JP7486892B2 - Structure of cooling water pump for internal combustion engine - Google Patents
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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。 The present invention relates to the structure of a mechanical cooling water pump in a water-cooled internal combustion engine.
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。 Internal combustion engines installed in vehicles, especially four-wheeled automobiles, are generally water-cooled. Therefore, a cooling water pump that draws in, discharges, and circulates the cooling water for the internal combustion engine is attached to the internal combustion engine.
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。 The mechanical cooling water pumps used in commonly used internal combustion engines are driven by the crankshaft, which is the output shaft of the internal combustion engine, and rotate with engine torque supplied from the crankshaft. Between the crankshaft and the rotating shaft of the cooling water pump, there is a winding transmission mechanism consisting of a pulley and a belt.
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。 The rotating shaft of the cooling water pump has an impeller at its end for pumping cooling water. The rotating shaft is rotatably supported in the pump housing (body) via bearings. A seal, typically a mechanical seal, is provided between the pump chamber in which the impeller is located and the bearing support chamber in which the bearing is installed to prevent the cooling water in the pump chamber from flowing into the bearing chamber.
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外部に排出する排出口や、漏出後に気化した冷却水の蒸気を外部に排出する放散通路を形成してある(例えば、下記特許文献を参照)。 In reality, the seals are not perfect at sealing the cooling water, and leakage of the cooling water from the pump chamber is inevitable. To prevent the leaked cooling water from filling the bearing chamber and impairing the function of the bearing, the pump housing is provided with an exhaust port that discharges the leaked cooling water to the outside through the area where the seal is installed, and a diffusion passage that discharges the cooling water vapor that has evaporated after leakage to the outside (for example, see the following patent document).
図3に、従来の冷却水ポンプの構造を示している。上述した排出口21と放散通路582とは、連通している。そして、従来の冷却水ポンプでは、放散通路582が椀状をなすプーリ32の内側の空間324に開通する一方、排出口21はプーリ32から離反する方向に開通している。
Figure 3 shows the structure of a conventional cooling water pump. The above-mentioned
プーリ32の前壁322には、軽量化のために肉抜きとなる貫通孔323が穿たれている。内燃機関のクランクシャフトに従動してプーリ32が回転すると、プーリ32の内側の空間324にある空気がプーリ32に連れ回される。それにより、図3中に矢印で表しているように、前面の貫通孔323からプーリ32の内側空間324に空気を吸引し、その空気をプーリ32の後端から外方に排出するような流れが生じる。
The
この空気の流れにより、放散通路582の周囲に負圧が生じ、放散通路582の内部と排出口21の内部との間に圧力差が生じる。しかも、排出口21の付近には、車両が走行することによりエンジンルーム(エンジンコンパートメント)に吹き込む走行風や、冷却水を空冷するラジエータに付随する電動のファンが発生させる風が入り込んでくる。結果、正圧化した排出口21から空気がポンプハウジング5内に流入し、シール52の近傍を通過して放散通路582から流出するようになる。その気流とともに異物がポンプハウジング5内に侵入した場合、異物がシール52に噛み込み、シール52による密封性が損なわれて漏水量が増加する懸念が生じる。
This air flow creates negative pressure around the
本発明は、以上の問題に着目してなされたものであり、ポンプハウジング5内への異物の侵入を防止することを所期の目的としている。
The present invention was developed to address the above problems, and its intended purpose is to prevent foreign matter from entering the
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、前記ポンプハウジング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溜める漏水溜め部と、前記漏水溜め部から溢れる冷却水を排出する、前記プーリに向かう方向に開口している排出口と、前記排出口とは別の、前記漏水溜め部に連通し当該漏水溜め部に溜まった冷却水の漏洩が起こるように完全密閉はされていない漏洩隙間とを具備する。その上で、前記漏洩隙間は、前記漏水溜め部に連通し前記内燃機関の本体に向かう方向に開口している副排出口と、副排出口に向かって突出し当該副排出口の漏水溜め部に連通する箇所の周縁に当接ないし密接して副排出口と漏水溜め部との連通を略遮断する突部との隙間として構成する。なお、前記副排出口の前記漏水溜め部に連通している位置の高さは、前記流下通路の漏水溜め部に連通している当該流下通路の下端の位置の高さよりは高位にあり、前記排出口の漏水溜め部に連通している位置の高さよりは低位にあることがある。 The cooling water pump for an internal combustion engine according to the present invention comprises a pump housing fixed to the body of the internal combustion engine, a pulley arranged to surround a part of the pump housing and rotating in response to the crankshaft of the internal combustion engine, a rotating shaft connected to the pulley and rotatably supported within the pump housing via a bearing, with an impeller provided at its end, a seal provided between the impeller and the bearing to prevent cooling water from flowing from the impeller side to the bearing side, a flow-down passage through which cooling water leaked through the part where the seal is provided flows down, a leakage water reservoir section for storing the cooling water that has flowed down the flow-down passage, a discharge port opening in the direction toward the pulley and discharging cooling water overflowing from the leakage water reservoir section, and a leakage gap separate from the discharge port, which communicates with the leakage water reservoir section and is not completely sealed to allow leakage of cooling water stored in the leakage water reservoir section. In addition, the leakage gap is configured as a gap between a secondary discharge port that communicates with the leakage water reservoir and opens in a direction toward the main body of the internal combustion engine, and a protrusion that protrudes toward the secondary discharge port and abuts or closely contacts the periphery of the secondary discharge port at a location where the secondary discharge port communicates with the leakage water reservoir, thereby substantially blocking communication between the secondary discharge port and the leakage water reservoir. Note that the height of the position where the secondary discharge port communicates with the leakage water reservoir may be higher than the height of the position of the lower end of the downflow passage that communicates with the leakage water reservoir of the downflow passage, and may be lower than the height of the position where the discharge port communicates with the leakage water reservoir.
本発明によれば、内燃機関に付帯する冷却水ポンプのポンプハウジング内への異物の侵入を防止することができる。 The present invention makes it possible to prevent foreign matter from entering the pump housing of a cooling water pump attached to an internal combustion engine.
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。
One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The cooling water pump of the internal combustion engine in this embodiment is a mechanical type that rotates by receiving engine torque from the crankshaft, which is the output shaft of the internal combustion engine, and sucks in and discharges cooling water to circulate it. Between the crankshaft and the rotating
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面側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。 As is well known, the main body of an internal combustion engine, which is a four-stroke reciprocating engine, comprises a cylinder block 1 containing the cylinders, a cylinder head placed and fixed on the top of the cylinder block 1, a crankcase and oil pan fixed to the bottom of the cylinder block 1, and a front cover (timing chain cover or chain case) 2 attached to the front side of the cylinder block 1, cylinder head and crankcase. A cylinder head cover is attached to the cylinder head from above.
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。
When facing the
図1に示す本実施形態の冷却水ポンプの基本構造は、既存のそれをほぼ踏襲している。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591と、流下通路591を流下した冷却水を溜める漏水溜め部8と、漏水溜め部8から溢れる冷却水を排出する排出口592と、当該排出口592とは別に漏水溜め部8に連通している漏洩隙間9とを具備する。
The basic structure of the cooling water pump of this embodiment shown in Figure 1 is almost the same as that of the existing one. This cooling water pump is equipped with a pump housing (body) 5 fixed to the outer surface, i.e., the front surface, of the
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。
The
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。
The
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54を嵌入する。そして、そのアウタレース54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。
Inside the
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54の後端部にも、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。
The
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591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。
In addition, a
漏水流下通路591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とフロントカバー2との間の漏水溜め部8に連接している。漏水溜め部8は、ポンプハウジング5とフロントカバー2との合わせ面の一方であるポンプハウジング5のフランジ部の後向面を前方に窪ませ、かつ他方であるフロントカバー2の前向面を後方に窪ませることにより形成している。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591を経由して流下し、一旦この漏水溜め部8に溜まる。
The leakage
図1及び図2に示すように、漏水溜め部8に臨むポンプハウジング5のフランジ部には、これを貫通する排出口592を穿っている。排出口592は、漏水溜め部8に連通し、かつ回転軸3の軸心方向と略平行に伸びて、ポンプハウジング5のフランジ部の前向面に開口している。その開口箇所は、プーリ32の内側の空間324に面している。排出口592の漏水溜め部8に連通している位置の高さは、漏水流下通路591の漏水溜め部8に連通している位置の高さよりも高位にある。漏水溜め部8に流下した冷却水が排出口592の高さまで溜まると、その溜まった冷却水が当該排出口592を通じて冷却水ポンプの外部に排出される。
As shown in Figures 1 and 2, the flange portion of the
並びに、漏水溜め部8に臨むフロントカバー2にも、これを貫通する副排出口21を穿っている。この副排出口21は、図3に示した従来の冷却水ポンプが具備している排出口に相当する。副排出口21は、漏水溜め部8に連通し、かつ回転軸3の軸心方向と略平行に伸びて、フロントカバー2におけるシリンダブロック1に対向する後向面に開口している。つまり、排出口592の開口する方向と、副排出口21の開口する方向とは、相反している。また、副排出口21の漏水溜め部8に連通している位置の高さは、漏水流下通路591の漏水溜め部8に連通している位置の高さよりも高位にあるが、排出口592の漏水溜め部8に連通している位置の高さよりは低位にある。
In addition, the
本実施形態の冷却水ポンプと、従来の冷却水ポンプとの相違点として、上記の前方に開口した排出口592を設けていることとともに、副排出口21を敢えて閉塞していることが挙げられる。図1及び図2に示しているように、ポンプハウジング5のフランジ部の後向面からは、副排出口21の漏水溜め部8に連通する箇所に向かって後方に突出した突部50を成形してある。この突部50の外径は、副排出口21の内径または開口断面積よりも大きい。突部50は、フロントカバー2に対してポンプハウジング5を組み付けたときに、副排出口21の漏水溜め部8に連接する箇所の周縁に当接ないし密接し、副排出口21と漏水溜め部8との連通を略遮断する。しかしながら、突部50による副排出口21の密閉は完璧ではない。漏水溜め部8に溜まった冷却水は、極僅かながら、突部50と副排出口21の周縁との隙間9を介して、冷却水ポンプの外部に排出される。
The cooling water pump of this embodiment differs from a conventional cooling water pump in that the above-mentioned forward-opening
隙間9から漏洩する冷却水の流量は、正規の排出口592から排出される冷却水の流量よりも顕著に少ない。隙間9から漏洩する冷却水は、ユーザにとって目立ちにくい、内燃機関のフロントカバー2とシリンダブロック1との間に流下する。しかも、その漏洩した冷却水は、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、蒸発する。
The flow rate of the cooling water leaking from the
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591と、前記流下通路591を流下した冷却水を溜める漏水溜め部8と、前記漏水溜め部8から溢れる冷却水を排出する、前記プーリ32に向かう方向に開口している排出口592と、前記排出口592とは別の、前記漏水溜め部8に連通し当該漏水溜め部8に溜まった冷却水の漏洩が起こるように完全密閉はされていない漏洩隙間(即ち、突部50と、副排出口21の漏水溜め部8に連接する箇所の周縁との隙間)9とを具備する。
The cooling water pump of this embodiment comprises a
本実施形態によれば、シール52を介して漏出し漏水溜め部8に溜まった冷却水の大半が、プーリ32の内側空間324に面する排出口592を介して排出されることになる。さらに、従来の冷却水ポンプの構造と比較して、この排出口592の内部の圧力と、放散通路582の内部の圧力との差が小さくなる。故に、排出口592からポンプハウジング5内に流入しシール52の近傍を通過して放散通路582から流出する空気の流量が減少し、その空気の流れとともに異物がポンプハウジング5内に侵入する可能性が小さくなる。従って、異物がシール52に噛み込んでシール52による密封性が損なわれる問題を有効に回避できる。
According to this embodiment, most of the cooling water that leaks through the
しかも、寒冷地における冬季等において、仮に排出口592内で冷却水が凍結することがあったとしても、漏洩隙間9にて生じる毛細管現象により漏水溜め部8に溜まった冷却水を徐々に外部に排出することができる。漏洩隙間9に連なる副排出口21はシリンダブロック1に面しており、これら漏洩隙間9及び副排出口21は排出口592に比して凍結しにくい。
Moreover, even if the cooling water freezes in the
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。 The present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part and the content of the processing can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention.
1…シリンダブロック
2…フロントカバー
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
591…流下通路
592…排出口
8…漏水溜め部
9…漏洩隙間
Reference Signs List 1: Cylinder block 2: Front cover 3: Rotating shaft 31: Impeller 32: Pulley 5: Pump housing 52: Seal 56: Bearing 591: Flow passage 592: Discharge port 8: Leakage water reservoir 9: Leakage gap
Claims (2)
前記ポンプハウジング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溜める漏水溜め部と、
前記漏水溜め部から溢れる冷却水を排出する、前記プーリに向かう方向に開口している排出口と、
前記排出口とは別の、前記漏水溜め部に連通し当該漏水溜め部に溜まった冷却水の漏洩が起こるように完全密閉はされていない漏洩隙間と
を具備し、
前記漏洩隙間は、前記漏水溜め部に連通し前記内燃機関の本体に向かう方向に開口している副排出口と、副排出口に向かって突出し当該副排出口の漏水溜め部に連通する箇所の周縁に当接ないし密接して副排出口と漏水溜め部との連通を略遮断する突部との隙間である内燃機関の冷却水ポンプの構造。 A pump housing fixed to a body of the internal combustion engine;
a pulley arranged to surround a portion of the pump housing and rotated by a crankshaft of an internal combustion engine;
a rotating shaft connected to the pulley and rotatably supported within the pump housing via bearings, the rotating shaft having an impeller at one end thereof;
a seal provided between the impeller and the bearing to prevent cooling water from flowing from the impeller side to the bearing side;
a flow passage for allowing cooling water leaking through the portion where the seal is provided to flow down;
a leakage water reservoir that accumulates the cooling water that has flowed down the flow passage;
a drain port that opens in a direction toward the pulley and drains the cooling water that overflows from the leakage water reservoir;
a leakage gap that is not completely sealed and communicates with the leakage reservoir portion and allows leakage of cooling water accumulated in the leakage reservoir portion, the leakage gap being separate from the discharge port;
A structure of a cooling water pump for an internal combustion engine, in which the leakage gap is a gap between a secondary discharge port that communicates with the leakage reservoir and opens in a direction toward the main body of the internal combustion engine, and a protrusion that protrudes toward the secondary discharge port and abuts or is in close contact with the periphery of the point where the secondary discharge port communicates with the leakage reservoir, thereby substantially blocking communication between the secondary discharge port and the leakage reservoir.
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