JP2004150331A - エンジン冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン冷却システムにおいて電子制御サーモスタットをラジエータ側に設置した場合に生じるエンジン始動時の暖機運転に時間がかかるという不具合を解消する。
【解決手段】内燃機関の冷却水温制御に用いられ、感温部に発熱素子を設置し、実際の温度だけに依存せずにバルブ開度を任意に変化させることが可能な電子制御サーモスタット１０を用いたエンジン冷却システムであって、電子制御サーモスタットを、エンジン１からラジエータ２へ冷却水を導くエンジン出口側のメインの冷却水路３であって、ラジエータ側に隣接（またはラジエータの一部に）した位置に配置する。さらに、該ラジエータとエンジンとの間を接続するメインの冷却水路３，４中に差圧弁６，７を設ける。そして、該差圧弁とエンジンとの間の冷却水を、サーモスタット感温部に導く小径なサブバイパス通路８，９を設ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンという）を冷却する冷却水を、熱交換器（以下、ラジエータという）との間で循環させるエンジンの冷却システムにおいて、冷却水温度を任意に可変制御するために用いられる電子制御サーモスタットを備えているエンジン冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンにおいて、これを冷却するためには、一般にはラジエータを用いた水冷式のエンジン冷却システムが使用されている。従来からこの種のエンジン冷却システムにおいては、エンジンに導入する冷却水の温度を制御できるように、ラジエータ側に循環させる冷却水量を調節する熱膨張体を用いたサーモスタット、あるいは電気制御によるバルブユニットが使用されている。
【０００３】
すなわち、上記の熱膨張体を用いたサーモスタットあるいは電気制御によるバルブユニット等による制御バルブを、冷却水通路の一部、たとえばエンジンの入口側または出口側に介装し、冷却水温度が低い場合に、前記制御バルブを閉じて、ラジエータを経由せずバイパス通路を介して冷却水を循環させ、また冷却水温度が高くなった場合は、制御バルブを開いて冷却水がラジエータを通して循環させると、冷却水の温度を所要の状態に制御することができるものである。
【０００４】
ところで、エンジンが高負荷で運転されているときには、冷却水温度を低くし、低負荷であるときには冷却水温度を高くすることにより、自動車の燃費向上を図れることが一般に知られている。このような状況において、自動車の燃費向上のための最適水温を提供するために、最近では電子制御式のバルブ、すなわち電子制御サーモスタットが採用されることが多くなっている。
このような電子制御サーモスタットは、そのバルブ部の開度を任意に制御すること、およびラジエータに付設した冷却ファンを制御することで、冷却水温度を制御することによって、冷却水温度の適切な制御を行えるものである（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような冷却水温度の適切な制御は、上述した電子制御サーモスタットを可変制御する制御装置（エンジンコントロールモジュール）を、エンジン制御ユニットでの種々のパラメータ、たとえば冷却水温度、外気温、車速、エンジン回転数、スロットル開度等の検出情報をも加味して制御できるものである。
【０００６】
また、電子制御を行わない従来の一般的なサーモスタットを備えたエンジン冷却システムにおいて、従来のサーモスタットをラジエータに一体的に設けた構造を採用したものがある。これは、前記サーモスタットの組み込み位置によってシステム全体が大型化しやすく、スペース的に制約の多い自動車への組込性の面で問題があることに鑑み、これらの不具合を解消するためである（たとえば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３１７３５５
【特許文献２】
実開平１−９４７８６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したように従来から知られている電子制御サーモスタットを、エンジン冷却システムにおいてラジエータのタンク部あるいはラジエータ近傍に設置したときに、以下のような問題を生じている。
【０００９】
これを詳述すると、上述したような電子制御サーモスタットを単純にラジエータに一体的に配置させると、ラジエータをバイパスさせて冷却水を循環させるバイパス回路の分岐位置がラジエータ側に寄り過ぎてバイパス回路長さが長くなる。
【００１０】
その結果、前記バイパス回路で必要とする冷却水量が多くなり、前記バイパス通路を通過する流量分だけ、エンジンの暖機速度が遅くなる、すなわちエンジン始動時において暖機運転に時間がかかるといった問題があった。これは、エンジン水温をサーモスタットに感知させるためにバイパス通路をサーモスタット感温部に流す必要があるためであった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電子制御サーモスタットを用いたエンジン冷却システムにおいて、電子制御サーモスタットをラジエータに一体化した場合に生じているエンジン始動時の暖機運転に時間がかかるという不具合を解消できるようにしたエンジン冷却システムを得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係るエンジンの冷却水温制御に用いられ、感温部に発熱素子を設置し、実際の温度だけに依存せずにバルブ開度を任意に変化させることが可能な電子制御サーモスタットを用いたエンジン冷却システムにおいて、
前記電子制御サーモスタットを、ラジエータの入口側、出口側どちらか一方に一体的に配置するとともに、
冷却水圧力の変化によって開閉する差圧弁を、前記エンジンと前記ラジエータを接続し冷却水を循環させるメイン冷却通路のエンジン出口側およびラジエータ入口側に各々配置し、
前記エンジン出口側に配置した前記差圧弁とエンジンとの間の冷却水を前記電子制御サーモスタット感温部に連通するとともに、前記電子制御サーモスタット感温部とエンジン入口側の差圧弁とエンジンの間の冷却通路に連通するサブ冷却通路を設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、電子制御サーモスタットをラジエータ側に隣接またはラジエータの一部に配置することが可能で、特にこれらのラジエータと電子制御サーモスタットとを一体的に構成することで、システム全体の小型化が図れる。
ここで、一体的とは、ラジエータに隣接、一部に設置、埋設することを言う。その他、近接する場合も含む。
また、従来一般的であるサーモスタット感温部へのバイパス通路に比べて充分に小径なサブ冷却通路（以下サブバイパス通路）を用いて、前記サーモスタット感温部にエンジン出口側の冷却水を導くように構成することにより、正確な温度情報の伝達が可能で、サーモスタットの所要の動作を確保できるとともに、前記サブバイパス通路内の冷却水の流量を少なくすることで、エンジン始動時の暖機運転を短時間にする（速暖化を図る）ことができる。
【００１４】
さらに、メイン冷却通路中の差圧弁の存在によって、ラジエータから冷たい冷却水が急にエンジン側に流入するといった不具合やラジエータとエンジン間の流量がエンジン速暖への影響をなくし、システム全体での信頼性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１ないし図５は本発明に係るエンジン冷却システムの一実施の形態を示す。これらの図において、まず、電子制御サーモスタットを含む自動車用エンジンの冷却水温度制御系の全体の概要を示す図１に基づき、以下に説明する。
【００１６】
図１において、１は内燃機関としての自動車用エンジンであり、このエンジン１内には、図示しないが周知の通りの冷却水通路が形成されている。
２は熱交換器、すなわちラジエータ（Ｒｄ）であり、このラジエータ２の内部にも周知の通り冷却水通路が形成されており、またラジエータ２の冷却水入口部２ａおよび冷却水出口部２ｂは、前記エンジン１との間で冷却水を循環させるメインの冷却通路３，４に接続されている。
【００１７】
このメイン冷却通路３，４は、エンジン１の上部に設けられた冷却水の出口部１ｂからラジエータ２の上部に設けられた冷却水の入口部２ａまで連通するエンジン出口側の冷却通路３と、ラジエータ２の下部に設けられた冷却水の出口部２ｂからエンジン１の下部に設けられた冷却水の入口部１ａまで連通するエンジン入口側の冷却通路４とから構成されている。
【００１８】
これらのエンジン１、ラジエータ２、メイン冷却通路３，４等によってエンジン冷却水のメイン循環路が形成されている。なお、５はエンジン入口部１ａに設けられたウォータポンプである。
【００１９】
本発明によれば、上述したエンジン冷却水のメイン循環路において、冷却水温を制御する電子制御サーモスタット１０を、ラジエータ２の入口部２ａに一体化させて（ラジエータ２側に隣接またはラジエータ２の一部に）配置し、前記電子制御サーモスタット１０のバルブユニットをラジエータ２のハウジング等に一体化できるように構成している。
このような構成を採る理由は、電子制御サーモスタット１０を備えたエンジン冷却システム全体の小型化を図るとともに、組込みスペースの制約が多い自動車内への前記システムの組込性を向上させるためである。
【００２０】
さらに、本発明によれば、エンジン冷却水のエンジン出口側、エンジン入口側のメイン冷却通路３，４において、エンジン１に一体化する部分に、図３および図４に示すように、上下流の圧力差で前記冷却通路３，４を開閉制御できる差圧弁６，７を設け、さらにエンジン出口側の差圧弁６とエンジン１との間のエンジン出口側冷却通路３中の冷却水を、前記電子制御サーモスタット１０の感温部に小径なサブバイパス（サブ）通路８により導き、前記冷却水の戻り側として小径なサブバイパス通路９を、前記エンジン入口側の差圧弁７とエンジン１との間のエンジン入口側冷却通路４に導くように構成している。
【００２１】
ここで、上述したサブバイパス通路８，９は、従来システムにおいてサーモスタットの感温部に冷却水を導いていたバイパス通路よりも充分に小さい径寸法をもつように構成している。これは、本発明では、電子制御サーモスタット１０をラジエータ２に一体化させて設けていることから、前記通路８，９中を流れる冷却水量を最小限とするためである。
【００２２】
また、上述した差圧弁６，７は、図５（ａ），（ｂ）に示すようなバタフライ弁であって、上流側と下流側との圧力差で開閉動作するように重心をずらして軸支された構造のものを用いるとよい。勿論、このような構造には限定されず、たとえば図６に示すような単純な圧力弁であってもよく、その構造は問わない。要は、上、下流側の圧力差で前記流路を自動的に開閉できる構造のものであればよい。
【００２３】
図１、図３および図４中、符号３０はヒータコア、３０ａ，３０ｂは前記エンジン１と差圧弁６，７との間の冷却水をヒータコア３０に導くことにより前記冷却水を加熱するヒータ回路となるヒータ通路である。
【００２４】
このような構成によれば、電子制御サーモスタット１０をラジエータ２側に隣接またはラジエータ２の一部に配置させることで、その感温部へ冷却水を導くバイパス通路の通路長さが長くなり、前記通路での冷却水量が増えることで、サーモスタット１０の応答性が害され、エンジン始動時の暖機運転時にメインの冷却通路３，４中を流れる冷却水の開閉制御が遅れて、暖機運転に時間がかかるといった従来の不具合を一掃することができるのである。これは、サーモスタット１０の感温部へのサブバイパス通路８，９が小径通路で構成され、サーモスタット感温部への正確な温度情報の伝達を確保できる一方、その内部の流量が少ないことで達成されるのである。
【００２５】
また、上述した構成によれば、メインの冷却通路３，４においてエンジン１寄りの部分に差圧弁６，７を設けているから、ラジエータ２からの冷たい冷却水がエンジン１側に急に流入するといった不具合を防止することができる。
【００２６】
さらに、電子制御サーモスタット１０の感温部へのバイパス通路をなくすと、却って冷却水の流れがなくなり暖機に時間がかかってしまうが、本発明では、小径なサブバイパス通路８，９を差圧弁６，７とエンジン１との間に設けることで、冷却水の流れを常に維持することができ、差圧弁６，７が閉じても冷却水のわずかな対流を確保でき、従来のバイパス通路と同等の作用を確保することができる。
【００２７】
ここで、電子制御サーモスタット１０は、たとえば特開２００１−３１７３５５等に開示されているような構造をもつものであって、感温部に発熱素子を設置し、実際の温度だけに依存せずバルブの開度を任意に変化させることが可能なものである。勿論、この電子制御サーモスタット１０のバルブとしては、たとえばバタフライ式またはロータリ式のバルブ等によって構成され、電動モータ等による開閉動作によって、冷却通路３，４を流れる冷却水の流量を調節できるものであってもよい。この場合、サブバイパス通路８，９を直接接続させ、さらに短くすることによって速暖化が図れる。
【００２８】
この電子制御サーモスタット１０は、図示しない制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）であるコントローラにより制御され、冷却水温を適宜制御できるように構成されている。このコントローラに与えられる情報としては、エンジン冷却システムにおいて、エンジン１における冷却水出口部１ｂ近くのエンジン出口側冷却通路３に設けられる水温センサ（図示せず）からのエンジン出口側水温情報、さらにエンジン入口側冷却通路４においてラジエータ２の出口側に設けられる水温センサ（図示せず）からの水温情報、さらにエンジン１やラジエータ２等を始めとする各部の動作状態を示す情報、たとえばＮｅ（エンジン回転数）、θｔｈ（スロットル開度）等があり、これにより電子制御サーモスタット１０は、自動車の運転状態においてエンジン１の負荷に応じて冷却水温を適宜制御している。
【００２９】
図２は上述した電子制御サーモスタット１０の一例を図示したものであり、耐熱プラスチック等の樹脂素材により一体的に形成された本体のハウジング１１と、エレメント１２に内装され冷却液の感温部である図示しないワックスの膨張によってメイン弁体１３を開閉するバルブ駆動部２０により構成されている。
このメイン弁体１３は、上述したエンジン出口側からラジエータ入口側に至るメインのエンジン出口側冷却通路３を、上述した冷却水温によるワックスの膨張または収縮、さらにはコントローラによって制御される発熱素子２１の発熱によるワックスの膨張等によって開閉制御するところである。
【００３０】
ここで、電子制御サーモスタット１０のハウジング１１は、高温化した冷却水の温度に十分耐え得ることのできる耐熱プラスチック等の樹脂素材により射出成形加工されている。なお、用途により金属製でも可能である。
ハウジング１１には、エンジン始動時にエンジン出口側の冷却水をサーモスタット１０の感温部へ直接流入させる流入側サブバイパススリーブ１４と、このサブバイパス側の冷却水をエンジン入口側に戻す流出側サブバイパススリーブ１５とが設けられ、上記の感温部にエンジン出口側の冷却水温のみが流入し、所要の動作が得られるようになっている。
【００３１】
なお、上述した発熱素子２１としてはニクロムヒータ、ＰＴＣ素子、ペルチェ素子等のものがあるが、用途により選択することができる。特に、ベルチェ素子を用いた場合には上述した効果とは逆の作用、すなわちエレメントを冷却することも可能となる、サーモスタットの制御の幅を広くすることが可能となる。
【００３２】
このような構成では、エンジン始動時などの冷却水が冷たい場合、エンジン出口側より流出した冷却水は電子制御サーモスタット１０のハウジング１１においてサブバイパススリーブ１４よりサーモスタット１０内に流入する。サーモスタット１０内に流入した冷却水は、エレメント１２の感温部に接触した後、サブバイパススリーブ１５を経由してエンジン出口側に直接流出する。
【００３３】
一方、エンジン出口側より流出した冷却水はメイン流路（冷却通路３）を流れるが、このメイン流路３はメイン弁体１３により遮断されているために、この部分の流れが阻止される。
そして、このような状態が継続されると、ラジエータを経由しない冷却水は早期に暖気される。所定の温度に冷却水が達すると、この冷却水の水温をエレメント１２のワックスが感温して次第に膨張する。このワックスの膨張に伴ってピストンが伸張し、ピストンを介して前記メイン弁体１３が下降し、メイン通路３を開放してエンジン１からラジエータ２への流れを確保する。
【００３４】
以上の構成において、電子制御サーモスタット１０のメイン弁体１３、差圧弁６，７の動作状態を、低温時と高温時、さらにエンジン１の低回転時と高回転持とで整理すると、以下のようになる。
すなわち、低温時において、エンジン低回転のときは、差圧弁６，７、さらにメイン弁体１３は閉じている。このとき、サブバイパス通路８，９内で冷却水は流れる。また、メイン流路３，４では冷却水は流れない。
【００３５】
一方、低温時でエンジン高回転のときは、差圧弁６，７は流量の増加に伴って、差圧弁を挟んでエンジン側とラジエータ側の流量に差に伴い、圧力に差が生じるので弁が開くが、メイン弁体１３は閉じている。このとき、サブバイパス通路８，９内で冷却水は流れる。また、メイン流路３，４では冷却水は流れず、通路内で対流するにとどまる。
【００３６】
これに対して、高温時にエンジン低回転であるときは、差圧弁６，７は始め閉じているが、メイン弁体１３が開くと前述したように差圧に伴って開き始める。このとき、サブバイパス通路８，９内で冷却水は流れる。また、メイン流路３，４でも冷却水は流れる。
【００３７】
一方、高温時においてエンジン高回転であるときは、差圧弁６，７は前述したように差圧により開き、冷却水の高温化によりメイン弁体１３は共に開く。このとき、サブバイパス通路８，９内で冷却水は流れる。また、メイン流路３，４でも冷却水は流れる。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。たとえば、上述した実施の形態では、電子制御サーモスタット１０を、図１に示すようにラジエータ２の入口側に隣接またはラジエータ２の一部（一体化）に配置した場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、図中１０Ａで示すようにラジエータ２の出口側に隣接して配置してもよい。
【００３９】
また、本発明を適用する電子制御サーモスタット１０としては、冷却水温を任意に温度制御できるものであればどのような構造のものでもよく、たとえばＷＡＸ＋ＰＴＣ式サーモスタット等は勿論、電動モータ駆動式バタフライ弁等の流量制御弁を用いたシステムによる電子制御サーモスタットであってもよい。また、発熱素子としてもＰＴＣサーミスタに限られるものではなく、発熱体であればどのようなものでもよい。さらに、ＷＡＸではなく、バイメタルや形状記憶合金（ＳＭＡ）でもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るエンジン冷却システムによれば、電子制御サーモスタットを、ラジエータ側に隣接またはラジエータの一部に配置させることで一体化させて構成したとしても、前記サーモスタット感温部へ冷却水を導く小径なサブバイパス通路の存在によって、正確な温度情報の伝達が可能で、これによりエンジン始動時における暖機運転を迅速かつ確実に行わせることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、エンジンの出、入口側の冷却通路中に差圧弁を配置しているから、ラジエータからの冷たい冷却水がエンジン内に急に入ることを防止することができ、エンジン冷却システムとしての信頼性を確保することができる。さらに、エンジン冷却装置のレイアウトの自由度が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン冷却システムの一実施の形態を示し、システム全体の概要を説明するための概略図である。
【図２】本発明に係るエンジン冷却システムに用いる電子制御サーモスタットの一例を示す概略断面図である。
【図３】図１のエンジン冷却システムにおける２２部の拡大図である。
【図４】図１のエンジン冷却システムにおける４０部の拡大図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は差圧弁の一例を示す正面図および側面図である。
【図６】差圧弁として圧力弁を用いた例を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…ラジエータ、３，４…エンジン出口側、入口側のメイン冷却通路、６，７…差圧弁、８，９…小径なサブバイパス通路、１０…電子制御サーモスタット、１２…エレメント、１３…メイン弁体、２１…発熱素子。

Claims (1)

1. エンジンの冷却水温制御に用いられ、感温部に発熱素子を設置し、実際の温度だけに依存せずにバルブ開度を任意に変化させることが可能な電子制御サーモスタットを用いたエンジン冷却システムにおいて、
   前記電子制御サーモスタットを、ラジエータの入口側、出口側どちらか一方に一体的に配置するとともに、
   冷却水圧力の変化によって開閉する差圧弁を、前記エンジンと前記ラジエータを接続し冷却水を循環させるメイン冷却通路のエンジン出口側およびラジエータ入口側に各々配置し、
   前記エンジン出口側に配置した前記差圧弁とエンジンとの間の冷却水を前記電子制御サーモスタット感温部に連通するとともに、前記電子制御サーモスタット感温部とエンジン入口側の差圧弁とエンジンの間の冷却通路に連通するサブ冷却通路を設けたことを特徴とするエンジン冷却システム。

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