JPH03258916A - 内燃機関の冷却水温制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車用エンジン等の内燃機関に使用する冷却
水温制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、自動車用エンジン等の内燃機関を冷却するには、
ラジェータを用いる水冷式の冷却装置が使用されていた
。この種の冷却装置においては、冷却水の温度を制御す
るにはサーモスタンドが用いられており、冷却水が所定
温度より低温の場合には、冷却水をバイパス通路へ流し
てラジェータを通さずに循環させる構造であった。従来
のこの種の冷却装置を第５図によって説明する。

第５図は従来の冷却装置を示す概略構成図で、同図にお
いて、１はエンジンにおけるシリンダブロックの冷却水
通路、２は前記シリンダブロックの冷却水通路１にエン
ジン内で連通されたシリンダヘッドの冷却水通路、３は
ラジェータを示す。

このラジェータ３の冷却水入口部はラジェータ入口通路
４を介して前記シリンダヘッドの冷却水通路２に連通さ
れ、また、ラジェータ３の冷却水出口部はラジェータ出
口通路５を介して前記シリンダブロックの冷却水通路１
に連通されている。６は冷却水ポンプで、この冷却水ポ
ンプ６は前記ラジェータ出口通路５の途中に介装されて
いる。７はラジェータ３に流される冷却水の流量を冷却
水温度に応じて制御するためのサーモスタットで、この
サーモスタット７は、前記ラジェータ人口通路４の途中
に介装されている。また、このサーモスタット７は冷却
水の温度が設定温度（一般的に８０℃）以下の場合に全
閉となるように構成されている。８は冷却水が所定温度
より低温の場合にラジェータ３を迂回して冷却水を循環
させるためのバイパス通路で、このバイパス通路８の一
端は、前記ラジェータ入口通路４におけるサーモスタッ
ト７の上流側に冷却水分岐部９を介して接続され、他端
は冷却水ポンプ６に接続されている。

このように構成された従来の冷却装置においては、エン
ジン始動直後等の場合のように冷却水の温度が低温の場
合には、冷却水ポンプ６からシリンダブロックの冷却水
通路１に供給された冷却水は、シリンダへンドの冷却水
通路２から冷却水分岐部９に流され、サーモスタット７
が全閉状態である関係からラジェータ３側へは流されず
にバイパス通路８を介して再び冷却水ポンプ６へ戻され
る。このように低温時には冷却を行わずに冷却水が循環
されることになる。冷却水の温度がサーモスタット７の
設定温度より上昇すると、サーモスタット７が開き、冷
却水はシリンダヘッドの冷却水通路２から冷却水分岐部
９．ラジェータ入口通路４を通ってラジェータ３に流さ
れる。そして、ラジェータ３で冷却された冷却水はラジ
ェータ出口通路５から冷却水ポンプ６へ戻され、再びシ
リンダブロックの冷却水通路１へ供給される。このよう
にラジェータ３によって冷却された冷却水をエンジンに
供給することによってエンジンが冷却されることになる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、従来の冷却装置においては、冷却水の温度は
サーモスタット７の設定温度に制御される関係から、冬
期および夏期において略一定の温度（一般的に８０℃）
に保たれる。このため、冷却水の温度を外気温やエンジ
ンの運転状態に応して最適に制御することは困難であっ
た。例えば、冬期でのヒーター性能向上、燃費向上を図
るために冷却水の温度を高めに設定すると、外気温の高
い夏期には冷却水の温度が高温になりゃすく、エンジン
の冷却効果が低下したり、潤滑油の温度が上昇したりす
るという問題が生じる。また、冷却水の流量制御にサー
モスタットは圧力損失が大きいために冷却水の流量を増
やすにも限度があった。

このような不具合を解消した内燃機関の機関冷却水温制
御装置としては特公昭６０−２０５６３号公報に開示さ
れたものがある。これは、冷却水通路を、高温用サーモ
スタットを有する冷却水通路と、低温用サーモスタット
を有する冷却水通路とに並列に設け、一方の冷却水系統
に流量制御弁が接続されていた。このように２つのサー
モスタットを使用すると、冷却水温度制御の条件設定を
倍加することができるが、冷却水系統が並列になってい
るためにエンジン内に占めるスペースが大きくなり、さ
らに流量制御弁も必要になる関係から大型化してしまう
という欠点があった。また、冷却水通路にはやはり圧力
損失の大きなサーモスタットが用いられており、２個の
サーモスタットで大流量を確保する構造であるため低効
率であった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る内燃機関の冷却水温制御装置は、内燃機関
の冷却水通路におけるラジェータ人口とラジェータバイ
パス管人口との間に、冷却水通路を開閉するバタフライ
弁と、このバタフライ弁に減速機を介して連結され、冷
却水の温度に応じて前記バタフライ弁の開度を調節する
ステッパモータとを設けてなり、前記バタフライ弁の弁
軸を、弁体の回転中心から半径方向外側へ偏心させたも
のである。

〔作　用〕

本発明によれば、バタフライ弁をステッパモータにより
所定開度に調節することによって、ラジェータに流され
る冷却水の流量をその温度に応じて制御することができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図（ａ）、　（ｂ）ない
し第４図によって詳細に説明する。

第１図（ａ）、　（ｂ）は本発明に係る内燃機関の冷却
水温制御装置の要部を破断して示す正面図で、同図（ａ
）はバタフライバルブが全閉の状態を示し、同図（ｂ）
はバタフライバルブが全開の状態を示す。

第２図は第１図（ａ）における■−■線断面図、第３図
はバタフライバルブのバルブ軸と弁体との位置関係を示
す要部拡大断面図、第４図は本発明に係る内燃機関の冷
却水温制御装置が装着された冷却装置を示す概略構成図
である。これらの図において前記第５図で説明したもの
と同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳
細な説明は省略する。これらの図において、１１は本発
明に係る冷却水温制御装置を示し、この冷却水温制御装
置１１は、本体１２と、バタフライバルブ１３と、ステ
ッパモータ１４等とから構成されている。

前記本体１２には、冷却装置のラジェータ入口通路４に
接続されて冷却水が流される管部１２ａと、この管部１
２ａに一体的に設けられた略有底角筒状を呈するギヤボ
ックス１２ｂとから構成されている。また、前記管部１
２ａおよびギヤボックス１２ｂには後述するバタフライ
バルブ１３が嵌挿される軸穴１２ｃが穿設されている。

１３は前記管部１２ａ内を流される冷却水の流量を制御
するためのバタフライバルブで、このバタフライバルブ
１３は、前記本体１２の軸穴Ｉ２Ｃに嵌挿され管部１２
ａを横切るバルブ軸１３ａと、このバルブ軸１３ａにお
ける管部１２ａ内の部分に固定された弁体１３ｂとから
構成されており、本体１２に回動自在に支持されている
。また、前記バルブ軸１３ａにおけるギヤボックス１２
ｂ側端部は、ギヤボックス１２ｂ上に固定されたカバー
１２ａに軸支されており、ギヤボックス１２ｂ内に臨む
部分には減速用平歯車１３ｃが固定されている。そして
、前記バルブ軸１３ａは、弁体１３ｂに対してその回転
中心から半径方向外側へ偏心された位置に取付けられて
いる。すなわち、弁体１３ｂの厚み方向中心位置はバル
ブ軸１３ａの軸心位置に位置づけられているが、弁体１
３ｂの半径方向中心位置はバルブ軸１３ａの軸心位置に
対して僅かに偏位（オフセット）されることになる。こ
のオフセット寸法（δ〉は、バルブ軸１３ａの外径、弁
体１３ｂの厚み、冷却水通路たる管部１２ａの内径等に
よって決定される。すなわち、本発明の内燃機関の冷却
水温制御装置装置１１においては、弁体１３ｂの厚みを
ｔとすると、第３図に示すように、管部１２ａの中心か
ら（δ＋ｔ／２）だけオフセット点を通る弦の長さをＬ
Ｏ＋弁体１３ｂとバルブ軸１３ａ外径との接する部分の
長い方の接触長さをり、とした時に、各部材の寸法やオ
フセント寸法がり、≧Ｌ、を満足する寸法となるように
設定されている。なお、第３図において一点鎖線Ａは冷
却水通路の中心、Ｂはバルブ軸１３ａの軸心を示す。こ
のようにバルブ軸１３ａを弁体１３ｂに対してオフセン
トさせると、管部１２ａ内を流れる冷却水から弁体１３
ｂに加えられる圧力がバルブ軸１３ａの両側で異なるこ
とになるから、弁体１３ｂを全開方向へ回転させようと
するトルクが発生することになる。すなわち、バルブ軸
１３ａが自由に回転する状態では、弁体１３ｂは冷却水
の圧力によって全開状態にされる。

１４は前記バタフライバルブ１３を開閉させるためのス
テッパモータで、このステッパモータ１４は、冷却水の
温度を検出するセンサ（図示せず）および制御装置（図
示せず）に接続されて冷却水の温度に応じて駆動される
ように構成されており、前記カバー１２ｄに取付けられ
ている。また、このステッパモータ１４の出力軸１４ａ
は、第２図に示すように、その先端がギヤボックス１２
ｂ内に臨むようにカバー１２ｄを貫通しており、その先
端には前記バタフライバルブ１３の平歯車１３Ｃに噛合
されるステッパモータ側平歯車１５が固定されている。

すなわち、このステッパモータ側平歯車１５と前記平歯
車１３ｃとによって減速機が構成され、ステッパモータ
１４が駆動されて出力軸１４ａと共にステッパモータ側
平歯車１５が回転すると、この平歯車１５に噛合する平
歯車１３ｃが減速された状態で回転されてバタフライバ
ルブ１３が駆動されることになる。

このように構成された冷却水温制御装置１１は、本体１
２の管部１２ａを従来のサーモスタットの代わりにラジ
ェータ入口通路４に接続して使用する。この際、冷却水
の入口側としては、管部材１２ａの２つの開口端部のう
ち何れでもよい。

冷却水の温度が設定温度以上の場合には、ステッパモー
タ１４が制御装置によって駆動されてバタフライバルブ
１３が開動作される。この際、ステッパモータ１４の駆
動力は、出力軸１４ａからステンパモータ側乎歯車１５
および歯車１３ｃを介してバタフライバルブ１３に伝達
される。このようにバタフライバルブ１３が開動作され
ることによって、冷却水はラジェータ入口通路４からラ
ジェータ３へ流されて冷却されることになる。

冷却水の温度が設定温度以下の場合には、ステッパモー
タ１４が制御装置によって駆動されてバタフライバルブ
１３が閉動作される。バタフライバルブ１３が閉動作さ
れることによって、冷却水はラジェータ３側へは流され
ずに、バイパス通路８を介してラジェータ出口通路５に
流されることになる。

また、本発明に係る冷却水温制御装置１１は、上述した
ようにバタフライバルブ１３を全閉、全開させてサーモ
スタットの機能を果たす以外に、エンジンの種々の条件
に応して、異なる設定温度にて冷却水の流量を制御する
ことができ、しかもバタフライバルブ１３の開度を任意
に設定して流量を制御することもできる。例えば、外気
温の比較的低い冬期には、バタフライバルブ１３を中間
開度に保ちラジェータ入口通路４を絞り気味にして冷却
水の温度を高めることができる。また、外気温の比較的
高い夏期には、バタフライバルブ１３を全開にして冷却
水の温度を低温度に維持することができる。

したがって、本発明に係る冷却水温制御装置１１は、バ
タフライバルブ１３をステッパモータ１４により所定開
度に調節することによって、ラジェータ３に流される冷
却水の流量をその温度に応じて制御することができる。

このため、冷却水の温度を常に最適な温度に保つことが
できる。

また、ステッパモータ１４の電源が遮断されたり、ステ
ッパモータ１４のコイルの一部が断線して回転トルクが
小さくなったりして全開状態に至らすトルクが出力でき
なくなった場合には、バルブ軸１３ａが弁体１３ｂに対
して偏心している関係から弁体１３ｂを全開方向へ回転
させようとするトルクが発生する。このため、ステ・ツ
バモータ１４の回転トルクが見掛は上大きくなり、バタ
フライバルブ１３は全開に至ることになる。

なお、本実施例ではステッパモータ１４とバタフライバ
ルブ１３との間の減速機を平歯車１５゜１３Ｃによって
構成した例を示したが、本発明はこのような限定にとら
れれることなく、例えば傘歯車等を使用した減速機とす
ることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る内燃機関の冷却水温制
御装置は、内燃機関の冷却水通路におけるラジェータ入
口とラジェータバイパス管入口との間に、冷却水通路を
開閉するバタフライ弁と、このバタフライ弁に減速機を
介して連結され、冷却水の温度に応じて前記バタフライ
弁の開度を調節するステッパモータとを設けてなり、前
記バタフライ弁の弁軸を、弁体の回転中心から半径方向
外側へ偏心させたため、バタフライ弁をステッパモータ
により所定開度に調節することによって、ラジェータに
流される冷却水の流量をその温度に応じて制御すること
ができる。したがって、冷却水の温度を外気温度に左右
されずに常に最適な温度に保つことができるから、冬期
に冷却水を高温に制御してヒーター性能向上、燃費向上
を図ることができ、夏期に冷却水を低温に制御すること
によって、機関の冷却効果が低下したり、潤滑油の温度
が上昇したりするのを確実に防ぐことができる。なお、
本発明に係る冷却水温制御装置は、１つの制御弁として
構成することができるので、冷却水系統が大型化されず
に実施することができる。

また、冷却水の流量を制御するためにバタフライ弁を採
用したため、冷却水通路での圧力損失の要因は、弁棒と
弁体厚さの投影部分だけになり、冷却水においては、サ
ーモスタットを使用した場合のように流れ方向が極端に
変えられることなく円滑に流されることになる。したが
って、冷却水通路の圧損を大幅に減少させることができ
るので、大流量をもって冷却水を流すことができる。

さらに、ステッパモータの電源が遮断されたりステッパ
モータが故障した場合には、バタフライバルブに加えら
れる冷却水の圧力によってバタフライバルブが全開動作
されることになる。したがって、バタフライバルブが閉
状態の際にステッパモータが作動不能となったとしても
、バタフライ弁によって冷却水がラジェータへ流されな
くなって機関および潤滑油が冷却されなくなるのを確実
に防ぐことができる。このため、信頼性を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は本発明に係る内燃機関の冷却
水温制御装置の要部を破断して示す正面図で、同図（ａ
）はバタフライバルブが全開の状態を示し、同図（ｂ）
はバタフライバルブが全開の状態を示す。 第２図は第１図（ａ）におけるｎ−ｎ線断面図、第３図
はバタフライバルブのバルブ軸と弁体との位置関係を示
す要部拡大断面図、第４図は本発明に係る内燃機関の冷
却水温制御装置が装着された冷却装置を示す概略構成図
である。第５図は従来の冷却装置を示す概略構成図であ
る。 １１・・・・冷却水温制御装置、１２・・・・本体、１
３・・・・バタフライバルブ、１３ａ・−・・バルブ軸
、１３ｂ・・・・弁体、１３Ｃ，１５・・・・平歯車、
１４・・・・ステッパモータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の冷却水通路におけるラジエータ入口とラジエ
   ータバイパス管入口との間に、冷却水通路を開閉するバ
   タフライ弁と、このバタフライ弁に減速機を介して連結
   され、冷却水の温度に応じて前記バタフライ弁の開度を
   調節するステッパモータとを設けてなり、前記バタフラ
   イ弁の弁軸を、弁体の回転中心から半径方向外側へ偏心
   させたことを特徴とする内燃機関の冷却水温制御装置。