(57)【要約】【課題】流量制御弁の開弁前のリザーブタンク内の液面低下を抑制し、必要系統圧を確保しつつ、流量制御弁の開閉にかかわらず冷却液の気液分離作用を持つ内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】リザーブタンク２１は、下流側第１通路２３を介してサーモスタット１３の上流側となるサーモ上流側通路１５に接続され、下流側第２通路２４を介してサーモスタット１３の下流側となるサーモ下流側通路１６に接続されている。サーモスタット１３の状態によらずにリザーブタンク２１に冷却液が常に循環し、そのリザーブタンク２１において冷却液とそれに含まれる空気とを分離する。冷却液の温度が所定温度より高くなるとサーモスタット１３が開弁してラジエータ６とエンジン１との間で冷却液が循環し、リザーブタンク２１内の冷却液は、下流側第１通路２３及び下流側第２通路２４を介して冷却液が循環する冷却系統に戻される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関とラジエータとの間に冷却液を循環させて前記ラジエータにおける熱交換により前記冷却液の温度を低下させる冷却系統を有する内燃機関の冷却装置であって、
前記冷却液を循環させるウォータポンプと、
前記冷却液の低温時には前記ラジエータから前記内燃機関への該冷却液の流れを遮断し、前記該冷却液の液温に応じて前記ラジエータから前記内燃機関に流れる冷却液の流量を制御する流量制御弁と、
前記冷却系統の前記冷却液の一部を貯留するリザーブタンクと、
前記リザーブタンク内の冷却液を前記流量制御弁の上流側へ戻す第１通路と、
前記リザーブタンク内の冷却液を前記流量制御弁の下流側へ戻す第２通路と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
内燃機関とラジエータとの間に冷却液を循環させて前記ラジエータにおける熱交換により前記冷却液の温度を低下させる冷却系統を有する内燃機関の冷却装置であって、
前記冷却液を循環させるウォータポンプと、
前記冷却液の低温時には前記ラジエータから前記内燃機関への該冷却液の流れを遮断し、前記該冷却液の液温に応じて前記ラジエータから前記内燃機関に流れる冷却液の流量を制御する第１の流量制御弁と、
前記冷却系統の前記冷却液の一部を貯留するリザーブタンクと、
前記リザーブタンク内の冷却液を前記流量制御弁の下流側へ戻す下流側通路と、
前記下流側通路に設けられ該下流側通路を通過する流量を制御するための第２の流量制御弁と、を備え、
前記第２の流量制御弁を前記第１の流量制御弁による冷却液の遮断時には前記リザーブタンク内の液面が低下する量以下の量の冷却液が前記下流側通路を通過するように制御し、前記第１の流量制御弁による冷却液の非遮断時には前記ラジエータを通過する冷却液の冷却経路の系統圧を確保する量の冷却液が前記下流側通路を通過するように制御したことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等に搭載される水冷式エンジンの冷却装置は、同エンジンの冷却に用いられる冷却液を循環させる循環経路を備えている。そして、循環経路には、ラジエータにて冷却された冷却液をエンジン側に流すラジエータ通路と、同ラジエータを迂回して冷却水をエンジン側に流すバイパス通路と、それら通路の流量を冷却液の温度に応じて調整する流量制御弁（サーモスタット）とが設けられる。
【０００３】
このような冷却装置は、その系内を密封式とすることで、冷却系を流れる冷却水が大気と直接触れないようにし、冷却液を蒸発しにくくしている。冷却装置には、リザーブタンクが設けられている。リザーブタンクは、循環される冷却液の一部をその内部に貯留することで、温度変化に伴う冷却液の体積変化を吸収している。このリザーブタンクにより、冷却液の循環経路に空気が入るのを防ぎ、冷却液に混ざる空気によって冷却効率が低下するのを防いでいる。冷却液に空気が混ざると、その空気が冷却液と冷却系（エンジン内部に設けられたウォータジャケットやラジエータの内面）との接触を阻害し、熱交換を行いにくくするからである。
【０００４】
リザーブタンクの配管方法には、非常時循環方式と常時循環方式とがある。非常時循環方式は、リザーブタンクからサーモスタット上流へと冷却液を戻す方式である。この方式では、冷間（サーモスタット：閉）時、冷却液はバイパス通路とエンジンを循環し、リザーブタンクを通過しないため、気液分離ができない。このため、冷却効率が低下することがある。
【０００５】
常時循環方式は、リザーブタンクからサーモスタット下流へと冷却液を戻す方式である。この方式によれば、冷却液がリザーブタンクを常時通過するため、気液分離を行って冷却効率の低下を防ぐことができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１３２０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、常時循環方式では、冷間時にサーモスタットが閉弁しているため、エンジンに冷却液を供給するウォータポンプの引込圧がリザーブタンクに強くかかる、即ちウォータポンプはリザーブタンク内の冷却液を吸出すため、タンク内の液面低下が発生し、リザーブタンク内に分離されている空気をエンジン内に吸込んでしまう虞がある。
【０００７】
冷間時におけるリザーブタンク内の冷却液の吸出し量を低減する方法として、リザーブタンクの出口径を絞る方法がある。この方法では、リザーブタンクの出口側の抵抗を大きくすることで、リザーブタンク内の液面低下量を小さくする。しかし、完全密封式リザーブタンクでは、原理的に、高水温時（サーモスタット：開弁）に系統圧を上げるためにリザーブタンクの出口抵抗を小さくする必要がある。このことは、上記対策と背反することとなる。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流量制御弁の開弁前のリザーブタンク内の液面低下を抑制し、必要系統圧を確保しつつ、流量制御弁の開閉にかかわらず冷却液の気液分離作用を持つ内燃機関の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、内燃機関とラジエータとの間に冷却液を循環させて前記ラジエータにおける熱交換により前記冷却液の温度を低下させる冷却系統を有する内燃機関の冷却装置であって、前記冷却液を循環させるウォータポンプと、前記冷却液の低温時には前記ラジエータから前記内燃機関への該冷却液の流れを遮断し、前記該冷却液の液温に応じて前記ラジエータから前記内燃機関に流れる冷却液の流量を制御する流量制御弁と、前記冷却系統の前記冷却液の一部を貯留するリザーブタンクと、前記リザーブタンク内の冷却液を前記流量制御弁の上流側へ戻す第１通路と、前記リザーブタンク内の冷却液を前記流量制御弁の下流側へ戻す第２通路と、を備えることをその要旨とする。
【００１０】
リザーブタンクは、第２通路を介して流量制御弁の下流側に接続され、冷却液はウォータポンプにより循環させられている。従って、流量制御弁の状態によらずにリザーブタンクに冷却液が常に循環するため、そのリザーブタンクにおいて冷却液とそれに含まれる空気とを分離する気液分離の機能が発揮され、冷却効率の低下が防がれる。その第２通路は、通過する冷却液の流量を制限する（通過する冷却液に対して抵抗として働く）ようにその径が絞られる（通路の断面積を小さくする）ことで、冷却液を循環させるウォータポンプの引き込み圧がリザーブタンク内の冷却液に加わりにくくなり、そのリザーブタンク内の冷却液の液面低下が抑制される。
【００１１】
冷却液の温度が所定温度より高くなると流量制御弁が開弁してラジエータと内燃機関との間で冷却液が循環する、即ちラジエータにて冷やされた冷却液が流量制御弁を介して内燃機関に流れる。すると、リザーブタンク内の冷却液は、第１通路及び第２通路を介して冷却液が循環する冷却系統に戻される。従って、第１通路の径を、それと第２通路の径との合計が必要径以上となるように設定する、即ち、冷却液の流れに対する第１通路及び第２通路の合計の抵抗を小さくすることで、冷却液が高温のときの冷却系統の圧力を所定値以上にすることができる。このように冷却系統の圧力を確保することで、ウォータポンプ（インペラ）の回転に冷却液の流動を追従させてキャビテーションの発生を抑制し、また冷却液に対する気泡の混入を抑制することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、内燃機関とラジエータとの間に冷却液を循環させて前記ラジエータにおける熱交換により前記冷却液の温度を低下させる冷却系統を有する内燃機関の冷却装置であって、前記冷却液を循環させるウォータポンプと、前記冷却液の低温時には前記ラジエータから前記内燃機関への該冷却液の流れを遮断し、前記該冷却液の液温に応じて前記ラジエータから前記内燃機関に流れる冷却液の流量を制御する第１の流量制御弁と、前記冷却系統の前記冷却液の一部を貯留するリザーブタンクと、前記リザーブタンク内の冷却液を前記流量制御弁の下流側へ戻す下流側通路と、前記下流側通路に設けられ該下流側通路を通過する流量を制御するための第２の流量制御弁と、を備え、前記第２の流量制御弁を前記第１の流量制御弁による冷却液の遮断時には前記リザーブタンク内の液面が低下する量以下の量の冷却液が前記下流側通路を通過するように制御し、前記第１の流量制御弁による冷却液の非遮断時には前記ラジエータを通過する冷却液の冷却経路の系統圧を確保する量の冷却液が前記下流側通路を通過するように制御したことをその要旨とする。
【００１３】
冷却液の低温時には第１の流量制御弁によりラジエータから内燃機関への冷却液の流れが遮断される。このとき、ウォータポンプの引き込み圧が下流側通路を介してリザーブタンクに作用する。しかし、第２の流量制御弁の制御により、下流側通路での冷却液の流量がリザーブタンク内の液面が低下する量以下の量に制限される。このため、冷却液の液面が低下が抑制され、リザーブタンク内で冷却液から分離されている空気がエンジン内に吸い込まれないので、冷却効率の低下を抑制することができる。
【００１４】
冷却液の非低温時には第１の流量制御弁により冷却液の流れが遮断されない。このとき、第２の流量制御弁の制御により下流側通路を流れる冷却液の流量が多くなる（冷却通路の系統圧を確保する量の冷却液が下流側通路を流れる）。このため、冷却通路の系統圧が確保され、ウォータポンプ（インペラ）の回転に冷却液の流動を追従させてキャビテーションの発生を抑制し、また冷却液に対する気泡の混入を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の冷却装置を具体化した第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１に示されるように、エンジン１は、シリンダブロック２と、その上部に取り付けられたシリンダヘッド３とを備えている。車両には、エンジン１が過熱するのを抑制するため、循環される冷却液によってエンジン１を冷却させる冷却装置が設けられている。
【００１７】
冷却装置は、同図１に破線示されるように、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３の内部に形成された冷却液を通す通路となるウォータジャケット５と、ラジエータ６とを備えている。
【００１８】
ウォータジャケット５は、エンジン１の冷却液出口１ａに接続された第１メイン通路１０と、エンジン１の冷却液入口１ｂに接続された第２メイン通路１１とを介してラジエータ６に接続されている。これらメイン通路１０，１１を介してウォータジャケット５とラジエータ６との間を冷却液が完全密封状態でかつ圧力が掛けられた状態で循環している。
【００１９】
この循環中、冷却液は、ウォータジャケット５内でエンジン１の熱を吸収し、それによって昇温された冷却液は、第１メイン通路１０を通じてラジエータ６に送られる。このラジエータ６には、自然通風やファンによる送風がなされており、昇温された冷却液は、送風された空気との熱交換により冷却される。
【００２０】
第２メイン通路１１と冷却液入口１ｂとの接続部には、ウォータポンプ１２が配設されている。第２メイン通路１１には第１の流量制御弁としてのサーモスタット１３が配設され、サーモスタット１３には第１メイン通路１０から分岐されたバイパス通路１４が接続されている。
【００２１】
ウォータポンプ１２は、例えば電力供給によって駆動され、冷却液を循環させる。サーモスタット１３は、冷却液の温度に応じてバイパス通路１４と第２メイン通路１１の流量配分を制御する。即ち、第２メイン通路１１側の流量を多くすれば、エンジン１に供給される冷却液のうち、ラジエータ６にて冷却された冷却液の割合が大となることから、エンジン１を冷却する冷却液の温度が低くなる。また、第２メイン通路１１の流量を少なくすれば、エンジン１に供給される冷却液のうち、ラジエータ６にて冷却された冷却液の割合が小となることから、エンジン１を冷却する冷却液の温度が高くなる。
【００２２】
そして、冷却液は、ウォータポンプ１２の駆動により、ラジエータ６からサーモスタット１３を介してエンジン１に供給される。第２メイン通路１１は、冷却液の流れにおいて、サーモスタット１３より上流側のサーモ上流側通路１５と、サーモスタット１３より下流側のサーモ下流側通路１６とから構成されている。
【００２３】
本冷却装置は、温度変化によって生ずる冷却液の容積変化を吸収するためのリザーブタンク２１を備えている。リザーブタンク２１は、本実施形態では上流側通路２２によりラジエータ６に接続され、該上流側通路２２を介して冷却液が流入することで、冷却液の一部を貯留する。リザーブタンク２１は、下流側第１通路２３によりサーモ上流側通路１５に接続されるとともに、下流側第２通路２４によりサーモ下流側通路１６に接続され、リザーブタンク２１内の冷却液が下流側第１通路２３，下流側第２通路２４を介して流出する。
【００２４】
そのサーモ下流側通路１６は、ウォータポンプ１２に接続されている。即ち、リザーブタンク２１内の冷却液は、ウォータポンプ１２により下流側第２通路２４とサーモ下流側通路１６とを介してエンジン１に供給され、その供給経路にはサーモスタット１３が介在されていない。従って、リザーブタンク２１は、サーモスタット１３の状態にかかわらずに冷却液が常時通過する。このため、本実施形態のリザーブタンク２１は、冷却液とそれに含まれる空気とを分離する気液分離の機能を常時持つ。
【００２５】
その下流側第２通路２４は、それを通過する冷却液の流量が所定量以下となるようにその内径が設定されている。つまり、下流側第２通路２４の内径が所定径以下に設定されている。所定量（所定径）は、リザーブタンク２１の下流側第２通路２４における出口抵抗を大きくし、冷間時（サーモスタット１３がラジエータ６側を閉じ、冷却液を遮断している時）にウォータポンプ１２の引込圧がリザーブタンク２１内の冷却液に掛かりにくくするような値である。従って、冷間時において、リザーブタンク２１内の冷却液は、ウォータポンプ１２により吸出されにくく、そのリザーブタンク２１内の冷却液の液面は低下しにくい。そのため、リザーブタンク２１内に分離されている空気は吸出されにくくなる。
【００２６】
下流側第１通路２３と下流側第２通路２４は、それらを通過する冷却液の流量の合計値が必要量以上となるようにそれぞれの内径が設定されている。つまり、下流側第１通路２３の内径と下流側第２通路２４の内径の合計値が必要径以上に設定されている。必要径は、冷却液の暖気後（サーモスタット１３がラジエータ６側を開き、冷却液の遮断していない時）において、リザーブタンク２１の出口抵抗、即ち下流側第１通路２３及び下流側第２通路２４における冷却液の流出抵抗（合計値）を小さくするように設定されている。
【００２７】
これにより、サーモ上流側通路１５、即ちラジエータ６を通過する冷却液の経路（冷却経路）の系統圧を確保する。系統圧の確保は、冷却液に圧力を掛け、その冷却液の沸点を上昇させることに効果があり、それによって冷却液が沸騰しにくくなり、冷却液中に気泡がそれだけ発生しにくい。このため気泡によって冷却液と冷却系との接触が妨げられることが少ない。また、冷却液と大気との温度差を大きくとれる。これらの理由から、ウォータジャケット５とラジエータ６における熱交換が行われやすく、冷却効率がよい。
【００２８】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）リザーブタンク２１は、下流側第１通路２３を介してサーモ上流側通路１５に接続され、下流側第２通路２４を介してサーモ下流側通路１６に接続されている。従って、リザーブタンク２１内の冷却液は、下流側第１通路２３を介してサーモスタット１３の上流に戻され、下流側第２通路２４を介してサーモスタット１３の下流に戻される。そして、冷却液はウォータポンプ１２により循環させられる。従って、サーモスタット１３の状態によらずにリザーブタンク２１に冷却液が常に循環するため、そのリザーブタンク２１において冷却液とそれに含まれる空気とを分離する気液分離の機能が発揮され、冷却効率の低下が防がれる。その下流側第１通路２３を通過する冷却液の流量を制限する（通過する冷却液に対して抵抗として働く）ようにその径を絞る（通路の断面積を小さくする）ことで、冷却液を循環させるウォータポンプ１２の引き込み圧がリザーブタンク２１内の冷却液に加わりにくくなり、そのリザーブタンク２１内の冷却液の液面低下を抑制することができる。これにより、リザーブタンク２１内に分離されている空気が吸い込まれてエンジン１に供給されなくなって冷却効率が低下するのを抑制することができる。
【００２９】
冷却液の温度が所定温度より高くなるとサーモスタット１３が開弁してラジエータ６とエンジン１との間で冷却液が循環する、即ちラジエータ６にて冷やされた冷却液がサーモスタット１３を介してエンジン１に流れる。すると、リザーブタンク２１内の冷却液は、下流側第１通路２３及び下流側第２通路２４を介して冷却液が循環する冷却系統に戻される。従って、下流側第１通路２３の径をそれと下流側第２通路２４の径の合計が必要径以上となるように設定する、即ち、冷却液に流れに対する下流側第１通路２３及び下流側第２通路２４の合計の抵抗を小さくすることで、冷却液が高温のときの冷却系統の圧力を所定値以上に確保することができる。この冷却系統の圧力の確保により、ウォータポンプ１２（インペラ）の回転に冷却液の流動を追従させてキャビテーションの発生や、冷却液に対する空気の泡の混入を抑制することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の冷却装置を具体化した第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
図２に示されるように、本実施形態の冷却装置が備えるリザーブタンク３１は、下流側通路３２によりサーモ下流側通路１６に接続され、常時循環方式の冷却装置が構成されている。下流側通路３２は十分な量の冷却液が通過するようにその内径が設定されている。常時循環方式における冷却液の経路中、本実施形態では下流側通路３２には第２の流量制御弁としての流量制御弁３３が設けられている。流量制御弁３３は、その開度量がサーモ上流側通路１５とサーモ下流側通路１６とにおいて必要となる流量に応じて制御される。
【００３２】
流量制御弁３３は、冷間時（サーモスタット１３がラジエータ６側を閉じている時）に該流量制御弁３３を通過する冷却液の流量が所定量以下となるようにその開度量（第１の開度量）が制御される。所定量は、リザーブタンク２１の下流側通路３２における出口抵抗を大きくし、冷間時にウォータポンプ１２の引込圧がリザーブタンク２１内の冷却液に掛かりにくくするような値である。従って、冷間時において、リザーブタンク３１内の冷却液は、ウォータポンプ１２により吸出されにくく、そのリザーブタンク３１内の冷却液の液面は低下しにくい。言い換えれば、流量制御弁３３は、リザーブタンク３１内の液面が低下する量以下の量の冷却液を通過するような開度に制御される。そのため、リザーブタンク３１内で冷却液から分離されている空気は吸出されにくくなる。
【００３３】
また、流量制御弁３３は、暖気後（サーモスタット１３がラジエータ６側を開いている時）に該流量制御弁３３を通過する冷却液の流量が必要量以上となるように開度量（第２の開度量）が制御される。このときの必要量は、暖気後において、リザーブタンク３１の出口抵抗、即ち下流側通路３２における冷却液の流出抵抗値を小さくするように設定されている。これにより、サーモ上流側通路１５、即ちラジエータ６を通過する冷却液の経路（冷却経路）の系統圧を確保し、冷却効率の低下を抑制する。
【００３４】
流量制御弁３３は、車両に設けた制御装置３４により制御される。制御装置３４には、サーモ上流側通路１５に設けられた温度センサ３５からの検出信号が入力される。位置制御装置３４は、その検出信号に基づいて冷却水温度を推定する。そして、制御装置３４は、冷却水温度に基づき、サーモスタット１３が閉弁している冷間時には流量制御弁３３を第１の開度量に制御し、サーモスタット１３が開弁している暖気後には流量制御弁３３を第２の開度量に制御する。尚、冷却水温度の推定は、サーモ上流側通路１５以外の通路の冷却液の温度によるものでもよい。
【００３５】
上記実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（２）下流側通路３２を介してリザーブタンク３１をサーモ下流側通路１６に接続して冷却液の戻し先をサーモスタット１３の下流側のみとし、その下流側通路３２に流量制御弁３３を設けた。そして、流量制御弁３３の開度量を冷間時にはリザーブタンク３１内の液面が低下する量以下の量の冷却液が下流側通路３２を通過するように制御することで冷却効率の低下を抑制することができる。また、流量制御弁３３の開度量を暖気後にはラジエータ６を通過する冷却液の経路（冷却経路）の系統圧を確保する量の冷却液が下流側通路３２を通過するように制御することで冷却効率の低下を抑制することができる。
【００３６】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第１実施形態において、下流側第２通路２４に流量を制御するバルブを設けてもよい。このバルブにて上記所定量の冷却液が該下流側第２通路２４を通過するように調整する。これにより、所定量の調整が容易になる。
【００３７】
・サーモスタット１３は冷却液の温度を感知してメイン通路１１とバイパス通路１４の流量配分を制御するもののみならず、電子的に制御されるバルブが用いられても良い。例えば、冷却液の温度を検出する温度センサと、該温度センサによりバルブを電子的に開閉制御する制御装置を備えた構成とする。また、サーモスタットを、冷却液の温度を感知するサーモエレメントと、該サーモエレメントを電気的に加熱するヒータを備えたものとし、ヒータにてサーモエレメントを加熱することで冷却液の制御温度を変更する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態における冷却装置の全体構成を示す略図。
【図２】第２の実施形態における冷却装置の全体構成を示す略図。
【符号の説明】
【００３９】
１…内燃機関としてのエンジン、６…ラジエータ、１２…ウォータポンプ、１３…流量制御弁としてのサーモスタット、１４…バイパス通路、２１，３１…リザーブタンク、２３…下流側第１通路、２４…下流側第２通路、３２…下流側通路、３３…流量制御弁。
【図１】
2005226482.tif 000003
【図２】
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