JP6350627B2 - 気液分離器及び該気液分離器を備えたエンジン冷却液の気体抜き構造 - Google Patents

Description

本発明は、気液分離器及び該気液分離器を備えたエンジン冷却液の気体抜き構造に関するものである。

エンジン本体を冷却する冷却経路は、冷却液をエンジン及びその周辺の高温となる部品の間を循環させることにより、該部品から熱を奪う。さらに、熱を蓄えた冷却液をラジエータに通水して放熱し、放熱した冷却液を冷却経路に戻す構成を採る。

例えば、冷却経路中にターボチャージャが設けられており、冷却経路によって該ターボチャージャを冷却する場合には、タービンハウジング及びシリンダヘッドの排気ポート周辺の特に高温となる部分において、局所的に表面沸騰が生じる。このとき、沸騰により生じた水蒸気泡を冷却経路から外部に取り出す必要があるため、エンジン及び冷却経路のうち最も高い位置に、冷却液中の気体を液体から分離して該気体を大気開放する気体抜き機構を設けることが行われている。

例えば、特許文献１には、旋回流を発生させることにより気体を分離する円筒形状の気液分離チャンバーを冷却経路上に設ける構成が開示されている。

特開２００３−００３８４８号公報

しかしながら、特許文献１のものでは、気液分離チャンバーの気液分離機能を向上させるために大きな旋回流を発生させる必要が生じ、装置が大掛かりになる虞がある。

そこで本発明では、コンパクトであり且つ効率的な気液分離が可能となる気液分離器、及びそのような気液分離器を備えたエンジン冷却液の気体抜き構造を提供する。

上記の目的を達成するために、本発明では、冷却経路上に備えられた気液分離器を多層構造とし、最も高い位置に気体開放部を設けるようにした。

すなわち、ここに開示する第１の技術に係る気液分離器は、エンジン冷却液の冷却経路上に設けられた気液分離器であって、気液分離器本体と、前記気液分離器本体の下方に設けられ、前記エンジン冷却液が流入する流入口と、前記気液分離器本体の下方に前記流入口から離間して設けられ、前記エンジン冷却液が流出する流出口とを備え、前記気液分離器本体は、第１導入路を有し、前記流入口から流入した前記エンジン冷却液の一部が該第１導入路を通じて案内される第１室と、前記第１導入路に隣接して設けられた第２導入路を有するとともに、前記第１室よりも上側に設けられ、前記流入口から流入した前記エンジン冷却液の他部が該第２導入路を通じて案内される第２室と、前記第２室の上側に設けられた気体開放部とを備え、前記第１室は、前記流出口に連通しており、前記第２室は、前記第２導入路と離間して設けられ且つ前記第１室に連通する下側連通孔を有しており、前記気体開放部は、前記気液分離器本体において、前記第２室の上側に設けられ、該第２室に連通する上側連通孔を備えた第３室と、前記第３室の上端に設けられた気体抜き孔と、を備えたことを特徴とする。

前記流入口から流入したエンジン冷却液に含まれる気泡は、浮力の働きによりエンジン冷却液の上側の流れに多く含まれるようになる。第１の技術によれば、流入口は気液分離器本体の下方に設けられており且つ第１室の上に第２室が設けられていることから、流入口から流入したエンジン冷却液のうち、気泡をあまり含まない下側の流れ、すなわちエンジン冷却液の一部は、第１導入路を通じて下側の第１室に流入する。そうして、第１室に連通している流出口を通じて気液分離器から流出する。一方、流入口から流入したエンジン冷却液のうち気泡を多く含む上側の流れ、すなわちエンジン冷却液の他部は、第２導入路を通じて第２室に流入する。そして、第２室に流入したエンジン冷却液の他部は、第２室中で下側連通孔に向かって流れるようになるとともに、エンジン冷却液に含まれる気泡は、浮力の働きにより第２室の上側に浮上する。そうして、第２室の上側に溜まった気泡は、第２室の上側に設けられた気体開放部から大気開放される。一方、第２室に流入したエンジン冷却液の他部の下側の流れは気泡をほとんど含むことなく下側連通孔を通じて第１室へ流入し、延いては流出口を通じて気液分離器から流出する。また、第２室におけるエンジン冷却液の他部の上側の流れは気泡を多く含んで上側連通孔を通じて第３室に流入する。第３室に流入したエンジン冷却液に含まれる気泡は浮力の働きによりさらに第３室の上側に溜まる。そうして、第３室の上端に設けられた気体開放部から気泡が大気開放され、気液分離の効率を向上させることができる。このように、本技術によれば、気泡に働く浮力を利用して、コンパクトな装置構成で効率的に気液を分離することができる。

第２の技術は、第１の技術において、前記第２室の容量は、前記第１室の容量よりも大きい。

第２の技術によれば、第２室の容量を第１室の容量よりも大きくすることで、第２室に流入したエンジン冷却液の他部の流れの速度が、第１室に流入したエンジン冷却液の一部の流れの速度よりも遅くなる。そうすると、第２室においてエンジン冷却液の他部に含まれる気泡は、浮力の働きにより第２室で十分に分離され、第２室の上側に集められるようになる。そうして、気液分離器の気液分離機能をより向上させることができる。

第３の技術は、第１又は第２の技術において、前記上側連通孔は、平面視において、前記流入口よりも前記下側連通孔に近い位置に配置されている。

第３の技術によれば、第２導入路から上側連通孔及び下側連通孔までの距離を確保することで、第２導入路を通じて第２室に流入したエンジン冷却液の他部は、上側連通孔及び下側連通孔まで十分時間をかけて流れるようになる。そうして、気泡を第２室の上側に集めることができ、第２室において十分に気液を分離させることができる。

第４の技術は、第１〜第３の技術のいずれか１つにおいて、前記上側連通孔の開口面積は、前記下側連通孔の開口面積よりも大きい。

第４の技術によれば、上側連通孔の開口面積を下側連通孔の開口面積よりも大きくすることで、第２室におけるエンジン冷却液の他部のうち、気泡を多く含む上側の流れが下側の流れにつられて下側連通孔を通じて第１室に流入するのを防ぐことができる。そうして、気泡が第１室に混入するのを防ぐことができる。

第５の技術は、第１〜第４の技術のいずれか１つにおいて、前記気体開放部の前記気体抜き孔は、平面視において、前記上側連通孔から離間した位置に設けられている。

第５の技術によれば、気体抜き孔を、平面視において、上側連通孔から離れた位置に配置することで、浮力により気泡が第３室の上部に溜まる時間を確保することができ、第３室により多くの気泡を溜めることができる。

第６の技術は、第１〜第５の技術のいずれか１つにおいて、前記上側連通孔及び前記下側連通孔は、平面視において、前記流出口に対してオフセットされた位置に配置されている。

第６の技術によれば、上側連通孔及び下側連通孔を、平面視において、流出口よりもずれた位置に配置することにより、第２室から下側連通孔を通じて第１室に流入するエンジン冷却液の流れが、第１室から流出口を通じて気液分離器外へ流出するエンジン冷却液の流れにつられて速くなるのを防ぐことができる。そうすると、第２室から上側連通孔を通じて第３室に流入するエンジン冷却液の流れが、下側連通孔通じて第１室に流入するエンジン冷却液の流れにつられて速くなるのを防ぐことができる。そうして、気液分離器の気液分離機能を高めることができる。

第７の技術は、第１〜第６の技術のいずれか１つにおいて、前記気液分離器本体は、前記流入口及び前記流出口が設けられるとともに前記第１室及び前記第２室を収容する容器と、前記容器の上端に配置されて、前記第３室の上部を形成する蓋体と、前記第１室と前記第２室とを仕切るための第１仕切り部材と、前記第２室と前記第３室とを仕切るための第２仕切り部材とを備え、前記第１仕切り部材には、前記流入口に向かって突出する突出部が設けられており、前記第１導入路は、前記突出部の先端、前記容器の内壁、及び前記流入口の縁の一部分により形成されており、前記第２導入路は、前記突出部の先端、前記容器の内壁、及び前記流入口の縁の残りの部分により形成されている。

第７の技術によれば、第１仕切り部材に突出部が設けられていることにより、流入口から流入したエンジン冷却液は、突出部によってスムーズに第１室側と第２室側に分流される。そうして、効率的に気液分離を行うことができる。

第８の技術は、第１〜第７の技術のいずれか１つにおいて、前記気液分離器本体の下方には、水平方向に対して傾斜する傾斜部が設けられており、前記流入口は、前記傾斜部に設けられており、前記流入口には、エンジン冷却液を該流入口に案内するための流入ポートが接続されており、前記流入ポートは、前記傾斜部に対して垂直に形成されている。

第８の技術によれば、流入口が容器の傾斜部に設けられているとともに、流入ポートが当該傾斜部に対して垂直に設けられていることにより、エンジン冷却液は容器に対して、斜め下方から流入するようになる。そうすると、エンジン冷却液の上側の流れに効果的に気泡を集めることができる。そうして、気泡をあまり含まない下側の流れを第１室に流入させるとともに、気泡を多く含む上側の流れを第２室に流入させて、効率的に気液分離を行うことができる。

ここに開示する第９の技術に係るエンジン冷却液の気体抜き構造は、第１〜第８の技術のいずれか１つに係る気液分離器を備えたエンジン冷却液の気体抜き構造であって、前記流入口は、前記冷却経路上に設けられたウォータポンプに流入路を介して接続されており、前記流出口は、前記冷却経路上に設けられたラジエータの上端に流出路を介して接続されており、前記ラジエータの上端及び前記流出路は、前記気液分離器の前記第１室と同じ高さか又は前記第１室よりも低い位置に配置されていることを特徴とする。

第９の技術によれば、冷却経路上のウォータポンプやラジエータの上端よりも高い位置に気液冷却器を備えた構成とすることにより、冷却経路上で発生した気泡を、浮力を用いて効率的に除去することができる。

第１０の技術は、第９の技術において、前記気液分離器は、前記流入口に近接するとともに該流入口よりも高く且つ前記気体開放部よりも低い位置に設けられた追加の流入口をさらに備えており、前記追加の流入口は、前記冷却経路上に設けられたターボチャージャに追加の流入路を介して接続されており、前記気液分離器本体は、前記追加の流入口から流入したエンジン冷却液を前記第２室の前記第２導入路に案内する案内部材を有している。

ターボチャージャ側から送液されるエンジン冷却液が第２室に直接流入すると、第２室中のエンジン冷却液の流れが速くなり、第２室での気液分離機能が損なわれる虞がある。第１０の技術によれば、案内部材によってエンジン冷却液を第２導入路に案内することにより、第２室内のエンジン冷却液の流速の過度な上昇を抑制して気液分離器の気液分離機能を維持することができる。

以上述べたように、本開示によると、エンジン冷却液の冷却経路上に設けられた気液分離器及びこの気液分離器を備えたエンジン冷却液の気体抜き構造において、気泡に働く浮力を利用して、コンパクトな装置構成で効率的に気液を分離することができる。

図１は、実施形態１に係る冷却液の気体抜き構造を備えたエンジンの冷却経路を示す斜視図である。 図２は、図１の気体抜き構造に設けられた気液分離器を示す斜視図である。 図３は、図２の気液分離器の平面図である。 図４は、図２の気液分離器の側面図である。 図５は、図３のＡ−Ａ線における断面図である。 図６は、図３のＢ−Ｂ線における端面図である。 図７は、図３のＣ−Ｃ線における断面図である。 図８は、実施形態１に係る気液分離器の気液分離機能を説明するための模式的な概略断面図である。 図９は、図４のＤ−Ｄ線における断面図である。 図１０は、図９に示す気液分離器の斜視図である。 図１１は、図４のＥ−Ｅ線における断面図である。 図１２は、図１１に示す気液分離器の斜視図である。 図１３は、図４のＦ−Ｆ線における断面図である。 図１４は、図１３に示す気液分離器の斜視図である。 図１５は、図１３の断面図において、上側連通孔と第１流入口との位置関係を示すために、一部を図１１の断面図により示した図である。 図１６は、図３の平面図において、上側連通孔と気体抜き孔との位置関係を示すために、蓋体を一部省略して示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
＜エンジンの冷却経路＞
例えば自動車などに搭載される多気筒エンジン等（以下、エンジンＥという）には、エンジンＥの過熱を抑制するための冷却経路Ｃが設けられている。

エンジンＥは、図示はしないが、エンジン燃焼室を形成するシリンダブロックやシリンダヘッド、エンジン燃焼室から排出される排気ガスを案内する排気経路等により構成されている。そして、この排気経路上には、排気ガスのエネルギーを利用して吸気を過給してエンジンＥの出力を高めるターボチャージャＴや、排気ガスを浄化するための触媒装置等が設けられている。

上記シリンダヘッド、シリンダブロック、ターボチャージャＴ等のエンジン部品は水冷式であり、部品周りに水冷用のウォータジャケットやウォータギャラリ（以下、ウォータジャケット等という）が設けられている。

冷却経路Ｃは、上記ウォータジャケット等と、これらのウォータジャケット等をつなぐ配管と、当該配管を通じてウォータジャケット等に冷却液Ｌ（エンジン冷却液）を強制的に循環させるためのウォータポンプＷと、ウォータジャケット等を循環して高温になった冷却液Ｌを冷却するラジエータＲ等により構成される。

＜冷却液の流れについて＞
図１を参照して冷却経路Ｃにおける冷却液Ｌの流れについて説明する。なお、図１において、簡単のため冷却経路Ｃ上におけるウォータジャケット等、配管、ウォータポンプＷ、ターボチャージャＴについては図示を省略している。また、図１中、白抜き矢印は冷却液の流れる方向を示している。

ウォータジャケット等を循環してウォータポンプＷに流入した高温の冷却液Ｌは、図１の符号Ｌ１の矢印で示すように、第１流入路Ｃ１（流入路）を通じて、後述する気液分離器２に流入し、続いて流出路Ｃ２を介してラジエータＲに流入する。ラジエータＲの放熱効果により冷却された冷却液Ｌは排出路Ｃ３を通じて、符号Ｌ２の矢印で示すように、再度ウォータポンプＷに流入し、ウォータジャケット等に送られる。

また、このエンジンＥに設けられたターボチャージャＴのウォータジャケット等に送られた冷却液Ｌは、ウォータポンプＷを介さずに直接ラジエータＲに送られるように構成されている。すなわち、ターボチャージャＴから送られた冷却液Ｌは、図１の符号Ｌ３の矢印で示すように、第２流入路Ｃ４（追加の流入路）を介して気液分離器２に流入する。そして、流出路Ｃ２を介してラジエータＲに流入する。

なお、このエンジンＥに設けられたターボチャージャＴは、冷却経路Ｃ上に配置されたラジエータＲに比べて比較的高い位置に設けられている。そして、ターボチャージャＴのウォータジャケット等に接続された第２流入路Ｃ４は、図１に示すように、ラジエータＲの上端よりも高い位置に配置されている。

＜冷却液中の気泡について＞
ウォータジャケット等に流入した冷却液Ｌは、特にエンジンＥの高負荷運転時や、保守点検における冷却液Ｌの交換作業時等には、ウォータジャケット等の内部表面において沸騰する。これにより、ウォータジャケット等からラジエータＲに搬送される冷却液Ｌには気泡Ｇが含まれることになる。

このような冷却液Ｌに含まれる気泡Ｇは、エンジン部品の冷却効率向上及び劣化防止のために、ラジエータＲ流入前に冷却液Ｌから除去される必要がある。

＜冷却液の気体抜き構造＞
本実施形態におけるエンジンＥでは、上述のごとく、ターボチャージャＴは、ラジエータＲよりも高い位置にあるため、例えばラジエータＲの上端部に気体抜き機構を設けても上手く気泡Ｇを抜くことができない。ゆえに、本実施形態に係るエンジンＥでは、ターボチャージャＴとラジエータＲの上端との間の最も高い位置において冷却液Ｌの液体部分から分離される必要がある。

実施形態１に係る冷却液Ｌの気体抜き構造１（エンジン冷却液の気体抜き構造）は、図１に示すように、冷却経路Ｃ上において、ウォータポンプＷ（図示せず）及びターボチャージャＴとラジエータＲとの上端とをつなぐ流路上に設けられた気液分離器２を備えている。気液分離器２は、少なくともその上部が、第１流入路Ｃ１、第２流入路Ｃ４、流出路Ｃ２及びラジエータＲの上端よりも高い位置に配置されるように構成されている。

以下、実施形態１に係る気液分離器２の構成について、図２〜図１６を参照して詳述する。

＜気液分離器＞
気液分離器２は、ウォータポンプＷやターボチャージャＴから流入する冷却液Ｌ中に含まれる気泡Ｇを冷却液Ｌ中から分離して大気開放することにより、冷却液Ｌから気泡Ｇを除去するための装置である。

気液分離器２は、図２及び図４に示すように、気液分離器本体３と、ウォータポンプＷからの冷却液Ｌが流入する第１流入口４（流入口）と、ターボチャージャＴのウォータジャケット等からの冷却液Ｌが流入する第２流入口９（追加の流入口）と、冷却液Ｌが流出する流出口５とを備えている。

気液分離器本体３は、図２〜図４に示すように、容器３１と、容器３１の上端に配置された蓋体３２とにより構成されている。

容器３１の下方には、図４及び図５に示すように、水平方向に対して傾斜する傾斜面３１Ａ（傾斜部）が設けられている。そして、上述の第１流入口４は、この傾斜面３１Ａに設けられている。

第１流入口４には、ウォータポンプＷから送液される冷却液Ｌを当該第１流入口４に案内するための流入ポート４１が接続されている。この流入ポート４１は、傾斜面３１Ａの面に対して垂直に形成されている。

流入ポート４１には、図１に示すように、第１流入路Ｃ１が接続される。そうして、第１流入口４は、第１流入路Ｃ１を介してウォータポンプＷに接続されている。

流出口５は、第１流入口４と同様に、容器３１の下方に設けられている。流出口５には、流出口５から流出した冷却液ＬをラジエータＲ側に案内するための流出ポート５１が接続されている。この流出ポート５１には、図１に示すように、流出路Ｃ２が接続されている。そして、この流出路Ｃ２を介してラジエータＲの上端に接続されている。

＜気液分離器本体の内部構造について＞
容器３１の内部には、図５〜図７に示すように、第１仕切り部材７と、第２仕切り部材８とが設けられている。

そして、気液分離器本体３の内部は、これらの第１仕切り部材７及び第２仕切り部材８により隔てられた３層構造を有している。すなわち、図５〜図７に示すように、容器３１の底側には主流室１１（第１室）、その主流室１１よりも上側には副流室１２（第２室）、さらにその副流室１２よりも上側には気泡溜め部１３（第３室）が形成されている。

主流室１１と副流室１２とは、第１仕切り部材７により仕切られている。また、副流室１２と気泡溜め部１３とは、第２仕切り部材８により、仕切られている。

言い換えると、主流室１１は、容器３１の底部側の内壁と第１仕切り部材７とにより囲まれて形成される空間により構成されている。また、副流室１２は、第１仕切り部材７と第２仕切り部材８と容器３１の内壁とにより囲まれて形成される空間により構成されている。このように、容器３１には、主流室１１及び副流室１２が収容されている。

一方、気泡溜め部１３の上部は、気液分離器本体３の蓋体３２により形成されている。すなわち、気泡溜め部１３は、上記第２仕切り部材８と容器３１の内壁と蓋体３２の内壁とにより囲まれた空間により形成されている。

第１仕切り部材７には、図５に示すように、第１流入口４に向かって突出するように形成された突出部７１が設けられている。突出部７１は、図８に示すように、符号Ｌ１で示す第１流入口４から流入する冷却液Ｌ（以下、冷却液Ｌ１ということがある）のうち上側部分ＬＧ１（エンジン冷却液の他部）を副流室１２に、下側部分Ｌ４（エンジン冷却液の一部）を主流室１１に案内するように、冷却液Ｌ１を効果的に分流するためのものである。

図７及び図８に破線及び実線で示すように、突出部７１の先端、容器３１の内壁、及び第１流入口４の縁の一部分により主流室導入路１１０（第１導入路）が形成されている。第１流入口４から流入した冷却液Ｌ１の下側部分（エンジン冷却液の一部）Ｌ４は、この主流室導入路１１０を通じて主流室１１内に案内される。

また、図７及び図８に破線及び実線で示すように、突出部７１の先端、容器３１の内壁、及び第１流入口４の縁のうち主流室導入路１１０を形成していない残りの部分により副流室導入路１２０（第２導入路）が形成されている。第１流入口４から流入した冷却液Ｌ１の上側部分ＬＧ１（エンジン冷却液の他部）は、副流室導入路１２０を通じて副流室１２内に案内される。なお、図７及び図８に示すように、主流室導入路１１０及び副流室導入路１２０は、突出部７１を隔てて互いに隣接している。

ここに、上述のごとく、第１流入口４は傾斜面３１Ａに設けられており、流入ポート４１は当該傾斜面３１Ａに対して垂直に設けられている。これにより、冷却液Ｌは容器３１に対して、斜め下方から流入するようになる。

そうすると、図８に示すように、第１流入口４から流入した冷却液Ｌに含まれる気泡は、浮力の働きにより冷却液Ｌの上側部分ＬＧ１に多く含まれるようになる。

そして、第１仕切り部材７に設けられた突出部７１により、第１流入口４から流入した冷却液Ｌはスムーズに分流され、気泡をあまり含まない下側部分Ｌ４は、主流室導入路１１０を通じて下側の主流室１１に流入する。一方、気泡を多く含む上側部分ＬＧ１は、主流室１１の上に副流室１２が設けられていることから、副流室１２側に分流される。

なお、図５における第１流入口４はその最大径であるが、突出部７１の先端の位置は、図５の紙面上において、突出部７１を延長したときに突出部７１により分割される第１流入口４の副流室１２側と主流室１１側との比が、好ましくは４：１〜１：４、より好ましくは１：１〜１：２となるように構成することが望ましい。なお、図５における当該副流室１２側と主流室１１側との比は２：３である。これにより、冷却液Ｌの分流が効果的に行われ、良好な気液分離性能を得ることができる。

主流室１１は、図１、図５、図９及び図１０に示すように、流出口５を介して流出路Ｃ２に連通している。ゆえに、図８に示すように、主流室１１に流入した下側部分Ｌ４は、符号Ｌ６の矢印で示すように、流出口５及び流出ポート５１を通じてラジエータＲ側に流出する。なお、流出口５は、図４、図９及び図１０に示すように、傾斜面３１Ａに設けられた第１流入口４から離間した位置に配置されている。これにより、気泡をあまり含まない下側部分Ｌ４について、その流速を落とすことなく、ラジエータＲの上端に案内することができる。

なお、図１に示すように、ラジエータＲの上端及び流出路Ｃ２は、気液分離器２の主流室１１と同じ高さか又は主流室１１よりも低い位置に配置されている。すなわち、気液分離器本体３のうち、副流室１２及び副流室１２よりも上部は、第１流入路Ｃ１、第２流入路Ｃ４、流出路Ｃ２及びラジエータＲの上端よりも高い位置に配置されている。そうすると、冷却経路Ｃ上で発生した気泡Ｇを、浮力を用いて効率的に気液分離器２の上部に集め、気泡を除去することができる。

副流室１２は、図６、図７、図１１及び図１２に示すように、第１仕切り部材７に設けられた下側連通孔７２を有している。下側連通孔７２は、図１１に示すように、平面視において、第１流入口４と離間した位置に設けられている。下側連通孔７２は、主流室１１に連通している。

また、気体溜め部１３は、図６、図７、図１３及び図１４に示すように、第２仕切り部材８に設けられた上側連通孔８２を有している。気泡溜め部１３は、当該上側連通孔８２を介して副流室１２と連通している。

図８に示すように、副流室導入路１２０を通じて副流室１２に流入した気泡Ｇを多く含む上側部分ＬＧ１は、副流室１２中で上側連通孔８２及び下側連通孔７２に向かって流れるようになる。そして、冷却液Ｌに含まれる気泡Ｇは、浮力の働きにより副流室１２の上側に浮上する。そうして、副流室１２における冷却液Ｌの上側の流れＬＧ２は気泡Ｇを多く含んで上側連通孔８２を通じて気泡溜め部１３に流入する。一方、副流室１２における冷却液Ｌの下側の流れＬ５は気泡Ｇをほとんど含むことなく下側連通孔７２を通じて主流室１１へ流入し、延いては流出口５を通じて気液分離器２から流出する。

なお、副流室１２の容量は、主流室１１の容量よりも大きく構成されている。具体的には、副流室１２の容量は、主流室１１の容量の好ましくは１.２倍以上、より好ましくは１.５倍以上、特に好ましくは３倍以上である。副流室１２の容量を主流室１１の容量よりも大きくすることで、副流室１２に流入した上側部分ＬＧ１の速度が、主流室１１に流入した下側部分Ｌ４の速度よりも遅くなる。そうすると、副流室１２において上側部分ＬＧ１に含まれる気泡Ｇは、浮力の働きにより副流室１２で十分に分離され、副流室１２の上側に集められるようになる。そうして、気液分離器２の気液分離機能をより向上させることができる。なお、例えば、副流室１２の高さを、主流室１１の高さよりも高くすることにより、副流室１２の容量を主流室１１の容量よりも大きくしてもよい。なお、本実施形態の構造では、レイアウト等の制約もあり、副流室１２の容量は、主流室１１の容量の１.５倍となっている。

また、図１５に示すように、上側連通孔８２は、平面視において、第１流入口４よりも下側連通孔７２に近い位置に配置されている。具体的には、図９及び図１３に示すように、上側連通孔８２は、平面視において、下側連通孔７２と重なるように形成されており、より具体的には、下側連通孔７２の全開口は、上側連通孔８２と全体が重なるように形成されている。

第１流入口４から離間した位置であって、平面視において下側連通孔７２と上側連通孔８２とを近い位置に配置することにより、第１流入口４から下側連通孔７２及び上側連通孔８２までの距離を確保することができる。そうすると、副流室導入路１２０を通じて副流室１２に流入した上側部分ＬＧ１について、上側連通孔８２及び下側連通孔７２まで十分時間をかけて流れるようになる。そうして、気泡Ｇを副流室１２の上側に集めることができ、副流室１２において十分に気液を分離させることができる。

なお、本実施形態において、下側連通孔７２の全開口は、上側連通孔８２と全体が重なるように形成されているが、第１流入口４から見て下側連通孔７２及び上側連通孔８２がほぼ同一の方向に配置されており、且つ両連通孔７２，８２への距離が確保できる限りは、両連通孔７２，８２は一部が重なるか、又は重なりがない構成としてもよい。

また、下側連通孔７２及び上側連通孔８２の形状は、図９及び図１３に示すように、台形に近い形状となっているが、形状はこれに限るものではなく、気液分離器２の設置スペース等の制約に起因する気液分離器本体３の形状を考慮して、円形、楕円形、矩形等の種々の形状をとり得る。

また、上側連通孔８２の開口面積は、下側連通孔７２の開口面積よりも大きくなるように構成されている。具体的には例えば、上側連通孔８２の開口面積は、下側連通孔７２の開口面積の好ましくは１．２倍以上５倍以下、より好ましくは１．５倍以上４倍以下、特に好ましくは１．７倍以上３倍以下となるように構成されている。上側連通孔８２の開口面積を下側連通孔７２の開口面積よりも大きくすることで、副流室１２における上側部分ＬＧ１のうち、気泡を多く含む上側の流れＬＧ２が下側の流れＬ５につられて下側連通孔７２を通じて主流室１１に流入するのを防ぐことができる。そうして、気泡Ｇが主流室１１に混入するのを防ぐことができる。

また、図９に示すように、上側連通孔８２及び下側連通孔７２は、平面視において、流出口５に対してオフセットされた位置に配置されている。

まず、図９において、流出口５の両端の点Ｑ２及び点Ｑ３間の距離Ｑ２−Ｑ３は、流出口５の最大径となる。そして、点Ｑ１は点Ｑ２及び点Ｑ３間の中間地点であり、流出口５の中心を表す。また、点Ｐは、平面視において、図９中破線で示す下側連通孔７２及び上側連通孔８２の流出口５側の開口縁のうち流出口５の端の点Ｑ３に最も近い点を示している。このとき、点Ｐは、点Ｑ２に関して点Ｑ３と反対側にある、すなわち下側連通孔７２及び上側連通孔８２の流出口５側の開口縁は流出口５と重なりがないか、又は重なりが一部であることが好ましい。一部重なりがある場合、点Ｑ２及び点Ｐ間の距離Ｐ−Ｑ２がＱ２−Ｑ３の好ましくは２／３以下、より好ましくは１／２以下、特に好ましくは１／３以下となるように重なっていることが望ましい。

このように、上側連通孔８２及び下側連通孔７２を、平面視において、流出口５よりもオフセット、すなわちずれた位置に配置することにより、副流室１２から下側連通孔７２を通じて主流室１１に流入する冷却液の流れＬ５が、主流室１１から流出口５を通じて気液分離器２外へ流出するエンジン冷却液の流れにつられて速くなるのを防ぐことができる。そうすると、副流室１２から上側連通孔８２を通じて気泡溜め部１３に流入する流れＬＧ２が、下側連通孔７２を通じて主流室１１に流入する流れＬ５につられて速くなるのを防ぐことができる。そうして、気液分離器２の気液分離機能を高めることができる。

なお、図９に示すように、本実施形態において、下側連通孔７２及び上側連通孔８２の流出口５側の開口縁のうち点Ｑ３に最も近い点Ｐは重なっているが、両者は互いにずれていてもよい。この場合、下側連通孔７２の点Ｐが上記条件を満たすことが望ましい。

また、図１１、図１２、及び図１４に示すように、副流室１２には、第１仕切り部材７の一部として、絞り部材７６、仕切り壁７７及び空洞部７８が設けられている。絞り部材７６は、副流室１２内の冷却液Ｌの流れに対して右側絞り部材７６Ａと左側絞り部材７６Ｂとにより構成されている。仕切り壁７７は下側連通孔７２の流出口５側の末端を形成しており、仕切り壁７７から第１流入口４側は空洞部７８が形成されている。空洞部７８には冷却液Ｌが流入しないようになっている。絞り部材７６及び空洞部７８が形成されていることにより、副流室１２内の冷却液Ｌの流れを下側連通孔７２及び上側連通孔８２に向かって絞ることができるとともに、その流速を低下させることができる。そうして、図８に示すように、上側の流れＬＧ１に含まれる気泡Ｇが下側の流れＬ５につられて主流室１１へ流入するのを防ぎ、気泡Ｇを確実に気体溜め部１３へ集めることができる。

次に、気泡溜め部１３の上部を形成する蓋体３２には、図２、図３、図４及び図７に示すように、その最上端に気泡溜め部１３と連通する気体抜き孔６１が設けられている。そして、気体抜き孔６１には、図８に示すように、ばねで付勢された気体抜きキャップ６３が設けられている。さらに、気体抜きキャップ６３には、図外のサブタンクＳに接続された気体抜き配管６２が接続されている。図８に示すように、これら気体溜め部１３、気体抜き孔６１、気体抜きキャップ６３、気体抜き配管６２により気体開放部６が構成されている。なお、気体抜き孔６１は、図１６に示すように、平面視において、第２仕切り部材８に設けられた上側連通孔８２から離間した位置に設けられている。

気泡溜め部１３に流入した冷却液Ｌには気泡Ｇが多く含まれており、この気泡Ｇは浮力の働きによりさらに気泡溜め部１３の上側に溜まるようになる。そうして、一定量の気泡Ｇが溜まったときに、気泡Ｇの圧力により、気体抜き孔６１の上側に設けられた気体抜きキャップ６３が押し上げられて、気泡Ｇは気体抜き配管６２を通じて大気開放された図外のサブタンクＳに排出される。上述のごとく、気体抜き孔６１が上側連通孔８２から離間した位置に設けられており、また、気体抜きキャップ６３がばねで付勢されていることにより、浮力により気泡Ｇが気泡溜め部１３の上部に溜まる時間を確保することができ、気泡溜め部１３に十分量の気泡Ｇを溜めることができる。そうして、十分量の気泡Ｇが溜まったところでサブタンクＳに開放できるので、気泡Ｇの開放とともにサブタンクＳに流出する冷却液Ｌの量を低減させることができる。

容器３１には、図７、図１１及び図１２に示すように、第２流入口９が設けられている。第２流入口９は、第１流入口４に近接するとともに、第１流入口４よりも高く且つ気泡溜め部１３よりも低い位置に設けられている。第２流入口９には、第２流入ポート９１が設けられており、図１に示すように、この第２流入ポート９１には第２流入路Ｃ４が接続されている。そして、第２流入口９は、第２流入路Ｃ４を介してターボチャージャＴに接続されており、符号Ｌ３で示すターボチャージャＴ側からの冷却液（以下、冷却液Ｌ３ということがある）が第２流入口９から気液分離器２に流入する。

また、容器３１は、図７、図１１及び図１２に示すように、第１仕切り部材７の一部として設けられた案内部材７４を有している。案内部材７４は、第２流入口９から流入した冷却液Ｌ３を副流室１２の副流室導入路１２０に案内するためのものである。

ラジエータＲの上端よりも比較的高い位置に設けられたターボチャージャＴからの高温の冷却液Ｌ３が副流室１２に直接流入すると、副流室１２中の冷却液Ｌの流れが速くなる。そうすると、副流室１２での気液分離機能が損なわれ、気泡Ｇが速い流れにつられて下側連通孔７２から主流室１１へ流入してしまい、気泡溜め部１３に溜まらなくなる虞がある。よって、案内部材７４を設け、ターボチャージャＴから気液分離器本体３内に第２流入口９を介して流入する冷却液Ｌを副流室導入路１２０に案内することにより、副流室１２内の冷却液Ｌの流速が上昇し過ぎるのを抑制することができる。また、主流室導入路１１０は、副流室導入路１２０に隣接して設けられているため、案内部材７４により案内されたターボチャージャＴからの冷却液Ｌのうち、気泡を含まない部分は主流室１１に流入し得る。そうして、副流室１２内の冷却液Ｌの流速を維持しつつ効率的に気液分離を行うことができる。

図１１及び図１３に示すように、第１仕切り部材７及び第２仕切り部材８と容器３１の内壁との間には、僅かな隙間７Ｄ，８Ｄが設けられている。この隙間７Ｄ，８Ｄは、具体的には例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができる。隙間７Ｄ，８Ｄを設けることにより、例えば、イグニッションのオフ後において、冷却液Ｌに含まれる気泡が当該隙間７Ｄ，８Ｄを通じて気泡溜め部１３に収集される。そうして、イグニッションオフ後のような冷却液Ｌの流れが停止した後であっても、効果的に気液分離を行うことができる。

（その他の実施形態）
以下、本発明に係る他の実施形態について述べる。なお、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

本開示に係る気液分離器２は、ターボチャージャＴがラジエータＲに対して低い位置にあるエンジンや、ターボチャージャＴを備えないエンジンにも適用できる。これらのエンジンに適用する場合、気液分離器２をラジエータＲの上端又はその近傍に設置する構成としてもよい。また、ターボチャージャＴを備えないエンジンに適用する場合は、第２流入口９、第２流入ポート９１及び第２流入路Ｃ４を設けない構成とすることができる。

実施形態１に係る気液分離器２は、主流室１１、副流室１２及び気体溜め部１３よりなる３層構造であったが、気体溜め部１３を形成せず、主流室１１及び副流室１２よりなる２層構造としてもよい。この場合、具体的には例えば、第２仕切り部材８を設けず、副流室１２の容量を主流室１１の容量よりも好ましくは２倍以上大きくすることにより、副流室１２の上部に気泡Ｇを溜めるようにしてもよい。

実施形態１に係る気液分離器２の気体抜き孔６１には、気体抜きキャップ６３が設けられていたが、本構成に限るものではなく、例えば所定の気圧値に到達したところで開く安全弁のような構成を採用してもよい。

本発明は、エンジン冷却液の冷却経路上に設けられた気液分離器及びこの気液分離器を備えたエンジン冷却液の気体抜き構造において、気泡に働く浮力を利用して、コンパクトな装置構成で効率的に気液を分離することができるので、極めて有用である。

１ 気体抜き構造（エンジン冷却液の気体抜き構造）
２ 気液分離器
３ 気液分離器本体
３１ 容器
３１Ａ 傾斜面（傾斜部）
３２ 蓋体
４ 第１流入口（流入口）
５ 流出口
６ 気体開放部
６１ 気体抜き孔
６２ 気体抜き配管
６３ 気体抜きキャップ
７ 第１仕切り部材
７１ 突出部
７２ 下側連通孔
７４ 案内部材
８ 第２仕切り部材
８２ 上側連通孔
９ 第２流入口（追加の流入口）
１１ 主流室（第１室）
１１０ 主流室導入路（第１導入路）
１２ 副流室（第２室）
１２０ 副流室導入路（第２導入路）
１３ 気泡溜め部（第３室）
Ｃ 冷却経路
Ｃ１ 第１流入路（流入路）
Ｃ２ 流出路
Ｃ４ 第２流入路（追加の流入路）
Ｌ 冷却液（エンジン冷却液）
ＬＧ１ 冷却液Ｌの上側部分（エンジン冷却液の他部）
Ｌ４ 冷却液Ｌの下側部分（エンジン冷却液の一部）
Ｗ ウォータポンプ
Ｒ ラジエータ
Ｔ ターボチャージャ

Claims (10)

1. エンジン冷却液の冷却経路上に設けられた気液分離器であって、
   気液分離器本体と、
   前記気液分離器本体の下方に設けられ、前記エンジン冷却液が流入する流入口と、
   前記気液分離器本体の下方に前記流入口から離間して設けられ、前記エンジン冷却液が流出する流出口と
   を備え、
   前記気液分離器本体は、
   第１導入路を有し、前記流入口から流入した前記エンジン冷却液の一部が該第１導入路を通じて案内される第１室と、
   前記第１導入路に隣接して設けられた第２導入路を有するとともに、前記第１室よりも上側に設けられ、前記流入口から流入した前記エンジン冷却液の他部が該第２導入路を通じて案内される第２室と、
   前記第２室の上側に設けられた気体開放部と
   を備え、
   前記第１室は、前記流出口に連通しており、
   前記第２室は、前記第２導入路と離間して設けられ且つ前記第１室に連通する下側連通孔を有しており、
   前記気体開放部は、
   前記気液分離器本体において、前記第２室の上側に設けられ、該第２室に連通する上側連通孔を備えた第３室と、
   前記第３室の上端に設けられた気体抜き孔と、を備えた
   ことを特徴とする気液分離器。
2. 請求項１において、
   前記第２室の容量は、前記第１室の容量よりも大きい
   ことを特徴とする気液分離器。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記上側連通孔は、平面視において、前記流入口よりも前記下側連通孔に近い位置に配置されている
   ことを特徴とする気液分離器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記上側連通孔の開口面積は、前記下側連通孔の開口面積よりも大きい
   ことを特徴とする気液分離器。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   前記気体開放部の前記気体抜き孔は、平面視において、前記上側連通孔から離間した位置に設けられている
   ことを特徴とする気液分離器。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
   前記上側連通孔及び前記下側連通孔は、平面視において、前記流出口に対してオフセットされた位置に配置されている
   ことを特徴とする気液分離器。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
   前記気液分離器本体は、
   前記流入口及び前記流出口が設けられるとともに前記第１室及び前記第２室を収容する容器と、
   前記容器の上端に配置されて、前記第３室の上部を形成する蓋体と、
   前記第１室と前記第２室とを仕切るための第１仕切り部材と、
   前記第２室と前記第３室とを仕切るための第２仕切り部材と
   を備え、
   前記第１仕切り部材には、前記流入口に向かって突出する突出部が設けられており、
   前記第１導入路は、前記突出部の先端、前記容器の内壁、及び前記流入口の縁の一部分により形成されており、
   前記第２導入路は、前記突出部の先端、前記容器の内壁、及び前記流入口の縁の残りの部分により形成されている
   ことを特徴とする気液分離器。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
   前記気液分離器本体の下方には、水平方向に対して傾斜する傾斜部が設けられており、
   前記流入口は、前記傾斜部に設けられており、
   前記流入口には、エンジン冷却液を該流入口に案内するための流入ポートが接続されており、
   前記流入ポートは、前記傾斜部に対して垂直に形成されている
   ことを特徴とする気液分離器。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載された気液分離器を備えたエンジン冷却液の気体抜き構造であって、
   前記流入口は、前記冷却経路上に設けられたウォータポンプに流入路を介して接続されており、
   前記流出口は、前記冷却経路上に設けられたラジエータの上端に流出路を介して接続されており、
   前記ラジエータの上端及び前記流出路は、前記気液分離器の前記第１室と同じ高さか又は前記第１室よりも低い位置に配置されている
   ことを特徴とするエンジン冷却液の気体抜き構造。
10. 請求項９において、
    前記気液分離器は、前記流入口に近接するとともに該流入口よりも高く且つ前記気体開放部よりも低い位置に設けられた追加の流入口をさらに備えており、
    前記追加の流入口は、前記冷却経路上に設けられたターボチャージャに追加の流入路を介して接続されており、
    前記気液分離器本体は、前記追加の流入口から流入したエンジン冷却液を前記第２室の前記第２導入路に案内する案内部材を有している
    ことを特徴とするエンジン冷却液の気体抜き構造。

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