JP2009293415A - 内燃機関の冷却回路 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関と変速機とを効率よく暖機、昇温・冷却ができる内燃機関の冷却回路を供給する。
【解決手段】内燃機関のシリンダヘッドに冷却水を循環する第１の冷却水経路と、内燃機関のシリンダブロックに冷却水を循環する第２の冷却水経路と、内燃機関のシリンダヘッドの温度を計測する第１の温度計測手段と、内燃機関のシリンダブロックの温度を計測する第２の温度計測手段と、変速機の作動油の温度を計測する第３の温度計測手段と、第１及び第２の冷却水経路の少なくとも一方に冷却水を循環させる切換弁と、第１、第２及び第３の温度計測手段の計測結果に基づいて、切換弁を切り換え制御する制御手段と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却系に関し、より具体的には、内燃機関と変速機とを効率よく暖機や、昇温・冷却ができる内燃機関の冷却回路に関する。

車両に搭載される内燃機関（エンジン）は、ポンプ等によって冷却水を循環することで、発生する熱を循環する冷却回路を備えている。この冷却回路は、内燃機関によって冷却水を加熱し、ラジエタによって大気と熱交換を行うことで冷却水の温度が下がるよう構成されている。また、内燃機関の冷却回路は変速機に連通され、加熱された冷却水によって変速機の作動油を適切な温度に昇温する。また、変速機の作動油の過加熱を防止するために、内燃機関の冷却水回路とは別に冷却経路を変速機に備えているものもある。

このような内燃機関では、シリンダブロックとシリンダヘッドとは、理想的な機関温度が異なる。これに対して、シリンダブロック側冷却系とシリンダヘッド側冷却系とを独立して備える内燃機関の二系統冷却装置（特許文献１、参照。）が開示されている。
（特許文献１参照）。
特開昭６３−２５９１１７号公報

前述の特許文献１に記載の構成では、内燃機関の発熱は変速機の熱交換器によって消費されるため、暖機に時間がかかるという問題があった。また、内燃機関と変速機とでは理想的な機関温度が異なるが、両者ともに冷却水によって同一温度に管理されるので、内燃機関と変速機とが必ずしも十分な性能を発揮できないという問題があった。

また、変速機は自己発熱が小さく、冷却水によってオイルウォーマー（オイルクーラー）としか熱交換しないので、暖機時には、作動油が温まり難く、摺動部のフリクションが低くならないためトルク伝達効率が下がり、燃費が悪化するという問題もあった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、内燃機関と変速機とを効率よく暖機したり、効率よく運転中の昇温・冷却ができる内燃機関の冷却回路を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によると、内燃機関のシリンダヘッドに冷却水を循環する第１の冷却水経路と、内燃機関のシリンダブロックに冷却水を循環する第２の冷却水経路と、内燃機関のシリンダヘッドの温度を計測する第１の温度計測手段と、内燃機関のシリンダブロックの温度を計測する第２の温度計測手段と、変速機の作動油の温度を計測する第３の温度計測手段と、第１及び第２の冷却水経路の少なくとも一方に冷却水を循環させる切換弁と、第１、第２及び第３の温度計測手段の計測結果に基づいて、切換弁を切り換え制御すると共に、前記サーモスタットの開度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によると、シリンダヘッドの温度と、シリンダブロックの温度と、変速機の作動油温度とに基づいて切換弁を制御するので、これらの温度を独立して制御することができ、シリンダヘッド、シリンダブロック及び変速機の暖機を早めることができると共に、燃費効率、トルク伝達効率、機械寿命等を向上することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態の内燃機関の冷却回路１を示す説明図である。

冷却回路１は、内燃機関（エンジン）１０と、変速機２０の作動油と冷却水とで熱交換を行う熱交換器２１と、大気と冷却水とで熱交換を行うラジエタ３０と、の間を冷却水が循環する冷却水経路４０によって構成される。

この冷却水経路４０は、冷却水を循環するポンプ５０と、ラジエタ３０側への冷却水経路の連通を制御してバイパス経路４１のみに冷却水を流通するか、ラジエタ３０にも冷却水を流通するかを、所定温度で切り換えるサーモスタット６０とを備えている。

また、冷却水経路４０は、エンジン１０において、シリンダヘッド１１のウォータージャケットに冷却水を流通させるシリンダヘッド側経路（第１の冷却水経路）４２と、シリンダブロック１２のウォータージャケットに冷却水を流通させるシリンダブロック側経路（第２の冷却水経路）４３とによって構成されている。そして、これらシリンダヘッド側経路４２とシリンダブロック側経路４３とのいずれか一方に連通して冷却水を流通させる切換弁７０とを備える。

シリンダヘッド１１にはシリンダヘッド１１の温度を測定する温度センサ（第１の温度センサ）１１ａが、シリンダブロック１２にはシリンダブロック１２の温度を測定する温度センサ（第２の温度センサ）１２ａが、それぞれ備えられている。

また、熱交換器２１には、熱交換器２１における変速機２０の作動油温度を計測する温度センサ（第３の温度センサ）２１ａが備えられている。

制御装置１００は、これら温度センサ１１ａ、１２ａ及び２１ａが測定した各温度に基づいて、切換弁７０の切り換えを制御するほか、サーモスタット６０の切り換えを制御する。

ポンプ５０によって循環される冷却水は、エンジン１０のシリンダヘッド側経路４２及びシリンダブロック側経路４３の少なくとも一方を流通する。切換弁７０は、例えば三方弁によって構成され、シリンダヘッド側経路４２及びシリンダブロック側経路４３の少なくとも一方（または両方）に冷却水を流路可能に切り換える。

シリンダブロック側経路４３は、シリンダブロック１２の燃焼によって冷却水が過熱され、冷却水によるシリンダブロック１２の暖機及び冷却が行われる。また、シリンダヘッド側経路４２では、冷却水によるシリンダヘッド１１の暖機及び冷却が行われる。

切換弁７０を通過した冷却水は、熱交換器２１において、冷却水による作動油の暖機及び冷却が行われる。

これらエンジン１０及び変速機２０を経由した冷却水は、ラジエタ３０によって大気と熱交換を行うことで冷却される。なお冷却水温度が所定温度以下である場合は、サーモスタット６０が切り換え制御されて、ラジエタ３０への経路をキャンセルしてバイパス経路４１のみに流通させることで、エンジン１０の暖機を促進する。

サーモスタット６０を通過した冷却水は、再びポンプ５０によって、冷却水経路４０内を循環する。

サーモスタット６０は、開度を可変として流量を制御可能に構成したいわゆる電制サーモスタットを用いる。制御装置１００は、予め設定した冷却水の目標温度（例えば９０［℃］）に基づいて、冷却水温度が該目標温度となるようにサーモスタット６０の弁開度を制御する。例えば、冷却水温度が目標温度よりも高い場合には弁開度を大きくしてラジエタ３０への冷却水流量を小さくする。また、冷却水温度が目標温度よりも低い場合には弁開度を小さくして、ラジエタ３０への冷却水流量を大きくする。

次に、このように構成された冷却回路１の動作を説明する。

本願発明の冷却回路１は、制御装置１００が、シリンダヘッド１１の温度と、シリンダブロック１２の温度と、変速機２０の熱交換器２１における作動油の温度と、に基づいて、切換弁７０及びサーモスタット６０を制御する。これにより、エンジン１０によって加熱された冷却水が熱交換器２１において変速機２０を暖機する。また、暖機後は、ラジエタ３０によって冷却水の大気と熱交換されて冷却され、この冷却された冷却水が熱交換器２１において変速機２０を冷却する。

より具体的には以下のような処理を実行する。

まず、制御装置１００は、シリンダヘッド１１の温度が所定温度Ｔ１［℃］以上となったか否かを判定して、以下の処理を実行する（処理Ａ）。

シリンダヘッド１１の温度が所定温度Ｔ１［℃］に満たない場合は、制御装置１００は、切換弁７０を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路４２を遮断して冷却水を流入させず、シリンダブロック側経路４３のみに冷却水が流通する状態とする。

この状態では、図２に示すように、エンジン１０においては、最も加熱するシリンダブロック１２のみに冷却水が流通する。また、この状態ではサーモスタット６０はバイパス経路４１側に制御される。従って、冷却水はシリンダブロック側経路４３及び熱交換器２１のみを循環するので、エンジン１０と変速機２０との暖機を促進する。

一方、シリンダヘッド１１の温度が所定温度Ｔ１［℃］以上となった場合は、制御装置１００は、切換弁７０を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路４２に冷却水を流通させ、シリンダブロック側経路４３を遮断して冷却水が流入しない状態とする。

この状態では、図３に示すように、エンジン１０においては、シリンダブロック１２の冷却水の流通が遮断され、シリンダヘッド１１のみ冷却水が流通する状態となる。従って、シリンダブロック側経路４３内の冷却水は循環しないので、エンジン１０の暖機をより早めることができる。また、冷却水の温度は、既に前述のＴ１［℃］以上となっているため、シリンダヘッド１１及び変速機２０の暖機は維持されている。

ここで、シリンダブロック１２において冷却水が循環しない場合は、シリンダブロック１２の温度が急激に上昇する。そこで、制御装置１００は、シリンダブロック１２の温度が所定温度Ｔ２［℃］以上となったか否かを判定して、以下の処理を実行する（処理Ｂ）。なお、Ｔ２＞Ｔ１とする。

シリンダヘッド１１の温度が所定温度Ｔ２［℃］に満たない場合は、制御装置１００は、切換弁７０を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路４２に冷却水を流通させ、シリンダブロック側経路４３を遮断して冷却水が流入しない状態とする（前述の図３の状態）。

一方、シリンダヘッド１１の温度が所定温度Ｔ２［℃］に以上となった場合は、制御装置１００は、切換弁７０を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路４２とシリンダブロック側経路４３との双方に冷却水が流通する状態とする。

この状態では、図４に示すように、エンジン１０においては、シリンダヘッド側経路４２とシリンダブロック側経路４３とに冷却水が流通する。従って、シリンダブロック１２によって加熱された冷却水は、熱交換器２１及びシリンダブロック１２を循環して暖機を行うと共に、シリンダブロック側経路４３を循環してシリンダブロック１２の過加熱を抑制する。

また、制御装置１００は、変速機２０の熱交換器２１の温度がＴ３［℃］以上となったか否かを判定して、以下の処理を実行する（処理Ｃ）。なお、Ｔ３＞Ｔ１とする。

熱交換器２１の温度がＴ３［℃］に満たない場合は、制御装置１００は、切換弁７０を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路４２に冷却水を流通させ、シリンダブロック側経路４３に冷却水が流入しない状態とする（前述の図２の状態）。

熱交換器２１の温度が所定温度Ｔ３［℃］に以上となった場合は、制御装置１００は、切換弁７０を切り換え制御して、シリンダヘッド側経路４２と、シリンダブロック側経路４３との双方に冷却水が流通する状態とする。

なお、この処理Ｃは、前述の処理Ａ及び処理Ｂと並列して実行される。すなわち、シリンダヘッド１１の温度がＴ１［℃］以上となった場合であり、かつ、シリンダブロック１２の温度がＴ２［℃］以上となった場合、又は、熱交換器２１の温度がＴ３［℃］以上となった場合に、制御装置１００は、シリンダヘッド側経路４２と、シリンダブロック側経路４３との双方に冷却水が流通する状態とする。

この状態では、前述の図４と同様に、エンジン１０においては、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とに冷却水が流通する。従って、シリンダブロック１２によって加熱された冷却水は、熱交換器２１及びシリンダブロック１２を循環して暖機を行うと共に、シリンダブロック１２を循環してシリンダブロック１２を冷却する。

また、制御装置１００は、シリンダヘッド１１の温度が所定温度Ｔ１［℃］以上となった場合、シリンダブロック１２の温度が所定温度Ｔ２［℃］以上となった場合、又は、熱交換器２１の温度が所定温度Ｔ３［℃］以上となった場合には、サーモスタット６０を、ラジエタ３０側に冷却水が流通するように切り換え制御する（処理Ｄ）。

この状態では、図５に示すように、冷却水がラジエタ３０に循環する。これにより、ラジエタ３０において冷却水と大気とで熱交換が行われるので、冷却水温度が下がり、エンジン１０のシリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及び変速機２０の温度上昇を抑制することができる。

なお、この処理Ｄは、前述の処理Ａ、処理Ｂ及び処理Ｃと並列して実行される。すなわち、サーモスタット６０を切り換え制御する処理と並列して、前述の処理Ａ、処理Ｂ及び処理Ｃにおいて、切換弁７０が切り換え制御される。

例えば、サーモスタット６０の切り換えによりラジエタ３０に冷却水が循環した結果、冷却水温度がＴ２［℃］以下となった場合は、エンジン１０が過冷却状態となるが、前述の処理Ｂにより、制御装置１００が、切換弁７０を切り換え制御してシリンダヘッド側経路４２に冷却水を流通させ、シリンダブロック側経路４３に冷却水が流入しない状態とする。これにより、シリンダブロック１２側の過冷却を防ぎ、フリクションロスの悪化を抑えることができる。また、シリンダヘッド１１では、冷却が促進されるので、ノックを抑えることができる。なお、このとき、冷却水温度がＴ１［℃］を超えていれば、サーモスタット６０がバイパス経路４１側に切り換わることはない。

このように、冷却水温度が上昇して、サーモスタット６０がラジエタ３０側に切り換わった場合に、冷却水温度が急激に低下したとしても、エンジンの燃費や発生トルクを低下させることがないように制御される。

なお、前述の制御では、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３［℃］を、制御を切り換える閾値としたが、制御のハンチングを抑えるためにヒステリシスを設定してもよい。

以上のように、本発明の実施の形態の内燃機関の冷却回路１は、エンジンのシリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及び変速機２０の各温度に基づいて、切換弁７０を切り換え制御する。より具体的には、シリンダヘッド１１の温度に基づいてシリンダヘッド１１に冷却水を流通させるか否かを制御し、シリンダブロック１２の温度に基づいてシリンダブロック１２に冷却水を流通させるか否かを制御し、変速機２０の温度に基づいてシリンダブロック１２に冷却水を流通させるか否かを制御する。そしてさらに、サーモスタット６０がラジエタ３０側に開成した場合は、サーモスタット６０の開度を制御して、循環する冷却水の温度を制御する。

このように制御することによって、エンジン１０のシリンダヘッド１１の温度、シリンダブロック１２の温度及び変速機２０の温度を、それぞれ個別に制御することができる。例えば、シリンダブロック１２は、所定温度（例えば９０℃以上）において最も燃費が良くなるが、シリンダヘッド１１は、この所定温度以下とすることで、ノック防止が図れる。また、変速機２０を所定温度以下とすることで、摩耗防止等、機能信頼性を向上することができる。

このように、シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及び変速機の温度をそれぞれ制御することにより、エンジン始動時に効率よく暖機でき、燃費効率を向上できると共に、フリクションロスやノックを低減でき、エンジン１０の出力の伝達効率が高まる。

本発明の第１の実施例の内燃機関の冷却回路の説明図である。 本発明の第１の実施例の内燃機関の冷却回路の処理Ａの説明図である。 本発明の第１の実施例の内燃機関の冷却回路の処理Ｂの説明図である。 本発明の第１の実施例の内燃機関の冷却回路の処理Ｃの説明図である。 本発明の第１の実施例の内燃機関の冷却回路の処理Ｄの説明図である。

符号の説明

１ 冷却回路
１０ エンジン
１１ シリンダヘッド
１１ａ 温度センサ
１２ シリンダブロック
１２ａ 温度センサ
２０ 変速機
２１ 熱交換器
２１ａ 温度センサ
３０ ラジエタ
４０ 冷却水経路
４１ バイパス経路
４２ シリンダヘッド側経路
４３ シリンダブロック側経路
５０ ポンプ
６０ サーモスタット
７０ 切換弁
１００ 制御装置

Claims (4)

1. 内燃機関と変速機とラジエタとの間で冷却水をポンプによって循環させる内燃機関の冷却回路において、
   開度によって通過する冷却水の流量を調節可能に構成され、前記ラジエタへの経路を遮断してバイパス経路に切り換え可能なサーモスタットと、
   前記内燃機関のシリンダヘッドに冷却水を循環する第１の冷却水経路と、
   前記内燃機関のシリンダブロックに冷却水を循環する第２の冷却水経路と、
   前記内燃機関のシリンダヘッドの温度を計測する第１の温度計測手段と、
   前記内燃機関のシリンダブロックの温度を計測する第２の温度計測手段と、
   前記変速機の作動油の温度を計測する第３の温度計測手段と、
   前記第１及び第２の冷却水経路の少なくとも一方に冷却水を循環させる切換弁と、
   前記第１、第２及び第３の温度計測手段の計測結果に基づいて、前記切換弁を切り換え制御すると共に、前記サーモスタットの開度を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却回路。
2. 前記制御手段は、
   前記第１の温度計測手段によって計測された温度が第１の所定値未満である場合は、前記切換弁を、前記第２の冷却水経路のみに流通させるよう切り換え制御し、
   前記第１の温度計測手段によって計測された温度が第１の所定値以上である場合は、前記切換弁を、前記第１の冷却水経路のみに流通させるよう切り換え制御し、
   前記第２の温度計測手段によって計測された温度が第２の所定値以上である場合は、前記切換弁を、前記第１及び前記第２の冷却水経路に流通させるよう切り換え制御し、
   前記第３の温度計測手段によって計測された温度が第３の所定値以上である場合は、前記切換弁を、前記第１及び前記第２の冷却水経路に流通させるよう切り換え制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却回路。
3. 前記制御手段は、前記第１の温度計測手段によって計測された温度が第１の所定値以上である場合、前記第２の温度計測手段によって計測された温度が第２の所定値以上である場合、又は、前記第３の温度計測手段によって計測された温度が第３の所定値以上である場合は、冷却水を前記ラジエタへ流通させるように前記サーモスタットを切り換え制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却回路。
4. 前記制御手段は、冷却水を前記ラジエタへ流通させるように前記サーモスタットを切り換えた後は、前記冷却水循環経路の冷却水が目標温度となるように、前記サーモスタットの開度を制御して前記ラジエタへの冷却水の流量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の冷却回路。

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