JP2014134102A - 車両用エンジンのサーモスタット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用エンジンのサーモスタット装置において、オイルの劣化を抑制しつつ、燃費向上を図るとともに、サーモスタットの応答性を高めることにある。
【解決手段】エンジン（１）の冷機時に、熱膨張体（４７）が収縮することにより、温度感知部（４９）と遮断弁（５８）とがバルブ（４６）を閉じる方向に移動して、冷却水通路（３０）を閉じるとともにバイパスオイル通路（５９）を開く。一方、エンジン（１）の暖機後に、熱膨張体（４７）が膨張することにより、温度感知部（４９）と遮断弁（５８）とがバルブ（４６）を開く方向に移動して、冷却水通路（３０）を開くとともにバイパスオイル通路（５９）を閉じる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用エンジンのサーモスタット装置に係り、特にオイルの温度を適正に維持することができる車両用エンジンのサーモスタット装置に関する。

車両のエンジンにおいて、エンジンの各潤滑部にオイルを供給するオイルギャラリをエンジン本体を構成するシリンダブロック及びシリンダヘッドに備えている。
オイルの粘性は、温度が高いほど低いものである。そして、粘性が低いオイルは、エンジンフリクションが低減し、燃費向上に繋がる。
しかし、オイルの粘性は、温度が低い時（冷機時）に、特に高いものである。このため、いかに早くオイルの温度を上げることができるかが、燃費に影響するものである。
このようなオイルの温度を上げる装置としては、以下のような先行技術文献がある。

特開２０１２−８７７６３号公報

特許文献１に係る排熱回収システムは、オイルの温度を上げるために、排気ガスの熱を冷却水に移すための排気熱回収器と、冷却水の熱をオイルに移すためのオイルウォーマとを備えたものである。

ところが、上記の特許文献１では、排気ガスの熱を冷却水へ移してオイルに戻すと、熱がオイルへ伝わるまでの時間がかかること、及び熱を伝える経路の中における放熱によって熱を失うことにより、オイルの昇温にかかる時間が延び、燃費の悪化に繋がる。また、排気熱回収器、オイルウォーマ等の追加部品を使用することで、冷却水総容量の増加により、冷却水の昇温時間の延長、燃費の悪化、及び、重量、コストの増加という問題があった。
オイルの昇温は、先ず、冷却水の温度を上昇し、冷却水の熱をオイルに伝える構造を採ることが一般的である。しかし、上記の特許文献１に記載のように、排気熱回収器、オイルウォーマという追加部品を使用することが多くなる。この場合、各部品の抱える冷却水量、及び追加経路の冷却水量分の追加により、冷却水総容量が増加すること、冷却経路延長による放熱量の増加により、車両によっては冷却水の昇温時間が長くなるおそれがあり、改善が望まれていた。

そこで、この発明の目的は、オイルの劣化を抑制しつつ、燃費向上を図るとともに、サーモスタットの応答性を高めることができる車両用エンジンのサーモスタット装置を提供することにある。

この発明は、エンジンの各潤滑部にオイルを供給するオイルギャラリをエンジン本体に備え、前記エンジン本体には、一端が排気系に接続されるとともに他端が吸気系に接続される排気ガス還流通路と、内部で冷却水を流通するウォータジャケットと、該ウォータジャケット内の冷却水をラジエータヘ循環する冷却水通路とを形成し、前記エンジンの運転状況に応じて前記冷却水通路を開閉するサーモスタットを前記冷却水通路に設け、前記サーモスタットは、前記冷却水通路内の冷却水を遮断または流通するように開閉動作するバルブと、前記冷却水通路内の冷却水の温度に応じて体積が変化する熱膨張体によって前記バルブを開閉動作するバルブ駆動手段とを備え、該バルブ駆動手段は、前記冷却水通路内に配置されて前記熱膨張体を収納する温度感知部と、該温度感知部に連設されて前記バルブを固定したピストン部とを備えた車両用エンジンのサーモスタット装置において、前記エンジン本体には、前記オイルギャラリの途中で分岐した後で前記オイルギャラリへと再度合流するバイパスオイル通路を設け、該バイパスオイル通路は、前記排気ガス還流通路へ近接して前記排気ガス還流通路の排気ガスの熱を受ける受熱通路部と、該受熱通路部よりもオイル下流側で且つ前記冷却水通路のうち前記サーモスタットのサーモスタット収容部に近接する下流側バイパスオイル通路部とを有し、前記サーモスタットには、前記ピストン部の軸線方向で且つ前記温度感知部に対して前記バルブと反対側で前記温度感知部に連結された遮断弁を設け、前記エンジン本体には、前記サーモスタット収容部と前記下流側バイパスオイル通路部との間を連絡し且つ前記温度感知部及び前記遮断弁がスライド可能に挿入される連通路を形成し、前記エンジンの冷機時に、前記熱膨張体が収縮することにより、前記温度感知部と前記遮断弁とが前記バルブを閉じる方向に移動して前記冷却水通路を閉じるとともに前記バイパスオイル通路を開く一方、前記エンジンの暖機後に、前記熱膨張体が膨張することにより、前記温度感知部と前記遮断弁とが前記バルブを開く方向に移動して前記冷却水通路を開くとともに前記バイパスオイル通路を閉じることを特徴とする。

この発明は、オイルの劣化を抑制しつつ、燃費向上を図るとともに、サーモスタットの応答性を高めることができる。

図１はエンジンの概略正面図である。（実施例） 図２はエンジンの概略側面図である。（実施例） 図３はエンジンの暖機中若しくは冷機時におけるサーモスタット装置及び排気ガス還流通路周辺の断面図である。（実施例） 図４はエンジンの暖機後におけるサーモスタット装置及び排気ガス還流通路周辺の断面図である。（実施例） 図５はサーモスタット装置周辺の拡大断面図である。（実施例） 図６は排気ガス還流通路周辺の拡大断面図である。（実施例）

この発明は、オイルの劣化を抑制しつつ、燃費向上を図るとともに、サーモスタットの応答性を高める目的を、排気熱回収器、オイルウォーマ等の追加部品を使用せずに、排気ガスの熱を直接オイルヘ移す構造によって実現するものである。

図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。
図１、図２に示すように、車両には、横置きで多気筒用（３気筒）のエンジン１が搭載される。このエンジン１は、エンジン本体２を備える。このエンジン本体２は、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に載置したシリンダヘッド４とから構成される。
シリンダブロック３の下部には、ベアリングキャップ５を介してオイルパン６が取り付けられる。シリンダヘッド４の上部には、カムキャップ７及びシリンダヘッドカバー８が取り付けられる。
シリンダブロック３には、各気筒に対応したシリンダ９が形成されている。
シリンダヘッド４には、シリンダ９内に連通する燃焼室１０が各気筒に対して形成されている。
シリンダヘッド４の後部には、吸気系の吸気装置１１として、燃焼室１０に連通可能な吸気ポート１２が形成されているとともに、この吸気ポート１２を開閉する吸気弁１３が設けられ、さらに、吸気ポート１２に連通する吸気通路１４を形成する吸気マニホルド１５が取り付けられる。
シリンダヘッド４の前部には、排気系の排気装置１６として、燃焼室１０に連通可能な排気ポート１７が形成されているとともに、この排気ポート１７を開閉する排気弁１８が設けられ、さらに、排気ポート１７に連通する排気通路１９を形成する排気マニホルド２０が取り付けられる。

シリンダブロック３とベアリングキャップ５との間には、クランク軸２１が配置されている。このクランク軸２１には、コネクティングロッド２２を介してシリンダ９内で往復動されるピストン２３が連結している。
シリンダヘッド４の上部には、カムキャップ７によって吸気装置１１の吸気カム軸２４と、排気装置１６の排気カム軸２５とが配置される。

エンジン本体２を構成するシリンダブロック３とシリンダヘッド４とには、エンジン１の各潤滑部にオイルを供給するオイルギャラリ２６が備えられる。
エンジン本体２のシリンダブロック３には、オイルパン６内のオイルをオイルギャラリ２６へ送給するオイルポンプ２７が取り付けられる。オイルギャラリ２６は、シリンダヘッド４に形成したカム軸側オイル通路２８に連通している。
エンジン本体２のシリンダヘッド４には、内部で冷却水を流通するウォータジャケット２９と、このウォータジャケット２９内の冷却水をラジエータヘ循環する冷却水通路３０とが形成される。また、シリンダヘッド４には、冷却水通路３０に連通して冷却水をラジエータへ導くウォータアウトレットパイプ３１が取り付けられる。
また、エンジン本体２のシリンダヘッド４には、排気ガス還流装置の排気ガス還流通路３２が形成される。この排気ガス還流通路３２は、排気ガスの一部を吸気系に導くものであって、一端が排気装置１６の排気マニホルド２０に接続するとともに、他端が吸気装置１１の吸気マニホルド１５に接続する。

冷却水通路３０の途中には、サーモスタット装置３３を構成するように、エンジン１の運転状況に応じて冷却水通路３０を開閉するサーモスタット３４が設けられる。
このサーモスタット３４は、図５に示すように、冷却水通路３０とウォータアウトレットパイプ３１とを連通する部位に配置されたサーモスタット収容部（ハウジング）３５を備える。
このサーモスタット収容部３５は、バルブ座部３６と内側収容部３７と外側収容部３８とから構成される。
バルブ座部３６は、シリンダヘッド４の外壁部３９にウォータアウトレットパイプ３１の取付フランジ４０によって固定され、冷却水用開口４１を有して円環状に形成されている。内側収容部３７は、バルブ座部３６に連設され、内側の冷却水通路３０内に突出して環状の基部４２が冷却水通路３０の内周面４３に接して配置され、さらに、内側冷却水流通開口４４を形成している。外側収容部３８は、バルブ座部３６に連設され、外側のウォータアウトレットパイプ３１内に先細り状に突出して形成され、さらに、外側冷却水流通開口４５を形成している。

サーモスタット３４は、内側収容部３７内で冷却水を遮断または流通するように開閉動作、つまり、バルブ座部３６に当接または離間するバルブ４６を備える。また、サーモスタット３４は、冷却水通路３０内の冷却水の温度に応じて体積が変化する熱膨張体（ワックス）４７の膨縮によってバルブ４６を開閉動作するバルブ駆動手段４８を備える。
このバルブ駆動手段４８は、冷却水通路３０の内側収容部３７内に配置されて熱膨張体４７を収納する温度感知部（ケース部）４９を備える。
また、バルブ駆動手段４８には、温度感知部４９のウォータアウトレットパイプ３１側の側面に連設して外周面にバルブ４６を固定したピストン部５０が備えられる。バルブ４６は、円盤状に形成され、温度感知部４９の近傍でピストン部５０の外周面に固定される。
このピストン部５０には、軸線方向で、温度感知部４９内に連通する貫通孔５１が形成される。この貫通孔５１は、熱膨張体４７が膨張したときに、熱膨張体４７の一部が侵入するのを許容する。
ピストン部５０の先端側は、サーモスタット収容部３５の外側収容部３８の中央部位に固定された保持部材５２によって保持される。この保持部材５２は、外側収容部３８の中央部位で棒状のピストン部ガイド５３の一端側を固定する固定部５４と、この固定部５４に連設してピストン部５０の外周面をスライド可能に保持するシリンダ部５５とからなる。ピストン部ガイド５３の他端側は、ピストン部５０の貫通孔５１に摺動可能に挿入され、バルブ座部３６付近に配置される。
貫通孔５１は、図３に示すように、エンジン１の暖機中若しくは冷機時で熱膨張体４７が収縮しているときに、ピストン部ガイド５３全体が挿入している状態である一方、図４に示すように、エンジン１の暖機後で熱膨張体４７が膨張しているときには、温度感知部４９内の熱膨張体４７が膨張することから、膨張した熱膨張体４７の一部の侵入を許容する。
サーモスタット収容部３５の内側収容部３７内には、バルブ４６をバルブ座部３６側へ所定の付勢力で付勢するようにスプリング５６が配置される。このスプリング５６は、一端が内側収容部３７の基部４２に当接するとともに、他端がバルブ４６に当接して支持されている。

更に、サーモスタット３４は、図５に示すように、ピストン部５０の軸線方向で且つ温度感知部４９に対してバルブ４６と反対側で、温度感知部４９に連結部５７を介して連結された遮断弁５８を備える。この遮断弁５８は、図３、図４に示すように、熱膨張体４７の膨縮に伴って直動するものである。

エンジン本体２のシリンダヘッド４には、図６に示すように、オイルギャラリ２６の途中で分岐した後でオイルギャラリ２６へと再度合流するバイパスオイル通路５９が設けられる。
バイパスオイル通路５９は、排気ガス還流通路形成部６０で形成された排気ガス還流通路３２へ近接して排気ガス還流通路３２の排気ガスの熱を受ける受熱通路部６１を有する。また、バイパスオイル通路５９は、受熱通路部６１よりもオイル下流側で且つ冷却水通路３０のうちサーモスタット３４のサーモスタット収容部３５に近接する下流側バイパスオイル通路部６２を有する。つまり、バイパスオイル通路５９は、シリンダブロック３からシリンダヘッド４へ繋がるオイルギャラリ２６から分岐し、排気ガス還流通路３２の周辺を通る。受熱通路部６１は、図６に示すように、排気ガス還流通路３２の外周面を囲むように、環状形状に形成される。

エンジン本体２のシリンダヘッド４には、図５に示すように、連通路６３が形成される。この連通路６３は、サーモスタット収容部３５と下流側バイパスオイル通路部６２との間を連絡し且つ温度感知部４９及び遮断弁５８をスライド可能に挿入させる。このため、サーモスタット収容部３５の内側収容部３７の基部４２の孔部６４は、連通路６３の直径よりも大きな直径に形成されている。

そして、サーモスタット装置３３において、エンジン１の暖機中若しくは冷機時に、図３に示すように、熱膨張体４７が収縮することにより、貫通孔５１には全体的にピストン部ガイド５３が挿入している状態であり、温度感知部４９に連設したピストン部５０がバルブ４６を閉じる方向（外側のウォータアウトレットパイプ３１の方向）に移動する。そして、バルブ４６をバルブ座部３６に当接させて冷却水通路３０を閉じるとともに、遮断弁５８がバイパスオイル通路５９を開くように動作して連通路６３内にスライドして挿入する。つまり、エンジン１の冷機時に、排気ガス還流通路３２周りにオイルを循環させ、これにより、オイルが排気ガス還流通路３２を通過する排気ガスの熱を受け取り、オイルの温度が早期に上昇し、オイル粘度の低下、燃費を向上させる。

一方、サーモスタット装置３３において、エンジン１の暖機後に、図４に示すように、熱膨張体４７が膨張することにより、膨張した熱膨張体４７の一部が貫通孔５１内に侵入してピストン部ガイド５３の他端側の先端面を押圧する。そして、熱膨張体４７の膨張した一部の押圧力がスプリング５６の付勢力を超えると、温度感知部４９及びピストン部５０がスプリング５６の付勢力に抗してバルブ４６を開く方向（内側のバスパスオイル通路５９の方向）へ移動して連通路６３内にスライドして挿入し、バルブ４６がバルブ座部３６から離れて冷却水通路３０を開くとともに、遮断弁５８がバイパスオイル通路５９を閉じる。つまり、エンジン１の暖機が進み、冷却水の温度が目標温度に達すると、サーモスタット３４が開動作し、冷却水がラジエータヘと流れ、冷却水の温度を安定させる。また、このとき、サーモスタット３４に繋がる遮断弁５８がスライドして、遮断弁５８がバイパスオイル通路５９を遮断する。従って、エンジン１の暖機後には、オイルの循環を遮断し、オイルの温度上昇を抑制し、オイルが高温になり過ぎて劣化するのを防ぐことができる。

以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明では、エンジン本体２には、オイルギャラリ２６の途中で分岐した後でオイルギャラリ２６へと再度合流するバイパスオイル通路５９を設ける。このバイパスオイル通路５９は、排気ガス還流通路３２へ近接して排気ガス還流通路３２の排気ガスの熱を受ける受熱通路部６１と、この受熱通路部６１よりもオイル下流側で且つ冷却水通路３０のうちサーモスタット３４のサーモスタット収容部３５に近接する下流側バイパスオイル通路部６２とを有する。サーモスタット３４には、ピストン部５０の軸線方向で且つ温度感知部４９に対してバルブ４６と反対側で温度感知部４９に連結された遮断弁５８を設けた。エンジン本体２には、サーモスタット収容部３５と下流側バイパスオイル通路部６２との間を連絡し且つ温度感知部４９及び遮断弁５８がスライド可能に挿入される連通路６３を形成した。そして、エンジン１の冷機時に、熱膨張体４７が収縮することにより、温度感知部４９と遮断弁５８とがバルブ４６を閉じる方向に移動して冷却水通路３０を閉じるとともにバイパスオイル通路５９を開く一方、エンジン１の暖機後に、熱膨張体４７が膨張することにより、温度感知部４９と遮断弁５８とがバルブ４６を開く方向に移動して冷却水通路３０を開くとともにバイパスオイル通路５９を閉じる。
このような構造により、エンジン１の冷機時や暖機中に、サーモスタット３４のバルブ４６で冷却水通路３０を閉じ、且つ遮断弁５８でバイパスオイル通路５９を開けることで、排気ガス還流通路３２から受熱したオイルが下流側バイパスオイル通路部６２を経由してオイルギャラリ２６と合流する。これによって、エンジン１を流れるオイルの温度を早期に高めることができる。
この結果、早期に冷却水の温度の上昇を達成でき、ラジエータヘと流れる冷却水の温度を安定させることができるとともに、オイルの温度の上昇によってオイルの粘性を低くでき、エンジンフリクションを低減して、燃費を向上させることができる。
さらに、遮断弁５８によってバイパスオイル通路５９の下流側バイパスオイル通路部６２が閉じられるため、排気ガス還流通路３２から受熱したオイルがオイルギャラリ２６ヘと流れることを防止できる。これによって、エンジン１の各潤滑部へと流れるオイルが高温となったオイルと混ざるのを防止でき、オイルが過剰に高温となって劣化するのを防止でき、各潤滑部の耐久性を高めることができる。
さらに、サーモスタット３４に設けた遮断弁５８がバイパスオイル通路５９を流れるオイルと接しているため、オイルの温度を遮断弁５８を介して温度感知部４９へと伝達でき、温度感知部４９が受ける熱量を増加させることができる。これによって、サーモスタット３４のバルブ４６を開く際に、熱膨張体４７が受ける熱量が増加して、バルブ４６の開きの応答性を高めることができ、エンジン本体２の温度上昇を抑えて、燃費の向上を図ることができる。
また、請求項２に係る発明では、受熱通路部６１は、排気ガス還流通路３２の外周面を囲むように、環状形状に形成された。
このような構造により、バイパスオイル通路５９が排気ガス還流通路３２に対向するように急激に屈曲させたり、また、全長が長くなったりする必要がなくなり、バイパスオイル通路５９を流れるオイルの圧損が増加するのを防止でき、バイパスオイル通路５９でのオイルの流れをスムーズにできる。特に、エンジン１の冷機時に、排気ガス還流通路３２から受熱したオイルをオイルギャラリ２６に流して、オイルギャラリ２６を流れるオイルの温度を高めて、暖機時間を短縮でき、燃費の向上に繋げることができる。
また、上記の構造とすることで、受熱通路部６１の全長を短縮しつつ、受熱通路部６１と排気ガス還流通路３２とが対向する面積を増やすことができ、オイルが受ける受熱量を高めることができる。これによって、エンジン１の冷機時や暖機中での、早期でのオイル温度上昇を図ることができる。
更に、上記の請求項１及び請求項に係る発明の構造により、追加部品、冷却経路の延長がないため、冷却水総容量の増加が無く、暖機時間の延長にならない。また、追加部品、冷却経路の延長がないため、重量、コストの増加にならない。

なお、この発明においては、変形例として、例えば、シリンダヘッドにおいて、バイパスオイル通路ではなく、冷却水通路内の冷却水流量を制御することで、排気ガスと冷却水との熱の授受を制御することが可能である。

この発明に係るサーモスタット装置を、各種エンジンに適用可能である。

１ エンジン
２ エンジン本体
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
１１ 吸気装置
１５ 吸気マニホルド
１６ 排気装置
２０ 排気マニホルド
２６ オイルギャラリ
２７ オイルポンプ
２９ ウォータジャケット
３０ 冷却水通路
３１ ウォータアウトレットパイプ
３２ 排気ガス還流通路
３３ サーモスタット装置
３４ サーモスタット
３５ サーモスタット収容部
４６ バルブ
４７ 熱膨張体
４８ バルブ駆動手段
４９ 温度感知部
５０ ピストン部
５１ 貫通孔
５３ ピストン部ガイド
５５ シリンダ部
５７ 連結部
５８ 遮断弁
５９ バイパスオイル通路
６０ 排気ガス還流通路形成部
６１ 受熱通路部
６２ 下流側バイパスオイル通路
６３ 連通路

Claims (2)

1. エンジンの各潤滑部にオイルを供給するオイルギャラリをエンジン本体に備え、
   前記エンジン本体には、一端が排気系に接続されるとともに他端が吸気系に接続される排気ガス還流通路と、内部で冷却水を流通するウォータジャケットと、該ウォータジャケット内の冷却水をラジエータヘ循環する冷却水通路とを形成し、
   前記エンジンの運転状況に応じて前記冷却水通路を開閉するサーモスタットを前記冷却水通路に設け、
   前記サーモスタットは、前記冷却水通路内の冷却水を遮断または流通するように開閉動作するバルブと、前記冷却水通路内の冷却水の温度に応じて体積が変化する熱膨張体によって前記バルブを開閉動作するバルブ駆動手段とを備え、
   該バルブ駆動手段は、前記冷却水通路内に配置されて前記熱膨張体を収納する温度感知部と、該温度感知部に連設されて前記バルブを固定したピストン部とを備えた車両用エンジンのサーモスタット装置において、
   前記エンジン本体には、前記オイルギャラリの途中で分岐した後で前記オイルギャラリへと再度合流するバイパスオイル通路を設け、
   該バイパスオイル通路は、前記排気ガス還流通路へ近接して前記排気ガス還流通路の排気ガスの熱を受ける受熱通路部と、該受熱通路部よりもオイル下流側で且つ前記冷却水通路のうち前記サーモスタットのサーモスタット収容部に近接する下流側バイパスオイル通路部とを有し、
   前記サーモスタットには、前記ピストン部の軸線方向で且つ前記温度感知部に対して前記バルブと反対側で前記温度感知部に連結された遮断弁を設け、
   前記エンジン本体には、前記サーモスタット収容部と前記下流側バイパスオイル通路部との間を連絡し且つ前記温度感知部及び前記遮断弁がスライド可能に挿入される連通路を形成し、
   前記エンジンの冷機時に、前記熱膨張体が収縮することにより、前記温度感知部と前記遮断弁とが前記バルブを閉じる方向に移動して前記冷却水通路を閉じるとともに前記バイパスオイル通路を開く一方、前記エンジンの暖機後に、前記熱膨張体が膨張することにより、前記温度感知部と前記遮断弁とが前記バルブを開く方向に移動して前記冷却水通路を開くとともに前記バイパスオイル通路を閉じることを特徴とする車両用エンジンのサーモスタット装置。
2. 前記受熱通路部は、前記排気ガス還流通路の外周面を囲むように、環状形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンのサーモスタット装置。

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