JP2003172140A - エンジン冷却システム及び方法 - Google Patents

エンジン冷却システム及び方法

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JP2003172140A JP2002129926A JP2002129926A JP2003172140A JP 2003172140 A JP2003172140 A JP 2003172140A JP 2002129926 A JP2002129926 A JP 2002129926A JP 2002129926 A JP2002129926 A JP 2002129926A JP 2003172140 A JP2003172140 A JP 2003172140A
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flow
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圭 煥 金
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンにおける冷媒の流れをシリンダーヘ
ッドとシリンダーブロックとに分割して制御できる冷却
システム及び方法を提供する。 【解決手段】 第１冷却流路が備えられたシリンダーヘ
ッド及び第２冷却流路が備えられたシリンダーブロック
において、エンジンを冷却する冷却システムであって、
前記冷媒を冷却させるラジエータに前記シリンダーヘッ
ドから高温冷媒を供給する高温流路；前記ラジエータか
らの冷媒を前記冷却流路の一つ以上に供給する低温流
路；前記低温流路又は高温流路のいずれか１ケ所に設置
される第１サーモスタット；前記第２冷却流路から前記
高温流路に冷媒を流通させる分岐流路に設置される第２
サーモスタット；前記冷却流路間に冷媒を流通させる主
通路を含み、前記主通路と前記分岐流路との間のシリン
ダー区間で、前記冷却流路間の冷媒の流れを遮断するよ
うに制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエンジン冷却システ
ム及び冷却方法に係り、さらに詳しくは、シリンダーヘ
ッドとシリンダーブロックを通過する冷媒の流れを別個
に制御するエンジン冷却システム及び冷却方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料と空気を混合して燃焼させることに
よって動力を得る内燃機関エンジンは、燃焼過程で発生
する熱を放出するために冷却システムを備えている。こ
のような冷却システムは、空気の流れによってエンジン
を冷却する空冷式と、冷却水のような冷媒を循環させて
エンジンを冷却する水冷式とに大きく分かれる。
【０００３】図１は、通常の水冷式冷却システムの構成
図である。図１に示した通りエンジン１００は、大きく
シリンダーヘッド１１０とシリンダーブロック１２０と
で構成されるが、シリンダーヘッド１１０及びシリンダ
ーブロック１２０には、冷却水が流れる第１、第２冷却
流路１１５、１２５が各々形成されている。
【０００４】第１、第２冷却流路１１５、１２５は、互
いに開放されて連結されることによってシリンダー及び
燃焼室を囲むように構成され、通常は、第１、第２冷却
流路１１５、１２５をウォータージャケットと称する。
【０００５】通常の水冷式冷却システムは冷媒を冷却す
るためのラジエータ１５０を含むが、前記ラジエータ１
５０にはウォータージャケット１１５、１２５から高温
流路１３０を通じて熱い冷却水が供給され、ラジエータ
１５０で冷却された冷却水は低温流路１４０を通じてエ
ンジン１００に戻っていく。
【０００６】このような冷却水の流れを生成するため
に、エンジン１００の一側にウォーターポンプ１６０が
備えられる。ところが、エンジン１００の初期始動時に
は冷却水の温度が低いので冷却する必要がなく、正常な
冷却水温度に速く到達するためには、初期始動時の冷却
水の流れを遮断する必要がある。このような目的で、高
温流路１３０及び低温流路１４０のうちのいずれか一つ
に冷却水温度に応じて冷却水の流れを遮断するサーモス
タット１７０が備えられる。
【０００７】サーモスタット１７０は、冷却水温度が設
定温度以上であれば開放されて冷却水を通し、冷却水温
度が設定温度未満であれば閉鎖されて冷却水の流れを遮
断する。サーモスタット１７０が設置される位置は図１
に示したように、エンジン１００の高温流路１３０側及
び低温流路１４０側のうちのどこでも可能であり、高温
流路１３０側に設置される場合には高温流路１３０のエ
ンジン側端部（図１のＢ点参照）に、低温流路１４０側
に設置される場合には低温流路のエンジン側端部（図１
のＡ点参照）、即ちウォーターポンプ１６０側に設置さ
れる。
【０００８】また、このような冷却水循環システムでは
乗客室に暖気を供給するためのヒーター１８０を備える
が、このヒーターは、高温流路１３０からの冷却水の供
給を受け、冷却水に含まれた熱気を乗客室に放出する。
【０００９】しかし、冷却水が十分に加熱されていない
場合もあるので、乗客室に熱気を早く供給するために、
ヒーター１８０に冷却水を供給するヒーター供給管路１
８５が、高温流路１３０又はシリンダーヘッドに連結さ
れる。
【００１０】この中で、サーモスタット１７０が低温流
路１４０に設置された場合にはヒーター供給管路１８５
の連結地点に制限はないが、サーモスタット１７０が高
温流路１３０に設置された場合には、ヒーター供給管路
１８５の連結地点はシリンダーヘッド１１０、またはエ
ンジン１００とサーモスタット１７０の間としている。
【００１１】また、スロットルバルブを含むスロットル
ボディー１９０にも冷却水が供給されるが、そのための
スロットルボディー供給管路１９５の連結関係も、ヒー
ター供給管路１８５で説明したことと同じである。
【００１２】このような従来技術による冷却システムの
動作は以下の通りとなる。冷間時にはサーモスタット１
７０が閉鎖されてラジエータ１５０への冷却水の流れが
遮断され、従って、冷却水は第１、第２冷却流路１１
５、１２５、ヒーター１８０及びスロットルボディー１
９０の間を循環する（図１の点線矢印参照）。エンジン
１００が正常温度にウォームアップされて冷却水の温度
が設定温度（通常約８２乃至８８度に設定される）以上
になった場合には、前記サーモスタット１７０が開放さ
れて冷却水はラジエータ１５０にも循環する（図１の実
線矢印参照）。
【００１３】しかし、内燃機関で燃焼熱を多く受ける部
分はシリンダーヘッド１１０であるため、前記シリンダ
ーヘッド１１０への放出熱量が多いのは周知の事実であ
り、エンジン１００のウォームアップ中にはヒーター１
８０、スロットルボディー１９０等に流れる冷却水の流
れが存在する。
【００１４】しかし、従来の技術による冷却システム及
び方法では、このような冷却水の流れはシリンダーブロ
ック１２０及びシリンダーヘッド１１０を通過するの
で、効率的に乗客室を加熱できないだけでなく、ウォー
ムアップ時間が長くかかると言う問題があった。
【００１５】エンジン１００が正常温度に到達していな
いウォーミング期間は、排気ガスの温度も低いため、排
気ガスを浄化する触媒装置の機能も落ちるので、ウォー
ムアップ時間を短縮して排気ガスを減らす必要がある。
【００１６】また、ウォームアップ期間にはエンジン１
００を潤滑する潤滑油の温度も低く、粘度が高くて潤滑
油による摩擦力が大きくなるため、燃料消費量が多くな
るので、ウォームアップ時間を短縮して燃料消費量を減
らす必要もある。
【００１７】さらに、エンジン１００が正常温度に到達
した場合には、放出熱量の多いシリンダーヘッド１１０
の熱気をより効率的に排出する必要があり、エンジン１
００が高負荷状態であるか低負荷状態であるかによって
放出熱量もまた異なるので、エンジン１００の負荷状態
を考慮できるように冷却システム及び方法を改善する必
要がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような点
を改善するためのものであって、本発明の目的は、エン
ジンをシリンダーヘッドとシリンダーブロックとに分割
してその冷媒の流れを制御できる冷却システム及び方法
を提供することにある。
【００１９】以下で用いるサーモスタットは元来通常の
用語であるが、以下の発明の構成、作用及び特許請求の
範囲では、所要の設定温度以上であれば開放され、設定
温度未満であれば閉鎖されるバルブの役割を果たす任意
の装置の通称として広い意味で記述することにする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明によるエンジン冷却システムは、冷媒を流通さ
せる第１冷却流路が備えられたシリンダーヘッド及び前
記冷媒を流通させる第２冷却流路が備えられたシリンダ
ーブロックを含むエンジンを冷却するための冷却システ
ムであって、前記冷媒を冷却させるラジエータと；前記
シリンダーヘッドから前記ラジエータに高温冷媒を供給
する高温流路と；前記ラジエータで冷却された冷媒を前
記第１、第２冷却流路のうちの一つ以上に供給する低温
流路と；前記低温流路又は高温流路のうちのいずれか１
ケ所に設置される第１サーモスタットと；前記第２冷却
流路から前記高温流路に冷媒を流通させる分岐流路と；
前記分岐流路に設置される第２サーモスタットと；を含
み、前記第２冷却流路と第１冷却流路の間には冷媒を流
通させる主通路が形成され、前記主通路と前記分岐流路
の間として定義されるシリンダー区間では、前記第１冷
却流路と第２冷却流路の間の冷媒の流れが遮断するよう
に制御することを特徴とする。
【００２１】前記低温流路は前記第２冷却流路に冷媒を
供給するのが好ましく、前記分岐流路及び第２サーモス
タットのうちの一つ以上には前記第２サーモスタットを
バイパスするバイパス流路が形成されるのが好ましい。
【００２２】前記第２サーモスタットの流量は第１サー
モスタットの流量より所要の設定比率だけ小さく形成さ
れるのが好ましく、より具体的に前記設定比率は、第１
冷却流路を通過する冷媒流量と第２冷却流路を通過する
冷媒流量の比が７：３乃至５：５の範囲のうちの一つの
値になるように設定されるのが好ましい。
【００２３】前記主通路は、第１冷却流路から高温流路
に冷媒が排出される反対側の最も遠いシリンダーの周囲
に形成されるのが好ましく、前記シリンダー区間での前
記第１冷却流路と第２冷却流路の間には空気を疎通させ
るエアーホールが形成されるのが好ましく、前記第１冷
却流路の冷媒排出口から前記主通路の遠い側に、前記第
２冷却流路と第１冷却流路の間で冷媒を流通させる副通
路がさらに形成されるのが好ましい。
【００２４】前記第１サーモスタットは前記高温流路上
に設置されることができ、この場合の前記分岐流路は、
第２冷却流路を前記高温流路上の第１サーモスタットの
エンジン側設定地点に連結するように形成されるのが好
ましい。
【００２５】また、前記低温流路が前記分岐流路に連結
されるようにして、ラジエータから前記分岐流路に連結
されるまでの第１低温流路及び分岐流路からウォーター
ポンプを連結する第２低温流路に区分することができ、
この場合に第１サーモスタットは、互いに連動して作動
するメインバルブとバイパスバルブとを備えて前記第１
低温流路と分岐流路の間に設置され、第２低温流路は第
１サーモスタットのメインバルブとバイパスバルブの間
から分岐されることとすることができる。
【００２６】このような本発明のエンジン冷却システム
を利用した本発明のエンジン冷却方法は、冷媒を流通さ
せる第１冷却流路が備えられたシリンダーヘッド及び冷
媒を流通させる第２冷却流路が備えられたシリンダーブ
ロックを含むエンジンを冷却するための冷却方法であっ
て、前記第１冷却流路の冷媒の温度が第１設定温度以上
であるか否かを判断する段階；前記第１冷却流路の冷媒
の温度が前記第１設定温度以上である場合に、前記第１
冷却流路の冷媒をラジエータに供給するヘッド冷媒冷却
段階；前記第２冷却流路の冷媒の温度が第２設定温度以
上であるか否かを判断する段階；及び前記第２冷却流路
の冷媒の温度が前記第２設定温度以上である場合に、前
記第２冷却流路の冷媒をラジエータに供給するブロック
冷媒冷却段階；を含むのが好ましい。
【００２７】前記第２設定温度は第１設定温度より高く
設定されるのが好ましく、前記第２冷却流路の冷媒の温
度が第２設定温度以上でない場合には、前記ブロック冷
媒冷却段階で供給される第２冷却流路冷媒の量より少量
の第２冷却流路冷媒を前記ラジエータに供給するのが好
ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を添付し
た図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の第
１実施例によるエンジン冷却システムの構成図である。
図２に示す通り、本発明の第１実施例によるエンジン冷
却システムは、シリンダーヘッド２１０、シリンダーブ
ロック２２０を含むエンジン２００を冷却するための冷
却システムで、冷媒を冷却させるラジエータ２６０、高
温流路２５０、低温流路２５５、第１サーモスタット２
８０、分岐流路２７０、第２サーモスタット２７５を含
んでいる。
【００２９】シリンダーヘッド２１０には、冷媒を流通
させる第１冷却流路２１５が備えられ、シリンダーブロ
ック２２０には、冷媒を流通させる第２冷却流路２２５
が備えられている。高温流路２５０は、シリンダーヘッ
ド２１０からラジエータ２６０にエンジンで加熱された
高温冷媒を供給する流路である。低温流路２５５は、ラ
ジエータ２６０で冷却された冷媒を、第１、第２冷却流
路２１５、２２５のうちの一つ以上に供給する流路であ
る。分岐流路２７０は、第２冷却流路２２５から高温流
路２５０に冷媒を流通させる流路である。
【００３０】第１サーモスタット２８０は、低温流路２
５５又は高温流路２５０のうちのいずれか１ケ所に設置
され、第２サーモスタット２７５は、第２冷却流路２２
５から高温流路２５０に冷媒を流通させる分岐流路２７
０に設置される。
【００３１】第２冷却流路２２５と第１冷却流路２１５
の間には冷媒を流通させる主通路２８５が形成され、主
通路２８５と分岐流路２７０の間として定義されるシリ
ンダー区間では第１冷却流路２１５と第２冷却流路２２
５の間の冷媒の流れが遮断される。
【００３２】本発明の第１実施例で冷媒としては通常の
場合と同様に水、つまり冷却水を用いることができ、冷
媒の流れを生成するためにエンジンの一側に冷却水を循
環させるウォーターポンプ２０５が装着される。
【００３３】前記シリンダー区間で第１冷却流路２１５
と第２冷却流路２２５の間には、冷媒補充時にシリンダ
ーブロック２２０内に冷媒が充満するように、空気を追
い出させるエアーホール２９５を形成するのが好まし
い。
【００３４】図２に示された第１実施例で、第１サーモ
スタット２８０は低温流路２５５上に装着されるが、ウ
ォーターポンプ２０５側終端に装着される。
【００３５】第２冷却通路２２５であるシリンダーブロ
ックを流れる冷媒開閉用第２サーモスタット２７５の流
量は、冷媒流量の大部分を開閉する第１サーモスタット
２８０の流量より小さく設定され、その設定比率は、第
１冷却流路２１５を通過する冷媒流量と第２冷却流路２
２５を通過する冷媒流量との比が７：３乃至５：５の範
囲の値とするのが好ましい。これは、エンジン２００の
作動時発熱量は主にシリンダーヘッド２１０で発生する
ため、シリンダーヘッド２１０を通過する流量がシリン
ダーブロック２２０を通過する流量より多くなるように
するためである。
【００３６】乗客室に熱気を供給するヒーター２３０に
冷媒を供給するヒーター供給管路２３５、及びスロット
ルボディー２４０に冷媒を供給するスロットルボディー
供給管路２４５は、シリンダーヘッド２１０または高温
流路２５０のどちらにも連結することができ、ヒーター
２３０及びスロットルボディー２４０から排出される冷
媒は、第１サーモスタット２８０を経ずにウォーターポ
ンプ２０５に供給される。
【００３７】ただし、第１サーモスタット２８０の熱感
知部（例えば、ワックスペレット型である場合はワック
ス注入部分）をウォーターポンプ２０５側に配置するこ
とによって、ヒーター２３０及びスロットルボディー２
４０から排出される冷媒が前記熱感知部を経て通過する
ようにして、第１サーモスタット２８０が第１冷却流路
２１５内の冷媒の温度に敏感に反応するようにするのが
好ましい。
【００３８】本発明の第１実施例のエンジン冷却システ
ムで第１サーモスタット２８０が閉鎖されている場合に
は、エンジン２００からラジエータ２６０、そしてラジ
エータ２６０からウォーターポンプ２０５に循環される
冷媒の循環が遮断される。
【００３９】従って、冷媒はウォーターポンプ２０５か
ら第２冷却流路２２５に、第２冷却流路２２５から主通
路２８５を通じて第１冷却流路２１５に、第１冷却流路
２１５からヒーター２３０及びスロットルボディー２４
０に、そしてヒーター２３０及びスロットルボディー２
４０から再びウォーターポンプ２０５に循環するように
なる。
【００４０】しかし、主通路２８５から分岐流路２７０
の間のシリンダー区間では、第１、第２冷却流路２１
５、２２５の間での冷媒の流れが遮断され、第２冷却流
路２２５から第１冷却流路２１５に伝達される冷媒は前
記主通路２８５を通じて伝達される。従って、シリンダ
ーブロック２２０内の第２冷却流路２２５では冷媒の流
れが最小化するので冷間始動時に、素早くウォームアッ
プされる。
【００４１】さらに、ヒーター２３０及びスロットルボ
ディー２４０には冷間始動時に熱発生が速いシリンダー
ヘッド２１０あるいは高温流路２５０から冷媒の供給を
受けるようになるので、ヒーターの作動が迅速になる。
【００４２】主通路２８５だけでは第１冷却流路２１５
を通じてシリンダーヘッド２１０が均一に冷却されない
場合には、第２冷却流路と第１冷却流路の間に冷媒を流
通させる副通路２９０をさらに形成するのが好ましい。
この場合、副通路２９０は主通路２８５に対して第１冷
却流路２１５から高温流路２５０に冷媒が排出される出
口から遠い側に形成する。
【００４３】以下に、本発明の第１実施例のエンジン冷
却システムを図３乃至図９を参照してより具体的に説明
する。図３は、本発明の第１実施例のエンジン冷却シス
テムで、シリンダーヘッド２１０に形成された第１冷却
流路２１５及びシリンダーブロック２２０に形成された
第２冷却流路２２５の３次元的形態の一例、そして第
１、第２冷却流路２１５、２２５、ウォーターポンプ２
０５、第２サーモスタット２７５の間の構成を示した図
である。図４は、本発明の第１実施例のエンジン冷却シ
ステムが適用されたシリンダーブロック２２０を示した
ものであり、図５は、図３のＣ部分の詳細図で、高温流
路２５０、分岐流路２７０及び第２サーモスタット２７
５の間の連結関係を示すものである。図６、図８及び図
７は、本発明の実施例のエンジン冷却システムが適用さ
れたシリンダーヘッド２１０、シリンダーブロック２２
０及びこれらの間に嵌合されるガスケット６３０を示し
ている。
【００４４】図３に示すように、ウォーターポンプ２０
５から供給される冷媒は、シリンダーブロック２２０に
形成された第２冷却流路２２５、主通路２８５及び副通
路２９０を通じて、第１冷却流路２１５に供給される。
このように第１冷却流路２１５に供給された冷媒は、第
１冷却流路２１５内で実線のような冷媒の流れが発生し
て排出口３１０に進行する。
【００４５】従って、第１冷却流路２１５内で冷媒が均
一に流れるようにするために、主通路２８５は第１冷却
流路２１５から高温流路２５０に冷媒が排出される反対
側の最も遠いシリンダーの周囲に形成されるのが好まし
く、主通路２８５の位置に応じて、冷媒の流れをより均
一にするために副通路２９０が形成されるのが好まし
い。
【００４６】第２サーモスタット２７５が開放された場
合には、図２に示すように、第１冷却流路２１５内で実
線のような冷媒の流れが発生し、第２冷却流路２２５内
の冷媒もまた第２サーモスタット２７５を通じて排出口
３１０に向かって排出される。
【００４７】ウォーターポンプ２０５と第１サーモスタ
ット２８０はシリンダーブロック２２０に装着され、第
２冷却流路２２５及び主通路２８５はシリンダーブロッ
ク２２０の形状によって決定される。主通路２８５及び
第２冷却流路２２５の相互関係は、ウォーターポンプの
装着位置４１０及び第１サーモスタットの装着位置４２
０とともに、図４に示す通りである。
【００４８】以下、図５を参照して、第２サーモスタッ
ト２７５についてさらに詳細に説明する。本発明の第１
実施例では、図５に示す通り、第２冷却流路２２５から
高温流路２５０に冷媒を流通させる分岐流路２７０が形
成され、分岐流路２７０には第２サーモスタット２７５
が設置される。
【００４９】第２サーモスタット２７５が閉鎖された場
合でも、第２冷却流路２２５内の冷媒の流れを最小限維
持することで、シリンダー内壁の熱点の発生を防止し、
第２サーモスタット２７５の作動を敏感にするために、
分岐流路２７０及び第２サーモスタット２７５のいずれ
か一つに、第２サーモスタット２７５のバイパス流路が
形成される。
【００５０】即ち、第２サーモスタット２７５は通常の
サーモスタットと類似した形態でフレーム５１０を備え
ており、フレーム５１０には貫通ホール５２０が形成さ
れて、第２サーモスタット２７５が閉鎖された場合でも
少量の冷媒がバイパスできるようになっている。
【００５１】貫通ホール５２０を通じてバイパスされる
流量は、第２サーモスタット２７５が閉鎖された時に第
１、第２冷却流路２１５、２２５を通過する冷媒流量全
体の１０％程度となるように形成するのが好ましい。
【００５２】図６、図７、図８に、シリンダーヘッド２
１０及びシリンダーブロック２２０が、ガスケット６３
０を挟んで結合される連結関係を示す。図６は、シリン
ダーブロック２２０に結合されるシリンダーヘッド結合
面６１０を示す。図８はシリンダーヘッド２１０に結合
されるシリンダーブロック結合面６２０を、図７には、
二つの結合面６１０、６２０の間に嵌合されてシリンダ
ーヘッド結合面６１０と、シリンダーブロック結合面６
２０を密封するガスケット６３０を示す。
【００５３】図６乃至図８に示すように、第２冷却流路
２２５と第１冷却流路２１５の間で冷媒を流通させる主
通路２８５は、第１冷却流路２１５から高温流路２５０
に冷媒が排出される点の反対側で最も遠いシリンダー６
４０の周囲に形成される。その他にも、第２冷却流路２
２５と第１冷却流路２１５の間には冷媒を流通させる副
通路２９０が形成されるが、副通路２９０は主通路２８
５に対して、第１冷却流路２１５から高温流路２５０に
冷媒が排出される出口から遠い側に形成され、シリンダ
ー区間で第１冷却流路２１５と第２冷却流路２２５の間
には、空気を疎通させるエアーホール２９５が形成され
る。
【００５４】図９は、本発明の第２実施例によるエンジ
ン冷却システムを示した構成図である。第２実施例によ
る構成は第１実施例による構成と類似しているが、第１
サーモスタット２８０が高温流路２５０上に設置される
点が相異する。
【００５５】第１サーモスタット２８０と、分岐流路２
７０が高温流路２５０に連結される連結地点との位置関
係については、分岐流路２７０を、高温流路２５０上
で、第１サーモスタット２８０のエンジン側に連結する
のが好ましい。これは、第１サーモスタット２８０が閉
鎖されている時は、第２サーモスタット２７５が開放さ
れた場合でもラジエータ２６０への冷媒の循環を遮断す
るためである。
【００５６】図１０は、本発明の第３実施例によるエン
ジン冷却システムを示した構成図である。第３実施例に
よる構成は第１実施例による構成と類似しているが、低
温流路２５５の途中に分岐流路２７０が連結される点、
及び第１サーモスタット２８０の装着位置及び構成が相
異する。
【００５７】即ち、第３実施例での低温流路２５５は、
ラジエータ２６０から分岐流路２７０の途中に連結され
るまでの第１低温流路８１０、及び分岐流路２７０から
ウォーターポンプ２０５に連結される第２低温流路８２
０に区分される。第１サーモスタット２８０は互いに連
動して作動するメインバルブ８５０と、バイパスバルブ
８６０とを備えるが、この第１サーモスタット２８０は
第１低温流路８１０と、分岐流路２７０の間に設置さ
れ、第２低温流路８２０は第１サーモスタット２８０の
メインバルブ８５０と、バイパスバルブ８６０の間から
分岐されるのが好ましい。
【００５８】メインバルブ８５０とバイパスバルブ８６
０とを備えたサーモスタットは既に当業者に自明で公知
のものであり、例えば、ワックスペレット型サーモスタ
ットの場合には前後進動作するピストンに第２バルブが
連結された構成が挙げられ、従ってより詳細な記載は省
略する。
【００５９】図１０に示す第３実施例によるエンジン冷
却システムの作用を見てみると、第１サーモスタット２
８０が閉鎖されている時には、メインバルブ８５０は閉
鎖され前記バイパスバルブ８６０は開放されるので、シ
リンダーヘッドの第１冷却流路２１５から少量の冷媒
が、バイパスバルブ８６０を通じてウォーターポンプ２
０５を循環し、この冷媒の循環によって第１サーモスタ
ット２８０は第１冷却流路２１５の冷媒温度に敏感に作
動できるようになる。
【００６０】第１サーモスタット２８０が開放されれ
ば、メインバルブ８５０は開放され、バイパスバルブ８
６０は閉鎖されるので、第１冷却流路２１５の冷媒はバ
イパスバルブ８６０で遮断され、高温流路２５０を通じ
てラジエータ２６０に供給されて冷却された後、メイン
バルブ８５０を経てウォーターポンプ２０５に供給され
るようになる。
【００６１】以下、本発明の実施例のエンジン冷却方法
について詳細に説明する。図１１は、本発明の実施例の
エンジン冷却方法を示したフローチャートである。本発
明の実施例のエンジン冷却方法は第１乃至第３実施例の
エンジン冷却システムのうちのどのシステムを利用して
も実現可能であるが、ここでは第１実施例のエンジン冷
却システムを参照して説明する。第２乃至第３実施例の
エンジン冷却システムを利用しても同様に実現可能であ
ることは以下の説明から容易に分かることである。
【００６２】図１１に示すように、本発明の実施例のエ
ンジン冷却方法は、第１冷却流路２１５の冷媒の温度
（Ｔ１）が第１設定温度以上であるか否かを判断して
（Ｓ９１０）、第１設定温度以上である場合には第１冷
却流路２１５の冷媒をラジエータ２６０に供給し（Ｓ９
２０）、第１設定温度未満である場合には第１冷却流路
２１５の冷媒のラジエータ２６０への供給を遮断する
（Ｓ９２５）。
【００６３】第１設定温度は第１サーモスタット２８０
で判断され、判断結果として第１冷却流路２１５の冷媒
をラジエータ２６０へ供給するか否かは、第１サーモス
タット２８０の開放、遮断によって行われる。
【００６４】また、第２冷却流路２２５の冷媒の温度
（Ｔ２）が第２設定温度以上であるか否かを判断して
（Ｓ９３０）、第２設定温度以上である場合には第２冷
却流路２２５の冷媒をラジエータ２６０に供給して、シ
リンダーブロックの冷媒を冷却する（Ｓ９４０）。
【００６５】第２冷却流路２２５の冷媒の温度が、第２
設定温度未満である場合には、ブロック冷媒冷却段階
（Ｓ９４０）で、ラジエータ２６０に供給される第２冷
却流路２２５の冷媒の量より少ない第２冷却流路２２５
冷媒をラジエータ２６０に供給する（Ｓ９４５）。
【００６６】第２設定温度は前記第２サーモスタット２
７５で判断され、判断結果として、第２冷却流路２２５
の冷媒をラジエータ２６０へ供給するか否かは、第２サ
ーモスタット２７５の開放、遮断によって行われる。第
２サーモスタット２７５が遮断された場合は、第２サー
モスタット２７５に形成された貫通ホール５２０を通じ
てリークされる。
【００６７】ただし、エンジン２００の負荷がそれほど
大きくない時には、第１冷却流路２１５の冷媒だけをラ
ジエータ２６０に供給して冷却することにより、シリン
ダーブロック２２０の温度を高く維持できるように、第
２設定温度は第１設定温度より高く設定するのが好まし
い。第１、第２設定温度はエンジン２００の形式及び構
成部品の材質によって任意に設定することができるが、
例えば、第１設定温度は８２℃〜８８℃の範囲で、第２
設定温度は９５℃〜１０５℃の範囲で設定することがで
きる。
【００６８】本発明の実施例のエンジン冷却方法におけ
るエンジン始動後の走行状態に応じた、第１、第２サー
モスタット２８０、２７５の状態を下記表１に示す。こ
れによる各実施例のエンジン冷却装置での冷媒の流れ
は、図２、図９、及び図１０に示した。
【００６９】
【表１】 エンジン状態によるサーモスタットの状態と
冷却水の流れ
【００７０】まず、始動後のエンジンウォームアップ状
態では第１、第２サーモスタット２８０、２７５が全て
閉鎖されるので、シリンダーブロック２２０内では冷媒
の流れが最小になり、従って、シリンダーブロック２２
０は短時間内に正常温度に到達してウォームアップ時間
が短縮できる。
【００７１】シンダーヘッド２１０が十分加熱されれ
ば、第１冷却流路２１５の冷媒の温度が第１設定温度以
上になることによって、第１サーモスタット２８０が開
放されるが、この時もシリンダーブロック２２０内の冷
媒の流れは第２サーモスタット２７５によって制御され
る。
【００７２】アイドリング状態などのように低負荷状態
では、第１サーモスタット２８０だけの開放によって第
１冷却流路２１５の冷媒がラジエータ２６０に循環され
て冷却される。従って、低負荷状態でシリンダーブロッ
ク２２０のシリンダー内壁温度を高く維持できるように
なってオイルの粘度を低くすることができ、その結果、
摩擦力が減少するので燃料の消費を減らすことができ、
また、ラジエータ２６０に必要な量の高温冷媒だけを供
給することによって冷却効率を高めることができる。
【００７３】フルスロットルなどのような高負荷状態で
はエンジン２００で多くの熱が発生し、従って、第２冷
却流路２２５の冷媒の温度が第２設定温度以上に上がる
ようになって、第２サーモスタット２７５は開放され
る。 従って、シリンダーヘッド２１０だけでなくシリ
ンダーブロック２２０の冷媒もラジエータ２６０に供給
されて冷却される。
【００７４】図１２は、本発明の実施例による効果を示
した図表であって、横軸は２、０００ｒｐｍ及び５、０
００ｒｐｍの特定のエンジン回転数での冷媒温度及び潤
滑油温度に応じたエンジン動作状態を区分したものであ
り、縦軸は各エンジン動作状態によって発生する摩擦力
の平均有効圧力（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｍｅａｎ Ｅｆｆ
ｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ； ＦＭＥＰ）を意
味する。
【００７５】前記平均有効圧力とは、エンジンが動作す
る時にピストンとシリンダーなどで発生する摩擦力をピ
ストンに作用する燃焼圧力に換算することにより、摩擦
によって生じる燃焼圧力の損失程度を表すものである。
【００７６】図１２に示したように、エンジンが特定回
転数（例えば、図１２では２、０００ｒｐｍ及び５、０
００ｒｐｍの二つの場合を表示した）で回転している
時、冷媒温度が９０℃と同一であっても潤滑油温度が９
０℃から１１０℃に上昇すれば摩擦平均有効圧力、つま
り損失、が減少することが分かり、特に、冷媒温度と潤
滑油温度が各々９０℃及び１１０℃である場合と各々１
１０℃及び１３５℃である場合とを比較すれば、後者の
場合に摩擦平均有効圧力が約０．１ｂａｒ減少したこと
が分かるが、摩擦力がこの程度減少するようになれば車
両燃費は約３〜４％向上する。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、エンジンのシリンダー
ヘッドとシリンダーブロックを区分して冷却できるので
冷却効率が増大し、エンジン全体の均一な作動温度を実
現することができ、また、エンジンの負荷状態に応じて
シリンダーヘッドとシリンダーブロックの冷媒の流れを
制御することによって適切なエンジン温度を維持するこ
とができる。
【００７８】また、シリンダーブロックに含まれた冷媒
の温度を適切に高い温度に維持することによってエンジ
ンの摩擦力を減少させることができ、エンジンの燃料消
費を減少させるようになる。
【００７９】エンジンが冷間中の場合にも、不必要なシ
リンダーブロックの冷媒の流れを遮断してより短時間内
にエンジンがウォームアップできるようにし、迅速にウ
ォームアップされた燃焼室で発生した排気ガスはその分
速く触媒を活性化して始動初期の排気ガス（特にＨＣ）
の排出量を減らすことができ、また、ウォームアップ時
間を減らすことによってウォームアップ中に消費される
燃料量を減らすことができる。さらに、ウォームアップ
の間、より迅速に乗客室に熱気を供給することによっ
て、加熱効率を高めることができる。
【００８０】また、エンジンが高負荷状態で運転される
場合には、シリンダーブロックよりシリンダーヘッドに
より多くの冷媒が供給されることによって、シリンダー
ヘッドの過熱を防止してノッキングを防止することがで
きるだけでなく、シリンダーヘッドが円滑に冷却される
ので空気の吸入効率を向上させるようになり、エンジン
出力が増加する。
【００８１】以上、本発明のエンジン冷却システム及び
方法に関する好ましい実施例について説明したが、本発
明は前記実施例に限られるわけではなく、本発明の実施
例から当該発明が属する技術分野にて通常の知識を有す
る者によって容易に変更され、均等と認定される範囲の
全ての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の水冷式エンジン冷却システムの構成図で
ある。
【図２】本発明の第１実施例によるエンジン冷却システ
ムの構成図である。
【図３】本発明の第１実施例で、エンジン冷却システム
のシリンダーヘッドに形成された第１冷却流路、シリン
ダーブロックに形成された第２冷却流路の３次元的形態
の一例、及び第１、第２冷却流路、ウォーターポンプ、
第２サーモスタットの間の構成関係を示した図である。
【図４】本発明の第１実施例のエンジン冷却システムが
適用されたシリンダーブロックを示した図である。
【図５】図３のＣ部分の詳細図であって、高温流路、分
岐流路及び第２サーモスタットの間の連結関係を示した
ものである。
【図６】本発明のエンジン冷却システムが適用されたシ
リンダーヘッドを示す図である。
【図７】本発明のエンジン冷却システムが適用されたシ
リンダーヘッドおよびシリンダーブロックの間に嵌合さ
れるガスケットを示す図である。
【図８】本発明のエンジン冷却システムが適用されたシ
リンダーブロックを示す図である。
【図９】本発明の第２実施例によるエンジン冷却システ
ムを示した構成図である。
【図１０】本発明に第３実施例によるエンジン冷却シス
テムを示した構成図である。
【図１１】本発明の実施例のエンジン冷却方法を示した
フローチャートである。
【図１２】本発明の実施例による効果を示す図表であ
る。
【符号の説明】
１００ エンジン １１０ シリンダーヘッド １１５ 第１冷却流路１２０ シリンダーブロック １２５ 第２冷却流路 １３０ 高温流路 １４０ 低温流路 １５０ ラジエータ １６０ ウォーターポンプ １７０ サーモスタット １８０ ヒーター １８５ ヒーター供給管路 １９０ スロットルボディー １９５ スロットルボディー供給管路 ２００ エンジン ２０５ ウォーターポンプ ２１０ シリンダーヘッド ２１５ 第１冷却流路 ２２０ シリンダーブロック ２２５ 第２冷却流路 ２５０ 高温流路 ２５５ 低温流路 ２６０ ラジエータ ２７０ 分岐流路 ２７５ 第２サーモスタット ２８０ 第１サーモスタット ２８５ 主通路 ２９０ 副通路 ２９５ エアーホール ３１０ 排出口 ４１０ ウォーターポンプ装着位置 ４２０ 第１サーモスタット装着位置 ５１０ フレーム ５２０ 貫通ホール ６１０ シリンダーヘッド結合面 ６２０ シリンダーブロック結合面 ６３０ ガスケット ８１０ 第１低温流路 ８２０ 第２低温流路 ８５０ メインバルブ ８６０ バイパスバルブ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷媒を流通させる第１冷却流路が備えら
    れたシリンダーヘッド及び前記冷媒を流通させる第２冷
    却流路が備えられたシリンダーブロックを含むエンジン
    を冷却するための冷却システムであって、 前記冷媒を冷却させるラジエータと；前記シリンダーヘ
    ッドから前記ラジエータに高温冷媒を供給する高温流路
    と；前記ラジエータで冷却された冷媒を前記第１、第２
    冷却流路のうちの一つ以上に供給する低温流路と；前記
    低温流路又は高温流路のうちのいずれか１ケ所に設置さ
    れる第１サーモスタットと；前記第２冷却流路から前記
    高温流路に冷媒を流通させる分岐流路と；前記分岐流路
    に設置される第２サーモスタットと；を含み、 前記第２冷却流路と第１冷却流路の間には冷媒を流通さ
    せる主通路が形成され、前記主通路と前記分岐流路の間
    として定義されるシリンダー区間では、前記第１冷却流
    路と第２冷却流路の間の冷媒の流れが遮断するように制
    御することを特徴とする、エンジン冷却システム。
  2. 【請求項２】 前記第２サーモスタットの流量は、第１
    サーモスタットの流量より所要の設定比率だけ小さく設
    定されることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン
    冷却システム。
  3. 【請求項３】 前記設定比率は、第１冷却流路を通過す
    る冷媒流量と第２冷却流路を通過する冷媒流量との比が
    ７：３乃至５：５の範囲のうちの一つの値となるように
    設定されることを特徴とする、請求項２に記載のエンジ
    ン冷却システム。
  4. 【請求項４】 前記主通路は、第１冷却流路から高温流
    路に冷媒が排出される反対側の最も遠いシリンダーの周
    囲に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のエ
    ンジン冷却システム。
  5. 【請求項５】 前記シリンダー区間で、前記第１冷却流
    路と第２冷却流路の間には空気を疎通させるエアーホー
    ルが形成されることを特徴とする、請求項１に記載のエ
    ンジン冷却システム。
  6. 【請求項６】 前記第２冷却流路と第１冷却流路の間に
    は冷媒を流通させる副通路がさらに形成されるが、 前記副通路は、前記主通路に対して第１冷却流路から高
    温流路に冷媒が排出される出口から遠い側に形成される
    ことを特徴とする、請求項４に記載のエンジン冷却シス
    テム。
  7. 【請求項７】 前記第１サーモスタットは前記高温流路
    上に設置され、 前記分岐流路は第２冷却流路を前記高温流路上の第１サ
    ーモスタットのエンジン側設定地点に連結することを特
    徴とする、請求項１に記載のエンジン冷却システム。
  8. 【請求項８】 前記分岐流路及び第２サーモスタットの
    うちの一つ以上には前記第２サーモスタットをバイパス
    するバイパス流路が形成されることを特徴とする、請求
    項１に記載のエンジン冷却システム。
  9. 【請求項９】 前記低温流路は前記分岐流路に連結され
    て、ラジエータから前記分岐流路に連結されるまでの第
    １低温流路及び前記分岐流路連結点からウォーターポン
    プを連結する第２低温流路に区分され、 第１サーモスタットは、互いに連動して作動するメイン
    バルブとバイパスバルブとを備えて、前記第１低温流路
    と分岐流路の間に設置され、 第２低温流路は、第１サーモスタットのメインバルブと
    バイパスバルブの間から分岐されることを特徴とする、
    請求項１に記載のエンジン冷却システム。
  10. 【請求項１０】 前記低温流路は前記第２冷却流路に冷
    媒を供給することを特徴とする、請求項１乃至９のいず
    れか一つに記載のエンジン冷却システム。
  11. 【請求項１１】 冷媒を流通させる第１冷却流路が備え
    られたシリンダーヘッド及び冷媒を流通させる第２冷却
    流路が備えられたシリンダーブロックを含むエンジンを
    冷却するための冷却方法であって、 前記第１冷却流路の冷媒の温度が第１設定温度以上であ
    るか否かを判断する段階と；前記第１冷却流路の冷媒の
    温度が前記第１設定温度以上である場合に、前記第１冷
    却流路の冷媒をラジエータに供給するヘッド冷媒冷却段
    階と；前記第２冷却流路の冷媒の温度が第２設定温度以
    上であるか否かを判断する段階と；前記第２冷却流路の
    冷媒の温度が前記第２設定温度以上である場合に、前記
    第２冷却流路の冷媒をラジエータに供給するブロック冷
    媒冷却段階と；を含む、エンジン冷却方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２設定温度は第１設定温度より
    高く設定されることを特徴とする、請求項１１に記載の
    エンジン冷却方法。
  13. 【請求項１３】 前記第２冷却流路の冷媒の温度が第２
    設定温度以上でない場合には、前記ブロック冷媒冷却段
    階で供給される第２冷却流路の冷媒の量より少量の第２
    冷却流路冷媒を前記ラジエータに供給するバイパス冷却
    段階をさらに含む、請求項１１に記載のエンジン冷却方
    法。
JP2002129926A 2001-11-29 2002-05-01 エンジン冷却システム及び方法 Pending JP2003172140A (ja)

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