JP3179971U - 燃焼機関の冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】機関の迅速な暖機を達成する燃焼機関用冷却システムを提供する。
【解決手段】冷却システムでは、第2の温度調整弁Bがバイパス10の分岐に配設されており、該第2の温度調整弁は、第1の温度調整弁Aの開弁温度よりも著しく低い開弁温度を有している。第2の温度調整弁Bが閉じると、その開弁温度より低いときに、機関の冷却通路システムに水が流通し、これによって、非常に短時間で機関の暖機が可能となる。その間、循環する冷却液は暖房用熱交換器HWTを流通する。第2の温度調整弁Bの開弁温度に達すると、システムを流通する冷却液の流量が増加する。第1の温度調整弁Aの開弁温度に達すると、冷却液は主クーラHWKを流通し、第1の温度調整弁Aは、主クーラHWKを流通する冷却液の温度を制御する。温度が上昇すると、バイパス10を流通する冷却液の流量が次第に絞られる。
【選択図】図1
【解決手段】冷却システムでは、第2の温度調整弁Bがバイパス10の分岐に配設されており、該第2の温度調整弁は、第1の温度調整弁Aの開弁温度よりも著しく低い開弁温度を有している。第2の温度調整弁Bが閉じると、その開弁温度より低いときに、機関の冷却通路システムに水が流通し、これによって、非常に短時間で機関の暖機が可能となる。その間、循環する冷却液は暖房用熱交換器HWTを流通する。第2の温度調整弁Bの開弁温度に達すると、システムを流通する冷却液の流量が増加する。第1の温度調整弁Aの開弁温度に達すると、冷却液は主クーラHWKを流通し、第1の温度調整弁Aは、主クーラHWKを流通する冷却液の温度を制御する。温度が上昇すると、バイパス10を流通する冷却液の流量が次第に絞られる。
【選択図】図1
Description
本考案は、燃焼機関の冷却システムに関する。
燃焼ガスおよび燃料消費に関する規則に鑑み、特に自動車では、使用温度への燃焼機関の迅速な暖機が必要である。と言うのは、問題となるエミッションおよび燃料消費の大部分は、低温運転中に生じるからである。低温始動中に機関を循環する冷却液の量を最小限に低下させることによって、迅速な暖機が達成される。然しながら、機関の重要な部位で局所的な過熱を防止するのに十分な冷却液量を確保するよう、動作の安全に関して注意しなければならない。更に、外気が低温の場合に、窓ガラスの除霜に関する法的ルールを満たさなければならない。
燃焼機関の冷却システムでは、1つの系統のみを有したシリンダブロックと、ヘッドとブロックとを独立に冷却するようにしたシリンダブロックとに区分される。後者の場合、機関の水ジャケットは2つの系統を有している。
従来、1系統冷却システムでは、二重弁から成る1つの温度調整器が設けられている。使用温度よりも低温の場合、冷却液は、機関の冷却通路システムから、(客室暖房用の)暖房用熱交換器、温度調整器の第2の弁、および、バイパスを通過する。使用温度に達すると、温度調整器は開弁し、それによって、第2の弁によって暖房用熱交換器を流通する流れを絞り、一方、冷却液の主要部分が主クーラを流通するようにしている。
本考案は、機関の迅速な暖機を達成する燃焼機関用冷却システムを提供することを目的としている。
上記目的は、請求項1に記載の特徴によって達成される。
本考案による冷却システムでは、第2の温度調整弁がバイパスの分岐部に配設されており、該第2の温度調整弁は、第1の温度調整弁の開弁温度よりも著しく低い開弁温度を有している。2つの温度調整弁は、第2の温度調整弁が閉じているとき、その開弁温度より低いときに、最小限の水が機関の冷却通路システムを流通するように配設されており、これによって、非常に短時間で機関の暖機が可能となる。その間、循環する冷却液は暖房用熱交換器を流通する。第2の温度調整弁の開弁温度に達すると、例えば、暖房用熱交換器へのバイパスを形成することによって、システムを流通する冷却液の流量が増加する。第1の温度調整弁の開弁温度に達すると、冷却液は主クーラを流通し、それ自体周知となっているように、第1の温度調整弁は、主クーラを流通する冷却液の温度を制御する。温度が上昇すると、バイパスを流通する冷却液の流量が次第に絞られる。
本考案による冷却システムでは、第2の温度調整弁がバイパスの分岐部に配設されており、該第2の温度調整弁は、第1の温度調整弁の開弁温度よりも著しく低い開弁温度を有している。2つの温度調整弁は、第2の温度調整弁が閉じているとき、その開弁温度より低いときに、最小限の水が機関の冷却通路システムを流通するように配設されており、これによって、非常に短時間で機関の暖機が可能となる。その間、循環する冷却液は暖房用熱交換器を流通する。第2の温度調整弁の開弁温度に達すると、例えば、暖房用熱交換器へのバイパスを形成することによって、システムを流通する冷却液の流量が増加する。第1の温度調整弁の開弁温度に達すると、冷却液は主クーラを流通し、それ自体周知となっているように、第1の温度調整弁は、主クーラを流通する冷却液の温度を制御する。温度が上昇すると、バイパスを流通する冷却液の流量が次第に絞られる。
本考案では、開弁温度の低い温度調整器を使用することによって、低温始動時に機関を循環する冷却液の流量を最小限とすることを達成し、この温度調整器は、機関、および、機関オイルクーラやギアオイルクーラのような必要に応じて設けられる付加的な熱交換器を流通する冷却液の流量を連続的に増加可能である。
温度調整弁は、共通のケーシング内に配設したり或いは独立に設けることができる。
温度調整弁は、共通のケーシング内に配設したり或いは独立に設けることができる。
好ましくは、温度調整弁は、第2の弁を備えた二重弁を具備する。第2の弁は、温度調整弁が閉じたときに開き、温度調整弁の開度が増加するにつれて有効面積が低減するようになっている。好ましくは、本考案の1つの実施形態によれば、第1の温度調整弁の第2の弁は、第1の温度調整弁が全開したときに、全閉するようになっている。第2の温度調整弁に関して、1つの実施形態では、該第2の温度調整弁が全開したときに、第2の弁は絞り位置にある。
機関出口における制御と、水ポンプ位置口における制御の何れか好ましい制御に基づいて、第1の温度調整器の接続、および、それに関連した第2の温度調整器の接続が決定される。前者の構成では、管路および主クーラは、低温始動時に、冷却システムの圧力から解放されるので有利である。また、後者の構成では、良好な制御挙動が可能となる。
構成によっては、本考案によるシステムは、例えば、機関オイルクーラやギアオイルクーラのような少なくとも1つの付加的な熱交換器を接続することができる。この付加的な熱交換器は、第2の温度調整弁の開弁温度より低いとき、第2の温度調整弁の開弁温度から、或いは、第1の温度調整弁の開弁温度から、冷却液が該付加的な熱交換器を流通するように、本考案による冷却システムに接続される。
本考案による冷却システムは、また、シリンダブロックとシリンダヘッドとに独立させて設けることができ、通常は、各冷却システムに1つの温度調整器が割り当てられる。本考案による解決手段では、シリンダブロック用の冷却システムに第3の温度調整器が割り当てられ、シリンダブロックの冷却システムの2つの温度調整器は、単一の冷却回路に関連して説明したのと同様に作用し接続される。
以下、添付図面を参照して本考案を一層詳細に説明する。
図1〜図9に示す燃焼機関用冷却システムは、同じ構成要素および組立部品を有している。燃焼機関は「モータ」と表示されている。シリンダブロックは、不図示の冷却通路システムを有し、バイパス通路10がシリンダブロックに設けられている。冷却水は、水ポンプ12によって、機関の冷却通路システムを流通、循環する。冷却システムには、排気再循環用の熱交換器EGR、機関オイルクーラMOK、ギアオイルクーラGOK、暖房用熱交換器HWT、主水クーラHWK、第1の温度調整器TH1、第2の温度調整器TH2が含まれる。
図1〜図9に示す燃焼機関用冷却システムは、同じ構成要素および組立部品を有している。燃焼機関は「モータ」と表示されている。シリンダブロックは、不図示の冷却通路システムを有し、バイパス通路10がシリンダブロックに設けられている。冷却水は、水ポンプ12によって、機関の冷却通路システムを流通、循環する。冷却システムには、排気再循環用の熱交換器EGR、機関オイルクーラMOK、ギアオイルクーラGOK、暖房用熱交換器HWT、主水クーラHWK、第1の温度調整器TH1、第2の温度調整器TH2が含まれる。
温度調整器TH1、TH2は、温度調整弁A、Bおよび第2の弁a、bを備えた二重弁から成り、膨張ワックス素子(expansion wax element)を介して、後述するように、共に変位するものの反対の動作をするようになっている。
温度調整弁Aは冷却水温度調整器について一般的な開弁温度である約87℃で開く。他方、温度調整弁Bは、例えば30〜35℃といった著しく低い温度で開く。
図6〜図9の実施形態では、水ポンプ入口制御が行われる。すなわち、温度調整器(TH1)が水ポンプ12の入口に配置されている。機関の冷却通路システムの出口には、第2の温度調整器TH2が配設されている。その制約を受けない通路が、チャンネルを介して主水クーラに接続されている。前記主水クーラの出口は温度調整器TH1に接続されている。暖房用熱交換器HWTの入口は温度調整器TH2に接続され、暖房用熱交換器の出口がバイパス通路10に接続されている。温度調整器TH1、TH2は互いに接続されている。オイルクーラMOK、GOKは、ラインを介して温度調整器TH1の入口に接続されている。第1の温度調整器TH1は、既述したように、水ポンプ12の入口に接続されている。
図6において、冷却システムは、所謂、低温始動に対応した状態を示している。水ポンプ12は、第2の温度調整器TH2の第2の弁b、暖房用熱交換器HWT、バイパス通路10を介して機関の冷却通路システムに最低限の水を流通させる。補完する目的のためだけに記載すると、暖房用熱交換器は、自動車の客室を暖房するために作用する。温度調整弁A、Bの双方が閉じているので、冷却液は、オイルクーラMOK、GOK並びに主水クーラHWKを流通しない。例えば温度調整弁Bの温度が開弁温度30〜35℃に達すると、該温度調整弁は、上述した接続ライン、第2の弁aを介して第1の温度調整器TH1へ水を流通させ、機関の冷却通路システムを流通する冷却液の量を増加させる。その比率は、温度調整弁Bの開放面積の増加に伴い高くなる。上述したプロセスが図7に示されている。図8に示すように、温度調整器TH1の開弁温度、例えば87℃に達すると、温度調整弁Aが開いて、主水クーラHWKに水が流通すると共に、冷却通路システムを流通する冷却液の流量が増加する。同時に、暖房用熱交換器HWTを流通する水の流量は、第2の弁bが次第に閉じることによって制限される。同時に、温度調整器TH1、TH2間の連通は、第2の弁bが次第に閉じられることによって絞られる。更に、このとき、オイルクーラMOK、GOKを通過する水通路が開く。こうして、冷却システムは通常運転となる。
水温が更に上昇すると、温度調整弁Aが図9に示すように完全に開き、かつ、第2の弁aが完全に閉じる。温度調整器TH2の第2の弁bの絞り率は高くなる。こうして、主水クーラHWKに最大水量が供給される。
図1〜図5の実施形態では、各場合の低温始動段階のみが示されている。
図1の実施形態では、機関出口制御が行われる。それによって、例えば、管路および主水クーラHWKは、低温始動に際して冷却システムの圧力から解放される。低温始動の間、水は、暖房用熱交換器HWTの全体を流通し、水ポンプ12へ戻る冷却液は、シリンダブロックに配設されているバイパス通路10に導かれる。同時に、冷却液はオイルクーラMOK、GOKを流通する。冷却システムのこの接続に関する実施形態は、特に、摩擦損失を低減するために、オイルを急速に加熱すべき場合に重要である。
図1の実施形態では、機関出口制御が行われる。それによって、例えば、管路および主水クーラHWKは、低温始動に際して冷却システムの圧力から解放される。低温始動の間、水は、暖房用熱交換器HWTの全体を流通し、水ポンプ12へ戻る冷却液は、シリンダブロックに配設されているバイパス通路10に導かれる。同時に、冷却液はオイルクーラMOK、GOKを流通する。冷却システムのこの接続に関する実施形態は、特に、摩擦損失を低減するために、オイルを急速に加熱すべき場合に重要である。
温度調整器TH2の開弁温度に到達すると、第2の弁aおよび温度調整弁Bを介して付加的なバイパスが開く。これによって、機関を循環する水量が増加し、局所的な過熱が防止される。付加的な水量の使用は円滑に行われる。温度調整器TH2は、水温が、例えば90℃よりも高い場合にのみ弁bによって暖房用熱交換器HWTからの水を絞るような寸法にて形成されている。弁bは、完全に閉じることはない。
温度調整器TH1の開弁温度に到達すると、温度調整弁Aがゆっくりと開き始め、第2の弁bが閉じ始める。その間、水は、主水クーラHWKを流通し、同時に、バイパスを通過する付加的な水通路が絞られる。高温運転の場合、主水クーラを通過する水通路は完全に開いており、バイパスは完全に閉じている。同時に、暖房用熱交換器HWTは強く絞られている。これによって、客室が暑くなりすぎることが防止され、主水クーラHWKを通過する流量を可及的に大きくすることが可能となる。
図2の実施形態は、オイルクーラMOK、MOKとの連動方法のみ図1と異なっている。温度調整器TH1、TH2間の連動を通じて、温度調整弁Bの始動時から、一層多量の冷却液が、これら熱交換器を流通する。
図3は、図1、2と同様の、モータ出口制御、すなわち、機関の冷却通路システムの出口に第1の温度調整器TH1が配設された構成を示している。低温始動段階では、水は、暖房用熱交換器HWT、第2の温度調整器TH2の弁b、および、バイパス通路10を介して水ポンプ12へ流れる。更に、オイルクーラMOK、GOKからの水もまた第1の温度調整器TH1の弁aを介して暖房用熱交換器HWTを流通することができる。第2の温度調整器TH2が開くと、この水は、直ちに該第2の温度調整器を通過して機関に戻る。低温始動中に第2の温度調整器TH2が開くと、機関の冷却通路システムからの水の流れは分割され、一部は暖房用熱交換器HWTを流通し、残りの部分は第1の温度調整器TH1、すなわち第2の弁aを通過する。
図4の実施形態でも機関出口制御が行われる。図3との相違点は、低温始動時に、オイルクーラMOK、GOKの冷却水の流れが、小さな回路内で暖房用熱交換器HWTを流通する点である。第2の温度調整器TH2の開弁温度に達した後、第1の温度調整器TH1、および、第2の温度調整器の温度調整弁Bを通じて、この冷却液の流れのための第2の通路が提供される。通常運転では、混合作動モードにおいて、第1の温度調整器TH1が開いたとき、冷却液は、部分的に、バイパス通路10および主水クーラHWKを流通する。
図5の実施形態から明らかなように、該実施形態では、第2の温度調整器TH2の低い開弁温度から、オイルクーラMOK、GOKを付加的に接続可能となる。この温度に達するまでは、熱交換器には冷却液は供給されない。
主水クーラHWKは、第1の温度調整器TH1を介して接続されている。この形態では、冷却液の付加的な流れが、第1の温度調整器TH1の第2の弁aを流通する。
10 バイパス通路
12 水ポンプ
EGR 排気再循環用の熱交換器
MOK 機関オイルクーラ
GOK ギアオイルクーラ
HWT 暖房用熱交換器
HWK 主水クーラ
TH1 第1の温度調整器
TH2 第2の温度調整器
A 第1の温度調整器の温度調整弁
B 第2の温度調整器の温度調整弁
a 第1の温度調整器の第2の弁
b 第2の温度調整器の第2の弁
12 水ポンプ
EGR 排気再循環用の熱交換器
MOK 機関オイルクーラ
GOK ギアオイルクーラ
HWT 暖房用熱交換器
HWK 主水クーラ
TH1 第1の温度調整器
TH2 第2の温度調整器
A 第1の温度調整器の温度調整弁
B 第2の温度調整器の温度調整弁
a 第1の温度調整器の第2の弁
b 第2の温度調整器の第2の弁
Claims (11)
- シリンダブロックに設けられた冷却通路システムを有した燃焼機関用冷却システムにおいて、
燃焼機関の冷却通路システムの系統に配設された主クーラと、
前記系統に配設されたポンプおよび第1の温度調整器であって、前記ポンプおよび前記第1の温度調整器は、前記冷却通路システムの入口と同冷却通路システムの出口との間で直列に接続され、前記系統を形成するようにしたポンプおよび第1の温度調整器と、
前記系統の外部のバイパス通路を介して前記ポンプに接続された熱交換器と、
前記バイパス通路に設けられた第2の温度調整器であって、前記熱交換器、前記ポンプおよび該第2の温度調整器が、前記冷却通路システムの入口と出口との間で直列に接続されており、前記第2の温度調整器の温度調整弁の第2の開弁温度が、前記第1の温度調整器の温度調整弁の第1の開弁温度よりも低くなるようにした第2の温度調整器とを具備し、
前記第1と第2の温度調整器は、相互接続通路によって前記冷却通路システムの入口と出口との間で直列に接続されており、前記第2の温度調整器の温度調整弁が前記相互接続通路を開閉するようになっており、
冷却液の温度が開弁温度よりも低く温度調整弁が閉じているときに、前記主クーラへ冷却液が流れず、前記熱交換器を介して前記冷却通路システムに最小限の冷却液が流通し、
冷却液の温度が前記第1と第2の開弁温度の間のとき、前記第2の温度調整器の温度調整弁が開き、かつ、前記第1の温度調整器の温度調整弁は閉じたまま維持され、前記主クーラへは冷却液が流れず、かつ、一層多量の冷却液が、前記熱交換器と、前記第1と第2の温度調整器の間の相互接続通路の双方を介して、前記冷却通路システムを流通し、
冷却液の温度が前記第1の開弁温度以上のとき、前記第1の温度調整器の温度調整弁が開き、冷却液が前記第1の温度調整器および主クーラを介して前記冷却通路システムを流通可能となるようにした燃焼機関用冷却システム。 - 前記第2の開弁温度から冷却液の温度上昇と共に前記第2の温度調整器の温度調整弁が次第に開き、そして該第2の温度調整器の温度調整弁は、冷却液の温度が前記第1の温度調整器の温度調整弁の前記第1の開弁温度より低い温度で全開となる請求項1に記載の冷却システム。
- 前記温度調整弁は、それぞれ該温度調整弁が閉じたときに開き該温度調整弁の各々の開度が増加するにつれ有効面積が低減する第2の弁を作動させる請求項1に記載の冷却システム。
- 前記第1の温度調整器の前記温度調整弁が全開のときに、該第1の温度調整器の前記第2の弁は全閉となっている請求項3に記載の冷却システム。
- 前記第2の温度調整器の前記温度調整弁が全開のときに、該第2の温度調整器の前記第2の弁は完全には閉じてないが最大絞り位置にある請求項4に記載の冷却システム。
- 前記第2の温度調整器の前記第2の弁は、冷却液の温度如何によらず完全に閉じることがない請求項3に記載の冷却システム。
- 前記第1の温度調整器の前記第2の弁は、前記相互接続通路を介して前記第2の温度調整器の前記温度調整弁に連通している請求項3に記載の冷却システム。
- 前記第1の温度調整器の前記第2の弁は、該第1の温度調整器の前記温度調整弁が完全に開いたときに、完全に閉じて前記相互接続通路が完全に閉じられるようになっている請求項7に記載の冷却システム。
- 前記バイパス通路は、前記シリンダブロックに形成された通路により形成されている請求項1に記載の冷却システム。
- 前記第2の温度調整器の開弁温度は30〜35℃である請求項1に記載の冷却システム。
- 前記第2の開弁温度から冷却液の温度上昇と共に前記冷却通路システムを流通する冷却液の流量が次第に増加するようになっている請求項1に記載の冷却システム。
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