(57)【要約】  本発明は、冷却回路（１０１）を備えるエンジン冷却システムに関し、前記冷却回路が、エンジンにクーラントを供給するためと、該クーラントを前記冷却回路内で循環させるためのクーラント・ポンプ（１０２）と、前記エンジンンの下流で前記クーラントを冷却するための少なくとも１つの熱交換器（１０４）とを備え、膨張タンク（１１０）が、前記クーラント・ポンプの上流で前記冷却回路（１０１）に接続されている。前記冷却システムは、前記エンジンの少なくとも１つの所定の運転モードの間は、前記膨張タンク（１１０）から前記冷却回路（１０１）に供給するクーラントを加圧するように構成された圧力調整手段（１１３、３２４）によって加圧され、前記膨張タンク（１１０）は、前記エンジンの通常運転モードでは常に、周囲大気に対して閉じている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却回路（１０１、２０１、３０１）を備えるエンジン冷却システムであって、前記冷却回路が、エンジンにクーラントを供給するためと、該クーラントを前記冷却回路内で循環させるためのクーラント・ポンプ（１０２、２０２、３０２）と、前記エンジンンの下流で前記クーラントを冷却するための少なくとも１つの熱交換器（１０４、２０４、３０４）とを備え、膨張タンク（１１０、２１０、３１０）が、前記クーラント・ポンプ（１０２、２０２、３０２）の上流で前記冷却回路（１０１、２０１、３０１）に接続されるエンジン冷却システムにおいて、前記エンジンの少なくとも１つの所定の運転モードの間は、前記膨張タンク（１１０、２１０、３１０）から前記冷却回路（１０１、２０１、３０１）に供給するクーラントを加圧するように構成された圧力調整手段（１１３、３２４）によって、前記冷却システムが加圧され、前記エンジンの通常運転モードでは常に、前記膨張タンク（１１０、２１０、３１０）が周囲大気に対して閉じていることを特徴とするエンジン冷却システム。
【請求項２】
前記圧力調整手段（１１３、２１３）が、前記膨張タンク（１１０、２１０）内に位置することを特徴とする、請求項１に記載のエンジン冷却システム。
【請求項３】
前記圧力調整手段（１１３、２１３）が、前記膨張タンク内の前記クーラントを変位させるように構成されることを特徴とする、請求項２に記載のエンジン冷却システム。
【請求項４】
前記圧力調整手段（１１３、２１３）が、加圧された流体を外部圧力源から供給されることを特徴とする、請求項３に記載のエンジン冷却システム。
【請求項５】
前記加圧された流体が、前記クーラントと隔てられた容積内に含まれることを特徴とする、請求項４に記載のエンジン冷却システム。
【請求項６】
前記圧力調整手段（１１３、２１３）がダイヤフラムであることを特徴とする、請求項５に記載のエンジン冷却システム。
【請求項７】
前記冷却システムがさらに、前記クーラント・ポンプ（２０２）の上流に位置する脱気チャンバ（２２０）を備えることを特徴とする、請求項４に記載のエンジン冷却システム。
【請求項８】
前記膨張タンク（２１０）が、前記脱気チャンバ（２２０）に接続されることを特徴とする、請求項７に記載のエンジン冷却システム。
【請求項９】
前記圧力調整手段（１１３、２１３）が、制御可能な弁（１１５、２１５）を介して流体圧力源に接続されることを特徴とする、請求項２に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１０】
前記クーラントと前記流体圧力源からの流体が、接触しない関係で維持されることを特徴とする、請求項９に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１１】
前記弁（１１５、２１５）が、圧力で制御される弁であることを特徴とする、請求項９に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１２】
前記弁（１１５、２１５）が、前記膨張タンク（１１０、２１０）内の圧力で制御されることを特徴とする、請求項１１に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１３】
前記弁（１１５、２１５）が、前記エンジンが始動する間、前記膨張タンク（１１０、２１０）を所定の圧力に加圧するように制御可能であることを特徴とする、請求項９に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１４】
前記弁（１１５、２１５）が、前記エンジンの通常運転の間、前記膨張タンク（１１０、２１０）内で所定の圧力を維持するように制御可能であることを特徴とする、請求項９に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１５】
１つの運転モードが、前記エンジンの始動であることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１６】
前記圧力調整手段（３２４）が、前記膨張タンク（１１０）を前記冷却回路に接続する供給管に位置することを特徴とする、請求項１に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１７】
前記冷却システムがさらに、前記クーラント・ポンプの上流に位置する脱気チャンバを備えることを特徴とする、請求項１６に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１８】
前記膨張タンク（１１０）が、制御可能な弁を介して前記脱気チャンバに接続されることを特徴とする、請求項１７に記載のエンジン冷却システム。
【請求項１９】
前記弁が、前記脱気チャンバ内の圧力で制御されることを特徴とする、請求項１８に記載のエンジン冷却システム。
【請求項２０】
前記圧力調整手段（３２４）がポンプであることを特徴とする、請求項１８に記載のエンジン冷却システム。
【請求項２１】
前記圧力調整手段（３２４）が注入装置であることを特徴とする、請求項１８に記載のエンジン冷却システム。
【請求項２２】
前記膨張タンク（１１０、２１０、３１０）の容積が、前記冷却システムの総容積の少なくとも１０％であることを特徴とする、請求項１乃至２１のいずれかに記載のエンジン冷却システム。
【請求項２３】
前記膨張タンク（１１０、２１０、３１０）の容積が、前記冷却システムの総容積の最大３０％までであることを特徴とする、請求項１乃至２１のいずれかに記載のエンジン冷却システム
【請求項２４】
請求項１乃至２３のいずれかに記載のエンジン冷却システムを備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トラック、乗用車、バスなどの車両、および定置発電機ユニットのためのエンジン冷却システムに関し、より詳細には、周囲大気に対して閉じた膨張タンクを備える冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプのエンジン冷却システムは膨張タンクを備えることが多い。この膨張タンクは、多くの機能を有し、中でも、温度が上昇することによって引き起こされるクーラントの膨張を監視する機能や、クーラント・ポンプの負圧側を加圧してポンプのキャビテーションを回避するためにシステム内に圧力を蓄積する機能を備える。５０〜７０リットルのクーラント・システムを備えるトラックや定置式エンジンでは、コールド・スタートから通常運転温度になるまでに、クーラントが約２リットル膨張することがある。
【０００３】
今日車両で使用される膨張タンクの、これに対する共通の解決策は、比較的高い所定の圧力で開くように設定できる制御可能な弁を使用することである。この弁は、膨張タンク内部の膨張と周囲空気を関連付ける。つまり、クーラントが熱せられ膨張すると、膨張タンク内の空気が圧縮され、圧力がこの弁のより高い設定値に達すると、弁が開き、圧力が所望の圧力に降下するまで、空気が周囲大気へ解放される。この空気はクーラントで飽和しており、クーラントが周囲空気へ放出される。
【０００４】
運転状態中に例えばエンジン負荷が低下したり、冷却ファンが連動開始したりなどのため、クーラントの温度が低下すると、クーラントの体積が収縮し、ポンプにおける圧力が低下する。ポンプにおける圧力が低下すると、膨張タンク内の空気圧が低下する。この圧力低下が上記弁の下限設定値を下回ると弁が開き、周囲空気がタンクに取り入れられる。こうすることによって、冷却回路内の圧力が、クーラント・ポンプにキャビテーションが発生する所定の圧力を下回らないようにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術のクーラント・システムに関する上述の問題のうち少なくとも１つを解決することであり、詳細には、ポンプのキャビテーションを回避するために、エンジン始動時にクーラント・ポンプの負圧側で圧力を迅速に蓄積するように制御できる冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１によるエンジン冷却システムによって達成される。本発明はまた、本発明によるかかるエンジン冷却システムを備える車両に関する。
【０００７】
本発明は、冷却回路を備えるエンジン冷却システムに関し、上記冷却回路は、エンジンにクーラントを供給するためと、そのクーラントを上記冷却回路内で循環させるためのクーラント・ポンプと、上記エンジンの下流で上記クーラントを冷却するための少なくとも１つの熱交換器とを備える。上記冷却回路において、上記クーラント・ポンプは、エンジンにクーラントを供給し、そこでクーラントが熱せられる。熱せられたクーラントは、サーモスタットを通過し、このサーモスタットによりクーラントの温度に応じて、直接ポンプに戻るか、熱交換器に戻るように方向付けられる。上記熱交換器は、ラジエータを、クーラントの温度を所望のレベルまで低下させるように構成することができる。膨張タンクを、クーラント・ポンプの上流で冷却回路に接続することができる。エンジンの少なくとも１つの所定の運転モードの間は、膨張タンクから冷却回路に供給するクーラントを加圧するように構成された圧力調整手段によって、上記冷却システムが加圧され、エンジンの通常運転モードでは常に、膨張タンクは周囲大気に対して閉じる。例えば、かかる運転モードは、エンジンのコールドスタートでもよい。
【０００８】
上記クーラント・ポンプに供給するクーラントを予備加圧すると、エンジン始動時の吸込管における相対的に低い圧力に起因する、そのポンプのキャビテーションの恐れが低減する。さらに、かかるエンジン冷却システムによって、ピーク値（高圧と低圧）がない均一な圧力を維持することができる。圧力がピーク値に達するとクーラント・システムの構成部品が損傷する可能性があるため、これは利点となる。システム内に周囲空気が入らないようにし、クーラントが周囲空気へ放出されないようにすることができるので、クーラントの酸化が防止、または抑制される。
【０００９】
第１の実施形態によると、上記圧力調整手段は、膨張タンク内に位置し、この膨張タンク内のクーラントを変位させるように構成することができる。上記圧力調整手段が加圧されると、膨張タンク内のクーラントの圧力が上昇し、この加圧されたクーラントの圧力が冷却回路にあるクーラント・ポンプの吸込管内にかかる。上記圧力調整手段は、ダイヤフラムであっても、膨張タンク内に構成された同様の適当な装置であってもよい。圧縮空気または同様の適当な流体をかかるダイヤフラムに供給して体積を増大させることによって、上記システムを加圧することができる。上記システムの圧力は、三方弁などの適当な弁によって制御される。上記弁は、空気を膨張タンク内に取り入れることも、空気を周囲空気に解放することもできる。かかる弁の機能については、下記に詳細に説明する。膨張タンクはさらに、安全弁を作動させる圧力を有してもよい。安全弁は、膨張タンク内の圧力が上昇して所定の最大許容圧力を超えると周囲空気に対して開放される。
【００１０】
膨張タンクの容積は、比較的大きいと好ましい。大型の膨張タンクは、それに比して大きなダイヤフラムを含むことができ、そういったダイヤフラムを使用すると、比較的広い範囲の温度にわたって、比較的大きい体積範囲のクーラントを所望の圧力に加圧することができる。また、比較的大きな膨張タンクを用いると、タンク内に望ましくない高い圧力を発生させることなく、過大な圧力を冷却回路から逃がすことが可能になる。標準サイズのタンクでは、圧力が急上昇して過大になると安全弁が開く可能性があり、それによって空気およびクーラントが周囲大気へ解放されることになるが、これは望ましくない。膨張タンクの容積は、システム全体の容積の１０〜３０％の範囲で選択、好ましくは約１５％にすることができる。最も一般的なサイズのエンジンでは、膨張タンクの容積を、冷却回路全体の容積やポンプの吸込管へ送り届ける所望のクーラント圧力などの要素に応じて、２５〜４０リットルの範囲で選択することができる。
【００１１】
上記圧力調整手段には、加圧した流体を外部圧力源から供給することができる。この外部圧力源は、エンジンに隣接する、またはエンジンが取り付けられた車両上の、タンクまたはコンプレッサからの圧縮空気でよい。上記圧縮空気源には、例えば車両内の既存のブレーキ・コンプレッサや、過給エンジンのエア・コンプレッサなどから供給することもできる。その他の適当な圧力源として、エンジン上の、またはエンジンに隣接するポンプからの加圧された油圧流体でもよい。かかるコンプレッサまたはポンプは、エンジンまたは同様の適当な動力源で駆動することができる。
【００１２】
上記加圧された流体は、クーラントと隔てられた容積内に含まれるので、上記流体とクーラントは、クーラントを混入させない非接触関係で維持される。上記冷却システムが周囲空気に直接接続されないということは、周囲空気へクーラントが放出されることがないということであり、クーラントを酸化し得る空気が冷却システム内に取り込まれる可能性がなくなるということである。
【００１３】
第１の実施形態の第１の例では、膨張チャンバを、クーラント・ポンプの上流にある熱交換器に配置することができる。例えば、ラジエータの上側部分が冷却回路の最高点である場合、膨張タンクをラジエータの上側部分に、またはそれに隣接して取り付けることができる。この例では、膨張タンクは、脱気チャンバとしても機能し、気泡をクーラントから取り除くことができる。
【００１４】
第１の実施形態の第２の例では、冷却システムは、クーラント・ポンプの上流にあるクーラント・システムの最高点に配置された、別個の脱気チャンバを備えることができる。この脱気チャンバは、クーラントを冷却するように構成された熱交換器すなわちラジエータに取り付けることができる。脱気チャンバの容積は、比較的小さくてよく、上記システムを脱気するためと、クーラントを充填するための場所を設けるために主に使用される。例えば、容積が約３０リットルの膨張タンクを使用する場合、脱気チャンバの容積は０．５リットルの範囲内でよい。ただし、容積が約４０リットルの大型の膨張タンクを使用する場合でも、脱気チャンバの容積は、５リットルを超えないほうが好ましい。上記第１の例と同様に、空気は、サーモスタットに接続された導管とラジエータの上側タンクに接続された導管を通して、脱気チャンバに逃がすことができる。冷却回路の静的充填を可能にするために、この脱気チャンバの下側部分がクーラント・ポンプの吸込管に接続される。脱気チャンバの上側部分は、膨張タンクの下側部分に接続される。それによって、過大圧力を、脱気チャンバから膨張タンクに通して冷却回路から逃がすことが可能になる。また、クーラント・ポンプに供給するクーラントを加圧できるように、加圧された流体の圧力を、膨張タンクから脱気チャンバを介してクーラント・ポンプの吸込管内にかけることができる。
【００１５】
ラジエータの上側部分に、またはそれに隣接して脱気チャンバを設けると、膨張チャンバをラジエータと離して配置することができる。これによって、膨張タンクを、例えば車両のフレームすなわちシャーシなどの、トラック上の任意の適した位置に配置することが可能になる。車両のフレームすなわちシャーシ上に膨張タンクを配置すると、膨張タンクの実装の柔軟性も付加される。小さい脱気チャンバは、冷却パッケージすなわちラジエータの上端に簡単に実装することができ、大きい膨張タンクは、任意の適当な位置に配置することができる。さらに、膨張体積が大きいほど、同じ部品を様々な設備に使用できるようになる。
【００１６】
上記のように、第１および第２の例に関しては、圧力調整手段を、制御可能な弁を介して流体圧力源に接続することができる。上記弁は圧力で制御される弁でよく、膨張タンク内の圧力で制御できる。上記弁は、膨張タンク内の圧力で直に作動する圧力操作弁でも、膨張タンク内の圧力センサからの信号に基づいて作動する電磁弁でもよい。
【００１７】
上記冷却システムの圧力は、圧力作動式の三方弁によって制御できることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。エンジンの始動中、上記弁は、圧力源を使用して膨張タンク内のダイヤフラムを所定の圧力まで加圧するために、開位置になるよう構成することができる。膨張タンク内の圧力が上記弁の所定の圧力設定値よりも小さい間は、上記弁を、第１の開位置に維持することができる。冷却回路および膨張タンク内の圧力が上記弁の設定圧力に達すると、上記弁は、この圧力を維持するために、閉位置に移動する。上記弁の圧力設定値は、ほぼ固定された圧力であっても、弁が切り替わるよう構成された上限値と下限値を含んだ範囲であってもよい。エンジン始動後の通常運転中は、上記弁は、膨張タンクおよび冷却回路内で所定の圧力を維持するように、膨張タンク内の圧力で制御される。冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力よりも高くなると、この上昇した圧力を上記弁に作用させて、上記弁を、ダイヤフラムから圧力を解放するための第２の開位置に移動させることができる。冷却回路に、上記弁の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、上記弁でその状態を打ち消すことができる。圧力が降下すればその都度、ダイヤフラムに圧力を供給するために、上記弁は第１の開位置に移動し、その後圧力が上昇すれば、ダイヤフラムから圧力を解放するために、第２の開位置に移動することができる。
【００１８】
膨張タンクはまた、安全弁を備えることができる。安全弁は、比較的高い過大圧力を周囲大気に解放するように設定することができる。安全弁の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、上記冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定するのが好ましい。安全弁は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁は、圧力で制御される二方弁であると好ましいが、必ずしもそうである必要はない。安全弁は通常、閉位置に維持されるが、過大圧力を膨張タンクから解放するために、所定の設定圧力で開くことができる。
【００１９】
第２の実施形態によると、圧力調整手段を、膨張タンクをクーラント・ポンプの上流で冷却回路システムに接続する供給管に配置することができる。このクーラント・ポンプを、以下、主クーラント・ポンプと呼ぶ。上記冷却システムは、主クーラント・ポンプの上流にあるクーラント・システムの最高点に配置された、別個の脱気チャンバを備えることができる。脱気チャンバは、クーラントを冷却するよう構成された熱交換器すなわちラジエータに取り付けることができる。脱気チャンバの容積は、比較的小さくてよく、上記システムを脱気するためと、クーラントを充填するための場所を設けるために主に使用される。例えば、容積が約３０リットルの膨張タンクを使用する場合、脱気チャンバの容積は０．５リットルの範囲内でよい。ただし、容積が約４０リットルの大型の膨張タンクを使用する場合でも、脱気チャンバの容積は、５リットルを超えないほうが好ましい。クーラント内に含まれる気体はいずれも、サーモスタットに接続された導管と、ラジエータの上側タンクに接続された導管を通して、脱気チャンバへ逃がすことができる。冷却回路の静的充填を可能にするために、脱気チャンバの下側部分が、主クーラント・ポンプの吸込管に接続される。脱気チャンバの上側部分は、膨張タンクに接続される。この実施形態では、冷却システムは、主クーラント・ポンプの上流に位置する脱気チャンバを備えることができる。膨張タンクは、制御可能な弁を備える導管を介して、脱気チャンバに接続される。上記制御可能な弁は、圧力で制御される二方弁であると好ましいが、必ずしもそうである必要はない。上記弁は、閉位置の方に荷重がかけられたばねでもよく、しかし、主冷却回路内の所望の圧力を維持するために、その主冷却回路内の圧力が所定の設定圧力を超えたときに開いて、脱気チャンバから過大圧力を膨張タンクへ解放してもよい。エンジンが作動しているときは、上記主回路に加圧されたクーラントを供給するために、予備加圧用ポンプを連続的に動作させることができる。上記主回路内の圧力は、脱気タンクと膨張タンクの間に位置する、圧力で制御される弁によって維持され、制御される。
【００２０】
ラジエータの上側部分、またはそれに隣接して脱気チャンバを設けると、膨張チャンバをラジエータと離して配置することができる。これによって、膨張タンクを、例えば車両のフレームすなわちシャーシなどの、トラック上の任意の適した位置に配置することが可能になる。車両のフレームすなわちシャーシ上に上記膨張タンクを配置すると、膨張タンクの実装の柔軟性も付加される。小さい脱気チャンバは、冷却パッケージすなわちラジエータの上端に簡単に実装することができ、大きい膨張タンクは、任意の適当な位置に配置することができる。さらに、膨張体積が大きいほど、同じ部品を様々な設備に使用できるようになる。
【００２１】
上記第１の実施形態にあるように、膨張タンクの容積は、比較的大きいと好ましい。大型の膨張タンクを使用すると、上記システム内の圧力が比較的高い期間中もタンクを周囲大気に通気することなく、比較的広い範囲の温度にわたって、比較的大きい体積範囲のクーラントを所望の圧力に加圧することができる。膨張タンクの容積は、冷却システム全体の容積の１０〜３０％の範囲で選択することができ、冷却回路全体の容積やポンプの吸込管へ送り届ける所望のクーラント圧力などの要素に応じて、２５〜４０リットルの範囲で選択することができる。
【００２２】
本発明の第２の主要な実施形態によると、上記予備加圧されたクーラントは、前述のように予備加圧クーラント・ポンプによって供給されるか、あるいは例えば注入装置など、その他任意の適当な圧力調整手段から供給される。エンジンの始動中など、一定の運転状態中に、予備加圧クーラント・ポンプは、膨張タンクからクーラントを引き込み、予備加圧されたクーラントを上記冷却回路内の主クーラント・ポンプに供給することができる。こうすることによって、エンジン始動時の吸込管における相対的に低い圧力に起因する、主クーラント・ポンプのキャビテーションの恐れが低減する。
【００２３】
上記システムの圧力は、主クーラント・ポンプの直ぐ上流など冷却回路内の適当な位置にある圧力センサからの信号を使用する、圧力で制御される弁によって制御することができる。エンジンの始動中、予備加圧クーラント・ポンプは、クーラントを膨張タンクから所定の圧力で主クーラント・ポンプに供給するように構成することができる。冷却回路および膨張タンク内の圧力が設定圧力に達すると、この予備加圧クーラント・ポンプは、主クーラント・ポンプが冷却回路内で所定の圧力を維持するのを補助するように連続的に動作する。エンジン始動後の通常運転中は、この圧力を維持するために圧力で制御される弁が開閉する。冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力より高くなると、この上昇した圧力を制御可能な弁に作用させて、この制御可能な弁を開位置に移動させることができる。これで、過大圧力が脱気チャンバから膨張タンクへ解放される。上記冷却回路にこの冷却回路の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、予備加圧クーラント・ポンプと制御可能な弁を使用して、主クーラント・ポンプがその状態を打ち消すのを補助することができる。圧力が降下すればその都度、その状態を打ち消すために、予備加圧クーラント・ポンプが吸込管に圧力を供給し、その後圧力が上昇すれば、膨張タンクへ圧力を解放するために、制御可能な弁が開位置に移動することができる。
【００２４】
あるいは、吸込管内の圧力が所定の圧力よりも小さい間は、予備加圧クーラント・ポンプを動作させてもよい。冷却回路および膨張タンク内の圧力が設定圧力に達したら、予備加圧クーラント・ポンプが停止し、その後、主クーラント・ポンプがこの圧力を維持する。エンジンの始動後の通常運転中は、この主クーラント・ポンプが冷却回路内の所定の圧力を維持するのを補助するように、予備加圧クーラント・ポンプを膨張タンク内で感知された圧力で制御することができる。上記冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力よりも高くなると、この上昇した圧力を制御可能な弁に作用させて、この制御可能な弁を開位置に移動させることができる。これで、過大圧力は脱気チャンバから膨張タンクへ解放される。上記冷却回路にこの回路の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、予備加圧クーラント・ポンプを使用して、主クーラント・ポンプがその状態を打ち消すのを補助することができる。圧力が降下すればその都度、必要なら、吸込管に圧力を供給するために、予備加圧クーラント・ポンプを作動させ、その後圧力が上昇すれば、その圧力を膨張タンクに解放するために、制御可能な弁を開位置に移動させることができる。
【００２５】
膨張タンクの容積は、比較的大きいと好ましい。大型の膨張タンクは、それに比して大きなダイヤフラムを含むことができ、そういったダイヤフラムを使用すると、比較的広い範囲の温度にわたって、比較的大きい体積範囲のクーラントを所望の圧力に加圧することができる。また、比較的大きな膨張タンクを用いると、タンク内に望ましくない高い圧力を発生させることなく、過大な圧力を冷却回路から逃がすことが可能になる。標準サイズのタンクでは、圧力が急上昇して過大になると安全弁が開く可能性があり、それによって空気およびクーラントが周囲大気へ解放されることになるが、これは望ましくない。膨張タンクの容積は、冷却回路全体の容積やポンプの吸込管へ送り届ける所望のクーラント圧力などの要素に応じて、２５〜４０リットルの範囲で選択することができる。
【００２６】
膨張タンクはまた、安全弁を備えることができる。安全弁は、比較的高い過大圧力を周囲大気に解放するように設定することができる。安全弁の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、上記冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定するのが好ましい。安全弁は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁は、圧力で制御される二方弁であると好ましいが、必ずしもそうである必要はない。安全弁は通常、閉位置に維持されるが、過大圧力を膨張タンクから解放するために、所定の設定圧力で開くことができる。圧力を監視するため、かつ／または電磁式安全弁を制御するための追加のセンサを、膨張タンクに配置することもできる。
【００２７】
本発明はさらに、第１および第２の実施形態のために上記で説明した冷却システムを備える車両に関する。したがって、上記車両は、制御可能な弁を介して流体圧力源を使用して、ダイヤフラムなどによって、膨張タンク内のクーラントを変位させるように構成された圧力調整手段を備えることができる。上記圧力源は、エアタンクや、エア・コンプレッサ、車両上にある過給機内のコンプレッサであってもよい。
【００２８】
あるいは、上記車両は、上記のように主クーラント・ポンプでの所定の圧力を維持する圧力調整手段を備えてもよい。上記圧力調整手段は、加圧されたクーラントを冷却回路の主クーラント・ポンプに供給するよう構成された、制御可能なポンプまたは注入装置であってよい。この構成を、エンジン始動中など一定の運転状態の間、主クーラント・ポンプにおけるキャビテーションを防止するために使用することができる。
【００２９】
上記の実施形態で説明した加圧冷却システムを用いると、エンジン始動時に、クーラント・ポンプにおけるキャビテーションを回避するために、そのポンプの負圧側で圧力を短時間で蓄積するよう制御できる冷却システムが実現する。本発明による加圧冷却システムを用いるとまた、エンジンの運転中、クーラントが冷やされた状態の場合でも、ポンプのキャビテーションを回避するのに十分な高さの均一な圧力を維持する手段も実現する。上記冷却システムによってまた、クーラント・システムの構成部品に損傷を与える可能性のあるピーク値（高圧と低圧）と圧力周期変動を回避することが可能になる。他の目的は、クーラントを酸化する（クーラントの経年劣化）可能性がある周囲空気をシステム内に導き入れることを回避すること、クーラントの周囲空気への放出を回避することである。したがって、本発明は、上記クーラント・システムの構成部品の寿命、クーラントの寿命、およびクーラント・ポンプの効率に対して好ましい効果をもたらす。本発明による解決策の追加の利点の例として、クーラントが連続的に放出されることが無いので、クーラントの補充間隔が、より少ない頻度になるはずだということであり、このことは、環境にとっても有利である。膨張タンクの容積が大きいほど、小さな漏れの影響を受けにくい。膨張タンクが、シャーシに取り付けられていれば、より整備しやすく、クーラント・レベルの読み取りが容易になる。
【００３０】
以下の本文で、本発明について、添付の図を参照して詳細に説明する。そういった概略図は、例示のためにのみ使用し、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態による加圧冷却システムの図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の代替形態による加圧冷却システムの図である
【図３】本発明の第２の実施形態による加圧冷却システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１には、本発明の第１の実施形態による加圧された冷却システムが示されている。
【００３３】
このエンジン冷却システムは冷却回路１０１を含み、冷却回路１０１は、エンジン１０３にクーラントを供給するためと、そのクーラントを上記冷却回路１０１内で循環させるためのクーラント・ポンプ１０２を備える。エンジン１０３の下流で上記クーラントを冷却するためのラジエータ１０４が設けられている。この冷却回路では、ポンプ１０２がクーラントをエンジン１０３に供給し、そこでそのクーラントが熱せられる。熱せられたクーラントは、サーモスタット１０５を通過し、このサーモスタット１０５によって、クーラントは、その温度に応じて、第１の導管１０６を通って直接、あるいは第２の導管１０７を通りラジエータ１０４を経由して間接的にポンプ１０２に戻るように方向付けられる。ラジエータ１０４は、クーラントの温度を所望のレベルまで低下させるように構成され、この温度低減を冷却ファン１０８が補助する。冷却システムはまた、ラジエータ１０４に隣接して位置する給気冷却器（図示せず）を冷却するように構成することもできる。膨張タンク１１０が、供給管１１１を介して冷却回路１０１に接続され、供給管１１１は、ラジエータ１０４の出口とクーラント・ポンプ１０２を接続する第３の導管１１２に接続される。供給管１１１は、膨張タンク１１０に、その底部の付近で接続される。膨張タンク１１０および供給管１１１は、冷却回路用の静的充填手段を形成し、クーラントの体積の変動が、膨張タンク１１０で吸収される。第３の導管１１２は、吸込管とも呼ばれる。この例では、膨張タンク１１０は、ラジエータ１０４の上側部分に、または隣接して配置され、ラジエータ１０４とサーモスタット１０５の両方に流体接続される。これにより、空気および過大圧力を冷却回路１０１から膨張タンク１１０へ逃がすことが可能になる。このようにして、膨張タンク１１０は、脱気チャンバとしても機能し、クーラントから気泡を取り除くことができる。冷却システムは、略図で示されているダイヤフラム１１３を備える圧力調整手段によって加圧され、ダイヤフラム１１３は、エンジンの少なくとも１つの所定の運転モードの間、膨張タンク１１０から冷却回路へ供給するクーラントを加圧するように構成されている。膨張タンク１１０は、エンジンの通常運転モードの間は常に、周囲大気に対して閉じている。かかる運転モードの１つは、エンジンのコールドスタートでもよい。クーラント・ポンプに供給するクーラントを予備加圧すると、エンジン始動時の吸込管における相対的に低い圧力に起因する、上記ポンプのキャビテーションの恐れが低減する。
【００３４】
ダイヤフラム１１３には、加圧された流体が外部圧力源から供給される。この例では、外部圧力源は車両内のブレーキ・コンプレッサ１１４であるが、圧縮空気は、エンジンに隣接する、またはエンジンが取り付けられた車両上の、適当な任意の圧縮空気タンクからもコンプレッサからも供給することができる。
【００３５】
冷却システムの圧力は、コンプレッサ１１４とダイヤフラム１１３の間に接続された圧力作動式の三方弁１１５によって制御される。
【００３６】
エンジンの始動中、弁１１５は、コンプレッサ１１４から供給される圧力で膨張タンク１１０内のダイヤフラム１１３を所定の圧力まで加圧するために、開位置になるよう構成される。膨張タンク１１０内の圧力が弁１１５の所定の圧力設定値よりも小さい間は、弁１１５は第１の開位置に維持される。弁１１５の圧力設定値は、ほぼ固定された圧力であっても、弁１１５が切り替わるよう構成された上限値および下限値を含んだ範囲であってもよい。冷却回路内および膨張タンク１１０内の圧力が上昇して弁１１５の設定圧力に達すると、ダイヤフラム１１３における現在の圧力を維持するために、弁１１５は閉位置に移動する。エンジン始動後の通常運転中は、弁１１５は、パイロット管１１６を介して、膨張タンク１１０内の圧力で制御される。パイロット管１１６を用いることによって、弁１１５の片側にダイヤフラムの圧力を作用させることができるようになる。冷却回路内の圧力が所定の圧力範囲内にある間は、膨張タンク１１０内で所定の圧力を維持するために、弁１１５は閉じる。
【００３７】
圧力が急上昇して所望の設定圧力より高くなると、この上昇した圧力を、供給管１１１を介して、または膨張タンク１１０にラジエータ１０４を接続する導管とサーモスタット１０５を接続する導管とを介して、膨張タンク１１０に伝えることができる。膨張タンク１１０の上昇した圧力はダイヤフラム１１３に作用し、それによってパイロット管１１６内の圧力が上昇する。このとき、弁１１５は、１１７のところで圧力をダイヤフラム１１３から周囲大気に解放するために、第２の開位置に移動する。冷却回路に弁１１５の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、その弁１１５でその状態を打ち消す。圧力が降下すればその都度、ダイヤフラム１１３に圧力を供給するために、弁１１５は第１の開位置に移動し、その後圧力が上昇すれば、ダイヤフラム１１３から圧力を解放するために第２の開位置に移動する。
【００３８】
膨張タンク１１０はさらに、安全弁１１８を備える。安全弁１１８は、周囲大気と比較して高い過大圧力を解放するように設定される。安全弁１１８の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定されるのが好ましい。安全弁１１８は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁１１８は、圧力で制御される二方弁である。安全弁１１８は、膨張タンクの上側部分に接続され、図１に示されているように、通常閉位置に維持される。安全弁１１８の片側に作用するパイロット管１１９内が所定の設定圧力になったときに、膨張タンク１１０からの過大圧力を解放するために、安全弁が開く。図２に、本発明の第１の実施形態の代替形態による加圧冷却システムが示されている。図１の実施形態と同様に、エンジン冷却システムは冷却回路２０１を含み、冷却回路２０１は、エンジン２０３にクーラントを供給するためと、そのクーラントを上記冷却回路２０１内で循環させるためのクーラント・ポンプ２０２を備える。エンジン２０３の下流で前記クーラントを冷却するためのラジエータ２０４が設けられている。この冷却回路では、ポンプ２０２がクーラントをエンジン２０３に供給し、そこでそのクーラントが熱せられる。熱せられたクーラントは、サーモスタット２０５を通過し、このサーモスタット２０５によって、クーラントは、その温度に応じて、第１の導管２０６を通って直接、あるいは第２の導管２０７を通りラジエータ２０４を経由して間接的にポンプ２０２に戻るように方向付けられる。ラジエータ２０４は、クーラントの温度を所望のレベルまで低下させるように構成され、この温度低減を冷却ファン２０８が補助する。冷却システムはまた、ラジエータ２０４に隣接して位置する給気冷却器（図示せず）を冷却するように構成することもできる。脱気チャンバ２２０が、供給管２１１を介して冷却回路２０１に接続され、この供給管２１１は、ラジエータ２０４の出口とクーラント・ポンプ２０２を接続する第３の導管２１２に接続される。第３の導管２１２は、吸込管とも呼ばれる。脱気チャンバ２２０および供給管２１１は、冷却回路の静的充填手段を形成し、クーラントの体積の変動が、脱気チャンバ２２０および膨張タンク２１０で吸収される。供給管２１１は、膨張タンク２１０に、その底部の付近で接続される。この例では、脱気チャンバ２２０は、ラジエータ２０４の上側部分に、または隣接して配置され、ラジエータ２０４とサーモスタット２０５の両方に流体接続される。膨張タンク２１０は、車両シャーシ（図示せず）上の適当な位置に取り付けられる。脱気チャンバ２２０を用いると、気泡をクーラントから取り除くことが可能になる。脱気チャンバ２２０はまた、クーラントの補充を可能にするフィラ・キャップも備える。脱気チャンバ２２０と膨張タンク２１０は、第４の導管２２１によって接続され、この第４の導管２２１により、過大圧力を冷却回路２０１および脱気チャンバ２２０から膨張タンク２１０へ逃がすことが可能になる。第４の導管２２１は、通常はクーラントの水位より上になる位置で脱気チャンバ２２０に接続され、通常はクーラントの水位より下になる位置で膨張タンク２１０に接続される。この冷却システムは、略図で示されているダイヤフラム２１３を備える圧力調整手段によって加圧される。ダイヤフラム２１３は、エンジンの少なくとも１つの所定の運転モードの間、膨張タンク２１０から冷却回路２０１へ供給するクーラントを加圧するように構成される。膨張タンク２１０は、エンジンの通常運転モードの間は常に、周囲大気に対して閉じている。かかる運転モードの１つは、エンジンのコールドスタートでもよい。クーラント・ポンプに供給するクーラントを予備加圧すると、エンジン２０３始動時の吸込管２１２における相対的に低い圧力に起因する、上記ポンプのキャビテーションの恐れが低減する。
【００３９】
ダイヤフラム２１３には、加圧された流体が外部圧力源から供給される。この例では、外部圧力源は車両内のブレーキ・コンプレッサ２１４であるが、圧縮空気は、エンジンに隣接する、またはエンジンが取り付けられた車両上の、適当な任意の圧縮空気タンクからもコンプレッサからも供給することができる。
【００４０】
冷却システムの圧力は、コンプレッサ２１４とダイヤフラム２１３の間に接続された圧力作動式の三方弁２１５によって制御される。
【００４１】
エンジンの始動中、弁２１５は、コンプレッサ２１４から供給される圧力で膨張タンク２１０内のダイヤフラム２１３を所定の圧力まで加圧するために、開位置になるよう構成される。膨張タンク２１０内の圧力が弁２１５の所定の圧力設定値よりも小さい間は、弁２１５は第１の開位置に維持される。弁２１５の圧力設定値は、ほぼ固定された圧力であっても、弁２１５が切り替わるよう構成された上限値および下限値を含んだ範囲であってもよい。冷却回路内および膨張タンク２１０内の圧力が上昇して弁２１５の設定圧力に達すると、ダイヤフラム２１３における現在の圧力を維持するために、弁２１５は閉位置に移動する。エンジン始動後の通常運転中は、弁２１５は、パイロット管２１６を介して、膨張タンク２１０内の圧力で制御される。パイロット管２１６を用いることによって、弁２１５の片側にダイヤフラムの圧力を作用させることができるようになる。冷却回路内の圧力が所定の圧力範囲内にある間は、膨張タンク２１０内で所定の圧力を維持するために、弁２１５は閉じる。
【００４２】
冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力より高くなると、この上昇した圧力を、供給管２１１を通して、またはラジエータ２０４、サーモスタット２０５を、脱気チャンバ２２０と第４の導管２２１を介して膨張タンク２１０に接続する各導管を通して、逃がすことができる。膨張タンク２１０の上昇した圧力はダイヤフラム２１３に作用し、それによってパイロット管２１６内の圧力が上昇する。このとき、弁２１５は、２１７のところで圧力をダイヤフラム２１３から周囲大気に解放するために、第２の開位置に移動する。冷却回路に弁２１５の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、その弁２１５でその状態を打ち消す。圧力が降下すればその都度、ダイヤフラム２１３に圧力を供給するために、弁２１５は第１の開位置に移動し、その後圧力が上昇すれば、ダイヤフラム２１３から圧力を解放するために第２の開位置に移動する。
【００４３】
膨張タンク２１０はさらに、安全弁２１８を備える。安全弁２１８は、周囲大気と比較して高い過大圧力を解放するように設定される。安全弁２１８の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定されるのが好ましい。安全弁２１８は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁２１８は、圧力で制御される二方弁である。安全弁２１８は、膨張タンクの上側部分に接続され、図２に示されているように、通常閉位置に維持される。安全弁２１８の片側に作用するパイロット管２１９内が所定の設定圧力になったときに、膨張タンク２１０からの過大圧力を解放するために、安全弁は開く。図３に、本発明の第２の実施形態による加圧冷却システムが示されている。図２の実施形態と同様に、エンジン冷却システムは冷却回路３０１を含み、冷却回路３０１は、エンジン３０３にクーラントを供給するためと、そのクーラントを上記冷却回路３０１内で循環させるためのクーラント・ポンプ３０２を備える。エンジン３０３の下流で前記クーラントを冷却するためのラジエータ３０４が設けられている。この冷却回路では、ポンプ３０２がクーラントをエンジン３０３に供給し、そこでそのクーラントが熱せられる。熱せられたクーラントは、サーモスタット３０５を通過し、このサーモスタット３０５によって、クーラントは、その温度に応じて、第１の導管３０６を通って直接、あるいは第２の導管３０７を通ってラジエータ３０４を経由して間接的にポンプ３０２に戻るように方向付けられる。ラジエータ３０４は、クーラントの温度を所望のレベルまで低下させるように構成され、この温度低減を冷却ファン３０８が補助する。冷却システムはまた、ラジエータ３０４に隣接して位置する給気冷却器（図示せず）を冷却するように構成することもできる。脱気チャンバ３２０が、供給管３１１を介して冷却回路３０１に接続され、この供給管３１１は、ラジエータ３０４の出口とクーラント・ポンプ３０２を接続する第３の導管３１２に接続される。第３の導管３１２は、吸込管とも呼ばれる。脱気チャンバ３２０および供給管３１１は、冷却回路の静的充填手段を形成し、クーラントの体積の変動が、脱気チャンバ３２０および膨張タンク３１０で吸収される。供給管３１１は、膨張タンク３１０に、その底部の付近で接続される。この例では、脱気チャンバ３２０は、ラジエータ３０４の上側部分に、または隣接して配置され、ラジエータ３０４とサーモスタット３０５の両方に流体接続される。膨張タンク３１０は、車両シャーシ（図示せず）上の適当な位置に取り付けられる。脱気チャンバ３２０を用いると、気泡をクーラントから取り除くことが可能になる。脱気チャンバ３２０はまた、クーラントの補充を可能にするフィラ・キャップも備える。脱気チャンバ３２０と膨張タンク３１０は第４の導管３２１によって接続され、この第４の導管３２１により、冷却回路３０１および脱気チャンバ３２０から過大圧力を膨張タンク３１０へ逃がすことが可能になる。第４の導管３２１は、膨張タンク３１０と脱気チャンバ３２０とに、それぞれタンクおよびチャンバの通常はクーラントの水位より上になる位置で接続される。第４の導管３２１はさらに、制御可能な弁３２２を備える。この例では、制御可能な弁３２２は、圧力で制御される二方弁である。弁３２２は、閉位置の方に荷重をかけられたばねであり、脱気チャンバ３２０から膨張タンク３１０へ過大圧力を解放するために、所定の設定圧力になると開く。脱気チャンバ３２０からの過大圧力が、パイロット管３２３を介して弁３２２の片側に作用して、弁３２２が開く。膨張タンク３１０は、エンジンの通常運転モードの間は常に、周囲大気に対して閉じている。膨張タンク３１０は、安全弁３１８を備えていてもよい。その場合、安全弁３１８は、周囲大気と比較して高い過大圧力を解放するように設定される。安全弁３１８の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定されるのが好ましい。安全弁３１８は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁３１８は、圧力で制御される二方弁でよい。安全弁３１８は、膨張タンクに接続され、図３に示されているように、通常閉位置に維持される。安全弁３１８の片側に作用するパイロット管３１９内が所定の設定圧力になったときに、膨張タンク３１０からの過大圧力を解放するために、安全弁が開く。
【００４４】
図３に示されている例では、冷却システムは、第２のクーラント・ポンプ３２４によって連続的に加圧され、第２のクーラント・ポンプ３２４は、エンジンの通常運転モードの間は常に、膨張タンク３１０から冷却回路３０１の吸込管３１２に供給するクーラントを加圧するように構成される。第２のクーラント・ポンプ３２４は、膨張タンク３１０を第１の供給管３１１および第１のクーラント・ポンプ３０２の吸込管３１２に接続する第２の供給管３２５に配置される。
【００４５】
このシステムの圧力は、第１のクーラント・ポンプ３０２のすぐ上流など、冷却回路内の適当な位置に配置された圧力センサ（図示せず）からの信号を使用して、弁３２２で制御される。弁３２２はまた、脱気チャンバ３２０内の圧力で制御することもできる。主要な冷却回路３０１内の圧力が設定された圧力に達したら、予備加圧用クーラント・ポンプ３２４を停止することができ、その後、その圧力を第１のクーラント・ポンプ３０２が維持する。エンジン３０３の始動後の通常運転中は、第２のクーラント・ポンプ３２４は、第１のクーラント・ポンプ３０２が冷却回路内の所定の圧力を維持するのを補助するように、吸込管３１２内の感知された圧力で制御される。冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力よりも高くなると、この上昇した圧力を制御可能な弁３２２に作用させて、この制御可能な弁３２２を開位置に移動させることができる。それで、過大圧力は脱気チャンバ３２０から膨張タンク３１０へ解放される。冷却回路３０１にこの回路の所定の圧力に対する圧力周期変動が生じれば、予備加圧用の第２のクーラント・ポンプ３２４を使用して、第１のクーラント・ポンプ３０２がその状態を打ち消すのを補助することができる。圧力が降下すればその都度、必要なら、吸込管３１２に圧力を供給するために、予備加圧用の第２のクーラント・ポンプ３２４が作動し、その後圧力が上昇すれば、その圧力を膨張タンク３１０に解放するために、制御可能な弁３２２が開位置に移動する。
【００４６】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で自在に変更することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０１，２０１，３０１  冷却回路
１０２，２０２，３０２  クーラント・ポンプ
１０３，２０３，３０３  エンジン
１０４，２０４，３０４  ラジエータ
１０５，２０５，３０５  サーモスタット
１０６，２０６，３０６  第１の導管
１０７，２０７，３０７  第２の導管
１０８，２０８，３０８  冷却ファン
１１０，２１０，３１０  膨張タンク
１１１，２１１，３１１  供給管
１１２，２１２，３１２  第３の導管
１１３，２１３          ダイヤフラム
１１４，２１４          ブレーキ・コンプレッサ
１１５，２１５          三方弁
１１６，１１９，２１６，２１９，３２３  パイロット管
１１８，２１８，３１８  安全弁
２２０，３２０          脱気チャンバ
２２１，３２１          第４の導管
３２２                  制御可能な弁
３２４                  第２のクーラント・ポンプ
３２５                  第２の供給管
【図１】
2010518309.tif 000003
【図２】
2010518309.tif 000004
【図３】
2010518309.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月28日(2008.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トラック、乗用車、バスなどの車両、および定置発電機ユニットのためのエンジン冷却システムに関し、より詳細には、周囲大気に対して閉じた膨張タンクを備える冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプのエンジン冷却システムは膨張タンクを備えることが多い。この膨張タンクは、多くの機能を有し、中でも、温度が上昇することによって引き起こされるクーラントの膨張を監視する機能や、クーラント・ポンプの負圧側を加圧してポンプのキャビテーションを回避するためにシステム内に圧力を蓄積する機能を備える。５０〜７０リットルのクーラント・システムを備えるトラックや定置式エンジンでは、コールド・スタートから通常運転温度になるまでに、クーラントが約２リットル膨張することがある。
【０００３】
今日車両で使用される膨張タンクの、これに対する共通の解決策は、比較的高い所定の圧力で開くように設定できる制御可能な弁を使用することである。この弁は、膨張タンク内部の膨張と周囲空気を関連付ける。つまり、クーラントが熱せられ膨張すると、膨張タンク内の空気が圧縮され、圧力がこの弁のより高い設定値に達すると、弁が開き、圧力が所望の圧力に降下するまで、空気が周囲大気へ解放される。この空気はクーラントで飽和しており、クーラントが周囲空気へ放出される。
【０００４】
特許文献１に、圧力解放弁が不必要なほど十分な大量の空気を含んだ、周囲に対して閉じたシステムについて記載されている。かかるシステムでは、空気の体積が大きいか、クーラントの体積が十分に小さい必要がある。
【０００５】
加圧クーラント・システムについては、特許文献２、特許文献３および特許文献４に開示されている。
【０００６】
特許文献２のシステムは、圧力を制御するために、新しい酸素供給された空気を膨張タンク（およびクーラント）に連続的に追加し、蒸気で飽和した空気をクーラントからリリーフ弁を介して周囲大気に連続的に放出する。特許文献３に、コンプレッサが補償タンクに圧縮空気を供給することが開示されている。
【０００７】
運転状態中に例えばエンジン負荷が低下したり、冷却ファンが連動開始したりなどのため、クーラントの温度が低下すると、クーラントの体積が収縮し、ポンプにおける圧力が低下する。ポンプにおける圧力が低下すると、膨張タンク内の空気圧が低下する。この圧力低下が上記弁の下限設定値を下回ると弁が開き、周囲空気がタンクに取り入れられる。こうすることによって、冷却回路内の圧力を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】英国特許出願公開第１０４９７７１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００６１２６４号明細書
【特許文献３】米国特許第６６６６１７５号明細書
【特許文献４】英国特許出願公開第９３１０８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術のクーラント・システムに関する上述の問題のうち少なくとも１つを解決することであり、詳細には、ポンプのキャビテーションを回避するために、エンジン始動時にクーラント・ポンプの負圧側で圧力を迅速に蓄積するように制御できる冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１によるエンジン冷却システムによって達成される。本発明はまた、本発明によるかかるエンジン冷却システムを備える車両に関する。
【００１１】
本発明は、冷却回路を備えるエンジン冷却システムに関し、上記冷却回路は、エンジンにクーラントを供給するためと、そのクーラントを上記冷却回路内で循環させるためのクーラント・ポンプと、上記エンジンの下流で上記クーラントを冷却するための少なくとも１つの熱交換器とを備える。上記冷却回路において、上記クーラント・ポンプは、エンジンにクーラントを供給し、そこでクーラントが熱せられる。熱せられたクーラントは、サーモスタットを通過し、このサーモスタットによりクーラントの温度に応じて、直接ポンプに戻るか、熱交換器に戻るように方向付けられる。上記熱交換器は、ラジエータを、クーラントの温度を所望のレベルまで低下させるように構成することができる。膨張タンクを、クーラント・ポンプの上流で冷却回路に接続することができる。エンジンの少なくとも１つの所定の運転モードの間は、膨張タンクから冷却回路に供給するクーラントを加圧するように構成された圧力調整手段によって、上記冷却システムが加圧され、エンジンの通常運転モードでは常に、膨張タンクは周囲大気に対して閉じる。例えば、かかる運転モードは、エンジンのコールドスタートでもよい。
【００１２】
上記クーラント・ポンプに供給するクーラントを予備加圧すると、エンジン始動時の吸込管における相対的に低い圧力に起因する、そのポンプのキャビテーションの恐れが低減する。さらに、かかるエンジン冷却システムによって、ピーク値（高圧と低圧）がない均一な圧力を維持することができる。圧力がピーク値に達するとクーラント・システムの構成部品が損傷する可能性があるため、これは利点となる。システム内に周囲空気が入らないようにし、クーラントが周囲空気へ放出されないようにすることができるので、クーラントの酸化が防止、または抑制される。
【００１３】
第１の実施形態によると、上記圧力調整手段は、膨張タンク内に位置し、この膨張タンク内のクーラントを変位させるように構成することができる。上記圧力調整手段が加圧されると、膨張タンク内のクーラントの圧力が上昇し、この加圧されたクーラントの圧力が冷却回路にあるクーラント・ポンプの吸込管内にかかる。上記圧力調整手段は、ダイヤフラムであっても、膨張タンク内に構成された同様の適当な装置であってもよい。圧縮空気または同様の適当な流体をかかるダイヤフラムに供給して体積を増大させることによって、上記システムを加圧することができる。上記システムの圧力は、三方弁などの適当な弁によって制御される。上記弁は、空気を膨張タンク内に取り入れることも、空気を周囲空気に解放することもできる。かかる弁の機能については、下記に詳細に説明する。膨張タンクはさらに、安全弁を作動させる圧力を有してもよい。安全弁は、膨張タンク内の圧力が上昇して所定の最大許容圧力を超えると周囲空気に対して開放される。
【００１４】
膨張タンクの容積は、比較的大きいと好ましい。大型の膨張タンクは、それに比して大きなダイヤフラムを含むことができ、そういったダイヤフラムを使用すると、比較的広い範囲の温度にわたって、比較的大きい体積範囲のクーラントを所望の圧力に加圧することができる。また、比較的大きな膨張タンクを用いると、タンク内に望ましくない高い圧力を発生させることなく、過大な圧力を冷却回路から逃がすことが可能になる。標準サイズのタンクでは、圧力が急上昇して過大になると安全弁が開く可能性があり、それによって空気およびクーラントが周囲大気へ解放されることになるが、これは望ましくない。膨張タンクの容積は、システム全体の容積の１０〜３０％の範囲で選択、好ましくは約１５％にすることができる。最も一般的なサイズのエンジンでは、膨張タンクの容積を、冷却回路全体の容積やポンプの吸込管へ送り届ける所望のクーラント圧力などの要素に応じて、２５〜４０リットルの範囲で選択することができる。
【００１５】
上記圧力調整手段には、加圧した流体を外部圧力源から供給することができる。この外部圧力源は、エンジンに隣接する、またはエンジンが取り付けられた車両上の、タンクまたはコンプレッサからの圧縮空気でよい。上記圧縮空気源には、例えば車両内の既存のブレーキ・コンプレッサや、過給エンジンのエア・コンプレッサなどから供給することもできる。その他の適当な圧力源として、エンジン上の、またはエンジンに隣接するポンプからの加圧された油圧流体でもよい。かかるコンプレッサまたはポンプは、エンジンまたは同様の適当な動力源で駆動することができる。
【００１６】
上記加圧された流体は、クーラントと隔てられた容積内に含まれるので、上記流体とクーラントは、クーラントを混入させない非接触関係で維持される。上記冷却システムが周囲空気に直接接続されないということは、周囲空気へクーラントが放出されることがないということであり、クーラントを酸化し得る空気が冷却システム内に取り込まれる可能性がなくなるということである。
【００１７】
第１の実施形態の第１の例では、膨張チャンバを、クーラント・ポンプの上流にある熱交換器に配置することができる。例えば、ラジエータの上側部分が冷却回路の最高点である場合、膨張タンクをラジエータの上側部分に、またはそれに隣接して取り付けることができる。この例では、膨張タンクは、脱気チャンバとしても機能し、気泡をクーラントから取り除くことができる。
【００１８】
第１の実施形態の第２の例では、冷却システムは、クーラント・ポンプの上流にあるクーラント・システムの最高点に配置された、別個の脱気チャンバを備えることができる。この脱気チャンバは、クーラントを冷却するように構成された熱交換器すなわちラジエータに取り付けることができる。脱気チャンバの容積は、比較的小さくてよく、上記システムを脱気するためと、クーラントを充填するための場所を設けるために主に使用される。例えば、容積が約３０リットルの膨張タンクを使用する場合、脱気チャンバの容積は０．５リットルの範囲内でよい。ただし、容積が約４０リットルの大型の膨張タンクを使用する場合でも、脱気チャンバの容積は、５リットルを超えないほうが好ましい。上記第１の例と同様に、空気は、サーモスタットに接続された導管とラジエータの上側タンクに接続された導管を通して、脱気チャンバに逃がすことができる。冷却回路の静的充填を可能にするために、この脱気チャンバの下側部分がクーラント・ポンプの吸込管に接続される。脱気チャンバの上側部分は、膨張タンクの下側部分に接続される。それによって、過大圧力を、脱気チャンバから膨張タンクに通して冷却回路から逃がすことが可能になる。また、クーラント・ポンプに供給するクーラントを加圧できるように、加圧された流体の圧力を、膨張タンクから脱気チャンバを介してクーラント・ポンプの吸込管内にかけることができる。
【００１９】
ラジエータの上側部分に、またはそれに隣接して脱気チャンバを設けると、膨張チャンバをラジエータと離して配置することができる。これによって、膨張タンクを、例えば車両のフレームすなわちシャーシなどの、トラック上の任意の適した位置に配置することが可能になる。車両のフレームすなわちシャーシ上に膨張タンクを配置すると、膨張タンクの実装の柔軟性も付加される。小さい脱気チャンバは、冷却パッケージすなわちラジエータの上端に簡単に実装することができ、大きい膨張タンクは、任意の適当な位置に配置することができる。さらに、膨張体積が大きいほど、同じ部品を様々な設備に使用できるようになる。
【００２０】
上記のように、第１および第２の例に関しては、圧力調整手段を、制御可能な弁を介して流体圧力源に接続することができる。上記弁は圧力で制御される弁でよく、膨張タンク内の圧力で制御できる。上記弁は、膨張タンク内の圧力で直に作動する圧力操作弁でも、膨張タンク内の圧力センサからの信号に基づいて作動する電磁弁でもよい。
【００２１】
上記冷却システムの圧力は、圧力作動式の三方弁によって制御できることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。エンジンの始動中、上記弁は、圧力源を使用して膨張タンク内のダイヤフラムを所定の圧力まで加圧するために、開位置になるよう構成することができる。膨張タンク内の圧力が上記弁の所定の圧力設定値よりも小さい間は、上記弁を、第１の開位置に維持することができる。冷却回路および膨張タンク内の圧力が上記弁の設定圧力に達すると、上記弁は、この圧力を維持するために、閉位置に移動する。上記弁の圧力設定値は、ほぼ固定された圧力であっても、弁が切り替わるよう構成された上限値と下限値を含んだ範囲であってもよい。エンジン始動後の通常運転中は、上記弁は、膨張タンクおよび冷却回路内で所定の圧力を維持するように、膨張タンク内の圧力で制御される。冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力よりも高くなると、この上昇した圧力を上記弁に作用させて、上記弁を、ダイヤフラムから圧力を解放するための第２の開位置に移動させることができる。冷却回路に、上記弁の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、上記弁でその状態を打ち消すことができる。圧力が降下すればその都度、ダイヤフラムに圧力を供給するために、上記弁は第１の開位置に移動し、その後圧力が上昇すれば、ダイヤフラムから圧力を解放するために、第２の開位置に移動することができる。
【００２２】
膨張タンクはまた、安全弁を備えることができる。安全弁は、比較的高い過大圧力を周囲大気に解放するように設定することができる。安全弁の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、上記冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定するのが好ましい。安全弁は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁は、圧力で制御される二方弁であると好ましいが、必ずしもそうである必要はない。安全弁は通常、閉位置に維持されるが、過大圧力を膨張タンクから解放するために、所定の設定圧力で開くことができる。
【００２３】
第２の実施形態によると、圧力調整手段を、膨張タンクをクーラント・ポンプの上流で冷却回路システムに接続する供給管に配置することができる。このクーラント・ポンプを、以下、主クーラント・ポンプと呼ぶ。上記冷却システムは、主クーラント・ポンプの上流にあるクーラント・システムの最高点に配置された、別個の脱気チャンバを備えることができる。脱気チャンバは、クーラントを冷却するよう構成された熱交換器すなわちラジエータに取り付けることができる。脱気チャンバの容積は、比較的小さくてよく、上記システムを脱気するためと、クーラントを充填するための場所を設けるために主に使用される。例えば、容積が約３０リットルの膨張タンクを使用する場合、脱気チャンバの容積は０．５リットルの範囲内でよい。ただし、容積が約４０リットルの大型の膨張タンクを使用する場合でも、脱気チャンバの容積は、５リットルを超えないほうが好ましい。クーラント内に含まれる気体はいずれも、サーモスタットに接続された導管と、ラジエータの上側タンクに接続された導管を通して、脱気チャンバへ逃がすことができる。冷却回路の静的充填を可能にするために、脱気チャンバの下側部分が、主クーラント・ポンプの吸込管に接続される。脱気チャンバの上側部分は、膨張タンクに接続される。この実施形態では、冷却システムは、主クーラント・ポンプの上流に位置する脱気チャンバを備えることができる。膨張タンクは、制御可能な弁を備える導管を介して、脱気チャンバに接続される。上記制御可能な弁は、圧力で制御される二方弁であると好ましいが、必ずしもそうである必要はない。上記弁は、閉位置の方に荷重がかけられたばねでもよく、しかし、主冷却回路内の所望の圧力を維持するために、その主冷却回路内の圧力が所定の設定圧力を超えたときに開いて、脱気チャンバから過大圧力を膨張タンクへ解放してもよい。エンジンが作動しているときは、上記主回路に加圧されたクーラントを供給するために、予備加圧用ポンプを連続的に動作させることができる。上記主回路内の圧力は、脱気タンクと膨張タンクの間に位置する、圧力で制御される弁によって維持され、制御される。
【００２４】
ラジエータの上側部分、またはそれに隣接して脱気チャンバを設けると、膨張チャンバをラジエータと離して配置することができる。これによって、膨張タンクを、例えば車両のフレームすなわちシャーシなどの、トラック上の任意の適した位置に配置することが可能になる。車両のフレームすなわちシャーシ上に上記膨張タンクを配置すると、膨張タンクの実装の柔軟性も付加される。小さい脱気チャンバは、冷却パッケージすなわちラジエータの上端に簡単に実装することができ、大きい膨張タンクは、任意の適当な位置に配置することができる。さらに、膨張体積が大きいほど、同じ部品を様々な設備に使用できるようになる。
【００２５】
上記第１の実施形態にあるように、膨張タンクの容積は、比較的大きいと好ましい。大型の膨張タンクを使用すると、上記システム内の圧力が比較的高い期間中もタンクを周囲大気に通気することなく、比較的広い範囲の温度にわたって、比較的大きい体積範囲のクーラントを所望の圧力に加圧することができる。膨張タンクの容積は、冷却システム全体の容積の１０〜３０％の範囲で選択することができ、冷却回路全体の容積やポンプの吸込管へ送り届ける所望のクーラント圧力などの要素に応じて、２５〜４０リットルの範囲で選択することができる。
【００２６】
本発明の第２の主要な実施形態によると、上記予備加圧されたクーラントは、前述のように予備加圧クーラント・ポンプによって供給されるか、あるいは例えば注入装置など、その他任意の適当な圧力調整手段から供給される。エンジンの始動中など、一定の運転状態中に、予備加圧クーラント・ポンプは、膨張タンクからクーラントを引き込み、予備加圧されたクーラントを上記冷却回路内の主クーラント・ポンプに供給することができる。こうすることによって、エンジン始動時の吸込管における相対的に低い圧力に起因する、主クーラント・ポンプのキャビテーションの恐れが低減する。
【００２７】
上記システムの圧力は、主クーラント・ポンプの直ぐ上流など冷却回路内の適当な位置にある圧力センサからの信号を使用する、圧力で制御される弁によって制御することができる。エンジンの始動中、予備加圧クーラント・ポンプは、クーラントを膨張タンクから所定の圧力で主クーラント・ポンプに供給するように構成することができる。冷却回路および膨張タンク内の圧力が設定圧力に達すると、この予備加圧クーラント・ポンプは、主クーラント・ポンプが冷却回路内で所定の圧力を維持するのを補助するように連続的に動作する。エンジン始動後の通常運転中は、この圧力を維持するために圧力で制御される弁が開閉する。冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力より高くなると、この上昇した圧力を制御可能な弁に作用させて、この制御可能な弁を開位置に移動させることができる。これで、過大圧力が脱気チャンバから膨張タンクへ解放される。上記冷却回路にこの冷却回路の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、予備加圧クーラント・ポンプと制御可能な弁を使用して、主クーラント・ポンプがその状態を打ち消すのを補助することができる。圧力が降下すればその都度、その状態を打ち消すために、予備加圧クーラント・ポンプが吸込管に圧力を供給し、その後圧力が上昇すれば、膨張タンクへ圧力を解放するために、制御可能な弁が開位置に移動することができる。
【００２８】
あるいは、吸込管内の圧力が所定の圧力よりも小さい間は、予備加圧クーラント・ポンプを動作させてもよい。冷却回路および膨張タンク内の圧力が設定圧力に達したら、予備加圧クーラント・ポンプが停止し、その後、主クーラント・ポンプがこの圧力を維持する。エンジンの始動後の通常運転中は、この主クーラント・ポンプが冷却回路内の所定の圧力を維持するのを補助するように、予備加圧クーラント・ポンプを膨張タンク内で感知された圧力で制御することができる。上記冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力よりも高くなると、この上昇した圧力を制御可能な弁に作用させて、この制御可能な弁を開位置に移動させることができる。これで、過大圧力は脱気チャンバから膨張タンクへ解放される。上記冷却回路にこの回路の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、予備加圧クーラント・ポンプを使用して、主クーラント・ポンプがその状態を打ち消すのを補助することができる。圧力が降下すればその都度、必要なら、吸込管に圧力を供給するために、予備加圧クーラント・ポンプを作動させ、その後圧力が上昇すれば、その圧力を膨張タンクに解放するために、制御可能な弁を開位置に移動させることができる。
【００２９】
膨張タンクの容積は、比較的大きいと好ましい。大型の膨張タンクは、それに比して大きなダイヤフラムを含むことができ、そういったダイヤフラムを使用すると、比較的広い範囲の温度にわたって、比較的大きい体積範囲のクーラントを所望の圧力に加圧することができる。また、比較的大きな膨張タンクを用いると、タンク内に望ましくない高い圧力を発生させることなく、過大な圧力を冷却回路から逃がすことが可能になる。標準サイズのタンクでは、圧力が急上昇して過大になると安全弁が開く可能性があり、それによって空気およびクーラントが周囲大気へ解放されることになるが、これは望ましくない。膨張タンクの容積は、冷却回路全体の容積やポンプの吸込管へ送り届ける所望のクーラント圧力などの要素に応じて、２５〜４０リットルの範囲で選択することができる。
【００３０】
膨張タンクはまた、安全弁を備えることができる。安全弁は、比較的高い過大圧力を周囲大気に解放するように設定することができる。安全弁の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、上記冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定するのが好ましい。安全弁は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁は、圧力で制御される二方弁であると好ましいが、必ずしもそうである必要はない。安全弁は通常、閉位置に維持されるが、過大圧力を膨張タンクから解放するために、所定の設定圧力で開くことができる。圧力を監視するため、かつ／または電磁式安全弁を制御するための追加のセンサを、膨張タンクに配置することもできる。
【００３１】
本発明はさらに、第１および第２の実施形態のために上記で説明した冷却システムを備える車両に関する。したがって、上記車両は、制御可能な弁を介して流体圧力源を使用して、ダイヤフラムなどによって、膨張タンク内のクーラントを変位させるように構成された圧力調整手段を備えることができる。上記圧力源は、エアタンクや、エア・コンプレッサ、車両上にある過給機内のコンプレッサであってもよい。
【００３２】
あるいは、上記車両は、上記のように主クーラント・ポンプでの所定の圧力を維持する圧力調整手段を備えてもよい。上記圧力調整手段は、加圧されたクーラントを冷却回路の主クーラント・ポンプに供給するよう構成された、制御可能なポンプまたは注入装置であってよい。この構成を、エンジン始動中など一定の運転状態の間、主クーラント・ポンプにおけるキャビテーションを防止するために使用することができる。
【００３３】
上記の実施形態で説明した加圧冷却システムを用いると、エンジン始動時に、クーラント・ポンプにおけるキャビテーションを回避するために、そのポンプの負圧側で圧力を短時間で蓄積するよう制御できる冷却システムが実現する。本発明による加圧冷却システムを用いるとまた、エンジンの運転中、クーラントが冷やされた状態の場合でも、ポンプのキャビテーションを回避するのに十分な高さの均一な圧力を維持する手段も実現する。上記冷却システムによってまた、クーラント・システムの構成部品に損傷を与える可能性のあるピーク値（高圧と低圧）と圧力周期変動を回避することが可能になる。他の目的は、クーラントを酸化する（クーラントの経年劣化）可能性がある周囲空気をシステム内に導き入れることを回避すること、クーラントの周囲空気への放出を回避することである。したがって、本発明は、上記クーラント・システムの構成部品の寿命、クーラントの寿命、およびクーラント・ポンプの効率に対して好ましい効果をもたらす。本発明による解決策の追加の利点の例として、クーラントが連続的に放出されることが無いので、クーラントの補充間隔が、より少ない頻度になるはずだということであり、このことは、環境にとっても有利である。膨張タンクの容積が大きいほど、小さな漏れの影響を受けにくい。膨張タンクが、シャーシに取り付けられていれば、より整備しやすく、クーラント・レベルの読み取りが容易になる。
【００３４】
以下の本文で、本発明について、添付の図を参照して詳細に説明する。そういった概略図は、例示のためにのみ使用し、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態による加圧冷却システムの図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の代替形態による加圧冷却システムの図である
【図３】本発明の第２の実施形態による加圧冷却システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１には、本発明の第１の実施形態による加圧された冷却システムが示されている。
【００３７】
このエンジン冷却システムは冷却回路１０１を含み、冷却回路１０１は、エンジン１０３にクーラントを供給するためと、そのクーラントを上記冷却回路１０１内で循環させるためのクーラント・ポンプ１０２を備える。エンジン１０３の下流で上記クーラントを冷却するためのラジエータ１０４が設けられている。この冷却回路では、ポンプ１０２がクーラントをエンジン１０３に供給し、そこでそのクーラントが熱せられる。熱せられたクーラントは、サーモスタット１０５を通過し、このサーモスタット１０５によって、クーラントは、その温度に応じて、第１の導管１０６を通って直接、あるいは第２の導管１０７を通りラジエータ１０４を経由して間接的にポンプ１０２に戻るように方向付けられる。ラジエータ１０４は、クーラントの温度を所望のレベルまで低下させるように構成され、この温度低減を冷却ファン１０８が補助する。冷却システムはまた、ラジエータ１０４に隣接して位置する給気冷却器（図示せず）を冷却するように構成することもできる。膨張タンク１１０が、供給管１１１を介して冷却回路１０１に接続され、供給管１１１は、ラジエータ１０４の出口とクーラント・ポンプ１０２を接続する第３の導管１１２に接続される。供給管１１１は、膨張タンク１１０に、その底部の付近で接続される。膨張タンク１１０および供給管１１１は、冷却回路用の静的充填手段を形成し、クーラントの体積の変動が、膨張タンク１１０で吸収される。第３の導管１１２は、吸込管とも呼ばれる。この例では、膨張タンク１１０は、ラジエータ１０４の上側部分に、または隣接して配置され、ラジエータ１０４とサーモスタット１０５の両方に流体接続される。これにより、空気および過大圧力を冷却回路１０１から膨張タンク１１０へ逃がすことが可能になる。このようにして、膨張タンク１１０は、脱気チャンバとしても機能し、クーラントから気泡を取り除くことができる。冷却システムは、略図で示されているダイヤフラム１１３を備える圧力調整手段によって加圧され、ダイヤフラム１１３は、エンジンの少なくとも１つの所定の運転モードの間、膨張タンク１１０から冷却回路へ供給するクーラントを加圧するように構成されている。膨張タンク１１０は、エンジンの通常運転モードの間は常に、周囲大気に対して閉じている。かかる運転モードの１つは、エンジンのコールドスタートでもよい。クーラント・ポンプに供給するクーラントを予備加圧すると、エンジン始動時の吸込管における相対的に低い圧力に起因する、上記ポンプのキャビテーションの恐れが低減する。
【００３８】
ダイヤフラム１１３には、加圧された流体が外部圧力源から供給される。この例では、外部圧力源は車両内のブレーキ・コンプレッサ１１４であるが、圧縮空気は、エンジンに隣接する、またはエンジンが取り付けられた車両上の、適当な任意の圧縮空気タンクからもコンプレッサからも供給することができる。
【００３９】
冷却システムの圧力は、コンプレッサ１１４とダイヤフラム１１３の間に接続された圧力作動式の三方弁１１５によって制御される。
【００４０】
エンジンの始動中、弁１１５は、コンプレッサ１１４から供給される圧力で膨張タンク１１０内のダイヤフラム１１３を所定の圧力まで加圧するために、開位置になるよう構成される。膨張タンク１１０内の圧力が弁１１５の所定の圧力設定値よりも小さい間は、弁１１５は第１の開位置に維持される。弁１１５の圧力設定値は、ほぼ固定された圧力であっても、弁１１５が切り替わるよう構成された上限値および下限値を含んだ範囲であってもよい。冷却回路内および膨張タンク１１０内の圧力が上昇して弁１１５の設定圧力に達すると、ダイヤフラム１１３における現在の圧力を維持するために、弁１１５は閉位置に移動する。エンジン始動後の通常運転中は、弁１１５は、パイロット管１１６を介して、膨張タンク１１０内の圧力で制御される。パイロット管１１６を用いることによって、弁１１５の片側にダイヤフラムの圧力を作用させることができるようになる。冷却回路内の圧力が所定の圧力範囲内にある間は、膨張タンク１１０内で所定の圧力を維持するために、弁１１５は閉じる。
【００４１】
圧力が急上昇して所望の設定圧力より高くなると、この上昇した圧力を、供給管１１１を介して、または膨張タンク１１０にラジエータ１０４を接続する導管とサーモスタット１０５を接続する導管とを介して、膨張タンク１１０に伝えることができる。膨張タンク１１０の上昇した圧力はダイヤフラム１１３に作用し、それによってパイロット管１１６内の圧力が上昇する。このとき、弁１１５は、１１７のところで圧力をダイヤフラム１１３から周囲大気に解放するために、第２の開位置に移動する。冷却回路に弁１１５の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、その弁１１５でその状態を打ち消す。圧力が降下すればその都度、ダイヤフラム１１３に圧力を供給するために、弁１１５は第１の開位置に移動し、その後圧力が上昇すれば、ダイヤフラム１１３から圧力を解放するために第２の開位置に移動する。
【００４２】
膨張タンク１１０はさらに、安全弁１１８を備える。安全弁１１８は、周囲大気と比較して高い過大圧力を解放するように設定される。安全弁１１８の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定されるのが好ましい。安全弁１１８は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁１１８は、圧力で制御される二方弁である。安全弁１１８は、膨張タンクの上側部分に接続され、図１に示されているように、通常閉位置に維持される。安全弁１１８の片側に作用するパイロット管１１９内が所定の設定圧力になったときに、膨張タンク１１０からの過大圧力を解放するために、安全弁が開く。図２に、本発明の第１の実施形態の代替形態による加圧冷却システムが示されている。図１の実施形態と同様に、エンジン冷却システムは冷却回路２０１を含み、冷却回路２０１は、エンジン２０３にクーラントを供給するためと、そのクーラントを上記冷却回路２０１内で循環させるためのクーラント・ポンプ２０２を備える。エンジン２０３の下流で前記クーラントを冷却するためのラジエータ２０４が設けられている。この冷却回路では、ポンプ２０２がクーラントをエンジン２０３に供給し、そこでそのクーラントが熱せられる。熱せられたクーラントは、サーモスタット２０５を通過し、このサーモスタット２０５によって、クーラントは、その温度に応じて、第１の導管２０６を通って直接、あるいは第２の導管２０７を通りラジエータ２０４を経由して間接的にポンプ２０２に戻るように方向付けられる。ラジエータ２０４は、クーラントの温度を所望のレベルまで低下させるように構成され、この温度低減を冷却ファン２０８が補助する。冷却システムはまた、ラジエータ２０４に隣接して位置する給気冷却器（図示せず）を冷却するように構成することもできる。脱気チャンバ２２０が、供給管２１１を介して冷却回路２０１に接続され、この供給管２１１は、ラジエータ２０４の出口とクーラント・ポンプ２０２を接続する第３の導管２１２に接続される。第３の導管２１２は、吸込管とも呼ばれる。脱気チャンバ２２０および供給管２１１は、冷却回路の静的充填手段を形成し、クーラントの体積の変動が、脱気チャンバ２２０および膨張タンク２１０で吸収される。供給管２１１は、膨張タンク２１０に、その底部の付近で接続される。この例では、脱気チャンバ２２０は、ラジエータ２０４の上側部分に、または隣接して配置され、ラジエータ２０４とサーモスタット２０５の両方に流体接続される。膨張タンク２１０は、車両シャーシ（図示せず）上の適当な位置に取り付けられる。脱気チャンバ２２０を用いると、気泡をクーラントから取り除くことが可能になる。脱気チャンバ２２０はまた、クーラントの補充を可能にするフィラ・キャップも備える。脱気チャンバ２２０と膨張タンク２１０は、第４の導管２２１によって接続され、この第４の導管２２１により、過大圧力を冷却回路２０１および脱気チャンバ２２０から膨張タンク２１０へ逃がすことが可能になる。第４の導管２２１は、通常はクーラントの水位より上になる位置で脱気チャンバ２２０に接続され、通常はクーラントの水位より下になる位置で膨張タンク２１０に接続される。この冷却システムは、略図で示されているダイヤフラム２１３を備える圧力調整手段によって加圧される。ダイヤフラム２１３は、エンジンの少なくとも１つの所定の運転モードの間、膨張タンク２１０から冷却回路２０１へ供給するクーラントを加圧するように構成される。膨張タンク２１０は、エンジンの通常運転モードの間は常に、周囲大気に対して閉じている。かかる運転モードの１つは、エンジンのコールドスタートでもよい。クーラント・ポンプに供給するクーラントを予備加圧すると、エンジン２０３始動時の吸込管２１２における相対的に低い圧力に起因する、上記ポンプのキャビテーションの恐れが低減する。
【００４３】
ダイヤフラム２１３には、加圧された流体が外部圧力源から供給される。この例では、外部圧力源は車両内のブレーキ・コンプレッサ２１４であるが、圧縮空気は、エンジンに隣接する、またはエンジンが取り付けられた車両上の、適当な任意の圧縮空気タンクからもコンプレッサからも供給することができる。
【００４４】
冷却システムの圧力は、コンプレッサ２１４とダイヤフラム２１３の間に接続された圧力作動式の三方弁２１５によって制御される。
【００４５】
エンジンの始動中、弁２１５は、コンプレッサ２１４から供給される圧力で膨張タンク２１０内のダイヤフラム２１３を所定の圧力まで加圧するために、開位置になるよう構成される。膨張タンク２１０内の圧力が弁２１５の所定の圧力設定値よりも小さい間は、弁２１５は第１の開位置に維持される。弁２１５の圧力設定値は、ほぼ固定された圧力であっても、弁２１５が切り替わるよう構成された上限値および下限値を含んだ範囲であってもよい。冷却回路内および膨張タンク２１０内の圧力が上昇して弁２１５の設定圧力に達すると、ダイヤフラム２１３における現在の圧力を維持するために、弁２１５は閉位置に移動する。エンジン始動後の通常運転中は、弁２１５は、パイロット管２１６を介して、膨張タンク２１０内の圧力で制御される。パイロット管２１６を用いることによって、弁２１５の片側にダイヤフラムの圧力を作用させることができるようになる。冷却回路内の圧力が所定の圧力範囲内にある間は、膨張タンク２１０内で所定の圧力を維持するために、弁２１５は閉じる。
【００４６】
冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力より高くなると、この上昇した圧力を、供給管２１１を通して、またはラジエータ２０４、サーモスタット２０５を、脱気チャンバ２２０と第４の導管２２１を介して膨張タンク２１０に接続する各導管を通して、逃がすことができる。膨張タンク２１０の上昇した圧力はダイヤフラム２１３に作用し、それによってパイロット管２１６内の圧力が上昇する。このとき、弁２１５は、２１７のところで圧力をダイヤフラム２１３から周囲大気に解放するために、第２の開位置に移動する。冷却回路に弁２１５の事前設定された圧力に対する圧力周期変動が生じれば、その弁２１５でその状態を打ち消す。圧力が降下すればその都度、ダイヤフラム２１３に圧力を供給するために、弁２１５は第１の開位置に移動し、その後圧力が上昇すれば、ダイヤフラム２１３から圧力を解放するために第２の開位置に移動する。
【００４７】
膨張タンク２１０はさらに、安全弁２１８を備える。安全弁２１８は、周囲大気と比較して高い過大圧力を解放するように設定される。安全弁２１８の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定されるのが好ましい。安全弁２１８は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁２１８は、圧力で制御される二方弁である。安全弁２１８は、膨張タンクの上側部分に接続され、図２に示されているように、通常閉位置に維持される。安全弁２１８の片側に作用するパイロット管２１９内が所定の設定圧力になったときに、膨張タンク２１０からの過大圧力を解放するために、安全弁は開く。図３に、本発明の第２の実施形態による加圧冷却システムが示されている。図２の実施形態と同様に、エンジン冷却システムは冷却回路３０１を含み、冷却回路３０１は、エンジン３０３にクーラントを供給するためと、そのクーラントを上記冷却回路３０１内で循環させるためのクーラント・ポンプ３０２を備える。エンジン３０３の下流で前記クーラントを冷却するためのラジエータ３０４が設けられている。この冷却回路では、ポンプ３０２がクーラントをエンジン３０３に供給し、そこでそのクーラントが熱せられる。熱せられたクーラントは、サーモスタット３０５を通過し、このサーモスタット３０５によって、クーラントは、その温度に応じて、第１の導管３０６を通って直接、あるいは第２の導管３０７を通ってラジエータ３０４を経由して間接的にポンプ３０２に戻るように方向付けられる。ラジエータ３０４は、クーラントの温度を所望のレベルまで低下させるように構成され、この温度低減を冷却ファン３０８が補助する。冷却システムはまた、ラジエータ３０４に隣接して位置する給気冷却器（図示せず）を冷却するように構成することもできる。脱気チャンバ３２０が、供給管３１１を介して冷却回路３０１に接続され、この供給管３１１は、ラジエータ３０４の出口とクーラント・ポンプ３０２を接続する第３の導管３１２に接続される。第３の導管３１２は、吸込管とも呼ばれる。脱気チャンバ３２０および供給管３１１は、冷却回路の静的充填手段を形成し、クーラントの体積の変動が、脱気チャンバ３２０および膨張タンク３１０で吸収される。供給管３１１は、膨張タンク３１０に、その底部の付近で接続される。この例では、脱気チャンバ３２０は、ラジエータ３０４の上側部分に、または隣接して配置され、ラジエータ３０４とサーモスタット３０５の両方に流体接続される。膨張タンク３１０は、車両シャーシ（図示せず）上の適当な位置に取り付けられる。脱気チャンバ３２０を用いると、気泡をクーラントから取り除くことが可能になる。脱気チャンバ３２０はまた、クーラントの補充を可能にするフィラ・キャップも備える。脱気チャンバ３２０と膨張タンク３１０は第４の導管３２１によって接続され、この第４の導管３２１により、冷却回路３０１および脱気チャンバ３２０から過大圧力を膨張タンク３１０へ逃がすことが可能になる。第４の導管３２１は、膨張タンク３１０と脱気チャンバ３２０とに、それぞれタンクおよびチャンバの通常はクーラントの水位より上になる位置で接続される。第４の導管３２１はさらに、制御可能な弁３２２を備える。この例では、制御可能な弁３２２は、圧力で制御される二方弁である。弁３２２は、閉位置の方に荷重をかけられたばねであり、脱気チャンバ３２０から膨張タンク３１０へ過大圧力を解放するために、所定の設定圧力になると開く。脱気チャンバ３２０からの過大圧力が、パイロット管３２３を介して弁３２２の片側に作用して、弁３２２が開く。膨張タンク３１０は、エンジンの通常運転モードの間は常に、周囲大気に対して閉じている。膨張タンク３１０は、安全弁３１８を備えていてもよい。その場合、安全弁３１８は、周囲大気と比較して高い過大圧力を解放するように設定される。安全弁３１８の解放圧力は、通常運転状態である間は常に、冷却システムを閉じた状態に維持するレベルに設定されるのが好ましい。安全弁３１８は、冷却システムの構成部品に損傷を与える危険がある場合に限り開くべきである。安全弁３１８は、圧力で制御される二方弁でよい。安全弁３１８は、膨張タンクに接続され、図３に示されているように、通常閉位置に維持される。安全弁３１８の片側に作用するパイロット管３１９内が所定の設定圧力になったときに、膨張タンク３１０からの過大圧力を解放するために、安全弁が開く。
【００４８】
図３に示されている例では、冷却システムは、第２のクーラント・ポンプ３２４によって連続的に加圧され、第２のクーラント・ポンプ３２４は、エンジンの通常運転モードの間は常に、膨張タンク３１０から冷却回路３０１の吸込管３１２に供給するクーラントを加圧するように構成される。第２のクーラント・ポンプ３２４は、膨張タンク３１０を第１の供給管３１１および第１のクーラント・ポンプ３０２の吸込管３１２に接続する第２の供給管３２５に配置される。
【００４９】
このシステムの圧力は、第１のクーラント・ポンプ３０２のすぐ上流など、冷却回路内の適当な位置に配置された圧力センサ（図示せず）からの信号を使用して、弁３２２で制御される。弁３２２はまた、脱気チャンバ３２０内の圧力で制御することもできる。主要な冷却回路３０１内の圧力が設定された圧力に達したら、予備加圧用クーラント・ポンプ３２４を停止することができ、その後、その圧力を第１のクーラント・ポンプ３０２が維持する。エンジン３０３の始動後の通常運転中は、第２のクーラント・ポンプ３２４は、第１のクーラント・ポンプ３０２が冷却回路内の所定の圧力を維持するのを補助するように、吸込管３１２内の感知された圧力で制御される。冷却回路内で圧力が急上昇して所望の設定圧力よりも高くなると、この上昇した圧力を制御可能な弁３２２に作用させて、この制御可能な弁３２２を開位置に移動させることができる。それで、過大圧力は脱気チャンバ３２０から膨張タンク３１０へ解放される。冷却回路３０１にこの回路の所定の圧力に対する圧力周期変動が生じれば、予備加圧用の第２のクーラント・ポンプ３２４を使用して、第１のクーラント・ポンプ３０２がその状態を打ち消すのを補助することができる。圧力が降下すればその都度、必要なら、吸込管３１２に圧力を供給するために、予備加圧用の第２のクーラント・ポンプ３２４が作動し、その後圧力が上昇すれば、その圧力を膨張タンク３１０に解放するために、制御可能な弁３２２が開位置に移動する。
【００５０】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で自在に変更することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０１，２０１，３０１  冷却回路
１０２，２０２，３０２  クーラント・ポンプ
１０３，２０３，３０３  エンジン
１０４，２０４，３０４  ラジエータ
１０５，２０５，３０５  サーモスタット
１０６，２０６，３０６  第１の導管
１０７，２０７，３０７  第２の導管
１０８，２０８，３０８  冷却ファン
１１０，２１０，３１０  膨張タンク
１１１，２１１，３１１  供給管
１１２，２１２，３１２  第３の導管
１１３，２１３          ダイヤフラム
１１４，２１４          ブレーキ・コンプレッサ
１１５，２１５          三方弁
１１６，１１９，２１６，２１９，３２３  パイロット管
１１８，２１８，３１８  安全弁
２２０，３２０          脱気チャンバ
２２１，３２１          第４の導管
３２２                  制御可能な弁
３２４                  第２のクーラント・ポンプ
３２５                  第２の供給管
【国際調査報告】
2010518309.tif 000006
2010518309.tif 000007
2010518309.tif 000008
2010518309.tif 000009