JP2014070501A - オイル冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時には、変速機で利用するオイルの温度が低く、フリクションロスによって燃費が低下するという課題があった。
【解決手段】エンジンのウォータージャケットの冷却水取入口と接続する出水管と、前記冷却水取入口を開閉するサーモスタットと、前記ウォータージャケットの冷却水排出口と接続する入水管と、前記入水管と連通するアッパタンクと、前記アッパタンクと連通するラジエータコアと、前記ラジエータコアと連通し、前記出水管と連通するロアタンクと、前記ロアタンクに内設され、前記変速機のオイルを冷却するオイルクーラと、前記入水管から前記ロアタンクに直接連通するバイパス管と、前記入水管の中に設置され、流路を前記バイパス管に切換えるサーモバルブを有し、前記サーモスタットが全開になる温度以下の時は、前記流路は前記バイパス管に切換ることを特徴とするオイル冷却構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の変速機に用いる作動油（オイル）を冷却するオイル冷却構造に関する。

自動車の変速機は、機械的な部品が嵌合し合って駆動するため、フリクションが発生する。このフリクションを低減するために、オイルが用いられている。オイルは、変速機が定常的に作動している際に、最も効果を得ることができるように作られているので、始動時等の温度が低い時には、効果的に作用しない。結果、始動時にはフリクションが増加し、燃費劣化の原因となる。

一方、オイルは温度が上がりすぎても劣化や潤滑能力の低下が生じるので、一定以下の油温になるように冷却しなければならない。オイルの冷却はオイルクーラによって行われる。オイルクーラは、エンジンのラジエータに内蔵される構造のものが多い。したがって、エンジン始動時にラジエータに冷却水が循環していると、オイルが冷却され、オイルのウォームアップができない。

つまり、エンジンの始動時には、素早くオイル温度が上がり、一度温度が上がったら、それ以上加温されないように冷却されるのが、フリクション低下という観点からは好ましい。

特許文献１は、オイルクーラの送り管および戻り管の間にバイパス管を設ける発明が開示されている。すなわち、エンジン始動時のオイルが低温の時には、オイルクーラにオイルを送らず、オイルクーラでオイルが冷却されるのを防止する。

また特許文献２には、始動時にはオイルクーラに冷却水を送らないようにし、なおかつ、オイルクーラに電熱線を配し、始動時にはオイルクーラを暖める発明が開示されている。

特開平１０−２３１７２７号公報 特開２００７−１６８５７号公報

エンジン始動時にできるだけ早くオイル温度を上げることでフリクションは低下し、結果として燃費の向上につながる。特許文献１の方法は、始動時にオイルの冷却を防止するという点では好ましい。しかし、変速機は基本的にエンジンのように内燃機構を有していないので、オイルの温度上昇は変速機自体のフリクション熱によっている。したがって、始動後の早い期間でオイル温度を上昇させるのは難しい。

特許文献２では、始動時の冷たいオイルをヒータで暖めるので、早い期間でオイル温度を上昇させることは可能かもしれない。しかし、早期にオイルを暖めるだけの熱容量を有するヒータを別途設けなければならず、消費電力が大きくなる。自動車の場合、電源は容量が限られている。特に寒冷地での始動時には、できるだけ余分な電力の使用は避けるべきである。バッテリーに過度の負担がかかるからである。

本発明は上記のような課題に鑑みて、エンジンから得られる熱をできるだけ有効に利用し、早期にオイル温度を上昇させることを可能とするオイル冷却構造を提供するものである。

より具体的に、本発明のオイル冷却構造は、
変速機のオイルを冷却するオイル冷却構造であって、
エンジンのウォータージャケットの冷却水取入口と接続する出水管と、
前記冷却水取入口を開閉するサーモスタットと、
前記ウォータージャケットの冷却水排出口と接続する入水管と、
前記入水管と連通するアッパタンクと、
前記アッパタンクと連通するラジエータコアと、
前記ラジエータコアと連通し、前記出水管と連通するロアタンクと、
前記ロアタンクに内設され、前記変速機のオイルを冷却するオイルクーラと、
前記入水管から前記ロアタンクに直接連通するバイパス管と、
前記入水管の中に設置され、流路を前記バイパス管に切換えるサーモバルブを有し、
前記サーモスタットが前記冷却水取入口を全開にする温度以下の時は、
前記サーモバルブが前記流路を前記バイパス管に切換える
ことを特徴とする。

本発明は、オイルクーラがラジエータのロアタンク内に配設された構造である場合に、温まったエンジンからの冷却水を直接ロアタンクに供給する構造とした。エンジンはシリンダ内で燃料を燃焼させるので、大きな熱源であり、短い時間で早急にウォータージャケット内の水温は上昇する。その暖められた冷却水でオイルクーラを暖める。したがって、オイルは始動後のわずかな時間で暖めることができる。

また、エンジンが作り出す温水を使用するので、大きな熱容量を有するヒータを使用して、バッテリーに負担をかけることもない。

本発明に係るオイル冷却構造の構成を示す図で、サーモバルブが全閉状態を示す。 サーモバルブが微開状態を示す図である。 サーモバルブが全開状態を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る排気管の構造について説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨から外れない範囲内で、下記の実施形態を変更しても、本発明の技術的範囲に含まれるのは言うまでもない。

図１に本発明に係るオイル冷却構造１の構成を示す。オイル冷却構造１は、エンジンのウォータージャケット１０と、ラジエータ１２とラジエータ１２のロアタンク１５中に配設されたオイルクーラ１６を有する。ウォータージャケット１０は、シリンダヘッド９およびシリンダブロック８を冷却するために、これらの周囲に配置された空間である。冷却水取入口１０ｉｎと冷却水排出口１０ｏｕｔが設けられている。

ウォータージャケット１０内は、冷却水取入口１０ｉｎから冷却水排出口１０ｏｕｔに向けて流路１０ｐが設けられている。冷却水取入口１０ｉｎから送り込まれた冷却水は、この流路１０ｐに沿って流れ、エンジン各部を冷却しながら、最終的に冷却水排出口１０ｏｕｔから排出される。

またウォータージャケット１０には、冷却水取入口１０ｉｎに、冷却水の水温によってラジエータ１２からの冷却水を取り入れるか、否かを切換えるサーモスタット１１が備えられる。サーモスタット１１は、冷却水の水温が低い時に、冷却水取入口１０ｉｎを完全に閉じ、冷却水をラジエータ１２に流さないようにする。

したがって、エンジン始動時には、ラジエータ１２へ冷却水は送られず、ウォータージャケット１０内を循環するだけとなり、冷却水温度を素早く上げることができる。なお、サーモスタット１１は、水温によって、全閉、微開、全開の少なくとも３つの開閉モードを有する。「全閉」とは冷却水取入口１０ｉｎを完全に閉じて、ウォータージャケット１０内だけで、冷却水を循環させる。

「微開」とは、冷却水温が少し上昇した時にウォータージャケット１０内の冷却水の一部をラジエータ１２に送る。言い換えると、ラジエータ１２からの冷たい冷却水をウォータージャケット１０内に取り込む。「全開」とは、ラジエータ１２との間の冷却水のパスを全開とする。これによって、ウォータージャケット１０内の流路１０ｐを通過した冷却水の大部分がラジエータ１２に送られる。

なお、流路１０ｐに沿って冷却水が流れるように、回転駆動するインペラ（ウォーターポンプ）１０ｍが設けられている。また、ウォータージャケット１０には、ヒータコア７が設けられていてもよい。ヒータコア７は、エンジンを冷却し温度の上がった冷却水を熱源として利用する装置である。

ラジエータ１２は、アッパタンク１３とラジエータコア１４とロアタンク１５から構成されている。アッパタンク１３とラジエータコア１４と、ロアタンク１５はそれぞれ連通している。すなわち、アッパタンク１３に貯留された冷却水は、ラジエータコア１４に流れ、ラジエータコア１４を流れた冷却水は、ロアタンク１５に貯留される。

アッパタンク１３には、ウォータージャケット１０の冷却水排出口１０ｏｕｔと連通する入水管２１が連結される。また、ロアタンク１５には、ウォータージャケット１０の冷却水取入口１０ｉｎと連通する出水管２２が連通される。

ロアタンク１５には、オイルクーラ１６も配置される。オイルクーラ１６は変速機ユニット６との間を、送油管６ｏｕｔと受油管６ｉｎによって連通される。つまり、変速機ユニット６からは、オイルが送油管６ｏｕｔを通ってオイルクーラ１６に送られ、受油管６ｉｎを通って戻ってくる。

また、受油管６ｉｎと送油管６ｏｕｔの間には、オイルバイパス管６ｂが設けられている。そして、オイルバイパス管６ｂには、オイルサーモスタット６ｔが備えられる。オイルサーモスタット６ｔは、オイルを変速機ユニット６からオイルクーラ１６に流すか、オイルバイパス管６ｂに流すかを切換える。オイルバイパス管６ｂを流れたオイルは、オイルクーラ１６には行かず、そのまま変速機ユニット６に戻る。

オイルサーモスタット６ｔは、サーモスタット１１の動きと連動して動作する。サーモスタット１１が全閉の場合は、オイルをオイルバイパス管６ｂに流す。サーモスタット１１が、微開若しくは全開の場合は、オイルをオイルクーラ１６に流す。

入水管２１はアッパタンク１３への入口１３ａよりウォータージャケット１０側に分岐管が配置される。分岐管は、ラジエータコア１４を通らずにロアタンク１５と直接連通する。この分岐管をバイパス管２５と呼ぶ。入水管２１とバイパス管２５の接続部分の入水管２１内部には、流路を入水管２１か、バイパス管２５かに切換えるサーモバルブ２６が設けられる。

サーモバルブ２６は、エンジン始動時であって、サーモスタット１１が全開となる水温以下の時には、流路をバイパス管２５に切換える。一度サーモスタット１１が全開となれば、その後は冷却水の温度が冷えるまでは流路を入水管２１に維持する。

なお、ここでエンジン始動時とは、エンジンが停止状態からエンジンが始動した時点から暖機が終了するおよそ数分から十数分までの期間をいう。ただし、エンジンが作動しているかいないかにかかわらず、冷却水の温度が所定の温度以下の場合を含んで良い。つまり、エンジン停止状態から始動した直後であっても、冷却水の温度が所定の温度以上であった場合は、エンジン始動時と呼ばなくて良い。

以上の構成を有するオイル冷却構造１の動作を以下に説明する。自動車は停止しており、エンジンは十分に冷えているとする。エンジン始動時には、ウォータージャケット１０内の冷却水も冷えている。サーモスタット１１は、「全閉」である。また、サーモバルブ２６は、入水管２１とアッパタンク１３を連通させる。オイルサーモスタット６ｔは、オイルがオイルバイパス管６ｂを通るように流路を設定している。エンジンが始動すると、インペラ１０ｍが回転し、ウォータージャケット１０内の流路１０ｐを冷却水が流れる。

サーモスタット１１は全閉なので、ウォータージャケット１０内の冷却水は流路１０ｐにしたがって、ウォータージャケット１０内だけを循環する。エンジンは燃料を燃焼して高熱を発するので、冷却水はすぐに温度が上昇する。この時は、変速機ユニット６内のオイルはオイルバイパス管６ｂを通り、オイルクーラ１６には送られない。

図２には、サーモスタット１１が「微開」になった状態を示す。冷却水の水温上昇によって、サーモスタット１１が「微開」状態になると、冷却水排出口１０ｏｕｔからウォータージャケット１０内の暖かい冷却水が入水管２１を通って、ラジエータ１２に向かって流れる。この暖かい冷却水によってサーモバルブ２６は、流路をバイパス管２５側に切換える。この暖かい冷却水はバイパス管２５を伝って、ロアタンク１５に流れる。また、サーモバルブ２６が流路をバイパス管２５に切換えると、オイルサーモスタット６ｔは、オイルをオイルクーラ１６側に流すように流路を変更する。

ロアタンク１５内には、オイルクーラ１６が設置されているので、暖かい冷却水はオイルクーラ１６を暖める。オイルクーラ１６には変速機ユニット６からのオイルが流れているので、オイルはオイルクーラ１６で暖められ、変速機ユニット６に戻される。このようにしてエンジン始動後の暖機運転が終了する前に、変速機ユニット６のオイルを暖めることができる。その結果、変速機ユニット６で生じるフリクションを低減することができる。

なお、さらにウォータージャケット１０内の冷却水の温度が上がると、サーモスタット１１は「全開」の状態となる。図３にこの時の様子を示す。サーモバルブ２６は、このタイミングで流路をバイパス管２５から入水管２１に切換える。こうすることによって、熱くなった冷却水は、アッパタンク１３に送られ貯留される。アッパタンク１３内の冷却水は、ラジエータコア１４の細管を通過して熱交換され、冷えた冷却水となる。

冷えた冷却水は、ロアタンク１５に流れ、オイルクーラ１６を冷やす。そして、また出水管２２を通ってウォータージャケット１０に戻される。オイルサーモスタット６ｔは、サーモスタット１１の動きと連動しているので、サーモスタット１１が閉じていない限り、オイルをオイルクーラ１６側に流すように流路を設定している。

また、一度流路を入水管２１に切換えたサーモバルブ２６は、冷却水の水温が常温など所定の温度になるまでは、流路を入水管２１に維持する。エンジン始動時であっても、エンジンが温かいうちは、オイルも所定の範囲になっていると考えられ、改めてオイルクーラ１６を暖める必要はないからである。

なお、上記の実施の形態では、サーモバルブ２６は、水温を検知して自ら開閉するように説明したが、入水管２１内の水温センサを用意し、入水管２１内の水温に従って、制御装置などから弁を切り替えるようにしてもよい。つまり、サーモバルブ２６は、単独の部品以外の構成を排除しない。また、オイルサーモスタット６ｔを電磁弁にて構成し、変速機ユニット６のオイルの温度により、開閉制御するようにしても良い。

本発明は、自動車の変速機で用いられるオイルの冷却に好適に利用することができる。特にラジエータにオイルクーラが内蔵されているタイプの冷却システムを持っている車両には容易に利用することができる。

１ オイル冷却構造
６ 変速機ユニット
６ｂ オイルバイパス管
６ｔ オイルサーモスタット
６ｉｎ 受油管
６ｏｕｔ 送油管
７ ヒータコア
８ シリンダブロック
８ｉｎ 受油管
８ｏｕｔ 送油管
９ シリンダヘッド
１０ ウォータージャケット
１０ｉｎ 冷却水取入口
１０ｏｕｔ 冷却水排出口
１０ｐ 流路
１０ｍ インペラ
１１ サーモスタット
１２ ラジエータ
１３ アッパタンク
１３ａ （アッパタンクの）入口
１４ ラジエータコア
１５ ロアタンク
１６ オイルクーラ
２１ 入水管
２２ 出水管
２５ バイパス管
２６ サーモバルブ

Claims (1)

1. 変速機のオイルを冷却するオイル冷却構造であって、
   エンジンのウォータージャケットの冷却水取入口と接続する出水管と、
   前記冷却水取入口を開閉するサーモスタットと、
   前記ウォータージャケットの冷却水排出口と接続する入水管と、
   前記入水管と連通するアッパタンクと、
   前記アッパタンクと連通するラジエータコアと、
   前記ラジエータコアと連通し、前記出水管と連通するロアタンクと、
   前記ロアタンクに内設され、前記変速機のオイルを冷却するオイルクーラと、
   前記入水管から前記ロアタンクに直接連通するバイパス管と、
   前記入水管の中に設置され、流路を前記バイパス管に切換えるサーモバルブを有し、
   前記サーモスタットが前記冷却水取入口を全開にする温度以下の時は、
   前記サーモバルブが前記流路を前記バイパス管に切換える
   ことを特徴とするオイル冷却構造。