JPH029910A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷間時及び軽負荷時のエンジンの過冷却を防
止して燃費性能の向上を図るようにしたエンジンの冷却
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、これを形成する素材を耐
熱限界温度以下に維持するために冷却装置が設けられる
。そして、上記耐熱限界温度以下の一定の温度範囲内に
おいては、エンジン温度が低い程エンジンの出力が向上
するので、高出力が要求される中・高負荷時には上記冷
却装置によってエンジンを比較的強く冷却して高出力を
確保するようにしている。

一方、エンジン温度が低いときには、燃費性能が低下す
るとともに、排気ガス中の炭化水素が増加するといった
現象か生じるので、それ程高出力が要求されない軽負荷
時には、耐熱限界温度内においてエンジン温度をできる
だけ高く維持するのが好ましい。また、冷間時にはエン
ジンの暖機を促進するために冷却を弱めるのが好ましい
。

そこで、中・高負荷時の出力向上と、軽負荷時の燃費性
能の向上ないし冷間時の暖機促進とを両立させるために
、水冷式冷却装置を設けたエンジンにおいて、エンジン
の負荷に応じて冷却水温度を制御するようにした冷却装
置が提案されている（例えば、特公昭５４−９６６５号
公報参照）。

このように負荷に応じて冷却水温度を制御するようにし
た従来の冷却装置では、例えば第７図に示すように、冷
却水供給通路５１に上流側から順に比較的低温（例えば
７５〜９０℃）で開かれる低温用サーモスタット５２と
、比較的高温（例えば、９０〜１２０℃）で開かれる高
温用サーモスタット５３とが設けられる一方、冷却水供
給通路５１の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上流となる位置と、高温用サーモス
タット５３下流とを連通ずるバイパス冷却水通路５４が
設けられ、該バイパス冷却水通路５４には、負圧応動式
のダイヤフラム装置からなるアクチュエータ５５によっ
て駆動されるバイパス開閉弁５６が設けられている。ま
た、エンジン負荷に応じて、三方電磁弁５７を切り替え
てアクチュエータ５５に負圧または大気圧を導入する制
御手段５８が設けられている。このような構成において
、所定の軽負荷時には制御手段５８によってバイパス開
閉弁５６が閉じられ、高温用サーモスタット５３を通し
て比較的高温の冷却水が冷却系統に供給され、エンジン
の冷却が弱められ、燃費性能の向上ないしエミッション
性能の向上が図られ、方、中・高負荷時にはバイパス開
閉弁５６が開かれ、低温用サーモスタット５２からバイ
パス冷却水通路５４を通して比較的低温の冷却水が冷却
系統に供給され、エンジンを十分に冷却して出力を高め
るようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記従来の冷却装置では、軽負荷時において
冷却水温を高めても、冷却水の伝熱係数が大きいため、
エンジンの過冷却を完全に防止することができないとい
った問題があった。例えば、普通のエンジンの平均的な
運転状態である、回転数１５０　Ｏｒｐｍ１平均有効圧
力３ｋｇ／ｃｍ２において、冷却水温度を８０℃まで高
めても、エンジン温度は１５０℃となり、耐熱限界温度
２５０℃より１００℃も低くなり、燃費性能か低下し、
また、たとえ、冷却水温度を沸騰限界温度１２０℃（冷
却水圧力０．９ｋｇ／ｃｍりまで高めたとしても、エン
ジン温度は１８０℃程度までしか上がらず、したがって
、冷却水温度を制御するだけでは、軽負荷時にエンジン
温度を十分に高めることができないといった問題があっ
た。このため、上記従来の冷却装置では、例えば、急速
燃焼を行うなどして燃焼性の向上を図っても、燃焼は速
まるものの、冷却損失も増えるので、必ずしも燃費性能
の向上にはつながらないといった問題があった。

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、水冷式冷却装置を設けたエンジンにおいて、所定の
軽負荷時には必要以上の冷却を抑制してエンジンを耐熱
限界温度内でできるだけ高め、燃費性能の向上を図ると
ともに、中・高負荷時にはエンジンを十分に冷却して、
出力の向上を図ることができるエンジンの冷却装置を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達するため、エンジン内部に配置
される冷却水通路と、該冷却水通路に冷却水を供給する
冷却水供給通路と、冷却水通路への接続部近傍において
冷却水供給通路に接続されるエア供給通路と、該エア供
給通路に介設されるエア供給手段と、該エア供給手段下
流のエア供給通路に介設されエア供給通路から冷却水供
給通路へのエアの導入を制御するエア切替弁と、エンジ
ンの冷間時と軽負荷時のうち少なくとも一方の時には冷
却水供給通路にエアを導入するようにエア供給手段また
はエア切替弁を制御するエア供給制御手段とを設けたこ
とを特徴とするエンジンの冷却装置を提供する。

（発明の作用・効果） 本発明によれば、所定の軽負荷時には、エア供給制御手
段によって、エア供給手段ないしエア切替弁が、冷却水
供給通路にエアを導入するように切り替えられ、エンジ
ン内部の冷却水通路に導入される冷却水中には多蛍のエ
アが混入する。そして、エアの伝熱係数は通常水の伝熱
係数の約１００分の１しかないので、エンジンは、冷却
水通路内壁面のエアと接触している部分からは実質的に
除熱されなくなる。また、エアが混入した分だけ冷却水
流電が減少するので、冷却水通路内の冷却水温度が上昇
し、エンジンと冷却水との温度差が減少して除熱量がさ
らに減少する。したがって、冷却水供給通路に導入する
エア量を適切な値にセットすれば、エンジン温度を耐熱
限界内で可及的に高めることができ、燃費性能の向上と
、排気ガス中の炭化水素型の低減とを図ることができる
。

一方、中・高負荷時には、冷却水供給通路へのエアの導
入が停止されるので、冷却装置の冷却能力が十分に高め
られ、普通のエンノンと同様に、出力の向上が図られる
。

（実施例） 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、本実
施例ではロータリピストンエンジンについて説明してい
るが、本発明はロークリピストンエンジンに限られるも
のではなく、例えばレシプロエンジン等にも適用される
ことはもちろんである。

第１図に示すように、２気筒ロータリピストンエンジン
ＲＥへは、吸気通路１を通して吸気が供給されるように
なっており、この吸気通路１には上流から順に、吸気中
の浮遊塵を除去するエアクリーナ２と、吸気量を検出す
るエアフローメータ３とか設けられている。

そして、エンジンＲＥを耐熱限界温度以下に維持するた
めに、エンジンＲＥの側壁をなすフロント　リヤのザイ
ドハウジング４．５と、フロント側作動室６とリヤ側作
動室７との隔壁をなす中間／Ｓウジング８と、エンジン
ＲＥの周壁をなすフロント、リヤのロータハウンング９
．１０の内部には、冷却水通路ｌｌが設けられている。

上記冷却水通路１１に冷却水を供給するために冷却水供
給通路１２が設けられ、該冷却水供給通路Ｉ２の上流側
端部はラジェータ１３の冷却水流出口に接続され、一方
下流側端部は冷却水通路ｌｌの冷却水流入口に接続され
ている。そして、冷却水供給通路１２内の冷却水を冷却
水通路１１側に圧送するために、冷却水通路１１への接
続部近傍において、冷却水供給通路Ｉ２にはエンジンＲ
Ｅの出力軸１４によって回転駆動されるウォータポンプ
１５が設けられている。

さらに、ウォータポンプ１５のやや上流において、冷却
水供給通路１２には、後で詳説するように、所定の低回
転・軽負荷時及び冷間時に冷却水供給通路１２にエアを
供給するためのエア供給通路Ｉ６が接続されている。こ
のエア供給通路１６の上流側端部はエアクリーナ２下流
かつエアフローメータ３上流の吸気通路１に接続されて
いる。

そして、このエア供給通路１６には、冷却水供給通路１
２への接続部近傍において、上流から順に、エアを圧送
する電気式エアポンプ１７と、冷却水供給通路１２内の
冷却水がエア供給通路Ｉ６に逆流するのを防止する逆流
防止用ヂエソクバルブ１８とが設けられている。なお、
エア供給通路Ｉ６はウォータポンプ１５の吸い込み側に
接続されているので、エアの供給圧は冷却水通路１１内
の水圧よりはかなり低くて済むようになっている。

一方、温度が上昇した冷却水通路１１内の冷却水をラジ
ェータ１３側に戻すために冷却水戻し通路２１が設けら
れ、該冷却水戻し通路２１の上流側端部は冷却水通路１
■の冷却水流出口に接続され、一方下流側端部はラジェ
ータ１３の冷却水流入口に接続されている。

そして、ラジェータ１３近傍において、ラジェータ１３
をバイパスして、冷却水戻し通路２Ｉと冷却水供給通路
１２とを接続するバイパス冷却水通路２２が設けられて
いる。このバイパス冷却水通路２２と冷却水戻し通路２
１との接続部にはサーモスタット２３が設けられ、該サ
ーモスタット２３は冷却水温度が所定値より低い場合に
は、冷却水温度に応じてバイパス冷却水通路２２を導通
させ、冷却水の一部をラジェータ１３をバイパスして、
バイパス冷却水通路２２を通して冷却水供給通路１２に
流入させ、冷却水がラジェータ１３によって過冷却され
ないようになっている。

また、上記サーモスタット２３より上流側において、冷
却水戻し通路２１には、後で詳説するように、所定の低
回転・軽負荷時及び冷間時において、エア供給通路Ｉ６
から冷却水供給通路Ｉ２に導入されたエアを冷却水から
分離・除去するために所定の容量を有するエア分離タン
ク２５が設けられている。このエア分離タンク２５の上
面には、先端部が夫々大気に開放された、第！ベント通
路２６と第２ベント通路２７とが並列的に接続されてい
る。そして、第１ベント通路２６には、エア分離タンク
２５との接続部近傍において、後で詳説するコントロー
ルユニット２８からの信号を受けて、冷却水にエアが導
入されているときに開かれる（但し、冷却水温度が９５
℃以上のときは閉じられる）電磁式の開閉弁２９が設け
られ、さらに、開閉弁２９より大気開放端側には、エア
分離タンク２５側のエアの圧力が大気より０．１ｋｇ／
ｃｍ２以上高くなったときには、エア分離タンク２５内
のエアを大気中にリリースする第１チエツクバルブ３１
が設けられている。また、第２ベント通路２７には、エ
ア分離タンク２５側のエアの圧力が大気より０．９ｋｇ
／ｃｍ２以上高くなったときにはエア分離タンク２５内
のエアを大気中にリリースする一方、エア分離タンク２
５側のエアの圧力が大気より０．１ｋｇ７ｃｍ２以上低
くなったときにはエア分離タンク２５に大気を導入する
ようになった第２チエツクバルブ３２が設けられている
。

第２図に示すように、第１チエツクバルブ３１は、シリ
ンダ部３５と、Ｍ部３Ｇと、シリンダ部３５と蓋部３６
とによって画成される円筒状の弁室３７内において、コ
イルばね３８によってエア分離タンク側に所定の付勢力
で付勢され、通常は第１ベント通路２６を閉止している
弁体３９とで構成され、エア分離タンク側のエアの圧力
が大気よりＯ、Ｉ　ｋｇ／　ｃｎ＋２以上高くなったと
きには、エア分離タンク側のエアによって弁体３９がコ
イルばね３８の付勢力に抗して大気側に開かれ、エア分
離タンク２５（第１図参照）内のエアを大気中にリリー
スするようになっている。なお、前記した逆流防止用チ
エツクバルブ１８（第１図参照）も、この第１チエツク
バルブ３１と全く同一の構成となっている。

また、第３図に示すように、第２チエツクバルブ３２は
、シリンダ部４１と、蓋部４２と、シリンダ部４！と蓋
部４２とによって画成される円筒状の弁室４３内におい
て、第１コイルばね４４によってエア分離タンク側に所
定の比較的大きな付勢力で付勢され、通常は第２ベント
通路２７を閉止している第１弁体４５と、第２コイルば
ね４６によって大気側に所定の比較的小さな付勢力で付
勢され、通常は上記第１弁体４５の中心部に厚み方向に
貫通して形成された弁穴４７を閉止している第２弁体４
８とで構成され、エア分離タンク側のエアの圧力が大気
より０．９ｋｇ／ｃｍ’以上高くなったときには、エア
分離タンク側のエアによって第１弁体４５が第１コイル
ばね４４の付勢力に抗して大気側に開かれ、エア分離タ
ンク２５（第１図参照）内のエアを大気中にリリースす
るようになっている。一方、エア分離タンク側のエアの
圧力が大気よりＯ，Ｉｋｇ／ｃｍ’以上低くなったとき
には、大気圧によって第２弁体４８が第２コイルばね４
６の付勢力に抗してエア分離タンク側に開かれ、エア分
離タンク２５（第１図参照）内に大気を導入して、エン
ジンＲＥ停止後に、エア分離タンク２５（第１図参照）
内が強い減圧状態となるのを防止するようにしている。

ところで、コントロールユニット２８は、マイクロコン
ピュータで構成された、本願特許請求の範囲に記載され
たエア供給制御手段に相当する制御装置であり、エンジ
ン回転数、ブースト（エンジン負荷）、冷却水温度等を
入力情報として冷却装置の各種制御を行うようになって
いるが、以下コントロールユニット２８による制御方法
について説明する。

冷却水温度が９５℃未満である通常の温間時において、
エンジンＲＥの運転状態が第４図中の領域■で示すよう
な低回転・軽負荷域にあるときには、エアポンプ１７が
駆動され、エア供給通路１６を通して冷却水供給通路１
２にエアが供給される一方、開閉弁２９が開かれる。こ
のようにして冷却水に混入したエアは、冷却木表ともに
冷却水通路ｌｌ内を流通した後、エア分離タンク２５内
で冷却水から分離される。なお、エア分離タンク２５は
十分な容量を有しているので、エア混入時においても、
冷却水はエア分離夕／り２５からあふれない。そして、
開閉弁２９か開かれているので第１チエツクバルブ３１
と第２ヂエツクバルブ３２の両方がはたらいているが、
エア分離タンク２５内のエアの圧力は設定リリース圧の
低い第１ヂエソクハルブ３１によって規制され、したが
って、はぼ０．Ｉｋｇ／ａｍ’に維持される。このため
、冷却水通路１１内の水圧もほぼ０　、　ｌ　ｋｇ／ａ
ｍ２となり、エア供給通路Ｉ６が接続された、ウォータ
ポンプ１５の吸い込み側の冷却水供給通路１２内の水圧
はさらに低くなるのて、エアポンプ１７の吐出圧は非常
に低くて済み、エンジンの機賊損失か低減される。この
とき、冷却水中には伝熱係数の小さいエアが多量に混入
しているので、本願発明の作用・効果て説明したように
、エンジンＲＥからの除熱は強力に抑制され、エンジン
温度が耐熱限界温度近傍まで高められるので、燃費性能
が大幅に向上するとともに、排気ガス中の炭化水素が減
少する。

一方、エンジンＲＥの運転状態が、第４図中の領域■て
示すような、高回転または高負荷域にあるときには、エ
アポンプ１７が停止され、冷却水供給通路１２へのエア
の供給が停止されるとともに、開閉弁２９が閉じられる
。このとき、エア分離タンク２５内のエアの圧力、すな
わち、冷却水通路ＩＩ内の水圧は第２チエツクバルブ３
２によって規制され、はぼ０．９ｋｇ／ｃｍ２に維持さ
れる。この場合、冷却水通路１１には冷却水のみが十分
な流量で供給されるので、エンジンＲＥは強力に冷却さ
れ、普通のエンジンと同様に、出力が向上する。

また、冷間時においては、第５図に示すように、全運転
領域で、エアポンプ１７が駆動されるとともに開閉弁２
９が開かれ１、エンジンＲＥの運転状態が第４図中の領
域１にあるときと同様の制御が行なわれる。したがって
、除熱が強力に抑制され、エンノンＲＥの暖機を有効に
促進することかできる。

ところで、前記したように、所定の低回転・軽負荷域で
冷却系統の圧ノＪをほぼ０．Ｉｋｇ／ｃｍ’にセットし
た場合、冷却水は約１００°Ｃて沸騰するが、このよう
な冷却水の沸騰を防止するために、冷却水温度か９５°
Ｃ以上となったときには、第６図に示すように、低回転
・軽負荷域（領域■）では開閉弁２９を閉じて、エア分
離タンク２５内のエアの圧力、すなわち冷却水通路１１
内の水圧を第２ヂエツクバルブ３２によって規制して、
０．９ｋｇ／ａｍ２に１（Ｉ持し、沸点を約１２０℃ま
で上昇させるようにしている。なお、領域■で示す高回
転または高負荷域における制御方法は、前記の、冷却水
温度が９５°Ｃ未満の場合（領域■）と同様である。

なお、エンジンｒ（Ｅ停止後、冷却水温度が低下したと
きには、冷却系統内は減圧状態となるが、エア分離タン
ク２５内のエアの圧力が大気よりＯＩｋｇ／ｃｍ’以上
低くなったときには、第２ヂエノクバルブ３２を介して
大気が導入され、冷却系統が強い減圧状態となることが
防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる冷却装置を備えた２気筒ロータ
リピストンエンジンのシステム構成図である。 第２図は、第１図に示すロータリピストンエンジンの冷
却装置に設けられた第１チエツクバルブないし逆流防止
用ヂエックバルブの縦断面説明図である。 第３図は、第１図に示すロークリピストンエンジンの冷
却装置に設けられた第２チエツクバルブの縦断面説明図
である。 第４図は、冷却水温度が９５°Ｃ未満の温間時の、エア
ポンプ及び開閉弁の、エンジン回転数と負荷とに対する
作動特性を示す図である。 第５図は、冷間時のエアポンプ及び開閉弁の、エンジン
回転数と負荷に対する作動特性を示す図である。 第６図は、冷却水温度が９５°Ｃ以上の温間時の、エア
ポンプ及び開閉弁の、エンジン回転数と負荷に対する作
動特性を示す図である。 第７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ＲＥ・・・ロー
クリピストンエンジン、ｌ・・・吸気通路、１１・・・
冷却水通路、１２・・・冷却水供給通路、１５・・・ウ
ォータポンプ、１６・・・エア供給通路、■７・・・エ
アポンプ、１８・・逆流防止用チエツクバルブ、２１・
・・冷却水戻し通路、２５・・・エア分離タンク、２８
・・・コントロールユニット、２９・・開閉弁、３■・
・・第２ヂエツクバルブ、３２・・・第２ヂエツクバル
ブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジン内部に配置される冷却水通路と、該冷却
   水通路に冷却水を供給する冷却水供給通路と、冷却水通
   路への接続部近傍において冷却水供給通路に接続される
   エア供給通路と、該エア供給通路に介設されるエア供給
   手段と、該エア供給手段下流のエア供給通路に介設され
   エア供給通路から冷却水供給通路へのエアの導入を制御
   するエア切替弁と、エンジンの冷間時と軽負荷時のうち
   少なくとも一方の時には冷却水供給通路にエアを導入す
   るようにエア供給手段またはエア切替弁を制御するエア
   供給制御手段とを設けたことを特徴とするエンジンの冷
   却装置。