JP6996346B2 - 内燃機関の冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の冷却システムに関する。

エンジン（内燃機関）の冷却システムは、ウォータポンプ、ラジエータ、サーモスタット装置等を有する冷却水循環回路を備えている。エンジンの冷間始動時には、サーモスタット装置のバルブ（ラジエータからのリターン通路を開閉するバルブ）を閉鎖してラジエータからの冷却水の流通を停止し、エンジンの早期暖機を図る。一方、エンジンの暖機完了後には、サーモスタット装置のバルブを開放し、ラジエータにおいて冷却された冷却水を流通させ、冷却水の温度を低下させて、エンジンのオーバヒートを防止する。

特許文献１には、サーモスタット装置に流入する冷却水の温度に応じて膨張・収縮する熱膨張体を内蔵する感温部によってバルブを開弁するサーモスタット装置が開示されている。

特開２００３－３２８７５３号公報

エンジンからの冷却水が感温部の一部に偏って流入する場合（冷却水が感温部の一部に衝突する場合）、冷却水が衝突する箇所において熱膨張体が局所的に膨張し、バルブが傾いて開弁するおそれがある。この場合、ラジエータによって冷却された冷却水がバルブの傾きによって開口した箇所から流れ込み、熱膨張体が局所的に膨張した箇所に集中的に流入すると、感温部の温度変化が生じやすくなる。これにより、バルブの動きが安定せず、冷却水温度のハンチングが発生するおそれがある。

そこで、本明細書開示の内燃機関の冷却システムは、冷却水温度のハンチングを抑制すること課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の冷却システムは、ラジエータからの冷却水が流入する第１流入口と、ラジエータをバイパスした冷却水が流入する第２流入口と、を有するハウジングと、冷却水の温度に応じて変位する感温部と、前記感温部の変位により前記第１流入口からの冷却水の流入を許容する開弁状態と前記第１流入口からの冷却水の流入を遮断する閉弁状態との間で移動可能なバルブと、を有し、前記ハウジングに収容されるサーモスタット装置と、を備え、前記第２流入口は前記感温部の軸に交差する軸に沿って設けられ、前記ハウジングは、前記バルブが着座する弁座と前記第２流入口との間であって、前記第２流入口と対向する前記感温部の一部と対向する面に、前記第１流入口からの冷却水の流量を減少させる流路絞り部を備える。

本明細書開示の内燃機関の冷却システムによれば、冷却水温度のハンチングを抑制することができる。

図１は、実施形態に係る冷却システムの概略構成を示す図である。 図２（Ａ）は、サーモスタット装置の内部構造を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ－Ａ線の断面図である。 図３（Ａ）は、冷却水が感温部に衝突する箇所について説明するための図であり、図３（Ｂ）は、ハウジングが流路絞り部を有する場合の冷却水の流量について説明するための図であり、図３（Ｃ）は、ハウジングが流路絞り部を有さない場合の冷却水の流量について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

図１は、本実施形態に係る冷却システム１の概略構成を示す図である。冷却システム１は、冷却水循環回路１０を備えている。この冷却水循環回路１０は、冷却水を循環させるための電動ウォータポンプ２と、循環する冷却水を冷却するラジエータ３と、電動ウォータポンプ２の上部に直接的に取り付けられたサーモスタット装置４と、を備えている。電動ウォータポンプ２の作動によって冷却水循環回路１０で冷却水を循環させ、この冷却水によってエンジン（内燃機関）５を冷却するよう構成されている。

エンジン５は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等であり、シリンダヘッド５１及びシリンダブロック５２を備えている。シリンダヘッド５１の内部にはヘッド側ウォータジャケット５１ａが形成され、シリンダブロック５２の内部にはブロック側ウォータジャケット５２ａが形成されている。本実施形態におけるエンジン５は、ヘッド側ウォータジャケット５１ａとブロック側ウォータジャケット５２ａとが連通されている。

冷却水循環回路１０に備えられた各機器を接続する冷却水通路としては、ポンプ吐出通路１１、エンジン流出通路１２、ラジエータリターン通路１３、及び暖機用リターン通路１４を備えている。

ポンプ吐出通路１１は、電動ウォータポンプ２の吐出口２１とエンジン５のブロック側ウォータジャケット５２ａとを接続している。エンジン流出通路１２は、エンジン５のヘッド側ウォータジャケット５１ａとラジエータ３のアッパタンク３１とを接続している。ラジエータリターン通路１３は、ラジエータ３のロアタンク３２とサーモスタット装置４のラジエータ側流入口４１とを接続している。暖機用リターン通路１４は、エンジン流出通路１２とサーモスタット装置４のエンジン側流入口４２とを接続している。ラジエータ側流入口４１は、第１流入口（ラジエータからの冷却水が流入する第１流入口）の一例である。また、エンジン側流入口４２は、第２流入口（ラジエータをバイパスした冷却水が流入する第２流入口）の一例である。

電動ウォータポンプ２は、冷却水循環回路１０において冷却水を循環させるための水流を発生させる。

ラジエータ３は、例えばダウンフロータイプのものであり、アッパタンク３１とロアタンク３２との間にラジエータコア３３が配設されている。このラジエータ３は、アッパタンク３１に回収された冷却水がロアタンク３２に向けてラジエータコア３３の内部を流下する際に、冷却水と外気との間で熱交換を行うことにより、冷却水の熱を大気中に放出するよう構成されている。

サーモスタット装置４は、図２（Ａ）に示すように、合成樹脂等により形成されたハウジング４３に収容されている。

ハウジング４３の上端部近傍の側面（図２（Ａ）における奥側の側面）にはラジエータ側流入口４１が形成されており、このラジエータ側流入口４１に、ラジエータリターン通路１３を形成するラジエータリターンパイプ（不図示）が接続されている。

ハウジング４３の下端部には、サーモスタット装置４の内部を流れた冷却水を電動ウォータポンプ２に向けて流出するための流出部４５が設けられている。この流出部４５の中央部には、冷却水を流出する開口４５ａが形成されている。当該開口４５ａと電動ウォータポンプ２の吸入口とは連通されており、これにより、サーモスタット装置４の内部を流れた冷却水が開口４５ａを経て電動ウォータポンプ２に流れ込むようになっている。

このため、ラジエータリターン通路１３を経てラジエータ側流入口４１からサーモスタット装置４に冷却水が流入する場合には、この冷却水は、サーモスタット装置４の内部を図２（Ａ）において上側から下側に向かって流れ、流出部４５の開口４５ａから電動ウォータポンプ２に向けて流出されることになる。

また、ハウジング４３の下端部近傍の側面には、後述する感温部４４の軸ＡＸ１と交差する軸ＡＸ２に沿ってエンジン側流入口４２が形成されており、このエンジン側流入口４２に、暖機用リターン通路１４を形成する暖機用リターンパイプ（不図示）が接続されている。

このため、暖機用リターン通路１４を経てエンジン側流入口４２からサーモスタット装置４に流入した冷却水は、サーモスタット装置４の内部の下側部分を流れ、流出部４５の開口４５ａから電動ウォータポンプ２に流出されることになる。

サーモスタット装置４は、冷却水温度に応じて変位する感温部４４と、感温部４４の変位により、ラジエータ側流入口４１からの冷却水の流入を許容する開弁状態とラジエータ側流入口４１からの冷却水の流入を遮断する閉弁状態との間で移動可能なバルブ４４ｃと、を備える。

感温部４４は、上端部がハウジング４３の上部内面が突出されてなるピストン支持部４３ａに支持されたピストン４４ｂと、冷却水の温度に反応して膨張・収縮する熱膨張体（サーモワックス）を内蔵するケース４４ａと、を備える。また、ケース４４ａの上端側に、円盤状のバルブ４４ｃが取り付けられている。バルブ４４ｃが、ハウジング４３の内面の一部が小径とされることで形成された弁座４３ｂに着座することにより閉弁状態となる。

また、サーモスタット装置４は、バルブ４４ｃを閉弁方向に付勢するコイルスプリング４４ｄを備える。このコイルスプリング４４ｄの上端部は、バルブ４４ｃの下面に当接している。また、このコイルスプリング４４ｄの下端部は、流出部４５に設けられた金属製のスプリング受けフレーム６によって支持されている。コイルスプリング４４ｄは、バルブ４４ｃとスプリング受けフレーム６との間で圧縮された状態で配設されており、これによりバルブ４４ｃに対して閉弁方向（上向き方向）の付勢力を与えている。

コイルスプリング４４ｄの下端部はスプリング受けフレーム６に支持されている。また、感温部４４の下端部もスプリング受けフレーム６に支持されている（スプリング受けフレーム６の中央部に形成された開口６３に挿入されている）。

上記構成を有するサーモスタット装置４において、サーモスタット装置４に流入する冷却水の温度が低い場合には、ケース４４ａに内蔵された熱膨張体が収縮して、ピストン４４ｂが後退移動（ケース４４ａに対して相対的に下方に移動）する。ピストン４４ｂはピストン支持部４３ａに支持されているため、ケース４４ａの上端側のバルブ４４ｃが相対的に上方に移動して弁座４３ｂに当接し、コイルスプリング４４ｄの付勢力を受けて閉弁状態となるように作動する。この閉弁状態にあっては、ラジエータリターン通路１３からの冷却水の流入が遮断される（ラジエータ側流入口４１からの冷却水の流入が遮断される）。

一方、サーモスタット装置４に流入する冷却水の温度が上昇すると、ケース４４ａに内蔵された熱膨張体が膨張して、ピストン４４ｂが前進移動（ケース４４ａに対して相対的に上方に移動）する。ピストン４４ｂはピストン支持部４３ａに支持されているため、ケース４４ａの上端側のバルブ４４ｃがコイルスプリング４４ｄの付勢力に抗して相対的に下方に移動して弁座４３ｂから離れ、開弁状態となるように作動する。この開弁状態になると、ラジエータリターン通路１３からの冷却水の流入が許容される（ラジエータ側流入口４１からの冷却水の流入が許容される）。

ところで、エンジン側流入口４２は、感温部４４の軸ＡＸ１と交差する軸ＡＸ２に沿って１箇所に設けられているため、エンジン側流入口４２から流入した冷却水Ｗ１は、図３（Ａ）に示すように、感温部４４の、エンジン側流入口４２と対向する部分Ｐ１に衝突する。すると、エンジン側流入口４２からの冷却水が衝突する箇所の温度が局所的に上昇し、当該箇所の熱膨張体が局所的に膨張する。これによって、図３（Ｂ）に示すように、バルブ４４ｃが傾いて開口するおそれがある。

この場合、ラジエータ３によって冷却された冷却水が、バルブ４４ｃが傾いて開口した箇所から流れ込み、熱膨張体が局所的に膨張した箇所（図３（Ａ）のＰ１で示される部分）に集中的に流入する。そのため、感温部４４の、エンジン側流入口４２と対向する箇所では温度変化が生じやすくなる。これにより、バルブ４４ｃの動きが安定せず、冷却水温度のハンチングが発生するおそれがある。

そこで、本実施形態に係るサーモスタット装置４のハウジング４３は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、弁座４３ｂとエンジン側流入口４２側との間であって、エンジン側流入口４２と対向する感温部４４の一部と対向する面に、ラジエータ側流入口４１からの冷却水の流量を減少させる流路絞り部４３ｃを備える。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ－Ａ線の断面図である。流路絞り部４３ｃは、図２（Ｂ）に示すように、ハウジング４３の内側に冷却水の流路空間に向けて突出し、ラジエータ側流入口４１からの冷却水の流路を狭めるように設けられている。

ハウジング４３が流路絞り部４３ｃを有する場合、図３（Ｂ）に示すように、バルブ４４ｃが傾いて開口しても、当該流路絞り部４３ｃによって冷却水の流通経路が狭められているため、ラジエータ側流入口４１からエンジン側流入口４２側へと流通する冷却水Ｗ２の流量が減少する。このため、感温部４４において、エンジン側流入口４２から流入した冷却水が衝突する箇所での温度変化が小さくなる。これにより、バルブ４４ｃの動作が安定するため、冷却水温度のハンチングを抑制できる。

一方、流路絞り部４３ｃを有さないハウジング４３´では、図３（Ｃ）に示すように、バルブ４４ｃが傾いて開口した部分から、流路絞り部４３ｃを有する場合と比較して多量の冷却水Ｗ３がエンジン側流入口４２側へと流入するため、感温部４４において、エンジン側流入口４２から流入した冷却水が衝突する箇所での温度変化が大きくなり、バルブ４４ｃの動作が不安定となるおそれがある。このため、冷却水温度のハンチングが生じるおそれがある。

以上、詳細に説明したように、本実施形態において、エンジン５の冷却システム１は、ラジエータ３からの冷却水が流入するラジエータ側流入口４１と、ラジエータ３をバイパスした冷却水が流入するエンジン側流入口４２と、を有するハウジング４３と、冷却水の温度に応じて変位する感温部４４と、感温部４４の変位によりラジエータ側流入口４１からの冷却水の流入を許容する開弁状態とラジエータ側流入口４１からの冷却水の流入を遮断する閉弁状態との間で移動可能なバルブ４４ｃと、を有し、ハウジング４３に収容されるサーモスタット装置４と、を備え、エンジン側流入口４２は感温部４４の軸ＡＸ１に交差する軸ＡＸ２に沿って設けられ、ハウジング４３は、バルブ４４ｃが着座する弁座４３ｂとエンジン側流入口４２との間であって、エンジン側流入口４２と対向する感温部４４の一部と対向する面に、ラジエータ側流入口４１からの冷却水の流量を減少させる流路絞り部４３ｃを備える。これにより、図３（Ｂ）に示すように、バルブ４４ｃが傾いて開口しても、当該流路絞り部４３ｃによって冷却水の流通経路が狭められているため、ラジエータ側流入口４１からエンジン側流入口４２側へと流通する冷却水Ｗ２の流量が減少する。このため、感温部４４において、エンジン側流入口４２から流入した冷却水が衝突する箇所での温度変化が小さくなる。これにより、バルブ４４ｃの動作が安定するため、冷却水温度のハンチングを抑制できる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１ 冷却システム
３ ラジエータ
５ エンジン
４１ ラジエータ側流入口（第１流入口）
４２ エンジン側流入口（第２流入口）
４３ ハウジング
４３ｂ 弁座
４３ｃ 流路絞り部
４４ 感温部
４４ｃ バルブ
ＡＸ１ 感温部の軸
ＡＸ２ エンジン側流入口の軸

Claims (1)

1. ラジエータからの冷却水が流入する第１流入口と、ラジエータをバイパスした冷却水が流入する第２流入口と、を有するハウジングと、
   冷却水の温度に応じて変位する感温部と、前記感温部の変位により前記第１流入口からの冷却水の流入を許容する開弁状態と前記第１流入口からの冷却水の流入を遮断する閉弁状態との間で移動するバルブと、を有し、前記ハウジングに収容されるサーモスタット装置と、
   を備え、
   前記第２流入口は前記感温部の軸に交差する軸に沿って設けられ、
   前記ハウジングは、前記バルブが着座する弁座と前記第２流入口との間であって、前記第２流入口と対向する前記感温部の一部と対向する面に、前記第１流入口からの冷却水の流量を減少させる流路絞り部を備える、
   ことを特徴とする、内燃機関の冷却システム。

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