JPH078530U - 内燃機関の水冷式冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ウォータポンプの吸込側にて発生した負圧を低
減する負圧制御弁の作動圧の選定を容易に行うことがで
きるとともに、冷却水の温度上昇に起因するキャビテー
ションの発生を抑制する。 【構成】内燃機関１冷却用のウォータジャケット３、ア
ウトレット４、ラジエータ５、インレット６からなる冷
却水の循環系において、ウォータポンプ７の吸込側近傍
と吐出側近傍との間に冷却水が流通可能なバイパス通路
９を設けた。バイパス通路９に冷却水の吸込圧と吐出圧
との差圧が設定値を境として開閉動作して吸込側の負圧
を低減する負圧制御弁１０を設けた。この構成により、
負圧制御弁１０が開放するときの差圧はある程度の幅を
有した値であるため、その差圧に応じた負圧制御弁１０
の作動圧の選定が容易となる。又、パイパス通路９を流
れる冷却水はウォータポンプ７の吐出側近傍から流れ込
んでくるものであり、ウォータポンプ７の吸込側近傍の
冷却水との温度差は小さい。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は内燃機関の水冷式冷却装置に係り、詳しくは、ウォータポンプの高回 転時又は冷却水の高温時に、そのポンプの吸込み側に発生するキャビテーション 抑制のための負圧制御弁を有するバイパス通路を設けた内燃機関の水冷式冷却装 置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、内燃機関の水冷式冷却装置においては、内燃機関により得られる動力 を利用してウォータポンプを回転させることにより、冷却水を内燃機関に送込ん で冷却し、その冷却水をラジエータにて冷却して再び内燃機関に循環させるよう にしている。ところが、上記した冷却装置においては、ウォータポンプが高回転 となるとポンプの吸込み側の水圧が低下して吸込負圧が増大し、溶解空気が分離 して気泡が生じ、その気泡がウォータポンプの羽根等に衝突して振動と騒音とを 発生する（キャビテーション）。そして、そのキャビテーションによりウォータ ポンプの羽根あるいは通路が浸食されて損傷することにより冷却性能が低下する おそれがある。

【０００３】 そこで、キャビテーションの発生を抑制する冷却装置として実開昭５９−１８ ４３１８号に示すようなものが提案されている。この冷却装置は図７に示すよう に、内燃機関３０の冷却用のウォータジャケット３１からラジエータ３２に吐出 する吐出通路３３と、ラジエータ３２からサーモスタット３４へ導く戻り通路３ ５と、サーモスタット３４からウォータポンプ３６へ導く吸込通路３７とを備え た。又、吐出通路３３と戻り通路３５との間に第一バイパス通路３８を設けると ともに、その第一バイパス通路３８と前記吸込通路３７との間に第二バイパス通 路３９を設けた。更に、第二バイパス通路３９に負圧制御バイパス弁４０を設け た。負圧制御バイパス弁４０は図８（ａ）に示すように、一対の弁体４１が第二 バイパス通路３９に設けられた軸４２に回動可能に軸着されるとともに、軸４２ に設けられたバネ４３により、弁体４１を常時水流に抗する側へ押圧した構成と なっている。

【０００４】 上記した構成により、吸込通路３７内の水圧が低下して吸込負圧が増大した場 合、その負圧と第一バイパス通路３８内の水圧との差圧に基づいて、バネ４３の 押圧力に抗して負圧制御バイパス弁４０の弁体４１が開放される（図８（ｂ）参 照）。すると、冷却後の水が第二バイパス通路３９を通過して吸込通路３７に供 給されて吸込負圧が低減されて、キャビテーションの発生が抑制される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上記した冷却装置においては、吸込通路３７内の吸込負圧と第一バ イパス通路３８内の水圧との差圧が小さく微妙であるため、負圧制御バイパス弁 ４０の作動圧の選定が困難であるという問題がある。すなわち、バネ４３の押圧 力を調整しても微妙な圧力差に対応した適切な作動圧を得ることは困難であり、 吸込負圧が増大しても効果的に開放動作するかという信頼性に欠ける。又、差圧 が小さい場合、その作動圧の精度が要求されるため弁自体が複雑な構造となり高 コストなものとなる。

【０００６】 又、負圧制御バイパス弁４０が開放されて第二バイパス通路３９を通過する冷 却水は、ラジエータ３２を通過していないため高温状態となっている。このため 、吸込通路３７に導かれる冷却水の温度が上昇して飽和蒸気圧に達すると、蒸気 が発生して新たにキャビテーションが発生する。従って、吸込負圧が低減しても 吸込側に高温の冷却水が導かれることにより、キャビテーションの抑制効果を十 分に発揮することができないという問題がある。

【０００７】 本考案は上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、 ウォータポンプの吸込側にて発生した負圧を低減する負圧制御弁の作動圧の選定 を容易に行うことができるとともに、冷却水の温度上昇に起因するキャビテーシ ョンの発生を抑制することができる内燃機関の水冷式冷却装置を提供することに ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するために本考案は、内燃機関冷却用のウォータジャケット と、該ウォータジャケットから冷却水をラジエータに吐出する吐出通路と、該ラ ジエータから冷却水を前記ウォータジャケットへ戻す戻り通路と、冷却水をウォ ータジャケットとラジエータとに前記吐出通路及び戻り通路を介して循環させる ウォータポンプとを備えた内燃機関の水冷式冷却装置において、前記ウォータポ ンプの吸込側近傍と吐出側近傍との間に冷却水が流通可能なバイパス通路を設け 、該バイパス通路に冷却水の吸込圧と吐出圧との差圧が設定値を境として開閉動 作して吸込側の負圧を低減する負圧制御弁を設けた。

【０００９】

【作用】

このように構成された本考案は、冷却水の循環時にウオーターポンプの回転数 が高くなるとウオーターポンプの吸込圧がマイナス圧（負圧）側に、吐出圧がプ ラス圧側に変化して差圧が拡大する。そして、差圧が設定値となったときに負圧 制御弁が開放されて、冷却水が吐出側からパイパス通路を通過して吸込側へ流れ 込んで吸込圧の負圧状態が低減されてキャビテーションの発生が抑制される。従 って、負圧制御弁が開放するときの差圧はある程度の幅を有した値であるため、 その差圧に応じた負圧制御弁の作動圧の選定を容易に行うことができる。

【００１０】 又、パイパス通路を流れる冷却水は、ウォータポンプの吐出側近傍から流れ込 んでくるものであり、ウォータポンプの吸込側近傍の冷却水との温度差は小さい 。このため、ウォータポンプの吸込側の水温が吐出側から流れ込んでくる冷却水 により上昇することはない。この結果、冷却水の温度上昇に起因するキャビテー ションの発生が抑制される。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案を具体化した一実施例を図１〜図４に従って説明する。 図１に示すように、内燃機関１の水冷式冷却装置２は、その内燃機関１の図示 しないシリンダヘッド、シリンダブロック中に設けられた冷却用の通路であるウ ォータジャケット３を備えている。このウォータジャケット３は冷却水を吐出す る吐出通路としてのウォータアウトレット（以下、アウトレットという）４を介 してラジエータ５と接続されている。ラジエータ５は冷却水を戻す戻り通路とし てのウォータインレット（以下、インレットという）６を介してウォータジャケ ット３と接続されている。又、内燃機関１には図示しないクランク軸に連結され たウォータポンプ７がウォータジャケット３とインレット６との間に配設されて いる。そして、ウォータポンプ７が駆動されると、冷却水がウォータジャケット ３からアウトレット４を介してラジエータ５に流れ込み、ラジエータ５にて冷却 されてインレット６を介して再びウォータジャケット３に流れ込んで内燃機関１ を冷却するようになっている。

【００１２】 又、インレット６の下流側にはサーモスタット８が設けられており、冷却水の 温度に応じて図示しない弁を開閉させて流量を調節して、内燃機関１の温度が必 要以上に低下するのを防止するようになっている。すなわち、サーモスタット８ は低温時には弁を閉鎖させて冷却水の流量を少なくし、高温時には弁を開放させ て冷却水の流量を多くする。前記ウォータポンプ７よりも下流側近傍のウォータ ジャケット３と、サーモスタット８よりも上流側近傍のインレット６との間には 、バイパス通路９が連通して接続されている。又、バイパス通路９には負圧制御 弁１０が設けられている。

【００１３】 次に、負圧制御弁１０について図２及び図４に従って説明する。図２はバイパ ス通路及び負圧制御弁を示す一部縦断面図であり、図４は負圧制御弁を示す図２ のＡ−Ａ断面図である。

【００１４】 バイパス通路９の内周面の一部には、その内径よりも小径の開口部１１ａを有 するストッパ部１１が突出形成されている。ストッパ部１１よりもインレット６ 側には、負圧制御弁１０を構成する開口部１１ａよりも大径の弁体１２が設けら れている。ストッパ部１１よりもウォータポンプ７側には、バイパス通路９の内 径よりも若干小径で４箇所の開口部１３ａを有する開閉補助板１３が設けられて いる。弁体１２と開閉補助板１３とは開口部１１ａを挿通した連結棒１４を介し て連結されており、ストッパ部１１を挟んで連動可能となっている。開閉補助板 １３とストッパ部１１との間にはコイルスプリング１５が設けられている。そし て、コイルスプリング１５は常時、開閉補助板１３をウォータポンプ７側に押圧 しており、弁体１２は開口部１１ａを閉鎖した状態でストッパ部１１に係止され ている。

【００１５】 又、弁体１２はインレット６内のウォータポンプ７の吸込圧Ｐwiと、ウォータ ジャケット３内のウォータポンプ７の吐出圧Ｐwoとの差圧ΔＰw に基づいて、開 閉動作するようになっている。すなわち、ウォータポンプ７の高回転時において は吸込圧Ｐwiがマイナス圧（負圧）側に吐出圧Ｐwoがプラス圧側に変化して差圧 が拡大し、予め設定された差圧ΔＰw となると弁体１２がコイルスプリング１５ の押圧に抗してインレット６側に引き込まれて開放される。そして、この弁体１ ２の開放により、ウォータジャケット３の冷却水がパイパス通路９を介してイン レット６に流れ込んで、吸込圧Ｐwiの負圧状態が低減されるようになっている。 この設定された差圧ΔＰw はキャビテーションが発生し易い値であって、予め実 験的又は試験的に求めた値である。又、コイルスプリング１５の設定荷重は、設 定された差圧ΔＰw と同等の圧力が弁体１２に加わったときに、その弁体１２を 閉鎖状態に維持させるのが限界となる値であって、押圧力に抗して弁体１２が開 放動作し始めるような値となっている。

【００１６】 次に、上記のように構成された内燃機関１の水冷式冷却装置２の作用を説明す る。 なお、最初に内燃機関１の図示しないクランク軸を介してウォータポンプ７が 駆動されて、冷却水がウォータジャケット３とラジエータ５とにアウトレット４ 及びインレット６を介して循環されて内燃機関１を冷却しているものとする。

【００１７】 ウォータポンプ７の回転数が低い場合、内燃機関１の放熱量は少なくインレッ ト６を流れる冷却水の温度が低くなり、サーモスタット８の図示しない弁が閉鎖 されて冷却水の流量が少なくなる。このとき、ウォータポンプ７の回転数が低い ため、インレット６内の吸込圧Ｐwiはマイナス圧（負圧）側に大きく変化しない 。従って、その吸込圧Ｐwiとウォータジャケット３内の吐出圧Ｐwoとの差圧は、 拡大せず設定された差圧ΔＰw に達しない。この結果、図２に示すように、コイ ルスプリング１５は開閉補助板１３を押圧して弁体１２が開口部１１ａを閉鎖し た状態に維持されたままとなり、冷却水はバイパス通路９を通過しない。

【００１８】 次に、ウオーターポンプ７の回転数が高くなり、内燃機関１の放熱量が多くな ってインレット６を流れる冷却水の温度が高くなると、サーモスタット８の図示 しない弁が開放されて冷却水の流量が多くなる。ウォータポンプ７の回転数が高 くなるにつれて、インレット６内の吸込圧Ｐwiがマイナス圧（負圧）側に、ウォ ータジャケット３内の吐出圧Ｐwoがプラス圧側に変化して差圧が拡大する。そし て、図３に示すように、設定された差圧ΔＰw となると、弁体１２がコイルスプ リング１５の開閉補助板１３の押圧に抗してインレット６側に引き込まれて開口 部１１ａが開放される。すると、ウォータジャケット３の冷却水がパイパス通路 ９内の開口部１１ａを通過しインレット６に流れ込んで吸込圧Ｐwiの負圧状態が 低減されてキャビテーションの発生が抑制される。続いて、吸込圧Ｐwiが低減さ れて差圧ΔＰw 以下となると、再びコイルスプリング１５の押圧力により開閉補 助板１３が押圧されて弁体１２が閉鎖される。

【００１９】 上記したように本実施例の内燃機関１の水冷式冷却装置２においては、ウオー ターポンプ７の高回転時において、インレット６内の吸込圧Ｐwiとウォータジャ ケット３内の吐出圧Ｐwoとの差圧が拡大して、設定された差圧ΔＰw となったと きに弁体１２が開放される。従って、その差圧ΔＰw がある程度の幅を有した値 となるため、その差圧ΔＰw に応じて負圧制御弁１０の作動圧の選定を容易に行 うことができる。この結果、コイルスプリング１５のような簡単な構成のものを 負圧制御弁１０に適用しても弁体１２を確実に開閉動作させることができ、且つ 負圧制御の信頼性を向上させることができる。又、作動圧の精度が要求されるこ とがないため、負圧制御弁１０を簡単な構成で低コストなものとすることができ る。

【００２０】 又、パイパス通路９を流れる冷却水は、ウォータポンプ７よりも下流側近傍の ウォータジャケット３から流れ込んでくるものであり、ウォータポンプ７よりも 上流側のインレット６内の冷却水との温度差は小さい。このため、ウォータポン プ７の吸込側の水温がウォータジャケット３から流れ込んでくる冷却水により上 昇することはない。この結果、冷却水の温度上昇に起因するキャビテーションの 発生を抑制することができる。

【００２１】 更に、負圧制御弁１０を設けたことにより、吸込圧Ｐwiと吐出圧Ｐwoとの差圧 が拡大しても、設定された差圧ΔＰw 以上となることはないため、吐出圧Ｐwoの 上限が決まってラジエータ５に過大な圧力が加わることがなく、ラジエータ５の 耐用寿命の延長を図ることができる。

【００２２】 なお、本考案は上記実施例に限定されることはなく、本考案の趣旨から逸脱し ない範囲で以下のようにしてもよい。 （１）上記実施例では、ウォータポンプ７をウォータジャケット３とインレッ ト６との間の内燃機関１に配設したが、図５に示すように、インレット６に配設 してもよい。この場合、バイパス通路９はウォータポンプ７を挟んでインレット ６に設けられることになる。又、同様の構成でウォータポンプ７及びバイパス通 路９をアウトレット４側に設けてもよい。

【００２３】 （２）図６に示すように、ウォータポンプ７とサーモスタット８との間のイン レット６とアウトレット４とを連通する第二のバイパス通路１６を設けてもよい 。そして、サーモスタット８を冷却水が低温時のときにインレット６を完全に閉 鎖する入口制御型とし、その低温時においては冷却水が第二のバイパス通路１６ を介してアウトレット４とウォータジャケット３とを循環するようにしてもよい 。

【００２４】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案によれば、ウォータポンプの吸込側にて発生した 負圧を低減する負圧制御弁の作動圧の選定を容易に行うことができるとともに、 冷却水の温度上昇に起因するキャビテーションの発生を抑制することができると いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の内燃機関の水冷式冷却装置を示す概略
構成図である。

【図２】バイパス通路及び負圧制御弁を示す一部縦断面
図である。

【図３】負圧制御弁が動作した状態を示す一部縦断面図
である。

【図４】負圧制御弁を示す図２のＡ−Ａ断面図である。

【図５】他の実施例の内燃機関の水冷式冷却装置を示す
概略構成図である。

【図６】別の他の実施例の内燃機関の水冷式冷却装置を
示す概略構成図である。

【図７】従来例の内燃機関の水冷式冷却装置を示す概略
構成図である。

【図８】同じく、（ａ）は負圧制御バイパス弁の閉鎖状
態を示し、（ｂ）は負圧制御バイパス弁の作動状態を示
す一部縦断面図である。

【符号の説明】

１…内燃機関、３…ウォータジャケット、４…吐出通路
としての（ウォータ）アウトレット、５…ラジエータ、
６…戻り通路としての（ウォータ）インレット、７…ウ
ォータポンプ、９…バイパス通路、１０…負圧制御弁、
Ｐwi…吸込圧、Ｐwo…吐出圧、ΔＰw …差圧。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関冷却用のウォータジャケット
   と、該ウォータジャケットから冷却水をラジエータに吐
   出する吐出通路と、該ラジエータから冷却水を前記ウォ
   ータジャケットへ戻す戻り通路と、冷却水をウォータジ
   ャケットとラジエータとに前記吐出通路及び戻り通路を
   介して循環させるウォータポンプとを備えた内燃機関の
   水冷式冷却装置において、 前記ウォータポンプの吸込側近傍と吐出側近傍との間に
   冷却水が流通可能なバイパス通路を設け、該バイパス通
   路に冷却水の吸込圧と吐出圧との差圧が設定値を境とし
   て開閉動作して吸込側の負圧を低減する負圧制御弁を設
   けた内燃機関の水冷式冷却装置。