JPH1077842A - 車両用内燃機関の冷却系装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの負荷が高くなったときでも、十分
にミッションオイルおよびエンジンオイルを冷却するこ
とができる冷却装置を提供する。 【解決手段】 ラジエータ２から流出した冷却水をＡ／
Ｔ熱交換器１１およびＥ／Ｏ熱交換器１２の流入口側に
導くオイル冷却水路１０３を設けるとともに、このオイ
ル冷却水路１０３に、エンジン１の負荷が所定値を越え
たときに、オイル冷却水路１０３を開く負荷応答開閉弁
１４を設ける。これにより、エンジンの負荷が高くなっ
たときでも、十分にミッションオイルおよびエンジンオ
イルを冷却することができる冷却装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載される
水冷式内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ。）において、
冷却水温度等を適切に制御して燃費および排気ガスを大
幅に改善できる冷却系装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源の枯渇、地球環境の悪化
等の観点から、自動車には、燃費向上、排気ガスのさら
なる浄化が強く要望されている。そこで、既に出願され
た特願平７−４８３０２号では、上記要望を満たすべ
く、エンジンオイルと冷却水との間で熱交換を行う第１
オイル熱交換器、および自動変速機の作動オイルと冷却
水との間で熱交換を行う第２オイル熱交換器をエンジン
の冷却水流れ下流側に配設し、エンジンから流出した冷
却水を両オイル熱交換器に導き、冷却水により両オイル
の温度が過度に上昇することを防止する手段が提案され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発明者等
は、上記出願に記載の手段について試作検討を行ったと
ころ、以下に述べるような新たな問題が発生した。すな
わち、第１に、両オイル熱交換器をエンジンの冷却水流
れ下流側に配設しているため、エンジンにて加熱された
高温の冷却水が両オイル熱交換器に流入するので、特
に、エンジンの負荷が高くなり冷却水温度が高くなった
ときに、両オイルを十分に冷却することができない。

【０００４】第２に、エンジンの負荷が高まり、冷却水
温度が上昇してサーモスタットが開くと、エンジンから
流出した冷却水を多くは、ラジエータ側に流れてしまう
ため、両オイル熱交換器に十分な冷却水を供給すること
ができなくなり、両オイルを十分に冷却することができ
ない。本発明は、上記点に鑑み、エンジンの負荷が高く
なったときでも、十分に両オイルを冷却することができ
る冷却装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
３に記載の発明では、水冷式内燃機関（１）の負荷が所
定値を越えたときに、水冷式内燃機関（１）の潤滑オイ
ルおよび車両自動変速機の作動オイルの少なくとも一方
と冷却水との間で熱交換を行うオイル熱交換器（１１、
１２）内にラジエータ（２）から流出した冷却水を流通
させることを特徴とする。

【０００６】これにより、水冷式内燃機関（１）の負荷
が高くなったときでも、オイル熱交換器（１１、１２）
内にラジエータ（２）にて冷却された低温の冷却水を流
通させることができるので、オイル熱交換器（１１、１
２）にて作動オイルおよび潤滑オイルを十分に冷却する
ことができる。したがって、オイルの油膜切れ等を原因
とする潤滑不良を防止することができるので、水冷式内
燃機関（１）や車両自動変速機の摺動部のフリクション
ロス（摩擦抵抗）の増大を防止して燃費向上を図ること
ができる。

【０００７】請求項２に記載の発明では、ラジエータ
（２）から流出した冷却水をオイル熱交換器（１１、１
２）の流入口側に導くオイル冷却水路（１０３）と、水
冷式内燃機関（１）の負荷が前記所定値を越えたとき
に、オイル冷却水路（１０３）を開く負荷応答弁（１
４）とを有することを特徴とする。請求項３に記載の発
明では、水冷式内燃機関（１）の吸入圧力が所定値を下
回ったときに、オイル冷却水路（１０３）を開閉する弁
体（１４１）を開作動させることを特徴とする。

【０００８】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施の形
態について説明する。 （第１実施形態）図１は、車両用の水冷式内燃機関（以
下、エンジンと呼ぶ。）１の冷却水回路、およびエンジ
ン１の冷却水を熱源として車室内を暖房する空調装置の
暖房用冷却水回路を示している。２はエンジン１から流
出した冷却水を冷却するラジエータであり、３は、エン
ジン１から駆動力を得てエンジン１から流出した冷却水
を吸引してエンジン１に圧送するウォータポンプであ
る。

【００１０】４はステンレス製の二重構造を有して冷却
水を保温貯蔵する蓄熱タンクであり、５は冷却水を熱源
として空気を加熱するヒータコアであり、このヒータコ
ア５は車室内に吹き出す空気の流路をなす空調ケーシン
グ６内に配設されている。そして、空調ケーシング６の
空気上流側には送風機７が配設されており、この送風機
７とヒータコア５との間には、空気冷却手段をなす周知
のエバポレータ（蒸発器）８が配設されている。なお、
本実施形態では、ヒータコア５内を流通する流量および
送風量等によって車室内に吹き出す空気の温度を調節す
る、いわゆるリヒート式の空調装置を採用している。

【００１１】９はエンジン１に吸入される空気と冷却水
との間で熱交換を行う吸気熱交換器であり、この吸気熱
交換器９は、吸入空気の脈動を取り除くサージタンク１
０内に配設されている。１１はエンジン１から流出した
冷却水とオートマチックトランスミッション（車両自動
変速機）のミッションオイル（作動オイル）との間で熱
交換を行うＡ／Ｔ熱交換器（オイル熱交換器）であり、
１２はエンジン１から流出した冷却水とエンジンオイル
との間で熱交換を行うＥ／Ｏ熱交換器（オイル熱交換
器）である。

【００１２】そして、１００はエンジン１から流出した
冷却水をラジエータ２を経てエンジン１に還流させるラ
ジエータ水路であり、１０１、１０２はエンジン１から
流出した冷却水をラジエータ２を迂回させてエンジン１
に還流させる第１、第２バイパス水路である。この両バ
イパス水路１０１、１０２は、ラジエータ水路１００の
うちラジエータ２の冷却水出口側でラジエータ水路１０
０に合流しており、この合流部位１００ａには、冷却水
温度に応じてラジエータ水路１００を開閉する周知のサ
ーモスタット（感温作動弁）が配設されている。

【００１３】なお、サーモスタット１３は、合流部位１
００ａよりラジエータ２側に位置にサーモスタット１３
の弁体部（図示せず）を配設してラジエータ水路１００
を開閉しているので、サーモスタット１３が閉じた状態
であっても、両バイパス水路１０１、１０２は連通可能
である。また、１５はバイパス水路１０１を開閉する負
荷応答切換弁であり、この負荷応答切換弁１５は、エン
ジン１の負荷としてエンジン１の吸入管（図示せず）内
の負圧を検出して負荷応答切換弁１５の弁体を作動させ
るものである。具体的には、図４に示すように、負圧変
動をダイヤフラム（圧力応動部材）１５１により機械的
に検出し、ダイヤフラム１５１の変位を連接棒１５２を
介して弁体１５３に作用させてバイパス水路１０１の開
閉を行うものである。

【００１４】ところで、第１バイパス水路１０１を流通
する流量は第２バイパス水路１０２を流通する流量より
大きくなるように設定されており、第１バイパス水路１
０１は、合流部位１００ａのうち第１バイパス水路１０
１を流通してきた冷却水がサーモスタット１３の感温部
（ワックス材が充填されているワックスボックス）１３
ａの所定の位置（以下、第１感温部位と呼ぶ。）に衝突
するように、合流部位１００ａのうち感温部１３ａの下
流側に接続されている。

【００１５】一方、第２バイパス水路１０２は、第２バ
イパス水路１０１を流通してきた冷却水が、感温部１３
ａのうち第１感温部位と異なる位置（以下、第２感温部
位と呼ぶ。）に衝突するように、合流部位１００ａのう
ち感温部１３ａの下流側に接続されている。なお、本実
施形態では、第１感温部位は、円筒状の感温部１３ａの
円筒側面側の部位であり、第２感温部位は、感温部１３
ａの軸方向端部側の部位である。

【００１６】このため、両バイパス水路１０１、１０２
に冷却水が流通したときは、第２バイパス水路１０２の
みに冷却水が流通したときに比べて、サーモスタット１
３の感温部１３ａに与えられる単位時間当たりの熱量が
大きくなるので、サーモスタット１３の開弁作動が敏感
になる。したがって、両バイパス水路１０１、１０２に
冷却水が流通したときは、第２バイパス水路１０２のみ
に冷却水が流通したときに比べて、平均冷却水温度を低
く保つことができる。

【００１７】因みに、本実施形態では、両バイパス水路
１０１、１０２に冷却水が流通したときの平均冷却水温
度は約８０℃となるように、また第２バイパス水路１０
２のみに冷却水が流通したときの平均冷却水温度は約１
００℃となるようにサーモスタット１３および両バイパ
ス水路１０１、１０２が設定されている。また、１０３
はラジエータ２から流出した冷却水をサーモスタット１
３の上流側から分岐させてＡ／Ｔ熱交換器１１の流入口
側に導くオイル冷却水路であり、このオイル冷却水路１
０３には、エンジン１の負荷に応じてオイル冷却水路１
０３を開閉する負荷応答開閉弁（負荷応答弁）１４が配
設されており、この負荷応答開閉弁１４は負荷応答弁１
５と連動して第１バイパス水路１０１およびオイル水路
１０３を開閉している（図４参照）。

【００１８】１０４は蓄熱タンク４から流出した冷却水
をヒータコア５、吸気熱交換器９、Ａ／Ｔ熱交換器１１
およびＥ／Ｏ熱交換器１２を経てエンジン１に還流させ
るＨ／Ｏ熱交換器水路（オイル熱交換器水路）であり、
１０５は、蓄熱タンク４から流出した冷却水をヒータコ
ア５および吸気熱交換器９を迂回させてＡ／Ｔ熱交換器
１１の流入口側に導くヒータバイパス水路である。そし
て、Ｈ／Ｏ熱交換器水路１０４とヒータバイパス水路１
０５との分岐部位には、ヒータコア５に流通させる冷却
水量を制御する流量制御弁１６が配設されている。

【００１９】なお、流量制御弁１６は、サーボモータ等
のアクチュエータ１７によって駆動されており、このア
クチュエータ１７は、図２に示すように、制御装置１８
によって制御されており、この制御装置１８には、エン
ジン１から流出直後の冷却水温度を検出する水温センサ
１９、ヒータコア５に流入する冷却水温度を検出する水
温センサ２０、および車室外温度センサや車室内温度セ
ンサ等の空調装置を制御するに必要な情報を検出する空
調センサ２１からの信号が入力されている。そして、制
御装置１８は、上記入力信号に基づいて予め設定された
プログラムに従ってアクチュエータ１７および送風機７
等を制御する。

【００２０】因みに、２２は、エンジン１始動直後等の
冷却水温度が低く、暖房運転を行うことができないとき
に、蓄熱タンク４内の高温の冷却水を用いて暖房を行う
即効暖房スイッチであり、この即効暖房スイッチ２２
は、乗員の手動操作により投入されるものである。次
に、本実施形態の作動を述べる。

【００２１】１．エンジン１の負荷が所定値以下のとき
（図１参照） 第１バイパス水路１０１およびオイル冷却水路１０３を
閉じる。これにより、冷却水は、主に第２バイパス水路
１０２およびＨ／Ｏ熱交換器水路１０４に循環する。 ２．エンジン１の負荷が所定値を越えたとき（図３参
照） 第１バイパス水路１０１およびオイル冷却水路１０３を
開く。これにより、ラジエータ２から流出した冷却水
は、オイル冷却水路１０３を流通してＡ／Ｔ熱交換器１
１およびＥ／Ｏ熱交換器１２内を流通してエンジン１に
還流する。

【００２２】なお、本実施形態では、オイル冷却水路１
０３を経て両熱交換器１１、１２に冷却水を流通させる
ために、蓄熱タンク４、流量制御弁１６およびヒータバ
イパス水路１０５を経てＡ／Ｔ熱交換器１１に至る水路
の圧力損失を、ラジエータ２による圧力損失より大き
し、かつ、ラジエータ２からウォータポンプ３へ至る水
路の圧力損失を、両熱交換器１１、１２による圧力損失
と同等以上としている。

【００２３】因みに、ここでいうエンジン１の負荷の所
定値とは、エンジン１の排気量等によって適宜選定され
るべきものであり、発明者等の試験検討によれば、エン
ジン１の排気量が１５００ｃｃ〜１６００ｃｃ程度で
は、エンジン１の吸入管（図示せず）内の負圧で約−３
０ｋＰａが妥当であるとの結論を得ている。次に、本実
施形態の特徴を述べる。

【００２４】本実施形態によれば、エンジン１の負荷が
所定値を越えたときに、Ａ／Ｔ熱交換器１１およびＥ／
Ｏ熱交換器１２内にラジエータ２にて冷却された冷却水
を流通させることができるので、両熱交換器１１、１２
にてミッションオイルおよびエンジンオイルを十分に冷
却することができる。したがって、オイルの油膜切れ等
を原因とする潤滑不良を防止することができるので、エ
ンジンやトランスミッションの摺動部のフリクションロ
ス（摩擦抵抗）の増大を防止して燃費向上を図ることが
できる。

【００２５】ところで、ラジエータ２で冷却された冷却
水の一部を分岐させて両オイルの冷却に使用しているの
で、エンジン１の冷却量が減少するが、オイル冷却水路
１０３に流通させる流量は、ラジエータ２からエンジン
１に還流させる流量に対して僅かな量（本実施形態で
は、約１５％）なので、エンジン１への影響は殆どな無
視できる。

【００２６】（第２実施形態）本実施形態は、サーモス
タット１３、負荷応答開閉弁１４、負荷応答切換弁１５
および流量制御弁１６を一体化することにより、冷却装
置の車両への組付け性の向上を図ったものである。以
下、この一体化したものを、制御バルブと呼ぶ。すなわ
ち、図４に示すように、ナイロン６６等の成形性に優
れ、かつ、熱伝導率の小さい樹脂にて成形されたハウジ
ング２００内に、サーモスタット１３、負荷応答開閉弁
１４の弁体に相当する弁体１４１、および負荷応答切換
弁１５の弁体１５３が配設されている。

【００２７】また、１５４は吸気管内の負圧が導かれた
圧力室であり、この圧力室１５４内の圧力変動に応じて
ダイヤフラム１５１が変位する。そして、ダイヤフラム
１５１の変位に連動して連接棒１５２が、連接棒１５２
の長手方向に移動し、連接棒１５２に固定された両弁体
１４１、１５３が、それぞれオイル冷却水路１０３およ
び第１バイパス水路１０１の開閉を行う。

【００２８】上述のように、本実施形態によれば、１つ
のダイヤフラム１５１の変位を連接棒１５２を介して両
弁体１４１、１５３を作動させているので、部品点数の
低減を図ることができるとともに、制御バルブの小型化
を図ることができる。ところで、本発明は、前述の如
く、エンジン１の負荷が所定値を越えたときに、Ａ／Ｔ
熱交換器１１およびＥ／Ｏ熱交換器１２内にラジエータ
２から流出した冷却水を流通させるものであるから、図
１に示された冷却水回路に限定されるものではなく、図
５〜図９に示される冷却水回路に対しても適用すること
ができる。

【００２９】また、上述の実施形態では、リヒート式の
空調装置を有する車両に適用しが、本発明は、ヒータコ
ア５を流通する風量とヒータコア５を迂回する風量との
割合を調節することにより、車室内に吹き出す空気の温
度を調節する、いわゆるエアミックス方式の空調装置を
有する車両にも適用することができる。また、蓄熱タン
ク４、吸気熱交換器９、またはＡ／Ｔ熱交換器１１およ
びＥ／Ｏ熱交換器１２のいずれか一方を廃止しても本発
明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の冷却水回路を示す回路図であ
る。

【図２】流量制御弁１の制御系のブロック図である。

【図３】エンジンの負荷が高いときの冷却水流れを示す
回路図である。

【図４】制御バルブの断面図である。

【図５】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【図６】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【図７】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【図８】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【図９】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【符号の説明】

１…エンジン（水冷式内燃機関）、２…ラジエータ、３
…ウォータポンプ、４…蓄熱タンク、５…ヒータコア、
９…吸気熱交換器、１１…Ａ／Ｔ熱交換器（オイル熱交
換器）、１２…Ｅ／Ｏ熱交換器、１３…サーモスタット
（感温作動弁）、１４…負荷応答開閉弁（負荷応答
弁）、１５…負荷応答切換弁、１００…ラジエータ水
路、１０１…第１バイパス水路（バイパス水路）、１０
２…第２バイパス水路、１０３…オイル冷却水路、１０
４…Ｈ／Ｏ熱交換器水路（オイル熱交換器水路）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 美光 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 杉 光 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 鈴木 和貴 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 福永 博之 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷式内燃機関（１）の冷却水をポンプ
   （３）にて循環するように構成した車両用内燃機関の冷
   却系装置において、 前記水冷式内燃機関（１）から流出した冷却水を冷却す
   るラジエータ（２）と、 前記水冷式内燃機関（１）の潤滑オイルおよび車両自動
   変速機の作動オイルの少なくとも一方と冷却水との間で
   熱交換を行うオイル熱交換器（１１、１２）と、 前記水冷式内燃機関（１）から流出した冷却水を前記オ
   イル熱交換器（１１、１２）を経て前記水冷式内燃機関
   （１）に還流させるオイル熱交換器水路（１０４）と、 前記水冷式内燃機関（１）から流出した冷却水を前記ラ
   ジエータ（２）を経て前記水冷式内燃機関（１）に還流
   させるラジエータ水路（１００）と、 前記水冷式内燃機関（１）から流出した冷却水を前記ラ
   ジエータ（２）を迂回させて前記水冷式内燃機関（１）
   に還流させるバイパス水路（１０１、１０２）と、 前記水冷式内燃機関（１）から流出した冷却水の温度上
   昇に応じて前記ラジエータ水路（１００）を流通する冷
   却水量を増加させる感温作動弁（１３）とを備え、 前記水冷式内燃機関（１）の負荷が所定値を越えたとき
   に、前記オイル熱交換器（１１、１２）内に前記ラジエ
   ータ（２）から流出した冷却水を流通させることを特徴
   とする車両用内燃機関の冷却系装置。
2. 【請求項２】 前記ラジエータ（２）から流出した冷却
   水を前記オイル熱交換器（１１、１２）の流入口側に導
   くオイル冷却水路（１０３）と、 前記水冷式内燃機関（１）の負荷が前記所定値を越えた
   ときに、前記オイル冷却水路（１０３）を開く負荷応答
   弁（１４）とを有することを特徴とする請求項１に記載
   の車両用内燃機関の冷却系装置。
3. 【請求項３】 前記負荷応答弁（１４）は、 前記オイル冷却水路（１０３）を開閉する弁体（１４
   １）と、 前記水冷式内燃機関（１）の吸入圧力が導入される圧力
   室（１５４）と、 前記圧力室（１５４）内の圧力変動に応じて変位する圧
   力応動部材（１５１）と、 前記圧力応動部材（１５１）の変位に連動して前記弁体
   （１４１）を作動させる連接棒（１５２）とを有し、 前記水冷式内燃機関（１）の吸入圧力が所定値を下回っ
   たときに、前記弁体（１４１）を開作動させることを特
   徴とする請求項２に記載の車両用内燃機関の冷却系装
   置。