(57)【要約】【課題】メカニカルシールに異物が噛み込むことがないウォータポンプを提供する。【解決手段】ウォータポンプ９は、ポンプハウジング２０とカバーハウジング２２と回転軸２５とを有しており、回転軸２５の一端部にインペラ２６を固定している。回転軸２５は、軸受け２５で軸支されていると共にメカニカルシール２７で水封されている。メカニカルシール２７は軸受け２４に寄せて配置しており、メカニカルシール２７とインペラ２６との間に冷却水が充満する容積部３１を形成している。冷却水は容積部３１で淀みつつもインペラの回転によって吐出口２９に引かれるため、異物が容積部３１に進入してもメカニカルシール２７に噛み込むことはない。従って、メカニカルシール２７の水封機能を確保して軸受け２４をガードできる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部をポンプ室に露出させた回転軸と、この回転軸が軸受けにて回転自在に保持されたハウジングとを備えており、前記回転軸の一端部にはインペラを設けており、更に、前記軸受けとインペラとの間にはシール部材を設けている構成であって、
前記シール部材はインペラよりも軸受けの側に寄せて配置されており、前記シール部材とインペラとの間に、流体が充満する容積部を設けている、
内燃機関のポンプ装置。
【請求項２】
前記容積部は、前記シール部材からインペラの側に向けて半径が拡大したテーパ状になっている、
請求項１に記載した内燃機関のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関で使用するポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、冷却水の圧送手段としてウォータポンプが使用されている。このウォータポンプは、軸受けによってハウジングに回転自在に保持された回転軸の一端にインペラを設けており、インペラが回転すると、冷却水はポンプ室に軸方向から流入して接線方向に排出される。
【０００３】
ハウジングには軸受けを配置するために回転軸と同心の中心穴が空いており、この中心穴から冷却水が軸受けに至ることを阻止するため、中心穴のうち軸受けよりもインペラの側にメカニカルシールを配置しており、その例が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１では、メカニカルシールをインペラに近接させており、メカニカルシールと軸受けとの間に若干の間隔が空いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１０９９７号のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、メカニカルシールは高い水封効果を発揮するが、異物を噛み込むとシール効果が低下し、すると、冷却水が軸受けに至って腐食や水漏れ等のトラブルを引き起こすおそれがある。従って、メカニカルシールの信頼性とは別に、異物がメカニカルシールに至ることを極力阻止する必要がある。
【０００６】
特に、回転軸の長さが長くて撓みが発生しやすくなると、メカニカルシールにも異物が侵入しやすくなるため、異物の進入防止対策の必要性は高くなると云える。しかし、特許文献１を初めとして従来は、このような異物対策の配慮は成されていない。
【０００７】
本願発明はかかる現状を改善すべく成されたものであり、メカニカルシールのようなシール部材への異物を進入を阻止することで、シール材の機能確保を図らんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、一端部をポンプ室に露出させた回転軸と、この回転軸が軸受けにて回転自在に保持されたハウジングとを備えており、前記回転軸の一端部にはインペラを設けており、更に、前記軸受けとインペラとの間にはシール部材を設けている構成であり、前記シール部材はインペラよりも軸受けの側に寄せて配置されており、前記シール部材とインペラとの間に、流体が充満する容積部を設けている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記容積部は、前記シール部材からインペラの側に向けて半径が拡大したテーパ状になっている。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明では、異物が容積部に至っても、容積部は袋小路状態になっているため、流体がシール部材に向かうことに対しては抵抗が大きくて、ポンプ室での流体の動きに引かれて吐出口に逃げようとする傾向が高い。つまり、容積部において流体は基本的には淀んだ状態になっているが、ポンプ室の流体に引かれる作用を受けるため、ポンプ室の吐出口に排出される作用を受けるのであり、従って、異物が容積部に進入しても、弱い流れに乗ってそのまま排出されたり、容積部の内部を浮遊してやがて排出されたりするのであり、異物がシール部材に至ることを防止できる。
【００１１】
従って、シール部材の機能を確保して高い液封効果を確保し、軸受けが液体で濡れて腐食や液漏れ等のトラブルになることを防止できる。
【００１２】
容積部の流体は、ポンプ室２１の流体の流れに引かれるのみでなく、回転軸の回転によって連れ回転する傾向も呈する。このため、容積部において流体は回転軸の軸心回りに旋回する傾向を呈するが、容積部がインペラに向けて拡径するテーパ状になっていることから、旋回運動による遠心力で容積部の内周面に至った流体は、容積部におけるテーパ状の内周面にガイドされてポンプ室及びインペラの側に移動して行く。
【００１３】
従って、請求項２の発明によると、容積部の流体に、インペラの側に向かう流れを形成できるため、異物の排除をより確実に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内燃機関の概略正面図である。
【図２】フロントカバーの斜視図である。
【図３】（Ａ）は図１のIII-III 視断面図、（（Ｂ）（Ｃ）は変形例の部分側面図である。
【図４】第２実施形態を示す図で、図３と同様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
(1).内燃機関の概略
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、内燃機関のウォータポンプに適用している。内燃機関の基本的な構成は従来と同様であり、機関本体の主要要素として、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２、並びにこれらの一端面に多数のボルトで固定されたフロントカバー（チェーンカバー、チェーンケース）３を備えている。シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー４が固定されて、シリンダブロック１の下面にはオイルパン５が固定されている。
【００１６】
クランク軸６の一端部はフロントカバー３の外側に突出している一方、正面視で機関本体を挟んだ左側にはモータジェネレータ（ＩＳＧ）７を配置し、右側にはエアコン用コンプレッサ８を配置している。また、フロントカバー３のうち、概ね上下中間部でかつ左寄りの部位にはウォータポンプ９を配置している。
【００１７】
モータジェネレータ７、エアコン用コンプレッサ８、ウォータポンプ９は、それぞれ回転軸に固定されたプーリ１０，１１，１２を備えており、モータジェネレータ７のプーリ１０と第１クランクプーリ１３とに第１ベルト１４が巻き掛けられて、エアコン用コンプレッサ８のプーリ１１と第２クランクプーリ１５とに第２ベルト１６が巻き掛けられて、ウォータポンプ９のプーリ１２と第３クランクプーリ１７とに第３ベルト１８が巻き掛けられている。
【００１８】
３本のベルト１４，１６，１８は、第１ベルト１４がフロントカバー３に最も近くて、第３ベルト１８がフロントカバー３から最も遠い配置関係になっている。従って、ウォータポンプ９のプーリ１２は、各補機を１本のベルトで駆動している場合に比べて、フロントカバー３からの突出寸法が大きくなっている。フロントカバー３はウォータポンプ９のポンプハウジングを兼用している。そこで、図２に示すように、フロントカバー３にはウォータポンプ９のポンプハウジング２０が一体化されており、ポンプハウジング２０にポンプ室（渦巻き室）２１が空いている。
【００１９】
(2).ウォータポンプの構造
次に、ウォータポンプ９の構造を説明する。まず、図３に示す第１実施形態を説明する。ウォータポンプ９は、ポンプ室２１を有するポンプハウジング２０とこれに重ね固定されたカバーハウジング２２とを有している。カバーハウジング２２にはクランク軸６と平行な中心穴２３が空いており、中心穴２３に、軸受け２４を介して回転軸２５が回転自在に保持されている。
【００２０】
回転軸２５の一端部はポンプ室２１に露出しており、この一端部にインペラ２６を固定している。他方、回転軸２５の他端部はカバーハウジング２２の外側に突出しており、この他端部にプーリ１２を固定している。プーリ１２は、カバーハウジング２２の先端部を覆うように椀状の形態になっている。
【００２１】
軸受け２４は中心穴２３のうちプーリ１２に寄った側に設けており、更に、中心穴２３には、シール部材の一例としてのメカニカルシール２７が軸受け２４に近接（或いは密接）した状態で配置されている。ポンプ室２１には、シリンダブロック１に設けた流入口２８が連通している。また、ポンプハウジング２０には吐出口２９を設けており、吐出口２９は、シリンダブロック１に設けたメインギャラリー３０に連通している。
【００２２】
そして、メカニカルシール２７を軸受け２４に近接又は密接させたことで、メカニカルシール２７とインペラ２６との間に、冷却水が充満する容積部３１が形成されている。容積部３１は、一部はフロントカバー３のポンプハウジング２０にも至っている。すなわち、容積部３１は、カバーハウジング２２とポンプハウジング２０とに跨がって形成されている。
【００２３】
さて、容積部３１は、メカニカルシール２７によって行き止まりになった袋小路構造になっているので、容積部３１の内部で冷却水は基本的には淀んだ状態になっているが、ポンプ室２１での冷却水の流れの吸引作用を受けるため、冷却水は逃げ場を求めて吐出口２９に向かう。従って、冷却水に乗って容積部３１に流入した異物は、そのまま冷却水の流れに乗って吐出口２９に向けて排出されるか、内部を浮遊してからやがて吐出口２９に向けて排出される。
【００２４】
また、冷却水も弱いながら粘性を有することから、容積部３１の内部において冷却水は回転軸２５に連れ回転する傾向を呈しており、このため、矢印３２で示すように、容積部３１の内部で流体は弱いながら旋回していると推測されるが、上記のとおり、流体はポンプ室２１での流体の流れに引かれる傾向を呈するため、流体は旋回しつつ容積部３１の外側に排出される傾向を呈する。従って、異物の排除がより一層確実になる。
【００２５】
既述のように、容積部３１の一部はポンプハウジング２０まで及んでいる。換言すると、容積部３１は、カバーハウジング２２とポンプハウジング２０との接合面よりもインペラ２６の側に寄っている。もとより、容積部３１をカバーハウジング２２のみに形成したり、逆に、図３に一点鎖線で示すように、容積部３１のうちポンプハウジング２０の箇所を大径部３１ａと成して、大径部３１ａをインペラ２６よりも僅かに大径に設定してもよい。
【００２６】
図４に示す第２実施形態では、容積部３１は、その内周面３１ａをインペラ２６に向けて拡径したテーパ状になっている。従って、旋回による遠心力によって内周面に至った冷却水は、テーパ面にガイドされてインペラ２６に向けて移動していく。すなわち、容積部３１の内部の流体は、螺旋回転をしつつインペラ２６に向けて移動していく。このため、異物がメカニカルシール２７に到達することをより的確に阻止できる。
【００２７】
図４に一点鎖線で示すように、容積部３１の内周面３１ａに、冷却水の流れをガイドする溝状又は突起状の螺旋条３３を形成してもよい（螺旋条３３は、図３の実施形態にも適用可能である。）。また、同じく図４に一点鎖線で示すように、容積部３１のうちポンプハウジング２０の箇所をストレート部３１ｂと成して、カバーハウジング２２の箇所においてテーパ状に形成することも可能である。
【００２８】
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、容積部は、内径が相違するストレート状の部分が複数連なった段違い構造にすることも可能である（この場合は、シール部材からインペラに向けて拡径させることになる。）。また、回転軸をモータで駆動したり、オイルポンプに適用したりすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本願発明は、ウォータポンプ等のポンプ装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
９  ウォータポンプ
１２  ウォータポンプのプーリ
２０  ポンプハウジング
２１  ポンプ室（渦巻き室）
２２  カバーハウジング
２３  中心穴
２４  軸受け
２５  回転軸
２６  インペラ
２７  シール部材の一例としてのメカニカルシール
３１  容積部
３１ａ  容積部のテーパ状内周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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