JP2010144651A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷の排気マニホールドの冷却水流量を充分に確保して排気マニホールドの高温化を抑制し信頼性を向上させることができ、且つ、排気マニホールドを介して車室ヒータへ必要な流量の冷却水を送って冷間時の車室ヒータの暖房性を充分に向上させることができるエンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】車室ヒータ６に冷却水を循環させるヒータ用バイパス水路７の車室ヒータ６より上流側に排気マニホールドの冷却水ジャケットを介在させ、ヒータ用バイパス水路７の排気マニホールド１０と車室ヒータ６との間を排気マニホールドリターンバイパス水路１１によって主冷却水回路３の戻り水路部５に連通させ、戻り水路部５のヒータ用バイパス水路７との接続部と排気マニホールドリターンバイパス水路１１との接続部との間に絞り部１２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気マニホールドに冷却水ジャケットを備え、冷却水ジャケットにエンジン本体冷却用の冷却水を循環させて排気マニホールドの高温化を抑制するエンジンの冷却装置に関する。

エンジン本体にラジエータを経由してエンジン冷却用の冷却水を循環させる主冷却水回路と、ラジエータを迂回してエンジン本体に冷却水を循環させるラジエータバイパス回路を備え、また、車室ヒータに冷却水を循環させるヒータ用バイパス水路を備えるエンジンに冷却装置において、排気マニホールドに冷却水ジャケットを設け、この排気マニホールドの冷却水ジャケットを介して車室ヒータに冷却水を循環させることで、排気マニホールドの熱を利用して暖房性を高めることが従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−６２５７９号公報

ところで、エンジンの排気マニホールドについては、壁内部に冷却水ジャケットを設けて、冷却水により排気マニホールドを冷却し、高温化を抑制して排気マニホールドの信頼性向上を図りたいという要求がある。そして、そのように排気マニホールドの高温化を抑制するためには、排気マニホールドの冷却水ジャケットにかなり多量の冷却水を流す必要がある。一方、冷間時の暖房性を高めるために車室ヒータへ流す必要がある冷却水の流量は、本来それほど多くない。そのため、冷却水により排気マニホールドを冷却し、高温化を抑制して排気マニホールドの信頼性向上を図りつつ、排気マニホールドの熱を利用して冷間時の車室ヒータの暖房性を迅速に高めようとする場合に、上記従来のエンジンの冷却装置のように、排気マニホールドに設けた冷却水ジャケットを介して車室ヒータに冷却水を循環させるというだけでは、車室ヒータ側の冷却水要求流量と排気マニホールド側の冷却水要求流量を共に満足させることができない。排気マニホールド側に合わせて流量を設定したのでは、車室ヒータへ流れる冷却水の流量が過大となってしまうし、車室ヒータ側に合わせて流量を設定したのでは、排気マニホールド側の要求流量を満たすことができない。

本発明は、水冷の排気マニホールドの冷却水流量を充分に確保して排気マニホールドの高温化を抑制し信頼性を向上させることができ、且つ、排気マニホールドを介して車室ヒータへ必要な流量の冷却水を送って冷間時の車室ヒータの暖房性を充分に向上させることができるエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。

本発明のエンジンの冷却装置は、エンジン本体にラジエータを経由してエンジン冷却用の冷却水を循環させる主冷却水回路と、該主冷却水回路に接続されラジエータを迂回してエンジン本体に冷却水を循環させるラジエータバイパス回路と、主冷却水回路の戻り水路部に接続され車室ヒータに冷却水を循環させるヒータ用バイパス水路とを備えるとともに、排気マニホールドに冷却水ジャケットを備え、該冷却水ジャケットにエンジン本体冷却用の冷却水を循環させて排気マニホールドの高温化を抑制するエンジンの冷却装置であって、ヒータ用バイパス水路における車室ヒータより上流側に排気マニホールドの冷却水ジャケットを介在させ、ヒータ用バイパス水路における排気マニホールドの冷却水ジャケットより下流側で車室ヒータより上流側を主冷却水回路の戻り水路部に連通させる排気マニホールドリターンバイパス水路を設け、主冷却水回路の戻り水路部におけるヒータ用バイパス水路との接続部と前記排気マニホールドリターンバイパス水路との接続部との間に絞り部を設けたことを特徴とする。

このエンジンの冷却装置では、主冷却水回路の戻り水路部からヒータ用バイパス水路に流れたエンジン本体冷却後の冷却水は、まず、排気マニホールドの冷却水ジャケットへ送られて、排気マニホールドを冷却する。そして、その排気マニホールドの冷却水ジャケットから出た冷却水の一部は、排気マニホールドリターンバイパス水路を経て主冷却水回路の戻り水路部に戻され、残りが車室ヒータへ送られる。そのため、配管系の設定により、主冷却水回路の戻り水路部からヒータ用バイパス水路を経て排気マニホールドへ流れる冷却水の流量設定を排気マニホールド側の冷却水要求流量に合わせることができ、また、排気マニホールドから出た後、車室ヒータへ流れる冷却水の流量設定を車室ヒータ側の冷却水要求流量に合わせることができる。

そして、主冷却水回路の戻り水路部の、ヒータ用バイパス水路との接続部と排気マニホールドリターンバイパス水路との接続部との間に、絞り部が設けられていることで、その間に圧力差が生じ、それにより、ヒータ用バイパス水路から排気マニホールドリターンバイパス水路を経て主冷却水回路にスムーズに冷却水が流れる。そのため、排気マニホールドに対し充分な冷却水流量を確保しつつ、車室ヒータへ流れる冷却水の流量が過大となるのを確実に防ぐことができ、排気マニホールドの高温化を抑制して排気マニホールドの信頼性向上を図りながら、冷間時の車室ヒータの暖房性の向上を図ることができる。

また、このエンジンの冷却装置は、ラジエータバイパス回路の主冷却水回路に対する接続部および排気マニホールドリターンバイパス水路の主冷却水回路に対する接続部が、主冷却水回路の絞り部の下流側に位置しているよう構成するのがよい。

このようにラジエータバイパス回路の主冷却水回路に対する接続部および排気マニホールドリターンバイパス水路の主冷却水回路に対する接続部が、主冷却水回路の絞り部の下流側に位置していることで、冷間時には、排気マニホールドリターンバイパス水路から主冷却水回路に戻る冷却水は、絞り部の前後の圧力差を活かして確実に流れ、絞り部を通過して下流側へ流れた冷却水と合流して、ラジエータバイパス回路を経てエンジン本体に循環し、温間時には、排気マニホールドリターンバイパス水路から主冷却水回路に戻る冷却水は、冷間時と同様に圧力差を活かして確実に流れ、絞り部を通過して下流側へ流れた冷却水と合流して、主冷却水回路を経てエンジン本体に循環する。そのため、冷間時および温間時のいずれにおいても冷却水のエンジン本体への円滑な循環を確保できる。

以上のとおり、本発明のエンジンの冷却装置は、排気マニホールドの冷却水ジャケットに送る冷却水の流量を充分に確保して排気マニホールドの高温化を抑制し信頼性を向上させることができ、且つ、排気マニホールドの冷却水ジャケットを介して車室ヒータへ必要な流量の冷却水を送って冷間時の車室ヒータの暖房性を充分に向上させることができる。

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エンジンの冷却装置のシステム構成図である。
この実施形態のエンジンの冷却装置は、エンジン本体１にラジエータ２を経由してエンジン冷却用の冷却水を循環させる主冷却水回路３と、主冷却水回路３に接続されラジエータ２を迂回してエンジン本体１に冷却水を循環させるラジエータバイパス回路４を備えるとともに、主冷却水回路３におけるエンジン本体１下流の戻り水路部５に接続され車室ヒータ６に冷却水を循環させるヒータ用バイパス水路７を備えている。

主冷却水回路３には、ラジエータ２の冷却水出口とエンジン本体１の冷却水入口との間に、サーモスタットバルブ８とウォータポンプ９が配置されている。そして、主冷却水回路３の戻り水路部５がラジエータ２の冷却水入口に接続されている。また、ラジエータバイパス回路４は、主冷却水回路３の戻り水路部５に接続され、ラジエータ２を迂回してサーモスタットバルブ８に至るよう配設されている。

ヒータ用バイパス水路７は、車室ヒータ６の下流側がオイルクーラ１４を経てサーモスタットバルブ８に接続されている。

サーモスタットバルブ８は、冷却水の温度が所定温度に達していないときは主冷却水回路３を閉じる一方、ラジエータバイパス回路４を開き、冷却水の温度が所定温度以上になると主冷却水回路３を開く一方、ラジエータバイパス回路４を閉じる。なお、ヒータ用バイパス水路７は常時開かれている。

また、この実施形態のエンジンの排気マニホールド１０は、壁内部に冷却水ジャケット（図示せず）を有し、冷却水を循環させて排気マニホールドの高温化を抑制する所謂水冷排気マニホールドであって、ヒータ用バイパス水路７における車室ヒータ６より上流側に排気マニホールドの冷却水ジャケットが介在し、主冷却水回路３の戻り水路部５からヒータ用バイパス水路７に流れたエンジン本体冷却後の冷却水が、排気マニホールド１０の冷却水ジャケットに下側から入り、上側から出て、車室ヒータ６へ流れるようエンジンの冷却装置が構成されている。

そして、このエンジンの冷却装置には、ヒータ用バイパス水路７における排気マニホールド１０の冷却水ジャケットより下流側で車室ヒータ６より上流側を、主冷却水回路３の戻り水路部５の、ラジエータバイパス回路の接続部より下流側に連通させる排気マニホールドリターンバイパス水路１１が設けられるとともに、主冷却水回路３の戻り水路部５におけるヒータ用バイパス水路７との接続部と排気マニホールドリターンバイパス水路１１との接続部との間に、絞り部１２が設けられている。

ラジエータバイパス回路４の主冷却水回路３に対する接続部は、主冷却水回路の絞り部の下流側に位置している。

また、このエンジンの冷却装置には、排気マニホールド１０の冷却水ジャケットから冷却水に混じった空気を抜くよう、ヒータ用バイパス水路７における排気マニホールド１０の冷却水ジャケットの出口側をラジエータ２のアッパタンクに連通させるエア抜き通路１３が設けられている。

このエンジンの冷却装置では、主冷却水回路３の戻り水路部５からヒータ用バイパス水路７に流れたエンジン本体冷却後の冷却水は、まず、排気マニホールド１０の冷却水ジャケットへ送られて、排気マニホールド１０を冷却する。そして、その排気マニホールド１０の冷却水ジャケットから出た冷却水の一部は、排気マニホールドリターンバイパス水路１１を経て主冷却水回路３の戻り水路部５に戻され、残りが車室ヒータ６へ送られる。そのため、配管系の設定により、主冷却水回路３の戻り水路部５からヒータ用バイパス水路７を経て排気マニホールド１０へ流れる冷却水の流量設定を排気マニホールド１０側の冷却水要求流量に合わせることができ、また、排気マニホールド１０から出た後、車室ヒータ６へ流れる冷却水の流量設定を車室ヒータ６側の冷却水要求流量に合わせることができる。

そして、主冷却水回路３の戻り水路部５の、ヒータ用バイパス水路７との接続部と排気マニホールドリターンバイパス水路１１との接続部との間に、絞り部１２が設けられていることで、その間に圧力差が生じ、それにより、ヒータ用バイパス水路１７から排気マニホールドリターンバイパス水路１１を経て主冷却水回路３にスムーズに冷却水が流れる。そのため、排気マニホールド１０に対し充分な冷却水流量を確保しつつ、車室ヒータ６へ流れる冷却水の流量が過大となるのを確実に防ぐことができ、排気マニホールド１０の高温化を抑制して排気マニホールド１０の信頼性向上を図りながら、冷間時の車室ヒータ６の暖房性の向上を図ることができる。

また、このエンジンの冷却装置は、ラジエータバイパス回路４の主冷却水回路３に対する接続部および排気マニホールドリターンバイパス水路１１の主冷却水回路３に対する接続部が、主冷却水回路３の絞り部１２の下流側に位置していることで、冷間時には、排気マニホールドリターンバイパス水路１１から主冷却水回路３に戻る冷却水は、絞り部１２の前後の圧力差を活かして確実に流れ、絞り部１２を通過して下流側へ流れた冷却水と合流して、ラジエータバイパス回路４を経てエンジン本体１に循環し、温間時には、排気マニホールドリターンバイパス水路１１から主冷却水回路３に戻る冷却水は、絞り部１２の前後の圧力差を活かして確実に流れ、絞り部１２を通過して下流側へ流れた冷却水と合流して、主冷却水回路３を経てエンジン本体１に循環する。そのため、冷間時および温間時のいずれにおいても冷却水のエンジン本体１への円滑な循環を確保できる。

図２および図３は、本発明の実施形態と関連する参考例を示している。図２は参考例に係るエンジンの冷却装置のシステム構成図、図３は図２のエンジンの冷却装置における排気マニホールド部の構成図である。なお、本発明の実施形態と同じ構成となる部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

本参考例は、ヒータ用バイパス水路７と無関係に排気マニホールドバイパス水路２０を主冷却水回路３の戻り水路部５に接続したものであり、排気マニホールド１０の冷却水ジャケット２１に不用意にエアだまりが存在する場合に、冷却水ジャケット２１内の冷却水の流動を可能とし、冷却水停滞による沸騰を未然に防止するようにしたものである。

すなわち、排気マニホールド１０の冷却水ジャケット２１の上部には、冷却水の補給不良などによりエアだまり２４ができることがある。通常、下側の冷却水入口２２（２０）から入った冷却水は、冷却水ジャケット２１内を循環した後、エアだまり２４のエアを押しのけて上側に流れ、冷却水出口２３（２０）から出て行く。しかし、エアだまり２４のエア残量が多いと、ウォータポンプ９が機械式ポンプである場合、例えばアイドル運転などのエンジン低回転時等でポンプの回転数が低く、ポンプ圧がそれほど大きくないときは、冷却水がエアを押しのけて冷却水出口２３から流れ出ることができないという状況が発生する。そういった状況が継続すると、水が流動しないために、沸騰が起こり、そのために排気マニホールド１０が壊れるということになりかねない。

そこで、本参考例では、エンジン始動時のような低回転が継続する場合でも、下側から入って冷却水ジャケット２１内を循環した冷却水が、排気マニホールド１０の冷却水ジャケット２１のエアだまり２４に残留するエアを押しのけるだけの水圧がない状況で、冷却水ジャケット２１内の冷却水の流動を可能とするよう、排気マニホールド１０の上下方向中ほどの水位レベルＡの位置に、冷却水ジャケット２１の冷却水をヒータ用バイパス水路７へ流動させる小径の補助通路２５を接続している。この補助通路２５は、太すぎると、冷却水ジャケット２１に入り本来の流出先である冷却水出口２３を循環して出て行く冷却水の本来の流れが低下してしまう。補助通路２５はそうした本流を阻害しない程度に細くするか、流量を制限するためのオリフィスを入れる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの冷却装置のシステム構成図である。 参考例に係るエンジンの冷却装置のシステム構成図である。 図２のエンジンの冷却装置における排気マニホールド部の構成図である。

符号の説明

１ エンジン本体
２ ラジエータ
３ 主冷却水回路
４ ラジエータバイパス回路
５ 戻り水路部
６ 車室ヒータ
７ ヒータ用バイパス水路
８ サーモスタットバルブ
９ ウォータポンプ
１０ 排気マニホールド
１１ 排気マニホールドリターンバイパス水路
１２ 絞り部
１３ エア抜き通路

Claims (2)

1. エンジン本体にラジエータを経由してエンジン冷却用の冷却水を循環させる主冷却水回路と、該主冷却水回路に接続され前記ラジエータを迂回してエンジン本体に冷却水を循環させるラジエータバイパス回路と、前記主冷却水回路の戻り水路部に接続され車室ヒータに冷却水を循環させるヒータ用バイパス水路とを備えるとともに、排気マニホールドに冷却水ジャケットを備え、該冷却水ジャケットにエンジン本体冷却用の冷却水を循環させて排気マニホールドの高温化を抑制するエンジンの冷却装置であって、
   前記ヒータ用バイパス水路における前記車室ヒータより上流側に前記排気マニホールドの冷却水ジャケットを介在させ、
   前記ヒータ用バイパス水路における前記排気マニホールドの冷却水ジャケットより下流側で前記車室ヒータより上流側を前記主冷却水回路の戻り水路部に連通させる排気マニホールドリターンバイパス水路を設け、
   前記主冷却水回路の戻り水路部における前記ヒータ用バイパス水路との接続部と前記排気マニホールドリターンバイパス水路との接続部との間に絞り部を設けたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 前記ラジエータバイパス回路の前記主冷却水回路に対する接続部および前記排気マニホールドリターンバイパス水路の前記主冷却水回路に対する接続部が、前記主冷却水回路の絞り部の下流側に位置していることを特徴とする請求項１記載のエンジンの冷却装置。

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