JP2015094289A - 車両用ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、冷却水温度が低い場合、エンジン本体内の冷却水の温度上昇を早め、エンジン本体によって奪われる熱損失を防止し、燃費向上することを目的とする。
【解決手段】この発明は、車両用ウォータポンプにおいて、軸方向両端部にプーリとインペラとを取り付けた回転軸は、インペラと結合する第１回転軸と、プーリと結合する第２回転軸とを有し、第１回転軸に熱膨張体を収容する温度感知ケースを結合し、温度感知ケース内に、熱膨張体の膨張および収縮によって第１回転軸と第２回転軸との間を往復運動するピストンと、ピストンと第１回転軸との間で回転を伝達するリテーナと、を設け、ピストンに第１摩擦板を取り付け、第２回転軸に第２摩擦板を取り付け、第１摩擦板と第２摩擦板とを、熱膨張体の膨張または収縮によって接触状態または非接触状態となるように設定したことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は車両用ウォータポンプに係り、特に、低温下でのエンジン本体内を流れる冷却水の温度低下を防止した車両用ウォータポンプに関する。

車両に搭載されるエンジンにおいては、冷却水を循環させてエンジン本体を冷却するために、エンジン本体にウォータポンプを取り付けている。
車両用のウォータポンプには、エンジンの回転によりインペラを回転させてエンジン本体内の冷却水を循環させる機械式のもの（特許文献１）や、電動モータの回転によりインペラを回転させてエンジン本体内の冷却水を循環させる電気式のもの（特許文献２）がある。

特開平７−１６７１６６号公報 特開２００４−２９３４３０号公報

ところで、機械式の車両用ウォータポンプは、エンジン本体に接合されるポンプハウジングにベアリングを介して回転自在に支持した回転軸の軸方向両端部に、クランク軸により回転されるプーリとエンジン本体のインペラ室に配置されるインペラとを取り付けている。このウォータポンプは、エンジンのクランク軸の回転をベルトによりプーリを介して回転軸に伝達し、インペラを回転させてエンジン本体内の冷却水を循環させる。
このように、従来のウォータポンプは、プーリとインペラが回転軸により一体化されているため、エンジンのクランク軸が回転するとインペラも回転する。よって、エンジンは、駆動を開始すると、冷却水温度に関わらずエンジン本体内部の冷却水が循環されることになる。

しかし、エンジンは、寒冷時の始動直後やエンジン冷機時など、冷却水温度が低い条件下で冷却水を循環させると、エンジン本体内部の水温が暖まりにくくなり、エンジン本体によって奪われる熱損失（冷却損失）が大きくなる。この結果、燃費の悪化やエミッションの悪化につながる問題がある。
また、この問題を解決する手段としては、電動モータの回転によりインペラを回転させて冷却水を循環させる電気式のウォータポンプがある。しかし、電気式のウォータポンプは、冷却水流量を自由に制御して燃費を向上できる反面、電力消費が増加してしまう問題がある。

この発明は、寒冷時のエンジン始動直後およびエンジン冷機時などの冷却水温度が低い場合、エンジン本体内を流れる冷却水の温度低下を防止して、冷却水の温度上昇を早期に行うことができ、エンジン本体によって奪われる熱損失を防止して、燃費向上することを目的とする。

この発明は、軸方向両端部にプーリとインペラとを取り付けた回転軸を設け、該回転軸をポンプハウジングにベアリングを介して回転自在に支持し、前記ポンプハウジングはエンジン本体に接合されるとともに前記インペラが配置されるインペラ室を閉鎖するフランジ部と、前記ベアリングが配置されるベアリング室を形成する軸受ハウジング部と、前記インペラ室と前記ベアリング室とを仕切るシール部材とを備えた車両用ウォータポンプにおいて、前記回転軸は、前記インペラと結合する第１回転軸と、該第１回転軸とは分割され、かつ前記プーリと結合する第２回転軸とを有し、前記第１回転軸に、その一部が前記インペラ室内に配置されるとともにその内部に熱膨張体を収容する温度感知ケースを結合し、該温度感知ケースにその内部に挿入されて、前記熱膨張体の膨張および収縮によって前記第１回転軸と前記第２回転軸との間を往復運動するピストンと、該ピストンと前記第１回転軸との間で回転を伝達するリテーナと、を設け、前記ピストンの軸線方向で第２回転軸側端部に第１摩擦板を取り付け、前記第２回転軸に、前記第１摩擦板と対向する位置に第２摩擦板を取り付け、前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とを、前記熱膨張体の膨張または収縮によって接触状態または非接触状態となるように設定したことを特徴とする。

この発明は、軸方向両端部にプーリとインペラとを取り付けた回転軸をインペラに結合する第１回転軸とプーリに結合する第２回転軸とに分割し、第１回転軸に結合した温度感知ケース内部に収容した熱膨張体の膨張および収縮によって第１回転軸と第２回転軸との間でピストンを往復動作させるとともにこのピストンをリテーナにより第１回転軸との間で回転を伝達させ、ピストンの第２回転軸側端部に取り付けた第１摩擦板と第２回転軸の第１摩擦板側と対向する位置に取り付けた第２摩擦板とを熱膨張体の膨張または収縮によって接触状態または非接触状態となるように設定している。
これにより、この発明は、寒冷時のエンジン始動直後およびエンジン冷機時などの冷却水温度が低い場合、熱膨張体の収縮によって第１摩擦板と第２摩擦板とが非接触状態となり、プーリが回転した状態であってもインペラが非回転となるので、エンジン本体内での冷却水の流れを抑制または停止できる。
このため、この発明は、エンジン本体内を流れる冷却水の温度低下を防止して、エンジン本体の冷却水の温度上昇を早期に行うことができ、エンジン本体によって奪われる熱損失を防止して、燃費向上を図ることができる。

図１はエンジンの正面図である。（実施例） 図２はエンジンの側面図である。（実施例） 図３は図２のＸ−Ｘ線による第１摩擦板と第２摩擦板とが非接触状態のウォータポンプの断面である。（実施例） 図４は図２のＸ−Ｘ線による第１摩擦板と第２摩擦板とが接触状態のウォータポンプの断面である。（実施例）

以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説明する。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図１、図２において、車両に搭載されるエンジン１は、幅方向（図２において前後方向）よりも長手方向（図１において左右方向）に長いエンジン本体２を有している。エンジン本体２は、シリンダブロック３の上部にシリンダヘッド４を取り付け、シリンダヘッド４の上部にシリンダヘッドカバー５を取り付け、シリンダブロック３の下部にオイルパン６を取り付け、シリンダブロック３とシリンダヘッド４との長手方向一側端（図１において左右方向右側端）にチェーンカバー７を取り付けている。シリンダブロック３には、クランク軸８を軸支している。
前記エンジン１は、クランク軸８により駆動される補機として、エンジン本体２の長手方向一側に空調用コンプレッサ９とジェネレータ１０と車両用ウォータポンプ（以下「ウォータポンプ」と記す。）１１とを配置している。エンジン１は、エンジン本体２の長手方向一側端のチェーンカバー７からクランク軸８を突出させ、クランク軸８の突出先端にクランクプーリ１２を取り付けている。
前記空調用コンプレッサ９は、エンジン本体２の幅方向一側下部（図２において前側下部）に配置し、コンプレッサ回転軸１３にコンプレッサプーリ１４を取り付けている。前記ジェネレータ１０は、エンジン本体２の幅方向他側中間部（図２において後側中間部）に配置し、ジェネレータ回転軸１５にジェネレータプーリ１６を取り付けている。前記ウォータポンプ１１は、エンジン本体２の幅方向一側上部（図２において前側上部）に配置し、ウォータポンプ回転軸１７にウォータポンププーリ１８を取り付けている。
エンジン１は、クランクプーリ１２とコンプレッサプーリ１４とジェネレータプーリ１６とウォータポンププーリ１８とに駆動ベルト１９を捲掛けている。駆動ベルト１９は、テンショナプーリ２０により予圧され、アイドラプーリ２１により保持される。エンジン１は、クランク軸８の回転を駆動ベルト１９によりコンプレッサ回転軸１３とジェネレータ回転軸１５とウォータポンプ回転軸１７とに伝達し、空調用コンプレッサ９とジェネレータ１０とウォータポンプ１１とを駆動する。

前記ウォータポンプ１１は、エンジン本体２の幅方向一側上部に配置され、シリンダブロック３に取り付けられている。ウォータポンプ１１は、ラジエータから冷却された冷却水を吸引し、エンジン本体２内に圧送して循環させ、エンジン１の各部を冷却する。ウォータポンプ１１は、図３、図４に示すように、シリンダブロック３のウォータポンプ１１が取り付けられる部位に、エンジン本体２の長手方向一側端面にインペラ室２２を設けている。インペラ室２２は、吸込側をラジエータの吐出側に連絡し、吐出側をエンジン本体２のウォータジャケットに連絡している。
ウォータポンプ１１は、ウォータポンプ回転軸１７の軸方向両端部にウォータポンププーリ１８とインペラ２３とを取り付けている。ウォータポンププーリ１８は、ウォータポンプ回転軸１７に固定したプーリシート２４に取付ボルト２５により取り付けられている。ウォータポンプ回転軸１７は、ポンプハウジング２６にベアリング２７、２８を介して回転自在に支持している。
ポンプハウジング２６は、フランジ部２９と軸受ハウジング部３０とシール部材３１とを備えている。
前記フランジ部２９は、ウォータポンプ回転軸１７の軸線Ｃ方向中心にシール保持孔３２を有する平板状に形成される。シール保持孔３２には、シール部材３１が保持される。フランジ部２９は、エンジン本体２のシリンダブロック３に取付ボルト３３により接合され、インペラ２３が配置されるインペラ室２２を閉鎖する。
前記軸受ハウジング部３０は、ウォータポンプ回転軸１７の軸線方向に伸びる円錐台形状のベアリング室３４を形成するベアリング室形成部３５を有し、ベアリング室形成部３５の軸線方向両端に軸受支持部３６、３７を有し、さらに、軸方向一端側の軸受支持部３６の外周にフランジ部２９に接する平板状の取付部３８を有する、断面ハット形状に形成される。軸受ハウジング部３０は、軸受支持部３６、３７にそれぞれベアリング２７、２８を支持してベアリング室３４に配置した状態で、前記フランジ部２９とともに取付部３８をエンジン本体２のシリンダブロック３に取付ボルト３３により接合される。
前記シール部材３１は、前記フランジ部２９のシール保持孔３２に保持され、インペラ室２２とベアリング室３４との間を仕切る。

前記ウォータポンプ回転軸１７は、分割された第１回転軸３９と第２回転軸４０とを有している。第１回転軸３９には、軸線Ｃ方向一端側に前記インペラ２３を結合している。第１回転軸３９とは分割された第２回転軸４０には、軸線Ｃ方向他端側に前記ウォータポンププーリ１８をプーリシート２４を介して結合している。
前記第１回転軸３９の軸方向他端側には、温度感知ケース４１を結合している。温度感知ケース４１は、筒部４２と底部４３と開口部４４とにより内部に収容室４５を形成した有蓋無底筒形状に形成される。温度感知ケース４１は、筒部４２の底部４３側をインペラ室２２内に配置して底部４３を第１回転軸３９に結合し、筒部４２の中間外周を前記シール部材３１によりシールされるとともに前記ベアリング２７により回転自在に支持され、筒部４２の開口部４４側をベアリング室３４に配置している。
温度感知ケース４１は、収容室４５の内部の底部４３側に熱膨張体４６を収容している。熱膨張体４６は、温度の上昇および下降に応じて体積が膨張および収縮する。
温度感知ケース４１には、収容室４５の内部にピストン４７を挿入している。ピストン４７は、熱膨張体４６に接するとともに収容室４５の内面に摺接して移動可能な大径部４８と、大径部４８から収容室４５の開口部４４を挿通してベアリング室３４内に突出された小径部４９とを有している。ピストン４７は、熱膨張体４６の膨張および収縮によって大径部４８が押進および引退され、小径部４９をベアリング室３４内に進出および退出させる。これにより、ピストン４７は、熱膨張体４６の膨張および収縮によって第１回転軸３９と第２回転軸４０との間を往復運動する。
温度感知ケース４１には、収容室４５の内部に円筒形状のリテーナ５０を挿入している。リテーナ５０は、開口部４４の内周に外周を固定され、内周に挿通した前記ピストン４７の小径部４９とスプライン嵌合５１により結合される。リテーナ５０は、ピストン４７とのスプライン嵌合５１によって、筒部４２を介してピストン４７と第１回転軸３９との間で回転を伝達するとともに、小径部４９をベアリング室３４内に進出および退出可能に支持する。
前記ピストン４７には、ピストン４７の軸線方向で小径部４９の第２回転軸４０側の端部に摩擦材を有する第１摩擦板５２を取り付けている。前記第２回転軸４０には、ピストン４７側の第１摩擦板５２と対向する位置に第２摩擦板５３を取り付けている。第１摩擦板５２と第２摩擦板５３とは、熱膨張体４６の膨張または収縮によって、接触状態または非接触状態となるように設定している。
なお、ピストン４７の大径部４８とリテーナ５０との間には、スプリング５４を圧縮して配置している。スプリング５４は、熱膨張体４６の収縮時にピストン４７の熱膨張体４６側への引退動作を助勢する。

次に作用を説明する。
ウォータポンプ１１は、エンジン１のクランク軸８の回転が駆動ベルト１９を介してウォータポンププーリ１８に伝達され、ウォータポンプ回転軸１７の第２回転軸４０を回転される。
ウォータポンプ１１は、寒冷時のエンジン１の始動直後やエンジン１の冷機時などの冷却水温度が低い場合において、熱膨張体４６の収縮によって、またスプリング５４の弾性力も加わり、ピストン４７が熱膨張体４６側に引退される。このため、図３に示すように、第１接触板５２は第２接触板５３と非接触状態となる。よって、ウォータポンプ１１は、ウォータポンププーリ１８が回転していても、第２回転軸４０の回転が第１回転軸３９に伝達されないので、インペラ２３は回転されない。
これにより、ウォータポンプ１１は、エンジン本体２内の冷却水が循環されず、エンジン本体２内にある冷却水のみが燃焼室及びシリンダスリーブから受熱するため、冷却水の温度が上がりやすくなり、燃焼エネルギーが奪われる熱量も低減される。
従って、従来のように、常時ウォータポンプ１１を駆動する場合よりも燃費が向上し、またＣＯやＴＨＣなどの排気ガス成分も低減する。
ウォータポンプ１１は、徐々に冷却水の温度が上昇すると、温度感知ケース４１内の熱膨張体４６の温度が上昇し、熱膨張体４６の膨張によってピストン４７が熱膨張体４６と反対の開口部４４側に押進される。熱膨張体４６の温度が所定の温度まで達すると、図４に示すように、第１摩擦板５２は第２摩擦板５３と接触状態となる。
ウォータポンプ１１は、ウォータポンププーリ１８の回転が第２回転軸４０の第２摩擦板５３から第１摩擦板５２側へ伝達され、第１回転軸３９が回転されるので、インペラ２３が回転されてエンジン本体２内を冷却水が循環される。よって、エンジン１は、冷却水により各部を冷却される。

このように、ウォータポンプ１１は、寒冷時のエンジン１の始動直後およびエンジン１の冷機時などの冷却水温度が低い場合、熱膨張体４６の収縮によって第１摩擦板５２と第２摩擦板５３とが非接触状態となり、ウォータポンププーリ１８が回転した状態であってもインペラ２３が非回転となるので、エンジン本体２内での冷却水の流れを抑制または停止できる。
このため、このウォータポンプ１１は、エンジン本体２内を流れる冷却水の温度低下を防止して、エンジン本体２の冷却水の温度上昇を早期に行うことができ、エンジン本体２によって奪われる熱損失を防止して、燃費向上を図ることができる。
また、ウォータポンプ１１は、熱膨張体４６の温度が所定の温度まで達すると、第１摩擦板５２は第２摩擦板５３と接触状態となってインペラ２３が回転され、エンジン本体２内を冷却水が循環させるので、エンジン１の各部を冷却して機関性能を確保することができる。

この発明は、エンジン本体内を流れる冷却水の温度低下を防止して、冷却水の温度上昇を早期に行うことができ、エンジン本体によって奪われる熱損失を防止して、燃費向上することができるものであり、機械式のウォータポンプを備えたエンジンに適用することができる。

１ エンジン
２ エンジン本体
８ クランク軸
１１ ウォータポンプ
１２ クランクプーリ
１７ ウォータポンプ回転軸
１８ ウォータポンププーリ
１９ 駆動ベルト
２２ インペラ室
２３ インペラ
２６ ポンプハウジング
２７、２８ ベアリング
２９ フランジ部
３０ 軸受ハウジング部
３１ シール部材
３４ ベアリング室
３９ 第１回転軸
４０ 第２回転軸
４１ 温度感知ケース
４６ 熱膨張体
４７ ピストン
５０ リテーナ
５１ スプライン嵌合
５２ 第１摩擦板
５３ 第２摩擦板
５４ スプリング

Claims (1)

1. 軸方向両端部にプーリとインペラとを取り付けた回転軸を設け、該回転軸をポンプハウジングにベアリングを介して回転自在に支持し、前記ポンプハウジングはエンジン本体に接合されるとともに前記インペラが配置されるインペラ室を閉鎖するフランジ部と、前記ベアリングが配置されるベアリング室を形成する軸受ハウジング部と、前記インペラ室と前記ベアリング室とを仕切るシール部材とを備えた車両用ウォータポンプにおいて、前記回転軸は、前記インペラと結合する第１回転軸と、該第１回転軸とは分割され、かつ前記プーリと結合する第２回転軸とを有し、前記第１回転軸に、その一部が前記インペラ室内に配置されるとともにその内部に熱膨張体を収容する温度感知ケースを結合し、該温度感知ケースにその内部に挿入されて、前記熱膨張体の膨張および収縮によって前記第１回転軸と前記第２回転軸との間を往復運動するピストンと、該ピストンと前記第１回転軸との間で回転を伝達するリテーナと、を設け、前記ピストンの軸線方向で第２回転軸側端部に第１摩擦板を取り付け、前記第２回転軸に、前記第１摩擦板と対向する位置に第２摩擦板を取り付け、前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とを、前記熱膨張体の膨張または収縮によって接触状態または非接触状態となるように設定したことを特徴とする車両用ウォータポンプ。

Images