JP2734695B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両用エンジン等の内燃機関を冷却する冷
却装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に車両用エンジンの冷却装置は、エンジンとラジ
エータとを流体パイプで連結し、両者間を流れる冷却装
置をウォーターポンプで循環させている。例えば特開昭
63−268912号公報に開示される冷却装置においては、ラ
ジエータの入口側と出口側とをバイパス管で連通させ、
車両用エンジンから流出する冷却水の温度が所定値未満
の場合には、バイパス管へ冷却水を流れることによりラ
ジエータをバイパスさせる。一方、冷却水温度が所定値
以上の場合には、サーモスタットを閉弁することによっ
てバイパス管を閉鎖し、ラジエータに冷却水を流して熱
交換作用により冷却水を冷却する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の冷却装置によると、エンジン始
動直後には、エンジンを循環する低温の冷却水によりエ
ンジンを冷却する作用が効果的に働くので暖機運転が抑
制されて低熱効率の運転が長時間継続し、また通常時あ
るいはヒータモード時には、エンジンを循環する冷却水
がエンジンを効果的に冷却するので、エンジン壁温が所
定値以上に上昇せず熱効率が低下するという問題があ
る。

本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、エンジンの運転条件に応じて冷却水の循環す
る回路を切替え、高熱効率の運転を可能にするようにし
た内燃機関の冷却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） そのために、本発明の内燃機関の冷却装置は、内燃機
関の冷却水を外気と熱交換することによって冷却する熱
交換器と、内燃機関から流出する高温の冷却水を熱交換
器に導く第１導水路と、熱交換器により低温となった冷
却水を内燃機関に還流させる第２導水路と、第１導水路
または第２導水路中に設けられ、冷却水を循環させる冷
却水循環手段と、第１導水路の流路途中と第２導水路の
流路途中とを連通させるバイパス路と、第１導水路とバ
イパス路との合流部に冷却水の流れを切替可能な三方弁
とを備える。そして、内燃機関と熱交換器との間にはバ
イパス路とラジエータバイパス路とヒータ流路とが接続
され、第１導水路は内燃機関のシリンダヘッド部水路に
接続され、第２導水路はシリンダブロック部水路に接続
され、ヒータ流路はヒータコアを有し、ラジエータバイ
パス路と第２導水路との合流点にはサーモスタットが配
される。さらに、三方弁は、暖機モード時にバイパス路
側とラジエータバイパス路側とを連通し、ヒータモード
時にバイパス路側と内燃機関側とを連通し、熱効率向上
モード時にバイパス路側とラジエータバイパス路側と内
燃機関側とを連通することを特徴とする。

（作用） 熱交換器により低温となった冷却水は、三方弁の切替
によって内燃機関に還流される水量が調整され、内燃機
関から冷却水に放出される冷却損失熱量が内燃機関の運
転状態に応じて必要以上に増大させることがない。また
熱交換器の放熱能力は変化しないので、水温平衡時、つ
まり冷却損失熱量と熱交換器の放熱量が等しいときには
内燃機関から流入する冷却水の温度は低下し、オーバー
ヒートしにくくなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す冷却装置の回路図を示
す。

自動車走行用エンジン１と自動車用ラジエータ２と
は、第１導水路３および第２導水路４により連結されて
いる。すなわち、第１導水路３の一端3aはラジエータ２
の入口側に接続され、他端3bはエンジン１のシリンダヘ
ッド側に接続されている。第２導水路４の一端4aはラジ
エータ２の出口側に接続され、他端4bはエンジン１のシ
リンダブロック側に接続されている。エンジン１によっ
て比較的高温となった冷却水は、第１導水路３を通って
ラジエータ２内に流入し、熱交換されて低温冷却水とな
り、この低温冷却水は第２導水路４を通ってエンジン１
内に流入しシリンダブロック側よりシリンダヘッド側に
流れてエンジンの冷却を行なう。

第２導水路４の流路途中には、ラジエータ２とエンジ
ン１との間で冷却水の循環を行なうウォーターポンプ
（冷却水循環手段）５が配されている。第２導水路４の
ウォーターポンプ５から下流位置には、バイパス路６の
一端が接続されており、このバイパス路６の他端は第１
導水路３に接続されている。そしてこのバイパス路６と
第１導水路３との合流部に三方電磁弁（三方弁）７が配
されている。この三方電磁弁７は、油圧式、電気式、負
圧式のアクチュエータ42を用いて冷却水の流れ方向を制
御するもの等が用いられる。

第２導水路４のウォーターポンプ５から上流位置には
ラジエータバイパス路10の一端が接続されている。この
ラジエータバイパス路10の他端は第１導水路３に接続さ
れており、第１導水路３を流れる冷却水がラジエータ２
をバイパスできるようになっている。ラジエータバイパ
ス路10と第２導水路４の接続部には、サーモスタット
（電気式制御弁）11が配されており、第１導水路３から
ラジエータバイパス路10に流れ込む冷却水の温度が設定
値未満の場合ラジエータバイパス路10を開放し、設定値
以上の場合はラジエータバイパス路10を閉鎖し、第１導
水路３を流れる冷却水の全量がラジエータ２に流入す
る。これにより高温の冷却水をラジエータ２で冷却す
る。

ラジエータ２の後面には、ラジエータ２に冷却用空気
を吸い込むためのラジエータファン13が配設されてい
る。このラジエータファン13は、エンジン１の駆動力が
伝達される図示しないベルトおよびプーリ14によって回
転駆動される。ラジエータファン13の回転駆動は、この
ほか電動モータ、油圧モータ等によることも可能であ
る。

第１導水路３にはヒータ流路16の一端16aが接続され
ており、このヒータ流路16の他端16bは第２導水路４の
サーモスタット11とウォーターポンプ５との間に接続さ
れている。そして、ヒータ流路16の流路途中には従来よ
り公知のヒータコア18が接続されており、その上流には
水弁20が配設されている。

エンジン１の内部の水通路は、シリンダブロック部水
路24とシリンダヘッド部水路25とからなり、シリンダヘ
ッド部水路25が冷却水温度を測定するための水温センサ
26が配設されている。エンジン１のクランクシャフト28
から伝達される駆動力は、伝動プーリ30、ベルト32およ
び伝動プーリ34を介してウォーターポンプ５に伝達され
る。

第１図において符号40で示される電子制御回路（EC
U）は、車室外の空気温度を検知する外気温センサ44、
エンジン１に吸入される吸入空気温度を検知する吸気温
センサ45、エンジン１の吸気管内を検知する負圧センサ
46、車体速度を検知する車速センサ47、エンジン１の回
転数を検知する回転数センサ48からのそれぞれの検知信
号を受ける。これらの信号を受けて、冷却装置の最適状
態を演算し、三方電磁弁７、ウォーターポンプ５、サー
モスタット11、水弁20のそれぞれのアクチュエータに制
御信号を送信する。

次に、実施例の作動について説明する。

エンジン１が駆動されると、その駆動力を受けてウォ
ーターポンプ５が回転される。このウォーターポンプ５
から吐出された冷却水は、その一部がバイパス路６に流
れ、残余部がエンジン１内に流入する。エンジン１のシ
リンダブロック部水路24およびシリンダヘッド部水路25
を流れてエンジン１を冷却して高温となった冷却水は、
第１導水路３に流出し、この第１導水路３を通ってラジ
エータ２内に流れ込む。ラジエータ２内では高温冷却水
と外部空気とが熱交換され、低温となった冷却水は第２
導水路４に流出し、再びウォーターポンプ５に吸入され
る。

エンジン１の始動直後のように、水温センサ26で検知
された水温が所定値未満の場合では、電子制御回路40か
らサーモスタット11を開くように制御信号が送信され、
第１導水路３に流出した冷却水は、ラジエータバイパス
路10を流れることによりラジエータ２をバイパスする。

車室内を暖房しようとする時は、水弁20を開弁させ
る。すると、エンジン１のシリンダヘッド部水路25から
導いた流路16に流出した高温の冷却水の一部は、ヒータ
ー流路16内を流れ、ヒーターコア18内で導入空気と熱交
換して導入空気を暖める。熱交換された冷却水は、再び
ウォーターポンプ５の吸い込み側に導かれる。

次にエンジンの運転モードに応じて冷却水の循環する
水路がどのようになるかについて、暖機モード、ヒ
ータモード、熱効率向上モードに分けて説明する。

暖機モードの場合、第２図に示すような冷却水の流路
をとる。すなわち、水温センサ26で検知されたエンジン
壁温が所定値未満の場合は電子制御回路40の指令により
アクチュエータ42が三方電磁弁７を第３図に示す流路方
向となるように設定する。この状態でエンジンを始動す
ると、サーモスタット11が開状態にあるのでウォーター
ポンプ５からバイパス路６を経て第１導水路３を通る冷
却水は、ラジエータバイパス路10を通り、サーモスタッ
ト11から第２導水路４を通ってウォーターポンプ５に戻
り、エンジン１およびラジエータ２をバイパスした回路
を冷却水が流れる。エンジン１内の冷却水は、シリンダ
ブロック部水路24およびシリンダヘッド部水路25の閉じ
た回路を循環しかつ最小の水容量となるのでエンジン壁
温の上昇が促進される。

次にエンジンの暖機が促進されてエンジン壁温が所定
値以上になると、水温センサ26からの信号を受けた電子
制御回路40からの指令によりアクチュエータ42の作動に
よって三方電磁弁７が第５図に示すように切り替わる。
すると第４図に示すヒータモードの場合の冷却水の流
れとなる。

ヒータモードの場合、ウォーターポンプ５から流出し
た冷却水は、エンジン１内の流水抵抗が比較的大きいこ
ととの関係から冷却水の全循環流量の大半がバイパス路
６を通って、全冷却損失熱量の約７割を発散するシリン
ダヘッド部水路25に直接低温の冷却水が流れ込むことに
より、一種の対向流的な流れとなって熱効率が増すとと
もに、シリンダブロック部水路24内の冷却水の流速は暖
機運転時より増し、これらの相乗効果により冷却水の水
温上昇効果が促進される。またエンジン１の内部を流れ
る冷却水の水量は、シリンダヘッド部水路25を流れる量
が相対的に多くシリンダブロック部水路24を流れる冷却
水量は従来のエンジン冷却時の冷却水量よりも大幅に減
少することから、エンジン壁温は従来よりも高温になる
ので、ピストン摺動摩擦低減による燃費の向上が図れ
る。この場合、ヒータ作動時には冷却水はヒータコア18
で導入空気と熱交換され、ヒータ流路16を通る冷却水は
ヒータコア18で熱を奪われ低温の冷却水となってウォー
ターポンプ５に入る。ヒータ非作動時には、ヒータコア
18は冷却水通路として働き熱交換は行なわれない。

熱効率向上モード時の場合、三方電磁弁７は第７図に
示すように切り替わる。すなわち、この場合は低負荷運
転ないしは低速運転時等の比較的エンジン壁温が低い時
のモードである。この運転条件では第６図に示すよう
に、ウォーターポンプ５から流出した冷却水は、エンジ
ン１をバイパスしてバイパス路６を通って三方電磁弁７
からラジエータバイパス路10からサーモスタット11を循
環する。この第６図に示す冷却水の回路においては、第
２図に示す暖機モードと同様にエンジン１の通水抵抗の
バランスの関係から冷却水の大半がバイパス路６を流
れ、エンジン１を循環する冷却水量は大幅に減少され
る。したがって、エンジン壁温は従来の場合よりも相対
的に高くなるので、熱効率の向上が図られる。しかし、
この熱効率向上モードで運転し続けると、エンジン１の
温度は次第に上昇するので、所定値以上の異常高温時に
なった時には、水温センサ26からの信号を受けて三方電
磁弁７を第９図に示すように切り替え、第８図に示すよ
うな冷却水の回路をとるようにする。すると、エンジン
１のシリンダブロック部水路24からシリンダヘッド部水
路25を循環する冷却水量が増大しエンジン壁温を低下し
ようと働く。エンジン水温が所定値未満になると、再び
三方電磁弁７が第７図に示すように切り替わり第６図に
示す循環回路となり、エンジン壁温を相対的に高温の適
温範囲内に保持し、熱効率の向上がはかられる。これを
グラフに表わすと第10図に示すようなタイムチャートと
なる。

第10図に示されるように、本発明の実施例において
は、エンジン壁温が所定値以上となると第６図に示す本
発明の流れであるＡモードから第８図に示す従来の流れ
であるＢモードに切り替わる。この場合エンジンを流れ
る冷却水の循環流量Veは小量流量から大量流量に切り替
わり、エンジンのシリンダブロック部水路24およびシリ
ンダヘッド部水路25を流れる冷却水により冷却効果を促
進しエンジン壁温Tmを低下させる。エンジン壁温Tmが所
定値未満に低下すると、第８図に示すＢモードから第６
図に示す本発明の流れであるＡモードに切り替わる。こ
のようにして、第10図に示されるエンジン壁温Tmの温度
が従来例に比べて本発明実施例では相対的に高い温度に
保持され、所定の適温範囲内において高い熱効率が維持
されて燃費の向上、熱効率の向上、エンジン出力のアッ
プ等が図られる。またエンジンのピストン摺動部等にお
ける機械摩擦損失の低減が図られるとともに排気ガス中
のHC等の排気有害ガスの低減が図られる。

本発明の実施例においては、エンジン始動直後の運転
時にはエンジンを循環する冷却水量を低減して暖機を促
進し高熱効率の運転に達するまでの時間を短縮し、また
車両走行中の使用頻度の高い低負荷運転時ないしは低速
運転時あるいはヒータモード時にはエンジン壁温を相対
的に高い温度に保持して熱効率の向上をはかるので、熱
効率向上に伴う前述した燃費の低減および排気の浄化等
の顕著な効果を得ることができる。

なお、ウォーターポンプ５はエンジン１の駆動力を受
けて回転するものとしたが、本発明では、電動式、油圧
式等のウォーターポンプとしてもよい。またウォーター
ポンプの容量をアップするために二連式のウォーターポ
ンプとしてもよいし、従来のウォーターポンプと電動式
のウォーターポンプとを直列または並列に配してもよ
い。

さらには前述の実施例では第１導水路３をシリンダヘ
ッド側に接続し第２導水路４をシリンダブロック側に接
続し、冷却水をシリンダブロック側からシリンダヘッド
側に流すようにしたが、シリンダヘッド側からシリンダ
ブロック側に向けて流すようにしてもよい。また前述の
冷却装置は、ラジエータファン13の回転制御やラジエー
タシャッタ、サブラジエータ等の通風系の制御と組み合
わせることにより更に細かいエンジン制御が可能とな
る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、エンジンから熱
交換器に冷却水を流す第１導水路とエンジンをバイパス
するバイパス路との合流部に切替用の三方弁を設けたた
め、運転条件に対応して冷却水の循環する回路を切替え
可能なので、エンジンの熱効率を高め、エンジンの出力
アップ、燃費の向上、排気の浄化等を確実にはかること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を表わす配管図、第２図は本発
明の実施例における暖機モードの冷却水の流れを示す
図、第３図は第２図に示す三方弁の開弁方向を示す図、
第４図は本発明の実施例のヒータモード時における冷却
水の流れを示す図、第５図は第４図に示す三方弁の開弁
方向を示す図、第６図は本発明の熱効率向上モードにお
けるＡモード時の冷却水の流れを示す図、第７図は第６
図に示す三方弁の開弁方向を示す図、第８図は本発明の
熱効率向上モードにおけるエンジン高温時におけるＢモ
ード時の冷却水の流れを示す図、第９図は第８図に示す
三方弁の開弁方向を示す図、第10図は本発明実施例にお
ける熱効率向上モードを説明するための特性図である。 １……エンジン（内燃機関）、 ２……ラジエータ（熱交換器）、 ３……第１導水路、 ４……第２導水路、 ５……ウォーターポンプ（冷却水循環手段）、 ６……バイパス路、 ７……三方電磁弁（三方弁）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関（１）の冷却水を外気と熱交換す
   ることによって冷却する熱交換器（２）と、 内燃機関（１）から流出する高温の冷却水を熱交換器
   （２）に導く第１導水路（３）と、 熱交換器（２）により低温となった冷却水を内燃機関
   （１）に還流させる第２導水路（４）と、 第１導水路（３）または第２導水路（４）中に設けら
   れ、冷却水を循環させる冷却水循環手段（５）と、 第１導水路（３）の流路途中と第２導水路（４）の流路
   途中とを連通させるバイパス路（６）と、 第１導水路（３）とバイパス路（６）との合流部に冷却
   水の流れを切替可能な三方弁（７）とを備え、 内燃機関（１）と熱交換器（２）との間にはバイパス路
   （６）とラジエータバイパス路（10）とヒータ流路（1
   6）とが接続され、 第１導水路（３）は内燃機関（１）のシリンダヘッド部
   水路（25）に接続され、 第２導水路（４）はシリンダブロック部水路（24）に接
   続され、 ヒータ流路（16）はヒータコア（18）を有し、 ラジエータバイパス路（10）と第２導水路（４）との合
   流点にはサーモスタット（11）が配され、 三方弁（７）は、暖機モード時にバイパス路（６）側と
   ラジエータバイパス路（10）側とを連通し、ヒータモー
   ド時にバイパス路（６）側と内燃機関（１）側とを連通
   し、熱効率向上モード時にバイパス路（６）側とラジエ
   ータバイパス路（10）側と内燃機関（１）側とを連通す
   ることを特徴とする内燃機関の冷却装置。