JPH07208162A - 車両用エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車へのラジエータの搭載性を悪化させる
ことなく、且つ電動ファンの消費電力を抑えながらも、
エンジンの冷却水の異常な水温上昇を防止してオーバー
ヒート現象を回避する。 【構成】 ラジエータ５のリザーブタンク１０内に、複
数の連通孔が形成されたケーシングを固定した。そし
て、ケーシング内に、パラフィン系ワックスよりなる蓄
熱材を封入したカプセルを複数挿入した。これらによ
り、仮に高負荷走行直後にアイドリング状態にしてウォ
ータポンプ７の作用による冷却水の循環量が減少して冷
却水温が蓄熱材の融点を越えた場合でも、その領域の熱
量を蓄熱材に吸熱して、エンジン４の冷却水の異常な水
温上昇を防止できるようになった。よって、ラジエータ
５のサイズを増大したり、電動ファン１４の冷却性能を
向上させたりすることなく、所望の冷却性能が得られる
ようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両に搭載されたガ
ソリンエンジンやディーゼルエンジンを冷却水により冷
却するようにした車両用エンジン冷却装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば自動車用エンジン冷却
装置は、特に高負荷走行後に急激にアイドリング状態に
すると、冷却水の循環量が減少し、冷却水の水温が異常
に上昇してオーバヒート現象を起こし易くなる。そのた
め、水温上昇を防止するのにラジエータのサイズおよび
電動ファンの容量を増加して冷却水の冷却性能を向上さ
せることにより対応している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
においては、ラジエータのサイズを大きくすることによ
り自動車への搭載性が悪化するという不具合があった。
また、電動ファンの消費電力が大きくなり、しいてはオ
ルタネータの容量を増大させる必要があるので、製品コ
ストが増大するという不具合があった。

【０００４】請求項１の発明は、車両への熱交換器の搭
載性を悪化させることなく、冷却水の異常な水温上昇を
防止できる車両用エンジン冷却装置の提供を目的とす
る。また、請求項５の発明は、車両への熱交換器の搭載
性を悪化させることなく、且つ電動ファンの消費電力を
抑えながらも、冷却水の異常な水温上昇を防止できる車
両用エンジン冷却装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、車両に搭載された水冷式のエンジン、このエンジン
の冷却水を空気と熱交換させて冷却する熱交換器、およ
び前記エンジンの回転に応じた循環量にて冷却水を循環
させるポンプを有する冷却水回路と、前記熱交換器へ空
気を送風する冷却ファンと、前記冷却水回路内に挿入さ
れ、冷却水温が所定水温を越えるとその領域での熱量を
吸熱する蓄熱材とを備えた技術手段を採用した。

【０００６】請求項２に記載の発明によると、前記蓄熱
材は、潜熱型のパラフィン系ワックスよりなり、冷却水
温が自身の融点より高い領域での熱量を吸熱し、冷却水
温がその融点より低くなると吸熱した熱量を放熱する。
また、請求項３に記載の発明によると、前記蓄熱材は、
前記熱交換器の入口側タンク内に挿入されている。

【０００７】請求項４に記載の発明によると、前記蓄熱
材は、前記熱交換器の入口側タンクより流入した冷却水
を気水分離するリザーブタンク内に挿入されている。ま
た、請求項５に記載の発明によると、前記冷却ファン
は、車両に搭載された発電機で発電された電力を受ける
と作動する電動ファンである。

【０００８】

【作用】請求項１の発明によれば、水冷式のエンジンの
回転によりポンプが作動することによって冷却水回路内
に冷却水の循環流が発生する。これにより、エンジンを
冷却することにより、暖められた冷却水が熱交換器内に
流入して冷却ファンにより吹き付けられる空気と熱交換
して冷却される。この熱交換器で冷却された冷却水は、
ポンプの作用によりエンジンに圧送され再度エンジンを
冷却する。ここで、エンジンを高負荷運転した後に急激
にアイドリング状態にすると、ポンプによる冷却水の循
環量が減少し、冷却水温が所定水温を越える場合がある
が、蓄熱材により所定水温を越えた領域での熱量を吸熱
することによってオーバヒート現象が回避される。この
ため、熱交換器のサイズを大きくしなくても冷却水の異
常な水温上昇が阻止されることにより、熱交換器の車両
への搭載性が改善される。

【０００９】請求項５の発明によれば、エンジンを高負
荷運転した後に急激にアイドリング状態にすると、ポン
プによる冷却水の循環量が減少し、冷却水温が所定水温
を越えるが、蓄熱材により所定水温を越えた領域での熱
量を吸熱することによってオーバヒート現象が回避され
る。このため、電動ファンの冷却性能を増大しなくて
も、冷却水の異常な水温上昇が阻止されることにより、
電動ファンの消費電力が抑えられる。これにより、電動
ファンへ電力を供給する発電機の容量を増大させる必要
はなく、低コスト化が図れる。

【００１０】

【実施例】次に、この発明の車両用エンジン冷却装置を
自動車用エンジン冷却装置に適用した実施例に基づいて
説明する。

【００１１】〔第１実施例の構成〕図１ないし図４はこ
の発明の第１実施例を示したもので、図１は自動車用エ
ンジン冷却装置の全体構造を示した図である。

【００１２】自動車用エンジン冷却装置１は、冷却水回
路２およびこの冷却水回路２内に挿入された複数の蓄熱
材３等から構成されている。冷却水回路２は、水冷式の
エンジン４、ラジエータ５、サーモスタット６、ウォー
タポンプ７、ヒータバルブ８、ヒータコア９および完全
密閉型のリザーブタンク１０を有している。

【００１３】エンジン４は、水冷式のガソリンエンジン
またはディーゼルエンジンであり、自動車のエンジンル
ーム内に配されており、ウォータジャケット（図示せ
ず）内に冷却水が強制循環され、冷却される。

【００１４】ラジエータ５は、本発明の熱交換器であっ
て、自動車のエンジンルーム内の走行風を受け易い場所
に配されており、自動車の走行風および電動ファン１４
の送風によりチューブ間を通過する空気とチューブ内を
流れる冷却水とを熱交換させて冷却水を冷却する熱交換
器である。

【００１５】このラジエータ５は、複数列設されたチュ
ーブおよびフィン（共に図示せず）、これらのチューブ
の入口側端部に接続されたアッパータンク１１、複数の
チューブの出口側端部に接続されたロアタンク１２等に
より構成されている。そのアッパータンク１１は、本発
明の入口側タンクであって、リザーブタンク１０へ冷却
水を流入させるためのパイプ１３が接続されている。

【００１６】電動ファン１４は、本発明の冷却ファンで
あって、自動車に搭載された発電機としてのオルターネ
ータ（図示せず）、あるいはこのオルターネータで発電
した電力により充電されるバッテリ（図示せず）からの
電力を受けて回転する。なお、電動ファン１４は、冷却
水温が設定温度（例えば９０℃〜９５℃）以上に上昇し
たときにオンされ、冷却水温が設定温度より低下した時
にオフされる。

【００１７】サーモスタット６は、冷却水温の自動調整
弁であり、冷却水がラジエータ５内を通る放熱流路１５
に取り付けられ、冷却水温が設定温度（例えば８２℃）
より低下しているとき、全閉して冷却水をラジエータ５
から迂回させるバイパス流路１６を通してエンジン４を
早く適温に近づける働きをする。また、サーモスタット
６は、冷却水温が設定温度（例えば８２℃）以上に上昇
したときに、放熱流路１５を開き始め、冷却水温が設定
温度（例えば９５℃）以上に上昇したときに、その放熱
流路１５を全開する。

【００１８】ウォータポンプ７は、本発明のポンプであ
って、エンジン４に付随して設置され、エンジン１の流
入口に取り付けられている。このウォータポンプ７は、
エンジン４にベルト等の伝達部材を介して回転駆動され
ることによって、ラジエータ５、ヒータコア９およびリ
ザーブタンク１０から流出した冷却水をエンジン４のウ
ォータジャケットへ強制循環させるものである。

【００１９】ヒータバルブ８は、ヒータ流路１７に取り
付けられ、エンジン４のウォータジャケットで高温に暖
められた冷却水のヒータコア９への供給および供給の停
止を司るものである。

【００２０】ヒータコア９は、自動車に搭載された空気
調和装置のダクト（図示せず）内に設置されている。こ
のヒータコア９は、ヒータ流路１７に取り付けられ、車
室内へ向かう空気と内部を流れる冷却水とを熱交換させ
て空気を加熱する熱交換器である。

【００２１】図２はリザーブタンクを示した図である。
リザーブタンク１０は、リザーブタンク流路１８に取り
付けられ、ラジエータ５のアッパータンク１１に接続さ
れたパイプ１３から流入した冷却水を気水分離するもの
である。このリザーブタンク１０は、上側タンク１９お
よび下側タンク２０等から構成されている。

【００２２】上側タンク１９は、キャップ２１により開
口部２２が塞がれる天壁部２３、この天壁部２３より下
方に延ばされた円筒状の胴部２４、およびこの胴部２４
より径方向に張り出した張出部２５等を樹脂により一体
成形している。なお、張出部２５の外周側には、内周ね
じ２６が形成された側壁部２７が一体形成されている。

【００２３】下側タンク２０は、冷却水の出入口となる
出入口ポート２８ａ、２８ｂが形成された円筒状の側壁
部２８、およびこの側壁部２８の底側を閉塞する底壁部
２９等を樹脂により一体成形している。側壁部２８の上
端部は、上側タンク１９の天壁部２３との間に、冷却水
の漏洩を防止するためのＯリング３０を装着している。
また、側壁部２８の上端部の外周部には、内周ねじ２６
と螺合する外周ねじ３１が形成されている。底壁部２９
の中心には、天壁部２３側に突出した凸状の係止部３２
が形成されている。

【００２４】複数の蓄熱材３は、潜熱型のパラフィン系
ワックスなどよりなり、冷却水温が自身の融点より高い
領域での熱量を吸熱し、冷却水温がその融点より低くな
ると吸熱した熱量を放熱する。この複数の蓄熱材３の各
々は、リザーブタンク１０内に挿入された複数のカプセ
ル３４内に封入されている。

【００２５】複数のカプセル３４は、伝熱性に優れる樹
脂等の部材よりなり、球状に形成されている。カプセル
３４への蓄熱材３の封入方法は、図３（Ａ）に示したよ
うに、球状のカプセル３４にノズル３５から蓄熱材３を
封入し、一定量の蓄熱材３を封入したら、図３（Ｂ）に
示したように、ノズルを抜く。そして、カプセル３４の
封入口３６を溶着、溶接等の手段を用いて接合すること
により、蓄熱材３が封入される。

【００２６】なお、複数のカプセル３４の各々に封入さ
れた複数の蓄熱材３は、リザーブタンク１０内で固定さ
れたケーシング３７内に収容されている。このケーシン
グ３７は、リザーブタンク１０の上側タンク１９の胴部
２４にワイヤーバンド３８により取り付けられている。
また、ケーシング３７の円筒状の側壁部３９、円板状の
底壁部４０には、内部と外部とを連通させる多数の連通
孔４１、４２が形成されている。そして、底壁部４０に
は、リザーブタンク１０の下側タンク２０の係止部３２
に係止され、ケーシング３７の位置決めを行うための凹
状の被係止部４３が形成されている。

【００２７】〔第１実施例の作用〕次に、この実施例の
自動車用エンジン冷却装置１の作用を図１ないし図４に
基づいて簡単に説明する。ここで、図４はエンジン４の
スタート後に低、中負荷走行と高負荷走行とを繰り返し
たときの冷却水温のタイムチャートである。

【００２８】なお、図４において実線は従来の技術にお
けるラジエータ５の入口の冷却水温（エンジン４の出口
の冷却水温）ＴW1を表し、破線は実施例におけるラジエ
ータ５の入口の冷却水温（エンジン４の出口の冷却水
温）ＴW1を表す。なお、一点鎖線はラジエータ５の出口
の冷却水温ＴW2を表す。また、ＴH は設計ポイントの規
格値（例えば１０５℃）を表し、ＴM は蓄熱材３の融点
（例えば９４℃）を表し、ＴL はサーモスタット６の開
弁開始水温（例えば８２℃）を表す。

【００２９】エンジン４のスタート後に、市街地走行な
どにより低、中負荷走行すると、冷却水温は低くサーモ
スタット６は閉弁している。このため、エンジン４のウ
ォータジャケット内の冷却水は、バイパス流路１６とリ
ザーブタンク流路１８、場合によってはヒータ流路１７
に流れる。そして、入口ポート２８ａからリザーブタン
ク１０内に流入した冷却水は、ケーシング３７の複数の
連通孔４１、４２を通って複数の蓄熱材３の周囲に流れ
込むが、複数の蓄熱材３の融点（例えば９４℃）に達し
ないため複数の蓄熱材３は冷却水の熱量を吸熱すること
はない。よって、複数の連通孔４１、４２を通ってケー
シング３７より流出して出口ポート２８ｂからリザーブ
タンク１０の外へ流出してエンジン４のウォータジャケ
ットへ戻される。

【００３０】徐々に冷却水温が上昇しサーモスタット６
が開弁すると、冷却水はラジエータ５、リザーブタンク
流路１８に流れる。なお、バイパス流路１６はサーモス
タット６が完全に開弁するまで流れ続ける。これによ
り、ラジエータ５内を流れる冷却水は、電動ファン１４
の作用により冷却風や自動車の走行風によって冷却され
る。低、中負荷走行ではサーモスタット６の開弁度と電
動ファン１４のオン、オフによって冷却水温は一定領域
（例えば８２℃〜９０℃）に保たれる。その後、自動車
の走行条件が登坂等の高負荷走行になると、冷却水温の
上昇に伴い、サーモスタット６は全開、電動ファン１４
は常時オンとなる。

【００３１】ここで、現状の冷却水回路２であれば、冷
却水温は更に上昇し、設計ポイントである規格値まで上
昇してしまうが、この実施例ではリザーブタンク１０内
に流れ込んだ冷却水の水温が複数の蓄熱材３の融点（例
えば９４℃）を越えた領域での熱量を複数の蓄熱材３が
吸熱する。これにより、特に高負荷走行直後にエンジン
４をアイドリング状態にして、ウォータポンプ７による
冷却水の循環量が急激に減少しても、冷却水温の上限は
複数の蓄熱材３の融点に保たれている。このため、冷却
水温が異常に上昇することはなく、エンジン４のオーバ
ヒート現象を起こすことはない。

【００３２】そして、高負荷走行後に低、中負荷走行す
ることにより冷却水温が低下すると、従来の技術であれ
ば低、中負荷走行におけるサーモスタット６の開弁、閉
弁時の制御を繰り返すことになる。ところが、この実施
例では、冷却水温が蓄熱材３の融点より低下すると、複
数の蓄熱材３に吸熱した熱量が放熱するため、ある一定
時間（例えば２秒間〜１００秒間）が経過するまでは冷
却水温は蓄熱材３の融点（例えば９４℃）に保たれる。
その後は現状の冷却水回路と同様な制御となる。また、
再び高負荷走行等が行われれば前述の作用を繰り返す。

【００３３】〔第１実施例の効果〕以上のように、自動
車用エンジン冷却装置１は、リザーブタンク１０内に挿
入された複数のカプセル３４の各々に封入された複数の
蓄熱材３により融点（例えば９４℃）を越えた領域での
熱量を吸熱することによって、冷却水の異常な水温上昇
を阻止することにより、オーバヒート現象を回避するこ
とができる。このため、ラジエータ５のサイズを大型化
したり、電動ファン１４の冷却性能を増大したりする必
要はない。したがって、自動車へラジエータ５を搭載し
易くなると共に、電動ファン１４の消費電力を抑制でき
るので、電動ファン１４へ電力を供給するオルターネー
タの容量を増大させる必要はなく、低コスト化を図るこ
とができる。

【００３４】複数の蓄熱材３の量をコントロールするだ
けでエンジン４の冷却性能を変更することができるの
で、従来の技術のように冷却性能を少し変更する場合に
ラジエータ５のフィンピッチを変更する必要はなく、ラ
ジエータ５をその都度製造する必要はない。このため、
比較的に安価で対応処置が極めて早くできるという優れ
た効果を備えることができる。とくに、従来の技術にお
いてはリザーブタンクは単なる水溜めを行う機能のみで
あったが、この実施例のリザーブタンク１０は吸熱、放
熱を繰り返す熱交換器の機能も果たすことができる。

【００３５】〔第２実施例〕図５はこの発明の第２実施
例を示したもので、蓄熱材の封入方法を示した工程図で
ある。この実施例の球状のカプセル３４は本体５１と蓋
５２に分割されている。そして、図５の（Ａ）に示した
ように、先ず本体５１内に蓄熱材３を封入する。その後
に、図５の（Ｂ）に示したように、本体５１の上部に蓋
５２を被せて、図５の（Ｃ）に示したように、本体５１
と蓋５２を溶着等により接合することにより蓄熱材３を
カプセル３４内に封入する。

【００３６】〔第３実施例〕図６はこの発明の第３実施
例を示したもので、ラジエータを示した図である。この
実施例では、ラジエータ５のアッパータンク１１に形成
された開口部５３から複数の蓄熱材３を収納したケーシ
ング５４をアッパータンク１１内に挿入することによ
り、ラジエータ５のアッパータンク１１内に複数の蓄熱
材３を配している。なお、開口部５３はキャップ５５で
塞いでいる。また、５６はケーシング５４内と外部とを
連通する複数の連通孔で、５７はケーシング５４をキャ
ップ５５の凸部５８に固定するためのワイヤーバンド
で、５９はラジエータ５のチューブである。

【００３７】ここで、従来の技術においてはラジエータ
のアッパータンクは単なる冷却水の分配させる機能のみ
であったが、この実施例のラジエータ５のアッパータン
ク１１は吸熱、放熱を繰り返して熱交換器の機能を果た
すことができる。

【００３８】〔第４実施例〕図７および図８はこの発明
の第４実施例を示したもので、図７はリザーブタンクを
示した図で、図８は蓄熱式熱交換器を示した図である。
この実施例では、リザーブタンク１０内にオイルクーラ
と同一形状の蓄熱式熱交換器６０を挿入している。

【００３９】この蓄熱式熱交換器６０は、凹み部６１の
両端部にタンク部６２、６３が形成されたアルミニウム
等の金属板製の成形プレート６４を複数積層してなる積
層体６５、およびこの積層体６５の両側に接合されたサ
イドプレート６６、６７等から構成されている。

【００４０】なお、２つの成形プレート６４を対向して
接合することによりチューブ６８が形成され、隣接する
チューブ６８間にコルゲートフィン６９が接合されてい
る。また、７０は積層体６５内に蓄熱材３を封入するた
めの封入管であり、この封入管７０は盲栓７１により塞
がれるようになっている。７２は外周ねじで７３は内周
ねじである。

【００４１】〔第５実施例〕図９および図１０はこの発
明の第５実施例を示したもので、図９はリザーブタンク
を示した図で、図１０は蓄熱材パックの製造過程を示し
た工程図である。この実施例では、リザーブタンク１０
内に波形形状の蓄熱材パック８０を挿入している。

【００４２】そして、一対の樹脂シート８１の複数の凹
所８２内に蓄熱材３を入れ、それらの樹脂シート８１を
対向させて重ね合わせ、その上下から溶着機８３、８４
にて一対の樹脂シート８１の外周部等を加圧溶着して蓄
熱材３を複数の凹所８２内に封入することにより蓄熱材
パック８０が製造される。なお、図９において８５は蓄
熱材パック８０を波形形状に保つための複数の割りピン
である。

【００４３】〔変形例〕この実施例では、蓄熱材３をリ
ザーブタンク１０やラジエータ５のアッパータンク１１
内に挿入したが、冷却水回路２中であれば蓄熱材をどこ
に挿入しても良い。例えば配管やラジエータ５のロアタ
ンク１２内に蓄熱材３を挿入しても良い。また、蓄熱材
３の融点はこの実施例に限定されず自由に変更できる。

【００４４】

【発明の効果】請求項１の発明および請求項５の発明
は、蓄熱材により所定水温を越えた領域での熱量を吸熱
することによって冷却水の異常な水温上昇を防止できる
ので、オーバヒート現象を回避することができる。この
ため、熱交換器のサイズを大型化する必要がなくなるの
で、車両への熱交換器の搭載性を悪化させることはな
い。

【００４５】さらに、請求項５の発明は、電動ファンの
容量を増大させる必要がなくなるため、電動ファンの消
費電力が抑えられる。このため、発電機の容量を増大さ
せる必要がなくなるので、低コスト化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の全体構造を示した模式
図である。

【図２】この発明の第１実施例で用いたリザーブタンク
を示した断面図である。

【図３】この発明の第１実施例で用いた蓄熱材の封入方
法を示した工程図である。

【図４】この発明の第１実施例にかかる低、中負荷走行
と高負荷走行とを繰り返したときの冷却水温のタイムチ
ャートである。

【図５】この発明の第２実施例で用いた蓄熱材の封入方
法を示した工程図である。

【図６】この発明の第３実施例に用いたラジエータを示
した断面図である。

【図７】この発明の第４実施例に用いたリザーブタンク
を示した断面図である。

【図８】この発明の第４実施例に用いた蓄熱式熱交換器
を示した断面図である。

【図９】この発明の第５実施例に用いたリザーブタンク
を示した構成図である。

【図１０】この発明の第５実施例で用いた蓄熱材パック
の製造過程を示した工程図である。

【符号の説明】

１ 自動車用エンジン冷却装置 ２ 冷却水回路 ３ 蓄熱材 ４ エンジン ５ ラジエータ（熱交換器） ７ ウォータポンプ １０ リザーブタンク １１ アッパータンク（入口側タンク） １４ 電動ファン（冷却ファン） ３４ カプセル ６０ 蓄熱式熱交換器 ８０ 蓄熱材パック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 竜雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）車両に搭載された水冷式のエンジ
   ン、このエンジンの冷却水を空気と熱交換させて冷却す
   る熱交換器、および前記エンジンの回転に応じた循環量
   にて冷却水を循環させるポンプを有する冷却水回路と、 （ｂ）前記熱交換器へ空気を送風する冷却ファンと、 （ｃ）前記冷却水回路内に挿入され、冷却水温が所定水
   温を越えるとその領域での熱量を吸熱する蓄熱材とを備
   えた車両用エンジン冷却装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の車両用エンジン冷却装置
   において、 前記蓄熱材は、潜熱型のパラフィン系ワックスよりな
   り、冷却水温が自身の融点より高い領域での熱量を吸熱
   し、冷却水温がその融点より低くなると吸熱した熱量を
   放熱することを特徴とする車両用エンジン冷却装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の車両用エ
   ンジン冷却装置において、 前記蓄熱材は、前記熱交換器の入口側タンク内に挿入さ
   れていることを特徴とする車両用エンジン冷却装置。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２に記載の車両用エ
   ンジン冷却装置において、 前記蓄熱材は、前記熱交換器の入口側タンクより流入し
   た冷却水を気水分離するリザーブタンク内に挿入されて
   いることを特徴とする車両用エンジン冷却装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のうちのいずれか
   に記載の車両用エンジン冷却装置において、 前記冷却ファンは、車両に搭載された発電機で発電され
   た電力を受けると作動する電動ファンであることを特徴
   とする車両用エンジン冷却装置。