JPH0249918A - エンジン用水ポンプの支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シリンダヘッドに冷却水通路を形成したエ
ンジンの冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、断熱エンジンの冷却装置は、例えば、実開昭６０
−１５９２１号公報に開示されている。

この断熱エンジンの冷却装置を第２図を参照して説明す
る。この断熱エンジンの冷却’Ａ’ｌｌについては、シ
リンダライナ上方部外周のシリンダブロック４１の縦方
向に少なくとも上下二段に形成された冷却室４２．４３
と、各冷却室４２．４３に設置された冷媒の温度を検出
する温度センサー４４゜４５と、該温度センサー４４．
４５の検出信号に対応する冷媒の流速制御信号を冷媒駆
動手段４７に伝達するコントローラ４６とを有し、該コ
ントローラ４６により各冷却室４２．４３中の冷媒の流
速を制御するものである。この断熱エンジンについては
、シリンダライナの上方部分５２を一体に形成したシリ
ンダヘッド５０の内側に、シリンダヘッド内壁部４９と
シリンダライナ上方部５１を一体に形成したライナヘッ
ド５５を嵌合している。シリンダヘッド５０の近傍には
冷却室５３が形成されている。シリンダブロック４１及
びシリンダヘッド５０は、鋳物で製作されている。ライ
ナヘッド５５、シリンダライナ４８及びピストンへラド
５４は、セラミックスで製作されている。

図中、符号Ａ、　　Ｂは冷却水の流れ方向を示す。

また、実開昭５９−１８２６号公報には、内燃機関用ウ
ォータポンプが開示されている。該内燃機関用ウォータ
ポンプは、インペラ側のメカニカルシールとベアリング
との間の空間内の位置において、ポンプシャフトに羽＋
艮屯を装着し、３亥ポンプのケーシングに該羽根車と該
ベアリングとの間の空間内に開口し且つ外界に連通ずる
空気吸入孔、及び該メカニカルシールと該羽根車との間
に開口し且つ外界に連通ずる水抜孔を穿孔し、該羽根車
により該吸入孔より空気を吸入し、該水抜孔より該空間
内の水及び／又は水蒸気を排出するように構成したもの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記内燃機関用ウオークポンプでは、水
ジャケット内に配置したインペラを取付けたポンプシャ
フトをケースに回転可能に支持するためベアリングが設
りてあり、該ベアリングを潤滑するため該ベアリングに
グリース、オイル等の潤滑油が供給されるものである。

また、該ベアリングを保護するため、前記ベアリングと
水ジャケットを形成する前記ケースとの間にメカニカル
シールを設け、シールを行っている。更に、水ジャケッ
トからｉｌした水及び／又は水蒸気を排出するため、ｌ
；１記ケースに空気を吸入する吸入孔及び水及び／又は
水蒸気を排出する水抜孔を設けなければならず、構造が
複雑になると共に、シール構造にも困難性があった。そ
こで、インペラを取付けたシャフトの支持構造を如何に
構成すれば、構造節単に且つシールの問題を解決できる
かの課題があった。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
エンジン冷却のため冷却水を水シャケ。

トとラジェータ間に循環させる水ポンプをシリンダヘッ
ドに取付ける場合に、水ポンプのインペラを支持する支
持構造において、水ポンプのンヤフト及びベアリングを
セラミックスによって製作し、セラミ・ツク製ベアリン
グに対してグリース又はオイルによる潤滑を排除して水
そのもので潤滑し、シール上の問題を解決すると共に、
支持構造自体を簡単化し、また、シリンダへ７ド下面部
からピストンの上死点付近までの高温部の放熱を水冷却
によって効率的に行い、シリンダライナの下部から水ジ
ャケットを排除した部分断熱構造の断熱エンジンの冷却
系において、水ジャケットを必要最小限に小型に形成し
て水ポンプを小型電動式に形成した冷却系に適用して極
めて好ましいエンジン用水ポンプ支持構造を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の課題を解決し、上記の目的を達成す
るため、次のように構成されている。即ち、この発明は
、シリンダヘッドに形成した冷却水通路内に配置した水
ポンプのインペラと前記シリンダヘッドに取付けたケー
スの外側に配置した水ポンプのモータとを接続するセラ
ミック製シャフトをセラミック製ベアリングを介して前
記ケースに回転可能に支持したことを特徴とするエンジ
ン用水ポンプの支持構造に関する。

〔作用〕

この発明は、上記のように構成しており、次のように作
用する。即ち、このエンジン用水ポンプの支持構造は、
水ポンプのインペラとモータとを接続するソヤフト及び
該シャフトを支持するベアリングをセラミック材料で製
作したので、オイル又はグリースによる潤滑を必要とせ
ず且つ水そのものによる潤滑を行い、従って前記ベアリ
ング内に冷却水通路から水及び／又は水蒸気が侵入して
も差し支えなく、支持構造にシール構造を組み込む必要
がない。従って、水ポンプの支持構造をコンパクトに且
つ構造簡単に構成できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明によるエンジン用水ポ
ンプの支持構造の実施例を詳述する。

第１図において、この発明によるエンジン用水ポンプの
支持構造の一実施例が示されている。このエンジン用水
ポンプの支持構造は、部分断熱構造の断熱エンジンに適
用して好ましいものである。

例えば、部分断熱構造の断熱エンジンとしては、シリン
ダ１６を形成するシリンダプロ、り、該ノリンダブロソ
クのシリンダ１６に嵌合されたセラミック材料で構成し
たシリンダライナ、前記シリンダブロックに固定された
シリンダへｙ　ト’　１　、並びにセラミック材料から
構成したピストンヘッドを断熱材を介してピストン本体
に取付けたピストンから構成されている。しかも、冷却
水通路である水ジャゲット２は、シリンダへノドｌに対
してのみ形成されているものであり、シリンダブロック
には水シャケ７１〜は形成されていないものである。上
記断熱エンジンについては、往復動型エンジンについて
、作動ガス圧力及び温度が高い時には熱伝達量が増加す
るが、低い時には余り多くの熱伝達量でないことに着眼
し、ピストンのに死点付近の高温部の放熱を効・（シ的
に行うことによってシリンダヘッドの下部の冷却水によ
る冷却を不要にするものであり、水ジャケット２をシリ
ンダヘッド１にのみ設けて必要最小限に小型に形成し、
水ポンプ３を小型電動式に形成することができるもので
ある。第１図に示ずシリンダヘッド１については、吸排
気ボート等の構造については説明を分かり易くするため
省略されており、水ジャケット２のみが示されているが
、シリンダブロックに形成されたシリンダ１６に対応す
る位置を想像線によって示している。シリンダヘッド１
には、水ジャケット２の水入口１１が一端に形成され、
また、水ジャケット２の水出口１２が他端に形成されて
いる。また、水出口１２が形成されたシリンダへノド１
の端部には、ケース６が固定され、該ケース６に水ポン
プ３が支持されている。この水ポンプ３については、電
動式で且つ小型に構成することができ、水ポンプ３のイ
ンペラ４をモータ５によって回転駆動するシャツ）１０
を炭化珪素等のセラミック材料で製作することができ、
しかも、このセラミック製シャフ＋−ｉ　ｏを回転支持
するベアリング７を同様に炭化珪素等のセラミック材料
で製作することができる。インペラ４とモータ５とを連
結するシャフト１０及び該シャフト１０を回転支持する
ベアリング７　（図では一対）をセラミックスで製作す
ることによって、水ジャケノ！・２からベアリング７に
侵入する水及び／又は水蒸気等によるベアリング７及び
シャフト１０の腐食を考慮する必要がないので、ベアリ
ング７に対する潤滑については、グリース又はオイルに
よる潤滑を排除することができ、しかも、水ジャケット
２からベアリング７へと侵入する水そのもので潤滑する
ことができる。また、モータ５は、ロータ１５及び電磁
コイル１４から成り、シリンダヘッド１に固定されたケ
ース６の外側に配置されたものである。従って、酸モー
タ５のシールは、ケース６の外側でシール８によって節
ｉｒｌに行うことができる。

モータ５の駆動により水ポンプ３を作動させることによ
って、水ジャリーソト２とラジェータ（図示省略）との
間を循環する冷却水は、水ジャケット２の水入口１１か
ら導入され、矢印で示す方向に流れてシリンダヘッド１
を冷却し、次いで水ポンプ３の吸込口１７からインペラ
４に吸入されて水出口１２から送り出され、配管によっ
てラジェータへと送り込まれて循環される。このように
構成することによって、水ジャケット２、水ポンプ３、
及び水ポンプ３のケース６への支持構造をコンパクトに
且つ簡単に構成することができる。図では、温度センサ
ー１３は、冷却水温を測定するように水ジヤケツト２中
に設置されているが、温度の最も高温部となる吸排気バ
ルブのバルブシートの間に設置してもよいことは勿論で
ある。

この水ポンプ３は、上記のように、冷却水を循環させる
ためシリンダヘッド１に内蔵され、且つエンジンの駆動
とは独立して駆動できる電動タイプに構成されている。

水ポンプ３のモータ５を駆動する電力は、例えば、断熱
エンジンに設けられたエネルギー回収装置で得た電力を
直接利用したり、又は、−旦バソテリに蓄電された電力
等を利用することができる。更に、水ポンプ３は、温度
センサー１３の信号即ち出力を受けてコントローラ９に
よって制御できるように構成することができる。即ち、
水ポンプ３を駆動する制御については、温度センサー１
３によって測定されたシリンダヘッド１の温度或いは冷
却水の温度が高温時には循環する冷却水の流量を増大さ
せ、また、低温時には循環する冷却水の流量を減少させ
るように行う。それ故に、水ポンプ３の駆動を、エンジ
ンの駆動とは独立して行うので、エンジンの駆動状態と
は無関係に冷却水の流量を自由にコントロールすること
ができる。従って、エンジンの冷却のために必要な駆動
損失を最小限に止めることができる。なお、図示してい
ないが、ピストン及びシリンダブロックは断熱構造に構
成されている。シリンダブロックに形成されたシリンダ
１６にはセラミック製シリンダライナが嵌合している。

ピストンは、燃焼室側に配置されたセラミック類のピス
トンヘッド、及び該ピストンへノドを断熱材を介して固
定しているピストン本体から構成することができる。ま
た、シリンダヘッドｌは、場合によっては、シリンダラ
イナ上部とシリンダヘッド下面部とを一体構造に構成す
ることもできる。この場合に、シリンダライナ上部はシ
リンダライナの上方部にガスケットを介して位置してい
る。また、シリンダライナ上部、シリンダヘッド下面部
及びピストンヘッドによって燃焼室が形成される。

このシリンダヘッド下面部には、吸排気バルブの各バル
ブが配設される吸排気口のハルブンートが形成されてい
る。シリンダヘッドとシリンダライナ上部は、金属、例
えば、鋳鉄で構成されているが、このシリンダライナ上
部及びシリンダヘッドには、シリンダへノドとシリンダ
ライナ上部に渡って冷却水通路である水ジャケット２が
形成されている。言い換えれば、シリンダヘッド１に形
成された水ジャケット２はシリンダライナ上部の外周側
にも伸びている。この水ジャケット２は、燃焼室に面す
る部分、特に、シリンダヘッド下面部からピストンのト
ソプデノトセンター付近の高温部までを冷却するように
構成されているので、この高温部での熱に対する問題は
何ら生じない。上８己のように、シリンダヘッド１とシ
リンダライナ上部のみに対して水ジャケット２を設ける
ように構成したので、水ジヤケツト２自体の形状を極め
て節潔な構造に形成でき、冷却水の流れ抵抗を小さくす
ることができる。それ故に、冷却水を循環させる水ポン
プ３の容量も小さく構成することができる。更に、シリ
ンダブロックには、シリンダボアとなるシリンダライナ
が密着状態に嵌合し、しかも、シリンダライナは、ジル
コニア、窒化珪素、炭化珪素等のセラミック材料で製作
され、鋳物から作られたシリンダブロックのシリンダに
鋳込み、圧入、焼嵌め等によって嵌合されている。

〔発明の効果〕

この発明は、上記のように構成しており、次のような効
果を存する。即ち、このエンジン用水ポンプの支持構造
は、シリンダヘラ）・に形成した冷却水通路内に配置し
た水ポンプのインペラと前記シリンダヘッドに取付けた
ケースの外側に配置した水ポンプのモータとを接続する
セラミック製ノヤフトをセラミック製ベアリングを介し
て前記ケースに回転可能に支持したので、オイル又はグ
リースによる潤滑を必要とせず、水そのものので潤滑す
ることができ、前記ベアリング内に冷却水通路からの水
及び／又は水蒸気が侵入しても、ベアリングの腐食等の
問題はなく、ベアリングに対するシール構造を構成する
必要がない。従って、水ポンプのシャフトの支持構造を
コンパクトに且つ構造面単に構成できる。また、水ジャ
ケソ］・である冷却水通路をシリンダヘッドにのみ形成
した場合には、該水ジャケットの冷却水通路を単純な形
状に形成でき、最小限に小型に形成し、水ポンプを小型
電動式に形成することができ、しかも、ピストンの上死
点付近の高温部の放熱を十分に効率的に且つｉＢ速に行
うことができる。

また、前記冷却水通路に水温センサーを設置し、該水温
センサーの出力に応して前記モータの速度を制御できる
ように構成できるので、その場合には、水ポンプの駆動
をエンジンの駆動とは独立して行うことができ、冷却水
の’ｌ＞Ｆ、　ｆＦＥを自由にコントロールすることが
できる。例えば、シリンダ・＼ノドの温度或いは冷却水
の温度が高温時には循環する冷却水の流量を増大させ、
また、低温時には循環する冷却水の流量を減少させるよ
うに行うことができる。従って、エンジンの冷却のため
に必要な駆動Ｉ４失を最小限に止めることができる。

更に、前記冷却水通路は各燃焼室にわたって直列に連通
し、該冷却水通路を通じて前記シリンダヘッドの一端か
ら他端へ冷却水を一方向に循環させるように構成した場
合には、循環する冷却水の流れ抵抗を小さくすることが
でき、水ポンプを小型電動式に構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるエンジン用水ポンプの支持構造
の一実施例を示す断面図、及び第２図は従来の断熱エン
ジンの冷却装置の一例を示す断面図である。 ■　　シリンダヘット、２−−水ジャケント、３　　水
ポンプ、４　　インペラ、５　−モータ、６−　ケース
、７　　セラミック製ベアリング、１０　　セラミ、り
製ソヤフト、１３　　温度センサー 出願人　　いす−自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダヘッドに設けた冷却水通路内に配置した水ポン
   プのインペラと前記シリンダヘッドに取付けたケースの
   外側に配置した水ポンプのモータとを接続するセラミッ
   ク製シャフトをセラミック製ベアリングを介して前記ケ
   ースに回転可能に支持したことを特徴とするエンジン用
   水ポンプの支持構造。