発生し得るものとなる。インペラを回転させる回転軸の周囲にまで排出すべく冷却水が溜まってしまうと、インペラの回転に影響を及ぼしてしまうので、水抜き孔を介して伝わってきた冷却水を効果的に外部に排出する対策が必要となる。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、従来のようにドレインポートの出口となる外部より異物が入り、インペラが設けられるポンプ側から回転軸の周囲に漏出した冷却水が回転軸の下方に設けられる水溜部に溜まり、水溜部から逆流してインペラの回転に影響を与えることがないウォータポンプを提供することを課題とする。

上記した課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、
吸入口および吐出口に連通する第１空間を有するボディと、該ボディの内部に回転軸を介して回転自在に支持され、前記第１空間に存在する冷却水を循環させるインペラと、前記第１空間に存在する冷却水を回転軸の周囲でシールするシール部材と、前記シール部材を介して前記第１空間とは反対側の前記回転軸の周囲に形成された第２空間へと漏出した冷却水を前記回転軸の下方で溜める水溜部と、前記水溜部に連通したドレイン孔が形成され、前記ボディを支持する第１支持部材と、前記第１支持部材と対向して配設され、前記ドレイン孔の開口を閉塞する第２支持部材とを備え、 前記水溜部に溜まる漏出した冷却水を、前記第１支持部材と前記第２支持部材との当接面により外部に排出する構成とした。

また、上記した課題を解決するために講じた第２の技術的手段は、
吸入口および吐出口に連通する第１空間を有するボディと、該ボディの内部に回転軸を介して回転自在に支持され、前記第１空間に存在する冷却水を循環させるインペラと、前記第１空間に存在する冷却水を回転軸の周囲でシールするシール部材と、前記シール部材を介して前記第１空間とは反対側の前記回転軸の周囲に形成された第２空間へと漏出した冷却水を前記回転軸の下方で溜める水溜部と、前記水溜部を形成する際に一方の壁となり、前記ボディを支持する第１支持部材と、前記水溜部に溜まる漏出した冷却水を、前記ボディと前記第１支持部材との当接面により外部に排出する構成とした。

上記した構成において、前記第１支持部材は、前記インペラの周囲を覆うことにより前記第１空間を区画するものであり、漏出した冷却水を一方の側面を下方に伝って外部に排出する構成とすると良い。

本発明のウォータポンプは、水溜部にはドレイン孔が連通して形成され、ボディを支持する第１支持部材と、第１支持部材と対向して配設され、ドレインポートの開口を閉塞する第２支持部材とにより、水溜部に溜まり漏出した冷却水を、第１支持部材と第２支持部材との当接面により外部に排出する構成としたので、ボディを支持する第１支持部材と第２支持部材との当接面を伝って、漏出した冷却水を外部に排出することができる。この場合、第１支持部材に形成されたドレイン孔の開口は第２支持部材により閉塞されるので、従来のように開口したドレイン孔より異物が入ることを防止することができ、漏出した冷却水の排出経路において途中で一部が詰まってしまうこと、および、水溜部からの回転軸方向への漏出した冷却水の逆流を防止することができる。

また、本発明のウォータポンプは、水溜部を形成する際に一方の壁となり、ボディを支持する第１支持部材と、水溜部に溜まる漏出した冷却水をボディと第１支持部材との当接面により外部に排出する構成としたので、第１支持部材が水溜部の蓋となり、ボディと第１支持部材との間の当接面から漏出した冷却水を外部に排出することができる。この場合、第１支持部材の側面（端面）によりドレイン機能を果たす水溜部を構成する一側面が第１支持部材により閉塞されるので、従来のように水溜部へ異物が入ることを上記構成よりもより簡単かつ効果的に防止することができ、漏出した冷却水の排出経路において途中で一部が詰まってしまうこと、および、水溜部からの回転軸方向への漏出した冷却水の逆流を防止することができる。

この場合、第１支持部材は、インペラの周囲を覆うことにより第１空間を区画するものであり、漏出した冷却水を一方の側面を下方に伝って外部に排出する構成にしたので、第１空間を区画する部材とボディを支持する部材を共通化し部品点数を増やすこなく、ボディと第１支持部材の一方の側面を使って漏出した冷却水をより効果的に外部に排出することができる。

本発明の第１実施形態に係るウォータポンプの正面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の第２実施形態に係るウォータポンプの正面図である。 図３に示すＩＶ−ＩＶ断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態における具体的な構成を、図１および図２に示す。

ウォータポンプ１は、内燃機関（エンジン）に対して、流体（例えば、水であるが、ここでは冷却水と称す）をエンジン内部に循環させて、熱くなったエンジン（例えば、シリンダヘッド等）を冷却するために使用される。ウォータポンプ１は骨格を成すボディ４とタイミングチェーンカバー（第１支持部材）３との間をガスケット２によりシールして外形が構成されている。ボディ４は、中央に円筒状中空のボス部２４を有し、ボス部から連続するタイミングチェーン側（図２に示す右側）は大径となり、大径となった内側に凹部状となった第１空間２５を有する。第１空間２５は、後述する吸入口１４および吐出口１７に連通し、冷却水を吸入口１４より吸入して吐出口１７より吐出するポンプ室５となり、ボス部２４の中空内部に回転軸支持孔６が形成されている。回転軸支持孔６には回転軸７がベアリング８を介して回転自在にボス部２４に支持される。この場合、第１空間２５のポンプ室５側を液密にするために環状のシール部材９がポンプ室側の回転軸７の周囲に設けられ、ポンプ室５側と反対側の回転軸７の周囲（具体的には、シール部材９とベアリング８との間）を区画する第２空間２６とをシールする。また、回転軸７のインペラ１１が設けられる側とは反対側には、クランクシャフト（図示せず）からタイミングベルト（図示せず）により回転駆動が成される円盤状のプーリ１０が回転自在に固定され、プーリ１０の回転によりポンプ室５でインペラ１１を回転駆動し、冷却水をエンジン内部に循環させることができる。

ボディ４は、ポンプ室５からシール機能を成すシール部材９を介して第２空間２６へと漏出した冷却水を、回転軸７の第２空間２６の中央位置からその直下へと排出する水抜き孔１２が形成されている。また、ボディ４にはポンプ駆動時（インペラ１１の回転時）に第２空間内で漏出した冷却水が熱く水蒸気となった冷却水を大気中に排出できる蒸気抜き孔１３が、ボス部２４に形成された水抜き孔１２の真上の位置にボディ４を貫通して形成されている。

水抜き孔１２は、管路が鉛直方向において下方へと延在しており、水抜き孔１２の下方に水抜き孔１２と連通して広くなった空間となった水溜部２１がボディ４に形成されている、この水溜部２１は水抜き孔１２を通って漏出した冷却水を溜める空間であり、ボディ４の第１空間２５より下方に形成された凹部を壁面として形成されるものであって、一方が開口し、その開口をガスケット２に形成され水溜部２１の開口径を１／２程度にまで塞ぐ開口孔２７と、タイミングチェーンカバー３に形成されたドレイン孔２２（一方がガスケット２に形成された開口孔２７と同径となった大径部２８と、他方が径の細くなった小径部２９とを有する）と、図２ではＬ字状となったシリンダブロック１５とにより、水溜部２１の内部空間が４部材により区画されている。また、タイミングチェーンカバー３は、図２に示すように、回転自在なインペラ１１が所定間隔を維持して収納されるようになっている。タイミングチェーンカバー３はボディ４と共に第１空間２５を区画する凹部を有し、インペラ１１の中央には軸方向に開口した冷却水入口１４が形成されている。この冷却水入口１４より第１空間２５に冷却水が取り込まれる。タイミングチェーンカバー３は、水溜部２１を区画する底面２１ａがガスケット２に形成された開口孔の底面およびタイミングチェーンカバー３に形成された大径の下方位置と一致しており、ドレイン孔２２はタイミングチェーンカバー３内の板厚方向の中間位置で大径部２８から小径部２９となって孔径が細くなっている。ドレイン孔２２の一方は開口し、シリンダブロック１５の端面（側面）が面接触により当接して閉塞している。このため、タイミングチェーンカバー３とシリンダブロック１５が対向配置され、タイミングチェーンカバー３とシリンダブロック１５との下方に形成された平面が重なり合った当接面２３が構成される。タイミングチェーンカバー３及びシリンダブロック１５はボディ４を固定部材であるエンジン本体の一部またはエンジン本体に間接的に取り付けられるものである。タイミングチェーンカバー３とシリンダブロック１５との間に形成される当接面２３は、ガスケットに代表されるような封止部材を第１実施形態では間に有していないため、水溜部２１に溜まる漏出した冷却水を大径部２８の高さ位置まで最初溜める。その後、それ以上の水量になった冷却水は小径部２９へと流れ伝わり、ドレイン孔２２の小径部２９より鉛直方向に形成される当接面２３を介して漏出する冷却水（例えば、これに限定されないが、にじみ出る程度の冷却水）を外部１６へと効率良く簡単な構成で排出できることができる。

本発明の動作について、以下に説明する。

クランクシャフト（図示せず）の回転運動でタイミングベルト（図示せず）が駆動され、タイミングベルトがかけられたプーリ１０が回転駆動されると、プーリ１０と一体回転する回転軸７および回転軸７の一方に設けられたインペラ１１が共に回転する。この場合、第１空間２５のポンプ室５に存在する冷却水は、冷却水入口１４よりポンプ室５を経由してインペラ１１の回転によって循環され、図示しない冷却水出口へと圧送される。この様な過程において、回転軸７のシールを図るシール部材９から第１空間２５とは反対側の第２空間２６に冷却水の漏れがシール部材９によりシールしているにも係らず経年的に少なからず発生し得る。このような場合が発生すると、ポンプ室側から第２空間２６へと漏出した冷却水は、水抜き孔１２を通して下方の水溜部２１に自重によって流れていき、広くなった空間の水溜部２１に溜まる。この場合、ポンプ駆動により熱く第２空間２６で水蒸気となった冷却水はボス部２４の上方に開口した蒸気抜き孔１３を通して外部１６へと排出される。

水抜き孔１２を介して溜まった漏出した冷却水は、水溜部２１の下から上へと徐々に溜まっていき、ドレイン孔２２の小径部２９の最下の高さまで溜まると、ドレイン孔２２から今度は、タイミングチェーンカバー３及びシリンダブロック１５の当接面２３を伝って下方へと流れ、外部１６へと排出させる構成となっている。この際、当接面２３は外部１６に、にじみ出る程度の冷却水を排出する程度の数mm程度のクリアランスを設けても良く、ドレイン孔２２の開口がシリンダブロック１５の側面により閉塞しているため、外部からの異物を水溜部２１が形成される内部に侵入させることはない。

本発明の第１実施形態における効果について説明する。ウォータポンプ１は、第１実施形態においては、タイミングチェーンカバー３及びシリンダブロック１５により支持され、両者が当接することで、回転軸より下方の水溜部２１に水抜き孔１２を介して溜まった冷却水を効率的にタイミングチェーンカバー３及びシリンダブロック１５との当接面２３を伝って排出することができる。

この場合、シリンダブロック１５がポンプ室３の下方に形成されたドレイン孔２２の一方の側を塞ぐ蓋となり、水溜部２１の中に異物が侵入し、排出経路の途中で異物が詰まったり、漏出した冷却水が詰まった異物による影響で排出経路を逆流することを抑制することができる。

また、タイミングチェーンカバー３とシリンダブロック１５とが当接して固定されることで、当接面２３を伝って、水溜部２１に溜まり漏出した冷却水を簡単な構成で効果的に外部１６へ排出することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図３および図４を参照して説明する。

第２実施形態に示すウォータポンプ１ａの構成自体は第１実施形態と同じであるので、ここでは詳細な説明は割愛するが、第１実施形態と異なる点は、ウォータポンプ１ａのタイミングチェーンカバー３ａは、図１に示すように大径部２８と小径部２９とを有するドレイン孔２２を備えておらず、ボディ４ａの下方に形成され凹部状となった水溜部２１と外部１６とを連通する当接面２３ａを、タイミングチェーンカバー３ａとボディ４ａとの間に備えた点が異なる。この場合、ボディ４aの水溜部２１の下方に形成されたフランジ部とタイミングチェーンカバー３aとの当接面２３aは平面となり、この当接面２３aを介して、第２実施形態では水溜部２１の漏出した冷却水を外部１６に排出する構成となっている。

第２実施形態の効果について説明する。ウォータポンプ１ａは、タイミングチェーンカバー３ａ及びボディ４ａが当接してタイミングチェーンカバー３ａの側面が直接、水溜部２１の開口を閉塞する蓋として機能する。上記した構成によれば、水溜部２１に溜まった漏出した冷却水をボディ４aとタイミングチェーンカバー３ａとの当接面２３ａを伝って効率良く外部１６に排出すると共に、異物が水溜部２１に侵入することを、部品点数を増加させることなく、簡単な構成により抑制することができる。

また、タイミングチェーンカバー３ａ及びボディ４ａが当接して固定されることで、タイミングチェーンカバー３ａ及びボディ４ａが当接する当接面２３ａを伝って、水溜部２１に溜まった冷却水を排出経路の途中の一部で詰まった異物によって逆流させることなく簡単な構成で外部１６へ排出することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に示す様に変更することも可能である。

実施形態の説明では、タイミングチェーンカバー３とシリンダブロック１５との間に当接面２３が形成される構成を説明したが、これに限定されるものではなく、シリンダブロック１５の代わりにエンジンの一部（ヘッドカバー、シリンダヘッド、シリンダブロック、オイルパン、オイルパン）に設けられるリブといったものにボディ４、４aを支持しても良い。

また、水抜き孔１２は、タイミングチェーンカバー３、３ａ内で水溜部２１、２１aと連通しても良いものとする。

１ ウォータポンプ
３、３a タイミングチェーンカバー（第１支持部材）
４、４a ボディ
７ 回転軸
８ ベアリング
９ シール部材
１１ インペラ
１２ 水抜き孔
１５ シリンダブロック（第２支持部材）
１６ 外部
２１、２１a 水溜部
２２ ドレイン孔
２３、２３a 当接面
２４ ボス部
２５ 第１空間
２６ 第２空間

Claims (3)

1. 吸入口および吐出口に連通する第１空間を有するボディと、
   該ボディの内部に回転軸を介して回転自在に支持され、前記第１空間に存在する冷却水を循環させるインペラと、
   前記第１空間に存在する冷却水を回転軸の周囲でシールするシール部材と、
   前記シール部材を介して前記第１空間とは反対側の前記回転軸の周囲に形成された第２空間へと漏出した冷却水を前記回転軸の下方で溜める水溜部と、
   前記水溜部に連通したドレイン孔が形成され、前記ボディを支持する第１支持部材と、
   前記第１支持部材と対向して配設され、前記ドレイン孔の開口を閉塞する第２支持部材とを備え、
   前記水溜部に溜まる漏出した冷却水を、前記第１支持部材と前記第２支持部材との当接面により外部に排出するようにしたウォータポンプ。
2. 吸入口および吐出口に連通する第１空間を有するボディと、
   該ボディの内部に回転軸を介して回転自在に支持され、前記第１空間に存在する冷却水を循環させるインペラと、
   前記第１空間に存在する冷却水を回転軸の周囲でシールするシール部材と、
   前記シール部材を介して前記第１空間とは反対側の前記回転軸の周囲に形成された第２空間へと漏出した冷却水を前記回転軸の下方で溜める水溜部と、
   前記水溜部を形成する際に一方の壁となり、前記ボディを支持する第１支持部材と、
   前記水溜部に溜まる漏出した冷却水を、前記ボディと前記第１支持部材との当接面により外部に排出するようにしたウォータポンプ。
3. 前記第１支持部材は、前記インペラの周囲を覆うことにより前記第１空間を区画するものであり、漏出した冷却水を一方の側面を下方に伝って外部に排出するようにした請求項１または請求項２に記載のウォータポンプ。

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