JPH0341054Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は水冷式エンジンにおけるキヤビテーシ
ヨンエロージヨン防止装置の改良に関する。

水冷式エンジンは、運転時、シリンダライナや
シリンダブロツクの振動によりシリンダ周囲の冷
却水中にキヤビテーシヨン現象を生じる傾向にあ
る。

このキヤビテーシヨンは、シリンダライナの外
周に接触する冷却水中に発生する気泡であつて、
エンジン振動に伴う水圧の低下に起因して発生す
る。この気泡は、ライナ表面の微少凹部を核とし
て低圧部に発生し、次の高圧に移行したとき瞬時
のうちに崩壊し、このとき、冷却水路の内部に高
周波の水圧変動を生じてライナ表面の凹部にキヤ
ビテーシヨンエロージヨンを発生し、これにより
エンジンの耐久性を低下させる。このキヤビテー
シヨンエロージヨンの防止方法の１つとして、冷
却水中に気泡を混入させ、この気泡を利用して水
圧の変動を緩和させるというものがあり、この方
法を利用したキヤビテーシヨンエロージヨン防止
装置として特開昭57−93619号公報が提案されて
いる。また、本出願人より実開昭58−33729号公
報が提案されている。

このものは、冷却系統のウオータタンクの空気
室と、ウオータポンプ吸込側にサーモスタツト下
流から接続するバイパス冷却水通路と、を連通す
る空気通路を設け、冷却水中に空気の気泡を混入
させる構成である。

ところで、かかる装置におけるウオータタンク
の構造を第１図に示す。

即ち、図において、ウオータタンク１の空気室
１Ａには、図示しないサーモスタツト上流側とラ
ジエータ上部からのエアパイプ２，３が連通接続
されると共にサーモスタツトからウオータポンプ
の吸込側へと接続するバイパス冷却水通路に連通
される空気通路４が連通接続され、ウオータタン
ク１の底部にはウオータポンプの上流側循環路に
至る冷却水通路５が連通接続されている。

尚、６はウオータタンク１上壁に開設された注
水口である。

そして、かかるウオータタンク１の空気室１Ａ
内の空気が空気通路４を介して循環冷却水中に混
入し気泡を生じるわけであり、混入空気量はエン
ジン運転開始前にウオータタンク１の空気室１Ａ
に存在する空気量のうち該タンク１内水位の上昇
に伴なう空気量減少分であり、このウオータタン
ク１のようにその側壁上部に空気通路４を連通接
続した場合、該ウオータタンク１内水位が空気通
路４の混入空気出口高さに上昇するまで空気が混
入される。

しかしながら、従来のウオータタンク１のよう
に、単に上壁に注水口６が開設された構成では、
該タンク１内への注水量を規制することが困難で
あり、水位を規定することができないので、この
ことによつて混入空気量が一定のものとならず、
適当量を確保することが困難であるという欠点が
ある。

ちなみに、キヤビテーシヨン防止に必要な混入
空気量は、冷却水量に対する循環空気量の体積パ
ーセントで１％以上必要であることが、本考案者
らの実験により明らかになつており、逆にこの空
気量が多すぎると（例えば15％以上）ラジエータ
の冷却性能、カーヒータの性能等に悪影響を与え
る。

本考案はウオータタンクの注水口形成位置と混
入空気出口形成位置の簡単な改良により、上記従
来の欠点を解消することを目的とする。

即ち、本考案は、ウオータタンクの注水口の該
タンク内開口面位置を、該タンク高さの略中間位
置に設定し、かつ混入空気出口を前記注水口開口
面位置の上方に位置させる一方、該注水口開口面
位置と混入空気出口位置との間のタンク内体積が
キヤビテーシヨン防止に必要な混入空気量となる
よう前記注水口開口面位置と混入空気出口位置と
を設定するようにしたキヤビテーシヨンエロージ
ヨン防止装置である。

かかる構成によれば混入空気量を適正量を確保
することが容易にでき、キヤビテーシヨンを効果
的に防止してエンジンの信頼性をより向上するこ
とができる。

以下、本考案の一実施例を第２図〜第４図に基
づいて説明する。

本考案の一実施例を示す第２図において、始動
時等冷却水温度が低い時には、エンジン本体１１
で暖められた冷却水は、サーモスタツト１２が閉
じているためラジエータ１３へ流れ込まずにバイ
パス通路１４を介してウオータポンプ１５に供給
され、再びエンジン本体１１へ圧送され、これら
の冷却系統を循環して暖機を促進する。

一方、冷却水温度が所定温度を越えるとサーモ
スタツト１２が開成し、エンジン本体１１の冷却
水はラジエータ１３に流入しここで冷された後ウ
オータポンプ１５を介してエンジン本体１１に圧
送され、これらの冷却系統を循環して冷却水温度
を一定値以上にならないようにしている。

又、運転中はサーモスタツト１２上流側及びラ
ジエータ１３上部からエアパイプ１６，１７を介
してウオータタンク１８に冷却水が流れ込み、こ
こで気水分離を行ない再び冷却水を冷却水通路１
９を介してウオータポンプ１５上流側循環路に戻
すようになつている。

そして、本実施例においては、上記冷却系統に
加えて、ウオータタンク１８上部の空気室１８Ａ
と、ウオータポンプ１５の吸込側とを連通する空
気通路２０を設けると共にその空気通路２０に冷
却水温度に応じて該空気通路２０を開閉する通路
開閉弁２１を設けてある。この通路開閉弁２１は
サーモワツクスを封入した感温部２１Ａがサーモ
スタツトハウジング内に突入して配置され、冷却
水温度がその設定温度以上になるとサーモワツク
スが膨張して閉作動し、前記設定温度以下になる
とサーモワツクスが収縮して開作動するようにな
つている。

尚、この通路開閉弁２１は例えば冷却水温度が
80℃以下の場合には通路２０を開通し、80℃を越
えると閉鎖するように構成されている。

かかる構成において、本考案ではウオータタン
クの注水口の該タンク内開口面位置を該タンク高
さの略中間位置に設定し、かつ混入空気出口を前
記注水口開口面位置の上方に位置させる。即ち、
本実施例においては注水口２２をウオータタンク
１８の上部の片側隅部から該タンク１８内に傾斜
して突入したパイプ２３により構成し、該パイプ
２３のタンク１８内開口面位置を前述したように
タンク１８高さの略中間位置に設定してある。一
方、空気通路２０を構成するパイプ２４の端部を
タンク１８上壁に設けた取付孔１８ａを貫通させ
てタンク１８内の空気室１８Ａ内に鉛直に突入
し、該パイプ２４端部開口を混入空気出口２５と
して前述したように注水口２２の開口面位置の上
方に開放してある。

そして、前記注水口２２開口面位置と混入空気
出口２５位置との間のタンク１８内体積がキヤビ
テーシヨン防止に必要な混入空気量となるよう注
水口２２開口面位置と混入空気出口２５位置とを
設定するっようにする。

この場合、前記タンク１８内体積はタンク１８
横断面積と注水口２２開口面上縁位置と混入空気
出口２５位置との距離ａとの積で表わされるか
ら、このａ寸法を適宜設定すれば良い。

次に作用を説明する。

エンジン運転時、シリンダライナやシリンダブ
ロツクの振動によりシリンダライナ周囲の冷却水
通路は水圧変動をきたし、キヤビテーシヨンを発
生する。このキヤビテーシヨンは冷却水温度が低
温の時に激しく発生する。

この冷却水温度が低い時には、前述したように
サーモスタツト１２が閉じており、冷却水はバイ
パス通路１４を通つてウオータポンプ１５に供給
されている。この場合、ウオータタンク１８の空
気室１８Ａの圧力とウオータポンプ１５の吸込側
圧力との差圧は大きくなつており、しかも空気通
路２０の通路開閉弁２１は開状態にあつて前記空
気室１８Ａがウオータポンプ１５と連通状態にあ
るため、前記差圧に基づいて空気室１８Ａ内の空
気が空気通路２０を介して循環冷却水中に混入し
気泡を生じる。この気泡がシリンダライナ周囲の
冷却水通路内において気泡容積の弾性変形に基づ
いて水圧の変動を緩和するため、圧力変動が低減
し、この圧力変動の際発生するキヤビテーシヨン
エロージヨンを有効に抑制する。

ここで、上記の作用を詳細に説明するが、作用
を明確にするため、次の項目に分けて、夫々を説
明する。

(a) エンジン運転前にウオータタンク１８内にお
けるａ寸法で規定される空気のエンジン運転後
の流れ (b) 冷却水中に混入された空気の流れ (c) ウオータタンク１８内の水位 まず、(a)について説明する。

エンジン運転により、ウオータポンプ１５が運
転される。ウオータポンプ１５の運転により、通
路１４，１９を通り、冷却水がウオータポンプ１
５内に移動するが、このとき同時に通路２０の冷
却水もウオータポンプ１５内に移動する。

エンジン運転を継続すると、通路１４，１９か
らはエンジン本体１１を循環した冷却水が吸引さ
れ続けるのに対して、通路２０からは、該通路２
０内に存在していた冷却水が全て吸引されると、
次に通路２０内に存在していた空気及びウオータ
タンク１８の空気を吸引することになり、空気が
エンジン冷却水中に混入する。この際、空気はウ
オータポンプ１５により攪拌され、気泡となり、
エンジン冷却水と共にエンジン本体１１内を循環
する。気泡を含んだ冷却水は気泡を含んだ分見掛
け上の容積が増加するので、ウオータタンク１８
内の水位は上昇する。冷却水中に混入された空気
は、水圧により若干容積が変化するが、その変化
量は混入される空気全体に比べ非常に小さいの
で、おおむね混入された空気の総和の容積分、エ
ンジン冷却水全体の見掛け上の容積が増加するの
で、ウオータタンク１８内の水位は混入された空
気の容積分上昇することになる。

更に、空気の混入が続くと、ウオータタンク１
８内の水位は、該ウオータタンク１８内の混入空
気出口２５の位置に達する。これ以降は混入空気
出口２５はウオータタンク１８内水位と接するた
め、通路２０へは空気と冷却水が交互又は混在し
た状態で移動する。従つて、エンジン運転中にお
けるウオータタンク１８内の水位は、混入空気出
口２５の位置で一定となる。

次に、(b)について説明する。

気泡となつて冷却水中に混入された空気の一部
は、エンジン本来の気水分離機能によりウオータ
タンク１８内の空気室１８Ａへ回収される。即
ち、気泡を含んだ冷却水の一部は通路１６を通
り、ウオータタンク１８内へと移動する。ここ
で、冷却水の流速が極端に低下するため気泡は上
昇し、該タンク１８内の空気室１８Ａへ回収さ
れ、冷却水はタンク１８内を降下する。ウオータ
タンク１８内へ回収された空気は前述の作用によ
り、再び冷却水中に混入するので、ウオータタン
ク１８内の水位は変化しない。

次に、(c)について説明する。

一般に、気水分離機能の有無に係わらず、ウオ
ータタンク１８内の水位が略一定になるように、
各通路の接続位置が決定されている。もしも、エ
ンジン運転により水位が変化する場合は、その変
化量を測定し、最も上昇した場合でも充分な空気
混入量が得られるように、ウオータタンク１８に
おける寸法ａを設定することにより、空気混入量
をある範囲内に規定すれば良い。又、ウオータタ
ンク１８の水平方向の断面積を大きくすれば、水
位の変化を少なく抑えることが可能となる。

尚、上述の作用によつてウオータタンク１８内
の寸法ａで規定される空気が冷却水中に混入され
水位が混入空気出口２５に達する時間はエンジン
始動後２〜３秒と短いので実用上混入される空気
の量はエンジン運転前の水位により規定すること
ができる。

以上の説明から明らかなように、ウオータタン
ク１８において、注水口２２の該ウオータタンク
１８内開口面位置を、該タンク１８高さの略中間
位置に設定したことにより、タンク１８内への注
入量はこの注水口２２開口面位置によつて規定さ
れ、水位は図のように注水口２２開口面上縁位置
と合致し、タンク１８内略中間位置となる。そし
て、混入空気量はエンジン運転開始前にウオータ
タンク１８の空気室１８Ａに存在する空気量のう
ち該タンク１８内水位の上昇に伴なう空気室減少
分即ちウオータタンク１内水位が混入空気出口２
５高さに上昇するまで空気が混入され、この混入
空気量は前述したように規定されたａ寸法によつ
て常に適当量が確保されることになる。

従つて、混入空気量はキヤビテーシヨンを防止
するに適当な例えば冷却水量に対する循環空気量
の体積パーセントで４〜８％のものを得ることが
でき、キヤビテーシヨンを効果的に防止してエン
ジンの信頼性をより向上することができると共に
ラジエターの冷却性能、カーヒータの性能を良好
に維持できるわけである。

尚、前記ａ寸法は冷却水の膨張も考慮して水温
上昇に伴ない膨張したとしても混入空気量が前述
の体積パーセントに確保されるように決定するの
が良い。

又、上記実施例においては混入空気出口２５を
空気通路２０を構成するパイプ２４をウオータタ
ンク１８上壁から貫通させて空気室１８Ａに開口
するようにしたが、第３図に示すようにウオータ
タンク１８の側壁上部から水平に貫通して後下向
きに曲げて混入空気出口２５を開口するようにし
ても良いし、第４図に示す如く単にウオータタン
ク１８上壁上部から水平に貫通させて突入させて
開口するようにしても良い。

更に、本実施例においては注水口２２をパイプ
２３を利用してウオータタンク１８内の該タンク
１８高さに略中間位置に設定するようにしたが、
これに限らず、第４図に示すようにウオータタン
ク１８上部の片側隅部に設けた傾斜面に直接注水
口２２を開口するようにしても良い。

以上説明したように、本考案は水冷式エンジン
の冷却系統に設けられたウオータタンクと冷却水
路とを連通する空気通路を備え、該通路を介して
冷却水中に空気を混入するようにしたキヤビテー
シヨンエロージヨン防止装置において、ウオータ
タンクの注水口のタンク内開口面位置と混入空気
出口位置との簡単な改良により、キヤビテーシヨ
ンエロージヨン防止に必要な適正な混入空気量を
得られ、もつて、エンジンの信頼性をより向上す
ることができると共にラジエターの冷却性能、カ
ーヒータの性能を良好に維持することができる実
用的効果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の一例を示すウオータタンク
部の縦断面図、第２図は本考案の一実施例を示す
簡略構成図、第３図及び第４図は他の実施例を示
すウオータタンク部の縦断面図である。 １１……エンジン本体、１８……ウオータタン
ク、２０……空気通路、２２……注水口、２５…
…混入空気出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水冷式エンジンの冷却系統に設けられたウオー
   タタンクと冷却水路とを連通する空気通路を備
   え、該空気通路を介して冷却水中に空気を混入す
   るようにしたキヤビテーシヨンエロージヨン防止
   装置において、前記ウオータタンクの注水口の該
   タンク内開口面位置を該タンク高さの略中間位置
   に設定し、かつ混入空気出口を前記注水口開口面
   位置の上方に位置させる一方、該注水口開口面位
   置と混入空気出口位置との間のタンク内体積がキ
   ヤビテーシヨン防止に必要な混入空気量となるよ
   う前記注水口開口面位置と混入空気出口位置とを
   設定するようにしたことを特徴とするキヤビテー
   シヨンエロージヨン防止装置。