JPH08165913A - 内燃機関の油水熱交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転状態において潤滑油の温度を適正に調節
できる内燃機関の油水熱交換システムを提供する。 【構成】 ラジエータ２４を迂回して冷却水を循環させ
るバイパス通路２５と、潤滑油を循環させてバイパス通
路２５を循環する冷却水との間で熱交換を促す熱交換通
路４と、冷却水温度Ｔが所定値Ｔａより低い運転状態
と、所定値Ｔｃより高い運転状態でバイパス通路２５を
それぞれ開き、かつ冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃの
間にある運転状態でバイパス通路２５を閉じるサーモス
タット２３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の油水熱交換
システムの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の油水熱交換システムと
して、例えば図６に示すようなものがある（参考資料…
社団法人自動車技術会 １９９０年１２月１日発行
「自動車技術ハンドブック」 第１分冊）。

【０００３】これについて説明すると、オイルパン５２
に貯溜された潤滑油は、図中矢印で示すように、オイル
ポンプ５１によって吸上げられ、オイルポンプ５１から
吐出される潤滑油は、オイルフィルタ５３、オイルクー
ラ５４を通り、各ギャラリ５５５，５６からクランクシ
ャフト系、図示しないオイルジェット、シリンダヘッド
５７上のカムシャフト５８等に送られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような潤滑装置に
あっては、機関の高回転時にも適正な平衡油温を維持し
て良好な潤滑性を保つことが要求される。また、暖機性
能の向上のために、例えばウォータジャケットがシリン
ダ上部のみに設けられる機関にあっては、クランクケー
スがウォータジャケットから遠くなることによって、冷
却水と潤滑油の間で熱交換が十分に行われず、暖機時に
潤滑油温度の上昇が遅れたり、あるいは逆に暖機後の高
負荷時に潤滑油温度が過度に上昇する傾向にある。

【０００５】潤滑油温度が過度に上昇することを抑える
ために、潤滑油を機関の冷却水で冷却するオイルクーラ
５４が設けられているが、潤滑油は常にオイルクーラを
通って循環する構造のため、例えば暖機後の低中負荷運
転状態では潤滑油の温度が低くなりすぎて、潤滑油の粘
性が高くなり、クランクシャフトを支承する主軸受やコ
ンロッドの軸受のフリクションを増大する可能性があ
る。

【０００６】本発明は上記の問題点を解消し、運転状態
において潤滑油の温度を適正に調節できる内燃機関の油
水熱交換システムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の内燃機
関の油水熱交換システムは、冷却水を機関に強制的に循
環させるウォータポンプと、冷却水を循環させて放熱を
促すラジエータと、ラジエータを迂回して冷却水を循環
させるバイパス通路と、潤滑油を機関に強制的に循環さ
せるオイルポンプと、潤滑油を循環させてバイパス通路
を循環する冷却水との間で熱交換を促す熱交換通路と、
冷却水温度Ｔが所定値Ｔａより低い運転状態と、所定値
Ｔｃより高い運転状態でバイパス通路をそれぞれ開き、
かつ冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃの間にある運転状
態でバイパス通路を閉じるサーモスタットと、を備え
る。

【０００８】請求項２に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムは、請求項１に記載の発明において、サーモスタ
ットを冷却水経路のラジエータより上流側に設置する。

【０００９】請求項３に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムは、請求項１または２に記載の発明において、サ
ーモスタットは、冷却水温度Ｔに応じて弁体を軸方向に
移動させる感温部と、冷却水温度Ｔが所定値Ｔａを越え
て上昇するの伴って弁体を嵌合させてバイパス通路を閉
じる入口と、弁体に開口したバイパス穴を開閉するポペ
ット弁と、冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃを越えて上昇する
の伴ってポペット弁をリフトさせてバイパス通路を開く
リフト部と、を備える。

【００１０】請求項４に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムは、請求項１または２に記載の発明において、サ
ーモスタットは、冷却水温度Ｔに応じて弁体を軸方向に
移動させる感温部と、冷却水温度Ｔが所定値Ｔａより低
い運転状態と、所定値Ｔｃより高い運転状態でバイパス
通路をそれぞれ開き、冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃ
の間にある運転状態で弁体を嵌合させてバイパス通路を
閉じる入口と、を備える。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の内燃機関の油水熱交換システ
ムにおいて、冷却水温度Ｔが所定値Ｔａより低い例えば
暖機時に、サーモスタットはバイパス通路を開き、冷却
水はバイパス通路を通る過程で熱交換通路を流れる潤滑
油との間で熱交換を行う。暖機時に冷却水はシリンダや
燃焼室のまわりを循環してエンジンの燃焼熱を多量に受
けるため、冷却水温度Ｔが油温より早く上昇する。この
ため、暖機時に熱交換通路を流れる潤滑油は、バイパス
通路を流れる冷却水との間で熱交換を行うことにより加
熱され、暖機時における油温の上昇を早められる。

【００１２】ウォータジャケットから出る冷却水温度Ｔ
が所定値ＴａとＴｃの間にある例えば暖機後の低中負荷
運転状態で、サーモスタットはバイパス通路を閉じ、冷
却水はバイパス通路を循環せず、熱交換通路を流れる潤
滑油との間で熱交換を行わない。このため、潤滑油の温
度が適正に保たれ、潤滑油の粘性の上昇が抑えられて主
軸受やコンロッドの軸受のフリクションを低減する。

【００１３】冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃより高い例えば
暖機後の高負荷運転状態で、サーモスタットはバイパス
通路を開き、冷却水はバイパス通路を通る過程で熱交換
通路を流れる潤滑油との間で熱交換を行う。暖機後にお
ける冷却水の温度は冷却水がラジエータを介して放熱が
促されることにより潤滑油より低く保たれており、熱交
換通路を流れる潤滑油は、バイパス通路を流れる冷却水
との間で熱交換を行うことにより冷却される。これによ
り、油温の上昇が抑えられ、潤滑油を強制的に冷却する
オイルクーラを設ける必要がない。

【００１４】請求項２に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムにおいて、ラジエータの上流側の冷却水経路に設
置されたサーモスタットは、冷却水が機関から受ける発
熱量に対して応答性よくバイパス通路を開閉することが
できる。

【００１５】請求項３に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムにおいて、サーモスタットは、冷却水温度Ｔが所
定値Ｔａより低い運転状態で弁体を入口に嵌合しない位
置に保持してバイパス通路を開き、冷却水温度Ｔが所定
値Ｔａを越えて上昇するの伴って弁体を入口に嵌合させ
てバイパス通路を閉じ、冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃを越
えて上昇するの伴ってリフト部がポペット弁をリフトさ
せてバイパス通路を開く。

【００１６】請求項４に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムにおいて、サーモスタットは、冷却水温度Ｔが所
定値Ｔａより低い運転状態で弁体を入口に嵌合しない位
置に保持してバイパス通路を開き、冷却水温度Ｔが所定
値Ｔａを越えて上昇するの伴って弁体を入口に嵌合させ
てバイパス通路を閉じ、冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃを越
えて上昇するの伴って弁体を入口に嵌合しない位置に移
動させてバイパス通路を開く。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１８】図１に示すように、機関の潤滑経路には、
動弁系の潤滑部５、クランクシャフト系の潤滑部６、オ
イルジェット７等を備える。

【００１９】動弁系の潤滑部５に供給される潤滑油は、
シリンダヘッド上に設けられるカムシャフト等の動弁機
構を潤滑する。

【００２０】クランクシャフト系の潤滑部６に供給され
る潤滑油は、クランクシャフトを支承する主軸受やコン
ロッドの軸受等を潤滑する。

【００２１】オイルジェット７に供給される潤滑油は、
オイルジェット７からピストンに向けて噴射し、ピスト
ンの熱を持ち去る。

【００２２】オイルパン２に貯溜された潤滑油は、機関
により駆動されるオイルポンプ１により吸い上げられ、
オイルポンプ１からオイルフィルタ３を経て熱交換通路
４に送られる。

【００２３】熱交換通路４を出た潤滑油は、動弁系の潤
滑部５、クランクシャフト系の潤滑部６、オイルジェッ
ト７のそれぞれに、機関の運転状態に応じた流量比で分
配される。

【００２４】動弁系の潤滑部５に供給される潤滑油量
は。オイルポンプ１の吐出圧に応じて増大する。

【００２５】熱交換通路４とクランクシャフト系の潤滑
部６の間には、オリフィス８とクランク油量制御弁９が
並列に介装される。オイルポンプ１の吐出圧が所定値を
越えて上昇する高回転時に、クランク油量制御弁９はこ
の吐出圧に応動して開弁し、クランクシャフト系の潤滑
部６に供給される潤滑油を増量する。

【００２６】熱交換通路４とオイルジェット７の間に
は、オイルジェット油量制御弁１１が介装される。オイ
ルポンプ１の吐出圧が所定値を越えて上昇する高回転時
に、オイルジェット油量制御弁１１はこの吐出圧に応動
して開弁し、熱交換通路４から出た潤滑油をオイルジェ
ット７に供給する。

【００２７】熱交換通路４は戻し油量制御弁１２を介し
てオイルポンプ１の吸込側に連通される。

【００２８】一方、機関の冷却水経路には、機関のシリ
ンダや燃焼室のまわりに冷却水を循環させるウォータジ
ャケット２１を備える。

【００２９】機関により駆動されるウォータポンプ２２
から吐出する冷却水は、ウォータジャケット２１を循環
した後、サーモスタット２３を介してラジエータ２４と
バイパス通路２５に分流し、ウォータポンプ２２に吸い
込まれる。

【００３０】熱交換通路４はバイパス通路２５の近傍に
隔壁を介して画成されるか、もしくはバイパス通路２２
の内部にパイプを介して画成され、熱交換通路４を循環
する潤滑油がバイパス通路２５を循環する冷却水との間
で熱交換を行うことを促すようになっている。

【００３１】サーモスタット２３は、冷却水経路におい
てラジエータ２４より上流側に設置され、ウォータジャ
ケット２１から出た冷却水の温度に応じてバイパス通路
２５を開閉する。なお、サーモスタットは、冷却水経路
においてラジエータより下流側に設置して、冷却水の温
度変化を抑えるようにしてもよい。

【００３２】サーモスタット２３はバイパス通路２５の
円筒状をした入口２６を開閉する円盤状の弁体２７と、
弁体２７を冷却水温度Ｔに応じて入口２６に嵌合させる
感温部２８を備える。

【００３３】感温部２８は、その内部に感温材として固
形ワックスが充填され、ワックスが熱膨張することによ
りロッド２９を突出させ、スプリング３１に抗して弁体
２７をバイパス通路入口２６に嵌合させるように軸方向
に移動する。

【００３４】図２に示すように、サーモスタット２３の
弁体２７には複数のバイパス穴３４が形成され、各バイ
パス穴３４を開閉するポペット弁３３が備えられる。

【００３５】ポペット弁３３はバイパス穴３４を挟む２
つのボール３５と３６がロッド３７を介して連結され
る。一方のボール３５がバイパス穴３４の開口部に着座
することによりバイパス穴３４を閉塞する。

【００３６】サーモスタット２３の感温部２８が弁体２
７をバイパス通路入口２６に嵌合させてからさらに図中
下方に移動すると、ボール３６が当接する環状リフト部
３８が形成される。ボール３６が環状リフト部３８に当
接してロッド３７を介してボール３５を押し上げること
により、バイパス穴３４が開かれる。

【００３７】ウォータジャケット２１から出る冷却水温
度Ｔが所定値Ｔａより低い暖機時に、サーモスタット２
３は弁体２７をバイパス通路入口２６が開かれた位置に
保持する。

【００３８】冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃの間にあ
る暖機後の低中負荷運転状態で、サーモスタット２３は
弁体２７をバイパス通路入口２６に嵌合させて、バイパ
ス通路２５を閉じる。このとき、ポペット弁３３も閉弁
している。

【００３９】冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃより高い暖機後
の高負荷運転状態で、サーモスタット２３はポペット弁
３３を開弁させて、バイパス通路２５を開く。

【００４０】以上のように構成され、バイパス通路２５
を流れるバイパス水量は図３に示すように、暖機時に多
く、冷却水温度Ｔが８０°Ｃ付近にある運転状態では少
なく、８０°Ｃを越えて上昇するのに伴って再び多くな
るように調節される。

【００４１】ラジエータ２４より上流側の冷却水経路に
設置されたサーモスタット２３は、冷却水が機関から受
ける発熱量に対して応答性よくバイパス通路２５を開閉
することができる。

【００４２】ウォータジャケット２１から出る冷却水温
度Ｔが所定値Ｔａより低い暖機時に、サーモスタット２
３は弁体２７をバイパス通路入口２６を開く位置に保持
する。これにより、ウォータジャケット２１から出る冷
却水は図１の上段の断面図に矢印で示すように弁体２７
のまわりを通ってバイパス通路２５に導かれ、バイパス
通路２５を通る過程で熱交換通路４を流れる潤滑油との
間で熱交換を行う。暖機時にウォータジャケット２１を
循環する冷却水はシリンダや燃焼室のまわりを循環して
エンジンの燃焼熱を多量に受けるため、図４に示すよう
に、冷却水温度Ｔが油温より早く上昇する。このため、
暖機時に熱交換通路４を流れる潤滑油は、バイパス通路
２５を流れる冷却水との間で熱交換を行うことにより加
熱され、暖機時における油温の上昇を早められる。

【００４３】ウォータジャケット２１から出る冷却水温
度Ｔが所定値ＴａとＴｃの間にある暖機後の低中負荷運
転状態で、サーモスタット２３は弁体２７をバイパス通
路入口２６に嵌合させて、バイパス通路２５を閉じると
ともに、ポペット弁３３も閉弁している。これにより、
冷却水はバイパス通路２５に流入せず、ラジエータ２４
を通って循環する。このため、クランクシャフト系の潤
滑部６に供給される潤滑油の温度が適正に保たれ、潤滑
油の粘性の上昇が抑えられて主軸受やコンロッドの軸受
のフリクションを低減する。

【００４４】冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃより高い暖機後
の高負荷運転状態で、サーモスタット２３はポペット弁
３３を開弁させて、バイパス通路２５を開く。これによ
り、ウォータジャケット２１から出る冷却水は図１の下
段の断面図に矢印で示すようにバイパス穴３４を通って
バイパス通路２５に導かれ、バイパス通路２５を通る過
程で熱交換通路４を流れる潤滑油との間で熱交換を行
う。ラジエータ２４を循環して放熱が促される冷却水の
温度は、８０°Ｃ程度に保たれており、熱交換通路４を
流れる潤滑油は、バイパス通路２５を流れる冷却水との
間で熱交換を行うことにより冷却される。これにより、
油温の上昇が抑えられ、潤滑油を強制的に冷却するオイ
ルクーラを設ける必要がない。

【００４５】高回転域ではクランク油量制御弁９が開弁
し、クランクシャフト系の潤滑部６に供給される潤滑油
を増量し、主軸受やコンロッドの軸受を潤滑する潤滑油
が過熱されることを抑えられ、焼き付き等の発生を防止
する。

【００４６】同じく高回転域ではオイルジェット油量制
御弁１１が開弁し、熱交換通路４から出た潤滑油をオイ
ルジェット７に供給し、オイルジェット７からピストン
に向けて噴射される。これにより、ピストンおよびシリ
ンダ壁の熱が潤滑油によって持ち去られ、焼き付き等の
発生を防止する。

【００４７】次に、図５に示す他の実施例について説明
する。なお、図１、図２との対応部分には同一符号を用
いて説明する。

【００４８】サーモスタット２３はバイパス通路２５の
円筒状をした入口２６を開閉する円盤状の弁体２７と、
弁体２７を冷却水温度Ｔに応じて入口２６に嵌合させる
感温部２８を備える。

【００４９】ウォータジャケット２１から出る冷却水温
度Ｔが所定値Ｔａより低い暖機時に、サーモスタット２
３は弁体２７をバイパス通路入口２６を開く位置に保持
する。これにより、ウォータジャケット２１から出る冷
却水は図３の上段の断面図に矢印で示すように弁体２７
のまわりを通ってバイパス通路２５に導かれ、バイパス
通路２５を通る過程で熱交換通路４を流れる潤滑油との
間で熱交換を行い、暖機時における油温の上昇を早め
る。

【００５０】冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃの間にあ
る暖機後の低中負荷運転状態で、サーモスタット２３は
弁体２７をバイパス通路入口２６に嵌合させて、バイパ
ス通路２５を閉じる。これにより、冷却水はバイパス通
路２５に流入せず、ラジエータ２４を通って循環し、潤
滑油の粘性の上昇が抑えられて主軸受やコンロッドの軸
受のフリクションを低減する。

【００５１】冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃより高い暖機後
の高負荷運転状態で、サーモスタット２３は弁体２７を
さらに移動し、バイパス通路入口２６との嵌合が解除さ
れる位置に保持してバイパス通路２５を開く。これによ
り、ウォータジャケット２１から出る冷却水は図３の下
段の断面図に矢印で示すように弁体２７のまわりを通っ
てバイパス通路２５に導かれ、バイパス通路２５を通る
過程で熱交換通路４を流れる潤滑油との間で熱交換を行
う。この結果、油温の上昇が抑えられ、潤滑油を強制的
に冷却するオイルクーラを設ける必要がない。

【００５２】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の内燃機関
の油水熱交換システムは、冷却水を機関に強制的に循環
させるウォータポンプと、冷却水を循環させて放熱を促
すラジエータと、ラジエータを迂回して冷却水を循環さ
せるバイパス通路と、潤滑油を機関に強制的に循環させ
るオイルポンプと、潤滑油を循環させてバイパス通路を
循環する冷却水との間で熱交換を促す熱交換通路と、冷
却水温度Ｔが所定値Ｔａより低い運転状態と、所定値Ｔ
ｃより高い運転状態でバイパス通路をそれぞれ開き、か
つ冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃの間にある運転状態
でバイパス通路を閉じるサーモスタットとを備えたた
め、暖機時における油温の上昇を早められ、暖機後の低
中負荷運転状態で潤滑油の温度が適正に保たれ、潤滑油
の粘性の上昇が抑えられて主軸受やコンロッドの軸受の
フリクションを低減し、暖機後の高負荷運転状態で油温
の上昇が抑えられ、潤滑油を強制的に冷却するオイルク
ーラを設ける必要がない。

【００５３】請求項２に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムは、請求項１に記載の発明において、サーモスタ
ットを冷却水経路のラジエータより上流側に設置したた
め、サーモスタットは、冷却水が機関から受ける発熱量
に対して応答性よくバイパス通路を開閉することができ
る。

【００５４】請求項３に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムは、請求項１または２に記載の発明において、サ
ーモスタットは、冷却水温度Ｔに応じて弁体を軸方向に
移動させる感温部と、冷却水温度Ｔが所定値Ｔａを越え
て上昇するの伴って弁体を嵌合させてバイパス通路を閉
じる入口と、弁体に開口したバイパス穴を開閉するポペ
ット弁と、冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃを越えて上昇する
の伴ってポペット弁をリフトさせてバイパス通路を開く
リフト部とを備えたため、冷却水温度Ｔが所定値Ｔａと
Ｔｃの間にある運転状態でバイパス通路を閉じることが
できる。

【００５５】請求項４に記載の内燃機関の油水熱交換シ
ステムは、請求項１または２に記載の発明において、サ
ーモスタットは、冷却水温度Ｔに応じて弁体を軸方向に
移動させる感温部と、冷却水温度Ｔが所定値Ｔａより低
い運転状態と、所定値Ｔｃより高い運転状態でバイパス
通路をそれぞれ開き、冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃ
の間にある運転状態で弁体を嵌合させてバイパス通路を
閉じる入口とを備えたため、冷却水温度Ｔが所定値Ｔａ
とＴｃの間にある運転状態でバイパス通路を閉じること
ができ、構造の簡素化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において、潤滑経路と冷却水経
路を示す図。

【図２】同じくサーモスタットの作動を示す断面図。

【図３】同じく潤滑油等の温度と運転時間の関係を示す
特性図。

【図４】バイパス水量と冷却水温度Ｔの関係を示す特性
図。

【図５】他の実施例において、サーモスタットの作動を
示す断面図。

【図６】従来例の潤滑経路を示す機関の断面図。

【符号の説明】

１ オイルポンプ ２ オイルパン ３ オイルフィルタ ４ 熱交換通路 ５ 動弁系の潤滑部 ６ クランクシャフト系の潤滑部 ７ オイルジェット ２１ ウォータジャケット ２２ ウォータポンプ ２３ サーモスタット ２４ ラジエータ ２５ バイパス通路 ２６ バイパス通路入口 ２７ 弁体 ２８ 感温部 ３３ ポペット弁 ３８ 環状リフト部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却水を機関に強制的に循環させるウォー
   タポンプと、 冷却水を循環させて放熱を促すラジエータと、 ラジエータを迂回して冷却水を循環させるバイパス通路
   と、 潤滑油を機関に強制的に循環させるオイルポンプと、 潤滑油を循環させてバイパス通路を循環する冷却水との
   間で熱交換を促す熱交換通路と、 冷却水温度Ｔが所定値Ｔａより低い運転状態と、所定値
   Ｔｃより高い運転状態でバイパス通路をそれぞれ開き、
   かつ冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃの間にある運転状
   態でバイパス通路を閉じるサーモスタットと、 を備えたことを特徴とする内燃機関の油水熱交換システ
   ム。
2. 【請求項２】サーモスタットを冷却水経路のラジエータ
   より上流側に設置したことを特徴とする請求項１に記載
   の内燃機関の油水熱交換システム。
3. 【請求項３】サーモスタットは、 冷却水温度Ｔに応じて弁体を軸方向に移動させる感温部
   と、 冷却水温度Ｔが所定値Ｔａを越えて上昇するの伴って弁
   体を嵌合させてバイパス通路を閉じる入口と、 弁体に開口したバイパス穴を開閉するポペット弁と、 冷却水温度Ｔが所定値Ｔｃを越えて上昇するの伴ってポ
   ペット弁をリフトさせてバイパス通路を開くリフト部
   と、 を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の内
   燃機関の油水熱交換システム。
4. 【請求項４】サーモスタットは、 冷却水温度Ｔに応じて弁体を軸方向に移動させる感温部
   と、 冷却水温度Ｔが所定値Ｔａより低い運転状態と、所定値
   Ｔｃより高い運転状態でバイパス通路をそれぞれ開き、
   冷却水温度Ｔが所定値ＴａとＴｃの間にある運転状態で
   弁体を嵌合させてバイパス通路を閉じる入口と、 を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の内
   燃機関の油水熱交換システム。