JP4529754B2 - Engine cooling system - Google Patents
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- F01P2070/02—Details using shape memory alloys
Description
本発明は、エンジン内のウォータジャケットとラジエータや車室内を暖房するためのヒータユニットなどとの間で冷却水を循環流通させることによりエンジンを冷却するエンジンの冷却装置に関する。 The present invention relates to an engine cooling apparatus that cools an engine by circulating circulating water between a water jacket in the engine and a radiator, a heater unit for heating a vehicle interior, and the like.
エンジンを冷却するための手法の一つに、シリンダブロックおよびシリンダヘッド内のウォータジャケットとラジエータとの間で冷却水を流通循環させる水冷方式がある。このような水冷方式においては、昇温した冷却水を熱源として車室内を暖房するためにヒータユニットを上記冷却水循環回路のラジエータと並列に配設されることが多い。 One of the methods for cooling the engine is a water cooling system in which cooling water is circulated and circulated between a water jacket and a radiator in the cylinder block and the cylinder head. In such a water cooling system, a heater unit is often disposed in parallel with the radiator of the cooling water circulation circuit in order to heat the vehicle interior using the heated cooling water as a heat source.
例えば、特許文献1には、エンジン内のウォータジャケットとラジエータとの間で冷却水を流通循環させるラジエータ経路と、このラジエータ経路と一部経路を重複し、上記ウォータジャケットとの間で冷却水を流通循環させるヒータ経路と、この各経路の重複部に配設され冷却水を強制的に循環させるウォータポンプと、上記ラジエータ経路中に配設されるとともにウォータジャケットから吐出される冷却水温度に応じてラジエータに対する冷却水流入路を開閉するサーモスタットとを備えるエンジンの冷却装置が提案されている。この装置では、冷却水が所定の温度に暖まるまでラジエータに対する流入路を閉じ、冷却水をヒータ経路中を流通させることによりエンジンの早期暖機を図りエミッション性を改善するものとなされている。 For example, Patent Document 1 discloses that a radiator path that circulates and circulates cooling water between a water jacket and a radiator in the engine, a part of the radiator path and the path overlap, and the cooling water is supplied to the water jacket. Depending on the temperature of the cooling water discharged from the water jacket while being disposed in the heater path for circulating circulation, the water pump forcibly circulating the cooling water disposed in the overlapping part of each path, and the radiator path. An engine cooling device has been proposed that includes a thermostat that opens and closes a cooling water inflow passage for the radiator. In this apparatus, the inflow path to the radiator is closed until the cooling water is warmed to a predetermined temperature, and the cooling water is circulated through the heater path, thereby prematurely warming up the engine and improving the emission performance.
また、この特許文献1の冷却装置では、常時冷却水がヒータ経路を流通するように構成されているため、エンジン始動直後から車室内を暖房することができ、エンジン始動直後から乗員の暖房要求を満足させることができるという利点がある。
ところで、ヒータユニットでは車室内に吹き込まれる空気と冷却水との間で熱交換されることから、冷却水をヒータユニットに流通させると冷却水の熱量が奪われ、早期に暖機させようとしても限界があった。 By the way, in the heater unit, heat is exchanged between the air blown into the passenger compartment and the cooling water, so if the cooling water is circulated through the heater unit, the amount of heat of the cooling water is deprived, and it is attempted to warm up early. There was a limit.
ここで、エンジン停止後間もなくエンジンを再始動させる場合には、エンジンの冷却水温度も、車内温度も外気温程度にまで下がりきっておらず、このため短時間で冷却水温度を所定の温度まで上昇させることができる場合がある。このような場合でも、一律に、冷却水をヒータ経路に送ることとすると、エンジン始動直後から車室内を暖房することができるものの、ヒータユニットで冷却水の熱量が奪われてエンジンの暖機が遅れることになり、早期に適温の温風を車室内に送り込むことができない。このような場合には、冷却水循環回路について、エンジン温度を早期に暖める工夫を施して、エンジンのさらなる早期暖機を図り、早期に安定した温度の温風を車室内に送り込むことが乗員の暖房要求を満たすものと考えられる。 Here, when the engine is restarted shortly after the engine is stopped, neither the engine cooling water temperature nor the vehicle interior temperature has fallen to about the outside air temperature. May be able to raise. Even in such a case, if the cooling water is uniformly sent to the heater path, the vehicle interior can be heated immediately after the engine is started, but the heat quantity of the cooling water is deprived by the heater unit and the engine is warmed up. It will be delayed, and it will not be possible to send warm air of the appropriate temperature into the passenger compartment at an early stage. In such a case, the cooling water circulation circuit should be devised to warm the engine temperature at an early stage to further warm up the engine and to send warm air at a stable temperature into the passenger compartment at an early stage. It is considered to meet the requirements.
また、夏など外気温が暖かい場合には、ヒータユニットを作動させる場合は少なく、このような場合でも一律に冷却水をヒータ経路を経ることとするのは、上記と同様、暖機時間が長くなってエミッション性を改善する点から好ましくない。 In addition, when the outside air temperature is warm, such as in summer, the heater unit is rarely operated. Even in such a case, the cooling water is uniformly passed through the heater path, as described above, for a long warm-up time. This is not preferable from the viewpoint of improving emission.
一方、エンジンの早期暖機を優先させて、例えば冷却水循環経路にラジエータやヒータユニットを迂回させるバイパスを設け、電磁弁によってバイパスに冷却流体を流通させ、或いはウォータポンプを停止させることによりウォータジャケット内の冷却水を滞留させ、エンジンを早期に暖機することも考えられる。しかしながら、冬など車室内の温度が極めて低い場合には、適温に至る前の温風でも車室内を暖房することができることから、早期にヒータユニットを作動可能に設定しておくことが、乗員の暖房要求を満たすものと考えられる。 On the other hand, giving priority to early engine warm-up, for example, by providing a bypass that bypasses the radiator and heater unit in the cooling water circulation path, and circulating cooling fluid to the bypass by an electromagnetic valve, or by stopping the water pump, It is conceivable to cause the engine to warm up early by retaining the cooling water. However, when the temperature in the passenger compartment is extremely low, such as in winter, the passenger compartment can be heated even with warm air before reaching the appropriate temperature. It is considered that the heating requirement is satisfied.
しかも、例えばセンサからの信号に基づいて電磁弁を切り換える等の構成を採用するとコスト増に繋がり、またウォータポンプはエンジンを利用して駆動させることが多く、ウォータポンプを停止可能に構成するには当該ポンプをエンジンと別個に駆動させなければならず、製造コストが高くなるという問題もあった。 In addition, for example, adopting a configuration such as switching a solenoid valve based on a signal from a sensor leads to an increase in cost, and the water pump is often driven using an engine, and the water pump can be stopped. There is also a problem that the pump has to be driven separately from the engine, resulting in high manufacturing costs.
本発明は、上記事情に鑑み、製造コストを極力抑えつつ、エンジンの始動直後における乗員の暖房要求を可及的に満足させ、かつ、可能な限りエンジンの早期暖機を実現してエミッション性を改善することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention satisfies the occupant's heating requirements immediately after starting the engine as much as possible while suppressing the manufacturing cost as much as possible, and realizes early engine warm-up as much as possible to improve emissions. The goal is to improve.
本発明に係るエンジンの冷却装置は、所定の経路開放温度以上でエンジン内のウォータジャケットとラジエータとの間で冷却流体を循環させるラジエータ経路と、このラジエータ経路と一部経路が重複し上記ウォータジャケットと車室内を暖房するためのヒータユニットとの間で冷却流体を循環させるヒータ経路と、上記各経路の重複部に配設され冷却水を強制的に循環させるウォータポンプと、このウォータポンプの上流側および下流側の経路を短絡させるショートカット経路と、このショートカット経路を開閉することにより上記ウォータジャケットに流入する冷却流体の流量を調整する開閉弁機構とを備え、この開閉弁機構は、上記ショートカット経路を開閉する弁体と、この弁体を閉方向に付勢する弾性部材と、形状記憶合金からなり所定の形状回復温度以上で上記弁体を開方向に付勢する第1形状記憶合金ばねと、形状記憶合金からなり所定の形状回復温度以上で上記弁体を閉方向に付勢する第2形状記憶合金ばねとを有し、上記第1形状記憶合金ばねは、その形状回復温度が上記経路開放温度よりも低い所定の第1切換温度に設定され、一方、第2形状記憶合金ばねは、その形状回復温度が上記経路開放温度よりも低くかつ上記第1切換温度よりも高い所定の第2切換温度に設定されるとともに、上記各経路を流通する冷却水温度変化に即応可能な位置に配設され、上記開閉弁機構は、上記弾性部材による付勢力と上記第1および第2形状記憶合金ばねによる温度条件付付勢力との合付勢力によって、冷却水温度が上記第1切換温度よりも低い場合に上記弁体を閉状態に付勢し、冷却水温度が第1切換温度以上であって第2切換温度よりも低い場合に上記弁体を開状態に付勢し、冷却水温度が第2切換温度以上である場合に上記弁体を閉状態に付勢するように構成されていることを特徴とするものである。 An engine cooling apparatus according to the present invention includes a radiator path that circulates a cooling fluid between a water jacket and a radiator in the engine at a predetermined path opening temperature or higher, and the radiator path partially overlaps with the water jacket. A heater path that circulates the cooling fluid between the vehicle and the heater unit for heating the vehicle interior, a water pump that is disposed in an overlapping portion of each path and forcibly circulates the cooling water, and an upstream of the water pump A shortcut path that short-circuits the path on the downstream side and the downstream side, and an on-off valve mechanism that adjusts the flow rate of the cooling fluid flowing into the water jacket by opening and closing the shortcut path. A valve body that opens and closes, an elastic member that biases the valve body in the closing direction, and a shape memory alloy. A first shape memory alloy spring that biases the valve body in the opening direction at a predetermined shape recovery temperature or higher, and a second shape that is made of a shape memory alloy and biases the valve body in the closing direction at a predetermined shape recovery temperature or higher. A memory alloy spring, wherein the first shape memory alloy spring has a shape recovery temperature set to a predetermined first switching temperature lower than the path opening temperature, while the second shape memory alloy spring The shape recovery temperature is set to a predetermined second switching temperature that is lower than the path opening temperature and higher than the first switching temperature, and is disposed at a position that can immediately respond to changes in the temperature of the cooling water flowing through each path. In the on-off valve mechanism, the cooling water temperature is lower than the first switching temperature by the combined urging force of the urging force by the elastic member and the temperature condition urging force by the first and second shape memory alloy springs. When the valve body is closed When the cooling water temperature is equal to or higher than the first switching temperature and lower than the second switching temperature, the valve body is biased to the open state, and when the cooling water temperature is equal to or higher than the second switching temperature, The valve body is configured to be biased to a closed state.
この発明によれば、ウォータポンプの上流側および下流側の経路を短絡させるショートカット経路と、このショートカット経路を開閉することにより上記ウォータジャケットに流入する冷却流体の流量を調整する開閉弁機構とを備え、この開閉弁機構は、互いに異なる形状回復温度を有する第1および第2形状記憶合金ばねの特性を利用して、弾性部材による付勢力とこの第1および第2形状記憶合金ばねによる温度条件付付勢力との合付勢力によって、冷却水温度に基づいて弁体を開閉制御するように構成されるので、第1および第2切換温度を想定される車内温度と関連付けて設定することにより、機械的な構成により簡単に始動時のエンジン温度を通じて乗員の暖房要求の程度を判別することができ、この乗員の暖房要求の程度に基づいて乗員の暖房要求と早期暖機要求との少なくともいずれか一方の要求を優先させつつ、他方の要求を可及的に満足させるように冷却流体の経路を3段階に切り換えて、コスト増を抑制しつつこれらの両要求とを効果的に両立させることができる。 According to the present invention, there is provided a shortcut path that short-circuits the upstream and downstream paths of the water pump, and an on-off valve mechanism that adjusts the flow rate of the cooling fluid flowing into the water jacket by opening and closing the shortcut path. The on-off valve mechanism uses the characteristics of the first and second shape memory alloy springs having different shape recovery temperatures to apply the biasing force by the elastic member and the temperature condition by the first and second shape memory alloy springs. Since the opening and closing of the valve body is controlled based on the cooling water temperature by the combined urging force with the urging force, the first and second switching temperatures are set in association with the assumed in-vehicle temperature. The degree of heating demand of the occupant can be easily determined based on the engine temperature at the time of starting with a typical configuration. By giving priority to at least one of the passenger's heating request and early warm-up request, the cooling fluid path is switched in three stages so as to satisfy the other request as much as possible, thereby suppressing an increase in cost. However, both of these requirements can be effectively made compatible.
すなわち、冷却水温度が第1切換温度以下である場合は、第1および第2形状記憶合金ばねは形状回復温度に達しておらず、弾性部材による付勢力によって弁体は閉状態に付勢される。また、経路開放温度にも達していないことからラジエータ経路は閉塞されている。したがって、この状態においては冷却流体がウォータジャケットとヒータユニットとの間で循環される。そして、車内温度が十分に低下していると想定される冷却水温度に第1切換温度を設定することにより、冷却水などの冷却流体をラジエータではなくヒータユニットに送り込んで可能な限り早期暖機を図りつつ、エンジンの始動直後から少しでも暖かい空気を車室内に送り込み可能に構成して暖房性を優先させることにより乗員の暖房要求を可及的に満足させることができる。 That is, when the cooling water temperature is equal to or lower than the first switching temperature, the first and second shape memory alloy springs have not reached the shape recovery temperature, and the valve body is biased to the closed state by the biasing force of the elastic member. The Further, the radiator path is closed because the path opening temperature has not been reached. Therefore, in this state, the cooling fluid is circulated between the water jacket and the heater unit. Then, by setting the first switching temperature to the cooling water temperature at which the vehicle interior temperature is assumed to be sufficiently lowered, the cooling fluid such as cooling water is sent to the heater unit instead of the radiator to warm up as early as possible. In this way, it is possible to satisfy the occupant's heating request as much as possible by giving priority to heating by configuring the engine so that warm air can be sent into the passenger compartment even immediately after the engine is started.
一方、エンジンの始動時における冷却流体の温度が第1切換温度以上であって第2切換温度よりも低い場合は、第1形状記憶合金ばねが形状回復温度に達し付勢力を発生させるので、弾性部材および第1形状記憶合金ばねによる合付勢力によって、弁体は開状態に付勢される。この状態では、冷却流体を短期間に温めることができることから、弁体を開状態に切り換えてショートカット経路を開放することによりウォータジャケット流入流量を無くしまたは上記通常時流量よりも低減してウォータジャケット内の冷却流体を早期に暖め、これにより早期暖機を実現して不完全燃焼によるCOやHC等を減少させることによりエミッション性を改善している。また、この状態では車内温度もさほど低下していないと想定されるため、早期暖機により冷却水を速やかに暖めた後、安定した温度の温風を車室内に送り込むことにより、乗員の暖房要求を可及的に満足させることができる。 On the other hand, when the temperature of the cooling fluid at the time of starting the engine is equal to or higher than the first switching temperature and lower than the second switching temperature, the first shape memory alloy spring reaches the shape recovery temperature and generates a biasing force. The valve body is biased to the open state by the combined biasing force of the member and the first shape memory alloy spring. In this state, the cooling fluid can be warmed up in a short period of time. Therefore, by switching the valve body to the open state and opening the shortcut path, the water jacket inflow flow rate is eliminated or reduced from the normal flow rate above. Emission characteristics are improved by warming the cooling fluid early, thereby realizing early warm-up and reducing CO, HC, etc. due to incomplete combustion. Also, in this state, it is assumed that the interior temperature has not decreased so much, so the cooling water is quickly warmed up by early warm-up, and then the warm air at a stable temperature is sent into the passenger compartment, so that passengers can request heating. Can be satisfied as much as possible.
また、エンジンの始動時における冷却流体の温度が第2切換温度以上である場合は、第1および第2形状記憶合金ばねがともに形状回復温度に達し付勢力を発生させるので、弾性部材、第1および第2形状記憶合金ばねによる合付勢力によって、弁体は閉状態に付勢される。この状態では、暖機の必要がないことから、ショートカット経路を閉塞することによりウォータジャケットに流入する冷却流体の流量を通常時流量として通常の作動状態を確保している。 Further, when the temperature of the cooling fluid at the start of the engine is equal to or higher than the second switching temperature, the first and second shape memory alloy springs both reach the shape recovery temperature and generate a biasing force. The valve body is biased to the closed state by the combined biasing force of the second shape memory alloy spring. In this state, since there is no need for warm-up, the normal operation state is ensured by closing the shortcut path and setting the flow rate of the cooling fluid flowing into the water jacket as the normal flow rate.
しかも、これらの開閉弁機構の弁体の切換を専ら機械的構成によって行っているので、簡単に構成することができ、この改良にあたってコスト増を可及的に抑制することができる。 Moreover, since the switching of the valve bodies of these on-off valve mechanisms is performed exclusively by a mechanical configuration, it can be easily configured, and an increase in cost can be suppressed as much as possible in this improvement.
ここで、上記第1形状記憶合金ばねは、上記各経路を流通する冷却水温度変化に即応可能な位置に配設されるものであってもよいが、上記弁体は、外側を流通する冷却流体の温度変化に対して内側に存在する冷却流体の温度が所定の遅れをもって追随する鈍変温室を有し、この鈍変温室内に上記第1形状記憶合金ばねが配設されているのが好ましい(請求項2)。 Here, the first shape memory alloy spring may be disposed at a position that can immediately respond to a change in temperature of the cooling water flowing through each of the paths, but the valve body is a cooling that flows outside. It has a blunt greenhouse in which the temperature of the cooling fluid existing inside with respect to the temperature change of the fluid follows with a predetermined delay, and the first shape memory alloy spring is arranged in the blunt greenhouse. Preferred (claim 2).
このように構成すれば、冷却流体温度が第1切換温度よりも低い状態でエンジンを始動させた場合に、各経路中に流通する冷却流体の温度が第1切換温度以上になっても、鈍変温室内の冷却流体は直ちに第1切換温度以上にならず所定の遅れをもって変温するので、エンジン始動後に冷却流体が第1切換温度に移行した場合でも、所定の遅れをもってウォータジャケットに対する流入流量が低減される。或いは、上記遅れの間に流通する冷却流体の温度が第2切換温度以上になった場合には、弾性部材と第2形状記憶合金ばねとによる合付勢力が第1形状記憶合金ばねによる付勢力よりも上回ることから弁体を開状態に切り換える制御が省略されて、冷却流体温度が第2切換温度以上の制御が実行される。すなわち弁体が閉状態のまま維持される。 According to this configuration, when the engine is started in a state where the cooling fluid temperature is lower than the first switching temperature, even if the temperature of the cooling fluid flowing in each path becomes equal to or higher than the first switching temperature, Since the cooling fluid in the variable temperature chamber does not immediately exceed the first switching temperature but changes with a predetermined delay, even if the cooling fluid shifts to the first switching temperature after engine startup, the inflow flow rate to the water jacket with a predetermined delay. Is reduced. Alternatively, when the temperature of the cooling fluid flowing during the delay becomes equal to or higher than the second switching temperature, the combined biasing force of the elastic member and the second shape memory alloy spring is the biasing force of the first shape memory alloy spring. Therefore, the control for switching the valve body to the open state is omitted, and the control is performed so that the cooling fluid temperature is equal to or higher than the second switching temperature. That is, the valve body is maintained in the closed state.
したがって、冷却流体が第1切換温度未満の温度、例えば極冷間状態からエンジンを始動させた場合には、弁体が開状態になる期間が短縮され、或いは当該期間が省略されるので、エンジンを始動させた後、車内温度が上がるまでの間、ヒータユニットによる温風を送り込むことができない期間を短縮し、或いは温風を送り込むことができる状態を維持して、乗員の暖房要求をより十分に満足させることができる。 Therefore, when the engine is started from a temperature where the cooling fluid is lower than the first switching temperature, for example, from an extremely cold state, the period during which the valve body is opened is shortened or the period is omitted. After starting the vehicle, the period during which the warm air cannot be sent by the heater unit is shortened until the temperature inside the vehicle rises, or the state in which the warm air can be sent is maintained, and the passenger's heating request is more fully met. Can be satisfied.
ここで、上記ヒータ経路は常時開放されているものであってもよいが、上記開閉弁機構は上記ウォータポンプに隣接配置されたハウジング内に収納され、このハウジングの内部空間は上記ヒータユニットから送り出された冷却水を導入するためのヒータ流入ポートの一端が開口し、上記弁体はその開状態で上記ヒータ流入ポートの開口を閉塞するとともにその閉状態で上記ポートの開口を開放する態様で上記ハウジング内に収納されているのが好ましい(請求項3)。 Here, the heater path may be always open, but the on-off valve mechanism is housed in a housing disposed adjacent to the water pump, and the internal space of the housing is fed out from the heater unit. One end of the heater inflow port for introducing the cooled water is opened, and the valve body closes the opening of the heater inflow port in the opened state and opens the port opening in the closed state. It is preferable to be housed in a housing (claim 3).
このように構成すれば、ショートカット経路を開閉する弁体を利用してヒータ流入ポートを開閉することができ、エンジンの早期暖機を優先させる第1切換温度から第2切換温度までの期間はヒータ流入ポートを閉塞してウォータジャケット内に冷却流体を滞留させてより一層暖機期間を短縮させることができる。 If comprised in this way, a heater inflow port can be opened and closed using the valve body which opens and closes a shortcut path | route, and it is a heater in the period from the 1st switching temperature which gives priority to the early warming up of an engine to the 2nd switching temperature. The inflow port is closed to allow the cooling fluid to stay in the water jacket, thereby further shortening the warm-up period.
この場合、上記ウォータポンプの具体的構成は特に限定されるものではなく、また上記開閉弁機構が収納されるハウジングを別個独立に設けるものとしてもよいが、上記ウォータポンプは遠心式ウォータポンプとして構成されるとともに上記ウォータジャケットの上流側であって上記ハウジングの下流側に配設され、このハウジングの内部空間はショートカット経路を構成するショートカット通路を通じて上記ウォータジャケットの上流端部に連通するとともに上記ラジエータから送り出された冷却水を導入するためのラジエータ流入ポートの一端が開口し、このハウジング内には冷却水温度に基づいてラジエータ経路を開閉するサーモスタットが配設されているのが好ましい(請求項4)。 In this case, the specific configuration of the water pump is not particularly limited, and a housing in which the on-off valve mechanism is housed may be provided separately, but the water pump is configured as a centrifugal water pump. The housing is disposed upstream of the water jacket and downstream of the housing, and the internal space of the housing communicates with the upstream end of the water jacket through a shortcut path that forms a shortcut path and from the radiator. One end of a radiator inflow port for introducing the fed cooling water is opened, and a thermostat for opening and closing the radiator path based on the cooling water temperature is preferably disposed in the housing. .
すなわち、このように構成すれば、この種のウォータポンプとして汎用されている遠心式ポンプを用いることにより汎用品を利用して低コストで製造することができるとともに、既存のサーモスタットハウジングを利用して上記開閉弁機構を収納する上記ハウジングを形成することができ、従来汎用されている装置について大幅な設計変更を伴わずに本発明に係る冷却装置を適用することができる。したがって、より低コストにこの冷却装置を製造することができる。しかも、遠心式ポンプについてエンジンの駆動力を利用するものを用いる場合、ショートカット経路の開閉という簡単な構成でウォータジャケット内の冷却水流量を低減ないしは滞留させることができ、より低コストでかつ確実に経路を切り換えることができる。 That is, with this configuration, a centrifugal pump that is widely used as this type of water pump can be used to manufacture a general-purpose product at a low cost, and an existing thermostat housing can be used. The housing for housing the on-off valve mechanism can be formed, and the cooling device according to the present invention can be applied to a conventionally widely used device without significant design change. Therefore, this cooling device can be manufactured at a lower cost. In addition, when a centrifugal pump that uses the driving force of the engine is used, the flow rate of the cooling water in the water jacket can be reduced or retained with a simple configuration of opening and closing the shortcut path, which is more inexpensive and reliable. The route can be switched.
この発明において冷却流体を循環させる経路(冷却流体循環経路)は、ラジエータ経路とヒータ経路とに限定されるものではなく、上記ラジエータおよびヒータユニットを迂回して上記ウォータジャケットの冷却流体出入口を接続するサブ循環経路をさらに備えるものとしてもよく、またこのサブ循環経路を設ける場合に当該サブ循環経路に冷却流体とエンジンオイルとの間で熱交換させるオイル用熱交換器が配設されているのが好ましい(請求項5)。 In the present invention, the path for circulating the cooling fluid (cooling fluid circulation path) is not limited to the radiator path and the heater path, and connects the cooling fluid inlet / outlet of the water jacket bypassing the radiator and the heater unit. A sub-circulation path may be further provided, and when the sub-circulation path is provided, an oil heat exchanger for exchanging heat between the cooling fluid and the engine oil is disposed in the sub-circulation path. Preferred (claim 5).
このように構成すれば、暖房性とエンジンの早期暖機だけではなく、エンジンオイルの暖機促進も図ることができ、より実用性に富んだものとなる。 If comprised in this way, not only heating property and the early warming-up of an engine but warming-up promotion of engine oil can be aimed at, and it becomes more practical.
この場合、上記サブ循環経路には、オイル用熱交換器をバイパスする熱交換器バイパスが設けられるとともに、この熱交換器バイパスに圧力リリーフ弁が配設されているのが好ましい(請求項6)。 In this case, it is preferable that the sub-circulation path is provided with a heat exchanger bypass that bypasses the oil heat exchanger, and a pressure relief valve is disposed in the heat exchanger bypass. .
すなわち、例えばエンジン回転数の増大に伴ってこのサブ循環経路を流通する冷却流体の流量が増大すると、オイル用熱交換器の流体導入口の圧力が高まるが、このように構成すれば、上記圧力が一定以上になれば圧力リリーフ弁が作動して熱交換器バイパスを冷却流体が流通することになるので、上記圧力上昇に伴うホース抜け等を有効に防止することができる。 That is, for example, when the flow rate of the cooling fluid flowing through the sub-circulation path increases as the engine speed increases, the pressure of the fluid inlet of the oil heat exchanger increases. If the pressure exceeds a certain value, the pressure relief valve operates and the cooling fluid flows through the heat exchanger bypass, so that hose disconnection or the like accompanying the pressure increase can be effectively prevented.
この発明に係るエンジンの冷却装置によれば、機械的な構成により簡単に始動時のエンジン温度を通じて乗員の暖房要求の程度を判別することができ、この乗員の暖房要求の程度に基づいて乗員の暖房要求と早期暖機要求との少なくともいずれか一方の要求を優先させつつ、他方の要求を可及的に満足させるように冷却流体の経路を3段階に切り換えて、コスト増を抑制しつつこれらの両要求とを効果的に両立させることができる。 According to the engine cooling device of the present invention, it is possible to easily determine the degree of the passenger's heating request through the engine temperature at the time of starting by the mechanical configuration, and based on the degree of the passenger's heating request, While giving priority to at least one of the heating request and the early warm-up request, the cooling fluid path is switched in three stages so as to satisfy the other request as much as possible, while suppressing an increase in cost. Both requirements can be effectively made compatible.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明に係る水冷エンジンの概略構成を示す斜視図であり、図2は、このエンジンの冷却装置を模式的に示す説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a water-cooled engine according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a cooling device for the engine.
エンジン1は、車両前部であってボンネット下方のエンジンルーム内に横置きに搭載、つまり、クランク軸方向が車幅方向に沿うように搭載されている。このエンジン1は、クランク軸方向に沿って4つの気筒が直列配置された直列4気筒エンジンであり、各気筒10A〜10D上部の燃焼室に開口する吸気ポート11と排気ポート12とがそれぞれ気筒列方向に並設されるとともにこれらの吸気ポート11と排気ポート12とが各気筒10A〜10Dの上部に設けられた燃焼室を挟んで互いに反対側に延設された、いわゆるクロスフロー型のエンジンである。この結果、図2に示すように、各吸気ポート11は、エンジン1に対して車両前後方向前側に配置され、一方、各排気ポート12は、エンジン1に対して車両前後方向後側に配置されている。
The engine 1 is mounted horizontally in the engine room at the front of the vehicle and below the hood, that is, so that the crankshaft direction is along the vehicle width direction. The engine 1 is an in-line four-cylinder engine in which four cylinders are arranged in series along the crankshaft direction, and an
また、このエンジン1は、各気筒10A〜10Dにおける燃焼によって発生した熱を大気中に放出するための媒体に冷却水などの液体を用いる水冷エンジンであり、ラジエータ5等からなる冷却装置に組み込まれることによって冷却されるように構成されている。
The engine 1 is a water-cooled engine that uses a liquid such as cooling water as a medium for releasing heat generated by combustion in the
すなわち、このエンジン1の冷却装置は、ウォータジャケット20が内部に設けられたエンジン本体2と、エンジン本体2の前方に配設されたラジエータ5と、エンジン本体2の後方に配設されたヒータユニット6と、ウォータジャケット20からラジエータ5またはヒータユニット6に冷却水を送るためのインレットパイプ13,14と、これらのラジエータ5またはヒータユニット6からウォータジャケット20に冷却水を戻すためのアウトレットパイプ15,16と、これらのラジエータ5およびヒータユニット6を迂回するバイパスパイプ17と、インレットパイプ13,14およびバイパスパイプ17内の圧力を調整する圧力リリース弁23(図2参照)が介在する調圧用パイプ18と、上記アウトレットパイプ15,16、バイパスパイプ17および調圧用パイプ18の下流端が接続されたサーモスタットハウジング71内に配設されるとともに冷却水温度に応じてラジエータ5からの冷却水流入路を開閉するサーモスタット7と、このサーモスタット7とウォータジャケット20との間に介在し冷却水を強制的に循環させるウォータポンプ8とを備えている。
That is, the cooling device for the engine 1 includes an
なお、当実施形態では、図2に示すように、上記バイパスパイプ17によって構成されるバイパス経路中に熱交換によってエンジンオイルを冷却するオイルクーラ50(熱交換器の一例に相当する)やエンジン1の側方に配設された自動変速機51のためのオイルを温めるATFウォーマ52(熱交換器の一例に相当する)が配設されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, an oil cooler 50 (corresponding to an example of a heat exchanger) that cools engine oil by heat exchange in the bypass path constituted by the
この結果、この冷却装置は、ウォータジャケット20とラジエータ5との間で冷却水を流通循環させるラジエータ経路と、ウォータジャケット20とヒータユニット6との間で冷却水を循環流通させるヒータ経路と、バイパスパイプ17を含んで構成されウォータジャケット20の冷却水流入口(後述する冷却水流入ポート231の上流側開口)と冷却水吐出口205とを接続するバイパス経路(サブ循環経路の一例に相当する)と、ラジエータ5、ヒータユニット6、オイルクーラ50およびATFウォーマ52を迂回してこれらの上流側冷却水循環路の圧力を調整する調圧用バイパス経路とを含んだ冷却水の循環経路が構成されることになる。なお、これらの経路(当実施形態ではヒータ経路とバイパス経路等)は一部において重複するものであってもよい。
As a result, the cooling device includes a radiator path for circulating and circulating cooling water between the
具体的には、エンジン1は、図1に示すように、各気筒を構成するエンジン本体2と、このエンジン本体2にその下側から組み付けられたオイルパン3と、エンジン本体2にその上側から組み付けられたシリンダヘッドカバー4とを備えている。エンジン本体2は、鋳鉄やアルミニウム合金製の鋳造品であり、気筒の本体部を構成するシリンダブロック21と、このシリンダブロック21の上側にガスケット(図示せず)を介して取り付けられ気筒の上部を構成するシリンダヘッド22とを備えている。これらのシリンダブロック21およびシリンダヘッド22の内部は、それぞれ冷却通路をなすブロック側およびヘッド側ウォータジャケット20a,20bが形成され、エンジン本体2内に冷却水が循環流通可能に構成されている。つまり、これらのウォータジャケット20a,20bは、シリンダブロック21またはシリンダヘッド22における気筒10A〜10Dの周囲に形成された空隙であり、冷却水を流通させるための通路(冷却通路)を構成している。このウォータジャケット20a,20bにおける冷却水の循環方式には種々あるが、当実施形態では、ブロック側ウォータジャケット20aについては気筒10A〜10Dの周囲を一方向に冷却水を周回循環させるUターン方式が採用され、一方、ヘッド側ウォータジャケット20bについてはシリンダヘッド22の一端側から他端側に気筒列方向に沿って冷却水を並列的に流通させる軸流方式が採用されている。
Specifically, as shown in FIG. 1, the engine 1 includes an engine
ブロック側ウォータジャケット20aは、図2に示すように、シリンダブロック21の周縁部に沿って各気筒10A〜10Dの周囲を囲むように設けられ、その一端が冷却水流入ポート231を介してウォータポンプ8に連通するとともに、その他端がシリンダヘッド22のウォータジャケット20bに連通するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the block-
一方、ヘッド側ウォータジャケット20bは、ボトムデッキ(図示せず)とミドルデッキ(図示せず)との間を図2に示すように当該シリンダヘッド22の一端側から他端側に延び、一端部が後述する第1〜第4連通路201〜204を通じてヘッド側ウォータジャケット20bに連通しているとともに、他端部が冷却水導出口205を通じてウォータアウトレット部材24に連通している。なお、第1〜第4連通路201〜204はヘッド側ウォータジャケット20bの一端部に固まって開口し、これにより冷却水を気筒列方向に並列に流通させることができるものとなされている。また、ヘッド側ウォータジャケット20bは、これらの第1〜第4連通路201〜204以外にも、その通路断面積がこれらの通路201〜204の断面積に比べて小さいエア抜き用通路(図示せず)を通じてもブロック側ウォータジャケット20aと連通している。
On the other hand, the head-
ブロック側ウォータジャケット20aについてさらに詳しく説明すると、ブロック側ウォータジャケット20aは、冷却水流入ポート231から当該シリンダブロック21の長手方向一側部(図例では右側部)を後方に延びる第1冷却通路232aと、この第1冷却通路232aに連通してシリンダブロック21の後側部、言い換えるとシリンダブロック21の排気側部を気筒列方向に沿って当該シリンダブロック21の長手方向他端側(図例では左側)まで延びる第2冷却通路232bと、第2冷却通路232bに連通してシリンダブロック21の他端部(図例では左側部)を前方に延びる第3冷却通路232cと、この第3冷却通路232cに連通してシリンダブロック21の前側部、言い換えるとシリンダブロック21の吸気側部を気筒列方向に沿って当該シリンダブロック21の一端側(図例では右側)に戻る第4冷却通路232dとを備え、第1ないし第4冷却通路232a〜dの順で冷却水が流通される。
The block-
このブロック側ウォータジャケット20aの第1冷却通路232aには、ヘッド側ウォータジャケット20bに連通する第1および第2連通路201,202が開口するとともに、第2冷却通路232bの上流端部および第4冷却通路232dの下流端部には、それぞれヘッド側ウォータジャケット20bに連通する第3連通路203または第4連通路204が開口している。
In the
なお、各連通路201〜204を通じてブロック側ウォータジャケット20aからヘッド側ウォータジャケット20bに流入する冷却水の流入量は、第2、第1、第4、第3連通路202,201,204,203を通じて流入する量の順で多くなるように、当実施形態では連通路の通路断面積を調整している。
The inflow amount of the cooling water flowing from the block-
一方、冷却水流入ポート231は、第1冷却通路232aの延出方向と略同方向に延びることにより、第1冷却通路232aへの流入抵抗を低減するように構成されている。第1冷却通路232aの基端部と第4冷却通路232dの先端部との間のシリンダブロック21の周縁部には、一端が第1冷却通路232aに連通する短絡通路232eが設けられている。この短絡通路232eと第4冷却通路232dとは仕切壁233によって仕切られてその間で直接冷却水が流通しないようになっている。
On the other hand, the cooling
短絡通路232eは、図3に示すように、シリンダブロック21の長手方向一側部に配置された気筒10Aの周囲に沿って第1冷却通路232aから第4冷却通路232d側に延びるジャケット部2321と、このジャケット部2321の先端部から冷却水流入ポート231と略平行に後述するサーモスタットハウジング71内に延びる短絡ポート部2322とを備える。この短絡ポート部2322には、図3に二点鎖線で示すように後述するヒータ流入ポート7aの一端が開口しているとともに、この短絡通路232eを開閉させる開閉弁機構9の弁体91が配設されている。
As shown in FIG. 3, the short-
この開閉弁機構9は、短絡通路232eの下流側であって、サーモスタットハウジング71内に配設されており、当該ハウジング71内を流通する冷却水の温度に基づいて機械的に開閉されるように構成されている。そして、短絡通路232eが開放された場合には、冷却水流入ポート231から流入した冷却水の大部分は、ウォータポンプ8の吸引力によって減圧された短絡通路232eに導入され、この短絡通路232eを通じてウォータポンプ8の上流側に位置するサーモスタットハウジング71に導入される。したがって、短絡通路232eが開放されている場合には、ウォータポンプ8によって送り出される冷却水は、その大部分が短絡通路232eを通じて循環し、ブロック側およびヘッド側ウォータジャケット20a,20bに流通される冷却水の流量がほとんど無い状態にまで低減する。すなわち、この短絡通路232eおよび開閉弁機構9は、ウォータジャケット20に流入する冷却水の流量を調整する流量調整機構を構成する。
The on-off
開閉弁機構9は、エンジンが極冷間状態にある場合、すなわち、後述する鈍変温室91f内の冷却水温度がラジエータ経路開放温度(当実施形態では76〜82℃程度)未満であって所定の極冷間基準温度(当実施形態では約20℃)未満にある場合に、短絡通路232eを閉塞し、エンジンが少冷間状態にある場合、すなわち、サーモスタットハウジング71内を流通する冷却水温度がラジエータ経路開放温度未満の所定の少冷間基準温度(当実施形態では約70℃)未満であって上記極冷間基準温度を上回る場合に、短絡通路232eを開放し、エンジンが温間状態にある場合、すなわち冷却水温度が少冷間基準温度を超える場合に、短絡通路232eを閉塞するように構成されている。
When the engine is in an extremely cold state, that is, the on-off
具体的には、開閉弁機構9は、図3に示すように、短絡通路232eを開閉する弁体91と、この弁体91を閉状態に付勢する付勢部材92と、冷却水温度が上記極冷間基準温度以上になることにより所定の付勢力を発生するとともにこの発生した付勢力と付勢部材92との合付勢力によって弁体91を開状態に付勢する第1感温付勢部材93と、冷却水温度が上記少冷間基準温度以上になることにより所定の付勢力を発生するとともにこの発生した付勢力と付勢部材92および第1感温付勢部材93による付勢力との合付勢力によって弁体91を閉状態に付勢する第2感温付勢部材94とを備える。
Specifically, as shown in FIG. 3, the on-off
弁体91は、図3に示すように、短絡通路232eの短絡ポート部2322の断面形状に応じて形成され、先端に配設された弁本体91aが当該短絡ポート部2322に位置することにより当該通路232eを閉塞するとともにジャケット部2321に位置することにより当該通路232eを開放するように構成されている。この弁本体91aは、当該弁本体91aと一体形成された弁ロッド91bによって支持されている。弁ロッド91bは、その弁本体91a側と反対側の端部に有底円筒状の収容部91cが一体に形成されている。
As shown in FIG. 3, the
収容部91cは、その長手方向略中央部において周壁が段状に拡径するとともにその拡径開口縁に外側に突出するフランジ部91dが設けられ、その内部、特にその小径部分の内部に第1感温付勢部材93が収容されるように構成されている。この収容部91cの小径部分は、短絡通路232eの短絡ポート2322に嵌挿されるように形成されており、当実施形態では弁体91の開閉移動に伴って短絡ポート部2322に開口するヒータ流入ポート7aが小径部分の周面によって開閉されるように構成されている。つまり、弁体91が閉状態にある場合には、図3に示すように、収容部91cにおける小径部分の外周面によってヒータ流入ポート7aが開放されるように構成され、弁体91が開状態にある場合には、図4に示すように、収容部91cにおける小径部分の外周面によってヒータ流入ポート7aが閉塞されるように構成されている。なお、図には明示していないが、このヒータ流入ポート7aから流入した冷却水は、サーモスタットハウジング71を通じてウォータポンプ8に導入されるように、短絡ポート部2322、後述するサーモスタットハウジング71および弁体91が形成されている。
The
収容部91cの大径部分には、第1感温付勢部材93の収容空間への冷却水の流入を抑制する流入抑制蓋91eが嵌挿されている。この流入抑制蓋91eは、収容部91cとは別体に形成され、後述するサーモスタットハウジング71の所定部分に取り付けられている。この取付位置は、弁体91が閉状態にある場合に、収容部91cの拡径に伴う段差部に当接するように設定されている。
An
また、流入抑制蓋91eは、その外周縁が上記収容部の大径部分の内周面に摺接するようにその大きさが設定されている。したがって、この流入抑制蓋91eによって閉塞された収容部91cの収容空間には、収容部91cの外側の流路から冷却水が流入し難いものの、流入抑制蓋91eの外周縁と収容部91cの内周面との僅かな隙間を通じて当該流路との間で冷却水が往来することになる。この結果、収容部91c内の収容空間は、当該空間に存在する冷却水の温度がその外部の冷却水の温度変化に対して所定の遅れをもって追随する鈍変温室91fとして構成される。
Further, the size of the
この鈍変温室91fには、上記したように第1感温付勢部材93が配設されている。この第1感温付勢部材93は、形状記憶合金(例えばNi−Ti系合金、Cu−Zu−Al系合金等)から形成された圧縮コイルばね、いわゆる形状記憶合金圧縮コイルばねであり、形状回復することにより伸張し、これにより弁本体91aを開方向に付勢するものとなされている。
As described above, the first temperature sensitive urging
この第1感温付勢部材93は、温度上昇時についての形状を記憶した一方向形状記憶効果を有し、付勢部材92をバイアスばねとしてバイアス法により弁本体91aを開状態および閉状態に切り換えるものとなされている。なお、バイアス法とは、一方向形状記憶効果を示す形状記憶合金に、温度上昇時だけでなく温度下降時にも形状変化するように所定の外部応力(例えばバイアスばねによる付勢力)を負荷して二方向動作を繰り返し行わせる方法をいう。
The first temperature-
また、この第1感温付勢部材93の形状回復温度、つまり形状記憶効果によって形状が回復する温度は、極冷間基準温度(当実施形態では約20℃)に設定されている。したがって、鈍変温室91f内の冷却水温度が極冷間基準温度以上になった場合に、第1感温付勢部材93は、弁本体91aを開方向に付勢する付勢力を発生させるものとなされている。この形状記憶効果によって第1感温付勢部材93が発生する付勢力は、付勢部材92の付勢力よりも大きい値に設定されている。これにより、後述するように、弁体91を閉状態に付勢する付勢部材92の付勢力に抗して第1感温付勢部材93が弁体91を図3に示す閉状態から図4に示す開状態に切り換えることができる。
Further, the shape recovery temperature of the first temperature-
付勢部材92は、鋼鉄等から形成された圧縮コイルばねであり、第1および第2感温付勢部材93,94に対してバイアスばねとして機能するものである。この付勢部材92は、弁体91(詳しくは収容部91cの大径部分)の外側に配設され、その一端が収容部91cのフランジ部91dに当接するとともにその他端がサーモスタットハウジング71の底面71aに当接することにより弁体91を閉方向に付勢している。
The urging member 92 is a compression coil spring formed of steel or the like, and functions as a bias spring for the first and second temperature-
この付勢部材92の径方向外側には第2感温付勢部材94が配設されている。この第2感温付勢部材94は、形状記憶合金(例えばNi−Ti系合金、Cu−Zu−Al系合金等)から形成された圧縮コイルばね、いわゆる形状記憶合金圧縮コイルばねであり、形状回復することにより伸張し、これにより弁本体91aを閉方向に付勢するものとなされている。つまり、第2感温付勢部材94もその一端が収容部91cのフランジ部91dに当接するとともにその他端がサーモスタットハウジング71の底面71aに当接することにより、形状回復により弁体91を閉方向に付勢するものとなされている。
A second temperature sensitive urging
この第2感温付勢部材94は、温度上昇時についての形状を記憶した一方向形状記憶効果を有し、付勢部材92および第1感温付勢部材93をバイアスばねとしてバイアス法により弁本体91aを開状態および閉状態に切り換えるものとなされている。また、この第2感温付勢部材94の形状回復温度は、上記第1感温付勢部材93の形状回復温度よりも高い少冷間基準温度(当実施形態では約70℃)に設定されている。したがって、上記収容部91cの外側であってサーモスタットハウジング71の内側を流通する冷却水の温度が少冷間基準温度以上になった場合に、第2感温付勢部材94は、付勢部材92および第1感温付勢部材93の付勢力によって開状態に付勢されている弁本体91aに対して付勢力を発生させ、この弁本体91aを閉状態に切り換えるものとなされている。すなわち、この形状記憶効果によって第2感温付勢部材94が発生する付勢力は、付勢部材92および第1感温付勢部材93の各付勢力の合成力である合付勢力よりも大きい値に設定されている。言い換えると、付勢部材92および第2感温付勢部材94の付勢力の総和が第1感温付勢部材の付勢力よりも大きい値に設定されている。これにより、付勢部材92および第1感温付勢部材93の合付勢力によって付勢されている弁体91は、この第2感温付勢部材94によって図4に示す開状態から図3に示す閉状態に切り換えられることになる。
The second temperature-
一方、図1および図2に戻って、ブロック側ウォータジャケット20aの上流側には、上記ウォータポンプ8が配設されている。具体的には、ウォータポンプ8は、シリンダブロック21の前面上部における一側端部(図例では車両の前後方向を基準にして前面右上端部)に取り付けられている。また、ウォータポンプ8は、渦巻き型の遠心式ポンプであり、シリンダブロック21の一側面下端部に配設されたクランクプーリ55にVベルト(図示せず)を介して接続され、クランクプーリ55の回転駆動力を利用してウォータポンプハウジング81(図3参照)内に配設されたインペラ82(図3参照)が回転されることにより駆動するように構成されている。したがって、ウォータポンプ8の回転速度はエンジン回転速度に応じて定められる。このため、短絡回路232eが閉じられている状態、つまり通常の状態では、このウォータポンプ8によってブロック側およびヘッド側ウォータジャケット20a,20bの双方に導入される冷却水の通常時流量は、エンジン回転速度に応じた流量となる。
On the other hand, referring back to FIGS. 1 and 2, the
このウォータポンプ8の上流側には、冷却水温度に応じて上記ラジエータ経路を開閉することにより冷却水温度を適温に維持するサーモスタット7が配設され、このサーモスタット7はウォータポンプ8に隣接してシリンダブロック21の前面に取り付けられたサーモスタットハウジング71内に収納されている。
An upstream side of the
サーモスタット7は、図示を省略するが、冷却水温度に基づいてラジエータ経路を開閉し、エンジン作動状態で冷却水温度を適正な範囲に調整するものである。当実施形態では、サーモスタット7は、いわゆるワックス型、つまり容器内に封入されたワックスが温度上昇に伴って溶けて膨張することを利用してニードルを押し出し、この押出力によって閉方向に付勢されている弁体を開放するように構成されている。当実施形態のサーモスタット7は、封入するワックスを選択することにより、弁体を開放する温度(経路開放温度)が約76〜82℃に設定されている。つまり、このサーモスタット7は、電気的に作動させるものではなく、機械的に作動させるように構成されている。
Although not shown, the
サーモスタットハウジング71は、図3および図4に示すように、シリンダブロック21と一体に形成された前方開口型のブロック側ケース72と、この開口を閉塞する蓋状ケース73とを備える。ブロック側ケース72内には開閉弁機構9が配設され、一方、蓋状ケース73内にサーモスタット7が配設されている。ブロック側ケース72は、その底面71aにおいて短絡通路232eを通じてブロック側ウォータジャケット20aに連通しているとともに、その周側面においてウォータポンプハウジング81内に連通している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、サーモスタットハウジング71には、その上面に開口したヒータ流入ポート7aと、その正面に開口した調圧時流入ポート7bおよびラジエータ流入ポート7cとが設けられている。ヒータ流入ポート7aには、ヒータアウトレットパイプ16とバイパスパイプ17とが下流端部において接続されることにより構成される共用パイプ19が接続されている。調圧時流入ポート7bには調圧用パイプ18が接続され、一方、ラジエータ流入ポート7cにはラジエータ5において熱交換された冷却水をエンジン本体2に戻すためのラジエータアウトレットパイプ115が接続されている。
Further, the
エンジン本体2のウォータポンプ8が設けられた車幅方向一端側(図例では右側)と反対側の側面上部には、ウォータアウトレット部材24が設けられている。このウォータアウトレット部材24は、その一端がヘッド側ウォータジャケット20bに連通し、その他端が分岐してそれぞれラジエータ流出ポート、ヒータ流出ポート、調圧時流出ポート、調圧時流出ポートの4つのポートが設けられている。各ポートには、それぞれエンジン本体2において昇温した冷却水をラジエータ5やヒータユニット6に流入させるためのラジエータインレットパイプ13やヒータインレットパイプ14が接続されるとともに、バイパスパイプ17や調圧用パイプ18が接続されている。
A
なお、調圧用パイプ18に設けられた圧力リリース弁23は、当実施形態では、内部検出型の直動式減圧弁が用いられているが、その構成は公知のものであり、当実施形態ではその説明を省略する。
The
次に、以上のように構成されたエンジン1の冷却装置の作用を説明する。図5は、エンジンの始動に伴って上昇する冷却水温度の時間変化(図(a))、およびエンジン始動時のエンジン状態に基づいて各経路の開閉状況の時間変化(図(b)〜(d))を示す説明図である。 Next, the operation of the cooling device for the engine 1 configured as described above will be described. FIG. 5 shows a time change (FIG. (A)) of the coolant temperature that rises as the engine starts, and a time change (FIGS. (B) to (b) of the open / close state of each path based on the engine state at the time of engine start. It is explanatory drawing which shows d)).
この装置では、第1および第2感温付勢部材93,94の形状記憶効果に基づいてエンジン始動時におけるエンジン温度(冷却水温度)を判別し、このエンジン温度に基づいて冷却水の循環経路が切り換えられるように構成されている。
In this device, the engine temperature (cooling water temperature) at the time of starting the engine is determined based on the shape memory effect of the first and second temperature
まず、エンジン1が極冷間状態にあるとき、すなわち図5(a)におけるS1状態からエンジン1を始動させる場合について説明する。エンジン1が極冷間状態にあるときは、第1および第2感温付勢部材93,94は、ともに形状回復温度に達しておらず、したがって付勢部材92だけが付勢力を発生しており、この状態では、開閉弁機構9の弁体91によって短絡通路232eは閉塞された状態となっている。また、このとき、この弁体91の収容部91cによってヒータ流入ポート7aが閉塞されておらず開口しており、したがってヒータ経路およびバイパス経路は開放された状態となっている。一方、冷却水温度が経路開放温度に達していないことからサーモスタット7はラジエータ経路を閉塞した状態となっている。
First, the case where the engine 1 is started from the S1 state in FIG. 5A when the engine 1 is in an extremely cold state will be described. When the engine 1 is in an extremely cold state, the first and second temperature-
そして、エンジン1を稼働させると、クランクプーリ55が回転してウォータポンプ8が作動し、このウォータポンプ8から吐出される冷却水は、全量、ウォータジャケット20の第1冷却通路232aに導入されることになる。この冷却水の一部は、第1〜第3連通路201〜203を通じてヘッド側ウォータジャケット20bに導入され、その冷却水の残りは、ブロック側ウォータジャケット20aを流通してシリンダブロック21をその排気側の側部からUターン冷却して第4連通路204を通じてヘッド側ウォータジャケット20bに導入される。このヘッド側ウォータジャケット20bでは、第2,第3連通路202,203を通じて導入された冷却水が専らシリンダヘッド22の排気側の側部を気筒列方向に沿って流通し、第1,第4連通路201,204を通じて導入された冷却水が専らシリンダブロック21の吸気側の側部を気筒列方向に沿って流通する。ヘッド側ウォータジャケット20b内を流通した冷却水は、合流して冷却水導出口205を通じてウォータアウトレット部材24に吐出される。
When the engine 1 is operated, the
この冷却水は、このウォータアウトレット部材24で分流され、この極冷間状態で開放されている流水路、すなわちヒータインレットパイプ14およびバイパスパイプ17によって構成される流水路に導入される。このようにエンジン1の極冷間状態では、ヒータ経路およびバイパス経路に通常時流量の冷却水、すなわちエンジン回転速度に応じた流量の冷却水が流通する。したがって、温度上昇過程の冷却水ではあるもののこの冷却水をヒータユニット6に導入してこの冷却水温度を利用して車室内を効果的に暖房することができる。すなわち、エンジン1の極冷間状態では、車内温度も極めて低いと考えられることから、このような温度上昇過程の冷却水との熱交換による温風であっても車内を効果的に暖房することができる。したがって、冷却水温度が適温に上昇されるまでヒータユニット6が作動できない状態に比べて、早期に車室内をある程度暖房することができ、乗員の暖房要求を満足させることができる。
This cooling water is diverted by the
ここで、エンジン回転速度が急激に上昇すると、これに伴ってウォータポンプ8からの吐出量も増大してATFウォーマ52よりも上流側のバイパスパイプ17やヒータインレットパイプ14の内圧が上昇する。これらのパイプ17,14の内圧が上昇するとこれらのパイプの抜け落ちが懸念されるが、この冷却装置によれば、これらの圧力上昇とともに調圧用パイプ18の内圧も上昇し、これに伴って圧力リリース弁23が開放されるので、各パイプ14,17等の抜け落ちを有効に防止することができる。
Here, when the engine speed rapidly increases, the discharge amount from the
ヒータユニット6、オイルクーラ50およびATFウォーマ52から吐出された冷却水は、ヒータ流入ポート7aを通じてサーモスタットハウジング71に導入される。そして、この冷却水は、サーモスタットハウジング71内を流通してウォータポンプ8に再び導入される。
Cooling water discharged from the
このように冷却水がヒータ経路およびバイパス経路を循環すると、冷却水温度が効率的に上昇し、極冷間基準温度Tbを越えることになる。ここで、サーモスタットハウジング71内を流通する冷却水の温度が極冷間基準温度Tbを越えた時点においても、第1感温付勢部材93は付勢力が発生しない。すなわち、第1感温付勢部材93は、内部の冷却水が所定の遅れをもって変温する鈍変温室91fに収納されているため所定の遅れをもって付勢力を発生する。この遅れは、当実施形態では、一般的なエンジン1の作動状態において、経路内を流通する冷却水温度が極冷間基準温度Tbから少冷間基準温度Tsに至るまでの時間よりも長くなるように予め設計されているので、エンジン1が少冷間状態にある場合であっても第1感温付勢部材93が付勢力を発生せず、開閉弁機構9は短絡通路232eを閉塞した状態を保っている。
When the cooling water circulates in the heater path and the bypass path in this way, the cooling water temperature efficiently rises and exceeds the extremely cold reference temperature Tb. Here, even when the temperature of the cooling water flowing through the
そして、サーモスタットハウジング71内を流通する冷却水温度が少冷間基準温度Tsを越えると、第2感温付勢部材94が付勢力を発生する。第2感温付勢部材94は開閉弁機構9の弁体91を閉状態に付勢するので、弁体91は短絡通路232eを閉塞した状態を保っている。このとき、鈍変温室91f内の冷却水温度が極冷間基準温度Tbを越えて第1感温付勢部材93が付勢力を発生したとしても、この第1感温付勢部材93による付勢力は、付勢部材92および第2感温付勢部材94による合付勢力(各付勢部材92,94の付勢力の総和)よりも小さいので、弁体91は短絡通路232eを閉塞した状態を保つ。
When the temperature of the cooling water flowing through the
続いて、冷却水温度がさらに上昇して経路開放温度Toを越えると、サーモスタット7が開状態に切り換わることによりラジエータ経路が開放されてラジエータ5によって冷却水が効率的に冷却される。この結果、冷却水温度が経路開放温度To以下になると、サーモスタット7が閉状態に切り換わって再び冷却水温度が上昇し始める。この動作を繰り返しながら、冷却水が適正温度範囲に制御されることになる。
Subsequently, when the cooling water temperature further rises and exceeds the path opening temperature To, the
以上に説明したように始動時にエンジン1が極冷間状態にある場合には、図5(b)に示すように、短絡経路232eを含むショートカット経路を閉塞することによりウォータジャケット20内に通常時流量の冷却水が流通するとともに、ヒータ経路は常時開放された状態にあり、エンジン1の始動直後からヒータユニット6をいつでも作動させることができ、極めて低い温度と考えられる車室内に少しでも暖かい温風を順次送りこんで車室内を効果的に暖房して乗員の暖房要求を可及的に満足させることができる。しかも、この装置では、極冷間状態でエンジン1を稼働させる場合には、冷却水がラジエータ5ではなくヒータ経路およびバイパス経路を流通するので、ある程度の早期暖機を図ることができる。
As described above, when the engine 1 is in an extremely cold state at the time of start-up, as shown in FIG. 5B, the shortcut path including the short-
次に、エンジン1が少冷間状態にあるとき、すなわち図5(a)におけるS2状態からエンジン1を始動させる場合について説明する。エンジン1が少冷間状態にあるときは、第2感温付勢部材94は形状回復温度に達していないが、第1感温付勢部材93は形状回復温度に達している。すなわち、始動時にエンジン1が少冷間状態にあるということは、エンジン1の始動を停止してから間もない状態ということになり、通常、鈍変温室91f内の冷却水温度は少なくとも極冷間基準温度Tbを上回っている。したがって、付勢部材92だけではなく第1感温付勢部材93も付勢力を生じており、この状態では第1感温付勢部材93が付勢部材92の付勢力よりも大きい付勢力で弁体91を開状態に付勢していることから、開閉弁機構9の弁体91が開状態に位置して短絡通路232eは開放された状態となっている。また、このとき、この弁体91の収容部91cによってヒータ流入ポート7aが閉塞された状態となっており、したがってヒータ経路およびバイパス経路は閉塞された状態となっている。一方、冷却水温度が経路開放温度に達していないことからサーモスタット7はラジエータ経路を閉塞した状態となっている。
Next, the case where the engine 1 is started from the state S2 in FIG. 5A when the engine 1 is in a low cold state will be described. When the engine 1 is in a low cold state, the second temperature sensitive biasing
そして、エンジン1を稼働させると、クランクプーリ55が回転してウォータポンプ8が作動し、このウォータポンプ8から吐出される冷却水は、全量、ウォータジャケット20の第1冷却通路232aの基端部に導入されることになるが、短絡通路232eが開放していることからこの短絡通路232eの内圧が直近にあるウォータポンプ8によって減圧されており、しかもヒータ経路、バイパス経路、ラジエータ経路の各経路が閉塞された状態となっており、したがって冷却水はその全量が短絡通路232eを通じてサーモスタットハウジング71内に導入され、再びウォータポンプ8に吸い込まれる。すなわち、冷却水は短絡経路232eを含むショートカット経路を循環流通し、このためウォータジャケット20内の冷却水は滞留することになる。このため、ウォータジャケット20内の冷却水が早期に暖められ、早期暖機を実現して不完全燃焼によるCOやHC等を減少させることによりエミッション性を改善することができる。
When the engine 1 is operated, the
冷却水がショートカット経路を流通循環して冷却水温度が少冷間基準温度Tsに達すると、第2感温付勢部材94が付勢力を発生する。この第2感温付勢部材94と付勢部材92との合付勢力は第1感温付勢部材93による付勢力よりも大きいことから、弁体91は開状態から閉状態に変位し、これにより短絡通路232e、すなわちショートカット経路は閉塞されることになる。この弁体91が閉状態になると、弁体91により閉塞されていたヒータ流入ポート7aが開放されて、ヒータ経路およびバイパス経路が開放されることになる。
When the cooling water circulates and circulates through the shortcut path and the cooling water temperature reaches the low cold reference temperature Ts, the second temperature-
この状態では、ヒータユニット6を作動することができ、しかもこのヒータユニット6には少冷間基準温度Ts以上の冷却水が流入することから比較的高く安定した温度の温風を車室内に送り込むことができ、乗員の暖房要求を可及的に満足させることができる。
In this state, the
以上に説明したように始動時にエンジン1が少冷間状態にある場合には、図5(c)に示すように、エンジン1が少冷間状態にある間はショートカット経路を開放することによりウォータジャケット20内に冷却水を滞留させるとともに、ヒータ経路を閉塞して、冷却水温度を効率的に暖めて早期暖機を図ることができ、エミッション性を改善することができる。そして、エンジン1が温間状態に移行してから、ショートカット経路を閉塞することによりウォータジャケット20内に通常時流量の冷却水を流通させるとともにヒータ経路を開放して、ヒータユニット6を送風可能な状態にしている。これにより、ヒータユニット6を作動させると、比較的高い安定した温風が車室内に送り込まれ、これにより暖房性を可及的に乗員の要求に沿うように達成することができる。
As described above, when the engine 1 is in the low cold state at the time of start-up, as shown in FIG. 5C, while the engine 1 is in the low cold state, the water path is opened by opening the shortcut path. While retaining the cooling water in the
次に、エンジン1が温間状態にあるとき、すなわち図5(a)におけるS3状態からエンジン1を始動させる場合について説明する。エンジン1が温間状態にあるときは、第1および第2感温付勢部材93,94はともに形状回復温度に達しており、この状態では、付勢部材92および第2感温付勢部材94による付勢力が第1感温付勢部材93による付勢力よりも大きいことから、弁体91はこれらの合付勢力によって閉状態に位置して短絡通路232eは開放された状態となっている。また、このとき、この弁体91の収容部91cによってヒータ流入ポート7aが開放された状態となっており、したがってヒータ経路およびバイパス経路は開放された状態となっている。一方、冷却水温度が経路開放温度に達していないことからサーモスタット7はラジエータ経路を閉塞した状態となっている。
Next, the case where the engine 1 is started from the state S3 in FIG. 5A when the engine 1 is in a warm state will be described. When the engine 1 is in a warm state, the first and second temperature-
この状態では、エンジン1は十分に暖まっていることから暖機の必要性にも乏しく、また冷却水温度も比較的高温になっていることからヒータユニット6によって車室内に送り込まれる温風も比較的高温のものとなり、エンジン1の通常の作動状態を確保することにより、乗員の暖房要求を満足させている。
In this state, since the engine 1 is sufficiently warm, there is little need for warm-up, and since the cooling water temperature is relatively high, the warm air sent into the passenger compartment by the
そして、冷却水温度がさらに高まって経路開放温度Toに達することにより、サーモスタット7が開状態に切り換わることによりラジエータ経路が開放されてラジエータ5によって冷却水が効率的に冷却される。この結果、冷却水温度が経路開放温度To以下になると、サーモスタット7が閉状態に切り換わって再び冷却水温度が上昇し始める。この動作を繰り返しながら、冷却水が適正温度範囲に制御されることになる。
Then, when the cooling water temperature further increases and reaches the path opening temperature To, the
以上に説明したように始動時にエンジン1が温間状態にある場合には、図5(d)に示すように、ショートカット経路を閉塞することによりウォータジャケット20内に通常時流量、つまりエンジン回転速度に応じた流量の冷却水が流通し、この冷却水がヒータ経路およびバイパス経路に流通することにより、エンジン1の通常時の作動状態を確保している。
As described above, when the engine 1 is in a warm state at the time of starting, as shown in FIG. 5D, the normal flow rate, that is, the engine rotation speed, is filled in the
このように当実施形態のエンジン1の冷却装置によれば、冷却水温度に基づいてエンジン1の温度を電気的にではなく、機械的に判別して、このエンジン温度に基づいて想定される車室内温度に応じて、乗員の暖房要求と早期暖機要求とのいずれか一方を優先させることによりこれらを効果的に両立させることができる。 As described above, according to the cooling device for the engine 1 of this embodiment, the temperature of the engine 1 is mechanically determined based on the coolant temperature, not electrically, and the vehicle that is assumed based on the engine temperature is assumed. Depending on the room temperature, priority can be given to either one of the passenger's heating request and the early warm-up request.
しかも、形状回復温度の異なる第1および第2感温付勢部材93,94の付勢力を効果的に利用して冷却水温度を判別することができ、機械的な構成により低廉かつ確実にウォータジャケット20における冷却水流量を調整することができる。また、サーモスタット7についても機械的な構成を有するものを採用することにより、一層低廉かつ確実に各経路に対する流量を調整することができる。
In addition, the cooling water temperature can be discriminated by effectively using the urging forces of the first and second temperature-
なお、以上に説明したエンジンの冷却装置は、本発明に係る装置の一実施形態であり、その具体的構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、その変形例を説明する。 The engine cooling apparatus described above is an embodiment of the apparatus according to the present invention, and the specific configuration and the like can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Hereinafter, the modification is demonstrated.
(1)上記実施形態では、シリンダブロック21において冷却水をまず排気側の側部を流通させてから吸気側の側部を流通させるように構成されているが、このシリンダブロック21におけるブロック側ウォータジャケット20aの具体的構成は特に限定されるものではない。
(1) In the above embodiment, the cooling water in the
例えば、図6および図7に示すように、シリンダブロック21において冷却水をまず吸気側の側部を流通させてから排気側の側部を流通させるように構成されているものであってもよい。すなわち、この他の変形例にかかる冷却装置では、シリンダブロックの形状が上記実施形態と異なる。この異なる点を重点的に説明する。
For example, as shown in FIGS. 6 and 7, in the
変形例にかかるシリンダブロック121は、上記実施形態と同様に、Uターン冷却方式が採用されているものの、ウォータジャケット120aは気筒10A〜10Dの周囲を周回しており、上記実施形態の仕切壁233が設けられていない点で異なる。
The
具体的には、ブロック側ウォータジャケット120aは、図6に示すように、冷却水流入ポート231からシリンダブロック21の前側部、言い換えるとシリンダブロック121の吸気側部を気筒列方向に沿って当該シリンダブロック121の他端側(図例では左側)に延びる吸気側冷却通路332aと、この吸気側冷却通路332aに連通してシリンダブロック121の他端部(図例では左側部)を後方に延びる転換冷却通路332bと、この転換冷却通路332bに連通してシリンダブロック121の後側部、言い換えるとシリンダブロック121の排気側の側部を気筒列方向に沿って当該シリンダブロック121の長手方向一端部(図例では右側)まで延びる排気側冷却通路332cと、この排気側冷却通路332cに連通してシリンダブロック121の長手方向一側部(図例では右側部)を前方に延びる連通冷却通路332dとを備え、吸気冷却通路332a、転換冷却通路332b、排気側冷却通路332c、連通冷却通路332dの順で冷却水が流通される。吸気側冷却通路332aの基端部には上記実施形態と同様の短絡通路332eが開口し、この短絡通路332eを通じてショートカット経路が構成される。
Specifically, as shown in FIG. 6, the block-side water jacket 120 a is configured such that the front side portion of the
この場合、冷却水流入ポート331も、図7に明示するように下流端がシリンダブロック121の内側に傾斜して形成され、これにより冷却水が吸気側冷却通路332aに導入し易いように構成されている。
In this case, the cooling
このように構成しても、乗員の暖房要求と早期暖機要求とのいずれか一方を優先させることにより両者を両立することができる。しかも、ブロック側ウォータジャケット120aが気筒10A〜10D周りを1周しているので、エンジンが少冷間状態にある場合に、ブロック側ウォータジャケット120a内で冷却水の一部を循環させることができ、熱交換を活発に行わせて早期暖機を効率的に実行することができる。
Even if comprised in this way, both can be made compatible by giving priority to either one of a passenger | crew's heating request | requirement and an early warm-up request | requirement. In addition, since the block-side water jacket 120a makes one round around the
(2)上記実施形態では、エンジンが少冷間状態にある場合に、ウォータジャケット20内に冷却水が滞留するように構成されているが、例えばバイパス通路に一部循環させるように構成されるものであってもよい。この場合でも、上記実施形態による効果と同様の効果を得ることができる。
(2) In the above embodiment, when the engine is in a small cold state, the cooling water is configured to stay in the
(3)上記実施形態では、付勢部材92が弁体91を閉状態に付勢し、第1感温付勢部材93が弁体91を開状態に付勢し、第2感温付勢部材94が弁体91を閉状態に付勢するように構成されているが、形状回復温度や付勢力を適宜設定することにより、これらの組み合わせ以外にも上記弁体91の動作と同様に動作させることも可能である。
(3) In the above embodiment, the urging member 92 urges the
(4)上記実施形態では、バイパスパイプ17にオイルクーラ50等が配設されているが、これらは適宜省略することができる。この場合には、バイパスパイプ17によってウォータジャケット20内の冷却水がほとんど熱交換されることなく循環されるので、効率的に冷却水温度を上昇させることができる。
(4) In the above embodiment, the
(5)上記実施形態では、極冷間状態にあるエンジンを始動させた場合、冷却水温度が極冷間基準温度Tbを越えた場合でも弁体91を開状態に切り換えず、そのままエンジンが温間状態にある場合の弁体91の開閉制御を行っているが、例えば鈍変温室91fの容積を縮小することにより、あるいは鈍変温室91fに外側と連通する貫通孔を設けること等により、鈍変温室91f内の冷却水温度変化に対する遅れを短く設定し、これによりエンジンの少冷間状態のうち高温側で弁体91を開状態に切り換えるように構成してもよい。
(5) In the above embodiment, when the engine in the extremely cold state is started, even if the cooling water temperature exceeds the extremely cold reference temperature Tb, the
1 エンジン
2 エンジン本体
5 ラジエータ
6 ヒータユニット
7 サーモスタット
9 開閉弁機構
10A〜10D 各気筒
18 調圧用パイプ
20 ウォータジャケット
20a ブロック側ウォータジャケット
20b ヘッド側ウォータジャケット
21 シリンダブロック
22 シリンダヘッド
50 オイルクーラ(熱交換器)
52 ATFウォーマ(熱交換器)
71 サーモスタットハウジング
81 ウォータポンプハウジング
91 弁体
91f 鈍変温室
92 付勢部材
93 第1感温付勢部材
94 第2感温付勢部材
231 冷却水流入ポート
232e 短絡通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
52 ATF Warmer (Heat Exchanger)
71
Claims (6)
この開閉弁機構は、上記ショートカット経路を開閉する弁体と、この弁体を閉方向に付勢する弾性部材と、形状記憶合金からなり所定の形状回復温度以上で上記弁体を開方向に付勢する第1形状記憶合金ばねと、形状記憶合金からなり所定の形状回復温度以上で上記弁体を閉方向に付勢する第2形状記憶合金ばねとを有し、
上記第1形状記憶合金ばねは、その形状回復温度が上記経路開放温度よりも低い所定の第1切換温度に設定され、一方、第2形状記憶合金ばねは、その形状回復温度が上記経路開放温度よりも低くかつ上記第1切換温度よりも高い所定の第2切換温度に設定されるとともに、上記各経路を流通する冷却水温度変化に即応可能な位置に配設され、
上記開閉弁機構は、上記弾性部材による付勢力と上記第1および第2形状記憶合金ばねによる温度条件付付勢力との合付勢力によって、冷却水温度が上記第1切換温度よりも低い場合に上記弁体を閉状態に付勢し、冷却水温度が第1切換温度以上であって第2切換温度よりも低い場合に上記弁体を開状態に付勢し、冷却水温度が第2切換温度以上である場合に上記弁体を閉状態に付勢するように構成されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。 A radiator path that circulates a cooling fluid between a water jacket and a radiator in the engine at a predetermined path opening temperature or higher, and a heater unit for heating the water jacket and the vehicle interior by overlapping a part of the radiator path and the path. A heater path that circulates the cooling fluid between the water pump, a water pump that is disposed in an overlapping portion of the above paths and forcibly circulates the cooling water, and a shortcut that short-circuits the upstream and downstream paths of the water pump A path, and an on-off valve mechanism that adjusts the flow rate of the cooling fluid flowing into the water jacket by opening and closing the shortcut path,
The on-off valve mechanism is formed of a valve body that opens and closes the shortcut path, an elastic member that biases the valve body in a closing direction, and a shape memory alloy that attaches the valve body in the opening direction at a predetermined shape recovery temperature or higher. A first shape memory alloy spring that biases and a second shape memory alloy spring that is made of a shape memory alloy and biases the valve body in a closing direction at a predetermined shape recovery temperature or higher,
The shape recovery temperature of the first shape memory alloy spring is set to a predetermined first switching temperature lower than the path opening temperature, while the shape recovery temperature of the second shape memory alloy spring is set to the path opening temperature. Is set at a predetermined second switching temperature that is lower than the first switching temperature and higher than the first switching temperature, and is disposed at a position that can immediately respond to a change in the temperature of the cooling water flowing through each path,
When the cooling water temperature is lower than the first switching temperature due to the urging force of the urging force by the elastic member and the temperature condition urging force by the first and second shape memory alloy springs, the on-off valve mechanism The valve body is urged to the closed state, and when the cooling water temperature is equal to or higher than the first switching temperature and lower than the second switching temperature, the valve body is urged to the open state, and the cooling water temperature is switched to the second switching temperature. An engine cooling device configured to bias the valve body to a closed state when the temperature is equal to or higher than a temperature.
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