特許 5765923 エンジンの冷却装置

(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】5765923

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】エンジンの冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F01P 11/00 20060101AFI20150730BHJP

【ＦＩ】

   F01P11/00 C

   F01P11/00 Z

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2010-273325(P2010-273325)

(22)【出願日】2010年12月8日

(65)【公開番号】特開2012-122391(P2012-122391A)

(43)【公開日】2012年6月28日

【審査請求日】2013年10月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003908

【氏名又は名称】ＵＤトラックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100167025

【弁理士】

【氏名又は名称】池本 理絵

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100136227

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 玲子

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100154298

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 恭子

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100161001

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 篤司

(74)【代理人】

【識別番号】100179154

【弁理士】

【氏名又は名称】児玉 真衣

(74)【代理人】

【識別番号】100180231

【弁理士】

【氏名又は名称】水島 亜希子

(74)【代理人】

【識別番号】100184424

【弁理士】

【氏名又は名称】増屋 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100078330

【弁理士】

【氏名又は名称】笹島 富二雄

(72)【発明者】

【氏名】伊丹 明彦

【審査官】 寺川 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０４２３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８８３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２７１２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｐ １／００ − １１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ラジエータと、
前記ラジエータを経由する冷却液循環経路と、
前記ラジエータの上部に接続される冷却液サブタンクと、
加圧弁及び負圧弁を備え前記冷却液サブタンクのフィラーネックを開閉するキャップと、
前記加圧弁及び前記負圧弁を介して前記冷却液サブタンクと連通し前記フィラーネックよりも上位に配置される空気タンクと、
を含む、エンジンの冷却装置。

【請求項2】

ラジエータと、
前記ラジエータを経由する冷却液循環経路と、
前記ラジエータの上部に接続される冷却液サブタンクと、
前記冷却液サブタンクの上部に前記冷却液サブタンクのフィラーネックを避けて一体的に設けられた空気タンクと、
前記冷却液サブタンクと前記空気タンクとを隔てる隔壁に設けられた加圧弁及び負圧弁と、
を含む、エンジンの冷却装置。

【請求項3】

前記空気タンク内を大気開放する加圧弁を更に含む、請求項１又は２記載のエンジンの冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却液を循環させることでエンジンを冷却するエンジンの冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンの冷却装置としては、ラジエータと、加圧弁及び負圧弁を有する加圧キャップを備えた冷却液サブタンクとを含んでなる冷却装置があった（例えば、特許文献１参照）。
前記冷却液サブタンクは、エンジンへの冷却液の戻し側に接続されることで、冷却液の補給を行うと共に、ラジエータの上部と接続されることで、冷却液中に混入しているエアを分離する機能（気液分離機能）を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平４−１１１５２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来では、冷却液サブタンクの加圧弁及び負圧弁は、冷却液サブタンク内と大気との間で空気の出し入れを行っている。このため、冷却液温度が下がり冷却液の循環系の圧力が低下するときに、冷却液サブタンク内の圧力が大気圧に対して所定以上に低くならないと、負圧弁が開弁して空気が冷却液サブタンク内に補充されないため、冷却液循環系の圧力が大きく低下してしまい、ウォータポンプの吸入部でキャビテーションが発生するという問題があった。

【0005】

ここで、加圧キャップの加圧弁の開弁圧（リリーフ圧）を高くし、系統圧をより高く維持させるようにすれば、冷却液温度が低下するときの圧力低下を抑制することが可能であるが、リリーフ圧をより高い値に変更すると、冷却装置全体の耐圧性を増加させる必要が生じるという問題があった。

【0006】

そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、冷却装置全体の耐圧性を増加させることなく、冷却液温度が低下するときの系統圧の低下を抑制できるエンジンの冷却装置を提供とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

このため、本発明に係るエンジンの冷却装置は、ラジエータと、前記ラジエータを経由する冷却液循環経路と、前記ラジエータの上部に接続される冷却液サブタンクと、加圧弁及び負圧弁を備え前記冷却液サブタンクのフィラーネックを開閉するキャップと、前記加圧弁及び前記負圧弁を介して前記冷却液サブタンクと連通し前記フィラーネックよりも上位に配置される空気タンクと、を含むようにした。
また、本発明に係るエンジンの冷却装置は、ラジエータと、前記ラジエータを経由する冷却液循環経路と、前記ラジエータの上部に接続される冷却液サブタンクと、前記冷却液サブタンクの上部に前記冷却液サブタンクのフィラーネックを避けて一体的に設けられた空気タンクと、前記冷却液サブタンクと前記空気タンクとを隔てる隔壁に設けられた加圧弁及び負圧弁と、を含むようにした。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、冷却液温度が高い状態で加圧弁からリリーフされた空気が、空気タンク内の圧力を上昇させるから、その後、冷却液温度が低下して系統圧が低下するときに、負圧弁の前後差圧の初期値が大きくなり、負圧弁を介して冷却液サブタンク内に空気が補充され易くなるので、系統圧の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態におけるエンジンの冷却装置を示す概略ブロック図

【図2】第１実施形態における加圧キャップを示す断面図

【図3】冷却液サブタンクと空気タンクとを一体化した第２実施形態を示す側面図

【図4】冷却液サブタンクと空気タンクとを一体化した第３実施形態を示す側面図

【図5】空気タンクに加圧弁を付加した第３実施形態を示す概略ブロック図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、エンジン１を、冷却液を循環させて冷却する冷却装置を示す。
図１において、エンジン１には、シリンダブロック１ａに入口２ａを有し、シリンダブロック１ａ内を経由してシリンダヘッド１ｂ内に延設され、シリンダヘッド１ｂの出口２ｂに至るエンジン冷却液通路２を設けてある。
シリンダヘッド１ｂの冷却液出口２ｂには、冷却液排出配管３の一端が接続され、冷却液排出配管３の他端は、サーモスタット４に接続される。

【0011】

サーモスタット４は、冷却液温度が設定温度よりも低い場合には、ラジエータ５をバイパスして冷却液を循環させるバイパス配管６を開き、エンジン冷却液通路２を通過した冷却液を、ラジエータ５をバイパスさせて再度エンジン冷却液通路２に戻すことで、速やかな冷却液温度の上昇（暖機）を図る。
逆に、冷却液温度が設定温度よりも高い場合、サーモスタット４は、ラジエータ５のアッパタンク（上部ヘッダ）５ａに冷却液を供給するアッパ供給配管７を開き、エンジン冷却液通路２を通過することで高温となった冷却液をラジエータ５で放熱させ、ラジエータ５で温度が下がった冷却液を再度エンジン冷却液通路２に戻す経路に冷却液を循環させることで、エンジン１を冷却する。

【0012】

また、ラジエータ５のロアタンク（下部ヘッダ）５ｂとウォータポンプ８の吸込口８ａとが吸込側配管９で接続され、更に、ウォータポンプ８の吐出口８ｂとシリンダブロック１ａの冷却液入口２ａとが吐出側配管１０で接続される。
そして、バイパス配管６は吸込側配管９に接続され、冷却液温度が設定温度よりも低い冷間時には、サーモスタット４からバイパス配管６に流れた冷却液が、ウォータポンプ８に吸い込まれてエンジン冷却液通路２に向けて送り出され、ラジエータ５をバイパスして冷却液が循環される。

【0013】

また、シリンダヘッド１ｂの冷却液出口２ｂとサーモスタット４との間の冷却液排出配管３から分岐し、キャブヒータ（暖房装置）１１に対してエンジン１で暖められた冷却液を熱源として供給するヒータ用供給配管１２を設けてある。
キャブヒータ１１の冷却液出口には、ヒータ用戻し配管１３が接続され、ヒータ用戻し配管１３の他端は、吸込側配管９に接続されており、キャブヒータ１１に供給された冷却液は、ラジエータ５をバイパスしてエンジン冷却液通路２に戻される。

【0014】

また、シリンダヘッド１ｂの冷却液出口２ｂとサーモスタット４との間の冷却液排出配管３から分岐し、加圧キャップ１４を備えた冷却液サブタンク１５の上部に接続する第１サブタンク用供給配管１６を設けてある。
また、ラジエータ５のアッパタンク５ａに一端が接続され、他端が冷却液サブタンク１５の上部に接続する第２サブタンク用供給配管１７を設けてある。
更に、冷却液サブタンク１５の下部と、吸込側配管９とを接続するサブタンク用戻し配管１８を設けてある。

【0015】

冷却液サブタンク１５の加圧キャップ１４は、冷却液サブタンク１５のフィラーネック１５ａを開閉するキャップであり、図２に示すように、冷却液サブタンク１５内の圧力が設定圧にまで上昇すると開弁して冷却液サブタンク１５内から空気を外部にリリーフする加圧弁２１と、冷却液サブタンク１５内の圧力減少時（負圧発生時）に開弁して外部の空気を冷却液サブタンク１５内に導入する負圧弁２２とを備えている。

【0016】

加圧弁２１は、フィラーネック１５ａの開放端を閉塞する円板状の加圧弁本体２１ａと、加圧弁本体２１ａが冷却液サブタンク１５内に向けて変位することで加圧弁本体２１ａの周縁が着座する弁座２１ｂと、キャップハウジング１５ｃと加圧弁本体２１ａとの間に設けられ、加圧弁本体２１ａを弁座２１ｂに向けて付勢する圧縮コイルスプリング２１ｃとを備える。
冷却液サブタンク１５内の圧力が低い場合、換言すれば、冷却液サブタンク１５内の圧力と加圧弁本体２１ａの背面側（圧縮コイルスプリング２１ｃ側）の圧力との差圧が設定値よりも小さい場合には、圧縮コイルスプリング２１ｃの付勢力によって加圧弁本体２１ａが弁座２１ｂに着座し、加圧弁２１は閉弁状態を保持する。

【0017】

一方、冷却液サブタンク１５内の圧力が、加圧弁本体２１ａの背面側（圧縮コイルスプリング２１ｃ側）の圧力よりも所定以上に高くなると（冷却液サブタンク１５内の圧力が設定圧（＞０kg/cm²）よりも高くなると）、圧縮コイルスプリング２１ｃの付勢力に抗して加圧弁本体２１ａがリフトして弁座２１ｂから加圧弁本体２１ａが離間して開弁し、弁座２１ｂと加圧弁本体２１ａとの隙間を介して冷却液サブタンク１５内の空気をリリーフし、冷却液サブタンク１５内の圧力を低下させる。

【0018】

弁座２１ｂと加圧弁本体２１ａとの隙間を介してリリーフされた空気は、加圧弁本体２１ａ下流側の容積室１５ｂ内に流入し、更に、容積室１５ｂを形成するハウジング１５ｃの側面に開口する空気ポート１５ｄを介して外部にリリーフされる。

【0019】

また、負圧弁２２は、加圧弁本体２１ａの中心に開口する貫通孔２１ｄに挿通される筒状のホルダ２２ａと、ホルダ２２ａの冷却液サブタンク１５側の先端に固定した円板状の負圧弁本体２２ｂと、ホルダ２２ａの基端側に設けたフランジ２２ｃと加圧弁本体２１ａとの間に設けられ、負圧弁本体２２ｂを加圧弁本体２１ａに近づける方向に付勢する圧縮コイルスプリング２２ｄとを備える。

【0020】

ここで、加圧弁本体２１ａには、貫通孔２１ｄを囲む同心円上に複数の空気取り入れ孔２２ｅが貫通形成されている。また、負圧弁本体２２ｂは、周縁が加圧弁本体２１ａ側に向けて折曲がった形状をなし、負圧弁本体２２ｂの周縁部は、圧縮コイルスプリング２２ｄの付勢力によって、加圧弁本体２１ａの空気取り入れ孔２２ｅの開口位置よりも外側に密着し、空気取り入れ孔２２ｅの冷却液サブタンク１５側の開口端が、加圧弁本体２１ａと負圧弁本体２２ｂとで囲まれる閉塞空間内に臨むことで、負圧弁２２は閉弁状態となる。

【0021】

そして、冷却液サブタンク１５内の圧力が、負圧弁本体２２ｂの背面側（圧縮コイルスプリング２２ｄ側）の圧力よりも所定以上に低くなると（負圧になると）、圧縮コイルスプリング２２ｄの付勢力に抗して、負圧弁本体２２ｂが加圧弁本体２１ａから離間する。これにより、負圧弁本体２２ｂの周縁部が加圧弁本体２１ａの端面から離れて開弁し、負圧弁本体２２ｂの周縁部と加圧弁本体２１ａの端面との間に隙間が生じることで、空気ポート１５ｄ、空気取り入れ孔２２ｅ、更に、負圧弁本体２２ｂの周縁部と加圧弁本体２１ａの端面との間の隙間を介して、外部の空気を冷却液サブタンク１５内に導入し、冷却液サブタンク１５内の圧力を上昇させる。

【0022】

加圧キャップ１４の空気ポート１５ｄには、密閉型の空気タンク２３を、空気配管２４を介して接続してあり、冷却液サブタンク１５と空気タンク２３とは、加圧弁２１及び負圧弁２２を介して連通される。

【0023】

ここで、空気タンク２３の作用を説明する。
冷却液の温度上昇に伴って冷却液循環系内の圧力が上昇し、加圧弁２１が開弁すると、冷却液サブタンク１５の空気が空気タンク２３内に押し出されて、空気タンク２３内の圧力を上昇させ、加圧弁２１が閉じることで空気タンク２３内に圧力が閉じ込められ、空気タンク２３内の圧力は大気圧よりも高い状態を保持する。

【0024】

その後、冷却液の温度低下に伴って冷却液循環系内の圧力が低下するときに、負圧弁２２の空気タンク２３側の圧力（背圧）は大気圧よりも高い圧に設定されているから、負圧弁２２の前後差圧としては同じでも、負圧弁２２が大気圧と冷却液サブタンク１５内の圧力との差圧に応じて動作する場合に比べて、冷却液サブタンク１５内の圧力がより高い状態で負圧弁２２が開いて空気が導入されることになり、冷却液循環系内の圧力低下が抑制される。

【0025】

従って、空気タンク２３を設けた冷却装置では、以下の効果を奏する。
冷却液の温度低下時に、冷却液循環系内の圧力低下が抑制されるから、ウォータポンプ８の吸入部でキャビテーションが発生することを抑制できる。
また、加圧弁２１の開弁圧を増大させることで、温度下降時における圧力低下を抑制する構成ではないから、冷却装置全体の耐圧性を増大させる必要がなく、簡易かつ安価に、冷却液循環系内の圧力低下を抑制できる。

【0026】

但し、空気タンク２３の容積が過小であると、空気タンク２３内の圧力が高くなり過ぎることで、加圧弁２１が開弁する圧力が高くなり、冷却液循環系内の圧力が設定圧よりも高くなってしまい、逆に、空気タンク２３の容積が過大であると、空気タンク２３内の圧力を高められずに、冷却液循環系内の圧力低下を充分に抑制することができなくなってしまう。

【0027】

そこで、以下のようにして、空気タンク２３の容積を決定する。
まず、空気タンク２３及び空気配管２４の容積をＥ、ラジエータ５，冷却液サブタンク１５，冷却液を循環させる配管を含み、空気タンク２３及び空気配管２４を除く冷却液循環系の容積をＤ、容積Ｅと容積Ｄとの加算値である全体容積をＡ、冷却液体積をＢ、冷却液循環系内の空気体積をＣ（Ｃ＝Ａ−Ｂ）、運転前の想定循環系内温度をＴ１、運転中の想定最高温度をＴ２、冷却液の体積膨張係数をｂ、空気の体積膨張係数をｃ、加圧弁２１のリリーフ圧（相対圧）をＰ１、運転前の循環系内の圧力をＰ２（Ｐ２＝大気圧）とする。

【0028】

そして、以下の式で求まる、空気タンク２３及び空気配管２４の容積Ｅ１（Ｅ１＝Ａ１−Ｄ）とすることが最も好ましい。
［数１］
（Ｐ１＋Ｐ２）×（Ａ１−Ｂ×（（Ｔ２−Ｔ１）×ｂ＋１））＝
Ｐ２×（Ｃ×（（Ｔ２−Ｔ１）×ｃ＋１））

【0029】

ここで、最適容積Ｅ１よりも実際の容積Ｅを小さくすると、空気タンク２３内の圧力が過剰に高くなることで、加圧弁２１が開き難くなり、循環系内の圧力が設定圧よりも高くなってしまう。
一方、最適容積Ｅ１よりも実際の容積Ｅを小さくすれば、空気タンク２３内の圧力上昇が小さくなるので、冷却液温度が低下するときに、負圧弁２２が開くタイミングが、負圧弁２２が大気から空気を導入する場合と略同様になり、圧力低下の抑止効果が小さくなる。但し、循環系内の圧力に対する冷却装置の強度の安全率を大きくすることができる。

【0030】

尚、上記実施形態では、空気タンク２３と冷却液サブタンク１５とを個別に設けたが、空気タンク２３と冷却液サブタンク１５とを一体的に設けることができる。
図３は、冷却液サブタンク１５の上部に空気タンク２３を一体的に形成した例であり、加圧弁２１及び負圧弁２２を備える加圧キャップ１４の空気ポート１５ｄと、冷却液サブタンク１５の上部に一体的に設けた空気タンク２３とを、空気配管２４で接続している。

【0031】

図４に示す例では、冷却液サブタンク１５の上部に空気タンク２３を一体的に形成すると共に、冷却液サブタンク１５と空気タンク２３とを隔てる隔壁３０に、加圧弁２１及び負圧弁２２を設け、冷却液サブタンク１５のフィラーネック１５ａは、加圧弁２１及び負圧弁２２を備えないキャップ２８で開閉される。

【0032】

また、図５に示すように、空気タンク２３内を大気開放する加圧弁２９を設け、空気タンク２３内の圧力（大気圧に対する相対圧）が過剰に高くなった場合に、加圧弁２９が開いて空気タンク２３内の空気をリリーフするように構成することができる。
更に、図３，４に示したように、冷却液サブタンク１５と空気タンク２３とを一体化した装置において、空気タンク２３内を大気開放する加圧弁２９を設けることができる。
上記のように加圧弁２９を備えるようにすれば、空気タンク２３の容積を小さくしつつ、加圧弁２１の開弁圧が過剰に高くなってしまうことを抑制できる。

【0033】

また、冷却装置は、ラジエータ５と、ラジエータ５を経由する冷却液循環経路と、加圧弁２１及び負圧弁２２を備え、ラジエータ５の上部に接続される冷却液サブタンク１５とを含むものであればよく、図１及び図５に示したキャブヒータ（暖房装置）１１、ヒータ用供給配管１２、及び、ヒータ用戻し配管１３を省略することができ、また、第１サブタンク用供給配管１６を備えない装置であってもよく、冷却液循環系は図１及び図５に示したものに限定されず、適宜の変更が可能である。

【0034】

また、加圧弁２１と負圧弁とを、外部との間で空気の出し入れを行う経路が相互に独立するように加圧キャップ１４に対して設け、加圧弁２１と空気タンク２３とを接続する配管と、負圧弁２２と空気タンク２３とを接続する配管とをそれぞれに設けることができる。

【符号の説明】

【0035】

１ エンジン
２ エンジン冷却液通路
３ 冷却液排出配管
４ サーモスタット
５ ラジエータ
６ バイパス配管
７ アッパ供給配管
８ ウォータポンプ
９ 吸込側配管
１０ 吐出側配管
１１ キャブヒータ
１２ ヒータ用供給配管
１３ ヒータ用戻し配管
１４ 加圧キャップ
１５ 冷却液サブタンク
１６ 第１サブタンク用供給配管
１７ 第２サブタンク用供給配管
１８ サブタンク用戻し配管
２１ 加圧弁
２２ 負圧弁
２３ 空気タンク
２４ 空気配管

【図1】

【図3】

【図4】

【図5】

【図2】