JP2016138513A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダーヘッドの構造を複雑にすることなく、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路を備えることができるエンジンを提供すること。【解決手段】ウォータージャケット６内の冷却水が、流路切換バルブ７、ラジエター９、ポンプ８およびウォータージャケットの順で循環するラジエター側冷却水循環路４と、ウォータージャケット内の冷却水が、流路切換バルブ、ＥＧＲクーラー１０、ポンプおよびウォータージャケットの順で循環するＥＧＲクーラー側冷却水循環路５とを有し、流路切換バルブは、弁体２２と、サーモケースと、ウォータージャケットから流路切換バルブ７に流れ込む冷却水を、ラジエター側冷却水循環路に流す流出口３３と、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５に流す流出口３４とを有し、流出口は、弁体により開閉可能であり、流出口は、常時開口していることとする。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンに関する。

従来、特許文献１には、エンジンの暖機が終了するまでは、ウォータージャケット内の冷却水をラジエター側冷却水循環路に循環させずにＥＧＲクーラー側冷却水循環路に循環させ、エンジンの暖機が終了した後は、該冷却水をラジエター側冷却水循環路およびＥＧＲクーラー側冷却水循環路にそれぞれ循環させるように構成したエンジンが開示されている。係る構成を有するエンジンにおいては、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路をシリンダーヘッドに設けられる取付口に接続させウォータージャケットに連通させている。

特開２０１３−１１３１６８号公報

上述のように、特許文献１に開示されるエンジンにおいては、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路がシリンダーヘッドに設けられる取付口に接続されている。そのため、シリンダーヘッドに取付口を設ける他、該取付口とウォータージャケットとを連通する流路を設ける必要があり、シリンダーヘッドの構造が複雑になるという問題がある。そこで、本発明は、シリンダーヘッドの構造を複雑にすることなく、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路を備えることができるエンジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のエンジンは、ウォータージャケット内の冷却水が、流路切換バルブ、ラジエター、ポンプおよびウォータージャケットの順で循環するラジエター側冷却水循環路と、ウォータージャケット内の冷却水が、流路切換バルブ、ＥＧＲクーラー、ポンプおよびウォータージャケットの順で循環するＥＧＲクーラー側冷却水循環路とを有し、流路切換バルブは、サーモスタット弁と、サーモケースと、ウォータージャケットから流路切換バルブに流れ込む冷却水を、ラジエター側冷却水循環路に流す第１開口部と、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路に流す第２開口部とを有し、第１開口部は、サーモスタット弁により開閉可能であり、第２開口部は、常時開口していることとする。

また、上述の本発明のエンジンは、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路のＥＧＲクーラーとポンプとの間の流路は、ヒーターの熱交換器を通過することとしてもよい。

また、上述の本発明のエンジンは、サーモスタット弁は、第１開口部を開閉する第１弁と、２開口部の開口量を増減させる第２弁とを有することとしてもよい。

また、上述の本発明のエンジンは、第１弁と第２弁とを同一の取付部材に取り付けることとする。

以上のように、本発明によれば、シリンダーヘッドの構造を複雑にすることなく、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路を備えることができるエンジンを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るエンジンの外観の構成を示す図面である。 図１に示すエンジンの冷却水循環路の構成を示す模式図である。 図１，２に示す流路切換バルブの構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係るエンジンの冷却水循環路の構成を示す模式図である。

以下、本発明のエンジン１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（エンジン１の全体的構成）
図１は、エンジン１の外観の構成を示す図面である。図１は、ファン２が配置される方向を前方とし、エンジン１を側面から観た図である。図２は、エンジン１の冷却水循環路３の構成を示す模式図である。冷却水循環路３は、ラジエター側冷却水循環路４と、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラー側冷却水循環路５とを有する。ラジエター側冷却水循環路４は、主として、エンジン１のシリンダー１Ａを冷却する。ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５は、エンジン１から排出されたＥＧＲガスを冷却する。

図２に示すように、ラジエター側冷却水循環路４およびＥＧＲクーラー側冷却水循環路５は、ウォータージャケット６、流路切換バルブ７およびポンプ８を共通に備える。ラジエター側冷却水循環路４は、流路切換バルブ７とポンプ８との間にラジエター９を有する。なお、図１においては、ファン２の前方に、図示を省略するラジエター９が配置されている。ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５は、流路切換バルブ７とポンプ８との間にＥＧＲクーラー１０を有する。

ウォータージャケット６と流路切換バルブ７との間は、流路１１により連通されている。流路切換バルブ７とラジエター９との間は、流路１２により連通されている。ラジエター９とポンプ８との間は、流路１３により連通されている。また、流路切換バルブ７とＥＧＲクーラー１０との間は、流路１４により連通されている。ＥＧＲクーラー１０とポンプ８との間は、流路１５により連通されている。ポンプ８とウォータージャケット６との間は、流路１６により連通されている。

図１には、流路切換バルブ７およびポンプ８が表されている。また、図１には、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５のうち、ＥＧＲクーラー１０と流路１４と流路１５とが表されている。エンジン１は、図１に示すように、排気マニホールド１７からＥＧＲパイプ１８を介して吸気マニホールド１９に排気ガスの一部がＥＧＲガスとして供給される。ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー１０内を通過している。したがって、ＥＧＲパイプ１８内を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー１０により冷却さる。

流路切換バルブ７は、流路切換バルブ７内を流れる冷却水の温度が所定の温度（たとえば、７０℃）以上になると、流路１１から流路１２への流路を連通させ、該所定の温度に満たない場合には、流路１１から流路１２への流路を閉鎖する。一方、流路切換バルブ７は、流路１４に対しては、流路切換バルブ７内を流れる冷却水の温度に拘わらず、常時、流路１１から流路１４への流路を連通させている。流路切換バルブ７が、流路１１から流路１２への流路を開閉する冷却水の所定温度の７０℃は、エンジン１の暖機が終了したとされる温度の一例である。

ポンプ８は、エンジン１の駆動により回転し、２つの吸水口に対して、１つの排水口を備える構成となっている。つまり、ポンプ８の吸水口には、流路１３および流路１５が接続され、排水口には流路１６が接続されている。したがって、流路１３および流路１５を流れる冷却水は、ポンプ８に流入し、ポンプ８から流路１６を介してウォータージャケット６に流れ込む。

（流路切換バルブ７の構成）
次に、図３を参照しながら流路切換バルブ７の構成を説明する。図３の左欄（Ａ）は、弁体２２が流出口３３を閉鎖している状態を示し、図３の右欄（Ｂ）は、弁体２２が流出口３３を開口している状態を示している。

流路切換バルブ７は、周知の構成のサーモスタット２０およびサーモケース２１を有するものであり、概ね、以下の構成を有する。サーモスタット２０は、サーモスタット弁の第１弁としての弁体２２と、サーモスタット弁の第２弁としての弁体２３と、付勢部材２４と、温感部材２５と、ブラケット２６と、ブラケット２７と、ロッド２８とを有す。温感部材２５は、密閉された円筒容器２５Ａを有する。円筒容器２５Ａ内には、温度により体積が変化するワックス（パラフィンワックス）が充填されている。

サーモケース２１は、サーモケース本体２９と、サーモケース蓋３０とを有する。サーモケース蓋３０は、ボルト３１によりサーモケース本体２９に取り付けられている。サーモケース本体２９は、流路１１および流路１４に接続され、サーモケース蓋３０は、流路１２に接続される。そして、サーモスタット２０が組み込まれたサーモケース２１は、流路１１からサーモケース２１内への流入口３２に対して、サーモケース２１から流路１２への流出口３３および流路１４への流出口３４を有する。

ブラケット２６およびブラケット２７は、サーモケース２１に取り付けられている。ブラケット２６，２７は、ロッド２８の軸方向から観て略長方形を呈している。つまり、ブラケット２６，２７は、図３の紙面の表裏の方向に開口された形状であり、流路１１から流路１２および流路１４に冷却水が流れることができる形状となっている。

ロッド２８の一端（流路１２側）は、ブラケット２６に当接し、流路１２側への移動が規制されている。ロッド２８の他端側は、温感部材２５内に挿入されている。温感部材２５内に挿入されたロッド２８の他端側は、円筒容器２５Ａ内に収納される図示を省略するロッドケース内に収められている。ロッドケースと円筒容器２５Ａとの間はワックスにより充填されている。ロッドケースは、合成ゴム等の弾性体で形成されている。

弁体２２および弁体２３は、ロッド２８の軸に沿う方向に円筒容器２５Ａを挟んで配置され、共に円筒容器２５Ａに対して固定されている。つまり、円筒容器２５Ａは、弁体２２および弁体２３に対して同一の取付部材として機能している。ロッド２８は、弁体２２の中心を貫通し、円筒容器２５Ａ内に挿入されている。弁体２２および温感部材２５は、ロッド２８に対してロッド２８の軸方向に移動可能となっている。

付勢部材２４は、コイルスプリングであり、コイルの巻きの内側に温感部材２５が配置されている。付勢部材２４は、弁体２２とブラケット２７との間に配置され、ブラケット２７に反力を取り弁体２２を流路１２側に付勢している。ブラケット２７には温感部材２５が挿通される孔部が形成されている。温感部材２５は、該孔部内をロッド２８の軸に沿う方向に移動することができる。

上述の構成を有する流路切換バルブ７の流出口３３は、温感部材２５が浸される冷却水の温度に応じて、図３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、弁体２２により開閉される。温感部材２５が浸される冷却水の温度が所定温度に満たない場合には、図３（Ａ）に示すように、弁体２２は、付勢部材２４の付勢力により流出口３３の周囲の弁座３３Ａに当接し流出口３３を閉鎖する。

一方、温感部材２５が浸される冷却水の温度が所定温度以上になった場合には、温感部材２５内のワックスが膨張し、弾性体で形成されたロッドケースが圧縮され、ロッドケース内に収められているロッド２８を流路１２側に押し出そうとする。しかしながら、ロッド２８の一端はブラケット２６により移動が規制されている。そのため、温感部材２５自体が付勢部材２４の付勢力に抗して、流路１４側に移動する。つまり、温感部材２５と一体の弁体２２が、弁座３３Ａから離間する方向、すなわち流出口３４の方向に移動し、流出口３３が開口する。

温感部材２５が流出口３４の方向に移動すると弁体２３も、流出口３４の側に移動する。流出口３４は、弁体２３が流出口３４の方向に移動しても、弁体２３により閉鎖されない形状および位置に形成されている。したがって、流出口３４は、弁体２３の位置に拘わらず常時開口状態である。

（冷却水循環路３の動作）
次に、冷却水循環路３の動作について説明する。冷却水が所定温度（エンジン１の暖機が終了したとされる温度であり、たとえば、７０度）に満たない場合は、図３（Ａ）に示すように、流出口３３は弁体２２により閉鎖される一方で、流出口３４は開口されている。したがって、冷却水が所定温度に満たない場合は、ラジエター側冷却水循環路４は、弁体２２により閉鎖される。そのため、冷却水は、ラジエター９に流れず、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５に流れる。つまり、ウォータージャケット６およびＥＧＲクーラー側冷却水循環路５内の冷却水は、ポンプ８により、ウォータージャケット６からＥＧＲクーラー側冷却水循環路５、そしてウォータージャケット６へと循環する。

ＥＧＲパイプ１８内を流れるＥＧＲガスと、ＥＧＲクーラー１０内を流れる冷却水とは、ＥＧＲクーラー１０を介して熱交換を行う。したがって、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５を流れる冷却水は、ＥＧＲクーラー１０を流れる際に加温される。これにより、エンジン１の始動直後の暖機の温度に到達しない冷却水の温度上昇速度を上げることができる。

冷却水が所定の温度以上である場合は、図３（Ｂ）に示すように、流出口３３および流出口３４は開口され、流路１１から流路切換バルブ７内に流れ込んだ冷却水は、ラジエター側冷却水循環路４およびＥＧＲクーラー側冷却水循環路５にそれぞれ流れる。ラジエター側冷却水循環路４に流れる冷却水は、ラジエター９で外気との間で熱交換を行い冷却されウォータージャケット６に流れ、エンジン１を冷却する。ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５に流れる冷却水は、ＥＧＲクーラー１０でＥＧＲガスとの間で熱交換を行い、ＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲガスが冷却されることで、ＮＯＸ（窒素酸化物）の発生が抑えられる。

流路切換バルブ７に備えられる弁体２３は、温感部材２５が流出口３４側に移動したときに、温感部材２５と共に流出口３４側に移動する。弁体２３が、図３（Ａ）に示す位置（弁体２２が流出口３３を閉鎖している位置）から図３（Ｂ）に示す流出口３４側に移動した位置に移動すると、弁体２３が流出口３４を狭めるため、流出口３４から流路１４に流れ出る冷却水の量が減る。つまり、弁体２３を備える流路切換バルブ７は、弁体２３の位置を変えることで流出口３４から流路１４に流れ出る冷却水の量を制御することができる。

流路切換バルブ７から流路１４に流出する冷却水の水量が少なすぎる場合は、ＥＧＲガスの冷却が不十分になり易い。また、流路切換バルブ７から流路１２に流出する冷却水の水量が少なすぎる場合は、ウォータージャケット６内の水温が上昇し過ぎて、エンジン１のシリンダー内の燃焼効率が低下し易い。つまり、温感部材２５が流出口３４側に移動し、流出口３３が開口される場合には、流路切換バルブ７から流出口３３および流出口３４に流出する冷却水の水量を適切に設定する必要がある。

流路切換バルブ７は、流出口３４側に移動された状態における弁体２３の流出口３４に対する大きさおよび配置等を設定することで、流路切換バルブ７から流出口３３および流出口３４に流出する冷却水の水量を設定することができる。したがって、流路切換バルブ７の弁体２３は、流出口３４側に移動された状態で、流路切換バルブ７から流出口３３および流出口３４に流出する冷却水の水量が適切になるように、弁体２３の流出口３４に対する大きさおよび配置等が設定されている。

（本実施の形態の主な効果）
エンジン１は、ラジエター側冷却水循環路４と、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５とを有する。ラジエター側冷却水循環路４は、ウォータージャケット６内の冷却水を、流路切換バルブ７、ラジエター９、ポンプ８およびウォータージャケット６の順で循環させることができる。ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５は、ウォータージャケット６内の冷却水を、流路切換バルブ７、ＥＧＲクーラー１０、ポンプ８およびウォータージャケット６の順で循環させることができる。流路切換バルブ７は、サーモスタット弁としての弁体２２と、サーモケース２１と、ウォータージャケット６から流路切換バルブ７に流れ込む冷却水をラジエター側冷却水循環路４に流す第１開口部としての流出口３３と、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５に流す第２開口部としての流出口３４とを有する。そして、流路切換バルブ７の流出口３３は、弁体２２により開閉可能であり、流出口３４は、常時開口している。

上述の構成を有するエンジン１は、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５のウォータージャケット６からの取水を、ラジエター側冷却水循環路４と共通の流路切換バルブ７から行っている。この構成によれば、シリンダーヘッドにＥＧＲクーラー側冷却水循環路５専用の取付口を設けるという従来技術の欄で説明した構成に比べて、シリンダーヘッドの構造を複雑にすることなく、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５を備えることができる。

流路切換バルブ７は、流出口３３を開閉する弁体２２に加え、流出口３４の開口量を増減できる弁体２３を有している。そのため、流出口３４側に移動された状態における弁体２３の流出口３４に対する大きさおよび配置等を設定することで、流路切換バルブ７から流出口３３および流出口３４に流出する冷却水の水量を制御することができる。したがって、流路切換バルブ７は、弁体２３が流出口３４側に移動されているときに、流路切換バルブ７から流出口３３および流出口３４に流出する冷却水の水量を適切に制御することができる。

なお、流路切換バルブ７は、弁体２３を有しない構成であってもよい。弁体２３を有しない場合であっても、前述したように、シリンダーヘッドにＥＧＲクーラー側冷却水循環路５の専用の取付口を設ける従来の構成に比べて、シリンダーヘッドの構造を複雑にすることなく、ＥＧＲクーラー側冷却水循環路５を備えることができる。しかしながら、弁体２３を備えることで、流路切換バルブ７から流出口３３および流出口３４に流出する冷却水の水量を制御することが可能となる。

第１弁２２と第２弁２３とは、同一の取付部材として円筒容器２５Ａに取り付けられている。第１弁２２および第２弁２３を共に同一の取付部材である円筒容器２５Ａに取り付けることで、部品点数の増加を抑えながら流出口３３の開閉および流出口３４の開口量の調整との２つの制御を行うことができる。たとえば、温感部材２５（円筒容器２５Ａ）のロッド２８の軸方向の長さを変え弁体２２と弁体２３との間隔を変えたり、あるいは温感部材２５のロッド２８の軸方向への移動量を変えることにより、温感部材２５が流出口３３側に移動したときの弁体２２の流出口３３に対する配置、あるいは温感部材２５が流出口３４側に移動したときの弁体２３の流出口３４に対する配置を変えることができる。これにより、流路切換バルブ７から流出口３３および流出口３４に流出する冷却水の水量を設定することができる。

（本発明の他の実施の形態）
エンジン１は、図４に示すように、ＥＧＲクーラー１０とポンプ８との間の流路１５にヒーターの熱交換器３５を備える構成としてもよい。エンジン１を係る構成とした場合には、ヒーターの温度上昇速度を上げることができる。ヒーターの熱交換器をラジエター側冷却水循環路４に備える構成は周知である。しかしながら、係る構成の場合、エンジン１が暖まりウォータージャケット６内の冷却水が暖まらないとヒーターの温度も上がらない。これに対し、高温のＥＧＲガスと熱交換を行うＥＧＲクーラー１０を流れた後の冷却水の温度は、ラジエター側冷却水循環路４を流れる冷却水の温度よりも温度上昇速度が高い。したがって、ヒーターの熱交換器をラジエター側冷却水循環路４に備える構成に比べて、ヒーターの熱交換器３５を流路１５に備える構成の方が、ヒーターの温度上昇速度を上げることができる。

なお、流路１５には熱交換器３５をバイパスするバイパス流路３６と、弁体３７が備えられている。弁体３７により、流路１５を流れる冷却水を熱交換器３５に流す場合と、熱交換器３５に流さずバイパス流路３６にバイパスさせる場合とを選択できる。

１ … エンジン
４ … ラジエター側冷却水循環路
５ … ＥＧＲクーラー側冷却水循環路
６ … ウォータージャケット
７ … 流路切換バルブ
８ … ポンプ
９ … ラジエター
１０ … ＥＧＲクーラー
２１ … サーモケース
２２ … 弁体（サーモスタット弁，第１弁）
２３ … 弁体（サーモスタット弁，第２弁）
２５Ａ … 円筒容器（取付部材）
３３ … 流出口（第１開口部）
３４ … 流出口（第２開口部）
３５ … ヒーターの熱交換器

Claims (4)

1. ウォータージャケット内の冷却水が、流路切換バルブ、ラジエター、ポンプおよび前記ウォータージャケットの順で循環するラジエター側冷却水循環路と、
   前記ウォータージャケット内の前記冷却水が、前記流路切換バルブ、ＥＧＲクーラー、前記ポンプおよび前記ウォータージャケットの順で循環するＥＧＲクーラー側冷却水循環路と、
   を有し、
   前記流路切換バルブは、
   サーモスタット弁と、サーモケースと、前記ウォータージャケットから前記流路切換バルブに流れ込む前記冷却水を、前記ラジエター側冷却水循環路に流す第１開口部と、前記ＥＧＲクーラー側冷却水循環路に流す第２開口部とを有し、
   前記第１開口部は、前記サーモスタット弁により開閉可能であり、
   前記第２開口部は、常時開口している、
   ことを特徴とするエンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンにおいて、
   前記ＥＧＲクーラー側冷却水循環路の前記ＥＧＲクーラーと前記ポンプとの間の流路は、ヒーターの熱交換器を通過する、
   ことを特徴とするエンジン。
3. 請求項１または２に記載のエンジンにおいて、
   前記サーモスタット弁は、前記第１開口部を開閉する第１弁と、前記第２開口部の開口量を増減させる第２弁とを有する、
   ことを特徴とするエンジン。
4. 請求項３に記載のエンジンにおいて、
   前記第１弁と前記第２弁とは、同一の取付部材に取り付けられている、
   ことを特徴とするエンジン。

Images