JP5556592B2

JP5556592B2 - 内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP5556592B2
Application number: JP2010242122A
Authority: JP
Inventors: 智章村松; 信峯竹内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: JP2012092771A

Description

本発明は、内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させるようにした冷却装置に関する。

一般に、車両に搭載される内燃機関の冷却装置には、内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させるためのラジエータ用循環路と、冷却水を流動させるためのウォーターポンプとが設けられている。

この冷却装置の冷却水は、内燃機関の熱で昇温するが、内燃機関の冷間運転時には内燃機関から取り出される低温の冷却水をラジエータに流さずに内燃機関に戻すことにより前記冷却水および内燃機関を昇温させるようにし、また、温間運転時には内燃機関から取り出される冷却水の熱をラジエータで発散させるようにしている。

また、前記冷却装置に、内燃機関と排気熱回収器との間で冷却水を循環させる排気熱回収用循環路を設け、この排気熱回収用循環路の途中に、ＥＧＲクーラやヒータコアなどの熱交換器を設置するようにしたものがある（特許文献１参照）。

排気熱回収器は、内燃機関から排気管に排出される排気ガスの熱を回収し、内燃機関の冷間運転時のように冷却水が低温の場合に、排気熱回収器で回収した熱を利用して冷却装置の低温の冷却水を早期に昇温させる。ＥＧＲクーラは、内燃機関に付設されるＥＧＲ装置のＥＧＲガスを冷却するもので、内燃機関から取り出される冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行う。ヒータコアは、車両室内に設置されて、内燃機関から取り出される冷却水の熱を車両室内に発散する。

前記特許文献１では、排気熱回収器が内燃機関よりも鉛直方向下側に配置されているとともに、ＥＧＲクーラおよびヒータコアが水平方向に並んだ状態で内燃機関よりも鉛直方向上側に配置されているようなレイアウトになっている。このような特許文献１の冷却装置では、その設置後に冷却水を充填するため、あるいは冷却水交換時に冷却水を充填するために、冷却水注水用のリザーブタンクを冷却装置の全構成要素のなかで最も高い位置に設置している。

特開２０１０−５９８８０号公報

上記特許文献１に係る従来例の冷却装置では、空の状態から冷却水を充填する際に、リザーブタンクから注水した冷却水が、内燃機関から排気熱回収用循環路の導入路と還流路の両方に流入して、この導入路と還流路の両方から排気熱回収器へと流入するようになっており、そのために、この排気熱回収器内に存在するエアが行き場を無くし、そこに残留する可能性がある。この状態で、仮にウォーターポンプを作動させたとしても、リザーブタンクの容積が前記エアの残留量よりも小さい場合には前記排気熱回収器から残留エアを取り除くことはできない。

これに対しては、例えば排気熱回収用循環路の適宜位置にエア抜き弁を設置することによって、前記残留エアを取り除くことが考えられるものの、その場合には設備コストが嵩むことが懸念される。

このような事情に鑑み、本発明は、内燃機関の冷却装置において、エア抜き弁を排除して設備コストを低減しながらも、冷却水を充填する際に、エアが残留する可能性を低くして冷却水を円滑に充填できるようにすることを目的としている。

本発明に係る内燃機関の冷却装置は、内燃機関よりも低い位置に設置されて内燃機関の冷却水と熱交換する第１熱交換器と、内燃機関のウォータージャケットのシリンダブロック側の入口寄りに設置されるウォーターポンプと、ウォーターポンプ作動時に内燃機関のウォータージャケットのシリンダヘッド側の出口から流出される冷却水を第１熱交換器に流入させるための導入路と、ウォーターポンプ作動時に第１熱交換器を通過した冷却水を前記ウォータージャケットのシリンダブロック側の入口に戻すための還流路と、前記導入路に設置される第２熱交換器と、前記還流路に設置される第３熱交換器と、内燃機関のウォータージャケットに冷却水を注水可能にかつ前記ウォータージャケットの上方位置からエアを回収可能に設置されるリザーブタンクとを備えている。そして、前記リザーブタンクは、前記各要素のなかで最も高い位置に配置され、前記第２熱交換器と前記第３熱交換器とは、水平方向に並んだ状態で、前記リザーブタンクと前記内燃機関との間の高さ位置に配置されている。前記導入路において第１熱交換器の入口寄り部位が、前記還流路において第１熱交換器の出口寄り部位よりも鉛直方向の下側に配置されている。前記第３熱交換器の鉛直方向下側部位と、前記導入路において前記第２熱交換器から第１熱交換器までの間とが連通路で接続されている。前記リザーブタンクの容積が、前記第２、第３熱交換器の各容積と、前記導入路において前記第２熱交換器の入口寄り領域および出口寄り領域の各容積と、前記還流路において前記第３熱交換器の入口寄り領域および出口寄り領域の各容積との合計より大きく設定されている。前記導入路において前記第２熱交換器の前記入口寄り領域および前記出口寄り領域とは、前記導入路において前記第３熱交換器に対する前記連通路の接続部よりも鉛直方向の上側に配置されている部分のことである。また、前記還流路において前記第３熱交換器の前記入口寄り領域および前記出口寄り領域とは、前記還流路において前記第３熱交換器に対する前記連通路の接続部よりも鉛直方向の上側に配置されている部分のことである。

この構成では、ウォーターポンプを作動させると、内燃機関のウォータージャケット内の冷却水が導入路から第２熱交換器、第１熱交換器、第３熱交換器の順に流れてから還流路を経て内燃機関のウォータージャケットに戻される。

ところで、前記構成において、空の冷却装置に新規に冷却水を充填する際には、リザーブタンクから冷却水を注水するのであるが、このリザーブタンクに注水される冷却水は、内燃機関のウォータージャケットのシリンダヘッド側の出口から流入されるようになる。

このウォータージャケット内の冷却水量が増加すると、その冷却水が還流路をウォーターポンプ作動時と逆向きに流れて第３熱交換器にその出口から流入するようになる。そして、第３熱交換器内に流入した冷却水が連通路を経て導入路に流入するようになって、第１熱交換器へと流れるようになる。このとき、連通路が第３熱交換器の鉛直方向下側部位に接続されていて、この接続部分が第３熱交換器の入口よりも低い位置にあるので、第３熱交換器に流入した冷却水は第３熱交換器の入口に流れずに、連通路に流れるようになるのである。

その一方で、内燃機関のウォータージャケットが冷却水で満たされると、この冷却水がウォータージャケットのシリンダヘッド側の出口からオーバーフローして導入路から第２熱交換器に流入するようになる。

このように第３熱交換器から連通路に流入する冷却水と第２熱交換器を通過する冷却水とが導入路を経て第１熱交換器に流入するようになるが、この第１熱交換器内の冷却水量が増加するにつれて、この冷却水が還流路をウォーターポンプ作動時と同じ向きに上昇して第３熱交換器に流入するようになる。この冷却水の上昇に伴い、第１熱交換器内に存在していたエアが第３熱交換器およびその周辺に集められるようになる。

このような状態になると、例えばリザーブタンクに注水される冷却水が水頭圧でウォータージャケット側に排出されなくなる。この状態では、リザーブタンクに近い高さ位置に配置される部分（第２、第３熱交換器と、第２循環路において第２、第３熱交換器の各入口寄り領域および各出口寄り領域とを含む）にエアが残留する。

そこで、本発明の前記構成を備えている場合には、前記したようにリザーブタンクに注水される冷却水が水頭圧でラジエータへ排出されなくなった段階で、ウォーターポンプを作動させることによって内燃機関のウォータージャケット内の冷却水を導入路へ強制的に送り込むようにすることが可能になる。

このようにすると、ウォーターポンプの吐出圧によって、前記リザーブタンクに近い高さ位置に配置される部分（第２、第３熱交換器と、第２循環路において第２、第３熱交換器の各入口寄り領域および各出口寄り領域とを含む）に残留しているエアが、還流路を経て内燃機関のウォータージャケットのシリンダブロック側の入口に送り込まれるようになるので、このウォータージャケット内をエアが上昇することによってリザーブタンクに排出されるようになる。このとき、本発明の前記構成ではリザーブタンクの容積を、前記エアの残留しやすくなる部分（第２、第３熱交換器と、第２循環路において第２、第３熱交換器の各入口寄り領域および各出口寄り領域とを含む）の合計容積より大きく設定しているから、リザーブタンクに流入するエアによってリザーブタンク内の冷却水がウォータージャケット側に排出されるようになる。これにより、前記残留エアとリザーブタンク内の冷却水とが入れ替わることになる。

このようなことから、空の冷却装置内に新規冷却水を円滑に充填することが可能になって、前記リザーブタンクに近い高さ位置に配置される部分（第２、第３熱交換器と、第２循環路において第２、第３熱交換器の各入口寄り領域および各出口寄り領域とを含む）にエアが残留する可能性を低くできるようになる。そのため、従来例で説明したようなエア抜き弁を不要化できるので、設備コストの低減に貢献できるようになる。

好ましくは、前記ウォーターポンプは、電動機により作動される電動式ウォーターポンプとされる。

この構成では、内燃機関を運転していない場合にも、ウォーターポンプを作動させることで、冷却水を内燃機関のウォータージャケットと第１熱交換器との間で循環させることが可能になる。

好ましくは、前記冷却装置は、さらに、ウォーターポンプ作動時に内燃機関のウォータージャケットのシリンダヘッド側の出口からラジエータに冷却水を流入させるための導入路と、ウォーターポンプ作動時にラジエータから内燃機関のウォータージャケットのシリンダブロック側の入口に冷却水を戻すための還流路と、この還流路において前記ウォーターポンプよりもラジエータ寄りに設置されかつ冷却水の温度が基準値より低いときに閉弁する一方で、冷却水の温度が基準値より高いときに開弁するサーモスタットとを備えている。

ここでは、内燃機関のウォータージャケットとラジエータとの間で冷却水を循環させる経路を備えるようにしている。そして、この構成では、冷却装置内に冷却水を充填した後でウォーターポンプを作動させた場合、冷却水の温度が基準値より低いときにはサーモスタットが閉弁するので、冷却水をラジエータで冷却せずに昇温させることが可能になる一方で、冷却水の温度が基準値より高くなると、サーモスタットが開弁するので、冷却水をラジエータで冷却することが可能になる。

また、前記サーモスタットにジグル弁を装備することができる。その場合には、サーモスタットが閉弁している状態でも、サーモスタットの上流側から下流側へエアや微量の冷却水を通過させることが可能になる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置は、エア抜き弁を排除して設備コストを低減しながらも、冷却水を充填する際に、エアが残留する可能性を低くして冷却水を円滑に充填することが可能になる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の一実施形態で、その全体の外観を示す側面図である。図１の冷却装置を模式的に示す図であり、冷間運転時における冷却水の流れを示している。図１の冷却装置を模式的に示す図であり、温間運転時における冷却水の流れを示している。図１の冷却装置を模式的に示す図であり、冷却水充填時における冷却水の流れを示している。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図４に、本発明の一実施形態を示している。先に、内燃機関の冷却装置の全体構成について説明する。

図中、１は内燃機関であり、この内燃機関１には、シリンダブロック１ａおよびシリンダヘッド１ｂを冷却水（例えばロングライフクーラントと呼ばれる不凍液）で冷却するための内部冷却通路としてウォータージャケット１ｃが設けられている。

ウォータージャケット１ｃの入口はシリンダブロック１ａの下側に設置されており、ウォータジャケット１ｃの出口はシリンダヘッド１ｂ側に設けられている。なお、ウォータージャケット１ｃの前記入口および出口とは、下記するウォーターポンプ４を作動させたときに冷却水が流れる方向を基準としている。

ウォータージャケット１ｃの出口には、ラジエータ２へ冷却水を送るための第１導入路３ａが接続されている。ウォータージャケット１ｃの入口には、ラジエータ２からシリンダブロック１ａ側のウォータージャケット１ｃに冷却水を戻すための第１還流路３ｂが接続されている。なお、第１導入路３ａは第１還流路３ｂよりも鉛直方向の上側に配置されている。

これにより、内燃機関１のウォータージャケット１ｃとラジエータ２との間で冷却水を循環させることが可能になっている。このように、第１導入路３ａと、第１還流路３ｂと、ウォータージャケット１ｃとが、内燃機関１とラジエータ２との間で冷却水を循環させるためのラジエータ用循環路を構成している。

第１還流路３ｂにおいて内燃機関１寄り位置には、冷却水を流動させるための電動式のウォーターポンプ４が設置されている。また、第１還流路３ｂにおいてウォーターポンプ４よりもラジエータ２寄り位置には、サーモスタット５が設置されている。

このサーモスタット５は、冷却水の温度が基準値より低いときに閉弁してラジエータ用循環路における冷却水循環を禁止する一方で、冷却水の温度が基準値より高いときに開弁してラジエータ用循環路における冷却水循環を許容する。

また、このサーモスタット５には、ジグル弁５ａが設けられている。このジグル弁５ａは、公知のように、冷却水に混入しているエアや少量の冷却水の通過を許容するものであり、サーモスタット５において冷却水流れ方向の上流側と下流側との圧力差が小さいときに開弁される一方、前記圧力差が大きいときに閉弁される。

そして、内燃機関１から排気ガスが排出される排気管６には、排気ガスの熱を利用して前記冷却水を加熱するための排気熱回収器７（請求項の第１熱交換器に相当）が設けられている。この排気熱回収器７は排気ガスから回収した熱を内燃機関１の冷却水と交換するようになっている。

この排気熱回収器７は内燃機関１のウォータージャケット１ｃに第２導入路８ａおよび第２還流路８ｂを介して連通されている。これにより、排気熱回収器７と内燃機関１のウォータージャケット１ｃとの間で冷却水を循環させることが可能になっている。

第２導入路８ａは、ウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口から排出される冷却水を排気熱回収器７へ送るように接続されている。第２還流路８ｂは、排気熱回収器７からウォータージャケット１ｃのシリンダブロック１ａ側の入口に冷却水を戻すように接続されている。なお、第２還流路８ｂは、この実施形態においてウォーターポンプ４の冷却水導入口に接続されている。第２導入路８ａにおいて排気熱回収器７の入口寄り部位は第２還流路８ｂにおいて排気熱回収器７の出口寄り部位より鉛直方向上側に配置されている。このように、第２導入路８ａと、第２還流路８ｂと、ウォータージャケット１ｃとが、内燃機関１と排気熱回収器７との間で冷却水を循環させるための排気熱回収用循環路を構成している。

この第２導入路８ａには、ヒータコア９（請求項の第２熱交換器に相当）が直列に接続されている。このヒータコア９は、公知のように、図示していない車両室内に設置されて、内燃機関１から取り出される冷却水の熱を前記車両室内に発散させる熱交換器である。

また、第２還流路８ｂには、ＥＧＲクーラ１０（請求項の第３熱交換器に相当）が直列に接続されている。このＥＧＲクーラ１０は、公知のように、内燃機関１に付設されるＥＧＲ装置（図示省略）のＥＧＲガスと内燃機関１から取り出される冷却水との間で熱交換を行うことにより、ＥＧＲガスを冷却する熱交換器である。

この実施形態において、ＥＧＲクーラ１０は、冷却水が充填される箱とされており、詳細に図示していないが、内部にＥＧＲガス配管の一部が収納されている。このＥＧＲクーラ１０の鉛直方向下側部位と、第２導入路８ａにおいてヒータコア９から排気熱回収器７までの間とが連通路１１で接続されている。この連通路１１は、第２導入路８ａにおいてヒータコア９から排気熱回収器７へ向かう途中部位に対して、三方分岐通路１２を介して接続されている。

なお、ＥＧＲクーラ１０と第２還流路８ｂとの接続状態について説明すると、この第２還流路８ｂは途中で分離されており、その上流側分離端がＥＧＲクーラ１０の入口１０ａに接続され、下流側分離端がＥＧＲクーラ１０の出口１０ｂに接続されている。前記上流側および下流側とは、ウォーターポンプ４の作動時に冷却水が流れる方向を基準にしている。

さらに、この実施形態では、内燃機関１の吸気通路（図示省略）に設けられるスロットルボディ１３を冷却するための冷却通路１４が設けられている。

この冷却通路１４は、内燃機関１のウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口と、第２還流路８ｂにおいてウォーターポンプ４の冷却水導入口寄り位置とに接続されていて、スロットルボディ１３の内部を通過するように設置されている。そのため、内燃機関１のウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口から排出されて冷却通路１４に流入される冷却水は、スロットルボディ１３との間で熱交換してから、ラジエータ２およびサーモスタット５を通過することなく内燃機関１のウォータジャケット１ｃに戻されるようになる。

このように、この実施形態の内燃機関１の冷却装置は、ラジエータ２、第１導入路３ａ、第２還流路３ｂ、ウォーターポンプ４、サーモスタット５、排気熱回収器７、第２導入路８ａ、第２還流路８ｂ、ヒータコア９、ＥＧＲクーラ１０、連通路１１、冷却通路１４などを備えた構成になっている。

さらに、この冷却装置には、冷却水を新規充填あるいは補填するためのリザーブタンク１５が設けられている。このリザーブタンク１５は、内燃機関１の運転中において、冷却装置内の冷却水の温度変化に伴う冷却水の体積変化を吸収するとともに、冷却水に混入しているエア（内燃機関１の運転に伴う冷却水の気化分など）を冷却水から分離させるような働きをする。

そして、リザーブタンク１５は、前記冷却装置を構成する各要素のなかで鉛直方向に最も高い位置に配置されている。このリザーブタンク１５において鉛直方向の略最下部位には、その内部の冷却水をラジエータ２に導入するための冷却水通路１６が設けられている。この冷却水通路１６は、この実施形態においてラジエータ２の略最上部位に接続されている。また、リザーブタンク１５の天井寄りの位置には、主として冷却装置内部のエアを回収するためのエア通路１７が設けられている。このエア通路１７は、内燃機関１のウォータージャケット１ｃの鉛直方向略最上部位に接続されている。さらに、リザーブタンク１５の天井には、冷却水の注水口１８が設けられており、この注水口１８には、キャップ１９が取り外し可能に取り付けられている。

ところで、ヒータコア９およびＥＧＲクーラ１０は、略同じような高さ位置に水平方向に並んだ状態で、リザーブタンク１５と内燃機関１との間の高さ位置に配置されている。

具体的に、ヒータコア９およびＥＧＲクーラ１０のそれぞれ鉛直方向の最上部位は、リザーブタンク１５の天井位置より低い位置に設置されている。図示例では、ヒータコア９およびＥＧＲクーラ１０の各最上部位が、リザーブタンク１５において鉛直方向の略中央の高さ位置に配置されている。

このリザーブタンク１５の容積は、図４の二点鎖線で囲む領域３０内に配置されるヒータコア９とＥＧＲクーラ１０と第２導入路８ａの一部と第２還流路８ｂの一部とにおける各容積の合計より大きく設定されている。

なお、前記領域３０内に配置される第２導入路８ａの一部とは、第２導入路８ａにおいてヒータコア９の入口寄り領域および出口寄り領域のことである。また、前記領域３０内に配置される第２還流路８ｂの一部とは、第２還流路８ｂにおいてＥＧＲクーラ１０の入口寄り領域および出口寄り領域のことである。また、第２導入路８ａにおいてヒータコア９の入口寄り領域および出口寄り領域とは、第２導入路８ａにおいてＥＧＲクーラ１０に対する連通路１１の接続部１０ｃよりも鉛直方向の上側に配置されている部分のことである。第２還流路８ｂにおいてＥＧＲクーラ１０の入口寄り領域および出口寄り領域とは、第２還流路８ｂにおいてＥＧＲクーラ１０に対する連通路１１の接続部１０ｃよりも鉛直方向の上側に配置されている部分のことである。

このように設定すると、例えば空の冷却装置に冷却水を充填する際、リザーブタンク１５から注水される冷却水を、ラジエータ２、内燃機関１のウォータージャケット１ｃ、排気熱回収器７とヒータコア９とＥＧＲクーラ１０との内部に円滑に流入させることが可能になって、第２導入路８ａにおいてヒータコア９の入口寄り領域および出口寄り領域と、第２還流路８ｂにおいてＥＧＲクーラ１０の入口寄り領域および出口寄り領域とにエアが残留する可能性を低下させることが可能になる。

次に、図２および図３を参照して、この実施形態で例示する内燃機関１の冷却装置における基本的な動作を説明する。

まず、内燃機関１の冷間運転時には、サーモスタット５が閉弁しているので、ウォーターポンプ４を作動すると、内燃機関１のウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口から送り出される冷却水は、第１導入路３ａからラジエータ２に流入せずに、図２の実線矢印で示すように、第２導入路８ａからヒータコア９を通過して排気熱回収器７に流れることになって、さらに第２還流路８ｂからＥＧＲクーラ１０に流れる。

このＥＧＲクーラ１０を通過した冷却水は、ウォーターポンプ４を経て内燃機関１のウォータージャケット１ｃのシリンダブロック１ａ側の入口に戻されるようになる。このように、排気熱回収用循環路内のみで冷却水が循環されるようになって、ラジエータ２に冷却水が流れないので、冷却水が冷却されずに昇温が促進されるようになる。このとき、排気熱回収器７では、内燃機関１から排出される排気ガスと冷却水との間で熱交換が行われるので、冷却水が加熱されるようになり、冷却水の昇温がさらに促進されるようになる。

なお、サーモスタット５が閉弁していても、サーモスタット５に設けられているジグル弁５ａが開くと、サーモスタット５の上流側から下流側へエアや少量の冷却水が流通するようになる。

このようにして、冷却水の温度が基準値よりも高くなると、サーモスタット５が開弁するので、前記冷間運転が終了して温間運転に移行することになる。

この温間運転では、ウォーターポンプ４を作動している間、図３の実線矢印で示すように、内燃機関１のウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口から取り出される冷却水がラジエータ用循環路と前記排気熱回収用循環路との両方で循環されるようになる。つまり、ウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口から取り出される冷却水は、第１導入路３ａからラジエータ２に流入され、このラジエータ２を通過することによって冷却されてから第１還流路３ｂを経てウォータージャケット１ｃのシリンダブロック１ａ側の入口に戻されるようになる。

なお、排気熱回収器７は、冷却水の温度が所定の上限値に到達するまでは排気ガスと冷却水との間で熱交換を行うことによって冷却水の昇温を促進するようになっているが、冷却水が前記上限値に到達すると、排気ガスと冷却水との熱交換を停止することによって冷却水の過剰昇温を防止するようになっている。このような排気熱回収用循環路内を流通する冷却水の熱は、ヒータコア９およびＥＧＲクーラ１０で消費されてから内燃機関１に戻される。

ところで、ウォーターポンプ４の作動は、図示していない電子制御ユニットによってデューティ制御される。具体的には、ウォータポンプ４に電力が供給される時間と電力が供給されない時間との比（デューティ比）が調節され、デューティ比が高い比率であるときほど、ウォータポンプ４への供給電力量が多くなってウォータポンプ４による冷却水の圧送量も多くなる。基本的には、機関回転速度（ＮＥ）が高いときほどウォーターポンプ４による冷却水の圧送量を多くするように前記デューティ比が高い比率に設定されるが、例えば内燃機関１の出口付近の冷却水温度（ＴＨＷ）が低いときや、外気温（ＴＨＡ）が低いときなどでは、ウォータポンプ４が無駄に運転されることを抑えるべく前記デューティ比が低い比率に設定される。

次に、図４を参照して、空の冷却装置に冷却水を充填する際の手順や様子を説明する。なお、図４において、実線矢印はウォーターポンプ４の作動前の冷却水の流れを、また、一点鎖線矢印はウォーターポンプ４の作動後の冷却水の流れを、さらに、二点鎖線矢印はエアの排出経路を示している。この冷却水の充填時には、サーモスタット５は閉弁しているものとする。

まず、リザーブタンク１５に冷却水を注水すると、図４の実線矢印で示すように、このリザーブタンク１５から冷却水通路１６を経てラジエータ２に冷却水が流入するようになる。その際、ラジエータ２内のエアが図４中の二点鎖線矢印で示すようにエア通路１７を経てリザーブタンク１５に回収される。

このようにしてラジエータ２内の冷却水量が増加すると、その冷却水が水頭圧によって第１導入路３ａを経てウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口と冷却通路１４と第２導入路８ａとに流入するようになる。このときの第１導入路３ａ内における冷却水の流れ方向は、内燃機関１の前記温間運転時とは逆向きになる。

まず、前記のようにウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口から流入した冷却水は、ウォーターポンプ４の作動時と逆向きに（下向き）に流れて、ウォータージャケット１ｃのシリンダブロック１ａ側の入口から流出するようになる。この冷却水は、ウォーターポンプ４内をその作動時と逆向きに通過して第１還流路３ｂに流れ込むようになる。

また、前記のように冷却通路１４に流入した冷却水は、第１還流路３ｂに流れ込むようになる。

この他、ラジエータ２内の冷却水が前記のように第１導入路３ａに流入する量に比べて少量であるものの、第１還流路３ｂからサーモスタット５のジグル弁５ａを通過してウォーターポンプ４へ向けて流れるようになる。

このような３つの経路から第１還流路３ｂに冷却水が流入するが、この第１還流路３ｂ内の冷却水量が増加するにつれて、この冷却水が第２還流路８ｂをウォーターポンプ４の作動時と逆向きに上昇してＥＧＲクーラ１０にその出口１０ｂから流入するようになる。

そして、ＥＧＲクーラ１０内に流入した冷却水は、ＥＧＲクーラ１０の入口１０ａから流出せずに、連通路１１から三方分岐通路１２を経て第２導入路８ａに流れ込むようになる。これは、ＥＧＲクーラ１０の入口１０ａよりもＥＧＲクーラ１０に対する連通路１１の接続部が鉛直方向で低い位置に設置されているからである。

その一方で、前記のようにラジエータ２から第１導入路３ａを経て第２導入路８ａに流入した冷却水は、ヒータコア９を通過して排気熱回収器７に流れ込むようになる。

このようにＥＧＲクーラ１０から連通路１１に流入する冷却水とヒータコア９を通過する冷却水とが第２導入路８ａを経て排気熱回収器７に流入するようになるが、この排気熱回収器７内の冷却水量が増加するにつれて、この冷却水が第２還流路８ｂをウォーターポンプ４の作動時と同じ向きに上昇してＥＧＲクーラ１０に流入するようになる。この冷却水の上昇に伴い、ヒータコア９および排気熱回収器７の内部に存在していたエアがＥＧＲクーラ１０およびその周辺に集められるようになる。

このようにしてＥＧＲクーラ１０に流入した冷却水がＥＧＲクーラ１０の出口１０ｂから排出されて第２還流路８ｂにおいてＥＧＲクーラ１０の出口１０ｂから内燃機関１のウォータージャケット１ｃの入口までの領域に存在している冷却水に合流するようになると、リザーブタンク１５に注水される冷却水が水頭圧でラジエータ２へ排出されなくなる。

この状態では、例えばリザーブタンク１５に近い高さ位置に配置される部分、つまり図４の二点鎖線で囲む領域３０内に配置されているＥＧＲクーラ１０と、第２還流路８ｂにおいてＥＧＲクーラ１０の入口寄り領域および出口寄り領域とにエアが残留する。その他、図４の二点鎖線で囲む領域３０内に配置されているヒータコア９と、第２導入路８ａにおいてヒータコア９の入口寄り領域および出口寄り領域とが、リザーブタンク１５に近い高さに配置されているために、この領域にもエアが残留する。

そこで、前記したようにリザーブタンク１５に注水される冷却水が水頭圧でラジエータ２に排出されなくなった段階で、ウォーターポンプ４を作動させるようにする。これにより、ウォーターポンプ４の吐出圧によって内燃機関１のウォータージャケット１ｃ内の冷却水が、第２導入路８ａに流入してヒータコア９と排気熱回収器７とＥＧＲクーラ１０とを通過して第２還流路８ｂからウォータージャケット１ｃのシリンダブロック１ａ側の入口に戻されるようになる他、冷却通路１４を通過してからウォータージャケット１ｃのシリンダブロック１ａ側の入口に戻される。

このような排気熱回収用循環路内での冷却水の流れによって、図４の二点鎖線で囲む領域３０内に残留しているエアがウォータージャケット１ｃのシリンダブロック１ａ側の入口に送り込まれるようになる。

この後、ウォータージャケット１ｃの入口に流入したエアがシリンダヘッド１ｂ側に上昇すると、エア通路１７を経てリザーブタンク１５に排出されるようになる。このとき、リザーブタンク１５の容積を、図４の二点鎖線で囲む領域３０内に配置されているヒータコア９とＥＧＲクーラ１０と第２導入路８ａの一部と第２還流路８ｂの一部とにおける各容積の合計より大きく設定しているから、リザーブタンク１５に流入するエアによってリザーブタンク１５内の冷却水がラジエータ２に排出されることになる。なお、ウォータージャケット１ｃのシリンダヘッド１ｂ側の出口に到達する冷却水は、再度、前記のように第２導入路８ａと冷却通路１４とに流される。

このようなことから、空の冷却装置内に新規冷却水を円滑に充填することが可能になって、図４の二点鎖線で囲む領域３０内にエアが残留する可能性を低くすることが可能になる。要するに、冷却装置内のエアを、リザーブタンク１５に注水される新規冷却水に円滑に入れ替えることが可能になる。そのため、従来例で説明したようなエア抜き弁を不要化できるので、設備コストの低減に貢献できるようになる。

このようにして、冷却装置内に冷却水を充填すると、最終的にリザーブタンク１５内に所定量の冷却水を貯留するように注水し、充填を終了する。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態では、空の冷却装置内に冷却水を充填する際に、従来例で説明したようなエア抜き弁を装備することなく、冷却装置内に冷却水を円滑に充填することが可能になって、リザーブタンク１５に近い高さ位置に配置される部分（ＥＧＲクーラ１０と、ヒータコア９と、第２循環路８においてＥＧＲクーラ１０およびヒータコア９の各入口寄り領域および各出口寄り領域とを含む）にエアが残留する可能性を低くすることが可能になる。

これにより、比較的安価で安定した性能を発揮できる内燃機関の冷却装置を提供できるようになる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態に示す冷却装置は、排気熱回収用循環路にヒータコア９およびＥＧＲクーラ１０などを設置した例を挙げているが、本発明は、これに限定されるものではなく、前記とは異なる種類の熱交換器を設置した構成にも適用することが可能である。

（２）上記実施形態に示す冷却装置は、スロットルボディ１３を冷却するための冷却通路１４を設置した例を挙げているが、本発明は、これに限定されるものではなく、前記冷却通路１４を排除した構成にも適用することが可能である。

本発明は、内燃機関１とラジエータ２との間で冷却水を循環させるためのラジエータ用循環路と、内燃機関１と第１熱交換器（排気熱回収器７）との間で冷却水を循環させるための熱交換路と、この熱交換路に設置される２つの熱交換器（ヒータコア９、ＥＧＲクーラ１０）と、リザーブタンク１５とを備え、かつ、第１熱交換器（排気熱回収器７）が内燃機関１の下側に設置され、リザーブタンク１５が冷却装置を構成する各要素のなかで最も高い位置に設置され、前記２つの熱交換器（ヒータコア９、ＥＧＲクーラ１０）が略横並びとされた状態で内燃機関１とリザーブタンク１５との間の高さ位置に設置される構成の冷却装置に適用することができる。

１内燃機関
１ｃ内燃機関のウォータージャケット
２ラジエータ
３ａ第１導入路
３ｂ第１還流路
４ウォーターポンプ
５サーモスタット
７排気熱回収器（第１熱交換器に相当）
８ａ第２導入路
８ｂ第２還流路
９ヒータコア（第２熱交換器に相当）
１０ＥＧＲクーラ（第３熱交換器に相当）
１０ａＥＧＲクーラの入口
１０ｂＥＧＲクーラの出口
１０ｃＥＧＲクーラに対する連通路の接続部
１１連通路
１２三方分岐通路
１５リザーブタンク
１６冷却水通路
１７エア通路

Claims

内燃機関よりも低い位置に設置されて内燃機関の冷却水と熱交換する第１熱交換器と、内燃機関のウォータージャケットのシリンダブロック側の入口寄りに設置されるウォーターポンプと、ウォーターポンプ作動時に内燃機関のウォータージャケットのシリンダヘッド側の出口から流出される冷却水を第１熱交換器に流入させるための導入路と、ウォーターポンプ作動時に第１熱交換器を通過した冷却水を前記ウォータージャケットのシリンダブロック側の入口に戻すための還流路と、前記導入路に設置される第２熱交換器と、前記還流路に設置される第３熱交換器と、内燃機関のウォータージャケットに冷却水を注水可能にかつ前記ウォータージャケットの上方位置からエアを回収可能に設置されるリザーブタンクとを備え、
前記リザーブタンクは、前記各要素のなかで最も高い位置に配置され、前記第２熱交換器と前記第３熱交換器とは、水平方向に並んだ状態で、前記リザーブタンクと前記内燃機関との間の高さ位置に配置され、
前記導入路において第１熱交換器の入口寄り部位が、前記還流路において第１熱交換器の出口寄り部位よりも鉛直方向の下側に配置され、
前記第３熱交換器の鉛直方向下側部位と、前記導入路において前記第２熱交換器から第１熱交換器までの間とが連通路で接続され、
前記リザーブタンクの容積が、前記第２、第３熱交換器の各容積と、前記導入路において前記第２熱交換器の入口寄り領域および出口寄り領域の各容積と、前記還流路において前記第３熱交換器の入口寄り領域および出口寄り領域の各容積との合計より大きく設定され、
前記導入路において前記第２熱交換器の前記入口寄り領域および前記出口寄り領域とは、前記導入路において前記第３熱交換器に対する前記連通路の接続部よりも鉛直方向の上側に配置されている部分のことであり、
また、前記還流路において前記第３熱交換器の前記入口寄り領域および前記出口寄り領域とは、前記還流路において前記第３熱交換器に対する前記連通路の接続部よりも鉛直方向の上側に配置されている部分のことである、ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、
前記ウォーターポンプは、電動機により作動される電動式ウォーターポンプとされる、ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
請求項１または２に記載の内燃機関の冷却装置において、
ウォーターポンプ作動時に内燃機関のウォータージャケットのシリンダヘッド側の出口からラジエータに冷却水を流入させるための導入路と、ウォーターポンプ作動時にラジエータから内燃機関のウォータージャケットのシリンダブロック側の入口に冷却水を戻すための還流路と、この還流路において前記ウォーターポンプよりもラジエータ寄りに設置されかつ冷却水の温度が基準値より低いときに閉弁する一方で、冷却水の温度が基準値より高いときに開弁するサーモスタットとを備えている、ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。