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技術 内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器及びその気液分離器を備えた内燃機関の冷却装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 寺沢泰秀
出願日 2006年3月14日 (14年0ヶ月経過) 出願番号 2006-068747
公開日 2007年9月27日 (12年6ヶ月経過) 公開番号 2007-247442
状態 未査定
技術分野 機械または機関の冷却一般
主要キーワード 流入側パイプ 圧力キャップ 気液分離チャンバ 導入ホース アッパホース 開閉弁機構 エア抜き作業 放熱動作
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年9月27日)のものです。
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図面 (7)

課題

冷却水循環経路内、特に、比較的高さ位置の低い箇所に滞留している空気を短時間で容易に排出可能とする冷却装置に備えられる気液分離器及びその気液分離器を備えた冷却装置を提案する。

解決手段

ウォータポンプ5の吐出側とヒータコア6とを接続するヒータ導入ホースH2の途中に乱流ポット7を配設する。この乱流ポット7の内部で冷却水の乱流を生じさせることにより、冷却水と共に流れてきた空気を冷却水から分離し、乱流ポット7の上部からエア回収管8を経てラジエータ3に向けて空気を回収する。これにより、比較的高さ位置の低い箇所に滞留している空気をラジエータ3のアッパタンク32に導入でき、ラジエータキャップ34を開放するエア抜き作業により冷却水循環経路から容易に空気を排出できる。

概要

背景

従来より、例えば自動車用エンジン内燃機関)に搭載される冷却装置としては、下記の特許文献1や特許文献2に開示されているように、ラジエータサーモスタットウォータポンプ等を備えている。そして、冷間時(例えばエンジン始動初期時)には、サーモスタットが閉鎖されることによって、エンジン本体内部に形成されたウォータジャケットとウォータポンプとの間で冷却水循環(ラジエータをバイパスする循環)を行ってエンジンの暖機が早期に完了するようにしている。一方、エンジンの暖機完了後には、サーモスタットが開放されることによって、ウォータジャケットから流出した冷却水の一部をラジエータに流すことで、この冷却水が回収した熱をラジエータより大気に放出するようにしている。

図6は、従来の冷却装置の構成を示す斜視図である。この図に示すように、ウォータポンプaの吸入側には、ラジエータbのロアタンクb1から延びるロアホースcがサーモスタットdを介して接続されていると共に、シリンダヘッドe内のウォータジャケットが連通されている。一方、ウォータポンプaの吐出側にはヒータ導入ホースfを介してヒータコアgが接続されている。このヒータコアgは冷却水の熱を利用して車室内暖房するためのものであって、エアコンディショナ送風ダクトに臨んでいる。また、このヒータコアgの冷却水出口側はヒータ用排出ホースhを介して上記ウォータジャケットに連通している。更に、上記ラジエータbのアッパタンクb2から延びるアッパホースiはウォータジャケットに連通している。

このような冷却水の循環経路が形成されている場合、サーモスタットdが閉鎖されるエンジン冷間時には、図中破線の矢印で示すように、ウォータポンプa、ヒータ用導入ホースf、ヒータコアg、ヒータ用排出ホースh、ウォータジャケット、ウォータポンプaの順で冷却水が流れる循環動作が行われる。これにより、比較的少量の冷却水を、ラジエータbをバイパスして循環させラジエータbにおける放熱動作を行わせないことでエンジンの暖機が早期に完了することになる。

一方、サーモスタットdが開放されるエンジンの暖機完了後には、図中実線の矢印で示すように、ラジエータb、ロアホースc、サーモスタットdの順で流れてきた冷却水とウォータジャケットから排出された冷却水とがウォータポンプaで合流し、ヒータ用導入ホースf、ヒータコアg、ヒータ用排出ホースh、ウォータジャケットの順に流れる。そして、この冷却水は、ウォータジャケットで分流され、一方はウォータポンプaに流入し、他方はアッパホースiを経てラジエータbに戻される。これにより、一部の冷却水の熱をラジエータbによって大気に放出して冷却水を冷却し、エンジン本体が適温に維持されることになる。

ところで、この種の冷却装置において、冷却水の循環経路内に空気が存在すると冷却水の円滑な循環が阻害され、十分な冷却効果が得られなくなる。そこで、従来は、次のようなエア抜き作業を行っていた。即ち、メンテナンス時等においてエンジンを暖気運転して冷却水温を上昇させ、サーモスタットdの開放により冷却水がラジエータbに流れ込むようにする。その際、循環経路内に存在する空気は冷却水の流れと共にラジエータbのアッパタンクb2に導入される。そして、エンジン停止後であって冷却水温が十分に低下した後に、アッパタンクb2に備えられたラジエータキャップb3を手動にて開放することによりエア抜きが行われる。

また、このエア抜きに鑑みられたものとして下記の特許文献3が提案されている。この特許文献3には、気液分離チャンバをウォータポンプよりも上方に配置し、循環経路内の空気を気液分離チャンバに回収させる。また、気液分離チャンバの上部に圧力キャップを備えさせ、気液分離チャンバ内の空気圧が高まった際に圧力キャップが開弁して空気が排出されるようにしている。
特開2003−120291号公報
特開2004−332583号公報
特開2003−3847号公報

概要

冷却水の循環経路内、特に、比較的高さ位置の低い箇所に滞留している空気を短時間で容易に排出可能とする冷却装置に備えられる気液分離器及びその気液分離器を備えた冷却装置を提案する。ウォータポンプ5の吐出側とヒータコア6とを接続するヒータ用導入ホースH2の途中に乱流ポット7を配設する。この乱流ポット7の内部で冷却水の乱流を生じさせることにより、冷却水と共に流れてきた空気を冷却水から分離し、乱流ポット7の上部からエア回収管8を経てラジエータ3に向けて空気を回収する。これにより、比較的高さ位置の低い箇所に滞留している空気をラジエータ3のアッパタンク32に導入でき、ラジエータキャップ34を開放するエア抜き作業により冷却水循環経路から容易に空気を排出できる。

目的

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却水の循環経路内、特に、比較的高さ位置の低い箇所に滞留している空気を短時間で容易に排出可能とする内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器及びその気液分離器を備えた内燃機関の冷却装置を提案することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関の冷間時には、ポンプ手段とエンジン本体との間で形成された循環経路冷却液循環する一方、内燃機関の暖機完了後には、ポンプ手段とエンジン本体とラジエータとの間で形成された循環経路を冷却液が循環するよう構成された内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器であって、上記内燃機関の冷間時に冷却液が循環する循環経路のうち、上記ラジエータの上端部に備えられたラジエータキャップよりも低い位置に配設されており、流れてきた冷却液の流れに乱流を発生させることによってこの冷却液と共に流れてきた気体を冷却液から分離すると共に、この分離した気体をラジエータの上端部に向けて排出するよう構成されていることを特徴とする気液分離器。

請求項2

上記請求項1記載の内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器において、冷却水の流れ込み方向に対して直交する方向の断面積を拡大することにより、内部で冷却液の流れに乱流を発生させる構成とされていることを特徴とする気液分離器。

請求項3

上記請求項1または2記載の内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器において、冷却液から分離された気体をラジエータの上端部に向けて排出するための排出口を備えていると共に、冷却液から分離回収した気体をラジエータの上端部に向けて排出する際にのみ上記排出口を開放する気体排出弁が設けられていることを特徴とする気液分離器。

請求項4

内燃機関の冷間時には、ポンプ手段とエンジン本体との間で形成された循環経路を冷却液が循環する一方、内燃機関の暖機完了後には、ポンプ手段とエンジン本体とラジエータとの間で形成された循環経路を冷却液が循環するよう構成された内燃機関の冷却装置において、上記内燃機関の冷間時に冷却液が循環する循環経路のうち、上記ラジエータの上端部に備えられたラジエータキャップよりも低い位置に気液分離器が配設されており、この気液分離器は、流れてきた冷却液の流れに乱流を発生させることによってこの冷却液と共に流れてきた気体を冷却液から分離すると共に、この分離した気体をラジエータの上端部に向けて排出する構成とされていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。

請求項5

ポンプ手段とエンジン本体とラジエータとの間で形成された循環経路に冷却液を循環させることによってエンジン本体から回収した熱をラジエータにより放出する内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器であって、上記循環経路のうち、上記ラジエータの上端部に備えられたラジエータキャップよりも低い位置に配設されており、流れてきた冷却液の流れに乱流を発生させることによってこの冷却液と共に流れてきた気体を冷却液から分離すると共に、この分離した気体をラジエータの上端部に向けて排出するよう構成されていることを特徴とする気液分離器。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関冷却装置に備えられる気液分離器及びその気液分離器を備えた内燃機関の冷却装置に係る。特に、本発明は、冷却水循環経路における比較的高さ位置の低い箇所に滞留する空気を循環経路外に排出するための改良に関する。

背景技術

0002

従来より、例えば自動車用エンジン(内燃機関)に搭載される冷却装置としては、下記の特許文献1や特許文献2に開示されているように、ラジエータサーモスタットウォータポンプ等を備えている。そして、冷間時(例えばエンジン始動初期時)には、サーモスタットが閉鎖されることによって、エンジン本体内部に形成されたウォータジャケットとウォータポンプとの間で冷却水の循環(ラジエータをバイパスする循環)を行ってエンジンの暖機が早期に完了するようにしている。一方、エンジンの暖機完了後には、サーモスタットが開放されることによって、ウォータジャケットから流出した冷却水の一部をラジエータに流すことで、この冷却水が回収した熱をラジエータより大気に放出するようにしている。

0003

図6は、従来の冷却装置の構成を示す斜視図である。この図に示すように、ウォータポンプaの吸入側には、ラジエータbのロアタンクb1から延びるロアホースcがサーモスタットdを介して接続されていると共に、シリンダヘッドe内のウォータジャケットが連通されている。一方、ウォータポンプaの吐出側にはヒータ導入ホースfを介してヒータコアgが接続されている。このヒータコアgは冷却水の熱を利用して車室内暖房するためのものであって、エアコンディショナ送風ダクトに臨んでいる。また、このヒータコアgの冷却水出口側はヒータ用排出ホースhを介して上記ウォータジャケットに連通している。更に、上記ラジエータbのアッパタンクb2から延びるアッパホースiはウォータジャケットに連通している。

0004

このような冷却水の循環経路が形成されている場合、サーモスタットdが閉鎖されるエンジン冷間時には、図中破線の矢印で示すように、ウォータポンプa、ヒータ用導入ホースf、ヒータコアg、ヒータ用排出ホースh、ウォータジャケット、ウォータポンプaの順で冷却水が流れる循環動作が行われる。これにより、比較的少量の冷却水を、ラジエータbをバイパスして循環させラジエータbにおける放熱動作を行わせないことでエンジンの暖機が早期に完了することになる。

0005

一方、サーモスタットdが開放されるエンジンの暖機完了後には、図中実線の矢印で示すように、ラジエータb、ロアホースc、サーモスタットdの順で流れてきた冷却水とウォータジャケットから排出された冷却水とがウォータポンプaで合流し、ヒータ用導入ホースf、ヒータコアg、ヒータ用排出ホースh、ウォータジャケットの順に流れる。そして、この冷却水は、ウォータジャケットで分流され、一方はウォータポンプaに流入し、他方はアッパホースiを経てラジエータbに戻される。これにより、一部の冷却水の熱をラジエータbによって大気に放出して冷却水を冷却し、エンジン本体が適温に維持されることになる。

0006

ところで、この種の冷却装置において、冷却水の循環経路内に空気が存在すると冷却水の円滑な循環が阻害され、十分な冷却効果が得られなくなる。そこで、従来は、次のようなエア抜き作業を行っていた。即ち、メンテナンス時等においてエンジンを暖気運転して冷却水温を上昇させ、サーモスタットdの開放により冷却水がラジエータbに流れ込むようにする。その際、循環経路内に存在する空気は冷却水の流れと共にラジエータbのアッパタンクb2に導入される。そして、エンジン停止後であって冷却水温が十分に低下した後に、アッパタンクb2に備えられたラジエータキャップb3を手動にて開放することによりエア抜きが行われる。

0007

また、このエア抜きに鑑みられたものとして下記の特許文献3が提案されている。この特許文献3には、気液分離チャンバをウォータポンプよりも上方に配置し、循環経路内の空気を気液分離チャンバに回収させる。また、気液分離チャンバの上部に圧力キャップを備えさせ、気液分離チャンバ内の空気圧が高まった際に圧力キャップが開弁して空気が排出されるようにしている。
特開2003−120291号公報
特開2004−332583号公報
特開2003−3847号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、上述した従来の冷却装置は、循環経路における比較的高さ位置の高い箇所に滞留している空気を循環経路から排出することは比較的容易であるが、循環経路における比較的高さ位置の低い箇所に滞留している空気をラジエータまで導いて循環経路から排出することは困難であった。特に、自動車エンジンの冷却装置にあっては、エンジンルーム内の限られたスペースに冷却装置を配置させる必要から、循環経路の形状が複雑であり、この循環経路が上下方向で屈曲している場合には、循環経路における比較的高さ位置の低い箇所に滞留する空気をラジエータまで導いて循環経路から排出することは極めて困難であった。

0009

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却水の循環経路内、特に、比較的高さ位置の低い箇所に滞留している空気を短時間で容易に排出可能とする内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器及びその気液分離器を備えた内燃機関の冷却装置を提案することにある。

課題を解決するための手段

0010

−課題の解決原理
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、冷却水の流路乱流を発生させることで、この冷却水と共に流れてきた空気を冷却水から分離する手段を備えさせる。そして、この手段の配設箇所として、ラジエータキャップよりも下方位置に設定することにより、循環経路における比較的高さ位置の低い箇所に滞留している空気を容易に回収してラジエータキャップに向けて排出できるようにしている。

0011

−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の冷間時には、ポンプ手段とエンジン本体との間で形成された循環経路を冷却液が循環する一方、内燃機関の暖機完了後には、ポンプ手段とエンジン本体とラジエータとの間で形成された循環経路を冷却液が循環するよう構成された内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器を対象とする。そして、この気液分離器を、上記内燃機関の冷間時に冷却液が循環する循環経路のうち、上記ラジエータの上端部に備えられたラジエータキャップよりも低い位置に配設する。また、気液分離器を、流れてきた冷却液の流れに乱流を発生させることによってこの冷却液と共に流れてきた気体を冷却液から分離すると共に、この分離した気体をラジエータの上端部に向けて排出する構成としている。

0012

従来より、内燃機関の冷間時にはポンプ手段とエンジン本体との間で形成された循環経路を冷却液が循環する。つまり、ラジエータには冷却液が流れ込まないため、循環経路内に存在している気体(空気)、特に循環経路中の比較的高さ位置の低い箇所に停滞している気体をラジエータに向けて排出することはできなかった。本解決手段によれば、この内燃機関の冷間時における冷却液の循環動作中には、その循環している冷却液中の気体は気液分離器の内部で発生している乱流によって冷却液から分離される。例えば、微小気泡が複数存在している場合、上記乱流によって各気泡が合体して比較的大型の気泡となりその浮力によって気液分離器内上層部分に回収されて冷却液から分離される。そして、この冷却液から分離された気体は気液分離器からラジエータの上端部に向けて排出される。具体的には、気液分離器とラジエータのアッパホースとをエア回収管によって接続するなどしてラジエータの上端部に気体を回収していく。つまり、冷却液の温度が低くサーモスタットが閉鎖状態であり冷却液がラジエータへ導入されない状況であっても、冷却液中の気体を冷却液から分離することができ、エンジンの暖気完了を待つことなく気体をラジエータに回収することができる。その後、ラジエータキャップを取り外してラジエータの内部を開放することにより上記回収した気体を大気に放出する。尚、自動排気機能を備えたラジエータキャップを適用した場合には、ラジエータの上端部に気体を回収していく動作と同時に気体が大気に放出されることになる。これにより、内燃機関の冷間時であっても循環経路中に存在する気体を回収することが可能になり、比較的高さ位置の低い箇所に滞留している気体を短時間で容易に循環経路から排出できる。

0013

上記気液分離器における冷却液の乱流発生原理として具体的には、冷却水の流れ込み方向に対して直交する方向の断面積を拡大することにより、内部で冷却液の流れに乱流を発生させる構成となっている。

0014

これにより、比較的簡素な構成で確実に乱流を発生させて気液分離機能を発揮させることができ、実用性の高い構成を提供できる。

0015

更に、気液分離器のより具体的な構成としては以下のものが挙げられる。気液分離器に、冷却液から分離された気体をラジエータの上端部に向けて排出するための排出口を備えさせると共に、冷却液から分離回収した気体をラジエータの上端部に向けて排出する際にのみ上記排出口を開放する気体排出弁を設けた構成としている。

0016

この構成によれば気液分離器内に回収された気体の量が所定量に達した場合にのみ気液分離器からラジエータに向けて気体を排出することができる。つまり、このラジエータに向けて気体を排出するタイミング以外では気液分離器の排出口は気体排出弁によって閉鎖されているため、ラジエータ側から気液分離器内への冷却液の流入が阻止される。

0017

また、上記気液分離器を備えた内燃機関の冷却装置も本発明の技術的思想範疇である。つまり、内燃機関の冷間時には、ポンプ手段とエンジン本体との間で形成された循環経路を冷却液が循環する一方、内燃機関の暖機完了後には、ポンプ手段とエンジン本体とラジエータとの間で形成された循環経路を冷却液が循環するよう構成された内燃機関の冷却装置を前提とする。この冷却装置に対し、上記内燃機関の冷間時に冷却液が循環する循環経路のうち、上記ラジエータの上端部に備えられたラジエータキャップよりも低い位置に気液分離器を配設する。そして、この気液分離器を、流れてきた冷却液の流れに乱流を発生させることによってこの冷却液と共に流れてきた気体を冷却液から分離すると共に、この分離した気体をラジエータの上端部に向けて排出する構成としている。

0018

また、以下の如く構成された気液分離器も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、ポンプ手段とエンジン本体とラジエータとの間で形成された循環経路に冷却液を循環させることによってエンジン本体から回収した熱をラジエータにより放出する内燃機関の冷却装置に備えられる気液分離器を対象とする。そして、この気液分離器を、上記循環経路のうち、上記ラジエータの上端部に備えられたラジエータキャップよりも低い位置に配設する。また、気液分離器を、流れてきた冷却液の流れに乱流を発生させることによってこの冷却液と共に流れてきた気体を冷却液から分離すると共に、この分離した気体をラジエータの上端部に向けて排出する構成としている。

0019

これら特定事項によっても、上述した各解決手段の場合と同様に、比較的高さ位置の低い箇所に滞留している気体を短時間で容易に循環経路から排出することが可能になる。

発明の効果

0020

本発明では、冷却液の流路における比較的高さ位置の低い箇所に滞留している気体を冷却液から分離するべく、冷却液に乱流を発生させて気液分離を行う気液分離器をラジエータキャップよりも下方位置に配設している。このため、循環経路中に存在する気体を容易に回収することが可能になり、特に比較的高さ位置の低い箇所に滞留している気体を短時間で容易に循環経路から排出でき、冷却装置の冷却性能を高く維持できる。

発明を実施するための最良の形態

0021

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、本発明を自動車に搭載された4気筒ガソリンエンジンに適用した場合について説明する。

0022

−エンジン本体及び冷却装置の構成−
図1は、本実施形態に係るエンジン本体1及びこのエンジン本体1に取り付けられた冷却装置2の構成を示す斜視図である。また、図2は、この冷却装置2の冷却水流路の概略を示す回路図である。

0023

これらの図に示すように、本実施形態に係るエンジン本体1は、4本の排気経路を備えた排気マニホールド11が接続された縦置き型の直列4気筒ガソリンエンジンである。このため、このエンジン本体1の正面側車体前側)には、クランクシャフトの一端に取り付けられたクランクシャフトプーリ12と、このクランクシャフトプーリ12の回転力伝動ベルトファンベルト)を介して受ける冷却ファン13とが備えられている。

0024

一方、冷却装置2は、ラジエータ3、サーモスタット4、ウォータポンプ5、ヒータコア6、これら各機器3,4,5,6を接続するホースH1,H2,H3,H4が備えられている。

0025

具体的には、ラジエータ3のロアタンク31とサーモスタット4とはロアホースH1によって接続されており、ウォータポンプ5とヒータコア6とはヒータ用導入ホースH2によって接続されており、ヒータコア6とエンジン本体1のウォータジャケット14,15(図2参照)とはヒータ用排出ホースH3によって接続されている。また、上記ウォータジャケット14,15はエンジン本体1の内部で分岐され、一方はウォータポンプ5に他方はアッパホースH4によってラジエータ3のアッパタンク32にそれぞれ接続されている。尚、図2では、ヒータ用排出ホースH3を経てエンジン本体1に流入した冷却水がシリンダヘッド側のウォータジャケット14とシリンダブロック側のウォータジャケット15とに分流された後、シリンダヘッド側で合流し、その後、ウォータポンプ5側とアッパホースH4側とに分流されるようになっている。ウォータジャケット14,15の流路形状としてはこれに限るものではない。例えば、シリンダヘッド側のウォータジャケット14を流通した冷却水がシリンダブロック側のウォータジャケット15に流れ込む流路形状のものであってもよい。

0026

以下、冷却装置2を構成している各機器の構成及び機能について簡単に説明する。

0027

本実施形態におけるラジエータ3は、ダウンフロータイプのものであり、アッパタンク32とロアタンク31との間にラジエータコア33が備えられている。これにより、エンジン本体1からアッパホースH4を経てアッパタンク32に回収された冷却水がロアタンク31に向けてラジエータコア33の内部を流下する際に外気走行風や冷却ファン13の駆動による送風)との間で熱交換を行い、外気に放熱することで冷却水が冷却されるようになっている。また、上記アッパタンク32にはラジエータキャップ34が着脱自在に装着されている。このラジエータキャップ34は、冷却水循環経路内圧大気圧以上に維持することにより冷却水の沸点を高くしてラジエータコア33での熱交換効率を高める機能を有している。また、このラジエータキャップ34は、冷却水循環経路への注水時や冷却水循環経路からのエア抜き作業時(このエア抜き作業については後述する)にはアッパタンク32から取り外される。これにより、ラジエータ3の注水口が開放されて冷却水循環経路が大気に連通する。

0028

サーモスタット4は、冷却水循環経路の水路切り換えることによって冷却水の温度を調整するものであって、例えば内部に封入されたワックス熱膨張を利用し、内装されたバルブ冷却水温度に応じて開閉される機構を備えている。そして、エンジン本体1の冷間時、つまり冷却水温度が比較的低い場合には、サーモスタット4のバルブが閉鎖して、ラジエータ3のロアタンク31とウォータポンプ5との間の水路を遮断し、ラジエータ3に冷却水を流さないことでエンジン本体1の暖機運転の早期完了を図るようになっている。一方、エンジン本体1の暖機完了後、つまり冷却水温度が比較的高い場合には、サーモスタット4のバルブが開放して、ラジエータ3のロアタンク31とウォータポンプ5との間の水路を開放し、ラジエータ3に冷却水の一部を流すことでその冷却水が回収した熱をラジエータ3によって大気に放出するようにしている。

0029

ウォータポンプ5は、冷却水循環経路内に水流を発生させるためのものであって、その駆動軸に備えられたウォータポンププーリと上記クランクシャフトプーリ12との間に伝動ベルトが掛け渡されていることにより、クランクシャフトの回転力を受けて駆動するようになっている。また、本実施形態におけるウォータポンプ5は、2つの吸入口を備えており、一方の吸入口は上記サーモスタット4を介してロアホースH1に連通しており、他方の吸入口はエンジン本体1のウォータジャケット14,15に連通している。

0030

ヒータコア6は、冷却水の熱を利用して車室内を暖房するためのものであって、エアコンディショナの送風ダクトに臨んでいる。つまり、車室内の暖房時には送風ダクト内を流れる空調風をヒータコア6に通過させて温風として車室内に供給する一方、それ以外(例えば冷房時)では空調風がヒータコア6をバイパスするようになっている。

0031

尚、このヒータコア6の上端部及びヒータ用排出ホースH3の上端位置には、エア抜き部Aが設けられている。このエア抜き部Aは、自動車の工場出荷時や冷却水交換のメンテナンス時に開放され、冷却水循環経路内の空気をエア抜き部Aから排出しながら上記ラジエータ3の注水口より冷却水の注入を行うことでこの注入作業が良好に行われるようにしている。

0032

乱流ポット
本実施形態の特徴は、上記ヒータ用導入ホースH2に乱流ポット(気液分離器)7が備えられている点にある。以下、この乱流ポット7について説明する。

0033

上記ヒータ用導入ホースH2の配設高さ位置は上記ラジエータ3の上端位置よりも低い位置となっている。つまり、ラジエータキャップ34の位置よりも低い位置にヒータ用導入ホースH2は配設されている。

0034

このヒータ用導入ホースH2に設けられている乱流ポット7は、このヒータ用導入ホースH2を流れる冷却水の水路を部分的に拡大するものである。図3は乱流ポット7の内部を示す断面図であって、図3(a)はヒータ用導入ホースH2の延長方向に沿って乱流ポット7を切断した断面図であり、図3(b)はヒータ用導入ホースH2の延長方向に対して直交する方向で乱流ポット7を切断した断面図である。これら図に示すように、乱流ポット7はヒータ用導入ホースH2の延長方向に対して直交する方向から見た側面視(図3(a)参照)が略三角形状であって、その内部には幅方向(ヒータ用導入ホースH2の延長方向に対して直交する方向)に略扁平な三角柱形状の空間Sが形成されている。そして、この内部空間Sの高さ寸法は上記ヒータ用導入ホースH2の内径寸法よりも大幅に大きく設定されている。また、この内部空間Sの幅方向の寸法(図3(b)における寸法t1)は上記ヒータ用導入ホースH2の内径寸法(図3(b)における寸法t2)よりも僅かに大きく設定されている。

0035

そして、上記側面視における三角形底角部分である両端部(冷却水の流れ方向の両端部)には上記ヒータ用導入ホースH2が接続する流入側及び流出側の各パイプ部71,72がそれぞれ形成されている。このため、ウォータポンプ5から吐出されてヒータ用導入ホースH2を流れてきた冷却水が流入側パイプ部71を経て乱流ポット7の内部空間Sに流入した際には、この内部空間Sが拡大されていることに伴い、冷却水の流れが乱れ、この乱流ポット7の内部で冷却水の乱流が発生することになる。その結果、冷却水中に空気が混入した状態で乱流ポット7に達した場合には、この乱流によって空気が冷却水から分離されてこの空気は乱流ポット7の内部の上層部分に流れることになる。具体的には、乱流ポット7の内部空間Sに流入してきた冷却水中に微小な気泡が複数存在している場合、上記乱流によって各気泡が合体して比較的大型の気泡となりその浮力によって乱流ポット7内の上層部分に回収されて冷却水から分離されることになる。

0036

また、上記側面視における三角形の頂角部分である乱流ポット7の上端部には上方に向けて開放する上端パイプ部73が形成されており、この上端パイプ部73にはエア回収管8が取り付けられている。このエア回収管8は一端が上端パイプ部73を介して乱流ポット7の上層部に連通している一方、他端が上記アッパホースH4に連通している。つまり、この上端パイプ部73の内部空間が本発明でいう排出口となっている。

0037

更に、この上端パイプ部73の内部には開閉弁機構74が設けられている。この開閉弁機構74は、乱流ポット7の内面に取り付けられた回動軸75aの回りに回動自在な弁体(気体排出弁)75を有していると共に、この弁体75が上端パイプ部73を閉鎖した状態(図3実線で示す状態)で弁体75の下面に当接してこの状態を支持するストッパ76が設けられている。また、この弁体75の回動軸75aにはスプリングが巻き掛けられており、このスプリングによって弁体75には上端パイプ部73を閉鎖する方向への付勢力が与えられている。このため、上述した如く冷却水から分離されて乱流ポット7の上層部分に流れ込んだ空気の量が多くなった場合には、その空気圧によって開閉弁機構74の弁体75が上方に回動して上端パイプ部73を開放し(図3(a)に仮想線で示す状態を参照)、乱流ポット7内の空気が、エア回収管8によって抜き出されてアッパホースH4に向けて流出する構成となっている。

0038

冷却水循環動作
次に、上述の如く構成された冷却装置2における冷却水の循環動作について説明する。

0039

先ず、エンジンの始動初期時等のような冷間時には、サーモスタット4が閉鎖され、図1破線で示す矢印及び図2(a)に実線で示す矢印のように、ウォータポンプ5、ヒータ用導入ホースH2、ヒータコア6、ヒータ用排出ホースH3、ウォータジャケット14,15、ウォータポンプ5の順で冷却水が流れる循環動作が行われる。これにより、比較的少量の冷却水を、ラジエータ3をバイパスして循環させラジエータ3における放熱動作を行わせないことでエンジンの暖機を早期に完了させるようにする。

0040

このような冷却水の循環動作を行っている状況において、ウォータポンプ5から吐出されヒータ用導入ホースH2を流れてきた冷却水は乱流ポット7の内部空間Sに流入する。この際、上述した如く乱流ポット7の内部空間Sは拡大されているために、冷却水の流れが乱れることになり、乱流ポット7の内部で冷却水の乱流が発生する。その結果、冷却水中に空気が混入した状態で乱流ポット7に達した場合には、この乱流によって空気が冷却水から分離され、この空気は乱流ポット7内の上層部分に流れる。そして、この乱流ポット7内の上層部の空気量が多くなると、上記開閉弁機構74の弁体75が上方に回動して乱流ポット7内の空気がエア回収管8によって抜き出されてアッパホースH4に導入される(図2(a)に一点鎖線で示す矢印を参照)。

0041

このように、本実施形態の冷却装置2では、エンジンの冷間時であっても、ヒータ用導入ホースH2内に存在するまたはこのヒータ用導入ホースH2に流れ込んできた空気を容易にアッパホースH4に排出することができる。つまり、ラジエータキャップ34の位置よりも低い位置で滞留している空気を容易にアッパホースH4に排出することが可能である。

0042

一方、エンジンの暖機完了後には、サーモスタット4が開放され、図1に実線で示す矢印及び図2(b)に実線で示す矢印のように、ラジエータ3、ロアホースH1、サーモスタット4の順で流れてきた冷却水とウォータジャケット14,15から排出された冷却水とがウォータポンプ5で合流し、ヒータ用導入ホースH2、ヒータコア6、ヒータ用排出ホースH3、ウォータジャケット14,15の順に流れる。そして、この冷却水は、ウォータジャケット14,15で分流され、一方はウォータポンプ5に、他方はアッパホースH4を経てラジエータ3に戻される。これにより、一部の冷却水の熱をラジエータ3によって大気に放出して冷却水を冷却し、エンジン本体1を適温に維持することになる。

0043

このような冷却水の循環動作を行っている状況においても、乱流ポット7の内部に流れ込んできた冷却水に乱流を発生させて、冷却水中の空気を冷却水から分離することができる。その後、上記冷間時の場合と同様に、乱流ポット7内の上層部の空気量が多くなると、上記開閉弁機構74の弁体75が上方に回動して乱流ポット7内の空気がエア回収管8によって抜き出されてアッパホースH4に達する。そして、このエンジンの暖機完了後にはサーモスタット4が開放しているため、アッパホースH4にはラジエータ3に向かう水流が発生している。従って、このアッパホースH4に流れ込んだ空気は、この水流に沿ってラジエータ3のアッパタンク32に達し(図2(b)に一点鎖線で示す矢印を参照)、このアッパタンク32の注水口(上記ラジエータキャップ34によって閉鎖されている開口)付近に溜まる。この際、上記エンジンの冷間時にアッパホースH4に止まっていた空気も、このアッパホースH4内での水流に沿ってラジエータ3のアッパタンク32に達し、このアッパタンク32の注水口付近に溜まることになる。

0044

そして、エンジンのメンテナンス時に、ラジエータキャップ34を取り外してアッパタンク32を開放するエア抜き作業を行うことにより、上記冷間時に回収された空気及び暖機完了後の運転中に回収された空気を共に確実に冷却水循環経路から大気中に放出することができる。その結果、冷却水循環経路中に空気を存在させないことによって冷却性能を高く維持させることができる。

0045

(変形例1)
次に、本発明の変形例1について説明する。本変形例は、乱流ポット7の内部空間Sにおける冷却水の乱流を効果的に発生させるための構成を上記実施形態に追加したものである。その他の構成及び冷却水の循環動作は上述した実施形態の場合と同様であるので、ここでは乱流ポット7の構成における追加部分についてのみ説明する。

0046

図4は、本変形例における図3に相当する図である。この図4に示すように、本変形例における乱流ポット7の内部には、冷却水の流れ方向を変更するための複数の乱流発生プレート77a,77bが設けられている。つまり、この乱流発生プレート77a,77bに冷却水の水流が衝突すると、その流れ方向が変更され、これによって乱流ポット7の内部には大きな乱流が発生することになる。具体的には、上流側及び下流側の2つの乱流発生プレート77a,77bが設けられている。これら乱流発生プレート77a,77bは乱流ポット7の内部空間Sにおける冷却水流れ方向の中央部よりも上流側(流入側パイプ部71側)に配置されており、乱流ポット7の内部空間Sにおける比較的上流側部分で大きな乱流を発生させるようになっている。また、上流側の乱流発生プレート77aよりも下流側の乱流発生プレート77bの配設位置を高く設定し、上流側の乱流発生プレート77aによって上向きの冷却水流れに沿って流れる空気を更に下流側の乱流発生プレート77bによって上向きの流れとし、乱流ポット7の内部空間Sの上層部に向けて空気が流れるようにしている。

0047

本変形例の構成によれば、冷却水の乱流を効果的に発生させることができ、冷却水中に存在する空気の分離がより確実に行われることになる。

0048

(変形例2)
次に、本発明の変形例2について説明する。本変形例も、乱流ポット7の内部空間Sにおける冷却水の乱流を効果的に発生させるための構成を上記実施形態に追加したものである。その他の構成及び冷却水の循環動作は上述した実施形態の場合と同様であるので、ここでも乱流ポット7の構成における追加部分についてのみ説明する。

0049

図5は、本変形例における図3(a)に相当する図である。この図5に示すように、本変形例における乱流ポット7の内部には、この乱流ポット7の内部空間Sにおいて冷却水を攪拌するためのプロペラ78を備えている。このプロペラ78はバッテリからの給電により駆動する電動モータによって回転するものであってもよいし、クランクシャフトからの駆動力を受けて回転するものであってもよい。この構成によっても乱流ポット7の内部に大きな乱流を発生させることができ、冷却水中に存在する空気の分離がより確実に行われることになる。

0050

−その他の実施形態−
以上説明した実施形態及び変形例は、本発明を自動車に搭載された4気筒ガソリンエンジンに適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、その他の形式のガソリンエンジンやディーゼルエンジンにも適用可能である。また、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数エンジン形式直列型V型等の別)についても特に限定されるものではない。

0051

また、乱流ポット7の配設位置としてはヒータ用導入ホースH2に限定されるものではない。例えば、上記ロアホースH1やヒータ用排出ホースH3の比較的低い位置に乱流ポット7を配設するようにしてもよい。ロアホースH1に乱流ポット7を配設する場合、エンジンの冷間時にはロアホースH1には冷却水が流れないため、空気の回収動作は暖機完了後に行われることになる。

0052

また、乱流ポット7に備えられた開閉弁機構74は、乱流ポット内部空間Sの圧力によって自動開閉するものとしたが、本発明はこれに限らず、手動により開閉されるものであってもよい。また、この開閉弁機構74は、本発明において必須のものではなく、乱流ポット内部空間Sがエア回収管8に常時連通する構成であってもよい。

図面の簡単な説明

0053

実施形態に係るエンジン本体及びこのエンジン本体に取り付けられた冷却装置の構成を示す斜視図である。
冷却装置の冷却水流路の概略を示す回路図であって、図2(a)はエンジン冷間時の循環動作を、図2(b)はエンジン暖機完了後の循環動作をそれぞれ示す図である。
乱流ポットの内部を示す断面図であって、図3(a)はヒータ用導入ホースの延長方向に沿って乱流ポットを切断した断面図であり、図3(b)はヒータ用導入ホースの延長方向に対して直交する方向で乱流ポットを切断した断面図である。
変形例1における図3相当図である。
変形例2における図3(a)相当図である。
従来例における図1相当図である。

符号の説明

0054

1エンジン本体
3ラジエータ
34ラジエータキャップ
5ウォータポンプ(ポンプ手段)
7乱流ポット(気液分離器)
75弁体(気体排出弁)
S 乱流ポット内部空間

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