JP2000509454A - 液冷型内燃機関の冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液冷型内燃機関の冷却システムに対し、充填・脱気・圧力制御装置を提案する。この充填・脱気・圧力制御装置においては、冷却剤に機械的に発生する圧縮応力が往路システム圧制御と組み合わされる。圧力制御は、大気圧の作用を受けて無圧になっている冷却剤受容部内で得られる。充填・脱気・圧力制御装置により冷間充填の際冷却システムを冷却剤で迅速に充填することができ、さらに作動中に冷却剤が加熱状態にある場合には、圧力ロスおよび冷却剤の噴出によるリスクなしに受容チェンバー内の充填レベルを制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 液冷型内燃機関の冷却システム 本発明は、欧州特許公開第０２９５４４５号公報の請求項１の前提概念を前提 としている。 この公知の冷却システムでは、往路管が貫通している容器は冷却剤から空気燃 料ガスを分離させるために用いられる。分離された空気燃料ガスは、この容器の 充填用接続部材の閉鎖部で弾性的に支持されて配置されている弁ユニット内に設 けた過圧弁により、大気圧の作用を受けている補償・備蓄・空気遮断受容部に供 給される。この補償容器は冷却剤受容部のほかに膨張容積部を有し、この膨張容 積部は所定の過圧状態にあるガスクッションにより充填されている。 熱により生じる冷却剤の体積変化を補償するための上記補償容器は実質的に固 い壁からなっているが、さらに付加的な補償装置として、内燃機関とラジエター とを連結させる弾性的な連結ホースが公知である。これはたとえば米国特許第３ ２０８４３８号公報から知られている。 少なくとも部分的に弾性的に撓み可能な装置を備えた補償容器は、米国特許第 ３２３８９３２号公報およびドイツ特許第１３６２８０号公報から知られている 。 上記の冷却システムの場合、それぞれの冷却システムに必要な圧力の発生は特 に補償容器内の空気・ガスバッファ体積を圧縮することにより行われる。その欠 点は極 端な温度条件（たとえば加熱状態にある内燃機関を切ったときの余熱による加熱 ）のもとでも冷却剤の体積の増大を受け入れて冷却剤の噴出或いは冷却剤のロス を回避するためには比較的大きな膨張容積部を必要とすることである。さらに圧 力の発生は主に補償容器の容積を冷却剤受容部と空気・ガスバッファ容積部との 間で配分することにより決定されているので、漏れおよび蒸発によるロスを考慮 しても補償容器の充填レベルは最小充填レベルが要求される。大きな空気・ガス バッファ容積部と十分な冷却剤最小受容部が必要であるため、比較的大きな補償 容器が要求されるが、これはエンジンルーム内で場所を占めるために据付けが困 難であり、場合によっては管の配設が不都合になる。 本発明の課題は、この種の冷却システムを改善して、冷却システム内で早期の 沸騰およびポンプキャビテーションを避けるために必要な圧力を、予め緊張せし められる空気・ガスバッファ容積部を必要とせずに得られるようにすることであ る。 この課題は請求項１により解決される。本発明の利点は、冷却剤に機械的に発 生する圧縮応力が往路システム圧力制御と組み合わされる点に見られる。圧力制 御は、大気圧の作用を受けて無圧になっている冷却剤受容部内で得られる。これ により、内燃機関からラジエターへ至る冷却システム往路内に配置されるような 小型の充填・脱気・圧力制御装置が得られるので有利である。 本発明の有利な構成は従属項に記載されている。請求 項２に記載された構成によれば、過圧・脱気・還路弁から形成される弁ユニット が往路管の弁接続用部材内に配置されるので、冷却システム全体を冷却剤で迅速 に充填できるとともに、確実な迅速な脱気が可能になる。さらに請求項２に記載 された構成によれば、弁接続用部材に設けられた弁ユニットは、充填用接続部材 に着脱可能に配置されるインサートで弾性的に支持されるので、無圧の冷却剤受 容部との関係で、作動中の加熱状態にある冷却システムでは、冷却システムの圧 力ロスおよび冷却剤噴出によるコントロール上のリスクなしに、冷却剤受容部の 監視が可能であり、場合によっては熱間充填が可能である。 請求項１の一つの構成要件によれば補償チェンバーを受容チェンバーと連通さ せている脱気・還路弁と、請求項３の一つの構成要件によれば冷却システムの往 路管を受容チェンバーと連通させている脱気・還路弁は、それぞれサーモ弁とし て構成されている。このサーモ弁は、所定の作動温度以上になるとガス・冷却剤 交換を阻止し、したがって冷却剤受容チェンバーを安全に開口させる上で有利で ある。 さらに、前述したように、充填用接続部材に着脱可能に配置されるインサート は、弁ユニットを過圧弁に関し閉弁位置に保持するばねの対向支持部材として用 いられ、請求項４によれば鉢状に形成され、熱間充填レベルをコントロールする ために底部に配置されるコントロールポートを備えている。最後に請求項５によ れば、補償チェ ンバーの変位可能な境界部は、冷却剤に対して密封されるように補償チェンバー とともにロールベローを介して配置される排除ピストンとして形成されている。 排除ピストンは予め緊張せしめられる圧縮ばねの作用を受けている。圧縮ばねの 緊張力は、冷却システム内の冷却剤が熱により体積変化することによって生じる 圧力が所定の高さに達するまで排除ピストンが適宜わずかに変位するように選定 されている。 次に、本発明を図面に図示した１実施形態を用いて説明する。 図１は 液冷型内燃機関の冷却システムを示す図である。 図２は 本発明による充填・脱気・圧力制御装置を示す図である。 図３は 冷間充填時の図２の充填・脱気・圧力制御装置を示す図である。 図４は エンジン作動時の図２の充填・脱気・圧力制御装置を示す図である。 図５は 熱間充填時、たとえばエンジン作動時の図２の充填・脱気・圧力制御 装置を示す図である。 図６は 内燃機関を停止させた後の冷却過程時の図２の充填・脱気・圧力制御 装置を示す図である。 液冷型内燃機関２の冷却システム１は、ラジエター４に至る往路３と、往路３ から内燃機関２へ戻る還路５とを有している。還路５はサーモスタット７のケー シング６に接続されている。作動状態に応じて短絡部８により ケーシング６を閉鎖させるサーモスタット７から冷却剤は吸い込み管９を介して ポンプ１０へ供給される。ポンプ１０は冷却剤を内燃機関２内へ搬送する。 往路３内には、内燃機関２とラジエター４の間に、本発明による充填・脱気・ 圧力制御装置１１が設けられている。 図２ないし図６によれば、充填・脱気・圧力制御装置１１は容器１２を有して いる。容器１２を、往路３と連結されている往路管１３が貫通している。往路管 １３は、位置固定して設けられる弁接続用部材１４を有している。弁接続用部材 １４は容器１２の仕切り壁１５を貫通し（貫通部は密封されている）、その弁開 口部１６は大気圧の作用を受ける冷却剤容器１８のチェンバー１７内に開口して いる。 容器１２は、仕切り壁１５の下方に、測地的により深い位置に配置された別の チェンバー１９を有している。このチェンバー１９は、圧縮ばね２０の弾性抵抗 に抗して変位可能な排除ピストンまたは容積形ピストン２１により冷却剤の体積 を補償するために用いる。排除ピストン２１はロールベロー２２を介して冷却剤 が漏れないように補償チェンバー１９に付設されている。 この補償チェンバー１９は、接続部材２３と管２３’を介して、図１に図示し たポンプ吸い込み管９と冷却剤を誘導するよう結合されている。冷却剤受容チェ ンバー１７には、温度制御される脱気・戻し弁２４を介して補償チェンバー１９ が結合されている。この種のサーモ弁 は公知のものであり、たとえばバイメタル要素を備えている。バイメタル要素は ボール弁を閉鎖位置にもたらして、所定の温度を越えた後保持する。 往路管１３の弁接続用部材１４には、弁開口部１６を制御するため、弁ユニッ ト２５が配置されている。弁ユニット２５は、受容チェンバー１７の充填用接続 部材２６にねじ込まれたインサート２７で支持されているばね２８の抵抗に抗し て変位可能である。弁ユニット２５自体は、冷却システム１のシステム圧を制御 するため、大気に対して通気される冷却剤受容チェンバー１７に開口する過圧弁 ２９として用いられる。 受容チェンバー１７の充填用接続部材２６の閉鎖部３２は、ねじ込み可能で鉢 状に形成されたインサート２７のほかに、このインサート２７にねじ止め可能な 閉鎖カバー３３を有している。閉鎖カバー３３は脱気穴３４を備えている。さら に鉢状のインサート２７は、弁ユニット２５のばね２８のストッパーとして用い られる底部３５に、受容チェンバー１７内の熱間充填レベルのコントロールに用 いられるコントロールポート３６と、閉鎖カバー３３に近い位置に位置するよう に周部材３７に設けられる脱気ダクト３８とを有している。 以上説明した本発明の構成によれば、閉鎖カバー３３とインサート２７と弁ユ ニット２５を弁接続用部材１４から離間させることにより、弁接続用部材１４を 介して内燃機関２の冷却システム１の冷間充填がスムーズに迅速に行われる。図 ３に図示した冷間充填の場合、従来の システムに比べて機能の改善が見られる。というのも、冷却剤は内燃機関２とラ ジエター４に同時に到達し、内燃機関冷却ジャケット内にある空気が充填過程の 間に、開口している受容チェンバー１７と開弁している弁２４を通って流出する からである。従来では負圧だけを利用して迅速且つ完全な充填を達成させていた が、図示したシステムを用いると、これが付加コストを要せずに可能である。 図４は、内燃機関が作動している時の充填・脱気・圧力制御装置１１を示して いる。この場合弁２４と３０は閉じているものとする。また、温度により冷却剤 の体積が増大するので、冷却剤の温度と圧縮ばね２０のばね力または補償チェン バー１９内の圧力との間にはヒステリシスのない一義的な関係がある。 さらに本発明による充填・脱気・圧力制御装置１１によれば、冷却システム１ の熱間充填をシステム圧のロスなしに、しかも冷却剤の噴出によるリスクなしに 行えるので有利である。これは、図５によれば、ねじ込まれるインサート２７で 弾性的に支持され、サーモ弁３０を効果的に閉じた弁ユニット２５を使用して、 閉鎖カバー３３を、大気の作用を受ける受容チェンバー１７に対して離隔させる だけで達成され、しかも場合によっては、インサート２７の底部３５に設けたコ ントロールポート３６を介して冷却剤を再充填または後充填することができる。 この場合システム圧は維持され、その際冷却剤が不足すると、図６に示すように 、脱気弁２４と戻し弁３０ を開弁させた後、内燃機関２およびラジエター４に閉じ込められている空気を次 の冷却過程で流出させることができる。 図６は、内燃機関２を停止させた後の冷却システム１の冷却過程時における特 にガス抜き過程を示したものである。この場合空気と燃焼ガスは、弁２４と３０ を開弁させることにより、無圧の受容チェンバー１７を介して脱気ダクト３８と 閉鎖カバー３３に設けた脱気穴３４を通って大気中に流出し、その後冷却剤が受 容チェンバー１７から冷却システム１内へ侵入する。 本発明による充填・脱気・圧力制御装置１１には以下のような利点がある。 往路３がラジエター４内へ進入する入口領域において圧力が制限される。流出 する冷却剤は失われずに、受容チェンバー１７に収容され、次の冷却過程の際に 再び冷却システム１へ供給される。 熱間作動時の圧力発生段階において空気／ガスと冷却剤とを分離できる。 冷却過程が終了するたびにシステムが通気される。これにより、特にディーゼ ルエンジンにおいて燃焼ガスが冷却剤の中に侵入することにより生じる冷却シス テム１のインフレーション傾向が阻止される。 冷却剤の全体積、水とグリコールの混合比、ホースの弾性のような冷却システ ムに依存する量を度外視すれば、圧力の発生はもっぱら圧縮ばね２０の剛性のよ うな影響量だけに依存している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年４月２２日（１９９８．４．２２） 【補正内容】 請求の範囲 １．熱により生じる体積変化を、ポンプ（１０）により循環せしめられる冷却剤 の所定のシステム圧まで補償する弾性的に撓み可能な補償装置と、 往路管（１３）内に設けられるシステム圧制御装置（１１）とを有し、 容器（１２）を貫通するように配置された往路管（１３）が、貫流方向とは 逆の方向を制御する弁ユニット（２５）を収容するため、充填用接続部材（２６ ）とほぼ整列するように配置される弁接続用部材（１４）を有し、 弁ユニット（２５）が、充填用接続部材（２６）の閉鎖部（３２）で弾性的 に支持され、弁接続用部材（１４）内に変位可能に配置されている液冷型内燃機 関の冷却システムにおいて、 往路管（１３）に配置されている弁接続用部材（１４）が容器（１２）を二 つのチェンバー（１７，１９）に分割している 仕切り壁（１５）を密封状態で貫 通するように配置され、過圧制御、脱気および冷却剤の供給用に用いられる弁ユ ニット（２５）を有している 弁開口部（１６）により、大気の作用を受ける冷却 剤受容部（１８）のためのチェンバー（１７）に開口していること、 チェンバー（１７）が、仕切り壁（１５）に付加的に設けられ温度制御され る脱気・還路弁（２４）を介 して、測地的により深い位置にある別のチェンバー（１９）と連通していること 、 チェンバー（１９）が、弾性抵抗に抗してシステム圧を介して変位可能な境界 部（２１）により冷却剤体積補償チェンバー（１９）として用いられること、 補償チェンバー（１９）と、脱気還路弁（２４）を介して補償チェンバー（１ ９）に連通可能な冷却剤受容チェンバー（１７） が、接続部材（２３）を介して 冷却システム（１）のポンプ吸い込み管（９）と連通していることを特徴とする 冷却システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱により生じる体積変化を、ポンプ（１０）により循環せしめられる冷却剤 の所定のシステム圧まで補償する弾性的に撓み可能な補償装置と、 往路管（１３）内に設けられるシステム圧制御装置（１１）とを有し、 容器（１２）を貫通するように配置された往路管（１３）が、貫流方向とは 逆の方向を制御する弁ユニット（２５）を収容するため、充填用接続部材（２６ ）とほぼ整列するように配置される弁接続用部材（１４）を有し、 弁ユニット（２５）が、充填用接続部材（２６）の閉鎖部（３２）で弾性的 に支持され、弁接続用部材（１４）内に変位可能に配置されている液冷型内燃機 関の冷却システムにおいて、 弁接続用部材（１４）が容器（１２）の仕切り壁（１５）を密封状態で貫通 するように配置され、弁開口部（１６）により、大気の作用を受ける冷却剤受容 部（１８）のためのチェンバー（１７）に開口していること、 測地的に容器（１２）のより深い位置にある別のチェンバー（１９）が、弾 性抵抗に抗して変位可能な境界部（２１）により冷却剤体積補償部として用いら れること、 補償チェンバー（１９）が接続部材（２３）を介して冷却システム（１）の ポンプ吸い込み管（９）と連 通し、さらに温度制御される脱気・戻り弁（２４）を介して冷却剤受容チェンバ ー（１７）と連通していることを特徴とする冷却システム。 ２．往路管（１３）の弁接続用部材（１４）が、冷却システム（１）の冷間充填 のために離隔可能な弁ユニット（２５）を備え、 弁ユニット（２５）は、冷却システム（１）を熱間充填する際、充填用接続 部材（２６）の中に着脱可能に配置されているインサート（２７）のストッパー （底部３５）であって冷却剤受容チェンバー（１７）内に熱間充填レベルのレベ ル高さで設けられているストッパー（底部３５）で弾性的に支持されて弁接続用 部材（１４）内に挿着されていることを特徴とする、請求項１に記載の冷却シス テム。 ３．弁ユニット（２５）が、構造的に過圧弁（２９）と組み合わされた脱気・還 路弁（３０）を有し、 サーモ弁として構成された脱気・還路弁（３０）が、冷却剤受容チェンバー （１７）と往路管（１３）の間で作用するように玉形弁としての過圧弁（２９） に設けた脱気・還路穴（３１）を温度に依存して制御することを特徴とする、請 求項１または２に記載の冷却システム。 ４．冷却剤受容チェンバー（１７）の充填用接続部材（２６）の閉鎖部（３２） が、 充填用接続部材（２６）にねじ止め可能で鉢状に形成されたインサート（２ ７）と、 インサート（２７）と協働し脱気穴（３４）を備えている閉鎖カバー（３３ ）とを有し、 インサート（２７）が、弁ユニット（２５）のばね（２８）のストッパーと して用いられる底部（３５）に、熱間充填レベルのコントロール部として用いら れるコントロールポート（３６）と、周部材（３７）に閉鎖カバー（３３）に近 い位置に位置するように配置される脱気ダクト（３８）とを有していることを特 徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の冷却システム。 ５．補償チェンバー（１９）が、ロールベロー（２２）により冷却剤に対して密 封されて配置される排除ピストン（２１）を有し、 排除ピストン（２１）が、容器（１２）で支持され予め緊張させて配置され る圧縮ばね（２０）により付勢可能であることを特徴とする、請求項１から４ま でのいずれか一つに記載の冷却システム。 ６．充填・脱気・圧力制御弁（１１）が、大気の作用を受ける冷却剤受容部（１ ８）により、往路管（１３）を介して、内燃機関（２）からラジエター（４）へ 至る往路（３）内に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのい ずれか一つに記載の冷却システム。