JP4151415B2

JP4151415B2 - 内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP4151415B2
Application number: JP2003008348A
Authority: JP
Inventors: 知樹西野; 太芳戰場
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: JP2004218577A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出された冷却水をラジエータによって冷却する、内燃機関の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のエンジンには、エンジンの過熱状態（オーバヒート）によるシリンダやピストンなどの熱変形、ノッキングなどを防止するために冷却装置が装備されている。冷却装置１０１は例えば図３に示すように構成されており、ウォータポンプ２から送り出された冷却水は、エンジン１０のウォータジャケットを通過する過程でエンジン１０を冷却し、ラジエータ３で冷風により冷却された後、ウォータポンプ２へと戻される。
【０００３】
また、冷却装置１０１には、冷却水をラジエータ３をバイパスさせるバイパス通路及び／又は冷却水をラジエータ３をバイパスさせるとともにヒータを有するヒータ通路（ここではバイパス通路４のみ）がそなえられ、このバイパス通路４と、上記ウォータポンプ２，ウォータジャケット及びラジエータ３などが配管接続されてなる冷却水の循環通路（主通路）との接続部にはサーモスタット５が設置されている。
【０００４】
サーモスタット５は、冷却水温に応じて、各通路を流れる冷却水の水量を調節するものであり、サーモスタット５の作動により、エンジン高負荷時のように冷却水温が比較的高い場合には、上述したように冷却水はラジエータへ供給される一方、エンジン低負荷時やエンジン始動時のように冷却水温が比較的低い時（冷態時）には、冷却水はラジエータをバイパスするようになっている。
【０００５】
エンジンが過冷状態（オーバクール）にあると、燃料の霧化が不十分になったり、燃料の燃焼による熱エネルギがエンジンそのものを暖めるのに使用されたりして、燃費の悪化を招いてしまうため、このように冷態時には冷却水をラジエータをバイパスさせて循環させることで、早期にエンジンを暖機するようにしている。
【０００６】
そして、最近では、通常運転中のエンジン冷却後の比較的温度の高い冷却水を保温状態に蓄積する蓄熱器（断熱容器）を冷却水路に外付けした冷却装置が開発されている。エンジンの冷態始動時においては、この蓄熱器から上記の比較的温度の高い冷却水を放出させ冷却水通路に流通させる一方、ラジエータやウォータジャケット内の比較的温度の低い冷却水を、上記の比較的温度の高い冷却水と入れかわりに蓄熱器に蓄えるようにしている。つまり、上記の比較的温度の高い冷却水を、比較的温度の低い冷却水から分離して循環させることにより、冷態始動時にエンジンを早期に暖気させるようにしているのである。
【０００７】
また、特許文献１には、機関本体とラジエータとを除く全ての冷却回路（機関冷却水系統）を断熱材で覆うようにした技術が開示されている。そして、この技術には、上記の蓄熱器に相当する、断熱材で被覆されたウォータタンクがそなえられており、ラジエータ内の冷却水が凍結する虞のある時には、ラジエータ内の冷却水をこのウォータタンクに待避させ、冷却水の凍結を防止する一方、機関始動時には、ウォータタンク内の冷却水をラジエータに供給するようにし、エンジンの早期暖気を可能なものとしている。
【０００８】
【特許文献１】
実公平３−４９５
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の蓄熱器（ウォータタンク）を外付けした従来技術では、上述した図３に示す従来エンジン冷却装置に対し、蓄熱器を設けた分だけスペースや重量の増加を招いてしまう。特に、上述のように、冷態始動時において蓄熱器に蓄えられた比較的温度の高い冷却水とウォータジャケット内の比較的温度の低い冷却水とを入れかえて効果的にエンジンの暖機を行なおうとすると、冷却水系統の大幅な容量増を招き、上述したような重量の増加が顕著になる。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、冷却水通路に蓄熱器を外付けした従来装置に比べ重量を低減しつつ、冷態始動時において内燃機関の暖機を効果的に行なって早期に完了できるようにした、内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の内燃機関の冷却装置では、調整弁の作動により冷却水温度に応じて、主通路を流通してラジエータによって冷却され内燃機関へと戻される冷却水量及び第１バイパス通路を通ってラジエータをバイパスして内燃機関へ戻される冷却水量が調整される。
【００１２】
そして、上記の主通路のラジエータよりも上流側に又は第１バイパス通路に断熱化された断熱領域が設けられるとともに、この断熱領域の上流側及び下流側にはそれぞれ制御弁が設けられており、内燃機関の停止時には、制御手段により各制御弁の作動がそれぞれ制御されて断熱領域内に冷却水が保持される一方、内燃機関の始動時には、制御手段により各制御弁の作動がそれぞれ制御されて、断熱領域内の冷却水を放出させる。
【００１３】
そして、断熱領域から放出された冷却水が第２バイパス通路を通ってラジエータをバイパスして内燃機関へ戻る。
請求項２記載の本発明の内燃機関の冷却装置では、主通路のラジエータよりも上流側には断熱化された断熱領域が設けられるとともに、主通路において、断熱領域と該ラジエータとの間と、ラジエータの下流側とを接続し、冷却水を該ラジエータをバイパスさせて内燃機関に戻すための第２バイパス通路が設けられている。
【００１４】
さらに、この断熱領域の上流側であって主通路と第１バイパス通路との接続部には上流側制御弁が設けられるとともに、断熱領域の下流側であって主通路と該第２バイパス通路との接続部には下流側制御弁が設けられている。
そして、内燃機関の始動時には、制御手段により各制御弁の作動が制御され、断熱領域に保持された冷却水が放出され第２バイパス通路を通ってラジエータをバイパスして内燃機関へ戻された後、制御手段により各制御弁の作動が切り替えられ、上記の断熱領域から放出された冷却水（即ち保温され比較的温度の高い冷却水）が、第１バイパス通路及び内燃機関を接続してなる循環通路に移動するとともに該内燃機関の始動時に断熱領域外にあった冷却水（即ち保温されず比較的温度の低い冷却水）が該循環通路の外部へと放出される。
【００１５】
この結果、上記の断熱領域から放出された比較的温度の高い冷却水を該循環通路を循環させて内燃機関を暖機することが可能となる。
また、内燃機関の通常運転時には、各制御弁は冷却水の流通を規制しない状態となり、調整弁のみにより冷却水の流通制御が行なわれる。つまり、冷却水温度に応じて、主通路を流通してラジエータによって冷却され内燃機関へと戻される冷却水量及び第１バイパス通路を通ってラジエータをバイパスして内燃機関へ戻される冷却水量が調整される。
【００１６】
そして、内燃機関の停止時には、各制御弁の作動が制御され断熱領域内に冷却水が断熱状態に保持され、この冷却水は、次回の内燃機関の始動時に暖機に使用される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態としての内燃機関の冷却装置について示す図である。なお、従来技術の説明として上述した構成要素については同一の符号を付しその説明を一部省略する。
【００１８】
本冷却装置１は、図１に示すように、冷却水を冷却水通路に流通させるウォータポンプ２及び冷却水を空冷するラジエータ３をそなえており、上記冷却水通路として、ラジエータ３やエンジン（内燃機関）１０のウォータジャケットなどが配管接続されてなる環状の主通路（第１循環通路）Ｌ₁と、通路（第１バイパス通路）４とを有している。この通路４やウォータジャケット内の水路などから、冷却水をラジエータ３をバイパスさせてエンジン１０へ戻すための第２循環通路Ｌ₂が形成されることとなる。
【００１９】
主通路Ｌ₁と第１バイパス通路４との接続部の内のエンジン１０からみて上流側の接続部にはサーモスタット（調整弁）５が設置されており、このサーモスタット５は、冷却水の温度Ｔｗが所定温度（以下、設定温度ともいう）Ｔｗ₁よりも高いときには（Ｔｗ＞Ｔｗ₁）、主通路Ｌ₁からの冷却水をエンジン１へ供給する（つまり冷却水の循環通路として主通路Ｌ₁が選択される）一方、冷却水の温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ₁以下のときには（Ｔｗ≦Ｔｗ₁）、第１バイパス通路４からの冷却水をエンジン１へ供給する（つまり冷却水の循環通路として上記第２循環通路Ｌ₂が選択される）ようになっている。
【００２０】
さらに、このサーモスタット５には、後述する第２バイパス通路８の下流端が接続されている。
そして、主通路Ｌ₁のラジエータ３よりも上流側には、断熱材が巻き付けられ断熱化された断熱領域６が設けられ、この断熱領域６の上流側及び下流側にはそれぞれ制御弁７ａ，７ｂが設けられている。上流側制御弁７ａは、主通路Ｌ₁と第１バイパス通路４との接続部の内のエンジン１０からみて下流側の接続部に設けられ、エンジン１０からの冷却水の主通路Ｌ₁への流通及び循環通路Ｌ₂への流通をそれぞれ制御するようになっている。また、下流側制御弁７ｂは、主通路Ｌ₁の断熱領域６とラジエータ３との間に設けられ、断熱領域６からの冷却水のラジエータ３側への流出及び後述の第２バイパス通路８への流出をそれぞれ制御するようになっている。
【００２１】
さて、第２バイパス通路８は、断熱領域６からの冷却水をラジエータ３をバイパスさせてエンジン１０へ戻すための第３循環通路Ｌ₃を、断熱領域６などとともに形成するものであり、ここでは、その上流端を上記制御弁７ｂに接続され、その下流端を上記サーモスタット５に接続されている。サーモスタット５は、上述したようにラジエータ３への冷却水の流通を制御するがこの第２バイパス通路８からエンジン１の冷却水の流通については制御を行なわない。
なお、ここでは第２バイパス通路８には車室内を暖房するためのヒータ８ａが介装されている。
【００２２】
そして、本冷却装置には、上記制御弁７ａ，７ｂの作動を制御する制御手段（ＥＣＵ）２０が設けられており、このＥＣＵ２０には、キースイッチのポジションセンサや冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ等の図示しない種々のセンサが接続されている。ＥＣＵ２０は、これらのセンサからの検出信号に基づき制御弁７ａ，７ｂの作動を適宜制御するようになっており、その制御態様として▲１▼暖機制御１，▲２▼暖機制御２，▲３▼通常制御，▲４▼冷却水保持制御を有している。▲１▼暖機制御１，▲２▼暖機制御２は、エンジン冷態始動時に早期にエンジンの暖機を完了させるためのものであり、水温センサからの検出温度に基づき冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗ₂以下であってエンジン１０が冷態状態であると判定された場合に実行されるようになっている。なお、上記所定温度Ｔｗ₂は、サーモスタット５の上記設定温度Ｔｗ₁よりも低温に設定されている。
【００２３】
以下、ＥＣＵ２０による▲１▼暖機制御１，▲２▼暖機制御２，▲３▼通常制御，▲４▼冷却水保持制御について説明する。
▲１▼暖機制御１
キースイッチからの検出信号に基づきエンジン１０の始動が検出された場合には、ＥＣＵ２０は、上流側制御弁７ａを、エンジン１０からの冷却水が断熱領域６側だけに供給されるように制御するとともに、下流側制御弁７ｂを、断熱領域６からの冷却水が第２バイパス通路８だけに供給されるように制御するようになっている。これにより、後述するエンジン停止時の冷却水保持制御で断熱領域６内に保持された冷却水は、第２バイパス通路８を通ってサーモスタット５に流入することとなる。つまり、冷却水の通路として第３循環通路Ｌ₃が選択されるようになっているのである。
【００２４】
これにより、後述するエンジン停止時より断熱領域６内に保持されていた（つまり保温されていた）比較的温度の高い冷却水を、ラジエータ３をバイパスさせてエンジン１０へ供給することが可能となる。
【００２５】
そして、このような状態が所定期間ｔ₁維持される。この所定期間ｔ₁は、エンジン始動時に断熱領域６内に断熱保持されていた冷却水を循環通路Ｌ₂内に移送できるような期間として予め設定されている。
または、冷却水の循環流量はエンジン回転速度に略比例するので、エンジン始動後のエンジン回転速度を積算し、この積算値に基づき断熱領域６内に断熱保持されていた冷却水の循環通路Ｌ₂内への移送が完了したと判定されるまで、上記状態を維持するようにしても良い。
【００２６】
▲２▼暖機制御２
次いで、ＥＣＵ２０は、上流側制御弁７ａの作動を、エンジン１０からの冷却水がバイパス通路４側だけに供給されるように制御するようになっている。
この暖機制御２は、冷却水の水温Ｔｗが、サーモスタット５の設定温度Ｔｗ₁よりも低い所定温度Ｔｗ₂以下であることを条件として実行されるので、このとき、サーモスタット５はバイパス通路４からの冷却水をエンジン１０へ供給する作動状態となる。つまり、冷却水の通路として第２循環通路Ｌ₂が選択されるようになっているのである。なお、下流側制御弁７ｂの作動状態は何ら限定されない。
【００２７】
これにより、上記暖機制御１において断熱領域６外にあった比較的温度の低い冷却水の一部を第２循環通路Ｌ₂外に排出させ、効果的にエンジン１０の暖機を行なうことが可能となっている。
なお、冷却水の通路として第２循環通路Ｌ₂を選択するのは、上流側制御弁７ａの作動を、エンジン１０からの冷却水がバイパス通路４及び断熱領域６の両側に供給されるように制御するとともに、下流側制御弁７ｂの作動を、断熱領域６からの冷却水が第２バイパス通路８側に供給されないように制御することでもできる。
▲３▼通常制御
上記の暖機制御が終了すると、ＥＣＵ２０は、上流側制御弁７ａの作動を、エンジン１０からの冷却水が通路Ｌ₁，Ｌ₂の何れの側にも供給されるように制御するとともに、下流側制御弁７ｂの作動を、断熱領域６からの冷却水が通路Ｌ₁，Ｌ₃の何れの側にも供給されるように制御するようになっている。つまり、制御弁７ａ，７ｂは何ら冷却水の流れを規制しない状態となり、サーモスタット６により冷却水の流れが制御される、従来の冷却水の流通制御が行なわれるようになっている。
【００２８】
即ち、冷却水温Ｔｗが所定水温Ｔｗ₁以下の場合には、サーモスタット５は、冷却水を循環通路Ｌ₂又は循環通路Ｌ₃を流通させてラジエータ３をバイパスさせエンジン１０へ供給する一方、冷却水温Ｔｗが所定水温Ｔｗ₁よりも高い場合には、冷却水を主通路Ｌ₁を流通させてラジエータ３により冷却してからエンジン１０へ供給するようになっている。
【００２９】
この通常制御では、水温条件によらず冷却水は循環通路Ｌ₁又は循環通路Ｌ₃を流通することとなる。これは、冷却水が常に断熱領域６を流通することを意味し、後述の冷却水保持制御においてエンジン１０を加熱した後の比較的温度の高い冷却水を確実に断熱領域６に保持できるようになっている。
▲４▼冷却水保持制御
キースイッチからの検出信号に基づきエンジン１０が停止されたことが検出された場合には、ＥＣＵ２０は、制御弁７ａ，７ｂを閉弁して、そのとき制御弁７ａ，７ｂ間を流通していた冷却水を断熱領域６に保持させるようにしている。この冷却水は、次回のエンジン始動時まで断熱領域６に保温状態に保持され、このエンジン始動時の暖機に使用されることとなる。
【００３０】
本発明の一実施形態としての内燃機関の冷却装置は、上述したように、エンジン停止時に、エンジン冷却後の比較的温度の高い冷却水が外部に対し断熱状態で（つまり保温状態で）断熱領域６に保持され、エンジン始動時には、この保温された冷却水を循環させて、冷態始動時において暖機を効果的に行なって早期に完了させることができる。
【００３１】
上述の蓄熱器を外付けされた従来装置は、蓄熱器内に保持された比較的温度の高い冷却水を使用して暖機を効果的に行なえるものの、蓄熱器自体の重量に加え冷却水の循環量の増加分、蓄熱器のない従来装置（図３参照）に比べ車両の重量を増加させていたが、本冷却装置では、冷却水循環系統の一部を断熱化したり制御弁７ａ，７ｂを設備させたりすることで、冷却水循環系統の容量や装置重量を殆ど増加させることなしに上記蓄熱器と同等の機能を付加することができる。
【００３２】
なお、本発明の内燃機関の冷却装置は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を超えない範囲で種々変形を行なうことが可能である。例えば、上記実施形態では、図３に示す従来装置に対し主通路の一部に断熱領域を設けたような構成としたが、図２に示すように、上記従来装置に対しバイパス通路４に断熱領域６′を設けたような構成としても良い。
【００３３】
この図２に示す冷却装置１′では、上記従来装置に対し、このように第１バイパス通路４に断熱領域６′が設けられている他、この第１バイパス通路４と並列に設けられた第２バイパス通路８′が追加されるとともにバイパス通路４，８′の接続部に制御弁７ａ，７ｂが追加されている。
この構成では、ＥＣＵ２０は、▲１▼暖機制御１において、制御弁７ａ，７ｂの作動を、第１バイパス通路４を含む循環通路Ｌ₄（上記実施形態の循環通路Ｌ₃に相当）が形成されるように制御し、この状態を上記所定期間ｔ₁維持した後、▲２▼暖機制御２において、第２バイパス通路８′を含む循環通路Ｌ₅（上記実施形態の循環通路Ｌ₂に相当）が形成されるように制御弁７ａ，７ｂの作動を切り替え、この状態を、水温Ｔｗが上記所定温度Ｔｗ₂よりも高くなるまで保持する。
【００３４】
また、▲３▼通常制御時には、ＥＣＵ２０は、制御弁７ａ，７ｂを何ら冷却水の流れを規制しない作動状態とする。これにより、サーモスタット５により冷却水はその温度Ｔｗに応じて冷却水の流れが制御される、従来の冷却水の流通制御が行なわれる。
そして、エンジン停止時には、ＥＣＵ２０は、制御弁７ａ，７ｂを閉弁して、そのとき制御弁７ａ，７ｂ間を流通していたエンジン冷却後の比較的温度の高い冷却水を断熱領域６に保持させる。
【００３５】
この他の構成は上記実施形態と同じなので説明を省略する。
また、上記実施形態では、サーモスタット５は、冷却水をラジエータ３へ送るかラジエータ３をバイパスさせるかを冷却水の温度Ｔｗに応じて選択的に切り替えるものとして説明したが、サーモスタット５は、ラジエータ３を介してエンジン１０へ送る冷却水の流通とラジエータ３をバイパスさせてエンジン１０へ送る冷却水の流通とを冷却水の温度Ｔｗに応じて調整するものであれば良い。したがって、サーモスタット５は、ラジエータ３をバイパスさせてエンジン１０へ送る冷却水量の全冷却水量に対する比率を冷却水温度Ｔｗに応じて徐々に変更するようなものでも良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の内燃機関の冷却装置によれば、主通路のラジエータの上流側に又はバイパス通路に断熱領域が形成され、内燃機関の停止時には、上記断熱領域に、エンジン冷却後であってラジエータに冷却されていない比較的高温の冷却水を保持する一方、内燃機関の始動時には、上記断熱領域内の冷却水を放出するので、冷却水通路に蓄熱器を外付けした従来装置に比べ重量を低減しつつ、断熱領域内に保持させた比較的温度の高い冷却水により内燃機関の暖機を効果的に行なって早期に完了させることが可能となる。
【００３７】
また、断熱領域内からの冷却水は、ラジエータをバイパスするので、冷却されることなく内燃機関に送給され、効果的に内燃機関の暖機を行なえる。
請求項２記載の内燃機関の冷却装置によれば、内燃機関の停止時に断熱領域に保持され保温されていた冷却水を、第１バイパス通路をそなえてなる循環通路を流通させて内燃機関を暖機することができるので、冷却水通路に蓄熱器を外付けした従来装置に比べ重量を低減しつつ、断熱領域内に保持させた比較的温度の高い冷却水により内燃機関の暖機を効果的に行なって早期に完了させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の別の実施形態としての内燃機関の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図３】従来の内燃機関の冷却装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１，１′ 内燃機関の冷却装置
３ラジエータ
４第１バイパス通路
５サーモスタット（調整弁）
６断熱領域
７ａ，７ｂ切替弁（制御弁）
８、８′ 第２バイパス通路
１０エンジン（内燃機関）

Claims

内燃機関から排出された冷却水をラジエータによって冷却し該内燃機関へ戻す主通路と、該冷却水を該ラジエータをバイパスさせて該内燃機関へ戻すための第１バイパス通路と、冷却水温度に応じて該冷却水の該主通路の流通及び該冷却水の該第１バイパス通路の流通を調整する調整弁とを有する、内燃機関の冷却装置において、
該主通路のラジエータよりも上流側に又は該第１バイパス通路に設けられた断熱領域と、
該断熱領域から放出された冷却水を、該ラジエータをバイパスさせて該内燃機関へ戻すための第２バイパス通路と、
該断熱領域の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた制御弁と、
該各制御弁の作動を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段は、
該内燃機関の停止時には、該断熱領域内に該冷却水を保持させるよう該各制御弁の作動をそれぞれ制御する一方、
該内燃機関の始動時には、該断熱領域内の該冷却水を放出させるよう該各制御弁の作動をそれぞれ制御する
ことを特徴とする、内燃機関の冷却装置。
内燃機関から排出された冷却水をラジエータによって冷却し該内燃機関へ戻す主通路と、該冷却水を該ラジエータをバイパスさせて該内燃機関へ戻すための第１バイパス通路と、冷却水温度に応じて該冷却水の該主通路の流通及び該冷却水の該第１バイパス通路の流通を調整する調整弁とを有する、内燃機関の冷却装置において、
該主通路の該ラジエータよりも上流側に設けられた断熱領域と、
該主通路において、該断熱領域と該ラジエータとの間と、該ラジエータの下流側とを接続し、上記の該断熱領域から放出された冷却水を該ラジエータをバイパスさせて該内燃機関に戻すための第２バイパス通路と、
該断熱領域の上流側であって該主通路と該第１バイパス通路との接続部に設けられ、該冷却水の該断熱領域への供給及び該第１バイパス通路への供給を制御する上流側制御弁と、
該断熱領域の下流側であって該主通路と該第２バイパス通路との接続部に設けられ、該冷却水の該ラジエータへの供給及び該第２バイパス通路への供給を制御する下流側制御弁と、
該各制御弁の作動を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段は、
該内燃機関の始動時には、該冷却水が該第２バイパス通路を通って該ラジエータをバイパスして該内燃機関へ戻るように該各制御弁の作動を制御して該断熱領域に保持された冷却水を放出した後、上記の断熱領域から放出された冷却水が該第１バイパス通路を通って該断熱領域及び該ラジエータをバイパスし該内燃機関へ戻るように該各制御弁の作動を制御し、
該内燃機関の通常運転時には、該冷却水の流通を規制しないように該各制御弁の作動を制御し、
該内燃機関の停止時には、該冷却水が該断熱領域内に保持されるように該各制御弁の作動を制御する
ことを特徴とする、内燃機関の冷却装置。