JP2016008588A

JP2016008588A - 車両用内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP2016008588A
Application number: JP2014131236A
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】車内の暖房性能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とを設けており、暖機運転時で冷却水が所定温度になっている状態では、冷却水は、その全量がＥＧＲクーラ２１を経由してヒータコア１９に流れる。冷却水はＥＧＲクーラ２１を通過する過程で排気ガスで加温されるため、暖機運転時においてもヒータコアの熱交換性能が高くて、暖房の立ち上がりが早い。ラジエータ１５が作動している状態ではヒータコア１９への流量は低下するが、ＥＧＲクーラ２１で加温されることにより、必要な熱量を確保できる。ＣＶＴウォーマ２３にも加温された冷却水を供給できるため、ＣＶＴの伝動効率を高めて燃費の向上に貢献できる。
【選択図】図３

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。更に、近年の車両用内燃機関では、排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ装置を設けていることが多く、この場合は、充填効率を上げるためにＥＧＲガスをＥＧＲクーラで冷却することも行われている。

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、外気温度が低い状態では、ヒータはできるだけ早く立ち上がらせるのが望ましく、かつ、ヒータコアに流れる冷却水の温度はできるだけ高温に維持するのが好ましい。しかし、特許文献１のように、単にシリンダヘッドを経由した冷却水をヒータコアに流すだけの構成では、ヒータの立ち上がりが遅いという問題がある。

また、冷却水がラジエータに流れて冷却水の冷却水が行われると、冷却水の温度は例えば８０℃程度で安定してしまいやすいため、暖機運転が終了しているにもかかわらず、ヒータの効きが悪いという現象が生じるおそれがある（冷却水がラジエータに流れると、ヒータコアに向かう冷却水の量が減少するため、ヒータコアに対する熱量が低下してしまうおそれもある。）。

他方、特許文献１では、ＥＧＲクーラを経由した冷却水がシリンダブロックに流入するが、ＥＧＲクーラは高温の排気ガスが通過することから、ＥＧＲクーラで冷却水が加温されるため、シリンダブロックの冷却性が悪化するおそれもある。

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。

本願発明は、請求項１のとおり、シリンダヘッドに設けたヘッドジャケットに接続されたラジエータ通路及びヒータ通路を備えており、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経由した冷却水とヒータ通路を経由した冷却水はウォータポンプに戻される構成であって、前記ヒータ通路のうちヒータコアよりも上流側の部位にＥＧＲクーラを設けている。

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、前記ヒータ通路に、前記ＥＧＲクーラとヒータコアとの間の部分からヒータコアの下流側に冷却水が流れるバイパス通路を設け、前記バイパス通路にＣＶＴウォーマを設けている。

更に、本願発明は請求項３の構成も含んでおり、この請求項３の発明は、請求項２において、前記バイパス通路のうちＣＶＴウォーマよりも上流側の部位に、冷却水の温度が設定値を超えると開くサーモ弁（サーモスタット）を設けている。

本願発明では、ヒータコアに至る冷却水がＥＧＲクーラにおいて高温の排気ガスで加温されるため、ヒータの立ち上がりを早くして、低温下においても車内を早期に暖房することができる。また、ラジエータが作動している状態でもヒータコアに向かう冷却水は高温に維持されるため、暖機運転終了後においてヒータコアに流れる水量が減少しても、高いヒータ性能を維持することができる。

さて、車両用のＣＶＴ（無段変速機）は作動油を使用しており、作動油の温度が低いと伝動効率が悪化して燃費が悪化する。そこで、ＣＶＴウォーマを設けて、シリンダヘッドを経由した冷却水で作動油を加温することが行われている。この場合、シリンダヘッドから専用のパイプを引き出すことも可能であるが、この場合は、ヒータの場合と同様に、作動油を早期に昇温させ難いと共に、ラジエータ作動後の昇温性能もよくないおそれがある。

これに対して本願請求項２の発明では、ＣＶＴウォーマに排気ガスで加温された冷却水が流入するため、作動油を早期に昇温させて燃費の向上に貢献できる。また、ＣＶＴウォーマとヒータコアとを直列に配置すると、冷却水が一方で放熱されてから他方に流れるため、他方の装置の性能が悪化してしまうおそれがあるが、本願請求項２では、ＣＶＴウォーマとヒータコアとは並列配置されていて、ＥＧＲクーラで加温された冷却水は分岐してＣＶＴウォーマとヒータコアとに流れるため、ＣＶＴウォーマ及びヒータとも高い性能を確保できる利点がある。

ヒータ通路を流れる冷却水の水温がさほど高くない場合、暖機運転時にヒータコアとＣＶＴウォーマとの両方に必要な熱量を供給し難い場合がある。従って、どちらかを優先して使用せざるを得ない。この場合、ＣＶＴウォーマが機能を発揮しなくても車内の環境には影響はないが、ヒータが効かないと搭乗者に不快感を与えるおそれがある。従って、請求項３の構成として、所定温度になるまではヒータを優先して使用することで、ユーザーフレンドリー性を向上できる。

そして、冷却水温度が所定値まで昇温してサーモ弁を開くと、ＣＶＴウォーマにも冷却水が流れてヒータコアへの冷却水の供給量は低下するが、冷却水は昇温していて暖房に必要な熱量は確保できるため、ヒータとＣＶＴウォーマとの両方を高い性能に維持することができる。

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。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。また、第３サーモ弁２４が請求項に記載したサーモ弁に相当する。

本実施形態では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に纏めることも可能である。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。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、冷却水が殆ど又は全く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には流れない。

従って、冷却水は放熱されることなく集中的に受熱し、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。

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し、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領域の場合によりも減少するが、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度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に向かう流量は低下するが、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、その温度の範囲に様々な要因を勘案して任意に前提できる。また、２つの温度域に分けて制御することも可能である。

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（請求項のサーモ弁）

Claims

シリンダヘッドに設けたヘッドジャケットに接続されたラジエータ通路及びヒータ通路を備えており、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経由した冷却水とヒータ通路を経由した冷却水はウォータポンプに戻される構成であって、
前記ヒータ通路のうちヒータコアよりも上流側の部位にＥＧＲクーラを設けている、
車両用内燃機関の冷却装置。
前記ヒータ通路に、前記ＥＧＲクーラとヒータコアとの間の部分からヒータコアの下流側に冷却水が流れるバイパス通路を設け、前記バイパス通路にＣＶＴウォーマを設けている、
請求項１に記載した車両用内燃機関の冷却装置。
前記バイパス通路のうちＣＶＴウォーマよりも上流側の部位に、冷却水の温度が設定値を超えると開くサーモ弁を設けている、
請求項２に記載した車両用内燃機関の冷却装置。