JP2005098153A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
エンジンの負荷、回転数、車速、吸気温度、ガソリン温度、排気ガス組成等の時々刻々変化するエンジンの運転状態に迅速に適用可能な水冷式のエンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】
感温部を備え、冷却水の温度によって主冷却管路とバイパス管路の切換えを自動的に行なうサーモスタット式切換え弁２７に対して並列になるようにソレノイドコイル４７を備える電子制御弁２９を接続し、エンジンの状態が入力される電子制御装置３１によって電子制御弁２９の開閉制御を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は水冷式エンジンの冷却装置に係り、とくにエンジンの内部とラジエタとの間に冷却水を循環させるようにしたエンジンの冷却装置に関する。

従来の水冷式エンジンの冷却装置の一例は例えば図１８に示すようになっており、エンジン１とラジエタ２とを連通させる管路の途中にサーモスタット式切換え弁３とポンプ４とを接続する構造になっている。ここで管路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆがラジエタ２を通過する冷却水の管路になる。これに対してバイパス回路Ｄを含む管路Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆがラジエタを通過しない冷却水の循環管路である。

図１９は上記管路Ｃ、Ｅの接続点に接続される従来のサーモスタット式切換え弁を示しており、ハウジング７内に支持アーム８を介して感温ケース９を保持している。そして感温ケース９内にはワックス１０が充填されるとともに、弾性体スプール１１によってロッド１２を収納保持し、このロッド１２の先端側の支軸１３の部分にバイパス弁１４を取付けるようにしている。

上記感温ケース９の外周側には筒状部１５が嵌合され、上記支軸１３に結合されている。そして筒状部１５には主弁１６が結合されるとともに、主弁１６を戻しばね１７によって図１９中上方へ押圧付勢している。そして感温ケース９内にヒータ１８が取付けられるとともに、このヒータ１８をリード線１９によって通電して加熱するようにしている。

以上のような構成において、エンジン１が暖機状態にある間は、冷却水は図１８のバイパス管路Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆを循環する。冷却水の温度が次第に上昇して感温ケース９を通してワックス１０に熱が伝えられ、ワックス１０の温度が設定温度に達すると溶解膨張して弾性体スプール１１を変形させ、ロッド１２を絞り出す。するとロッド１２および支軸１３を介して筒状部１５が下方へ移動し、主弁１６も図１９において下方へ移動して開く。これによって図１８の管路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆが連通され、バイパス管路Ｄを流れる冷却水と主冷却管路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆを流れる冷却水が図１９のハウジング１７内に混合され、ウォータポンプ４でエンジン１に送込まれ、これによってエンジン１の温度を下降させる。

エンジン１の負荷が増大するとエンジン１の温度がさらに上昇するために、ワックス１０が膨張してロッド１２をさらに押すために、主弁１６がさらに下降して開かれるとともに、バイパス弁１４が入口２０を閉じて図１８のバイパス回路Ｄが遮断される。従って冷却水は総て主冷却管路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆを循環し、この冷却装置が最大の冷却能力を発揮する。

エンジン１の負荷が減少すると、これに伴ってエンジン１の温度が下がり、切換え弁のハウジング７内を流れる冷却水の温度が下がり、感温ケース９を通してワックス１０の温度が下がって凝縮し、戻しばね１７の弾性復元力によってロッド１２を元の位置に押戻し、主弁１６の開口量を小さくし、ラジエタ２から主弁１６を通ってエンジン１に流込む主冷却管路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆの冷却水の流量を減少させる。これによって再びエンジン１の温度が上昇する。

エンジン１の温度は感温ケース９内に密閉されているワックス１０の設定温度に左右されるために、ワックス１０の温度を制御すれば、これに連動してエンジン１の温度をも制御できる。

従来の図１９に示す電子制御サーモスタットは、時々刻々変化するエンジン１の負荷状態において、その時点の最適なエンジン温度をエンジン電子制御装置によって演算し、その時点の温度と比較して、エンジン１の温度が低い場合には、ワックス１０の温度を下げて主弁１６を閉じ、エンジン１の温度を上げ、反対にその時点でエンジン１の温度が高い場合にはワックス１０の温度を上げ、主弁１６を開いてエンジン１の温度を下げるようにしている。

この動作は制御装置内における温度の比較値を電流に変換して図１９に示すリード線１９を介して感温ケース９内のヒータ１８に電流を供給したり遮断したりしてヒータ１８の発熱を促したり停止することによって、ワックス１０の温度を制御するものである。エンジン１が高温状態で作動していて負荷状態の変化でエンジン１の温度を低くしたいときには、主弁１６を強制的に開くために、感温ケース９内に密閉されているワックス１０の温度をハウジング７内を流れる冷却水の温度よりも高くする必要があり、リード線１９を介して電流をヒータ１８に供給してワックス１０の温度上昇を促進する一方、感温ケース９の回りを流れる冷却水が感温ケース９の表面から熱を奪い、ワックス１０の温度を下げる方向に作用させ、ワックス１０の温度の上昇に時間がかかり、瞬時にエンジン１の温度の下降を促すのに時間がかかって応答性が非常に悪い欠点があった。

また冷却装置が複合状態で作動しているときに、負荷状態の変動でエンジン１の温度を上げたい場合に、主弁１６を強制的に閉じるのに感温ケース９内に密閉されるワックス１０の温度をハウジング７内を流れる冷却水の温度より低く設定する必要がある。そこでリード線１９を介してヒータ１８に供給される電流を遮断し、ワックス１０の温度を下げようとしても、感温ケース９の周囲を流れる冷却水の温度が感温ケース９の表面温度よりも高く、ワックス１０の温度を下降させようとしても逆の方向に作用し、ワックス１０の温度の下降に相当な時間がかかり、瞬時にエンジン１の温度の上昇がほとんど不可能に近く、応答性が非常に悪い。

自動車のエンジンの場合には、走行中にエンジン１の負荷、エンジンの回転数、車速、吸気温度、排気組成等のパラメータが時々刻々変化する。瞬時にエンジン１の温度をその時の負荷状態等に対応したエンジン最適温度にすることが好ましいが、従来の図１９に示す電子制御サーモスタットを用いたエンジン冷却回路は、瞬時にワックス１０の温度の制御によってエンジン１の温度を制御することが非常に難しく、時間遅れを生ずる。その結果、エンジン１の負荷状態の変動直後にエンジン１の温度を瞬時に変えて最大機能と性能を引出すことができず、しかも燃費の向上や有害排気ガス排出抑制も時間遅れを伴い、当初の目的が発揮されない欠点がある。

本願発明の課題は、エンジンの状態に応じて冷却水の循環管路を迅速に切換えることが可能なエンジンの冷却装置を提供することである。

本願発明の別の課題は、エンジンの状態の変化に迅速に応答して冷却水の循環管路を切換えるエンジンの冷却装置を提供することである。

本願発明の別の課題は、エンジンを冷却する冷却水の温度を時間遅れなくその時点のエンジンの状態に応じた適正温度に制御する応答性が良好な電子制御弁を備えるエンジンの冷却装置を提供することである。

本願発明の別の課題は、エンジンが持つ最大の性能と機能を発揮するとともに、燃料消費量を向上させ、エンジン温度を最適にし、これによって燃料消費量を減少させかつ有害排気ガスの排気量を低減させるようにしたエンジンの冷却装置を提供することである。

本願の主要な発明は、エンジンの内部とラジエタとの間を冷却水を循環させるようにしたエンジンの冷却装置において、
冷却水を前記ラジエタを循環させる主冷却管路に対して並列に前記ラジエタを迂回させるバイパス管路を接続し、しかも前記主冷却管路と前記バイパス管路との接続部に冷却水の温度によって切換え動作を行なうサーモスタット式切換え弁を接続し、
さらに前記サーモスタット式切換え弁と並列に電子制御弁を接続し、前記電子制御弁によって前記ラジエタを通る冷却水の一部を前記サーモスタット式切換え弁から迂回させることを特徴とするエンジンの冷却装置に関するものである。

ここで前記サーモスタット式切換え弁が内部に封入されたワックスの膨張によって弾性体のスプールからロッドを押出すワックス膨張型切換え弁であることが好ましい。また前記電子制御弁がソレノイド式の開閉弁であることが好ましい。また前記電子制御弁がリニアソレノイド式の開口量可変型の弁であることが好ましい。また電子制御装置を具備し、該電子制御装置によって前記電子制御弁を制御することが好ましい。また前記電子制御装置は冷却水の水温、エンジン負荷、エンジン回転数、吸気温度、燃料温度、排気ガスの状況、車速の内の１つまたは複数の条件に応じて前記電子制御弁を制御することが好ましい。

また前記サーモスタット式切換え弁と前記電子制御弁とがともに開かれて前記ラジエタを通る冷却水を流す場合の分担割合が互いにほぼ等しいことが好ましい。また前記電子制御弁はソレノイドコイルの励磁と戻しばねの付勢力とによって弁体を移動させて開閉または開口量を制御し、しかも入口ポートをラジエタ側に接続し、出口側をポンプに接続することが好ましい。また前記電子制御弁の弁体はバルブシートと接する部位の外周側に貫通穴を有し、前記弁体と案内部材との間に侵入した水の圧力を逃がすようにしたことが好ましい。また前記電子制御弁の弁体と接して流路を閉じるバルブシートは放射状に延びる複数の脚部を有し、該脚部間が水の通路になることが好ましい。

本願に含まれる発明の好ましい態様は、切換え弁２７のワックスの膨張と収縮のみによってエンジン２５の温度を適正温度に制御するのではなく、図１に示すようにソレノイドバルブを装着したソレノイド搭載型の電子制御弁２９をサーモスタット式切換え弁２７とは独立してラジエタ２６とポンプ２８との間に接続し、これによって補助冷却回路Ｃ、Ｇ、Ｈ、Ｅ、Ｆを構成し、切換え弁２７内のワックスの温度と主冷却回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆとバイパス回路Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆを流れる冷却水の流量に関係なく、エンジン２５の温度をその時点の負荷状態でエンジン電子制御装置３１で演算された最適温度になるように電流の供給により電子制御弁２９を開いて瞬時にラジエタ２６を還流してきた冷却水をウォータポンプ２８を介してエンジン２５内に還流し、エンジン２５の温度を最適温度まで下げ、あるいはまた電流を遮断することによって電子制御弁２９を閉じて瞬時にラジエタ２６を循環してきた冷却水を遮断し、エンジン２５の温度を上昇させて時間遅れなくその時点でのエンジン２５の適正温度に制御するようにした応答性が良い電子制御式冷却システムに関するものである。

本願の主要な発明は、エンジンの内部とラジエタとの間を冷却水を循環させるようにしたエンジンの冷却装置において、冷却水をラジエタを循環させる主冷却管路に対して並列にラジエタを迂回させるバイパス管路を接続し、しかも主冷却管路とバイパス管路との接続部に冷却水の温度によって切換え動作を行なうサーモスタット式切換え弁を接続し、さらにサーモスタット式切換え弁と並列に電子制御弁を接続し、電子制御弁によってラジエタを通る冷却水の一部をサーモスタット式切換え弁から迂回させるようにしたものである。

従ってこのようなエンジンの冷却装置によれば、サーモスタット式切換え弁と並列に接続された電子制御弁によってラジエタを通る冷却水のエンジンに対する還流と遮断とを冷却水の温度に関係なく任意に制御することが可能になり、これによってエンジンの状態に応じて冷却水の切換えを瞬時にかつ最適な状態で行なうことが可能になる。

以下本願に含まれる発明を図示の実施の形態によって説明する。図１は本実施の形態のエンジンの冷却装置の全体の構成を示すものであって、この冷却装置はエンジン２５とラジエタ２６と、サーモスタット式切換え弁２７と、ポンプ２８と、電子制御弁２９と、温度センサ３０と、電子制御装置３１を備えている。

ここでとくに本願の特徴である電子制御弁２９は切換え弁２７と並列に接続されており、冷却水をラジエタ２６を通して還流させる管路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆの内の切換え弁２７の部分に対して並列に管路Ｇ、Ｈを形成するように接続される。そしてこの電子制御弁２９を電子制御装置３１によって電子制御するようにしており、しかも電子制御装置３１にはエンジン２５から排出された冷却水の温度を検出する温度センサ３０が接続されるようになっている。

次にサーモスタット式切換え弁２７の構造を説明すると、図２に示すようにこの切換え弁２７はハウジング３４を備え、ハウジング３４内に支持フレーム３５を介してガイドブロック３６を支持している。ガイドブロック３６はロッド３７を摺動自在に支持するとともに、感温ケース３８を結合している。感温ケース３８内にはワックス３９が封入され、しかも弾性体スプール４０が上記ロッド３７の先端部を受けている。

またガイドブロック３６には主弁４１が取付けられるとともに、主弁４１はばね４２によって支持フレーム３５の一部で構成されるバルブシートに圧着される。また上記感温ケース３８の端部にはバイパス弁４３が固着される。

次に上記切換え弁２７と並列に接続される電子制御弁２９について図５により説明する。この電子制御弁２９は円筒状のケーシング４６を備え、その中にソレノイドコイル４７が巻装された状態で収納されている。そしてケーシング４６に取付けられているハウジング４８に端子４９が設けられ、この端子４９が上記ソレノイドコイル４７の端部に接続されている。

上記ソレノイドコイル４７の中心部を貫通するように冷却水が通過するパイプ５０が挿入されている。そしてこのパイプ５０の先端側であって内周部には円筒状のガイド５１が取付けられ、このガイド５１の先端部によって弁体５２が摺動自在に支持されている。弁体５２の外周部はソレノイドコイル４７の端部と接するように配される逆カップ状の案内部材５３の内周面に受けられている。そして上記弁体５２の先端部と対向するようにバルブシート５４がケーシング４６に取付けられている。バルブシート４６の上面であってその凹部にシール部材５５が取付けられ、このシール部材５５に対して弁体５２が接すると、流路が遮断されることになる（図６参照）。

上記弁体５２は図７および図８に示すように、ほぼ逆カップ状をなすとともに、中心孔６０の部分が上記ガイド５１の先端部と嵌合されるようになっている。またこの弁体５２には円周方向に沿って４つの小孔６１が形成されている。これらの小孔６１によって、この弁体５２と案内部材５３との間の空間に侵入した冷却水の流動を許容し、これによって弁体５２の開放動作を保障している。

上記弁体５２と対向して配されるバルブシート５４は図９〜図１２に示すように、その外周側に突出するように１２０度間隔で３本の脚部６２を備え、これらの脚部６２によってケーシング４６の内周面に支持されている。そして脚部６２の下面には下方に突出するように突部６３が形成され、これらの突部６３がケーシング４６の端面に接して半径方向の位置規制が行なわれる。またバルブシート５４の上面であってそのほぼ中央部には円形の凹部６４が形成され、この凹部６４にシール部材５５が装着されている（図１０、図１２参照）。

次に上記のような構成の冷却装置の動作を説明する。図１に示すように、この実施の形態のエンジンの冷却装置はラジエタ２６と切換え弁２７とを結ぶ回路Ｃの中間と切換え弁２７とポンプ２８とを結ぶ管路Ｅの中間を結びかつ切換え弁２７を迂回する補助冷却回路Ｇ、Ｈを設け、この回路の中に電子制御弁２９を設置してラジエタ２６から供給される冷却水が流れる補助冷却回路Ｃ、Ｇ、Ｈ、Ｅ、Ｆを構成し、ポンプ２８の入口側に接続するようにしている。

エンジン２５の温度の制御を行なうために、エンジン２５の出口に冷却水の温度を検出する温度センサ３０を接続し、冷却水の温度と電子制御装置３１で演算された現時点の負荷状態でエンジン性能を最大限に引出す適正温度とを比較し、エンジン２５の温度が高い場合には、従来のエンジン冷却システム回路を流れる冷却水に加え、電子制御弁２９のソレノイドコイル４７に電流を流し、補助冷却回路Ｇ、Ｈ、Ｅ、Ｆを開き、エンジン２５に流れ込む冷却水の流量を増やしてエンジン２５の温度を下げる。

電流の供給と遮断の組合わせで補助冷却回路Ｇ、Ｈ、Ｅ、Ｆを流れる冷却水の流量を制御し、エンジン２５の負荷状態、エンジン回転数、吸気温度、車速、排気ガス組成等の変動によるエンジン２５の最適温度の変動にも直ちに対応できる電子制御弁２９を配し、その時点でのエンジン２５の機能と性能を最大限に発揮できるように、最適温度をソレノイドコイル４７に対する電流のＯＮ−ＯＦＦ操作によって達成可能な電子制御弁２９を配置している。

次に上記電子制御弁２９の動作に先立って、切換え弁２７の動作について説明する。

サーモスタット式切換え弁２７はそれ自身が冷却水の温度を検知して冷却水の流路の切換えを行なうものであって、図２はエンジン２５の暖機時の状態を示している。エンジン２５が始動し暖機状態にある間は、エンジン２５を早く暖める目的で、冷却水の温度がサーモスタットの感温ケース３８内に封止されているワックス３９の設定温度に達するまでこの切換え弁２７の主弁４１は閉じており、これに対してバイパス弁の入口４４が開いて、冷却水はバイパス管路Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆを循環してウォータポンプ２８によってエンジン２５に還流される。

図３はエンジン２５の温度が上昇し、冷却水の温度がワックス３９の設定温度に達し、主弁４１が開いた複合冷却時のサーモスタットの状態を示している。サーモスタットの感温ケース３８内に密封されているワックス３９が溶解膨張し、感温ケース３８内に装着されている弾性体スプール４０が押潰されると、弾性体スプール４０がロッド３７を絞り上げて上方に押出す。するとロッド３７が支持フレーム３５に当接し、その反力によってばね４２に抗してガイドブロック３６を介して主弁４１を押下げ、主冷却回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆを開放し、これによってラジエタ２６で冷却された冷却水がバイパス管路Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆを還流する冷却水と切換え弁２７のハウジング３４内で混合され、ウォータポンプ２８を介してエンジン２５内に還流され、エンジン２５の温度を低下させる。

さらに冷却水の温度が上昇すると図４に示す状態に変化される。すなわち冷却水の温度の上昇に伴って、ロッド３７が押出されるためにバイパス弁４３が入口４４を狭め、ハウジング３４内に流れ込む主冷却回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆを循環する冷却水の流量が増し、エンジン２５の温度をさらに下げる。

エンジン２５の負荷が増大し、冷却水の温度が上昇して高温領域に達すると、完全冷却状態に移行する。このときには切換え弁２７の主弁４１がさらに開くとともにバイパス弁４３が図４に示すように入口４４を完全に塞ぐ。このためにラジエタ２６で冷却された冷却水だけが主弁４１を通ってウォータポンプ２８によってエンジン２５に還流される主冷却回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆによって冷却水の循環が行なわれ、最大冷却能力が発揮される。

エンジン２５の負荷が軽くなってエンジン２５の温度が下がると、冷却水の温度が感温ケース３８を通してワックス３９に伝えられ、ワックス３９が凝固収縮する。するとばね４２の弾性復元力が勝るようになり、ばね４２で主弁４１を押上げ、この主弁４１を図２に示すように閉じる。同時に入口４４を開いて主冷却回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆを循環する冷却水の流量が次第に減少し、バイパス管路Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆを循環する冷却水の流量が増加し、エンジン２５の温度が再び上昇し、エンジン２５の負荷状態で左右されるエンジン２５の温度を切換え弁２７で制御することになる。

電子制御弁２９はサーモスタット式切換え弁２７によるハンチング動作を防止する。すなわち切換え弁２７が図２に示す状態においてエンジン２５の冷却水の温度が上昇するとバイパス弁４３が開かれた状態で主弁４１が半開状態になる複合冷却を発現する（図３参照）。このときに主弁４１はばね４２によってその姿勢が制御されるために、主弁４１の左側の部分が先に開く場合と右側の部分が先に開く場合とがある。

主弁４１の姿勢によってその右側の部分が先に開く場合には、冷却水は点線Ｑで示すように水流が流れるためにとくに問題はないが、主弁４１の左側の部分が先に開放されると、点線Ｐで示すように水流が流れる。この水流Ｐの流れはワックス３９を充填した感温ケース３８を横切る流れであるために、この流れＰによってワックス３９が再び凝集し、主弁４１が再び閉じられる。

このように主弁４１の開き始めの姿勢が水流Ｐを生ずるような左側の部分が先に開く切換え弁２７の場合には、暖機から複合冷却への切換え動作の際に、図２に示す暖機状態と図３に示す複合冷却とを交互に繰返すハンチング状態を生ずる。このようなハンチング状態になると、エンジン２５それ自体はオーバーヒートでないのにインストルメントパネル上の温度計が高温側を指し、正しい温度指示を行なわなくなる可能性がある。

ところがこの場合において、エンジン２５の出口側の温度を温度センサ３０によって検出するとともに、電子制御装置３１が電子制御弁２９の開閉を電子制御するために、上述のような切換え弁２７のハンチング現象を電子制御弁２９による冷却水の迂回によって確実に防止することが可能になり、水温計が正しい温度を指すことになる。またこのような理由から、切換え弁２７の主弁４１を押圧する戻しばね４２に偏荷重を設けて巻き端位置を指定する面倒な組立てが不要になる。またばね４２の荷重が一定でなく、しかも組立て工程中にばね４２が回転しても冷却装置による不具合を生ずることがなくなる。

次に補助冷却管路を形成する電子制御弁２９の動作について説明する。図５はソレノイド搭載の電子制御弁２９の開弁時の状態を示しており、電流がハウジング４８内の端子４９を通してソレノイドコイル４７に電流を流すと、ソレノイドコイル４７に磁力が発生し、ソレノイドコイル４７を囲むケーシング４６と冷却水を流すパイプ５０によって磁気回路が形成されるとともに、この磁気回路の一部を構成する弁体５２の上面がパイプ５０の下端に吸引される。従って弁体５２は戻しばね５６の弾性復元力に抗して上方に移動し、開弁状態にする。

これに対して図６はこの電子制御弁２９が閉弁動作を行なったときの状態を示している。ハウジング４８内の端子４９を通してソレノイドコイル４７に供給される電流を遮断すると、ソレノイドコイル４７によって発生した磁気が消滅し、そのためにソレノイドコイル４７を囲むケーシング４６とパイプ５０内の磁気回路が消滅し、パイプ５０の下端と弁体５２の上端との間に働く磁気吸引力がなくなり、戻しばね５６によって弁体５２を案内部材５３の内周面に沿って押下げ、このために弁体５２の下部がバルブシート５４の中心部に装着されたシール部材５５に圧着され、閉弁状態になる。

図１に示す電子制御装置３１はエンジン２５の出口温度とその時点の負荷状態とで決まる最適温度を比較し、エンジン２５の温度が最適温度よりも高い場合には、リード線４８からの電流の供給が開始され、ソレノイドコイル４７に磁界が発生し、戻しばね５６に抗して弁体５２を引上げ、弁体５２とバルブシート５４のシール部材５５との間に空間を作り出して開弁状態にする。従ってラジエタ２６を通った冷却水は管路Ｇからこの制御弁２９のケーシング４６の上部に流入し、パイプ５０を通って弁体５２とバルブシート５４との間に形成された隙間を通ってバルブシート５４の脚部６２間を迂回し、ケーシング４６の下側の出口から管路Ｈに流れる。

エンジン２５の出口温度とその時点の負荷状態で決まる最適温度を比較し、エンジン２５の温度が最適温度よりも低い場合には、端子４９による電流の供給が遮断され、ソレノイドコイル４７の吸引力がなくなって弁体５２は図６に示すように、戻しばね５６によってバルブシート５４のシール部材５５に押付けられ、管路Ｇを通ってこの制御弁２９の入口から入る冷却水はシール部材５５と弁体５２とで塞止められて、ラジエタ２６を還流する水は切換え弁２７を通過する冷却水のみになる。従ってラジエタ２６を通過してエンジン２５に還流される冷却水の量が少なくなってエンジン２５の温度が再び上昇する。

この電子制御弁２９の弁体５２はその外周部が案内部材５３の内周面によって案内されるとともに、戻しばね５６によって上下方向の運動の水平を保ち、しかも案内部材５３と弁体５２との間の部分に侵入した冷却水を流す小孔６１を備えているために、弁体５２の上下の空間の圧力を等しい圧力にできる。また弁体５２の中心孔６０の内周面にシールリング５７が装着され、このシールリング５７がガイド５１の内周面に摺接し、これによって冷却水の漏れが防止されるようになっている。

図１に示す冷却システムにおいて、エンジン２５が暖機状態のときには切換え弁２７内の感温部の状態は図２に示されるように主弁４１が閉じられて電子制御弁２９に対する電流の供給が遮断されているので、冷却水はバイパス管路Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆを循環し、これによってエンジン２５の暖機が促進される。

切換え弁２７内の状態が図３に示すように複合冷却状態でしかも電子制御弁２９に対する電流の遮断が停止されている状態で、ソレノイドコイル４７に電流が供給されると弁体５２が開き、ラジエタ２６を通って補助冷却管路Ｇ、Ｈ、Ｅ、Ｆを流れる冷却水がエンジン２５に還流し、電流の供給が遮断されると弁体５２が閉じられて補助冷却管路Ｇ、Ｈ、Ｅ、Ｆを流れる冷却水が遮断され、エンジン２５の温度が上昇する。

切換え弁２７の内部の状態が図３に示すように複合冷却状態である場合に、電子制御弁２９のソレノイドコイル４７に対する電流の供給や遮断の切換えによって、エンジン２５の冷却水の温度制御が可能であって、電流の供給と遮断とを繰返してその時点におけるエンジン２５の最適温度に敏速に達成できるようになる。

切換え弁２７内の状態が図４に示すように完全冷却状態で、しかも電子制御弁２９に対する電流が遮断されている場合に、電流が供給されれば弁体５２が開き、ラジエタ２６を通る補助冷却管路Ｇ、Ｈ、Ｅ、Ｆを流れる冷却水がエンジン２５の温度を下げ、エンジン２５のオーバヒートの危険性を回避できる。

このような動作を行なう電子制御弁２９はその設置位置と方向が自由であって、エンジンルーム内の設置可能な空間に、入口側をラジエタ２６に、出口側をウォータポンプ２８の入口側に接続すればよく、水平状態、垂直状態、斜め状態のどの方向でも任意に設置可能である。

図１３はサーモスタット式切換え弁２７と電子制御弁２９とを備えるエンジン２５の冷却装置の冷却動作をフローチャートによって示したものである。ここでサーモスタット式切換え弁２７は暖気時に主弁４１を閉じてバイパス弁４３のみを開放し、ラジエタ２６を通過することなくバイパス回路Ｄを通して冷却水の全量をエンジン２５に還流する。そして感温部のワックス３９が感温動作を行なうとともに、所定の温度以下の場合には複合冷却を行なう。複合冷却は主弁４１を半開状態にするとともに、バイパス弁４３を開き、冷却水の一部をラジエタ２６で冷却し、残りの冷却水をバイパス回路Ｄを通してエンジンに還流するものである。これに対して所定の温度を超えた場合には、完全冷却を行なう。この動作は主弁４１を全開するとともにバイパス弁４３を閉じて冷却水の全量をラジエタ２６で冷却してエンジンに還流する。

これに対して図１３に示す電子制御弁２９は電子制御装置３１によって制御されるようになっており、エンジン負荷、エンジン回転数、吸気温度、車速がそれぞれこの制御装置３１に入力され、エンジン出口の水温を温度センサ３０によって検出する。そして出口の水温が基準値を超えたかどうかをこの電子制御装置３１のＣＰＵが判断するとともに、基準値を超えた場合には電子制御弁２９を開弁する。また基準値を超えない場合であってもオーバーヒートがある場合、およびオーバーヒートがない場合であっても制御水温が上昇した場合には何れも電子制御弁２９を開弁し、ラジエタ２６によって冷却された冷却水をサーモスタット式切換え弁２７を迂回してこの電子制御弁２９によってエンジン２５に還流する。

次に図１４〜図１７によって変形例を説明する。この変形例は図１４および図１５に示すように、エンジン２５のシリンダブロック内に形成されている冷却水を循環させる空洞６７と連通する内部空間を有するユニットハウジング６８を設け、このユニットハウジング６８内に上述のサーモスタット式切換え弁２７と、電子制御弁２９と、ポンプ２８とを組込んでユニット化したものである。このような構成によれば、エンジンの冷却装置をコンパクトに構成することが可能になり、図１に示す管路を小さなスペースで構成できるようになる。なおここで上記ユニットハウジング６８と接続されるラジエタ２６の背面側には冷却ファン６９が配置される。

図１５はこのようなユニット式の冷却装置において、切換え弁２７の主弁４１を開くとともに、電子制御弁２９の弁体５２を開いた状態を示している。これに対して図１６は、切換え弁２７の主弁４１を開くとともに、電子制御弁２９の弁体５２を閉じた状態を示している。また図１７は切換え弁２７の主弁４１を閉じるとともに、電子制御弁２９の弁体５２を開いた状態を示している。

エンジン２５の負荷状態、エンジン回転数、車速、吸気温度、ガソリン温度、排気ガス組成等のエンジン２５の各種の条件の下で、エンジンの温度をその状況下で最も適した温度にすばやく制御する必要があり、電子制御装置３１によって図１５〜図１７に示す電子制御弁２９を電子制御装置３１で制御することによって、エンジン２５が持つ最大の性能と機能を発揮し、さらに燃料消費量を向上できる最適エンジン温度に達成できるようにこの電子制御弁２９のソレノイドコイル４７に対する電流の供給と遮断を繰返すことによって、エンジン２５を適正温度に制御し、燃料消費量を減少させ、さらには有害排気ガスの排出量を減少させることが可能になる。

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における電子制御弁２９は開閉式の電磁弁から構成されるが、このような構成に代えて、開口量可変型のリニアソレノイド式の電子制御弁を用いることも可能である。

本願発明はエンジンの内部を冷却水によって冷却する自動車用エンジンや汎用エンジンの冷却装置として広く利用可能である。

エンジンの冷却装置の構成を示す配管図である。

切換え弁の構造を示す縦断面図である。

複合冷却時の切換え弁の縦断面図である。

バイパス管路を閉じた切換え弁の縦断面図である。

開弁時の電子制御弁の縦断面図である。

閉弁時の電制御弁の縦断面図である。

電子制御弁の弁体の平面図である。

図７におけるＡ〜Ａ線断面図である。

バルブシートの平面図である。

図９におけるＢ〜Ｂ線断面図である。

バルブシートの底面図である。

バルブシートの斜視図である。

冷却システムの制御動作のフローチャートである。

ユニット化した冷却装置を用いた冷却装置の配管図である。

切換え弁と電子制御弁を開いた状態の要部縦断図である。

切換え弁を開いて電子制御弁を閉じたときの縦断面図である。

切換え弁を閉じて電子制御弁を開いたときの縦断面図である。

従来のエンジンの冷却装置の配管図である。

同冷却装置に用いられる切換え弁の縦断面図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ラジエタ
３ サーモスタット式切換え弁
４ ポンプ
７ ハウジング
８ 支持アーム
９ 感温ケース
１０ ワックス
１１ 弾性体スプール
１２ ロッド
１３ 支軸
１４ バイパス弁
１５ 筒状部
１６ 主弁
１７ 戻しばね
１８ ヒータ
１９ リード線
２０ 入口
２５ エンジン
２６ ラジエタ
２７ サーモスタット式切換え弁
２８ ポンプ
２９ 電子制御弁
３０ 温度センサ
３１ 電子制御装置
３４ ハウジング
３５ 支持フレーム
３６ ガイドブロック
３７ ロッド
３８ 感温ケース
３９ ワックス
４０ 弾性体スプール
４１ 主弁
４２ ばね
４３ バイパス弁
４４ 入口
４６ ケーシング
４７ ソレノイドコイル
４８ ハウジング
４９ 端子
５０ パイプ
５１ ガイド
５２ 弁体
５３ 案内部材
５４ バルブシート
５５ シール部材
５６ 戻しばね
５７ シールリング
６０ 中心孔
６１ 小孔
６２ 脚部
６３ 突部
６４ 凹部
６７ 空洞
６８ ユニットハウジング
６９ 冷却ファン

Claims (10)

1. エンジンの内部とラジエタとの間を冷却水を循環させるようにしたエンジンの冷却装置において、
   冷却水を前記ラジエタを循環させる主冷却管路に対して並列に前記ラジエタを迂回させるバイパス管路を接続し、しかも前記主冷却管路と前記バイパス管路との接続部に冷却水の温度によって切換え動作を行なうサーモスタット式切換え弁を接続し、
   さらに前記サーモスタット式切換え弁と並列に電子制御弁を接続し、前記電子制御弁によって前記ラジエタを通る冷却水の一部を前記サーモスタット式切換え弁から迂回させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 前記サーモスタット式切換え弁が内部に封入されたワックスの膨張によって弾性体のスプールからロッドを押出すワックス膨張型切換え弁であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
3. 前記電子制御弁がソレノイド式の開閉弁であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
4. 前記電子制御弁がリニアソレノイド式の開口量可変型の弁であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
5. 電子制御装置を具備し、該電子制御装置によって前記電子制御弁を制御することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のエンジンの冷却装置。
6. 前記電子制御装置は冷却水の水温、エンジン負荷、エンジン回転数、吸気温度、燃料温度、排気ガスの状況、車速の内の１つまたは複数の条件に応じて前記電子制御弁を制御することを特徴とする請求項５に記載のエンジンの冷却装置。
7. 前記サーモスタット式切換え弁と前記電子制御弁とがともに開かれて前記ラジエタを通る冷却水を流す場合の分担割合が互いにほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
8. 前記電子制御弁はソレノイドコイルの励磁と戻しばねの付勢力とによって弁体を移動させて開閉または開口量を制御し、しかも入口ポートをラジエタ側に接続し、出口側をポンプに接続することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のエンジンの冷却装置。
9. 前記電子制御弁の弁体はバルブシートと接する部位の外周側に貫通穴を有し、前記弁体と案内部材との間に侵入した水の圧力を逃がすようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
10. 前記電子制御弁の弁体と接して流路を閉じるバルブシートは放射状に延びる複数の脚部を有し、該脚部間が水の通路になることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
    

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