JP4098023B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却液を蓄える保温タンクを備えた内燃機関の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の冷却装置としては、例えば実開平６−７４４０８号公報に記載されたものが知られている。同公報に記載の装置は、冷却液を蓄える保温タンク（蓄熱器）を備えている。そして、内燃機関の冷間時には冷却液の供給経路を切り替えて、相対的に高温となる保温タンク内の冷却液を空調装置（ヒータ）のヒータコアのみに供給し、迅速な暖房開始を実現している。
【０００３】
また、こうした内燃機関の冷却装置において、上記機関の冷間時には相対的に高温となる保温タンク内の冷却液を同機関に供給し、その暖機性の向上を図ったものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした冷却装置では、内燃機関の暖機性の向上のために保温タンクから内燃機関への冷却液の供給経路の圧力損失を小さく抑える必要がある。これにより、相対的に高温となる保温タンク内の冷却液は迅速に内燃機関へと供給される。
【０００５】
しかしながら、上記機関の暖機後、切替弁の操作等により相対的に高温となる同機関からの冷却液を保温タンクに蓄えようとすると、これと入れ替わりに排出される保温タンク内の冷却液が急激に内燃機関へと供給される（戻される）。この場合、相対的に低温となる保温タンク内の冷却液が内燃機関へと戻されることで同機関が冷やされ、その効率やエミッション等を悪化させることがある。
【０００６】
このため、上記機関からの冷却液を保温タンクに蓄える場合には、入れ替わりに排出される保温タンク内の冷却液が徐々に内燃機関へと戻されるようにしている。具体的には、機関の冷間時の流量とは異なる小流量となるような切替弁の新たなポジションを設定したり、切替弁を頻繁に開閉作動させて実質的に流量を低減させたりしている。この場合、切替弁のポジション追加に伴う大型化、あるいは切替弁の頻繁な開閉作動に伴う信頼性確保の困難性といった別の問題が生じてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関からの冷却液を保温タンクに蓄える際に、これと入れ替わりに排出される保温タンク内の冷却液が急激に内燃機関へと戻されることを簡易な構成で抑制することができる内燃機関の冷却装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、冷却液を蓄える保温タンクを備えた内燃機関の冷却装置において、前記保温タンクと内燃機関とを接続する冷却液の経路に、該冷却液の流れ方向に応じて該経路の圧力損失が切り替わる回路部を設けたことを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、前記回路部は、前記保温タンクから前記内燃機関に供給される冷却液の流れを許容するとともに、該内燃機関から該保温タンクに供給される冷却液の流れを禁止する１方向弁と、前記１方向弁をバイパスする通路に設けられた絞りとを備えることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却装置において、前記経路に、前記保温タンクと前記内燃機関との連通・遮断を切り替える切替弁を設けたことを要旨とする。
【００１１】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、保温タンクと内燃機関とを接続する冷却液の経路に、該冷却液の流れ方向に応じて該経路の圧力損失が切り替わる回路部が設けられている。従って、例えば保温タンクから前記内燃機関に供給される冷却液の流れに対して圧力損失が小さくなり、反対に内燃機関から該保温タンクに供給される冷却液の流れに対して圧力損失が大きくなるように切り替わる回路部とする。
【００１２】
これにより、内燃機関の冷間時において保温タンクの冷却液を内燃機関に供給する際には、圧力損失が小さくなる分、迅速に保温タンクから内燃機関へと冷却液が供給される。そして、上記機関は、相対的に高温となる保温タンクからの冷却液により迅速に暖められる。
【００１３】
一方、内燃機関からの冷却液を保温タンクに供給してこれを蓄える際には、圧力損失が大きくなる分、緩やかに内燃機関から保温タンクへと冷却液が供給される。そして、これと入れ替わりに排出される保温タンク内の冷却液も緩やかに内燃機関へと戻される。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、上記回路部は、１方向弁及びこれをバイパスする通路に設けられた絞りを備えた極めて簡易な構成とされる。
請求項３に記載の発明によれば、上記経路に、前記保温タンクと前記内燃機関との連通・遮断を切り替える切替弁が設けられている。従って、例えば機関の暖機運転時などでは、上記切替弁により保温タンクと内燃機関とを遮断するように切り替える。これにより、冷却液の循環が抑制され、内燃機関の暖機性が向上される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。図１〜図４は、本実施形態が適用される内燃機関の冷却システムをその動作と併せて示す概略構成図である。同図に示されるように、この冷却システムは、内燃機関としてのエンジン１と、同エンジン１に駆動連結された機械駆動式のウォータポンプ２と、ヒータ３と、サーモスタット４と、ラジエータ５と、蓄熱システム６とを備えている。そして、エンジン１、ヒータ３及びウォータポンプ２を接続する冷却液の経路７が形成されている。また、経路７においてエンジン１及びヒータ３の一側（上流側）の間には、切替弁８が設けられている。この切替弁８は、上記蓄熱システム６の一側にも接続されており、そのポジションに応じてエンジン１とヒータ３及び蓄熱システム６のいずれかとを連通し、あるいはこれらヒータ３及び蓄熱システム６との連通を遮断する。なお、この切替弁８のポジションは、図示しない制御装置にて制御されている。
【００１６】
上記ウォータポンプ２は、経路７においてヒータ３の他側（下流側）とエンジン１との間に設けられている。このウォータポンプ２は、例えば上記切替弁８によりエンジン１とヒータ３とが連通されている状態において、経路７に沿って冷却液を循環させる。このとき、冷却液の温度が低く上記サーモスタット４が閉状態の時には、冷却液はエンジン１内（シリンダヘッド等）を通過し、ヒータ３へと供給される。また、冷却液の温度が高く上記サーモスタット４が開状態の時には、上記に併せてエンジン１内を通過した冷却液の一部はラジエータ５へと供給される。
【００１７】
上記蓄熱システム６は、保温タンク１１と、電動ウォータポンプ１２と、回路部１３を構成する１方向弁１４及び絞り１５とを備えている。そして、前記切替弁８及びヒータ３の他側（下流側）間において、回路部１３、保温タンク１１及び電動ウォータポンプ１２を接続する冷却液の経路１６が形成されている。この経路１６は、ヒータ３の他側（下流側）において経路７に連通する。
【００１８】
上記保温タンク１１は、保温性を有するタンクであって、内部に蓄えられた冷却液を保温する。詳述すると、この保温タンク１１は、一側及び他側がそれぞれ電動ウォータポンプ１２及び回路部１３に連通する冷却液の流路を有しており、同流路内において冷却液を蓄え、これを保温する。また、保温タンク１１は、一側及び他側のいずれか一方から冷却液が供給されると、これと入れ替わりに他方から冷却液を排出する。すなわち、保温タンク１１は、一方から冷却液が供給される分だけ、他方から冷却液を排出する。
【００１９】
上記電動ウォータポンプ１２は保温タンク１１の一側に接続されており、例えば上記切替弁８によりエンジン１と蓄熱システム６とが連通されている状態において、経路１６及び経路７の一部に沿って冷却液を循環させる。
【００２０】
上記回路部１３の１方向弁１４は、保温タンク１１の他側及び前記切替弁８間に設けられている。この１方向弁１４は、保温タンク１１の他側から切替弁８への冷却液の流れを許容するとともに、切替弁８側から保温タンク１１への冷却液の流れを禁止する。この１方向弁１４を介して経路１６を流れる冷却液の圧力損失は、十分に小さくなるように設定されている。
【００２１】
上記絞り１５は、上記１方向弁１４をバイパスする通路１７に設けられており、同通路１７を流れる冷却液の圧力損失を増大させてその流量を低減させる。
次に、この冷却システムの動作について説明する。図１〜図４において、各動作に対応する冷却液の流れ方向を矢印にて併せ示している。
【００２２】
図１は、エンジン冷間時におけるエンジン１のプレヒートの動作に対応しており、このときの冷却液の流れ方向を矢印にて示している。このプレヒートは、エンジン１の暖機運転に先立って同エンジン１を暖めるための動作である。この状態においては、前記切替弁８によりエンジン１と蓄熱システム６（回路部１３）とが連通されるとともに、同エンジン１とヒータ３とが遮断される。ここで、前記電動ウォータポンプ１２が駆動され、経路７の冷却液が導入されて保温タンク１１の一側へと供給されると、これと入れ替わりに相対的に高温に保たれていた保温タンク１１内の冷却液が他側から排出される。そして、この排出された保温タンク１１内の冷却液は、回路部１３及び切替弁８を介してエンジン１に供給され、同エンジン１を暖めたる。このとき、順方向となる上記１方向弁１４は開状態となり圧力損失の低減された経路が形成されるため、保温タンク１１内の冷却液は迅速にエンジン１へと供給され、その暖機性が向上する。
【００２３】
次に、図２は、エンジン冷間時におけるエンジン１の暖機運転中の動作に対応している。この状態においては、前記切替弁８により蓄熱システム６（回路部１３）及びヒータ３ともにエンジン１から遮断される。従って、暖機運転中は、冷却液はエンジン１内のみを循環するため、同エンジン１は速やかに暖められてその暖機性が向上する。
【００２４】
図３は、エンジン温間時（通常走行時など）の動作に対応しており、このときの冷却液の流れ方向を矢印にて示している。この状態においては、前記切替弁８によりエンジン１とヒータ３とが連通されるとともに、同エンジン１と蓄熱システム６（回路部１３）とが遮断される。そして、ウォータポンプ２の駆動により冷却液は経路７に沿って循環する。これにより、エンジン１を通過した冷却液はヒータ３へと供給され、例えば室内暖房に供される。このとき、冷却液温が高いときには、前記サーモスタット４の作動によりエンジン１を通過した冷却液の一部がラジエータ５へと循環されるのは既述のとおりである。
【００２５】
次に、図４は、エンジン温間時において蓄熱システム６における蓄熱を行う際の動作に対応しており、このときの冷却液の流れ方向を矢印にて示している。この状態においては、前記切替弁８によりエンジン１と蓄熱システム６（回路部１３）とが連通されるとともに、同エンジン１とヒータ３とが遮断される。ここでは、前記電動ウォータポンプ１２は駆動されず、ウォータポンプ２の駆動によりエンジン１からの冷却液は切替弁８を介して蓄熱システム６へと導入され、経路１６等に沿って循環する。このとき、逆方向となる上記１方向弁１４は閉状態となるため、エンジン１を通過した高温の冷却液は前記通路１７に設けられた絞り１５を介して保温タンク１１の他側に供給される。この供給された冷却液が保温タンク１１に蓄えられて保温されることで、蓄熱システム６での蓄熱が行われる。一方、これと入れ替わりに相対的に低温となる冷却液が、保温タンク１１内から排出される。このとき、絞り１５を介した圧力損失の増大された経路が形成されるため、保温タンク１１内の冷却液は電動ウォータポンプ１２のインペラの間隙を通過して徐々に経路７へと排出される。これにより、相対的に低温となる保温タンク１１内の冷却液が急激にエンジン１へと供給されて同エンジン１を冷やしたりすることが回避されている。
【００２６】
なお、エンジン温間時における蓄熱システム６での蓄熱（図４）は、エンジン１からヒータ３へと冷却液を供給する間（図３）において、ヒータ性能に影響を及ぼさない程度の小時間だけ切替弁８のポジションを切り替えることで徐々に行う。
【００２７】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、保温タンク１１とエンジン１とを接続する冷却液の経路１６に、冷却液の流れ方向に応じて経路１６の圧力損失が切り替わる回路部１３が設けられている。そして、保温タンク１１からエンジン１に供給される冷却液の流れに対して圧力損失が小さくなり、反対にエンジン１から保温タンク１１に供給される冷却液の流れに対して圧力損失が大きくなるようにした。
【００２８】
これにより、エンジン１の冷間時において保温タンク１１の冷却液をエンジン１に供給する際には、圧力損失が小さくなる分、大流量にて迅速に保温タンク１１からエンジン１へと冷却液を供給できる。そして、相対的に高温となる保温タンク１１からの冷却液によりエンジン１を迅速に暖めることができ、その暖機性が向上する。
【００２９】
一方、エンジン１からの冷却液を保温タンク１１に供給してこれを蓄える際には、圧力損失が大きくなる分、小流量にて緩やかにエンジン１から保温タンク１１へと冷却液を供給できる。そして、これと入れ替わりに排出される保温タンク１１内の冷却液も緩やかにエンジン１へと戻すことができる。これにより、相対的に低温となる保温タンク１１内の冷却液が急激にエンジン１へと戻されることで同エンジン１が冷やされ、その効率やエミッション等を悪化させることも回避できる。
【００３０】
特に、エンジン１からの冷却液を保温タンク１１に供給してこれを蓄える際に、エンジン１の冷間時の流量とは異なる小流量となるような切替弁（８）の新たなポジションを設定する必要がないため、これに伴う切替弁の大型化やコストの増大も回避できる。あるいは、切替弁（８）を頻繁に開閉作動させて実質的に流量を低減させたりする必要がないため、その信頼性確保のための困難性も解消できる。
【００３１】
（２）本実施形態では、回路部１３を、１方向弁１４及びこれをバイパスする通路１７に設けられた絞り１５からなる極めて簡易な構成にできる。
（３）本実施形態では、エンジン１の暖機運転時において、切替弁８によりヒータ３及び蓄熱システム６とエンジン１とを遮断するように切り替えることにより、冷却液の循環を抑制し、エンジン１の暖機性を向上することができる。
【００３２】
（４）本実施形態では、回路部１３において、冷却液の流れ方向が切り替わることに対応して自動的にその圧力損失が切り替わる。
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
【００３３】
・前記実施形態において、絞り１５は通路１７を絞って形成してもよく、あるいは別途、絞り弁を設けてもよい。
・前記実施形態においては、ウォータポンプ２を機械駆動式としたが、電動式であってもよい。
【００３４】
・前記実施形態において、冷却システムの冷却液の流路構成は一例であってその他の構成を採用してもよい。
次に、以上の実施形態から把握することができる技術的思想を、その効果とともに以下に記載する。
【００３５】
（イ）請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置において、前記経路に、前記保温タンクから前記内燃機関に供給される冷却液の流れを作る電動ポンプを備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。同構成によれば、電動ポンプにより保温タンクから内燃機関に供給される冷却液の流れが簡易に作られる。また、ポンプ容量の設定により、内燃機関の規格等に応じた好適な冷却液の供給量調整が可能ととなる。
【００３６】
（ロ）上記（イ）に記載の内燃機関の冷却装置において、前記電動ポンプは、前記内燃機関から前記保温タンクに供給される冷却液の流れを通過させることを特徴とする内燃機関の冷却装置。同構成によれば、電動ポンプの設置によって内燃機関から保温タンクに供給される冷却液の流れが遮断されることはない。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１又は２に記載の発明によれば、内燃機関からの冷却液を保温タンクに蓄える際に、これと入れ替わりに排出される保温タンク内の冷却液が急激に内燃機関へと戻されることを簡易な構成で抑制することができる。
【００３８】
請求項３に記載の発明によれば、内燃機関の暖機性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の動作を示す概略構成図。
【図２】同実施形態の動作を示す概略構成図。
【図３】同実施形態の動作を示す概略構成図。
【図４】同実施形態の動作を示す概略構成図。
【符号の説明】
１ 内燃機関としてのエンジン
６ 蓄熱システム
７，１６ 経路
８ 切替弁
１１ 保温タンク
１３ 回路部
１４ １方向弁
１５ 絞り
１７ 通路

Claims (3)

1. 冷却液を蓄える保温タンクを備えた内燃機関の冷却装置において、
   前記保温タンクと内燃機関とを接続する冷却液の経路に、該冷却液の流れ方向に応じて該経路の圧力損失が切り替わる回路部を設けたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記回路部は、
   前記保温タンクから前記内燃機関に供給される冷却液の流れを許容するとともに、該内燃機関から該保温タンクに供給される冷却液の流れを禁止する１方向弁と、
   前記１方向弁をバイパスする通路に設けられた絞りとを備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記経路に、前記保温タンクと前記内燃機関との連通・遮断を切り替える切替弁を設けたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。

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