JP6192410B2 - サーモスタットを備えたエンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、冷却水の温度を能動的に制御するサーモスタットを備えたエンジン及びそのシステムに関する。

自動車用サーモスタットは、エンジンとラジエータの間に設けられ、冷却水の温度変化に応じて自動的に開閉させてラジエータに流れる流量を調節することによって、冷却水を設定温度範囲に維持している。

機械式サーモスタットは、冷却水の温度によってワックスが膨張し、ワックスの膨張力によってピストンがバルブの開閉をする。このような機械式サーモスタットは、規定温度に設定された開閉温度によって動作する方式であって、予め定められた温度で単純にバルブを開閉する方式であり、車両の走行環境や条件などの変化に積極的に対処することができない。そこで、機械式サーモスタットが有する短所を補完しながら、エンジンの冷却水の温度を最適の状態に維持するための電子式サーモスタットが提示されている〔例えば、特許文献１〜３参照〕。

このような電子式サーモスタットは、車両の負荷状態など走行環境に応じてエンジンの冷却水の温度を能動的に制御することによって、最適の冷却水の温度を維持することができ、機械式サーモスタットに比べて、燃費の改善効果と排気ガスの低減効果を期待することができる。

サーモスタットのバルブを開閉するために、温度感応型でありながら電子的に能動制御される駆動部が適用されており、代表的な駆動部は、ワックス、半流体、ラバーピストン、バックアッププレート、及びメインピストンが長さ方向に順に配置されたシーリング構造とし、ワックスの膨張によってメインピストンを動かす構造である。

一方、冷却水は、ラジエータを循環させずに、エンジンとサーモスタットのバイパスを循環するようにして加温することがある。しかし、燃料消耗を減らし、排気ガスの汚染を少なくするために、冷却水を迅速に加温する研究が持続されている。

特開２００３−２３９７４４号公報 特開２００３−２３９７４５号公報 特開２００５−０９８１５３号公報

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、エンジンとサーモスタットを循環する冷却水を迅速に加温することによって、燃料消耗を減らし、排気ガス汚染を少なくするサーモスタットを備えたエンジンシステムを提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明によるサーモスタットを備えたエンジンシステムは、一側が第１流路と連結され、他側が第２流路と連結されて、これらの間が第３流路及び第４流路と連結されたサーモスタットケースと、一側には前記第１流路を開閉するメインバルブが形成され、他側には前記第２流路を開閉するクロージングバルブが形成されて、前記クロージングバルブと間隔を置いてバイパスバルブが形成されたバルブガイドと、前記バルブガイドを弾性的に支持して、前記メインバルブが前記第１流路を遮断し、前記クロージングバルブが前記第２流路を遮断するようにする弾性部材と、冷却水の温度が設定値より高くなったとき、前記メインバルブが前記第１流路を開放し、前記クロージングバルブが前記第２流路を開放するように、前記バルブガイドを動かすように配置された駆動部と、前記駆動部を制御して冷却水の温度と流れを制御する制御部と、を有し、前記駆動部が作動しない初期作動状態では、前記メインバルブが前記第１流路を遮断した状態で、前記クロージングバルブが前記第２流路を遮断しており、前記第１流路が、ラジエータと連結されたラジエータ排出流路であり、前記第２流路が、エンジンの一側と連結されたエンジン排出流路であり、前記第３流路が、エンジンの他側と連結されたエンジン流入流路であり、前記第４流路が、ヒータと連結されたヒータ排出流路であり、前記制御部は、前記冷却水の温度が設定値以上であると判断したとき、前記ヒータの稼動を中止し、加温ライン調節バルブを通して前記ヒータに供給される冷却水の流れを遮断することを特徴とする。

駆動部は、温度によって膨張または収縮できるようにワックスケースに充填されたワックスと、ワックスの膨張によって動いてバルブガイドを動かすメインピストンとを有している。

メインバルブが第１流路を遮断し、クロージングバルブが第２流路を遮断したとき、制御部は、ヒータを通過した冷却水が、第４流路を通してサーモスタットケースの中に流し、さらに第３流路を通してエンジンに供給するようにする。
制御部は、冷却水の温度が設定値より低ければ、ヒータを作動させて冷却水を加温する。

バイパスバルブは、クロージングバルブからメインバルブ側に設定された距離を置いて形成され、駆動部がバルブガイドを作動させないとき、制御部は、メインバルブが第１流路を閉鎖し、クロージングバルブが第２流路を閉鎖し、駆動部がバルブガイドを設定された中間作動状態にされたとき、メインバルブが第１流路を開放し、クロージングバルブが第２流路を開放し、駆動部がバルブガイドを設定された最大作動状態にされたとき、メインバルブが第１流路を最大に開放し、バイパスバルブが第２流路を閉鎖する。

制御部は、冷却水の温度が設定値より低いと判断したとき、ヒータを稼動し、加温ライン調節バルブを通してヒータに供給される冷却水の流れを調節する。

本発明のサーモスタットを備えたエンジンシステムは、サーモスタットケーシングでラジエータと連結される第１流路を遮断した状態で、エンジンと連結される第２流路を遮断し、冷却水がエンジン、ヒータ、及びサーモスタットを循環するようにすることによって、冷却水の温度を迅速に加温することができる。これにより、燃料消耗を減らし、排気ガスの汚染を少なくすることができる。

本発明に係るサーモスタットを備えたエンジンシステムの一実施形態を示す概略的な構成図である。 図１に示すサーモスタットの全体構造を示す断面図である。 図１に示すサーモスタットの構造を示す断面斜視図である。 図１に示すサーモスタットが作動する三つの状態を示す部分断面図である。

本発明の好ましい実施形態を挙げ、添付した図面を参照して詳細に説明する。
以下、本特許の理解を助けるために、構成要素を記載及び説明しており、図面に記載されていない構成要素は、当業者によく知られた公知のものであるので説明を省略している。

図１は、本発明に係るサーモスタットを備えたエンジンシステムの一実施形態を示す概略的な構成図である。サーモスタットを備えたエンジンシステムは、エンジン１３０、サーモスタット１００、ヒータ１２０、第２流路としてエンジン排出流路１２２、第３流路としてエンジン流入流路１２８、第４流路としてヒータ排出流路１２４、第１流路としてラジエータ排出流路１２６、加温ライン調節バルブ１５０を有して構成される。

さらに、サーモスタット１００は、サーモスタットケース１４０を有し、サーモスタットケース１４０は、エンジン排出流路１２２、ヒータ排出流路１２４、ラジエータ排出流路１２６、エンジン流入流路１２８とそれぞれ連結される。

エンジン１３０を冷却させるためには冷却水が用いられる。サーモスタット１００は、この冷却水の温度が設定値より低いとき、冷却水がヒータ１２０とエンジン１３０を循環するようにし、冷却水の温度が設定値より高いとき、冷却水がエンジン１３０とラジエータ１１０を循環するようにする。

さらに詳細に説明すると、冷却水の温度が設定値より低いとき、冷却水は、ヒータ１２０、ヒータ排出流路１２４、サーモスタット１００、及びエンジン流入流路１２８を通して循環し、ヒータ１２０で加温される。
この実施形態では、ヒータ排出流路１２４に加温ライン調節バルブ１５０を設け、加温ライン調節バルブ１５０により冷却水を選択的にヒータ１２０に流すことができる。

冷却水の温度が設定値より高いときには、冷却水は、ラジエータ１１０、サーモスタット１００、及びエンジン１３０を循環し、ラジエータ１１０を通して冷却される。

図２はサーモスタットの全体構造を示す断面図、図３はサーモスタットの構造を示す断面斜視図である。ここでは、図１で説明した構成要素及び類似する内容についての詳細な説明を省略している。
図２及び図３を参照すると、サーモスタット１００は、メインバルブ２４０、ワックスケース２０７、バルブガイド２３０、弾性部材２７０、バイパスバルブ２６５、クロージングバルブ２６０、ピストン支持部２５０、メインピストン２２０、ラバーピストン２１５、半流体２１０、ワックス２０５、グローヒータ２００を有する構造である。

バルブガイド２３０の上段部にはメインバルブ２４０が形成され、メインバルブ２４０は、ラジエータ排出流路１２６を遮断する。その下段部にはクロージングバルブ２６０が形成され、クロージングバルブ２６０はエンジン排出流路１２２を遮断する。

クロージングバルブ２６０と隣接して、メインバルブ２４０側にはバイパスバルブ２６５が形成される。クロージングバルブ２６０とバイパスバルブ２６５の間の距離は変更可能であり、設計仕様によって任意に設定する。

弾性部材２７０は、バルブガイド２３０を上方に弾性支持して、メインバルブ２４０がラジエータ排出流路１２６を遮断するようにし、クロージングバルブ２６０がエンジン排出流路１２２を遮断するようにする。

バルブガイド２３０を動かす駆動部は、ワックスケース２０７、グローヒータ１２０、ワックス２０５、半流体２１０、ラバーピストン２１５、メインピストン２２０、及びピストンガイド２２５を有して構成される。

グローヒータ２００または周辺冷却水の温度によってワックス２０５の温度が上昇すると、ワックス２０５が膨張し、半流体２１０、及びラバーピストン２１５を通してメインピストン２２０を下方に動かす。メインピストン２２０が下方に動くと、バルブガイド２３０と一体に形成されたピストン支持部２５０を下方に押し、バルブガイド２３０が下方に移動する。

図４は、上記実施形態においてサーモスタットが作動する三つの状態を示す断面図である。
駆動部が作動しない初期作動状態（ｌｉｆｔ＝０ｍｍ）では、ラジエータ排出流路１２６とエンジン排出流路１２２は、メインバルブ２４０とクロージングバルブ２６０によって遮断されている。すると、冷却水は、エンジン１３０、ヒータ１２０、及びサーモスタット１００を循環する。つまり、冷却水は、エンジン１３０、ヒータ１２０、ヒータ排出流路１２４、及びエンジン流入流路１２８を循環する流れとなる。冷却水の温度が設定値より低いときには加温ライン調節バルブ１５０が開放されて、ヒータ１２０が作動できる。

駆動部が、中間（５０％）で作動する中間作動状態（ｌｉｆｔ＝５ｍｍ）では、メインバルブ２４０はラジエータ排出流路１２６を約５０％開放し、クロージングバルブ２６０とバイパスバルブ２６５は、エンジン排出流路１２２を約５０％開放する。このとき、冷却水の一部は、エンジン１３０、ラジエータ１１０、ラジエータ排出流路１２６、サーモスタット１００、及びエンジン流入流路１２８を循環し、残りは、エンジン１３０、エンジン排出流路１２２、サーモスタット１００、及びエンジン流入流路１２８を循環する。加温ライン調節バルブ１５０は閉鎖され、ヒータ１２０は作動しない。

駆動部が最大（１００％）で作動する最大作動状態（ｌｉｆｔ＝１０ｍｍ）では、メインバルブ２４０は、ラジエータ排出流路１２６を１００％開放し、バイパスバルブ２６５は、エンジン排出流路１２２を閉鎖する。すると、冷却水は、エンジン１３０、ラジエータ１１０、ラジエータ排出流路１２６、サーモスタット１００、及びエンジン流入流路１２８を循環する流れとなる。加温ライン調節バルブ１５０は閉鎖され、ヒータ１２０は作動しない。

本発明のサーモスタット１００は、エンジンの冷却水排出口に配置される冷却水排出口に適用可能であり、サーモスタット１００は、エンジンの冷却水流入口に配置される冷却水流入口に適用することができる。

以上、本発明のエンジンシステムを、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者による容易に変更されて均等であると認められる範囲の全ての変更を含むものである。

１００：サーモスタット
１１０：ラジエータ
１２０：ヒータ
１２２：エンジン排出流路
１２４：ヒータ排出流路
１２６：ラジエータ排出流路
１２８：エンジン流入流路
１３０：エンジン
１４０：サーモスタットケース
１５０：加温ライン調節バルブ
２００：グローヒータ
２０５：ワックス
２０７：ワックスケース
２１０：半流体
２１５：ラバーピストン
２２０：メインピストン
２２５：ピストンガイド
２３０：バルブガイド
２４０：メインバルブ
２５０：ピストン支持部
２６０：クロージングバルブ
２６５：バイパスバルブ
２７０：弾性部材

Claims (6)

1. 一側が第１流路と連結され、他側が第２流路と連結されて、これらの間が第３流路及び第４流路と連結されたサーモスタットケースと、
   一側には前記第１流路を開閉するメインバルブが形成され、他側には前記第２流路を開閉するクロージングバルブが形成されて、前記クロージングバルブと間隔を置いてバイパスバルブが形成されたバルブガイドと、
   前記バルブガイドを弾性的に支持して、前記メインバルブが前記第１流路を遮断し、前記クロージングバルブが前記第２流路を遮断するようにする弾性部材と、
   冷却水の温度が設定値より高くなったとき、前記メインバルブが前記第１流路を開放し、前記クロージングバルブが前記第２流路を開放するように、前記バルブガイドを動かすように配置された駆動部と、
   前記駆動部を制御して冷却水の温度と流れを制御する制御部と、
   を有し、
   前記駆動部が作動しない初期作動状態では、前記メインバルブが前記第１流路を遮断した状態で、前記クロージングバルブが前記第２流路を遮断しており、
   前記第１流路が、ラジエータと連結されたラジエータ排出流路であり、前記第２流路が、エンジンの一側と連結されたエンジン排出流路であり、前記第３流路が、エンジンの他側と連結されたエンジン流入流路であり、前記第４流路が、ヒータと連結されたヒータ排出流路であり、
   前記制御部は、前記冷却水の温度が設定値以上であると判断したとき、前記ヒータの稼動を中止し、加温ライン調節バルブを通して前記ヒータに供給される冷却水の流れを遮断することを特徴とするサーモスタットを備えたエンジンシステム。
2. 前記駆動部は、
   温度によって膨張または収縮できるようにワックスケースに充填されたワックスと、
   前記ワックスの膨張によって動いて前記バルブガイドを動かすメインピストンと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のサーモスタットを備えたエンジンシステム。
3. 前記メインバルブが前記第１流路を遮断し、前記クロージングバルブが前記第２流路を遮断したとき、
   前記制御部は、前記ヒータを通過した冷却水が、前記第４流路を通して前記サーモスタットケースの中に流し、さらに前記第３流路を通して前記エンジンに供給するようにすることを特徴とする請求項１に記載のサーモスタットを備えたエンジンシステム。
4. 前記制御部は、
   前記冷却水の温度が設定値より低ければ、前記ヒータを作動させて前記冷却水を加温することを特徴とする請求項３に記載のサーモスタットを備えたエンジンシステム。
5. 前記バイパスバルブは、前記クロージングバルブから前記メインバルブ側に設定された距離を置いて形成され、
   前記駆動部が前記バルブガイドを作動させないとき、前記制御部は、前記メインバルブが前記第１流路を閉鎖し、前記クロージングバルブが前記第２流路を閉鎖し、
   前記駆動部が前記バルブガイドを設定された中間作動状態にされたとき、前記メインバルブが前記第１流路を開放し、前記クロージングバルブが前記第２流路を開放し、
   前記駆動部が前記バルブガイドを設定された最大作動状態にされたとき、前記メインバルブが前記第１流路を最大に開放し、前記バイパスバルブが前記第２流路を閉鎖する
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーモスタットを備えたエンジンシステム。
6. 前記制御部は、前記冷却水の温度が設定値より低いと判断したとき、前記ヒータを稼動し、加温ライン調節バルブを通して前記ヒータに供給される冷却水の流れを調節することを特徴とする請求項１に記載のサーモスタットを備えたエンジンシステム。
   

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