JP2020197156A - 自動車用のウォータポンプ一体式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸をメカニカルシールで水封しているウォータポンプにおいて、ドレン水溜まり部の容量を無理なく増大できる構造を実現させる。【解決手段】シリンダブロック２の前面にフロントカバー３が固定されており、ウォータポンプ１のカバーハウジング４がフロントカバー３に固定されている。フロントカバー３の一部が、ポンプ室１６を有するポンプハウジングを兼用している。ドレン通路は、カバーハウジング４に形成された下向きドレン通路２１と、フロントカバー３及びシリンダブロック２の横向き張り出し部５，６に貫通した横向きドレン通路２３とを有しており、横向きドレン通路２３にドレン水溜まり部２４，２５を形成している。ドレン水溜まり部２４，２５は機関本体を構成する部材の合わせ面に形成されているため、容量を無理なく増大できる。【選択図】図１

Description

本願発明は、ウォータポンプを機関本体に一体化した自動車用内燃機関に関するものである。

自動車用の内燃機関は一般に水冷式であり、このため、クランク軸で駆動されるウォータポンプを備えている。ウォータポンプはクランクプーリによって駆動されるが、特許文献１に開示されているように、ウォータポンプの全体が機関本体とは独立した構造になっているものと、特許文献２に開示されているように、ポンプ室を機関本体に形成した一体化タイプとがある。

いずれにしても、ウォータポンプは、一端部にインペラーが固定された回転軸を備えており、回転軸はベアリングによってカバーハウジングに回転自在に保持されている。そして、カバーハウジングには、冷却水がベアリングの側に流れるのを阻止するシール材（メカルニカルシール）を設けているが、シール材の水封機能は完全とは云えず、僅かながら漏水（ドレン水）が発生しやすい。

そこで、回転軸とシール座との隙間を通過した冷却水がベアリングまで到達しないように、カバーハウジングには、漏洩したドレン水を排出するドレン通路が形成されているが、ドレン水がそのまま地面に流下すると、例えばガレージに駐車して暖機運転をしているときに水滴が床に落ちることで欠陥や故障と誤認されることがあるため、ドレン通路にドレン水溜まり部を設けている。

その例として特許文献１では、回転軸が回転自在に保持されたカバーハウジングとポンプ室が形成されたポンプハウジングとの合わせ面にドレン水溜まり部を形成して、ドレン水溜まり部の上端部に排出口を形成すると共に、ドレン水溜まり部の中途高さ位置に、ドレン水が排出口にダイレクトに向かうことを阻止する制御壁を形成することが開示されている。

他方、特許文献２では、ドレン水溜まり部は、回転軸が回転自在に保持されたカバーハウジングに形成しており、カバーハウジングとフロントカバーとの合わせ面にドレン水の排出口を形成している。特許文献２のように、フロントカバーをウォータポンプのハウジングの一部に兼用すると、部材点数を抑制して内燃機関を軽量化できる利点がある。

特開２０１１−２４７１７９号公報 特開２０１６−０７００９４号公報

さて、ドレン通路にドレン水溜まり部を形成しているのは、既述のとおり、ドレン水ができるだけ流れ落ちないように溜めておくためなので、ドレン水溜まり部の容量はできるだけ大きいのが望ましい。この点、特許文献１のような外付け式のウォータポンプでは、ハウジングを大きくすることはできないため、ドレン水溜まり部の容量を大きくすることに限度がある。

他方、特許文献２のようにウォータポンプを機関本体に組み込んだ方式では、フロントカバーやシリンダブロックを利用することにより、大きな容量のドレン水溜まり部を形成することができると云える。

本願発明はこのような現状を背景にして成されたものであり、特許文献２のようにウォータポンプの構成要素を機関本体で兼用している構成において、機関本体を有効利用してドレン水溜まり部の容量増大を実現しようとするものである。

本願発明は、
「シリンダブロックとその前面に固定されていてタイミングチェーンを覆うフロントカバー、及び、クランクプーリで駆動されるウォータポンプを備えており、
前記ウォータポンプは、前記フロントカバーを貫通する回転軸と、前記フロントカバーの外面に固定されると共に前記回転軸を回転自在に保持するカバーハウジングとを有しており、前記フロントカバーを利用して前記ウォータポンプのポンプ室を形成している」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記回転軸のシール部を通過して前記ポンプ室から漏洩した冷却水が排出されるドレン通路を、前記カバーハウジングに設けた下向きドレン通路と、前記下向きドレン通路の下端に連通して前記フロントカバーとシリンダブロックとに貫通した横向きドレン通路とで構成し、少なくとも前記フロントカバーとシリンダブロックとの合わせ面に、前記横向きドレン通路の断面積を大きくしたドレン水溜まり部を形成している」
という構成を付加している。

本願発明において、ドレン水溜まり部は、シリンダブロックとフロントカバーとの合わせ面に形成することに加えて、カバーハウジングとフロントカバーとの合わせ面に形成してもよい。

本願発明では、シリンダブロックやフロントカバーは大きな体積であるため、本願発明のようにシリンダブロックやフロントカバーを利用してドレン水溜まり部を形成すると、ドレン水溜まり部の容量を従来に比べて格段に大きくできる。

従って、ドレン水が地面に流れ落ちることを抑制して、欠陥や故障と誤認される事態を防止又は著しく抑制できる。また、ウォータポンプと上向きドレン通路も備えていて、ドレン水を蒸発させて放散させることも行われているが、ドレン水の溜まり量を増大できると、ドレン水溜まり部がドレン水で満杯になる前にドレン水を蒸発させる機能も向上するため、ドレン水溜まり部が満杯になることを抑制できる。この面でも、ドレン水の垂れ落ちを抑制できる。

しかも、シリンダブロックやフロントカバーは、ドレン水溜まり部を大型化したことによって軽量化されるため、燃費の向上にも貢献できる。

実施形態のように、ドレン水溜まり部を、シリンダブロックとフロントカバーとの合わせ面に形成した第２ドレン水溜まり部と、フロントカバーとカバーハウジングとの合わせ面に形成された第１ドレン水溜まり部とで構成して、両者を仕切る隔壁に連通穴を形成すると、内燃機関の振動や車体の振れによってドレン水が第１ドレン水溜まり部から第２ドレン水溜まり部に移行することを抑制できるため、ドレン水溜まり部が満杯でないのに揺れや振動によってドレン水が地面に落ちるという不具合を大幅に抑制できる。従って、ドレン水溜まり部の容量を大きくしたことの効果を的確に享受できる。

実施形態の要部を内燃機関の吸気側面の方向から見た縦断側面図である。 要部の斜視図であり、カバーハウジングはフランジのみを表示している。 カバーハウジングを図１のIII-III 視方向から見た図である。 要部の破断斜視図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向、左右方向はクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向としている。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置されている側を前、変速機が配置されている側を後ろとしている。

本実施形態では、内燃機関は、クランク軸を車幅方向に向けると共に、機関本体の排気側面を車体の前進方向に向けた横置き前排気の姿勢でエンジンルームに配置されている。従って、内燃機関の前後左右と車体の前後左右とは９０度相違している。また、車体の向きを基準にすると、機関本体の吸気側面は後ろ側に向いている。

(1).基本構造
図１は、ウォータポンプ１の配置部を排気側面の方向から見た縦断側面図であり、この図に示すように、機関本体は、シリンダブロック２とその前面に固定されたフロントカバー（チェーンカバー）３とを有しており、フロントカバー３の前面に、ウォータポンプ１の構成要素であるカバーハウジング４が固定されている。

図２に示すように、シリンダブロック２とフロントカバー３とには、タイミングチェーンの配置空間よりも吸気側に突出した横向き張り出し部５，６を形成しており、フロントカバー３の横向き張り出し部６にカバーハウジング４が固定されている。シリンダブロック２の横向き張り出し部５には、冷却水戻り通路７が内蔵されたボス部８が一体に繋がっている。なお、図２において符号９で示すのは、ブローバイガスからオイルミストを除去するセパレータ室であり、セパレータ室９は蓋で塞がれる。

図１に示すように、カバーハウジング４には、回転軸１０がボールベアリング１１を介して回転自在に保持されており、回転軸１０のうちカバーハウジング４から外側にはみ出た一端部にプーリ１２が固定されている。ウォータポンプ１のプーリ１２とクランクプーリ（図示せず）とには、補機駆動ベルト（図示せず）が巻き掛けられている。プーリ１２は、カバーハウジング４を部分的に囲うように椀状に形成されており、回転軸１０には補強円板１３を介して固定されている。ボールベアリング１１は、カバーハウジング４に圧入されたアウターレース１４を有している。

カバーハウジング４は、回転軸１０を保持する厚肉の部分と、複数のボルト挿通穴４ａ（図２参照）が開口したフランジ４ｂとを有しており、フランジ４ｂは下方に長くなっている。

回転軸１０は、フロントカバー３を貫通して冷却水戻り通路７に臨んだ他端部を有しており、この他端部にインペラー１５を固定している。そして、フロントカバー３に、ポンプ室１６を形成している。従って、フロントカバー３の一部が、ウォータポンプ１のポンプハウジングの一部を構成している。ウォータポンプ１は、シリンダブロック２の上部に配置されている。

本実施形態では、冷却水は、ポンプ室１６には回転軸１０の軸心方向から流入して、インペラー１５の回転軌跡の外周方向（接線方向）に排出される。そこで、シリンダブロック２のうち冷却水戻り通路７の上方部に、冷却水送り通路１７が形成されている。図示は省略するが、冷却水送り通路１７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に向かう部分と、シリンダヘッドに向かう部分とに分岐しており、冷却水の温度で作動するサーモ弁により、殆どがシリンダヘッドのウォータジャケットに流れる状態と、殆どがシリンダブロックのウォータジャケットに流れる状態とに切り替わるようになっている。

回転軸１０には、ポンプ室１６の冷却水がボールベアリング１１に向けて流れることを防止するため、第１及び第２のシール材１８，１９が、ある程度の間隔を開けた状態で嵌まっている。第１シール材１８はカバーハウジング４に回転不能に嵌着しており、第２シール材１９はアウターレース１４に回転不能に嵌着している。従って、回転軸１０は、両シール材１８，１９に対して回転自在に嵌まっており、２つのシール材１８，１９を備えたメカニカルシール構造によってポンプ室１６と水封されている。

(2).ドレン通路
そして、カバーハウジング４のうち両シール材１８，１９の間の部位に、第１シール材１８を漏洩した冷却水（ドレン水）を排出するため、上向きドレン通路２０と下向きドレン通路２１とを形成している。上向きドレン通路２０は、冷却水を蒸発させて排出するものであり、出口２０ａはプーリ１２の内部に向けて開口している。従って、水蒸気は、プーリ１２の回転によって吸引されて外部に放散していく。符号２２で示すのは、ドリル加工によって形成された穴を塞いでいるプラグである。

下向きドレン通路２１の下端には、フロントカバー３及びシリンダブロック２の横向き張り出し部５，６に貫通した横向きドレン通路２３が連通している。横向きドレン通路２３は、カバーハウジング４とフロントカバー３との合わせ面に形成された第１ドレン水溜まり部２４と、フロントカバー３とシリンダブロック２との合わせ面に形成された第２ドレン水溜まり部２５と、両ドレン水溜まり部２４，２５を仕切る隔壁２６に形成された連通穴２７と、シリンダブロック２の横向き張り出し部５に形成した排出穴２８とを有している。

２つのドレン水溜まり部２４，２５の上面は略同じ高さになっているが、下面について見ると、第２ドレン水溜まり部２５の下面が第１ドレン水溜まり部２４の下面よりも少し低くなっている（同じ高さでもよい。）。連通穴２７と排出穴２８とは略同じ高さになっており、両ドレン水溜まり部２４，２５の上端近くに位置している。容量は、第２ドレン水溜まり部２５が第１ドレン水溜まり部２４よりも大きくなっている。

この構成において、第１シール材１８を漏洩した冷却水の一部は蒸発して上向きドレン通路２０から放散され、残りは、下向きドレン通路２１に流下していったん第１ドレン水溜まり部２４に溜まり、第１ドレン水溜まり部２４が満杯になったら連通穴２７から第２ドレン水溜まり部２５に流れ込み、第２ドレン水溜まり部２５が満杯になると排出穴２８から外部に流下する。

この場合、両ドレン水溜まり部２４，２５はフロントカバー３とシリンダブロック２との横向き張り出し部５，６に形成されているが、横向き張り出し部５，６はある程度の前後幅を有しているため、両ドレン水溜まり部２４，２５ともある程度の前後幅を確保できると共に、両ドレン水溜まり部２４，２５の下面を低くすることは問題なく行えるため、両ドレン水溜まり部２４，２５の容量を任意に設定できる。従って、ドレン水が簡単には地面に垂れ落ちないように、十分に溜めておくことができる。また、ドレン水溜まり部２４，２５の容量増大により、フロントカバー３及びシリンダブロック２を軽量化して燃費向上にも貢献できる。

また、ドレン水を両ドレン水溜まり部２４，２５で大量に溜めておけることにより、ドレン水を蒸発させて上ドレン通路２０から排出させる機能を向上できるため、第２ドレン水溜まり部２５が満杯になることを抑制できる。この面でも、ドレン水の垂れ落ちを大幅に抑制できる。

実施形態では、横向きドレン通路２３に２つのドレン水溜まり部２４，２５を形成したが、フロントカバー３を部分的に貫通させて１つのドレン水溜まり部を形成することも可能である。すなわち、フロントカバー３に隔壁２６を備えていない形態に形成することも可能である。但し、この場合は、車体の揺れなどにより、ドレン水が排出穴２８に移動しやすくなるおそれがある。

この点、実施形態のように２つのドレン水溜まり部２４，２５を隔壁２６で区分すると、冷却水の移動を抑制して、両ドレン水溜まり部２４，２５が満杯になる前に冷却水が垂れ落ちる現象を防止できる利点がある。なお、ドレン水溜まり部２４，２５は、各部材をダイキャスト又は鋳造で製造するに際して、簡単に形成できる。

本実施形態の内燃機関は、シリンダボア軸線が鉛直線に対して少しの角度（例えば数度〜１０度）前傾するようにスラントさせている。他方、シリンダブロック２の横向き張り出し部５は、シリンダブロック２の上部に位置しているため、横向きドレン通路２３の排出穴２８から流下したドレン水を、シリンダブロック２の吸気側面に伝い落とすことができる。

そして、シリンダブロック２は運転によって昇温しているため、ドレン水を、シリンダブロック２の吸気側面を伝って流れる途中で蒸発させることができる。例えば、図２において符号２９で示すのはオルタネータを取り付けるためのボス部であり、ドレン水は、横向きドレン通路２３の排出口２８からボス部２９に伝い流れて、更に、クランクケースなどに流下し得るため、シリンダブロック２との接触による蒸発を促進できる。本実施形態では、この面においても、ドレン水が地面に垂れ落ちることを防止又は大幅に抑制できる。

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、第１ドレン水溜まり部２４と第２ドレン水溜まり部２５との２つのドレン水溜まり部を設ける場合、第１ドレン水溜まり部２４を第２ドレン水溜まり部２５よりも深く形成することが可能である。回転軸は、樹脂リングなどで回転自在に保持してもよい。

本願発明は、自動車用内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ ウォータポンプ
２ シリンダブロック
３ フロントカバー
４ カバーハウジング
５，６ 横向き張り出し部
７ 冷却水戻り通路
１０ 回転軸
１１ ボールベアリング
１２ プーリ
１５ インペラー
１６ ポンプ室
１７ 冷却水送り通路
１８，１９ シール材
２０ 上向きドレン通路
２１ 下向きドレン通路
２３ 横向きドレン通路
２４，２５ ドレン水溜まり部
２６ 隔壁
２７ 連通穴
２８ 排出穴

Claims (1)

1. シリンダブロックとその前面に固定されていてタイミングチェーンを覆うフロントカバー、及び、クランクプーリで駆動されるウォータポンプを備えており、
   前記ウォータポンプは、前記フロントカバーを貫通する回転軸と、前記フロントカバーの外面に固定されると共に前記回転軸を回転自在に保持するカバーハウジングとを有しており、前記フロントカバーを利用して前記ウォータポンプのポンプ室を形成している構成であって、
   前記回転軸のシール部を通過して前記ポンプ室から漏洩した冷却水が排出されるドレン通路を、前記カバーハウジングに設けた下向きドレン通路と、前記下向きドレン通路の下端に連通して前記フロントカバーとシリンダブロックとに貫通した横向きドレン通路とで構成し、少なくとも前記フロントカバーとシリンダブロックとの合わせ面に、前記横向きドレン通路の断面積を大きくしたドレン水溜まり部を形成している、
   自動車用のウォータポンプ一体式内燃機関。

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