JP2009079507A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷却装置内におけるエアの流通を確保することにより、エアと冷却水の入れ替えを行い、暖機と冷却を促進させるエンジンの冷却装置を提供することを課題とする。
【解決手段】エンジン２に組み込まれた冷却装置１は、エンジン本体３に形成されたウォータジャケット４内から抜き取った冷却水を貯留する第一タンク５と、ウォータジャケット４と第一タンク５との間で冷却水を移送する電動ポンプ６と、エアを貯留する第二タンク７と、第一タンク５内に形成される空間と前記第二タンク７内に形成される空間とを接続し、エアが流通する第一通路８と、ウォータジャケット４内と第二タンク７内とを接続し、エアが流通する第二通路９と、第一通路８に配置され、第一通路に流入した冷却水を捕捉する水溜室１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関し、特に、暖機時にエンジンのウォータジャケットから冷却水を抜き取るエンジンの冷却装置に関する。

従来、エンジンの冷却装置においてウォータポンプによって圧送される冷却水は、シリンダブロック、シリンダヘッドなどの冷却を必要とする部位へ送られ、このような冷却対象部位から熱を奪う。冷却対象部位から熱を奪った冷却水はラジエータへ送られて、ラジエータにおいて熱を大気中に放出する。このように、エンジンは、エンジン内を循環する冷却水の熱交換により冷却されている。このような冷却水を循環させるエンジンでは、暖機の時間を短縮するため、暖機時にエンジン本体への冷却水の流通を抑制する構成のものがある。このような構成のエンジンでは、冷却水による熱の持ち去りが抑制されるため、暖機の促進が見込まれる。

ところが、このようなエンジンの冷却装置のウォータジャケットは常に冷却水で満たされているため、エンジンの暖機時にシリンダブロック、シリンダヘッドとともにウォータジャケット内の冷却水も温めなければならず、暖機に時間を要していた。このような暖機時間の短縮を図ったエンジンの冷却装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたエンジンの冷却装置は、暖機運転時にウォータジャケット内の冷却水をタンクへ抜き取り、ウォータジャケット内へエアを供給する。これにより、ウォータジャケット内の冷却水の液面レベルを下げ、冷却水の熱容量を減らすことで、暖機性能が向上するという効果が得られる。この冷却装置は、暖機が完了すると抜き取った冷却水をウォータジャケットへ戻すとともに、エアをタンクへ戻す。こうしてウォータジャケット内に戻された冷却水は、ウォータポンプの駆動によりエンジン内部を循環する。

実公平３−２６２５５号公報

このように、エンジンの冷却装置はウォータジャケット内へ冷却水を戻す際に、ウォータジャケット内のエアとタンク内の冷却水とを入れ替えなければならない。ところが、移送されるエアや冷却水が、エアの浮力や冷却水の圧力によって、ウォータジャケットとタンクとを接続する管路内に残存し、エアの通路が遮断されることがある。このようにウォータジャケットとタンクとの間のエアの通路が遮断されると、ウォータジャケットとタンクとの間でエアと冷却水の入れ替えが行われないため、エンジンの効率的な暖機や冷却効果が損なわれてしまうことが考えられる。

そこで、本発明は、エンジンの冷却装置内におけるエアの流通を確保することにより、エアと冷却水の入れ替えを行い、暖機と冷却とを促進させるエンジンの冷却装置を提供することを課題とする。

かかる課題を解決する本発明のエンジンの冷却装置は、エンジン内部に形成されたウォータジャケット内から抜き取った冷却水を貯留する第一タンクと、前記ウォータジャケットと前記第一タンクとの間で冷却水を移送する電動ポンプと、エアを貯留する第二タンクと、前記第一タンク内に形成される空間と前記第二タンク内に形成される空間とを接続し、エアが流通する第一通路と、前記ウォータジャケット内と前記第二タンク内とを接続し、エアが流通する第二通路と、前記第一通路に配置され、前記第一通路に流入した冷却水を貯留する水溜室と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、第一通路のエアの通る通路が確保されるので、ウォータジャケット内と第一タンク内に貯留されたエアと冷却水とを入れ替えることができる。

本発明のエンジンの冷却装置は、前記電動ポンプにより、前回の運転停止後に前記ウォータジャケットから冷却水の蓄熱効果を有する前記第一タンクに移送し保温しておいた冷却水を、エンジン始動の際に前記第一タンクから前記ウォータジャケットへ移送し、エンジンを温める。その後、エンジンのボア壁の温度が冷却水の温度を超えると、冷却装置は、冷却水を前記ウォータジャケットから前記第一タンクへ移送する。これにより、エンジンの暖機を促進する。一方、エンジンの暖機完了後に冷却水を前記第一タンクから前記ウォータジャケットへ移送してエンジンの冷却を行う。このように冷却水をウォータジャケットから排出するときは、エアが第一通路を第一タンク内から第二タンク内へ向かって流れる。一方、冷却水がウォータジャケットへ注水されるときは、エアが第一通路を第二タンク内から第一タンク内へ向かって流れる。第一通路に配置された水溜室は、エアと冷却水を入れ替える際に、第一通路内に流入した冷却水を捕捉して、第一通路内に冷却水が留まることを抑制する。これにより、エアの流通する通路が確保されて、エアが第一タンクと第二タンクの間を流通することができる。すなわち、第一タンク内へエアを注入することや第一タンク内からエアを排出することができる。このように、第一タンク内のエアの注入、排出が行われることにより、第一タンク内からウォータジャケット内への冷却水の注水やウォータジャケット内から第一タンク内への冷却水の排出が効率的に行われ、エンジンの暖機、冷却を促進することができる。

このようなエンジンの冷却装置において、前記水溜室は、前記第一タンクより下方に配置された構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、重力の作用を受けることにもなるので、水溜室内のエアと冷却水との分離を容易にすることができる。さらに、前記水溜室は、前記第一通路の開口部が前記水溜室に溜まる冷却水の水面から露出するように形成された構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、さらに、エアと冷却水との分離を容易にすることができる。また、このような構成とすることにより、水溜室内の上層は、エアの貯留する空間が形成され、下層に冷却水が貯留するプールが形成される。このような水溜室内のエアの貯留する空間が形成されるので、第一通路内をエアが流通することができる。

また、本発明のエンジンの冷却装置において、前記ウォータジャケット内と前記第一タンク内とを接続し、前記電動ポンプが配置される第三通路と、前記第一タンクをバイパスして前記水溜室の底部と前記第三通路とを接続する第四通路と、を備えた構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより、ポンプの駆動に伴い、水溜室内に貯留する冷却水を排出することができる。これにより、エアの流通する通路を確保し、エアの通過を容易にすることができる。

さらに、このような第四通路は、前記第三通路よりも小径とすることができる（請求項５）。これにより、第四通路を流れる冷却水は絞られ、冷却水の流量が減少するので、水溜室内の冷却水の排出量を制限することができる。このように、水溜室内の冷却水の排出量を制限するので、水溜室内の冷却水が抜けきることを抑制する。これにより、エアがウォータジャケット側へ流入することを防止することができる。このように、エアの流入が防止されるので、冷却装置は、ポンプが供給する冷却水流量を維持することができる。

また、このようなエンジンの冷却装置は、第四通路における前記第三通路側から前記水溜室側へ向かう冷却水を遮断する逆止弁を備えた構成とすることができる（請求項６）。このような構成とすることにより、冷却水が第四通路内を逆流して水溜室へ流入することを防止することができる。

本発明のエンジンの冷却装置において、前記第一通路は、前記第二通路よりも前記第二タンク内の上側で前記第二タンクに接続した構成とすることができる（請求項７）。このような構成とすることにより、第一通路内への冷却水の流入を抑制することができる。ウォータジャケット内と接続する第二通路は、暖機完了後に冷却水が流通する。このような第二通路の開口部よりも、第一通路の開口部を上側に形成することにより、第二通路から流入する冷却水が第一通路へ流入することを抑制することができる。このように第一通路内へ冷却水が流入しないと、第一通路内はエアの通路が確保されるので、ウォータジャケットと第一タンクとの間のエアと冷却水との入れ替えが効率的に行われる。また、第二タンク内は、上層部に空間が形成され、下層部に冷却水が貯留されて、エアと冷却水とが分離される。第一通路は、第二タンクの空間に開口するように形成することができる。

このようなエンジンの冷却装置において、前記第二タンク内にエアと冷却水との混合を防ぐ混合防止手段を備えた構成とすることができる（請求項８）。このような構成とすることにより、エアと冷却水との分離を促進し、混合を防ぐことができる。このような混合防止手段は、第二タンク内を通るエアや冷却水の障害となるので、冷却水がエアの通路内に浸入することを抑制し、エアが冷却水の通路内に侵入することを抑制することができる。また、このような混合防止手段は、パンチングメタルとすることや、ラビリンス形状に形成された混合防止板とすることができる（請求項９、１０）。さらに、このようなパンチングメタルや混合防止板を複数備えることで、冷却装置が循環冷却をする際にエアと冷却水とを分離する性能を向上することができる。

このようなエンジンの冷却装置において、前記第一通路の開口部が前記第二通路の開口部よりも上側に形成され、前記第二タンク内に形成された前記第一通路の開口部と前記第二通路の開口部との間に、パンチングメタル又は混合防止板を配置した構成とすることができる（請求項１１）。このような構成とすることにより、第二タンクにおけるエアと冷却水とを分離する性能が向上し、第一通路内への冷却水の浸入が抑制される。例えば、第二タンク内の水面が傾いた場合や水しぶきがあがった場合にも、パンチングメタルや混合防止板が、エアと冷却水の混合を抑制し、第一通路への冷却水の侵入を抑えることができる。

また、このようなエンジンの冷却装置において、前記第二タンクの底部と前記ウォータジャケット内とを接続し、冷却水が流通する第五通路を備え、前記第二タンク内に形成された前記第二通路の開口部と前記第五通路の開口部との間にパンチングメタル又は混合防止板を配置した構成とすることができる（請求項１２）。このような構成とすることにより、冷却水へのエアの混入が抑制され、第五通路へのエアの侵入を抑制することができる。

本発明のエンジンの冷却装置は、エアの流通する通路内に冷却水が残留することを抑制し、エアの流通を確保する。これにより、エアと冷却水との入れ替えを効率的に行い、暖機と冷却を促進することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の冷却装置１を組み込んだエンジン２の概略構成を示した説明図である。エンジン２は、エンジン本体３を備えている。エンジン本体３の内部には、ウォータジャケット４が形成されている。

冷却装置１は、第一タンク５、電動ポンプ６、第二タンク７、第一通路８、第二通路９、水溜室１０を備えている。第一タンク５は、開口部を下に向けた蓄熱タンクであり、ウォータジャケット４内の冷却水を収容できる容積を有している。また、この第一タンク５は、第一タンク５の天板５ａがウォータジャケット４の底面４ａよりも下側になるように配置されている。要は冷却水がウォータジャケット４から自由落下し、第一タンク５へ流入するように第一タンク５が配置されている。

電動ポンプ６は、ウォータジャケット４内の底部と前記第一タンク５内とを接続する第三通路１１に配置されている。この電動ポンプ６は、電気で駆動される圧送ポンプで、第一タンク５内の冷却水をウォータジャケット４内へ圧送する。また、電動ポンプ６は、作動していない場合でも冷却水を流通することができるように構成されている。すなわち、電動ポンプ６は第三通路１１を遮断しないため、電動ポンプ６が停止している場合に、冷却水は第三通路１１内をウォータジャケット４から第一タンク５へ向けて流通することができる。また、第三通路１１のウォータジャケット４と電動ポンプ６との間に第一電磁弁２０が配置されている。

第二タンク７は、エアと冷却水とを貯留するリザーブタンクであり、ウォータジャケット４よりも上側に配置されている。第一通路８は、第一タンク５内と第二タンク６内とを接続している。第二通路９は、前記ウォータジャケット４内の上部と前記第二タンク７内とを接続している。

図２は第二タンク７を詳細に示した説明図である。第二タンク７内には、第一通路８と第二通路９とが接続されている。また、第二タンク７の頂部には圧力調整弁７ａが配置されている。第一通路８は、第二通路９よりも第二タンク７内の上側で、第二タンク７内の空気層に開口するように接続されている。また、第二タンク７の底部に第五通路１２が接続されている。この第五通路１２の他端は、ウォータジャケット４に接続されている。

水溜室１０は、第一通路８上に配置され、第一通路８に流入した冷却水を貯留するようになっている。図３は、第一タンク５と水溜室１０とその周囲を拡大して示した説明図である。第一タンク５側の第一通路８の端部８ａは、第一タンク５の底面から第一タンク５の上方に向かって挿入されており、第一タンク５内の空気層に開口するように設置されている。水溜室１０は、第一タンク５より下方になるように第一通路８に配置されている。また、この水溜室１０内には、第一通路８の開口部８ｂ及び８ｃは、水溜室１０内の上側に形成され、水溜室１０内の空気層に開口している。すなわち、第一通路８の開口部８ｂ及び８ｃは、水溜室１０に溜まる冷却水の水面から露出するように形成されている。このように、水溜室１０は、第一通路８の最下部に配置されているので、仮に、第一通路８内に冷却水が浸入することがあった場合に、浸入した冷却水は、水溜室１０へ流入し貯留される。これにより、第一通路８内では冷却水がエアの流通を妨害することがないため、エアの流通する通路が確保される。

また、冷却装置１は第四通路１３を備えている。第四通路１３は、水溜室１０の底部１０ａと第三通路１１内とを接続している。また、第四通路１３は、第三通路１１よりも小径に形成されている。さらに、第四通路１３には、第三通路１１側から水溜室１０側へ向かう冷却水を遮断する逆止弁１４が配置されている。逆止弁１４が開弁すると水溜室１０に貯留された冷却水が第三通路１１側へ排出される。

さらに、図１に示すように、冷却装置１は、ラジエータ１５、ウォータポンプ１６を備えている。ラジエータ１５には、第一冷却水通路１７と第二冷却水通路１８とが接続されている。第一冷却水通路１７の他端は、第二通路９に接続している。第二冷却水通路１８の他端は、第五通路１２に接続している。第一冷却水通路１７の第二通路９側には、サーモスタット１９が配置されている。サーモスタット１９は、冷却水の温度がエンジン２の暖機が完了する温度となると開弁状態となる開閉弁である。第二冷却水通路１８には、第二電磁弁２１が配置されている。

ウォータポンプ１６は、クランクシャフト（図示しない）の回転を駆動源とする機械式のポンプである。ウォータポンプ１６は、第五通路のウォータジャケット４側に配置され、ウォータジャケット４内へ冷却水を圧送する。

また、エンジン２は、壁温センサ２２、水温センサ２３、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２４を備えている。壁温センサ２２は、エンジン本体３に配置され、エンジン本体３の温度を測定する。壁温センサ２２は、ＥＣＵ２４と電気的に接続し、壁温センサ２２で測定されたエンジン本体３の温度情報をＥＣＵ２４へ送信する。水温センサ２３は、ウォータジャケット４内に配置され、ウォータジャケット４内の冷却水の温度を測定する。水温センサ２３は、ＥＣＵ２４と電気的に接続し、水温センサ２３で測定された冷却水の温度情報をＥＣＵ２４へ送信する。ＥＣＵ２４は、電動ポンプ６、第一電磁弁２０、第二電磁弁２１と電気的に接続している。ＥＣＵ２４は、壁温センサ２２や水温センサ２３から取得される温度情報に基づいて、電動ポンプ６の作動を決定し、電動ポンプ６へ信号を送信する。また、ＥＣＵ２４は、壁温センサ２２や水温センサ２３から取得される温度情報に基づいて、第一電磁弁２０や第二電磁弁２１の開閉状態を決定し、これらの弁へ信号を送信する。

次に、エンジン２の冷却装置１の始動前から暖機完了までの動作の概要を説明する。図４は、始動前から暖機完了までのウォータジャケット４と第一タンク５との間の冷却水の供給状態を示した説明図である。図４（ａ）はエンジン２の始動前の状態（「初期」状態）を示し、図４（ｂ）はエンジン２においてイグニションをＯＮとすることによって第一タンク５からウォータジャケット４へ冷却水を供給している状態（「供給」状態）を示し、図４（ｃ）はクランキングを行い、エンジン２を始動させた状態（「始動」状態）を示している。図４（ｄ）はエンジン２の始動後に、再び、ウォータジャケット４から第一タンク５へ冷却水を抜き取る状態（「排水」状態）を示し、図４（ｅ）はエンジン２の暖機が完了して、第一タンク５からウォータジャケット４へ冷却水が再度供給された状態（「暖機後」状態）を示し、図４（ｆ）は、エンジン２を停止した後に、ウォータジャケット４から第一タンク５へ冷却水を抜き取る状態（「回収」状態）を示している。

図５は、エンジン２の始動前から停止後に亘るシリンダブロックの壁温及び冷却水温度の温度変化を示した説明図である。図５の縦軸は温度、横軸は時間を示し、細線がシリンダブロックの壁温の変化を表し、太線が冷却水温度の変化を表している。図５の横軸上に示した「初期」、「供給」、「始動」、「排水」、「暖機後」、「回収」におけるエンジン２の状態は、それぞれ図４（ａ）の「初期」状態、図４（ｂ）の「供給」状態、図４（ｃ）の「始動」状態、図４（ｄ）の「排水」状態、図４（ｅ）の「暖機後」状態、図４（ｆ）の「回収」状態に対応させて示されている。

次に、時間とともに変化するウォータジャケット４と第一タンク５との冷却水の移送の様子をエンジン１の始動前から停止後に亘って詳細に説明する。まず、「初期」状態において、冷却装置１は、冷却水を第一タンク５内に貯留している。このような冷却水は、高温の状態で第一タンク５内へ回収されており、第一タンク５内でエンジン２の始動まで保温されている。このとき、ウォータジャケット４内の冷却水はほぼ空の状態となっており、エアで満たされている。このような「初期」状態から、イグニションがＯＮとされると「供給」状態に進む。

「供給」状態では、冷却水が電動ポンプ６によって第一タンク５からウォータジャケット４へ移送される。このとき、図４（ｂ）に示すように、第一タンク５で保温されていた冷却水は、ウォータジャケット４内へ供給されることによって、エンジン本体３の温度を上昇させることができる。

ここで、「供給」状態における冷却装置１内の冷却水の流れについて図６を参照しつつ説明する。図６中の実線で示した通路は、冷却水の通る通路を示し、破線で示した通路は、エアの通る通路を示している。また、点線の通路は、冷却水の流れが停止している通路を示している。

「供給」状態となると、ＥＣＵ２４は、電動ポンプ６へ信号を送り、電動ポンプ６を駆動する。また、ＥＣＵ２４は第一電磁弁２０を開弁状態とする。駆動された電動ポンプ６は、第一タンク５内の冷却水を第三通路１１へ吸引し、ウォータジャケット４内へ圧送する。このように、ウォータジャケット４内へ冷却水が供給されるとともに、ウォータジャケット４内を占めていたエアが第二通路９へ排出される。また、第一タンク５内は、冷却水が吸引されて内部の圧力が低下する。これにより、第一タンク５内は第二タンク７内より圧力が低下する。これにより、第二タンク７内のエアが第一通路８を通じて第一タンク５へ流れようとする。このとき、第一通路８内は水溜室１０が配置されたことにより、冷却水の残留がないため、エアの流通する通路が確保されている。このため、第二タンク７内のエアが第一通路８を通じて、第一タンク５内へ流入することができる。このように、「供給」状態では、冷却装置１内において、ウォータジャケット４、第二タンク７、第一タンク５の順にエアが流れる。

さらに、電動ポンプ６の吸引により、第四通路１３の逆止弁１４の第三通路１１側は、水溜室１０側よりも圧力が低下するので、逆止弁１４が開弁する。これにより、第四通路１３は、水溜室１０側から第三通路１１側へ向けて冷却水が流れるようになる。すなわち、水溜室１０内に貯留されている冷却水が第三通路１１へ向けて排出される。これにより、水溜室１０内にエアの占める空間が確保され、第一通路８内のエアの流通する通路が確保される。このため、「供給」状態において、ウォータジャケット４内と第一タンク５内との間の冷却水とエアとの入れ替えが効率的に行われる。但し、第四通路１３は、第三通路１１よりも小径であるため、流通する冷却水は絞られ少量となる。このため、水溜室１０内の冷却水が完全に排出されることが抑制されている。これにより、水溜室１０内から第三通路１１へのエアの侵入が抑制され、ひいては、ウォータジャケット４へのエアの侵入が抑制される。

上記の通り、「供給」状態では、初期状態で第一タンク５内に貯留されていた冷却水が、ウォータジャケット４内へ供給される。このように供給された冷却水は、エンジン本体３よりも温度が高いので、エンジン本体３を暖機する。ウォータジャケット４内が冷却水で満水になると、ＥＣＵ２４は、電動ポンプ６を停止し、第一電磁弁２０を閉弁状態とする。なお、この「供給」状態では、サーモスタット１９は閉弁状態であって、第一冷却水通路１７内、ラジエータ１５内、第二冷却水通路１８内の冷却水の流れは停止された状態である。また、サーモスタット１９は、ラジエータ１５側へのエアの流入を遮断している。また、ＥＣＵ２４は、第二電磁弁２１を閉弁状態とするので、第五通路１２内の冷却水は、流れを停止した状態となっている。

「供給」状態において、冷却水がウォータジャケット４内へ供給され、しばらく経過した後、例えば、３０秒後に、冷却装置１はエンジン２の「始動」状態へ進む。このように冷却水の供給とエンジン２の始動との間に時間差を設けることにより、エンジン本体３の温度が上昇してからエンジン２を始動することができる。これにより、エンジン２の始動直後の燃焼ガス内に含まれる有害成分の排出量を減少することができる。また、温度の上昇に伴い潤滑性が向上するので、エンジン２の燃費を改善することができる。

「始動」状態では、スタータ（図示しない）を回転させて、エンジン２を始動させる。エンジン２が始動して、しばらく経過すると、燃焼熱により、エンジン本体３は冷却水よりも高温となる。ＥＣＵ２４は、壁温センサ２２と水温センサ２３から取得する温度情報から、エンジン本体３の温度がウォータジャケット４内の冷却水の温度を超えたと判断すると、「排水」状態に進む。

「排水」状態では、再び、ウォータジャケット４から第一タンク５へ冷却水を抜き取る。エンジン２が始動して、エンジン本体３の温度が冷却水の温度よりも高温となると、冷却水からエンジン本体３への熱の伝達が無くなるだけでなく、却ってエンジン２の燃焼から発生する熱量が冷却水に奪われることになるため、シリンダブロック５の暖機遅延の一因となる。このため、「排水」状態では、冷却水をウォータジャケット４から第一タンク５へ抜き取り、暖機時間を短縮させる。

ここで、「排水」状態における冷却装置１内の冷却水の流れについて図７を参照しつつ説明する。図７中の実線で示した通路は、冷却水の通る通路を示し、破線で示した通路は、エアの通る通路を示している。また、点線の通路は、冷却水の流れが停止している通路を示している。

「排水」状態では、ＥＣＵ２４は、第一電磁弁２０を開弁状態とする。これにより、ウォータジャケット４内と第一タンク５内とが連通する。このとき、電動ポンプは駆動されていないので、冷却水をウォータジャケット４内へ向けて圧送することがない。また、第一タンク５はウォータジャケット４よりも下側に配置されているので、ウォータジャケット４内の冷却水は自由落下により第一タンク５へ排出される。

さらに、冷却水が第一タンク５内に流入するので、第一タンク５内を占めていたエアが第一通路８へ排出される。このとき、第一通路８内は水溜室１０が配置されたことにより、冷却水の残留がないため、エアの流通する通路が確保されている。このため、第一通路８内をエアが流通することができるので、第一タンク５内のエアは第二タンク７へ流入する。また、ウォータジャケット４内は、冷却水が抜け出ることにより内部の圧力が低下する。これにより、ウォータジャケット４内は第二タンク７内より圧力が低下するため、第二タンク７内のエアがウォータジャケット４内へ流入する。すなわち、冷却装置１内において、第一タンク５、第二タンク７、ウォータジャケット４の順にエアが流れる。また、「排水」状態では、第四通路１３において、第三通路１１側から水溜室１０側へ向かう冷却水の流れは、逆止弁１４により遮断されている。なお、「排水」状態では、サーモスタット１９は閉弁状態である。このため、第一冷却水通路１７内、ラジエータ１５内、第二冷却水通路１８内の冷却水の流れは停止された状態である。さらに、サーモスタット１９は、ラジエータ１５側へのエアの流入を遮断している。また、ウォータポンプ１６は駆動されているが、ＥＣＵ２４が第二電磁弁２１を閉弁状態としているので、第二タンク７内の冷却水は、第五通路１２内からウォータジャケット４内へ向かって流れない。すなわち、ウォータジャケット４内に冷却水は供給されていない。

上記のとおり、「排水」状態では、ウォータジャケット４内の冷却水が排出され、エアがウォータジャケット４内に流入する。ウォータジャケット４内の冷却水が排出されることにより、エンジン２は、第一タンク５へ抜き取った冷却水に相当する熱容量が減少する。これにより、エンジン本体３の暖機が促進される。

「排水」状態において、ＥＣＵ２４が、壁温センサ２２から取得されるエンジン本体３の温度が暖機完了の温度に到達したと判断すると、冷却装置１は、第一タンク５内の冷却水をウォータジャケット４へ再度供給する。ここでの冷却水の流れは図６の「供給」状態と共通する。冷却装置１は、この冷却水の供給が完了すると、「暖機後」状態へ進む。ここで、「暖機後」状態における冷却装置１内の冷却水の流れについて図８を参照して説明する。

「暖機後」状態では、ウォータジャケット４内は冷却水で満たされている。また、このとき、冷却水の温度が暖機完了と判断される温度に到達しているので、サーモスタット１９が開弁状態となり、第一冷却水通路１７へ冷却水が流通する。さらにＥＣＵ２４は、第二電磁弁２１を開弁状態として、第五通路１２内に冷却水を流通させる。これにより、第二冷却水通路１８内の冷却水も流れ始め、ラジエータ１５内を冷却水が流通する。すなわち、「暖機後」状態は、ウォータジャケット４とラジエータ１５とを冷却水が循環する。このようにエンジン２の暖機後では、ラジエータ１５で冷却された冷却水がエンジン２内を循環し、エンジン本体３を運転状態に適した温度に冷却する。

このように運転されたエンジン２が停止状態となると、「回収」状態へ進む。「回収」状態では、冷却装置１は、電動ポンプ６を駆動して、ウォータジャケット４内の加熱された状態の冷却水を第一タンク５へ移送する。移送された冷却水は第一タンク５において次のエンジン始動まで保温される。

本発明の冷却装置１は、第一通路５の下方に配置された水溜室１０が、第一通路５内に浸入した冷却水を捕捉することにより、第一通路５内に冷却水が残留することを抑制する。これにより、第一通路５内のエアの流通する通路が確保されるため、ウォータジャケット４内と第一タンク５内との間におけるエア及び冷却水の入れ替えを効率的に行うので、暖機と冷却とを促進することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例の冷却装置は、実施例１の冷却装置１とほぼ同様の構成をしている。ただし、本実施例の冷却装置は、水溜室１０内に開口する第一通路３８の開口部３８ｂが実施例１の第一通路８の開口部８ｂと異なっている点で実施例１の冷却装置１と相違している。図９は、第一タンク５と水溜室１０とその周囲を拡大して示した説明図である。第一タンク５側から水溜室１０へ向かう第一通路３８は、水溜室１０の側面下側から挿入され、水溜室１０内で水溜室１０の上側に向かって通路の方向を変え、水溜室１０内の空気層に開口部３８ｂを開口している。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例の冷却装置は、実施例１の冷却装置１とほぼ同様の構成をしている。ただし、本実施例の冷却装置は、第二タンク４７が実施例１の第二タンク７と異なる点で実施例１の冷却装置１と相違している。第二タンク４７は、内部に混合防止手段としてパンチングメタル４０を備えた点で、実施例１の第二タンク７と相違している。図１０は、第二タンク４７を示した説明図である。第二タンク４７の内部に、パンチングメタル４０が備えられている。パンチングメタル４０は、無数に孔４１が形成された円板である。パンチングメタル４０は、第二タンク４７の上側に形成された第一通路８の開口部８ｄとこの開口部８ｄより下側に形成された第二通路９の開口部９ａとの間に配置されている。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施例の冷却装置では、実施例１の冷却装置と同様に、ウォータジャケット４内への冷却水の供給とウォータジャケット４からの冷却水の排出により、暖機を促進する。供給時や排出時の冷却水の流れは、実施例１で説明したものと同様であり、エアは、第二タンク４７を経由してウォータジャケット４内と第一タンク５内とを行き来する。第二タンク４７内を通過するエアは、パンチングメタル４０に形成された孔４１を通過して、第一通路８から第二通路９へ、又は第二通路９から第一通路８へ流通する。

また、第二タンク４７内には冷却水が貯留されている。パンチングメタル４０は、冷却水の第一通路８への浸入を抑制する。例えば、車両の振動により水面が跳ねるような場合や車両の傾斜などにより第二タンク４７内の冷却水の水面が傾いた場合において、冷却水は、パンチングメタル４０によって阻まれ、第一通路８の開口部８ｄへ浸水することが抑制される。このように、第一通路８内に冷却水の浸入が抑制されるので、エアの流通する通路が確保されて、ウォータジャケット４内と第一タンク５内との間の冷却水とエアとの入れ替えが効率的に行われる。

次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例の冷却装置は、実施例３の冷却装置とほぼ同様の構成をしている。ただし、本実施例の冷却装置は、第二タンク５７が実施例３の第二タンク４７と異なる点で実施例３の冷却装置と相違している。本実施例の第二タンク５７は、実施例３の第二タンク４７が内部に備えていたパンチングメタル４０に代えて、ラビリンス形状に形成された混合防止板５０を備えた点で、実施例３の第二タンク４７と相違している。図１１は、第二タンク５７を示した説明図である。第二タンク５７の内部に、混合防止板５０が備えられている。混合防止板５０は、半円状に形成された数枚の板が積層されたラビリンス形状に形成されている。すなわち、流入したエアを通過させる一方、冷却水の通過を阻み、冷却水が第一通路８の開口部８ｄへ到達しがたくする形状となっている。また、このような混合防止板５０は、第二タンク５７の上側に形成された第一通路８の開口部８ｄとこの開口部８ｄより下側に形成された第二通路９の開口部９ａとの間に配置されている。

本実施例の冷却装置の効果は実施例３の冷却装置の効果と同様である。第二タンク５７内において、エアは、混合防止板５０を通過し、第一通路８と第二通路９とを自由に行き来する。一方、第二タンク５７内の冷却水は、混合防止板５０により、第一通路８への浸入を抑制される。これにより、エアの流通する通路が確保されて、ウォータジャケット４内と第一タンク５内との間の冷却水とエアとの入れ替えが効率的に行われる。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例の冷却装置は、実施例３の冷却装置とほぼ同様の構成をしている。ただし、本実施例の冷却装置は、第二タンク６７が実施例３の第二タンク４７と異なる点で実施例３の冷却装置と相違している。本実施例の第二タンク６７は、実施例３の第二タンク４７が第一通路８の開口部８ｄと第二通路９の開口部９ａとの間にパンチングメタル４０を備えていたのに加えて、第二通路９の開口部９ａと第五通路１２の開口部１２ａとの間にパンチングメタル６０を備えている点で、実施例３の第二タンク４７と相違している。

図１２は、第二タンク６７を示した説明図である。第二タンク６７の内部には、第二タンク６７の上側に形成された第一通路８の開口部８ｄとこの開口部８ｄよりも下側に形成された第二通路９の開口部９ａとの間にパンチングメタル４０が配置されている。また、第二通路９の開口部９ａと第二タンク６７の底面に形成された第五通路１２の開口部１２ａとの間にパンチングメタル６０が配置されている。パンチングメタル４０は、実施例３の第二タンク４７に備えられたものと同一であるため、ここでは、その詳細な説明を省略する。パンチングメタル６０は、パンチングメタル４０と同一の形状をしており、無数に孔６１が形成された円板である。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

次に、本実施例の冷却装置の効果を説明する。本実施例の第二タンク６７におけるパンチングメタル４０のもたらす効果は、実施例３の第二タンク４７の効果と同一である。すなわち、パンチングメタル４０は、エアを自由に通過させるが、第一通路８への冷却水の浸入を抑制する。一方、第二通路９の開口部９ａと第五通路１２の開口部１２ａとの間に配置されたパンチングメタル６０は、エアが冷却水に混入して第五通路１２内に侵入することを抑制する。なお、このようなパンチングメタル４０及びパンチングメタル６０に代えて、実施例４のラビリンス形状に形成された混合防止板を配置してもよい。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

例えば、本発明の冷却装置１は、冷却水の供給動作用のスイッチを備え、イグニションをＯＮとする行為に代えて、このスイッチを入れる行為により「供給」状態を開始するようにしてもよい。また、第二タンク内のパンチングメタルを複数配置してもよい。

さらに、このような冷却装置は、冷却装置に備わるサーモスタットの配置を変更することができる。実施例１の冷却装置１におけるサーモスタット１９は、第一冷却水通路１７に配置されている。これに対し、図１３に示したエンジン２００に組み込まれた冷却装置１００では、サーモスタット１９に相当するサーモスタット２９を第二冷却水通路１８に配置した構成としている。このような冷却装置１００は、実施例１の冷却装置１と同様の作用、効果を奏している。なお、第一冷却水通路１７には一方弁３０が配置され、冷却水の逆流を防いでいる。その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。このように冷却装置内の弁の配置、配管を変更したものは、他の構成も考えられるが、それらは本発明のバリエーションに含まれるものとして本発明の範囲内である。

実施例１の冷却装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。 実施例１の第二タンクを詳細に示した説明図である。 実施例１の第一タンクと水溜室とその周囲を拡大して示した説明図である。 始動前から暖機完了までのウォータジャケット内と第一タンク内との冷却水の供給状態を示した説明図であって、（ａ）は「初期」状態を示し、（ｂ）は「供給」状態を示し、（ｃ）は「始動」状態を示し、（ｄ）は「排水」状態を示し、（ｅ）は「暖機後」状態を示し、（ｆ）は「回収」状態を示した説明図である。 エンジンの始動前から停止後に亘るシリンダブロックの壁温及び冷却水温度の温度変化を示した説明図である。 「供給」状態におけるエンジンの冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。 「排水」状態におけるエンジンの冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。 「暖機後」状態におけるエンジンの冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。 実施例２の第一タンクと水溜室とその周囲を拡大して示した説明図である。 実施例３の第二タンクを示した説明図である。 実施例４の第二タンクを示した説明図である。 実施例５の第二タンクを示した説明図である。 本発明の他の冷却装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。

符号の説明

１ 冷却装置
２ エンジン
３ エンジン本体
４ ウォータジャケット
５ 第一タンク
６ 電動ポンプ
７、４７、５７、６７ 第二タンク
８、３８ 第一通路
９ 第二通路
１０ 水溜室
１１ 第三通路
１２ 第五通路
１３ 第四通路
１４ 逆止弁
１５ ラジエータ
１６ ウォータポンプ
４０、６０ パンチングメタル
５０ 混合防止板

Claims (12)

1. エンジン内部に形成されたウォータジャケット内から抜き取った冷却水を貯留する第一タンクと、
   前記ウォータジャケットと前記第一タンクとの間で冷却水を移送する電動ポンプと、
   エアを貯留する第二タンクと、
   前記第一タンク内に形成される空間と前記第二タンク内に形成される空間とを接続し、エアが流通する第一通路と、
   前記ウォータジャケット内と前記第二タンク内とを接続し、エアが流通する第二通路と、
   前記第一通路に配置され、前記第一通路に流入した冷却水を貯留する水溜室と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記水溜室は、前記第一タンクより下方に配置されたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
3. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記水溜室は、前記第一通路の開口部が前記水溜室に溜まる冷却水の水面から露出するように形成されたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
4. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記ウォータジャケット内と前記第一タンク内とを接続し、前記電動ポンプが配置される第三通路と、
   前記第一タンクをバイパスして前記水溜室の底部と前記第三通路とを接続する第四通路と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
5. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記ウォータジャケット内と前記第一タンク内とを接続し、前記電動ポンプが配置される第三通路と、
   前記第一タンクをバイパスして前記水溜室の底部と前記第三通路とを接続する第四通路と、を備え、
   当該第四通路は、前記第三通路よりも小径としたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
6. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記ウォータジャケット内と前記第一タンク内とを接続し、前記電動ポンプが配置される第三通路と、
   前記第一タンクをバイパスして前記水溜室の底部と前記第三通路とを接続する第四通路と、
   当該第四通路における前記第三通路側から前記水溜室側へ向かう冷却水を遮断する逆止弁と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
7. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記第一通路は、前記第二通路よりも前記第二タンク内の上側で前記第二タンクに接続したことを特徴とするエンジンの冷却装置。
8. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記第二タンク内にエアと冷却水との混合を防ぐ混合防止手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
9. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記第二タンク内にエアと冷却水との混合を防ぐ混合防止手段を備え、
   当該混合防止手段は、パンチングメタルとしたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
10. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
    前記第二タンク内にエアと冷却水との混合を防ぐ混合防止手段を備え、
    当該混合防止手段は、ラビリンス形状に形成された混合防止板としたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
11. 請求項９又は１０記載のエンジンの冷却装置において、
    前記第一通路の開口部が前記第二通路の開口部よりも上側に形成され、
    前記第二タンク内に形成された前記第一通路の開口部と前記第二通路の開口部との間に、混合防止手段を配置したことを特徴とするエンジンの冷却装置。
12. 請求項９又は１０記載のエンジンの冷却装置において、
    前記第二タンクの底部と前記ウォータジャケット内とを接続し、冷却水が流通する第五通路を備え、
    前記第二タンク内に形成された前記第二通路の開口部と前記第五通路の開口部との間に、混合防止手段を配置したことを特徴とするエンジンの冷却装置。

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