JP7218070B2 - 内燃機関の冷却水ポンプの構造 - Google Patents

Description

本発明は、水冷式の内燃機関における機械式の冷却水ポンプの構造に関する。

車両、特に四輪自動車に搭載される内燃機関は、一般に水冷式になっている。それ故、内燃機関の冷却水を吸込み吐出して循環させる冷却水ポンプが、内燃機関に付帯している。

広く普及している内燃機関における機械式の冷却水ポンプは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに従動し、クランクシャフトからエンジントルクの供給を受けて回転する。クランクシャフトと冷却水ポンプの回転軸との間には、プーリ及びベルトを要素とする巻掛伝動機構が介在する。

冷却水ポンプの回転軸は、その端部に冷却水を圧送するためのインペラを備える。その回転軸は、ベアリングを介してポンプハウジング（ボデー）に回転可能に支持される。インペラを配置するポンプ室とベアリングを設置する軸支室との間には、ポンプ室内の冷却水が軸支室に流入することを抑止するためのシール、典型的にはメカニカルシールを配する。

シールによる冷却水の密封は現実には完璧ではなく、ポンプ室からの冷却水の漏出が不可避的に発生する。その漏出した冷却水が軸支室に満ちてベアリングの機能を阻害することを避けるべく、ポンプハウジングには予め、シールを設けた部位を通じて漏出した冷却水を流下させる流下通路、及び流下した冷却水を一時的に貯留する漏水溜め部を形成してある。

従来の冷却水ポンプ（例えば、下記特許文献を参照）では、漏水溜め部がプーリに向かう前方に開放している。その開口には、プラグを圧入して装着する。プラグには、これを貫通する円筒部を成形している。漏水溜め部に溜まった冷却水の水位がプラグの円筒部の軸孔の高さに達すると、漏水溜め部から溢れる冷却水が軸孔を介してポンプハウジング外に排出される。漏水溜め部内で気化した冷却水の蒸気もまた、プラグの軸孔を介してポンプハウジング外に排出される。

特開２０１９－１１３０３４号公報

従来の冷却水ポンプでは、漏水溜め部に少量の冷却水しか溜めておくことができない。しかも、漏水溜め部に装着したプラグの軸孔は、椀状をなすプーリの内側の空間に開通している。

それ故、シールを設けた部位を通じてある程度以上の量の冷却水が漏出した場合、その冷却水が漏水溜め部からプーリの内側空間に排出され、回転するプーリによって周囲に撒き散らされる。そして、車両のボンネットを開けてエンジンルーム（エンジンコンパートメント）内を視認したユーザが、飛び散った冷却水を目にすることになり、これを冷却水ポンプの初期不良または故障であると誤解してしまう。

その帰結として、ディーラまたは整備工場において、冷却水ポンプの交換等の対応が行われることとなる。だが、既に述べた通り、冷却水の漏出は不具合のない正常な冷却水ポンプにおいても不可避の事象であり、本来不要な処置による無駄なコストが発生していた。

本発明は、冷却水の漏洩が目立つことで不具合のない冷却水ポンプが不具合のあるものと誤認される問題を回避することを所期の目的とする。

本発明に係る内燃機関の冷却水ポンプは、内燃機関の本体に固定したポンプハウジングと、内燃機関のクランクシャフトに従動して回転するプーリと、前記プーリに接続されかつ前記ポンプハウジング内にベアリングを介して回転可能に支持されておりその端部にインペラが設けられた回転軸と、前記インペラと前記ベアリングとの間の部位に設けられ冷却水がインペラ側からベアリング側に流入することを抑止するシールと、前記シールが設けられた部位を通じて漏出した冷却水を流下させる流下通路と、前記流下通路を流下した冷却水を所定量溜めることができる第一の漏水溜め部と、前記第一の漏水溜め部から溢れる冷却水を排出する、前記プーリから離反する方向に開口している排出通路と、前記排出通路を通じて排出された冷却水を所定量溜めることができる第二の漏水溜め部とを具備する。前記第二の漏水溜め部は、内燃機関の本体のシリンダブロックの前記クランクシャフトが突出する方向である前方に取り付けられるフロントカバー内に設けられ、当該第二の漏水溜め部がシリンダブロック側に開放しており、前記第二の漏水溜め部から溢れる冷却水が、前記フロントカバーと前記シリンダブロックとの間隙を通じて流れ落ちるようにして漏洩する。

本発明によれば、冷却水の漏洩が目立つことで不具合のない冷却水ポンプが不具合のあるものと誤認される問題を回避できる。

本発明の一実施形態の内燃機関の冷却水ポンプの構造を示す断面図。 同実施形態の冷却水ポンプの排出通路及び第二の漏水溜め部と内燃機関の本体との位置関係を模式的に示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態の内燃機関の冷却水ポンプは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトからエンジントルクの供給を受けて回転し、冷却水を吸込み吐出して循環させる機械式のものである。クランクシャフトと冷却水ポンプの回転軸３との間には、プーリ３２及びベルト４を要素とする巻掛伝動機構が介在する。

周知の通り、４ストロークレシプロエンジンである内燃機関の本体は、気筒を内包するシリンダブロック１、シリンダブロック１の上部に載置して固定されるシリンダヘッド、シリンダブロック１の下部に固定されるクランクケース及びオイルパン、並びに、これらシリンダブロック１、シリンダヘッド及びクランクケースの前方に取り付けられるフロントカバー（タイミングチェーンカバーまたはチェーンケース）２を備えている。シリンダヘッドには、その上方からシリンダヘッドカバーが装着される。

冷却水ポンプは、内燃機関本体のフロントカバー２に正対したときに、当該フロントカバー２の上下方向の中間部位、かつ吸気側である左寄りの部位に配設される。フロントカバー２から前方に突出しているクランクシャフト及び冷却水ポンプの回転軸３にはそれぞれ、プーリ３２を固着しており、それらプーリ３２にベルト４を巻き掛けて伝動機構を構成し、クランクシャフトから回転軸３にエンジントルクを伝達できるようにしている。

図１に示す本実施形態の冷却水ポンプの基本構造は、既存のそれを概ね踏襲している。本冷却水ポンプは、フロントカバー２の外面即ち前面に固定するポンプハウジング（ボデー）５と、ポンプハウジング５の前端部を囲繞するように配置する概略椀状をなすプーリ３２と、ポンプハウジング５に挿通してその前端部にプーリ３２を、その後端部にインペラ３１を固着している回転軸３と、インペラ３１とベアリング５６との間の部位に設けたシール５２と、シール５２を設けた部位を通じて漏出する冷却水を流下させる流下通路５９と、流下通路５９を流下した冷却水を溜める第一の漏水溜め部５０と、第一の漏水溜め部５０から溢れる冷却水を排出する排出通路８と、排出通路８を通じて排出された冷却水を溜める第二の漏水溜め部２１とを具備する。

プーリ３２は、ベルト４を巻き掛ける周壁３２１と、周壁３２１の前縁に連なる前壁３２２とを有する。前壁３２２の中央部には軸孔を設け、その軸孔に冷却水ポンプの回転軸３の前端部を挿入して固定する。プーリ３２の前壁３２２には、軽量化のための貫通孔３２３を穿つ。

インペラ３１は、内燃機関本体のフロントカバー２とシリンダブロック１との間に形成したポンプ室６に位置付けられる。このポンプ室６には、冷却水の吸込口７及び吐出口が連通している。吸込口７は、冷却水ポンプの回転軸３の軸心方向に沿って後方に開口している。吐出口は、当該回転軸３の軸心方向と直交する方向、即ち図１の紙面と直交する方向に沿った奥方に開口している。回転軸３とともにインペラ３１が軸心回りに回転すると、内燃機関の冷却水が吸込口７から吸い込まれ、吐出口から吐出される。

ポンプハウジング５の内には、ポンプ室６に連接した空洞部室５１と、空洞部室５１に連接しこれよりも内径の小さい軸支室５３とを形成してある。軸支室５３の内周には、アウタレースを嵌入し、アウタレースに保持させたベアリング５６により、回転軸３を回動可能に支持させている。

シール５２は、軸支室５３における、ポンプ室６に近い後端部に設置する。シール５２は、典型的にはいわゆるメカニカルシールであり、ポンプ室６及び空洞部室５１から軸支室５３に冷却水が流入することを抑止する役割を担う。また、アウタレース及びベアリング５６の後端側にも、回転軸３に摺接する補助的なシールとして、シールリング５５を付設している。シールリング５５とメカニカルシール５２との間には、回転軸３の軸心方向に沿って離間したバッファ（隙間）５７が開いている。ポンプ室６及び空洞部室５１からシール５２を介して漏出する冷却水は、まずこのバッファ５７に流入する。

その上で、ポンプハウジング５内に、バッファ５７に連通する蒸気抜き通路５８１及び漏水流下通路５９を穿ち設けている。蒸気抜き通路５８１は、回転軸３の軸心から離反する上方ないし前上方に伸び、その上端がポンプハウジング５内に形成した蒸気放散通路５８２に連接している。蒸気放散通路５８２は、回転軸３の軸心方向と略平行に伸び、ポンプハウジング５の前端面に開口している。その開口箇所は、プーリ３２により囲繞されている、即ちプーリ３２の周壁３２１及び前壁３２２に包囲された内側の空間３２４に位置している。シール５２を介して漏出した後に気化した冷却水の蒸気は、バッファ５７から蒸気抜き通路５８１を経由して蒸気放散通路５８２に至り、ポンプハウジング５外に放出される。

漏水流下通路５９は、回転軸３の軸心から離反する下方ないし後下方に伸び、その下端がポンプハウジング５に形成した第一の漏水溜め部５０に連接している。第一の漏水溜め部５０は、回転軸３の軸心方向と略平行に伸び、ポンプハウジング５の前端面に開口している。その開口箇所は、プーリ３２の内側の空間３２４に位置する。

尤も、本実施形態では、第一の漏水溜め部５０に前方からプラグ５４を圧入して装着している。プラグ５４は、これを貫通する孔を持たない。即ち、第一の漏水溜め部５０の前方の開口はプラグ５４により閉塞されており、第一の漏水溜め部５０の前方の開口からは冷却水が殆どまたは全く漏洩しない。図１中に矢印で表しているように、シール５２を介して漏出した液相の冷却水は、バッファ５７から漏水流下通路５９を経由して流下し、一旦この第一の漏水溜め部５０に溜まる。

第一の漏水溜め部５０に臨むポンプハウジング５のフランジ部、及びこれに接合するフロントカバー２のフランジ部には、それらを貫く排出通路８を穿っている。排出通路８は、第一の漏水溜め部５０に連接し、かつプーリ３２から離反する後方ないし後下方に伸びて、フロントカバー２のフランジ部の後背に位置する第二の漏水溜め部２１に連接している。第一の漏水溜め部５０に流下した冷却水が、当該漏水溜め部５０に連通している排出通路８の高さまで溜まると、図１中に矢印で表しているように、その溜まった冷却水が排出通路８を通じて第二の漏水溜め部２１に排出される。

図２に、冷却水ポンプの排出通路８及び第二の漏水溜め部２１と内燃機関の本体との位置関係を模式的に示している。図２は、図１に示す冷却水ポンプの排出通路８及び第二の漏水溜め部２１を、図１の右方から見た状態でもある。エンジンルームに搭載した内燃機関は、気筒のシリンダボアの軸線がやや傾斜した姿勢をとる。本実施形態では、その内燃機関の傾斜した搭載角を利用して、フロントカバー２の内に第二の漏水溜め部２１を構成している。

図２中に矢印で表しているように、第二の漏水溜め部２１から溢れる冷却水は、フロントカバー２と内燃機関の本体のシリンダブロック１との間隙を通じて流れ落ちるようにして漏洩する。その漏洩した冷却水は、高温のシリンダブロック１に触れ、またはシリンダブロック１から発せられる熱により、速やかに気化して蒸発する。しかも、この冷却水が漏洩する箇所は、車両のボンネットを開けてエンジンルーム内を視認する人の目線Ｅと交わらず（人が当該箇所を見通すことができず）、人が漏洩する冷却水を直接目視することは極めて困難である。

本実施形態の冷却水ポンプは、内燃機関の本体に固定したポンプハウジング５と、前記ポンプハウジング５の一部を囲うように配され内燃機関のクランクシャフトに従動して回転するプーリ３２と、前記プーリ３２に接続されかつ前記ポンプハウジング５内にベアリング５６を介して回転可能に支持されておりその端部にインペラ３１が設けられた回転軸３と、前記インペラ３１と前記ベアリング５６との間の部位に設けられ冷却水がインペラ３１側からベアリング５６側に流入することを抑止するシール５２と、前記シール５２が設けられた部位を通じて漏出した冷却水を流下させる流下通路５９と、前記流下通路５９を流下した冷却水を所定量溜めることができる第一の漏水溜め部５０と、前記第一の漏水溜め部５０から溢れる冷却水を排出する、前記プーリ３２から離反する方向に開口している排出通路８と、前記排出通路８を通じて排出された冷却水を所定量溜めることができる第二の漏水溜め部２１とを具備する。

本実施形態によれば、冷却水の漏洩が目立つことで、ユーザまたはディーラが不具合のない冷却水ポンプを不具合のある冷却水ポンプと誤認する問題を有効に回避できる。従って、本来不要な冷却水ポンプの交換等を行わずに済むようになる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的な構成や処理の内容は、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。

１…シリンダブロック
２…フロントカバー
２１…第二の漏水溜め部
３…回転軸
３１…インペラ
３２…プーリ
５…ポンプハウジング
５２…シール
５６…ベアリング
５９…流下通路
５０…第一の漏水溜め部
８…排出通路

Claims (1)

1. 内燃機関の本体に固定したポンプハウジングと、
   内燃機関のクランクシャフトに従動して回転するプーリと、
   前記プーリに接続されかつ前記ポンプハウジング内にベアリングを介して回転可能に支持されておりその端部にインペラが設けられた回転軸と、
   前記インペラと前記ベアリングとの間の部位に設けられ冷却水がインペラ側からベアリング側に流入することを抑止するシールと、
   前記シールが設けられた部位を通じて漏出した冷却水を流下させる流下通路と、
   前記流下通路を流下した冷却水を所定量溜めることができる第一の漏水溜め部と、
   前記第一の漏水溜め部から溢れる冷却水を排出する、前記プーリから離反する方向に開口している排出通路と、
   前記排出通路を通じて排出された冷却水を所定量溜めることができる第二の漏水溜め部とを具備し、
   前記第二の漏水溜め部が、内燃機関の本体のシリンダブロックの前記クランクシャフトが突出する方向である前方に取り付けられるフロントカバー内に設けられ、当該第二の漏水溜め部がシリンダブロック側に開放しており、
   前記第二の漏水溜め部から溢れる冷却水が、前記フロントカバーと前記シリンダブロックとの間隙を通じて流れ落ちるようにして漏洩する内燃機関の冷却水ポンプの構造。

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