JP2000045772A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの高負荷時に簡易な構成で排気を冷
却する、エンジンの冷却装置を提供する。 【解決手段】 排気ポート周囲を通るバイパス通路２０
と、冷却液の循環路のエンジン入口側２６とバイパス通
路２０を連通する連通路３０と、連通路３０を開閉制御
する連通路バルブ３２を設ける。暖機運転時には、冷却
液をラジエータ１８には通さず、バイパス通路２０を通
し、暖機を早期に終了させる。また、このとき、排気ポ
ートを流れる排気により、冷却液を暖め冷却液温度の上
昇を早める。暖機終了後には、バイパス通路２０を閉鎖
して、冷却液をラジエータ１８に流す。さらに、高負荷
運転となった場合、連通路バルブ３２を開放し、エンジ
ン本体１０内の通路１２とバイパス通路２０の双方に冷
却液を流す。バイパス通路２０を流れる冷却液により、
排気ポートを流れる排気を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの冷却装
置、特に液冷式の冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの冷却方式には、大別して液体
により冷却を行う方式と、気体により行う方式の２通り
がある。前者は、後者に比して冷却能力が高く、性能も
安定していることから、広い範囲で採用されている。特
に、自動車においては、エンジンの熱効率の向上や排気
の清浄化の要請が年々増しており、エンジンの冷却装置
に対しても、広範囲な運転条件の下で、適切にエンジン
の冷却を行うことが要求されている。

【０００３】エンジン始動後の冷却液温度がまだ低いと
き、すなわち暖機運転時においては、エンジンの各部を
早く通常の温度にするために、冷却液をラジエータに送
らずに、循環させる方法が採られている。これは、冷却
液の循環路のエンジン出口側から入口側へラジエータを
迂回するバイパス通路を設けることによって達成されて
いる。また、このバイパス通路を排気ポートの周囲に設
け、より早く冷却液の温度が通常の温度になるようにす
る技術が知られている。

【０００４】一方、エンジンの高負荷運転時には排気温
度が高くなり、排気系の損傷、特に触媒の溶損が生じる
可能性がある。これを防止するために、排気ポート周囲
に冷却液を流し、排気温度を下げる技術が特開昭６０−
８５２１５号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、エンジ
ンの暖機運転時と高負荷運転時のそれぞれにおいて、排
気ポート周囲に冷却液を流す技術が公知であるが、前記
二つの運転条件に対応してそれぞれの構成を設ければ、
構成部品点数が増加し、装置の大型化、重量増加、コス
トの上昇を招くという問題があった。

【０００６】本発明は、暖機運転時においても、高負荷
運転時においても、適切な冷却能力を発揮することがで
きるエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかるエンジン冷却装置は、エンジン本
体とラジエータとこれらをつなぐ管路を含む循環路に冷
却液を通してエンジンの冷却を行うエンジン冷却装置で
あって、前記循環路のエンジン出口側と入口側を、ラジ
エータを介さずにつなぎ、エンジンの排気ポート周囲を
通るバイパス通路と、エンジンの暖機運転時には、冷却
液が、ラジエータを通らず前記バイパス通路を通るよう
に制御し、エンジンの高負荷運転時には、冷却液が、前
記循環路と前記バイパス通路を通るように制御する制御
手段と、を有している。

【０００８】暖機運転時に用いるパイパス通路を、高負
荷運転時に用いて排気を冷却することにより、部品点数
の大幅な増加なしに、暖機時、高負荷時の冷却能力を適
切に調整することができる。

【０００９】さらに、前記制御手段は、前記バイパス通
路と前記循環路のエンジン入口側が交わる位置に設けら
れ、バイパス通路からの冷却液と、ラジエータからの冷
却液とを選択してエンジン入口側に導くよう制御する第
１のバルブと、前記第１のバルブとエンジンの間の、前
記循環路と前記バイパス通路を連通する連通路と、前記
連通路の連通状態を、その開閉により制御する第２のバ
ルブと、を有するものとすることができる。そして、前
記制御手段は、前記暖機運転時には、前記第１のバルブ
により、前記バイパス通路からの冷却液のみエンジン入
口側に導くよう制御し、前記高負荷運転時には、前記第
１のバルブをラジエータからの冷却液がエンジン入口側
に導かれるようにし、前記第２のバルブを開状態にし
て、ラジエータからの冷却液が前記循環路と前記バイパ
ス通路を並行して流れるよう制御する。

【００１０】前記第１のバルブは、公知のサーモスタッ
トとすることができる。前記の構成は、サーモスタット
をエンジン入口側に設けた形式、いわゆるインレットサ
ーモ形式の冷却装置に本発明を適用した具体的な構成で
ある。

【００１１】また、前記制御手段は、前記バイパス通路
と前記循環路のエンジン出口側が交わる位置に設けら
れ、冷却液を、バイパス通路とラジエータとに所定の比
率で送るよう制御する第１のバルブと、前記第１のバル
ブとラジエータの間の循環通路と、前記バイパス通路の
排気ポート周囲部分と前記第１のバルブの間のバイパス
通路とを連通する連通路と、前記連通路の連通状態を、
その開閉により制御する第２のバルブと、を有するもの
とすることができる。そして、前記制御手段は、前記暖
機運転時には、前記第１のバルブを冷却液がバイパス通
路に送られるようにし、前記第２のバルブを閉状態にし
て、バイパス通路からの冷却液のみエンジン入口側に導
くよう制御し、前記高負荷運転時には、第１のバルブを
冷却液がラジエータへ送られるようにし、第２のバルブ
を開状態にして、ラジエータに送られる冷却液の一部を
前記バイパス通路に流すよう制御する。

【００１２】この構成は、サーモスタットをエンジン出
口側に設けた形式、いわゆるアウトレットサーモ形式の
冷却装置に本発明を適用した具体的な構成である。

【００１３】さらに、インレットサーモ形式の冷却装置
においては、前記制御手段は、前記暖機運転の初期にお
いて、第２のバルブを開状態に制御するようにできる。
これによって、エンジンが冷えている場合に、冷却液の
多くを連通路を通し、エンジンに流れないようにするこ
とができる。これによって、冷却液循環に用いられる損
失、すなわち冷却液ポンプの駆動にかかる損失を低減す
ることができる。

【００１４】さらに、前述したいずれかのエンジン冷却
装置において、排気温度を検出する排気温度センサを設
け、排気温度に基づき高負荷運転を判断することができ
る。排気温度センサは、触媒温度を検出するセンサを用
いることができ、特に新たなセンサを設ける必要がな
い。

【００１５】また、排気温度センサを用いない場合は、
エンジンの回転速度、吸気管内の気圧、スロットルバル
ブ開度などのエンジン運転状態を示す値から、エンジン
の負荷状態を算出し、これに基づき冷却装置の制御を行
うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１に
は、本実施形態の冷却装置、特にインレットサーモ形式
の装置の概略構成が示されている。シリンダヘッドとシ
リンダブロックを含む、エンジン本体１０内には冷却液
の通路１２が設けられている。エンジン本体１０からの
冷却液の出口であるアウトレットハウジング１４には、
冷却液をラジエータに送る出口とバイパス通路に送る出
口との二つの出口を有する。前者の出口は、ホース１６
によりラジエータ１８の入口に接続されている。一方、
後者の出口は、バイパス通路２０につながる。バイパス
通路２０は、シリンダヘッド内の排気ポートを取り囲む
ように設けてある。このことから分かるように、図１に
おいて、上方がエンジンの吸気側で、下方がエンジンの
排気側である。バイパス通路２０は、サーモスタット２
２まで達し、このサーモスタット２２はまた、ラジエー
タ１８の出口とホース２４にて接続されている。サーモ
スタット２２は、冷却液の温度に応じて、バイパス通路
２０につながる口と、ラジエータ１８につながる口を開
閉して、冷却液の流れを制御する。サーモスタット２２
の詳細については後述する。さらに、サーモスタット２
２の出口と、エンジン本体１０内の冷却液通路１２の入
口を接続する入口側通路２６が設けられている。入口側
通路２６には、ポンプ２８が設けられており、このポン
プ２８によって冷却液の循環が行われる。入口側通路２
６とバイパス通路２０の排気ポートとサーモスタット２
２の間の部分を連通する連通路３０が設けられ、ここに
は開閉動作する連通路バルブ３２が設けられている。さ
らに、排気管３４には、排気温度を検出する排気温度セ
ンサ３６が設けられている。排気温度センサ３６の出力
は、制御装置であるエンジンＥＣＵ（電子制御装置）３
８に入力する。エンジンＥＣＵ３８は、エンジンの運転
状態の総合的な管理を行い、例えば、スロットルバルブ
開度、エンジン回転速度、エンジンの冷却液温度、吸気
温度など、様々な情報に基づき、適切な燃料噴射量を決
定し、燃料噴射装置の制御を行う。特に、本実施形態に
おいては、エンジンＥＣＵ３８は、連通路バルブ３２の
開閉も制御する。連通路バルブ３２は、電磁ソレノイド
により開閉されるバルブであり、エンジンＥＣＵ３８の
指令に基づきソレノイドに流れる電流が制御され、当該
バルブの開閉が行われる。

【００１７】サーモスタット２２は、暖機運転時など冷
却液の温度が低いときには、ラジエータ１８からの冷却
液の流れを止め、バイパス通路２０からの冷却液をポン
プ２８に流す。一方、冷却液の温度が通常運転状態の温
度となると、前記とは逆に、バイパス通路２０からの流
れを止め、ラジエータ１８からの冷却液をポンプ２８に
流す。暖機運転から通常運転状態に遷移する過程におい
ては、サーモスタット２２は徐々にラジエータ１８から
の冷却液の量を増加させるように働き、バイパス通路２
２およびラジエータ１８の双方からの冷却液を混合して
ポンプ２８に流す。これによって、暖機運転中には、暖
まっていないラジエータ１８内の冷却液が、急にエンジ
ンに送られることを防止している。サーモスタット２２
は、公知のワックス式のものを用いることができる。そ
の他、サーモスタットに代わる構成としては、二つの流
入口と一つの流出口を有し、二つの流入口の流入量の比
率を調整できるリニアソレノイドバルブなどとすること
も可能である。

【００１８】また、冷却液は、一般的には、水に凍結防
止剤や防食剤などを添加した不凍液を用いることができ
る。

【００１９】図２〜５には、エンジンの運転状況に応じ
た冷却液の流れの様子が示されている。図２は、暖機運
転中の冷却液の流れを示す。冷却液の温度が低いのでサ
ーモスタット２２は、バイパス通路２０側を開放し、ラ
ジエータ側を閉鎖している。また、連通路バルブ３２は
閉状態に制御されている。サーモスタット２２によりラ
ジエータ１８への流れが、せき止められているので、冷
却液の全量がバイパス通路２０を流れる。ラジエータ１
８内、およびこれにつながるホース１６，２４内の冷却
液は循環せず、エンジンの冷却に寄与しないので、その
分エンジンの温度が早く上昇する。また、バイパス通路
２０は、排気ポート周囲を通過しているので、ここでも
温度上昇し、より早く暖機運転を終了させることができ
る。

【００２０】図３は、暖機運転が終了し、通常運転中の
冷却液の流れを示す。サーモスタット２２は、バイパス
通路２０側を閉鎖し、ラジエータ１８側を開放してい
る。また、連通路バルブ３２は、閉状態に制御されてい
る。サーモスタット２２がバイパス通路２０をふさいで
いるので、冷却液の全量がラジエータを経由して循環す
る。すなわち、エンジン本体内の冷却液通路１２、ホー
ス１６，２４、ラジエータ１８および入口側通路２６に
より冷却液の循環路が形成されている。

【００２１】図４は、暖機運転はすでに終了しており、
かつエンジンが高負荷運転されているときの冷却液の流
れを示す。暖機運転が終了しているので、サーモスタッ
ト２２は、図３と同様、ラジエータ１８側のみ開放して
いる。また、連通路バルブ３２が開状態に制御される。
これによって、ポンプ２８から送り出された冷却液が、
連通路３０を介してバイパス通路２０を流れ、エンジン
の出口側でエンジン本体の冷却液通路１２を流れた冷却
液と合流する。合流後、ラジエータ１８を通過してポン
プ２８に戻る。このように高負荷運転時には、ポンプ２
８から送り出される冷却液の一部がバイパス通路２０を
通過する。これによって、排気が冷却され排気系の保護
が達成される。

【００２２】図５は、暖機運転の初期、特に冬季などエ
ンジンがかなり低温である場合の冷却液の流れを示す。
冷却液温度が低いので、サーモスタット２２は、バイパ
ス通路２０側のみを開放する。さらに、連通路バルブ３
２が開状態に制御される。ポンプ２８から送り出された
冷却液は、流路抵抗の小さい連通路３０を流れようと
し、その大部分がこちらを流れる。そして、サーモスタ
ット２２を通ってポンプ２８に戻る。エンジンを始動し
てから所定時間経過後、連通路バルブ３２を閉状態に制
御して、その後は、図２と同様になる。バルブ３２を閉
めるタイミングは、エンジン内を冷却液が循環しないこ
とによって生じる局所的な温度上昇による弊害が生じな
い程度のタイミングであり、そのエンジンの特性、始動
前のエンジンの温度などによって定めることができる。

【００２３】また、連通路３０の流路抵抗を調節し、エ
ンジン内の冷却液通路１２にもある程度、冷却液を流す
ようにすることができる。これによれば、前記の局所的
な温度上昇をある程度抑えることができる。

【００２４】図５のように、エンジン始動初期におい
て、冷却液のエンジン本体に流れる量を減少させること
によって、ポンプ２８を駆動するのに要する仕事、すな
わちエンジンのとってはポンプ駆動損失を低減させるこ
とができる。

【００２５】図６には、本発明の他の実施形態にかかる
エンジンの冷却装置、特にアウトレットサーモ形式の装
置の概略構成が示されている。図１に示した構成と同一
の構成については同一の符号を付しその説明を省略す
る。本実施形態において、図１に示した実施形態と異な
る点は、サーモスタット１２２、連通路１３０および連
通路バルブ１３２の配置である。サーモスタット１２２
は、冷却液の循環路のエンジン本体１０からの出口に設
けられ、エンジンからの冷却液を、ラジエータ１８また
はバイパス通路２０を介してポンプ２８へと送る。サー
モスタット１２２は、本実施形態において、公知のワッ
クス式のものであるが、図１の実施形態と同様に他の構
成を用いることも可能である。サーモスタット１２２と
ラジエータ１８をつなぐホース１６と、バイパス通路２
０の排気ポート周囲を通過する部分よりサーモスタット
１２２側の部分とを連通する連通路１３０が設けられて
いる。また、連通路１３０には連通路バルブ１３２が設
けられている。連通路バルブ１３２は、図１の実施形態
の連通路バルブ３２と同様、電磁ソレノイドバルブとす
ることができ、制御部３８の指令に基づき開閉動作す
る。

【００２６】図７〜９には、エンジンの運転状況に応じ
た冷却液の流れの様子が示されている。これらの図の運
転状況は、前述の図２〜４の運転状況に対応する。図７
は、暖機運転中の冷却液の流れを示す。冷却液温度が低
いのでサーモスタット１２２は、バイパス通路２０側を
開放し、ラジエータ１８側を閉鎖している。また、連通
路バルブ１３２は閉状態に制御されている。サーモスタ
ット１２２および連通路バルブ１３２によりラジエータ
１８への流れが、せき止められているので、冷却液の全
量がバイパス通路２０を流れる。ラジエータ１８内、お
よびこれにつながるホース１６，２４内の冷却液は循環
せず、エンジンの冷却に寄与しないので、その分エンジ
ンの温度が早く上昇する。また、バイパス通路２０は、
排気ポート周囲を通過しているので、ここでも温度上昇
し、より早く暖機運転を終了させることができる。

【００２７】図８は、暖機運転が終了し、通常運転中の
冷却液の流れを示す。サーモスタット１２２は、バイパ
ス通路２０側を閉鎖し、ラジエータ１８側を開放してい
る。また、連通路バルブ３２は、閉状態に制御されてい
る。サーモスタット１２２がバイパス通路２０をふさ
ぎ、連通路バルブ１３２が閉じているので、冷却液の全
量がラジエータ１８を経由して循環する。すなわち、エ
ンジン本体１０内の冷却液通路１２、ホース１６，２
４、ラジエータ１８および入口側通路２６により冷却液
の循環路が形成されている。

【００２８】図９は、暖機運転はすでに終了しており、
かつエンジンが高負荷運転されているときの冷却液の流
れを示す。暖機運転が終了しているので、サーモスタッ
ト１２２は、図３と同様、ラジエータ１８側のみ開放し
ている。また、連通路バルブ３２が開状態に制御され
る。これによって、サーモスタット１２２からラジエー
タ１８に向けて流れる冷却液の一部が、連通路１３０を
介してバイパス通路２０に流れ、エンジンの入口側でラ
ジエータ１８を通ってきた冷却液と合流し、ポンプ２８
に戻る。このように高負荷運転時には、冷却液の一部が
バイパス通路２０を通過する。これによって、排気が冷
却され排気系の保護が達成される。

【００２９】図１０は、アウトレットサーモ形式の冷却
装置において、前述の図５に示すように、エンジン本体
には冷却液を流さないようにするための構成が示されて
いる。図６に示す実施形態と同様の構成については、同
一の符号を付しその説明を省略する。本装置には、バイ
パス通路２０の排気ポート周囲を通過する部分の下流側
と入口側通路２６とを連通する連通路２３０が設けら
れ、ここには開閉動作する連通路バルブ２３２が設けら
れている。低温用連通路２３０および低温用連通路バル
ブ２３２は、図５に示す連通路３０と連通路バルブ３２
と全く同様の構成を採ることができ、その機能も同様で
ある。すなわち、暖機運転の初期、特に冬季などエンジ
ンがかなり低温である場合、エンジン内の冷却液通路１
２に流れる冷却液を流さないか、または低減する機能を
有する。暖機運転の初期、低温用連通路バルブ２３２が
開状態に制御される。このとき、冷却液温度は低いの
で、サーモスタット１２２は、バイパス通路２０側のみ
を開放している。しかし、ポンプ２８から送り出された
冷却液は、流路抵抗の小さい低温用溶連通路２３０を流
れようとし、その大部分がこちらを流れ、ポンプに戻
る。エンジンを始動してから所定時間経過後、低温用連
通路バルブ２３２を閉状態に制御して、その後は、低温
用連通路がないと同様の状態、すなわち図７と同様にな
る。バルブ２３２を閉めるタイミングは、エンジン内を
冷却液が循環しないことによって生じる局所的な温度上
昇による弊害が生じない程度のタイミングであり、その
エンジンの特性、始動前のエンジンの温度などによって
定めることができる。

【００３０】また、低温用連通路２３０の流路抵抗を調
節し、エンジン内の冷却液通路１２にもある程度、冷却
液を流すようにすることができる。これによれば、前記
の局所的な温度上昇をある程度抑えることができる。こ
のように、エンジン始動初期において、冷却液のエンジ
ン本体に流れる量を減少させることによって、ポンプ２
８を駆動するのに要する仕事、すなわちエンジンにとっ
てはポンプ駆動損失を低減させることができる。なお、
アウトレットサーモ形式の冷却装置において、連通路１
３０および連通路バルブ１３２を設けずに、低温用の連
通路２３０と連通路バルブ２３２のみを設けるようにす
ることもできる。

【００３１】以上のように、前述の各実施形態において
は、高負荷運転時に特に問題となる排気の温度上昇を効
果的に抑えることができる。すなわち、高負荷運転に対
応して、冷却装置の全体の能力を上げる必要がなく、こ
れに伴う冷却装置の大型化、ポンプ損失の増加、暖機時
間の増加を抑制することができる。さらに、暖機運転時
のバイパス通路と、高負荷運転時の排気ポート冷却通路
を共用化したことにより、構成要素の大幅な増加を避け
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明をインレットサーモ形式の装置に適用
した実施形態の概略構成図である。

【図２】 図１に示す装置の暖機運転時の状態を示す図
である。

【図３】 図１に示す装置の暖機終了後、通常運転時の
状態を示す図である。

【図４】 図１に示す装置の暖機終了後、高負荷運転時
の状態を示す図である。

【図５】 図１に示す装置の暖機運転の初期の状態の制
御例を示す図である。

【図６】 本発明をアウトレットサーモ形式の装置に適
用した実施形態の概略構成図である。

【図７】 図６に示す装置の暖機運転時の状態を示す図
である。

【図８】 図６に示す装置の暖機終了後、通常運転時の
状態を示す図である。

【図９】 図６に示す装置の暖機終了後、高負荷運転時
の状態を示す図である。

【図１０】 図６に示す装置の変形例の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ エンジン本体、１８ ラジエータ、２０ バイパ
ス通路、２２ サーモスタット（第１のバルブ）、２６
入口側通路、２８ ポンプ、３０，１３０連通路、３
２，１３２ 連通路バルブ（第２のバルブ）、３６ 排
気温度センサ、３８ エンジンＥＣＵ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン本体とラジエータとこれらをつ
   なぐ管路を含む循環路に冷却液を通してエンジンの冷却
   を行うエンジン冷却装置において、 前記循環路のエンジン出口側と入口側を、ラジエータを
   介さずにつなぎ、エンジンの排気ポート周囲を通るバイ
   パス通路と、 エンジンの暖機運転時には、冷却液が、ラジエータを通
   らず前記バイパス通路を通るように制御し、エンジンの
   高負荷運転時には、冷却液が、前記循環路と前記バイパ
   ス通路を通るように制御する制御手段と、を有するエン
   ジン冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のエンジン冷却装置にお
   いて、 前記制御手段は、 前記バイパス通路と前記循環路のエンジン入口側が交わ
   る位置に設けられ、バイパス通路からの冷却液と、ラジ
   エータからの冷却液とを選択してエンジン入口側に導く
   よう制御する第１のバルブと、 前記第１のバルブとエンジンの間の、前記循環路と前記
   バイパス通路を連通する連通路と、 前記連通路の連通状態を、その開閉により制御する第２
   のバルブと、を有し、 前記暖機運転時には、前記第１のバルブにより、前記バ
   イパス通路からの冷却液のみエンジン入口側に導くよう
   制御し、前記高負荷運転時には、前記第１のバルブをラ
   ジエータからの冷却液がエンジン入口側に導かれるよう
   にし、前記第２のバルブを開状態にして、ラジエータか
   らの冷却液が前記循環路と前記バイパス通路を並行して
   流れるよう制御する、エンジン冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のエンジン冷却装置にお
   いて、 前記制御手段は、 前記バイパス通路と前記循環路のエンジン出口側が交わ
   る位置に設けられ、冷却液を、バイパス通路とラジエー
   タとに所定の比率で送るよう制御する第１のバルブと、 前記第１のバルブとラジエータの間の循環通路と、前記
   バイパス通路の排気ポート周囲部分と前記第１のバルブ
   の間のバイパス通路とを連通する連通路と、 前記連通路の連通状態を、その開閉により制御する第２
   のバルブと、を有し、 前記暖機運転時には、前記第１のバルブを冷却液がバイ
   パス通路に送られるようにし、前記第２のバルブを閉状
   態にして、バイパス通路からの冷却液のみエンジン入口
   側に導くよう制御し、前記高負荷運転時には、第１のバ
   ルブを冷却液がラジエータへ送られるようにし、第２の
   バルブを開状態にして、ラジエータに送られる冷却液の
   一部を前記バイパス通路に流すよう制御する、エンジン
   冷却装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載のエンジン冷却装置にお
   いて、前記制御手段は、前記暖機運転の初期において、
   第２のバルブを開状態に制御し、エンジン本体に流れる
   冷却液を減じる、エンジン冷却装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のエンジ
   ン冷却装置において、排気温度を検出する排気温度セン
   サを設け、前記制御手段は、排気温度が所定温度以上と
   なったとき高負荷運転と判断する、エンジン冷却装置。