JP2005083239A - Cooling device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この出願の発明は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックを機関の運転状態に応じて冷却する冷却装置に関する。 The invention of this application relates to a cooling device that cools a cylinder head and a cylinder block of an internal combustion engine according to an operating state of the engine.
内燃機関の冷却装置として、冷却水をシリンダブロックからウォータジャケットに供給する第1の循環系と、冷却液をシリンダヘッドからウォータジャケットに供給する第2の循環系を設け、第1の循環系の冷却水の圧送を、機関駆動されるメインのウォータポンプによって行うと共に、第2の循環系の冷却水の圧送を、モータ駆動されるサブのウォータポンプによって行うものがある(特許文献1参照。)。 As a cooling device for an internal combustion engine, a first circulation system that supplies cooling water from the cylinder block to the water jacket and a second circulation system that supplies cooling liquid from the cylinder head to the water jacket are provided. The cooling water is pumped by a main water pump driven by an engine, and the cooling water is pumped by a second water pump by a motor-driven sub water pump (see Patent Document 1). .
この冷却装置は、機関の運転状態に応じてサブのウォータポンプをオン・オフ作動させ、それによって内燃機関の冷却効率の向上を図るようにしている。
しかし、この従来の冷却装置は、メインのウォータポンプの他にサブのウォータポンプを設けなければならないため、製品コストが高騰することが問題となっている。 However, this conventional cooling device has a problem that the product cost increases because a sub-water pump must be provided in addition to the main water pump.
そこでこの出願の発明は、ウォータポンプを複数用いることなく、シリンダヘッドとシリンダブロックに対する冷却水の供給流量を機関の運転状態に応じて制御できるようにして、内燃機関の最適な温度制御と製品コストの削減を図ることができる内燃機関の冷却装置を提供しようとするものである。 Accordingly, the invention of this application enables optimal temperature control and product cost of an internal combustion engine by controlling the supply flow rate of cooling water to the cylinder head and the cylinder block according to the operating state of the engine without using a plurality of water pumps. It is an object of the present invention to provide a cooling device for an internal combustion engine that can reduce the amount of the internal combustion engine.
上述した課題を解決するための手段として、この出願の発明は、冷却水をラジエータ側から圧送するウォータポンプと、このウォータポンプからシリンダヘッド側ウォータジャケットの入口に冷却水を供給するヘッド側供給通路と、前記ウォータポンプからシリンダブロック側ウォータジャケットの入口に冷却水を供給するブロック側供給通路と、前記ヘッド側供給通路とブロック側供給通路の分岐部に配置され、ヘッド側供給通路とブロック側供給通路に対する冷却水の分配を制御する分配制御弁と、シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口とシリンダブロック側ウォータジャケットの出口をラジエータの入口側に接続する戻し通路と、この戻し通路のうちのシリンダブロック側とシリンダヘッド側の合流点とシリンダブロック側ウォータジャケットの出口の間に配置され、冷却水をラジエータ側に戻す方向の流れのみを許容するチェック弁と、シリンダヘッド内の冷却水の温度を検出するヘッド水温検出手段と、シリンダブロック内の冷却水の温度を検出するブロック水温検出手段と、を備え、少なくとも前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値に基づいて前記分配制御弁を制御するようにした。 As means for solving the above-mentioned problems, the invention of this application includes a water pump for pumping cooling water from the radiator side, and a head side supply passage for supplying cooling water from the water pump to the inlet of the cylinder head side water jacket. And a block-side supply passage for supplying cooling water from the water pump to the inlet of the cylinder block-side water jacket, and a head-side supply passage and a block-side supply. A distribution control valve for controlling the distribution of cooling water to the passage, a return passage connecting the outlet of the cylinder head side water jacket and the outlet of the cylinder block side water jacket to the inlet side of the radiator, and the cylinder block side of the return passage And the confluence on the cylinder head side and the cylinder block side wall A check valve that is disposed between the outlets of the rotor jacket and allows only the flow of the cooling water to the radiator side, a head water temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling water in the cylinder head, and the cooling in the cylinder block Block water temperature detecting means for detecting the temperature of the water, and controlling the distribution control valve based on at least detection values of the head water temperature detecting means and the block water temperature detecting means.
この発明の場合、シリンダヘッドとシリンダブロックの各水温に応じて分配制御弁が制御されるため、各水温に応じて例えばシリンダヘッド側ウォータジャケットに対する冷却水の供給流量をシリンダブロック側ウォータジャケットに対する供給流量よりもより多くしたり、両ウォータジャケットに対する供給流量を同様に多く、または、少なくすることが可能となる。 In the case of this invention, since the distribution control valve is controlled according to each water temperature of the cylinder head and the cylinder block, for example, the supply flow rate of cooling water to the cylinder head side water jacket is supplied to the cylinder block side water jacket according to each water temperature. It is possible to increase the flow rate more than the flow rate, or to increase or decrease the supply flow rate for both water jackets in the same manner.
請求項2に記載のように、前記ウォータポンプは電動モータによって駆動し、その電動モータは少なくとも前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値に基づいて制御するようにしても良い。 According to a second aspect of the present invention, the water pump may be driven by an electric motor, and the electric motor may be controlled based on at least detection values of the head water temperature detecting means and the block water temperature detecting means.
この場合、各水温に応じた電動モータの制御によってウォータポンプ自体の吐出流量を制御することができるため、一つのウォータポンプで各ウォータジャケットに対する供給流量をより最適に制御することができる。 In this case, since the discharge flow rate of the water pump itself can be controlled by the control of the electric motor corresponding to each water temperature, the supply flow rate to each water jacket can be more optimally controlled by one water pump.
また、請求項3に記載のように、前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であったときには、前記ウォータポンプを極低回転で駆動することが望ましい。 According to a third aspect of the present invention, when the detected values of the head water temperature detecting means and the block water temperature detecting means are not more than a set value that does not require cooling of the internal combustion engine, the water pump is rotated at an extremely low speed. It is desirable to drive with
この場合、ウォータジャケット内の水温が設定値以下の低温であるときにも、冷却水の流動が完全に停止しないため、ウォータジャケット内の冷却水温度を各水温検出手段によって常に正確に検出することができる。 In this case, even when the water temperature in the water jacket is a low temperature below the set value, the flow of the cooling water does not stop completely, so the cooling water temperature in the water jacket must always be accurately detected by each water temperature detection means. Can do.
この出願の発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックの各水温に応じて分配制御弁が制御されるため、ウォータポンプを複数用いることなく、シリンダヘッドとシリンダブロックに対する冷却水の供給流量を機関の運転状態に応じて最適に制御することができる。 In the invention of this application, since the distribution control valve is controlled in accordance with each water temperature of the cylinder head and the cylinder block, the flow rate of the cooling water supplied to the cylinder head and the cylinder block can be set to the operating state of the engine without using a plurality of water pumps. It is possible to control optimally according to.
次に、この出願の発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Next, an embodiment of the invention of this application will be described with reference to the drawings.
図1は、この発明にかかる内燃機関の冷却装置の全体構成を示すものであり、同図において、1,2は、夫々機関ブロック内のシリンダヘッド側ウォータジャケット(以下、「ヘッド側ジャケット」と呼ぶ。)と、シリンダブロック側ウォータジャケット(以下、「ブロック側ジャケット」と呼ぶ。)、3は、機関内で加熱された冷却水の熱を放熱するラジエータ、4は、冷却水を圧送するためのウォータポンプである。
FIG. 1 shows the overall configuration of a cooling device for an internal combustion engine according to the present invention. In FIG. 1,
ウォータポンプ4は、図2に示すように駆動軸5の回転によって羽根部6を回転させてラジエータ3の出口3b側の冷却水を吐出通路7側に圧送する周知の構造のものであるが、このポンプ4の駆動軸5は電動モータ8によって回転駆動されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
また、吐出通路7からは、ヘッド側ジャケット1の入口1aに連通するヘッド側供給通路9と、ブロック側ジャケット2の入口2aに連通するブロック側供給通路10が分岐しており、この両供給通路9,10の分岐部には後述する分配制御弁11が配置されている。
Further, from the
ヘッド側ジャケット1とブロック側ジャケット2は相互に独立しており、各供給通路9,10を介して別々に冷却水が循環供給されるようになっている。
The head side jacket 1 and the
また、各ジャケット1,2の出口1b,2bとラジエータ3の入口3a側は戻す戻し通路12によって接続されており、この戻し通路12のうちの、シリンダヘッド側通路部とシリンダブロック側通路部の合流点14とブロック側ジャケット2の出口2bの間にはチェック弁15が介装されている。このチェック弁15は、ブロック側ジャケット2の冷却水をラジエータ3に戻す方向の流れのみを許容し、ヘッド側ジャケット1からブロック側ジャケット2への冷却水の流入を阻止するようになっている。
Further, the
ヘッド側ジャケット1とブロック側ジャケット2には、夫々温度センサ16,17(ヘッド水温検出手段、及び、ブロック水温検出手段)が設けられ、これらの検出温度信号がコントローラ18に入力されるようになっている。コントローラ18は、温度センサ16,17の信号の他、内燃機関の負荷や回転速度の信号を入力され、内燃機関の運転状態に応じて電動モータ8と分配制御弁11を制御するようになっている。ただし、電動モータ8と分配制御弁11の基本制御は両ジャケット1,2の水温に基づいたものとなっている。
The head side jacket 1 and the
この実施形態では、分配制御弁11は、図3に示すようなロータリバルブによって構成されており、弁体19には、吐出通路7とヘッド側供給通路9、ブロック側供給通路10を連通させることのできる相互に導通した3方の開口20a,20b,20cが設けられている。
In this embodiment, the
そして、この分配制御弁11では、図3(A),(B),(C)に示す3位置に弁体19を切換え制御できるようになっており、図3(A)に示す第1の位置では、開口20aが吐出通路7とヘッド側供給通路9を微小に開いた状態でこれらに連通すると同時に、開口20bがブロック側供給通路10を微小に開いた状態で同通路10に連通する。したがって、この第1の位置では、吐出通路7が両供給通路9,10に対して面積を大きく絞られた状態で接続される。
In this
一方、図3(B)に示す第2の位置では、開口20cと20aが吐出通路7とヘッド側供給通路9を全開にした状態でこれらに連通すると同時に、開口20bがブロック側供給通路10をほぼ半開にした状態で同通路10に連通する。したがって、この第2の位置では、吐出通路7がヘッド側供給通路9に対して全開状態で接続されると共に、ブロック側供給通路10に対して半開状態で接続される。
On the other hand, in the second position shown in FIG. 3B, the
また、図3(C)に示す第3の位置では、開口20c,20a,20bが夫々吐出通路7,ヘッド側供給通路9,ブロック側供給通路10を全開にした状態でこれらに連通し、その結果、吐出通路7が両供給通路9,10に対して全開状態で接続される。
In the third position shown in FIG. 3C, the
また、ウォータポンプ4とラジエータ3の出口3bを接続する吸入通路21には、一端側が戻し通路12のうちのラジエータ3の入口3a近傍に連通するバイパス通路22が接続されており、このバイパス通路22の吸入通路21との接続部には、設定低温時にのみ通路を開く開閉弁23が介装されている。尚、この開閉弁23は、温度センサ16,17による検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であるときに、コントローラ18による指令によって通路22を開くようにしても良い。
A
尚、ラジエータ3に向かう戻し通路12の途中にはヒータ配管24が分岐接続され、内燃機関の熱で暖められた熱が暖房等に利用されるようになっている。
In addition, a
以下、コントローラ18による電動モータ8と分配制御弁11の具体的な制御と、そのときの各部の状態について説明する。
Hereinafter, specific control of the
例えば、内燃機関の冷間始動時のように、両温度センサ16,17による検出値がジャケット1,2の冷却を必要としない設定値以下の値であるときには、微小流量の冷却水を送り出すように電動モータ8(ウォータポンプ4)を微低速で回転させると共に、分配制御弁11の弁体19を図3(A)に示す第1の位置に変位させる。これにより、両ジャケット1,2には冷却水が微小流量しか流れないことになるため、機関ブロックが冷却水によって奪われる熱量が少なくなる。したがって、内燃機関は速やかに暖まり、内燃機関の運転は安定する。
For example, when the value detected by both the
尚、このとき両ジャケット1,2内には微小流量の冷却水が流れるため、ジャケット1,2内の温度のバラツキによる水温検出の狂いは生じにくい。したがって、このような機関運転状態においても各ジャケット1,2内の水温変化を正確に検出することができる。
At this time, since a very small amount of cooling water flows in both
そして、内燃機関を中低速の回転域で運転しているときのように、両温度センサ16,17で検出される検出値が夫々設定敷居値に満たない高温値であるときには、機関回転速度に応じた冷却水を吐出するように電動モータ8(ウォータポンプ4)を回転させると共に、分配制御弁11の弁体19を図3(B)に示す第2の位置に変位させる。これにより、ヘッド側ジャケット1とブロック側ジャケット2にはほぼ2対1の割合で冷却水が分配され、ウォータポンプ4の吐出流量は機関回転速度に応じて増大する。
When the detected values detected by the two
また、内燃機関を高速回転域で運転しているときのように、両温度センサ16,17で検出される検出値が夫々設定敷居値以上の高温値であるときには、機関回転速度に応じた冷却水を吐出するように電動モータ8(ウォータポンプ4)を回転させると共に、分配制御弁11の弁体19を図3(C)に示す第2の位置に変位させる。これにより、ヘッド側ジャケット1とブロック側ジャケット2にはほぼ同割合で冷却水が分配され、ウォータポンプ4の吐出流量は機関回転速度に応じて増大する。
Further, when the detected values detected by the two
この冷却装置の場合、ヘッド側ジャケット1とブロック側ジャケット2に機関の運転状態に応じて効率良く冷却水を供給することができるうえ、一つのウォータポンプ4から吐出された冷却水を分配制御弁11によって両ジャケット1,2に適切に分配するものであるため、両ジャケットに対する冷却水の供給流量を二つのウォータポンプで夫々制御していた従来のものに比較して製品コストを大幅に削減することができる。
In the case of this cooling device, cooling water can be efficiently supplied to the head-side jacket 1 and the block-
さらに、この冷却装置にあっては、ウォータポンプ4を電動モータ8によって駆動し、冷間始動時等の冷却水温度が充分に低い条件下で各ジャケット1,2に対する冷却水の供給流量が微小になるように制御するようにしたため、機関ブロックの早期昇温を図ることができると共に、ウォータポンプ4の必要外の仕事量を無くしてエネルギー利用の効率化を図ることができる。
Further, in this cooling device, the
即ち、ウォータポンプ4の回転速度を単純に機関回転速度に応じて増大させる場合には、両ジャケット1,2に供給される冷却水の総流量は、図4の破線で示すようになる。しかし、冷間始動時等では機関ブロックを冷却する必要がなく、冷却水の要求流量は図4の実線で示すようになり、同図中の破線と実施線に挟まれた領域(斜線を入れた領域)は無駄仕事領域となる。この実施形態の冷却装置においては、この無駄仕事領域を無くしたことでエネルギー利用効率が高まる。
That is, when the rotational speed of the
尚、この出願の発明の実施形態は以上で説明したものに限るものではなく、例えば、温度センサ16,17による検出値がジャケット1,2の冷却を必要としない設定値以下の値であるときに、吐出通路7に対するヘッド側供給通路9とブロック側供給通路10の連通を所定時間毎に切換えるように分配制御弁11を制御することで、両ジャケット1,2内に冷却水の微小な流れを作り出すようにしても良い。また、分配制御弁11は、温度センサ16,17による検出値がジャケット1,2の冷却を必要としない設定値よりも大きいときに、ヘッド側ジャケット1に対する冷却水の供給流量がブロック側ジャケット2に対する供給流量よりも常に大きくなるように制御するようにしても良い。
The embodiment of the invention of this application is not limited to that described above. For example, when the detected values by the
次に、上述した実施形態の記載内容から把握し得る前記請求項に記載された発明以外の発明について、以下にその効果と共に記載する。 Next, inventions other than the invention described in the claims that can be grasped from the description of the embodiment described above will be described together with the effects thereof.
(イ) 前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であったときに、前記分配制御弁によってヘッド側供給通路とブロック側供給通路に対する冷却水供給を所定時間毎に切換えることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の冷却装置。
(A) When the detected values of the head water temperature detecting means and the block water temperature detecting means are not more than a set value that does not require cooling of the internal combustion engine, the distribution control valve controls the head side supply passage and the block side supply passage. 4. The cooling apparatus for an internal combustion engine according to
この場合、ウォータジャケット内の水温が設定値以下の低温であるときに、両供給通路が所定時間毎に交互にウォータポンプと連通するため、ウォータポンプの回転をさらに低回転にしても各ウォータジャケット内に冷却水の適度な流動を作り出すことができる。 In this case, when the water temperature in the water jacket is a low temperature below the set value, both supply passages communicate with the water pump alternately every predetermined time, so each water jacket can be rotated even if the rotation of the water pump is further reduced. A moderate flow of cooling water can be created inside.
(ロ) ラジエータの入口側と出口側を連通するバイパス通路を設け、そのバイパス通路に、前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であったときにのみ通路を開く開閉弁を設けたことを特徴とする請求項3または前記(イ)に記載の内燃機関の冷却装置。
(B) A bypass passage communicating the inlet side and the outlet side of the radiator is provided, and the detected values of the head water temperature detecting means and the block water temperature detecting means are not more than a set value that does not require cooling of the internal combustion engine. 4. The internal combustion engine cooling device according to
この場合、ウォータジャケット内の水温が設定値以下の低温になると、バイパス通路が開閉弁によって開かれ、冷却水はラジエータを通過することなくウォータポンプに戻されることになる。このため、冷却水はラジエータで放熱されないため、機関の爆発によって効率良く温度上昇するようになる。 In this case, when the water temperature in the water jacket becomes a low temperature below the set value, the bypass passage is opened by the on-off valve, and the cooling water is returned to the water pump without passing through the radiator. For this reason, since the cooling water is not radiated by the radiator, the temperature rises efficiently due to the explosion of the engine.
(ハ) 前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値よりも大きいときに、シリンダヘッド側ウォータジャケットに対する冷却水の供給流量がシリンダブロック側ウォータジャケットに対する供給流量よりも常に大きくなるように前記分配制御弁を制御することを特徴とする請求項1〜3、前記(イ),(ロ)のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。 (C) When the detected values of the head water temperature detecting means and the block water temperature detecting means are larger than a set value that does not require cooling of the internal combustion engine, the supply flow rate of cooling water to the cylinder head side water jacket is The cooling apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the distribution control valve is controlled so as to be always larger than a supply flow rate to the engine.
この場合、機関の爆発によってより高温になり易いシリンダヘッド部分をより効率良く冷却することができる。 In this case, it is possible to more efficiently cool the cylinder head portion that is likely to be hotter due to the explosion of the engine.
1…ヘッド側ジャケット(シリンダヘッド側ウォータジャケット)
2…ブロック側ジャケット(シリンダブロック側ウォータジャケット)
3…ラジエータ
4…ウォータポンプ
8…電動モータ
9…ヘッド側供給通路
10…ブロック側供給通路
11…分配制御弁
12…戻し通路
15…チェック弁
16…温度センサ(ヘッド水温検出手段)
17…温度センサ(ブロック水温検出手段)
1. Head side jacket (cylinder head side water jacket)
2. Block side jacket (cylinder block side water jacket)
DESCRIPTION OF
17 ... Temperature sensor (block water temperature detection means)
Claims (3)
冷却水をラジエータ側から圧送するウォータポンプと、
このウォータポンプからシリンダヘッド側ウォータジャケットの入口に冷却水を供給するヘッド側供給通路と、
前記ウォータポンプからシリンダブロック側ウォータジャケットの入口に冷却水を供給するブロック側供給通路と、
前記ヘッド側供給通路とブロック側供給通路の分岐部に配置され、ヘッド側供給通路とブロック側供給通路に対する冷却水の分配を制御する分配制御弁と、
シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口とシリンダブロック側ウォータジャケットの出口をラジエータの入口側に接続する戻し通路と、
この戻し通路のうちのシリンダブロック側とシリンダヘッド側の合流点とシリンダブロック側ウォータジャケットの出口の間に配置され、冷却水をラジエータ側に戻す方向の流れのみを許容するチェック弁と、
シリンダヘッド内の冷却水の温度を検出するヘッド水温検出手段と、
シリンダブロック内の冷却水の温度を検出するブロック水温検出手段と、を備え、
少なくとも前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値に基づいて前記分配制御弁を制御することを特徴とする内燃機関の冷却装置。 A cooling device that controls the supply flow rate of cooling water to the cylinder head and the cylinder block according to the operating state of the internal combustion engine,
A water pump for pumping cooling water from the radiator side;
A head-side supply passage for supplying cooling water from the water pump to the inlet of the cylinder head-side water jacket;
A block side supply passage for supplying cooling water from the water pump to the inlet of the cylinder block side water jacket;
A distribution control valve disposed at a branch portion of the head side supply passage and the block side supply passage, and for controlling distribution of cooling water to the head side supply passage and the block side supply passage;
A return passage connecting the outlet of the cylinder head side water jacket and the outlet of the cylinder block side water jacket to the inlet side of the radiator;
A check valve that is arranged between the confluence of the cylinder block side and the cylinder head side of the return passage and the outlet of the water jacket on the cylinder block side and allows only the flow in the direction of returning the cooling water to the radiator side,
Head water temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling water in the cylinder head;
Block water temperature detecting means for detecting the temperature of the cooling water in the cylinder block,
A cooling apparatus for an internal combustion engine, wherein the distribution control valve is controlled based on at least detection values of the head water temperature detecting means and the block water temperature detecting means.
The water pump is driven at an extremely low rotation when the detected values of the head water temperature detecting means and the block water temperature detecting means are not more than a set value that does not require cooling of the internal combustion engine. The internal combustion engine cooling device according to 2.
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