JP2010112238A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンにて加熱された冷却水を保温状態で貯蔵する蓄熱タンクを備えた冷却装置において、蓄熱タンク上部からの熱放出を抑制する。
【解決手段】タンク内に蓄水部６ａが形成され、その蓄水部６ａの上部に空気層（アキュムレータ部６ｂ）が形成される蓄熱タンク６と、エンジンに冷却水をポンプにて循環させる冷却水回路１００とを備えた冷却装置において、冷却水回路１００に冷却水を注水するための注水口７ａを有する注水部７の下部を蓄熱タンク７に冷却水通路を介して接続し、当該注水部７を蓄熱タンク７とは別体に設けて、蓄熱タンク７上部と注水部７（注水口７ａ）とが連通しない構造とすることで、蓄熱タンク７上部からの熱放出を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両などに搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）の冷却水を保温状態で貯蔵する蓄熱タンクを備えた内燃機関の冷却装置に関する。

車両に搭載される水冷式エンジンでは、エンジンに冷却水通路としてウォータジャケットを設け、エンジン冷却水をこのウォータジャケットに循環することで、エンジン全体を均一に冷却するようにしている。ところが、エンジンを冷間始動するときには、低温のエンジン冷却水がウォータジャケットを循環することとなり、エンジンを早期に暖機することができない。この場合、エンジンの吸気ポートや燃焼室等の壁面温度が低くなるため、燃料が霧化し難くなり、始動性の低下や排気エミッションの悪化などが発生する可能性がある。また、冷間始動時には潤滑油の温度が低くて粘性が高いため、シリンダとピストンとの間のような摺動部分におけるフリクション損失が高くなる場合もある。

このような点を解消する技術として、エンジン運転中に暖められた冷却水（熱水）の一部を蓄熱タンクに保温した状態で貯蔵しておき、この蓄熱タンクに貯蔵した熱水を利用して、次回のエンジン始動の際にエンジンを暖める方式の冷却装置がある（例えば、特許文献１参照）。

このような冷却装置を構成する場合、エンジン運転中に暖められた冷却水（熱水）を貯蔵する蓄熱タンクを、冷却水量の自動調整及び貯留のために使用される通常のリザーブタンクとは別に設ける必要があり、それら２つのタンクの設置スペース・重量及びコストが増加する。これを解消するものとして、タンク内部に内燃機関の冷却水回路を流れる冷却水を貯留する冷却水層が形成され、その冷却水層の上部に空気層が形成される蓄熱式リザーブタンクが提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２に記載のタンクでは、タンク内（密閉空間）の上部に空気層が形成されるので、冷却水回路を流れる冷却水の量を自動的に増減調整することができ、冷却水のリザーブタンクとして機能する。さらに、この蓄熱式リザーブタンクは、断熱構造の壁体を備えているので、内燃機関で暖められた高温の冷却水を保温した状態で貯蔵する蓄熱タンクとしても機能する。
特開２００３−１８４５５３号公報 特許第３５３２００４号公報 特開平９−４９４３０号公報 特開２０００−７３７６４号公報

ところで、上記した特許文献２に記載された蓄熱式リザーブタンクを備えた冷却装置では、タンク本体の上部中央に設けた排気栓（空気抜き孔）と、注水部（プラスチックパイプ）の上部とをゴム管によって接続しており、タンク本体の上部と注水部とが連通している。このため、タンク本体内に貯蔵した高温の冷却水（熱水）の熱が放出されやすい。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、車両などに搭載される内燃機関にて加熱された冷却水を保温状態で貯蔵する蓄熱タンクを備えた冷却装置において、蓄熱タンク上部からの熱放出を抑制することが可能な構造の提供を目的とする。

本発明は、タンク内に蓄水部が形成され、その蓄水部の上部に空気層が形成される蓄熱タンクと、内燃機関に冷却水をポンプにて循環させる冷却水回路とを備え、前記内燃機関にて加熱された冷却水の一部を前記蓄熱タンクに保温状態で貯蔵する冷却装置を前提としており、このような内燃機関の冷却装置において、前記冷却水回路に冷却水を注水するための注水口が上部に設けられた注水部を備え、前記注水部の下部が前記蓄熱タンクに冷却水通路を通じて連通しており、当該注水部が前記蓄熱タンクとは別体に設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、注水口を有する注水部を蓄熱タンクとは別体に設けて、蓄熱タンクの上部と注水部（注水口）とが連通しない構造とし、蓄熱タンク上部を空気を閉じ込める完全密封構造としているので、蓄熱タンク上部からの熱放出を抑制することができる。これによって、内燃機関の運転中に蓄熱タンク内に回収した熱水を高温状態で貯蔵することができ、次回の機関始動の際の暖機性能が向上する。

なお、本発明では、蓄熱タンクを蓄水部の上部に空気層が形成される構造としているので、当該蓄熱タンクに完全密閉式リザーブタンクの機能を持たせることができる。これによって、蓄熱タンクとリザーブタンクとを個別に設ける場合と比較して、搭載スペース・重量及びコストの面で有利である。

本発明の具体的な構成として、冷却水回路は、蓄熱タンク内に貯蔵された冷却水をポンプにて内燃機関に供給する第１冷却水通路と、冷却水を［ポンプ］→［内燃機関］→［熱交換器（例えばヒータコア）及び蓄熱タンク］→［ポンプ］の順で循環する第２冷却水通路と、冷却水を［ポンプ］→［内燃機関］→［熱交換器］→［ポンプ］の順で循環し、蓄熱タンクに通じる冷却水通路を遮断する第３冷却水通路と、これら第１〜第３冷却水通路のうちのいずれか１つの冷却水通路に選択的に切り替える冷却水通路切替手段とを備えているという構成を挙げることができる。

このような構成において、冷却水回路の冷却水通路を第１冷却水通路に切り替えることにより、エンジン始動時に、前回の内燃機関（以下、エンジンという）の運転時に蓄熱タンクの貯蔵した熱水をエンジン内に導入することができ、エンジンの早期暖機を行うことができる。なお、熱水導出が完了した後には、蓄熱タンク内にエンジンからの冷水が貯まる。

次に、エンジン暖機時には、冷却水回路の冷却水通路を第３冷却水通路に切り替えて冷却水を循環する。その循環過程においてエンジンによって冷却水が熱せられて冷却水温が上昇する。ここで、第３冷却水通路に切り替えた状態では、蓄熱タンクの冷却水通路が遮断されるので、上記した熱水導出過程において蓄熱タンク内に貯まった冷水が冷却水回路に流出することがなく、暖機性を高めることができる。

そして、暖機が完了した時点で、冷却水回路の冷却水通路を第２冷却水通路、つまり、ポンプ吐出側の冷却水通路に熱交換器と蓄熱タンクとが並列接続された状態に切り替えることにより、冷却水回路内を循環する冷却水（熱水）の一部を蓄熱タンク内に回収することができる。なお、熱水回収が完了した時点で、冷却水回路の冷却水通路を第３冷却水通路に切り替えて、蓄熱タンクに通じる冷却水通路を遮断することにより蓄熱タンク内に熱水を保温状態で貯蔵する。

また、後述する自然注水後の整備運転（空気抜き運転）に、冷却水回路の冷却水通路を第２冷却水通路に切り替えることにより、自然注水時に冷却水循環系内（例えば熱交換器内部など）に残存した空気を、ポンプ駆動による冷却水循環過程において蓄熱タンクに送り出して、その蓄熱タンクで気液分離することが可能になる。これによって冷却水循環系内の空気抜きを行うことができる。

本発明において、ポンプと熱交換器との間の冷却水通路に前記注水部の下部を接続し、注水部の冷却水通路への接続部と熱交換器との間の冷却水通路を呼吸路を通じて注水部の上部に連通させるとともに、この呼吸路の冷却水通路への接続部と前記注水部の冷却水通路への接続部との間に絞りを設けておいてもよい。このように呼吸路と絞りとを設けておくと、後述する真空注水時に、冷却水の循環系内（例えば熱交換器内部など）に残存した空気を、ポンプ駆動による冷却水循環過程において、呼吸路を通じて注水部に逃がすことが可能になる。

この場合、絞りは、真空注水を行った後の整備運転（空気抜き運転）において、ウォータポンプを高回転駆動したとき（冷却水の流速が速いとき）に抵抗として作用し、熱交換器などからの冷却水（空気も含む）の大部分が呼吸路を通じて注水部の上部に流入するように設定すればよい。

なお、上記した呼吸路の冷却水通路への接続部（以下、呼吸路接続部ともいう）と、注水部の冷却水通路への接続部（以下、注水部接続部ともいう）との間に絞りを設ける構成に替えて、呼吸路接続部と注水部接続部との間の冷却水通路の流路断面積を細くして、上記した整備運転（空気抜き運転）を行う際に、熱交換器などからの冷却水（空気も含む）の大部分が呼吸路を通じて注水部の上部に流入するように構成してもよい。また、絞りに替えて開閉弁を配置し、整備運転（空気抜き運転）の際に、呼吸路接続部と注水部接続部との間を遮断するようにしてもよい。

本発明において、上記した呼吸路の冷却水通路への接続部に空気溜りを設けておいてもよい。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の冷却装置の一例を示す回路構成図である。

この例の冷却装置は、エンジン１が搭載された車両に適用される装置であって、エンジン１により駆動されて冷却水回路１００内の冷却水を循環するウォータポンプ（例えば回転数が可変のウォータポンプ）２、冷却水を冷却するラジエータ３、及び、サーモスタット４、ヒータコア５、蓄熱タンク６、及び、冷却水回路１００などを備えている。

冷却水回路１００には、エンジン１からの冷却水（例えば、ＬＬＣ：Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）をウォータポンプ２によりラジエータ３及びサーモスタット４を経由してエンジン１に戻すラジエータ循環回路１０１と、エンジン１からの冷却水をウォータポンプ２によりヒータコア５を経由してエンジン１に戻すヒータコア循環回路１０２とを備えている。

ウォータポンプ２は、吐出口がエンジン１のウォータジャケットに連通するように配設されている。サーモスタット４は、例えば感熱部の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、冷却水温が比較的低い場合（冷間時）は、エンジン１とラジエータ３との間の冷却水通路を遮断してラジエータ３に冷却水を流さないことで、エンジン１の暖機運転の早期完了を図るようになっている。一方、エンジン１の暖機完了後、すなわち冷却水温度が比較的高い場合には、その冷却水温に応じてサーモスタット４が開いてラジエータ３に冷却水の一部が流れることにより、冷却水が回収した熱がラジエータ３から大気に放出される。

ヒータコア５は、冷却水の熱を利用して車室内を暖房するためのものであって、エアコンディショナの送風ダクトに臨んで配置されている。つまり、車室内の暖房時には送風ダクト内を流れる空調風をヒータコア５に通過させて温風として車室内に供給する一方、それ以外（例えば冷房時）では空調風がヒータコア５をバイパスするようになっている。

蓄熱タンク６は、図２に示すように、断熱構造のタンク本体６１、隔壁６２及びバッフルプレート６３，６４などによって構成されている。

タンク本体６１の底壁６１ｃに冷却水入口６１ａ及び冷却水出口６１ｂが設けられている。冷却水入口６１ａには冷却水導入管２１が接続されており、冷却水出口６１ｂには冷却水導出管２２が接続されている。

タンク本体６１の内部は、隔壁６２によって上部と下部に区画されており、その隔壁６２の上方に、空気を圧縮状態で閉じ込めるアキュムレータ部６ｂが形成される。隔壁６２には、その下部と上部とを連通する複数の連通孔６２ａ・・６２ａが設けられている。なお、隔壁６２は、ＦＵＬＬレベルよりも低い位置に配置されており、アキュムレータ部６ｂの下部の蓄水部６ａの水位は、隔壁６２よりも高いレベルになることがある。

タンク本体６１内で隔壁６２下部の蓄水部６ａには、上下方向に延びる複数のバッフルプレート６３，６４が所定の間隔で配置されている。上側のバッフルプレート６３は隔壁６２に垂下状態で保持されている。下側のバッフルプレート６４はタンク本体６１の底壁６１ｃから上方（鉛直方向）に延びている。これら上側のバッフルプレート６３と下側のバッフルプレート６４とは交互に配置されており、冷却水入口６１ａからタンク本体６１内に流入した冷却水は当該タンク本体６１内においてジグザグ状に流れて冷却水出口６１ｂに到達した後にタンク本体６１の外部へ流出する。

従って、このようなバッフルプレート６３，６４を設けておくことにより、例えばタンク本体６１の蓄水部６ａに高温の冷却水（熱水）が充填されている状態で、冷たい冷却水（冷水）が冷却水入口６１ａからタンク本体６１の内部に流入した際に、その流入した冷水が直ぐに冷却水出口６１ｂに到達するのではなく、冷水の流入に伴って冷却水出口６１ｂに近い側の熱水が流出していき、蓄水部６ａの熱水の全てが流出した時点で冷水が冷却水出口６１ｂに到達するようになる。なお、下側のバッフルプレート６４の上端は、ＬＯＷレベルよりも低い位置に設定されている。

冷却水回路１００のヒータコア循環回路１０２には、エンジン１からの冷却水をヒータコア５に供給する冷却水供給管１２１と、ヒータコア５を通過した冷却水をエンジン１側に戻す冷却水還流管１２２とが形成されている。冷却水還流管１２２はサーモスタット４を介してウォータポンプ２の吸込口２ａに接続されている。

ヒータコア循環回路１０２の冷却水供給管１２１には３方弁１１が配置されている。この３方弁１１の２つの接続ポートには、エンジン１の冷却水出口１ｂとヒータコア５の冷却水入口５ａとが、それぞれ、配管１２１ａと配管１２１ｂとを介して接続されている。さらに、３方弁１１のもう１つの接続ポートには、蓄熱タンク６の冷却水導入管２１が接続されている。

そして、３方弁１１はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって切替制御される。この３方弁１１の切替制御によって、（Ａ１）エンジン１の冷却水出口１ｂをヒータコア５の冷却水入口５ａ及び蓄熱タンク６の冷却水導入管２１の両方に接続する位置（図５の接続状態；この接続状態を［通常接続位置］という）、（１Ｂ）エンジン１の冷却水出口１ｂをヒータコア５の冷却水入口５ａに接続する一方、エンジン１の冷却水出口１ｂと蓄熱タンク６の冷却水導入管２１との間の冷却水通路を遮断する位置（図４の接続状態；この接続状態を［蓄熱タンク遮断位置］という）、または、（Ａ３）エンジン１の冷却水出口１ｂを蓄熱タンク６の冷却水導入管２１に接続する一方、エンジン１の冷却水出口３とヒータコア５の冷却水入口５ａとの間の冷却水通路１２１を遮断する状態（図３の接続状態；この接続状態を［熱水導入時接続位置］という）のいずれか１つの状態に選択的に切り替える設定することができる。

また、ヒータコア循環回路１０２の冷却水還流管１２２には５方弁１２が配置されている。５方弁１２の２つの接続ポートには、ウォータポンプ２の吸込口２ａとヒータコア５の冷却水出口５ｂとが、それぞれ、配管１２２ａと配管１２２ｂとを介して接続されている。さらに、５方弁１２の他の１つの接続ポートには、蓄熱タンク６の冷却水導出管２２が接続されている。なお、５方弁１２の他の２つの接続ポートのうちの一方の接続ポートは閉鎖されており、他の接続ポートは、後述する自然注水時の際に大気開放口１２ａ（図８参照）として使用される。

この５方弁１２もＥＣＵ２００によって切替制御され、その５方弁１２の切替制御によって、（Ｂ１）ウォータポンプ２の吸込口２ａをヒータコア５の冷却水出口５ｂ及び蓄熱タンク６の冷却水導出管２２の両方に接続する位置（図３〜図７の接続状態；この接続状態を［通常接続位置］という）、または、（Ｂ２）ヒータコア５の冷却水出口５ｂと蓄熱タンク６の冷却水導出管２２とを接続する一方、ウォータポンプ２の吸込口２ａと蓄熱タンク６の冷却水導出管２２との間の冷却水通路を遮断する位置（図８の接続状態；この接続状態を［自然注水時接続位置］という）のいずれか一方の状態に選択的に切り替えることができる。

そして、冷却水回路１００には、上部に注水口７ａを有する注水部７が接続されている。この注水部７（注水口７ａ）は蓄熱タンク６とは別体に配置されている。注水部７の下部は、５方弁１２とヒータコア５の冷却出口入口５ｂとの間の配管１２２ａ（冷却水供給管１２１）に連通している。注水部７上部の注水口７ａにはキャップ７１が着脱自在に取り付けられている。キャップ７１は、冷却水回路１００（注水部７）の内圧変化に応じて開閉する圧力調整弁７１ａを備えている。このキャップ７１を取り外した状態で、注水口７ａから冷却水回路１００の内部に冷却水を注水することができる。

また、注水部７の冷却水回路１００への接続部Ｊ１とヒータコア５の冷却水出口５ｂとの間の冷却水通路１２２ａの内部は呼吸路８を通じて注水部７内の上部に連通している。この呼吸路８の冷却水回路１００への接続部Ｊ２と、上記注水部７の冷却水回路１００への接続部Ｊ１との間に絞り９が設けられている。絞り９は、後述する真空注水を行った後の整備運転において、ウォータポンプ２を高回転駆動したとき（冷却水の流速が速いとき）に抵抗として作用し、ヒータコア５からの冷却水（空気も含む）の大部分が呼吸路８を通じて注水部７の上部に流入するように設定されており、通常の冷却水循環時には、呼吸路８側には冷却水が流れず、接続部Ｊ２を経た冷却水は絞り９を通過して５方弁１２に向かう。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

ＥＣＵ２００は、エンジン１のスロットルバルブの開度制御、点火時期制御、燃料噴射量制御（インジェクタの開閉制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。また、ＥＣＵ２００は、上記した冷却装置の３方弁１１及び５方弁１２を後述する動作で切替制御する。

−動作説明−
次に、以上の冷却装置の各動作（熱水導入時、暖機完了前、暖機完了後、エンジン停止時、真空注水時、自然注水時の各動作）について図３〜図８を参照して説明する。

＜熱水導入時＞
この例の冷却装置ではエンジン始動の際に熱水導入を行う。その熱水導入時には、図３に示すように、３方弁１１を［熱水導入時位置］に設定するとともに、５方弁１２を［通常接続位置］に設定する。このような弁設定により、［蓄熱タンク６の冷却水出口６１ｂ］→［冷却水導出管２２］→［５方弁１２］→［サーモスタット４］→［ウォータポンプ２］→［エンジン１］→［３方弁１１］→［冷却水導入管２１］→［蓄熱タンク６の冷却水入口６１ａ］の冷却水循環経路が形成され、この状態でエンジン１の始動によりウォータポンプ２を駆動すると、前回のエンジン運転時に、蓄熱タンク６に貯蔵した熱水（蓄熱タンク６への熱水の貯蔵については後述する）が、エンジン１内部のウォータジャケットに導入されてエンジン１が暖められる。この熱水導入開始から所定の時間が経過した時点で、３方弁１１を［熱水導入時位置］から［蓄熱タンク遮断位置］に切り替えて、エンジン１の冷却水出口１ｂと蓄熱タンク６の冷却水導入管２１との間の冷却水通路を遮断する（図４）。

この熱水導入時において、熱水導入を開始した時点から３方弁１１を切り替えるまでの時間（蓄熱タンク６の冷却水通路を遮断するまでの時間）は、エンジン１内に存在していた冷水が、蓄熱タンク６からの熱水に入れ替わるまでの時間であり、ウォータポンプ２による循環によりエンジン１に冷水が再び戻ってこないような時間とする。

そして、このようにして、蓄熱タンク６に貯蔵しておいた熱水によってエンジン１を暖めることにより、早期に燃料の揮発性を高めることができ、混合気の着火性を高めることができる。その結果として、冷間始動時等におけるエンジン始動性が良好となり、燃費性能や排気エミッションの向上を図ることができる。

＜暖機完了前＞
熱水導入完了後（３方弁１１の切替後）からエンジン１の暖機が完了するまでは、３方弁１１は、そのままの状態［蓄熱タンク遮断位置］を継続するとともに、５方弁１２についても［通常接続位置］の状態を継続してエンジン１の暖機を行う。このエンジン暖機中には、図４に示すように、［ウォータポンプ２］→［エンジン１］→［３方弁１１］→［ヒータコア５］→［５方弁１２］→［サーモスタット４］→［ウォータポンプ２］の冷却水循環経路（ヒータコア循環回路１０２）が形成されるので、その循環過程においてエンジン１によって冷却水が熱せられて冷却水温が上昇する。また、この冷却水循環過程において、蓄熱タンク６の内部で気液が分離され、アキュムレータ部６ｂに空気が圧縮された状態で貯留される。そして、このようなエンジン暖機中には、エンジン１の冷却水出口１ｂと蓄熱タンク６の冷却水導入管２１との間の冷却水通路が遮断されているので、上記した熱水導出過程において蓄熱タンク６内に溜った冷水がヒータコア循環回路１０２に流出することがなく、暖機性を高めることができる。

＜暖機完了後（熱水回収）＞
以上のエンジン暖機が完了した時点で、３方弁１１を［蓄熱タンク遮断位置］から［通常接続位置］に切り替える。この切替操作により、図５に示すように、ヒータコア循環回路１０２に加えて、［エンジン１］→［３方弁１１］→［蓄熱タンク６］→［５方弁１２］→［サーモスタット４］→［ウォータポンプ２］の冷却水循環経路が形成される。すなわち、ヒータコア循環回路１０２に、蓄熱タンク６がヒータコア５に対して並列接続されるので、ヒータコア循環回路１０２を循環する冷却水（熱水）の一部がエンジン１から蓄熱タンク６に供給されて蓄熱タンク６内に熱水が回収される。この回収した熱水は次回のエンジン始動の際に利用される。

この後、エンジン１の運転が停止された時点で、３方弁１１を［通常接続位置］から［タンク遮断位置（図４の状態）］に切替え、エンジン１の冷却水出口１ｂと蓄熱タンク６の冷却水導入管２１との間の冷却水通路を遮断することによって、蓄熱タンク６内に熱水を保温状態で貯蔵する。

次に、以上のエンジン１、ラジエータ３、ヒータコア５、蓄熱タンク６が組み込まれた冷却水回路１００に冷却水を注入するとき（真空注水時及び自然注水時）の手順について説明する。

＜真空注水＞
まず、図６に示すように、３方弁１１を［通常接続位置］に設定し、５方弁１２を［通常接続位置］に設定しておく。次に、注水部７のキャップ７１を外し、注水口７ａに真空ポンプ（図示せず）を接続し、その真空ポンプを駆動して、冷却水循環系内（エンジン１、ラジエータ３、ヒータコア５、蓄熱タンク６の各内部及び冷却水回路１００の管路内）を減圧（真空引き）した状態で注水口７ａから冷却水を注水する。この注水が完了した直後は、図６に示すように、注水部７の水位は低く、エンジン１内の上部、ヒータコア５内の上部及び蓄熱タンク６内の上部には空気が残存する。なお、このような残存空気は、注水時に真空ポンプにて真空引きを行っても、冷却水回路１００の配管の曲がり部などに残存している空気が、注水の際に冷却水にてエンジン１、ヒータコア５及び蓄熱タンク６の各内部に押し込められることによって発生する。

次に、エンジン１内部及びヒータコア５内部の残存空気を除去するためにウォータポンプ２を高回転駆動して整備処理を行う。このウォータポンプ２の駆動により、図７に示すように、エンジン１上部に残存する空気は冷却水と共に蓄熱タンク６内に押し出されて蓄熱タンク６上部に溜る。また、ヒータコア５上部に残存する空気は冷却水と共にヒータコア５から押し出されて呼吸路８の接続部Ｊ２に達するが、その下流側（冷却水流れの下流側）に絞り９があるので、その接続部Ｊ２に到達した空気及び冷却水の大部分が呼吸路８を通じて注水部７の上部に流れる。このようにして注水部７の送り出された空気は、上記した暖機時にウォータポンプ２へと流れる。そして、暖機完了後に蓄熱タンク６内で気液分離されて注水部７の水位が通常水位となる。なお、暖機前に、３方弁１１を［通常接続位置］に切り替えて、注水部７の空気を蓄熱タンク６に送り出し、その蓄熱タンク６内において気液分離を行うことも可能である。

＜自然注水＞
次に、自然注水について説明する。まず、図８に示すように、３方弁１１を［通常接続位置］に設定し、５方弁１２を［自然注水時位置］に設定しておく。また、注水部７のキャップ７１を外しておき、また、５方弁１２の大気開放口１２ａにホースＨ等を接続して大気開放端の位置を注水口７ａよりも高くしておく。

以上のセットを行った状態で、注水口７ａから冷却水を注水すると、蓄熱タンク６には冷却水が片方（冷却水出口６１ｂのみ）からしか入らないため、冷却水注水後は、蓄熱タンク６の上部に空気が閉じ込められ、その閉じ込められた空気によって蓄熱タンク６内の水位は注水部７内の水位よりも低いレベルとなる（図８の破線参照）。また、ヒータコア５内の上部にも空気が閉じ込められる。

次に、蓄熱タンク６の水位及び注水部７の水位を適正にするためにウォータポンプ２を駆動して整備処理を行う。具体的には、図９に示すように、５方弁１２を［正常接続位置］に戻した状態でウォータポンプ２を駆動（通常駆動）する。このウォータポンプ２の駆動により、冷却水循環系内（ヒータコア５の内部など）に溜っている空気が冷却水と共に蓄熱タンク６に送り込まれ、その蓄熱タンク６内で気液分離される。これにより、図９の破線で示すように、ヒータコア５内の水位が上昇し、注水部７内の水位が下がる。なお、蓄熱タンク６内の水位はやや下がる。

そして、ウォータポンプ２の駆動を継続した状態で、注水部７の水位が下がった分だけ冷却水を継ぎ足するという作業を、注水部７の水位がＦＵＬＬレベル（図２参照）に安定するまで順次繰り返していき、注水部７の水位がＦＵＬＬレベルに安定した時点で整備処理を完了する。この後に注水口７ａのキャップ７１を装着する。

この例の冷却装置によれば、蓄熱タンク６のタンク本体６１にアキュムレータ部６１ｂを追加して、当該蓄熱タンク６に完全密閉式リザーブタンクの機能を持たせているので、蓄熱タンクとリザーブタンクとを個別に設ける場合と比較して、搭載スペース・重量及びコストの面で有利である。

しかも、注水口７ａを有する注水部７を蓄熱タンク６１とは別体に設けて、蓄熱タンク７の上部と注水部７（注水口７ａ）とが連通しない構造とし、蓄熱タンク７上部を空気を閉じ込める完全密封構造としているので、蓄熱タンク７の上部からの熱放出を抑制することができる。これによって、暖機時に蓄熱タンク７内に回収した熱水を高温状態で貯蔵することができ、次回のエンジン始動の際の暖機性能の向上を図ることができる。

−他の実施形態−
以上の例では、呼吸路８の冷却水通路への接続部Ｊ２と、注水部７の冷却水通路への接続部Ｊ１との間に絞り９を設けているが、これに替えて、呼吸路８の接続部Ｊ２と注水部７の接続部Ｊ１との間の冷却水通路の流路断面積を細くして、上記した真空注水後の整備運転（空気抜き）を行う際に、ヒータコア５からの冷却水（空気も含む）の大部分が呼吸路８を通じて注水部７の上部に流入するように構成してもよい。また、絞り９に替えて開閉弁を配置し、真空注水後の整備運転（空気抜き運転）の際に、呼吸路８の接続部Ｊ２と注水部７の接続部Ｊ１との間の冷却水通路を遮断するようにしてもよい。

なお、呼吸路８の冷却水通路への接続部Ｊ２に空気溜りを設けておいてもよい。

以上の例では、熱交換器としてヒータコアが冷却水回路に組み込まれた冷却装置に本発明を適用した例を示したが、例えば、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｌｕｉｄ）ウォーマ、ＡＴＦクーラ、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラ、排気熱回収器などの他の熱交換器が組み込まれた冷却装置にも本発明を適用できる。

本発明の冷却装置の一例を示す概略構成図である。 図１の冷却装置に適用する蓄熱タンク及び注水部などの模式的縦断面図である。 熱水導入時の冷却水循環通路及び冷却水の流れを示す図である。 暖機完了前の冷却水循環通路及び冷却水の流れを示す図である。 暖機完了後の冷却水循環通路及び冷却水の流れを示す図である。 真空注水時の冷却水回路内の冷却水の状態を示す図である。 真空注水後の整備運転中における冷却水循環通路及び冷却水の流れを示す図である。 自然注水時の冷却水循環通路及び冷却水の流れを示す図である。 自然注水後の整備運転中における冷却水循環通路及び冷却水の流れを示す図である。

符号の説明

１ エンジン
１ｂ 冷却水出口
２ ウォータポンプ
５ ヒータコア
６ 蓄熱タンク
６ａ 蓄水部
６ｂ アキュムレータ部
６１ タンク本体
７ 注水部
７ａ 注水口
Ｊ１ 注水部の冷却水通路への接続部
７１ キャップ
８ 呼吸路
Ｊ２ 呼吸路の冷却水通路への接続部
９ 絞り
１１ ３方弁
１２ ５方弁
２１ 冷却水導入管
２２ 冷却水導出管
１００ 冷却水回路
１０２ ヒータコア循環回路
２００ ＥＣＵ

Claims (3)

1. タンク内に蓄水部が形成され、その蓄水部の上部に空気層が形成される蓄熱タンクと、内燃機関に冷却水をポンプにて循環させる冷却水回路とを備え、前記内燃機関にて加熱された冷却水の一部を前記蓄熱タンクに保温状態で貯蔵する冷却装置において、
   前記冷却水回路に冷却水を注水するための注水口が上部に設けられた注水部を備え、前記注水部の下部が前記冷却水回路の冷却水通路に連通しており、当該注水部が前記蓄熱タンクとは別体に設けられていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記冷却水回路は、
   前記蓄熱タンク内に貯蔵された冷却水をポンプにて内燃機関に供給する第１冷却水通路と、
   冷却水を、［ポンプ］→［内燃機関］→［熱交換器及び蓄熱タンク］→［ポンプ］の順で循環する第２冷却水通路と、
   冷却水を、［ポンプ］→［内燃機関］→［熱交換器］→［ポンプ］の順で循環し、前記蓄熱タンクに通じる冷却水通路を遮断する第３冷却水通路と、
   これら第１〜第３冷却水通路のうちのいずれか１つの冷却水通路に選択的に切り替える冷却水通路切替手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
3. 請求項２記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記ポンプと前記熱交換器との間の冷却水通路に前記注水部の下部が接続されており、
   前記注水部の冷却水通路への接続部と前記熱交換器との間の冷却水通路が、当該注水部の上部に呼吸路を通じて連通しているとともに、前記呼吸路の冷却水通路への接続部と前記注水部の冷却水通路への接続部との間に絞りが設けられていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。

Images