JP2000282862A - エンジンのウォータポンプ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの温度が上昇したときにのみ冷却水
の循環を行い、また、暖機運転中には、冷却水の循環を
停止するようにしたウォータポンプを得る。 【解決手段】 プーリ２０とポンプ軸１６との間にクラ
ッチ機構を設けて、例えば、エンジンの暖機運転の際の
冷却水温度が低温のときは、プーリ２０のみを回転させ
てポンプ軸１６の回転を停止させる。冷却水の温度が上
昇したときは、ポンプ軸１６に設けたバイメタル４４が
その温度を検知して反り、ポンプ軸１６の摺動可能なプ
ッシュロッド１８を押圧し弁体を開口して流体を循環さ
せ、この流体を介してプーリ２０の動力をポンプ軸１６
に伝達させる。これによって、ウォータポンプ１１が駆
動して冷却水が循環する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車または複数
のシリンダを有するエンジンに適用することができる、
エンジンのウォータポンプ構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのシリンダブロック内に設けら
れた冷却水通路の車両前部側にはＶベルトによって、冷
却用ファンと共に駆動され冷却水を強制的に循環させる
ウォータポンプが取り付けられている。このウォータポ
ンプの構造を図１３に基づいて簡単に説明する。

【０００３】図において、ウォータポンプ１は、第一ポ
ンプケース２に第二ポンプケース３を組み付け、第一ポ
ンプケース２の内側に圧入したベアリング４でポンプ軸
５を回転自在に保持すると共に、ポンプ軸５の一端部５
ａにＶベルト（図示なし）が係合するプーリ６を嵌合固
定し、他端部５ｂにインペラ７を取付けたものである。
符号８で示すものはウォータポンプ１のうず流室であ
り、符号９で示すものはメカシールである。

【０００４】ウォータポンプ用駆動装置として、特開平
７−１６７１６６号公報に開示されているものがある。
この公報に開示されているものは、ウォータポンプ羽根
車が流体摩擦継手を介して駆動されるようにし、高いエ
ンジン回転数のときにウォータポンプ羽根車の回転が減
制御されるようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来技術
において、ウォータポンプはエンジンの各部（例えば、
シリンダブロックのシリンダや、シリンダヘッドの燃焼
室）の温度、特にシリンダヘッドの温度が上がり過ぎな
いように冷却水を圧送しているものである。しかしなが
ら、シリンダヘッドが過熱していないような場合は、冷
却水を強制的に循環させる必要がない。したがって、こ
のような場合は、エネルギーが無駄に消失されているこ
とになる。

【０００６】また、エンジンの始動時には、シリンダや
シリンダヘッドを速やかに暖めて（暖機して）、燃料が
霧化しやすい温度状態にすべきであるが、ウォータポン
プにより冷却水が循環しているため、オーバクールとな
って、エンジン温度が上がりにくく、暖機時間が長くな
る等の問題があった。これに対して、従来は冷却水通路
にサーモスタットを設けて、バイパス通路を接続してい
たが、部品点数が多くなると共に、エンジンのレイアウ
トの自由度が制限される等の問題があった。

【０００７】特開平７−１６７１６６号公報に開示され
ているウォータポンプ用駆動装置は、エンジンの始動時
にインペラの駆動を停止するようにしたものなので、本
発明の課題を解決しているものではない。

【０００８】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
り、プーリとポンプ軸との間にクラッチ機構を設けて、
シリンダヘッドが過熱していないときは、冷却水の循環
を停止し、温度が上昇したときには流体を循環させてウ
ォータポンプを作動して、冷却水を圧送すると共に、暖
機運転中においても、冷却水の循環を停止するようにし
たエンジンのウォータポンプ構造を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、請求項１に記載された発明に
よれば、ウォータポンプのポンプケースの内側にポンプ
軸を回転自在に保持し、該ポンプ軸に外力で駆動される
プーリを回転自在に取り付け、該プーリの内部に該プー
リの動力を前記ポンプ軸に流動によって伝達する流体を
封入すると共に、冷却水の温度を検知して前記流体を流
動、停止させる感温体を設けたことを特徴とするもので
ある。

【００１０】請求項１記載の発明は、ポンプケースの内
側に保持したポンプ軸に外力で駆動されるプーリを回転
自在に取り付けて、例えば、エンジンの始動時の冷却水
が低温の際には、その温度を感温体で検知して、プーリ
の動力をポンプ軸に伝達する流体の流れを停止してポン
プ軸の回転を止め、プーリのみを回転させて、冷却水が
循環しないようにする。

【００１１】冷却水の温度が上昇した際は、その温度を
感温体で検知して、プーリに内封した流体を循環させ、
流体によりプーリの動力をポンプ軸に伝達させてポンプ
軸を回転させ、冷却水を強制的に循環させる。すなわ
ち、流体を循環させてウォータポンプを駆動して冷却水
を圧送して、シリンダブロックのシリンダ及び、シリン
ダヘッドの燃焼室等エンジンの各部を冷却させる。

【００１２】また、請求項２に記載された発明によれ
ば、請求項１に記載されたものにおいて、前記ポンプ軸
の一側の端部近傍に流体用の弁体を配設し、他側の端部
近傍に冷却水の温度を検知する感温体を配設したことを
特徴とするものである。

【００１３】請求項２記載の発明は、冷却水の温度が上
昇した場合、その温度をポンプ軸の他側の端部近傍に配
設した感温体で検知して、ポンプ軸の一側の端部近傍に
設けた流体用の弁体を開け、プーリに内封した流体を流
動させ、この流体によりプーリの動力をポンプ軸に伝達
させてポンプ軸を回転させ、冷却水をエンジン等に循環
させる。

【００１４】また、請求項３に記載された発明によれ
ば、請求項２に記載されたものにおいて、前記ポンプ軸
を軸方向に貫通するプッシュロッドを摺動可能に設け、
該プッシュロッドの一端部は前記弁体に、他端部は前記
感温体に各々当接可能に設けられていることを特徴とす
るものである。

【００１５】請求項３記載の発明は、ポンプ軸に摺動可
能に設けたプッシュロッドの一端部を弁体に、他端部を
感温体に各々当接可能に設けて、冷却水の温度が上昇し
た場合、その温度をポンプ軸の他側の端部近傍に設けた
感温体で検知し、感温体がプッシュロッドを押圧して摺
動させ、プッシュロッドで、その一側の端部近傍に設け
た弁体を押圧して弁体を開け、流体を流動させて、流体
によりプーリの動力をポンプ軸に伝達させる。

【００１６】さらに、請求項４に記載された発明によれ
ば、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のものにおい
て、前記プーリの内側に放射状にフィンを設けると共
に、前記ポンプ軸の一側に設けた円盤状の従動プレート
に放射状に従動フィンを設け、該従動フィンと前記フィ
ンとは幅狭のクリアランスをもって対向していることを
特徴とするものである。

【００１７】請求項４記載の発明は、プーリの内側の環
状の盛上部に設けたフィンと、従動プレートに設けた従
動フィンとの対向面に幅狭のクリアランスを設けて、流
体が流れる際の剪断抵抗が大きくなるようにし、プーリ
の動力を確実にポンプ軸に伝達させて回転させる。

【００１８】請求項５に記載された発明によれば、請求
項４に記載されたものにおいて、前記プーリの内側に設
けた環状の盛上部の上部を傾斜面に形成し、該傾斜面に
放射状にフィンを設けると共に、該フィンに対向させ
て、従動プレートに円弧状フィンを形成したことを特徴
とするものである。

【００１９】請求項５記載の発明は、プーリの内側の、
フィンを設けた盛上部の上部を傾斜面に形成させて、オ
イルが循環する際、オイルの流れに角度をもたせ、オイ
ルが従動プレートの円弧状フィンに前記角度でぶつかる
ようにする。そして、円弧状フィンで、このオイルの流
れを受け止めて回転力を発生させるようにする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、要
部を模式的に示した図１及び図２に基づいて説明する。
図１において、ウォータポンプ１１のポンプケース１２
は、第一ポンプケース１３と第二ポンプケース１４とか
ら概略構成されており、第一ポンプケース１３の内側に
はベアリング１５が設けられ、ベアリング１５にはポン
プ軸１６が回転自在に支持されている。このポンプ軸１
６の軸心部には貫通孔１７が設けられており、貫通孔１
７にはプッシュロッド１８が摺動可能に配設されてい
る。符号１９はＯリングである。

【００２１】また、ポンプ軸１６の一側１６ａはポンプ
ケース１２より外部に突出しており、この突出した一側
１６ａの部分に、外力すなわちエンジンによって駆動さ
れるプーリ２０が回転自在に取り付けられている。プー
リ２０は、ポンプ軸１６にシールベアリング２１を介し
て支持された断面略凹状の第一クラッチケース２２と、
第一クラッチケース２２の凹部側に該凹部を覆うように
取り付けられた第二クラッチケース２３と、第一クラッ
チケース２２の外周面に取り付けたプーリ本体２４とか
ら概略構成されている。

【００２２】プーリ本体２４と、第一クラッチケース２
２と、第二クラッチケース２３とはボルト２５によって
一体に固定されている。これにより、ポンプ軸１６の一
側１６ａは第一クラッチケース２２と第二クラッチケー
ス２３とで囲まれた空間部に突出していることになる。

【００２３】また、第二クラッチケース２３の内側の略
中央には、図３に示すように、円盤状のクラッチプレー
ト２６が取り付けられている（図５をも参照）。クラッ
チプレート２６の中央部にはプッシュロッド１８が遊挿
する孔２７が設けられ、縁部側には小径のオイル孔２８
が形成されている。

【００２４】また、クラッチプレート２６にはオイル孔
２８を開閉する板ばね２９が取り付けられている。板ば
ね２９は基端部がクラッチプレート２６のオイル孔２８
の対称位置にリベット３０によって固定されており、自
由端側でオイル孔２８を塞いでいる。板ばね２９は基端
部に設けた折れ曲がった爪２９ａがクラッチプレート２
９のスリット（図示なし）に嵌入することにより廻り止
めとなっている。この板ばね２９とクラッチプレート２
６とによって弁体が構成されている。

【００２５】前述のプッシュロッド１８の一端部１８ａ
の先端は、図１及び図５に示すように、クラッチプレー
ト２６の孔２７を挿通して板ばね２９に当接している。
さらに、第二クラッチケース２３の内側には環状の盛上
部２３ａが形成されており、この盛上部２３ａの上面に
は放射状にケース側フィン３１が設けられている。

【００２６】また、ポンプ軸１６の一側１６ａにはスプ
ライン３２が設けられており、スプライン３２には、図
４に示すように円盤状の従動プレート３３が嵌合されて
いる。従動プレート３３の周縁側には放射状に従動フィ
ン３４が形成されている。

【００２７】そして図１及び図５に示すように、従動フ
ィン３４と、第二クラッチケース２３のケース側フィン
３１とは互いに対向しており、ケース側フィン３１及び
従動フィン３４の対向する先端間は幅狭のクリアランス
３５を有して非接触となっている。これら従動フィン３
４及びケース側フィン３１の枚数は同じでなくてもよ
い。図１及び図５中、符号３６で示すものは従動プレー
ト３３の抜けを防止するサークリップである。

【００２８】上記のようにポンプ軸１６に第一クラッチ
ケース２２及び従動プレート３３を組み付け、さらに、
第一クラッチケース２２に第二クラッチケース２３を組
み付けることによって形成された空間部には、図１及び
図５に示すように、オイル室Ａ、オイル室Ｂそしてオイ
ル室Ｃが形成される。

【００２９】オイル室Ａとオイル室Ｂとは、第二クラッ
チケース２３に設けたオイル通路３７及びオイル通路３
８によって連通しており、オイル室Ａとオイル室Ｃとは
クラッチプレート２６に設けた開閉可能のオイル孔２８
によって連通されている。

【００３０】さらに、オイル室Ｂを構成する第一クラッ
チケース２２にはオイルをオイル通路３７に導く第一傾
斜面３９が設けられ、オイル室Ｃを構成する第二クラッ
チケース２３にはオイルをケース側フィン３１、従動フ
ィン３４及びクリアランス３５に導く第二傾斜面４０が
設けられている（拡大して示す図５をも参照）。

【００３１】図１において、符号４１はオイル通路３８
の端部に設けた盲栓である。上記プーリ２０の第一クラ
ッチケース２２及び第二クラッチケース２３により形成
される内部、特に、オイル室Ａ、オイル通路３７，３８
及びオイル室Ｂには、図５に網線で示すように、一定量
のオイルが充填内封されている。

【００３２】また、図１に示すように、ポンプ軸１６の
他側１６ｂは第二ポンプケース１４のうず流室４２内に
突出しており、この突出部分にインペラ４３が嵌合、固
定されている。インペラ４３の取付側端部には感温体で
あるバイメタル４４が装着されている。このバイメタル
４４の中央部にはプッシュロッド１８の他端部１８ｂが
シム４５を介して接触している。符号４６はバイメタル
４４の外れを防止するサークリップ、符号４７はメカシ
ールを各々示している。

【００３３】次に、本発明の実施の形態の作用を説明す
る。エンジンの始動後はＶベルト等によって、プーリ２
０のプーリ本体２４、第一クラッチケース２２及び第二
クラッチケース２３が一体で回転する。図５は、この回
転時のプーリ２０に内封したオイルの状態を示したもの
である。オイルは遠心力によって、プーリ２０の外周側
のオイル室Ｂに集まり、回転による揚程によってオイル
室Ａをもオイルで充満されている。このときケース側フ
ィン３１及び従動フィン３４がオイルに浸漬されないよ
うに内封したオイル量は制限されている。

【００３４】このようにケース側フィン３１、従動フィ
ン３４がオイルに浸漬されないので従動プレート３３及
びポンプ軸１６は回転駆動されない。よって、ウォータ
ポンプ１１も駆動されることはない。エンジンの回転が
続き、冷却水の温度が上昇するのにつれ、図６に示すよ
うに、バイメタル４４が反り、設定温度にてシム４５を
介してプッシュロッド１８が摺動して板ばね２９を押し
オイル孔２８が開口する。

【００３５】これによって、図７及び図８に矢印で示す
ように、オイル室Ａ内のオイルがクラッチプレート２６
のオイル孔２８を通ってオイル室Ｃ内に流入し、さら
に、遠心力によって、ケース側フィン３１と従動フィン
３４とのクリアランス３５を通り、また、ケース側フィ
ン３１の各々の間及び従動フィン３４の各々の間を通っ
てオイル室Ｂに流入し、さらに、オイル通路３７及びオ
イル通路３８を通ってオイル室Ａに戻る。このときオイ
ルの剪断抵抗によって、従動プレート３３が駆動され、
ポンプ軸１６及びインペラ４３が回転してウォータポン
プ１１が駆動される。すなわち、ウォータポンプ１１の
駆動時において、オイルはこの順路で循環して、ポンプ
軸１６を回転させることになる。

【００３６】図９に示す実施の形態は、ポンプ軸１６の
他側１６ｂに装着したインペラ４３の端部に、うず流室
４２（図１参照）の冷却水に臨むようにサーモユニット
４８を設けたものである。サーモユニット４８はケース
４９の内部にワックス５０を備え、ダイヤフラム５１及
びリテーナ５２によって密封されている。また、ダイヤ
フラム５１にプランジャー５３を接触させて設け、プラ
ンジャー５３の先端部はシム４５を介してプッシュロッ
ド１８に当接している。図９において、符号５４で示す
ものはケース４９を保持するサークリップである。

【００３７】そして、図１０に示すように、エンジンの
冷却水温度の上昇によりワックス５０が固体から液化す
ることによる体積膨張によりプランジャー５３がシム４
５を介してプッシュロッド１８を押圧する。そして、前
述したように、オイル孔２８が開口してオイルが流れる
ことによってウォータポンプ１１が駆動し冷却水が循環
する。すなわち、一定温度以上になると、ウォータポン
プ１１が駆動することになる。

【００３８】また、図１１に示す実施の形態は、第二ク
ラッチケース２３の内側に設けた環状の盛上部２３ａの
上部を傾斜面５５に形成し、この傾斜面５５に放射状に
フィン５６を設け、さらにこのフィン５６に対向させ
て、円弧状フィン５７を従動プレート３３に形成させた
ものである（図１２参照）。

【００３９】このように構成したので、傾斜面５５によ
ってオイルの流れが角度を有し、オイルが従動プレート
３３の円弧状フィン５７に角度α（図１１参照）で当た
るようになる。円弧状フィン５７は湾曲面を有している
ので、オイルの流れを受けて回転力が発生する。この回
転力と、オイルの前記剪断抵抗とによって従動プレート
３３を強く従動回転させることができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
たエンジンのウォータポンプ構造であるから、請求項１
に記載された発明によれば、シリンダヘッドが過熱して
いないときや、エンジン始動のときの冷却水温度が低温
の際には、その温度を感温体で検知して、流体の流れを
停止してポンプ軸の回転を止め、プーリのみを回転させ
て、ウォータポンプの駆動を停止させることができる。
これによって、冷却水の強制的な循環を回避することが
できる。

【００４１】そして、冷却水の温度が上昇した際は、そ
の温度を感温体で検知して、プーリに内封した流体を循
環させ、流体によってプーリの動力をポンプ軸に伝達す
ることができる。これにより、ポンプ軸が回転して、冷
却水を強制的に循環させ、シリンダブロックのシリンダ
や、シリンダヘッドの燃焼室等エンジンの各部を冷却す
ることができる。

【００４２】請求項２に記載された発明によれば、冷却
水の温度が上昇した場合、その温度をポンプ軸の他側に
配設した感温体で検知して、ポンプ軸の一側に設けた流
体用の弁体を開けるようにしたので、プーリに内封した
流体が循環し、この流体によりプーリの駆動力をポンプ
軸に伝達させることができる。これによって、ポンプ軸
が回転し、冷却水をエンジン等に強制的に循環させるこ
とができる。

【００４３】請求項３記載の発明は、ポンプ軸に摺動可
能に設けたプッシュロッドの一端部を弁体に、他端部を
感温体に各々当接可能に設けたので、冷却水の温度が上
昇した場合、その温度をポンプ軸の他側に設けた感温体
で検知することができると共に、感温体がプッシュロッ
ドの他端部を押圧して摺動させ、プッシュロッドの一端
部が弁体を押圧して弁体を開口させるので、流体が循環
して、プーリの動力をポンプ軸に伝達させることができ
る。

【００４４】請求項４記載の発明は、プーリの内側の環
状の盛上部に設けたフィンと、ポンプ軸の一側に設けた
従動プレートに設けた従動フィンとの対向面に幅狭のク
リアランスを設けたので、流体がクリアランスを通る際
の剪断抵抗が大きくなり、プーリの動力をポンプ軸に確
実に伝達することができる。これによって、ポンプ軸が
回転して冷却水を循環させることができる。

【００４５】請求項５記載の発明は、プーリの内側の盛
上部を傾斜面に形成し、この傾斜面にフィンを設けたの
で、循環するオイルの流れに角度を持たすことができ、
オイルを従動プレートの円弧状フィンに角度を持たせて
ぶつけることができる。円弧状フィンがこのオイルの流
れを受け止めれば、ウォータポンプのポンプ軸に大きな
回転力が発生し、この回転力と前記剪断抵抗とによっ
て、従動プレートをより積極的に従動させることができ
る。

【００４６】また、請求項１乃至５記載の発明は、エン
ジンが始動してから、水温が一定温度に達する間はウォ
ータポンプが駆動しないので、ポンプのメカニカルロス
を減少させることができる。さらに、従来使用している
サーモスタットの開弁温度でウォータポンプが駆動する
ように設定することにより、サーモスタット、サーモケ
ース及び冷却水のバイパスホース等が不要となりコスト
ダウンを図ることができる。

【００４７】また、エンジンの暖機時のオーバクールを
防止して、燃焼速度を安定化することができ、燃費を向
上させることができる。また、始動後の暖機時間を大幅
に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の要部を概略的に示した一
部断面図である。

【図２】図１に示すものの左側面図である。

【図３】図１に示す円盤状のプレート及び板ばねの正面
図である。

【図４】図１に示す従動プレートの正面図である。

【図５】図１に示すプーリの断面図である。

【図６】図１に示すバイメタルが反ったところを示す断
面図である。

【図７】図１に示すプーリに充填したオイルがエンジン
の始動により循環しているところを示す断面図である。

【図８】図７に示すもののＡ−Ａ線に沿う断面図であ
る。

【図９】他の実施の形態を示す断面図である。

【図１０】図９のサーモユニットが作動したところを示
す断面図である。

【図１１】さらに、他の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図１２】図１１のＢ−Ｂ線に沿うもので、従動プレー
トのみを示す断面図である。

【図１３】従来のウォータポンプを示す断面図である。

【符号の説明】

１１ ウォータポンプ １２ ポンプケース １６ ポンプ軸 １６ａ 一側 １６ｂ 他側 １８ プッシュロッド １８ａ 一端部 １８ｂ 他端部 ２０ プーリ ２３ａ 盛上部 ２６ クラッチプレート ２９ 板ばね ３１ ケース側フィン ３３ 従動プレート ３４ 従動フィン ３５ クリアランス ４４ バイメタル ４８ サーモユニット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウォータポンプのポンプケースの内側に
   ポンプ軸を回転自在に保持し、該ポンプ軸に外力で駆動
   されるプーリを回転自在に取り付け、該プーリの内部に
   該プーリの動力を前記ポンプ軸に流動によって伝達する
   流体を封入すると共に、冷却水の温度を検知して前記流
   体を流動、停止させる感温体を設けたことを特徴とする
   エンジンのウォータポンプ構造。
2. 【請求項２】 前記ポンプ軸の一側の端部近傍に流体用
   の弁体を配設し、他側の端部近傍に冷却水の温度を検知
   する感温体を配設したことを特徴とする請求項１記載の
   エンジンのウォータポンプ構造。
3. 【請求項３】 前記ポンプ軸を軸方向に貫通するプッシ
   ュロッドを摺動可能に設け、該プッシュロッドの一端部
   は前記弁体に、他端部は前記感温体に各々当接可能に設
   けられていることを特徴とする請求項２記載のエンジン
   のウォータポンプ構造。
4. 【請求項４】 前記プーリの内側に放射状にフィンを設
   けると共に、前記ポンプ軸の一側に設けた円盤状の従動
   プレートに放射状に従動フィンを設け、該従動フィンと
   前記フィンとは幅狭のクリアランスをもって対向してい
   ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
   載のエンジンのウォータポンプ構造。
5. 【請求項５】 前記プーリの内側に設けた環状の盛上部
   の上部を傾斜面に形成し、該傾斜面に放射状にフィンを
   設けると共に、該フィンに対向させて、従動プレートに
   円弧状フィンを形成したことを特徴とする請求項４記載
   のエンジンのウォータポンプ構造。