JP4370953B2 - 加圧式リザーバタンク - Google Patents

Description

本発明は、エンジン冷却水の流水経路に設けられる加圧式リザーバタンクに関する。

従来より、エンジンおよびラジエータ間をエンジン冷却水が循環するように流水経路を形成するとともに、ラジエータに対して並列に加圧式リザーバタンクを配設し、エンジン冷却水をラジエータとリザーバタンクにそれぞれ分流させるようにした構造が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平８−４２３４２号公報

上記のようにラジエータに対して並列に加圧式リザーバタンクを配設した場合、冷却性能を向上するためにはラジエータ側の冷却水量をできるだけ多くすることが好ましい。しかしながら、ラジエータ側の冷却水量を多くするためにリザーバタンク側の水路の径を絞ると、エンジンの熱によって発生した蒸気がエンジン停止時にリザーバタンクへ抜けにくい。

本発明による加圧式リザーバタンクは、タンク部と、タンク部の圧力を調整する調圧部と、エンジン冷却水冷却用の熱交換器をバイパスしたエンジン冷却水をタンク部に流入する流入部と、タンク部内のエンジン冷却水を流出する流出部と、タンク部側を流れるエンジン冷却水量の増加に伴い流入部の開度を減少させ、タンク部側を流れるエンジン冷却水量の減少に伴い流入部の開度を増加させる開度調整機構とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器をバイパスして流れるタンク部側のエンジン冷却水量の増加に伴い、タンク部にエンジン冷却水を流入するための流入部の開度を減少し、タンク部側を流れるエンジン冷却水の減少に伴い、流入部の開度を増加させるようにした。これにより、エンジン作動時に熱交換器側の通過流量が増加して冷却性能が向上するとともに、エンジン停止時にエンジンで発生した蒸気をタンク部に容易に導くことができる。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図３を参照して本発明による加圧式リザーバタンクの第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る加圧式リザーバタンクを有する冷却装置の構成を示す図である。エンジン１とラジエータ２は一対の管路３，４を介して接続され、これらはエンジン冷却水の循環経路を形成している。管路３，４からはそれぞれ管路６，７が分岐し、この管路６，７の間にラジエータ２に対して並列にリザーバタンク５が配設されている。リザーバタンク５はいわゆる加圧式リザーバタンクであり、リザーバタンク５に管路３からの圧力が作用する点で、圧力が作用しない開放式のリザーバタンクとは構成が異なる。なお、エンジン冷却水はヒータコアにも導かれるが、図１では図示を省略する。

管路４にはサーモスタット８が介装されている。サーモスタット８はエンジン冷却水温に応じて開閉し、エンジン冷却水温が所定値未満で閉じられ、所定値以上になると開放する。サーモスタット８が閉じられると、ウォーターポンプ９により圧送されたエンジン冷却水はラジエータ２に導かれることなく管路３，管路１０，管路４を介してエンジン１に環流する。

一方、サーモスタット８が開放すると、ウォーターポンプ９により圧送されたエンジン冷却水は管路３，ラジエータ２，管路４を介してエンジン１に環流するとともに、管路３内のエンジン冷却水の一部は管路６，リザーバタンク５，管路７を介して管路４に合流し、ラジエータ２をバイパスする。このときラジエータ２において、エンジン冷却水はラジエータ２のフィン部を通過する冷却空気と熱交換して冷却される。

図２は、第１の実施の形態に係るリザーバタンク５の構成を示す断面図である。リザーバタンク５は全体が略球状に形成されたタンク５０を有し、その上端部には調圧キャップ５１とオーバーフローパイプ５２が取り付けられている。調圧キャップ５１はタンク内の圧力を所定値以下に保つためのものであり、圧力が設定圧以上になると調圧キャップ５１が開いてタンク内の蒸気が外部に排出される。オーバーフローパイプ５２はタンク内の水位を所定値以下に保つためのものであり、水位が所定値以上になるとオーバーフローパイプ５２を介してタンク内の冷却水がオーバーフローする。

少なくともタンク５０の高さ方向中央よりも上方のタンク５０の周面にはインレットパイプ５３が水平方向に突設され、タンク５０の下端部にはアウトレットパイプ５４が鉛直方向下方に突設されている。インレットパイプ５３はタンク周面を貫通し、その先端部には上下端面が閉塞された略円筒状の円筒ピース５５が取り付けられ、インレットパイプ５３と円筒ピース５５はブラケットＢＲを介してタンク内壁から支持されている。円筒ピース５５の側面にはインレットパイプ５３の延長線上に一対の開口部５５ｂ，５５ｃが設けられ、開口部５５ｂ，５５ｃを介して円筒ピース５５の内部空間（シリンダ室５５ａ）とインレットパイプ５３とタンク５０とが互いに連通している。インレットパイプ５３とアウトレットパイプ５４にはそれぞれ図１の管路６，７が接続され、パイプ５３，５４を介してタンク５０にエンジン冷却水が流入および流出する。

タンク５０内のほぼ中央には、円筒ピース５５の下端部を貫通して上下動可能にロッド５６が設けられている。ロッド５６の上端部にはボール状のバルブ５７が固設され、ロッド５６の上下動に伴いバルブ５７が上下動し、開口部５５ｂ，５５ｃの開口面積、すなわちバルブ開度が変化する。バルブ５７の下方には、バルブ５７に対し常時上方への付勢力を及ぼすばね５８が介装されている。ロッド５６の下端部にはロッド５６に対して垂直に略円板状のプレート５９が固設され、プレート５９はアウトレットパイプ５４の通路に面している。

以上のように構成した第１の実施の形態に係るリザーバタンク５の動作を説明する。
エンジン１の停止時にはウォーターポンプ９が停止し、タンク内のエンジン冷却水の流れが停止する。このため、図２に示すようにばね５８の付勢力によりバルブ５７が上方に押し上げられ、バルブ５７は円筒ピース５５の上端面に当接する。このとき開口部５５ｂ，５５ｃの開口面積（バルブ開度）は最大である。

エンジン１の始動によりウォーターポンプ９が作動すると、サーモスタット８が閉じている間は管路３，管路１０、管路４を介してエンジン冷却水が流れる。エンジン冷却水温が所定値以上になるとサーモスタット８が開放し、管路３からラジエータ２にエンジン冷却水が流れるとともに、管路３内のエンジン冷却水の一部は管路６，インレットパイプ５３，開口部５５ｂ，５５ｃを介してタンク５０内に導かれる。タンク内に導かれたエンジン冷却水は下方のアウトレットパイプ５４に向かって流れ、タンク５０から流出した後、管路７を介して管路４に合流する。

このときタンク内のプレート５９の上面にはエンジン冷却水の流れによる水圧が作用する。これにより図３に示すようにバルブ５７がばね５８の付勢力に抗して押し下げられ、バルブ開度が減少する。その結果、タンク内に導かれるエンジン冷却水量が減少し、その分、ラジエータ２側のエンジン冷却水量が増加する。このためエンジン冷却水の冷却が促進され、冷却性能が向上する。

この状態でエンジン１の作動が停止すると、エンジン冷却水の流れが停止し、プレート５９に作用する水圧が減少する。これによりばね５８の付勢力によりバルブ５７が上方に押し上げられ、バルブ開度が増加する。その結果、エンジン１の熱によって発生した蒸気が開口部５５ｂ，５５ｃを通過しやすくなり、エンジン内の蒸気が開口部５５ｂ，５５ｃを介してタンク内の上部空間に溜まる。そして、タンク内の圧力が所定値以上になると、調圧キャップ５１が開いてタンク内に溜まった蒸気が外部に排出される。これによりウォーターポンプ９のキャビテーションを防止できる。

以上の第１の実施の形態に係る加圧式リザーバタンク５によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ラジエータ２に対して並列に加圧式リザーバタンク５を配設するとともに、タンク５０内にエンジン冷却水の流入量を制御するためのバルブ５７を内蔵し、エンジン作動時のエンジン冷却水の流れによりバルブ開度を減少、エンジン停止時にバルブ開度を増加するようにした。これによりエンジン作動時にラジエータ側の冷却水量が増加し、冷却性能が向上するとともに、エンジン停止時にエンジン内で発生した蒸気がタンク内へ抜けやすくなり、ウォーターポンプ９のキャビテーションを防止できる。
（２）タンク内にエンジン冷却水の水圧が作用するプレート５９を設け、プレート５９にバルブ５７を連結し、プレート５９の移動によりバルブ開度を変更するようにした。これにより電磁バルブ等の電気部品を設けることなく、簡易な構成によりバルブ開度を変更することができる。
（３）タンク５０内にバルブ５７およびバルブ調整機構としてのロッド５６，ばね５８，プレート５９を内蔵するので、タンク５０の外側にバルブ等を装着する必要がなく、配管の取り回しおよび組立性が容易であり、レイアウト性もよい。

−第２の実施の形態−
図４，５を参照して本発明による加圧式リザーバタンクの第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、タンク５０にインレットパイプ５３を１本だけ設けたが、第２の実施の形態では、２本設ける。図４は第２の実施の形態に係る加圧式リザーバタンクの要部構成を示す断面図であり、図５は図４のV-V線断面図である。なお、図２，３と同一の箇所には同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説明する。

リザーバタンク５の周面には一対のインレットパイプ５３１，５３２が同一の高さで互いに平行に突設されている。インレットパイプ５３１には、一端がラジエータ２の上部タンクに接続された管路（不図示）の他端が接続され、インレットパイプ５３２には、一端がエンジン上部の冷却水流路に接続された管路（不図示）の他端が接続されている。インレットパイプ５３１，５３２の先端部にはそれぞれ円筒ピース５５１，５５２が取り付けられ、インレットパイプ５３１，５３２と円筒ピース５５１，５５２はブラケットＢＲで支持されている。各円筒ピース５５１，５５２の側面にはそれぞれ一対の開口部５５ｂ，５５ｃが設けられ、これら開口部５５ｂ，５５ｃを介してインレットパイプ５３１とタンク内およびインレットパイプ５３２とタンク内がそれぞれ連通している。

タンク内には各円筒ピース５５１，５５２の下端部を貫通してそれぞれ上下動可能にロッド５６１，５６２が設けられ、ロッド５５１，５５２の下端部にプレート５９が固設されている。ロッド５６１の上端部にはボール状のバルブ５７１が固設され、ロッド５６２の上端部には円筒状のバルブ５７２が取り付けられている。バルブ５７１，５７２の下方にはそれぞればね５８が介装されている。

第２の実施の形態に係るリザーバタンク５は以下のように動作する。
図５に示すようにエンジン停止時にはばね５８の付勢力によってバルブ５７１，５７２が上方に押し上げられ、タンク入口のバルブ開度が最大である。エンジン１の始動によりウォーターポンプ９が作動すると、管路３内のエンジン冷却水の一部はラジエータ２を通過し、残りはインレットパイプ５３２を介してタンク内に導かれる。また、エンジン１からの冷却水の一部もインレットパイプ５３１を介してタンク内に導かれる。これによりタンク内のプレート５９の上面に水圧が作用し、バルブ５７１，５７２が下方に押し下げられ、バルブ開度が減少する。その結果、ラジエータ２を通過するエンジン冷却水量が増加し、エンジン冷却水の冷却性能が向上するとともに、ラジエータ側の冷却水量の増加によりラジエータ上部に気泡が溜まることを防止できる。この場合、バルブ５７２は円筒状なので、ボール状のバルブを用いた場合よりもバルブ開度の減少の程度は大きく、ラジエータ２の通過流量を効果的に増やすことができる。

エンジン１の作動が停止するとエンジン冷却水の流れが停止し、ばね５８の付勢力によりバルブ５７１，５７２が上方に押し上げられる。これによりタンク入口のバルブ開度が増加し、エンジン内の蒸気がタンク５０内に抜けやすくなる。また、複数のインレットパイプ５３１，５３２が設けられるので、注水時におけるラジエータ２，エンジン１，ヒータコアなどのエア抜きが容易となり、注水性が向上する。

このように第２の実施の形態では、タンク５０にインレットパイプ５３１，５３２を複数設け、エンジン作動時にエンジン冷却水の流れによりタンク入口のバルブ開度を減少し、エンジン停止時にバルブ開度を増加するようにした。これによりエンジン作動時にラジエータ２を通過する冷却水量が増加し、冷却性能が向上するとともに、エンジン停止時のエア抜きが容易になり、注水性も向上する。

なお、エンジン冷却水の流水経路の異なる箇所にインレットパイプ５３１，５３２を接続するのであれば、インレットパイプ５３１，５３２をラジエータ上部，エンジン上部以外に接続してもよい。タンク５０に３本以上のインレットパイプを設けてもよい。流入部としてのインレットパイプ５３、５３１，５３２の取付位置と開口部５５ｂ、５５ｃの形状、ならびに流出部としてのアウトレットパイプ５４の取付位置は上述したものに限らない。

実施の形態では、エンジン作動時にタンク５０内のプレート５９がエンジン冷却水の流れによる力を受けてバルブ５７を移動し（バルブ開度減少）、エンジン停止時にばね５８の付勢力によりバルブ５７を移動するようにした（バルブ開度増加）。しかし、タンク５０側を流れるエンジン冷却水量の増加に伴いバルブ開度を減少させ、タンク５０側を流れるエンジン冷却水量の減少に伴いバルブ開度を増加させるのであれば、これ以外に開度調整機構を構成してもよい。例えば、バルブ５７をタンク５０に内蔵するのではなく、外付けしてもよい。タンク５０側を流れる冷却水量に応じてバルブ開度を電気的に制御してもよい。

バルブ部材としてのバルブ５７，５７１，５７２の形状は上述したものに限らない。バルブ開度を減少するだけでなく、バルブを閉じるようにしてもよい。調圧部としての調圧キャップ５１の構成は上述したものに限らない。ばね５８によりエンジン停止時にバルブ５７の位置を復帰するようにしたが、ばね以外を用いてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の加圧式リザーバタンクに限定されない。

本発明の実施の形態に係る加圧式リザーバタンクを有する冷却装置の構成を示す図。 第１の実施の形態に係る加圧式リザーバタンクの構成を示す断面図。 図２の加圧式リザーバタンクの一動作を示す断面図。 第２の実施の形態に係る加圧式リザーバタンクの構成を示す断面図。 図４のV-V線断面図。

符号の説明

１ エンジン
２ ラジエータ
５ 加圧式リザーバタンク
５０ タンク
５１ 調圧キャップ
５３ インレットパイプ
５４ アウトレットパイプ
５５ｂ，５５ｃ 開口部
５６ ロッド
５７ バルブ
５８ ばね
５９ プレート

Claims (4)

1. タンク部と、
   前記タンク部の圧力を調整する調圧部と、
   エンジン冷却水冷却用の熱交換器をバイパスしたエンジン冷却水を前記タンク部に流入する流入部と、
   前記タンク部内のエンジン冷却水を流出する流出部と、
   前記タンク部側を流れるエンジン冷却水量の増加に伴い前記流入部の開度を減少させ、前記タンク部側を流れるエンジン冷却水量の減少に伴い前記流入部の開度を増加させる開度調整機構とを備えることを特徴とする加圧式リザーバタンク。
2. 請求項１に記載の加圧式リザーバタンクにおいて、
   前記開度調整機構は、前記タンク部を流れるエンジン冷却水の力を受けて前記流入部の開度を減少するように移動するバルブ部材を有することを特徴とする加圧式リザーバタンク。
3. 請求項１または２に記載の加圧式リザーバタンクにおいて、
   前記開度調整機構は、前記タンク部に内蔵されることを特徴とする加圧式リザーバタンク。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の加圧式リザーバタンクにおいて、
   前記タンク部がエンジン冷却水の流水経路の異なる箇所にそれぞれ連通するように前記流入部が複数設けられ、これら複数の流入部に前記開度調整機構がそれぞれ設けられることを特徴とする加圧式リザーバタンク。

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