JP2005036729A

JP2005036729A - 内燃機関の冷却システム

Info

Publication number: JP2005036729A
Application number: JP2003274638A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hatano; 真羽田野
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】排気ポートの近傍部分の冷却性の向上による燃料噴射性能の向上、排気ガスの低減、燃費の向上などを図ること。
【解決手段】シリンダヘッド２の排気ポート６の近傍部分に冷却水が流れるヘッド排気側通路２４を有する内燃機関の冷却システムにおいて、電動ウオータポンプ４２と、電動ウオータポンプ４２からの冷却水をヘッド排気側通路２４に導く別系統の通路４１と、内燃機関の運転状態に応じて別系統の通路４１に流す冷却水の流量を調整するために電動ウオータポンプ４２の作動を制御する電子制御回路４３とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却システムに関する。

内燃機関の冷却システムとして、シリンダヘッドの排気ポートの近傍部分に冷却水の十分な流れを形成し、該近傍部分の冷却性を向上させる冷却システムが提案されている（特許文献１参照）。そして、排気ポートの近傍部分に冷却水の十分な流れを形成するために、排気側に吸気側よりも多い数の導入孔を形成し（例えば、吸気側の導入孔が１つのとき排気側には２つの導入孔を設ける）、排気側の補助通路内をより多くの冷却水が流れるようにしている。
特許第３０７１５４６号公報

しかし、シリンダヘッドの熱負荷は内燃機関を取り巻く環境や内燃機関の運転状態などによって大きく変動するが、上記従来技術によると、変動する熱負荷に見合った流量の冷却水を排気ポートの近傍部分に流すことができず、そのため、燃料噴射性能の悪化、排気ガスの増大、燃費の低下などを招き易いという問題がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、シリンダヘッドの変動する熱負荷に見合った流量の冷却水を排気ポートの近傍部分に流すことができ、燃料噴射性能の向上、排気ガスの低減、燃費の向上などを図ることができる内燃機関の冷却システムを提供することを目的とする。

本発明による内燃機関の冷却システムは、シリンダヘッドの排気ポートの近傍部分に冷却水が流れるヘッド排気側通路を有する内燃機関の冷却システムにおいて、電動ウオータポンプと、該電動ウオータポンプからの冷却水を前記ヘッド排気側通路に導く別系統の通路と、内燃機関の運転状態に応じて前記別系統の通路に流す冷却水の流量を調整するために前記電動ウオータポンプの作動を制御する電子制御回路とを備えることを特徴とする。

本発明によると、シリンダヘッドの排気ポートの近傍部分の排気側通路に、電動ウオータポンプによって送られてくる冷却水を流すとともに、この冷却水の流量を内燃機関の運転状態に応じて調整するようにしたため、内燃機関の運転状態などによって変動するシリンダヘッドの熱負荷に見合った流量の冷却水を排気ポートの近傍部分に流すことができるようになり、排気ポートの近傍部分の冷却性の向上により燃料噴射性能の向上、排気ガスの低減、燃費の向上などを図ることができる。

前記電子制御回路は、冷却水の水温が設定温度未満の低温時、前記電動ウオータポンプを停止状態に保つ制御を行なう。これにより、内燃機関の暖機時には電動ウオータポンプによる排気側通路への冷却水の供給が行われなくなり、暖機時間の短縮を図ることができる。

前記電子制御回路は、冷却水の水温が設定温度以上のとき、内燃機関の回転数又は負荷の増大にしたがって前記電動ウオータポンプの回転数を増大させる制御を行なう。これにより、内燃機関の熱負荷（発熱）が小さいときには小流量の冷却水を供給し、熱負荷が大きいときには大流量の冷却水を供給するようになり、内燃機関の熱負荷に見合った冷却性能を発揮できるようになる。また、内燃機関の熱負荷に応じた流量の冷却水を供給することから、従来からのメカ式ウオータポンプの定格出力は小さくて済み、メカ式ウオータポンプの小型化、低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却システムの構成図、図２は、内燃機関の要部の断面図を示す。

図１において、１はシリンダブロック、２はシリンダヘッドを表している。シリンダブロック１及びシリンダヘッド２は、具体的には図２に示すように構成され、図２に示すように、シリンダブロック１の内部には、クランクシャフト３を回転駆動するピストン４が配され、シリンダヘッド２には、吸気ポート５及び排気ポート６が形成され、吸気ポート５及び排気ポート６にそれぞれ吸気バルブ７及び排気バルブ８が配されており、また、シリンダヘッドには、点火プラグ９が配設されている。

図１及び図２において、シリンダブロック１の吸気側壁部１１には、冷却水が流れる通路（ブロック吸気側通路）１２が形成されている。また、シリンダブロック１の排気側壁部１３には、冷却水が流れる通路（ブロック排気側通路）１４が形成されている。ブロック吸気側通路１２の流出部とブロック排気側通路１４の流入部との間は、連通路１５によって連通している。

シリンダヘッド２の吸気側壁部２１において吸気ポート５の近傍部分には、冷却水が流れる通路（ヘッド吸気側通路）２２が形成されている。また、シリンダヘッド２の排気側壁部２３において排気ポート６の近傍部分には、冷却水が流れる通路（ヘッド排気側通路）２４が形成されている。ヘッド吸気側通路２２及びヘッド排気側通路２４の各流入部とブロック排気側通路１４の流出部との間は、連通路３１によって連通している。ヘッド吸気側通路２２の流出部とヘッド排気側通路２４の流出部は、流出管３２に集合接続されている。

ブロック吸気側通路１２の流入部は、メカ式ウオータポンプ（Ｗ／Ｐ）３３の吐出側に接続されている。メカ式ウオータポンプ３３は、内燃機関のクランクシャフト３を回転駆動源としている。メカ式ウオータポンプ３３の吸入側には、サーモスタット弁（ワックスサーモスタット）３４が接続されている。サーモスタット弁３４の流入側は３つに分岐しており、各分岐通路に、それぞれ、空調ヒータ３５、流出管３２、ラジエータ３６が接続されている。サーモスタット弁３４は、冷却水の水温に応じてラジエータ３６側の通路を開閉し、冷却水の水温が設定値（例えば７０℃）以下の低温時、ラジエータ３６側の通路を遮断状態に保つことによってラジエータ３６を迂回してシリンダブロック１及びシリンダヘッド２に冷却水を供給して内燃機関の暖機を促進させ、一方、冷却水の水温が上記設定値よりも高いとき、ラジエータ３６側の通路を開放状態に保つことによってラジエータ３６を経た冷却水をシリンダブロック１及びシリンダヘッド２に供給して内燃機関の冷却を優先させるよう動作する。なお、サーモスタット弁３４の開度は、冷却水の温度の上昇にしたがって増大し、例えば水温が８５℃で全開となる。

従来のメカ式ウオータポンプ３３は、内燃機関の最大発熱時にオーバーヒートを発生させない特性に設定されている。しかし、このようにメカ式ウオータポンプ３３の特性を設定すると、内燃機関の低負荷高回転時に内燃機関が過冷却される可能性がある。

そこで、本実施形態では、発熱が最も大きくなるヘッド排気側通路２４にラジエータ３６からの冷却水を新たに導入するための別系統の通路４１を設け、この通路４１に電動ウオータポンプ（Ｗ／Ｐ）４２を配置している。電動ウオータポンプ４２は、電子制御回路（ＥＣＵ）４３によって制御される。

図３は、電子制御回路４３による電動ウオータポンプ４２の制御フローチャートを示す。

図３において、電子制御回路４３は、内燃機関（エンジン）の始動時（ステップ１０１）、電動ウオータポンプ４２を停止（オフ）状態にする（ステップ１０２）。そして、内燃機関の出口水温を検出するための水温センサ４４からの水温検出信号を基に、水温が設定温度以上であるか否かを判断し（ステップ１０３）、水温が設定温度未満の間は、電動ウオータポンプ４２を停止状態に保つ。水温が設定温度以上の間は、エンジン負荷率及びエンジン回転数を読み込み（ステップ１０４）、図４に示すようなマップから電動ウオータポンプ回転数を読み込み、この回転数で動作するよう電動ウオータポンプ４２を駆動する（ステップ１０５）。

図４図示のマップにおいては、エンジン回転数が１５００rpm以下の低回転時、又は、エンジン負荷率が１０％以下の低負荷時には、電動ウオータポンプ回転数を０rpmに設定することにより、ヘッド排気側通路２４に別系統の通路４１を介しての冷却水の供給を行わないようにしている。このため、暖機時間の短縮を図ることができる。また、エンジン回転数が１５００rpmを超え、あるいはエンジン負荷率が１０％を超えたときは、エンジン回転数及びエンジン負荷率が増大するにしたがって電動ウオータポンプ回転数を増大させ、ヘッド排気側通路２４への冷却水の供給量を増大させるようにしている。したがって、エンジン回転数及びエンジン負荷の増大に伴い最も発熱が大きくなるシリンダヘッド２の排気側壁部２１の発熱を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態による内燃機関の冷却システムは、シリンダヘッド２の排気ポート６の近傍部分に冷却水が流れるヘッド排気側通路２４を有する内燃機関の冷却システムにおいて、電動ウオータポンプ４２と、電動ウオータポンプ４２からの冷却水をヘッド排気側通路２４に導く別系統の通路４１と、内燃機関の運転状態に応じて別系統の通路４１に流す冷却水の流量を調整するために電動ウオータポンプ４２の作動を制御する電子制御回路４３とを備える。このように、シリンダヘッド２の排気ポート６の近傍部分の排気側通路２４に、電動ウオータポンプ４２によって送られてくる冷却水を流すとともに、この冷却水の流量を内燃機関の運転状態に応じて調整するようにしたため、内燃機関の運転状態などによって変動するシリンダヘッド２の熱負荷に見合った流量の冷却水を排気ポート６の近傍部分に流すことができるようになり、排気ポート６の近傍部分の冷却性の向上により燃料噴射性能の向上、排気ガスの低減、燃費の向上などを図ることができる。

また、電子制御回路４３は、冷却水の水温が設定温度未満の低温時、電動ウオータポンプ４２を停止状態に保つ制御を行なう。これにより、内燃機関の暖機時には電動ウオータポンプ４２による排気側通路２４への冷却水の供給が行われなくなり、暖機時間の短縮を図ることができる。

また、電子制御回路４３は、冷却水の水温が設定温度以上のとき、内燃機関の回転数又は負荷の増大にしたがって電動ウオータポンプ４２の回転数を増大させる制御を行なう。これにより、内燃機関の熱負荷（発熱）が小さいときには小流量の冷却水を供給し、熱負荷が大きいときには大流量の冷却水を供給するようになり、内燃機関の熱負荷に見合った冷却性能を発揮できるようになる。また、内燃機関の熱負荷に応じた流量の冷却水を供給することから、従来からのメカ式ウオータポンプの定格出力は小さくて済み、メカ式ウオータポンプの小型化、低コスト化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却システムの構成図である。内燃機関の要部の断面図である。電子制御回路による電動ウオータポンプの制御フローチャートである。電動ウオータポンプ回転数の設定マップである。

符号の説明

２シリンダヘッド
６排気ポート
２４ヘッド排気側通路
４１別系統の通路
４２電動ウオータポンプ
４３電子制御回路

Claims

シリンダヘッドの排気ポートの近傍部分に冷却水が流れるヘッド排気側通路を有する内燃機関の冷却システムにおいて、
電動ウオータポンプと、
該電動ウオータポンプからの冷却水を前記ヘッド排気側通路に導く別系統の通路と、
内燃機関の運転状態に応じて前記別系統の通路に流す冷却水の流量を調整するために前記電動ウオータポンプの作動を制御する電子制御回路と
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却システム。
前記電子制御回路は、冷却水の水温が設定温度未満の低温時、前記電動ウオータポンプを停止状態に保つ制御を行なうことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却システム。
前記電子制御回路は、冷却水の水温が設定温度以上のとき、内燃機関の回転数又は負荷の増大にしたがって前記電動ウオータポンプの回転数を増大させる制御を行なうことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の冷却システム。