JPWO2012127555A1 - エンジンの冷却システム - Google Patents

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Abstract

冷却システム1Aは、エンジン2の冷却液を循環させるW/P1と、エンジン2の冷却液を冷却するラジエータ6とを備える冷却回路100Aに組み込まれている。冷却システム1Aは、W/P1の冷却液出口部とエンジン2との間に設けられる第1の通路部11Aと、W/P1の冷却液入口部とラジエータ6との間に設けられる第2の通路部12Aと、通路部11A、12Aに介在するように設けられ、第1の通路部11Aにおける冷却液の流通と、第2の通路部12Aにおける冷却液の流通とを回転動作で同時に制御可能な回転弁体13とを備える。

Description

本発明はエンジンの冷却システムに関する。
エンジンの冷却液の流通を制御する技術として、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献1から5で開示されている。
特許文献1は、吐出口を切り替え可能な回転弁を備える内燃機関のウォータポンプを開示している。特許文献2は、高温サーモスタット弁と低温サーモスタット弁とを備えるエンジンの冷却装置を開示している。特許文献3は、ラジエータのサーモスタットとヒータのバルブに代わる冷却液の分配と流れを制御する自動車用冷却液制御バルブを開示している。特許文献4は、シリンダヘッド及び/又はクランクケース内に冷却液を送る第1の制御ユニットと、オンおよびオフに切り替えられる主冷却液ポンプとを備える自動車用内燃機関を開示している。特許文献5は、2系統の冷却水通路を独立して制御できる2系統冷却装置用サーモスタットを開示している。
特開平10−77837号公報 特開平1−253524号公報 特表2005−510668号公報 特表2006−528297号公報 特開2004−100479号公報
エンジンに冷却液を流通させるにあたり、冷却液を循環させるポンプの入口側では、ラジエータを流通する経路とラジエータをバイパスする流通経路との間で、冷却液の流通制御が一般に行われる。また、ポンプの出口側でも例えば供給する冷却液の流量を調節するためや、複数の流通経路の間で冷却液の流通制御を行うために、冷却液の流通制御が行われることがある。
この点、冷却液の流通を制御するには、必要に応じて各種の構成を個別に組み合わせた冷却回路を構築することが考えられる。しかしながらこの場合には冷却回路が複雑化する。結果、コスト面で不利になったり、車両への搭載性が悪化したりする虞がある。また、エンジンに冷却液を流通させるにあたり、冷却液の流通制御には高い信頼性も求められる。流通制御が確実に行われないと、場合によってはエンジンをオーバーヒートさせることも考えられるためである。
本発明は上記課題に鑑み、エンジンに冷却液を流通させるにあたり、冷却回路の簡素化を図りつつ、信頼性の高い冷却液の流通制御を行うことができるエンジンの冷却システムを提供することを目的とする。
本発明はエンジンの冷却液を循環させるポンプと、前記エンジンの冷却液を冷却するラジエータとを備えるエンジンの冷却回路に組み込まれ、前記ポンプの冷却液出口部と前記エンジンとの間に設けられ、前記エンジンの冷却液を流通させる第1の通路部と、前記ポンプの冷却液入口部と前記ラジエータとの間に設けられ、前記エンジンの冷却液を流通させる第2の通路部と、前記第1の通路部と前記第2の通路部とに介在するように設けられ、前記第1の通路部における冷却液の流通と、前記第2の通路部における冷却液の流通とを回転動作で同時に制御可能な回転弁体と、を備えるエンジンの冷却システムである。
本発明は前記第1および第2の通路部と前記回転弁体とを含む電動モータ駆動式のロータリバルブと、前記ロータリバルブを制御する制御部と、を備える構成とすることができる。
本発明は前記第1の通路部が前記回転弁体の上流側で前記エンジンをバイパスするエンジンバイパス経路に対して分岐しており、前記回転弁体が前記第1の通路部において前記エンジンへの冷却液の流通を制限する場合に、前記ロータリバルブが前記エンジンバイパス経路に冷却液を流通させる構成とすることができる。
本発明は前記第1の通路部が前記回転弁体の下流側で前記エンジンのシリンダブロックと前記エンジンのシリンダヘッドとに対して分岐しており、前記回転弁体が前記第1の通路部において前記シリンダブロックへの冷却液の流通を制限するとともに、前記シリンダヘッドへの冷却液の流通の制限を解除することで、前記ロータリバルブが前記シリンダブロックおよび前記シリンダヘッドのうち、前記シリンダヘッドに冷却液を優先して流通させる構成とすることができる。
本発明は前記第2の通路部が前記回転弁体の上流側で前記ラジエータに連通しており、前記回転弁体が前記回転弁体を間に挟んだ前記第2の通路部の上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限することで、前記ロータリバルブが前記ラジエータを介して流入する冷却液の流量を制限する構成とすることができる。
本発明は前記ロータリバルブが前記エンジンの冷却液の温度が第1の所定値よりも高い場合に開弁する第1のサーモスタットをさらに備え、前記第2の通路部がさらに前記回転弁体の下流側で前記第1のサーモスタットを介して前記ラジエータに連通しており、前記制御部が、前記エンジンの冷却液の温度が第1の所定値よりもさらに低い場合に、前記回転弁体が前記回転弁体を間に挟んだ前記第2の通路部の上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限するように前記ロータリバルブを制御する構成とすることができる。
本発明は前記ロータリバルブが前記エンジンの冷却液の温度が第2の所定値よりも高い場合に開弁する第2のサーモスタットをさらに備え、前記第2の通路部が前記回転弁体の上流側で前記第2のサーモスタットを介して前記ラジエータに連通しており、前記第2の所定値が前記第1の所定値よりも低く設定されている構成とすることができる。
本発明は前記第1の通路部のうち、前記回転弁体よりも上流側の部分と前記回転弁体よりも下流側の部分とを連通する弁体バイパス通路部と、前記第1のサーモスタットと機械的に連動して作動することで、前記第1のサーモスタットが閉弁した状態で前記弁体バイパス通路部を介した冷却液の流通を制限するとともに、前記第1のサーモスタットが開弁した状態で前記弁体バイパス通路部を介した冷却液の流通の制限を解除するバイパス弁と、を備える構成とすることができる。
本発明は前記バイパス弁が、さらに前記第1の通路部のうち、前記回転弁体よりも上流側の部分における冷却液の圧力と、前記回転弁体よりも下流側の部分における冷却液の圧力との差圧に応じて、前記弁体バイパス通路部を介した冷却液の流通の制限、制限の解除を行う構成とすることができる。
本発明は前記回転弁体の位相を検出或いは推定可能にする検出部をさらに備える構成とすることができる。
本発明によれば、エンジンに冷却液を流通させるにあたり、冷却回路の簡素化を図りつつ、信頼性の高い冷却液の流通制御を行うことができる。
実施例1のエンジンの冷却回路の概略構成図である。 実施例1のロータリバルブの概略構成図である。 回転弁体の概略構成図である。 回転弁体の主要断面図である。 ECUの概略構成図である。 冷却液の温度変化の一例を示す図である。 実施例2のエンジンの冷却回路の概略構成図である。 実施例2のロータリバルブの概略構成図である。 実施例3のエンジンの冷却回路の概略構成図である。 実施例3のロータリバルブの概略構成図である。
図面を用いて本発明の実施例について説明する。
図1はエンジンの冷却回路(以下、冷却回路と称す)100Aの概略構成図である。冷却回路100Aはウォータポンプ(以下、W/Pと称す)1と、エンジン2と、オイルクーラ3と、ヒータ4と、ATF(Automatic Transmission Fluid)ウォーマ5と、ラジエータ6と、電子制御スロットル7と、ロータリバルブ10Aとを備えている。冷却回路100Aは図示しない車両に搭載されている。
W/P1はエンジン2の冷却液を循環させる。W/P1はエンジン2の出力で駆動する機械式のポンプとなっている。W/P1は電気駆動式のポンプであってもよい。W/P1が吐出する冷却液はロータリバルブ10Aを介してエンジン2と電子制御スロットル7とに流入する。エンジン2に流入する際、冷却液は出口部Out1を介してロータリバルブ10Aから流出するようになっている。また、電子制御スロットル7に流入する際、冷却液は出口部OutAを介してロータリバルブ10Aから流出するようになっている。
エンジン2には、シリンダブロック2aから冷却液を流入させるとともに、流入させた冷却液をシリンダブロック2a、シリンダヘッド2bの順で流通させ、その後シリンダヘッド2bから流出させる冷却通路が設けられている。
エンジン2を流通した冷却液のうち、一部の冷却液はオイルクーラ3、ヒータ4およびATFウォーマ5を流通し、残りの冷却液はラジエータ6を流通する。オイルクーラ3はエンジン2の潤滑オイルと冷却液との間で熱交換を行い、潤滑オイルを冷却する。ヒータ4は空気と冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱する。加熱された空気は車室内の暖房に利用される。ATFウォーマ5はATFと冷却液との間で熱交換を行い、ATFを加熱する。ラジエータ6は空気と冷却液との間で熱交換を行い、冷却液を冷却する。
オイルクーラ3、ヒータ4およびATFウォーマ5を流通した冷却液は、ロータリバルブ10Aを介してW/P1に戻る。この際、冷却液は入口部In1を介してロータリバルブ10Aに流入するようになっている。また、ラジエータ6を流通した冷却液は入口部In2を介してロータリバルブ10Aに流入するようになっている。オイルクーラ3、ヒータ4およびATFウォーマ5を流通する流通経路は、ラジエータ6をバイパスする第1のラジエータバイパス経路P11になっている。
電子制御スロットル7に流入した冷却液は、電子制御スロットル7を流通した後、第1のラジエータバイパス経路P11に合流するようになっている。電子制御スロットル7には、凍結による動作不良の発生を防止するために冷却液を流通させることができる。電子制御スロットル7を流通する流通経路は、エンジン2をバイパスするエンジンバイパス経路P2となっている。
図2はロータリバルブ10Aの概略構成図である。図2ではロータリバルブ10AとともにW/P1も示している。図1、図2に示すように、ロータリバルブ10Aは第1の通路部11Aと、第2の通路部12Aと、回転弁体13と、駆動部14と、弁体バイパス通路部15と、第1のバイパス弁16Aと、検出部17とを備えている。また、入口部In1、In2と、出口部Out1、OutAとを備えている。
第1の通路部11AはW/P1の冷却液出口部とエンジン2との間に設けられ、冷却液を流通させる。第2の通路部12AはW/P1の冷却液入口部とラジエータ6との間に設けられ、冷却液を流通させる。通路部11A、12Aは並べて配置されている。通路部11A、12Aは並べて配置された状態でW/P1に端部で接続されている。そして、第1の通路部11Aはポンプ1の冷却液出口部に、第2の通路部12Aはポンプ1の冷却液入口部にそれぞれ接続されている。第1の通路部11AではW/P1側が上流側、第2の通路部12AではW/P1側が下流側となっている。
回転弁体13は第1の通路部11Aと第2の通路部12Aとに介在するように設けられている。回転弁体13は第1の通路部11Aを流通する冷却液の流通と、第2の通路部12Aを流通する冷却液の流通とを回転動作で変更する。回転弁体13は第1の通路部11Aを流通する冷却液の流通と第2の通路部12Aを流通する冷却液の流通とを禁止、許可することを含め、これら流通の制限、制限の解除を行うことができる。駆動部14はアクチュエータ14aとギヤボックス部14bとを備えており、回転弁体13を駆動する。アクチュエータ14aは具体的には電動モータである。
弁体バイパス通路部15は、第1の通路部11Aのうち、回転弁体13よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通している。第1のバイパス弁16Aは差圧弁であり、第1の通路部11Aのうち、回転弁体13よりも上流側の部分における冷却液の圧力(上流側圧力)と、回転弁体13よりも下流側の部分における冷却液の圧力(下流側圧力)との差圧に応じて、弁体バイパス通路部15を介した冷却液の流通の制限、制限の解除(具体的にはここでは禁止、許可)を行う。
具体的には、第1のバイパス弁16Aは上流側圧力から下流側圧力を引くことで得られる差圧の大きさが所定の大きさ以下である場合に弁体バイパス通路部15を介した冷却液の流通を禁止し、所定の大きさよりも高い場合に弁体バイパス通路部15を介した冷却液の流通を許可する。所定の大きさは正常な場合に得られる最大の差圧の大きさよりも大きく設定することができる。
検出部17はアクチュエータ14aの駆動軸に対して設けられている。検出部17はアクチュエータ14aの駆動軸の回転角度を検出する。そしてこれにより、回転弁体13の位相を検出或いは推定可能にする。検出部17は例えば回転弁体13の回転軸に対して設けられてもよい。
第1の通路部11Aは回転弁体13の下流側で出口部Out1に連通するとともに、回転弁体13の上流側で出口部OutAに連通している。したがって、出口部Out1は第1の通路部11Aのうち、回転弁体13の下流側の部分から冷却液を流出させる。また、出口部OutAは第1の通路部11Aのうち、回転弁体13の上流側の部分から冷却液を流出させる。
第2の通路部12Aは回転弁体13の下流側で入口部In1に連通するとともに、回転弁体13の上流側で入口部In2に連通している。したがって、入口部In1は第2の通路部12Aのうち、回転弁体13よりも下流側の部分に冷却液を流入させる。また、入口部In2は第2の通路部12Aのうち、回転弁体13よりも上流側の部分に冷却液を流入させる。
図3は回転弁体13の概略構成図である。図4は回転弁体13の主要断面図である。図3(a)は回転弁体13を側面視で、図3(b)は回転弁体13を図3(a)に示す矢視Aで示す。図4(a)は図3(a)に示すA−A断面を、図4(b)は図3(a)に示すB−B断面を、図4(b)は図3(a)に示すC−C断面を示す。
回転弁体13は第1の通路部11Aに配置される第1の弁体部R1と、第2の通路部12Aに配置される第2の弁体部R2とを備えている。弁体部R1、R2はともに内部を円筒状に中空にした部材となっている。この点、弁体部R1、R2の内部は互いに連通していない。
第1の弁体部R1には第1の開口部G1が、第2の弁体部R2には第2の開口部G2が設けられている。開口部G1、G2は互いに異なる位相で設けられている。第1の開口部G1は支柱によって分断された2つの開口部分を合わせた部分となっており、第2の開口部G2は支柱によって分断された3つの開口部分を合わせた部分となっている。
第1の開口部G1は第1の通路部11Aの上流側および下流側に開口した状態でエンジン2への冷却液の流通を許可することができる。また、第1の通路部11Aの上流側および下流側のうち、いずれか一方にのみ開口した状態でエンジン2への冷却液の流通を禁止することができる。第1の開口部G1は第1の通路部11Aの上流側および下流側に開口した状態で、回転弁体13の位相に応じてエンジン2に流通させる冷却液の流量を調節することもできる。
第2の開口部G2は第2の通路部12Aの上流側および下流側に開口した状態で、第2の開口部G2を介した冷却液の流通を許可することができる。また、第2の通路部12Aの上流側および下流側のうち、いずれか一方にのみ開口した状態で、第2の開口部G2を介した冷却液の流通を禁止することができる。
第2の弁体部R2には、さらに第3の開口部G3が設けられている。第3の開口部G3は、軸方向において第2の開口部G2と異なる位置に設けられている。第3の開口部G3は、第2の開口部G2が第2の通路部12Aの上流側および下流側に開口した状態で、第2の通路部12Aの下流側に位置する場合に、第2の通路部12Aの下流側に開口するように設けられている。一方、第2の開口部G2が第2の通路部12Aの上流側および下流側に開口した状態で、第2の通路部12Aの上流側に位置する場合には、第2の通路部12Aの上流側に開口しないように設けられている。
したがって、第3の開口部G3は第2の通路部12Aの下流側に位置する場合に、第3の開口部G3を介した冷却液の流通を許可することができる。また、このときに開口部G2、G3それぞれを介した冷却液の流通を許可することができる。一方、第3の開口部G3は第2の通路部12Aの上流側に位置する場合に、第3の開口部G3を介した冷却液の流通を禁止することができる。このときには開口部G2、G3のうち、第2の開口部G2を介した冷却液の流通を許可することができる。
第3の開口部G3が第2の通路部12Aの上流側に位置する場合に、第2の開口部G2は第2の通路部12Aの上流側および下流側に開口した状態で、回転弁体13の位相に応じて、回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Aの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を次第に増減することもできる。また、第3の開口部G3が第2の通路部12Aの下流側に位置する場合に、開口部G2、G3は第2の通路部12Aの上流側および下流側に開口した状態で、回転弁体13の位相に応じて、回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Aの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を次第に増減することもできる。
このように構成された回転弁体13は、第1の通路部11Aにおける冷却液の流通と、第2の通路部12Aにおける冷却液の流通とを回転動作で同時に制御することができる。また、回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Aの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限することができる。
図1、図2に戻り、回転弁体13の上流側で出口部OutAに連通している第1の通路部11Aは、回転弁体13の上流側でエンジンバイパス経路P2に対して分岐している。このため、回転弁体13が第1の通路部11Aにおいてエンジン2への冷却液の流通を禁止する場合に、ロータリバルブ10Aはエンジンバイパス経路P2に冷却液を流通させることができる。
回転弁体13の上流側で入口部In2に連通している第2の通路部12Aは、回転弁体13の上流側でラジエータ6に連通している。このため、回転弁体13が回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Aの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限することで、ロータリバルブ10Aはラジエータ6を介して流入する冷却液の流量を制限することができる。
図5はECU30Aの概略構成図である。ECU30AはCPU31、ROM32、RAM33等からなるマイクロコンピュータと入出力回路34、35とを備えている。これらの構成は互いにバス36を介して接続されている。ECU30Aには、入力回路34を介して検出部17やエンジン2の運転状態を検出するためのセンサ群40が電気的に接続されている。また、出力回路35を介してアクチュエータ14aが電気的に接続されている。
センサ群40はエンジン2の回転数NEを検出可能にするセンサや、エンジン2の負荷を検出可能にするセンサや、エンジン2における冷却液の温度ethwを検知するセンサを含む。温度ethwは例えばエンジン2流通直後の冷却液の温度である。センサ群40は例えばエンジン2を制御する制御装置を介して間接的に接続されてもよい。或いは、ECU30Aは例えばエンジン2を制御する制御装置であってもよい。
ECU30Aは制御部に相当する電子制御装置であり、ロータリバルブ10Aを制御する。ECU30Aは例えばエンジン2の回転数NEやエンジン2の負荷や冷却液の温度ethwなど、エンジン2の運転状態に応じてロータリバルブ10Aを制御することができる。また、ロータリバルブ10Aを制御するにあたり、ECU30Aは検出部17の出力に基づき、回転弁体13の位相を推定或いは検出することができる。
本実施例では、通路部11A、12Aと回転弁体13とを備えるエンジンの冷却システム(以下、冷却システム1Aと称す)が実現されている。この冷却システム1Aは、さらに具体的には通路部11A、12Aと回転弁体13とを含む電動モータ駆動式のロータリバルブ10AとECU30Aとを備える構成となっている。
次に冷却システム1Aの作用効果について説明する。ここで、エンジン2に冷却液を流通させるにあたっては、例えばロータリバルブ10Aの代わりに、エンジン2を流通する冷却液の流量を調節可能な流量調節弁と、ラジエータ6を流通する冷却液の流量を調節可能な流量調節弁とを個別に冷却回路100Aに設けることも考えられる。
ところがこの場合には、2つの流量調節弁を個別に設ける分、冷却回路100Aが複雑化する。結果、コスト面で不利になったり、車両への搭載性が悪化したりする虞がある。また、2つの流量調節弁を個別に設ける場合には、例えばいずれか一方の流量調節弁が故障した場合に、エンジン2がオーバーヒートに至るなど致命的な事態も発生し得る。さらに、2つの流量調節弁を個別に設ける場合には機差のばらつきを考慮する必要もある。このため、流通制御が確実に行われない事態が発生する虞がある。
これに対し、冷却システム1Aは第1の通路部11Aにおける冷却液の流通と、第2の通路部12Aにおける冷却液の流通とを回転弁体13の回転動作で同時に制御することができる。このため、冷却システム1Aはエンジン2に冷却液を流通させるにあたり、冷却回路100Aの簡素化を図りつつ、信頼性の高い冷却液の流通制御を行うことができる。
この点、冷却回路100Aに組み込むにあたり、冷却システム1AはW/P1の入口側および出口側の冷却液の流通を同時に制御する構成上、W/P1に対して設けることもできる。そしてこれにより、好ましくは冷却システム1AをW/P1に直接設けることで、冷却回路100Aの簡素化を好適に図ることもできる。
冷却システム1Aは、通路部11A、12Aと回転弁体13とを含む電動モータ駆動式のロータリバルブ10AとECU30Aとを備えている。このため、冷却システム1Aは高い応答性で冷却液の流通制御を行うことができる。また、以下に示すようにして高機能な冷却液の流通制御を行うことができる。
すなわち、冷却システム1Aでは回転弁体13が第1の通路部11Aにおいてエンジン2への冷却液の流通を制限する場合に、ロータリバルブ10Aがエンジンバイパス経路P2に冷却液を流通させることができる。この場合、冷却システム1Aはエンジン2の暖機を好適に促進することができる。
また、冷却システム1Aでは回転弁体13が回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Aの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限することで、ロータリバルブ10Aがラジエータ6を介して流入する冷却液の流量を制限することができる。そしてこれにより、エンジン2に流通させる冷却液の温度を調節できる。
具体的には例えば冷却システム1Aでは、回転弁体13が開口部G2、G3を介した冷却液の流通を禁止することで、ロータリバルブ10Aがラジエータ6を介した冷却液の流通を禁止できる。また、このときロータリバルブ10Aは第2の通路部12Aのうち、回転弁体13よりも下流側の部分にラジエータ6をバイパスする冷却液を流入させることができる。このためこの場合には、エンジン2の暖機の妨げになることを抑制しつつ、エンジン2に冷却液を流通させることができる。
また例えば冷却システム1Aでは、回転弁体13が開口部G2、G3のうち、第2の開口部G2を介した冷却液の流通を許可することで、すなわち低流量でラジエータ6を介した冷却液の流通を許可することで、ラジエータ6を介した冷却液の流通を禁止する場合よりも、エンジン2に流通させる冷却液の温度を低下させることができる。
また例えば冷却システム1Aでは、回転弁体13が開口部G2、G3それぞれを介した冷却液の流通を許可することで、すなわち高流量でラジエータ6を介した冷却液の流通を許可することで、開口部G2、G3のうち、第2の開口部G2を介した冷却液の流通を許可する場合よりも、エンジン2に流通させる冷却液の温度をさらに低下させることができる。
さらに例えば冷却システム1Aでは、回転弁体13の位相に応じて、回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Aの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を次第に増減することもできる。そしてこれにより、冷却システム1Aはエンジン2に流通させる冷却液の温度をより精密に調節することもできる。
このように冷却液の流通を制御するには、具体的には例えばエンジン2の負荷が低負荷である場合に、回転弁体13が回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Aの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限するようにECU30Aでロータリバルブ10Aを制御することができる。
冷却システム1Aでは、回転弁体13が開口部G2、G3それぞれを介した冷却液の流通を許可する場合に、開口部G2、G3それぞれを介した冷却液の流通を最大限許可することで、エンジン2に流通させる冷却液の温度を最も低下させることができる。
このように冷却液の流通を制御するには、具体的には例えばエンジン2の負荷が高負荷である場合に、回転弁体13が回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Aの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を最大限許可するようにECU30Aでロータリバルブ10Aを制御することができる。
図6は車両運転時における冷却液の温度ethwの変化を一例として示す図である。区間D1はエンジン2への冷却液の流通を禁止している場合、区間D2はラジエータ6を介した冷却液の流通を禁止している場合、区間D3は低流量でラジエータ6を介した冷却液の流通を許可している場合、区間D4は高流量でラジエータ6を介した冷却液の流通を許可している場合に対応する。図6では、エンジン2の回転数NEの変化も参考に示している。このため縦軸は温度ethwと回転数NEとを示し、横軸は時間を示す。
図6に示すように、区間D1ではエンジン2への冷却液の流通を禁止する結果、大きな度合いで温度ethwが上昇していることがわかる。区間D2ではラジエータ6を介した冷却液の流通を禁止する結果、区間D1よりも小さな度合いで温度ethwが上昇していることがわかる。区間D3では低流量でラジエータ6を介した冷却液の流通を許可する結果、さらに区間D2よりも小さな度合いで温度ethwが上昇していることがわかる。区間D4では高流量でラジエータ6を介した冷却液の流通を許可する結果、温度ethwが大幅に低下していることがわかる。
冷却システム1Aは、第1のバイパス弁16Aを備えている。このため、冷却システム1Aは第1の通路部11Aのうち、回転弁体13よりも上流側で冷却液の圧力が極端に高まった場合に、弁体バイパス通路部15に冷却液を流通させることができる。
そしてこれにより、冷却システム1Aは例えば回転弁体13が故障によって動作しなくなり、この結果、W/P1の出口側で冷却液の圧力が高まった場合にエンジン2がオーバーヒートすることを防止できる。また、例えば回転弁体13の作動に特段異常がない場合でも、何かしらの原因で冷却液の圧力が高まった場合には、系の圧力を正常に維持することで、W/P1の駆動力が増大することも抑制できる。
冷却システム1Aは、回転弁体13の位相を検出或いは推定可能にする検出部17を備えている。すなわち、冷却システム1Aによれば構成上、検出部17の出力に基づき、第1の通路部11Aにおける冷却液の流通と、第2の通路部12Aにおける冷却液の流通とを同時に制御できる。このため、冷却システム1Aはこれらの流通制御に対して個別に状態を検出或いは推定可能なセンサや検出機構を備える必要がない分、コスト面でも有利な構成とすることができる。
図7は冷却回路100Bの概略構成図である。図8はロータリバルブ10Bの概略構成図である。図7に示すように、冷却回路100Bはエンジン2の代わりにエンジン2´を備える点と、ロータリバルブ10Aの代わりにロータリバルブ10Bを備える点と、これに伴う冷却経路の変更が行われている点以外、冷却回路100Aと実質的に同一である。
図7、図8に示すようにロータリバルブ10Bは、第1の通路部11Aの代わりに第1の通路部11Bを備える点と、第2の通路部12Aの代わりに第2の通路部12Bを備える点と、第1のバイパス弁16Aの代わりに第1のバイパス弁16Bを備える点と、第1のサーモスタット17をさらに備えるとともに、出口部Out2をさらに備える点以外、ロータリバルブ10Aと実質的に同一である。
図7に示すようにエンジン2´は、個別に冷却液を流入させるシリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´を備えている。これに対し、ロータリバルブ10Bではエンジン2´に冷却液を流入させるにあたり、出口部Out1、Out2を介して冷却液を流出させるようになっている。そして、出口部Out1から流出した冷却液がシリンダブロック2a´に、出口部Out2から流出した冷却液がシリンダヘッド2b´に流入するようになっている。
エンジン2´には、次のような冷却通路が設けられている。すなわち、出口部Out1から流入した冷却液をシリンダブロック2a´、シリンダヘッド2b´の順で流通させるとともに、出口部Out2から流入した冷却液をシリンダヘッド2b´に流通させ、さらにシリンダヘッド2b´でこれらを合流させた後に、合流させた冷却液をシリンダヘッド2b´から流出させる冷却通路が設けられている。
図8に示すように、第1の通路部11Bは回転弁体13の下流側でシリンダブロック2a´とシリンダヘッド2b´とに対して分岐している点と、出口部Out2がさらに設けられている点以外、第1の通路部11Bは第1の通路部11Aと実質的に同一である。この点、第1の通路部11Bのうち、シリンダブロック2a´に対して分岐している部分が出口部Out1に、シリンダヘッド2b´に対して分岐している部分が出口部Out2に連通している。第1の通路部11Bは回転弁体13の位相に応じて次に示す流通制御ができるように分岐している。
すなわち、第1の通路部11Bは回転弁体13の位相に応じて、シリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´への冷却液の流通を禁止できるように分岐している。また、シリンダブロック2a´への冷却液の流通を禁止するとともにシリンダヘッド2b´への冷却液の流通を許可することができるように分岐している。さらに、シリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´への冷却液の流通を許可できるように分岐している。
このため、回転弁体13がシリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´への冷却液の流通を制限(具体的にはここでは禁止)することで、ロータリバルブ10Bはシリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´への冷却液の流通を制限することができる。
また、回転弁体13がシリンダブロック2a´への冷却液の流通を制限(具体的にはここでは禁止)するとともに、シリンダヘッド2b´への冷却液の流通の制限を解除(具体的にはここでは許可)することで、ロータリバルブ10Bはシリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´のうち、シリンダヘッド2b´に冷却液を優先して流通させることができる。この点、ロータリバルブ10Bはシリンダブロック2a´に冷却液を流通させない場合を含め、シリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´のうち、シリンダヘッド2b´に冷却液を優先して流通させることができる。
さらに、回転弁体13がシリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´への冷却液の流通の制限を解除(具体的にはここでは許可)することで、制限の解除に応じた態様でロータリバルブ10Bはシリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´に冷却液を流通させることができる。
このように流通制御を行うには、さらに具体的には回転弁体13の異なる位相それぞれに対応させて第1の通路部11Bを分岐することができる。なお、図8では図示の都合上、回転弁体13の同じ位相に対応させて分岐しているように第1の通路部11Bを示している。この点、例えば回転弁体13の同じ位相に対応させて第1の通路部11Bを分岐する場合でも、回転弁体13において第2の弁体部R2と同様の構造を第1の弁体部R1に適用するとともに、開口部G2、G3に対応させて第1の通路部11Bを分岐することで上述した流通制御を可能にすることもできる。
第2の通路部12Bはさらに回転弁体13の下流側で第1のサーモスタット17を介して入口部In2に連通している点以外、第2の通路部12Aと実質的に同一である。回転弁体13の下流側で第1のサーモスタット17を介して入口部In2に連通することで、第2の通路部12Bは回転弁体13の下流側で第1のサーモスタット17を介してラジエータ6に連通している。
この点、第2の通路部12Bは具体的には、回転弁体13よりも上流側の部分と入口部In2とを連通する第1の連通部B1と、回転弁体13よりも下流側の部分と入口部In2とを連通する第2の連通部B2とを備えている。そしてこれに対し、第1のサーモスタット17は具体的には第2の連通部B2に設けられている。第1のサーモスタット17は冷却液の温度が第1の所定値よりも高い場合に開弁するとともに、第1の所定値以下である場合に閉弁する。
第1のバイパス弁16Bは、さらに第1のサーモスタット17と機械的に連動して作動するように構成されている点以外、第1のバイパス弁16Aと実質的に同一である。この点、第1のサーモスタット17は通路部11B、12Bに介在するようにして延伸することで、第1のバイパス弁16Bに連結された作動軸17aを備えている。そして第1のバイパス弁16Bは、作動軸17aが第1のバイパス弁16Bを駆動することで、第1のサーモスタット17が閉弁した状態で弁体バイパス通路部15を介した冷却液の流通を禁止するとともに、第1のサーモスタット17が開弁した状態で弁体バイパス通路部15を介した冷却液の流通を許可する。
第1のバイパス弁16Bを差圧弁とするとともに、第1のサーモスタット17と機械的に連動して作動するように構成するには、例えば第1のバイパス弁16Bに差圧で開弁する開弁構造を設けるとともに、第1のバイパス弁16B全体を第1のサーモスタット17と機械的に連動して作動するように構成することができる。
ロータリバルブ10Bに対してはECU30Bが設けられている。ECU30Bは以下に示すように具体的にロータリバルブ10Bを制御する点以外、ECU30Aと実質的に同一である。このためECU30Bについては図示省略する。ECU30Bは冷却液の温度ethwが第1の所定値よりもさらに低い場合(第1の所定値よりも値が小さい所定値よりも低い場合)に、回転弁体13が回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Bの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限するようにロータリバルブ10Bを制御する。
本実施例では通路部11B、12Bと回転弁体13とを備える冷却システム1Bが実現されている。この冷却システム1Bはさらに具体的には、通路部11B、12Bと回転弁体13とを含むロータリバルブ10BとECU30Bとを備える構成となっている。
次に冷却システム1Bの作用効果について説明する。冷却システム1Bでは、ロータリバルブ10Bがシリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´のうち、シリンダヘッド2b´に冷却液を優先して流通させることができる。このため、冷却システム1Bは冷却システム1Aと比較してさらにシリンダブロック2a´の暖機を促進することで、シリンダブロック2a´におけるフリクションロスの低減を図りつつ、シリンダヘッド2b´の冷却を確保することができる。
この点、このように冷却液を流通させるには、具体的には例えば冷却液の温度が所定値(例えば適温範囲の下限値)よりも低い場合に、シリンダブロック2a´およびシリンダヘッド2b´のうち、シリンダヘッド2b´に冷却液を優先して流通させるようにECU30Bでロータリバルブ10Bを制御することができる。
冷却システム1Bでは、例えば冷却液の温度が第1の所定値付近の温度である場合に、回転弁体13を適宜の位相で停止させても、第1のサーモスタット17で冷却液の温度を調節できる。このため冷却システム1Bは、回転弁体13の動作頻度を減少させることで、冷却システム1Aと比較してさらにロータリバルブ10Bの耐久性を向上させることもできる。
この点、ECU30Bが上述したようにロータリバルブ10Bを制御することで、冷却システム1Bは例えば冷却液の温度が第1の所定値付近の温度である場合に、回転弁体13を適宜の位相で停止させるようにロータリバルブ10Bを制御するとともに、第1のサーモスタット17で冷却液の温度を調節できる。
冷却システム1Bでは、例えば回転弁体13が故障によって動作しなくなった場合でも、エンジン2´がオーバーヒートする前に第1のサーモスタット17の作動に応じて、第1のバイパス弁16Bで弁体バイパス通路部15に冷却液を流通させることができる。このため、冷却システム1Bはこれによってもエンジン2´がオーバーヒートすることを防止できる。
また、冷却システム1Bは、例えば第1の所定値を適温範囲の上限値に設定することで、冷却液の温度が適温範囲を超えた場合に、エンジン2´へ流通させる冷却液の流量を速やかに増大させることもできる。このため、冷却システム1Bは冷却システム1Aと比較して、さらに冷却の必要性が高い場合にエンジン2´を速やかに冷却することもできる。
このように冷却システム1Bはロータリバルブ10Aと比較してロータリバルブ10Bをさらに高機能化できるとともに、ロータリバルブ10Bを合理的に高機能化することで冷却回路100Bの簡素化を好適に図ることができる。また、冷却システム1Aと比較してさらに信頼性の高い冷却液の流通制御を行うことができる。
図9は冷却回路100Cの概略構成図である。図10はロータリバルブ10Cの概略構成図である。図9に示すように、冷却回路100Cはロータリバルブ10Bの代わりにロータリバルブ10Cを備える点と、これに伴う冷却経路の変更が行われている点以外、冷却回路100Bと実質的に同一である。図9、図10に示すようにロータリバルブ10Cは、第2の通路部12Bの代わりに第2の通路部12Cを備える点と、第2のサーモスタット18と第2のバイパス弁19とチェック弁20とをさらに備えるとともに、入口部In3をさらに備える点以外、ロータリバルブ10Bと実質的に同一である。
図9に示すように、冷却回路100Cではさらにエンジン2´を流通した冷却液の一部が入口部In3を介してロータリバルブ10Cに流入するようになっている。この流通経路はラジエータ6をバイパスする第2のラジエータバイパス経路P12になっている。したがって、ロータリバルブ10Cには第1のラジエータバイパス経路P11を流通する冷却液が入口部In1を介して流入する。また、第2のラジエータバイパス経路P12を流通する冷却液が入口部In3を介して流入する。
図9、図10に示すように、第2の通路部12Cは入口部In1が回転弁体13の上流側および下流側に連通するように設けられている点と、入口部In3がさらに設けられている点以外、第2の通路部12Bと実質的に同一である。なお、図示の都合上、図10では入口部In1と第2の通路部12Cの上流側および下流側が連通している様子については図示省略している。またこれに関連し、図10ではチェック弁20についても図示省略している。入口部In3は第2の通路部12Cのうち、回転弁体13の上流側の部分に連通するように設けられている。
第2のサーモスタット18は第1の連通部B1に設けられている。このため、第2の通路部12Cは回転弁体13の上流側で第2のサーモスタット18を介して入口部In2に連通している。そしてこれにより、回転弁体13の上流側で第2のサーモスタット18を介してラジエータ6に連通している。第2のサーモスタット18は冷却液の温度が第2の所定値よりも高い場合に開弁するとともに、第2の所定値以下である場合に閉弁する。第2の所定値は第1の所定値よりも低く設定されている。第2の所定値は例えば冷却液の適温範囲の下限値に設定することができる。
第2のバイパス弁19は入口部In3を連通、遮断するように設けられている。第2のバイパス弁19は第2のサーモスタット18と機械的に連動して作動するように構成されている。具体的には、第2のバイパス弁19は第2のサーモスタット18の作動軸(図示省略)に連結されている。第2のバイパス弁19は第2のサーモスタット18が閉弁した状態で入口部In3を介した冷却液の流通を禁止するとともに、第2のサーモスタット18が開弁した状態で入口部In3を介した冷却液の流通を許可する。
チェック弁20は入口部In1から流入した冷却液の流通を制御する。具体的にはチェック弁20は入口部In1から流入した冷却液が第2の通路部12Cの上流側および下流側に流入するにあたり、上流側から下流側への流通を許可するとともに、下流側から上流側への流通を禁止する。
ロータリバルブ10Cに対してはECU30Cが設けられている。ECU30Cはさらに以下に示すようにロータリバルブ10Cを制御する点以外、ECU30Bと実質的に同一である。このためECU30Cについては図示省略する。ECU30Cは冷却液の温度ethwが第2の所定値よりもさらに低い場合(第2の所定値よりも値が小さい所定値よりも低い場合)に、回転弁体13が回転弁体13を間に挟んだ第2の通路部12Cの上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限するようにロータリバルブ10Cを制御する。
本実施例では通路部11B、12Cと回転弁体13とを備える冷却システム1Cが実現されている。この冷却システム1Cはさらに具体的には、通路部11B、12Cと回転弁体13とを含むロータリバルブ10CとECU30Cとを備える構成となっている。
次に冷却システム1Cの作用効果について説明する。冷却システム1Cでは、例えば冷却液の温度が第2の所定値付近の温度である場合に回転弁体13を適宜の位相で停止させても、第2のサーモスタット18で冷却液の温度を調節できる。このため冷却システム1Cは、回転弁体13の動作頻度を減少させることで、冷却システム1Bと比較してさらにロータリバルブ10Cの耐久性を向上させることができる。
この点、ECU30Cが上述したようにロータリバルブ10Cを制御することで、冷却システム1Cは例えば冷却液の温度が第2の所定値付近の温度である場合に、回転弁体13を適宜の位相で停止させるようにロータリバルブ10Cを制御するとともに、第2のサーモスタット18で冷却液の温度を調節できる。
冷却システム1Cは、冷却液の温度が第2の所定値よりも低い場合に、第1のラジエータバイパス経路P11からロータリバルブ10Cにオイルクーラ3等で排熱を利用する態様で熱交換が行われた冷却液を流入させることができる。結果、エンジン2´に冷却液を流通させつつ、暖機を促進するにあたり、より温度の低い冷却液をエンジン2´に流通させることで、さらに好適に暖機を促進することもできる。
このように冷却システム1Cはロータリバルブ10Bと比較してロータリバルブ10Cをさらに高機能化できるとともに、ロータリバルブ10Cを合理的に高機能化することで冷却回路100Cの簡素化を好適に図ることができる。また、冷却システム1Bと比較してさらに信頼性の高い冷却液の流通制御を行うことができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば実施例2では第2の通路部12Bが回転弁体13の下流側で第1のサーモスタット17を介してラジエータ6に連通している場合について説明した。しかしながら、本発明においてはこれに限られず、第2の通路部は回転弁体の上流側および下流側のうち、上流側で第1のサーモスタットを介してラジエータに連通してもよい。この場合でも、回転弁体の動作頻度を減少させることでロータリバルブの耐久性を向上させることができる。
また例えば実施例2や実施例3に対応する冷却システムを実施例1に対応する冷却システムのように、第1の通路部が回転弁体の下流側でエンジンのシリンダブロックとエンジンのシリンダヘッドとに対して特段分岐していない構成としてもよい。
W/P 1
エンジン 2、2´
ラジエータ 6
冷却システム 10A、10B、10C
第1の通路部 11A、11B
第2の通路部 11A、11B、11C
回転弁体 13
第1のサーモスタット 17
第2のサーモスタット 18
ECU 30A、30B、30C
冷却回路 100A、100B、100C

Claims (10)

  1. エンジンの冷却液を循環させるポンプと、前記エンジンの冷却液を冷却するラジエータとを備えるエンジンの冷却回路に組み込まれ、
    前記ポンプの冷却液出口部と前記エンジンとの間に設けられ、前記エンジンの冷却液を流通させる第1の通路部と、
    前記ポンプの冷却液入口部と前記ラジエータとの間に設けられ、前記エンジンの冷却液を流通させる第2の通路部と、
    前記第1の通路部と前記第2の通路部とに介在するように設けられ、前記第1の通路部における冷却液の流通と、前記第2の通路部における冷却液の流通とを回転動作で同時に制御可能な回転弁体と、を備えるエンジンの冷却システム。
  2. 請求項1記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記第1および第2の通路部と前記回転弁体とを含む電動モータ駆動式のロータリバルブと、
    前記ロータリバルブを制御する制御部と、を備えるエンジンの冷却システム。
  3. 請求項2記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記第1の通路部が前記回転弁体の上流側で前記エンジンをバイパスするエンジンバイパス経路に対して分岐しており、
    前記回転弁体が前記第1の通路部において前記エンジンへの冷却液の流通を制限する場合に、前記ロータリバルブが前記エンジンバイパス経路に冷却液を流通させるエンジンの冷却システム。
  4. 請求項2または3記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記第1の通路部が前記回転弁体の下流側で前記エンジンのシリンダブロックと前記エンジンのシリンダヘッドとに対して分岐しており、
    前記回転弁体が前記第1の通路部において前記シリンダブロックへの冷却液の流通を制限するとともに、前記シリンダヘッドへの冷却液の流通の制限を解除することで、前記ロータリバルブが前記シリンダブロックおよび前記シリンダヘッドのうち、前記シリンダヘッドに冷却液を優先して流通させるエンジンの冷却システム。
  5. 請求項2から4いずれか1項記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記第2の通路部が前記回転弁体の上流側で前記ラジエータに連通しており、
    前記回転弁体が前記回転弁体を間に挟んだ前記第2の通路部の上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限することで、前記ロータリバルブが前記ラジエータを介して流入する冷却液の流量を制限するエンジンの冷却システム。
  6. 請求項5記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記ロータリバルブが前記エンジンの冷却液の温度が第1の所定値よりも高い場合に開弁する第1のサーモスタットをさらに備え、
    前記第2の通路部がさらに前記回転弁体の下流側で前記第1のサーモスタットを介して前記ラジエータに連通しており、
    前記制御部が、前記エンジンの冷却液の温度が第1の所定値よりもさらに低い場合に、前記回転弁体が前記回転弁体を間に挟んだ前記第2の通路部の上流側から下流側に流通する冷却液の流量を制限するように前記ロータリバルブを制御するエンジンの冷却システム。
  7. 請求項6記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記ロータリバルブが前記エンジンの冷却液の温度が第2の所定値よりも高い場合に開弁する第2のサーモスタットをさらに備え、
    前記第2の通路部が前記回転弁体の上流側で前記第2のサーモスタットを介して前記ラジエータに連通しており、
    前記第2の所定値が前記第1の所定値よりも低く設定されているエンジンの冷却システム。
  8. 請求項6または7記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記第1の通路部のうち、前記回転弁体よりも上流側の部分と前記回転弁体よりも下流側の部分とを連通する弁体バイパス通路部と、
    前記第1のサーモスタットと機械的に連動して作動することで、前記第1のサーモスタットが閉弁した状態で前記弁体バイパス通路部を介した冷却液の流通を制限するとともに、前記第1のサーモスタットが開弁した状態で前記弁体バイパス通路部を介した冷却液の流通の制限を解除するバイパス弁と、を備えるエンジンの冷却システム。
  9. 請求項8記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記バイパス弁が、さらに前記第1の通路部のうち、前記回転弁体よりも上流側の部分における冷却液の圧力と、前記回転弁体よりも下流側の部分における冷却液の圧力との差圧に応じて、前記弁体バイパス通路部を介した冷却液の流通の制限、制限の解除を行うエンジンの冷却システム。
  10. 請求項1から9いずれか1項記載のエンジンの冷却システムであって、
    前記回転弁体の位相を検出或いは推定可能にする検出部をさらに備えるエンジンの冷却システム。


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