JPH03111618A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水冷式内燃機関の冷却装置、特にリザーブタン
クを中心とする冷却水の密封循環システムに関するもの
である。

〔従来の技術〕

冷却水のりヂーブタンクを、単に冷却水のオーバーフロ
ー分を貯蔵するタンクとして使用するだけではなく、積
極的に冷却水の一部をリザーブタンクへ循環させること
によって、リザーブタンク内で冷却水から空気や蒸気な
どを分離、除去して冷却効率をより一層高めようとする
内燃機関の冷却装置が、たとえば、実開昭５２−９０６
５４号公報、実開昭６０−１５９２２号公報、実開昭６
２−８８８２９号公報、実開昭５６−９９００９号公報
、実開昭５９−８１９８５号公報等によって提案されて
いる。

一般にこの種の冷却装置にふいては、リザーブタンクと
内燃機関本体又はラジェータとを結ぶ独立した往復の冷
却水通路を有するほか、リザーブタンクにはキャップな
どと共にリリーフ弁が設けられており、リザーブタンク
内の圧力が所定値を越えると、タンク内の上層に溜まっ
ている空気や蒸気がリリーフ弁から大気中に放出され、
冷却装置内の圧力が過度に上昇しないようになっている
。

そして、この作用により、注水時等に冷却装置内に入っ
て残留している空気が比較的率（冷却水から分離され、
リザーブタンクのリリーフ弁から放出されるので、冷却
効率を低下させる要因となることがない。

〔発明が解決しようとする課題〕

第２図は本発明の実施例の一つの構造を示したものでは
あるが、従来の技術の問題点をも示している。この図に
おいて、１は水冷式の内燃機関、２はラジェータ、３は
リザーブタンク、４は内燃機関１の上部の冷却水通路の
出口１ａからラジェータ２の上部へ高温の冷却水を送る
管、５はラジェータ２の下部から機関１の比較的下部に
設けられた冷却水通路の入口にある冷却水ポンプ６へ冷
却水を還流させる管、７はサーモスタット、８は機関１
の上部の冷却水出口１ａがら空気や蒸気を多く含む冷却
水の一部をリザーブタンク３へ送るために設けられる管
で、実際に車両に搭載される機関では、管８は管４や５
に沿わせて第２図図示のように垂れ下がった形の配管と
することが多い。

９はラジェータ２の上部から空気や蒸気をリザーブタン
ク３へ送るために設けられる管、１０はリザーブタンク
３から冷却水を機関１へ戻すための管、エエはリザーブ
タンク３内で分離された空気や蒸気を、タンク３内が所
定の圧力以上となったときに大気中へ放出するためのＩ
Ｊ　ＩＪ−フ弁を備えた注水用キャップをそれぞれ示し
ている。

このような形の冷却水の配管を有する内燃機関の冷却装
置においては、機関を高負荷運転した直後に停止したよ
うな所謂デッドソークの状態では、機関１が高温になっ
ている上に、冷却水ポンプ６が停止している結果、機関
１内には高温の冷却水が停滞しているために、機関ｌ内
の冷却水通路では冷却水の蒸発が盛んになり、第２図中
に斜線で示したように、上部の冷却水通路には多量の高
圧蒸気が充満するが、管８が管４．５にくらべて細い上
に垂れ下がっているため、冷却水が溜って管８を塞ぐの
で蒸気の抜けが悪く、水位線りとじて示した位置まで冷
却水の水位を押し下げて、ようやく蒸気がリザーブタン
ク３へ抜けるような状態となる。

そのため、蒸気がリザーブタンク３へ抜ける前に、蒸気
によって押し下げられて機関１内から排除された冷却水
の方が先に管９．１０等からリザーブタンク３へ入り、
収容しきれなくなった量の冷却水がリリーフ弁付きキャ
ップ１１から外部へ噴出して失われることになる。

リザーブタンクを用いた密封式の冷却装置は、本来、冷
却水の補給を不要とするために設けられるものであるか
ら、前記のような原因によって多量の冷却水が逸出する
おそれがあるとすれば、機関冷却装置としての信頼性を
失うばかりでなく、冷却効率の向上の目的も達すること
ができない。

そこで本発明は、この種の密封式の冷却装置を改良して
信頼性を高めることを、発明が解決すべき課題とするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の内燃機関の冷却装置は、前記目的を達成するた
めの手段として、機関の冷却水通路と、前記機関の冷却
水通路に管によって接続されるラジェータと、上部にリ
リーフ弁を備えたリザーブタンクと、前記リザーブタン
クの上部とすくなくとも前記機関の冷却水通路の上部と
を接続する管を含む流入側の通路と、前記リザーブタン
クの下部と前記機関の冷却水通路の比較的下部とを接続
する管を含む流出側の通路とを備えていることを前提条
件とし、これに加えて、 （１）前記管がいずれも３〜１２ｍｍの内径を有すると
共に、前記流入側の通路の最小断面積が前記流出側の最
小断面積の１．５〜３倍の大きさを有すること、 （２）前記リザーブタンクの上部と前記機関の冷却水通
路の上部とを接続する管が実質的に最短距離を通って設
けられていること、 （３）前記リザーブタンクの上部と前記機関の冷却水通
路の上部とを接続する管が前記機関の冷却水通路とラジ
ェータとを接続する管に沿って垂れ下がって設けられて
いると共に、前記流出側の通路には前記リザーブタンク
から前記機関の冷却水通路の方への流れのみを許すフロ
ート式の逆止弁が設けられていること、 （４）前記リザーブタンクは連通孔を有する隔壁によっ
て複数の小室に仕切られており、前記小室の一つの上部
には前記リリーフ弁と前記機関の冷却水通路の上部に通
じる管が接続されると共に、前記小室の他の一つには前
記流出側の管が接続されること、 のうち、すくなくとも１つを主たる構成要件として備え
ていることを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明は前記のような手段を発明の構成要件とするから
、通常の運転状態においては、冷却水は内燃機関の冷却
水通路からラジェータへ循環するほか、その一部は流入
側通路を経てリザーブタンクに入り、そこで気液分離さ
れて空気又は過剰圧力の蒸気はリリーフ弁から外部へ放
出されると共に、残余の冷却水は流出側の通路から機関
の冷却水通路に戻るという循環をも行ない、効率よく機
関を冷却する。

デッドソーク状態のように、機関の冷却水通路の上部に
高圧の蒸気が溜って冷却水を押し下げることにより、前
記流出側の通路を逆流した冷却水などがリザーブタンク
に大量に注入されて、リリーフ弁から溢流しようとする
とき、本発明の（１）の手段では、リザーブタンクの流
入側と流出側の通路の流れ抵抗に差をもたせであるので
、機関の冷却水通路の上部の高圧蒸気は、そこに接続さ
れている抵抗の少ない流入側通路を通って円滑にリザー
ブタンクに抜けると共に、流出側通路の比較的大きい抵
抗によって、それを逆流しようとする冷却水の流れを抑
制する。

（２）の手段では、機関の冷却水通路の上部からリザー
ブタンクへの流入側通路の管が最短距離を通るように配
管されることによって、管には垂れ下りの部分がなくな
るので、そこに冷却水が溜ることはなく、したがって機
関の冷却水通路の上部にある高圧の蒸気がリザーブタン
クへ抜けることを妨げるようなことがなくなる。

（３）の手段では、リザーブタンクの流出側通路にフロ
ート式の逆止弁が設けられているので、流入側通路の管
が垂れ下っていて、そこに冷却水が溜り、機関冷却水通
路上部の高圧蒸気の抜けを妨げようとしても、前記逆止
弁によって流出側通路からリザーブタンクへ逆流する冷
却水の流れは阻止されているので、前記高圧蒸気の圧力
は流入側通路の垂れ下り部に溜った冷却水を排除してリ
ザーブタンクに抜ける。

また（４）の手段では、リザーブタンクの分割構造によ
り、流出側通路を逆流してリザーブタンクに入る冷却水
が、直ちにリリーフ弁や流入側通路が開口する小室へ流
入することはないので、ここで時間遅れが生じる間に、
機関冷却水通路の上部に溜っている高圧の蒸気が流入側
通路を通ってリザーブタンクへ抜けることができ、いず
れの場合もリリーフ弁から冷却水の噴き出しを避けるこ
とができる。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例を第１図に示す。既に説明した第
２図のものと同じ部分には同じ符号を付して説明を省略
する。この実施例の特徴は、リザーブタンク３に接続さ
れる３本の管８，９．１０にオリフィスＡ、Ｂ、Ｃを設
け、それらの内径を相互の関係において規定したことで
ある。

オリフィスＡ・Ｂ、Ｃの内径をそれぞれａ、ｂ。

Ｃとすると、それらの値は、冷却水に含まれるゴミや錆
等の夾雑物が詰りにくい最小の大きさとして、３市以上
とする必要があるが、その反面、あまり大きくとると、
機関１とラジェータ２とを結ぶ主たる流路である管４及
び５を通る冷却水量が減少し、リザーブタンク３を循環
する水量が増加して、ラジェータ２において冷却される
冷却水の量が減少するので、最大でもオリフィスの径ａ
・ｂ・Ｃは１２叩以下とする必要がある。

また、ラジェータ２はその構造上耐圧が比較的小さいの
で、デッドソータ状態においてラジェータ２に高い圧力
がかからないように、キャップ１１に付設されたリリー
フ弁のリリーフ圧をラジェータ２の耐圧程度に設定する
必要がある。そして機関１の高熱負荷運転状態において
は、リザーブタンク３内の圧力ＰＡはリリーフ圧に達し
ているが、このような状態でもラジェータ２の上部の圧
力Ｐ　、　／がその耐圧、すなわちキャップ１１のリリ
ーフ圧を大きく越えないようにする必要があるので、リ
ザーブタンク３への流入側オリフィスであるＡ及びＢの
開口の合計面積Ｓｉを、流出側オリフィスＣの開口面積
Ｓｏの１．５倍以上にとる必要がある。

しかし、反面それを３倍以上にとると、ラジェータ２上
邪の圧力はＩ７１７一フ圧程度に抑えることができても
、冷却水ポンプ６の入口部１２の圧力が過度に低下して
キャビテーションが発生し、ポンプ効率が低下すること
により、循環水量が減少して冷却性能も低下するので、
α＝Ｓｉ／Ｓｏの値は、 １．５＜αく３　　　　　　　　　　　　・・・（１）
したがって、３つのオリフィスＡ、Ｂ、Ｃの各内径ａ・
ｂ・Ｃについては、 ６ の範囲とするのが妥当である。

なお、前記不等式（１〉は次のようにして導びかれてい
る。すなわち、機関１の上部冷却水出口１ａの圧力Ｐｏ
とラジェータ２の上部の圧力Ｐ。′とは、太い管４によ
って連通されていることによりほぼ等しいから、Ｐ　ｏ
　””　Ｐ　ｏ　’　とみなすと、リザーブタンク３へ
の流入量Ｑ、はＫを定数として、ＱＩ＝に一８ｌＶ丁丁
−薯ｌ−・・・（３）であり、リザーブタンク３からの
流出量Ｑｏは、ポンプ入口部１２の圧力をＰ、とすると
、Ｑｏ　”　Ｋ　”　Ｓｏゾ丁１：巳−・（４）であっ
て、冷却装置が密封されているという条件からＱ＋　＝
Ｑｏであるから、 一方、ラジェータ２の耐圧等、冷却装置の耐圧上の制約
から、リザーブタンク３の圧力すなわちリリーフ圧ＰＡ
に対して、後述のように、Ｐａ　≦１．ＩＰＡ　〜１．
４ｐＡ　　　　　　−（６）でなければならないので、
前記式（５）から、ＰＡ　−Ｐｉ　＝　（０，Ｉ　ＰＡ
〜０．４ＦＡ）α２したがって、 Ｐｒ　＝ＦＡ　　　（０，１ＰＡ〜０．４ＰＡ）α２・
・・（７キヤビテーシヨン防止のためにＰｔ＞０とする
必要があるが、高回転域のようなＰｉ→０を想定すよっ
て２．５〈α２〈１０ となり、前記（１）式と同上の １、５８　＜α＜３．１６　　　　　　　　　　　　・
・・（８）が得られる。

また、前記式（６〉によって示す条件は、前述のように
オリフィスＡ、Ｂ、Ｃの内径ａ、ｂ、ｃを３〜１２ｍｍ
の範囲から選ぶ場合、リザーブタンク３を循環する流量
についての実流量Ｑと理論流量Ｑ９との比Ｑ／Ｑ”は、
差圧Ｐ。−ＰＡ　とリリーフ圧ＰＡとの比（ＰＯＰＡ）
／ＰＡに対して第３図に示すなような関係になり、差圧
ＰＧ　　ＰＡの値が少くとも０．１　Ｐ　Ａ以上でない
と十分な流量が得られないことと、その反面、第４図に
示すように、経験上、管の継手部分がはずれる等の冷却
装置の破損確率は、＜ｐ、　−ＰＡ　）　／ＦＡの値が
０．４を越えると急激に高くなるために、差圧ＰａＰＡ
の値を１．４ＰＡ以下に抑えなければならないことから
導かれたものである。

な右、リザーブタンク３への流入側の管８，９のどちら
かがない場合は、前記の・式（２）においてａ又はｂの
値を０とすればよい。また、本実施ａ２＋ｂ２ 例においては、１，５≦　　　　　　≦３とするこ２ とにより、耐圧確保とキャビテーションの発生を防止す
ることができ、更に、ａ＞ｂでかつａ＞Ｃとすると、冷
却水の逆流による逸出を防止できる。

また、第２図に示したものはオリフィスＡ、Ｂ。

Ｃを設けて内径ａ、ｂ、ｃを定めているが、特別にオリ
アイスを設けなくても、管８，９．１０によるリザーブ
タンク３への流入・流出通路の各最小内径をａ、ｂ、ｃ
として、前記の式（２）によりａ、ｂ、ｃの値を決定し
てもよい。

第１図に示す第１実施例の場合は、このようにして容管
８・９・１０の流路抵抗に特定の相対関係を与えること
により、デッドソータの状態でも、機関１の冷却水通路
の上部に溜る高圧の蒸気がリザーブタンク３へ抜けやす
くなり、その蒸気が冷却水を押し下げ、リザーブタンク
３のキャップ１１のリリーフ弁から冷却水を噴出させる
ようなことが防止される。

次に第２図は従来技術の問題点と共に本発明の第２実施
例を示したもので、機関１の上部冷却水出口１ａとリザ
ーブタンク３とを、主たる管４゜５に沿って設けられた
管８に代えて、最短距離を通る管８ａによって結ぶこと
により、実質的に垂れ下り部分をなくした点に特徴があ
る。管８ａのようにして垂れ下り部分をなくせば、そこ
に冷却水が停滞することがなく、デッドソーク状態でも
機関１の冷却水路に発生する高圧の蒸気は管８ａを通っ
てリザーブタンク３へ容易に抜けることができ、その圧
力がＩＪ　ＩＪ−フ圧を越えれば蒸気だけがリリーフ弁
から放出されるので、大量の冷却水が液状のまま失なわ
れることがない。

第５図は本発明の第３実施例を示したもので、第１図の
例とくらべると管９を廃して、管１０の途中にフロート
式の逆止弁１３を設けた点に特徴がある。逆止弁１３は
、第６図において拡大して示しているように、内面のテ
ーパ部１３ａに着座することができる比重が水よりも少
し大きいフロート球１４と、テーパ部の反対側の開口を
塞ぐことがないように設けられたメツシュ状の仕切り板
１５（第７図参照）を備えている。逆止弁１３の人口１
３ｂは下にしてリザーブタンク３の下部に接続し、逆止
弁１３の出口１３Ｃは上にして冷却水ポンプ６の入口部
１２へ接続する。管８は第１図や第２図と同様に長さｌ
だげ垂れ下って、主たる冷却水管４，５に沿って設けら
れている。

第５図の実施例においては、通常の運転状態で冷却水が
リザーブタンク３から管１０を通って冷却水ポンプ６の
方へ流れることは自由であるが、デッドソーク状態など
において、機関１の冷却水通路に高圧の蒸気が溜って冷
却水を押し下げようとするとき、管１０を通って冷却水
が機関１からリザーブタンク３の方へ逆流しようとして
も、逆止弁１３のフロート球１４がテーパ部１３ａに着
座して管１０の流れを止めるので、冷却水の逆流は阻止
されて、蒸気の圧力は管８の垂れ下った部分に溜ってい
る冷却水を押しのけてリザーブタンク３に抜け、気液分
離が行なわれて、タンク３内の圧力がリリ・−フ圧を越
える時でも蒸気だけがキャップ１１のリリーフ弁から放
出される。

水よりも比重の小さい材料からなるフロート球１４ａを
用いる第３実施例の変形が第８図に示されている。この
場合は、逆止弁１３′が第５図及び第６図とは上下反対
向きに置かれるが、管１０に関して冷却水を通過させ、
あるいは阻止する方法は変わらない。

第９図は本発明の第４実施例を示す。既に説明した第１
ないし第３実施例のいずれにも用いられているようなリ
ザーブタンク３は、合成樹脂製とすることができるが、
そのような場合は補強のために内部に隔壁１６．１７を
設け、タンク３内をいくつかの小室３ａ、３ｂ、、３ｃ
に分割すると共に、冷却水や蒸気の通過を許す連通孔１
８を設けて各小室を連絡させる。

第４実施例の場合は、このようなリザーブタンク３の分
割構造を利用して、本発明の目的を達成しようとするも
のである。そのため、機関１の冷却水通路の上部に通じ
る管８はリリーフ弁付きのキャップ１１が設けられた小
室３ａに接続すると共に、ラジェータ２の上部に通じる
管９と冷却水ポンプの入口部１２に通じる管１０は、前
記の小室３ａとは異なる小室３Ｃ及び３ｂに接続してい
る。要するに、管８と、管９あるいは管１０とが直ちに
連通しないように隔離して設けたもので、管９と管１０
を共に小室３Ｃに接続してもよい。

したがって、デッドソータ状態のように、機関１の冷却
水通路の上部に溜った高圧の蒸気によって冷却水が押し
下げられ、管９及び１０から冷却水がリザーブタンク３
内に大量に入って来ても、それらはまず小室３ｂや３Ｃ
に充満するので直ちに小室３ａに充満することがない。

また、小室３ａには管８の垂れ下り部などから冷却水が
押し上げられて侵入することはあっても、直ちに小室３
ａが冷却水で充満することがなく、上部は空室になって
いるので、その間に蒸気がキャップ１１のＩＪ　リーフ
弁を押し開いて外部に抜け、管８は冷却水によって塞が
れることなく開通していて過剰な蒸気をリザーブタンク
３へ逃がすから、機関１内で冷却水のレベルを押し下げ
る蒸気圧は消滅して、リザーブタンク３が冷却水で溢れ
るようなことが避けられる。

以上、本発明のいくつかの実施例を説明したが、これら
はいずれも同一の目的を達成するものであり、それぞれ
単独に実施することはもとより、２つ以とを組み合わせ
て実施することができることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明の構成により、冷却水をリザーブタンクに循環さ
せる密封式の冷却装置が有する弱点が克服され、その信
頼性が高められて、冷却水から空気や蒸気を分離して高
い冷却効率を挙げるというこの種の冷却装置本来の機能
を十分に発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す冷却装置の全体構成図、
第２図は従来技術の問題点と共に本発明の他の実施例を
示す冷却装置の全体構成図、第３図及び第４図は本発明
の手段を導くために用いられる冷却装置における冷却水
の特性を示す線図、第５図は本発明の更に他の実施例を
示す冷却装置の全体構成図、第６図及び第７図はそれぞ
れ第５図の一部を拡大して示す断面図と平面図、第８図
は第６図の一部の変形例を示す断面図、第９図は本発明
の更に他の実施例を示す要部の断面図である。 １・・・水冷式内燃機関、　１ａ・・・冷却水出口、２
・・・ラジェータ、　　　　３・・・リザーブタンク、
３ａ、３ｂ、３ｃ・−・小室、 ４．５・・・管、　　　　　　６・・・冷却水ポンプ、
７・・・サーモスタット、８，９．１０・・・管、８ａ
・・・垂れ下らない管、 １１・・・リリーフ弁付きキャップ、 １２・・・ポンプ入口部 １３．１３’・・・フロート式逆止弁、１３ａ・・・テ
ーパ部、　　　１３ｂ・・・逆止弁人口、１３ｃ・・・
逆止弁出口、　　１４，１４８・・・フロート球１５・
・・メツシュ状仕切り板、 １６．１７・・・隔壁、　　　　１８・・・連通孔。 ビ 第 図 第 図 第 図 第 Ｓ 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機関の冷却水通路と、前記機関の冷却水通路に管に
   よって接続されるラジエータと、上部にリリーフ弁を備
   えたリザーブタンクと、前記リザーブタンクの上部とす
   くなくとも前記機関の冷却水通路の上部とを接続する管
   を含む流入側の通路と、前記リザーブタンクの下部と前
   記機関の冷却水通路の比較的下部とを接続する管を含む
   流出側の通路とを備えており、前記管がいずれも３〜１
   ２ｍｍの内径を有すると共に、前記流入側の通路の最小
   断面積が前記流出側の最小断面積の１．５〜３倍の大き
   さを有することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 ２、機関の冷却水通路と、前記機関の冷却水通路に管に
   よって接続されるラジエータと、上部にリリーフ弁を備
   えたリザーブタンクと、前記リザーブタンクの上部とす
   くなくとも前記機関の冷却水通路の上部とを接続する管
   を含む流入側の通路と、前記リザーブタンクの下部と前
   記機関の冷却水通路の比較的下部とを接続する管を含む
   流出側の通路とを備えており、前記リザーブタンクの上
   部と前記機関の冷却水通路の上部とを接続する管が実質
   的に最短距離を通って設けられていることを特徴とする
   内燃機関の冷却装置。 ３、機関の冷却水通路と、前記機関の冷却水通路に管に
   よって接続されるラジエータと、上部にリリーフ弁を備
   えたリザーブタンクと、前記リザーブタンクの上部と前
   記機関の冷却水通路の上部とを接続する管を含む流入側
   の通路と、前記リザーブタンクの下部と前記機関の冷却
   水通路の比較的下部とを接続する管を含む流出側の通路
   とを備えており、前記リザーブタンクの上部と前記機関
   の冷却水通路の上部とを接続する管が前記機関の冷却水
   通路とラジエータとを接続する管に沿って垂れ下がって
   設けられていると共に、前記流出側の通路には前記リザ
   ーブタンクから前記機関の冷却水通路の方への流れのみ
   を許すフロート式の逆止弁が設けられていることを特徴
   とする内燃機関の冷却装置。 ４、機関の冷却水通路と、前記機関の冷却水通路に管に
   よって接続されるラジエータと、上部にリリーフ弁を備
   えたリザーブタンクと、前記リザーブタンクの上部とす
   くなくとも前記機関の冷却水通路の上部とを接続する管
   を含む流入側の通路と、前記リザーブタンクの下部と前
   記機関の冷却水通路の比較的下部とを接続する管を含む
   流出側の通路とを備えており、前記リザーブタンクは連
   通孔を有する隔壁によって複数の小室に仕切られており
   、前記小室の一つの上部には前記リリーフ弁と前記機関
   の冷却水通路の上部に通じる管が接続されると共に、前
   記小室の他の一つには前記流出側の管が接続されること
   を特徴とする内燃機関の冷却装置。