(57)【要約】【課題】  エンジン冷却システムにおいて、簡素な構造で、ウォータポンプの吸込側のキャビテーションの発生を防止し、また、エンジン暖機時における冷却水の昇温性の悪化を防止すること。【解決手段】  エンジン２を冷却するための冷却水を循環させるウォータポンプ６と、冷却水を冷却するためのラジエータ７を備えたラジエータ流路７ａと、ラジエータ流路７ａへの循環流量を制御するサーモスタット１０のメインバルブと、ラジエータ７を迂回するヒータ流路８ａに制御弁２０とを備えたエンジン冷却システム１において、サーモスタット１０のメインバルブの上流側と下流側との圧力差によりメインバルブを開弁する差圧開弁荷重がメインバルブを閉弁する閉弁荷重より小さい場合において、制御弁２０が開弁すること。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を冷却するための冷媒を循環させる循環手段と、
前記冷媒を冷却するための第１熱交換器を備えた排熱系流路と、
前記排熱系流路への循環流量を制御する第１弁部と、
前記第１熱交換器を迂回する流路に少なくとも一つの制御弁と、を備えた冷却システムにおいて、
前記第１弁部の上流側と下流側との圧力差により前記第１弁部を開弁する開弁荷重が前記第１弁部を閉弁する閉弁荷重より小さい場合において、前記制御弁の少なくとも一つが開弁することを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記制御弁は、前記熱源内の少なくとも一部、または前記冷媒の熱量を吸排熱する第２熱交換器を備えた前記流路の少なくともいずれか一方の前記冷媒の循環流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱源を冷却するための冷媒を冷却する第１熱交換器を備えた排熱系流路への循環流量を制御する第１弁部と、第１熱交換器を迂回する流路に少なくとも一つの制御弁を備えた冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジン冷却システムにおいては、燃費向上，排気ガス浄化および車室内快適性向上等のためエンジンにより発生する熱量の有効利用に取り組んでいる。この取り組みとしては、エンジンや駆動系部品の部位毎に温度を適正化し、燃焼改善やフリクション低減を図るものがある。また、エンジン冷却水の熱量をＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）ウォーマ（油水熱交換器），インテークヒータ（吸気熱交換器）および車室ヒータ等の複数の熱交換器に分配し供給するものがある。
【０００３】
前者としては、エンジン冷却回路内に２個のサーモスタットを配置することによりエンジンのエンジンヘッドおよびエンジンブロックの冷却水の制御温度を夫々低温側および高温側に設定し、燃焼効率向上およびフリクション低減を図るエンジン冷却システムがある（例えば、特許文献１参照。）。後者としては、エンジン冷却回路内にＡＴＦウォーマおよび車室ヒータ等を配置すると共に、車室ヒータの作動状態に影響されないように、或いは作動状態に応じてＡＴＦウォーマへの冷却水の流量分配を制御するため冷却回路を開閉制御するエンジン冷却システムがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、前者においては、冷却水のラジエータへの流量を調節するようにラジエータ下流側にサーモスタットを配置した冷却回路に、更にエンジンブロック内を流れる冷却水量を低減するサーモスタットを配置しているためブロック側通水抵抗が上昇し、エンジン冷却システム全体の通水抵抗が増大する。つまり、ウォータポンプ（循環手段）の揚程が上昇し、吸込側と吐出側の圧力差およびサーモスタットの上流側と下流側の圧力差が増大する。これにより、ウォータポンプの吸込側圧力低下によるキャビテーションが発生しやすくなる。また、ラジエータからウォータポンプへの冷却水の流れを開閉制御するサーモスタットのメインバルブの上流側と下流側の圧力差によりメインバルブを開弁する開弁荷重が増大する。これにより、メインバルブを閉弁荷重に抗して開弁する差圧開弁が発生しやすくなる（差圧開弁しやすくなる）。このため、冷間始動時や暖機時におけるメインバルブの閉弁時、メインバルブが差圧開弁しラジエータ内の低温の冷却水がエンジン冷却回路に流入しエンジン冷却水の昇温性が悪化する。
【０００５】
また、後者においても、各熱交換器等への冷却水の流量分配を制御することは、冷却水の熱量を有効利用できるものの、エンジン冷却システム全体の通水抵抗が増大する。つまり、ウォータポンプ（循環手段）の揚程が上昇し、吸込側と吐出側の圧力差およびサーモスタットの上流側と下流側の圧力差が増大する。これにより、ウォータポンプの吸込側圧力低下によるキャビテーションが発生しやすくなる。また、ラジエータからウォータポンプへの冷却水の流れを開閉制御するサーモスタットのメインバルブの上流側と下流側の圧力差によるメインバルブを開弁する開弁荷重が増大する。これにより、サーモスタットのメインバルブが差圧開弁しラジエータ内の低温の冷却水がエンジン冷却回路に流入しエンジン冷却水の昇温性が悪化する。
【０００６】
これら従来技術における、エンジンや駆動系部品の部位毎に温度を適正化したり、複数の熱交換器に冷却水の熱量を分配し供給するエンジン冷却システムにおいては、ウォータポンプの吸込側のキャビテーションやラジエータ下流側のサーモスタットの差圧開弁によるエンジン冷却水の昇温性が悪化する問題がある。
【０００７】
ところで、ウォータポンプの吸込側のキャビテーションを解決するため、ウォータポンプの吐出側から吸込側へ冷却水をリリーフさせるものがある（例えば、特許文献３、４、５、６参照。）。また、エンジン出口側からウォータポンプ吸込側に圧力弁を介して冷却水をリリーフさせるものがある（例えば、特許文献７参照。）。しかし、これら冷却水をリリーフさせる冷却回路は構造が複雑となる問題がある。
【特許文献１】特開平１０−１８４３５８号公報
【特許文献２】特開２００２−３６４３６２号公報
【特許文献３】特開２００３−１３８９３９号公報
【特許文献４】実開平９−１２５９５８号公報
【特許文献５】実開平７−８５３０号公報
【特許文献６】特開平５−３３６４９号公報
【特許文献７】実開平６−６０７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、簡素な構造で、ウォータポンプの吸込側のキャビテーションの発生を防止し、また、エンジン暖機時における冷却水の昇温性の悪化を防止することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明にて講じた技術的手段は、熱源を冷却するための冷媒を循環させる循環手段と、前記冷媒を冷却するための第１熱交換器を備えた排熱系流路と、前記排熱系流路への循環流量を制御する第１弁部と、前記第１熱交換器を迂回する流路に少なくとも一つの制御弁と、を備えたエンジン冷却システムにおいて、前記第１弁部の上流側と下流側との圧力差により前記第１弁部を開弁する開弁荷重が前記第１弁部を閉弁する閉弁荷重より小さい場合において、前記制御弁の少なくとも一つが開弁することである。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、第１弁部の上流側と下流側との圧力差により第１弁部を開弁する開弁荷重が第１弁部を閉弁する閉弁荷重より小さい場合において、制御弁の少なくとも一つが開弁することにより、冷却システムの通水抵抗が低減し、循環手段の吸込側の圧力低下が抑制でき、キャビテーションの発生が防止できる。また、第１弁部が差圧開弁しないため、暖機時における冷却水の昇温性の悪化を防止することができる。
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明にて講じた技術的手段は、前記制御弁は、前記熱源内の少なくとも一部、または前記冷媒の熱量を吸排熱する第２熱交換器を備えた前記流路の少なくともいずれか一方の前記冷媒の循環流量を制御することである。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、制御弁は、熱源内の少なくとも一部、または冷媒の熱量を吸排熱する第２熱交換器を備えた流路の少なくともいずれか一方の冷媒の循環流量を制御することにより、制御弁を熱源内の少なくとも一部、または冷媒の熱量を吸排熱する第２熱交換器を備えた流路の少なくともいずれか一方への冷媒の循環流量を制御する制御弁とすることができるため、新たな制御弁を設ける必要がなく冷却システムの構成を簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１または２に記載の発明では、簡素な構造で、循環手段（ウォータポンプ）の吸込側のキャビテーションの発生を防止し、また、熱源（エンジン）暖機時における冷却水の昇温性の悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図１〜図５を基に説明する。
【００１５】
本発明の第１の実施形態を図１により説明する。図１に示すように、本実施形態のエンジン冷却システム（冷却システム）１は、冷却水（冷媒）を循環させるウォータポンプ（循環手段）６と、冷却水が循環されエンジン（熱源）２を構成するエンジンブロック（熱源）３とエンジンヘッド（熱源）４とをそれぞれ冷却するエンジンブロック流路３ａおよびエンジンヘッド流路４ａと、エンジンブロック流路３ａに配置され当該流路３ａの循環流量を制御する制御弁２０と、冷却水を冷却するラジエータ（第１熱交換器）７が配置されるラジエータ流路７ａと、当該流路７ａの循環流量を制御するサーモスタット（第１弁部）１０と、冷却水が循環される車室ヒータ（第２熱交換器）８が配置されるヒータ流路８ａと、ラジエータ７および車室ヒータ８に並列に配置されるバイパス流路７ｂとから構成される。
【００１６】
ウォータポンプ６は、エンジン２に駆動される機械式ウォータポンプであり、本実施形態では、エンジン２の上流に設けられ、冷却水をエンジン２内へ圧送することにより、熱源であるエンジン２を冷却すると共に、冷却システム１に冷却水を循環させる。
【００１７】
サーモスタット１０は、並列に配置されるラジエータ流路７ａ、ヒータ流路８ａ、バイパス流路７ｂの合流点に設置され、サーモスタット１０下流の冷却水温度が設定値になるように、各流路からの冷却水の混合水温度に応じ、前記３つの流路の循環流量の比率を制御する。詳しくは、ラジエータ流路７ａの流路面積を制御するサーモスタット１０のメインバルブ（図示せず）を水温感温部材（ワックス）を用いたアクチュエータ（図示せず）により作動させており、前記混合水温度が設定値より高くなるとメインバルブが開弁し始め、水温に応じて開弁量が制御される。本実施形態では、サーモスタット１０下流の冷却水温度が８２℃になるようにメインバルブの開弁量が制御される。また、前記メインバルブには閉弁方向に付勢されるスプリング（図示せず）が設置されており、前記アクチュエータ作動水温以下では、スプリング付勢力により閉弁状態にある。従って、冷却水温度が設定値より低い場合においてもメインバルブの上流側と下流側との圧力差によるメインバルブを開弁させようとする差圧開弁荷重がスプリングの付勢力によるメインバルブを閉弁させようとする閉弁荷重より大きくなるとメインバルブはスプリングに抗して開弁（差圧開弁）する。
【００１８】
制御弁２０は、エンジンブロック流路３ａとエンジンヘッド流路４ａとが並列回路に構成されたエンジンブロック流路３ａのエンジンブロック３下流に配置され、冷却水のエンジンブロック３内の循環量を制御している。これにより、前記サーモスタット１０により冷却水温度が制御されるサーモスタット１０下流の冷却水温度に対して、更にエンジンブロック３内の冷却水温度を上昇させる。本実施形態では、エンジンブロック３内の冷却水温度が１００℃になるようにエンジンブロック３の循環流量を制御する。
【００１９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００２０】
エンジンブロック流路３ａのエンジンブロック３下流に制御弁２０を設けエンジンブロック３およびエンジンヘッド４の冷却水温度を夫々高温側および低温側に設定することは、フリクション低減および燃焼効率向上を図るうえで有効である。しかしながら、制御弁２０による循環流量の停止および低減は、エンジン冷却システム１全体の通水抵抗の増大を招く。これにより、ウォータポンプ６の揚程が上昇し、吸込側と吐出側の圧力差およびサーモスタット１０の上流側と下流側の圧力差が増大する。このため、サーモスタット１０のメインバルブの上流側と下流側の圧力差によりメインバルブを開弁する差圧開弁荷重が増大し、メインバルブを差圧開弁しやすくなる。これにより、冷間始動時や暖機時におけるサーモスタット１０のメインバルブの閉弁時、メインバルブが差圧開弁しラジエータ７内の冷却水がエンジン冷却回路１に流入しエンジン２内の冷却水の昇温性の悪化を招く。また、ウォータポンプ６の吸込側圧力低下によるキャビテーションが発生しやすくなる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、サーモスタット１０のメインバルブが閉弁し、制御弁２０が閉弁または開度が小さい場合であって、ウォータポンプ６の吐出流量増加に伴うエンジン冷却システム１の圧力が上昇する際、本実施形態では、サーモスタット１０のメインバルブの差圧開弁荷重が、メインバルブを閉弁する閉弁荷重より小さい場合において、制御弁２０が開弁するように設定されている。このため、エンジン冷却システム１の通水抵抗が低減し、メインバルブの上流側と下流側との圧力差の上昇を防止でき、サーモスタット１０のメインバルブが差圧開弁するのを防止できる。また、制御弁２０の開弁により、エンジンブロック３内の冷却水温度の昇温性は、若干悪化するが、エンジンブロック流路３ａ内の冷却水は、暖機過程でエンジンブロック３から伝熱されているため、ラジエータ７内の冷却水温度より高く、また冷却水容量も小さいため、暖機過程での冷却水温度の昇温性への影響は遥かに小さくできる。また、サーモスタット１０のメインバルブの差圧開弁荷重が、メインバルブを閉弁する閉弁荷重より小さい場合において、制御弁２０が開弁するため、エンジン冷却システム１の通水抵抗が低減し、ウォータポンプ６の吸込側の圧力低下が抑制でき、キャビテーションの発生が防止できる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施形態を図２により説明する。図２に示すように、本実施形態は、制御弁２２０がエンジンブロック流路３ａとエンジンヘッド流路４ａとの合流点に設置されていることを除いて、第１の実施形態の構成と同じであり、同一の構成には同一の符番を付すと共に説明は省略する。制御弁２２０は、本実施形態では冷却水温が１００℃以下の時はエンジンブロック流路３ａを閉塞すると共に、エンジンヘッド流路４ａを開放し、冷却水温が１００℃を超えた時はエンジンブロック流路３ａを開放すると共に、エンジンヘッド流路４ａを開放する。これにより、エンジンブロック３内の冷却水温度が１００℃になるようにエンジンブロック３の循環流量を制御する。本実施形態においても、制御弁２２０はサーモスタット１０のメインバルブの差圧開弁荷重がメインバルブの閉弁荷重より小さい場合において開弁するように設定されている。このため、第１の実施形態で説明した作用と同じ作用により、エンジン冷却システム１の通水抵抗が低減し、圧力上昇を防止でき、サーモスタット１０のメインバルブが差圧開弁するのを防止できる。また、ウォータポンプ６の吸込側の圧力低下が抑制でき、キャビテーションの発生が防止できる。
【００２３】
次に、本発明の第３の実施形態を図３により説明する。図３に示すように、本実施形態では、エンジンブロック３０３およびエンジンヘッド３０４が単一のエンジン流路３０２ａにより冷却されている。また、熱交換器である車室ヒータ８が配置されるヒータ流路８ａのヒータ８の上流側に制御弁３２０が配置されている。これらを除く本実施形態の構成は、第１の実施形態と同じであり、同一の構成には同一の符番を付すと共に説明は省略する。
【００２４】
制御弁３２０は、車室ヒータ８内の冷却水温度が設定値以上になるようにヒータ流路８ａの循環流量を制御する。本実施形態では、ヒータ流路８ａへの冷却水温度が４０℃以上になると制御弁３２０が開弁し始める。
【００２５】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００２６】
ヒータ流路８ａの車室ヒータ８上流に制御弁３２０を設け車室ヒータ８内の冷却水温度が設定値以上になるようにすることは、車室内快適性向上を図るうえで有効である。しかしながら、制御弁３２０による循環流量の停止および低減は、エンジン冷却システム３０１全体の通水抵抗の増大を招く。これにより、ウォータポンプ６の揚程が上昇し、吸込側と吐出側の圧力差およびサーモスタット１０の上流側と下流側の圧力差が増大する。このため、サーモスタット１０のメインバルブの上流側と下流側の圧力差によりメインバルブを開弁する差圧開弁荷重が増大し、メインバルブを差圧開弁しやすくなる。これにより、冷間始動時や暖機時におけるサーモスタット１０のメインバルブの閉弁時、メインバルブが差圧開弁しラジエータ７内の冷却水がエンジン冷却回路３０１に流入しエンジン３０２内の冷却水の昇温性の悪化を招く。また、ウォータポンプ６の吸込側圧力低下によるキャビテーションが発生しやすくなる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、サーモスタット１０のメインバルブが閉弁し、制御弁３２０が閉弁または開度が小さい場合であって、ウォータポンプ６の吐出流量増加に伴うエンジン冷却システム３０１の圧力が上昇する際、本実施形態では、サーモスタット１０のメインバルブの差圧開弁荷重が、メインバルブを閉弁する閉弁荷重より小さい場合において、制御弁３２０が開弁するように設定されている。このため、エンジン冷却システム３０１の通水抵抗が低減し、メインバルブの上流側と下流側との圧力差の上昇を防止でき、サーモスタット１０のメインバルブが差圧開弁するのを防止できる。また、制御弁３２０の開弁により、車室ヒータ８内の冷却水温度の昇温性は、若干悪化するが、ヒータ流路８ａ内の冷却水は、暖機過程でエンジンブロック３０２から伝熱されているため、ラジエータ７内の冷却水温度より高く、また冷却水容量も小さいため、暖機過程での冷却水温度の昇温性への影響は遥かに小さくできる。また、サーモスタット１０のメインバルブの差圧開弁荷重が、メインバルブを閉弁する閉弁荷重より小さい場合において、制御弁３２０が開弁するため、エンジン冷却システム３０１の通水抵抗が低減し、ウォータポンプ６の吸込側の圧力低下が抑制でき、キャビテーションの発生が防止できる。
【００２８】
次に、本発明の第４の実施形態を図４により説明する。図４に示すように、本実施形態は、熱交換器であるＡＴＦウォーマ４３０が配置されるＡＴＦウォーマ流路４３０ａが車室ヒータ８が配置されるヒータ流路８ａに並列に配置されている。これを除く本実施形態の構成は、第３実施形態と構成は同じであり、同一の構成には同一の符番を付すと共に説明は省略する。
【００２９】
本実施形態においても、制御弁３２０はサーモスタット１０のメインバルブの差圧開弁荷重がメインバルブの閉弁荷重より小さい場合において開弁するように設定されている。このため、このため、第３の実施形態で説明した作用と同じ作用により、エンジン冷却システム４０１の通水抵抗が低減し、圧力上昇を防止でき、サーモスタット１０のメインバルブが差圧開弁するのを防止できる。また、ウォータポンプ６の吸込側の圧力低下が抑制でき、キャビテーションの発生が防止できる。
【００３０】
次に、本発明の第５の実施形態を図５により説明する。図５に示すように、本実施形態は、制御弁５２０がヒータ流路８ａとＡＴＦウォーマ流路４３０ａとの合流点に設置されている。これを除く本実施形態の構成は、第３実施形態と構成は同じであり、同一の構成には同一の符番を付すと共に説明は省略することを除いて、第４実施形態と構成は同じであり、同一の構成には同一の符番を付すと共に説明は省略する。
【００３１】
本実施形態においても、メインバルブの開弁荷重が閉弁荷重より小さい場合において、制御弁５２０が開弁される。つまり、制御弁５２０はメインバルブが開弁する前に開弁するように制御されている。
【００３２】
尚、本実施形態１乃至５で示したサーモスタットおよび制御弁は、ワックス以外の感温部材を用いた弁，電磁弁またモータ駆動弁であってもよい。
【００３３】
また、本実施形態のエンジンは内燃機関であるが、燃料電池を動力源とする車両においては、燃料電池および駆動モータが熱源となる。
【００３４】
また、本実施形態１乃至５で示したウォータポンプは電動式ウォータポンプであってもよい。
【００３５】
また、本実施形態１乃至５で示した熱交換器は、インテークヒータ（吸気熱交換器）またはエンジン油熱交換器または排気ガス熱交換器であってもよい。
【００３６】
また、本実施形態１または２で示したエンジンブロック流路はエンジンの所定の気筒或いはエンジンヘッド吸気側ウォータジャケット等の特定の部位の温度を適正化する冷却流路であってもよい。
【００３７】
また、本実施形態１または２で示したエンジン流路および制御弁と、実施形態３乃至５で示した熱交換器および制御弁とを、双方とも備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す車両冷却システムの系統図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す車両冷却システムの系統図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す車両冷却システムの系統図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す車両冷却システムの系統図である。
【図５】本発明の第５の実施形態を示す車両冷却システムの系統図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，２０１，３０１，４０１，５０１・・・エンジン冷却システム（冷却システム）
２，３０２・・・エンジン（熱源）
３，３０３・・・エンジンブロック（熱源）
４，３０４・・・エンジンヘッド（熱源）
４ａ，４ｂ，３０４ａ・・・第１冷却通路
６，３０６・・・ウォータポンプ（循環手段）
７・・・ラジエータ（第１熱交換器）
７ａ・・・ラジエータ通路（排熱系流路）
７ｂ・・・バイパス流路（流路）
８・・・車室ヒータ（第２熱交換器）
８ａ，４３０ａ・・・ヒータ流路（流路）
１０・・・サーモスタット（第１弁部）
２０，２２０，３２０，５２０・・・制御弁
４３０・・・ＡＴＦウォーマ（第２熱交換器）
４３０ａ・・・ＡＴＦウォーマ流路（流路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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