JP2019163732A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】サーモスタットのハンチングの発生を抑制するエンジンの冷却装置を提供することを課題とする。【解決手段】エンジンの冷却水の放熱を促進するラジエータと、前記エンジンから排出された冷却水を、前記ラジエータを経由して前記エンジンに循環させる第1流路と、前記エンジンから排出された冷却水を、前記ラジエータを経由せずに前記エンジンに循環させる第2流路と、前記第1及び第2流路の合流箇所に取り付けられ、前記第2流路の冷却水の温度が閾値未満の場合には前記第1流路を閉じ、前記第2流路の冷却水の温度が前記閾値以上となった場合には前記第1流路を開くサーモスタットと、前記第1流路の前記エンジンと前記ラジエータとの間と、前記第1流路の前記ラジエータと前記サーモスタットとの間とを連通した第3流路と、を備えたエンジンの冷却装置。【選択図】図1

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関する。
従来から、エンジンから排出された冷却水の放熱を促進するラジエータと、ラジエータを経由してエンジンに冷却水を循環させる第1流路と、ラジエータを経由せずにエンジンに冷却水を循環させる第2流路と、第1及び第2流路の合流箇所に設けられたサーモスタットとを備えたエンジンの冷却装置が知られている。
サーモスタットは、第2流路の冷却水の温度が閾値未満の場合には第1流路を閉じる。これにより、エンジンから排出された冷却水が低温の場合に、冷却水がラジエータを経由してエンジンに循環することが規制され、エンジンの暖機が促進される。また、サーモスタットは、第2流路の冷却水の温度が閾値以上の場合には第1流路を開く。これにより、エンジンから排出された冷却水が高温の場合には、冷却水の一部はラジエータを経由してエンジンに循環され、冷却水の放熱が促進され、エンジンの冷却が促進される(例えば特許文献1参照)。
特開2016−102456号公報
サーモスタットが開状態にある場合には、サーモスタット内には第1及び第2流路の双方から冷却水が流入する。第2流路からサーモスタット内に流入する冷却水は、エンジンから既に熱を受けているため高温である。これに対して、第1流路からサーモスタット内に流入する冷却水は、ラジエータで既に放熱が促進されているため低温である。このように温度差がある冷却水がサーモスタット内で合流する。このように温度差のある冷却水がサーモスタット内で十分に混合されない場合、サーモスタット内での冷却水の温度が不均一となり、サーモスタットが短期間で開閉を繰り返す、いわゆるハンチングが発生する可能性がある。
そこで本発明は、サーモスタットのハンチングの発生を抑制するエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。
上記目的は、エンジンの冷却水の放熱を促進するラジエータと、前記エンジンから排出された冷却水を、前記ラジエータを経由して前記エンジンに循環させる第1流路と、前記エンジンから排出された冷却水を、前記ラジエータを経由せずに前記エンジンに循環させる第2流路と、前記第1及び第2流路の合流箇所に取り付けられ、前記第2流路の冷却水の温度が閾値未満の場合には前記第1流路を閉じ、前記第2流路の冷却水の温度が前記閾値以上となった場合には前記第1流路を開くサーモスタットと、前記第1流路の前記エンジンと前記ラジエータとの間と、前記第1流路の前記ラジエータと前記サーモスタットとの間とを連通した第3流路と、を備えたエンジンの冷却装置によって達成できる。
サーモスタットが第1流路を開いた状態では、第1流路を流れる冷却水の一部は、ラジエータを経由してサーモスタットに流入するが、第1流路を流れる冷却水のその他は、第3流路に流れてラジエータを迂回して、再び第1流路に流れてサーモスタットに流入する。このため、第1流路からサーモスタットに流入する冷却水の一部は、ラジエータを経由しているがその他はラジエータを経由していない。このため、第1流路からサーモスタットに流入する冷却水が低温になり過ぎることが抑制されている。従って、第1流路からサーモスタットに流入する低温の冷却水と、第2流路からサーモスタットに流入する高温の冷却水との温度差が抑制され、サーモスタット内での冷却水の温度の不均一が抑制される。このため、サーモスタットのハンチングの発生を抑制できる。
前記第3流路の流路断面積は、前記第1流路の流路断面積よりも小さくてもよい。
前記ラジエータは、導入タンクと、排出タンクと、前記導入タンクと前記排出タンクとの間で前記導入タンク及び排出タンクに連通したラジエータコアと、を含み、前記第1流路は、前記導入タンクに連通し、前記第3流路は、前記排出タンクを介して前記ラジエータと前記サーモスタットとの間での前記第1流路に連通していてもよい。
前記エンジンと前記ラジエータとの間で前記第1及び第3流路が互いに連通した部位に、前記第1及び第3流路に冷却水を供給可能な注水部を備え、前記注水部は、前記エンジン及びラジエータよりも重力方向の上方に配置されていてもよい。
本発明によれば、サーモスタットのハンチングの発生を抑制するエンジンの冷却装置を提供できる。
図1A及び図1Bは、エンジンの冷却装置の概略構成図である。 図2は、比較例の冷却装置の概略説明図である。 図3は、本実施例の冷却装置に冷却水を注入した場合の説明図である。 図4は、上述した比較例の冷却装置に冷却水を注入した場合の説明図である。 図5は、変形例の冷却装置の概略説明図である。
図1A及び図1Bは、本実施例のエンジン10の冷却装置1(以下、冷却装置と称する)の概略構成図である。冷却装置1及びエンジン10は、本実施例では車両に搭載されているがこれに限定されない。冷却装置1は、ECU(Electronic Control Unit)3、ラジエータ20、サーモスタット30、ウォータポンプ40、注水部50、及びヒータ70等を備える。冷却装置1では、冷却水が循環する流路R1及びR2と、流路R1に連通した流路R3とが設けられている。ウォータポンプ40が駆動することにより、冷却水は少なくとも流路R2を循環するが、流路R1及びR3での冷却水の流通はサーモスタット30の開閉状態に応じて異なる。図1Aは、サーモスタット30が閉状態での冷却水の流れを点線の矢印により示している。図1Bは、サーモスタット30が開状態での冷却水の流れを点線の矢印により示している。サーモスタット30については詳しくは後述する。ウォータポンプ40は、ECU3によって制御される電力の供給によって駆動する電動式であるが、これに限定されず、エンジン10の駆動力を受けて駆動する機械式であってもよい。冷却水は、例えばLLC(Long Life Coolant)である。
流路R2について説明する。流路R2は、エンジン10から排出された冷却水を、ラジエータ20を経由せずにエンジン10に循環させる第2流路の一例である。流路R2は、流路R21〜R24を含む。流路R21は、エンジン10のシリンダヘッド内に形成されたウォータジャケットとヒータ70とに連通されている。流路R22は、エンジン10のシリンダブロック内に形成されたウォータジャケットと流路R23とに連通されている。尚、エンジン10のシリンダヘッド内に形成されたウォータジャケットとシリンダブロック内に形成されたウォータジャケットとは、互いに連通している。流路R23は、ヒータ70と流路R22とに連通されている。流路R24は、流路R22及びR23の合流箇所とサーモスタット30とを連通している。流路R2では、サーモスタット30の開閉状態によらずに冷却水が流通する。具体的には、図1A及び図1Bに示すように、エンジン10のシリンダヘッドから排出された冷却水は、流路R21を介してヒータ70に流通し、ヒータ70から流路R23に排出される。また、エンジン10のシリンダブロック内のウォータジャケットから排出された冷却水は、流路R22を流れる。従って、流路R24には、エンジン10からヒータ70を経由して排出された冷却水と、エンジン10からヒータ70を経由せずに排出された冷却水との双方が流れる。流路R24を流れる冷却水は、サーモスタット30内に流入して、後述する流路R1に含まれる流路R14を介して再びエンジン10のシリンダブロック内に形成されたウォータジャケットに流入する。以上のように、流路R2内を循環してサーモスタット30内に流入する冷却水は、ラジエータ20を経由せずにエンジン10から排出された冷却水である。尚、流路R2では、流路R1の流路R14が共用されている。
流路R1について説明する。流路R1は、エンジン10から排出された冷却水を、ラジエータ20を経由してエンジン10に循環させる第1流路の一例である。流路R1は、流路R11〜R14を含む。流路R11は、エンジン10のシリンダヘッド内に形成されたウォータジャケットと流路R12とに連通されている。流路R12は、流路R11と後述するラジエータ20の導入タンク22とに連通されている。尚、流路R11及びR12の合流箇所には、後述する流路R3が連通しており、更に後述する注水部50が設けられている。流路R13は、ラジエータ20の排出タンク23とサーモスタット30とに連通されている。流路R14は、サーモスタット30とエンジン10のシリンダブロックとに連通されている。ウォータポンプ40は、流路R14上に設けられている。
次にラジエータ20について説明する。ラジエータ20は、いわゆるサイドフロー型ラジエータであり、導入タンク22及び排出タンク23と、導入タンク22及び排出タンク23の間でこれらに連通したラジエータコア21とを備えている。導入タンク22及び排出タンク23のそれぞれは、略筒状であって長手方向が重力方向に沿った姿勢で配置されている。ラジエータコア21は、互いに平行に重力方向に並び導入タンク22と排出タンク23とに連通された複数のチューブと、隣接するチューブ間に設けられた複数の放熱フィンとを備えている。ラジエータコア21の背面側には、ラジエータコア21に向けて送風する不図示のファンが設けられている。このファンによる風や走行風と、ラジエータコア21を流れる冷却水との間で熱交換が行われることにより、冷却水の放熱が促進される。
次にサーモスタット30について説明する。サーモスタット30は、流路R1及びR2の合流箇所に設けられ、流路R2の冷却水の温度が閾値未満の場合には流路R1を閉じ、流路R2の冷却水の温度が閾値以上となった場合には流路R1を開く。具体的には、サーモスタット30が流路R1を閉状態で流路R2からサーモスタット30内に導入される冷却水の温度が閾値以上となると、サーモスタット30に内蔵されたワックス又はバイメタルの熱膨張により自動的に流路R1を開く。例えばエンジン10の始動時では、冷却水の温度は閾値未満であるためサーモスタット30は流路R1を閉じており、冷却水は流路R2内を循環する。これにより、エンジン10の暖機が促進される。流路R2内を循環する冷却水の温度が閾値以上となると、エンジン10の暖機は完了したものとして、サーモスタット30は流路R1を開く。これにより、冷却水の少なくとも一部は流路R1を介してラジエータ20により放熱が促進され、エンジン10の冷却が促進される。
サーモスタット30が開状態にあっては、図1Bに示すように、流路R13及びR24の双方から冷却水がサーモスタット30内に流入する。このため、サーモスタット30に内蔵されたワックス又はバイメタルの熱膨張は、流路R13及びR24の双方からサーモスタット30内に流入した冷却水の温度に依存する。即ち、サーモスタット30が開状態では、流路R1の開閉状態は流路R1及びR2の双方からサーモスタット30内に流入した冷却水の温度に依存する。
注水部50は、流路R11と流路R12と流路R3とが連通された箇所に配置されている。注水部50には、キャップが取り付けられており、このキャップを取り外して流路R1〜R3内に冷却水を注入できる。注水部50については、詳しくは後述する。ヒータ70は、暖房用の熱交換器であり、エンジン10から排出された高温の冷却水を熱源として車室内を暖房する。
次に、流路R3について説明する。流路R3は、上述したように流路R11及びR12とラジエータ20の排出タンク23とに連通されている。流路R3は、流路R1のエンジン10とラジエータ20との間と、流路R1のラジエータ20とサーモスタット30との間とを連通した第3流路の一例である。サーモスタット30が開状態の場合には、エンジン10から排出された冷却水の一部は、流路R11を介して流路R12又は流路R3の何れかに流れる。流路R12を流れた冷却水は、導入タンク22、ラジエータコア21、排出タンク23の順に流れて放熱が促進され、流路R13に排出される。流路R3を流れた冷却水は、ラジエータコア21を迂回して排出タンク23に流れて、流路R13に排出される。従って、流路R13には、ラジエータコア21を流れて低温となった冷却水と、ラジエータコア21を迂回して高温のままの冷却水との双方が混合して流れる。本実施例での流路R3の役割について、以下の比較例を用いて説明する。
図2は、比較例の冷却装置1xの概略構成図である。尚、比較例においては、本実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。冷却装置1xでは、上述した冷却装置1とは異なり流路R3や注水部50は設けられていない。また、流路R1xの流路R11xは、エンジン10とラジエータ20xの導入タンク22とに連通されている。尚、ラジエータ20xの導入タンク22には注水部24xが設けられているが、詳しくは後述する。
比較例においてサーモスタット30が開状態にある場合には、図2に示すように、エンジン10から排出された冷却水のうち流路R11xを流れる全ての冷却水がラジエータ20xのラジエータコア21を経由して流路R13からサーモスタット30内に流入する。また、上述したようにサーモスタット30内には流路R2の流路R24からも冷却水が常時流入する。ここで流路R13を流れる冷却水はラジエータ20xのラジエータコア21を経由しているため低温であるが、上述したように流路R24を流れる冷却水はラジエータ20xを経由していないため高温である。
従って、サーモスタット30が開状態では、流路R13からの低温の冷却水と流路R24からの高温の冷却水とがサーモスタット30内に同時に流入する。ここで、このような冷却水の温度差が大きいと、サーモスタット30内で冷却水の温度が不均一となり、サーモスタット30に内蔵されているワックス又はバイメタルは熱膨張及び熱収縮を短期間で繰り返す可能性がある。これにより、サーモスタット30の開閉が短期間で繰り返えされる、いわゆるハンチングが発生する可能性がある。このようなハンチングは、例えばウォータポンプ40が比較的低速で回転している場合に、サーモスタット30内で低温の冷却水と高温の冷却水とが十分に混ざり合わずに発生する可能性がある。
サーモスタット30のハンチングが発生すると、冷却水がラジエータ20xを流れる状態と流れない状態とが短期間で繰り返される。このため、エンジン10から排出された冷却水の温度も短期間で変動する可能性がある。この結果、冷却水の温度に基づいて駆動が制御される複数の装置にも影響を与える可能性がある。例えば、ラジエータ20xのファンは、エンジン10から排出された直後の冷却水の温度に基づいてその回転速度が制御されるが、サーモスタット30のハンチングに起因して冷却水の温度も短期間で変動すると、ラジエータ20xのファンの回転速度も短期間で変動し得る。また、排気ガスの一部をエンジン10の吸気系に導入するEGR弁の開閉や、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸気系に供給するパージ弁の開閉も、冷却水の温度に基づいて制御される。以上のようにサーモスタット30のハンチングが発生すると、冷却水の温度に基づいて駆動が制御される装置の動作が不安定となる。
これに対して本実施例の冷却装置1では、図1Bに示したように、流路R11を流れる冷却水の一部は、流路R3に流れてラジエータ20のラジエータコア21を迂回する。このため、本実施例と比較例において流路R13からサーモスタット30内に流入する冷却水の流量が同じであった場合には、流路R13からサーモスタット30内に流入する冷却水の温度は、本実施例の方が比較例よりも高い。即ち、本実施例の方が、流路R13及びR24のそれぞれからサーモスタット30内に流れる冷却水の温度差を低減できる。これにより、サーモスタット30内での冷却水の温度が不均一となることを抑制でき、サーモスタット30のハンチングの発生を抑制できる。これにより、冷却水の温度に基づいて駆動が制御される装置の動作も安定する。
また、流路R3の流路断面積は、流路R12の流路断面積よりも小さく形成されている。換言すれば、流路R3を流れる冷却水の流量は、流路R12を流れる冷却水の流量よりも低減されている。このため、流路R3を流れてラジエータコア21を迂回する冷却水の流量が増大することに伴う、冷却水全体の放熱性の低下が抑制されている。これにより、冷却水によるエンジン10の冷却性も確保されている。以上のように、サーモスタット30のハンチングを抑制しつつエンジン10の冷却性も確保されている。
次に、冷却装置1への冷却水の注入について説明する。図3は、本実施例の冷却装置1に冷却水を注入した場合の説明図である。尚、冷却装置1に冷却水が供給されていない状態では、サーモスタット30は閉状態にある。冷却装置1への冷却水の注入は、注水部50から行われる。ここで、注水部50は、ラジエータ20やエンジン10、及びヒータ70よりも重力方向の上方に配置されている。詳細には、注水部50が設けられている、流路R11、R12及びR3の合流箇所が、ラジエータ20やエンジン10、及びヒータ70よりも重力方向の上方に配置されている。従って、流路R11は、エンジン10から上方側に延びるように設けられており、流路R12及びR3もそれぞれ導入タンク22及び排出タンク23から上方側に延びるように設けられている。
注水部50に冷却水が注入されると、冷却水は重力に従って流路R12のみならず、流路R11及びR3にも流れる。従って、流路R12及びR3のそれぞれを介してラジエータ20の導入タンク22及び排出タンク23に冷却水が供給されると同時に、流路R11を介してエンジン10にも冷却水が供給される。従って、ラジエータ20とエンジン10との双方の略同時に冷却水を供給することができる。また、エンジン10からヒータ70にも冷却水が供給される。
図4は、上述した比較例の冷却装置1xに冷却水を注入した場合の説明図である。比較例の冷却装置1xでは、冷却水を貯留する不図示のリザーブタンクが大気に開放された簡易密閉型である。簡易密閉型は、リザーブタンクが大気とは遮断され冷却水の流路の一部として構成する完全密閉型と比較して低コストで製造できるが、リザーブタンクに直接冷却水を注入できずにラジエータ20xに冷却水を注入する必要がある。具体的には、ラジエータ20xの導入タンク22の重力方向の上方側に設けられた注水部24xから、冷却水を注入する必要がある。
比較例において注水部24xから冷却水が注入されると、導入タンク22を介してラジエータコア21に冷却水が供給される。しかしながら、流路R11xは導入タンク22の重力方向の比較的上方側に連通されているため、導入タンク22内の冷却水がその流路R11xの高さまで供給されない限り、流路R11xを介してエンジン10側に冷却水は供給されない。このため、比較例での冷却装置1xでは、ラジエータ20xに冷却水が十分に供給された後にエンジン10に冷却水が供給されるため、ラジエータ20x及びエンジン10の双方に冷却水が十分に供給するまでに時間を要する。特に、エンジン10のみならずヒータ70にまでも冷却水を供給する必要があるため、冷却水の必要量が増大しており、このように冷却水が増大していると冷却水の注入が完了するまでに時間を要する。
ここで、ラジエータ20xの導入タンク22に対する流路R11xの連通位置を、導入タンク22の重力方向の下方側に変更することにより、導入タンク22を介して冷却水をラジエータ20xとエンジン10との双方に略同時に供給することも考えられる。しかしながらこの場合、変更された流路R11xの連通位置が、エンジン10のシリンダヘッドよりも重力方向の下方側に位置することとなり、導入タンク22からエンジン10のシリンダヘッド側に冷却水を供給することが困難となる可能性がある。また、この場合には、エンジン10が駆動中であってサーモスタット30が開状態の場合には、冷却水はラジエータコア21の下方側には流れるが上方側には流れ難くなり、冷却水の放熱性が低下する可能性がある。
これに対して本実施例では、上述したように注水部50はラジエータ20やエンジン10よりも重力方向の上方に配置されており、ラジエータ20とエンジン10とに略同時に冷却水を供給でき、冷却水の注入が完了するまでの期間が短縮化されている。また、流路R12は導入タンク22の重力方向の比較的上方側に連通されているため、エンジン10が駆動中であってサーモスタット30が開状態の場合には、ラジエータコア21の全体にわたって冷却水を流通させることができ、冷却水の放熱性が確保されている。
また、本実施例では、流路R12及び流路R3をそれぞれ介して導入タンク22及び排出タンク23の双方に略同時に冷却水が供給される。このため、ラジエータコア21内に冷却水を短期間で供給することができる。
次に、変形例について説明する。図5は、変形例の冷却装置の概略説明図である。尚、変形例においては、上述した実施例と同一構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。冷却装置1aでは、流路R3の代わりに流路R3aが設けられている。流路R3aは、流路R13の排出タンク23とサーモスタット30との間に連通されている。これによっても、サーモスタット30が開状態では、エンジン10から排出されて流路R11を流れる冷却水の一部は、流路R3aを流れてラジエータ20を迂回するため、上述した実施例と同様に、サーモスタット30のハンチングの発生を抑制できる。
また、冷却水の注入時では、上述した実施例とは異なり、排出タンク23からラジエータコア21には冷却水は供給しにくいが、流路R12から導入タンク22に冷却水を供給できると共に流路R11からエンジン10にも冷却水を供給できる。このため、本変形例においても比較例よりも、短期間で冷却水の注入作業を完了させることができる。
上記実施例及び変形例では、流路R2上にヒータ70が配置されているが、ヒータ70に加えて、エンジン10の排気通路周辺に設けられて冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行う排気熱回収器をも流路R2上に設けてもよい。このような排気熱回収器により、冷間始動時に早期にエンジン10を暖機できる。この場合、例えば、ヒータ70に対して並列に排気熱回収器を設けることが考えられる。このような排気熱回収器を備えた冷却装置では、冷却水の必要量も多いため、本実施例のように注水作業を短期間で完了できる構成が有益である。尚、ヒータ70や排気回収器以外の熱交換器を流路R2上に設けてもよい。
尚、本実施例及び変形例においても、比較例に示したラジエータ20xを採用してもよい。即ち、導入タンク22に注水部24xが設けられたラジエータ20xを、上記のラジエータ20の代わりに採用してもよい。この場合であっても、注水部50から冷却水を注水できるため、注水部24xを使う必要はない。これにより、低コストである簡易密閉型のラジエータ20xを採用しつつサーモスタット30のハンチングの発生を抑制できる。
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。
1、1a エンジンの冷却装置
10 エンジン
20 ラジエータ
21 ラジエータコア
22 導入タンク
23 排出タンク
30 サーモスタット
40 ウォータポンプ
50 注水部
R1 流路(第1流路)
R2 流路(第2流路)
R3、R3a 流路(第3流路)

Claims (4)

  1. エンジンの冷却水の放熱を促進するラジエータと、
    前記エンジンから排出された冷却水を、前記ラジエータを経由して前記エンジンに循環させる第1流路と、
    前記エンジンから排出された冷却水を、前記ラジエータを経由せずに前記エンジンに循環させる第2流路と、
    前記第1及び第2流路の合流箇所に取り付けられ、前記第2流路の冷却水の温度が閾値未満の場合には前記第1流路を閉じ、前記第2流路の冷却水の温度が前記閾値以上となった場合には前記第1流路を開くサーモスタットと、
    前記第1流路の前記エンジンと前記ラジエータとの間と、前記第1流路の前記ラジエータと前記サーモスタットとの間とを連通した第3流路と、
    を備えたエンジンの冷却装置。
  2. 前記第3流路の流路断面積は、前記第1流路の流路断面積よりも小さい、請求項1のエンジンの冷却装置。
  3. 前記ラジエータは、導入タンクと、排出タンクと、前記導入タンクと前記排出タンクとの間で前記導入タンク及び排出タンクに連通したラジエータコアと、を含み、
    前記第1流路は、前記導入タンクに連通し、
    前記第3流路は、前記排出タンクを介して前記ラジエータと前記サーモスタットとの間での前記第1流路に連通している、請求項1又は2のエンジンの冷却装置。
  4. 前記エンジンと前記ラジエータとの間で前記第1及び第3流路が互いに連通した部位に、前記第1及び第3流路に冷却水を供給可能な注水部を備え、
    前記注水部は、前記エンジン及びラジエータよりも重力方向の上方に配置されている、請求項1乃至3の何れかのエンジンの冷却装置。
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