JP4175152B2

JP4175152B2 - エンジンの冷却装置

Info

Publication number: JP4175152B2
Application number: JP2003074675A
Authority: JP
Inventors: 高義中田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2004278489A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの冷却装置に関し、特にシリンダヘッドとシリンダブロックにウォータジャケットを有する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの冷却装置として、シリンダヘッド側ウォータジャケットとシリンダブロック側ウォータジャケットとを相互に連通させてそれぞれ形成するとともに、前記二つのウォータジャケットのそれぞれに冷却水出口を形成し、ウォータポンプの吐出側に対してシリンダヘッド側ウォータジャケットを接続したもの（特許文献１参照）や、シリンダブロック側ウォータジャケットを接続したもの（特許文献２参照）が提案されている。上記文献に開示のものにおいては、暖機時には、シリンダヘッド側ウォータジャケットにラジエータを迂回して冷却水を循環させるが、シリンダブロック側ウォータジャケットについては、インレットサーモスタットバルブによりシリンダブロック側ウォータジャケットに流入した冷却水が循環されることなく堰き止められる。これにより、シリンダブロックのボア内壁の昇温を早め、暖機時のフリクションを低減している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１４４７５８号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平８−２９６４３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記文献に開示のものにあっては、暖機後、シリンダヘッド側ウォータジャケットの冷却水出口から流出する冷却水はラジエータを迂回して循環するが、シリンダブロック側ウォータジャケットの冷却水出口から流出する冷却水がラジエータを介して循環されることにより、冷却水がラジエータで放熱するようにしている。ここで、シリンダブロックから冷却水に奪われる熱量はシリンダヘッドから冷却水に奪われる熱量に対して半分以下であり、シリンダブロック側ウォータジャケットの冷却水出口から流出する冷却水の温度はシリンダヘッド側ウォータジャケットの冷却水出口から流出する冷却水の温度よりも低い。そのため、上記文献開示のものは、温度が相対的に低い冷却水がラジエータで放熱するためその効率が低くなっており、その結果、大きな容積のラジエータが必要になってコストアップや搭載性の悪化を招いたり、あるいは、エンジン内部の温度が過度に上昇することになってノッキングによる性能悪化を招いたり、部品の信頼性の低下を招くという虞があった。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの信頼性を向上することにある。また別の目的は、エンジンの暖機性を向上させることにある。さらに別の目的は、エンジンの燃料消費率を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、エンジンの冷却装置に関する。この冷却装置は、シリンダヘッド側ウォータジャケットとシリンダブロック側ウォータジャケットとを相互に連通させてそれぞれ形成するとともに、二つのウォータジャケットのそれぞれに冷却水出口を形成し、ウォータポンプの吐出側に対して二つのウォータジャケットのうちの一方を接続する。
【０００８】
ここで、シリンダヘッド側ウォータジャケットの冷却水出口から流出する冷却水をラジエータを迂回してウォータポンプの吸入側に流入させる第１冷却水経路と冷却水をラジエータを介してウォータポンプの吸入側に流入させる第２冷却水経路とをインレットバルブによって選択的に切り替えるようにする一方、シリンダブロック側ウォータジャケットの冷却水出口をラジエータの吐出側とインレットバルブとの間の冷却水通路に接続する。冷却水温が所定の切替温度より低いときはインレットバルブで第１冷却水経路を選択して冷却水の流れがシリンダヘッド側ウォータジャケット、インレットバルブ、ウォータポンプで循環するとともに、前記シリンダブロック側ウォータジャケット内の冷却水が前記シリンダブロック側ウォータジャケットの内部に滞留するように制御する。冷却水温が所定の切替温度より高いときは、インレットバルブで第２の冷却水経路を選択して冷却水の流れがシリンダヘッド側ウォータジャケット、ラジエータ、インレットバルブ、ウォータポンプで循環するとともに、冷却水がシリンダブロック側ウォータジャケット、ラジエータの吐出側とインレットバルブの間の冷却水経路で接続する第２冷却水経路との合流部、ウォータポンプにても循環するように制御する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン１０とその冷却装置２０の概略構成を示す。エンジン１０はシリンダヘッド１２とシリンダブロック１４を含んで構成されており、一般に車両に搭載される。シリンダヘッド１２の内部には冷却水を循環させるシリンダヘッド側ウォータジャケット１６が形成され、同様にシリンダブロック１４の内部には冷却水を循環させるシリンダブロック側ウォータジャケット１８が形成される。
【００１０】
冷却装置２０は、冷却水を循環させる循環ポンプ２２と、ラジエータ２４と、サーモスタットバルブ２６と、上述のシリンダヘッド側ウォータジャケット１６およびシリンダブロック側ウォータジャケット１８とを含んで構成される。
【００１１】
循環ポンプ２２の吐出口は、シリンダブロック１４に設けられた冷却水入口２８で接続される。また、シリンダヘッド側ウォータジャケット１６とシリンダブロック側ウォータジャケット１８は、冷却水入口２８の近傍に設けられた連通口３０で連通する。
【００１２】
シリンダヘッド１２には、連通口３０と概略反対側にシリンダヘッド側ウォータジャケット１６の冷却水の出口であるヘッド側冷却水出口３２が設けられ、ラジエータ導入管路６２を介してラジエータ２４に接続される。また、ラジエータ導入管路６２の途中に分岐部４０が設けられており、バイパス管路６０によってサーモスタットバルブ２６に接続される。
【００１３】
シリンダブロック１４には、冷却水入口２８と概略反対側にシリンダヘッド側ウォータジャケット１６の冷却水の出口であるブロック側冷却水出口３４が設けられ、ブロック側吐出管路６６が接続される。ラジエータ２４から吐出された冷却水が流れるラジエータ戻し管路６４と、ブロック側冷却水出口３４から吐出された冷却水が流れるブロック側吐出管路６６とが合流し合流管路６８を形成しサーモスタットバルブ２６に接続される。サーモスタットバルブ２６の吐出口はポンプ導入管路７０を介して循環ポンプ２２の吸込み口に接続される。
【００１４】
一般に循環ポンプ２２は機械式で、エンジン１０のクランクシャフト（図示せず）によって駆動されるが、冷却水の循環効率やその制御の観点から電動式に構成されてもよい。サーモスタットバルブ２６は、インレットバルブであって冷却水温に応じて循環ポンプ２２の吸込み口の接続先をバイパス管路６０または合流管路６８に選択的に切り替える。また、サーモスタットバルブ２６の替わりに電磁駆動バルブを利用し、図示しないエンジン制御装置により、一般にエンジン１０に設けられる冷却水温センサが検出した冷却水の温度にもとづきその電磁駆動バルブを制御する構成であってもよい。
【００１５】
以上の構成による冷却装置２０の冷却水の循環経路に関して、サーモスタットバルブ２６の動作に着目して図２をもとに説明する。冷却水温が所定値未満、例えば８０℃未満のとき、サーモスタットバルブ２６が循環ポンプ２２の吸込み口をバイパス管路６０に接続し、冷却水は図２（ａ）に示す冷却水経路（これを「第１の冷却水経路」という）を循環する。第１の冷却水経路は、冷却水が循環ポンプ２２から吐出され、冷却水入口２８、連通口３０、シリンダヘッド側ウォータジャケット１６、ヘッド側冷却水出口３２、ラジエータ導入管路６２の分岐部４０、バイパス管路６０、サーモスタットバルブ２６、およびポンプ導入管路７０を通り循環ポンプ２２に戻る循環経路である。
【００１６】
また、冷却水温が所定値以上、例えば８０℃以上のとき、サーモスタットバルブ２６は循環ポンプ２２の吸込み口を合流管路６８に接続し、冷却水は、図２（ｂ）に示す二つの冷却水経路（これらをそれぞれ「第２の冷却水経路」および「第３の冷却水経路」という）を循環する。第２の冷却水経路は、冷却水が循環ポンプ２２から吐出され、冷却水入口２８、連通口３０、シリンダヘッド側ウォータジャケット１６、ヘッド側冷却水出口３２、ラジエータ導入管路６２、ラジエータ２４、ラジエータ戻し管路６４、合流管路６８、およびポンプ導入管路７０を経て、循環ポンプ２２に戻る循環経路である。第３の冷却水経路は、冷却水が循環ポンプ２２から吐出され、冷却水入口２８、シリンダブロック側ウォータジャケット１８、ブロック側冷却水出口３４、ブロック側吐出管路６６、合流管路６８およびポンプ導入管路７０を経て循環ポンプ２２に戻る循環経路である。第２および第３の冷却水経路は、合流管路６８から冷却水入口２８までの経路を共通とする。
【００１７】
以上をまとめると、第１の冷却水経路において冷却水は、循環ポンプ２２から吐出され、シリンダヘッド１２を冷却し、ラジエータ２４を迂回し、サーモスタットバルブ２６を経て循環ポンプ２２に戻る。第２の冷却水経路において冷却水は、循環ポンプ２２から吐出され、シリンダヘッド１２を冷却し、ラジエータ２４、サーモスタットバルブ２６を経て循環ポンプ２２に戻る。第３の冷却水経路において冷却水は、循環ポンプ２２から吐出され、シリンダブロック１４を冷却し、ブロック側吐出管路６６、サーモスタットバルブ２６を経て循環ポンプ２２に戻る。
【００１８】
図３は、冷却装置２０の第１の変形例を示す。この冷却装置２０は、図１に示した冷却装置２０の構成と概略同一であるが、冷却水入口２８がシリンダヘッド１２に設けられ、つまり、循環ポンプ２２の吐出口がシリンダヘッド側ウォータジャケット１６に設けられた冷却水入口２８に接続されている。これ以外は、図１に示した冷却装置２０と同一である。
【００１９】
冷却水温が所定値未満のとき、サーモスタットバルブ２６は循環ポンプ２２の吸込み口をバイパス管路６０に接続し、冷却水は図２（ａ）同様の第１の冷却水経路を循環する。ただし、図１と異なり、その構造上、連通口３０は通らない。冷却水温が所定値以上のとき形成される第２および第３の冷却水経路も図２（ｂ）同様であるが、やはり第２の冷却水経路が連通口３０を通らない点でのみ異なる。
【００２０】
図４は、冷却装置２０の第２の変形例を示す。図３で示した冷却装置２０において、シリンダヘッド側ウォータジャケット１６とシリンダブロック側ウォータジャケット１８の連通口３０は冷却水入口２８の近傍に設けられた。図４で示す冷却装置２０では、連通口３０が冷却水入口２８に対して概略反対側のシリンダヘッド１２に設けられる。したがって、シリンダブロック側ウォータジャケット１８を通る冷却水の流れの向きが図３と逆になるが、機能的には図３と同じである。
【００２１】
この構成によると、第１および第２の冷却水経路は図３で示した冷却装置２０の第１および第２の冷却水経路と同一となるが、第３の冷却水経路が異なり、冷却水が一旦シリンダヘッド１２を冷却した後、シリンダブロック１４を冷却する経路となる。つまり、第３の冷却水経路は、冷却水が循環ポンプ２２から吐出され、冷却水入口２８、シリンダヘッド側ウォータジャケット１６、連通口３０、シリンダブロック側ウォータジャケット１８、ブロック側冷却水出口３４、ブロック側吐出管路６６、合流管路６８、サーモスタットバルブ２６、およびポンプ導入管路７０を経て循環ポンプ２２に戻る循環経路である。
【００２２】
以上、本実施の形態の冷却装置２０によると、冷却水温が低い状態では、シリンダブロック側ウォータジャケット１８内の冷却水がその内部に滞留することでエンジン１０が始動されてからのシリンダブロック１４内壁の昇温を早めることができる。その結果、エンジン１０の暖機性が向上するとともに、エンジンオイルの粘性が早期に適正化され、ピストンとシリンダブロック１４との間に生じる摩擦に起因するフリクションロスが低減され、エンジン１０の燃料消費率が向上する。また、冷却水温が高い状態では、ヘッド側冷却水出口３２から流出する冷却水がラジエータ２４に導入され、ブロック側冷却水出口３４から流出する冷却水よりも相対的に温度が高い冷却水がラジエータ２４で放熱することでその効率を高くすることができる。その結果、エンジン１０の暖機後にその内部の温度が過度に上昇するのを防ぐことができ、部品の信頼性が向上する。
【００２３】
ここで、実施の形態の冷却装置２０では、サーモスタットバルブ２６としてインレットバルブを用いているため、アウトレットバルブを用いる場合と比較して、冷却水温にはハンチングがみられず、冷却水温が安定する。また、サーモスタットバルブ２６としてアウトレットバルブを用いる場合、サーモスタットバルブ２６は動圧に抗して開弁しなければならない。一方、本実施の形態の冷却装置２０のようにサーモスタットバルブ２６としてインレットバルブを用いる冷却装置２０では、上述のような課題が発生せず部品の長期信頼性の面で有利である。
【００２４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンの信頼性を向上することができる。また、別の観点では、エンジンの暖機性を向上させることができる。また別の観点では、エンジンの燃料消費率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るエンジンとその冷却装置の構成図である。
【図２】実施の形態に係る冷却装置における第１から第３の冷却水経路の経路を示した構成図である。
【図３】実施の形態に係るエンジンとその冷却装置の第１の変形例の構成図である。
【図４】実施の形態に係るエンジンとその冷却装置の第２の変形例の構成図である。
【符号の説明】
１０エンジン、１２シリンダヘッド、１４シリンダブロック、１６シリンダヘッド側ウォータジャケット、１８シリンダブロック側ウォータジャケット、２０冷却装置、２２循環ポンプ、２４ラジエータ、２６サーモスタットバルブ、２８冷却水入口、３０連通口、３２ヘッド側冷却水出口、３４ブロック側冷却水出口。

Claims

シリンダヘッド側ウォータジャケットとシリンダブロック側ウォータジャケットとを相互に連通させてそれぞれ形成するとともに、前記二つのウォータジャケットのそれぞれに冷却水出口を形成し、ウォータポンプの吐出側に対して前記二つのウォータジャケットのうちの一方を接続したエンジンの冷却装置において、
前記シリンダヘッド側ウォータジャケットの冷却水出口から流出する冷却水をラジエータを迂回して前記ウォータポンプの吸入側に流入させる第１冷却水経路と前記冷却水を前記ラジエータを介して前記ウォータポンプの吸入側に流入させる第２冷却水経路とをインレットバルブによって選択的に切り替えるようにする一方、前記シリンダブロック側ウォータジャケットの冷却水出口を前記ラジエータの吐出側と前記インレットバルブとの間の冷却水通路に接続し、
冷却水温が所定の切替温度より低いときは前記インレットバルブで第１冷却水経路を選択して冷却水の流れが前記シリンダヘッド側ウォータジャケット、前記インレットバルブ、前記ウォータポンプで循環するとともに、前記シリンダブロック側ウォータジャケット内の冷却水が前記シリンダブロック側ウォータジャケットの内部に滞留するように制御し、
前記冷却水温が前記所定の切替温度より高いときは、前記インレットバルブで第２の冷却水経路を選択して冷却水の流れが前記シリンダヘッド側ウォータジャケット、前記ラジエータ、前記インレットバルブ、前記ウォータポンプで循環するとともに、冷却水が前記シリンダブロック側ウォータジャケット、前記ラジエータの吐出側と前記インレットバルブの間の冷却水経路で接続する前記第２冷却水経路との合流部、前記ウォータポンプにても循環するように制御することを特徴とするエンジンの冷却装置。