JP5782702B2

JP5782702B2 - エンジン冷却システム

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Publication number: JP5782702B2
Application number: JP2010241042A
Authority: JP
Inventors: 石川　英治; 英治石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: JP2012092751A

Description

本発明は、エンジン冷却システム、特に密閉式の冷却水系内において冷却液を強制循環させるときに冷却液中の気泡と冷却液を気液分離させるのに適したエンジン冷却システムに関する。

水冷式エンジンを冷却するエンジン冷却システムにおいては、一般に、ラジエータやサーモスタットを有する冷却経路内の冷却液をウォータポンプにより強制循環させるとともに、圧力調整弁を内蔵するラジエータキャップを用いることで、運転中の温度上昇により体積増加する冷却液を加圧してその沸点を高めるようになっている。また、従前は、エンジン運転時に体積増加分の冷却液をラジエータキャップ付近でオーバーフローさせるものが多用されていたが、近時、冷却液温度が高いときには体積増加分の冷却液をリザーブタンク側に流出させて貯留し、冷却液温度が低下するときに圧力調整弁を通しリザーブタンク側からラジエータ内に冷却液を補充させる簡易密閉型のものが多用されている。さらに、ラジエータキャップに相当する圧力調整弁付きのキャップをリザーブタンク側に配置し、リザーブタンク内に冷却液の体積変化を吸収可能な空気溜まりを形成することで、圧力調整弁の開閉頻度を低下させて冷却経路の内圧の安定性を向上させるとともに、冷却経路内で生じる気泡をリザーブタンク内で冷却液から効率良く気液分離できるようにした完全密閉式のものも使用されている。

このように冷却経路内の冷却液から気泡を分離させるエンジン冷却システムとしては、例えば、リザーブタンクの下部に膨出部を設けて、リザーブタンク内の冷却液の液面を水平断面積が狭くなるタンク上部側に制限するようにし、下部側の配管接続部が冷却液の液面上に露出するのを防止するようにしたり、さらに、そのリザーブタンクの配管接続部に形成される流入口から流出口までの間における冷却液の流れの経路が長くなるようにリザーブタンク内を仕切る隔壁を設けて、気液分離性能を高めるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、横流れタイプ（クロスフロータイプ）のラジエータの左右両側のラジエータタンクの上端部に接続されつつ左右方向に延びるリザーブタンクと、そのリザーブタンクの内部を上方側の空気溜り室と下方側の液溜り室とに区画するとともに、冷却液入口側の一端部の近傍に両室を連通させる小穴が形成された気液分離用の遮蔽板と、を備え、小穴を通したラジエータタンク側から液溜り室（遮蔽板の上方の空間）へのエアの抜けを可能にする一方で、冷却液面の傾斜による液溜り室側からラジエータタンク側へのエアの流れ込みを遮蔽板により抑制するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、ダウンフロータイプのラジエータのアッパタンクにリザーブタンクを接続するとともに、そのアッパタンクからサーモスタットの近傍へとラジエータをバイパスするホースを設けて、始動直後でサーモスタットが閉じているときでもアッパタンク内でのエア抜き作業が実行できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

加えて、ラジエータのアッパタンクに接続するリザーブタンクに加圧キャップを設けるとともに、ラジエータのアッパタンクには迅速な注水ができるよう注水口とその密閉栓を設けたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。

なお、エンジン冷却システムではないが、電気モータのジャケットの上部にジャケット内通路と外部の冷却液通路とを接続するとともに気液分離が可能なヘッダタンクを備えるものが知られている（例えば、特許文献５参照）。

冷却液としては、例えば、ＪＩＳＫ２２３４（engine antifreeze coolants）２種のロング・ライフ・クーラント（エチレン・グリコールに防錆剤、防食剤、酸化抑制剤、凍結防止剤等を添加したもの；以下、ＬＬＣという）と水の混合液が使用されている。

特開２００８−１９０４４３号公報特開２００２−０３８９４５号公報特開２００２−００４８５８号公報特開２００５−１８８３８１号公報特開２００２−１２０５７０号公報

しかしながら、上述のような従来のエンジン冷却システムにあっては、冷却液中に細かい気泡が発生すると、その気泡がラジエータタンク内からリザーブタンク側に到達し難くなっていた。また、冷却液中に非常に細かい気泡が発生した場合には、特許文献１に記載のようにリザーブタンク内での気液分離性能を高めるような対策を実施しても、その非常に細かい気泡がリザーブタンクをそのまま通過してしまう可能性があった。そのため、細かい気泡が混入した冷却液が冷却液通路内を循環し、冷却液が乳濁した状態になってしまうことがあり、エンジンの冷却効率が著しく低下する場合があった。

そればかりか、冷却液が乳濁した状態になると、ヒータコア内の冷却液の流動音が車両のキャビン内に響いてしまったり、酸素と水蒸気の増加によってラジエータ等の劣化や錆の発生を招き易くなっていた。さらに、キャビテーションやエロージョンを招き易くなるという問題もあった。

そこで、本発明は、冷却液に混入した細かい気泡を冷却液から効率良く分離させることでエンジンの冷却効率を高めることができ、微小気泡の混入に起因する冷却水系の各種不具合を解消することのできるエンジン冷却システムを提供するものである。

本発明に係るエンジン冷却システムは、上記課題解決のため、（１）エンジンの冷却液を密閉した冷却液通路を通して強制循環させる密閉式の冷却水系と、前記冷却液の熱を空気との熱交換により排出させるラジエータと、内部に前記冷却液の一部を貯留した液溜り部および該液溜り部の上方に位置する空気溜り部を形成し、前記冷却水系内の冷却液の体積変化に応じて前記冷却液の貯留量を変化させるリザーブタンクと、を備えたエンジン冷却システムであって、前記冷却液通路のうち特定通路区間における下流側ほど通路断面積が拡大するよう傾斜した内壁面を有し、前記冷却液中の気泡を前記特定通路区間内の下流側および鉛直方向上方側に集合させる気体捕集管を具備し、前記気体捕集管の前記内壁面の鉛直方向上端部付近に前記リザーブタンクの内部に連通する連通口が形成されていることを特徴とする。

この発明のエンジン冷却システムでは、冷却液通路の特定通路区間を形成する気体捕集管中において、冷却液中の気泡が特定通路区間内の下流側および鉛直方向上方側に集合しつつ一体化して大きな気泡に変化することから、気体捕集管の内壁面の鉛直方向上端部付近に開口する連通口を通してリザーブタンク側に到達し易くなる。したがって、細かい気泡が混入した冷却液が冷却液通路内を循環し難くなり、エンジンの冷却効率が低下することが有効に抑制されるとともに、微小気泡の混入に起因する冷却水系の各種不具合を解消することが可能となる。

上記（１）記載のエンジン冷却システムにおいては、（２）前記リザーブタンクが、前記強制循環中の前記冷却液の一部を導入および排出するとともに該導入した冷却液から該冷却液中の気泡を分離させるよう気液分離室を有していることが望ましい。この構成により、特定通路区間内の下流側および鉛直方向上方側に集合しながら徐々に一体化して大きくなった気泡が気体捕集管の連通口を通してリザーブタンク側に容易に到達し、リザーブタンク内での気液分離により冷却液中から除去される。したがって、気液分離性能がより向上することになる。

上記（２）記載のエンジン冷却システムは、好ましくは、（３）前記ラジエータが、前記冷却液を導入するラジエータタンクと、該ラジエータタンクから分配される冷却液を通過させるラジエータコアと、を有し、前記気体捕集管が、前記ラジエータタンクの一部によって構成されているものである。この場合、気体捕集管を別に設ける必要がなく、コストや組立て工数を増加させることなく、気液分離性能に優れたエンジン冷却システムを提供できることになる。

上記（３）記載のエンジン冷却システムにおいては、（４）前記ラジエータタンクが前記ラジエータコアの上方で略水平方向に延在するアッパタンクを構成するとともに、前記ラジエータコアがダウンフロー型のチューブを有し、前記ラジエータタンクの一部によって形成される前記気体捕集管の前記内壁面が、少なくとも天井側部分で上下方向に傾斜していることが好ましい。これにより、ダウンフロー型のラジエータのアッパタンク内に比較的長い特定通路区間を容易に確保できる。したがって、アッパタンク内の冷却液に細かい気泡が混入していても、気体捕集管内での気泡の捕集およびリザーブタンク内での気液分離により、細かい気泡が冷却水系を循環する冷却液中から確実に除去される。

上記（４）記載のエンジン冷却システムにおいては、（５）前記ラジエータタンクが、前記特定通路区間より下流側の通路区間で前記特定通路区間とは逆方向に傾斜した下流側天井壁面を有していることが好ましい。この場合、エンジンの運転中に特定通路区間より下流側のアッパタンク内の下流端側角部に空気が溜まったとしても、エンジンが停止すると、その気泡が気体捕集管の連通口側に移動することから、再始動時にその気泡がリザーブタンク側に容易に導入され、リザーブタンク内での気液分離により冷却液中から除去される。

上記（４）または（５）記載のエンジン冷却システムにおいては、（６）前記ラジエータタンクの内部に、該ラジエータタンク内に流入した冷却液を前記特定通路区間に導く上流側通路区間と、前記特定通路区間を通過した冷却液を通す下流側通路区間と、前記特定通路区間とがそれぞれ形成され、前記上流側通路区間、前記下流側通路区間および前記特定通路区間のそれぞれから前記ラジエータコア側に前記冷却液を分配する複数の開口が形成されているのがよい。この構成により、アッパタンク内の冷却液中の気泡をより的確に特定通路区間内の下流側および鉛直方向上方側に集合させることができ、気液分離性能がより向上することになる。なお、前記特定通路区間が前記上流側通路区間および前記下流側通路区間より長くなっているのがより好ましい。

上記（３）記載のエンジン冷却システムにおいては、（７）前記ラジエータタンクが、前記ラジエータコアの水平方向一方側に位置する入口側ラジエータタンクによって構成されるとともに、前記ラジエータコアがクロスフロー型のチューブを有し、前記入口側ラジエータタンクによって構成される前記気体捕集管の前記内壁面が、少なくとも水平方向外方側の側壁の上部で水平方向外方側に傾斜しているものであってもよい。この場合、クロスフロー型のラジエータの入口側ラジエータタンク内（特に、冷却液入口より上方側）に比較的長い特定通路区間を容易に確保でき、冷却液中の細かい気泡でも特定通路区間内の下流側および鉛直方向上方側に集合しながら徐々に一体化して大きくなり、気液分離が容易な状態で気体捕集管の連通口を通してリザーブタンク側に到達する。したがって、アッパタンク内の冷却液に細かい気泡が混入していても、気体捕集管内での捕集およびリザーブタンク内での気液分離により、細かい気泡が冷却液中から確実に除去される。

上記（２）記載のエンジン冷却システムにおいては、（８）前記気体捕集管が、前記密閉した冷却液通路の一部を構成する冷却液ホースの途中に装着されているものであってもよい。この場合、既存の完全密閉式のエンジン冷却システムに容易に気体捕集管を追加して、その気液分離性能を高めることができるし、気体捕集管を構成する部品を共用化できる。

本発明によれば、冷却液通路の特定通路区間を形成する気体捕集管中で、冷却液中の気泡が特定通路区間内の下流側および鉛直方向上方側に集合しつつ一体化して大きな気泡に変化し、気体捕集管の連通口を通して気液分離の容易な気泡サイズでリザーブタンク側に到達するようにしているので、冷却液に混入した細かい気泡を冷却液から効率良く分離させることでエンジンの冷却効率を高めることができ、微小気泡の混入に起因する冷却水系の各種不具合を解消することのできるエンジン冷却システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジン冷却システムの概略ブロック構成図である。本発明の第１実施形態に係るエンジン冷却システムの概略側面図である。本発明の第１実施形態に係るエンジン冷却システムにおけるラジエータのアッパタンクの概略正面断面図である。本発明の第２実施形態に係るエンジン冷却システムの要部の概略構成図である。本発明の第３実施形態に係るエンジン冷却システムにおけるラジエータ付近を示すその要部概略構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３は本発明のエンジン冷却システムの第１実施形態を示している。

なお、本実施形態のエンジン冷却システムは、車両に搭載された水冷式内燃機関であるエンジンの冷却液を冷却するものであって、本発明をダウンフロー型のラジエータを備えたエンジン冷却システムに適用したものである。

まず、その構成について説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態のエンジン冷却システム１は、エンジン１１の内部に形成されたウォータジャケット１１ｗ（冷却液通路の一部）と、ダウンフロー型のラジエータ１２と、エンジン１１およびラジエータ１２の間に介装されたラジエータ入口側ホース１３およびラジエータ出口側ホース１４（本実施形態では、アッパホースおよびロワホース）と、エンジン１１のウォータジャケット１１ｗの上流端側に配置されたウォータポンプ１５と、そのウォータポンプ１５の吸入側に配置されたボトムバイパス弁付のサーモスタット１６と、圧力調整弁付のタンクキャップ２２を有する密閉式のリザーブタンク２０と、を備えている。このエンジン冷却システム１は、エンジン１１の冷却液を密閉した冷却液通路３１を通してウォータポンプ１５により強制循環させるとともに、リザーブタンク２０の内部を冷却液通路の一部として加圧状態にする完全密閉式の冷却水系３０を構成している。

ラジエータ１２は、エンジン１１のウォータジャケット１１ｗを通った冷却液の熱を空気との熱交換により排出させる熱交換器であり、車両の走行あるいは図示しないクーリングファンの回転に伴う車両前方からの空気の流れに冷却液の熱を移動させることができる。このラジエータ１２は、エンジン１１のウォータジャケット１１ｗを通った冷却液を導入する入口側のアッパタンク１２ａと、熱交換による冷却後の冷却液をエンジン１１側に戻す出口側のロワタンク１２ｂと、これらアッパタンク１２ａおよびロワタンク１２ｂの間に配置されたダウンフロー型のラジエータコア１２ｃと、を有している。ここで、ラジエータコア１２ｃは、図１に部分的に略示するように、アッパタンク１２ａから分配される冷却液を略鉛直方向に通過させる複数の冷却チューブ１２ｃｔおよびその冷却チューブ１２ｃｔに一体に結合された複数の冷却フィン１２ｃｆによって構成されている。

ラジエータ入口側ホース１３およびラジエータ出口側ホース１４は、エンジン１１内のウォータジャケット１１ｗと冷却液通路３１のうちラジエータ１２内の熱交換通路部分（図示せず）を連通させるよう、エンジン１１の冷却液入口１１ａおよび冷却液出口１１ｂとラジエータ１２のアッパタンク１２ａおよびロワタンク１２ｂとをそれぞれ接続する耐熱性・耐圧性のある配管である。

ウォータポンプ１５は、エンジン１１からの動力により回転するようエンジン１１に内蔵され、エンジン１１内からラジエータ入口側ホース１３を通してラジエータ１２に高温の冷却液が流入し、ラジエータ１２での熱交換により冷却された冷却液がラジエータ出口側ホース１４を通してエンジン１１側に供給される冷却液通路３１内の所定の循環経路で、あるいは更にエンジン１１からヒータ用配管１８ａ，１８ｂおよび車室側ヒータコア１９（ヒータ用熱交換器）内を通して、冷却液を循環させるようになっている。また、サーモスタット１６は、ウォータポンプ１５の吸入側に配置され、冷却液温度に応じてラジエータ１２のロワタンク１２ｂに連通するメインバルブ部分を開閉させることで、ラジエータ出口側ホース１４を通る冷却液の流量を調節することができるようになっており、冷却水温度（冷却液温度）が低い冷間時にはそのメインバルブ部分を閉弁させてラジエータ出口側ホース１４を通る冷却液の流量を制限するとともに、バイパス弁部分を開弁動作させることで、エンジン１１の冷却液出口１１ｂ側からウォータポンプ１５の吸入側に延びるバイパス通路３２を開通させ、エンジン１１のウォータジャケット１１ｗを通過した冷却液を再度エンジン１１内に還流させることができるようになっている。

なお、ラジエータ入口側ホース１３、ラジエータ出口側ホース１４、ウォータポンプ１５およびサーモスタット１６は、それぞれ公知のものと同様である。

リザーブタンク２０は、リザーブタンク接続配管２９ａ，２９ｂを介してラジエータ１２のアッパタンク１２ａと、ラジエータ１２のロワタンク１２ｂからウォータポンプ１５の吸入側、例えばサーモスタット１６のメインバルブ部分の上流側とに、それぞれ配管接続されている。

また、リザーブタンク２０は、その上部に冷却液を注入する図示しない注水口が形成され、注入された冷却液をその上方の空気と共に貯留するタンク本体２１と、注水口を密閉するようにタンク本体２１の注水口付近に着脱可能に設けられた公知の圧力調整弁付のタンクキャップ２２と、を有している。

なお、詳細を図示しないが、タンクキャップ２２に内蔵される圧力調整弁は、冷却液の温度上昇および膨張によりリザーブタンク２０内の圧力が予め設定された上限圧力に達するときに開弁して空気溜り部２０ｂの空気の一部を大気中に排出する機能と、冷却液の温度低下および収縮によりリザーブタンク２０内の圧力が大気圧以下に低下しようとするときに開弁してリザーブタンク２０内が負圧になるのを防ぐ機能とを発揮する公知のものである。

図２に示すように、このリザーブタンク２０は、内部に冷却液の一部を貯留した液溜り部２０ａおよびその液溜り部２０ａの上方に位置する空気溜り部２０ｂを形成し、冷却水系３０内の冷却液の体積変化に応じて液溜り部２０ａにおける冷却液の貯留量を変化させるようになっている。また、リザーブタンク２０のタンク本体２１には、一端側でラジエータ１２のアッパタンク１２ａに配管接続された円筒状の第１連通管部２３の他端部と、一端側でサーモスタット１６のメインバルブ部分の上流側に配管接続された第２連通管部２４の他端部とが接続されており、これら第１連通管部２３および第２連通管部２４の他端部同士はリザーブタンク２０内における冷却液の通過方向に所定距離だけ離間している。

このリザーブタンク２０は、ウォータポンプ１５による強制循環中の冷却液の一部を導入および排出するとともに、導入した冷却液中の気泡をその冷却液から分離させる気液分離室２５を形成しており、その気液分離室２５は、ラジエータ１２をバイパスする第２のバイパス通路３３の一部を形成することで、加圧・密閉される冷却液通路３１の一部を構成している。

一方、本実施形態においては、ラジエータ１２のアッパタンク１２ａの一部によって、気体捕集管４１が構成されている。

この気体捕集管４１は、冷却液通路３１のうちラジエータ１２のアッパタンク１２ａ内に位置する特定通路区間３１ｓにおいて、その下流側ほど通路断面積が拡大するように少なくともその天井側部分４１ｊで上下方向に傾斜した内壁面４１ａを有しており、ラジエータ１２のアッパタンク１２ａ内を通る冷却液中の細かい気泡を特定通路区間３１ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合させるようになっている。

また、気体捕集管４１の内壁面４１ａの鉛直方向上端部付近には、リザーブタンク接続配管２９ａを通してリザーブタンク２０内の気液分離室２５に連通する連通口４１ｐが形成されている。

ラジエータ１２のアッパタンク１２ａはラジエータコア１２ｃの上方で略水平方向に延在し、気体捕集管４１は、そのアッパタンク１２ａの延在方向の中間部に位置している。

具体的には、ラジエータ１２のアッパタンク１２ａの内部には、アッパタンク１２ａ内に流入した冷却液を特定通路区間３１ｓに導く上流側通路区間３１ｕ（上流側の通路区間）と、特定通路区間３１ｓを通過した冷却液を通す下流側通路区間３１ｄ（下流側の通路区間）と、これらの間に位置する特定通路区間３１ｓとがそれぞれ形成されており、特定通路区間３１ｓは、上流側通路区間３１ｕおよび下流側通路区間３１ｄのそれぞれより通路長さが大きく設定されている。

また、ラジエータ１２のアッパタンク１２ａの内底面側には、上流側通路区間３１ｕ、下流側通路区間３１ｄおよび特定通路区間３１ｓのそれぞれからラジエータコア１２ｃ側に冷却液を分配する複数の開口３１ｅが形成されている。これら複数の開口３１ｅは、ラジエータ１２のラジエータコア１２ｃを構成するよう互いに並列して上下方向に延びる複数の冷却チューブ１２ｃｔの上端部によって形成されている。また、複数の冷却チューブ１２ｃｔは、ラジエータ１２のラジエータコア１２ｃに対して車両前後方向に空気が通過できるように、複数の冷却フィン１２ｃｆによって互いに結合されている。

さらに、図３に示すように、気体捕集管４１の内壁面４１ａのうち少なくとも複数の冷却チューブ１２ｃｔの上端側の複数の開口３１ｅに対向する天井側部分４１ｊは、ラジエータ入口側ホース１３に接続されたアッパタンク１２ａの冷却液入口１２ｉに近い上流端側では、鉛直方向における冷却液入口１２ｉの中心高さｈ７と同等の高さに位置し、冷却液入口１２ｉから離れた下流端側ではアッパタンク１２ａの内部で鉛直方向の最も上方側の高さｈ１に位置するようにアッパタンク１２ａの内底面に対し平行な略水平線に対し角度θ２だけ傾斜しており、特定通路区間３１ｓ内では冷却液入口１２ｉからの離間距離に応じて通路断面積が徐々に拡大している。なお、その冷却液入口１２ｉからの離間距離の増加に対する通路断面積の増加の比率は、一定でもよいし、変化してもよい。

また、ラジエータ１２のアッパタンク１２ａは、下流側通路区間３１ｄにおいては、アッパタンク１２ａの内底面に対し平行な略水平線に対し特定通路区間３１ｓの天井側部分４１ｊとは逆方向（冷却液入口１２ｉからの離間距離が大きくなるほど高さが低くなる）に角度θ１だけ傾斜した下流側天井壁面４１ｋを有しており、上流側通路区間３１ｕにおいても、アッパタンク１２ａの内底面に対し平行な略水平線に対し冷却液入口１２ｉからの離間距離が大きくなるほど高さが低くなるよう角度θ３だけ傾斜した上流側天井壁面４１ｎを有している。

なお、気体捕集管４１の内壁面４１ａは、特定通路区間３１ｓの天井側部分４１ｊと下流側天井壁面４１ｋとの間では、下流側天井壁面４１ｋと同方向にかつアッパタンク１２ａの内底面に対する天井側部分４１ｊや下流側天井壁面４１ｋの傾斜角度θ２，θ１より十分に大きな傾斜角度θ４をなす急傾斜面４１ｈとなっている。また、図３に示すように、冷却液入口１２ｉの中心からアッパタンク１２ａの一端までの距離Ｌ１は、冷却液入口１２ｉの中心からアッパタンク１２ａの他端までの距離Ｌ２よりも大きくなっている。冷却液入口１２ｉの中心に対するアッパタンク１２ａの上方側への膨出部分４１ｅの片側幅Ｌ８，Ｌ９は、互いに略等しく、膨出部分４１ｅの高さｈ８は、気体捕集管４１の天井側部分４１ｊの頂部高さｈ１より低くなっている。また、冷却液入口１２ｉの中心高さｈ８は、連通口４１ｐの中心高さｈ２より低くなっている。ただし、冷却液入口１２ｉの口径は連通口４１ｐの口径よりも大きくなっている。特定通路区間３１ｓの全長Ｌ３は天井側部分４１ｊの全長Ｌ６よりわずかに長く、その差分に相当する長さの略水平部が天井側部分４１ｊの頂部付近に形成されている。連通口４１ｐの開口位置は、図中ではアッパタンク１２ａの背面側であるが、前面側でもよいし、天井側部分４１ｊまたは急傾斜面４１ｈの頂部付近であってもよい。冷却液入口１２ｉの中心から特定通路区間３１ｓの上流端までの離間距離Ｌ４は、膨出部分４１ｅと気体捕集管４１の間でアッパタンク１２ａの内の冷却液通路が一旦狭められることができれば、膨出部分４１ｅの片側幅Ｌ８よりわずかに大きい程度に片側幅Ｌ８に近い距離であってもよい。下流側天井壁面４１ｋの上端高さｈ３および下端高さｈ４は、上流側天井壁面４１ｎの上端高さｈ６および下端高さｈ５とそれぞれ同等である。

次に、その作用を説明する。

上述のように構成された本実施形態のエンジン冷却システム１では、冷却液通路３１の特定通路区間３１ｓを形成する気体捕集管４１中において、冷却液中の気泡が特定通路区間３１ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合しつつ一体化して大きな気泡に変化することから、気体捕集管４１の内壁面４１ａの鉛直方向上端部付近に開口する連通口４１ｐを通してリザーブタンク２０側に到達し易くなる。したがって、細かい気泡が混入した冷却液が冷却液通路３１内を循環し難くなり、エンジン１１の冷却効率が低下することが有効に抑制されるとともに、微小気泡の混入に起因する従来の各種不具合（例えば、ヒータコア内の冷却液の流動音が車両のキャビン内に響いてしまうという問題、酸素と水蒸気の増加によってラジエータ１２等の劣化や錆の発生を招き易くなるという問題、キャビテーションやエロージョンを招き易くなるといった問題等）が解消できることになる。

また、本実施形態では、リザーブタンク２０が、ウォータポンプ１５による強制循環中の冷却液の一部を導入および排出するとともに導入した冷却液中の気泡をその冷却液から分離させる気液分離室２５を有しているので、特定通路区間３１ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合しながら徐々に一体化して大きくなった気泡が、気体捕集管４１の連通口４１ｐを通してリザーブタンク２０側に容易に到達可能となり、リザーブタンク２０内での気液分離により気泡が冷却液中から的確に除去される。したがって、エンジン冷却システム１における気液分離性能がより向上することになる。

さらに、本実施形態では、気体捕集管４１が、ラジエータ１２のアッパタンク１２ａの一部によって構成されているので、気体捕集管４１を独立した専用部品として別設する必要がなく、コストや組立て工数を増加させることなく、気液分離性能に優れたエンジン冷却システム１を提供できることになる。

加えて、アッパタンク１２ａがラジエータコア１２ｃの上方で略水平方向に延在するとともに、ラジエータコア１２ｃが上下方向に延在する複数の冷却チューブ１２ｃｔを有し、アッパタンク１２ａの一部によって形成される気体捕集管４１の内壁面４１ａが少なくともその天井側部分４１ｊで上下方向に傾斜しているので、ダウンフロー型のラジエータ１２のアッパタンク１２ａ内に比較的長い特定通路区間３１ｓを容易に確保できる。したがって、アッパタンク１２ａ内の冷却液に細かい気泡が混入していても、気体捕集管４１内での気泡の捕集およびリザーブタンク２０内での気液分離により、細かい気泡が冷却水系３０を循環する冷却液中から確実に除去される。

また、ラジエータ１２のアッパタンク１２ａが、特定通路区間３１ｓより下流側の下流側通路区間３１ｄで特定通路区間３１ｓとは逆方向に傾斜した下流側天井壁面４１ｋを有しているので、エンジン１１の運転中に特定通路区間３１ｓより下流側のアッパタンク１２ａ内の下流端側角部に空気が溜まったとしても、エンジン１１が停止すると、その気泡が下流側天井壁面４１ｋに沿って気体捕集管４１の連通口４１ｐ側に移動することから、エンジン１１の再始動時にその気泡がリザーブタンク２０側に容易に導入され、リザーブタンク２０内での気液分離により冷却液中から除去される。

しかも、ラジエータ１２のアッパタンク１２ａの内部で、特定通路区間３１ｓの直前の通路断面積を縮小させる上流側通路区間３１ｕと特定通路区間３１ｓの下流側で通路断面積を縮小させる下流側通路区間３１ｄとの間にこれらより長い特定通路区間３１ｓが形成され、これら上流側通路区間３１ｕ、下流側通路区間３１ｄおよび特定通路区間３１ｓのそれぞれからラジエータコア１２ｃ側に冷却液を分配する複数の開口３１ｅが形成されているので、アッパタンク１２ａ内の冷却液中の気泡をより的確に特定通路区間３１ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合させることができる。

このように、本実施形態によれば、冷却液通路３１の特定通路区間３１ｓを形成する気体捕集管４１中で、冷却液中の気泡が特定通路区間３１ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合しつつ一体化して大きな気泡に変化し、気体捕集管４１の連通口４１ｐを通して気液分離の容易な気泡サイズでリザーブタンク２０側に到達するようにしているので、冷却液に混入した細かい気泡を冷却液から効率良く分離させることでエンジン１１の冷却効率を高めることができ、微小気泡の混入に起因して冷却水系３０に生じ得る各種不具合を解消することのできるエンジン冷却システム１を提供することができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るエンジン冷却システムの要部の概略構成を示している。

なお、本実施形態は、本発明にいう気体捕集管を、密閉した冷却液通路の一部を構成する冷却液ホースの途中に装着したものであり、それ以外の構成は、上述の第１実施形態と同様のものである。したがって、第１実施形態と同様の構成要素については、図１〜図３に示した対応する構成要素の符号を用いて説明し、それらの図示は省略する。

本実施形態のエンジン冷却システムにおいては、気体捕集管５１が、一対のホース５２，５３と共に１つの冷却液通路５４を形成しており、これら気体捕集管５１および一対のホース５２，５３は、例えばラジエータ入口側ホース１３と置き換え可能になっている。なお、気体捕集管５１および一対のホース５２，５３は、バイパス通路３２以外の通路であってラジエータ１２およびリザーブタンク２０に対し並列に設けられた冷却液通路を形成してもよい。

本実施形態においては、リザーブタンク２０は、リザーブタンク接続配管２９ａによってラジエータ６２のアッパタンク６２ａの冷却液入口６２ｉの近傍に位置する頂部連通口６２ｐに接続されるとともに、リザーブタンク接続配管２９ｂによってラジエータ６２のロワタンク６２ｂに接続されている。ラジエータ６２は、公知のダウンフロー型のものであり、アッパタンク６２ａとロワタンク６２ｂの間にラジエータコア６２ｃを有する。

一方、気体捕集管５１は、ラジエータ入口側ホース１３内の冷却液通路に相当する冷却液通路５４のうち特定通路区間５４ｓにおいて、その下流側ほど通路断面積が拡大するように少なくともその天井側部分５１ｊで上下方向に傾斜した内壁面５１ａを有しており、冷却液通路３１内を通る冷却液中の細かい気泡を特定通路区間であるバイパス通路３２内の下流側および鉛直方向上方側に集合させるようになっている。この場合、冷却液通路５４は、少なくとも気体捕集管５１の内部において略水平方向に延在することになる。

また、気体捕集管５１の内壁面５１ａの鉛直方向上端部付近には、接続配管５９を通してリザーブタンク２０のリザーブタンク接続配管２９ａの途中または第１連通管部２３の途中（分岐部分）に接続され、リザーブタンク２０内に連通する連通口５１ｐが形成されている。勿論、接続配管５９は、第１連通管部２３と同様に第２連通管部２４から離間してリザーブタンク２０に形成された他の連通管部に接続されてもよい。なお、気体捕集管５１の内壁面５１ａは、特定通路区間５４ｓの天井側部分５１ｊと略水平な下流側天井壁面５１ｋとの間では、アッパタンク１２ａの内底面に対する天井側部分５１ｊの傾斜角度θ２より十分に大きな傾斜角度をなして天井側部分５１ｊとは逆方向に急傾斜する急傾斜面５１ｈとなっている。

本実施形態においても、冷却液通路３１の一部である特定通路区間５４ｓを形成する気体捕集管５１中で、冷却液中の気泡が特定通路区間５４ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合しつつ一体化して大きな気泡に変化し、気体捕集管５１の連通口５１ｐを通して気液分離の容易な気泡サイズでリザーブタンク２０側に到達するようにしているので、冷却液に混入した細かい気泡を冷却液から効率良く分離させることでエンジン１１の冷却効率を高めることができ、微小気泡の混入に起因して冷却水系３０に生じ得る各種不具合を解消することのできるエンジン冷却システムを提供することができる。

また、本実施形態では、気体捕集管５１が密閉した冷却液通路３１の一部を構成するラジエータ入口側ホース１３（冷却液ホース）の途中に装着されているものとなるから、既存の完全密閉式のエンジン冷却システムに容易に気体捕集管５１を追加して、その気液分離性能を高めることができるし、気体捕集管５１を構成する部品を他のエンジンと共用化することができる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るエンジン冷却システムにおけるラジエータの概略構成を示している。なお、本実施形態は、本発明をクロスフロー型のラジータを備えたエンジン冷却システムに適用したものであり、それ以外の構成は、上述の第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同様の構成要素については、図１〜図３に示した対応する構成要素の符号を用いて説明し、図示は省略する。

本実施形態のエンジン冷却システムにおいては、第１実施形態のダウンフロー型のラジエータ１２に代えて、クロスフロー型のラジエータ７２を備えている。

このラジエータ７２は、エンジン１１のウォータジャケット１１ｗを通った冷却液を導入する入口側ラジエータタンク７２ａと、熱交換による冷却後の冷却液をエンジン１１側に戻す出口側ラジエータタンク７２ｂと、これら入口側ラジエータタンク７２ａおよび出口側ラジエータタンク７２ｂの間に配置されたクロスフロー型（横流れ型）のラジエータコア７２ｃと、を有している。ここで、ラジエータコア７２ｃは、図５に部分的に略示するように、アッパタンク７２ａから分配される冷却液を略水平方向に通過させる複数の冷却チューブ７２ｃｔおよびその冷却チューブ７２ｃｔに一体に結合された複数の冷却フィン７２ｃｆによって構成されている。

本実施形態においては、ラジエータ７２の入口側ラジエータタンク７２ａを通る冷却液通路３１のうちラジエータコア１２ｃの水平方向一方側に位置する略鉛直方向の特定通路区間３１ｓにおいて、入口側ラジエータタンク７２ａの一部によって気体捕集管８１が構成されている。

また、入口側ラジエータタンク７２ａによって構成される気体捕集管８１の内壁面８１ａは、少なくとも水平方向外方側の側壁８１ｒの上部で水平方向外方側に傾斜している。

具体的には、気体捕集管８１の内壁面８１ａは、冷却液通路３１のうちラジエータ７２の入口側ラジエータタンク７２ａ内に位置する特定通路区間３１ｓにおいて、その下流側ほど通路断面積が拡大するように少なくともその外側壁面部分８１ｊで冷却水のクロスフロー方向と逆向きとなる略水平方向の一方側に傾斜しており、ラジエータ７２の入口側ラジエータタンク７２ａ内を通る冷却液中の細かい気泡を特定通路区間３１ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合させるようになっている。

また、気体捕集管８１の内壁面８１ａの鉛直方向上端部付近には、リザーブタンク接続配管２９ａを通してリザーブタンク２０内の気液分離室２５に連通する連通口８１ｐが形成されている。さらに、ラジエータ７２の入口側ラジエータタンク７２ａは、ラジエータコア７２ｃの一側方で略鉛直方向に延在するその延在方向の上端部で、気体捕集管８１を構成しており、入口側ラジエータタンク７２ａの上端内壁面８１ｋは、連通口８１ｐに近いほど鉛直方向上方側に位置するようわずかに傾斜している。

この場合、クロスフロー型のラジエータ７２の入口側ラジエータタンク７２ａ内（特に、冷却液入口７２ｉより上方側）に比較的長い特定通路区間３１ｓを容易に確保できるとともに、冷却液中の細かい気泡でも特定通路区間３１ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合しながら徐々に一体化して大きくなり、気液分離が容易な状態で気体捕集管８１の連通口８１ｐを通してリザーブタンク２０側に容易に到達する。したがって、入口側ラジエータタンク７２ａ内の冷却液に細かい気泡が混入していても、気体捕集管８１内での捕集およびリザーブタンク２０内での気液分離により、冷却水系３０内を循環する冷却液中から細かい気泡が確実に除去される。

本実施形態においても、冷却液通路３１の一部である特定通路区間３１ｓを形成する気体捕集管８１中で、冷却液中の気泡が特定通路区間３１ｓ内の下流側および鉛直方向上方側に集合しつつ一体化して大きな気泡に変化し、気体捕集管８１の連通口８１ｐを通して気液分離の容易な気泡サイズでリザーブタンク２０側に到達するようにしているので、冷却液に混入した細かい気泡を冷却液から効率良く分離させることでエンジン１１の冷却効率を高めることができ、微小気泡の混入に起因して冷却水系３０に生じ得る各種不具合を解消することのできるエンジン冷却システムを提供することができる。

なお、上述の各実施形態においては、気体捕集管を冷却水系３０中に１つだけ設けていたが、それぞれ前後差圧が確保できれば複数設けることができることはいうまでもない。また、本発明はリザーブタンクが冷却液通路の一部を構成するものであるのが好ましいが、冷却液通路の一部を形成する気体捕集管と併用する場合には、圧力調整弁付のキャップを有している構成であって内部の空気溜り部と液溜り部を有するものであれば、冷却液を常時流通させるものでなくともよい。

以上説明したように、本発明は、冷却液通路の特定通路区間を形成する気体捕集管中で、冷却液中の気泡が特定通路区間内の下流側および鉛直方向上方側に集合しつつ一体化して大きな気泡に変化し、気体捕集管の連通口を通して気液分離の容易な気泡サイズでリザーブタンク側に到達するようにしているので、冷却液に混入した細かい気泡を冷却液から効率良く分離させることでエンジンの冷却効率を高めることができ、微小気泡の混入に起因して冷却水系３０に生じ得る各種不具合を解消することのできるエンジン冷却システムを提供することができるという効果を奏するものであり、密閉式の冷却水系内において冷却液を強制循環させるときに冷却液中の気泡と冷却液を気液分離させるのに適したエンジン冷却システム全般に有用である。

１エンジン冷却システム
１１エンジン（内燃機関）
１１ｗウォータジャケット
１２；６２；７２ラジエータ
１２ａアッパタンク（ラジエータタンク）
１２ｃ；６２ｃ；７２ｃラジエータコア
１２ｉ；６２ｉ；７２ｉ冷却液入口
１３ラジエータ入口側ホース
１４ラジエータ出口側ホース
１５ウォータポンプ
１６サーモスタット
２０リザーブタンク
２０ａ液溜り部
２０ｂ空気溜り部
２５気液分離室
２９ａ，２９ｂリザーブタンク接続配管
３０冷却水系
３１；５４冷却液通路
３１ｄ下流側通路区間
３１ｅ開口
３１ｓ；５４ｓ特定通路区間
３１ｕ上流側通路区間
４１；５１；８１気体捕集管
４１ａ；５１ａ；８１ａ内壁面
４１ｊ；５１ｊ天井側部分
４１ｋ下流側天井壁面
４１ｎ上流側天井壁面
４１ｐ；５１ｐ；８１ｐ連通口
５２，５３ホース
５９接続配管
７２ａ入口側ラジエータタンク
８１ｊ外側壁面部分
８１ｋ上端内壁面
８１ｒ側壁

Claims

エンジンの冷却液を密閉した冷却液通路を通して強制循環させる密閉式の冷却水系と、前記冷却液の熱を空気との熱交換により排出させるラジエータと、内部に前記冷却液の一部を貯留した液溜り部および該液溜り部の上方に位置する空気溜り部を形成し、前記冷却水系内の冷却液の体積変化に応じて前記冷却液の貯留量を変化させるリザーブタンクと、を備えたエンジン冷却システムであって、
前記リザーブタンクが、前記ラジエータをバイパスするよう前記冷却液通路に接続されたバイパス通路の一部を構成し、前記強制循環中の前記冷却液の一部を導入および排出して該導入した冷却液から該冷却液中の気泡を分離させる気液分離室を有しているとともに、
前記ラジエータが、ダウンフロー型のチューブを有するラジエータコアと、前記冷却液を導入する冷却液入口が形成されるとともに前記ラジエータコアの上方で略水平方向に延在するアッパタンクと、を有し、
前記アッパタンクが、前記冷却液通路のうち特定通路区間内に、前記冷却水入口から離れる下流側ほど通路断面積が拡大するよう少なくとも天井側部分で傾斜した内壁面を有するとともに、前記冷却液中の気泡を前記特定通路区間内の下流側および鉛直方向上方側に集合させる気体捕集管を構成しており、
前記気体捕集管の前記内壁面の鉛直方向上端部付近に前記リザーブタンクの内部に連通する連通口が形成されていることを特徴とするエンジン冷却システム。
前記ラジエータタンクが、前記特定通路区間より下流側の通路区間で前記特定通路区間とは逆方向に傾斜した下流側天井壁面を有していることを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却システム。
前記ラジエータタンクの内部に、該ラジエータタンク内に流入した冷却液を前記特定通路区間に導く上流側通路区間と、前記特定通路区間を通過した冷却液を通す下流側通路区間と、前記特定通路区間とがそれぞれ形成され、前記上流側通路区間、前記下流側通路区間および前記特定通路区間のそれぞれから前記ラジエータコア側に前記冷却液を分配する複数の開口が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン冷却システム。