JP2012237210A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの個数を低減しつつ、きめ細かい冷却水の流通制御を行うことを課題とする。
【解決手段】内燃機関の冷却装置は、ウォータポンプの出口と内燃機関とを連通する第１冷却水通路と、前記ウォータポンプの入口とラジエータバイパス通路とを連通する第２冷却水通路と、前記第１冷却水通路に設けられた第１制御弁と、前記第２冷却水通路に設けられた第２制御弁と、を備えている。第１制御弁は、第１冷却水通路における冷却水の流れが衝突することによって変位する衝突板を備え、当該衝突板の位置によって開閉状態を変化させる。第２制御弁は、衝突板の変位に伴って開閉状態を変化させる。冷却水の流れる力により、第１制御弁、第２制御弁を稼動させることにより、アクチュエータの数を低減しつつ、きめ細かい冷却水の流通制御を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の冷却装置に関する。

従来、内燃機関の冷却水の循環に関し、種々の提案がされている。例えば、特許文献１には、開弁温度の異なる二種類のサーモスタットを備えるとともに、高水温制御と低水温制御とを切り替えるためにアクチュエータで作動する２つのシャッタ弁ＨＳ、ＬＳを備えた内燃機関の冷却装置が開示されている。

特開平７−９１２５１号公報

前記特許文献１に開示された内燃機関の冷却装置は、二種類のサーモスタットと、シャッタ弁ＨＳ、ＬＳを駆動するためのアクチュエータを備えている。これらの部品の数が増せば、車両への搭載面、コスト面で不利となる。

そこで本明細書開示の内燃機関の冷却装置は、アクチュエータの個数を低減しつつ、きめ細かい冷却水の流通制御を行うことを課題とする。

上記課題を解決するために本明細書開示の内燃機関の冷却装置は、ウォータポンプの出口と内燃機関とを連通する第１冷却水通路と、前記ウォータポンプの入口とラジエータバイパス通路とを連通する第２冷却水通路と、前記第１冷却水通路に設けられた第１制御弁と、前記第２冷却水通路に設けられた第２制御弁と、を備え、前記第１制御弁は、前記第１冷却水通路における冷却水の流れが衝突することによって変位する衝突板を備え、当該衝突板の位置によって開閉状態を変化させ、前記第２制御弁は、前記衝突板の変位に伴って開閉状態を変化させる。

冷却水の流れの力を利用して第１制御弁の開閉状態を変更し、第１制御弁が変位する力を利用して第２制御弁の開閉状態を変更する。これにより、アクチュエータの数を低減しつつ、きめ細かい冷却水の流通制御を行うことができる。

前記第１制御弁は、回転軸部材を備え、前記衝突板に冷却水の流れが衝突することによって回転し、前記第２制御弁は、弁部と、一端側に前記弁部が配置されるとともに回転自在に軸支される腕部材とを備え、前記腕部材の他端部に、回転する前記第１制御弁が当接し、前記第１制御弁の回転力によって開弁する。

流体の力に起因する第１制御弁の回転力を、腕部材を介して第２制御弁へ伝達するものである。すなわち、梃子の原理を利用して第１制御弁の回転力を第２制御弁へ伝達し、第２制御弁を開弁する。

前記第１冷却水通路は、前記第１制御弁が開弁状態となるときに収容される弁収容部を備え、前記弁収容部は、連通路を介して前記第２冷却水通路と連通し、前記腕部材の他端部は、前記連通路を通じて前記弁収容部に突出した構成とすることができる。第２冷却水通路は、ウォータポンプの入口側であるため、低圧であり、弁収容部は、ウォータポンプの吸い込みにより、負圧となるため、第１制御弁を開弁側に移動させ易くなる。なお、腕部材が露出する領域は、衝突板によって第１冷却水通路と隔離されるため、高圧となる第１冷却水通路と弁収容部とを隔離する格別のシール手段は不要である。

前記第１制御弁は、先端部にテーパ形状の外周面を有する固定ピンが挿入される固定穴を備え、前記固定穴は、前記固定ピンが備える前記外周面に対応したテーパ形状の内周面を備え、前記固定ピンは、前記固定穴の内周面に前記外周面を押し当てつつ前記固定穴に挿入されて、前記第１制御弁を閉弁方向へ変位させることができる。

互いにテーパ形状を備える固定ピンの外周面と固定穴の内周面とが当接しながら固定ピンが固定穴に挿入されることで、第１制御弁を閉弁側に移動させることができる。第１制御弁が閉弁側に移動すると、これに伴って、第２制御弁も閉弁側に復帰することができる。固定ピンをソレノイドで駆動することにより任意のタイミングで、各弁を閉弁させることができる。

本明細書に開示された内燃機関の冷却装置によれば、アクチュエータの個数を低減しつつ、きめ細かい冷却水の流通制御を行うことができる。

図１は、水止め状態の実施例１の冷却装置を示す説明図である。 図２は、実施例１の冷却装置の制御部とソレノイドの関係を示すブロック図である。 図３は、実施例１の冷却装置が備える扇形弁の斜視図である。 図４は、実施例１の冷却装置が備える扇形弁の５面図である。 図５（Ａ）は、水止め状態の扇形弁の状態を示し、図５（Ｂ）は高温維持状態の扇形弁の状態を示す説明図である。 図６は、高温維持状態の実施例１の冷却装置を示す説明図である。 図７は、低温移行状態の実施例１の冷却装置を示す説明図である。 図８は、扇形弁の閉弁機構の説明図であり、図８（Ａ）は扇形弁の開弁時の状態を示し、図８（Ｂ）は扇形弁の閉弁開始時の状態を示し、図８（Ｃ）は扇形弁の閉弁完了状態を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。また、説明の都合上、部品の装着の向きが実際のものと異なっている場合がある。

まず、実施例１の内燃機関の冷却装置（以下、本明細書において「冷却装置」という）１０００の概略構成を、図１を参照しつつ説明する。

冷却装置１０００は、ウォータポンプ５０の出口５１と内燃機関１００とを連通する第１冷却水通路１０と、ウォータポンプ５０の入口５２とラジエータバイパス通路１１ａとを連通する第２冷却水通路１１を備えている。また、冷却１０００は、第１冷却水通路１０に設けられた扇形弁２０を備えている。扇形弁２０は、第１制御弁の一例である。冷却装置１０００は、第２冷却水通路１１に設けられた第２制御弁としてのバタフライ弁４０を備えている。

ウォータポンプ５０は、プーリ５３を介して内燃機関１００のクランクシャフトから動力を得ているが、電動式等、他の形式のウォータポンプとすることもできる。

冷却装置１０００は、扇形弁２０の状態を制御するソレノイド３０を備えている。ソレノイド３０には、固定ピン３１が設けられている。図２に示すように、ソレノイド３０は、ＥＣＵ（Electronic control unit）７０と電気的に接続されている。ＥＣＵ７０には水温センサ６０が電気的に接続されており、ソレノイド３０は、水温センサ６０から取得した情報に基づいて動作する。ソレノイド３０は、バネ部材３３を備えている。ソレノイド３３は、通電されることによってバネ部材３３を圧縮しつつ固定ピン３１を引き込む。ソレノイド３０は、扇形弁２０の位置決めをすることができればよい。すなわち、ソレノイド３０は、扇形弁２０自体を動作させなくてもよいため、その出力は小さくてよい。なお、図１におけるソレノイド３０は、説明の都合上、実際に装着されている向きとは異なった向きに描かれている。

第１冷却水通路１０は、シリンダブロック１０１内に設けられたウォータジャケットに連通している。第１制御弁に相当する扇形弁２０は、シリンダブロック１０１への冷却水の流通を遮断する位置、シリンダブロック１０１への冷却水の流入を許容する位置でソレノイド３０により固定される。ここで、扇形弁２０の構成につき、図３、図４を参照しつつ説明する。図３は、扇形弁２０の斜視図である。図４は、扇形弁２０の５面図であり、図４（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は左側面図、図４（Ｃ）は右側面図、図４（Ｄ）は平面図、図４（Ｅ）は底面図である。

扇形弁２０は、図４（Ａ）に示すように、正面から見たときに、中心角９０°の扇形形状を備える。扇形弁２０は、第１冷却水通路１０における冷却水の流れが衝突する衝突板２１を備えている。また、側板２２を備えている。側板２２には、第１掛合穴２３ａと第２掛合穴２３ｂとが設けられている。扇形弁２０は、回転軸部材２５を備え、回転軸部材２５によって第１冷却水通路１０に回転自在に装着されている。冷却装置１０００には、バネ部材２６が装備されており、扇形弁２０は、このバネ部材２６により、第１冷却水通路１０を閉塞する側、すなわち、冷却水の流れに逆らう向きに付勢されている。このような扇形弁２０は、第１冷却水通路１０における冷却水の流れが衝突板２１に衝突することによって変位、すなわち、回転軸部材２５を回転軸として回転し、開閉状態を変化させる。

第１冷却水通路１０は、前記第１制御弁が開弁状態となるときに収容される弁収容部１０ａを備えている。この弁収容部１０ａは、連通路１５を介して、第２冷却水通路１１と連通している。より具体的には、弁収容部１０ａは、後に詳述するサーモスタット弁収納部１２と連通している。連通路１５には、後に説明する腕部材４３が挿通されている。

第２制御弁に相当するバタフライ弁４０は、弁部４１と、一端側に弁部４１が配置されるとともに軸部材４２によって回転自在に軸支される腕部材４３とを備えている。腕部材４３の他端部は、弁収容部１０ａに突出している。この弁収容部１０ａに突出した他端部は、回転する扇形弁２０が当接し、扇形弁２０の回転力によって弁部４１を開弁する。バタフライ弁４０は、扇形弁２０によって押されていないときは、弁部４０がウォータポンプ５０の入口５２へ通じる流路を閉塞する状態で設置されている。弁部４０は、流路閉塞状態を維持することが可能な位置に重心設定されてサーモスタット収容部１２内に設置されている。なお、バネ部材等を設置することにより弁部４０の流路を閉塞する状態を創出していもよい。

図５（Ａ）は、水止め状態の扇形弁２０の状態を示し、図５（Ｂ）は高温維持状態、すなわち、暖機完了後に冷却水を高温に維持しておきたいときの扇形弁２０の状態を示す説明図である。扇形弁２０は、図５（Ａ）に示すように、衝突板２１が、第１冷却水通路１０を分断する位置するとき、閉弁状態となる。そして、図５（Ｂ）に示すように、衝突板２１が、ウォータポンプ５０から吐出された高圧の冷却水の流れによって押され、回転軸部材２５を回転軸として回転すると、開弁状態となる。すなわち、扇形弁２０は、第１冷却水通路１０を開通させることができる。

冷却装置１０００の第２冷却水通路１１は、ラジエータバイパス通路１１ａと連通している。第２冷却水通路１１には、サーモスタット弁収納部１２が設けられており、サーモスタット弁８０が装着されている。第２冷却水通路１１は、サーモスタット弁８０が備える主弁部８２によってラジエータ通路１３と分断されている。サーモスタット弁８０の感温部８１は、サーモスタット弁収納部１２に配置されている。サーモスタット弁８０は、第２冷却水通路１１を閉塞する副弁部８３を備えている。サーモスタット弁８０の下流側には、バタフライ弁４０が配置されている。そして、バタフライ弁４０の下流側にウォータポンプ５０の入口５２が位置している。このため、バタフライ弁４０が閉弁状態になると、第２冷却水通路１１における冷却水の流通が滞り、ラジエータバイパス通路１１ａからの冷却水の流入が制限される。この結果、感温部８１に供給される冷却水の量が低下し、熱量を得難くなったサーモスタット弁８０は開弁しにくくなる。すなわち、内燃機関１００を高水温状態に維持したいときは、バタフライ弁４０を閉弁状態とする。一方、内燃機関１００を冷却状態としたいときは、バタフライ弁を開弁状態とし、サーモスタット弁８０によりラジエータバイパス通路１１ａからの冷却水の流入を制限すると共に、ラジエータからの冷却水の流入を許容する。

なお、冷却装置１０００には、ヒータから戻される冷却水が流通するヒータ通路１４が設けられている。ヒータ通路１４は、第２冷却水通路１１と並行して設けられており、ウォータポンプ５０の入口５２の手前で第２冷却水通路１１と合流している。

以上のような冷却装置１０００により、実現される冷却水の流通状況を、図１、図６、図７を参照しつつ説明する。図１は、上述の如く、水止め状態の冷却装置１０００を示している。図６は、高温維持状態、すなわち、暖機完了後に冷却水を高温に維持しておきたいときの冷却装置１０００を示す説明図である。図７は、低温移行状態、すなわち、内燃機関の過熱を回避すべく、冷却水を冷却したいときの冷却装置１０００を示す説明図である。

まず、内燃機関の暖機を促進したい場合等には、図１に示す水止め状態とする。水止め状態とするには、扇形弁２０の第１掛合穴２３ａに固定ピン３１が掛合される。これにより、衝突板２１が第１冷却水通路１０を分断し、シリンダブロック１０１への冷却水の流入を阻害する。このとき、バタフライ弁４０は、閉弁状態を維持している。これにより、ウォータポンプ５０の出口５１側における冷却水の流通は衝突板２１により妨げられ、また、ウォータポンプ５０の入口側５２における冷却水の流通は、バタフライ弁４０の弁体４１によって妨げられる。この結果、内燃機関１００内の冷却水の循環が停止した状態となり、内燃機関１００の早期の暖機が可能となる。

このとき、第２冷却水通路１１内の冷却水の流通も滞っており、サーモスタット弁８０は開き難い状態となっている。

つぎに、図６に示す高水温維持状態について説明する。例えば、内燃機関の暖機は完了しているが、フリクション低減やその他の運転状態に応じて冷却水の温度を高温に維持しておきたい状態である。図１に示す状態から、図６に示す状態にするためには、一旦、ソレノイド３０を作動させ、固定ピン３１の第１掛合穴２３ａへの掛合を解除する。すると、ウォータポンプ５０により圧送された冷却水が衝突板２１に衝突して扇形弁２０を回転させる。このとき、連通路１５を通じて弁収容部１０ａが負圧となり、開弁方向に引き寄せられるので、扇形弁２０は、流体の力と相俟って容易に回転することができる。そして、ソレノイド３０の通電を解除する。これにより、バネ部材３３により付勢された固定ピン３１が第２掛合穴２３ｂに挿入され、扇形弁２０は固定される。衝突板２１が押し倒された状態となると、シリンダブロック１０１へ冷却水が流入する。内燃機関１００内に流入した冷却水は、シリンダブロック側からシリンダヘッド側へ循環する。この状態において、バタフライ弁４０は依然として閉弁状態を維持している。

つぎに、図７に示す低水温移行状態について説明する。低水温移行状態とは、例えば、内燃機関が高負荷、高回転で運転されている場合等、冷却水の温度を低下させたい状態である。図６に示す状態から、図７に示す状態にするためには、ソレノイド３０を作動させる。これにより、固定ピン３１の第２掛合穴２３ｂへの掛合を解除する。すると、ウォータポンプ５０により圧送された冷却水が衝突板２１に衝突して扇形弁２０を回転させる。すると、扇形弁２０が腕部材４３に当接し、さらに、押し込んで、バタフライ弁４０を開弁させる。バタフライ弁４０が開弁すると、第２冷却水通路１１における冷却水の流通が活発となる。そして、ラジエータバイパス通路１１ａから高温の冷却水が感温部８１に供給されるようになる。感温部８１が暖められると、サーモスタット弁８０が作動して主弁部８２が開放され、ラジエータ通路１３と第２冷却水通路１１とが連通する。これにより、ラジエータによって冷却された冷却水が供給される。一方、副弁部８３は、ラジエータバイパス通路１１ａを閉塞する。これいにより、ラジエータによって低温となった冷却水が内燃機関１００を循環するようになる。

以上説明したように、実施例１の冷却装置１０００によれば、流体の力により動作する扇形弁２０、バタフライ弁４０により、冷却水の流通を制御することができる。なお、固定ピン３１が係合する掛合穴の位置を変更することにより、冷却水の流量を変更することができ、この結果、所望の冷却水温を維持することができる。掛合穴の位置は、実機毎に設定、変更することができる。さらに、掛合穴の数を増やすことにより、よりきめ細かな冷却水温の制御が可能となる。

つぎに、実施例２について図８を参照しつつ説明する。実施例２は、側板２２に固定ピン１３１が挿入される固定穴２７を備えている。固定ピン１３１は、実施例１における固定ピン３１に代えて備えられている。固定ピン１３１の先端部にテーパ形状の外周面１３１ａを有している。固定穴２７は、固定ピン１３１が備える外周面１３１ａに対応したテーパ形状の内周面２７ａを備えている。固定ピン１３１は、固定穴２７の内周面２７ａに外周面１３１ａを押し当てつつ固定穴２７に挿入されて、第１制御弁に相当する扇形弁２０を閉弁方向へ変位させる。このような固定ピン１３１の動作を具体的に説明する。

図８（Ａ）は扇形弁２０の開弁時の状態を示している。ソレノイド１３０は、通電されることにより、固定ピン１３１を引き込む。これにより、冷却水の流れる力によって扇形弁２０が回転し、開弁状態となる。そして、さらに、バタフライ弁４０も開弁状態とする。

図８（Ｂ）は扇形弁２０の閉弁開始時の状態を示している。ソレノイド１３０の通電を停止することにより、バネ部材１３２により固定ピン１３１が元の位置に復帰しようとする。これに伴って固定ピン１３１の外周面１３１ａが固定穴２７の内周面２７ａに当接する。

図８（Ｃ）は扇形弁２０の閉弁完了状態を示している。固定ピン１３１は、バネ部材１３２によって付勢されることにより、固定穴２７内へ入り込む。このとき、テーパ形状の外周面１３１ａが同じくテーパ形状の内周面２７ａを押すことにより、側板２２、すなわち、扇形弁２０を移動（回転）させる。これにより、扇形弁２０を閉弁状態へ移行させることができる。扇形弁２０が閉弁状態へ移行すれば、これに伴って、バタフライ弁４０も閉弁状態へ移行することができる。このように、任意のタイミングで、扇形弁２０、バタフライ弁４０を開閉させることができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１０ 第１冷却水通路
１１ 第２冷却水通路
１１ａ ラジエータバイパス通路
１２ サーモスタット弁収納部
１３ ラジエータ通路
１４ ヒータ通路
２０ 扇形弁（第１制御弁）
２１ 衝突板
２３ａ 第１掛合穴
２３ｂ 第２掛合穴
２５ 回転軸部材
３０、１３１ ソレノイド
３１ 固定ピン
３３ バネ部材
４０ バタフライ弁（第２制御弁）
５０ ウォータポンプ
５１ 出口
５２ 入口
６０ 水温センサ
８０ サーモスタット弁
８１ 感温部
１００ 内燃機関
１０００ 冷却装置

Claims (4)

1. ウォータポンプの出口と内燃機関とを連通する第１冷却水通路と、
   前記ウォータポンプの入口とラジエータバイパス通路とを連通する第２冷却水通路と、
   前記第１冷却水通路に設けられた第１制御弁と、
   前記第２冷却水通路に設けられた第２制御弁と、
   を備え、
   前記第１制御弁は、前記第１冷却水通路における冷却水の流れが衝突することによって変位する衝突板を備え、当該衝突板の位置によって開閉状態を変化させ、
   前記第２制御弁は、前記衝突板の変位に伴って開閉状態を変化させる内燃機関の冷却装置。
2. 前記第１制御弁は、回転軸部材を備え、前記衝突板に冷却水の流れが衝突することによって回転し、
   前記第２制御弁は、弁部と、一端側に前記弁部が配置されるとともに回転自在に軸支される腕部材とを備え、前記腕部材の他端部に、回転する前記第１制御弁が当接し、前記第１制御弁の回転力によって開弁する請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記第１冷却水通路は、前記第１制御弁が開弁状態となるときに収容される弁収容部を備え、
   前記弁収容部は、連通路を介して前記第２冷却水通路と連通し、
   前記腕部材の他端部は、前記連通路を通じて前記弁収容部に突出した請求項２記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記第１制御弁は、先端部にテーパ形状の外周面を有する固定ピンが挿入される固定穴を備え、
   前記固定穴は、前記固定ピンが備える前記外周面に対応したテーパ形状の内周面を備え、
   前記固定ピンは、前記固定穴の内周面に前記外周面を押し当てつつ前記固定穴に挿入されて、前記第１制御弁を閉弁方向へ変位させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。

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