JP3570059B2

JP3570059B2 - エンジンの冷却装置

Info

Publication number: JP3570059B2
Application number: JP02023696A
Authority: JP
Inventors: 和貴鈴木; 保利山中; 美光井上; 博之福永
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2016-02-06
Also published as: JPH09209756A; US5738048A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等の水冷式エンジン（内燃機関）において、異常な水温上昇を良好に防止できるようにした冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用水冷式エンジンにおける水温制御は、冷却水の放熱を行うラジエータを流れる冷却水の流量を、水温に応動するサーモスタットにより調整して行っている。その水温制御に際して、エンジンの燃費向上を図るためには、エンジンの低負荷時は水温を高く設定して、エンジンの摩擦抵抗を減少させることが望まれる。また、一方、エンジンの高負荷時には、水温を低く設定して、ノッキングの抑制や吸気の充填効率向上による出力アップを図ることが望まれる。
【０００３】
このため、特開平７−１２７７５２号公報では、エンジンの低負荷時には、ラジエータにより冷却された低温の冷却水を上記サーモスタットの感温部に流入させて、ラジエータ出口側の水温がサーモスタットの設定温度に到達すると、サーモスタットが開弁して、ラジエータに冷却水を流通させる。この結果、サーモスタットによるエンジン水温の設定を実質的に高めにシフトすることができる。
【０００４】
また、エンジンの高負荷時には、ラジエータにより冷却される前の高温の冷却水を上記サーモスタットの感温部に流入させることにより、ラジエータにより冷却される前の冷却水がサーモスタットの設定温度に到達すると、サーモスタットが開弁して、ラジエータに冷却水を流通させるので、サーモスタットの開弁時期がエンジンの低負荷時より早くなり、この結果、サーモスタットによるエンジン水温の設定を実質的に低めにシフトすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報記載の従来装置において、車両低速登坂走行後のホットソーク時（高負荷運転後のアイドル運転時）の状況について具体的に述べると、低速登坂走行はエンジンの高負荷運転であるため、上記サーモスタットの感温部への冷却水流路が高負荷側流路に切り替わる。この流路切替により、サーモスタットは開弁方向に作用するため、エンジン水温の設定が低めとなり、問題は生じない。
【０００６】
しかし、その後、信号待ち等の理由により、エンジンがホットソーク状態になると、アイドル状態＝低負荷であるので、上記サーモスタットの感温部への冷却水流路が低負荷側流路に切り替わって、サーモスタットが閉弁方向に作用する。そのため、ラジエータでの冷却水の放熱量が減少し、水温が上昇し始める。この水温上昇はエンジンがオーバーヒートする程上昇するわけではないが、長時間、高温状態（１００°Ｃ以上）を続けるのは、エンジン冷却系各部の部品の耐久性に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、エンジンの高負荷状態のみならず、ホットソーク状態においても、冷却水温度の過上昇を良好に防止できるようにすることをを目的とする。
【０００８】
【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、以下の技術的手段を採用する。請求項１〜４記載の発明では、ラジエータ（２）と水冷式エンジン（１）との間の水路（７）を開閉するサーモスタット（６）を備えるとともに、このサーモスタット（６）の感温部材（６ａ）周囲に流入させる冷却水の水路を切り替える冷却水路切替弁（５）を備え、
水冷式エンジン（１）の高負荷時および低負荷時でも冷却水温度がホットソーク状態に相当する所定温度以上であるときは、冷却水路切替弁（５）によりサーモスタット（６）の感温部材（６ａ）周囲に、水冷式エンジン（１）から流出した直後の冷却水を流入させ、サーモスタット（６）の弁体（６ｂ）により水路（７）を開くようにしたことを特徴としている。
【０００９】
従って、本発明によると、エンジン（１）の高負荷時および低負荷時における冷却水の高温時の双方において、水冷式エンジン（１）から流出した高温冷却水の温度に応答してサーモスタット（６）を作動させて、サーモスタット（６）によるエンジン水温の設定を低めにシフトすることができる。そのため、エンジンの高負荷状態のみならず、ホットソーク状態においても、冷却水温度の過上昇を良好に防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１において、１は車両の走行用エンジン（内燃機関）で、水冷式のものである。２はラジエータで、冷却ファン３により送風される冷却空気と内燃機関１の冷却水とを熱交換して冷却水を冷却するものである。ここで、冷却ファン３は、モータ３ａにより駆動される電動軸流ファンから構成されている。
【００１１】
４はラジエータ２と並列に設けられたバイパス回路であり、このバイパス回路４はその一部を構成する２つの出口側バイパス回路４ａ、４ｂに対して冷却水路切替弁５を介して連通するようになっている。この冷却水路切替弁５の詳細は後述する。
６はサーモスタット（冷却水温度応動弁）で、ラジエータ２の出口側とエンジン１との間の水路７を開閉して、ラジエータ２への冷却水の流れを制御するもの１ある。このサーモスタット６は、冷却水温度を感知する感温部材６ａによって変位する弁体６ｂを有している。感温部材６ａはサーモワックスの温度による体積変化を利用して弁体６ｂを変位させて、水路７を開閉するものである。
【００１２】
具体的には、冷却水温度が低いときはサーモスタット６の弁体６ｂが水路７を閉塞して、バイパス回路４、４ａ、４ｂ側に冷却水を流し、一方、冷却水温度が所定温度（例えば８０°Ｃ）以上に上昇すると、サーモスタット６がラジエータ２側の水路７を開口して、ラジエータ２側へ冷却水を流す。ここで、バイパス回路４、４ａ、４ｂ側はラジエータ２側の水路７に比して通水抵抗が非常に大きいので、バイパス回路側へはほとんど冷却水が流れない。
【００１３】
また、前記バイパス回路４ａの出口部は、サーモスタット６の感温部材６ａの上流側に開口することにより、バイパス回路４ａからの冷却水は感温部材６ａの周囲に流入するようになっている。これに対して、前記バイパス回路４ｂの出口部は、サーモスタット６の感温部材６ａの下流側に開口することにより、バイパス回路４ｂからの冷却水は感温部材６ａの周囲に流入せず、エンジン１側へ直接還流するようになっている。
【００１４】
８はエンジン１の冷却系回路に冷却水を循環するウォータポンプで、エンジン１のクランクシャフトの回転がベルト、プーリを介して伝達されて、機械的に駆動されるものである。９はエンジン１の冷却水出口部とラジエータ２の冷却水入口部とを連結する水路である。
図２、３は冷却水路切替弁５の詳細を示すもので、ハウジング５０には、バイパス回路４に接続される入口パイプ５１と、バイパス回路４ａ、４ｂに接続される出口パイプ５２、５３が設けられており、この入口パイプ５１と出口パイプ５２、５３の流路切替を行う弁体５４がハウジング５０内に図の上下方向に変位可能に収納されている。
【００１５】
この弁体５４は有底円筒状部５４ａの外周面に半径方向に突出する弁板部５４ｂを一体に成形した形状であり、円筒状部５４ａの底面部の中心はシャフト５５に対して摺動可能に嵌合している。円筒状部５４ａの内部には、サーモワックス５６ａを収納したゴム製の弾性袋体（感温部材）５６が配設されている。この弾性袋体５６は、円筒状部５４ａの反底面部側の部位においてシャフト５５と一体の取付爪部５５ａに固定されている。
【００１６】
また、シャフト５５の下端部には、支持板５５ｂがＥ状の取付リング５５ｃにより取付られており、この支持板５５ｂと円筒状部５４ａの底面部との間にはコイルスプリング５７が配設され、このコイルスプリング５７により弁体５４は常に図の上方へ押圧される。また、シャフト５５において、取付爪部５５ａより所定寸法だけ図の上方側へ離れた部位にストッパー５５ｄが一体成形されており、このストッパー５５ｄにより弁体５４の図の上方側への変位量を規制する。
【００１７】
ハウジング５０の一端部（図の上端部）には、弁体５４の駆動装置をなすダイヤフラム装置５８が取り付けてある。このダイヤフラム装置５８のケース５８ａの内部はダイヤフラム（圧力応動部材）５８ｂにより２つの室５８ｃ、５８ｄに区画されている。上部の室５８ｃは、負圧導入パイプ５８ｅによりエンジン１の吸気マニホルド（図示せず）に連結されて、エンジン１の吸気負圧が導入されるようになっている。また、上部の室５８ｃ内には、コイルスプリング５８ｆが収納されて、ダイヤフラム５８ｂを常に図の下方へ押圧している。下部の室５８ｄはケース５８ａに開けた小孔５８ｉにより大気に開放され、大気圧室となっている。
【００１８】
また、ダイヤフラム５８ｂの表裏両面には当て板５８ｇが配設され、この当て板５８ｇを介してダイヤフラム５８ｂはシャフト５５の他端部（上端部）にボルト締め等の手段にて連結されている。ここで、シャフト５５の他端部周囲には、図の上下方向に弾性的に変形可能なベローズからなる袋状の弾性シール部材５８ｈが配設されている。この袋状の弾性シール部材５８ｈの底面部（図の上方端部）は当て板５８ｇに当接してダイヤフラム５８ｂとともにシャフト５５の他端部固定されており、弾性シール部材５８ｈの反底面部側の端部（図の下方端部）はケース５８ａに固定されている。この袋状の弾性シール部材５８ｈは、シャフト５５の上下動を許容しながら、下部の室５８ｄとハウジング５０内の冷却水流路とを仕切るものである。
【００１９】
なお、ハウジング５０内において、弁体５４の上下両面に対向する部位に弁座５０ａ、５０ｂが形成されており、この弁座５０ａ、５０ｂの外方側には小径の連通小孔５０ｃ、５０ｄが開口しており、この連通小孔５０ｃ、５０ｄは弁体５４の上下に作用する圧力差を緩和して、弁体５４の流路切替作用のヒステリシス特性を緩和するためのもので、流路切替作用には関与しない。
【００２０】
次に、上記構成において作動を説明する。エンジン１が低負荷運転されているときは、図示しないスロットルバルブの開度が小さいため、エンジン１の吸気負圧が大となる。その結果、冷却水路切替弁５のダイヤフラム５８ｂはコイルスプリング５８ｆのばね力に抗して図２、３のごとく図の上方へ変位する。そのため、シャフト５５もダイヤフラム５８ｂとともに図の上方へ引き上げられる。
【００２１】
そして、車両の低速登坂走行（高負荷運転）後のアイドル時のようなホットソーク時には、冷却水温が所定温度（例えば、１００°Ｃ）を越える場合が生じる。この冷却水温が所定温度を越えるときは、弾性袋体５６内のワックス５６ａがこの温度上昇に応答して体積膨張する。すると、弾性袋体５６の上端部はシャフト５５に固定されているので、弾性袋体５６の下端部が下方側へ変位し、弁体５４を図２に示すように押し下げ、弁体５４をハウジング５０の弁座５０ａに圧接させる。これにより、出口パイプ５３の水路が閉塞され、入口パイプ５１は出口パイプ５２と連通する。
【００２２】
従って、エンジン１から流出した高温の冷却水は、バイパス回路４からハウジング５０内の水路を通ってバイパス回路４ａ側に入り、ここからサーモスタット６の感温部材６ａの上流側に流入し、感温部材６ａの周囲を通過した後に、水路７を通りウォータポンプ９により吸引されて、エンジン１に戻る。このように、サーモスタット６の感温部材６ａの周囲にエンジン１から流出した高温の冷却水が流れることにより、サーモスタット６はこの高温の冷却水の温度に応答して、水路７を開口する。
【００２３】
これにより、エンジン１からの冷却水が水路９、７を通ってラジエータ２に循環し、ラジエータ２で冷却される。
ここで、サーモスタット６がエンジン１からの高温の冷却水温度に応答するため、ラジエータ２冷却後の低温冷却水の温度に応答する場合よりも水路７の開口時期が早くなり、ラジエータ２による冷却作用を早い時期から発揮できるので、サーモスタットによるエンジン水温の設定を実質的に低め（例えば、５０°Ｃ）にシフトすることができる。
【００２４】
その結果、低負荷運転であっても、ホットソーク時には、エンジン水温の設定を低めにシフトすることにより、エンジン水温の過上昇を良好に防止できる。
そして、エンジン１の低負荷運転時に、エンジン水温が所定温度（例えば、１００°Ｃ）より低いときは、冷却水路切替弁５の弁体５４が図３に示す状態に変位する。
【００２５】
すなわち、エンジン１が低負荷運転し、吸気負圧が大となることにより、シャフト５５はダイヤフラム５８ｂとともに図の上方へ引き上げられる。しかし、エンジン水温が所定温度（例えば、１００°Ｃ）より低いため、弾性袋体５６内のワックス５６ａがこの温度低下に応答して、体積が収縮する。すると、弾性袋体５６および弁体５４がコイルスプリング５７により押圧されて上方側へ変位し、弁体５４はハウジング５０の上側の弁座５０ｂに圧接する。これにより、出口パイプ５２の水路が閉塞され、入口パイプ５１は出口パイプ５３と連通する。
【００２６】
従って、エンジン１から流出した高温の冷却水は、バイパス回路４からハウジング５０内の水路を通ってバイパス回路４ｂ側に入り、ここからサーモスタット６の感温部材６ａの下流側に流入するため、感温部材６ａの周囲を通過しない。
つまり、バイパス回路４ｂから直接、水路７に流入し、ウォータポンプ９により吸引されて、エンジン１に戻る。この結果、サーモスタット６の感温部材６ａは、エンジン１からの高温の冷却水温度を感知することができず、感温部材６ａ周囲の冷却水温度はエンジン１からの高温の冷却水より温度が低いため、水路７の開口時期が遅くなり、サーモスタット６によるエンジン水温の設定を高め（例えば、１００°Ｃ）にシフトすることができ、エンジン１の摩擦抵抗減少による燃費向上を図ることができる。
【００２７】
また、エンジン１の高負荷運転時には、スロットルバルブ開度が大となり、吸気負圧が減少する。これにより、冷却水路切替弁５のダイヤフラム５８ｂおよびシャフト５５がコイルスプリング５８ｆのばね力により図の下方へ変位して、シャフト５５と一体のストッパー５５ｄが図２の２点鎖線位置Ａまで低下し、弁体５４を強制的に図２の位置まで押し下げる。これにより、弁体５４は、ワックス５６ａが感知する水温の如何にかかわらず、弁座５０ａに圧接し、出口パイプ５３の水路を閉塞する。
【００２８】
従って、この高負荷運転時は、前述のホットソーク時と同様に、サーモスタット６によるエンジン水温の設定を低めにシフトすることができ、これにより、ノッキングの抑制や吸気の充填効率向上による出力アップを図ることができる。
（第２実施形態）
図４は第２実施形態を示すもので、本例では、冷却水路切替弁５の弁体５４をシャフト５５の一端部に直接結合して、第１実施形態におけるサーモワックス５６ａ、ゴム製の弾性袋体５６等の機構を廃止している。
【００２９】
その代わりに、ダイヤフラム装置５８の上部の室５８ｃに加わる吸気負圧を電気的に切替制御する機構を設けている。すなわち、エンジン１のスロットルバルブ１ａの下流側に配設されている吸気マニホルド１ｂと、ダイヤフラム装置５８の負圧導入パイプ５８ｅとを空気配管６０により連結するとともに、この空気配管６０の途中に三方切替弁６１を設けている。
【００３０】
この三方切替弁６１は電磁弁タイプのもので、負圧導入ポート６１ａと大気圧ポート６１ｂとを出力ポート６１ｃに切り替え接続して吸気負圧と大気圧を切り替えるものである。そして、この三方切替弁６１の切替作用は、電子制御装置６２により制御される。この電子制御装置６２は例えばマイクロコンピュータを用いて構成されており、エンジン１の冷却水出口部の冷却水温度を検出する温度センサ６３、および空気配管６０の入口部に設置され、エンジン１の吸気負圧を検出する圧力センサ（エンジン負荷検出センサ）６４からの検出信号が電子制御装置６２に入力される。
【００３１】
第２実施形態では、エンジン高負荷時には吸気負圧が所定値以下に減少するので、圧力センサ６４からの検出信号に基づいて、電子制御装置６２がエンジン高負荷時を判定し、三方切替弁６１に作動信号を入力する。これにより、三方切替弁６１は大気圧ポート６１ｂと出力ポート６１ｃとを連通させるので、大気圧ポート６１ｂからの大気圧が空気配管６０、負圧導入ポート６１ａを経てダイヤフラム装置５８の室５８ｃ内に導入される。
【００３２】
すると、ダイヤフラム５８ｂがコイルスプリング５８ｆのばね力により押し下げられ、シャフト５５を介して弁体５４も押し下げられ、弁座５０ａに圧接する。従って、冷却水路切替弁５の出口パイプ５３の水路が閉塞され、出口パイプ５２の水路が開放されるので、第１実施形態と同様に、エンジン１から出た高温の冷却水をサーモスタット６の感温部材６ａの周囲に流入させ、サーモスタット６によるエンジン水温の設定を低めシフトすることができる。
【００３３】
また、エンジン水温が所定値以上に上昇すると、温度センサ６３からの検出信号に基づいて、電子制御装置６２が冷却水の高温時を判定し、三方切替弁６１に作動信号を入力する。これにより、三方切替弁６１は大気圧ポート６１ｂと出力ポート６１ｃとを連通させるので、大気圧がダイヤフラム装置５８の室５８ｃ内に導入される。
【００３４】
その結果、ダイヤフラム５８ｂがコイルスプリング５８ｆのばね力により押し下げられ、弁体５４が弁座５０ａに圧接するため、冷却水路切替弁５の出口パイプ５３の水路が閉塞され、出口パイプ５２の水路が開放される。従って、この場合も、エンジン１から出た高温の冷却水をサーモスタット６の感温部材６ａの周囲に流入させ、サーモスタット６によるエンジン水温の設定を低めにシフトすることができる。
（他の実施形態）
なお、第２実施形態では、冷却水路切替弁５の弁体５４の駆動装置を、ダイヤフラム装置５８と三方切替弁６１との組み合わせで構成しているが、冷却水路切替弁５の弁体５４をサーボモータ等の電気的アクチュエータにより駆動し、この電気的アクチュエータを電子制御装置６２の作動信号により直接制御するようにしてもよい。
【００３５】
また、エンジン１の回転数を検出する回転センサを設置し、この回転センサの検出信号と温度センサ６３の検出信号とから、アイドル時における水温の高温時（ホットソーク時）を判定して、サーモスタット６によるエンジン水温の設定を低めにシフトするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す車両用水冷式エンジンの冷却系回路図である。
【図２】第１実施形態における冷却水路切替弁の断面図である。
【図３】第１実施形態における冷却水路切替弁の、図２とは異なる作動状態での断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す冷却水路切替弁とその制御システムを示す全体構成図である。
【符号の説明】
１…水冷式エンジン、２…ラジエータ、５…冷却水路切替弁、５４…弁体、
５６、５６ａ…感温部材、５８ｂ…ダイヤフラム、６…サーモスタット、
６ａ…感温部材、６ｂ…弁体、８…ウォータポンプ、６１…三方切替弁、
６２…制御装置、６３…温度センサ、６４…圧力センサ。

Claims

水冷式エンジン（１）の冷却系回路に設けられ、冷却水を冷却するラジエータ（２）と、
前記水冷式エンジン（１）の冷却系回路に設けられ、この冷却系回路に冷却水を循環させるウォータポンプ（８）と、
前記水冷式エンジン（１）の冷却系回路に設けられ、冷却水温度を感知する感温部材（６ａ）によって変位する弁体（６ｂ）を有し、この弁体（６ｂ）により前記ラジエータ（２）と前記水冷式エンジン（１）との間の水路（７）を開閉するサーモスタット（６）と、
前記水冷式エンジン（１）の冷却系回路に設けられ、前記サーモスタット（６）の感温部材（６ａ）周囲に流入させる冷却水の水路を切り替える冷却水路切替弁（５）とを備え、
前記水冷式エンジン（１）の高負荷時および低負荷時でも冷却水温度がホットソーク状態に相当する所定温度以上であるときは、前記冷却水路切替弁（５）により前記サーモスタット（６）の感温部材（６ａ）周囲に、前記水冷式エンジン（１）から流出した直後の冷却水を流入させ、前記弁体（６ｂ）により前記水路（７）を開くようにしたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
前記冷却水路切替弁（５）に、前記水冷式エンジン（１）の吸気負圧に応動する圧力応動部材（５８ｂ）と、この圧力応動部材（５８ｂ）により変位する弁体（５４）とを備え、
前記圧力応動部材（５８ｂ）により前記弁体（５４）を前記水冷式エンジン（１）の吸気負圧に応動して変位させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
前記冷却水路切替弁（５）に、冷却水温度に応動する感温部材（５６、５６ａ）を備え、
前記弁体（５４）を、前記圧力応動部材（５８ｂ）および前記感温部材（５６、５６ａ）により、前記水冷式エンジン（１）の吸気負圧と冷却水温度とに応動してそれぞれ独立に変位させることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの冷却装置。
前記水冷式エンジン（１）の負荷を検出する負荷検出センサ（６４）と、
前記水冷式エンジン（１）の冷却水温度を検出する温度センサ（６３）と、
前記負荷検出センサ（６４）の検出信号および前記温度センサ（６３）の検出信号が入力される制御装置（６２）と、
この制御装置（６２）により制御される弁駆動装置（６１、６８）とを備え、
この弁駆動装置（６１、６８）により前記冷却水路切替弁（５）を前記水冷式エンジン（１）の負荷および冷却水温度に応動して切替作動させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。