JP2005127217A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
サーモスタット式切換え弁による切換え動作の応答遅れによるハンチングを防止し、エンジンの状態に応じて冷却水の切換えをより効果的に行ない得るようにしたエンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】
ラジエタ２６の低温側とウォータポンプ２８との間に接続される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３つの電子制御弁２９を接続し、これらの電子制御弁２９を冷却水の温度を検出する温度センサ３０の検出出力に応じて電子制御装置３１によって開閉制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明はエンジンの冷却装置に係り、とくにエンシンの冷却用ジャケットの内部とラジエタとの間を冷媒を循環させるようにしたエンジンの冷却装置に関する。

一般に水冷式のエンジンは、ラジエタとウォータポンプとを有し、冷却用管路によって上記ラジエタとウォータポンプとをエンジンのウォータジャケットに接続している。そしてエンジンの運転によって加温された冷却水をラジエタに導き、ここで大気中に熱を放熱して冷却し、再びエンジンのウォータジャケットに戻すことによって、エンジンのオーバーヒートを防止している。

さらにサーモスタット式切換え弁を上記エンジンのウォータジャケットとラジエタとの間に接続し、冷却水の温度が低い場合には、エンジンからの冷却水をラジエタに導くことなくバイパス管路を通して直接エンジンのウォータジャケットに戻すようにしている。これによってエンジンの過冷却が防止されるとともに、暖機運転を可能にしている。

ところが上記のサーモスタット式切換え弁は、例えば感温ケース内に充填されたワックスによって冷却水の温度を検出し、上記ワックスの状態の変化に応じて弁の開閉を行なうようにしている。従って必ずしも応答性が良好でなく、エンジンの温度に応じて最適な動作を行なうとは限らない。

自動車のエンジンの場合には、走行中にエンジンの負荷、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、従来のサーモスタット式切換え弁を用いたエンジン冷却回路は、瞬時にワックスの感温動作によってエンジン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、エンジンの負荷状態の変動直後にエンジン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用媒体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用媒体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用媒体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、エンジンの冷却用ジャケットの内部とラジエタとの間を冷媒を循環させるようにしたエンジンの冷却装置において、
前記冷媒の循環管路にサーモスタット式切換え弁を設け、該切換え弁によって冷媒の温度に応じて前記ラジエタとバイパス通路とに切換えて冷媒を循環させ、
さらに前記サーモスタット式切換え弁と並列にそれぞれ電子制御弁を有する複数のバイパス通路を設け、前記電子制御弁によって前記ラジエタからの冷媒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。

ここで前記電子制御弁が前記サーモスタット式切換え弁のハウジングのフランジの部分に形成されたオリフィスを開閉する電磁弁であることが好ましい。また前記電子制御弁で開閉される冷媒の通路が該冷媒を前記エンジンのウォータジャケットに充填するポンプの吸引口またはその近傍に臨むことが好ましい。また前記電子制御弁によって開閉されるオリフィスの面積が総てのバイパス通路について互いに等しいことが好ましい。また前記電子制御弁によって開閉されるオリフィスの面積がバイパス通路毎に互いに異なり、開かれる制御弁の数と組合わせとによって冷媒の流量を変化させることが好ましい。

本願の主要な発明は、エンジンの冷却用ジャケットの内部とラジエタとの間を冷媒を循環させるようにしたエンジンの冷却装置において、冷媒の循環管路にサーモスタット式切換え弁を設け、該切換え弁によって冷媒の温度に応じてラジエタとバイパス通路とに切換えて冷媒を循環させ、さらにサーモスタット式切換え弁と並列にそれぞれ電子制御弁を有する複数のバイパス通路を設け、電子制御弁によってラジエタからの冷媒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複数のバイパス通路の電子制御弁の開閉を制御することによって、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サーモスタット式切換え弁の動作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、３つの電子制御弁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３つの電子制御弁２９は互いに並列であってしかも切換え弁２７とも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５および図６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内にブリッジ状の支持フレーム３５を介してサポートアーム４８を支持している。そしてサポートアーム４８はその下端部に感温ケース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、しかも感温ケース３８内の弾性体スプール４０がロッド３７の先端部を受けている。ロッド３７は感温ケース３８の端部に結合されたガイドブロック３６によって摺動自在に支持されている。

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の下端部にはロッド４６が固着され、このロッド４６によってバイパス弁４３が摺動自在に支持されるとともに、圧縮コイルばね４７によって弾性的に押圧される。

このようなサーモスタット式切換え弁２７のフランジ５０上には３つの電子制御弁２９が取付けられる。すなわち図３〜図６に示すように、サーモスタット式切換え弁２７の支持フレーム３５の外周側のフランジ５０には図３および図４に示すように、その円周方向に沿って３つのオリフィス５１が形成されている。これらのオリフィス５１はその大きさが互いに等しくなっている。そして上記オリフィス５１の中心に軸線が一致するようにプランジャソレノイド５２がフランジ５０上においてジャケット５５に取付けられている。プランジャソレノイド５２は取付け片５３がビス５４によってジャケット５５に固定されている。そしてプランジャソレノイド５２間にはラジエタ２６の低温側と連通されるジャケット５５が接続される。

上記プランジャソレノイド５２のロッド５８は戻しばね５９によって押出される方向、すなわち図５および図６において下方に付勢されており、しかもロッド５８の先端側に弁体６０が取付けられている。この弁体６０が上記オリフィス５１を開閉動作するものである。

次に上記電子制御弁２９の動作に先立って、サーモスタット式切換え弁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７Ａ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、冷却水の温度がこの切換え弁２７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４３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のウォータジャケットに還流される。なお図２における隔壁６３の端部であって流路６４が図１のバイパス管路Ｄに対応するバイパス通路を構成している。

図７Ｂ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式切換え弁２７の状態を示している。サーモスタット式切換え弁２７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の先端部が支持フレーム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、冷却水の温度の上昇に伴って、ロッド３７がさらに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７Ｃ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７Ａに示すように閉じる。同時にバイパス弁４３が入口４４を開いて主冷却管路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の温度をこのサーモスタット式切換え弁２７で制御することになる。

サーモスタット式切換え弁２７のフランジ５０に取付けられているプランジャソレノイド５２は、上記切換え弁２７とは独立に図１に示す電子制御装置３１の信号に応じてフランジ５０のオリフィス５１の開閉を制御する。プランジャソレノイド５２が励磁されると、図７Ａ、Ｂに示すように、ロッド５８が上方に吸引され、これによって弁体６０がオリフィス５１から離間し、オリフィス５１が開放される。従ってラジエタ２６からの冷却水がフランジ５０のオリフィス５１を通って出口４５側に流動する。なお出口４５の奥部にはウォータポンプ２８が設けられており、出口４５はウォータポンプ２８の吸込み側になっている。

次にプランジャソレノイド５２を消磁すると、戻しばね５９によってロッド５８が押出され、このためにロッド５８の先端に取付けられている弁体６０がフランジ５０のオリフィス５１に圧接され、このオリフィス５１を閉じる。従ってラジエタ２６から出口４５への冷却水の流動が遮断される。

図８はこのようなプランジャソレノイド５２を備える電子制御弁２９の開閉の制御動作を示すものであって、電子制御装置３１はエンジン２５の冷却水の温度を温度センサ３０によって検出する。そしてこの温度センサ３０の検出に応じて３つの制御弁２９の開閉の制御を行なう。すなわち水温がＴ１以下の場合には制御弁２９の開弁を行なわず、３つの総ての制御弁２９を閉じておく。

これに対してエンジンの水温がＴ１よりも高い場合には、電子制御装置３１が開口量の演算を行なう。そして開口量がＡ１以下の場合には、１つの制御弁のみを開弁する。これに対して開口量がＡ１とＡ２の間にある場合には一対の制御弁を開弁する。また開口量がＡ３以上の場合には、３つの制御弁の開弁を行なう。

このような３つの電子制御弁２９を設けることによって、サーモスタット式切換え弁２７をバイパスしてラジエタ２６からポンプ２８側にバイパス通路を経由して流れる冷却水の量を任意に制御することが可能になる。従ってサーモスタット式切換え弁２７の応答の遅れやハンチング動作等を上記３つの電子制御弁２９によって図８に示すフローチャートに基いて修正することが可能になり、これによってエンジン２５の温度をより適正な範囲に維持することが可能になる。とくに冷却水が通るオリフィス５１の数を変更することによって、選択的にエンジン状態に応じた冷却水量に対応するように切換えてエンジン２５に供給できるために、温度ハンチングが起り難くなる。

またとくに図２に示すように、上記サーモスタット式切換え弁２７のフランジ５０に設けられているオリフィス５１は図２に示すように、エンジン２５に冷却水を送るウォータポンプ２８の吸引側に向けて設置させるようになっており、サーモスタット式切換え弁２７の初期および温度制御過渡時の何れにおいても、エンジン２５からバイパスされる冷却水とラジエタ２６を通過した冷却された冷却水のミックス流を安定的にウォータポンプ２８に送込むことが可能になり、これによって安定的な温度制御が可能になる。

また図３〜図６に示すように、サーモスタット式切換え弁２７に対して並列に冷却された冷却水をバイパスさせるための制御弁２９のバルブシートをフランジ５０上の取付け面に設けているために、従来のサーモスタット式切換え弁２７の取付けスペースに収まることになる。従って従来の取付け状態の設計変更を伴わずに複数の制御弁２９を取付けることが可能になる。

次に別の実施の形態を図９によって説明する。この実施の形態は制御弁２９のシート面を構成するフランジ５０上の３つのオリフィス５１の寸法を互いに異なるようにし、その面積を１：２：３の割合にしたものである。このような構成によれば、１番小さなオリフィスを開いた場合と、２番目のオリフィスを開いた場合と、３番目のオリフィスを開いた場合と、１番目と３番目のオリフィスを同時に開いた場合と、２番目と３番目のオリフィスを同時に開いた場合とで、開口量の面積比を１：２：３：４：５の割合にすることが可能になり、開口量を段階的に５段階に設定できるようになる。従ってサーモスタット式切換え弁２７をバイパスする冷却水の温度のよりきめ細かな制御が可能になる。

図１０はプランジャソレノイド５２の数を２つにし、フランジ５０上に一対のオリフィス５１を形成するようにした例を示している。この例において、一対のオリフィス５１の面積の比が１：２の割合になっている。従って小さい方のオリフィスを開いた場合と、大きい方のオリフィスを開いた場合と、両方のオリフィスを開いた場合とで、開口量の割合を１：２：３の割合に変更することが可能になり、３段階の開口量の調整を一対のプランジャソレノイド５２によって達成できるようになる。

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、本願発明の技術的思想の範囲内で各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、冷媒として冷却水を用いた冷却装置を示しているが、その他の冷媒を用いたエンジンの冷却装置にも適用可能である。また電子制御弁２９の取付けや配置、あるいはその個数については任意に設計変更が可能である。

本願発明は、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適用可能である。

エンジンの冷却装置の全体の構成を示す配管図である。

同冷却装置の一部を破断した概略平面図である。

サーモスタット式切換え弁のハウジングのフランジの平面図である。

切換え弁上に電子制御弁を取付けた状態の平面図である。

図４におけるＡ〜Ａ線断面図である。

図５におけるＢ〜Ｂ線断面図である。

サーモスタット式切換え弁および電子制御弁の開閉の動作を示す縦断面図である。

電子制御弁の開閉の制御動作を示すフローチャートである。

変形例の電子制御弁のフランジの平面図である。

さらに別の変形例の電子制御弁の配列を示す要部平面図である。

符号の説明

２４ 冷却ファン
２５ エンジン
２６ ラジエタ
２７ サーモスタット式切換え弁
２８ ウォータポンプ
２９ 電子制御弁
３０ 温度センサ
３１ 電子制御装置
３２ 出口
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
４５ 出口
４６ ロッド
４７ 圧縮コイルばね
４８ サポートアーム
５０ フランジ
５１ オリフィス
５２ プランジャソレノイド
５３ 取付け片
５４ ビス
５５ ジャケット
５８ ロッド
５９ 戻しばね
６０ 弁体
６３ 隔壁
６４ 流路

Claims (5)

1. エンジンの冷却用ジャケットの内部とラジエタとの間を冷媒を循環させるようにしたエンジンの冷却装置において、
   前記冷媒の循環管路にサーモスタット式切換え弁を設け、該切換え弁によって冷媒の温度に応じて前記ラジエタとバイパス通路とに切換えて冷媒を循環させ、
   さらに前記サーモスタット式切換え弁と並列にそれぞれ電子制御弁を有する複数のバイパス通路を設け、前記電子制御弁によって前記ラジエタからの冷媒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. 前記電子制御弁が前記サーモスタット式切換え弁のハウジングのフランジの部分に形成されたオリフィスを開閉する電磁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. 前記電子制御弁で開閉される冷媒の通路が該冷媒を前記エンジンのウォータジャケットに充填するポンプの吸引口またはその近傍に臨むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの冷却装置。
4. 前記電子制御弁によって開閉されるオリフィスの面積が総てのバイパス通路について互いに等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの冷却装置。
5. 前記電子制御弁によって開閉されるオリフィスの面積がバイパス通路毎に互いに異なり、開かれる制御弁の数と組合わせとによって冷媒の流量を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの冷却装置。
   

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