(57)【要約】【課題】冷却性能に背反することのない冷却水循環装置を提供すること。【解決手段】外気温度が設定温度以下の場合には、循環回路として、排熱回収器５でエンジンＥの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水を、作動油用熱交換器６を経由させてエンジンＥに流入させ循環させる、第１の排気熱回収回路Ｃ１が選択される。一方、外気温度が設定温度よりも高い場合には、循環回路として、排熱回収器５でエンジンＥの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水を、作動油用熱交換器６を経由させずにエンジンＥに流入させ循環させる、第２の排気熱回収回路Ｃ２が選択される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、作動油にて浸潤された状態において作動する変速機とを備えた自動車に適用される冷却水循環装置であって、
排熱回収器でエンジンの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水の循環に関して、作動油用熱交換器を経由させてエンジンに流入させ循環させるための第１の排気熱回収回路と、作動油用熱交換器を経由させずにエンジンに流入させ循環させるための第２の排気熱回収回路との２系統を有し、
外気温度が第１の設定温度以下のときには、循環回路として上記第１の排気熱回収回路が選択され、外気温度が第１の設定温度よりも高いときには、循環回路として上記第２の排気熱回収回路が選択されるように、循環回路を切り替えるための切替手段とを含むことを特徴とする冷却水循環装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却水循環装置において、
エンジンから流出した冷却水を、排熱回収器を経由させずに作動油用熱交換器に直接導いてエンジンに流入させ循環させるための作動油冷却回路をさらに含み、
上記切替手段は、外気温度が第１の設定温度よりも高く且つエンジン内の水温が作動油の限界温度を考慮した第２の設定温度に達したときには、循環回路として、上記第２の排気熱回収回路に加えて上記作動油冷却回路が選択されるようにするための手段を含むことを特徴とする冷却水循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと、作動油にて浸潤された状態において作動する変速機とを備えた自動車に適用される冷却水循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジン冷温始動時の変速機における摩擦損失を回避するためには、エンジンの始動後、可及的速やかに変速機の作動油が少なくとも冷温状態を脱していることが重要であるとされている。
【０００３】
そこで、特許文献１では、エンジン冷温始動時の変速機の摩擦損失をより効果的に低減する技術が提案されている。
【０００４】
具体的には、特許文献１には、変速機内の作動油温度が作動油貯槽内の作動油温度より所定の温度差だけ低い温度以上に上昇したか否かに応じて、排気熱を回収して加熱した作動油を変速機に供給するか、又はバイパスさせるかを決定する旨が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１７６８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンと、作動油にて浸潤された状態において作動する変速機とを備えた自動車の冷却水循環装置において、排気回収器の下流側に作動油用熱交換器がある場合には、例えば、冬場等のように、外気温度が低い場合には、変速機の暖機による燃費向上やヒータ性能の向上が見込めるが、例えば、夏場等のように、外気温度が高い場合には、排気熱を回収した熱い冷却水が作動油用熱交換器に流入するので、その冷却性能に背反してしまう。
【０００６】
そこで、外気温度が設定温度以下のときには、作動油用熱交換器を温め、外気温度が設定温度よりも高いときには、作動油用熱交換器を積極的に冷やすように、排熱回収器でエンジンの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水の循環回路の切り替えが必要とされる。
【０００７】
ところが、上記特許文献１に記載の技術では、上記の事柄に関して一切考慮されてはいないのが実情である。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、冷却性能に背反することのない冷却水循環装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る冷却水循環装置は、エンジンと、作動油にて浸潤された状態において作動する変速機とを備えた自動車に適用される冷却水循環装置であって、排熱回収器でエンジンの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水の循環に関して、作動油用熱交換器を経由させてエンジンに流入させ循環させるための第１の排気熱回収回路と、作動油用熱交換器を経由させずにエンジンに流入させ循環させるための第２の排気熱回収回路との２系統を有し、外気温度が第１の設定温度以下のときには、循環回路として上記第１の排気熱回収回路が選択され、外気温度が第１の設定温度よりも高いときには、循環回路として上記第２の排気熱回収回路が選択されるように、循環回路を切り替えるための切替手段とを含む。
【００１０】
上記構成において、外気温度が第１の設定温度以下の場合には、循環回路として、排熱回収器でエンジンの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水を、作動油用熱交換器を経由させてエンジンに流入させ循環させる、第１の排気熱回収回路が選択される。一方、外気温度が第１の設定温度よりも高い場合には、循環回路として、排熱回収器でエンジンの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水を、作動油用熱交換器を経由させずにエンジンに流入させ循環させる、第２の排気熱回収回路が選択される。そのため、例えば、冬場においてには作動油用熱交換器を温め、例えば、夏場においては、排気熱を回収した熱い冷却水が作動油用熱交換器に流入するのを防ぐことができ、作動油用熱交換器を積極的に冷やすことができる。
【００１１】
また、上記冷却水循環装置は、エンジンから流出した冷却水を、排熱回収器を経由させずに作動油用熱交換器に直接導いてエンジンに流入させ循環させるための作動油冷却回路をさらに含み、上記切替手段は、外気温度が第１の設定温度よりも高く且つエンジン内の水温が作動油の限界温度を考慮した第２の設定温度に達したときには、循環回路として、上記第２の排気熱回収回路に加えて上記作動油冷却回路が選択されるようにするための手段を含む。
【００１２】
上記構成において、外気温度が第１の設定温度よりも高く且つエンジン内の水温が作動油の限界温度を考慮した第２の設定温度に達した場合には、循環回路として、上記第２の排気熱回収回路に加えて、エンジンから流出した冷却水を、排熱回収器を経由させずに作動油用熱交換器に直接導いてエンジンに流入させ循環させる、作動油冷却回路が選択される。したがって、例えば、夏場において高負荷運転が続いた場合でも、作動油用熱交換器をより積極的に冷やすことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、夏場のように外気温度が高いときには、作動油用熱交換器を積極的に冷やすように、排熱回収器でエンジンの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水の循環回路を切り替えることが可能となる。その結果、冷却水循環装置の冷却性能に背反することがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
＜全体構成＞
図１は本発明の実施の形態に係る冷却水循環装置の冷却水の循環系統を簡略化して示す回路図である。
【００１６】
図１を参照して、本実施の形態に係る冷却水循環装置は、エンジンＥと、作動油にて浸潤された状態において作動する変速機（図示せず。）とを備えた自動車に適用されるものであって、ラジエータ１、サーモスタット２、ウォータポンプ３、ヒータコア４、排熱回収器５、作動油用熱交換器６、並びにこれら各機器１，２，３，４，５，６を接続する配管及びホースＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６，Ｈ７，Ｈ８，Ｈ９，Ｈ１０を含む。なお、作動油用熱交換器６としては、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）ウォーマやＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ）ウォーマ等が採用される。
【００１７】
具体的には、ラジエータ１のロアタンク１１とサーモスタット２とは、ロアホースＨ１によって接続されている。
【００１８】
ウォータポンプ３の吐出口は、エンジンＥのウォータジャケットに連通している。このウォータジャケットでは、ウォータポンプ３からの冷却水がシリンダブロック側のウォータジャケットを経た後、シリンダヘッド側のウォータジャケットに導入され、その後、取り出し管Ｈ２によってエンジンＥから取り出される。
【００１９】
取り出し管Ｈ２は、ラジエータ１側及びヒータコア４側に分岐されている。この取り出し管Ｈ１の一方は、第１のホースＨ３を介してヒータコア４に接続され、他方は、アッパホースＨ４を介してラジエータ１のアッパタンク１２に接続されている。
【００２０】
ヒータコア４と排熱回収器５の流入側とは、第２のホースＨ５によって接続されている。
【００２１】
排熱回収器５の流出側は、第３のホースＨ６を介して４方弁７のＡポートに接続されている。一方、作動油用熱交換器６の流入側は、第４のホースＨ７を介して４方弁７のＢポートに接続されている。
【００２２】
作動油用熱交換器６の流出側とウォータポンプ３の吸入側とは、第５のホースＨ８によって接続されている。
【００２３】
また、上記４方弁７のＣポートと第５のホースＨ８の途中部との間には、作動油用熱交換器６をバイパスする第６のホースＨ９が介装されている。加えて、上記４方弁７のＤポートと第１のホースＨ３の途中部との間には、ヒータコア４及び排熱回収器５をバイパスする第７のホースＨ１０が介装されている。この第７のホースＨ１０の途中部には、２方弁８が設けられている。
【００２４】
すなわち、本冷却水循環装置は、排熱回収器５でエンジンＥの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水の循環に関して、第１のホースＨ３、第２のホースＨ５、第３のホースＨ６、第４のホースＨ７及び第５のホースＨ８で構成されており、作動油用熱交換器６を経由させてエンジンＥに流入させ循環させるための第１の排気熱回収回路Ｃ１と、第１のホースＨ３、第２のホースＨ５、第３のホースＨ６、第６のホースＨ９及び第５のホースＨ８で構成されており、作動油用熱交換器６を経由させずにエンジンＥに流入させ循環させるための第２の排気熱回収回路Ｃ２との２系統を有している。さらに、本冷却水循環装置では、第１のホースＨ３、第７のホースＨ１０及び第５のホースＨ８で構成されており、エンジンＥから流出した冷却水を、排熱回収器５を経由させずに作動油用熱交換器６に直接導いてエンジンＥに流入させ循環させるための作動油冷却回路Ｃ３が備えられている。
【００２５】
＜排熱回収器５の構成＞
図２は排熱回収器５の内部構造を示し、排気ガスの流通方向に沿って切断した縦断面図である。また、図３は図２（ａ）においてＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応した位置における断面図である。
【００２６】
図２及び図３を参照して、上記排熱回収器５は、略円筒形状の部材であって、その外周側に配設された排熱回収部５Ａと、排熱回収部５Ａよりも内周側に配設された消音部５Ｂとを備え、これらが一体形成された構成となっている。
【００２７】
具体的には、排熱回収器５は、外筒部材５１、中間筒部材５２、内筒部材５３の３つの部材により略三重管構造で構成されている。そして、外筒部材５１と中間筒部材５２との間の空間において上記排熱回収部５Ａが構成されていると共に、内筒部材５３によって上記消音部５Ｂが構成されている。
【００２８】
外筒部材５１は、排気ガス流通方向の中央部分が、比較的大径の円筒形状で成る本体部５１ａとなっている一方、排気ガス流通方向の両端部が、それぞれ排気管７に接続する導入側接続管部５１ｂ及び排出側接続管部５１ｃとして形成されている。つまり、エンジンＥから排出されて排気管７を流れてきた排気ガスは導入側接続管部５１ｂより排熱回収器５内に導入され、排熱回収動作及び消音動作を経た後、排出側接続管部５１ｃから排気管７の下流側に向けて排出されることになる。
【００２９】
中間筒部材５２は、円筒形状の部材であり、その外周面と上記外筒部材５１の本体部５１ａの内周面との間に排熱回収空間（ガス流路）５４を形成している。そして、この中間筒部材５２には、一端が上記の第２のホースＨ５に、他端が上記の第３のホースＨ６にそれぞれ接続する螺旋配管５５が巻き付けられている。この螺旋配管５５は、両端が上記外筒部材５１の本体部５１ａを貫通して排熱回収空間５４に配置されていると共に、排熱回収空間５４の内部にあっては外筒部材５１の本体部５１ａの内周面との間に所定間隔を存するように配設されている。つまり、この螺旋配管５５の管体の外径寸法は排熱回収空間５４の高さ寸法よりも僅かに小さく設定されている。このため、排熱回収部５Ａを排気ガスが流れる際には、この螺旋配管５５よりも外周側（外筒部材５１の内周面側）の空間（排熱回収空間５４）を流れる排気ガスと螺旋配管５５の内部を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、排気ガスの熱が冷却水に与えられて排気ガスの温度が低下すると共に冷却水の温度が上昇することになる。また、この螺旋配管５５は、中間筒部材５２における排気ガス流通方向の一端から他端に亘って配設されており、その内部における冷却水の流通方向としては、排熱回収器５の排気ガス導入側が冷却水の入口側であり、排熱回収器５の排気ガス排出側が冷却水の出口側となるように、上記の第２のホースＨ５及び第３のホースＨ６が接続されている。
【００３０】
内筒部材５３は、上記中間筒部材５２の内周面に取り付けられた筒体で成り、排気ガス流通方向の上流側から小断面通路部５６及び大断面通路部５７が順に形成されている。小断面通路部５６は内部の通路断面積が上記排気管７の通路断面積よりも僅かに小径であって、その軸心方向の長さ寸法は内筒部材５３の全長の約１／４程度に設定されている。そして、この小断面通路部５６の排気ガス流通方向の上流端が消音部５Ｂの排気ガス流入口５６ａとして形成されている。一方、大断面通路部５７は内部の通路断面積が上記小断面通路部５６の通路断面積及び排気管７の通路断面積よりも大径であって、その軸心方向の長さ寸法は内筒部材５３の全長の約３／４程度に設定されている。そして、この大断面通路部５７の排気ガス流通方向の下流端が消音部５Ｂの排気ガス流出口５７ａとして形成されている。このようにして小断面通路部５６及び大断面通路部５７が形成されているため、この小断面通路部５６と大断面通路部５７との境界部分には段部Ａが形成され、小断面通路部５６から大断面通路部５７に亘って流路が拡張されている。
【００３１】
そして、上記大断面通路部５７には、排気ガス流出口５７ａを開閉可能とする開閉弁５８が備えられている。この開閉弁５８は、排気ガス流出口５７ａの開口形状に略一致する円板形状で成り、上記中間筒部材５２の内周面の上端部分に取り付けられた回動軸５８ａに支持されて水平軸回りに回動し、排気ガス流出口５７ａを開閉可能としている。また、この回動軸５８ａにはスプリングが巻き付けられており、このスプリングの付勢力によって開閉弁５８は排気ガス流出口５７ａを閉鎖する方向への付勢力が付与されている。したがって、この開閉弁５８によって排気ガス流出口５７ａが閉鎖されている状態では、内筒部材５３の内部空間は一方側（排気ガス流通方向の上流側）のみが開放された空間となり、開閉弁５８によって排気ガス流出口５７ａが開放されている状態では、内筒部材５３の内部空間は上流側及び下流側共に開放された空間となる。
【００３２】
＜電気的構成＞
図４は冷却水循環装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００３３】
図４を参照して、本冷却水循環装置は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００を含む。このＥＣＵ１００は、冷却水循環装置の制御中枢を司るものであって、ＣＰU、ＲＯＭ及びＲＡＭ等で構成される。ＥＣＵ１００には、外気温センサ１０１及び水温センサ１０２の各検出信号が与えられる。これら各検出信号に基づいて、ＥＣＵ１００は、上記の４方弁７及び２方弁８を制御する。
【００３４】
水温センサ１０２は、エンジンＥ内の水温を検出するためのセンサであって、図１に示すように、エンジンＥのウォータジャケットに臨ませてある。
【００３５】
＜動作＞
図５〜図７を参照して、本冷却水循環装置の動作について説明する。
【００３６】
外気温センサ１０１からの検出信号に基づき外気温度が第１の設定温度ＴＨ１（例えば、３０℃）以下であると判断すると、ＥＣＵ１００は、図５に示すように、２方弁８を閉状態とすると共に４方弁７のＡ−Ｂポートを連通させることによって、循環回路として、第１の排気熱回収回路Ｃ１を選択する。そうすると、冷却水は、第１のホースＨ３、第２のホースＨ５、第３のホースＨ６、第４のホースＨ７及び第５のホースＨ８の順で流れる。そのため、排熱回収器５でエンジンＥの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水は、作動油用熱交換器６を経由してエンジンＥに流入し、第１の排気熱回収回路Ｃ１を循環する。
【００３７】
これに対して、外気温センサ１０１からの検出信号に基づき外気温度が第１の設定温度ＴＨ１よりも高いと判断すると、ＥＣＵ１００は、図６に示すように、２方弁８の閉状態を維持させたまま４方弁７の連通ポートをＡ−ＢポートからＡ−Ｃポートに切り替えることによって、循環回路として、第２の排気熱回収回路Ｃ２を選択する。そうすると、冷却水は、第１のホースＨ３、第２のホースＨ５、第３のホースＨ６、第６のホースＨ９及び第５のホースＨ８の順で流れる。そのため、排熱回収器５でエンジンＥの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水は、作動油用熱交換器６を経由せずにエンジンＥに流入し、第２の排気熱回収回路Ｃ２を循環する。
【００３８】
この図６に示す状態で高負荷運転が続くと、エンジンＥ内の水温ＥTHWが上昇する。そこで、水温センサ１０２からの検出信号に基づきエンジンＥ内の水温ＥTHWが作動油の限界温度を考慮した第２の設定温度ＴＨ２（例えば、１２５℃）に達したと判断すると、ＥＣＵ１００は、２方弁８を開状態とすると共に新たに４方弁７のＢ−Ｄポートも連通させることによって、循環回路として、上記第２の排気熱回収回路Ｃ２に加えて作動油冷却回路Ｃ３を選択する。そうすると、エンジンＥから流出した冷却水は、第１のホースＨ３、第７のホースＨ１０及び第５のホースＨ８の順で流れるため、排熱回収器５を経由せずに作動油用熱交換器６に直接導かれてエンジンＥに流入し、作動油冷却回路Ｃ３を循環する。
【００３９】
＜作用・効果＞
本実施の形態によると、以下の作用・効果を奏する。
【００４０】
（１）外気温度が第１の設定温度ＴＨ１以下の場合には、循環回路として、排熱回収器５でエンジンＥの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水を、作動油用熱交換器６を経由させてエンジンＥに流入させ循環させる、第１の排気熱回収回路Ｃ１が選択される。一方、外気温度が第１の設定温度ＴＨ１よりも高い場合には、循環回路として、排熱回収器５でエンジンＥの排気ガスから回収した熱によって水温を高めた冷却水を、作動油用熱交換器６を経由させずにエンジンＥに流入させ循環させる、第２の排気熱回収回路Ｃ２が選択される。そのため、例えば、冬場においては作動油用熱交換器６を温め、例えば、夏場においては、排気熱を回収した熱い冷却水が作動油用熱交換器６に流入するのを防ぐことができ、作動油用熱交換器６を積極的に冷やすことができる。
【００４１】
（２）外気温度が第１の設定温度ＴＨ１よりも高く且つエンジンＥ内の水温ＥTHWが作動油の限界温度を考慮した第２の設定温度ＴＨ２（＞ＴＨ１）に達した場合には、循環回路として、上記第２の排気熱回収回路Ｃ２に加えて、エンジンＥから流出した冷却水を、排熱回収器５を経由させずに作動油用熱交換器６に直接導いてエンジンＥに流入させ循環させる、作動油冷却回路Ｃ３が選択される。したがって、例えば、夏場において高負荷運転が続いて場合でも、作動油用熱交換器をより積極的に冷やすことができる。
【００４２】
以上の結果、本冷却水循環装置では、その冷却性能に背反することはない。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては、本発明をＣＶＴ車やＡＴ車に適用した例について記載した。しかし、本発明は、そのような構成には限定されない。本発明をマニュアル車に適用しても、本発明の目的は十分に達成し得る。その他、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更及び修正を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却水循環装置の冷却水の循環系統を簡略化して示す回路図である。
【図２】排熱回収器の内部構造を示す断面図であって、（ａ）は開閉弁の閉鎖状態を示し、（ｂ）は開閉弁の解放状態を示す。
【図３】図２（ａ）においてＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応した位置における断面図である。
【図４】冷却水循環装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】外気温度が第１の設定温度以下のときの冷却水循環経路を示す図である。
【図６】外気温度が第１の設定温度以上のときの冷却水循環経路を示す図である。
【図７】外気温度が第１の設定温度以上であり且つエンジン内の水温が作動油の限界温度を考慮した第２の設定温度に達した場合の冷却水循環経路を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｅ  エンジン
５  排熱回収器
６  作動油用熱交換器
７  ４方弁
８  ２方弁
１００  ＥＣＵ
１０１  外気温センサ
１０２  水温センサ
Ｈ１〜Ｈ１０  配管及びホース
【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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【図６】
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【図７】
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