特許 7421514 エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F01P 5/10 20060101AFI20240117BHJP

   F01P 3/20 20060101ALI20240117BHJP

   F01P 7/16 20060101ALI20240117BHJP

   F01P 11/00 20060101ALI20240117BHJP

【ＦＩ】

F01P5/10 C

F01P3/20 A

F01P7/16 502A

F01P7/16 502J

F01P11/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021047655

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146607

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2023-02-20

(73)【特許権者】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】弁理士法人あーく事務所

(72)【発明者】

【氏名】青池 早紀

(72)【発明者】

【氏名】北川 智明

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３８２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２３１８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６６１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４８３４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｐ ５／１０

Ｆ０１Ｐ ７／１６

Ｆ０１Ｐ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却水ポンプを備えるエンジンであって、
前記冷却水ポンプは、冷却水の第１通路と、上部の第２通路とが形成されており、
前記第２通路は、エアが通ることが可能であり、
前記第２通路の下流にサーモスタットが設けられている、エンジン。

【請求項2】

前記第２通路は、シリンダヘッド及びシリンダブロックよりも下流の冷却水通路と連通する、請求項１に記載のエンジン。

【請求項3】

前記サーモスタットの下流は外部配管を介してラジエータと連通する、請求項１又は２に記載のエンジン。

【請求項4】

前記第２通路は、前記冷却水ポンプの左右方向において前記第１通路が設けられる方向と同じ方向に設けられる、請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジン。

【請求項5】

前記第２通路における冷却水の流通断面積は、前記第１通路における冷却水の流通断面積より小さい、請求項１から４のいずれか一つに記載のエンジン。

【請求項6】

前記第２通路は、エンジン本体の冷却水通路と直接連通する、請求項１から５のいずれか一つに記載のエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明はエンジンに関し、特に、冷却水ポンプを備えたエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、エンジン各部に冷却水を送り出す冷却水ポンプ２１（図４）が開示されている。下記特許文献２及び３にも、エンジンの冷却水ポンプの構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第5939921号公報

【文献】特開2017-187010号公報

【文献】特開2019-210822号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

冷却水ポンプ内の上部には、エア（空気）が溜まる。エア抜きを行わないと、ポンプ圧送効率が悪くなる。

【0005】

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、冷却水ポンプを備えたエンジンの改善を図ることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明のある局面に従うと、冷却水ポンプを備えるエンジンにおいて、前記冷却水ポンプは、冷却水の第１通路と、上部の第２通路とが形成されており、前記第２通路は、エアが通ることが可能である。

【0007】

好ましくは前記第２通路は、シリンダヘッド及びシリンダブロックよりも下流の冷却水通路と連通する。

【0008】

好ましくは、前記第２通路の下流にサーモスタットが設けられ、前記サーモスタットの下流は外部配管を介してラジエータと連通する。

【0009】

好ましくは、前記第２通路は、前記冷却水ポンプの左右方向において前記第１通路が設けられる方向と同じ方向と同じ方向に設けられる。

【0010】

好ましくは、前記第２通路における冷却水の流通断面積は、前記第１通路における冷却水の流通断面積より小さい。

【0011】

好ましくは、前記第２通路は、エンジン本体の冷却水通路と直接連通する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態の１つにおけるエンジン１００の側面図である。

【図2】本発明の実施の形態の１つにおけるエンジンの水冷機構を示すブロック図である。

【図3】図１のエンジンからファン、ベルト、及びプーリーを取り外した状態を示す斜視図である。

【図4】図３のポンプケーシング２０３（インペラ２１１を含む）の外観をポンプ回転軸方向から見た図である。

【図5】図３のポンプケーシング２０３の内側をポンプ回転軸方向から見た図である。

【図6】図３のポンプケーシング２０３の内側の斜視図である。

【図7】図３のエンジン１００からポンプケーシング２０３を取り外した状態を示す斜視図である。

【図8】ポンプケーシング２０３が取り付けられたエンジン１００を図５のＡ－Ａ面（インペラ２１１の回転軸２１５を含む平面）で切った断面図である。

【図9】ポンプケーシング２０３が取り付けられたエンジン１００を図５のＢ－Ｂ面（エア抜き穴１０７の伸長方向を含む平面）で切った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態の１つにおける冷却水ポンプ、エンジン、及びエンジンの冷却機構について説明する。

【0014】

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるエンジン１００の側面図である。なお、図１においては、冷却ファンが取り外された状態を示している。

【0015】

図を参照して、本発明の特徴部分である冷却水ポンプＰは、ファンの後部に位置する。エンジン１００のクランク軸の回転は、ベルトを介して冷却水ポンプＰを駆動し、冷却水ポンプＰの内部のインペラ２１１（図５）が回転する。

【0016】

図２は、本発明の実施の形態の１つにおけるエンジンの水冷機構を示すブロック図である。

【0017】

図を参照して、エンジンの水冷機構には、冷却水ポンプＰと、シリンダブロック１５３と、シリンダヘッド１５７と、サーモスタット１１１と、ラジエータ１６１とが含まれる。サーモスタット１１１の下流は、外部配管を介してラジエータ１６１と連通する。

【0018】

冷却水ポンプＰによって送り出された冷却水は、ポンプ出口２０７，１０５を通ってシリンダブロック１５３に順に流入する。その後冷却水は、シリンダヘッド１５７に流入する。シリンダヘッド１５７を通った冷却水は、サーモスタット１１１に流入する。

【0019】

冷却水が所定温度以下の冷水であるときには、サーモスタット１１１から流出する冷却水は、ラジエータ１６１を介することなく冷却水ポンプＰのポンプ入口１０３を通り、冷却水ポンプＰに流れ込む。

【0020】

冷却水が所定温度より高い温水であるときには、サーモスタット１１１から流出する冷却水は、ラジエータ入口１５９を介してラジエータ１６１に流れ込み、ラジエータ出口１６３を通ってポンプ入口１０３に流入し、冷却水ポンプＰに流れ込む。

【0021】

以上述べた冷却水の通路は、従来の技術であるメインとなる冷却水の通路であり、「第１通路」と呼ぶ。

【0022】

冷却水ポンプＰは、冷却水ポンプＰを構成するエンジン本体１０１（図３）の部品内、及びポンプケーシング２０３（図３）内に形成されたエア抜き穴２０５，２０９，１０７を備えている。エア抜き穴２０５，２０９，１０７は、エア抜き用の外部配管を新たに設けることなく、エンジン本体１０１の部品内、及びポンプケーシング２０３内に、通路として形成されている。エア抜き穴２０５，２０９，１０７は、サーモスタット１１１に通じている。これにより、エア抜き穴２０５，２０９，１０７を通ったエアや冷却水は、ポンプ出口２０７，１０５から始まるメインとなる冷却水通路（第１通路）を通ることなく、冷却水ポンプＰの上流（ポンプ入口１０３側）に戻される。すなわち、エア抜き穴２０５，２０９，１０７は、シリンダブロック１５３及びシリンダヘッド１５７よりも下流の冷却水通路に連通している。

【0023】

以上述べたエア抜き穴２０５，２０９，１０７によって構成される冷却水の通路は、メインとなる冷却水の通路である第１通路とは異なる別の通路であり、「第２通路」と呼ぶ。

【0024】

エア抜き穴２０５，２０９，１０７の下流には、サーモスタット１１１が設けられており、サーモスタット１１１の下流は外部配管を介して、ラジエータ１６１と連通している。

【0025】

図３は、図１のエンジンからファン、ベルト、及びプーリーを取り外した状態を示す斜視図である。

【0026】

図を参照して、冷却水ポンプＰは、エンジン本体１０１の一部と、それにボルトで固定されるポンプケーシング２０３とから構成されている。

【0027】

図４は、図３のポンプケーシング２０３（インペラ２１１を含む）の外観をポンプ回転軸方向から見た図である。図４においてポンプケーシング２０３によって隠れている部分の一部は、点線で示されている。

【0028】

冷却水ポンプＰ内部のインペラ２１１（図５）は、図４では回転軸２１５を中心に時計回りに回転する。この回転により、エンジン本体１０１のポンプ入口１０３からインペラ２１１の中央部に導入された冷却水が遠心力によって回転軸２１５から遠ざかる方向に移動し、ポンプケーシング２０３の外壁部に沿って図４の時計回りに流れ、ポンプ出口１０５（第１通路）を介してエンジン本体１０１側に向かって流れてゆく。

【0029】

ポンプケーシング２０３には、インペラ室２１３（図４）と連通するエア抜き穴２０５、及びエア抜き穴２０５に連通するエア抜き穴２０９が設けられている。エア抜き穴２０５は、インペラ室２１３の最上部に接続され、水平方向に伸びる穴であり、エア抜き穴２０９は、エンジン本体１０１に設けられるエア抜き穴１０７（図７）に連通する穴である。すなわちエア抜き穴２０５は、図４の紙面の左から右にエアや冷却水を送る穴であり、エア抜き穴１０７（図７）は、図４の紙面の手前から奥にエアや冷却水を送るエア抜き穴１０７である。エア抜き穴２０９は、図４の紙面の左から右方向に流れてきたエアや冷却水の流れる方向を、紙面の手前から奥方向に変える機能を果たす部分である。

【0030】

図５は、図３のポンプケーシング２０３の内側をポンプ回転軸方向から見た図である。図６は、図３のポンプケーシング２０３の内側の斜視図である。

【0031】

図５は、図４を裏側から見た図であるため、冷却水ポンプＰ内部のインペラ２１１は、図５では回転軸２１５を中心に反時計回りに回転することとなる。エンジン本体１０１側に設けられるエア抜き穴１０７の位置が点線で示されている。エア抜き穴１０７の断面は円形であり、エア抜き穴２０９の断面は、上部がエア抜き穴１０７の断面に沿った弧を形成している。エア抜き穴２０９の下部は、エア抜き穴２０５に繋がる。エア抜き穴２０５を通ったエアは、エア抜き穴２０９内を上昇し、エア抜き穴１０７に送られる。

【0032】

インペラ室２１３のインペラ２１１の外周には、インペラ室２１３の一部である空間が設けられている。この空間は、図５の下から反時計回りに進むごとにその幅が太くなっている。インペラ２１１の回転によりインペラ室２１３を反時計回りに流れる冷却水やエアは、最終的にはポンプケーシング２０３側のポンプ出口２０７とエンジン本体１０１側のポンプ出口１０５とを通って、エンジン本体１０１へ送り出される。

【0033】

また、インペラ室２１３においてエアは（冷却水よりも比重が軽いため）、上部に溜まる傾向がある。エアは、インペラ室２１３を反時計回りに流れる冷却水とともに押し出され、エア抜き穴２０５を通って、エア抜き穴２０９及びエア抜き穴１０７に送り出される。

【0034】

エア抜き穴２０５における冷却水の流通断面積は、冷却水ポンプＰのポンプ出口２０７（冷却水吐き出し口）における冷却水の流通断面積より小さい。

【0035】

図７は、図３のエンジン１００からポンプケーシング２０３を取り外した状態を示す斜視図である。

【0036】

図を参照して、エンジン本体１０１には、ポンプ入口１０３、ポンプ出口１０５、及びエア抜き穴１０７が形成されている。また、エンジン本体１０１には、インペラ２１１の羽根と対向する、すり鉢状の傾斜面１７３と、傾斜面１７３の周囲に位置し、図５の反時計回りに進むごとに幅が太くなっているインペラ室２１３の空間に向かい合う形状のインペラ室１７１が形成されている。

【0037】

図８は、ポンプケーシング２０３が取り付けられたエンジン１００を、図５のＡ－Ａ面（インペラ２１１の回転軸２１５を含む平面）で切った断面図である。図において、断面部分は太線で示されている。

【0038】

図に示されるように、インペラ２１１の羽根部分は、エンジン本体１０１内のインペラ室１７１及び傾斜面１７３で構成される空間に入り込むように位置する。インペラ２１１の左端部（回転軸２１５の左端部）は、ポンプ入口１０３に位置する。インペラ２１１の右端部は、ポンプケーシング２０３内のインペラ室２１３に位置する。図５で示したように、インペラ室２１３の空間は図５では反時計回りに進むごとに幅が太くなっているので、図８ではインペラ室２１３の回転軸２１５に直交する方向の断面幅は、図８の下よりも上が太くなっている。

【0039】

エア抜き穴２０５は、図８ではインペラ室２１３の最上部から紙面奥側に向かって伸びる穴である。

【0040】

図９は、ポンプケーシング２０３が取り付けられたエンジン１００を図５のＢ－Ｂ面（エア抜き穴１０７の伸長方向を含む平面）で切った断面図である。図において、断面部分は太線で示されている。

【0041】

図に示されるように、ポンプケーシング２０３に設けられたエア抜き穴２０９の上部は、エンジン本体１０１に設けられたエア抜き穴１０７と連通する。エア抜き穴１０７は、サーモスタット１１１が設けられる管（ボトムバイパス）に連通する。これにより、冷却水ポンプＰ内（インペラ室２１３内）のエアがサーモスタット１１１（ポンプ入口１０３側）に送られ、冷却水ポンプＰ内のエア抜きが可能となっている。

【0042】

エア抜き穴２０９、及びエア抜き穴１０７は、冷却水ポンプＰにおいてメインとなる冷却水通路（第１通路）の冷却水吐き出し方向（図９の左方向）に向かって伸びるように設けられる。エア抜き用冷却水通路を、メインの冷却水吐き出し口と同じ方向側に設けることで、冷却水ポンプＰの外形をコンパクトに収めることができる。

【0043】

ポンプＰ内のエアは、一部泡（キャビテーション）となって冷却水とともにエンジン１００内を循環し、リザーバータンク（ラジエータ）などのエア抜き構造で除去される。エア抜き構造を備える部品は任意である。例えば、ラジエータ１６１をエンジン１００下部に設置せざるを得ない場合は、エンジン１００上部にあるサーモスタット１１１にエア抜き構造を持たせてもよい。

【0044】

なお、ポンプケーシング２０３は、アルミダイキャストによって流路を形成することが望ましい。一般的にはアルミ鋳造で形成するが、砂を用いて形成するため鋳砂が残る可能性がある。鋳砂が流路に残るとエア抜けが悪くなり、ポンプの圧送効率低下に繋がる。ダイキャストによる形成では、金型に圧入し製造するため、細い経路を形成することが可能である。また、鋳砂残りの危険性がなく、低コストである。

【0045】

［実施の形態の効果］

【0046】

（１）上述の実施の形態によると、エンジン内部のエア溜りを改善するために、外部配管を用いることなく、インペラ室１７１の最上部にエア抜き穴２０５，２０９，１０７が設けられる。すなわち、メインとなる冷却水通路（第１通路）とは別に、冷却水ポンプの上部にエア抜き用冷却水通路（第２通路）が設けられる。このような構造により、エンジンのコンパクト化、部品点数を抑えての低コスト化、耐久性の向上が図られる。また、外部配管の他部品との干渉が発生する虞もなくなる。

【0047】

（２）上述の実施の形態によると、シリンダブロック、シリンダヘッドを冷却後の水路（エンジン冷却に影響の無い箇所）に冷却水ポンプＰ内の空気を逃す構造としている。仮にブロックとヘッドの間にエア抜き穴２０５，２０９，１０７を連通させた場合、エンジンで最も高温となり冷却が必要なヘッドの冷却水ジャケットにエアを逃す構造となってしまい、空気混入によりヘッド冷却効率が低下する。本実施の形態では、ブロック・ヘッドを冷却後の水路（エンジン冷却に影響の無い箇所）に冷却水ポンプＰ内の空気を逃すため、エンジンの冷却性能を維持したまま、冷却水ポンプＰ内の空気抜きを可能としている。

【0048】

（３）上述の実施の形態によると、エア抜き穴２０５，２０９，１０７の下流にサーモスタット１１１が設けられ、サーモスタット１１１の下流は外部配管を介してラジエータ１６１と連通する。エンジン冷態時（エンジン始動直後など）では、サーモスタット１１１が閉じてラジエータ１６１まで冷却水が回らないため、過剰な冷却を防止しながら冷却水を効率よく循環させることができる。反対にエンジン暖態時（エンジン通常運転状態）では、サーモスタット１１１が開いてラジエータ１６１まで冷却水が回るため、エンジンと熱交換して温度上昇した冷却水をラジエータ１６１によって冷却して循環させることができ、エンジンの冷却性能を保つことができる。

【0049】

（４）上述の実施の形態によると、エア抜き穴２０５，２０９，１０７（エア抜き用冷却水通路）は、冷却水ポンプＰにおいてメインの冷却水吐き出し口側（図７における左側）に設けられる。エア抜き用冷却水通路を冷却水吐き出し口と同じ方向側に設けることで、冷却水ポンプＰの外形をコンパクトに収めることができる。

【0050】

（５）上述の実施の形態によると、エア抜き穴２０５，２０９，１０７（エア抜き用冷却水通路）における冷却水の流通断面積は、冷却水ポンプＰの冷却水吐き出し口１０５における冷却水の流通断面積より小さい。エア抜き用冷却水通路の流通断面積を、メインの冷却水通路である冷却水吐き出し口の流通断面積よりも小さくすることで、メインの冷却水通路における冷却水流量を十分に確保してエンジン冷却を行いながら、エア抜き用冷却水通路によって冷却水を分岐させてエア抜きも行うことができる。

【0051】

上述の実施の形態及び変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0052】

１００ エンジン
１０１ エンジン本体
１０３ ポンプ入口
１０５ ポンプ出口
１０７ エア抜き穴
１１１ サーモスタット
１５３ シリンダブロック
１５７ シリンダヘッド
１５９ ラジエータ入口
１６１ ラジエータ
１６３ ラジエータ出口
１７１ インペラ室
１７３ 傾斜面
２０３ ポンプケーシング
２０５，２０９ エア抜き穴（第２通路の具体例）
２０７ ポンプ出口（第１通路の具体例）
２１１ インペラ
２１３ インペラ室
２１５ 回転軸
Ｐ 冷却水ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】