JP2015086767A - ターボチャージャを備えた内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間時に循環させる冷却水量を少なくし、かつ部品点数や組付工数の増大を抑制する。【解決手段】ターボチャージャ６を備えた内燃機関１の冷却装置１０を、ウォータージャケット２３の冷却水流出口２３ｂと冷却水流入口２３ａとを接続する還流通路（１２、２８、１３、２９、３０、１１）と、ラジエータ１３のエキスパンションタンク１９と、ウォータージャケット２３の上部とエキスパンションタンク１９とを接続するエア抜き通路４２と、還流通路とターボチャージャ６とを接続する冷却水供給路（４３、４４、４６）と、ターボチャージャ６と還流通路とを接続する冷却水排出路（４７）とを備えるものとし、冷却水供給路の上流部とエア抜き通路４２の上流部とを共通通路（４３、４４）とし、当該共通通路の下流端（Ｐ）をターボチャージャ６よりも高い位置に配置する。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボチャージャを備えるとともにラジエータにエキスパンションタンクが接続された内燃機関の冷却装置に関する。

多くの自動車には、内燃機関の運転温度を適正な範囲に保つために、ラジエータや、冷却ファン、ウォーターポンプ、サーモスタット、各種配管等から構成された水冷式の冷却装置が採用されている。一般的な冷却装置では、冷機時にサーモスタットが閉弁することで内燃機関側だけで冷却水（クーラント）が循環して暖機の促進が図られ、暖機完了後にサーモスタットが適切な開弁量で開弁して冷却水がラジエータにも循環し、内燃機関の熱がラジエータから大気中に放出されることで、運転温度が略一定の範囲に維持される。冷却装置としては、サーモスタットを内燃機関の冷却水出口側に設置したもの（出口制御式）も存在するが、冷却水温度のハンチングが少ないこと等から、サーモスタットを内燃機関の冷却水入口側に設置したもの（入口制御式）が採用されることが多い。

ターボチャージャを備えた内燃機関では、高温となるタービンシャフト軸受部も内燃機関用の冷却装置によって冷却することが一般的である。そのような冷却装置として、ラジエータのアッパタンクから冷却水をターボチャージャに導入し、ターボチャージャによって加熱された冷却水を、サーモスタットを経由してウォーターポンプに常時還流させるものが公知となっている（特許文献１参照）。この冷却装置では、ターボチャージャを冷却するための冷却水を、機関本体のウォータージャケットからラジエータのアッパタンクを経由してターボチャージャに供給している。そして、温間状態で内燃機関が停止してターボチャージャに冷却水が流れなくなると、ターボチャージャの余熱を受けて発生した水蒸気が、ターボチャージャよりも高い位置に配置されたラジエータのアッパタンクを経由し、最も高い位置に配置されたエキスパンションタンクに流入するようになっている。

特開２００６−２０３２４７号公報

ところが近年では、ターボチャージャ直下に装着された排気浄化触媒の早期昇温が望まれることがある。排気浄化触媒を早期に昇温させるためには、冷間時に循環させる冷却水量が少ないほうが有利になるが、特許文献１の冷却装置では、冷間時においてもラジエータを経由して冷却水をターボチャージャに供給しているため、循環させる冷却水量が多くなる。

ラジエータを経由させずにターボチャージャに冷却水を供給する冷却装置として、図７に示すように回路を構成することが考えられる。この冷却装置１１０では、ブロック内ウォータージャケット１２１およびヘッド内ウォータージャケット１２２からなる機関本体のウォータージャケット１２３からターボチャージャ１０６に冷却水を直接供給する冷却水供給路１５１を設けるとともに、ターボチャージャ１０６によって加熱された冷却水を、サーモスタット１１２を経由してウォーターポンプ１１１に常時還流させる冷却水排出路１５２を設けている。また、機関停止後にターボチャージャ１０６で発生する水蒸気を排出するために、ターボチャージャ１０６とエキスパンションタンク１１９とを接続するエア抜き通路１５３を設けたうえで、機関本体のウォータージャケット１２３にエアが溜まることを防止するために、ヘッド内ウォータージャケット１２２（機関本体のウォータージャケットのなかで最も高い部位）とエキスパンションタンク１１９とを接続するエア抜き通路１４２を設けている。なお、図７中の符号１１３はラジエータを、符号１３７はヒータコアをそれぞれ示している。

しかしながら、このようにターボチャージャ１０６冷却用の冷却水供給路１５１および冷却水排出路１５２、ターボチャージャ１０６のエア抜き通路１５３、機関本体（ウォータージャケット１２３）のエア抜き通路１４２をそれぞれ設けると、回路構成が複雑になり、部品点数や組付工数の増大を招く。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、冷間時に循環させる冷却水量を少なくでき、かつ部品点数や組付工数の増大を抑制できるターボチャージャを備えた内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。

このような課題は、本発明の一側面によれば、ターボチャージャ（６）を備えた内燃機関（１）の冷却装置（１０）であって、機関本体（２、３）の内部に形成されたウォータージャケット（２３）と、前記ウォータージャケットの冷却水流出口（２３ｂ）と冷却水流入口（２３ａ）とを接続する還流通路（１２、２８、１３、２９、３０、１１）と、前記ターボチャージャおよび前記ウォータージャケットの最上部よりも高い位置に配置され、上部がラジエータ（１３）のアッパタンク（１３ａ）に接続され、下部が前記ラジエータのロアタンク（１３ｂ）に接続されたエキスパンションタンク（１９）と、前記ウォータージャケットの上部（２２）と前記エキスパンションタンクとを接続するエア抜き通路（４２）と、前記還流通路と前記ターボチャージャとを接続する冷却水供給路（４３、４４、４６）と、前記ターボチャージャと前記還流通路とを接続する冷却水排出路（４７）とを備え、前記冷却水供給路の上流部と前記エア抜き通路の上流部とが共通通路（４３、４４）とされ、当該共通通路の下流端（Ｐ）が前記ターボチャージャよりも高い位置に配置されている、ターボチャージャを備えた内燃機関の冷却装置を提供することにより達成される。

この冷却装置によれば、ターボチャージャ冷却用の冷却水を、冷却水供給路によって還流通路から供給し、冷却水排出路によって還流通路に排出できるため、冷間時に循環させる冷却水量を少なくすることができる。また、ターボチャージャに冷却水を供給する冷却水供給路の上流部と、ウォータージャケットからのエア抜き通路の上流部とが共通通路によって構成されることにより、部品点数や組付工数の増大を抑制することができる。なお、共通通路の下流端がターボチャージャよりも高い位置に配置されるため、機関停止後にターボチャージャで発生する水蒸気は、冷却水供給路の下流部を冷却水の流れと逆向きに流れ、ウォータージャケットのエア抜き通路の下流部を通ってエキスパンションタンクに流入する。そのため、ターボチャージャ用のエア抜き通路を別途設ける必要がなく、これによっても部品点数および組付工数の増大が抑制される。

また、本発明の一側面によれば、前記冷却水排出路（４７）が前記ターボチャージャ（６）よりも低い位置に設けられている構成とすることができる。

この構成によれば、機関停止後にターボチャージャで水蒸気が発生した際には、前述したように水蒸気がエキスパンションタンクに流入する。一方、エキスパンションタンク内の水位とターボチャージャとのヘッド差に起因してエキスパンションタンクから供給される冷却水が、還流通路側からターボチャージャよりも低い位置にある冷却水排出路を通ってターボチャージャに供給されるため、ターボチャージャを効果的に冷却することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記還流通路は、前記機関本体に付設され、前記ウォータージャケットの前記冷却水流出口に接続するサーモスタット（１２）と、前記機関本体に付設され、その吐出口が前記ウォータージャケットの前記冷却水流入口に接続されたウォーターポンプ（１１）と、前記サーモスタットと前記ウォーターポンプとを接続する接続通路（３０）とを含み、前記冷却水排出路（４７）の下流端が前記接続通路（３０）に接続されている構成とすることができる。

この構成によれば、ウォーターポンプの吸込側に設けられた接続通路に冷却水排出路の下流端が接続されるため、冷却水排出路内の冷却水がウォーターポンプによって吸引され、ターボチャージャに冷却水が確実に供給されるようになる。

このように本発明によれば、冷間時に循環させる冷却水量を少なくでき、かつ部品点数や組付工数を抑制できるターボチャージャを備えた内燃機関の冷却装置を提供することができる。

本発明が適用された自動車の内燃機関の概略正面図 図１に示す冷却装置の回路構成図 図２に示す冷却回路の冷間時における冷却水の流れを示す要部模式図 図２に示す冷却回路の温間時における冷却水の流れを示す説明図 図２に示す冷却回路の温間状態での機関停止後における冷却水の流れを示す説明図 図２に示す冷却回路の温間状態での機関停止後における冷却水の流れを示す要部模式図 比較例に係る冷却装置の回路構成図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に示す内燃機関１は、直列４気筒ディーゼルエンジンであり、乗用車のエンジンルーム内に排気側を前方に向けて横置きに搭載される。内燃機関１は、シリンダブロック２や、シリンダブロック２の上面に締結されたシリンダヘッド３、シリンダヘッド３の上面に締結されたシリンダヘッドカバー４、シリンダブロック２の下面に締結されたオイルパン５を備えるとともに、排気系に装着された水冷式のターボチャージャ６を備えている。ターボチャージャ６の排気系の下流側には、触媒が組み込まれた排気浄化装置７が概ね鉛直に延在するように取り付けられている。

ターボチャージャ６は、左右方向（シリンダ列方向）に水平に延在するロータシャフトを収容するセンタハウジング６ａにより互いに連結されたタービン６ｂおよびコンプレッサ６ｃを備えている。なお、ターボチャージャ６は、シリンダヘッド３に締結された、またはシリンダヘッド３に一体に形成された排気マニホールドと、排気管の上流側に連結された排気浄化装置７との間にタービン６ｂが介装されるかたちで設けられる。図１中には、図が煩雑になることを避けるため、排気マニホールドの図示は省略している。

内燃機関１には、シリンダブロック２やシリンダヘッド３、ターボチャージャ６などを冷却するための冷却装置１０が設けられている。冷却装置１０は、ウォーターポンプ１１によって冷却水（冷却液）を冷却回路に循環させ、シリンダブロック２やシリンダヘッド３、ターボチャージャ６などによって温められた冷却水の温度が所定温度以上になると、サーモスタット１２が開弁して冷却水がエンジンルームの前部に設けられたラジエータ１３に送られることで放熱する。

ラジエータ１３は、上端に設けられたアッパタンク１３ａと、下端に設けられたロアタンク１３ｂと、アッパタンク１３ａとロアタンク１３ｂとの間に設けられたラジエータコア１３ｃとを備えている。なお、図１においては、内燃機関１の前方に配置されるラジエータ１３を、紙面の右方にずらして側面視で示している。ラジエータ１３は、ロアタンク１３ｂがオイルパン５の下端と概ね同じ高さとなり、アッパタンク１３ａがシリンダヘッド３と概ね同じ高さとなる位置に配置されている。アッパタンク１３ａには内燃機関１からの高温の冷却水がアッパホース１４を経由して流入し、ロアタンク１３ｂからはラジエータコア１３ｃによって冷却された冷却水がロアホース１５を経由して内燃機関１側に還流する。つまり、ラジエータ１３は、アッパタンク１３ａ側からロアタンク１３ｂ側に向けてラジエータコア１３ｃに冷却水を流通させるダウンフロー型として構成されている。詳細は後述するが、アッパホース１４およびロアホース１５のラジエータ１３と相反する側の端部はともにサーモスタット１２に接続されている。図示は省略するが、ロアタンク１３ｂには水温センサが取り付けられており、この水温センサの検出信号に基づいて、ラジエータ１３の後方に配置された２基の電動ファンが回転駆動される。

サーモスタット１２とウォーターポンプ１１の吸込側とはコネクティングパイプ１６によって接続されている。ウォーターポンプ１１は、内燃機関１のクランクシャフト（図示せず）によって駆動されるエンジン駆動式であり、シリンダブロック２の左側の前面に取り付けられている。サーモスタット１２はシリンダヘッド３の右側面であって、ウォーターポンプ１１よりも高い位置に取り付けられている。したがって、コネクティングパイプ１６は、上流端であるサーモスタット１２との接続部が下流端であるウォーターポンプ１１との接続部よりも高くなるように配置される。本実施形態では、コネクティングパイプ１６は、サーモスタット１２から左方に水平に延びた後、連続して下方および上方に湾曲し、再び水平に延びてウォーターポンプ１１に至るＳ字状とされている。

ターボチャージャ６は、シリンダヘッド３の前方であって左右方向についてコネクティングパイプ１６の下流側の水平部分に対応する位置において、コネクティングパイプ１６の下流側の水平部分よりも高く、サーモスタット１２と略同じかそれよりも若干低い位置に配置されている。

また、内燃機関１の後方であってシリンダヘッド３よりも高い位置には、ラジエータ１３のアッパタンク１３ａにエア抜き配管１７によって接続されるとともに、その下部がラジエータ１３のロアタンク１３ｂに冷却水供給管１８によって接続されたエキスパンションタンク１９が設けられている。エキスパンションタンク１９は、所定の水位をもって冷却液を貯留するとともに、上部に空気室を備えており、冷却装置１０内の気体（蒸気や空気）を冷却水から分離する。また、エキスパンションタンク１９の上面には調圧弁を備えたキャップ１９ａが取り付けられており、内部の圧力が高くなると調圧弁が開いて気体を大気に放出する。エア抜き配管１７は、その全長にわたって、アッパタンク１３ａからエキスパンションタンク１９に向けて上り勾配または少なくとも水平となるように設置される。

次に、冷却装置１０の回路構成について主に図２を参照しながら詳細に説明する。

シリンダブロック２の内部にはブロック内ウォータージャケット２１が形成され、シリンダヘッド３の内部にはヘッド内ウォータージャケット２２が形成されている。ブロック内ウォータージャケット２１とヘッド内ウォータージャケット２２とは、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との締結面で互いに連通している。以下、ブロック内ウォータージャケット２１とヘッド内ウォータージャケット２２とを合わせて単にウォータージャケット２３と称する。また、ターボチャージャ６にも、センタハウジング６ａ（図１）に入口および出口が形成されたターボチャージャ内ウォータージャケット２４が形成されている。

ウォーターポンプ１１は、ブロック内ウォータージャケット２１の左端に形成された冷却水流入口２３ａに接続するようにシリンダブロック２の左側に取り付けられており、圧送した冷却水を冷却水流入口２３ａからブロック内ウォータージャケット２１の左端に流入させる。なお、ウォーターポンプ１１からブロック内ウォータージャケット２１に至る冷却水通路とウォーターポンプ１１との間には、オイルクーラー２６を循環する循環路が形成されており、ウォーターポンプ１１の駆動時には、ウォーターポンプ１１から吐出された冷却水がオイルクーラー２６に常時循環される。

ブロック内ウォータージャケット２１からヘッド内ウォータージャケット２２に流入した冷却水は、ヘッド内ウォータージャケット２２の右端に形成された冷却水流出口２３ｂから外部に流出する。この冷却水流出口２３ｂと連通するようにサーモスタット１２がシリンダヘッド３に取り付けられる。

サーモスタット１２は、サーモケース１２ａとサーモケース１２ａに収容される感温作動式の弁体であるサーモバルブ１２ｂとにより構成される。サーモケース１２ａは、サーモバルブ収容部を備えるとともに、複数の冷却水出口および複数の冷却水入口が形成されたサーモ内通路２７を内部に画成している。サーモ内通路２７は、冷却水流出口２３ｂと連通する第１通路２７ａと、バイパス通路２７ｂを介して第１通路２７ａと連通し、サーモバルブ収容部を兼ねる第２通路２７ｃとを含んでいる。

第１通路２７ａには、前述したアッパホース１４により形成されるアッパ通路２８が接続されている。前述したロアホース１５により形成されるロア通路２９は、第２通路２７ｃにおけるバイパス通路２７ｂと対向する位置に形成された戻り口２７ｄに接続される。また、第２通路２７ｃには、コネクティングパイプ１６により形成される接続通路３０の上流端が接続している。

サーモバルブ１２ｂは、内燃機関１の冷間時（例えば、冷却水温度が７８℃未満のとき）に戻り口２７ｄを閉塞し、ロア通路２９から第２通路２７ｃへの冷却水の流入を阻止する一方で、バイパス通路２７ｂを開放して第１通路２７ａから第２通路２７ｃに冷却水を流入させる。また、内燃機関１の温間時には（図４参照）、サーモバルブ１２ｂは、バイパス通路２７ｂを閉塞し、第１通路２７ａから第２通路２７ｃへの冷却水の流入を阻止する一方で、戻り口２７ｄを開放してロア通路２９から第２通路２７ｃに冷却水を流入させる。このように、サーモスタット１２は、内燃機関１の入口側に設置される入口制御式とされている。なお、本明細書では、「冷間」および「温間」の用語は、内燃機関１の周辺温度ではなく、サーモバルブ１２ｂ周辺の冷却水の温度を基準とするものである。

これらのサーモスタット１２（サーモ内通路２７）、アッパ通路２８、ラジエータ１３、ロア通路２９、接続通路３０およびウォーターポンプ１１により、ウォータージャケット２３の冷却水流出口２３ｂと冷却水流入口２３ａとを接続する還流通路が構成される。

サーモスタット１２の第１通路２７ａには第１ホース３１の上流端が接続されており、第１ホース３１の下流端はスロットルボディ３２に接続されている。スロットルボディ３２には第２ホース３３の上流端も接続されており、第２ホース３３の下流端はＥＧＲバルブ３４に接続されている。ＥＧＲバルブ３４には第３ホース３５の上流端も接続されており、第３ホース３５の下流端はサーモスタット１２の第２通路２７ｃに接続されている。これにより、ウォーターポンプ１１の駆動時（内燃機関１の運転時）には、サーモスタット１２の開閉状態に拘わらず、ウォータージャケット２３から流出した冷却水がスロットルボディ３２およびＥＧＲバルブ３４に常時流通し、これらを冷却する。

サーモスタット１２の第１通路２７ａには第４ホース３６の上流端が接続されており、第４ホース３６の下流端は車室内の空調に供されるヒータコア３７に接続されている。ヒータコア３７には第５ホース３８の上流端も接続されており、第５ホース３８の下流端はサーモスタット１２の第２通路２７ｃに接続されている。これにより、ウォーターポンプ１１の駆動時には、ウォータージャケット２３から流出した冷却水がヒータコア３７に常時流通する。あるいは、第４ホース３６にバルブやヒータ用ポンプを介装し、ヒータ用ポンプの駆動時にのみサーモスタット１２内の冷却水をヒータコア３７に流通させるようにしてもよい。このような構成とすることにより、冷間時にはヒータコア３７に冷却水を流通させないようにし、循環させる冷却水量を少なくすることができる。

サーモスタット１２の第１通路２７ａには第６ホース３９の上流端が接続されており、第６ホース３９の下流端はＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）クーラー４０に接続されている。ＡＴＦクーラー４０には第７ホース４１の上流端も接続されており、第７ホース４１の下流端はサーモスタット１２の第２通路２７ｃに接続されている。これにより、ウォーターポンプ１１の駆動時には、ウォータージャケット２３から流出した冷却水がＡＴＦクーラー４０に常時流通する。

サーモスタット１２の第１通路２７ａの最も高い位置（図１参照）にはエア抜き通路４２が接続している。エア抜き通路４２は、ウォータージャケット２３などから第１通路２７ａに流入した気体をエキスパンションタンク１９に排出するための通路である。そのためエア抜き通路４２は、その全長にわたってサーモスタット１２からエキスパンションタンク１９に向けて上り勾配または少なくとも水平に形成される。本実施形態では、図１に示すように、エア抜き通路４２は、サーモスタット１２から上方に延びた後、湾曲して略水平に左方に向かって延び、排気浄化装置７やターボチャージャ６の上方を通過した後、斜め上方に延びてエキスパンションタンク１９に至っている。

エア抜き通路４２は、サーモスタット１２側から順に第８ホース４３、配管部材４４、第９ホース４５を接続した複数の配管材よって形成されている。配管部材４４は３つの出入口を有するティーズ状の配管材であり、図１に示すように、エア抜き通路４２を構成する直状部分４４ａがターボチャージャ６よりも高い位置で概ね水平に延在し、直状部分４４ａの分岐点Ｐから分岐する分岐管４４ｂが下方に向けて延出するように配置される。配管部材４４の分岐管４４ｂには第１０ホース４６の一端が接続されており、第１０ホース４６の他端はターボチャージャ６に接続されている。ターボチャージャ６には第１１ホース４７の一端も接続されており、第１１ホース４７の他端は接続通路３０の下流端近傍に接続されている。

したがって、図１に示すように、第１０ホース４６の上端が接続する配管部材４４はターボチャージャ６よりも高い位置に配置され、第１１ホース４７はターボチャージャ６よりも低い位置に設けられる。そして、第１０ホース４６の配管部材４４との接続部およびターボチャージャ６との接続部、並びに第１１ホース４７のターボチャージャ６との接続部およびコネクティングパイプ１６との接続部は、左右方向について概ね同じ位置に配置されている。

第９ホース４５、第１０ホース４６および第１１ホース４７の内径は、第８ホース４３の内径よりも小さくされており、本実施形態ではこれら３つのホースの内径が同一寸法とされている。配管部材４４が形成する３つの出入口はこれらのホースに対応する径とされている。図２に戻り、第１０ホース４６および第１１ホース４７の内径が第８ホース４３の内径よりも小さく、第１１ホース４７がウォーターポンプ１１の吸込側の近傍に配置されることから、ウォーターポンプ１１の駆動時には、冷却水がサーモスタット１２側から第８ホース４３、配管部材４４、第１０ホース４６を通ってターボチャージャ６に供給され、第１１ホース４７からコネクティングパイプ１６側に排出される向きに常時流通する。

すなわち、第８ホース４３、配管部材４４、第１０ホース４６により、還流通路の一部である接続通路３０とターボチャージャ６とを接続する冷却水供給路が構成され、第１１ホース４７により、ターボチャージャ６と接続通路３０とを接続する冷却水排出路が構成される。

以下、このように冷却回路が構成された本実施形態の冷却装置１０の作用を説明する。

＜冷間時＞
図２には、実施形態に係る冷間時における冷却水の流れを黒塗り矢印で示し、気体の流れを破線の矢印で示している。また、図３は冷却装置１０の要部を側方から示した模式図であり、図３にも冷却水および気体の流れを同様に矢印で示している。

内燃機関１の長時間にわたる停止によって冷却水の温度が低下すると、図２に示すようにサーモスタット１２が閉弁し、ロア通路２９から接続通路３０への冷却水の流路が閉鎖される一方、ウォータージャケット２３の冷却水流出口２３ｂと接続通路３０とを連通させるバイパス通路２７ｂが開放される。

この状態で内燃機関１が始動されると、ウォーターポンプ１１によってシリンダヘッド３に圧送された冷却水は、その大部分がウォータージャケット２３の冷却水流出口２３ｂからバイパス通路２７ｂおよび接続通路３０を経由してウォーターポンプ１１に還流する他、一部がスロットルボディ３２やＥＧＲバルブ３４、ＡＴＦクーラー４０、ターボチャージャ６に供給される。これにより、冷却水がラジエータコア１３ｃによって冷却されなくなり、内燃機関１の暖機が促進される。

そして、本実施形態では、エア抜き通路４２とターボチャージャ６とが第１０ホース４６により接続され、ターボチャージャ６と接続通路３０とが第１１ホース４７により接続されているため、冷間時においても内燃機関１の運転時には冷却水によるターボチャージャ６の冷却が行われる。すなわち、前述したように冷却水が、サーモスタット１２から第８ホース４３、配管部材４４、第１０ホース４６を通ってターボチャージャ６に供給され、第１１ホース４７から接続通路３０に排出される向きに流通し、冷却水によってターボチャージャ６が冷却される。

これにより、内燃機関１の暖機が完了していない状態で急加速走行等が行われても、ターボチャージャ６の温度上昇が効果的に抑制されることになる。そして、本実施形態の冷却装置１０では、エキスパンションタンク１９内の冷却水を循環させないうえ、冷間時にラジエータ１３に冷却水を一切循環させないため、冷間時に冷却装置１０内を循環する冷却水の量が減少し、内燃機関１の暖機に要する時間を短縮することができる。なお、冷間時にターボチャージャ６を冷却しないものに比べると、冷却装置１０内を循環する冷却水の量は増加するが、その増加量は前述の減少量に比べて無視し得る程度に小さい。

冷却水の循環によってウォータージャケット２３からサーモスタット１２の第１通路２７ａにエアが排出された場合には、図３に併せて示すように、エアは第１通路２７ａの最も高い位置に接続する第８ホース４３に流入し、エア抜き通路４２を通って第９ホース４５からエキスパンションタンク１９に流入する。すなわち、第８ホース４３および配管部材４４が、ターボチャージャ６への冷却水供給通路の上流部と、エア抜き通路４２の上流部とを兼ねる共通通路となっている。なお、エアがエア抜き通路４２を流れる向きは、冷却水供給路の上流部（第８ホース４３、配管部材４４）を冷却水が流れる向きと同一であるため、エアは容易に配管部材４４まで流れ、配管部材４４の分岐管４４ｂ（図２）が直状部分４４ａ（図２）の分岐点Ｐから下方に向けて延出しているため、エアは冷却水とともに第１０ホース４６に流入することなく、冷却水から分離されて第９ホース４５からエキスパンションタンク１９に流入する。また、ラジエータ１３内にエアが存在していたとしても、エアはエア抜き配管１７を通ってエキスパンションタンク１９に流入する。ラジエータ１３にはエキスパンションタンク１９内の冷却水が冷却水供給管１８から供給される。

＜温間時＞
内燃機関１の運転に伴って冷却水の温度が上昇すると、図４に示すようにサーモスタット１２が開弁し、バイパス通路２７ｂが閉鎖される一方で、ロア通路２９から接続通路３０への流路が開放されるようになる。すると、ウォーターポンプ１１によってシリンダヘッド３に圧送された冷却水は、その大部分がウォータージャケット２３の冷却水流出口２３ｂからアッパ通路２８を経由してアッパタンク１３ａに流入する。アッパタンク１３ａに流入した冷却水は、ラジエータコア１３ｃ内を上方から下方に流れながら熱を大気中に放出してロアタンク１３ｂに流入した後、ロアタンク１３ｂからロア通路２９やサーモスタット１２の第２通路２７ｃ、接続通路３０を経由してウォーターポンプ１１に還流する。

冷却装置１０内に存在するエアやウォータージャケット２３内で発生した水蒸気などの気体は、冷間時と同様にサーモスタット１２からエア抜き通路４２を経由してエキスパンションタンク１９に流入する。水蒸気は、エキスパンションタンク１９内で凝縮して液体に戻ると、エキスパンションタンク１９に貯留され、あるいは冷却水供給管１８を経由してロアタンク１３ｂに流入する。また、気体がラジエータ１３に流入したとしても、冷間時と同様に気体はエア抜き配管１７を通ってエキスパンションタンク１９に流入し、ラジエータ１３にはエキスパンションタンク１９内の冷却水が冷却水供給管１８から供給される。

本実施形態では、内燃機関１の温間時においても、冷間時と同様に、冷却水が、サーモスタット１２側から第８ホース４３、配管部材４４、第１０ホース４６を通ってターボチャージャ６に供給され、第１１ホース４７から接続通路３０に排出される向きに流通し、冷却水によってターボチャージャ６が冷却される。

＜機関停止後＞
内燃機関１が高負荷運転後等に停止すると、冷却装置１０では、ウォーターポンプ１１が停止することによって冷却水の流れがなくなり、ターボチャージャ６内では、その余熱によって冷却水が沸騰して多量の蒸気が発生することがある。

本実施形態では、ターボチャージャ６で発生した蒸気は、図５および図６中に破線の矢印で示すように、ターボチャージャ６から上方に延びる第１０ホース４６、および連続した上り勾配をもって配管された第９ホース４５を経由してエキスパンションタンク１９に流入する。そして、ターボチャージャ６には、蒸気となってアッパタンク１３ａ側に流出した分の冷却水が、エキスパンションタンク１９から冷却水供給管１８、ラジエータ１３を経由し、接続通路３０から第１１ホース４７を経由して供給され、その冷却水によってターボチャージャ６が冷却される。

ラジエータ１３から接続通路３０へは、サーモスタット１２が開弁している場合には、図５に黒塗り矢印で示すように、ラジエータ１３のロアタンク１３ｂからロア通路２９、サーモスタット１２の第２通路２７ｃを経由して冷却水が供給される。一方、サーモスタット１２が閉弁している場合には、アッパタンク１３ａからアッパ通路２８、サーモスタット１２の第１通路２７ａ、主にバイパス通路２７ｂを経由して冷却水が供給される。なお、第１０ホース４６を流れる気体の向きは、第１０ホース４６を流れていた冷却水の向き（図２、図３）と逆になるが、すでに冷却水の流れがなくなっているため、ターボチャージャ６からの気体の排出に支障を来たすことはない。

本実施形態では、このような構成を採ったことにより、サーモスタット１２が閉弁する冷間時や高負荷運転後の機関停止後においても、ターボチャージャ６を効果的に冷却することができる。また、冷却装置１０内に含まれるエアや冷却装置１０内で発生した水蒸気などの気体を確実にエキスパンションタンク１９に流入させることができる。

そして、冷却水供給路の上流部とエア抜き通路４２の上流部とを、共通通路をなす第８ホース４３および配管部材４４によって構成したことにより、部品点数や組付工数の増大が抑制される。また、配管部材４４（より詳細には、配管部材４４の分岐点Ｐ）がターボチャージャ６よりも高い位置に配置されているため、機関停止後にターボチャージャ６で発生する水蒸気は、冷却水供給路の下流部をなす第１０ホース４６を冷却水の流れと逆向きに流れ、ウォータージャケット２３のエア抜き通路４２の下流部を通ってエキスパンションタンク１９に流入する。そのため、ターボチャージャ６のエア抜き用に専用通路を別途設ける必要がなく、これによっても部品点数および組付工数の増大が抑制される。

また、本実施形態では、冷却水排出路をなす第１１ホース４７がターボチャージャ６よりも低い位置に設けられているため、ターボチャージャ６で発生した水蒸気が第１１ホース４７に流入せずに第１０ホース４６からエキスパンションタンク１９側に排出される。また、ターボチャージャ６へは、ターボチャージャ６よりも低い位置にある第１１ホース４７を通って冷却水が接続通路３０側から供給される。そのため、冷却水の供給および水蒸気の排出が円滑に行われ、ターボチャージャ６が効果的に冷却される。

本実施形態では、図１に示すように、第１０ホース４６の配管部材４４との接続部およびターボチャージャ６との接続部、並びに第１１ホース４７のターボチャージャ６との接続部およびコネクティングパイプ１６との接続部が、左右方向について概ね同じ位置に配置され、第１１ホース４７および第１０ホース４６が略鉛直な直線状に配置されることにより、冷却水の供給および水蒸気の排出が一層円滑に行われる。

さらに、本実施形態では、還流通路がサーモスタット１２と接続通路３０とウォーターポンプ１１とを含み、冷却水排出路をなす第１１ホース４７の下流端が接続通路３０の特に下流端近傍に接続されていることにより、第１１ホース４７内の冷却水がウォーターポンプ１１によって吸引され、ターボチャージャ６に冷却水が確実に供給される。

ところで、機関停止後におけるターボチャージャ６の冷却は、サーモスタット１２が開弁している温間状態で内燃機関１が停止したときにその必要性が高くなることが多い。本実施形態では、サーモスタット１２が入口制御式として構成されているが、エキスパンションタンク１９からターボチャージャ６への冷却水の供給が、冷却水供給路、ロアタンク１３ｂ、ロア通路２９、サーモスタット１２の第２通路２７ｃ、接続通路３０および第１１ホース４７を経由する比較的短い経路となっている。またこの経路は、流路抵抗が大きいラジエータコア１３ｃを通過しない抵抗が小さい経路となっている。そのため、機関停止後におけるターボチャージャ６への冷却水の供給が円滑に行われる。

以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用したものであるが、Ｖ型エンジンやガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。また、上記実施形態では、サーモスタット１２を入口制御式としているが、出口制御式としてもよい。また、サーモスタット１２は、サーモバルブ１２ｂの感温部の作動によって開閉作動を行う機械式としているが、電子制御式としてもよい。その他、冷却装置１０の具体的機器構成や配管方法等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した冷却装置１０の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ 内燃機関
２ シリンダブロック（機関本体）
３ シリンダヘッド（機関本体）
６ ターボチャージャ
１０ 冷却装置
１１ ウォーターポンプ（還流通路）
１２ サーモスタット（還流通路）
１３ ラジエータ
１３ａ アッパタンク
１３ｂ ロアタンク
１９ エキスパンションタンク
２２ ヘッド内ウォータージャケット（ウォータージャケット２３の上部）
２３ ウォータージャケット
２３ａ 冷却水流入口
２３ｂ 冷却水流出口
２８ アッパ通路（還流通路）
２９ ロア通路（還流通路）
３０ 接続通路（還流通路）
４２ エア抜き通路
４３ 第８ホース（共通通路、エア抜き通路４２と冷却水供給路との上流部）
４４ 配管部材（共通通路、エア抜き通路４２と冷却水供給路との上流部）
４６ 第１０ホース（冷却水供給路）
４７ 第１１ホース（冷却水排出路）
Ｐ 分岐点（共通通路の下流端）

Claims (3)

1. ターボチャージャを備えた内燃機関の冷却装置であって、
   機関本体の内部に形成されたウォータージャケットと、
   前記ウォータージャケットの冷却水流出口と冷却水流入口とを接続する還流通路と、
   その上端が前記ターボチャージャおよび前記ウォータージャケットの最上部よりも高くなる位置に配置され、ラジエータのアッパタンクに接続されるとともに、下部が前記ラジエータのロアタンクに接続されたエキスパンションタンクと、
   前記ウォータージャケットの上部と前記エキスパンションタンクとを接続するエア抜き通路と、
   前記還流通路と前記ターボチャージャとを接続する冷却水供給路と、
   前記ターボチャージャと前記還流通路とを接続する冷却水排出路と
   を備え、
   前記冷却水供給路の上流部と前記エア抜き通路の上流部とが共通通路とされ、当該共通通路の下流端が前記ターボチャージャよりも高い位置に配置されていることを特徴とする、ターボチャージャを備えた内燃機関の冷却装置。
2. 前記冷却水排出路が前記ターボチャージャよりも低い位置に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のターボチャージャを備えた内燃機関の冷却装置。
3. 前記還流通路は、
   前記機関本体に付設され、前記ウォータージャケットの前記冷却水流出口に接続するサーモスタットと、
   前記機関本体に付設され、その吐出口が前記ウォータージャケットの前記冷却水流入口に接続されたウォーターポンプと、
   前記サーモスタットと前記ウォーターポンプとを接続する接続通路とを含み、
   前記冷却水排出路の下流端が前記接続通路に接続されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のターボチャージャを備えた内燃機関の冷却装置。

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