JP2000045774A - 液冷式内燃機関の冷却装置 - Google Patents

液冷式内燃機関の冷却装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不必要なポンプ仕事の低減を図る。 【解決手段】 電動ポンプ５００の吐出流量が、エンジ
ン１００の冷却水出口側の冷却水温度と、エンジン１０
０の冷却水入口側の冷却水温度との差が所定温度差ΔＴ
となるように制御する。これにより、エンジン負荷が小
さくなるほど、吐出流量が小さくなるので、不必要なポ
ンプ仕事の低減を図ることができるとともに、エンジン
１００の温度分布が大きく変化することを防止できるの
で、エンジン１００の熱歪みを防止して燃費の向上を図
りつつ、耐久性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液冷式内燃機関の
冷却装置に関するもので、車両に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】液冷式内燃機関（以下、エンジンと呼
ぶ。）の燃費を向上させる手段として、例えば特開平８
−１２８５５９号公報に記載のごとく、エンジン負荷が
小さいときには、エンジン負荷が大きいときに比べて冷
却水の温度を高く維持するという手段が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、冷却
水を循環させるポンプは、エンジンから駆動力を得て稼
働しているため、エンジン内を循環する冷却水の循環流
量は、図９に示すように、エンジン回転数に比例して変
化する。一方、冷却水の温度は、循環流量の減少に応じ
て上昇するので、エンジン負荷が小さいときには、前述
のごとく、冷却水の温度を高くしても良いので、エンジ
ン負荷が小さいときには、ポンプの回転数を低くして循
環流量を減少することができる。
【０００４】しかし、エンジンから駆動力を得て稼働す
るポンプでは、エンジン負荷が小さいときには、本来、
循環流量を小さくしてポンプ仕事を小さくすることがで
きるのに、エンジン負荷に応じて循環流量を変化させる
ことができないので、不必要なポンプ仕事が増大する。
本発明は、上記点に鑑み、不必要なポンプ仕事の低減を
図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１、
２に記載の発明では、ポンプ（５００）は、液冷式内燃
機関（１００）の冷却液出口側での冷却液温度と、液冷
式内燃機関（１００）の冷却液入口側での冷却液温度と
の差が所定温度差（ΔＴ）となるように、冷却液を循環
させることを特徴とする。
【０００６】これにより、後述するように、液冷式内燃
機関（１００）の負荷が小さくなるほど、循環させる流
量が小さくなるので、不必要なポンプ仕事の低減を図る
ことができる。また、入口側と出口側との温度差が所定
温度差（ΔＴ）となるように冷却液を循環させるので、
液冷式内燃機関（１００）の温度分布が大きく変化する
ことを防止できる。したがって、液冷式内燃機関（１０
０）の熱歪みを防止することができるので、燃費の向上
を図りつつ、液冷式内燃機関（１００）の耐久性を向上
させることができる。
【０００７】請求項３に記載の発明では、ポンプ（５０
０）は、液冷式内燃機関（１００）の回転数と前記内燃
機関（１００）の負荷に基づいて決定される目標吐出流
量（Ｖwp）となるように制御されることを特徴とする。
これにより、後述するように、液冷式内燃機関（１０
０）の負荷に応じて冷却液の温度を適切に制御すること
ができるので、請求項１に記載の発明と同様に、液冷式
内燃機関（１００）の燃費の向上を図りつつ、耐久性を
向上させることができる。
【０００８】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
【０００９】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は本
発明に係る液冷式内燃機関の冷却装置を車両走行用の水
冷式エンジン（液冷式内燃機関）に適用したものであ
り、図１は本実施形態に係る冷却装置の模式図である。
【００１０】図１中、２００は水冷式エンジン（以下、
エンジン略す。）１００内を循環する冷却水（冷却液）
を冷却するラジエータであり、２１０はラジエータ２０
０に冷却水を循環させるラジエータ回路である。３００
は、エンジン１００から流出する冷却水をラジエータ２
００を迂回させてラジエータ回路２１０のうちラジエー
タ２００の流出口側に冷却水を導くバイパス回路であ
る。そして、バイパス回路３００とラジエータ回路２１
０との合流部位２２０には、ラジエータ回路２１０を流
通する冷却水の流量（以下、この流量をラジエータ流量
Ｖr と呼ぶ。）と、バイパス回路３００を流通する冷却
水の流量（以下、この流量をバイパス流量Ｖb と呼
ぶ。）とを制御するロータリ式流量制御弁（以下、制御
弁と略す。）４００が配設されており、この制御弁４０
０より冷却水流れ下流側（エンジン１００側）には、エ
ンジン１００と独立して稼働して冷却水を循環させる電
動ポンプ（以下、ポンプと略す。）５００が配設されて
いる。
【００１１】ここで、制御弁４００の概略構造について
述べておく。制御弁４００は、図２に示すように、制御
弁４００とポンプ５００とが、ポンプハウジング５１０
とバルブハウジング４１０とで一体化されている。因み
に、両ハウジング４１０、５１０は共に樹脂製である。
そして、バルブハウジング４１０内には、図３に示すよ
うに、長手方向（軸方向）一端側が閉塞された円筒状
（コップ状）のロータリバルブ（以下、バルブと略
す。）４２０が回転可能に収納されており、このバルブ
４２０は、図２に示すように、複数枚の歯車４３１から
なる減速装置及びサーボモータ（駆動手段）４３２を有
するアクチュエータ部４３０により円筒軸周りに回転駆
動される。
【００１２】また、バルブ４２０の円筒側面４２０ａに
は、図３に示すように、その円筒側面４２０ａ内外を連
通させる合同形状（本実施形態では、等しい直径寸法を
有する円形状）の第１、２バルブポート４２１、４２２
が形成されており、両バルブポート４２１、４２２は、
バルブ４２０の円筒軸に対して約９０度ずれている。一
方、バルブハウジング４１０のうちバルブ４２０の円筒
側面４２０ａに対応する部位には、図３に示すように、
ラジエータ回路２１０側に連通するラジエータポート
（ラジエータ側流入口）４１１、及びバイパス回路３０
０側に連通するバイパスポート（バイパス側流入口）４
１２が形成されている。そしてさらに、バルブハウジン
グ４１０のうち、バルブ４２０の円筒軸軸方向他端側に
対応する部位には、バルブ４２０の円筒内部４２０ｂと
ポンプ５００の吸入側とを連通させるポンプポート（流
出口）４１３が形成されている。
【００１３】なお、４４０はバルブ４２０の円筒側面４
２０ａとバルブハウジング４１０の内壁との隙間を密閉
して、ラジエータポート４１１及びバイパスポート４１
２からバルブハウジング４１０内に流入した冷却水がバ
ルブ４２０の円筒内部４２０ｂを迂回してポンプポート
４１３に流通することを防止するパッキンである。ま
た、バルブ４２０の回転シャフト４２３には、図２に示
すように、バルブ４２０の回転角度（制御弁４００の弁
開度）を検出するポテンショメータ（開度検出手段）４
２４が設けられており、このポテンショメータ４２４の
検出信号は、後述するＥＣＵ６００に入力されている。
【００１４】また、６００は制御弁４００及びポンプ５
００を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）である。そし
て、ＥＣＵ６００には、エンジン１００の吸入負圧を検
出する圧力センサ（圧力検出手段）６１０、冷却水の温
度検出する第１〜３水温センサ（温度検出手段）６２１
〜６２３、及びエンジン１００の回転数を検出する回転
センサ（回転数検出手段）６２４からの検出信号が入力
されており、ＥＣＵ６００はこれらの信号に基づいて、
制御弁４００、ポンプ５００及び送風機２３０を制御す
る。
【００１５】次に、ポンプ５００の作動を図４に示すフ
ローチャートに基づいて述べる。車両のイグニッション
スイッチ（図示せず）が投入された後、エンジン１００
が始動すると、回転センサ６２４及び圧力センサ６１０
の検出値を読み込み（Ｓ１００）、圧力センサ６１０の
検出値及び回転センサ６２４の検出値（エンジン回転
数）に基づいて図５に示すマップから流量係数αを決定
する（Ｓ１１０）。ここで、圧力センサ６１０の検出値
は、エンジン負荷に対応するものである。
【００１６】なお、図５に示すマップは、図６に示すよ
うに、エンジン回転数及びエンジン負荷ごとに、エンジ
ン１００の冷却水出口側の冷却水温度（出口水温）と、
エンジン１００の冷却水入口側の冷却水温度（入口水
温）との差が所定温度差ΔＴとなるような値を試験にて
求め、その値をプロットしたものである。因みに、図６
に示す流量とは、後述する目標流量Ｖwpと一致するもの
である。
【００１７】次に、数式１に基づいてポンプ５００の目
標吐出流量（エンジン１００内を循環する冷却水の循環
流量）Ｖwpを決定するとともに（Ｓ１２０）、この目標
吐出流量Ｖwpとなるポンプ５００の印加電圧Ｅwpを数式
２に基づいて決定する（Ｓ１３０）。
【００１８】
【数１】Ｖwp＝ａ・Ｎｅ・α a：係数 Ｎｅ：エンジン回転数（rpm ）
【００１９】
【数２】Ｅwp＝ｂ1 ・（Ｖwp）n ＋ｂ2 ・（Ｖwp）n-1
＋……＋ｂn ・（Ｖwp）＋ｃ ｂ1 、ｂ2 ……、ｂn 、ｃ：係数 そして、Ｓ１３０で決定した印加電圧Ｅwpをポンプ５０
０に印加し（Ｓ１４０）、Ｓ１００も戻る。
【００２０】なお、第１〜３水温センサ６２１〜６２３
の検出値は、制御弁４００の開度を制御するために検出
されており、本実施形態では、第１〜３水温センサ６２
１〜６２３の検出値は、ポンプ５００の制御には直接に
利用されていない。次に、本実施形態の特徴を述べる。
エンジン負荷が増大すると、エンジン１００に供給され
る燃料の増大とともにエンジン１００の発熱量が増大す
るので、エンジン１００の温度（シリンダやシリンダヘ
ッド等の温度）と冷却水の温度と温度差が大きくなり、
図７に示すように、エンジン１００から冷却水に与えら
れる熱量（冷却損失熱量）が上昇し、エンジン１００が
オーバヒートすることが防止される。
【００２１】そして、エンジン回転数が一定とすれば、
エンジン負荷の増大に応じて冷却損失熱量も図７、８に
示すように増大するが、本実施形態では、図８に示すよ
うに、出口水温と入口水温との温度差がエンジン負荷に
よらず略一定に維持される。これに対して、エンジンか
ら駆動力を得て稼働するポンプ（メカポンプ）を用いた
従来の冷却装置では、本実施形態に係る冷却装置に比べ
て、エンジン負荷に応じて吐出流量（循環流量）を変化
させることができないので、エンジン負荷が小さくなる
ほど、等しい冷却損失熱量に対する循環流量が大きくな
る。
【００２２】そして、通水系の圧力損失（ポンプの吐出
圧）は、流量の約２乗に比例して増大するので、メカポ
ンプを用いた従来の冷却装置では、ポンプ仕事が本実施
形態に係る冷却装置に比べて大きくなる。したがって、
本実施形態に係る冷却装置によれば、不必要なポンプ仕
事の低減を図ることができるとともに、エンジン負荷に
応じて冷却水温度を適切に制御することができる。延い
ては、エンジン１００の温度分布が大きく変化すること
を防止できるので、エンジン１００の熱歪みを防止する
ことができ、燃費の向上を図りつつ、エンジンの耐久性
を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却装置の模式図である。
【図２】制御弁とポンプとが一体化されたものの外形図
である。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】冷却装置の制御フローチャートである。
【図５】流量係数とエンジン回転数との関係を示すグラ
フである。
【図６】図５のグラフの内容を示す図表である。
【図７】冷却損失熱量とエンジン回転数との関係を示す
グラフである。
【図８】電動ポンプの循環流量等とメカポンプの循環流
量等とを示す図表である。
【図９】循環流量とエンジン回転数との関係を示すグラ
フである。
【符号の説明】
１００…エンジン（液冷式内燃機関）、２００…ラジエ
ータ、２３０…送風機、３００…バイパス回路、４００
…ロータリ式流量制御弁、５００…電動ポンプ、６００
…電子制御装置、６１０…圧力センサ、６２１…第１水
温センサ、６２２…第２水温センサ、６２３…第３水温
センサ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液冷式内燃機関（１００）から流出する
    冷却液を冷却し、冷却した冷却水を前記液冷式内燃機関
    （１００）に還流させるラジエータ（２００）と、 前記液冷式内燃機関（１００）と独立に稼働し、前記液
    冷式内燃機関（１００）と前記ラジエータ（２００）と
    に冷却液を循環させるポンプ（５００）とを有し、 前記ポンプ（５００）は、前記液冷式内燃機関（１０
    ０）の冷却液出口側での冷却液温度と、前記液冷式内燃
    機関（１００）の冷却液入口側での冷却液温度との差が
    所定温度差（ΔＴ）となるように、冷却液を循環させる
    ことを特徴とする液冷式内燃機関の冷却装置。
  2. 【請求項２】 前記所定温度差（ΔＴ）は、前記液冷式
    内燃機関（１００）の回転数に基づいて決定されること
    を特徴とする請求項１に記載の液冷式内燃機関の冷却装
    置。
  3. 【請求項３】 液冷式内燃機関（１００）から流出する
    冷却液を冷却し、冷却した冷却水を前記液冷式内燃機関
    （１００）に還流させるラジエータ（２００）と、 前記液冷式内燃機関（２００）と独立に稼働し、前記液
    冷式内燃機関（１００）と前記ラジエータ（２００）と
    に冷却液を循環させるポンプ（５００）とを有し、 前記ポンプ（５００）は、前記液冷式内燃機関（１０
    ０）の回転数と前記内燃機関（１００）の負荷に基づい
    て決定される目標吐出流量（Ｖwp）となるように制御さ
    れることを特徴とする液冷式内燃機関の冷却装置。
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