(57)【要約】【課題】  圧力の急激な変動を防止することができる、完全密封式リザーブタンクを提供する。【解決手段】  完全密封式リザーブタンク１００は、内部空間１０９を有し、その内部空間１０９に連なる入口１０２および出口１０３が互いに異なる位置に設けられており、入口１０２から気液混合流体を内部空間１０９に流入させて出口１０３から液体を排出することが可能なタンク本体１０１と、内部空間１０９を封止するようにタンク本体１０１に対して摺動可能に設けられて、内部空間１０９の容積を拡大する第１の方向と内部空間１０９の体積を縮小する第２の方向とに移動可能なピストン１３１とを備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有し、その内部空間に連なる入口および出口が互いに異なる位置に設けられており、前記入口から気液混合流体を前記内部空間に流入させて前記出口から液体を排出することが可能なタンク本体と、
前記内部空間を封止するように前記タンク本体に対して摺動可能に設けられて前記内部空間の容積を拡大する第１の方向と前記内部空間の容積を縮小する第２の方向とに移動可能な容積調整部とを備えた、完全密封式リザーブタンク。
【請求項２】
前記容積調整部は、前記内部空間の圧力変動を緩和するように前記内部空間の容積を調整する、請求項１に記載の完全密封式リザーブタンク。
【請求項３】
前記容積調整部は、前記内部空間を封止するピストンと、前記ピストンを前記第２の方向に付勢することが可能な付勢手段とを有する、請求項１または２に記載の完全密封式リザーブタンク。
【請求項４】
前記内部空間の圧力およびウォータポンプの回転数の少なくともいずれかに基づいて前記容積調整部の動作が制御部により制御される、請求項１または２に記載の完全密封式リザーブタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、完全密封式リザーブタンクに関し、より特定的には、車両に搭載される内燃機関の冷却構造の一部として用いられる、完全密封式リザーブタンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リザーブタンクは、たとえば実開平１−１５８５１８号公報（特許文献１）、特開２００３−２８６８４７号公報（特許文献２）、特開平６−１８５３５８号公報（特許文献３）、特開平８−４２３４２号公報（特許文献４）および実開平４−１０５９３９号公報（特許文献５）に開示されている。
【特許文献１】実開平１−１５８５１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６８４７号公報
【特許文献３】特開平６−１８５３５８号公報
【特許文献４】特開平８−４２３４２号公報
【特許文献５】実開平４−１０５９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、容積可変式のリザーブタンクであって、ウォータポンプ内の圧力低下によるキャビテーションの発生を防止する構造が開示されている。特許文献２では、完全密封式のリザーブタンクであって、ボールが空気溜め機能を持つことで冷却水量の変動を吸収する構造が開示されている。特許文献３では、冷却水の循環経路内圧力が低下しても圧縮された空気層の膨張で吸収され、循環経路内は安定した圧力を維持できる構造が開示されている。特許文献４では、加圧式リザーブタンクであって、高い圧力水のためにポンプのキャビテーションが抑えられる構造が開示されている。特許文献５では、加圧式リザーブタンクが開示されている。
【０００４】
しかしながら、上述のような従来のリザーブタンクでは、急激な圧力変動、たとえば、ウォータポンプの高回転時の圧力低下時にリザーブタンク内の圧力を十分に保持することができないという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、リザーブタンク内の圧力を十分に保持することが可能な完全密封式リザーブタンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った完全密封式リザーブタンクは、タンク本体と容積調整部とを有する。タンク本体は、内部空間を有し、その内部空間に連なる入口および出口が互いに異なる位置に設けられており、入口から気液混合流体を内部空間に流入させて出口から液体を排出することが可能である。容積調整部は、内部空間を封止するようにタンク本体に対して摺動可能に設けられて、内部空間の容積を拡大する第１の方向と内部空間の容積（体積）を縮小する第２の方向とに移動可能な容積調整部とを備える。
【０００７】
このように構成された完全密封式リザーブタンクでは、容積調整部がタンク本体に対して摺動することで内部空間の容積を拡大する第１の方向と内部空間の容積を縮小する第２の方向とに移動することが可能である。そのため、内部空間の圧力変動に応じて容積調整部が駆動することにより、内部空間の圧力を保つことができる。これにより、圧力の低下を防止することができる、完全密封式リザーブタンクを提供することができる。
【０００８】
好ましくは、容積調整部は、内部空間の圧力変動を緩和するように内部空間の容積を調整する。この場合、圧力変動が緩和され、常に一定の圧力が保たれる完全密封式リザーブタンクを提供することができる。
【０００９】
好ましくは、容積調整部は、内部空間を封止するピストンと、ピストンを第２の方向に付勢することが可能な付勢手段とを有する。この場合、ピストンと付勢手段により、簡単に容積調整部を構成することができ、コストを低下させることができる。
【００１０】
好ましくは、内部空間の圧力およびウォータポンプの回転数の少なくともいずれかに基づいて容積調整部の動作が制御部により制御される。この場合、内部空間の圧力およびウォータポンプの回転数の少なくともいずれかに基づいて容積調整部の動作を制御することで内部空間の圧力をほぼ一定に保つことができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に従えば完全密封式リザーブタンクの内部空間の容積を変えることにより、圧力低下を防止できる、完全密封式リザーブタンクを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、完全密封式冷却システムの模式図である。図１を参照して、完全密封式冷却システム２００は、ピストンが収納されるシリンダブロック１と、シリンダブロック１の上部に設けられ、カムシャフトなどが取付けられるシリンダヘッド２と、冷却媒体（冷却水）としてのロングライフクーラント（ＬＬＣ）を循環させるウォータポンプ３と、冷却媒体の流れを制御するウォータインレットハウジング４と、ウォータインレットハウジング４内に設けられて冷却媒体の流れ方向を制御するサーモスタット５と、冷却媒体の熱を外部へ放散させるラジエータ６と、冷却媒体の熱を室内に伝達するためのヒータ７と、ヒータ７への冷却媒体の流量を調整するウォータバルブ８と、シリンダブロック１およびシリンダヘッド２を冷却した冷却媒体を振り分けるリアウォータジョイント９フロントウォータジョイント１０と、電磁バルブとしてのＩＳＣＶ（アイドル回転制御バルブ）１２とを備える。
【００１４】
シリンダブロック１およびシリンダヘッド２内を図１中の実線および点線で示すように冷却媒体が流れる。この冷却媒体はシリンダ壁の近傍を流れて燃焼室で発生する熱量を除去する。シリンダヘッド２から出た冷却媒体は、リアウォータジョイント９およびフロントウォータジョイント１０により各方向に振り分けられる。具体的には、リアウォータジョイント９では、冷却媒体は、ウォータバルブ８を介してヒータ７へ流れる方向と、スロットルボディ１２およびＩＳＣＶ１１へ流れる方向とに振り分けられる。フロントウォータジョイント１０では、冷却媒体はラジエータ６へ流れる方向とウォータインレットハウジング４へ流れる方向とに振り分けられる。
【００１５】
ラジエータ６へ流れた冷却媒体は、ラジエータ６内を通過する間に外気へ熱を放散する。これにより、冷却媒体の温度が低下する。温度が低下した冷却媒体はウォータインレットハウジング４へ戻り、そこからウォータポンプ３へ送られる。ラジエータ６の冷却媒体の一部は完全密封式リザーブタンク１００へ送られる。その後、ウォータインレットハウジング４へ戻される。
【００１６】
完全密封式リザーブタンク１００には、調圧キャップ１０８が設けられている。完全密封式冷却システム２００内の冷却媒体には圧力が加えられているため、冷却媒体が冷却水により構成される場合にも、温度が１００℃となっても沸騰することがない。これにより、冷却媒体が高温になるほど外気との温度差も大きくなり、小さな冷却媒体量で十分な冷却効果を上げることができる。
【００１７】
冷却媒体が温まって冷却系統内の圧力が限度以上になると、冷却媒体が調圧キャップ１０８から外部へ放出される。冷却媒体の温度が上がって冷却媒体の容積が膨張すると、その膨張分は完全密封式リザーブタンク１００で吸収される。
【００１８】
完全密封式リザーブタンク１００には圧力が加わる構造とされており、大気が遮断される。これにより、冷却水路が完全に密封される。以上のような構成を採用することで、外気と冷却媒体の接触がなくなり、冷却媒体の蒸発による液量の減少、冷却媒体の大気接触による劣化防止を図れる。さらに、完全密封式リザーブタンク１００を含めて冷却媒体が循環することにより、冷却水路内の気泡を完全密封式リザーブタンク１００内で空気と液体に分離できるため、冷却性能が向上する。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１に従った完全密封式リザーブタンクの断面図である。図２を参照して、完全密封式リザーブタンク１００は、箱形状のタンク本体１０１と、タンク本体１０１内に収納されたピストン１３１と、ピストン１３１を付勢するバネ１０４とを有する。
【００２０】
タンク本体１０１には、入口１０２が設けられており、入口１０２からは矢印１１１で示すように、冷却媒体と気泡（空気）との気液混合流体が流入する。タンク本体１０１は内部空間１０９を規定しており、内部空間１０９内に気液混合流体が導入される。気液混合流体は、その比重により分離され、下側に冷却媒体１１０が溜められ、上側に空気が溜る。
【００２１】
タンク本体１０１の開口を調圧キャップ１０８が封止している。調圧キャップ１０８は内部空間１０９の圧力が過大なものとなった場合にこの圧力を外部へ逃がす働きをする。内部空間１０９は仕切り板１３５で仕切られており、一方の部屋にピストン１３１およびバネ１０４が収納される。ピストン１３１はシール材１０６および１０７を介してタンク本体１０１と接触しており、気密を保つ構造となっている。タンク本体１０１には開口１０５が設けられおり、開口１０５は大気圧となっている。開口１０５からシール材１０６までの間の空間も大気圧であり、この部分にバネ１０４が設けられる。シール材１０６は大気圧と内部空間１０９内の圧力との境界となり、外気が内部空間１０９内へ入るのを防止する役割を果たす。
【００２２】
ピストン１３１は内部空間１０９内で、内部空間１０９の容積を小さくする方向、すなわち開口１０５から遠ざかる方向と、内部空間１０９の容積を大きくする方向、すなわち開口１０５へ近づく方向とにスライド可能であり、このピストン１３１の移動により、内部空間１０９の容積が変更される。バネ１０４はピストン１３１を開口１０５から遠ざかる方向へ付勢している。このため、ピストン１３１は内部空間１０９の容積を縮める方向に力が加えられている。これに対して、内部空間１０９の圧力は走行中は大気圧よりも大きくなっている。そのため、内部空間１０９は、ピストン１３１を開口１０５に近づく方向に押し戻す。この２つの力がバランスして、ピストン１３１の位置が保たれる。
【００２３】
タンク本体１０１の下側に設けられた出口１０３からは矢印１１２で示すように冷却媒体が排出される。出口１０３はウォータポンプ３と接続されており、ウォータポンプ３の回転数に応じて、矢印１１２で示す出口１０３からの流量が変更される。具体的には、ウォータポンプ３の回転数が高くなると、矢印１１２で示す方向の冷却媒体の流量は大きくなる。これに対して、ウォータポンプ３の回転数が低くなると、矢印１１２で示す冷却媒体の流量は小さくなる。
【００２４】
次に、走行時のピストンの動作について説明する。
【００２５】
図２を参照して、冷間時、すなわちエンジンをかけたがエンジンが十分に暖気されていない場合には、ウォータポンプ３の回転数は低回転に保たれる。このとき、ウォータポンプ３を通過する冷却媒体の流れは小さいため、図２で示すように、ピストン１３１は開口１０５に近い位置に位置決めされる。
【００２６】
図３および図４は、この発明の実施の形態１に従った完全密封式リザーブタンクの動作を示す断面図である。図３を参照して、暖気後であって、かつエンジンの回転数が低く抑えられている状態では、冷却媒体１１０が膨張する。これにより、内部空間１０９の圧力が高くなる。この高くなった圧力を緩和するために、ピストン１３１は矢印１４１で示す方向に移動する。これにより、内部空間１０９の容積が増えることで、内部空間１０９の圧力の過大な上昇を防止できる。なお、図３では、エンジンの回転数が低く保たれているので、ウォータポンプ３の回転数も小さく保たれる。これにより、ウォータポンプ３を通過する冷却媒体の流量も低いままである。
【００２７】
図４を参照して、暖気後は、エンジンが高回転とされると、ウォータポンプ３の回転数も上昇する。これにより、ウォータポンプ３を通過する冷却媒体流量が増え、矢印１１２で示す方向に流れる冷却媒体の排水量が多くなる。このとき、ピストン１３１が吸い出されて矢印１４２で示す方向に下降する。また、タンク本体１０１に溜められる冷却媒体１１０の量も減少するため、内部空間１０９の圧力も低下する。しかしながら、ピストン１３１が矢印１４２で示す方向に移動することで内部空間１０９の圧力の低下を防止することができる。
【００２８】
図５は、ウォータポンプ上流（直前）での圧力を示すグラフである。図５は、また、ウォータポンプの回転数と密封式リザーブタンク内の圧力との関係も示している。図５を参照して、ウォータポンプの回転数が高くなると、ウォータポンプ上流（直前）での圧力は低下する。また、完全密封式リザーブタンク１００から排出される冷却媒体の流量が多くなる。これにより、タンク本体１０１内の圧力は低下する。
【００２９】
しかしながら、本発明では、ピストン１３１が稼動することで、冷却媒体の減少による圧力の低下を補充することができる。具体的には、図４で示すように、空気室としての内部空間１０９の容積を減らすようにピストン１３１が稼動することで、圧力の低下を防止できる。図５の点線で示すように、従来のリザーブタンクでは、ピストン１３１が存在しないため、ウォータポンプの回転数の上昇に伴いウォータポンプ上流の圧力が急激に低下することがあった。
【００３０】
この発明に従った完全密封式リザーブタンク１００は、内部空間１０９を有し、その内部空間に連なる入口１０２および出口１０３が互いに異なる位置に設けられており、入口１０２から気液混合流体を内部空間１０９に流入させて出口１０３から液体を排出することが可能なタンク本体１０１と、内部空間１０９を封止するようにタンク本体１０１に対して摺動可能に設けられて、内部空間１０９の容積を拡大する第１の方向（矢印１４１で示す方向）と内部空間１０９の容積を縮小する第２の方向（矢印１４２で示す方向）とに移動可能な容積調整部としてのピストン１３１およびバネ１０４とを備える。
【００３１】
容積調整部は、内部空間１０９の圧力変動を緩和するように内部空間１０９の容積を調整する。容積調整部は、内部空間１０９を封止するピストン１３１と、ピストン１３１を矢印１４２で示す方向（第２の方向）に付勢する付勢手段としてのバネ１０４とを有する。
【００３２】
このように構成された、この発明に従った完全密封式リザーブタンク１００では、ウォータポンプ３の高回転時の圧力低下時に、タンク本体１０１の内容積を変えることにより、低コストで圧力低下を防止できる。具体的には、エンジンの高回転時には、ウォータポンプ３の入口側の負圧が大きくなる。負圧が大きくなるとピストン１３１が下降し、見かけ上の空気室としての内部空間１０９の容積が縮小する。これにより、空気を加圧し、冷却系統の圧力が上昇し、キャビテーションの発生を防ぐことができる。その結果、効率よくエンジンを冷却することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２に従った完全密封式リザーブタンクの断面図である。図６を参照して、この発明の実施の形態２に従った完全密封式リザーブタンク１００では、タンク本体１０１に圧力センサ１２１と駆動部１２２が設けられている点、圧力センサ１２１、駆動部１２２がＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２０により制御される点で、実施の形態１に従った完全密封式リザーブタンク１００と異なる。
【００３４】
ＥＣＵ１２０は、ウォータポンプ３および圧力センサ１２１に接続されており、ウォータポンプ３の回転数および内部空間１０９の圧力を検出することが可能である。ＥＣＵ１２０は駆動部１２２に対して信号を送ることにより、ピストン１３１の位置を制御することが可能である。具体的には、駆動部１２２は、ピストン１３１を開口１０５に近づく方向と開口１０５から遠ざかる方向とに移動させることが可能であり、このピストン１３１の移動により、内部空間１０９の容積を変更することが可能である。駆動部１２２は、機械的作用、または電磁気的作用により、ピストン１３１を駆動させることが可能である。ＥＣＵ１２０は、ウォータポンプ３の回転数および内部空間１０９の圧力の少なくとも一方、好ましくは両方を検出し、かつ、駆動部１２２に対して信号を送ることにより、ピストン１３１の位置を制御することが可能である。
【００３５】
内部空間１０９の圧力を上昇させる必要があるとき、具体的にはウォータポンプ３の回転数が上昇したとき、または内部空間１０９の圧力が低下した場合には、ＥＣＵ１２０は、駆動部１２２に対して信号を送る。これにより、駆動部１２２は、ピストン１３１を開口１０５から遠ざかる方向へ駆動させる。これにより、内部空間１０９の容積が減少し、内部空間１０９の圧力の低下を防止することができる。
【００３６】
これに対して、内部空間１０９の圧力を低下させる必要があるとき、具体的には、ウォータポンプ３の回転数が低下したとき、または内部空間１０９内の圧力が上昇したときには、ＥＣＵ１２０は、駆動部１２２に対してピストン１３１を開口１０５へ近づける方向へ駆動するよう信号を送る。これにより、駆動部１２２はピストン１３１を開口１０５へ近づく方向に移動させる。その結果、内部空間１０９の圧力が低下する。
【００３７】
すなわち、実施の形態２に従った完全密封式リザーブタンク１００では、内部空間１０９の圧力およびウォータポンプ３の回転数の少なくともいずれかに基づいてピストン１３１の動作が制御部としてのＥＣＵ１２０により制御される。
【００３８】
このように構成された、実施の形態２に従った完全密封式リザーブタンクにおいても、実施の形態１に従った完全密封式リザーブタンク１００と同様の効果がある。
【００３９】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。
【００４０】
まず、この発明は車両に搭載されるエンジンを冷却するシステムとして説明したが、これに限定されるものではなく、車両に搭載されない発熱体を冷却するシステム、たとえば発電機を冷却するシステムに本発明を適用してもよい。また、車両に搭載される場合に、熱源はガソリンエンジンに限られず、ディーゼルエンジンであってもよい。また、エンジンの形式としても、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまなエンジンに本発明を適用することが可能である。
【００４１】
次に、タンク本体１０１に関しては、内部空間１０９を有する形状であれば特にその形状は限定されるものではなく、円筒状、角筒状、球形状などのさまざまな形状でタンク本体１０１を構成することが可能である。
【００４２】
また、ピストン１３１に関しては、タンク本体１０１内でスライド可能であれば、その形状は特に限定されず、円柱状、角柱状などさまざま形状のピストン１３１を採用することができる。
【００４３】
さらに、付勢手段としてのバネ１０４は図４ではコイルバネの形状を示しているが、これに限定されるもではなく、板バネ、ゴムバネなどのさまざまなバネで付勢手段を構成することもできる。
【００４４】
今回開示された実施の形態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およ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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は、車両に搭載される完全密封式冷却システムのリザーブタンクの分野で適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】完全密封式冷却システムの模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１に従った完全密封式リザーブタンクの断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に従った完全密封式リザーブタンクの動作を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に従った完全密封式リザーブタンクの動作を示す断面図である。
【図５】ウォータポンプ上流（直前）での圧力を示すグラフである。
【図６】この発明の実施の形態２に従った完全密封式リザーブタンクの断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  完全密封式リザーブタンク、１０１  タンク本体、１０２  入口、１０３  出口、１０４  バネ、１０５  開口、１０６，１０７  シール材、１０８  調圧キャップ、１０９  内部空間、１１０  冷却媒体、１３１  ピストン。
【図１】
2005330825.tif 000003
【図２】
2005330825.tif 000004
【図３】
2005330825.tif 000005
【図４】
2005330825.tif 000006
【図５】
2005330825.tif 000007
【図６】
2005330825.tif 000008