JP2007205197A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを冷却するために循環される冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置に対して、冷媒の流量を簡便な構成で精度良く制御可能なエンジン冷却装置を提供する。
【解決手段】エンジン６を冷却するラジエータ５を介して循環される冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置を有し、ラジエータ５を経由する第一循環流路Ｒ１０と、端末装置を経由する第二循環流路Ｒ２０とを並列に備えたエンジン冷却装置であって、以下の構成を有する。第二循環流路Ｒ２０は、冷媒へ熱量を吸収させる第一端末装置１を経由する第一端末流路Ｒ１と、第一端末流路Ｒ１に並列に接続されて冷媒から熱量を放出させる第二端末装置２を経由する第二端末流路Ｒ２とを有する。第一端末流路Ｒ１は、冷媒の温度が高温の場合に開度を大きくし、冷媒の温度が低温の場合に開度を小さくする機械式の制御弁３を第一端末装置１の下流に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを冷却するために循環される冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置を備えたエンジン冷却装置に関する。

従来、エンジンとラジエータとの間にエンジン冷却水などの冷媒を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却装置が知られている。そして、この冷媒の循環経路に直列、あるいは並列した循環経路に熱交換が必要な他の端末装置が備えられたものもある。端末装置には、例えば、エンジンオイルやトルクコンバータ用のオイルを冷却するオイルクーラや、ＥＧＲ（exhaust gas recirculation）に際して還元される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ、車室内を暖房するためのヒータコア、スロットルボディの温水通路などがある。

これら各端末装置による熱交換は、その必要に応じて制御されることが望ましい。例えば、低気温下においてエンジンが始動された場合には、車室内の乗員のために早急にヒータコアに熱を供給することが好ましい。この時、オイルの温度は冷媒よりもさらに下回っていることがあり、エンジンで温められた冷媒の温度をオイルクーラが下げてしまう可能性がある。従って、オイルクーラを経由する冷媒の量が削減され、ヒータコアを経由する冷媒の量が増やされることが好ましい。
逆にエンジンが充分に暖機され、冷媒の温度も上昇しているような場合には、ヒータコアは少ない冷媒で充分な熱交換を行うことができる。この時、エンジンオイルなどのオイルの温度も上昇しているので、オイルクーラは高温のオイルの熱を冷媒に放出してオイルを冷却する必要がある。従って、ヒータコアを経由する冷媒の量が削減され、オイルクーラを経由する冷媒の量が増やされることが好ましい。

下記に出典を示す特許文献１には、このような複数の端末装置を備え、それぞれの端末装置を経由する冷媒の量を制御可能なエンジンの冷却系回路の技術が記載されている。
この冷却系回路は、流路を切り替える電磁弁と、暖機運転状態を検出する手段と、この検出結果に基づいて当該電磁弁を制御する手段とを有している。また、この構成に加えて、流量を絞るための電磁弁と、暖機運転状態を検出する手段の検出結果に基づいて当該電磁弁を制御する手段とを有する構成も示されている。

特許文献１には、別の構成も示されている。ＥＧＲクーラを経由する流路と、ヒータコアを経由する経路とが並列に接続された冷却系回路において、ＥＧＲクーラの前後に温度応動型の弁が設置される。この弁は、冷媒の温度が所定レベル以上の時に開弁するもので、例えば暖機運転中には閉弁する。

特開２００４−２９３３６９号公報（第６〜１７段落、第２４〜２６段落、第１図、第４図）

特許文献１に記載された技術によれば、室内の暖房用のヒータコアを経由する冷媒の量がＥＧＲクーラを経由する冷媒の量に規制されることなく、暖房負荷の高い大型車両でも良好な暖房性能を確保することができる。
しかし、電磁弁や電磁弁を制御する制御手段などを必要とすると、エンジン冷却装置の規模が大きくなり、重量や設置スペース、コストも増加する。
一方、特許文献１に記載された別の構成においては、ＥＧＲクーラの前後に温度応動型の弁が設置されている。ＥＧＲクーラへ流入する冷媒の温度によって弁が閉じられ、ＥＧＲクーラへの冷媒の循環が停止される。従って、ＥＧＲクーラが冷却を必要とする状態であるか否かに拘わらず、単純に冷媒の温度のみに依存して冷媒の循環が停止されてしまう。
この別の構成は、電磁弁を使用する構成に比べて簡便であるが、エンジンや端末装置の状態を精度良く、冷媒の循環に反映するには課題を有する。

本発明は、上述した課題に着目してなされたものである。即ち、エンジンを冷却するために循環される冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置に対して冷媒の流量を精度良く簡便な構成で制御することのできるエンジン冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るエンジン冷却装置は、車両のエンジンを冷却するためにラジエータを介して循環される冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置を有し、前記ラジエータを経由する第一循環流路と、前記端末装置を経由する第二循環流路とを並列に備えたものであって、下記特徴を備える。
即ち、前記第二循環流路が、前記エンジンとは異なる媒体から前記冷媒へ熱量を吸収させる第一端末装置を経由する第一端末流路と、前記第一端末流路に並列に接続されて前記エンジンとは異なる媒体へ前記冷媒から熱量を放出させる第二端末装置を経由する第二端末流路とを有し、
前記第一端末流路が、前記冷媒の温度が高温の場合に開度を大きくし、前記冷媒の温度が低温の場合に開度を小さくする機械式の制御弁を前記第一端末装置の下流に備えることを特徴とする。

本特徴構成によれば、冷媒の温度が高温の場合に開度を大きくし、冷媒の温度が低温の場合に開度を小さくする機械式の制御弁を用いて、第一端末流路を経由する冷媒の流量を制御する。電磁弁や、電磁弁を制御する制御手段を必要とせず、冷媒の流量を制御するので、簡便な構成で複数の端末装置に対する前記冷媒の流量制御を行うことができる。第一端末流路と第二端末流路とは、並列に接続されているので、第一端末流路の流量の増減に応じて、第二端末流路の流量も制御される。

冷却用の第一端末装置は、流入した冷媒に対して冷却対象物（例えば、オイルや還流される排気ガス）の有する熱を放出させる。第一端末装置に流入する冷媒はこの熱交換前のものであり、第一端末装置から流出する冷媒はこの熱交換後のものである。熱交換後の冷媒の温度が高ければ、冷却対象物の温度が高いことが想定されるので、第一端末装置を経由する冷媒の流量を充分に確保する必要がある。逆に熱交換後の冷媒の温度が低ければ、冷却対象物の温度が高くはないことが想定されるので、第一端末装置を経由する冷媒の流量を減じても問題はない。
本発明では、冷媒の温度が高温の場合に開度を大きくし、冷媒の温度が低温の場合に開度を小さくする機械式の制御弁を第一端末装置の下流に備えている。従って、熱交換後の冷媒の温度によって冷媒の流量制御を精度良く行うことができる。

一方、第二端末流路には、第一端末流路で削減された冷媒が増分されて循環される。例えばエンジン始動直後などの冷媒の温度がそれほど高くはない状態では、冷媒の流量が増えるので、熱交換可能な熱量も増大する。従って、低気温下においても早急な加熱を実現することができる。第二端末装置が車室の暖房用のヒータコアであれば、暖房効果を高め、早急に乗員の居住空間を快適にすることができる。
冷媒の温度が高い場合、機械式の制御弁の開度が増大するので、第二端末流路を流通する冷媒の量は、冷媒の温度が低い場合に比べて減少する。しかし、冷媒の温度が高いので、第二端末装置が熱交換するために必要な熱量は充分に確保されており問題はない。

このように、本発明は、第一端末装置の下流に機械式の制御弁を備えたことにより、単純に冷媒の温度のみに依存して冷媒の循環を制御する特許文献１の技術に比べて、飛躍的に精度のよいエンジン冷却装置を得ることができる。
また、本発明に係る制御弁は、冷媒の温度が高温の場合に開度を大きくし、冷媒の温度が低温の場合に開度を小さくするものであって、冷媒の温度に応じて完全に閉弁するものではない。つまり、最も開度が減少した状態であっても、第一端末流路は遮断されず、冷媒が流通する。従って、第一端末装置の冷却対象物の温度が上昇した場合、第一端末装置を経由した冷媒の温度も上昇するので、速やかに開度を大きくすることができる。
また、開度が小さい場合には、当然流量も少ないので、第一端末装置を経由する冷媒の温度は、熱交換により早く上昇する。このため、第一端末装置の冷却対象物の温度が上昇した場合には、迅速に開度を大きくすることができる。
この点においても、本発明のエンジン冷却装置は、特許文献１の技術に比べて、冷媒の流量を適切に制御することができる。

このように、上記特徴構成によれば、エンジンを冷却するために循環される冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置に対する前記冷媒の流量制御を精度良く簡便な構成で行うことのできるエンジン冷却装置を提供することができる。

また、本発明に係るエンジン冷却装置は、下記構成を特徴とする。
前記制御弁は、前記冷媒が流入する入側開口と、前記冷媒が排出される出側開口とを有する筒状本体を備えると共に、前記冷媒の温度に応じて体積変化する熱膨張体を内蔵する感温部と、前記感温部に挿入され、前記熱膨張体の体積変化に応じて出退する軸部材と、前記軸部材の出退に連動して前記筒状本体を流通する前記冷媒の流量を調節可能なバルブと、を前記筒状本体の内部に備える。
そして、前記入側開口、前記出側開口、前記感温部、前記軸部材、前記バルブは前記筒状本体に沿って直線的に配置される。

この特徴構成によれば、制御弁を構成する各部材を直線的に配置することで、冷媒の流路抵抗の増加を抑制し、流路の圧力損失を低減することができる。よって、圧力損失の影響が出易い小断面の流路配管に対しても取り付けることができ、各種のエンジンの冷却装置として用いることができる。
また、当該制御弁は、ヒータ循環流路の何れの場所にも配置し易いものであり、エンジン冷却装置の設計の自由度が大きく向上する。

また、本発明に係るエンジン冷却装置は、前記制御弁が、前記バルブの位置に拘わらず、少なくとも所定量の前記冷媒を流通させることを特徴とする。

本発明に係る制御弁は、感温部に内蔵された熱膨張体の体積変化に応じて出退する軸部材に連動して筒状本体を流通する冷媒の流量を調節可能なバルブを備える。そして、このバルブによって、冷媒の流量が最も少なくなるように調節された場合であっても、少なくとも所定量の冷媒が流通可能に構成される。
これにより、制御弁の開度が最も減少した状態であっても、第一端末流路を冷媒が流通する。従って、感温部は常に、第一端末装置において熱交換された後の、最新の冷媒の温度に応じて、内蔵する熱膨張体に体積変化を生じさせることができる。その結果、制御弁は、第一端末装置の冷却対象物の温度変化に迅速に対応して、開度を変更することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るエンジン冷却装置の構成を模式的に示す冷媒の流路図である。
本発明のエンジン冷却装置は、車両のエンジン６を、ラジエータ５を介して循環される冷媒（例えば冷却水）と熱交換することによって冷却するものである。エンジン冷却装置は、エンジン６とは別に、この冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置１、２を有している。従って、図に示すように、ラジエータ５を経由するラジエータ循環流路（第一循環流路）Ｒ１０と、端末装置１、２を経由する端末装置循環流路（第二循環流路）Ｒ２０との２つの流路がエンジン６に並列して備えられる。
冷媒は、エンジン６のクランクシャフト（不図示）によって駆動されるウォーターポンプ４によって吸引され、エンジン６の内部へ圧送される。冷媒は、エンジン６の内部を循環し、エンジン６の発する熱を吸収した後、ラジエータ循環流路Ｒ１０及び端末循環流路Ｒ２０に流通する。ラジエータ循環流路Ｒ１０及び端末循環流路Ｒ２０を流通した冷媒は、ラジエータ５、オイルクーラ（端末装置）１、ヒータコア（端末装置）２でそれぞれ熱交換を行った後、ウォーターポンプ４に再び吸引される。

尚、ラジエータ循環流路Ｒ１０には、ラジエータ５を迂回するバイパス流路Ｒ１２が備えられる場合がある。この場合、ラジエータ循環流路Ｒ１０を流通する冷媒は、例えば図１に示すように、サーモスタット７を経由してウォーターポンプ４に戻る。サーモスタット７は、冷媒の温度に応じて、ラジエータ５からの流路Ｒ１１ｂとバイパス流路Ｒ１２とをラジエータ循環流路Ｒ１０として選択する。つまり、暖機運転中など、冷媒の温度が低温の場合には、ラジエータ５を経由することなく冷媒をバイパスさせ、エンジン６を早急に暖める。この選択は、いずれか一方への冷媒の流通を完全に遮断する場合に限らず、流路Ｒ１１ｂとバイパス流路Ｒ１２とを併用する場合も含むものである。尚、上記選択状態に拘わらず、非選択側流路からの冷媒の圧力が高くなった場合には、開度を大きくする。

端末装置循環流路（第二循環流路）Ｒ２０は、第一端末流路Ｒ１と、第二端末流路Ｒ２とを並列に接続したものである。第一端末流路Ｒ１は、ラジエータ５とは異なる冷却装置である第一端末装置を経由する流路である。第二端末流路Ｒ２は、ラジエータ５及び上記第一端末装置とは異なる加熱装置である第二端末装置を経由する流路である。
第一端末装置は、例えば、エンジンオイルやトルクコンバータ用のオイルを冷却するオイルクーラ１や、ＥＧＲ（exhaust gas recirculation）に際して還元される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラである。第二端末装置は、例えば、車室内を暖房する空調装置のヒータコア２、スロットルボディや吸気マニホルドを暖める温水通路などである。

第一端末流路Ｒ１において、オイルクーラ１の下流側には、制御弁３が備えられている。制御弁３は、後述するように、冷媒の温度が高温の場合に開度を大きくし、冷媒の温度が低温の場合に開度を小さくする機械式の制御弁である。

本発明のエンジン冷却装置の流路をこのように構成することによって、端末循環流路Ｒ２０のそれぞれの流路（Ｒ１及びＲ２）を流通する冷媒の流量を簡便且つ精度良く制御することができる。図２は、オイルクーラ１の下流の冷媒の温度と制御弁３の開度との関係を示すグラフであり、図３は、第一及び第二端末流路Ｒ１、Ｒ２の流量とエンジン６の回転数との関係を示すグラフである。

図２に示すように、オイルクーラ１の下流の冷媒の温度がＡよりも低い場合、制御弁３の開度は制御範囲内で最も小さくなる。つまり、開度ゼロである完全遮蔽には達しないものの、開度が最も小さい状態となって、流量が最小の状態に保持される。一方、オイルクーラ１の下流の冷媒の温度がＢよりも高い場合、制御弁３の開度は制御範囲内で最も大きくなり、流量が最大の状態に保持される。温度ＡとＢとの間では、冷媒の温度が低温側から高温側に変化するに従って開度が増大される。
図２に示したように、制御弁３の開度が最も減少した状態であっても、第一端末流路Ｒ１を冷媒が流通する。従って、冷却対象物であるオイルの温度が上昇した場合、オイルクーラ１を経由した冷媒の温度も上昇するので、速やかに制御弁３の開度を大きくすることができる。
尚、上記温度Ａ及びＢや、開度が最小の場合の流量は、エンジン構成や、そのエンジンを利用する地域の気象条件などに応じて適宜変更することができる。

図３に示すように、オイルクーラ１とヒータコア２とを経由する何れの流路においても、エンジン回転数が増大するに従って流量が増加する。冷媒は、エンジン６のクランクシャフト（不図示）によって駆動されるウォーターポンプ４によって吸引され、エンジン６の内部へ圧送される。従って、エンジン回転数が増大するに従ってウォーターポンプ４の回転数が増加し、流量が増す。また、制御弁３の開度が変更されると、各流路における流量が増減する。

制御弁３の開度が小さい場合には、オイルクーラ１を経由する第一端末流路Ｒ１の流量は減少し、その分、ヒータコア２を経由する第二端末流路Ｒ２の流量が増加する。端末装置循環流路Ｒ１０を流通する冷媒は、第一端末流路Ｒ１と第二端末流路Ｒ２とに分流されるが、それぞれの流路を流通する割合は、制御弁３によって変更される。オイルクーラ１の下流の冷媒の温度がそれほど高くない場合には、第一端末流路Ｒ１に余剰に流れていた冷媒を、ヒータコア２を経由する第二端末流路Ｒ２に分配して暖房性能を向上することができる。また、オイルクーラ１の下流の冷媒の温度が高い場合には、第一端末流路Ｒ１の流量を増加させて、オイルの冷却性能を向上することができる。

図４は、制御弁３の実施形態の一例を示す断面図である。以下、図４に基づいて、制御弁３の実施形態の一例について詳述する。
図に示すように、制御弁３は、冷媒が流入する入側開口３６と、冷媒が排出される出側開口３７とを有する筒状本体３０を備える。制御弁３の外形を形成するケーシングである筒状本体３０は、図に示すように、第一端末流路Ｒ１と一体的に形成される。入側開口３６は第一端末流路Ｒ１の上流側（Ｒ１ａ）に、出側開口３７は第一端末流路Ｒ１の下流側（Ｒ１ｂ）に配置される。筒状本体３０の内部には、それぞれ後述する感温部３１と、シャフト（軸部材）３２と、バルブ３３と、バネ（付勢手段）３４とが備えられる。そして、入側開口３６、出側開口３７、感温部３１、シャフト３２、バルブ３３、バネ３４は筒状本体３０に沿って直線的に配置される。
感温部３１は、冷媒の温度に応じて膨張収縮して体積変化するワックスなどの熱膨張体３５を内蔵する。シャフト３２は、感温部３１に挿入され、熱膨張体３５の体積変化に応じて出退する。バルブ３３は、シャフト３２の出退に連動して筒状本体３０を流通する冷媒の流量を調節する。バネ３４は、筒状本体３０を流通する冷媒の圧力に抗ってバルブ３３を付勢する。

図４（ａ）は制御弁３の開度が最も小さい場合、図４（ｂ）は制御弁４の開度が大きい場合を示している。
バルブ３３と感温部３１とは、固定されて一体化した可動部を構成している。シャフト３２は一端が固定部３８に当接され、他端が感温部３１に出退自在に挿入されている。バネ３４は、上記可動部を固定部３８側に付勢している。シャフト３２が感温部３１から突出すると、付勢力に抗ってバルブ３３と筒状本体３０の内壁部との距離が開き、制御弁３の開度が大きくなる。シャフト３２が感温部３１に引退すると、バルブ３３と筒状本体３０の内壁部との距離が近づき、制御弁３の開度が小さくなる。

冷媒の温度が低い場合には、熱膨張体３５は収縮状態であり、シャフト３２はバネ３４の付勢力により、感温部３１に引退する。そして、バルブ３３と筒状本体３０の内壁部とが近づいて、制御弁３の開度が小さくなる。図４（ａ）は開度が最小の場合（制御弁３を最大に絞った状態）を示しており、ここではバルブ３３と筒状本体３０の内壁部とが接触している。

但し、この状態においても、感温部３１に冷却水の温度を感知させるため、筒状本体３０には少量の冷媒が流通される。例えば、バルブ３３に微小な穴（例えば直径２ｍｍ程度）を設ける、あるいは、筒状本体３０の内側に複数の溝を設ける（共に不図示）。すると、バルブ３３と筒状本体３０の内壁部とが接触して、いわゆる閉弁状態となっても、少量の冷媒を流通させることができる。
従って、感温部３１は常に、オイルクーラ１において熱交換された後の、最新の冷媒の温度に応じて、内蔵する熱膨張体３５に体積変化を生じさせることができる。その結果、制御弁３は、オイルクーラ１の冷却対象物であるオイルの温度変化に迅速に対応して、開度を変更することができる。つまり、端末装置循環流路Ｒ１０の流量調節をより適切に行うことができる。

冷媒の温度が高い時には、熱膨張体３５が膨張することによってシャフト３２が感温部３１から突出し、バルブ３３がバネ３４の付勢力に抗って開状態になる（図４（ｂ））。尚、冷媒の温度が低い場合でも冷媒の圧力が高まると、冷媒がバネ３４の付勢力に抗ってバルブ３３を開方向に移動させ冷媒が流通する。

また、この制御弁３は、入側開口３６、出側開口３７、感温部３１、シャフト３２、バルブ３３、バネ３４が筒状本体３０に沿って直線的に配置される。従って、冷媒の流路抵抗を減少させることができ、流路の圧力損失を低減することができる。よって、圧力損失の影響が出易い小断面の流路配管に対しても、無駄なく組み込むことができる。エンジン冷却装置の本流ではない端末装置の流路は小断面であることも多く、配置上の制限を受けることも多い。しかし、図４に示したような制御弁３は、種々の配管、種々の場所に対しても配設し易く、設計、製造の自由度が高い。

以上、説明したように、本発明によれば、エンジンを冷却するために循環される冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置に対して、冷媒の流量を精度良く簡便な構成で制御することができる。

本発明に係るエンジン冷却装置の構成を模式的に示す冷媒の流路図 オイルクーラ下流の冷媒の温度と制御弁の開度との関係を示すグラフ 第一及び第二端末流路の流量とエンジン回転数との関係を示すグラフ 図１の制御弁の実施形態の一例を示す断面図

符号の説明

１：オイルクーラ（第一端末装置）
２：ヒータコア（第二端末装置）
３：制御弁
５：ラジエータ
６：エンジン
３０：筒状本体
３１：感温部
３２：シャフト（軸部材）
３３：バルブ
３６：入側開口
３７：出側開口
Ｒ１、Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ：第一端末流路
Ｒ２：第二端末流路
Ｒ１０：ラジエータ循環流路（第一循環流路）
Ｒ２０：端末装置循環流路（第二循環流路）

Claims (3)

1. 車両のエンジンを冷却するためにラジエータを介して循環される冷媒を利用して熱交換する複数の端末装置を有し、前記ラジエータを経由する第一循環流路と、前記端末装置を経由する第二循環流路とを並列に備えたエンジン冷却装置であって、
   前記第二循環流路は、前記エンジンとは異なる媒体から前記冷媒へ熱量を吸収させる第一端末装置を経由する第一端末流路と、前記第一端末流路に並列に接続されて前記エンジンとは異なる媒体へ前記冷媒から熱量を放出させる第二端末装置を経由する第二端末流路とを有し、
   前記第一端末流路は、前記冷媒の温度が高温の場合に開度を大きくし、前記冷媒の温度が低温の場合に開度を小さくする機械式の制御弁を前記第一端末装置の下流に備えるエンジン冷却装置。
2. 前記制御弁は、前記冷媒が流入する入側開口と、前記冷媒が排出される出側開口とを有する筒状本体を備えると共に、
   前記冷媒の温度に応じて体積変化する熱膨張体を内蔵する感温部と、
   前記感温部に挿入され、前記熱膨張体の体積変化に応じて出退する軸部材と、
   前記軸部材の出退に連動して前記筒状本体を流通する前記冷媒の流量を調節可能なバルブと、を前記筒状本体の内部に備え、
   前記入側開口、前記出側開口、前記感温部、前記軸部材、前記バルブは前記筒状本体に沿って直線的に配置される請求項１に記載のエンジン冷却装置。
3. 前記制御弁は、前記バルブの位置に拘わらず、少なくとも所定量の前記冷媒を流通させる請求項２に記載のエンジン冷却装置。

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