JP2015140734A - 冷却補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却補助装置に関し、エンジン高回転時における冷却補助性能を効果的に維持しつつ、エンジン低回転時における冷却系の圧力損失を効果的に抑制する。【解決手段】冷却水循環路に設けられ、内部に導入した冷却水に旋回流を生じさせて混入した気体を分離可能な円筒状の気液分離器本体２１と、気液分離器本体２１内に設けられて冷却水の旋回流を抑止する第１位置又は冷却水の旋回流を許容する第２位置に回動可能なフラップ部材２２と、フラップ部材２２を第２位置から第１位置に向けて付勢するトーションバネ２３とを備え、冷却水ポンプ１４により圧送される冷却水の流体圧が所定圧未満の場合はフラップ部材２２がトーションバネ２３によって第１位置に保持され、冷却水ポンプ１４により圧送される冷却水の流体圧が所定圧以上になるとフラップ部材２２がトーションバネ２３の反力に抗して第２位置に回動する。【選択図】図２

Description

本発明は、冷却補助装置に関し、特に、エンジンの動力で駆動するポンプにより冷却水循環路内に冷却水を循環させる冷却システムの冷却補助装置に関する。

従来、エンジンの高出力時に発生する部分沸騰や冷却水ポンプの高出力時に発生するエアレーション等に起因して冷却水中に混入する気体を分離する気液分離器（以下、スワールポットという）が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６−１７７２６０号公報 特開２００６−３３６５７５号公報

スワールポットは、エンジン高回転、高負荷運転時に冷却水に混入した気体を旋回流によって分離する装置である。そのため、エンジン低回転、低負荷運転時においても冷却水に旋回流を生じさせると、冷却系の圧力損失を招くと共に冷却水ポンプの効率を低下させて、燃費等に影響を及ぼす可能性がある。

本発明の目的は、エンジン高回転、高負荷運転時における冷却補助性能を効果的に維持しつつ、エンジン低回転、低負荷運転時における冷却系の圧力損失を効果的に抑制することができる冷却補助装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、エンジンの動力で駆動するポンプにより冷却水循環路内に冷却水を循環させる冷却システムの冷却補助装置であって、前記冷却水循環路に設けられ、内部に導入した冷却水に旋回流を生じさせて混入した気体を分離可能な円筒状の気液分離器本体と、前記気液分離器本体内に設けられて冷却水の旋回流を抑止する第１位置又は冷却水の旋回流を許容する第２位置に回動可能なフラップ部材と、前記フラップ部材を前記第２位置側から前記第１位置側に向けて付勢する付勢手段とを備え、前記ポンプにより圧送される冷却水の流体圧が所定圧未満の場合は前記フラップ部材が前記付勢手段によって前記第１位置に保持され、前記ポンプにより圧送される冷却水の流体圧が所定圧以上になると前記フラップ部材が前記付勢手段の反力に抗して前記第２位置に回動することを特徴とする。

また、前記所定圧が、前記エンジンの高回転、高負荷運転によって前記冷却水循環路内の冷却水に部分沸騰が生じる冷却水流体圧を基準に設定されることが好ましい。

また、前記付勢手段がトーションバネであってもよい。

本発明の冷却補助装置によれば、エンジン高回転、高負荷運転時における冷却補助性能を効果的に維持しつつ、エンジン低回転、低負荷運転時における冷却系の圧力損失を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る冷却補助装置が適用されたエンジンの冷却水循環路を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態の冷却補助装置を（ａ）は上面視した模式的な部分断面図、（ｂ）は側面視した模式的な部分断面図である。 本実施形態のフラップ部材が旋回流抑止位置（第１位置）にある状態を説明する模式的な部分断面図である。 本実施形態のフラップ部材が旋回流許容位置（第２位置）にある状態を説明する模式的な部分断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る冷却補助装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本実施形態に係る冷却補助装置２０が適用されたエンジン１０の冷却水循環路を示す全体構成図である。図１中において、符号１１はエンジン１０内に形成されたウォータジャケット、符号１２はラジエータ、符号１３は上部タンク、符号１４はエンジン１０の動力で駆動する冷却水ポンプ、符号１５はウォータジャケット１１出口と冷却補助装置２０とを接続する冷却水導入配管、符号１６は冷却補助装置２０とラジエータ１２入口とを接続する冷却水導出配管、符号１７は冷却補助装置２０と上部タンク１３とを接続する気体吸出配管、符号１８はラジエータ１２出口とウォータジャケット１１入口（又は、冷却水ポンプ１４）とを接続する冷却水下流配管をそれぞれ示している。

図２に示すように、冷却補助装置２０は、円筒状のスワールポット（気液分離器本体）２１と、スワールポット２１内に設けられたフラップ部材２２と、トーションバネ（付勢手段）２３と、トーションバネ２３を支持する支持軸２４とを備えている。

スワールポット２１は、その上側円筒部に接線方向から冷却水導入配管１５の下流端が接続されると共に、その下側円筒部に接線方向から冷却水導出配管１６の上流端が接続されている。また、スワールポット２１の上面中心には気体吸出配管１７（図２（ｂ）にのみ示す）の下流端が挿入接続されている。すなわち、冷却水導入配管１５からスワールポット２１内に流れ込んだ冷却水は、スワールポット２１の内周面に沿って旋回しながら冷却水導出配管１６に向かって下方に流れ、その過程で冷却水から分離される気体は気体吸出配管１７から上部タンク１３（図１にのみ示す）に回収される。

フラップ部材２２は、スワールポット２１の内周面と略同一の曲率を有する平板円弧状に形成されており、冷却水導入配管１５の接続口（下流端）と近接する旋回流開始位置にトーションバネ２３によって回動可能に支持されている。より詳しくは、フラップ部材２２は、その平面をスワールポット２１の内周面に対して起立させて旋回流路を塞ぐ図３に示す旋回流抑止位置（第１位置）と、その平面をスワールポット２１の内周面に沿って位置させて旋回流路を開放する図４に示す旋回流許容位置（第２位置）とに回動される。なお、フラップ部材２２の上下方向の長さは図示例に限定されず、スワールポット２１の底部近傍まで延長してもよい。

トーションバネ２３は、その一端をフラップ部材２２に固定されると共に、その他端をスワールポット２１の内周面に固定されており、フラップ部材２２を旋回流許容位置から旋回流抑止位置に向けて付勢している。トーションバネ２３のバネ定数は、予め実験等でエンジン１０の高回転、高負荷運転によって部分沸騰やエアレーションが引き起こされる冷却水の上限流体圧又は上限流速を求めておき、これら上限流体圧又は上限流速を基準に設定されている。

すなわち、冷却水ポンプ１４によって圧送される冷却水の流体圧が上限流体圧未満の場合は、図３に示すように、トーションバネ２３の反力によってフラップ部材２２の旋回流許容位置側への移動は規制される。これにより、冷却水ポンプ１４の出力が低いエンジン１０の低回転、低負荷運転時は、フラップ部材２２が旋回流抑止位置に保持されて、冷却水導入配管１５からスワールポット２１内に流れ込んだ冷却水はフラップ部材２２に当たり旋回することなく冷却水導出配管１６に向けて直接的に流される。

一方、冷却水の流体圧が上限流体圧以上になると、図４に示すように、フラップ部材２２はトーションバネ２３の反力に抗して旋回流抑止位置から旋回流許容位置に向けて移動する。これにより、冷却水ポンプ１４の出力が高くなるエンジン１０の高回転、高負荷運転時は、フラップ部材２２が旋回流許容位置に回転されて、冷却水導入配管１５からスワールポット２１内に流れ込んだ冷却水は旋回しながら冷却水導出配管１６に向かって下方に流れる。この過程で冷却水中の気体は分離され、気体吸出配管１７を介して上部タンク１３（図１にのみ示す）に回収される。

次に、本実施形態に係る冷却補助装置２０の作用効果を説明する。

冷却水ポンプ１４によって圧送される冷却水の流体圧が部分沸騰やエアレーションを引き起こす上限流体圧よりも低いときは、トーションバネ２３の反力によってフラップ部材２２はスワールポット２１内の旋回流抑止位置に保持される。すなわち、部分沸騰等による気体混入が生じにくいエンジン１０の低回転、低負荷運転時（冷却水低流圧・低流速時）は、スワールポット２１内で冷却水に旋回流を発生させないことで、冷却水循環路の圧力損失が防止される。

一方、冷却水ポンプ１４によって圧送される冷却水の流体圧が部分沸騰やエアレーションを引き起こす上限流体圧に達すると、フラップ部材２２がトーションバネ２３の反力に抗して旋回流抑止位置から旋回流許容位置に回転される。すなわち、部分沸騰等による気体混入が生じやすくなるエンジン１０の高回転、高負荷運転時（冷却水高流圧・高流速時）は、スワールポット２１内で冷却水に旋回流を発生させて、冷却水に混入した気体を効果的に分離するように構成されている。

したがって、本実施形態の冷却補助装置２０によれば、エンジン１０の高回転・高負荷運転時における冷却補助性能を効果的に維持しつつ、エンジン１０の低回転・低負荷運転時における冷却系の圧力損失を効果的に抑制することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、フラップ部材２２を電磁ソレノイドや油圧アクチュエータ等で回動すれように構成してもよい。この場合は、何れも図示しない冷却水流量センサやエンジン回転数センサのセンサ値に基づいてＥＣＵ（不図示）から駆動指示信号を出力すればよい。また、付勢手段はトーションバネ２３に限定されず、他のバネやゴム等の弾性部材であってもよい。

１０ エンジン
１１ ウォータジャケット
１２ ラジエータ
１３ 上部タンク
１４ 冷却水ポンプ
１５ 冷却水導入配管
１６ 冷却水導出配管
１７ 気体吸出配管
１８ 冷却水下流配管
２０ 冷却補助装置
２１ スワールポット（気液分離器本体）
２２ フラップ部材
２３ トーションバネ（付勢手段）
２４ 支持軸

Claims (3)

1. エンジンの動力で駆動するポンプにより冷却水循環路内に冷却水を循環させる冷却システムの冷却補助装置であって、
   前記冷却水循環路に設けられ、内部に導入した冷却水に旋回流を生じさせて混入した気体を分離可能な円筒状の気液分離器本体と、
   前記気液分離器本体内に設けられて冷却水の旋回流を抑止する第１位置又は冷却水の旋回流を許容する第２位置に回動可能なフラップ部材と、
   前記フラップ部材を前記第２位置から前記第１位置に向けて付勢する付勢手段と、を備え、
   前記ポンプにより圧送される冷却水の流体圧が所定圧未満の場合は前記フラップ部材が前記付勢手段によって前記第１位置に保持され、前記ポンプにより圧送される冷却水の流体圧が所定圧以上になると前記フラップ部材が前記付勢手段の反力に抗して前記第２位置に回動する
   ことを特徴とする冷却補助装置。
2. 前記所定圧が、前記エンジンの高回転、高負荷運転によって前記冷却水循環路内の冷却水に部分沸騰が生じる冷却水流体圧を基準に設定される
   請求項１に記載の冷却補助装置。
3. 前記付勢手段がトーションバネである
   請求項１又は２に記載の冷却補助装置。

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