JP2002295253A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの冷間時のエンジンの暖機を促進さ
せる簡便な構造のエンジンの冷却装置を提供すること。 【解決手段】 シリンダヘッド冷却通路２ａ及びシリン
ダブロック冷却通路３ａに供給される冷媒の流量を制御
する第２流量制御弁１３と、エンジン１以外の駆動力に
より駆動される第２ポンプ機構１２とをラジエータ通路
内９に直列に設け、第２流量制御弁１３と第２ポンプ手
段１２をラジエータ通路９に連通させるか、冷媒を断熱
的に貯蔵する蓄熱器８を介して第１ポンプ手段４に連通
させるかを制御する切替弁１１を第２ポンプ手段１２と
蓄熱器８との間に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の冷却装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの冷却装置内に配置された蓄熱
式リザーバタンクに高温の冷却水を保存し、エンジンの
冷間始動時にリザーバタンク内に保存されていた暖かい
冷却水を冷却水回路を切り換える切替弁によって、エン
ジンの特定部分、例えばヒータコアやエンジンのシリン
ダブロック及びシリンダヘッドに選択的に放出して、ヒ
ータ性能を確保したり、機関の始動性を向上させるよう
にしたエンジンの冷却装置が特開平９−１３９６４号公
報（第１の従来技術という）には開示されている。

【０００３】また、実開平６−７４４０８号公報（第２
の従来技術という）には冷媒を補助サイクルで蓄熱器を
介してヒータコアに熱媒を供給する自動車用暖房装置が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術においては、エンジンの冷却水回路に冷却水を
供給するウォータポンプを用いてリザーバタンク内に貯
蔵された暖かい冷却水を供給するように構成されてい
る。このため、暖かい冷却水は、リザーバタンクの容量
と比較してその容量が大きいエンジンの冷却水回路、例
えば、シリンダブロックとシリンダヘッドに構成された
冷却水回路へ供給される。このため、リザーバタンク内
の暖かい冷却水はすぐに消費されてしまう。リザーバタ
ンク内に貯蔵されている冷却水が消費されると今までエ
ンジンの冷却回路内に滞留していた冷たい冷却水が再度
エンジンの冷却回路内に循環することとなり、暖かい冷
却水が供給されることでその温度が上昇していたエンジ
ンのシリンダブロックやシリンダヘッドの温度を再び低
下させてしまうという問題が生じる。

【０００５】また、第２の従来技術においては補助サイ
クルを用いて蓄熱器の暖かい冷媒を所定の冷却回路に供
給することができるが、そのために専用のポンプ手段を
必要とする。このポンプ手段はエンジンの運転中のごく
限られた時にのみにしか使用されないので非常に無駄で
ある。

【０００６】それゆえ、本発明は、エンジンの冷間時の
エンジンの暖機を促進させる簡便な構造のエンジンの冷
却装置を提供することを、その課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために請求項１の発明にて講じた技術的手段は、エンジ
ンのシリンダヘッドに設けられたシリンダヘッド冷却通
路と、該シリンダヘッド冷却通路とは独立して形成され
るエンジンのシリンダブロックに設けられたシリンダブ
ロック冷却通路と、これら通路に冷媒を供給する第１ポ
ンプ機構と、冷媒と外気との熱交換を行うラジエータ
と、該ラジエータと前記シリンダヘッド冷却通路及び前
記シリンダブロック冷却通路を接続するラジエータ通路
と、前記ラジエータと前記第１ポンプ機構とを接続する
ラジエータ帰還通路と、前記ラジエータ通路と前記ラジ
エータ帰還通路とを短絡させるバイパス通路と、前記ラ
ジエータに流れる冷媒の流量と、前記バイパス通路に流
れる冷媒の流量を制御する第１流量制御弁とを備えてな
るエンジンの冷却装置において、前記シリンダヘッド冷
却通路及び前記シリンダブロック冷却通路に供給される
冷媒の流量を制御する第２流量制御弁と、前記エンジン
以外の駆動力により駆動される第２ポンプ機構とを前記
ラジエータ通路内に直列に設け、第２制御弁と第２ポン
プ手段をラジエータ通路に連通させるか、冷媒を断熱的
に貯蔵する蓄熱器を介して前記第１ポンプ手段に連通さ
せるかを制御する切替弁を前記第２ポンプ手段と前記蓄
熱器との間に配置したことである。

【０００８】これによって、エンジンのシリンダヘッド
だけ、あるいはシリンダブロックにだけに選択的に蓄熱
器に貯蔵された暖かい冷媒を供給できる冷媒回路を構成
することができ、暖かい冷媒が供給される冷媒回路の容
量を小さくすることができる。このため、蓄熱器に貯蔵
された冷媒を効率よくエンジン（のシリンダヘッドある
いはシリンダブロック）を温めることに使用でき、その
暖機性を向上させる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に従った実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１０】図１は本発明の実施の形態を示す冷却回路
の模式図である。

【００１１】図１において、エンジン１のシリンダヘッ
ド２の内部にはその冷却用通路としてシリンダヘッドウ
ォータジャケット２ａ（シリンダヘッド冷却通路）が形
成されている。また、エンジンのシリンダブロック３の
内部には、その冷却用通路としてシリンダブロックウォ
ータジャケット３ａ（シリンダブロック冷却通路）が形
成されている。シリンダヘッドウォータジャケット２ａ
及びシリンダブロックウォータジャケット３ａの入口に
はウォータポンプ４が連通している。ウォータポンプ４
はエンジン１の駆動力によって内部に配置された図示し
ないインペラが回転することによって冷媒を吐出する公
知のものである。ウォータポンプ４はラジエータ帰還通
路５の途中に配置された第１流量制御弁６を介してラジ
エータ７の出口７ａと連通する。第１流量制御弁６はラ
ジエータ７の入口７ｂに連通するラジエータ通路９から
分岐し、ラジエータ７と平行に設けられたバイパス通路
１０と連通し、ラジエータ通路９の冷媒をラジエータ７
を介してラジエータ帰還通路５と連通させるか、バイパ
ス回路１０を介して（ラジエータ７を迂回して）ラジエ
ータ帰還通路５と連通させるかを切り換える。

【００１２】本実施形態において、この第１流量制御弁
７はサーモワックスによって作動される公知のサーモス
タット弁であり、冷媒の温度に応じて通路を切り換え、
バイパス通路１０に流れる冷媒の流量を変化させるもの
である。この第１流量制御弁７はラジエータ通路９の冷
媒を全てバイパス通路１０あるいはラジエータ７を介し
てラジエータ帰還通路５に流動させるものである。本実
施形態においてはこのような流量制御弁を用いたがその
他の構成を有する流量制御弁で構成されていてもよいこ
とは言うまでもない。

【００１３】ラジエータ通路９は第２ウォータポンプ１
２と、第１切替弁１１と、第２流量制御弁１３とを介し
てシリンダヘッドウォータジャケット２ａ及びシリンダ
ブロックウォータジャケット３ａと連通している。ま
た、第１切替弁１１は蓄熱器８とシリンダヘッドウォー
タジャケット２ａを介して第１ウォータポンプ４と連通
している。この第１切替弁１１は所謂三方弁であり、第
２ウォータポンプ１２を蓄熱器８を介して第１ウォータ
ポンプ４とを連通させるか、ラジエータ通路９を介して
バイパス通路１０またはラジエータ７と連通させるかを
切り換える。蓄熱器８は第１切替弁１１と第１ウォータ
ポンプ４との間に設けられ、蓄熱器通路２１を介してシ
リンダヘッドウォータジャケット２ａと連通している。
蓄熱器８は冷媒を所定の量断熱的に貯蔵するタンクであ
り、その内部には温度の高い冷媒が貯蔵されている。第
２流量制御弁１３はモータなどの駆動源によって作動す
るバタフライ弁などによって通路の流路面積を制御し
て、シリンダヘッドウォータジャケット２ａからラジエ
ータ通路９へを流れる冷媒の流量と、シリンダブロック
ウォータジャケット３ａからラジエータ通路９へ流れる
冷媒の流量の比を調整するものである。この第２流量調
整弁１３は一方の側（シリンダヘッドウォータジャケッ
ト２ａまたはシリンダブロックウォータジャケット３
ａ）だけをラジエータ通路９と連通させるように切り換
えることができる。

【００１４】第２ウォータポンプ１２は、例えばモータ
等のエンジン１が駆動しているか否かに関わらず作動で
きる駆動源によって駆動される公知のウォータポンプで
ある。

【００１５】ラジエータ通路９とラジエータ帰還通路５
の間にはバイパス通路１０と平行して熱交換器通路１４
が設けられ、その途中には変速機オイル熱交換器１５、
エンジンオイル熱交換器１６、第２切替弁１７がそれぞ
れ配置されている。変速機オイル熱交換器１５とエンジ
ンオイル熱交換器１６は所謂公知の熱交換器であり、冷
媒と変速機オイル、エンジンオイルとそれぞれ熱交換し
てオイルを加熱したり冷却したりする。第２切替弁１７
は熱交換器通路１４とラジエータ帰還通路５との連通・
遮断を切り換える弁である。この第２切替弁１７がこれ
ら通路の連通・遮断を切り換えられることで変速機オイ
ル熱交換器１５とエンジンオイル熱交換器１６の熱交換
量が調整される。

【００１６】ラジエータ帰還通路５の第１ウォータポン
プ４よりもラジエータ７側にはヒータ通路１８が分岐し
ており、ヒータコア１９と第３切替弁２０とを介してラ
ジエータ通路９と連通する。ヒータコア１９は、冷媒と
車室内空気との間で熱交換する熱交換器であり、冷媒と
の間で熱交換した車室内空気は車室の暖房に用いられる
ので所謂ヒータ装置を構成する。第３切替弁２０はヒー
タ通路１８とラジエータ通路９との間の連通・遮断を切
り換える弁である。この第３切替弁２０はどのような弁
体で構成されていてもよいが、車室内の暖房が（運転者
のスイッチ操作などにより）ｏｎされるとヒータコア１
９へ熱源となる冷媒を導入すべくヒータ通路１８とラジ
エータ通路９との間を連通させることで車室内にヒータ
コア１９で冷媒と熱交換して温められた空気が供給され
る。

【００１７】図２〜図５を用いて本発明の実施の形態の
作動について説明する。

【００１８】図２は本発明の実施の形態のエンジンの冷
却装置において、その始動前の冷却回路の構成を示す図
面である。

【００１９】図２において、エンジン１は始動していな
いので第１ウォータポンプ４は作動していない。また、
第２ウォータポンプ１２は作動している。第１切替弁１
１は第２ウォータポンプ１２と蓄熱器８とを連通する第
１切替位置に切り換えられている。また、第２流量制御
弁１３はシリンダブロックウォータジャケット１ａとラ
ジエータ通路９との連通を遮断し、シリンダヘッドウォ
ータジャケット２ａのみがラジエータ通路９と連通する
第１制御位置になるように制御されている。これによ
り、第２ウォータポンプ１１、第１切替弁１１、蓄熱器
８、蓄熱器通路２１、シリンダヘッドウォータジャケッ
ト２ａ、第２流量制御弁１３、ラジエータ通路９を介し
て第２ウォータポンプ１１へと至る第１冷却回路１００
が構成される。いま、第２ウォータポンプ１１が駆動す
ると蓄熱器８に保存された温度の高い冷媒は、エンジン
１の冷却装置全体と比較してその容量が小さいシリンダ
ヘッドウォータジャケット２ａのみに供給される。蓄熱
器８は第１ウォータポンプ４と連通しているが、第２流
量制御弁１３によりシリンダブロックウォータジャケッ
ト３ａからの冷媒の流動がないため、第１ウォータポン
プ４およびシリンダブロックウォータジャケット３ａに
蓄熱器８に貯蔵されていた冷媒が供給されることはな
い。ここで、ヒータ通路１８に設けられている第３切替
弁２０がヒータ通路１８とラジエータ通路８とを連通す
るように切り替えられていると蓄熱器８の冷媒は第１ウ
ォータポンプ４を介してヒータ通路１８およびヒータコ
ア１９にも供給される。このとき第１ウォータポンプ４
は駆動していないので単なる通路として機能する。

【００２０】これによって、蓄熱器８に貯蔵されている
冷媒は第１冷却回路１００内を循環し、この第１冷却回
路１００を構成する通路に蓄熱器に貯蔵されていた冷媒
の熱が供給される。第１冷却回路１００にはシリンダヘ
ッドウォータジャケット２ａが含まれているので蓄熱器
８に貯蔵されていた冷媒の熱はシリンダヘッド２を温め
る。また、比較的容量が大きいシリンダブロックウォー
タジャケット３ａやバイパス通路１０などに蓄熱器８に
貯蔵されている冷媒は供給されないので、その熱を効率
的にシリンダヘッド２に伝達させることができる。ま
た、ヒータがｏｎされる場合には図５に示すように第３
切替弁２０がヒータ通路１８とラジエータ通路９とを連
通させ、ヒータコア１９にも蓄熱器８に貯蔵されていた
冷媒が供給されるのでエンジン１の暖機前でもヒータ性
能を確保することができる。

【００２１】図３は本発明の実施の形態の冷却装置がエ
ンジンの暖機終了後で、エンジンの負荷が低中負荷の領
域にあるときの作動を示す模式図である。

【００２２】図３において、エンジン１は始動してお
り、第１ウォータポンプ４が作動している。また、第２
ウォータポンプ１２は停止している。第１切替弁１１は
ラジエータ通路９を介してバイパス通路１０またはラジ
エータ７と連通させる第２切替位置に切り替えられてい
る。また、第１流量制御弁６は第１制御位置に、第２流
量制御弁１３はシリンダブロックウォータジャケット３
ａからラジエータ通路９への冷媒の流通量を小とし、シ
リンダヘッドウォータジャケット２ａからラジエータ通
路９への冷媒の流通量を大とする第２制御位置に制御さ
れている。

【００２３】これによって、第１ウォータポンプ４、シ
リンダブロックウォータジャケット３ａ、シリンダヘッ
ドウォータジャケット２ａ、第２流量制御弁１３、ラジ
エータ通路９、第２ポンプ１２、第１切替弁１１、バイ
パス通路１０、第１流量制御弁６、ラジエータ帰還通路
５からなる第２冷媒回路２００が構成される。このと
き、第２切替弁１７はエンジン１の運転状況に応じたオ
イルの温度となるように、エンジンオイル、変速機オイ
ル両熱交換器１５、１６に冷媒を供給・遮断するように
オイル熱交換器通路１４と第２冷媒回路２００との連通
を適宜切り替えられている。また、第３切替弁２０はヒ
ータの作動ｏｎ／ｏｆｆに応じてヒータ通路１８が第２
冷媒回路２００と連通するように適宜切り替えられてい
る。このとき、第２ウォータポンプ１２は作動していな
いが、ラジエータ通路９の一部として機能する。

【００２４】通常、エンジン１の暖気後でエンジン１の
負荷が低、中負荷である場合には、エンジン１の温度
（冷媒の温度）は比較的高い温度、たとえば１００℃前
後に維持されるとエンジン１の効率を向上できることが
一般に良く知られている。このため、冷却回路２００内
の冷媒の流量は少ないことが望ましい。また、エンジン
１の図示しない燃焼室のうち、その温度が非常に高温と
なる部分はシリンダヘッド２に構成されている。このた
め、シリンダヘッド２を冷却するシリンダヘッドウォー
タジャケット２ａにはより多くの冷媒が供給される必要
がある。

【００２５】このようなときに従来の構成の冷却装置に
おいては、シリンダブロックウォータジャケット３ａに
はシリンダヘッドウォータジャケット２ａと同じ量の冷
媒が供給されている。ところが、シリンダブロックウォ
ータジャケット３ａへの冷媒の供給はこのようなときに
はあまり必要なく、冷媒の供給によりエンジン１の過冷
却を招く。つまり、第１ウォータポンプ４から吐出され
た冷媒が効率よく使用できなかった。しかしながら、本
実施形態によれば、第２流量制御弁１３を制御すること
によって、シリンダヘッドウォータジャケット２ａとシ
リンダブロックウォータジャケット３ａとに流れる冷媒
の量を制御することができる。これにより、多くの冷媒
を必要とするシリンダヘッドウォータジャケット２ａに
は冷媒をより多く供給できる。これによって、第１ウォ
ータポンプ４から吐出された冷媒は効率よく利用される
ことになる。このため、上記したように第１ウォータポ
ンプ４から吐出される冷媒が効率よく利用できることに
より、第１ウォータポンプの吐出能力をより小さくする
ことが可能となる。第１ウォータポンプ４はエンジン１
の駆動力によって駆動されるので、その吐出能力を低下
させることはエンジン１が第１ウォータポンプ４を駆動
するためのトルクを低減させることとなる。これによ
り、エンジン１の仕事が減り、エンジンの燃費を向上さ
せることができる。

【００２６】図４は本発明の実施の形態の冷却装置がエ
ンジンの暖機終了後で、エンジンの負荷が高負荷の領域
にあるときの作動を示す模式図である。

【００２７】図４において、エンジン１は始動してお
り、第１ウォータポンプ４が作動している。また、第２
ウォータポンプ１２も作動している。第１流量制御弁６
はラジエータ通路９をラジエータ７を介してラジエータ
帰還通路５に連通させる第２制御位置に制御されてい
る。第１切替弁１１は第２切替位置に切り換えられてい
る。また、第２流量制御弁１３はシリンダブロックウォ
ータジャケット３ａとラジエータ通路９との連通量と、
シリンダヘッドウォータジャケット２ａとラジエータ通
路９との連通量とを略同じとする第３制御位置に制御さ
れている。

【００２８】これによって、第１ウォータポンプ４、シ
リンダブロックウォータジャケット３ａ、シリンダヘッ
ドウォータジャケット２ａ、第２流量制御弁１３、ラジ
エータ通路９、第２ポンプ１２、第１切替弁１１、蓄熱
器８、蓄熱器通路２１、ラジエータ７、第１流量制御弁
６、ラジエータ帰還通路５からなる第３冷媒回路３００
が構成される。このとき、第２切替弁１７はエンジン１
の運転状況に応じたオイルの温度となるように、エンジ
ンオイル、変速機オイル両熱交換器１５、１６に冷媒を
供給・遮断するようにオイル熱交換器通路１４と第３冷
媒回路３００との連通を適宜切り替える。また、第３切
替弁２０はヒータの作動ｏｎ／ｏｆｆに応じてヒータ通
路１８が第３冷媒回路３００と連通するように適宜切り
替える。

【００２９】通常、エンジン１が高負荷である場合に
は、エンジン１のオーバーヒートの発生を防止するた
め、エンジン（冷媒）の温度を極力低下させることが必
要であることが一般に良く知られている。このため、冷
却装置内の冷媒の流量を増加させると共に、ラジエータ
７において冷媒を外気と熱交換させてその温度を低下さ
せることが望ましい。しかしながら、本実施形態によれ
ば上記したように、従来よりも第１ウォータポンプ４の
吐出能力を低減させているので、冷却装置中を流れる冷
媒の流量は従来の冷却装置よりも少ない。しかしなが
ら、第２ウォータポンプ１２と第１切替弁１１とがラジ
エータ通路９に直列に配置されていることによって、第
１ウォータポンプ４の吐出能力を低減させた分の冷媒の
流量は第２ウォータポンプ１２を作動させることによっ
て確保できる。このため、エンジン１の高負荷領域にお
いてはエンジン１は第１、第２ウォータポンプ４、１２
を作動させるために従来よりも多くの駆動トルクを必要
とする。しかしながら、エンジン１が高負荷で回転し続
けることは殆どなく、通常の場合、エンジン１はその低
負荷、中負荷の領域で多く使用される。このため、エン
ジン１のウォータポンプを駆動させるための駆動トルク
はこの高負荷領域では増加するが、エンジン１の運転領
域全体においては低減できることになる。

【００３０】上記したように、本実施形態の冷却装置は
エンジン１の運転領域に応じて冷媒の温度を制御できる
第１、第２、第３冷却回路１００、２００、３００を提
供することができると共に、エンジン１が駆動する第１
ウォータポンプ４の駆動トルクを低減させ、エンジンの
燃費を向上させることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の如く、請求項１の発明によれば、
前記シリンダヘッド冷却通路及び前記シリンダブロック
冷却通路に供給される冷媒の流量を制御する第２流量制
御弁と、前記エンジン以外の駆動力により駆動される第
２ポンプ機構とを前記ラジエータ通路内に直列に設け、
第２制御弁と第２ポンプ手段をラジエータ通路に連通さ
せるか、冷媒を断熱的に貯蔵する蓄熱器を介して前記第
１ポンプ手段に連通させるかを制御する切替弁を前記第
２ポンプ手段と前記蓄熱器との間に配置したことによっ
て、エンジンのシリンダヘッドだけ、あるいはシリンダ
ブロックにだけに選択的に蓄熱器に貯蔵された暖かい冷
媒を供給できる冷媒回路を構成することができると共
に、暖かい冷媒を供給する冷媒回路の容量を小さくする
ことができる。このため、蓄熱器に貯蔵された冷媒を効
率よくエンジンを温めることに使用できると共に、シリ
ンダヘッドを通過するこの冷媒回路の容量が小さいた
め、エンジンの熱は効率よく冷媒に伝導し、その暖気性
を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のエンジンの冷却装置を示
す模式図である。

【図２】本発明の実施の形態のエンジンの冷却装置のエ
ンジン始動前の作動を示す模式図である。

【図３】本発明の実施の形態のエンジンが低中負荷にあ
るときのエンジンの冷却装置の作動を示す模式図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態のエンジンが高負荷にある
ときのエンジンの冷却装置の作動を示す模式図である。

【図５】本発明の実施の形態のエンジン始動前でヒータ
がオンされている場合のエンジンの冷却装置の作動を示
す模式図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ シリンダヘッド ２ａ シリンダヘッド冷却通路（シリンダヘッドウォー
タジャケット） ３ シリンダブロック ３ａ シリンダブロック冷却通路（シリンダブロックウ
ォータジャケット） ４ 第１ポンプ機構（第１ウォータポンプ） ５ ラジエータ帰還通路 ６ 第１流量制御弁 ７ ラジエータ ８ 蓄熱器 ９ ラジエータ通路 １０ バイパス通路 １１ 切替弁（第１切替弁） １２ 第２ポンプ機構（第２ウォータポンプ） １３ 第２流量制御弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのシリンダヘッドに設けられた
   シリンダヘッド冷却通路と、 該シリンダヘッド冷却通路とは独立して形成されるエン
   ジンのシリンダブロックに設けられたシリンダブロック
   冷却通路と、 これら通路に冷媒を供給する第１ポンプ機構と、 冷媒と外気との熱交換を行うラジエータと、 該ラジエータと前記シリンダヘッド冷却通路及び前記シ
   リンダブロック冷却通路を接続するラジエータ通路と、 前記ラジエータと前記第１ポンプ機構とを接続するラジ
   エータ帰還通路と、 前記ラジエータ通路と前記ラジエータ帰還通路とを短絡
   させるバイパス通路と、 前記ラジエータに流れる冷媒の流量と、前記バイパス通
   路に流れる冷媒の流量を制御する第１流量制御弁とを備
   えてなるエンジンの冷却装置において、 前記シリンダヘッド冷却通路及び前記シリンダブロック
   冷却通路に供給される冷媒の流量を制御する第２流量制
   御弁と、 前記エンジン以外の駆動力により駆動される第２ポンプ
   機構とを前記ラジエータ通路内に直列に設け、 第２制御弁と第２ポンプ手段をラジエータ通路に連通さ
   せるか、冷媒を断熱的に貯蔵する蓄熱器を介して前記第
   １ポンプ手段に連通させるかを制御する切替弁を前記第
   ２ポンプ手段と前記蓄熱器との間に配置したことを特徴
   とするエンジンの冷却装置。