JP2017066944A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関内の冷却水の通路である内部通路の出口から流出した冷却水は、直結通路44を介してオイルウォーマに流入する。直結通路44には、サーモスタット60が設けられており、サーモスタット60には、互いに仕切られた第1ワックスW1および第2ワックスW2が設けられている。第1ワックスW1および第2ワックスW2が固体である場合、弁体64がバルブシート部68に着座しサーモスタット60が閉弁状態となる。サーモスタット60の開弁量は、第1ワックスW1および第2ワックスW2の膨張量に応じて定まる。第1ワックスW1の融点である第1温度Tth1は、第2ワックスW2の融点よりも低くなっている。
【選択図】図5
Description
1.内燃機関の冷却装置は、内燃機関の冷却水と変速装置の潤滑油との熱交換をさせるオイルウォーマと、内燃機関の内部における前記冷却水の通路である内部通路の出口から流出した冷却水を前記内部通路の入口に流入させる通路であって且つ、途中に前記オイルウォーマが接続されるウォーマ用通路と、前記内部通路および前記ウォーマ用通路の前記冷却水を流動させるウォータポンプと、を備えた内燃機関の冷却装置において、前記オイルウォーマへと流入する冷却水量を調整するサーモスタットを備え、前記サーモスタットは、前記ウォーマ用通路を閉鎖する弁体と、互いに仕切られた複数のワックスと、を備え、複数のワックスのそれぞれの溶融による膨張量に応じて開弁量が定まるものであって且つ、前記複数のワックスを収容するボディが前記潤滑油および前記ウォーマ用通路内の前記冷却水のいずれか一方に接触しており、前記複数のワックスは、第1温度で溶融する第1ワックス、および前記第1温度よりも高い第2温度で溶融する第2ワックスを含むことを特徴とする。
上記構成では、ウォータポンプが、内燃機関の始動に伴って駆動される機関駆動式のポンプであるため、内燃機関が始動されると、サーモスタットを備えない場合には、冷却水がオイルウォーマと内部通路とを循環する。このため、冷却水の熱がオイルウォーマに奪われ、内燃機関の暖機が遅れるおそれがある。これに対し、上記構成では、サーモスタットを備えるために、内燃機関の冷却水の温度が第1温度よりも低い温度の状態から始動した直後において、内部通路から流出した冷却水がオイルウォーマに流入することを阻止することができ、ひいては、内燃機関を迅速に暖機させることができる。
以下、内燃機関の冷却装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
サーモスタット90は、溶融することで膨張し凝固することで収縮するワックス92aを収容した感温部92を備えている。感温部92からは、ピストン93が突出しており、ワックス92aが溶融して膨張することによって、感温部92からのピストン93の突出量が変化する。感温部92には、冷却遮断バルブ94が結合されている。一方、ピストン93のうち感温部92とは逆側の端部は、入口側ラジエータ用通路34に固定されたメインハウジング97に固定されている。そして、感温部92には、スプリング96によって、メインハウジング97によって形成されたバルブシート部98側に変位させようとする弾性力が及ぼされている。
図4に示すように、オイルウォーマ50は、皿状に形成された複数のプレート52の積層体であり、プレート52によって冷却水や潤滑油の通路の一部が区画されている。なお、プレート52は、ろう材がコーティングされたアルミニウム合金によって形成されており、プレート52同士がろう付けされることによってオイルウォーマ50が形成される。
図5に示すように、サーモスタット60は、サーモスタットエレメント70に加えて、直結通路44に固定されたピストン固定部62と、サーモスタットエレメント70のボディ71に結合された弁体64と、スプリング66とを備えている。弁体64は、ピストン固定部62によって形成されるバルブシート部68側に変位するようスプリング66によって弾性力が加えられている。
第1ワックスW1および第2ワックスW2が固体である場合、スプリング66の弾性力によって、弁体64がバルブシート部68に着座した状態となる。換言すれば、サーモスタット60の閉弁状態となる。図5は、サーモスタット60の閉弁状態を示している。この場合、出口側ウォーマ用通路42のうち上流側の冷却水がサーモスタット60側に流入することはできない。これは、サーモスタット60を、閉弁状態となることによって、上流側からサーモスタット60に流入した冷却水が流出する流路を全て閉鎖する開閉装置としたからである。換言すれば、直結通路44が、サーモスタット60付近において分岐してサーモスタット60の閉弁状態においても入口18c側へと冷却水を流出させる通路を有しない通路構造であるためである。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
(1)オイルウォーマ50用のサーモスタット60に、第1温度Tth1で溶融する第1ワックスW1と、第1温度Tth1よりも高い第2温度Tth2で溶融する第2ワックスW2とを備えた。これにより、第1ワックスW1および第2ワックスW2の双方が溶融する場合と比較して、第1ワックスW1のみが溶融したときの開弁量が小さくなる。このため、内部通路18にて授熱した冷却水がサーモスタット60の開弁によってオイルウォーマ50に流入し始めたときの、その流入量が制限される。したがって、オイルウォーマ50のサーマルショックが抑制される。これにより、内燃機関10の暖機が進んだことを条件にオイルウォーマ50を介して冷却水の熱を潤滑油に与えつつもオイルウォーマ50のサーマルショックを抑制できる。
以下、内燃機関の冷却装置にかかる第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図8に示すように、本実施形態では、出口側ウォーマ用通路42から分岐通路46が分岐する分岐点BPに、サーモスタット60を設けた。
図9に示すように、ピストン固定部62は、直結通路44に固定されている。また、スプリング支持部67は、スプリング66のピストン固定部62とは逆側の端部の位置を固定する部材であり、分岐点BP付近の通路内に固定されている。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
(7)分岐通路46を、サーモスタット60の上流側からサーモスタット60に流入した冷却水がサーモスタット60が閉弁状態であっても流出可能な通路とした。これにより、サーモスタット60の閉弁状態においても、サーモスタット60に流入した冷却水が滞留することがない。このため、上流側からサーモスタット60に流入した冷却水の温度は、内部通路18内の冷却水の温度上昇に伴って速やかに上昇する。したがって、上流側からサーモスタット60に流入する冷却水の温度を内部通路18内の温度と見なすことができることから、第1ワックスW1の融点(第1温度Tth1)の設定によって、内部通路18内の温度が所望の温度となる時点でサーモスタット60を開弁させることが容易となる。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項を項目立てするとともに上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、項目立てした事項を対応関係を例示した実施形態中の事項に限定する意図はない。
(a)第1の実施形態の変形例
サーモスタット60が閉弁状態となることによって、サーモスタット60の上流側からサーモスタット60に流入した冷却水が流出する流路が全て閉鎖される流路構造としては、図1に例示したものに限らない。たとえば、分岐通路46を備えない構成としてもよい。この場合、内部通路18の第3の出口を設けてこれにヒータコア47を接続してもよく、また、たとえば出口18aに接続してもよい。なお、この際、ヒータコア47の下流側には、入口側ウォーマ用通路48を接続すればよい。
サーモスタット60の上流側からサーモスタット60に流入した冷却水が少なくともサーモスタット60が閉弁状態であるときにおいてオイルウォーマ50の下流に流出する通路(分岐通路46)を備えるものとしては、図8に例示したものに限らない。たとえば、図1に示した冷却通路に、直結通路44のうちサーモスタット60が配置される部分において、オイルウォーマ50を迂回して入口側ウォーマ用通路48に接続される通路を接続してもよい。
図2に示したように、直結通路44が、冷却水の進行方向が鉛直下方の成分を有する部分を備えることは必須ではない。ちなみに、直結通路44内の冷却水の進行方向が水平方向であっても、たとえば、分岐点BPからサーモスタット60までの距離をある程度確保することにより、サーモスタット60に接続される部分の冷却水の温度THW1が出口18aの温度THWよりも低くなる。そして、この場合には、上記第1の実施形態に例示した構成が特に有効となる。
また、シリンダブロック14に冷却水の出口を設けてもよい。すなわち、たとえば、図2や図8において、シリンダブロック14内の内部通路18の出口をシリンダブロック14に設け、出口と入口側ウォーマ用通路48とを接続してもよい。
上記第1の実施形態では、直結通路44のうちサーモスタット60が設けられている部分の全てをオイルウォーマ50に接触させたがこれに限らない。たとえば、サーモスタット60が設けられている部分のうちの下流側の一部のみをオイルウォーマ50に接触させてもよい。
(a)ワックスの融点について
上記第1の実施形態においては、第1ワックスW1の融点である第1温度Tth1を、40°Cとしたが、これに限らない。たとえば、40°Cより高く50°C以下の温度であってもよく、さらに、30°C以上40°C未満の温度であってもよい。この場合、夏季においては、内燃機関10の始動直前において、第1ワックスW1がすでに溶融し、サーモスタット60が開弁状態となっていることもあり得る。しかし、その場合、内部通路18の冷却水の温度は30°C以上となっているため、内燃機関10の始動時においてサーモスタット60が開弁していることに起因した内燃機関10の暖機の遅れは短い。そして、この場合であっても、たとえば内燃機関10の始動直前にサーモスタット60が閉弁状態となる程度に冷却水の温度が低い場合には、サーモスタット60が閉弁した状態で内燃機関10を始動させることにより、内燃機関10の暖機を早めることができる。
また、第2の実施形態において、第1温度Tth1は、65°Cに限らず、たとえば、60〜80°Cの任意の温度としてもよい。
第1ワックスW1および第2ワックスW2のみを備えるものに限らない。たとえば、互いに融点が相違する3個以上の互いに仕切られたワックスを備えるものであってもよい。
各ワックスの仕切の一部がサーモスタットエレメント70のボディ71によって構成されるものに限らない。たとえば、図12に例示するものであってもよい。なお、図12において、図5等に記載した部材に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。図12に示すように、第2サーモワックス室R2に充填された第2ワックスW2は、伸縮可能な仕切部材74aによって第1サーモワックス室R1の第1ワックスW1から仕切られている。この構成の場合、第2ワックスW2は、仕切部材74aを介して第1ワックスW1から熱を受け取り、溶融する。これにより、仕切部材74aが伸長し、第2サーモワックス室R2が膨張する。
アルミニウム合金にて形成されたものであることは必須ではない。ただし、第1の実施形態のように、サーモスタット60が設けられた通路部分の冷却水に熱を伝えることを狙う場合には、熱伝導率の高い部材にて形成することが望ましい。
・「流量調整部(90)について」
上記実施形態では、機械的に開閉するサーモスタット90単体によって流量調整部を構成したが、これに限らない。たとえば、ワックス92aを加熱するヒータを備えたサーモスタットと、制御装置100とによって、流量調整部を構成してもよい。この場合、制御装置100は、温度センサ102によって検出される出口18b側の冷却水の温度THWに応じて、ヒータを通電することによってサーモスタットの開弁量を制御する。なお、この場合、たとえば、温度THWを目標値にフィードバック制御するものであるなら、温度THWが目標値よりも低い場合、ヒータによる加熱を実行しない。このため、ラジエータ32に流入する冷却水量が流量調整部によってゼロよりも大きい量に制御される温度である冷却閾値温度Tthbを、目標値(ただし、ワックス92aの融点以下の温度)とすればよい。ちなみに、ヒータの加熱停止と同時にサーモスタットの開弁量がゼロとなるわけではないが、ヒータの加熱停止状態においては、冷却水の温度に応じて開弁量を調整する流量調整部が、冷却水量をゼロに制御していると見なせる。ちなみに、ウォータポンプ80によって流動状態にある冷却水の温度としては、出口18bの温度THWに限らず、たとえばシリンダブロック14内の温度を検出するセンサを備えてそのセンサの検出対象となる温度としてもよい。また、流量調整部が、温度THWに応じて、周期的な通電および非通電の1周期におけるヒータの通電時間の時比率を可変設定する場合、時比率をゼロよりも大きい値とする温度の下限値を、上記冷却閾値温度Tthbとしてもよい。
機関駆動式のポンプに限らず、たとえば、制御装置100によって駆動および停止が制御される電動ポンプであってもよい。この場合、内燃機関10の暖機を促進する観点からは、内燃機関10の始動から温度THWが所定温度以上となるまでは、制御装置100によって電動ポンプを停止させることが望ましい。但しこの場合であっても、サーモスタット60を備えない場合には、潤滑油の温度が十分に高くなっていない時点で電動ポンプの駆動を開始するなら、オイルウォーマ50に高温の冷却水が流入し、サーマルショックが生じるおそれがある。このため、サーモスタット60を備えておくことに意義がある。また、電動ポンプを備える場合において、たとえばヒータコア47の利用がなされる旨の意思を確認できる部材が車室側から操作されている場合には、制御装置100によって電動ポンプを停止しない制御を実行してもよい。この場合、内燃機関10の始動時から電動ポンプを停止しない制御が実行される場合には、機関駆動式のポンプを用いたのと同様であるため、サーモスタット60が上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
内燃機関10としては、4気筒のものに限らない。また、ガソリン機関等の火花点火式内燃機関にも限らず、たとえば軽油等を燃料とする圧縮着火式内燃機関であってもよい。また、変速装置としては、無段変速装置に限らず、有段変速装置であってもよい。
Claims (6)
- 内燃機関の冷却水と変速装置の潤滑油との熱交換をさせるオイルウォーマと、
内燃機関の内部における前記冷却水の通路である内部通路の出口から流出した冷却水を前記内部通路の入口に流入させる通路であって且つ、途中に前記オイルウォーマが接続されるウォーマ用通路と、
前記内部通路および前記ウォーマ用通路の前記冷却水を流動させるウォータポンプと、を備えた内燃機関の冷却装置において、
前記オイルウォーマへと流入する冷却水量を調整するサーモスタットを備え、
前記サーモスタットは、前記ウォーマ用通路を閉鎖する弁体と、互いに仕切られた複数のワックスと、を備え、複数のワックスのそれぞれの溶融による膨張量に応じて開弁量が定まるものであって且つ、前記複数のワックスを収容するボディが前記潤滑油および前記ウォーマ用通路内の前記冷却水のいずれか一方に接触しており、
前記複数のワックスは、第1温度で溶融する第1ワックス、および前記第1温度よりも高い第2温度で溶融する第2ワックスを含むことを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 前記ウォーマ用通路は、前記サーモスタットが閉弁状態となることによって、当該ウォーマ用通路のうち前記サーモスタットの上流側から前記サーモスタットに流入した前記冷却水が流出する流路が全て閉鎖される通路構造を有する請求項1記載の内燃機関の冷却装置。
- 前記サーモスタットのボディには前記ウォーマ用通路内の前記冷却水が接触しており、
前記ウォーマ用通路のうち前記サーモスタットが設けられている部分の少なくとも一部は、前記オイルウォーマに接触して配置されている請求項2記載の内燃機関の冷却装置。 - 前記サーモスタットのボディには前記ウォーマ用通路内の前記冷却水が接触しており、
前記ウォーマ用通路は、当該ウォーマ用通路のうち前記サーモスタットの上流側から前記サーモスタットに流入した前記冷却水が少なくとも前記サーモスタットが閉弁状態であるときに前記オイルウォーマの下流に流出可能な通路に接続されている請求項1記載の内燃機関の冷却装置。 - ラジエータと、
前記内部通路を前記ラジエータに接続するラジエータ用通路と、を備え、
前記ウォーマ用通路は、前記ラジエータを迂回して前記内部通路の出口から流出した冷却水を前記内部通路の入口に流入させる通路であるバイパス通路を構成し、
前記ウォータポンプによって流動状態にある前記冷却水の温度に応じて、前記内部通路の出口から流出した前記冷却水が前記バイパス通路および前記ラジエータ用通路のそれぞれに流出する量を調整する流量調整部を備え、
前記第2温度は、前記内部通路の出口から流出してラジエータに流入する冷却水量が前記流量調整部によってゼロよりも大きい量に制御される温度の下限値である冷却閾値温度よりも低い請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の冷却装置。 - 前記ウォータポンプは、前記内燃機関の始動に伴って駆動される機関駆動式のポンプである請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の冷却装置。
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