JP2024065392A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジエータのアッパタンク内に想定以上の圧力が発生することを抑制する。【解決手段】冷却装置１０は、アッパタンク１２Ａとロアタンク１２Ｂとを有するラジエータ１２と、第一配管１３Ａと、第二配管１３Ｂと、第一配管から分岐して第二配管に接続された第三配管１３Ｃとを含む循環経路１３と、第二配管と第三配管との合流部１３Ｄに設けられ、循環経路内の冷却媒体の温度に応じて循環経路を開閉制御するサーモスタット１４と、第二配管においてサーモスタットよりも下流側に設けられ、冷却媒体を循環させるポンプ１５と、ポンプ及びサーモスタットの間に設けられた接続箇所１８と接続し、アッパタンク内の冷却媒体の一部を接続箇所へバイパスする補助配管１６を備える。【選択図】図１

Description

本件は、内燃機関を冷却媒体により冷却する冷却装置に関する。

エンジン（内燃機関）の冷却装置は、エンジンとラジエータ間に冷却水などの冷却媒体を循環させる循環経路を設けて、エンジンの冷却を図るものである。
例えば特許文献１の冷却装置は、ウォータポンプによりエンジンの冷却のため冷却媒体を循環して、エンジンを冷却して高温となった冷却媒体をラジエータで冷却するとともに、サーモスタットで冷却媒体の温度により冷却媒体の循環経路を変更するように構成されている。

上記のような冷却装置は、一般的に、冷却装置内の圧力を調整して適切に保持できるように構成されている。例えば、特許文献１の冷却装置では、リザーブタンクを用いて圧力の上昇を抑えるようになっている。また、特許文献２の冷却装置では、サージタンクに取り付けたプレッシャキャップを用いて圧力の上昇を抑えるようになっている。

特開２００２－４８５８号公報 特開２０１４－２１４６１９号公報

ところで、上記のような冷却装置では、車両の運転状況によってはラジエータ上部に設けられたアッパタンク内の圧力が想定以上の高圧になる場合がある。具体的には、例えば運転ミスなどによりエンジンが高回転、高負荷等で運転されると、アッパタンク内の圧力が想定以上の圧力（異常圧力）になるおそれがある。
よって、冷却装置では、ラジエータのアッパタンク内に想定以上の圧力が発生することを抑制するうえで改善の余地があった。
本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、ラジエータのアッパタンク内に想定以上の圧力が発生することを抑制することを目的の一つとする。

本件は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現できる。
適用例に係る冷却装置は、内燃機関を冷却媒体により冷却する冷却装置であって、上方に設けられたアッパタンクと下方に設けられたロアタンクとを有しており、前記アッパタンクから前記ロアタンクへ前記冷却媒体が流れる過程で前記冷却媒体を冷却するラジエータと、前記内燃機関と前記ラジエータの前記アッパタンクとを接続しており前記内燃機関を冷却した前記冷却媒体を前記アッパタンクへ流すための第一配管と、前記ラジエータの前記ロアタンクと前記内燃機関を接続しており前記ラジエータを通過した前記冷却媒体を前記内燃機関へ流すための第二配管と、前記第一配管から分岐して前記第二配管に接続されており前記冷却媒体を前記ラジエータへ流さず前記第二配管へ迂回するための第三配管とを含む循環経路と、前記第二配管と前記第三配管との接続箇所に設けられており、前記循環経路内の前記冷却媒体の温度に応じて前記循環経路を開閉制御するサーモスタットと、前記第二配管において前記サーモスタットよりも下流側に設けられており、前記冷却媒体を循環させるためのポンプと、前記アッパタンクと前記第二配管において前記ポンプ及び前記サーモスタットの間に設けられた接続箇所とを接続し、前記アッパタンク内の前記冷却媒体の一部を前記接続箇所へバイパスする補助配管と、を備えている。

適用例に係る冷却装置は、アッパタンクの冷却媒体の一部を、第二配管においてポンプ及びサーモスタットの間に設けられた接続箇所へバイパスする補助配管を備えている。そのため、アッパタンクの冷却媒体の一部を補助配管へ流し、アッパタンクから逃がす（オーバーフローする）ことできる。よって、アッパタンクに想定以上の高い圧力（異常圧力）がかかることが抑制される。その結果、アッパタンク内の圧力を最適な状態に維持できる。

適用例に係る冷却装置によれば、ラジエータのアッパタンク内に想定以上の圧力が発生することを抑制することができる。

適用例の係る冷却装置の側面図である。 （ａ），（ｂ）は，図１の冷却装置の要部を拡大して示す断面図であって、（ａ）はプレッシャキャップが閉じた状態を示し、（ｂ）はプレッシャキャップが開いた状態を示す。 適用例に係る冷却装置の変形例の説明図である。

図面を参照して、本件の適用例に係る冷却装置について説明する。以下の適用例はあくまでも例示に過ぎず、この適用例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。下記の適用例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、下記の適用例の各構成は、必要に応じて取捨選択でき、あるいは公知技術に含まれる各種構成と適宜組み合わせられる。

［１．構成］
図１は、一実施形態に係る冷却装置の側面図である。図１に示す冷却装置１０は、トラック等の車両（図示省略）に搭載され、エンジン１１（内燃機関）を冷却するものである。図１は、車両（図示省略）に搭載された冷却装置１０を車両幅方向に沿ってみた側面図である。図中前後方向Ｄ１は、冷却装置１０を搭載した車両の車長方向に対応し、上下方向Ｄ２は、車両の車高方向に対応する。また、以下の説明で「上流」，「下流」は、冷却媒体の流れ方向を基準に定める。

図１に示すように冷却装置１０には、冷却対象であるエンジン１１に対して車両の前方に配置されたラジエータ１２と、エンジン１１とラジエータ１２との間で冷却媒体を循環させるための循環経路１３とが設けられている。冷却媒体の例としては冷却水（クーラント液）が挙げられる。エンジン１１内部には、図示しないウォータージャケットが設けられており、冷却水がウォータージャケットを通過する過程でエンジン１１を冷却している。ラジエータ１２と循環経路１３とは、エンジン１１の冷却に使用された冷却水を放熱して、エンジン１１へ戻すために設けられている。図１中矢印は冷却水の流通方向を示す。

ラジエータ１２は、エンジン１１の冷却に使用された冷却水を放熱するための熱交換器である。ラジエータ１２には、アッパタンク１２Ａ，ロアタンク１２Ｂ及びコア１２Ｃが含まれている。
アッパタンク１２Ａは、ラジエータ１２の上部に設けられており、内部にエンジン１１側からの冷却水を貯留する空間を有する。ロアタンク１２Ｂは、ラジエータ１２の下部に設けられており、内部にラジエータ１２を通過して放熱された冷却水を貯留する空間を有する。コア１２Ｃは、アッパタンク１２Ａとロアタンク１２Ｂとの間に設けられており、アッパタンク１２Ａからの冷却水がコア１２Ｃを通過してロアタンク１２Ｂへ流れる過程で冷却水を放熱させる部材である。なお、アッパタンク１２Ａのハウジングとコア１２Ｃとは、図示しないカシメ部を介して固定されている。コア１２Ｃは、冷却水が流れるチューブ（図示せず）と通風が当たる表面積を広くするためのフィン（図示せず）とで構成されている。

循環経路１３には、アッパ配管（第一配管）１３Ａと、ロア配管（第二配管）１３Ｂと、バイパス配管（第三配管）１３Ｃと、が含まれている。
アッパ配管１３Ａは、エンジン１１内部のウォータージャケットの出口（図示省略）とアッパタンク１２Ａとを接続するパイプであり、冷却装置１０の上方で前後方向Ｄ１に沿って延在している。このアッパ配管１３Ａは、エンジン１１の冷却に使用された冷却水をアッパタンク１２Ａへ流すために設けられている。

ロア配管１３Ｂは、ロアタンク１２Ｂとエンジン１１内部のウォータージャケットの入口（図示省略）とを接続するパイプであり、アッパ配管１３Ａに対して下方で前後方向Ｄ１に沿って延在している。このロア配管１３Ｂは、ラジエータ１２を通過して放熱された冷却水をエンジン１１へ戻すために設けられている。
バイパス配管１３Ｃは、アッパ配管１３Ａの途中から分岐してロア配管１３Ｂに接続されるパイプであり、アッパ配管１３Ａとロア配管１３Ｂとの間で上下方向Ｄ２に沿って延在している。このバイパス配管１３Ｃは、エンジン１１の冷却に使用された冷却水をラジエータ１２へ流さずロア配管１３Ｂへ迂回するために設けられている。

ロア配管１３Ｂとバイパス配管１３Ｃとの合流部１３Ｄには、循環経路１３内の冷却水の温度に応じて循環経路１３を開閉制御するサーモスタット１４が設けられている。また、ロア配管１３Ｂにおいてサーモスタット１４よりも下流側にはポンプ１５が設けられている。ポンプ１５は、エンジン１１によって駆動され、エンジン１１，ラジエータ１２及び循環経路１３内で冷却水を循環させる。図１のポンプ１５は、ロア配管１３Ｂの最下流、すなわち、エンジン１１内部のウォータージャケットの入口（図示省略）に配置されている。

サーモスタット１４は、循環経路１３内の冷却水の温度に応じて自動作動するバルブであり、冷却水の温度が設定値より低いときはロア配管１３Ｂを閉じる。これによって、ロア配管１３Ｂ内の冷却水の流れが阻止され、冷却水はバイパス配管１３Ｃを通ってエンジン１１へ流れる。一方、冷却水の温度が設定値より高くなると、サーモスタット１４はロア配管１３Ｂを開き、バイパス配管１３Ｃ内の冷却水の流れを阻止する。これにより、冷却水はロア配管１３Ｂを通ってエンジン１１に流れる。

冷却装置１０には、気水分離するためのサージタンク２０が設けられている。サージタンク２０は、エンジン１１内のウォータージャケット（図示省略）及びラジエータ１２のアッパタンク１２Ａよりも上方に配設されており、冷却水に混入している気泡を分離する機能を有する。サージタンク２０は、アッパタンク１２Ａに接続された取水配管（第四配管）２１と、ロア配管１３Ｂに接続された送水配管（第五配管）２２とを介して、循環経路１３に接続されている。送水配管２２の下流端は、具体的には、ロア配管１３Ｂにおけるポンプ１５直近に接続されている。

サージタンク２０が給水されると、冷却水は送水配管２２を介してロア配管１３Ｂ（循環経路１３）へ供給され、そして循環経路１３を介してアッパタンク１２Ａに供給される。アッパタンク１２Ａ内の冷却水は、取水配管２１を通ってサージタンク２０へ戻され、かつ循環経路１３に介在したエアはサージタンク２０内で気泡が除去される。
また、サージタンク２０の上部には第一プレッシャキャップ２３が取り付けられている。第一プレッシャキャップ２３は、冷却装置１０内の圧力を所定の圧力に調整するための調圧弁である。第一プレッシャキャップ２３により冷却装置１０内の圧力が所定の圧力で維持されるようになっている。なお、第一プレッシャキャップ２３は、周知のどうような構成であってもよい。

本実施形態の冷却装置１０には、ラジエータ１２のアッパタンク１２Ａとロア配管１３Ｂとを接続する補助配管１６と、補助配管１６の上流端１６Ａ（一端）を開閉するための第二プレッシャキャップ１７とが設けられている。
補助配管１６は、アッパタンク１２Ａ内の冷却水の一部をロア配管１３Ｂにおける接続箇所１８へバイパスするためのパイプ（追加配管）である。

補助配管１６の上流端１６Ａは、アッパタンク１２Ａの上部に取り付けられている。補助配管１６の上流端１６Ａの取り付け位置は、具体的には、アッパ配管１３Ａの接続口よりも上方に設定されている。
補助配管１６の下流端１６Ｂは、ロア配管１３Ｂの接続箇所１８に接続されている。接続箇所１８は、ロア配管１３Ｂにおいてサーモスタット１４とポンプ１５との間の適宜の箇所に設定されている。詳しくは、接続箇所１８は、ポンプ１５の手前が圧力の低い箇所であること、及び、ポンプ１５付近の圧力低下を抑制する観点から、ポンプ１５直近に設定されることが好ましい。

第二プレッシャキャップ１７は、アッパタンク１２Ａ内の圧力が想定以上に高い高圧（異常圧力）になった場合に開弁し、アッパタンク１２Ａ内の冷却媒体の一部を補助配管１６へ逃がす開閉弁である。すなわち、補助配管１６は、第二プレッシャキャップ１７を介してアッパタンク１２Ａに接続されている。第二プレッシャキャップ１７の取り付け位置は、アッパタンク１２Ａの上部であり、ラジエータ１２で最も上方の箇所である。
上記の「異常圧力」とは、アッパタンク１２Ａで予め想定された所定の圧力よりも高い高圧状態である。

図２（ａ），（ｂ）は第二プレッシャキャップ１７の構成例の説明図であり、図２（ａ）は第二プレッシャキャップ１７の閉状態を示し、図２（ｂ）は第二プレッシャキャップ１７の開状態を示す。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、第二プレッシャキャップ１７には、キャップ本体１７Ａと、バネ１７Ｂと、弁１７Ｃとが含まれている。

キャップ本体１７Ａは、アッパタンク１２Ａの上部から突設されたラジエータ側パイプ１９の上部開口に脱着自在に取り付けられた蓋である。このラジエータ側パイプ１９に対して補助配管１６の上流端１６Ａが接続されている。
バネ１７Ｂは、キャップ本体１７Ａと弁１７Ｃとの間に介装された圧縮コイルバネであり、アッパタンク１２Ａ内の圧力が所定値よりも高くなったときに収縮するように設定されている。弁１７Ｃは、ラジエータ側パイプ１９内に設けられた内管１９Ａの開口端を開閉するバルブ体である。

アッパタンク１２Ａ内の圧力が所定値以下の通常状態では、図２（ａ）に示すように、弁１７Ｃがバネ１７Ｂにより押下されて内管１９Ａを閉じている。一方、アッパタンク１２Ａ内の圧力が所定値よりも大きい異常圧力の状態では、図２（ｂ）に示すようにバネ１７Ｂが押縮されるとともに弁１７Ｃが開く。そして、内管１９Ａの開口端から冷却水が流出する。内管１９Ａから流出した冷却水は、アッパタンク１２Ａ内に戻らずに補助配管１６へ流れるようになっている。図中矢印は冷却水の流通方向を示す。
なお、第二プレッシャキャップ１７は、上記の構成に限らず周知のどうような構成であってもよい。

［２．作用及び効果］
本適用例に係る冷却装置１０によれば、アッパタンク１２Ａ内の冷却水の一部をロア配管１３Ｂ上の接続箇所１８へバイパスする補助配管１６と、アッパタンク１２Ａ内が異常圧力になったときに開弁する第二プレッシャキャップ１７とが設けられている。そのため、アッパタンク１２Ａ内の圧力が想定以上の高圧（異常圧力）状態になった場合、第二プレッシャキャップ１７が開弁して、アッパタンク１２Ａ内の冷却水の一部を補助配管１６へ流し、アッパタンク１２Ａから逃がす（オーバーフローする）ことできる。よって、アッパタンク１２Ａ内に異常圧力がかかることが抑制される。その結果、ラジエータ１２のアッパタンク１２Ａ内の圧力を最適な状態に維持できる。

また、本適用例に係る冷却装置１０では、異常圧力が発生した時にだけ冷却水をバイパスするので、ラジエータ１２の冷却性能を低下させることがない。また、補助配管１６の下流端１６Ｂが接続された接続箇所１８は、ポンプ１５の近傍であるため、アッパタンク１２Ａ内よりも圧力が低くなり、圧力差により冷却水が補助配管１６を流れやすくなる。この接続箇所１８へ冷却水をバイパスすることで、ポンプ１５近傍での圧力低下を抑制することができる。

本適用例に係る冷却装置１０では、サージタンク２０に第一プレッシャキャップ２３が設けられており、この第一プレッシャキャップ２３が冷却装置１０の圧力を規定値に調圧している。しかし、ラジエータ１２とサージタンク２０とが離間して設けられているため、車両の運転状況によっては、アッパタンク１２Ａの圧力が第一プレッシャキャップ２３の規定値よりも高い異常圧力になる場合がある。
具体的には、例えば運転ミスなどによりエンジンが高回転、高負荷等で運転されると、アッパタンク１２Ａに想定以上の圧力（異常圧力）が生じるおそれがある。この点、本適用例に係る冷却装置１０では、アッパタンク１２Ａに補助配管１６と第二プレッシャキャップ１７とが設けられているので、第一プレッシャキャップ２３の規定値よりも高い異常圧力が発生し得る運転状況においても、アッパタンク１２Ａ内に異常圧力がかかることが抑制される。

また、本適用例に係る冷却装置１０では、アッパタンク１２Ａの上部に第二プレッシャキャップ１７の取り付けることで、アッパタンク１２Ａ内に空気だまりが生じにくい。そのため、ラジエータ１２の冷却性能の低下やラジエータ１２へのダメージが抑制される。
そのうえ、本適用例に係る冷却装置１０では、第二プレッシャキャップ１７からアッパタンク１２Ａ内に冷却水を注水できる。すなわち、第二プレッシャキャップ１７を追加的に設けたことで注水箇所が増設されるので、注水作業の効率化を図ることができる。

［３．その他］
図３は、変形例に係る冷却装置１０′の側面図である。図３の冷却装置１０′は、第二プレッシャキャップ１７が備えられていない点が図１の冷却装置１０と異なり、その他は共通である。共通の事項には、図１の冷却装置１０と共通の符号を付与して、説明を省略する。
図３の冷却装置１０′では、補助配管１６′は、第二プレッシャキャップ１７を介さずに、アッパタンク１２Ａの上部に直接接続されている。この場合、アッパタンク１２Ａ内の冷却水の一部が補助配管１６′へ常時流れる（バイパスされる）。

変形例に係る冷却装置１０′によれば、アッパタンク１２Ａの上部に補助配管１６′を接続するだけの簡単な構成で、アッパタンク１２Ａ内での異常圧力の発生を抑制することができる。
補助配管１６′の流量は、補助配管１６′の管径と長さとにより設定される。そのため、補助配管１６′の管径と長さとは、アッパタンク１２Ａ内の異常圧力の抑制（すなわちバイパス流量の確保）と、冷却性能の確保（すなわちバイパス流量の抑制）とを両立する観点から設定される。補助配管１６の管径と長さとを適切に設定することで、アッパタンク１２Ａ内の異常圧力の抑制と冷却性能の確保とを両立することができる。

１０，１０′ 冷却装置
１１ エンジン
１２ ラジエータ
１２Ａ アッパタンク
１２Ｂ ロアタンク
１２Ｃ コア
１３ 循環経路
１３Ａ アッパ配管（第一配管）
１３Ｂ ロア配管（第二配管）
１３Ｃ バイパス配管（第三配管）
１３Ｄ 合流部
１４ サーモスタット
１５ ポンプ
１６，１６′ 補助配管
１７ 第二プレッシャキャップ
１７Ａ キャップ本体
１７Ｂ バネ
１７Ｃ 弁
１８ 接続箇所
１９ ラジエータ側パイプ
１９Ａ 内管
２０ サージタンク
２１ 取水配管
２２ 送水配管
２３ 第一プレッシャキャップ

Claims (1)

1. 内燃機関を冷却媒体により冷却する冷却装置であって、
   上方に設けられたアッパタンクと下方に設けられたロアタンクとを有しており、前記アッパタンクから前記ロアタンクへ前記冷却媒体が流れる過程で前記冷却媒体を冷却するラジエータと、
   前記内燃機関と前記ラジエータの前記アッパタンクとを接続しており前記内燃機関を冷却した前記冷却媒体を前記アッパタンクへ流すための第一配管と、前記ラジエータの前記ロアタンクと前記内燃機関を接続しており前記ラジエータを通過した前記冷却媒体を前記内燃機関へ流すための第二配管と、前記第一配管から分岐して前記第二配管に接続されており前記冷却媒体を前記ラジエータへ流さず前記第二配管へ迂回するための第三配管とを含む循環経路と、
   前記第二配管と前記第三配管との合流部に設けられており、前記循環経路内の前記冷却媒体の温度に応じて前記循環経路を開閉制御するサーモスタットと、
   前記第二配管において前記サーモスタットよりも下流側に設けられており、前記冷却媒体を循環させるためのポンプと、
   前記アッパタンクと前記第二配管において前記ポンプ及び前記サーモスタットの間に設けられた接続箇所とを接続し、前記アッパタンク内の前記冷却媒体の一部を前記接続箇所へバイパスする補助配管と、を備えた
   ことを特徴とする冷却装置。
   

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