JP2007009850A - 車両用エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却水を循環させるウォータポンプの仕事量を低減し燃費の向上を図ることができる車両用エンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】 車速センサ５２により検出される車両の走行速度が所定速度以上であるときは、バイパス通路４１に設けられた電磁弁４２を開弁状態にすることによって、バイパス通路４１を流通する冷却水の流量を増加させてエンジン１１に供給される冷却水の流量を減少させる。冷却水の循環量を少なくすると、ウォータポンプ１３の仕事量が減り、ウォータポンプ１３を駆動するエンジン１１に対する負荷が低減されるため、燃費の向上を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用水冷式エンジンの冷却装置に関するものである。

従来、エンジンに供給される冷却水をラジエータを介して循環させる水冷式の車両用エンジンにおいて、冷却水を循環させるウォータポンプの吸入ポートと吐出ポートとを連通するバイパス通路を設け、制御弁によってバイパス通路を流通する冷却水の流量を制御するようにした冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。こうした冷却装置にあっては、エンジンにおける冷却水の温度を検出する温度センサの信号に基づいて前記制御弁の開閉を制御し、制御弁の開弁時にはウォータポンプから吐出される冷却水の少なくとも一部をバイパス通路に流通させてウォータポンプの吸入ポートに導くようにしている。すなわち、エンジンの冷間運転時においては、制御弁を開弁してバイパス通路を流通する冷却水の流量を増加させることで、エンジンに供給される冷却水の流量を減少させて、早期にエンジンの温度を上昇させ燃焼の安定化を図っている。一方、エンジンの温間運転時においては、制御弁を閉弁してバイパス通路を冷却水が流通しないようにすることで、エンジンに供給される冷却水の流量を増加させて、エンジンの冷却効果が十分に得られるようにしている。
特開２００４−３０１０３２号公報

ところで、このような冷却装置では、エンジンにおける冷却水の温度検出結果のみによって制御弁が開閉制御され、エンジンに供給される冷却水の流量が制御されるため、ラジエータの放熱効率は考慮されないものとなっている。ラジエータの放熱効率が高くなる場合は、エンジンの温間運転時であってもエンジンに供給される冷却水の温度が低くなるため、エンジンに供給される冷却水の流量を減少させても冷却性能を維持することができる。このような場合に、過剰な量の冷却水をエンジンに供給することは、ウォータポンプの仕事量を不必要に増加させることとなるため、燃費の悪化の原因となる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却水を循環させるウォータポンプの仕事量を低減し燃費の向上を図ることができる車両用エンジンの冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ウォータポンプにより冷却水をエンジンとラジエータとの間で循環させる車両用エンジンの冷却装置において、車両の走行速度を検出する走行速度検出手段と、前記エンジンに供給される冷却水の量を変更する変更手段と、前記検出される車両の走行速度が高速であるときほど前記エンジンに供給される冷却水の量が少なくなるように前記変更手段を制御する制御手段とを備えるようにしている。

車両は高速で走行するほど走行風が強くなり、ラジエータの放熱効率の上昇が期待できる。ラジエータの放熱効率が上昇すると、エンジンに供給される冷却水の温度が低くなるため、冷却水の循環量を少なくすることができる。すなわち、このような高速走行時に、低速走行時と同量の冷却水をエンジンに供給することは、ウォータポンプに過度の仕事をさせることとなる。

この点、請求項１に記載の構成によれば、車両の走行速度が高速であるときほどウォータポンプからエンジンに供給される冷却水の量を少なくなるようにしているため、ラジエータの放熱効率に見合った量の冷却水がエンジンに供給されるようになる。このため、ウォータポンプの仕事量を極力低下させることができ、燃費の向上を図ることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用エンジンの冷却装置において、前記変更手段は、前記ウォータポンプの吸入ポートと吐出ポートとを連通して同吐出ポートから吐出される冷却水の少なくとも一部を前記吸入ポートに戻すバイパス通路と、同バイパス通路を流通する冷却水の流量を制御する制御弁とを備えるものであり、前記制御手段は、前記検出される車両の走行速度に応じて前記制御弁の開度を調整することにより前記冷却水の量を変更するようにしている。

同構成によれば、車両の走行速度に応じて制御弁の開度を調整してバイパス通路を流通する冷却水の流量を制御することにより、ウォータポンプからエンジンに供給される冷却水の量を変更することができる。

また、バイパス通路を冷却水が流通するように制御するときは、ウォータポンプの吐出ポートから吐出される冷却水の少なくとも一部がバイパス通路を通じて吸入ポートに戻されるため、吸入ポートと吐出ポートとにおける冷却水の圧力差が減少するようになる。このため、吸入ポートにおける冷却水中のキャビテーションの発生を抑えることができ、これに起因する騒音の発生や配管の損傷を好適に回避することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両用エンジンの冷却装置において、前記制御弁は開弁状態と閉弁状態とが選択的に切り替えられる切換弁であり、前記制御手段は、前記検出される車両の走行速度が所定速度以上であるときに前記制御弁が開弁状態となるようにこれを制御するようにしている。

同構成によれば、車両の走行速度が所定速度以上であるときは開弁状態となるように制御弁が制御されるため、バイパス通路を流通する冷却水の量を増加させ、エンジンに供給される冷却水の量を相対的に減少させることができる。その結果、ウォータポンプの仕事量を減少させることができ、燃費の向上を図ることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の車両用エンジンの冷却装置において、前記冷却装置は、前記冷却水循環通路のエンジンの出口部における冷却水の温度を検出する温度検出手段を更に備えるものであり、前記制御手段は、前記検出される冷却水の温度が所定温度以下であるときに前記制御弁が開弁状態となるようにこれを制御するようにしている。

同構成によれば、エンジンの出口部の冷却水の温度が所定温度以下であると検出されたときは制御弁を開弁するため、エンジンの冷間運転時には、バイパス通路を流通する冷却水の流量を増加させ、エンジンに供給される冷却水の流量を相対的に減少させることができる。このため、エンジンを冷却する熱容量を減少させて、エンジンの温度を速やかに上昇させることができ、エンジンの暖機時間の短縮化、ひいてはこれに伴う早期の燃焼安定化を好適に図ることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の車両用エンジンの冷却装置において、車両のアクセル踏込み量を検出するアクセル量検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記検出されるアクセル踏込み量が所定踏込み量以上であると検出されたときに前記制御弁を強制的に閉弁するようにしている。

同構成によれば、アクセル踏込み量が所定踏込み量以上であると検出されたときは制御弁を強制的に閉弁するため、エンジンの高負荷時には、車両の走行速度や冷却水温度にかかわらず、エンジンに供給される冷却水の流量を強制的に増加させることができる。このため、エンジンの温度が上昇するエンジンの高負荷時において、エンジンの冷却効果を確実に高めることができる。

以下、図１，２を参照して、本発明にかかる車両用エンジンの冷却装置の実施形態について説明する。
図１に車両に搭載された水冷式エンジン１１の冷却装置１を示す。冷却装置１には、車両の走行に伴って生じる走行風と接触するラジエータ１２が設けられる。エンジン１１には、エンジン１１に供給される冷却水をラジエータ１２を介して循環させる第１冷却水循環通路２１が接続される。また、エンジン１１には、エンジン１１に供給される冷却水をラジエータ１２を介することなく循環させる第２冷却水循環通路３１が接続される。

第１冷却水循環通路２１は、冷却水の通路２２〜２６によって構成され、その途中にはウォータポンプ１３とサーモスタットバルブ１４とが設けられる。エンジン１１の冷却水入口部１１ａとウォータポンプ１３の吐出ポート１３ａとは、第１通路２２により接続される。ウォータポンプ１３は、エンジン１１のクランクシャフト（図示せず）によって駆動され、冷却水の循環流を生じさせる。ウォータポンプ１３の吸入ポート１３ｂとサーモスタットバルブ１４とは、第２通路２３により接続され、サーモスタットバルブ１４とラジエータ１２の冷却水出口部１２ａとは、第３通路２４により接続される。そして、ラジエータ１２の冷却水入口部１２ｂとエンジン１１の冷却水出口部１１ｂとは、第４通路２５及び第５通路２６により接続される。第１冷却水循環通路２１は上記のように接続され、冷却水はウォータポンプ１３によって第１冷却水循環通路２１を循環させられる。

また、冷却装置１には、ウォータポンプ１３の吸入ポート１３ｂと吐出ポート１３ａとを連通するバイパス通路４１が設けられる。バイパス通路４１には、バイパス通路４１を流通する冷却水の流量を制御する電磁弁(制御弁)４２が設けられる。電磁弁４２は、開弁状態と閉弁状態とが選択的に切り換えられる切換弁であり、ステッピングモータ、ソレノイド等のアクチュエータにより駆動される。そして、開弁状態ではウォータポンプ１３の吐出ポート１３ａから吐出される冷却水の少なくとも一部をバイパス通路４１に流通させてウォータポンプ１３の吸入ポート１３ｂに戻し、閉弁状態ではウォータポンプ１３から吐出される冷却水をバイパス通路４１に流通させないようにする。すなわち、電磁弁４２はバイパス通路４１を流通する冷却水の流量を制御することで、エンジン１１に供給される冷却水の量を変更することができる。バイパス通路４１及び電磁弁４２は、変更手段に相当する。

第２冷却水循環通路３１は、冷却水の通路２２，２３，３２，２６によって構成され、その途中にはウォータポンプ１３とサーモスタットバルブ１４とが設けられる。第６通路３２はサーモスタットバルブ１４と第５通路２６のラジエータ１２側とを接続し、冷却水はウォータポンプ１３によって第２冷却水循環通路３１を循環させられる。

サーモスタットバルブ１４は、冷却水の温度に応じて冷却水の流路を切り換える弁であり、サーモスタットバルブ１４を流れる冷却水の温度が所定温度Ｔａよりも高いときには、第６通路３２側を閉塞して第２通路２３と第３通路２４とを連通させる。そして、冷却水の温度が所定温度Ｔａ以下のときには、第３通路２４側を閉塞して第２通路２３と第６通路３２とを連通させる。従って、サーモスタットバルブ１４を流れる冷却水の温度が所定温度Ｔａよりも高いときには、冷却水が第１冷却水循環通路２１を循環し、ラジエータ１２で放熱された冷却水がエンジン１１に供給される。一方、サーモスタットバルブ１４を流れる冷却水の温度が所定温度Ｔａ以下のときには、冷却水が第２冷却水循環通路３１を循環し、ラジエータ１２で放熱が行われない冷却水がエンジン１１に供給される。このため、エンジン始動時等の冷間運転時においては、ラジエータ１２で放熱が行われない冷却水が第２冷却水循環通路３１を循環することとなるため、速やかに冷却水の温度を上昇させることができ、暖機時間を短縮して早期の燃焼安定化を図ることができる。

冷却装置１には、各部の状態を検出するセンサが種々取付けられている。走行速度検出手段としての車速センサ５２は、車両の走行速度を検出する。温度検出手段としての水温センサ５３は、第５通路２６に設けられ、エンジン１１の冷却水出口部１１ｂを流通する冷却水の温度を検出する。アクセル量検出手段としてのアクセルセンサ５４は、運転者によるアクセルペダルの踏込み量を検出する。ＥＣＵ（電子制御装置）５１は、前記センサ５２〜５４の検出信号に基づいて冷却装置１を制御する。

次に、冷却装置１の制御について説明する。図２に冷却装置１による電磁弁制御ルーチンのフローチャートを示す。この電磁弁制御ルーチンは、制御手段としてのＥＣＵ５１が、車速センサ５２、水温センサ５３及びアクセルセンサ５４の検出信号に基づいて電磁弁４２を開閉制御するものである。ＥＣＵ５１は、電磁弁制御ルーチンを所定タイミングごとに繰り返し行う。電磁弁制御ルーチンが開始されると、ＥＣＵ５１は、アクセル踏込み量が所定踏込み量αより小さいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。アクセル踏込み量が所定踏込み量α以上のときは、エンジン１１に高負荷がかかっていると判断されるので、エンジン１１の温度上昇を抑制するために、エンジン１１に供給される冷却水の流量を増加させてエンジン１１の冷却効果を高める必要がある。このため、アクセル踏込み量が所定踏込み量α以上のときはステップＳ１４０に進み、電磁弁４２を閉弁状態にしてバイパス通路４１に冷却水が流通しないようにすることで、第１通路２２からエンジン１１に供給される冷却水の流量を増加させる。

アクセル踏込み量が所定踏込み量αより小さいときは、車両の走行速度Ｖが所定速度Ｖａより小さいか否かを判定する（ステップＳ１２０）。車両の走行速度Ｖが所定速度Ｖａ以上のときは、走行風が強くなりラジエータ１２の放熱効率の上昇が期待できるため、エンジン１１に供給される冷却水の温度が低くなり、冷却水の循環量を少なくすることができる。冷却水の循環量を少なくすると、ウォータポンプ１３の仕事量が減り、ウォータポンプ１３を駆動するエンジン１１に対する負荷が低減されるため、燃費の向上を図ることができる。このため、車両の走行速度Ｖが所定速度Ｖａ以上のときはステップＳ１５０に進み、電磁弁４２を開弁状態にしてバイパス通路４１を流通する冷却水の流量を増加させ、エンジン１１に供給される冷却水の流量を減少させる。

車両の走行速度Ｖが所定速度Ｖａより小さいときは、エンジン１１の冷却水出口部１１ｂを流通する冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔｂより大きいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔｂ以下のときは、エンジン１１が冷間運転中であるので、エンジン１１の温度を速やかに上昇させて暖機時間の短縮化を図るために、エンジン１１に供給される冷却水の流量を減少させるのが望ましい。このため、冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔｂ以下のときはステップＳ１５０に進み、電磁弁４２を開弁状態にしてバイパス通路４１を流通する冷却水の流量を増加させ、エンジン１１に供給される冷却水の流量を減少させる。

冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔｂより大きいときは、エンジン１１が温間運転中であるためステップＳ１４０に進み、電磁弁４２を閉弁状態にしてエンジン１１に供給される冷却水の流量を増加させる。ステップＳ１４０では、電磁弁４２が閉弁状態に維持される若しくは電磁弁４２が開弁状態から閉弁状態に切り換えられるように処理がなされる。また、ステップＳ１５０では、電磁弁４２が開弁状態に維持される若しくは電磁弁４２が閉弁状態から開弁状態に切り換えられるように処理がなされる。そして、この電磁弁制御ルーチンを終了する。

以上のようにして、車両の走行速度Ｖ等の車両運転状態に基づいて電磁弁４２を制御することにより、エンジン１１に供給される冷却水の流量を制御することができる。これにより、ウォータポンプ１３に過度の仕事をさせることを抑制し、燃費の悪化を抑えることができる。また、冷間運転時において、電磁弁４２の制御及びサーモスタットバルブ１４によって速やかに冷却水の温度を上昇させることができるため、暖機時間を短縮して早期の燃焼安定化を図ることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、車両の走行速度Ｖが所定速度Ｖａ以上のときは、電磁弁４２を開弁状態にしてバイパス通路４１を流通する冷却水の流量を増加させ、エンジン１１に供給される冷却水の流量を減少させている。高速走行時は、走行風が強くなりラジエータ１２の放熱効率の上昇が期待できるため、冷却水の循環量を少なくしてもエンジン１１の冷却性能を維持することができる。冷却水の循環量を少なくすると、ウォータポンプ１３の仕事量が減り、ウォータポンプ１３を駆動するエンジン１１に対する負荷が低減されるため、燃費の向上を図ることができる。

（２）上記実施形態では、冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔｂ以下のとき、すなわちエンジン１１が冷間運転中のときは、電磁弁４２を開弁状態にしてバイパス通路４１を流通する冷却水の流量を増加させ、エンジン１１に供給される冷却水の流量を減少させている。このため、エンジン１１の温度を速やかに上昇させて暖機時間を短縮化し、早期の燃焼安定化を図ることができる。また、冷却水の循環量を少なくすることでウォータポンプ１３の仕事量を減少させて、燃費の向上を図ることができる。

（３）上記実施形態では、アクセル踏込み量がα以上のときは、電磁弁４２を閉弁状態にしてバイパス通路４１に冷却水が流通しないようにすることで、第１通路２２からエンジン１１に供給される冷却水の流量を増加させている。このため、エンジン１１の温度が上昇するエンジンの高負荷時において、エンジン１１の冷却効果を高めることができる。

（４）上記実施形態では、電磁弁４２が開弁状態になると、バイパス通路４１を流通する冷却水がウォータポンプ１３の吸入ポート１３ｂに導かれるため、ウォータポンプ１３の吸入ポート１３ｂと吐出ポート１３ａとにおける冷却水の圧力差が減少する。このため、吸入ポート１３ｂにおける冷却水中のキャビテーションの発生を抑えることができ、これに起因する騒音の発生や配管の損傷を回避して冷却装置１の信頼性を向上することができる。

（５）上記実施形態では、サーモスタットバルブ１４を流れる冷却水の温度が所定温度Ｔａ以下のときには、冷却水が第２冷却水循環通路３１を循環し、ラジエータ１２で放熱が行われない冷却水がエンジン１１に供給される。このため、エンジン始動時等の冷間運転時においては、ラジエータ１２で放熱が行われない冷却水が第２冷却水循環通路３１を循環することとなるため、速やかに冷却水の温度を上昇させることができ、暖機時間を短縮して早期の燃焼安定化を図ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、電磁弁４２が開弁状態又は閉弁状態に開閉制御されることによってバイパス通路４１を流通する冷却水の流量が制御されているが、電磁弁４２を任意の開度（例えば半開状態）に調整することによってバイパス通路４１を流通する冷却水の流量を制御するようにしてもよい。

・上記実施形態では、水温センサ５３、アクセルセンサ５４の検出信号に基づいて電磁弁４２を開閉制御するようにしているが、これらの検出信号を用いずに電磁弁４２を開閉制御するようにしてもよい。

・上記実施形態では、アクセル踏込み量が所定踏込み量α以上のときにエンジン１１が高負荷である旨を判断しているが、冷暖房装置等の負荷を加味して高負荷である旨を判断してもよい。

・上記実施形態では、車両の走行速度Ｖ等によって電磁弁４２を開閉制御しているが、外気温度等の他の情報に基づいて電磁弁４２を開閉制御するようにしてもよい。
・上記実施形態では、冷却装置１に第２冷却水循環通路３１を設けているが、第２冷却水循環通路３１を設けない構成にしてもよい。第２冷却水循環通路３１を廃止しても、水温センサ５３の検出信号に基づいてバイパス通路４１の電磁弁４２を開閉制御することで冷却水の温度を調節することができる。

本実施形態における車両用エンジンの冷却装置の構成図。 電磁弁を制御する処理の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１１…エンジン、１２…ラジエータ、１３…ウォータポンプ、１４…サーモスタットバルブ、２１…第１冷却水循環通路、３１…第２冷却水循環通路、４１…バイパス通路、４２…電磁弁、５１…ＥＣＵ、５２…車速センサ、５３…水温センサ、５４…アクセルセンサ。

Claims (5)

1. ウォータポンプにより冷却水をエンジンとラジエータとの間で循環させる車両用エンジンの冷却装置において、
   車両の走行速度を検出する走行速度検出手段と、
   前記エンジンに供給される冷却水の量を変更する変更手段と、
   前記検出される車両の走行速度が高速であるときほど前記エンジンに供給される冷却水の量が少なくなるように前記変更手段を制御する制御手段とを備える
   ことを特徴とする車両用エンジンの冷却装置。
2. 請求項１に記載の車両用エンジンの冷却装置において、
   前記変更手段は、前記ウォータポンプの吸入ポートと吐出ポートとを連通して同吐出ポートから吐出される冷却水の少なくとも一部を前記吸入ポートに戻すバイパス通路と、同バイパス通路を流通する冷却水の流量を制御する制御弁とを備えるものであり、
   前記制御手段は、前記検出される車両の走行速度に応じて前記制御弁の開度を調整することにより前記冷却水の量を変更する
   ことを特徴とする車両用エンジンの冷却装置。
3. 請求項２に記載の車両用エンジンの冷却装置において、
   前記制御弁は開弁状態と閉弁状態とが選択的に切り換えられる切換弁であり、
   前記制御手段は、前記検出される車両の走行速度が所定速度以上であるときに前記制御弁が開弁状態となるようにこれを制御する
   ことを特徴とする車両用エンジンの冷却装置。
4. 請求項３に記載の車両用エンジンの冷却装置において、
   前記冷却装置は、前記エンジンの出口部における冷却水の温度を検出する温度検出手段を更に備えるものであり、
   前記制御手段は、前記検出される冷却水の温度が所定温度以下であるときに前記制御弁が開弁状態となるようにこれを制御する
   ことを特徴とする車両用エンジンの冷却装置。
5. 請求項３または４に記載の車両用エンジンの冷却装置において、
   車両のアクセル踏込み量を検出するアクセル量検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記検出されるアクセル踏込み量が所定踏込み量以上であると検出されたときに前記制御弁を強制的に閉弁する
   ことを特徴とする車両用エンジンの冷却装置。

Images