(57)【要約】【課題】未暖機時にエンジンの冷却水出口圧が増大することを防止する。【解決手段】エンジン１の未暖機・暖機状態に関わらず循環経路の冷却水の一部をタンク内部に貯溜する常時循環方式のリザーブタンク６を備え、そのリザーブタンク６の冷却水入口６ａをラジエータ３に接続し、冷却水出口６ｂをサーモスタット４の下流側に接続した冷却装置において、リザーブタンク６の冷却水入口６ａの面積と冷却水出口６ｂの面積とを、［出口面積］≦［入口面積×０．５］の関係を満足するように設定することで、エンジン１の未暖機時（サーモスタット閉時）にリザーブタンク６内の冷却水の液面が低下することを抑制し、エンジン１の冷却水出口圧（リザーブタンク６の上流側圧力）の増大を防止する。【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水をポンプによって循環する密閉式の循環経路と、前記内燃機関が未暖機状態であるときに前記ラジエータから前記内燃機関への冷却水の流れを遮断し、冷却水温度が上昇したときに開弁して前記ラジエータから前記内燃機関への冷却水の流量を制御する流量制御弁と、前記循環経路の冷却水の一部を貯溜するリザーブタンクとを備え、前記リザーブタンクの冷却水の入口を前記ラジエータに接続し、前記リザーブタンクの冷却水の出口を前記流量調整弁の下流側に接続した内燃機関の冷却装置において、
前記内燃機関の未暖機時に前記リザーブタンクの上流側圧力が所定値以下に制限されるように、前記リザーブタンクの冷却水の入口面積が出口面積に対して大きく設定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２】
請求項１記載の内燃機関の冷却装置において、
前記リザーブタンクの冷却水の入口面積と出口面積とが、［出口面積］≦［入口面積×０．５］の関係を満たしている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。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には水冷式の冷却装置が設けられている。エンジンの冷却装置は、ラジエータによって冷却された冷却水をウォータポンプによって循環させる循環経路を備えている。循環経路には、ラジエータで冷却された冷却水をエンジンに流すメイン通路と、ラジエータを迂回して冷却水をエンジンに流すバイパス通路と、それらメイン通路の流量とバイパス通路の流量を冷却水の温度に応じて調整する流量制御弁（例えばサーモスタット）とが設けられている。
【０００３】
エンジンの冷却装置としては系内を完全密閉とした完全密閉式の冷却装置がある。このように冷却装置を密閉式とすることで、系内を流れる冷却水が大気に直接触れることがなくなるので冷却水が蒸発しにくくなる。また、完全密閉式の冷却装置においては、系内の圧力が高くなって冷却水の沸点が上昇するので、冷却水が沸騰しにくくなり、冷却水中への気泡の混入を抑制することができる。さらに、冷却水と大気との温度差を大きくすることが可能であるので冷却効率を高めることができる。
【０００４】
また、エンジンの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、循環経路に循環される冷却水の一部をタンク内部に貯留することで、冷却水の温度変化に伴う体積変化を吸収することを目的として設けられている。さらに、リザーブタンクを設けることにより、冷却水中への空気の混入を抑制することができ、冷却効率の低下を防止することができる。すなわち、冷却水中に空気が混入すると、その混入空気が冷却水と冷却系（例えば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）との接触を阻害して熱交換効率が悪くなるが、冷却水中への空気の混入を低減することにより、熱交換効率の低下を抑制することができ、冷却効率を高めることができる。
【０００５】
リザーブタンクには非常時循環方式と常時循環方式がある。非常時循環方式は、リザーブタンクからサーモスタットの上流側に冷却水を戻す方式である。常時循環方式は、リザーブタンクの冷却水入口をラジエータに接続し、リザーブタンクの冷却水出口をサーモスタットの下流側に接続して、循環経路に循環される冷却水の一部を常にリザーブタンクを通過させてサーモスタットの下流側に戻す方式である（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
なお、非常時循環方式では、エンジンが未暖機状態（サーモスタットが閉状態）のときに、冷却水がリザーブタンクを通過しないため、気液分離を行うことができない場合がある。これに対し、常時循環方式では、冷却水がリザーブタンクを常時通過するため、気液分離を十分に行うことができ、冷却効率の低下を防ぐことができるという利点がある。
【特許文献１】特開平１１−１３２０４１号公報
【特許文献２】特開２００４−２５７７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、常時循環方式のリザーブタンクを用いた冷却装置においては、エンジンが未暖機時（冷却水低温時）にサーモスタットが閉じた状態となり、ラジエータには冷却水が流れず、ウォータポンプ→エンジン→リザーブタンク→ウォータポンプの順で冷却水が循環する経路が形成される。ここで、リザーブタンクの冷却水の入口の直径は、例えば数ｍｍ程度であり入口面積が小さいため、未暖機時でサーモスタットが閉状態のときに、ウォータポンプが作動すると、リザーブタンクの入口が絞り（抵抗）として機能し、ウォータポンプの吸込み圧がリザーブタンクに強く作用する。このような状況になると、リザーブタンク内の冷却水がウォータポンプによって吸い込まれるが、冷却水入口からリザーブタンク内に流入する冷却水の流量は少なくなるため、リザーブタンク内の冷却水の液面が低下する。このような液面低下が発生すると、リザーブタンク内の空気がウォータポンプに吸い込まれてしまい、冷却水の気液分離を行えなくなる。
【０００８】
さらに、サーモスタットが閉のときに、リザーブタンクから過度に吸い出された冷却水はウォータポンプによって押し出された後、リザーブタンクの上流側に到達するが、リザーブタンクの入口で堰き止められるので、リザーブタンクの上流側圧力つまりエンジンの冷却水出口圧が増大する。このようにエンジンの冷却水出口圧が増大すると、エンジンとラジエータとを接続するエンジン出口ホース部やラジエータ等に水洩れが発生する。
【０００９】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、常時循環方式のリザーブタンクを備えた内燃機関の冷却装置において、内燃機関の未暖機時にリザーブタンク内の冷却水の液面が低下することを抑制し、内燃機関の冷却水出口圧の増大を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関とラジエータとの間に冷却水をポンプによって循環する密閉式の循環経路と、前記内燃機関が未暖機状態であるときに前記ラジエータから前記内燃機関への冷却水の流れを遮断し、冷却水の温度が上昇したときに開弁して前記ラジエータから前記内燃機関への冷却水の流量を制御する流量制御弁と、前記循環経路の冷却水の一部を貯溜するリザーブタンクとを備え、前記リザーブタンクの冷却水の入口を前記ラジエータに接続し、前記リザーブタンクの冷却水の出口を前記流量調整弁の下流側に接続した内燃機関の冷却装置において、前記内燃機関の未暖機時に前記リザーブタンクの上流側圧力が所定値以下に制限されるように、前記リザーブタンクの冷却水の入口面積が出口面積に対して大きく設定されていることを特徴としている。
【００１１】
より具体的には、リザーブタンクの冷却水の入口面積と出口面積とが［出口面積］≦［入口面積×０．５］の関係を満たすようにザーブタンクの入口・出口面積を設定していること特徴としている。
【００１２】
このようにリザーブタンクの冷却水の入口面積と出口面積を設定することにより、内燃機関が未暖機時（サーモスタット閉時）にリザーブタンク内の冷却水の液面が低下することを抑制することができ、リザーブタンクの上流側圧力の増大を防止することができる。この点について具体的に説明する。
【００１３】
まず、後述する図２のグラフに示すように、内燃機関の未暖機時（サーモスタット閉時）において、リザーブタンクの冷却水の出入口面積比（出口面積／入口面積）とラジエータタンク圧との間には相関がある。しかも、出入口面積比（出口面積／入口面積）が小さいほど、つまり出口面積に対して入口面積が大きいほど、ラジエータタンク圧（リザーブタンクの上流側圧力）が小さくなる傾向がある。このような点に着目して、本発明では、リザーブタンクの冷却水の入口面積を出口面積に対して大きく設定することで、リザーブタンクの上流側圧力つまり内燃機関の冷却水出口圧の増大を抑制している。
【００１４】
ここで、後述する表１から明らかなように、リザーブタンクの冷却水の出入口面積比（出口面積／入口面積）が０．５を超えると、ラジエータタンク圧とリザーブタンクの内圧との差が急激に増大することが判る。このような現象は、ウォータポンプの吸込み力によって、リザーブタンクの出口から流出する冷却水の流量に対して、冷却水の入口からリザーブタンク内に流入する冷却水の流量が大幅に少なくなり、リザーブタンク内の液面が急激に低下したことによって発生するものと考えられる。従って、リザーブタンクの冷却水の入口面積と出口面積との関係が［出口面積］≦［入口面積×０．５］を満足するようにリザーブタンクの入口・出口の各面積を設定することにより、内燃機関の未暖機時（サーモスタット閉時）にリザーブタンク内の冷却水の液面が低下することを抑制することができ、内燃機関の冷却水出口圧（リザーブタンクの上流側圧力）を所定値（例えば１２３ｋＰａ）以下に制限することができる。
【００１５】
なお、リザーブタンクに冷却水の入口が複数ある場合、上記条件（［出口面積］≦［入口面積×０．５］）に用いる入口面積は、複数の冷却水入口の合計面積とする。また、リザーブタンクに冷却水の出口が複数ある場合、同様に出口面積は、複数の冷却水出口の合計面積とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、常時循環方式のリザーブタンクを備えた内燃機関の冷却装置において、内燃機関の未暖機時にリザーブタンク内の冷却水の液面が低下することを抑制することができ、内燃機関の冷却水出口圧の増大を防止することができる。これによって内燃機関の出口ホース部やラジエータ等の水洩れを防ぐことができるとともに、冷却水への空気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】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明の内燃機関の冷却装置の一例を示す概略構成図である。
【００１９】
この例の冷却装置は、車両に搭載されるエンジン１の過熱を抑制する密閉式の冷却装置であって、冷却水の循環経路として、エンジン１のシリンダブロック及びシリンダヘッドに冷却水を循環する冷却回路１０と、冷却水（温水）によって車室内の暖房を行うヒータ回路２０とが形成されている。エンジン１には、ウォータジャケット等を含む冷却水通路１ｃが形成されており、その冷却水通路１ｃの両端部がそれぞれ冷却水入口１ａ及び冷却水出口１ｂとなっている。
【００２０】
冷却回路１０には、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２、循環経路内を循環する冷却水を冷却するラジエータ３、ラジエータ３からエンジン１への冷却水の流れを制御するサーモスタット（流量制御弁）４、オイルクーラ５及びリザーブタンク６などが設けられている。
【００２１】
ウォータポンプ２は、エンジン１により駆動されて冷却回路１０内の冷却水を循環する機械式のポンプであって、吐出口がエンジン１の冷却水入口１ａに連通するように配設されている。
【００２２】
ラジエータ３は、入口側及び出口側のラジエータタンク３１，３２、及び、これらラジエータタンク３１，３２の間に設けられたラジエータコア３３によって構成されている。
【００２３】
エンジン１の冷却水出口１ｂは、ラジエータ３のラジエータタンク３１（入口側）にエンジン出口側通路１２を介して接続されている。また、ラジエータ３のラジエータタンク３２（出口側）は、ウォータポンプ２の吸込口にエンジン入口側通路１１を介して接続されており、このエンジン入口側通路１１にサーモスタット４が配置されている。エンジン入口側通路１１とエンジン出口側通路１２とはバイパス通路１３を介して連通している。なお、エンジン入口側通路１１の一部（サーモスタット４の下流側通路）はホース（エンジン入口ホース）で構成されている。また、エンジン出口側通路１２の一部もホース（エンジン出口ホース）で構成されている。
【００２４】
サーモスタット４は、例えば感熱部に収容したサーモワックスの膨張・収縮によって作動する弁装置であって、エンジン１が未暖機時で冷却水温が低温であるときには閉状態が保持され、冷却水の温度が上昇すると開弁するとともに、その温度上昇に応じて開度が変化する。なお、サーモスタット４の弁切替温度は例えば８８℃である。
【００２５】
オイルクーラ５は、エンジン１の潤滑油を冷却する熱交換器であって、エンジン１の冷却水通路１ｃ内を流れる冷却水の一部が導かれる。また、オイルクーラ５を通過した冷却水はエンジン出口側通路１２を通じてラジエータ３に戻される。
【００２６】
リザーブタンク６は、常時循環方式のタンクであって、ウォータポンプ２によって循環される冷却水の一部を貯留することで、冷却水の水温度変化に伴う体積変化を吸収するとともに、冷却水中に含まれる空気と冷却水とを気液分離する。リザーブタンク６には、タンク内圧が所定値以上になると開弁する圧力キャップ７が設けられている。この例では、圧力キャップ７のキャップ開弁圧を１０８ｋＰａ±１５ｋＰａとしている。
【００２７】
リザーブタンク６の冷却水入口６ａは、ラジエータ３のラジエータタンク３１（入口側）にタンク入口通路１４を介して接続されている。リザーブタンク６の冷却水出口６ｂは、エンジン入口側通路１１のサーモスタット４の下流側（ウォータポンプ２とサーモスタット４との間）にタンク出口通路１５を介して接続されている。
【００２８】
ヒータ回路２０には車室内の暖房用のヒータコア（熱交換器）８が設けられている。ヒータコア８には、エンジン１の冷却水通路１ｃを流れる冷却水の一部が供給通路２１を通じて導かれる。ヒータコア８を通過した冷却水は、戻し通路２２を通じて冷却回路１０の冷却水入口通路１１のサーモスタット４の下流側に戻される。
【００２９】
次に、以上の冷却装置の動作について説明する。
【００３０】
まず、エンジン１の始動から暖機状態に至るまでの間（未暖機時（冷却水低温時））においてはサーモスタット４は閉状態であり、ウォータポンプ２の駆動により、冷却水は、ウォータポンプ２→エンジン１の冷却水通路１ｃ→バイパス通路１３→ウォータポンプ２の順で循環する。また、エンジン１の冷却水通路１ｃを循環する冷却水の一部はオイルクーラ５及びヒータ回路２０のヒータコア８にも流れる。さらに、エンジン１の冷却水通路１ｃを通過した冷却水の一部は、エンジン出口側通路１２→ラジエータ３のラジエータタンク３１（入口側）→タンク入口通路１４→リザーブタンク６→タンク出口通路１５→ウォータポンプ２の順で循環する。
【００３１】
このような冷却水の循環過程においてエンジン１のシリンダブロック及びシリンダヘッドやオイルクーラ５等によって冷却水が熱せられて、冷却水の温度が上昇していく。そして、エンジン１が暖機状態となり、冷却水温の温度がサーモスタット４の弁切替温度（例えば８８℃）以上になると、サーモスタット４が開弁し、エンジン１の冷却水通路１ｃを通過した冷却水の一部が、エンジン出口側通路１２→ラジエータ３内→エンジン入口側通路１１→サーモスタット４→ウォータポンプ２の順で循環し、これによってエンジン１に供給される冷却水が冷却される。
【００３２】
また、サーモスタット４が開弁状態であるときには、サーモスタット４の開度が冷却水温に応じて変化し、冷却水温が高いときにはラジエータ３からエンジン１への冷却水の流量が多くなって冷却水の温度は全体として低下する。一方、冷却水温が低いときには、ラジエータ３を迂回してバイパス通路１３に流れる冷却水が流量が多くなり、ラジエータ３からエンジン１への冷却水の流量が少なくなって冷却水の温度は全体として上昇する。
【００３３】
さらに、サーモスタット４が開弁状態であるときに、エンジン１の冷却水通路１ｃを通過した冷却水の一部がリザーブタンク６に供給される。従って、エンジン１の未暖機・暖機状態に関わらず、リザーブタンク６には冷却水が常に流れるので（常時循環）、冷却水の一部がリザーブタンク６に常に貯留される。これによりリザーブタンク６において、冷却水と冷却水中に含まれる空気とを分離する機能が発揮され、冷却効率を高めることができる。また、冷却回路１０に循環される冷却水の一部をリザーブタンク６内に常に貯留することによって、温度変化に伴う冷却水の体積変化を十分に吸収することができる。
【００３４】
ところで、図１に示す冷却装置において、エンジン１が未暖機状態（冷却水低温時）にあるときにはサーモスタット４は閉状態である。サーモスタット４が閉状態のときに、ウォータポンプ２によって冷却水が循環されると、リザーブタンク６内の冷却水の液面が低下して、リザーブタンク６の上流側圧力が増大する。この点について以下に説明する。
【００３５】
まず、リザーブタンク６の冷却水入口６ａの直径は例えば数ｍｍ程度であり冷却水入口６ａの面積が小さい。このため、未暖機時でサーモスタット４が閉状態のときに、ウォータポンプ２が作動すると、リザーブタンク６の冷却水入口６ａが絞り（抵抗）として機能し、ウォータポンプ２の吸込み圧がリザーブタンク６に強く作用する。このような状況になると、リザーブタンク６内の冷却水がウォータポンプ２によって吸い込まれるが、冷却水入口６ａからリザーブタンク６内に流入する冷却水量は少なくなるため、リザーブタンク６内の冷却水の液面が低下する。このようなリザーブタンク６内での液面低下が発生すると、リザーブタンク６内の空気がウォータポンプ２に吸い込まれてしまい、冷却水の気液分離を行えなくなる。
【００３６】
さらに、サーモスタット４が閉状態のときに、リザーブタンク６から過度に吸い出された冷却水はウォータポンプ２によって押し出された後、リザーブタンク６の上流側に到達するが、リザーブタンク６の冷却水入口６ａで堰き止められるので、リザーブタンク６の上流側圧力つまりエンジン１の冷却水出口圧が増大する。このようにエンジン１の冷却水出口圧が増大すると、エンジン出口側通路１２の一部を構成するエンジン出口ホース部やラジエータタンク３１のかしめ部等に水洩れが発生する。また、エンジン出口ホース部が膨らむという問題もある。
【００３７】
以上のような問題を解消するため、この例では、リザーブタンク６の冷却水入口６ａ及び冷却水出口６ｂの面積を適正化することによって、エンジン１の未暖機時（サーモスタット閉時）にリザーブタンク６内の冷却水の液面が低下することを抑制し、リザーブタンク６の上流側圧力の増大を防止している。その具体的な例を以下に説明する。
【００３８】
まず、図１に示す冷却装置（サーモスタット閉時）において、リザーブタンク６の冷却水入口６ａ及び冷却水出口６ｂの直径（面積）をパラメータとして、ラジエータ３のラジエータタンク３１（入口側）の内圧（以下、ラジエータタンク圧という）とリザーブタンク６の内圧とを実験等により調べたところ、図２及び下記の表１に示すような結果が得られた。
【００３９】
この図２のグラフから明らかなように、リザーブタンク６の出入口の面積比（出口面積／入口面積）とラジエータタンク圧との間には相関があり、しかも、出入口面積比（出口面積／入口面積）が小さいほど、つまり出口面積に対して入口面積が大きいほど、ラジエータタンク圧（リザーブタンク６の上流側圧力）が小さくなる傾向があることが判る。
【００４０】
さらに、下記の表１から明らかなように、リザーブタンク６の出入口面積比（出口面積／入口面積）が０．５を超えると、ラジエータタンク圧とリザーブタンク６の内圧との差が急激に増大することが判る。このような現象は、ウォータポンプ２の吸込み力によってリザーブタンク６の冷却水出口６ｂから流出する冷却水の流量に対して、冷却水入口６ａからリザーブタンク６内に流入する冷却水の流量が大幅に少なくなり、リザーブタンク６内の液面が急激に低下したことによって発生するものと考えられる。
【００４１】
以上のことから、リザーブタンク６の冷却水入口６ａの面積（入口）と冷却水出口６ｂの面積（出口面積）との関係が［出口面積］≦［入口面積×０．５］の条件を満足するように、リザーブタンク６の冷却水入口６ａと冷却水出口６ｂの各面積を設定することにより、エンジン１が未暖機時（サーモスタット閉時）にリザーブタンク６内の冷却水の液面が低下することを抑制することができ、リザーブタンク６の上流側圧力つまりエンジン１の冷却水出口圧の増大を防止することができる。
【００４２】
また、ラジエータ３や冷却回路１０などの耐圧性の点から、エンジン１の冷却水出口圧（リザーブタンク６の上流側圧力）を圧力キャップ７のキャップ開弁圧上限１２３ｋＰａ（１０８ｋＰａ＋１５ｋＰａ）以下に抑える必要があるが、リザーブタンク６の冷却水入口６ａと冷却水出口６ｂの各面積を［出口面積］≦［入口面積×０．５］を満足するように設定することにより、下記の表１に示すように、ラジエータタンク圧（リザーブタンク６の上流側圧力）を１０３ｋＰａ程度に低く抑えることができる。これによってエンジン出口側通路１２の一部を構成するエンジン出口ホース部やラジエータタンク３１のかしめ部などの水洩れを防止することができる。
【００４３】
【表１】
2007231736.tif 000003
ここで、エンジンの冷却装置に適用されるキャップ開弁圧としては、１０８ｋＰａのほか、例えば１２７ｋＰａ等の設定圧もあるが、そのようなキャップ開弁圧の冷却装置のリザーブタンクについても、上記した条件（［出口面積］≦［入口面積×０．５］）で冷却水入口と冷却水出口の各面積を決定することにより、エンジン出口ホース部やラジエータ等の水洩れを防止することができる。すなわち、エンジン出口ホース部やラジエータ等の耐圧性はキャップ開弁圧に応じて決定されており、複数種のキャップ開弁圧のうち、最も低い側のキャップ開弁圧である１０８ｋＰａ（上限値１２３ｋＰａ）に適合した条件（［出口面積］≦［入口面積×０．５］）でリザーブタンクの冷却水入口と冷却水出口の各面積を決定することで、キャップ開弁圧の大小に関わらず、エンジンの冷却水出口圧がエンジン出口ホース部やラジエータ等の耐圧を超えることがなく、水洩れが発生するおそれはない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の冷却装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】［リザーブタンクの出入口の面積比（出口面積／入口面積）］と［ラジエータタンク圧−リザーブタンクの内圧］との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  エンジン
１ａ  冷却水入口
１ｂ  冷却水出口
１ｃ  冷却水通路
２  ウォータポンプ
３  ラジエータ
３１，３２  ラジエータタンク
４  サーモスタット
６  リザーブタンク
６ａ  冷却水入口
６ｂ  冷却水出口
７  圧力キャップ
１０  冷却回路
１１  エンジン入口側通路
１２  エンジン出口側通路
１３  バイパス通路
１４  タンク入口通路
１５  タンク出口通路
【図１】
2007231736.tif 000004
【図２】
2007231736.tif 000005