JP2012031736A - エンジン冷却系システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却経路と車室内用ヒータ用温水経路を兼用する構成にしても、サーモスタットが、循環する冷却水温度を正確に検知でき、エンジンに適切に冷却水を送給できるエンジン冷却系システムを提供することを目的とする。
【解決手段】シリンダヘッドジャケット３に連通されたウォータポンプ４２と、シリンダヘッドジャケット３に連結された第１冷却水路３１と、第１冷却水路３１に連結されたヒータ４２と、ヒータ４２に連結された第２冷却水路３２と、シリンダヘッドジャケット３に連結され冷却水の温度に応じてラジエーター４０と第３冷却水路３３との間を開閉するサーモスタット５０と、ラジエーター４０とシリンダブロックジャケット５を連通する第４冷却水路３４と、シリンダブロックジャケット５とウォータポンプ４１を連通する第５冷却水路３５を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン冷却系システムに関する。

従来より、暖機運転中は、シリンダヘッドジャケットのみに冷却水を循環し、暖機完了後は、シリンダヘッドジャケットとシリンダブロックジャケットとの両方に冷却水を循環する、冷却液系統を１つのサーモスタットバルブで実現する、暖機性の向上を目的としたエンジン冷却系システムが知られている（特許文献１）。

図７、図８に、従来のエンジン冷却系システムの構成を示す。まず、図７を参照して、暖機中は、冷却水通路１１０を循環する冷却水は、冷たいままなので、サーモスタットバルブ１０９の弁は閉じている。したがって、冷却水は、サーモスタットバルブ１０９によって堰き止められるので、シリンダブロック側ウォータジャケット１０４からラジエーター１０８を介してウォータポンプ１０５に至る循環経路が断たれる。そして、ウォータポンプ１０５からシリンダブロック側ウォータジャケット１０４及び連通部１０６を経てシリンダヘッド側ウォータジャケット１０２に入った冷却水は、出口１０２ａを通過してラジエーター１０８を迂回してウォータポンプ１０５に循環されることになる。

次に図８を参照して、エンジンが加熱し冷却水の温度が上がると、サーモスタットバルブ１０９が開き冷却水通路１１０が開放される。すると、シリンダブロック側ウォータジャケット１０４からラジエーター１０８を介してウォータポンプ１０５に戻る第２冷却水経路においても冷却水を循環させることができる。ウォータポンプ１０５からシリンダブロック側ウォータジャケット１０４を通過した冷却水を、ラジエーター１０８において放熱させた後にウォータジャケット１０２、１０４に再循環させることができる。従って、暖機後は、シリンダヘッド１０１とシリンダブロック１０３とをそれぞれ冷却することが可能である。

特開平０８−２９６４３９号公報

上記の構成では、シリンダヘッド１０１を流れる冷却水は、暖機運転の前後で変わらず循環することとなる。しかも、シリンダヘッド１０１から出た直後の冷却水は、暖機運転の直後から比較的温かい液体である。そこで、車両価格の低減からこの冷却経路に車内暖房用のヒータを設置することが考えられる。つまり、冷却経路と車室内用ヒータのための温水経路を兼用する構成である。

このように冷却経路と車室内用ヒータのための温水経路を兼用する場合、サーモスタットと冷却水出口との間にヒータを設置する必要がある。ところが、ヒータは温かい液体から熱エネルギーを奪う装置であるので、ヒータから出た液体は温度が下がる。したがって上記のように冷却経路と車室内用ヒータの温水経路を兼用する構成では、エンジンの暖機が完了し、シリンダヘッド１０１に流れる冷却水の温度が十分に高くなっているにも関わらず、サーモスタットバルブ１０９は閉じたままの状態になる。その結果、エンジンが過熱しているにも関わらず、適切に冷却できなくなる。

つまり、サーモスタットが循環する冷却水温度を正確に検知できず、過熱状態にあるエンジンに、ラジエーターにより再度冷却された冷却水を送給できなくなる問題があった。

本発明では、冷却経路と車室内用ヒータ経路を兼用する構成にしても、サーモスタットが、循環する冷却水温度を正確に検知でき、過熱状態にあるエンジンに、ラジエーターで再度冷却された冷却水を送給できる、エンジン冷却系システムを提供することを目的とする。

本発明のエンジン冷却系システムは、シリンダヘッドを冷却するシリンダヘッドジャケットと、前記シリンダヘッドジャケットとは分離され、前記シリンダヘッドと結合されたシリンダブロックを冷却するシリンダブロックジャケットと、前記シリンダヘッドジャケットの冷却水入水口に冷却水出水口が連通されたウォータポンプと、前記シリンダヘッドジャケットの冷却水出水口に連結された第１冷却水路と、前記第１冷却水路に冷却水入水口が連結されたヒータと、前記ヒータの冷却水出水口と前記ウォータポンプの冷却水入水口を連通する第２冷却水路と、前記シリンダヘッドジャケットの冷却水出水口に連結され前記シリンダヘッドジャケットからの冷却水の温度に応じてラジエーターの冷却水入水口と連結された第３冷却水路との間を開閉するサーモスタットと、前記ラジエーターの冷却水出水口と前記シリンダブロックジャケットの冷却水入水口を連通する第４冷却水路と、前記シリンダブロックジャケットの冷却水出水口と前記ウォータポンプの冷却水入水口を連通する第５冷却水路を有することを特徴とする。

本発明によれば、バイパス通路と車室内用ヒータ経路を兼用する構成にしても、サーモスタットが、循環する冷却水温度を正確に検知でき、過熱状態にあるエンジンに、ラジエーターで再度冷却された冷却水を送給できる。

また、過熱したエンジンから出水された高温になった冷却水を、ラジエーターで冷却すると同時に、ヒータでも冷却できるので、過熱状態のエンジンの冷却効率を向上させることができる。

本発明のエンジン冷却系システムのシステム構成図である。 本発明のエンジンの断面図である。 本発明のサーモスタット閉鎖時の断面図である。 本発明のサーモスタット開放時の断面図である。 本発明の暖機中のエンジン冷却系システムのシステム構成図である。 本発明の暖機完了後のエンジン冷却系システムのシステム構成図である。 従来例の暖機中のエンジン冷却系システムのシステム構成図である。 従来例の暖機完了後のエンジン冷却系システムのシステム構成図である。

以下に図面を参照して、本発明のエンジン冷却系システムについて説明する。

図１は、エンジン冷却系システムのシステム構成図である。本発明のエンジン冷却系システムは、エンジン１、シリンダヘッドジャケット３、シリンダブロックジャケット５、ラジエーター４０、ウォータポンプ４１、ヒータ４２、サーモスタット５０、および冷却水路を備える。冷却水路は、第１冷却水路３１、第２冷却水路３２、第３冷却水路３３、第４冷却水路３４、および第５冷却水路３５から構成される。

図２には、エンジン側面のウォータジャケットを切り取った断面の模式図を示す。図２を参照して、エンジン１について簡単に説明する。エンジン１の外枠は、シリンダヘッド２とシリンダブロック４とを備える。シリンダヘッドジャケット３が、シリンダヘッド２におけるシリンダ列設方向の垂直方向に形成されている。シリンダヘッド２の側部末端には、シリンダヘッドジャケット３の冷却水入水口６と冷却水出水口７とが形成されている。冷却水入水口６から送給された冷却水は、シリンダヘッドジャケット３を通過して、冷却水出水口７から排出される。

シリンダブロック４のシリンダ周囲には、シリンダブロックジャケット５が形成されている。また、シリンダブロック４の側部末端には、シリンダブロックジャケット５の冷却水入水口８と冷却水出水口９とが形成されている。冷却水入水口８から送給された冷却水は、シリンダブロックジャケット５を通過して、冷却水出水口９から排出される。

シリンダヘッドジャケット３とシリンダブロックジャケット５とは分離されて構成されており、シリンダヘッドジャケット３とシリンダブロックジャケット５とを循環する冷却水が混合しないように構成されている。

図１に戻って、ウォータポンプ４１の冷却水出水口４１ｂは、シリンダヘッドジャケット３の冷却水入水口６に連通されている。シリンダヘッドジャケット３の冷却水出水口７は、第１冷却水路３１の一端に連結されており、第１冷却水路３１の他端は、ヒータ４２に連結される。サーモスタット５０は、第１冷却水路３１に介装されており、後述するように、循環する冷却水の温度に応じて第１冷却水路３１と第３冷却水路３３の間を開閉する。

第２冷却水路３２は、一端がヒータ４２の冷却水出水口４２ｂと連結され、他端がウォータポンプ４１の冷却水入水口４１ａと連結される。後述するように、暖機時には、冷却水は、第１冷却水路３１および第２冷却水路３２を循環する（図５参照）。

第３冷却水路３３は、一端がサーモスタット５０に連結され、他端がラジエーター４０の冷却水入水口４０ａに連結される。第４冷却水路３４は、一端がラジエーター４０の冷却水出水口４０ｂに連結され、他端がシリンダブロックジャケット５の冷却水入水口８に連結される。第５冷却水路３５は、シリンダブロックジャケット５の冷却水出水口９とウォータポンプ４１の冷却水入水口４１ａに連結される。

後述するように、暖機が完了すると、冷却水は、第１冷却水路３１および第２冷却水路３２を循環するとともに、第３冷却水路３３、第４冷却水路３４、および第５冷却水路３５とを循環する（図６参照）。

ヒータ４２は、冷却水入水口４２ａが第１冷却水路３１と、冷却水出水口４２ｂが第２冷却水路３２に、それぞれ連結される。第１冷却水路３１から高温の冷却水が送給された場合、ヒータ４２は高温の冷却水から熱を奪い、低温になった冷却水を第２冷却水路３２へと排出する。高温の冷却水から取り出した熱は車室内の暖房と使用することができる。また、不要であれば、車外へ排出するなどしてもよい。

ラジエーター４０は、冷却水入水口４０ａが第３冷却水路３３と、冷却水出水口４０ｂが第４冷却水路３４に、それぞれ連結される。第３冷却水路３３から高温の冷却水が送給された場合、ラジエーター４０は高温の冷却水から熱を奪い、冷却水を低温にした後に第４冷却水路３４へと排出する。

なお、原則的にラジエーター４０には高温の冷却水のみが送給される。暖機が完了し、第１冷却水路３１および第２冷却水路３２を循環する冷却水が高温になった場合に、後述するサーモスタット５０が第３冷却水路３３を開放してラジエーター４０に冷却水が送給されるからである。言い換えれば、低温の冷却水が循環する暖機中は、サーモスタット５０は第３冷却水路３３を開放しないので、低温の冷却水が、ラジエーター４０に送給されることはない。

ウォータポンプ４１の冷却水入水口４１ａは、第２冷却水路３２、および第５冷却水路３５と連結される。ウォータポンプ４１の冷却水出水口４１ｂは、シリンダヘッドジャケット３の冷却水入水口６に連結される。暖機中の場合、冷却水は、第１冷却水路３１および第２冷却水路３２のみを循環しているので、第２冷却水路３２からウォータポンプ４１に送給された冷却水のみを、シリンダヘッドジャケット３へと送給する。

一方、暖機が完了した場合、冷却水は、第１冷却水路３１、第２冷却水路３２、第３冷却水路３３、第４冷却水路３４、および第５冷却水路３５を循環しているので、第２冷却水路３２と第５冷却水路３５とからウォータポンプ４１に送給された冷却水をシリンダヘッドジャケット３へと送給する。

図３、４を参照して、サーモスタット５０について説明する。サーモスタット５０は、弁座本体５４、支持部材５８、フレーム５５、ワックスケース５１、ガイド部材５２、移動部材５３、ばね６０、および弁体５９を備える。

弁座本体５４は略円錐形状をしており、円錐面には流通口５７が形成され流体が流通できるように構成されている。弁座本体５４の縁部６１と凹部を有するフレーム５５とが着設されて、サーモスタット５０の外枠部分を構成している。

ワックスケース５１は略円筒形であり、ガイド部材５２の一端と接合されている。ガイド部材５２は円筒形をしており、ガイド部材５２の内壁には移動部材５３が移動可能に摺設されている。ワックスケース５１には、熱膨張材としてのワックスが充填されている（図示せず）。さらに、弁体５９がガイド部材５２に貫設されており、サーモスタット５０の動作部分を構成している。

弁座本体５４の先端部分には、支持部材５８が弁座本体５４の内側から着設されている。支持部材５８に、移動部材５３の一端が着設され、上述したサーモスタット５０の動作部分が外枠部分に組み込まれている。弁体５９とフレーム５５との間にはばね６０が配設され、弁体５９を弁体本体５４の略円錐形状の先端方向に付勢している。フレーム５５とワックスケース５１とは、開口５６の分だけ間隔を有しており、流体が開口５６を通過してフレーム５５の内部へと流通できるように構成されている。

サーモスタット５０の温度が変化すると、ワックスケース５１に充填されたワックスが温度変化に応じて、膨張または収縮する。ワックスが膨張または収縮すると、移動部材５３がガイド部材５２の内壁に沿って摺動する。移動部材５３の一端は、支持部材５８に着設されており弁座本体５４の頂点方向には移動できないため、ガイド部材５２に貫設された弁体５９が、移動部材５３の軸方向に沿って移動する。

ワックスケース５１内部のワックスが低温の場合、ワックスは融解しておらず膨張していない。つまり、弁体５９は、弁座本体５４を閉塞しているので、流体はフレーム５５側から弁座本体５４側へ流通できない（図３参照）。

ワックスケース５１内部のワックスが高温の場合、ワックスは融解しているので膨張している。ワックスの膨張に応じて、移動部材５３はガイド部材５２の内壁を摺動する。移動部材５３の一端は、支持部材５８に着設されており固定されているので、ガイド部材５２が弁座本体５４の略円錐の頂点と反対方向に移動する。

言い換えれば、ガイド部材５２は弁体５９に貫設しているので、弁体５９が、ばね６０に付勢されながら移動部材５３が摺動した距離だけ弁座本体５４の略円錐の頂点と反対側へ移動する。弁体５９は弁座本体５４を閉塞していないので、開口５６からサーモスタット５０内部に流入した流体は、弁体本体５４の流通口５７へ流通することができる。（図４参照）。なお、サーモスタット５０は、上記した構成に限定されず、同様の作用を奏するものであればよい。

図５を参照して、暖機中のエンジン冷却系システムについて説明する。暖機中はエンジン１が十分に温まっていないので、シリンダヘッドジャケット３から排出される冷却水は低温である。従って、低温の冷却水が、サーモスタット５０に送給されるのでワックスは融解、膨張しておらずサーモスタット５０は閉鎖している。

サーモスタット５０が閉鎖しているので、冷却水は、第１冷却水路３１、および第２冷却水路３２の１系統のみを循環する。つまり、冷却水はラジエーター４０に送給されず、シリンダヘッドジャケット３で暖められた冷却水をラジエーター４０で再度冷却し、シリンダブロックジャケット５に送給することはないので、暖機効率を向上させることができる。

図６を参照して、暖機完了後のエンジン冷却系システムについて説明する。暖機完了後はエンジン１が十分に温まっているので、シリンダヘッドジャケット３から排出される冷却水は高温である。従って、高温の冷却水が、サーモスタット５０に送給されるのでワックスは融解、膨張しているのでサーモスタット５０は開放している。

サーモスタット５０が開放しているので、冷却水は、第１冷却水路３１および第２冷却水路３２からなる経路と、第３冷却水路３３、第４冷却水路３４、および第５冷却水路３５からなる経路との、２系統を循環する。つまり、冷却水はラジエーター４０に送給されるので、高温となった冷却水をラジエーター４０で再度冷却し、第４冷却水路３４を介してシリンダブロックジャケット５に送給し、エンジン１を冷却することができる。

同時に、第１冷却水路３１および第２冷却水路３２を循環する冷却水は、ヒータ４２で熱を奪われ、ヒータ４２を通過する間に冷却される。つまり、高温の冷却水から奪った熱は暖房に使用できると同時に、熱を奪った後の低温の冷却水を、ウォータポンプ４１を介してシリンダヘッドジャケット３へ送給し、エンジン１の冷却に使用することができる。

暖機が完了したエンジン１から排出された高温の冷却水は、ラジエーター４０で冷却されると同時に、ヒータ４２でも冷却されるので、エンジン１の冷却効率を向上させることができる。

また、ウォータポンプ４１およびサーモスタット５０を、シリンダヘッド２と一体化して設置する構成にしてもよい。具体的には、ウォータポンプ４１は、シリンダヘッドジャケット３の冷却水入水口６に冷却水出水口４１ｂが着設され、サーモスタット５０は、シリンダヘッドジャケット３の冷却水出水口７に着設された、シリンダヘッドとする構成にしてもよい。上記構成により、冷却経路を短縮できるので、エンジン冷却系システムのコンパクト化を図ることができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、エンジン冷却系システムについて有用である。

１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ シリンダヘッドジャケット
４ シリンダブロック
５ シリンダブロックジャケット
６ 冷却水入水口
７ 冷却水出水口
８ 冷却水入水口
９ 冷却水出水口
３１ 第１冷却水路
３２ 第２冷却水路
３３ 第３冷却水路
３４ 第４冷却水路
３５ 第５冷却水路
４０ ラジエーター
４０ａ 冷却水入水口
４０ｂ 冷却水出水口
４１ ウォータポンプ
４１ａ 冷却水入水口
４１ｂ 冷却水出水口
４２ ヒータ
４２ａ 冷却水入水口
４２ｂ 冷却水出水口
５０ サーモスタット
５１ ワックスケース
５２ ガイド部材
５３ 移動部材
５４ 弁座本体
５５ フレーム
５６ 開口
５７ 流通口
５８ 支持部材
５９ 弁体
６０ ばね
６１ 縁部

１０１ シリンダヘッド
１０２ シリンダヘッド側ウォータジャケット
１０２ａ 出口
１０３ シリンダブロック
１０４ シリンダブロック側ウォータジャケット
１０５ ウォータポンプ
１０６ 連通部
１０７ 冷却水通路
１０８ ラジエーター
１０９ サーモスタットバルブ
１１０ 冷却水通路

Claims (1)

1. シリンダヘッドを冷却するシリンダヘッドジャケットと、
   前記シリンダヘッドジャケットとは分離され、前記シリンダヘッドと結合されたシリンダブロックを冷却するシリンダブロックジャケットと、
   前記シリンダヘッドジャケットの冷却水入水口に冷却水出水口が連通されたウォータポンプと、
   前記シリンダヘッドジャケットの冷却水出水口に連結された第１冷却水路と、
   前記第１冷却水路に冷却水入水口が連結されたヒータと、
   前記ヒータの冷却水出水口と前記ウォータポンプの冷却水入水口を連通する第２冷却水路と、
   前記シリンダヘッドジャケットの冷却水出水口に連結され前記シリンダヘッドジャケットからの冷却水の温度に応じてラジエーターの冷却水入水口と連結された第３冷却水路との間を開閉するサーモスタットと、
   前記ラジエーターの冷却水出水口と前記シリンダブロックジャケットの冷却水入水口を連通する第４冷却水路と、
   前記シリンダブロックジャケットの冷却水出水口と前記ウォータポンプの冷却水入水口を連通する第５冷却水路を有するエンジン冷却系システム。