JPH04101015A - エンジン冷却装置 - 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） この発明はエンジンの冷却装置に関する。

（従来の技術） エンジンの運転中、燃焼室内での燃焼温度は２０００℃
以上もの高温になるので、この高温からシリングーブロ
ック、シリング−ヘッド、ピストンなどのエンジン構成
部品を保護するため、冷却装置を設け、ウォーターポン
プにより燃焼室内りに冷却液を強制的に循環させること
で、エンジンがどのような条件で運転されている場合で
もエンジン各部を適当な温度に保っている（たとえば実
開昭５４−９１２９号参照）。

（発明が解決しようとする課題） ところで、燃費向上への要求は高く、この、慨よりたと
えばシリング−ブロックやシリング−ヘッドをアルミニ
ウム禁物で形成するなど、軽量化の傾向が顕著となって
いるが、まだ十分とはいえなり１゜ この発明はこのような従来の課題に着目しでなされたも
ので、エンジン重量の一層の軽量化をはかる装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、ウォーターポンプにより強制的に冷却液を
循環させるようにしたエンジンの冷却装置において、エ
ンジン構成部品として重量割合が大きくかつ前記冷却液
に接触するエンジン構成部品をマグネシウム合金で形成
し、冷却液中に前記マグネシウム合金の腐食抑制剤を添
加するとともに、冷却液の循環経路に冷却液中のイオン
濃度に応じた出力をするセンサを設け、このセンサ出力
に基づいて冷却液が劣化したと判断されると、これを警
告するようにした。

（作用） たとえば、重量部品であるシリング−ブロックとシリン
グーヘッドがマグネシウム合金で形成されると、これら
をアルミニウムで箭造する場合よりも、エンジン重量が
軽くなる。

その一方で、冷却液中にマグネシウム腐食抑制剤が添加
されると、マグネシウム合金が冷却液と接触する部位で
の腐食が抑制される。

さらに、センサ出力より冷却液が劣化したと判断されこ
れが警告されると、マグネシウム合金の腐食が進行して
しまわない前に、冷却液の交換や冷却液への腐食抑制剤
の再添加が促される。

（実施例） 第１図はウォーターポンプにより強制的に冷却液を循環
させる、いわゆる強制循環式の冷却系統図である。ただ
し左側に電子制御燃料噴射化４１１（図ではｒＥＧＩ仕
様」）の冷却液の流れを、右側に同じく電子制御キャブ
レータ−仕様の冷却液流れを示している。

冷却液は、ウォーターポンプ１で加圧された後、−船釣
にはシリングーブロック２、シリング−へラド３．ウオ
ーターアウトレツト４、ラジェーター５、ウォーターイ
ンレット、サーモスタットハウジング６、サーモスタッ
ト７を経てウォーターポンプ１に戻る。エンジンの冷機
時にはインテークマニホールド８よりラジェーター５を
バイパスして流れ、冷却液を短時間で暖めるように工夫
されてもいる。

こうした冷却系統のうち冷却液と接触するエンジン構成
部品がマグネシウム合金から形成される。

たとえば、第２図で示すように、１１はシリング−ヘッ
ド部１２、シリング−ブロック部１３、クランクケース
部１４が一体となった、いわゆるシリング−へ７１＃一
体型のシリンダーブロック、この一体型シリンダーブロ
ック１１がマグネシウム合金により舞遺される。

シリング−ライナ１５にはアルミニウム合金が使われ、
鋳込みあるいは圧入によりシリングーブロック部１３に
固定される。なお、僑込みの場合にはシリングーライナ
１５の外周面に熱伝導性の向上、ライナーの抜けや移動
防止のために浅い清がつけられる。また、その内周表面
にはアルカリ性薬品（苛性ソーダ）などによりエツチン
グが施される。

パルプがイド１６，１７はその外周面がスズメツキある
いは亜鉛メツキされ、シリング−ヘッド部１２に圧入さ
れる。パルプシー）　１８．１９も同様である。

キャップメインベアリングアッパー２０とベアリングビ
ーム２１はともにアルミニウム合金製で、スタッドボル
ト２２，２３、ナツト２４．２５によってシリンダーブ
ロック部１３に固定される。

なお、第２図ではシリング−ヘッド一体型シリングーブ
０７り１１だけをマグネシウム合金としているが、冷却
液と接触する他のエンジン構成部品（たとえばインテー
クマニホールド、ウォーターポンプ、ウォーターアウト
レフト、ウォーターインレット、サーモスタットハウジ
ング、つオーターギヤラリ−）や冷却液と接触しないエ
ンジン構成部品（各種のカバー類、オイルパン、ベアリ
ングビームなと）についても、可能な限りマグネシウム
合金により形成することで、エンジン重量を軽くするこ
とができる。

ただし、エンジン構成部品にマグネシウム合金を使用す
るにあたっては、マグネシウム合金中の不純物金属元素
（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ）を最小限に抑えるとともに
、防食処理（化学的処理、陽極酸化処理）を十分に行い
、特に冷却液と接触する部分には有機物による被覆や各
種のコーティングを行うものとする。

また、冷却液には不純物金属元素の混入の少ない水（た
とえば真水）に、マグネシウム腐食抑制剤（マグネシウ
ム合金の腐食を抑制するもので、たとえば重クロム酸ナ
トリウムや７ツ化ナトリウムなどがある）を添加する。

寒冷地においては、さらに凍結防止剤（たとえばエチレ
ングリコール）を加える。

２６はシリンダーライナ１５を冷却するためのウォータ
ージャケットであり、エンジンの運（中には常に冷却液
の主流が流れる。

このウォータージャケット２６に臨んで冷却液中のイオ
ン濃度に応じた出力をするセンサ２７が取りつけられる
。イオンがある程度以上存在することを冷却液の劣化と
する。後述するように、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属元
素が存在すると、マグネシウム合金の腐食が進行するの
で、腐食を進行させるようになった冷却液を劣化したも
のとして扱うのである。なお、冷却液の劣化には、塩素
イオンがある程度以上存在する場合をも含める。こうし
た金属イオンや塩素イオンの存在は時間的経過や補給液
の不適によって生じる。

二のセンサ２７の詳細を第３図〜第５図に示すと（第３
図は正面図、第４図は左側面図、第５図は右側面図）、
３０．３１はイオン濃度を検出するための電極で、この
電極３０．３１には電極電位の異なる金属がペアで使用
される。たとえば、陽極側電極３１をスズ合金、カドミ
ウム合金またはアルミニウム合金、陰極側電極３０をマ
グネシウム合金、亜鉛合金またはアルミニウム合金とす
る。

各電１ｊ３０，３１はセンサ内で電気的に絶縁され、端
子３３．３７に接続される。３６は樹脂で作られた配線
用コネクタ、３４はシリンダーブロック部１３に固定す
るためのネジ部で表面はスズメツキあるいは亜鉛メツキ
後、クロメート処理される。

３２は樹脂またはテフロン製のシール用ワッシャーであ
る。

このセンサ２７は冷却液中に発生するイオン濃度に反応
し、その濃度に応じた電圧を出力する（前記電極３０．
３１の組み合わせによりイオンが多量に発生した雰囲気
で両電極間に０．５ボルト〜１．２ボルトの電位差が生
じる）。

なお、センサ２７は、冷却液の循環経路中に設置されれ
ば十分な性能を発揮するものであるが、冷却液の主要経
路中に設置するのが望ましい。

第６図は信号処理回路の概略図である。

イオン濃度センサ２７からの電圧信号は、一方のコンパ
レータ４１により基準電圧（たとえば冷却液が劣化して
いない初期に得られるセンサ２７の出力゛電圧で、０．
２〜０．６ボルト程度）と比較され、この基準電圧を越
えると、ハイレベルの信号が出力される。

他方のコンパレータ４３では冷却液の温度を検出するセ
ンサ４２からの信号が基準値（たとえば７０℃程度）と
比較され、液温が基準値以上になると、ハイレベルの信
号が出力される。

ＡＮＤ回路４４では、他方のフンパレータ４３からの信
号がハイレベルの場合に限って、一方のコンパレータ４
１からのハイレベルのＭ４’ｆヲ１１Ａ動回駆動５に伝
える。これは、液温が低いとイオンの発生量が少なくな
って、センサ２７の出力信号が安定しないので、冷却液
劣化判断の温度域を限ることにより、センサ２７からの
出力電圧を安定させるためである。

双方のコンパレータ４１，４３ともハイレベルの信号を
出力した場合に、ＡＮＤ回路４４よりＯＮ信号が出力さ
れ、駆動回路４５を介して、運転席に設けた警告モニタ
ー４６が作動される（たとえば警告ランプが点灯しある
いは警告チャイムが鳴る）。

ここで、この例の作用を説明する。

近年、大気中のＣＯ２濃度の増加による地球温暖化が問
題となっている。北米においては、この問題に対処しよ
うと、自動車から排出されるＣ０２を減らすためにＣＡ
ＦＥ規制値の大幅な引き上げが考えられているほどであ
る。

ＣＯ２を減らすには燃やす燃料を少なく、つまり燃費を
向上させればよい。そのためには、エンジンの効率を向
上させたり、エンジン各邪の７リクシａンやボディの空
気抵抗を下げることよりもボディ、エンジンを含めた自
動車本体の軽量化の効果のほうが格段に大きく、したが
って、自動率の軽量化にあたっては車両全体重量の１０
％前後を占めるエンジンを軽くすることが重要である。

この場合、エンジンには同時に強度も求められるので、
アルミニウムよりも比強度（単位重量当たりの強度）が
高い工業用金属材料を各構成部品に使用するのが有効と
なってくる。

このような材料の代表にマグネシウム合金がある（たと
えば鋳鉄（ＦＣ＾）の比強度を１とした場合、アルミニ
ウム鋳物（＾Ｃ４Ｂ−７６）の比強度は２．５８、マグ
ネシウム鋳物（＾２９１＾−Ｔ６）の比強度は３．５で
ある）。しかしながら、マグネシウム合金はその一方で
大変腐食しやすく、エンジンの冷却液と接触するような
部品に採用することは本末非常識とされていた。

ところが、近年のマグネシウム冶金、僑造技術の進歩に
より、不純物の混入を防止できるようになったのと表面
処理技術の発達により、大気中での使用範囲に限れば、
他の工業用金属材料とほぼ同等の耐食性を有するにいた
ったとの声も聞かれ、エンジン部品への実用化もましか
であると考えられる。

したがって、この例のように重量部品であるシリング−
ブロックとシリング−ヘッドがマグネシウム合金で形成
されると、これらをアルミニウムで鋳造する場合よりも
、エンジン全体の重量をさらに軽くすることができる。

なお、エンジンを軽くすると車両も軽くなり、動力ｇ燃
費、制動、操縦の各性能ともに向上することはいうまで
もない。

また、その一方で、マグネシウム合金が冷却液と接触し
て腐食する（たとえばマグネシウムがイオンとなって冷
却液中に溶解する等）ことがないように、エンジン冷却
液と接触するマグネシウム合金の表面は各種のコーティ
ング剤により被覆され、さらに冷却液中にはマグネジツ
ム腐食抑制剤が添加されている。

しかしながら、これだけではまだ十分ではない。

というのも、冷却システムは各種の部品で！ＩＩ威され
ているため、何種類かの金属が用いられている。

たとえば、ラジェーターにアルミニウム合金や銅合金が
、ウォーターポンプ部品に鉄系合金が、サーモスタット
部品にステンレス合金、銅合金あるいは鉄系合金がそれ
ぞれ用いられ、これらの合金中にはさらに各種の金属元
素が含まれている。そのため、出荷時に補給した冷却液
によればマグネシウム合金に対する腐食性は低いもので
あっても、冷却液を長期間使用していると、Ｆｅ、Ｎｉ
、Ｃｕなどの金属元素が冷却液中に溶けだし、水素ガス
がこれらの金属元素に放電を行うことでマグネシウム合
金の腐食が進行するのである。

こうした腐食の進行はｖｆ闇的経過の場合に限らない。

たとえば、走行中のエンジンオーバーヒートによる冷却
液の減少や冷却システム異常に伴う冷却液の液もれによ
り、河川を流れる水や井戸水を補給せざるをえなかった
場合に、河川や井戸水にマグネシウム合金の腐食を助長
する金属元素が微小量とはいえふくまれていることがあ
るからである。

特に、冷却液中に塩素イオンがあると、このイオンがマ
グネシウム腐食作用の触媒的役割を果たすため際限なく
腐食が進行するのであるが、こうした塩素イオンが混入
することだって考えられる。

たとえば、エンジン整備のため冷却液を抜いたものの、
冷却液の一部を漏らして量が不足し、水道水（上水基で
殺菌に使用した塩素が残っていることがある）で補充し
た場合に、残留塩素から塩素イオンが発生する。海岸付
近の井戸水を補給した場合も同様である。

ただし、エンジン冷却液に直接接触する部位は、各種の
表面処理やコーティングによって保護されているので、
水道水や井戸水などを補給したからといって、ただちに
マグネシウム合金の腐食が進行してブロック壁に孔があ
いたりすることはない。

シカシナがら、不純物金属イオンや塩素イオンが存在し
ていると思われるのに処置しないで数箇月あるいは年単
位で放置していると、エンジンの耐用年数を著しく低下
させることになりでしまうのである。

これに対して、この例によれば、塩素イオンやＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｕなどの金属イオンの濃度がイオン濃度センサ１
７により検出されており、冷却液中のイオン濃度が基準
値を越えると、コンパレータ４１により冷却液が劣化し
たと判断され、運転席に設けた警告ランプが点灯される
。冷却液中のイオン濃度が増し、そのままではマグネシ
ウム合金製のエンジン部品に適さなくなっていることが
ドライバーに知らされるのである。

これにより、冷却液の交換や冷却液への腐食抑制剤の再
添加が促されるので、マグネシウム合金の腐食が進行す
る事態が見過ごされることがなくなり、エンジン耐久性
を確保することができる。

また、冷却液に劣化を生じたかどうかの判断に際し、低
温域を避けているので、劣化の判断が安定する。

（発明の効果） この発明は、シリング−ヘッドやシリング−ブロックな
ど重量が大きくしかもエンジン冷却液と接触するエンジ
ン構成部品をマグネシウム合金で形成し、冷却液中には
マグネシウム合金腐食抑制剤を添加するとともに、冷却
液経路にイオン濃度センサを設け、このセンサ出力に基
づいて冷却液が劣化したと判断されると、これをモニタ
ーにより警告するようにしたため、マグネシウム合金を
使用していても、腐食の心配なくエンジン重量を大幅に
軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の冷却系統図、第２図はこの実施例の
エンジン本体の縦断面図、第３図はこの実施例のイオン
濃度センサの正面図、第４図は同じく左側面図、第５図
は同じく右側面図、第６図はこの実施例の信号処理回路
の概略図である。 １・・・ウォーターポンプ、５・・・ラジェーター　１
１・・・シリング−ヘッド一体型シリング−ブロック、
１２・・・シリングーヘッド部、１３・・・シリングー
ブロック部、１４・・・クランクケース部、２６・・・
ウォータージャケット、２７・・・イオン濃度センサ、
４１・・・コンパレータ、４２・・・温度センサ、４３
・・・コンパレータ、４４・・・ＡＮＤ回路、４５・・
・駆動回路、４６・・・警告用モニター 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ウォーターポンプにより強制的に冷却液を循環させるよ
   うにしたエンジンの冷却装置において、エンジン構成部
   品として重量割合が大きくかつ前記冷却液に接触するエ
   ンジン構成部品をマグネシウム合金で形成し、冷却液中
   に前記マグネシウム合金の腐食抑制剤を添加するととも
   に、冷却液の循環経路に冷却液中のイオン濃度に応じた
   出力をするセンサを設け、このセンサ出力に基づいて冷
   却液が劣化したと判断されると、これを警告するように
   したことを特徴とするエンジン冷却装置。