JP2002138835A - 液冷式内燃熱機関の冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖機運転を十分に促進しつつ、暖機運転の終
了後においては、シリンダヘッドを十分に冷却する。 【解決手段】 冷間始動時には、ブロック側通路６１０
に冷却水を供給することを停止し、かつ、ヘッド側通路
６２０に供給する流量を最大流量より少ない流量とし、
暖機運転終了後であって、シリンダブロック１１０の温
度が所定温度未満のときには、ブロック側通路６１０に
冷却水を供給することを停止した状態でヘッド側通路６
２０に冷却水を供給する。これにより、暖機運転時にお
いて、シリンダヘッド１２０が焼き付くことを防止して
暖機運転の促進を図りつつ、暖機運転終了後において、
シリンダヘッド１２０の冷却に必要な冷却水量を確保し
つつ、エンジンオイルの温度が低下することを防止して
摩擦抵抗を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液冷式内燃熱機関
の冷却システムに関するもので、車両用エンジンの冷却
システムに適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】車両用エンジンの冷却システムとして、
例えば特開平７−１８０５５５号公報に記載の発明で
は、シリンダブロック側から冷却水をエンジンに供給す
るシリンダブロック側冷却水通路（以下、ブロック側通
路と略す。）と、シリンダブロックを経由せず直接にシ
リンダヘッド側に冷却水を供給するシリンダヘッド側冷
却水通路（以下、ヘッド側通路と略す。）とを設け、暖
機運転時には、シリンダヘッド側冷却水通路のみに冷却
水を供給して、シリンダヘッドの焼き付きを防止しなが
ら、暖機運転の促進を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
記載の発明では、冷却水温度が所定温度以下のときに
は、バルブ（サーモスタット）を閉じてシリンダブロッ
ク側冷却水通路への冷却水の供給を停止し、冷却水温度
が所定温度を超えたときには、バルブを開いてブロック
側通路に冷却水を供給しているので、ヘッド側通路に供
給する冷却水量を調節することができない。

【０００４】このため、暖機運転の終了後において、シ
リンダヘッドを十分に冷却することができる程度の流量
を確保することができるように、ヘッド側通路の通水抵
抗を設定すると、冷却水量が大きくなり。暖機運転を十
分に促進できなくなるおそれが高い。

【０００５】一方、暖機運転時にシリンダヘッドが焼き
付かない程度の少ない流量とすると、冷却水量が少なく
なり、暖機運転の終了後に、シリンダヘッドを十分に冷
却することができないおそれが高い。

【０００６】本発明は、上記点に鑑み、暖機運転を十分
に促進しつつ、暖機運転の終了後においては、シリンダ
ヘッドを十分に冷却することを目的とする。

【０００７】

【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、請求項１に記載の発明では、液冷式内燃
熱機関（１００）から流出する冷却液を冷却するラジエ
ータ（２００）と、液冷式内燃熱機関（１００）とラジ
エータ（２００）との間で冷却液を循環させるラジエー
タ回路（２１０）と、液冷式内燃熱機関（１００）から
流出する冷却液をラジエータ（２００）を迂回させて液
冷式内燃熱機関（１００）に戻すバイパス回路（２２
０）と、バイパス回路（２２０）を流通する流量とラジ
エータ（２００）を流通する流量とを調節して、液冷式
内燃熱機関（１００）に供給する冷却液の温度を制御す
る温度制御バルブ（３００）と、温度制御バルブ（３０
０）にて温度調節された冷却液を液冷式内燃熱機関（１
００）のシリンダブロック（１１０）側とシリンダヘッ
ド（１２０）側とに分配して供給するとともに、その供
給量を制御する分配制御バルブ（５００）とを有し、暖
機運転時においては、分配制御バルブ（５００）は、シ
リンダブロック（１１０）側へ冷却液を供給することを
停止しつつ、シリンダヘッド（１２０）側に供給する流
量を、分配制御バルブ（５００）がシリンダヘッド（１
２０）側に供給することができる最大流量より少ない流
量とすることを特徴とする。

【０００８】これにより、暖機運転時において、シリン
ダヘッド（１２０）が焼き付くことを防止して暖機運転
の促進を図りつつ、暖機運転終了後において、シリンダ
ヘッド（１２０）の冷却に必要な冷却液量を確保するこ
とができる。

【０００９】したがって、暖機運転を十分に促進しつ
つ、暖機運転の終了後においては、シリンダヘッド（１
２０）を十分に冷却することができる。

【００１０】請求項２に記載の発明では、液冷式内燃熱
機関（１００）は、シリンダブロック（１１０）側に供
給された冷却液がシリンダヘッド（１２０）側を循環し
て液冷式内燃熱機関（１００）外に流出するように構成
されており、暖機運転終了後において、シリンダブロッ
ク（１１０）の温度が所定温度未満のときには、分配制
御バルブ（５００）は、シリンダヘッド（１２０）側に
供給する冷却液の流量を、暖機運転時に比べて増大さ
せ、さらに、暖機運転終了後において、シリンダブロッ
ク（１１０）の温度が所定温度以上となったときには、
シリンダヘッド（１２０）側への冷却液の供給を停止し
た状態で、シリンダブロック（１１０）側へ冷却液を供
給することを特徴とする。

【００１１】これにより、シリンダヘッド（１２０）に
シリンダブロック（１１０）にて加熱されていない温度
の低い冷却水を供給することができる。したがって、シ
リンダヘッド（１２０）を効率良く冷却することができ
る。

【００１２】また、暖機運転終了後であって、シリンダ
ブロック（１１０）の温度が所定温度未満のときには、
シリンダブロック（１１０）側に冷却水を供給すること
を停止するので、エンジンオイルの温度が低下すること
を防止できる。したがって、エンジンオイルの粘度が低
下することを防止できるので、摩擦抵抗（フリクション
ロス）を低減することができる。

【００１３】以上に述べたように、本発明によれば、暖
機運転時にあっては、早期に暖機運転を終了させること
ができるので、液冷式内燃熱機関（１００）燃の燃焼状
態を早期に良好なものとして燃費向上及び未燃焼ガス等
の有害物質（エミッション）の排出量を低減することが
できるとともに、摩擦抵抗（フリクションロス）の低減
により車両燃費を向上させることができる。

【００１４】請求項３に記載の発明では、温度制御バル
ブ（３００）は、液冷式内燃熱機関（１００）の負荷が
大きいときには、負荷が小さいときに比べて液冷式内燃
熱機関（１００）に供給する冷却液の温度を下げること
を特徴とする。

【００１５】これにより、シリンダヘッド（１２０）を
積極的に（効率的に）冷却することができるので、液冷
式内燃熱機関（１００）の温度を効率よく適切な温度に
維持することができる。

【００１６】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。

【００１７】

【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熱機関の冷却システムを車両用
エンジンの冷却システムに適用したもので、図１は本実
施形態に係る冷却システムの模式図であある。

【００１８】図１中、１００は走行用の水冷式エンジン
（液冷式内燃熱機関）であり、２００は水冷式エンジン
１００（以下、エンジン１００と略す。）から流出する
冷却水（冷却液）を冷却するラジエータである。

【００１９】２１０はエンジン１００とラジエータ２０
０との間で冷却水を循環させるラジエータ回路であり、
２２０はエンジン１００から流出する冷却水をラジエー
タ２００を迂回させてエンジン１００に戻すバイパス回
路である。

【００２０】そして、ラジエータ回路２１０とバイパス
回路２２０との合流部（ラジエータ２００の冷却水出口
側におけるバイパス回路２２０との接続部）には、バイ
パス回路２２０を流通する流量とラジエータ２００を流
通する流量とを調節して、エンジン１００に供給する冷
却水の温度を制御する電気式の温度制御バルブ３００が
設けられている。

【００２１】また、温度制御バルブ３００の冷却水流れ
下流側には、エンジン１００から動力を得て冷却水を循
環させるポンプ４００が設けられており、このポンプ４
００の吐出側には、温度制御バルブ３００にて温度調節
された冷却水をエンジン１００のシリンダブロック１１
０側とシリンダヘッド１２０側とに分配して供給すると
ともに、その供給量を制御する電気式の分配制御バルブ
５００が設けられている。

【００２２】そこで、以下、分配制御バルブ５００から
シリンダブロック１１０側に供給される冷却水が流通す
る通路をブロック側通路６１０と呼び、分配制御バルブ
５００からシリンダヘッド１２０側に供給される冷却水
が流通する通路をヘッド側通路６２０と呼ぶ。

【００２３】なお、分配制御バルブ５００は、図２に示
すように、円筒状のロータリバルブ５１０の円筒面に通
路穴５１１を設けて、ロータリバルブ５１０を収納する
バルブケーシング５２０に設けられた両通路６１０、６
２０に連通する連通穴（図示せず。）と通路穴５１１と
の重なり量（バルブ開度）を調節することにより両通路
６１０、６２０への分配流量を制御するものである。

【００２４】因みに、５３０はロータリバルブ５１０を
稼動させるアクチュエータ（本実施形態では、ステッピ
ングモータ）であり、このアクチュエータ５３０は、エ
ンジン制御用電子制御装置（図示せず。）により制御さ
れている。

【００２５】ここで、ブロック側通路６１０からエンジ
ン１００に供給された冷却水は、図１に示すように、シ
リンダブロック１１０内の冷却水通路（ウォータジャケ
ット）を通過してシリンダヘッド１２０内の冷却水通路
を経由してエンジン１００側（ラジエータ２００側）に
流出し、ヘッド側通路６２０からエンジン１００に供給
された冷却水は、シリンダヘッド１２０内の冷却水通路
を経由してエンジン１００側（ラジエータ２００側）に
流出する。

【００２６】つまり、ブロック側通路６１０からエンジ
ン１００に供給された冷却水は、シリンダブロック１１
０及びシリンダヘッド１２０を冷却したの後、エンジン
１００外に流出し、ヘッド側通路６２０からエンジン１
００に供給された冷却水は、シリンダヘッド１２０のみ
を冷却したの後、エンジン１００外に流出する。

【００２７】因みに、シリンダブロック１１０とは、ピ
ストン（図示せず。）が往復運動するシリンダボア（円
柱状の穴）を構成するブロック体を示し、シリンダヘッ
ド１２０とは、シリンダボアの上死点側（クランクシャ
フトの反対側）の開口部を閉塞して燃焼室を構成するブ
ロック体である。そして、通常、シリンダヘッド１２０
には、エンジン１００に燃焼用空気を供給する吸気管１
３０や燃焼ガスを排出する排気管（図示せず。）が接続
されている。

【００２８】また、７００は冷却水を熱源として車室内
の暖房を行うヒータコアであり、７１０は、ヒータコア
７００に冷却水（温水）を供給する温水回路を開閉する
バルブであり、２３０はラジエータ２００に冷却風を送
風する送風機である。

【００２９】次に、本実施形態に係る冷却システムの作
動を述べる。

【００３０】１．冷間始動時（暖機運転） ブロック側通路６１０に冷却水を供給することを停止
し、かつ、ヘッド側通路６２０に供給する流量を、分配
制御バルブ５００がヘッド側通路６２０に供給すること
ができる最大流量より所定量少ない流量なるようにバル
ブ開度を絞る（図３（ａ）参照）。

【００３１】これにより、冷間始動時（暖機運転）に
は、シリンダヘッド１２０が焼き付かない程度の少ない
流量をシリンダヘッド１２０側のみに供給することがで
きるので、エンジン１００の暖機運転を促進しつつ、シ
リンダヘッド１２０の焼き付きを防止することができ
る。

【００３２】なお、本実施形態では、エンジン１００か
ら流出した冷却水の温度（本実施形態では、バイパス回
路２２０を流通して温度制御バルブ３００に流入する冷
却水の温度）が所定温度（例えば、８０℃）以上となっ
たときに、暖機運転が終了したものとみなし、冷却水温
度が８０℃未満のときには、暖機運転が終了していない
ものとみなす。

【００３３】２．暖機運転終了後 ２．１暖機運転終了後であって、シリンダブロック１１
０の温度が所定温度（本実施形態では、約１１０℃）未
満のときブロック側通路６１０に冷却水を供給すること
を停止した状態で、バルブ開度を図３（ｂ）に示すよう
に大きく（絞り度合いを小さく）して、ヘッド側通路６
２０に供給する冷却液の流量を暖機運転時に比べて（本
実施形態では、最大流量まで）増大させる。

【００３４】このとき、最大流量（バルブ開度全開）
は、暖機運転終了後において、シリンダヘッド１２０を
十分に冷却することができる程度の流量を確保すること
ができる程度とする。

【００３５】また、エンジン１００の負荷をスロットル
バルブ１４０の開度又はエンジン１００の吸入負圧によ
り検出して、エンジン負荷が大きいときには、エンジン
負荷が小さいときに比べてエンジン１００（この場合
は、ヘッド側通路６２０）に供給する冷却水の温度を下
げるように温度制御バルブ３００を可変制御する。

【００３６】なお、本実施形態では、シリンダブロック
１１０内（ウォータジャケット）内を流通する冷却水の
温度を検出することにより、シリンダブロック１１０の
温度を検出している。

【００３７】２．２暖機運転終了後であって、シリンダ
ブロック１１０の温度が所定温度以上のときヘッド側通
路６２０への冷却水の供給を停止した状態で、ブロック
側通路６１０へ冷却水を供給する（図３（ｃ）参照）。
これにより、エンジン１００に供給される冷却水は、シ
リンダブロック１１０を冷却した後、シリンダヘッド１
２０を冷却してエンジン１００側に流出するので、シリ
ンダブロック１１０を冷却してピストンとシリンダボア
とが焼き付くことを防止しつつ、シリンダヘッド１２０
を冷却することができる。

【００３８】また、エンジン１００の負荷が大きいとき
には、エンジン負荷が小さいときに比べてエンジン１０
０（この場合は、ブロック側通路６１０）に供給する冷
却水の温度を下げるように温度制御バルブ３００を可変
制御する。

【００３９】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００４０】本実施形態によれば、冷間始動時（暖機運
転時）には、ブロック側通路６１０に冷却水を供給する
ことを停止し、かつ、ヘッド側通路６２０に供給する流
量を最大流量より少ない流量としているので、冷間始動
時（暖機運転時）において、シリンダヘッド１２０が焼
き付くことを防止して暖機運転の促進を図りつつ、暖機
運転終了後において、シリンダヘッド１２０の冷却に必
要な冷却水量を確保することができる。

【００４１】したがって、暖機運転を十分に促進しつ
つ、暖機運転の終了後においては、シリンダヘッド１２
０を十分に冷却することができる。

【００４２】また、暖機運転終了後であって、シリンダ
ブロック１１０の温度が所定温度未満のときには、ブロ
ック側通路６１０に冷却水を供給することを停止した状
態でヘッド側通路６２０に冷却水を供給するので、シリ
ンダヘッド１２０にシリンダブロック１１０にて加熱さ
れていない温度の低い冷却水を供給することができる。
したがって、シリンダヘッド１２０を効率良く冷却する
ことができる。

【００４３】また、暖機運転終了後であって、シリンダ
ブロック１１０の温度が所定温度未満のときには、ブロ
ック側通路６１０に冷却水を供給することを停止するの
で、シリンダボアの内壁とピストン（ピストンリング）
との摺動部を潤滑するエンジンオイルの温度が低下する
ことを防止できる。したがって、エンジンオイルの粘度
が低下することを防止できるので、摩擦抵抗（フリクシ
ョンロス）を低減することができる。

【００４４】以上に述べたように、本実施形態では、冷
間始動時（暖機運転時）にあっては、早期に暖機運転を
終了させることができるので、燃焼室内の燃焼状態を早
期に良好なものとして燃費向上及び未燃焼ガス等の有害
物質（エミッション）の排出量を低減することができる
とともに、摩擦抵抗（フリクションロス）の低減により
車両燃費を向上させることができる。

【００４５】ところで、エンジン負荷が大きくなると、
エンジンの発熱量が増大するので、ノッキングを防止し
てエンジン温度を適切な温度に保つには、エンジン負荷
に応じて冷却能力（冷却水温度及び冷却水量等）を制御
することが望ましい。

【００４６】このとき、エンジン負荷が増大すると、燃
焼室に供給される燃料（ガソリンや軽油）が増大してシ
リンダヘッド１２０の温度が上昇するので、エンジン負
荷が増大したときには、シリンダヘッド１２０を積極的
に冷却することが望ましい。

【００４７】これに対して、本実施形態では、ヘッド側
通路６２０を設けて、エンジン負荷が大きいときには、
エンジン負荷が小さいときに比べてエンジン１００に供
給する冷却水の温度を下げるように温度制御バルブ３０
０を可変制御するので、シリンダヘッド１２０を積極的
に（効率的に）冷却することができる。

【００４８】（第２実施形態）上述の実施形態では、電
気式の温度制御バルブ３００にて冷却水の温度を制御し
たが、本実施形態は、図４に示すように、電気式の温度
制御バルブ３００に代えて、ワックス材の体積変化を利
用して機械的にバイパス回路２２０を流通する流量とラ
ジエータ２００を流通する流量とを調節するサーモスタ
ット式の温度制御バルブ３００を採用することにより、
温度制御バルブ３００の製造原価低減を図ったものであ
る。

【００４９】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、車両エンジンに本発明を適用したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、その他の液冷式内燃熱機関
の冷却手ステムに適用することができる。

【００５０】また、上述の実施形態では、スロットルバ
ルブの開度又は吸入負圧によりエンジン負荷を検出した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばク
ランクシャフトに発生するトルク（クランクシャフトの
回転数の変化率）等からエンジン負荷を検出してもよ
い。

【００５１】また、分配制御バルブ５００は、上述の実
施形態に示されたものに限定されるものではなく、スプ
ール式等のその他形式のバルブであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る冷却システムの模
式図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る分配制御バルブの
模式図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係る分配制御バルブの
作動を示す模式図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る冷却システムの模
式図である。

【符号の説明】

１００…エンジン（液冷式内燃熱機関）、１１０…シリ
ンダブロック、１２０…シリンダヘッド、２００…ラジ
エータ、３００…温度制御バルブ、４００…ポンプ、５
００…分配制御バルブ、６１０…シリンダブロック側通
路、６２０…シリンダヘッド側通路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液冷式内燃熱機関（１００）から流出す
   る冷却液を冷却するラジエータ（２００）と、 前記液冷式内燃熱機関（１００）と前記ラジエータ（２
   ００）との間で冷却液を循環させるラジエータ回路（２
   １０）と、 前記液冷式内燃熱機関（１００）から流出する冷却液を
   前記ラジエータ（２００）を迂回させて前記液冷式内燃
   熱機関（１００）に戻すバイパス回路（２２０）と、 前記バイパス回路（２２０）を流通する流量と前記ラジ
   エータ（２００）を流通する流量とを調節して、前記液
   冷式内燃熱機関（１００）に供給する冷却液の温度を制
   御する温度制御バルブ（３００）と、 前記温度制御バルブ（３００）にて温度調節された冷却
   液を前記液冷式内燃熱機関（１００）のシリンダブロッ
   ク（１１０）側とシリンダヘッド（１２０）側とに分配
   して供給するとともに、その供給量を制御する分配制御
   バルブ（５００）とを有し、 暖機運転時においては、前記分配制御バルブ（５００）
   は、前記シリンダブロック（１１０）側へ冷却液を供給
   することを停止しつつ、前記シリンダヘッド（１２０）
   側に供給する流量を、前記分配制御バルブ（５００）が
   前記シリンダヘッド（１２０）側に供給することができ
   る最大流量より少ない流量とすることを特徴とする液冷
   式内燃熱機関の冷却システム。
2. 【請求項２】 前記液冷式内燃熱機関（１００）は、前
   記シリンダブロック（１１０）側に供給された冷却液が
   前記シリンダヘッド（１２０）側を循環して前記液冷式
   内燃熱機関（１００）外に流出するように構成されてお
   り、 暖機運転終了後において、前記シリンダブロック（１１
   ０）の温度が所定温度未満のときには、前記分配制御バ
   ルブ（５００）は、前記シリンダヘッド（１２０）側に
   供給する冷却液の流量を、暖機運転時に比べて増大さ
   せ、 さらに、暖機運転終了後において、前記シリンダブロッ
   ク（１１０）の温度が所定温度以上となったときには、
   前記シリンダヘッド（１２０）側への冷却液の供給を停
   止した状態で、前記シリンダブロック（１１０）側へ冷
   却液を供給することを特徴とする請求項１に記載の液冷
   式内燃熱機関の冷却システム。
3. 【請求項３】 前記温度制御バルブ（３００）は、前記
   液冷式内燃熱機関（１００）の負荷が大きいときには、
   負荷が小さいときに比べて前記液冷式内燃熱機関（１０
   ０）に供給する冷却液の温度を下げることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の液冷式内燃熱機関の冷却システ
   ム。