JP5302608B2 - 内燃機関試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の試験に用いられる試験装置に関する。

内燃機関を試験する際に、冷却水の温度、流量および圧力を実際の走行時の条件と同等にするために、試験装置が用いられている。この試験装置は例えば、ラジエータと、ファンと、ラジエータとは別に設けられた熱交換器と、を有している。低速走行時を再現する場合、ラジエータおよびファンにより冷却水の冷却が行われる。高速走行時を再現する場合、ラジエータおよびファンに加えて、さらに熱交換器により冷却水の冷却を行う（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−７７１２９号公報

しかし、この試験装置では、ラジエータ、ファンおよび熱交換器を別々に配置しているため、装置が大型化する。
本発明の課題は、内燃機関試験装置の小型化を図ることにある。

本発明に係る内燃機関試験装置は、ラジエータと、冷却水供給部と、を備えている。ラジエータは内燃機関の第１冷却水を冷却する。冷却水供給部はラジエータに外側から第２冷却水を直接接触させる。冷却水供給部は、ラジエータの少なくとも一部を覆う部材であって第２冷却水がラジエータと接触しながら流れる冷却流路を形成するカバー部を有している。カバー部は、ラジエータの第１側に配置されラジエータの少なくとも一部を覆う第１カバー部と、ラジエータの少なくとも一部を挟み込むようにラジエータの第２側に配置された第２カバー部を有している。冷却流路は、第１カバー部および第２カバー部により形成されており、第２冷却水がラジエータの第１側および第２側を行き来できるように配置されている。
この内燃機関試験装置では、冷却水供給部により第２冷却水をラジエータに外側から直接接触させることができるため、ラジエータでの冷却効率を高めることができる。

これにより、本発明に係る内燃機関試験装置では、ラジエータとは別に熱交換器を設ける必要がなく、小型化を図ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
＜内燃機関試験装置の構成＞
図１および図２を用いて内燃機関試験装置１について説明する。図１は内燃機関試験装置１の全体構成図である。図２（Ａ）はラジエータ２およびカバー部３１の側面図である。図２（Ｂ）はラジエータ２およびカバー部３１の正面図である。
図１および図２に示すように、内燃機関試験装置１は、内燃機関９の第１冷却水を冷却するラジエータ２と、給水配管９１と、排水配管９２と、ラジエータ２に外側から第２冷却水を直接接触させる冷却水供給ユニット３（冷却水供給部の一例）と、を備えている。第２冷却水は第１冷却水とは別系統の冷却水である。
ラジエータ２は、給水配管９１および排水配管９２により内燃機関９に接続されており、上側集水管２１（第１集水管の一例）と、下側集水管２２（第２集水管の一例）と、１対のフレーム２３と、複数の冷却管２４と、複数のフィン２５と、を有している。本実施形態ではラジエータ２は縦流れ式である。

上側集水管２１は、給水側の集水管であり、給水配管９１により内燃機関９に接続されている。上側集水管２１は給水配管９１に接続された給水口２６を有している。下側集水管２２は、排水側の集水管であり、排水配管９２により内燃機関９に接続されている。下側集水管２２は排水配管９２に接続された排水口２７を有している。ラジエータ２が縦流れ式であるため、上側集水管２１および下側集水管２２は上下に配置されている。上側集水管２１および下側集水管２２は１対のフレーム２３により連結されている。一方のフレーム２３には第２冷却水を逃がすための孔２９が形成されている。
複数の冷却管２４は、上側集水管２１と下側集水管２２とを接続する配管であり、図２（Ｂ）では左右方向に並んで配置されている。冷却管２４同士の間には波形のフィン２５が配置されている。フィン２５は上側集水管２１から下側集水管２２まで延びている。上側集水管２１に流れ込んだ第１冷却水は、複数の冷却管２４を通って下側集水管２２に流れ込む。第１冷却水の保有する熱量の多くは冷却管２４を流れる際にラジエータ２の外部に放熱される。第１冷却水の保有熱量を放熱する主要な範囲をコア部Ｃとすると、コア部Ｃはフレーム２３、冷却管２４およびフィン２５により形成されている。ラジエータ２の冷却効率を高めるために、ラジエータ２に第２冷却水を直接接触させる冷却水供給ユニット３が設けられている。

冷却水供給ユニット３は、カバー部３１と、流量調整バルブ３２と、ポンプ３３と、第１タンク３４と、第２タンク３７と、を有している。
カバー部３１は、ラジエータ２の一部（より詳細には、コア部Ｃの一部）を覆う部分であり、第１カバー部３８と、第２カバー部３９と、を有している。第１カバー部３８および第２カバー部３９は、例えば鉄板により形成されている。カバー部３１の詳細については後述する。
ポンプ３３は、第１タンク３４に貯留された第２冷却水をカバー部３１により形成された冷却流路Ｐに供給する。流量調整バルブ３２は、ポンプ３３から供給された第２冷却水の流量を調整するためのバルブである。流量調整バルブ３２により、第１冷却水の条件に応じて第２冷却水の流量を手動あるいは自動で調節することができる。第２タンク３７にはラジエータ２およびカバー部３１が収容されている。カバー部３１の排水部３６（後述）から排出された第２冷却水を一時的に貯留する。第２タンク３７は第１タンク３４と配管により接続されている。第２タンク３７の排出口（図示せず）は、第１タンク３４の水面よりも上側に配置されているため、第２タンク３７に溜まった第２冷却水はヘッド差により第１タンク３４に戻る。第１タンク３４に戻った第２冷却水は、再度ポンプ３３によりカバー部３１に送られる。このように、ポンプ３３、第１タンク３４および第２タンク３７により、第２冷却水の循環系が構成されている。

＜カバー部３１の構成＞
第１カバー部３８は、ラジエータ２の第１側Ｓ１に配置されており、コア部Ｃの第１側Ｓ１のほとんどを覆うように１対のフレーム２３に固定されている。第２冷却水が漏れ出さないように、第１カバー部３８は、例えばシール溶接によりフレーム２３に固定されている。また、第１カバー部３８の下部は下側集水管２２にシール溶接されている。
第１カバー部３８は４つの第１カバーブロック３８ａを有している。第１カバーブロック３８ａは、コア部Ｃから第１側Ｓ１に突出した部分であり、コア部Ｃの幅方向（図２（Ｂ）の左右方向）全体にわたって延びている。図２（Ａ）に示すように、第１カバーブロック３８ａの断面形状は、概ねＣ字状である。第１カバーブロック３８ａとコア部Ｃとの間には、第２冷却水が流れる冷却流路Ｐの一部が形成されている。

４つの第１カバーブロック３８ａは上下方向に並んで配置されている。最下段に位置する第１カバーブロック３８ａには給水部３５が取り付けられている。給水部３５にはポンプ３３から第２冷却水が供給される。給水部３５は第１カバーブロック３８ａの幅方向の中央付近に配置されている。
第２カバー部３９は、ラジエータ２の第２側Ｓ２に配置されており、コア部Ｃの第２側Ｓ２の全面を覆うように１対のフレーム２３に固定されている。第２冷却水が漏れ出さないように、第２カバー部３９は、例えばシール溶接によりフレーム２３に固定されている。また、第１カバー部３８の上部および下部は上側集水管２１および下側集水管２２にそれぞれシール溶接されている。
第２カバー部３９は、第２下側カバーブロック３９ａと、３つの第２カバーブロック３９ｂと、を有している。第２下側カバーブロック３９ａおよび第２カバーブロック３９ｂは、コア部Ｃから第２側Ｓ２に突出した概ねＣ字状の部分であり、コア部Ｃの幅方向全体にわたって延びている。第２下側カバーブロック３９ａとコア部Ｃとの間には、第２冷却水が流れる冷却流路Ｐの一部が形成されている。第２カバーブロック３９ｂとコア部Ｃとの間にも、第２冷却水が流れる冷却流路Ｐの一部が形成されている。

３つの第２カバーブロック３９ｂは上下方向に並んで配置されている。最下部に位置する第２カバーブロック３９ｂの下側に、第２下側カバーブロック３９ａが配置されている。第２カバーブロック３９ｂの上下方向の寸法は、前述の第１カバーブロック３８ａと同じである。つまり、第２カバーブロック３９ｂは第１カバーブロック３８ａと同じ形状を有している。一方、第２下側カバーブロック３９ａの上下方向の寸法は、第２カバーブロック３９ｂおよび第１カバーブロック３８ａに比べて大きく、第２カバーブロック３９ｂの上下方向寸法の約１．５倍である。このため、第２カバーブロック３９ｂは、第１カバーブロック３８ａと上下方向に半分程度ずれた状態で配置されている。
また、最上段に位置する第１カバーブロック３８ａと上側集水管２１との間には隙間が確保されている。この隙間は第２冷却水が流れ出る排水部３６として機能し得る。この隙間の上下方向の寸法は第１カバーブロック３８ａの上下方向寸法の半分程度に設定されている。

このように、ラジエータ２のコア部Ｃは、第１カバー部３８および第２カバー部３９により概ね囲まれており、上側集水管２１、下側集水管２２、第１カバー部３８、第２カバー部３９および１対のフレーム２３により、第２冷却水が流れる冷却流路Ｐが形成されている。
さらに、第２下側カバーブロック３９ａの上下方向の寸法が大きく、かつ、第２カバーブロック３９ｂが第１カバーブロック３８ａと半分程度ずれた状態で配置されているため、図２（Ａ）に示すように、第２冷却水はラジエータ２の第１側Ｓ１および第２側Ｓ２を行き来しながら上側に流れていく。この第２冷却水の流れは、幅方向には概ね一様であり、第２冷却水は冷却管２４およびフィン２５を介して第１冷却水の熱量を奪って、排水部３６から第１カバー部３８の外側に流れ出る。

＜内燃機関試験装置の動作＞
冷却水供給ユニット３のポンプ３３を始動し、冷却水供給ユニット３によりラジエータ２に対する第２冷却水の供給を開始する。給水部３５に供給された第２冷却水は第１カバー部３８および第２カバー部３９内に形成された冷却流路Ｐを流れる。具体的には、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、ラジエータ２の第１側Ｓ１および第２側Ｓ２を行き来するように上側に向かって第２冷却水が流れる。第２冷却水が排水部３６から流れ出ると、第２タンク３７に一旦貯留され、第１タンク３４まで流れる。
冷却水供給ユニット３による第２冷却水の供給が安定した時点で、内燃機関９を始動する。内燃機関９の始動に伴い、冷却水ポンプ９３の運転が開始され、ラジエータ２内を第１冷却水が流れる。

上側集水管２１に流れ込んだ第１冷却水は、複数の冷却管２４を通って下側集水管２２に流れ込む。冷却管２４を流れている間に、冷却管２４およびフィン２５を介して第１冷却水および第２冷却水の間で熱交換が行われる。熱交換が行われる際に、第２冷却水がラジエータ２の第１側Ｓ１および第２側Ｓ２を行き来するように流れるため、第２冷却水がコア部Ｃと接触する時間を長くすることができる。また、第２冷却水の主な流れ方向が第１冷却水の主な流れ方向と反対方向であるため、第１冷却水と第２冷却水との流れが対向流となる。このため、熱交換の効率を高めることができる。
なお、第１冷却水をあまり冷却したくない場合は、第２冷却水の流量を流量調整バルブ３２により少なくする。第２冷却水の流量が少ない場合、フレーム２３に設けられた孔２９から第２冷却水が流れ出る。このため、第２冷却水は、排水部３６に到達することなく、孔２９の高さまでしか冷却流路Ｐ内に溜まらない。つまり、第２冷却水が接触するコア部Ｃの範囲を狭くすることができ、簡素な構成により第１冷却水の過冷却を防止できる。

＜特徴＞
以上に説明した内燃機関試験装置１の特徴を以下にまとめる。
（１）
この内燃機関試験装置１では、冷却水供給ユニット３によりラジエータ２に外側から第２冷却水を直接接触させることができるため、ラジエータ２での冷却効果を高めることができる。これにより、ラジエータ２とは別に熱交換器を設ける必要がなく、内燃機関試験装置１の小型化を図ることができる。
（２）
冷却流路Ｐがカバー部３１により形成されているため、ラジエータ２での冷却効率を簡素な構成により高めることができる。

（３）
第１カバー部３８がラジエータ２の第１側Ｓ１に配置されており、第２カバー部３９がラジエータ２の一部を挟み込むようにラジエータ２の第２側Ｓ２に配置されている。ラジエータ２の一部、第１カバー部３８および第２カバー部３９により、第２冷却水が流れる冷却流路Ｐが形成されている。冷却流路Ｐは、第２冷却水がラジエータ２の第１側Ｓ１および第２側Ｓ２を行き来できるように配置されている。これらの構成により、第２冷却水がラジエータ２と接触する時間を長くすることができ、ラジエータ２での冷却効率をさらに高めることができる。
（４）
カバー部３１内を流れる第２冷却水の流れ方向が複数の冷却管２４を流れる第１冷却水の流れ方向と概ね反対方向であるため、第１冷却水と第２冷却水との流れ方向が対向流となる。対向流とすることで、ラジエータ２での冷却効率を高めることができる。

ここで、「第２冷却水の流れ方向」とは、冷却流路Ｐ全体で考えた場合の第２冷却水が概ね向かっている方向である。「第２冷却水の流れ方向が第１冷却水の流れ方向と概ね反対方向である」には、ラジエータ２の冷却効率を高められる範囲内で第２冷却水の流れ方向が第１冷却水の流れ方向とずれている場合も含まれる。
（５）
孔２９により第２冷却水を逃がすことができるため、第２冷却水の流量が少ない場合、孔２９の高さまでしか冷却流路Ｐ内に第２冷却水が溜まらない。つまり、第２冷却水が接触するコア部Ｃの範囲を狭くすることができ、簡素な構成により第１冷却水の過冷却を防止できる。
（６）
冷却水供給ユニット３が第２タンク３７を有しているため、第２冷却水が第１タンク３４に戻るまでの時間を長くすることができ、第２冷却水が奪った熱量を外部に放熱するのを促進できる。

〔他の実施形態〕
本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
なお、前述の実施形態と実質的に同じ機能を有する構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
（Ａ）
前述の実施形態では、カバー部３１によりラジエータ２の第１側Ｓ１および第２側Ｓ２が覆われているが、ラジエータ２の片側だけにカバー部が配置されていてもよい。例えば図３に示すように、コア部Ｃの第１側Ｓ１にのみカバー部１３１が配置されていてもよい。この場合、給水部３５から供給された第２冷却水は冷却管２４およびフィン２５と接触しながらラジエータ２の第２側Ｓ２から排出される。つまり、排水部３６はラジエータ２の第２側Ｓ２全面に形成されている。

この場合であっても、第２冷却水がラジエータ２と直接接触しているため、ラジエータ２での冷却効果を高めることができ、内燃機関試験装置１の小型化が可能となる。
（Ｂ）
ノズルにより第２冷却水をラジエータ２に向かって噴射する構成であってもよい。例えば図４および図５に示すように、この冷却水供給ユニット２０３では、噴射ユニット２３１を有している。噴射ユニット２３１は、集水管２３３と、３本の分岐管２３２と、複数の噴射ノズル２３４と、を有している。１本の分岐管２３２には３つの噴射ノズル２３４が固定されている。３本の分岐管２３２は幅方向に等間隔で配置されている。３つの噴射ノズル２３４は上下方向に等間隔で配置されている。例えば、第２冷却水は噴射ノズル２３４から円錐状に噴射される。噴射された第２冷却水はラジエータ２のコア部Ｃと接触する。

この場合であっても、第２冷却水がラジエータ２に直接接触しているため、ラジエータ２での冷却効率を高めることができ、内燃機関試験装置１の小型化が可能となる。
（Ｃ）
孔２９がラジエータ２ではなくカバー部３１に形成されていてもよく、孔２９がラジエータ２およびカバー部３１の両方に形成されていてもよい。
また、孔２９に例えばバルブを取り付けて、孔２９を開閉可能にしてもよい。
（Ｄ）
前述のラジエータ２は縦流れ式であるが、ラジエータ２は横流れ式であってもよい。ラジエータ２が横流れ式であっても、前述のカバー部３１、カバー部１３１および噴射ユニット２３１は適用可能である。

本発明に係る内燃機関試験装置では小型化が可能となるため、本発明は内燃機関の分野において有用である。

内燃機関試験装置の全体構成図 （Ａ）ラジエータおよびカバー部の側面図、（Ｂ）ラジエータおよびカバー部の正面図 （Ａ）ラジエータおよびカバー部の側面図、（Ｂ）ラジエータおよびカバー部の正面図（他の実施形態） 内燃機関試験装置の全体構成図（他の実施形態） （Ａ）ラジエータおよびカバー部の側面図、（Ｂ）ラジエータおよびカバー部の正面図（他の実施形態）

符号の説明

１ 内燃機関試験装置
２ ラジエータ
２１ 上側集水管（第１集水管に一例）
２２ 下側集水管（第２集水管の一例）
２３ フレーム
２４ 冷却管
２５ フィン
２６ 給水口
２７ 排水口
２９ 孔
３ 冷却水供給ユニット（冷却水供給部の一例）
３１ カバー部
３８ 第１カバー部
３８ａ 第１カバーブロック
３９ 第２カバー部
３９ｂ 第２カバーブロック
３５ 給水部
３６ 排水部
３２ 流量調整バルブ
３３ ポンプ
３４ 第１タンク
３７ 第２タンク（ケースの一例）

Claims (4)

1. 内燃機関の試験装置であって、
   前記内燃機関の第１冷却水を冷却するラジエータと、
   前記ラジエータに外側から第２冷却水を直接接触させる冷却水供給部と、
   を備え、
   前記冷却水供給部は、前記ラジエータの少なくとも一部を覆う部材であって前記第２冷却水が前記ラジエータと接触しながら流れる冷却流路を形成するカバー部を有し、
   前記カバー部は、
   前記ラジエータの第１側に配置され前記ラジエータの少なくとも一部を覆う第１カバー部と、
   前記ラジエータの少なくとも一部を挟み込むように前記ラジエータの第２側に配置された第２カバー部を有しており、
   前記冷却流路は、前記第１カバー部および前記第２カバー部により形成されており、前記第２冷却水が前記ラジエータの前記第１側および前記第２側を行き来できるように配置されている、
   内燃機関試験装置。
2. 前記ラジエータは、前記第１冷却水が流れ込む第１集水管と、前記第１集水管に接続された複数の冷却管と、前記複数の冷却管に接続され前記複数の冷却管を流れる前記第１冷却水を集める第２集水管と、前記複数の冷却管に装着されたフィンと、を有しており、
   前記カバー部内を流れる前記第２冷却水の流れ方向は、前記複数の冷却管を流れる前記第１冷却水の流れ方向と概ね反対方向である、
   請求項１に記載の内燃機関試験装置。
3. 前記カバー部および前記ラジエータのうち少なくとも一方は、前記第２冷却水を逃がす少なくとも１つの孔を有している、
   請求項１又は２に記載の内燃機関試験装置。
4. 前記冷却水供給部は、前記ラジエータおよび前記カバー部を収容し前記カバー部から排出された前記第２冷却水を溜めることができるケースをさらに有している、
   請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関試験装置。

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