JP5782802B2 - 冷媒循環装置及びサーモバルブ - Google Patents

Description

本発明は、高い放熱量と低い圧損が両立できる冷媒循環装置及びサーモバルブに関する。

車両やその他のエンジン付き装置において、エンジンの冷却と潤滑に使用されて高温になったエンジンオイルは、オイルパンにて走行風や自然風、送風による空冷がなされた後、オイルクーラで冷却されて再びエンジンに供給される。

図９に示されるように、エンジンオイルを循環させる冷媒循環装置９１は、エンジン２を経由させてエンジンオイルを循環させるオイルポンプ３と、循環されるエンジンオイルを冷却するオイルクーラ４と、オイルクーラ４に対して並列に配置されたバイパス路５と、エンジンオイルの温度に応じてエンジンオイルをオイルクーラ４とバイパス路５のいずれかに切り替えて導くオイルサーモバルブ９２とを備える。

図９に示されるように、エンジン２の冷間始動時や暖機運転時など、エンジンオイルの温度が低いときには、オイルポンプ３から圧送されたエンジンオイルがオイルサーモバルブ９２の低温出口ｃからバイパス路５に導かれてそのままエンジン２に供給される。

図１０に示されるように、エンジン２の暖機達成後の継続運転時や再始動時など、エンジンオイルの温度が高いときには、オイルポンプ３から圧送されたエンジンオイルがオイルサーモバルブ９２の高温出口ｂからオイルクーラ４に導かれ、オイルクーラ４で冷却されたエンジンオイルがエンジン２に供給される。

図１１に示されるように、オイルサーモバルブ９２は、エンジンオイルが流入する入口室３１と、高温のエンジンオイルを外部に排出するための高温出口室３２と、低温のエンジンオイルを外部に排出するための低温出口室３３と、これら入口室３１、高温出口室３２、低温出口室３３に連通する弁室３４と、弁室３４内にエンジンオイルの温度に応じて移動可能に収容され、高温時には低温出口室３３を遮断し、低温時には高温出口室３２を遮断する弁体３５とを備える。

弁体３５は、高温時に弁室３４に対して低温出口室３３を遮断しているときは高温出口室３２を開放し、低温時に弁室３４に対して高温出口室３２を遮断しているときは低温出口室３３を開放するように構成されている。具体的には、弁体３５は、図示しないワックス材に支持されている。ワックス材の融点がオイルサーモバルブ９２の切替温度に相当する。

図１１に示されるように、エンジンオイルの温度が低いとき、ワックス材が固相であるため弁体３５がワックス材に押し出されることなく、弁体３５が弁室３４の高温出口室側壁面に着座し、高温出口室３２の遮断と低温出口室３３の開放が達成される。

図１２に示されるように、エンジンオイルの温度が高いとき、ワックス材が液相となって体積増加するため、ワックス材に押されて弁体３５が弁室３４の低温出口室側壁面に着座するまで移動し、高温出口室３２の開放と低温出口室３３の遮断が達成される。

入口室３１は、図９、図１０に示した入口ａに繋がっており、高温出口室３２は、高温出口ｂに繋がっており、低温出口室３３は、低温出口ｃに繋がっている。

特願２００７−３３３０６８号公報

冷媒循環装置９１では、エンジンオイルの循環量が多くなると、放熱量が増加し、冷却性能が向上する。

しかしながら、オイルクーラ４は、エンジンオイルと二次冷媒との熱交換効率が向上するよう、細径の通路が多数形成された構造を有する。この構造のため、オイルクーラ４は、エンジンオイルの流動に対する抵抗が大きい。したがって、オイルポンプ３によるエンジンオイルの圧送仕事に対してオイルクーラ４で圧損が生じ、圧損は燃費に影響する。オイルクーラ４に流れるエンジンオイルの流量が多いほど、圧損は大きく、燃費が悪化する。

このため、従来の冷媒循環装置９１は、オイルクーラ４における放熱量の増加と圧損の抑制という相反する要求が同時に満たされない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高い放熱量と低い圧損が両立できる冷媒循環装置及びサーモバルブを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の冷媒循環装置は、熱源を経由させて冷媒を循環させるポンプと、循環される冷媒を冷却する熱交換器と、前記熱交換器に対して並列に配置されたバイパス路と、冷媒の温度に応じて冷媒を前記熱交換器と前記バイパス路のいずれかに切り替えて導くサーモバルブとを備えた冷媒循環装置において、前記サーモバルブが前記熱交換器に切り替えているときでも、冷媒の一部について前記熱交換器を迂回させる迂回手段を備えたものである。

また、本発明のサーモバルブは、冷媒が流入する入口室と、高温の冷媒を外部に排出するための高温出口室と、低温の冷媒を外部に排出するための低温出口室と、これら入口室、高温出口室、低温出口室に連通する弁室と、前記弁室内に冷媒温度に応じて移動可能に収容され、高温時には前記低温出口室を遮断し、低温時には前記高温出口室を遮断する弁体とを備えたサーモバルブにおいて、前記弁室の前記弁体に遮断されない箇所に前記低温出口室に通じる漏出孔を備えたものである。

また、本発明のサーモバルブは、冷媒が流入する入口室と、高温の冷媒を外部に排出するための高温出口室と、低温の冷媒を外部に排出するための低温出口室と、これら入口室、高温出口室、低温出口室に連通する弁室と、前記弁室内に冷媒温度に応じて移動可能に収容され、高温時には前記低温出口室を遮断し、低温時には前記高温出口室を遮断する弁体とを備えたサーモバルブにおいて、前記弁体の前記低温出口室を遮断する箇所に前記弁室から前記低温出口室に通じる漏出孔を備えたものである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）高い放熱量と低い圧損が両立できる。

本発明の一実施形態を示す冷媒循環装置の高温時の構成図である。 図１の冷媒循環装置の低温時の構成図である。 本発明の一実施形態を示すサーモバルブの高温時の構成図である。 図３のサーモバルブの低温時の構成図である。 オイルクーラにおける流量対放熱量特性図である。 オイルクーラにおける流量対圧損特性図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態を示すサーモバルブの構成図である。 本発明の他の実施形態を示す冷媒循環装置の構成図である。 従来の冷媒循環装置の低温時の構成図である。 従来の冷媒循環装置の高温時の構成図である。 従来のサーモバルブの低温時の構成図である。 従来のサーモバルブの高温時の構成図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る冷媒循環装置１は、熱源（以下、エンジン）２の下部に設置されエンジン２から排出されたエンジンオイルが貯留されるオイルパン８と、オイルパン８からエンジンオイルを汲み上げて圧送することにより、エンジン２を経由させて冷媒（以下、エンジンオイル）を循環させるポンプ（以下、オイルポンプ）３と、循環されるエンジンオイルを冷却する熱交換器（以下、オイルクーラ）４と、オイルクーラ４に対して並列に配置されたバイパス路５と、エンジンオイルの温度に応じてエンジンオイルをオイルクーラ４とバイパス路５のいずれかに切り替えて導くサーモバルブ（以下、オイルサーモバルブ）６と、オイルサーモバルブ６がオイルクーラ４に切り替えているときでも、エンジンオイルの一部についてオイルクーラ４を迂回させる迂回手段７とを備える。

オイルサーモバルブ６には１つの入口ａがあり、入口ａはオイルポンプ３の出口に接続される。オイルサーモバルブ６には、高温出口ｂと低温出口ｃとがあり、高温出口ｂはオイルクーラ４に接続され、低温出口ｃはバイパス路５に接続される。

オイルクーラ４は、オイルサーモバルブ６の高温出口ｂとエンジン２との間に設置されており、エンジンオイルを冷却してエンジン２に供給するようになっている。バイパス路５は、オイルサーモバルブ６の低温出口ｃとエンジン２との間に設置されており、エンジンオイルを冷却することなくエンジン２に供給するようになっている。

本発明の冷媒循環装置１は、従来の冷媒循環装置９１に迂回手段７が付加されたものである。本実施形態では、迂回手段７は、オイルサーモバルブ６に組み込まれる。

図１に示されるように、エンジンオイルの温度が高いときには、オイルポンプ３から圧送されたエンジンオイルがオイルサーモバルブ６の高温出口ｂからオイルクーラ４に導かれる。このとき、迂回手段７がエンジンオイルの一部について低温出口ｃからバイパス路５に流出させる。このように、オイルサーモバルブ６が高温時の状態に切り替わったことによって、エンジンオイルの大部分はオイルクーラ４を経由してエンジン２に供給されるが、エンジンオイルの一部は、オイルクーラ４を迂回してエンジン２に供給される。

図２に示されるように、エンジンオイルの温度が低いときには、オイルポンプ３から圧送されたエンジンオイルがオイルサーモバルブ６の低温出口ｃからバイパス路５に導かれる。これにより、エンジンオイルは冷却されることなくエンジン２に供給される。

図３に示されるように、オイルサーモバルブ６は、エンジンオイルが流入する入口室３１と、高温のエンジンオイルを外部に排出するための高温出口室３２と、低温のエンジンオイルを外部に排出するための低温出口室３３と、これら入口室３１、高温出口室３２、低温出口室３３に連通する弁室３４と、弁室３４内にエンジンオイルの温度に応じて移動可能に収容され、高温時には低温出口室３３を遮断し、低温時には高温出口室３２を遮断する弁体３５とを備え、さらに、弁室３４の弁体３５に遮断されない箇所に低温出口室３３に通じる漏出孔３６を備える。

オイルサーモバルブ６は、従来のオイルサーモバルブ９２に迂回手段７としての漏出孔３６が付加されたものである。

図３に示されるように、エンジンオイルの温度が高いとき、弁体３５が弁室３４の低温出口室側壁面に着座し、高温出口室３２の開放と低温出口室３３の遮断が達成される。よって、エンジンオイルは、図１で説明したように、高温出口ｂからオイルクーラ４に導かれることになる。しかし、漏出孔３６が弁体３５に遮断されない箇所にあるため、漏出孔３６からエンジンオイルが低温出口室３３に漏出する。漏出したエンジンオイルが低温出口ｃからバイパス路５に流出することになる。

図４に示されるように、エンジンオイルの温度が低いとき、弁体３５が弁室３４の高温出口室側壁面に着座するまで移動し、高温出口室３２の遮断と低温出口室３３の開放が達成される。よって、エンジンオイルは、図２で説明したように、低温出口ｃからバイパス路５に導かれることになる。

次に、エンジンオイルの一部がオイルクーラ４を迂回する効果について説明する。

図５に示されるように、オイルクーラ４においては、エンジンオイルの流量が少ないときには放熱量が少なく、エンジンオイルの流量が多くなると放熱量が増加する。したがって、放熱量の増加要求に対しては流量増加で応ずることができる。しかし、流量対放熱量特性は、直線的ではなく、流量が多くなるにつれて放熱量が飽和する傾向にある。このため、ある程度、流量が多くなると放熱量の顕著な増加は期待できない。

図６に示されるように、オイルクーラ４においては、エンジンオイルの流量が少ないときには圧損が少なく、エンジンオイルの流量が多くなると圧損が増加する。流量対圧損特性は、流量対放熱量特性とは対照的に、流量が多くなるにつれて圧損が発散する傾向にある。このため、ある程度、流量が多くなると圧損が急増加してしまう。

本発明によれば、エンジンオイルの一部がオイルクーラ４を迂回するので、オイルクーラ４におけるエンジンオイルの流量が減少する。ここで、オイルポンプ３における圧送流量（＝冷媒循環装置１の全体の循環流量）を一定として本発明と従来技術を比較すると、図５に示されるように、オイルクーラ４における流量は、従来の流量Ａ１に対して本発明では迂回されただけ流量が減じられて流量Ａ２となる。これによる放熱量の減少はごく僅かである。一方、図６に示されるように、流量が流量Ａ１から流量Ａ２に減少することで、圧損が顕著に減少する。

このとき、迂回されるエンジンオイルの流量が多すぎると、放熱量の減少が大きくなり、好ましくない。逆に、迂回されるエンジンオイルの流量が少なすぎると、圧損の減少効果が小さい。したがって、迂回されるエンジンオイルの流量には最適な値がある。迂回されるエンジンオイルの流量は、実験に基づいて最適値に設定されるのが望ましい。また、迂回手段７において迂回されるエンジンオイルの流量がチューニング可能であるよう迂回手段７が構成されると、いっそう望ましい。

この結果、オイルクーラ４における放熱量の増加と圧損の抑制のトレードオフによる最適なエンジンオイルの循環が達成され、高い放熱量と低い圧損が両立できる。一方、オイルポンプ３における圧送流量には変化がないので、冷媒循環装置１の全体でのエンジンオイルの循環流量には影響が及ぶことなく、オイルパン８での冷却効果は維持される。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

図７（ａ）に示されるように、オイルサーモバルブ７１では、弁室３４から低温出口室３３に通じる漏出孔３６が弁体３５の低温出口室３３を遮断する箇所に形成される。漏出孔３６は、弁室３４の低温出口室側壁に接する弁体３５の縁部分に切り欠かれた溝であってもよい。オイルサーモバルブ７１を構成する他の部材は、オイルサーモバルブ６の部材と同じであり、オイルサーモバルブ７１の動作はオイルサーモバルブ６の動作と同等であるので、説明は省略する。

図７（ｂ）に示されるように、漏出孔３６は、弁体３５が着座する弁室３４の低温出口室側壁面に掘られた溝であってもよい。

図８に示されるように、冷媒循環装置８１では、迂回手段７がオイルサーモバルブ９２の外に配置される。迂回手段７は、副バイパス路８２または副バイパス路８３で実現される。

一点鎖線で示された副バイパス路８２は、オイルクーラ４の入口出口間を繋ぐように設けられる。このように、オイルクーラ４の入口出口間を繋ぐ副バイパス路８２が設けられることにより、オイルサーモバルブ９２の切り替えによらず、エンジンオイルの一部がオイルクーラ４を迂回してエンジン２に供給されるようになる。

二点鎖線で示された副バイパス路８３は、オイルポンプ３からオイルサーモバルブ９２とオイルクーラ４を迂回してエンジン２に至るように設けられる。このように、オイルポンプ３から直接、エンジン２に至る副バイパス路８３が設けられることにより、オイルサーモバルブ９２の切り替えによらず、エンジンオイルの一部がオイルクーラ４を迂回してエンジン２に供給されるようになる。

図８の実施形態と図１の実施形態を比較すると、図１のように迂回手段７がオイルサーモバルブ６に組み込まれる構成にあっては、エンジン周辺への部材追加がなく、搭載スペースが制約されないという利点がある。さらに、迂回手段７としてオイルサーモバルブ６内に漏出孔３６が形成される場合、前述の利点に加え、既存部品の追加工や簡単な設計変更で実現され、コスト増加がほとんどないという利点がある。

これまでは、エンジンオイルを循環させる冷媒循環装置１について述べたが、本発明は冷却水を循環させる冷媒循環装置やその他の冷媒を循環させる全ての冷媒循環装置に適用できる。熱源は、エンジンに限定されない。一例として、エンジン冷却水を循環させる冷媒循環装置は、従来公知のように、熱交換器としてラジエータを備え、サーモバルブとしてサーモスタットを備える。エンジン冷却水の温度が高いとき、サーモスタットはエンジン冷却水がラジエータに導かれるよう切り替わるが、迂回手段がエンジン冷却水の一部についてラジエータを迂回させるので、ラジエータにおける高い放熱量と低い圧損が両立できる。

１ 冷媒循環装置
２ エンジン（熱源）
３ オイルポンプ（ポンプ）
４ オイルクーラ（熱交換器）
５ バイパス路
６ オイルサーモバルブ（サーモバルブ）
７ 迂回手段
３１ 入口室
３２ 高温出口室
３３ 低温出口室
３４ 弁室
３５ 弁体
３６ 漏出孔

Claims (2)

1. 熱源を経由させて冷媒を循環させるポンプと、
   循環される冷媒を冷却する熱交換器と、
   前記熱交換器に対して並列に配置されたバイパス路と、
   冷媒の温度に応じて冷媒を前記熱交換器と前記バイパス路のいずれかに切り替えて導くサーモバルブであって、冷媒が流入する入口室と、高温の冷媒を前記熱交換器に導くための高温出口室と、低温の冷媒を前記バイパス路に導くための低温出口室と、これら入口室、高温出口室、低温出口室に連通する弁室と、前記弁室内に冷媒温度に応じて移動可能に収容され、高温時には前記低温出口室を遮断し、低温時には前記高温出口室を遮断する弁体と、前記弁室の前記弁体に遮断されない箇所に前記低温出口室に通じる漏出孔とを備えたサーモバルブと、
   前記サーモバルブに形成された前記漏出孔からなり、前記サーモバルブが前記熱交換器に切り替えているときでも、前記漏出孔を通じて冷媒の一部を前記低温出口室に漏出させる迂回手段を備えたことを特徴とする冷媒循環装置。
2. 熱源を経由させて冷媒を循環させるポンプと、
   循環される冷媒を冷却する熱交換器と、
   前記熱交換器に対して並列に配置されたバイパス路と、
   冷媒の温度に応じて冷媒を前記熱交換器と前記バイパス路のいずれかに切り替えて導くサーモバルブであって、冷媒が流入する入口室と、高温の冷媒を前記熱交換器に導くための高温出口室と、低温の冷媒を前記バイパス路に導くための低温出口室と、これら入口室、高温出口室、低温出口室に連通する弁室と、前記弁室内に冷媒温度に応じて移動可能に収容され、高温時には前記低温出口室を遮断し、低温時には前記高温出口室を遮断する弁体と、前記弁体の前記低温出口室を遮断する箇所に前記弁室から前記低温出口室に通じる漏出孔とを備えたサーモバルブと、
   前記サーモバルブに形成された前記漏出孔からなり、前記サーモバルブが前記熱交換器に切り替えているときでも、前記漏出孔を通じて冷媒の一部を前記低温出口室に漏出させる迂回手段を備えたことを特徴とする冷媒循環装置。