JP2015071955A

JP2015071955A - 車両用エンジンのサーモスタット装置

Info

Publication number: JP2015071955A
Application number: JP2013207053A
Authority: JP
Inventors: 浩正小川; Hiromasa Ogawa
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-16

Abstract

【課題】車両用エンジンのサーモスタット装置において、吸入空気の温度が高い環境下でのエンジンのノッキングを防止する一方、吸入空気の温度が低い環境下での燃費を高めることにある。【解決手段】吸気通路（１２・２２）に流れる吸入空気の温度が設定値よりも高くなった場合に、ラジエータ用冷却水通路（１８）に流れる冷却水の流量を増加させるように、空気用温度感知部（４６）の空気用熱膨張体（４５）の膨張によってピストン（４４）を冷却水用温度感知部内（４３）に挿入するように押圧移動してバルブ（４１）を開動作させる。【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、特に吸入空気の温度に応じて冷却水の温度を制御する車両用エンジンのサーモスタット装置に関する。

通常、車両に搭載されるエンジンは、サーモスタットによってラジエータヘの冷却水の流量を制御することで冷却水の温度を制御している。この場合、エンジンの始動直後では、冷却水の温度が低いため、サーモスタットが閉じており、ラジエータヘ冷却水が流れない。また、エンジンの燃焼室等からの受熱により冷却水の温度は、上昇してある一定の温度に達すると、サーモスタットが開動作し、ラジエータヘ冷却水が流れる。ラジエータで放熱することで、温度の下がった冷却水は、エンジンに戻り、そして、その冷却水の温度を感知したサーモスタットは、再び閉動作する。これを繰り返すことで、冷却水は、所要の温度を保持しようとする。
冷却水の温度の狙い値を高くすることで、冷却水は高い温度を保持し、それに伴い、エンジン油の温度も上昇し、また、フリクションの低下によって燃費が向上する。また、冷却水の温度が高くなることで、冷却水で加熱されるヒータのヒータ性能も向上する。
このようなサーモスタット装置として、以下の先行技術文献がある。

特開平８−４９５３７号公報

特許文献１に係るエンジン冷却装置は、エンジン負荷に応じて冷却水の温度を制御する構造であって、エンジン低負荷時に低温の冷却水を冷却水室へ供給する一方、エンジン高負荷時には高温の冷却水を冷却水室へ供給し、冷却ファンの稼働率を増大するものである。

ところが、上記の特許文献１では、サーモスタットによって冷却水の温度が制御できる運転条件では、エンジン負荷に応じて冷却ファンを制御したとしても、冷却水の温度の狙い値が変わらないため、エンジンの内部を流動する冷却水の温度が変わらないという不具合があった。
また、従来、燃費、ヒータ性能向上のために、サーモスタットの開動作（開弁）温度を高くして冷却水の温度を高く保持することが考えられてきた。
しかし、吸入空気の温度が高い環境下（外気温度が高い環境下）では、ノッキングが発生しやすくなり、ノックキング制御により点火時期が遅角し、トルクの低下が発生する。そのため、同じトルクを発生させるためには、より多くの燃料を消費する必要があり、逆に、燃費の悪化を招くため、冷却水の温度を高く保持することが困難であり、改善が望まれていた。

そこで、この発明は、吸入空気の温度が高い環境下でのエンジンのノッキングを防止する一方、吸入空気の温度が低い環境下での燃費を向上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を提供することを目的とする。

この発明は、エンジンの吸気系へ吸入空気を供給する吸気通路と、前記エンジンのウォータジャケットの冷却水をヒータに循環させるヒータ用冷却水通路と、前記ヒータ用冷却水通路と隣接する位置にて前記ウォータジャケットから分岐してラジエータに冷却水を循環させるラジエータ用冷却水通路と、前記ラジエータ用冷却水通路の入口部を前記エンジンの運転状態に応じて開閉するサーモスタットとを備え、前記サーモスタットは、前記ラジエータ用冷却水通路の前記入口部を遮断するバルブと、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度に応じて膨縮して体積が変化する冷却水用熱膨張体が収納された冷却水用温度感知部と、前記冷却水用温度感知部内に挿入可能であり且つ前記バルブを開閉動作させるように移動するピストン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、前記吸気通路は、前記バルブに対して前記冷却水用温度感知部とは反対側に位置するとともに、前記ラジエータ用冷却水通路の前記入口部と隣接する位置に配置され、前記吸気通路には、吸入空気の温度に応じて膨縮して体積が変化する空気用熱膨張体が収納された空気用温度感知部を配置し、前記冷却水用温度感知部と前記空気用温度感知部とを前記ピストンで連結し、前記吸気通路に流れる吸入空気の温度が設定値よりも高くなった場合に、前記ラジエータ用冷却水通路に流れる冷却水の流量を増加させるように、前記空気用温度感知部の前記空気用熱膨張体の膨張によって前記ピストンを前記冷却水用温度感知部内に挿入するように押圧移動して前記バルブを開動作させることを特徴とする。

この発明は、吸入空気の温度が高い環境下では、冷却水の温度を下げて燃焼室を冷却してエンジンのノッキングを防止する一方、吸入空気の温度が低い環境下では、冷却水の温度を上げてエンジン油の温度の上昇により燃費を高めることができる。

図１はエンジンのサーモスタット装置のシステム構成図である。（実施例）図２は暖機時で吸入空気の温度が低い環境下でのサーモスタット装置の動作を示す図である。（実施例）図３は完暖時で吸入空気の温度が低い環境下でのサーモスタット装置の動作を示す図である。（実施例）図４は完暖時で吸入空気の温度が高い環境下でのサーモスタット装置の動作を示す図である。（実施例）

この発明は、吸入空気の温度が高い環境下でのエンジンのノッキングを防止する一方、吸入空気の温度が低い環境下での燃費を高める目的を、冷却水の温度の狙い値を吸入空気の温度によって可変させて実現するものである。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、車両には、エンジン１と、このエンジン１の前方に配置されたラジエータ２と、ヒータ３とが搭載される。
エンジン１は、シリンダブロック４とシリンダヘッド５とが一体に構成されている。
シリンダブロック４は、内部にブロック側ウォータジャケット６を形成しているとともに、このブロック側ウォータジャケット６に連通するウォータポンプ７を取り付けている。
シリンダヘッド５は、内部にヘッド側ウォータジャケット８を形成しているとともに、吸気系の吸気マニホルド９を取り付けている。
ブロック側ウォータジャケット６とヘッド側ウォータジャケット８とは、それぞれ連通している。
吸気マニホルド９には、スロットルバルブ１０を備えたスロットルボディ１１が取り付けられる。このスロットルボディ１１には、吸気系へ吸入空気を供給する吸気通路１２を形成する吸気管１３が接続している。この吸気管１３の上流側には、エアクリーナ１４が配置されている。吸気通路１２は、エアクリーナ１４側からの吸入空気（図１の矢印Ａで示す）をスロットルボディ１１側へ導くものである。

シリンダヘッド５には、ヘッド側ウォータジャケット８の出口部位で、ラジエータ２側とヒータ３側とに向かう冷却水の流量を制御するサーモスタット装置１５が備えられる。
このサーモスタット装置１５には、ヘッド側ウォータジャケット８の冷却水をヒータ３に循環させるヒータ用冷却水通路１６を形成するヒータ用冷却水管１７と、ヒータ用冷却水通路１６と隣接する位置にてヘッド側ウォータジャケット８から分岐してラジエータ２に冷却水を循環させるラジエータ用冷却水通路１８を形成するラジエータ用冷却水管１９とが接続している。
ヒータ用冷却水通路１６は、サーモスタット装置１５からウォータポンプ７まで延設し、途中にヒータ３を備え、常時、シリンダヘッド５側からの冷却水（図１の矢印Ｗ１で示す）をウォータポンプ７へ供給している。
ラジエータ２は、サーモスタット装置１５からラジエータ用冷却水通路１８を流れた高温の冷却水（図１の矢印Ｗ２で示す）を冷却するとともに、この冷却した冷却水をアウトレット管２０で形成されたアウトレット通路２１からウォータポンプ７へ供給する。

図２に示すように、サーモスタット装置１５は、吸気管１３の途中に介設され且つ吸気通路１２に連通してこの吸気通路１２の一部を構成する吸気側空間２２を形成する吸気側接続部２３と、ヒータ用冷却水管１７に接続してヒータ用冷却水通路１６に連通するヒータ側空間２４を形成するヒータ側接続部２５と、ラジエータ用冷却水管１９に接続してラジエータ用冷却水通路１８に連通するラジエータ側空間２６を形成するラジエータ側接続部２７とを備える。この場合、吸気側接続部２３とヒータ側接続部２５とラジエータ側接続部２７とは、隣接して配置される。
また、サーモスタット装置１５は、ヒータ側接続部２５と対向する位置で且つヒータ側接続部２５の内側端から所定に離れて冷却水導入空間２８を形成する第１縦壁２９を備えるとともに、吸気側接続部２３とヒータ側接続部２５とを連結する第２縦壁３０を備える。

第１縦壁２９の折り曲がった端部２９Ａとラジエータ側接続部２７の段差部２７Ａとの間には、一側取付溝３１が形成される。第２縦壁３０の段差部３０Ａとヒータ側接続部２５の端部２５Ａとの間には、一側取付溝３１と同一位置で他側取付溝３２が形成される。
一側取付溝３１と他側取付溝３２との間では、ヒータ側空間２４とラジエータ側空間２６とを分岐する冷却水分岐部３３を構成し、ラジエータ用冷却水通路１８の入口部３４を形成するとともに、この入口部３４よりもラジエータ側空間２６側で冷却水排出空間３５が形成される。
一側取付溝３１と他側取付溝３２とには、入口部３４に位置して中央部位に開口３６を有するバルブ座体３７が、一側シール材３８と他側シール材３９とで取り付けられる。

サーモスタット装置１５は、入口部３４で、この入口部３４をエンジン１の運転状態に応じて開閉するサーモスタット４０とを備える。
このサーモスタット４０は、入口部３４を遮断するバルブ４１と、ヘッド側ウォータジャケット８を流れる冷却水の温度に応じて膨縮して体積が変化する冷却水用熱膨張体（ワックス）４２が収納された冷却水用温度感知部４３と、この冷却水用温度感知部４３内に挿入可能であり且つバルブ４１を開閉動作させるように移動するピストン４４とを備える。
バルブ４１は、ピストン４４の所定箇所に固定され、このピストン４４の移動（軸方向移動）によってバルブ座体３７の冷却水導入空間２８側の面に当接・離間するものである。
吸気通路１２の一部を構成する吸気側空間２２は、バルブ４１に対して冷却水用温度感知部４３とは反対側に位置するとともに、入口部３４と隣接する位置に配置されている。

また、サーモスタット４０は、吸気側空間２２内に配置され、吸入空気の温度に応じて膨縮して体積が変化する空気用熱膨張体（ワックス）４５が収納された空気用温度感知部４６を備える。
冷却水用温度感知部４３と空気用温度感知部４６とは、ピストン４４で連結される。このピストン４４は、一端が冷却水用温度感知部４３内に挿入可能に配置されるとともに、他端が空気用温度感知部４６内に挿入可能に配置され、冷却水用熱膨張体４２・空気用熱膨張体４５によって軸方向へ移動可能に配置されている。
冷却水用温度感知部４３は、通常の温度感知部よりも高い開動作（開弁）温度に設定されている。
そして、この実施例に係るサーモスタット装置１５においては、吸気通路１２に流れる吸入空気の温度が設定値よりも高くなった場合に、ラジエータ用冷却水通路１８に流れる冷却水の流量を増加させるように、空気用温度感知部４６の空気用熱膨張体４５の膨張によってピストン４４を冷却水用温度感知部４３内に挿入するように押圧移動してバルブ４１を開動作させる構造としている。

次いで、この実施例に係るサーモスタット装置１５の動作を説明する。
図２に示すように、暖機時で、吸入空気の温度が低い場合には、空気用温度感知部４６の空気用熱膨張体４５が膨張せず、ピストン４４が押圧移動しないことから、バルブ４１がバルブ座部３７に当接しており、エンジン１からの冷却水は、ヒータ３側へのみ流れ、ヒータ３を加熱する。これにより、冷却水の温度を所定に高く維持させ、エンジン油の温度を上昇させてエンジン油の粘度を低下させ、また、フリクションを低下させて燃費を向上することができ、さらに、ヒータ３に高い温度の冷却水を供給して、ヒータ性能を向上することができる。
そして、図３に示すように、完暖時で、吸入空気の温度が低い場合には、空気用温度感知部４６の空気用熱膨張体４５が所定に膨張し、ピストン４４が冷却水用温度感知部４３側へ押圧移動し、バルブ４１がバルブ座部３７から所定の距離Ｈ１で離れて開動作し（開弁）、エンジン１からの冷却水は、ヒータ３側へ流れるとともに、一部がラジエータ用冷却水通路１８側へ流れる。この場合、冷却水用温度感知部４３が冷却水の温度を検知して冷却水用熱膨張体４２が伸縮することにより、冷却水の温度を一定に保持することができる。
その後、図４に示すように、完暖時で、吸入空気の温度が高い場合には、空気用温度感知部４６の空気用熱膨張体４５がさらに膨張し、ピストン４４が冷却水用温度感知部４３側へ大きく押圧移動し、バルブ４１がバルブ座部３７から前記距離Ｈ１よりも大きな距離Ｈ２で離れて開動作し（開弁）、ラジエータ用冷却水通路１８側への冷却水の流量がさらに増加する。これにより、上記の吸入空気の温度が低い場合に比べて、冷却水の温度を低く保持することができる。

この結果、この実施例では、吸気通路１２を流れる吸入空気の温度が低い場合に、空気用温度感知部４６の空気用熱膨張体４５が膨張することがなく、空気用温度感知部４６から冷却水用温度感知部４３へ向けてピストン４４が押圧移動しない。つまり、バルブ４１の開閉は、ヒータ用冷却水通路１６を流れる冷却水の温度のみに依存する。
そして、冷却水の温度が高まったところで、冷却水用温度感知部４３の冷却水用熱膨張体４２の熱膨張によって、バルブ４１を開動作して、冷却水をラジエータ用冷却水通路１８へと流れる一方、冷却水の温度が低下したところで、バルブ４１を閉動作して、冷却水がラジエータ用冷却水通路１８へと流れるのを遮断して、冷却水の温度が過剰に上昇しないように、冷却水の温度をバランスがとれたところで一定に保持できる。これにより、エンジン油の温度を上昇させ、エンジン油の粘度を低下させ、また、フリクションの低下を図り、燃費を向上させることができる。
さらに、吸気通路１２を流れる吸入空気の温度が高い場合には、吸入空気の温度によって空気用温度感知部４６の空気用熱膨張体４５が熱膨張して、冷却水用温度感知部４３側へピストン４４を押圧移動してバルブ４１を開動作させ、ヒータ用冷却水通路１６を流れる冷却水の一部をラジエータ側冷却水通路１８へ流して、冷却水の温度を低下させる。これにより、吸気通路１２を流れる吸入空気の温度が高い時に、バルブ４１を開方向に動作させ、冷却水がラジエータ用冷却水通路１８へ流れ易くし、低温な冷却水をエンジン１に流すことができる。従って、エンジン１に供給される吸入空気の温度が高い場合であっても、エンジン１を冷却することができ、吸入空気の温度が高いときに発生し易いノッキングの発生を防止できる。

なお、この発明では、吸入空気の温度を検知して冷却水の温度を制御しているが、外気温度を検知して冷却水の温度を制御することも可能である。これにより、外気温度が吸入空気の温度と相関があることで、吸気通路をラジエータ用冷却水通路に隣接する必要が無いため、レイアウトを簡素にすることができる。

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ラジエータ
３ヒータ
４シリンダブロック
５シリンダヘッド
６ブロック側ウォータジャケット
７ウォータポンプ
８ヘッド側ウォータジャケット
１２吸気通路
１５サーモスタット装置
１６ヒータ用冷却水通路
１８ラジエータ用冷却水通路
２３吸気側空間
２４ヒータ側空間
２６ラジエータ側空間
２８冷却水導入空間
３４入口部
３５冷却水排出空間
３７バルブ座体
４０サーモスタット
４１バルブ
４２冷却水用熱膨張体
４３冷却水用温度感知部
４４ピストン
４５空気用熱膨張体
４６空気用温度感知部

Claims

エンジンの吸気系へ吸入空気を供給する吸気通路と、前記エンジンのウォータジャケットの冷却水をヒータに循環させるヒータ用冷却水通路と、前記ヒータ用冷却水通路と隣接する位置にて前記ウォータジャケットから分岐してラジエータに冷却水を循環させるラジエータ用冷却水通路と、前記ラジエータ用冷却水通路の入口部を前記エンジンの運転状態に応じて開閉するサーモスタットとを備え、前記サーモスタットは、前記ラジエータ用冷却水通路の前記入口部を遮断するバルブと、前記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度に応じて膨縮して体積が変化する冷却水用熱膨張体が収納された冷却水用温度感知部と、前記冷却水用温度感知部内に挿入可能であり且つ前記バルブを開閉動作させるように移動するピストン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、前記吸気通路は、前記バルブに対して前記冷却水用温度感知部とは反対側に位置するとともに、前記ラジエータ用冷却水通路の前記入口部と隣接する位置に配置され、前記吸気通路には、吸入空気の温度に応じて膨縮して体積が変化する空気用熱膨張体が収納された空気用温度感知部を配置し、前記冷却水用温度感知部と前記空気用温度感知部とを前記ピストンで連結し、前記吸気通路に流れる吸入空気の温度が設定値よりも高くなった場合に、前記ラジエータ用冷却水通路に流れる冷却水の流量を増加させるように、前記空気用温度感知部の前記空気用熱膨張体の膨張によって前記ピストンを前記冷却水用温度感知部内に挿入するように押圧移動して前記バルブを開動作させ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。