JP2016008587A

JP2016008587A - 車両用内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP2016008587A
Application number: JP2014131235A
Authority: JP
Inventors: 吉田　和久; Kazuhisa Yoshida; 和久吉田; 日出夫山路; Hideo Yamaji; 渉三百田; Wataru Mimoda
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-01-18

Abstract

【課題】車両用内燃機関において、暖房性能と早期暖気とに優れた冷却装置を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド４には、メイン出口９とラジエータ送り出口１０とヒータ送り出口１１とを設けている。暖機運転時で冷却水がヒータ機能を発揮しない第１温度域では、冷却水その全量がメイン戻り通路１３に戻る。このため、機関の早期暖気を実現できる。冷却水がヒータとして機能し得る第２温度域に昇温したら、冷却水の全量をヒータ通路１８，２０に流す。これにより、車内の暖房を的確に行える。
【選択図】図２

Description

本願発明は、車両用内燃機関の冷却装置に関するものである。

車両用の内燃機関は一般に水冷式（液冷式）になっており、シリンダブロック及びシリンダヘッドに冷却水ジャケットを経由して高温になった冷却水（冷却液）は、ラジエータで冷却される。また、車両の暖房は冷却水で行っており、シリンダヘッドを経由した冷却水をヒータコアに流している。

そして、特許文献１には、シリンダブロックとシリンダヘッドとを別々に冷却できるようにした２系統冷却方式において、暖機時には冷却水がシリンダヘッドとヒータコアのみを循環して、暖機終了後は、シリンダヘッドを経由した冷却水はラジエータにも流れて、ラジエータで冷却された冷却水とヒータコアから戻った冷却水は、シリンダヘッドとシリンダブロックとに分かれて圧送され、シリンダブロックに向かう冷却水がＥＧＲクーラを通過する構成が開示されている。

特開２０１２−１６７６１３号公報

さて、上記のとおり車内の暖房は冷却水によって行われるが、冷却水の温度が非常に低い場合は、冷却水をヒータコアに通しても温風は発生せず、搭乗者に却って寒い思いをさせてしまう。このため、特許文献１のように、温度域に関係なく暖機運転時に冷却水の全量をヒータコアに流すと、早期暖機を阻害することになり兼ねない。

更に述べると、機関本体はエンジンルームに配置されているのに対して、ヒータコアは車内の前部のダッシュボードの箇所に配置しており、このためヒータ通路は長い配管になっているが、冷却水の熱は配管（ヒータ通路）を通る過程でも放熱されるため、熱が無駄に放散されて、早期暖機が阻害されるのである。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明の冷却装置は、請求項１のとおり、機関本体を経由した冷却水が流れるラジエータ通路及びヒータ通路並びにメイン戻り通路を備えており、前記ラジエータ通路にはラジエータを設けて、ヒータ通路には車内暖房用のヒータコアを設けており、前記ラジエータ通路を流れた冷却水とヒータ通路を流れた冷却水は、前記メイン戻り通路を経てウォータポンプに戻される、という基本構成になっている。

そして、冷却水温度が予め設定した第１温度領域では、前記機関本体ら出た冷却水は、前記メイン戻り通路に流れてラジエータ及びヒータに流れず、冷却水温度が前記第１温度領域よりも高い第２温度領域では、前記機関本体から出た冷却水は、前記ヒータを経由してメイン戻り通路に流れてラジエータ通路には流れないように設定されている。

温度領域の違いによる流れの制御は、サーモ弁で通路を開閉することで行える。この場合、サーモ弁は、感熱性の部材を使用して自動的に開閉する構成でもよいし、温度センサに基づいて制御される電磁弁であってもよい。

本願発明は請求項２の構成も含んでいる。この請求項２の発明は、請求項１において、前記機関本体を構成するシリンダヘッドの一端部に、その内部に設けたヘッドジャケットに連通する共に前記メイン戻り通路が接続されたサーモ室を一体的に又は後付けで設けている。

なお、本願発明において冷却水が流れる・流れないとは、全量が流れたり流れなかったりする場合と、大部分が流れたり流れなかったりする場合との両方を含んでいる。従って、第１温度領域において、少量の冷却水がヒータコアにラジエータ通路に流入することや、第２温度領域において、少量の冷却水がラジエータ通路に流れたり、少量の冷却水が機関本体からメイン戻り通路にダイレクトに流れたりすることを排除するものではない。また、第１温度領域において、一部の冷却水がヒータコアに流れるように流量を調節することも可能である。

本願発明において、第１温度領域では、冷却水はヒータコア及びラジエータに流れずに機関本体のみを循環する。このため、冷却水全体の早期昇温と機関の早期暖機を実現できる。従って、第１温度領域を、冷却水がヒータコアに通ってもヒータ機能を殆ど発揮しない温度域としておくことにより、機関本体で発生した熱を有効理由して早期暖機を実現できる。

更に述べると、第１温度領域では、機関本体とヒータコアとを繋ぐヒータ通路の流れがないため、ヒータ通路からの放熱は無くなり、これにより、無駄な放熱を防止して早期暖機に貢献できるのである。

第２温度領域では、冷却水はヒータコアにも流れる。従って、暖機運転時でも、冷却水が、ヒータコアに通すことで暖房機能を発揮する程度に昇温したら、第２温度領域とすることで、車内の暖房を行うことができる。このように、暖機運転時において、冷却水がヒータコアに流れる状態と流れない状態とに冷却水温度によって切り換えることにより、早期暖機とユーザーフレンドリー性とを両立できるである。

請求項２の構成を採用すると、シリンダヘッドのヘッドジャケットから排出された冷却水は直ちにメイン戻り通路に戻るため、冷却水の熱が無駄に放熱されることがない。このため、早期暖機に一層貢献できる。

実施形態の回路図であり、暖機終了後の流れ状態を示している。実施形態の回路図であり、第１温度領域の流れ状態を示している。実施形態の回路図であり、第２温度領域の流れ状態を示している。実施形態の回路図であり、第３温度領域の流れ状態を示している。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の内燃機関は３気筒であり、シンリダブロック１には３つの気筒２がクランク軸線方向に形成されており、気筒列の周囲には、冷却水が通るブロックジャケット３が形成されている。

他方、シンリダブロック１に重なったシリンダヘッド４には、気筒２に対応した３つの空所（燃焼室）５が形成されていると共に、面的な広がりを持つヘッドジャケット５が形成されている。ヘッドジャケット５は全体に広がるように表示しているが、これは便宜的な表示であり、実際には複雑に入り組んだ形状になっている。

本実施形態では、シンリダブロック１における排気側の側面部のうち気筒列の一端部にウォータポンプ７を配置しており、冷却水は、ウォータポンプ７から、ブロックジャケット３のうち排気側の部分の端部に供給される。また、ブロックジャケット３とヘッドジャケット６とは、吸気側でかつウォータポンプ７に寄った一端部において上下方向の連通路７で連通しており、ヘッドジャケット６に流入した冷却水は、ヘッドジャケット６を他端６ａの方向に流れていく。

ヘッドジャケット６の他端部６ａには、メイン出口９と、ラジエータ送り出口１０と、ヒータ送り出口１１との３つの出口が開口している。メイン出口９には、第１サーモ弁１２を介してメイン戻り通路１３の始端が接続されており、メイン戻り通路１３の終端はウォータポンプ７の吸引口に接続されている。

ラジエータ送り出口１０にはラジエータ送り管１４の始端が接続されており、ラジエータ送り管１４の始端はラジエータ１５のアッパータンクに接続されている。ラジエータ１５のロアタンクにはラジエータ戻り管１６の始端が接続されており、ラジエータ戻り管１６の終端は、第２サーモ弁１７を介して、メイン戻り通路１３のうち第１サーモ弁１２より下流側の部位に接続されている。ラジエータ送り管１４とラジエータ戻り管１６とにより、請求項に記載したラジエータ通路が構成されている。

ヒータ送り出口１０にはヒータ送り管１８の始端が接続されており、ヒータ送り管１８の終端は、ヒータコア１９の入口ポートに接続されている。ヒータコア１９の出口ポートにはヒータ戻り管２０の始端が接続されており、ヒータ戻り管２０の終端は、第１サーモ弁１１に接続されている。

ヒータ送り管１８の途中にはＥＧＲクーラ２１が介在している（ＥＧＲクーラ２１は、シリンダヘッド２に内蔵してもよい。）。また、ヒータ送り管１８のうちＥＧＲクーラ２１よりも下流側の部分とヒータ戻り管２０とはバイパス通路２２で接続されており、バイパス通路２２の途中にＣＶＴウォーマ２３を介在させている。更に、バイパス通路２２のうちＣＶＴウォーマ２３よりも上流側の部位に、第３サーモ弁２４を設けている。ヒータ送り管１８とヒータ戻り管２０とにより、請求項に記載したヒータ通路が構成されている。

本実施形態では、冷却水の流れの制御手段（或いは切り換え手段）として３つのサーモ弁１２，１７，２４を使用しているが、第１サーモ弁１２は、温度域により、冷却水をメイン戻り通路１３のみに流す態様と、冷却水をメイン戻り通路１３には流さずにメイン戻り通路１３とヒータ戻り管路２０とを連通させる態様とに切り替えることができる。従って、図１（Ｂ）に示すように、一方の弁１２ａと他方の弁１２ｂとを複合させた形態になっている。一方開とは、一方の弁１２ａのみを開いて他方の弁１２ｂは閉じた状態をいい、他方開とは、他方の弁１２ａのみを開いて一方の弁１２ｂは閉じた状態をいう。

第２サーモ弁１７は、従来のラジエータ用サーモ弁と同じであり、冷却水が所定の温度に達すると開き始める。この第２サーモ弁１７も、図１（Ａ）ではメイン戻り通路１３と一体に繋がった状態に表示しているが、図１（Ｂ）に示す態様と実体は同じである。

図１（Ａ）に点線で示すように、メイン出口９とラジエータ送り出口１０と第１及び第２のサーモ弁１２，１７は、１つの制御部（制御ユニット）２５に纏めて、制御部２５に内蔵したサーモ室において、メイン出口９とメイン戻り通路１３とを連通させると共に、サーモ室に第１サーモ弁１２（及び第２サーモ弁１７）を配置することも可能である。更に、ヒータ送り出口１１を制御部２５に纏めてもよい。

(2).制御態様
次に、実施形態の冷却装置の制御態様を説明する。本実施形態の冷却装置は、暖機運転時に、冷却水の温度領域を第１〜第３の３つの領域に分けて、これらの温度域に応じて制御している。請求項との関係では、本実施形態の第１温度領域は請求項の第１温度領域と一致しているが、実施形態の第２温度領域と第３温度領域とを総合した領域が、請求項の第２温度領域に相当する。各図において、実線は冷却水が実際に流れている状態を示して、点線は、冷却水が全く又は殆ど流れていない状態を示している。

第１温度域は、例えば冷却水温度が７０℃未満のように非常に低い状態であり、この状態では、図２に示すように、第１サーモ弁１２は、メイン出口９とメイン戻り通路１３とを連通させる状態の一方開の状態であり、ヒータ送り管路２０とメイン戻り通路１３との連通は遮断されている。また、第２及び第３のサーモ弁１７，２４は閉じている。従って、冷却水は、ブロックジャケット３とヘッドジャケット６とメイン戻り通路１３だけを循環し、ＥＧＲクーラ２１、ヒータコア１９、ＣＶＴウォーマ２３、ラジエータ１５には、全く又は殆ど流れない。

従って、冷却水は放熱することなくシンリダブロック１及びシリンダヘッド２で集中的に受熱し、冷却水全体の早期昇温が図られる。この状態では車内の暖房は効いていないが、この程度の水温であると、仮にヒータコア１９に冷却水を流しても殆どヒータとして機能しないので、冷却水をヘッドジャケット６からメイン戻り通路１３のみに戻して早期昇温を図ることの方が、合理的であると云える（ヒータ通路１８，２０は長いため放熱量も大きいが、冷却水はヒータ通路１８，２０を流れないため、第１温度領域において放熱は殆どなくて、早期暖気を実現できる。）。

第２温度域は、冷却水温度が例えば７０〜７５℃の領域であり、この領域では、図３に示すように、第１サーモ弁１２は、メイン出口９とメイン戻り通路１３との連通は遮断して、ヒータ戻り管路２０とメイン戻り通路１３とを連通させる状態になっている。第２サーモ弁１７及び第３サーモ弁２４は閉じている。

この第２温度域では、ヘッドジャケット６を通過した冷却水は、その全量がＥＧＲクーラ２１とヒータコア１９とを流れるが、ヒータコア１９にはＥＧＲクーラ２１で加温された冷却水が流れるため、ヒータの立ち上がりがよくて暖房性能に優れている。

なお、第１サーモ弁１２（及び他のサーモ弁）の開閉の態様としては、所定温度に達したら全開又は全閉になる構成でもよい、温度に応じて徐々に開度・閉度が変化する構成でもよい。熱膨張する感熱ワックスを使用したサーモ弁の場合は、冷却水温度に応じて開度が変化すると云える。また、ＥＧＲクーラ２１で加温された冷却水は第３サーモ弁２４に至るが、第３サーモ弁２４は、第２温度域では開かないように設定されている。

機関のコールドスタート時にはＥＧＲガスが吸気系に還流していない場合も多いが、冷却水温度が第２温度領域に至る頃には、吸気系へのＥＧＲガスの還流も始まっていることが多いので、第２温度領域では、ＥＧＲクーラ２１を介して排気ガスで冷却水を的確に加温できると云える。

第３温度域は、例えば７６℃以上〜８０℃未満の領域であり、この状態では、図４に示すように、第１サーモ弁２はヒータ戻り管路２０とメイン戻り通路１３とを連通させる他方開状態であり、第３サーモ弁２４は開いている。第２サーモ弁１７は閉じている。従って、冷却水の全量がヒータ送り管１８に流れて、ＥＧＲクーラ２１を経由して加温された冷却水は、ＣＶＴウォーマ２３にも流れる。これにより、ＣＶＴの作動油を加温して伝動効率を高めることができ、結果として、燃費を向上できる。

第３サーモ弁２４を開くと、ヒータコア１９に流れる冷却水の水量は第２領域の場合よりも減少するが、冷却水温度は第２領域の場合より高くなっているため、ヒータコア１９に供給される熱量の減少は防止できる。すなわち、水量の低下を温度上昇によってカバーできるのである。

冷却水温度が８０℃以上になると暖機運転は終了し、第１サーモ弁１２は他方開状態になって、第２及び第３のサーモ弁１７，２４は開く。従って、ヘッドジャケットを経由した冷却水のうち一部はヒータ送り管１８に流入して、他の一部はラジエータ１５に流入し、両者は合わせてメイン戻り通路１３からウォータポンプ６に戻される。

このように、暖機運転時の冷却水の流れの制御を、温度域に応じて３段階にきめ細かく切り換えることができる。これにより、暖機運転時における車内の暖房とＣＶＴ作動油の加温とを適切に行うことができる。また、暖機終了後はヒータ送り管１８に向かう流量が低下するが、ヒータコア１９及びＣＶＴウォーマ２３に向かう冷却水はＥＧＲクーラ２１で加温されるため、ヒータコア１９及びＣＶＴウォーマ２３に必要な熱量を確保することができる。

各サーモ弁１２，１７，２４のうちの全部又は一部を、温度センサによって開閉制御される電磁ソレノイド方式とすることも可能である。また、本願発明は、ブロックジャケットとヘッドジャケットとを別系統として冷却水を供給する２系統方式にも適用できる。実施形態のように温度領域で流れを制御する場合、その温度の数値は、様々な要因を勘案して任意に前提できる。

また、ＣＶＴウォーマ２３及び第３サーモ弁２４を設けずに、２つの温度域に分けて制御することも可能である。ＥＧＲクーラを備えている場合、第１温度領域において、冷却水の全量又は一部がＥＧＲクーラを経由してメイン戻り通路に戻る構成とすることも可能である（ＥＧＲクーラ２１をシリンダヘッド４に内蔵していると、配管での放熱がないため、特に好ましい。）。

本願発明は、車両用内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シンリダブロック
３ブロックジャケット
４シリンダヘッド
６ヘッドジャケット
７ウォータポンプ
９メイン出口
１０ラジエータ送り出口
１１ヒータ送り出口
１２第１サーモ弁
１３メイン戻り通路
１４，１６ラジエータ通路
１８，２０ヒータ通路
２１ＥＧＲクーラ
２２バイパス通路
２３ＣＶＴウォーマ
２４第３サーモ弁

Claims

機関本体を経由した冷却水が流れるラジエータ通路及びヒータ通路並びにメイン戻り通路を備えており、
前記ラジエータ通路にはラジエータを設けて、ヒータ通路には車内暖房用のヒータコアを設けており、前記ラジエータ通路を流れた冷却水とヒータ通路を流れた冷却水は、前記メイン戻り通路を経てウォータポンプに戻される構成であって、
冷却水温度が予め設定した第１温度領域では、前記機関本体ら出た冷却水は、前記メイン戻り通路に流れてラジエータ及びヒータに流れず、冷却水温度が前記第１温度領域よりも高い第２温度領域では、前記機関本体から出た冷却水は、前記ヒータを経由してメイン戻り通路に流れてラジエータ通路には流れないように設定されている、
車両用内燃機関の冷却装置。
前記機関本体を構成するシリンダヘッドの一端部に、その内部に設けたヘッドジャケットに連通する共に前記メイン戻り通路が接続されたサーモ室を一体的に又は後付けで設けている、
請求項１に記載した車両用内燃機関の冷却装置。