JP2647483B2 - エンジンの冷却液温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジン低負荷時には通常時よりエンジン
の冷却水温を高めて燃費性能の向上、さらにガソリンエ
ンジンにおいては点火プラグのくすぶり防止、ヒーター
装着仕様においてはヒーター効果の向上等を図るように
したエンジンの冷却液温度制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 一般にエンジンにおいては、エンジン高負荷時（以
下、高負荷時という）には、エンジン素材を耐熱限界温
度以下に維持するとともに、ガソリンエンジンにおいて
は、さらにプリイグニッション及びノッキングの発生を
防止してエンジン出力を高めるために冷却水温度を比較
的低温（例えば、70〜80℃）に維持する必要がある。

一方、エンジン低負荷時（以下、低負荷時という）に
は、潤滑油温度が低い（粘度が高い）ことによる各摺動
部分の抵抗増大や、混合気の燃焼性低下により、燃費性
能が低下したり、ガソリンエンジンにおいてはさらに点
火プラグのくすぶりが生じやすくなるといった不具合が
生じるが、このような不具合を防止するために、低負荷
時には冷却水温度を比較的高温（例えば、100〜120℃）
に維持するのが好ましい。

そこで、高負荷時にはエンジンのウォータジャケット
に流入する冷却水を比較的低温に維持することにより、
エンジン素材（燃焼室壁等）の信頼性向上を図る一方、
低負荷時には冷却水を比較的高温に維持することにより
燃費性能の向上を図るようにしたエンジンの冷却装置が
提案されている（特公昭54−9665号公報参照）。

上記従来の冷却装置では、第６図に示すように、冷却
水通路51に、比較的低温（75〜90℃）で開かれる低温用
サーモスタット52と、比較的高温（90〜120℃）で開か
れる高温用サーモスタット53との２つのサーモスタット
を冷却水の流れ方向に直列に設けている。さらに、低温
用サーモスタット52下流かつ高温用サーモスタット53上
流の冷却水通路51と、高温用サーモスタット53下流の冷
却水通路51とを連通するバイパス冷却水通路54と、該バ
イパス冷却水通路54を開閉するバイパス冷却水通路開閉
弁56と、該バイパス冷却水通路開閉弁56を開閉作動させ
るアクチュエータ55と、該アクチュエータ55を制御する
制御機構57とを設けている。そして、所定の低負荷時に
はバイパス冷却水通路開閉弁56を閉じ、高温用サーモス
タット53によって冷却水温度をコントロールするように
する一方、高負荷時にはバイパス冷却水通路開閉弁56を
開き、低温用サーモスタット52によって冷却水温度をコ
ントロールするようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の冷却装置では、サーモスタ
ットを２つ設け、さらにバイパス冷却水通路とその開閉
制御機構とを設けなければならないので、冷却装置が大
形化するとともに複雑化する。このため、製作コストが
高くなり、かつエンジンの前方のレイアウトがむずかし
くなるといった問題があった。

また、低負荷時には、ラジエータへ導かれる冷却水が
２つのサーモスタット（２つの狭い弁部）を通過するた
め、流通抵抗が増大し、その分ウォータポンプの負荷増
大による燃費性能の低下を招く問題があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、高負荷時には冷却水温度を比較的低温に維持し
て、エンジン素材の信頼性を向上させるとともに、ガソ
リンエンジンにおいてはさらにプリイグニッション及び
ノッキングの発生を有効に防止する一方、低負荷時には
冷却水の流通抵抗の増大を招くことなく冷却水温度を比
較的高温に維持して燃費性能をより向上させるととも
に、ガソリンエンジンにおいては点火プラグのくすぶり
を防止させ、さらにはヒーター効果等の向上を図ること
ができる、簡素な構造でかつ製作コストの低いエンジン
の冷却液温度制御装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の目的を達するため、ラジエータ下流側
と、エンジンのウォータジャケットの冷却水流入口との
間の冷却水通路にサーモスタットが配置されたエンジン
において、一端がラジエータ下流側と連通し他端がサー
モスタットの感温部周辺に開口する冷水導入通路を設け
るとともに、低負荷時に上記冷水導入通路の開通面積を
増大させる冷水導入通路開閉手段を設けたことを特徴と
するエンジンの冷却液温度制御装置を提供する。

［発明の作用・効果］ 本発明によれば、冷水導入通路開閉手段によって冷水
導入通路の開通面積が増大させられたときには、ラジエ
ータ下流部の比較的低温の冷却水が積極的にサーモスタ
ットの感温部周辺に供給され、この冷却水によって感温
部が直接的に冷却される。したがって、エンジンのウォ
ータジャケット内の冷却水の温度にかかわりなくサーモ
スタットによって強制的にラジエータ下流側の冷却水通
路が閉じられる。そこで、所定の低負荷時に冷水導入通
路を大きく開通させるように冷水導入通路開閉手段の作
動特性を設定することにより、低負荷時にラジエータ下
流側の低温の冷却水のウォータジャケットへの供給を停
止して、ウォータジャケットの冷却水の温度を高めるこ
とができる。

そして、このときサーモスタットの感温部に供給すべ
き冷却水の量は、感温部を冷却するのに足りるだけの量
で済むので、冷水導入通路及び冷水導入通路開閉手段は
小型のもので済む。

したがって、複数のサーモスタットや大型のアクチュ
エータを必要としない簡単な構造で、しかも冷却水の流
通抵抗増大を招くことなく、運転状態に応じてエンジン
のウォータジャケット内の冷却水の温度を制御すること
ができ、低負荷時の一層の燃費性能の向上を図るととも
に、ガソリンエンジンにおいてはさらに点火プラグのく
すぶりの発生を防止して、より高出力が得られる放熱性
の高い（熱価が高い）点火プラグが採用でき、またヒー
ター効果等の向上を図ることができる。

一方、高負荷時には、冷水導入通路を閉止もしくは略
閉止することにより、サーモスタットを比較的低温で開
く作動特性とすることができるので、エンジン素材の信
頼性が向上し、その分エンジンの出力向上を図ることが
できるとともに、ガソリンエンジンにおいてはプリイグ
ニッション及びノッキングの発生も有効に防止でき、よ
りエンジンの出力向上を図ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

＜第１実施例＞ 第３図に示すように、４気筒ガソリンエンジンCEの第
１〜第４気筒＃１〜＃４に吸気を供給するために独立吸
気通路1,1,1,1が設けられ、これらの独立吸気通路1,1,
1,1は上流で１つの共通吸気通路２に集合され、この共
通吸気通路２にはアクセルペダル（図示せず）と連動し
て開閉されるスロットル弁３が介設されている。また、
各気筒＃１〜＃４の燃焼ガスは、夫々独立排気通路4,4,
4,4と共通排気通路５とを通して排出されるようになっ
ている。

エンジンCEを冷却するために、冷却装置CRが設けられ
ている。この冷却装置CRは、エンジンCEのウォータジャ
ケットＪから流出する冷却水を、第１冷却水通路７を通
してラジエータ８の上流側タンク8aに導入し、続いて熱
交換部8bで冷却した後、下流側タンク8cを介して第２冷
却水通路９に導出し、さらに第２冷却水通路９を通して
再びエンジンCEのウォータジャケットＪに流入させるよ
うな基本構成となっている。

上記第２冷却水通路９のウォータジャケットＪへの接
続部のやや上流には、ウォータポンプ10が設けられ、さ
らにこのウォータポンプ10の上流にはサーモスタット11
が設けられている。また、後で詳説するように、第１冷
却水通路７とサーモスタット11とを連通するバイパス冷
却水通路12が設けられるとともに、サーモスタット11の
感温部22（第１図参照）周辺に開口し、ラジエータ８の
直下流の低温の冷却水（以下、この低温の冷却水を冷水
という）をこの感温部22周辺に導入するための冷水導入
通路13が設けられ、この冷水導入通路13には、これを開
閉する冷水導入通路開閉弁14が介設されている。この冷
水導入通路開閉弁14に対しては負圧応動式のダイヤフラ
ム32（第１図参照）よりなるアクチュエータ16が設けら
れ、このアクチュエータ16の圧力室31（第１図参照）へ
は負圧導入通路17を通してスロットル弁３下流の共通吸
気通路２内の負圧が常時導入されるようになっている。
なお、スロットル弁３下流にサージタンクが設けられた
エンジンでは、負圧導入通路17をサージタンクに接続す
ればよい。上記の冷水導入通路開閉弁14とアクチュエー
タ16とは本願請求項１に記載された冷水導入通路開閉手
段に相当する。

以下、サーモスタット11と冷水導入通路開閉弁14の作
動機構について説明する。

第１図に示すように、サーモスタット11の略円筒形の
ケーシング21の軸線方向上流側（第１図では下側であ
り、以下ではラジエータ側という）の端面にはサーモス
タット11より上流側の第２冷却水通路９の下流側端部が
開口する一方、ケーシング21のラジエータ側端面と対向
する側（第１図では上側であり、以下ではバイパス冷却
水通路側という）の端面にはバイパス冷却水通路12の下
流側端部が開口している。さらに、ケーシング21のエン
ジンCE側（第１図では左側であり、以下ではエンジン側
という）の側面にはサーモスタット11より下流側の第２
冷却水通路９の上流側端部が開口する一方、ケーシング
21の側面には冷水導入通路13が接続されている。そし
て、ケーシング21内には、これと軸線を同じくして略多
段円柱形の感温部22（内部に封入したワックスの膨張、
収縮に応じて伸縮する）が配置され、この感温部22のラ
ジエータ側端部22aは、ケーシング21に固定された固定
部材23に固定されている。感温部22のバイパス冷却水通
路側端部22bには、バイパス冷却水通路12を開閉するバ
イパス冷却水通路開閉弁24が取り付けられ、さらに、感
温部22の軸線方向中央部よりややラジエータ側には、第
２冷却水通路９を開閉する第２冷却水通路開閉弁25が取
り付けられている。感温部22の周辺の冷却水温度が高い
ときには、感温部22内に封入されたワックスが膨張し
て、感温部22の可動部が軸線方向バイパス冷却水通路側
にＰで示すように伸長し、これに伴って、仮想線Ｑで示
すように、バイパス冷却水通路開閉弁24がバイパス冷却
水通路12を閉止するとともに、第２冷却水通路開閉弁25
が第２冷却水通路９を開通させるようになっている。一
方、感温部22周辺の冷却水温度が低いときには、感温部
22内に封入されたワックスが収縮して、感温部22の可動
部が軸線方向ラジエータ側に収縮し、これに伴ってバイ
パス冷却水通路開閉弁24がバイパス冷却水通路12を開く
とともに、第２冷却水通路開閉弁25が第２冷却水通路９
を閉止するようになっている。

そして、冷水導入通路13はケーシング21の冷水導入通
路側側面を貫通して感温部22近傍で感温部22に向かって
開口しており、冷水導入通路開閉弁14が開かれたときに
はサーモスタット11側のサクションによりラジエータ８
下流側の冷水が冷水導入通路13を通して感温部22に向か
って噴出し、感温部22を直接的に冷却するようになって
いる。冷水導入通路開閉弁14を作動させるアクチュエー
タ16の圧力室31は負圧導入通路17を介してスロットル弁
３下流の共通吸気通路２と連通している。そして、スロ
ットル弁３下流の共通吸気通路２内の圧力が所定値（例
えば、−300mmHg）より低くなったときには、この負圧
が圧力室31に導入され、この負圧によってダイヤフラム
32がコイルばね33の付勢力に抗して冷却導入通路開閉弁
14側に膨出し、これに伴って冷却導入通路14が開かれる
ようになっている。一方、スロットル弁３下流の共通吸
気通路２内の圧力が上記所定値より高いときには、コイ
ルばね33の付勢力によって冷水導入通路14が閉じられる
ようになっている。なお、圧力室31内の圧力が所定値
（例えば、−300mmHg）より高いときには、その圧力に
応じて冷水導入通路開閉弁14が徐々に閉じられる 以下、アクチュエータ16と冷水導入通路開閉弁14とサ
ーモスタット11の作用について説明する。

スロットル弁３下流の共通吸気通路２内の圧力が、例
えば−300mmHg以下となるような低負荷時には、上記負
圧がアクチュエータ16の圧力室31に導入され、冷水導入
通路開閉弁14が全開される。ここにおいて、冷水導入通
路13の下流側端部（すなわちケーシング21内）は冷水導
入通路13の上流側端部（すなわちラジエータ８の直下流
の第２冷却水通路９内）よりサクション側に位置してい
るので、ラジエータ８の直下流の第２冷却水通路９内の
冷水が冷水導入通路13を通してケーシング21内に吸い出
され、直接的に感温部22に接触し、これによって感温部
22が冷却され、その可動部が軸線方向ラジエータ側に移
動する。このため、エンジンCEのウォータジャケットＪ
内の冷却水温度にかかわりなく、第２冷却水通路開閉弁
25が閉じられるとともに、バイパス冷却水通路開閉弁24
が開かれる。したがって、ラジエータ８で冷却された冷
却水がエンジンCEのウォータジャケットＪに流入しなく
なる一方、エンジンCEのウォータジャケットＪから流出
する冷却水がバイパス冷却水通路12を通してエンジンCE
のウォータジャケットＪに戻るようになる。そこで、エ
ンジンCEのジャケットＪ内の冷却水温度が高くなり、10
0〜120℃に維持される。このため、潤滑油温度が高くな
り、動弁系、クランク系の摺動抵抗が小さくなるととも
に、混合気の燃焼性が高まり、燃費性能の向上が図られ
る。また、シリンダヘッドの壁温上昇に伴って点火プラ
グの放熱量が減り、添加プラグのくすぶりの発生が防止
され、さらにはヒーター効果等の向上が図られる。

一方スロットル弁３下流の共通吸気通路２内の圧力
が、例えば−300mmHgより高くなるような比較的高負荷
時にはアクチュエータ16の圧力室31内に導入される負圧
が弱くなるので、第４図中の曲線G₁と曲線G₂との間の領
域で示すような運転領域ではスロットル弁３下流の共通
吸気通路２内の圧力（すなわちエンジン負荷）が高まる
のに伴って冷水導入通路開閉弁14が徐々に閉じられ、冷
水導入通路13を通して感温部22に噴出する冷水の量が少
なくなる。そして、エンジンCEの運転状態が第４図中の
曲線G₂より高負荷側にあれば、冷水導入通路開閉弁14が
完全に閉じられ、サーモスタット11は本来のウォータジ
ャケットＪを流出した冷却水の温度（すなわち、バイパ
ス冷却水通路12から流出される冷却水の温度）により作
用し、ウォータジャケットＪに流入する冷却水の温度が
70〜80℃に維持される。このようにして冷水導入通路開
閉弁14が全閉されたときには、エンジンCE（高温に熱っ
せられた熱負荷が高い燃焼室壁等）が十分に冷却される
ため、シリンダヘッド等の信頼性が向上するとともに、
プリイグニッション及びノッキングの発生が防止され
る。なお、エンジンCEのの運転状態が第４図中の曲線G₁
と曲線G₂との間の領域にあるときには、エンジンCEの発
熱量にほぼ比例して第２冷却水通路９が開かれ、いわゆ
るリニアな制御が行なわれるので、負荷の大小にかかわ
りなくウォータジャケットＪ内の冷却水の温度は70〜80
℃に維持される。

したがって、第５図に示すように、エンジンCEのジャ
ケットＪ内の冷却水の温度は、曲線G₃以下（スロットル
弁３下流の共通吸気通路２内の圧力が−300mmHg以下）
の低負荷領域では100℃程度の比較的高温状態となり、
曲線G₃（−300mmHg）と曲線G₄（WOT）との間の運転領域
では75℃程度の比較的低温状態となる。

このように、第１実施例では、サーモスタット11が１
つで済み、かつ冷水導入通路開閉弁14の作動機構が非常
に簡素なものとなる。

＜第２実施例＞ 以下、本発明の第２実施例を説明するが、第１実施例
と共通の部材には同一番号を付してその説明を省略し、
第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。

第２図に示すように、第２実施例では、負圧導入通路
17に電磁式の３方ソレノイド弁41を介設し、アクチュエ
ータ16の圧力室31にスロットル弁３下流の共通吸気通路
２内の負圧を導入するか、または大気導入通路42を介し
て大気を導入するかを切り替えられるようにしている。
そして、３方ソレノイド弁41の切り替え制御を行うため
に、エンジン回転数、冷却水温度、外気温等を入力情報
とするコントロールユニット43が設けられている。

第２実施例によれば、エンジン負荷だけでなく、エン
ジン回転数、外気温等種々の運転条件に応じてエンジン
CEのウォータジャケットに供給される冷却水の温度を制
御できるので、より一層燃費性能の向上と出力の向上と
を図ることがでできる。例えば、低負荷時であっても高
回転時にはエンジンCEの発熱量が増加するので、高回転
・低負荷時には冷水導入通路開閉弁14を閉じて、ウォー
タジャケットＪ内の冷却水温度を比較的低温（例えば、
70〜80℃）に維持するといった精密な制御を行うことが
できる。また、例えば外気温度が高い夏場等では、高負
荷時におけるウォータジャケットＪ内の冷却水温度をさ
らに低温（例えば、65〜75℃）に維持し、吸気温度が高
いことによる燃焼室壁、ピストン等の過大な熱負荷アッ
プを抑え、プリイグニッション、ノッキングの発生を防
止することができる。なお、第１実施例と同様に、低負
荷時の燃費性能の向上と高負荷時の出力の向上とが図ら
れることはもちろんである。

さらに、過給機を装着したエンジンにおいては、アク
チュエータ16におけるコイルバネ33を、ダイヤフラム32
を挟んで圧力室31と反対側の室を設け、共通吸気通路２
の圧力が所定値以上の正圧となる高負荷時に冷水導入通
路開閉弁14が閉じるよう構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す、冷却液温度制御
装置のサーモスタットまわりの冷却系統図である。 第２図は、本発明の第２実施例を示す、冷却液温度制御
装置の冷水導入通路開閉弁まわりの冷却系統図である。 第３図は、本発明にかかる冷却液温度制御装置を備えた
エンジンのシステム構成図である。 第４図は、冷水導入通路開閉弁の作動特性を、エンジン
回転数とエンジントルクとをパラメータとして表した図
である。 第５図は、エンジンのウォータジャケット内の冷却水の
温度を、エンジン回転数とエンジントルクとをパラメー
タとして表した図である。 第６図は、負荷に応じて冷却水温度を制御するようにし
た従来の冷却装置のシステム構成図である。 CE……エンジン、２……共通吸気通路、３……スロット
ル弁、７……第１冷却水通路、８……ラジエータ、９…
…第２冷却水通路、10……ウォータポンプ、11……サー
モスタット、12……バイパス冷却水通路、13……冷水導
入通路、14……冷水導入通路開閉弁、16アクチュエー
タ、17……負圧導入通路、22……感温部、41……３方ソ
レノイド弁、43……コントロールユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑村 耕一 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−128924（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−101128（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−13037（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ラジエータ下流側と、エンジンのウォータ
   ジャケットの冷却水流入口との間の冷却水通路にサーモ
   スタットが配置されたエンジンにおいて、 一端が上記ラジエータ下流側と連通し他端が上記サーモ
   スタットの感温部周辺に開口する冷水導入通路を設ける
   とともに、上記冷水導入通路の開通面積をエンジン低負
   荷時にはエンジン高負荷時に比して増大させる冷水導入
   通路開閉手段を設けたことを特徴とするエンジンの冷却
   液温度制御装置。