JPH0596433U - 水冷式エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 始動時において速やかな暖機を行なうととも
に、外気温や負荷の変動など運転条件に応じてエンジン
に供給される冷却水の温度と流量を同時に最適状態に制
御することによって、効率のよい燃焼を促し、さらに有
害な排気ガスを減少させる。 【構成】 従来からのクランクシャフトに連動するポン
プおよびワックスの膨張を利用したサーモスタットを廃
止して、冷却水をラジエータ５に送給する主管路６およ
びラジエータを短絡するバイパス管路４それぞれにクラ
ンクシャフトの回転速度とは無関係、かつ各々独立に制
御可能なポンプ８，９と、それらのポンプを制御する制
御装置と、冷却水の温度その他必要に応じて負荷の状態
などを検知できるセンサー１１とを設けて、それぞれの
管路を流れる冷却水の流量を制御することによって、エ
ンジンに供給される冷却水の温度と流量を同時に制御す
る。

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は主として自動車に搭載される水冷式エンジンの冷却装置に関する。 ［従来の技術］ 第１図に従来より用いられている水冷式エンジンの冷却装置の管路の例を示す。 図によれば、ラジエータ５は冷却水のアウトレット１ａに接続された主管路２と インレット１ｂに接続された主管路６によってエンジン本体１に接続されている 。主管路２の中間にはサーモスタット３が設けてあり、サーモスタット３からバ イパス管路４が分岐していて主管路６に接続されている。また主管路６にはバイ パス管路４の接続点とインレット１ｂの中間に、クランクシャフトから伝動装置 によって駆動されるポンプ７が設けてある。冷却水の流れはアウトレット１ａか ら主管路２、ラジエータ５、主管路６、または主管路２、バイパス管路４、主管 路６を経てインレット１ｂに至る。サーモスタット３は冷却水の温度（以下水温 という）に応じて主管路２を導通または遮断するもので、冷却水が低温の時には 主管路２は遮断、バイパス管路４は導通するようになっている。水温が上昇して 所定の温度に達するとサーモスタット３が作動を始め、主管路２が導通する。サ ーモスタット３の構造によっては、同時にバイパス管路４が遮断できるものもあ る。ポンプ７の回転速度はエンジンの作動中常にクランクシャフトの回転速度に 対して一定の比を保っている。従ってエンジン本体１およびラジエータ５と管路 ２，４，６を流れる冷却水の流量はクランクシャフトの回転速度によって支配さ れることになる。 ［考案が解決しようとする問題点］ エンジンの冷却装置の目的は発生する熱をラジエータ５から放熱して燃焼室を構 成する壁面を適切な温度に保ち、効率よく完全な燃焼を持続するとともに有害な 排気成分を減少し、さらにシリンダ壁面の良好な潤滑作用を保つことにある。 一方ラジエータ５の放熱作用は、内部を通過する冷却水の流量ばかりでなく、外 気温、風速（車速）などによって支配される。 従って、ポンプ７の回転速度がクランクシャフトの回転速度に比例する従来の方 法ではエンジンのインレット１ｂに供給される水温と流量をあらゆる運転条件に おいて常に適切な状態に維持することが極めて困難であり、上述の目的が阻害さ れることになる。また、日常自動車の運行において、冷却水の過熱、過冷却の問 題はしばしば遭遇するところである。特に高速走行中の過冷却の場合にはポンプ ７は必要以上の冷却水をインレット１ｂに送給することになり、エネルギーの損 失にもなる。 さらに、サーモスタット３が作動する際の過渡現象として水温が乱高下するいわ ゆるハンチング現象が知られており、従来のサーモスタットでは暖機機能を損な わずにこれを完全に回避することは不可能に近い。 ［問題点を解決するための手段］ このような従来の方法における不具合に鑑み、第２図に例示するように、サーモ スタット３を除去し、主管路６およびバイパス管路４にそれぞれ独立に作動する 回転速度可変のポンプ８および９と主管路６のインレット１ｂ付近に温度センサ １１を設けて、インレット１ｂに送給される水温に応じてそれぞれのポンプを適 切な回転速度で作動させ、冷却水の流量と温度を適切に維持しようとするもので ある。 さらに、エンジンの負荷が変動してアウトレット１ａ付近の水温が変化した場合 、時間的な遅れをもってインレット１ｂに送給される水温が変化することを事前 に予測してポンプ８および９の回転速度を制御できるようにアウトレット１ａ付 近に設けた温度センサ１２の信号を制御要素に加えることが効果的である。 さらに、主管路６においてバイパス管路４との合流点の直前でそれぞれの管路を 通過した水温を測定して合流後の水温と流量を適切に調節するためポンプ８およ び９の回転速度を制御できるように合流点直前の主管路６およびバイパス管路４ に設けた温度センサの信号を制御要素に加えることが効果的である。 さらに、上述の場合、制御の遅れをより小さくするためには排気管に温度センサ を設けて排気温度を検知し、制御要素に加えることも有効である。 なお、ポンプ８は主管路６でなく主管路２においてバイパス管路４の分岐点とラ ジエータ５の中間に設けても効果は同様である。 ［実施例］ 第２図に第１実施例の管路を線図で示す。ラジエータ５は冷却水のアウトレット １ａに接続された主管路２とインレット１ｂに接続された主管路６によってエン ジン本体１に接続されており、主管路２の中間からバイパス管路４が分岐してい て主管路６に接続されている。また主管路６にはラジエータ５とバイパス管路４ の接続点の中間に、制御装置と出力装置によって回転速度を制御されるモータで 駆動されるポンプ８と逆止弁１０が、さらインレット１ｂの付近に温度センサ１ １が設けてある。バイパス管路４にはポンプ８とは独立に同様の駆動方式による ポンプ９と逆止弁１０’が設けてある。冷却水の流れ方向は従来の方法例示した ものと同様である。 まず、水温の上昇過程について説明する。エンジン始動直後など水温が極めて低 い場合、ポンプ９が低速で作動しエンジンの暖機を早くする。この時、逆止弁１ ０によって主管路６からラジエータ５への逆流は阻止される。水温の上昇に伴っ てポンプ９の回転速度を上げ、所定の温度ｔ_１に達した時、ポンプ８が低速で始 動する。インレット１ｂ付近ではバイパス管路４を通った温水とラジエータ５を 通った冷水が混合していて、温度センサ１１がその温度を検知し、所定の速さで 水温が上昇するようにポンプ８の回転速度を制御するとともに水温の上昇に伴っ てポンプ８の回転速度を上げ、所定の温度ｔ_２に達した時、ポンプ９を停止して 、平常運転状態に達する。この時、逆止弁１０’によって主管路６から主管路２ への逆流は阻止される。平常運転状態にあっても水温の上下に応じてポンプ８の 回転速度を制御して、ラジエータ５を通過する流速と水量を加減させることによ りインレット１ｂに送給する水温を適切に保つ。 次に、水温の下降過程について説明する。平常運転状態にあるエンジンが例えば 外気温の変化などによって水温が下がり始めると、それに応じてポンプ８の回転 速度が下がる。水温が所定の温度ｔ_２’まで下がった時、ポンプ９が始動し、さ らに水温が所定の温度ｔ_１’まで下がった時、ポンプ８が停止し、温度ｔ_１’以 下においてはポンプ９が単独で流速と水量を制御する。 次に、エンジンの負荷が急増して発熱量が増大した場合を考える。第１実施例に おいてはアウトレット１ａからはさらに高温の冷却水が吐出されるが、これが主 管路２、ラジエータ５、主管路６、または主管路２、バイパス管路４、主管路６ を経て温度センサ１１の水温が変化するまでポンプ８あるいはポンプ９の回転速 度は変化しない。この間エンジン本体１内部の水温は上昇を続け異常高温に達す るおそれがある。即ち、応答の遅れが生ずる。そこでこの応答の遅れを防ぐため の対策を第２実施例として第３図にその管路を線図で示す。この実施例では第１ 実施例に対して主管路２のアウトレット１ａの付近に温度センサ１２を付加して ある。これによりインレット１ｂにおける水温のほかアウトレット１ａ付近の水 温を検知することが可能となり、アウトレット１ａ付近の水温またはインレット １ｂとアウトレット１ａ付近の水温差が所定の値を超えた時、エンジン本体１内 部の水温は上昇を予測してポンプ８あるいはポンプ９の回転速度は変化させるこ とができ、応答の遅れを防止できる。 第４図に実施例３の管路を線図で示す。実施例３においては主管路６とバイパス 管路４の合流点の直前に、それぞれの管路を通過した水温が検知できるように、 主管路６においては温度センサ１１が、バイパス管路４においては温度センサ１ ３がそれぞれ設けてある。これらの温度センサ１１および１３から得られる温度 信号によって、ポンプ８および９の回転速度を変化させ、インレット１ｂに適切 な水温と水量が供給されるようになっている。 第５図に第２実施例の制御系統を示す。温度センサ１１および１２（必要ある時 はそれ以外の温度センサを含めて）はインターフェース１４に接続されていて、 検知した温度信号はインターフェース１４を経て制御装置１５に送られ、ポンプ ８および９の駆動に必要な電気信号に変換される。出力装置１６および１７はポ ンプ８および９に付属するモータを駆動する出力装置である。 応答の遅れを防止するにはこのほか、エンジンの負荷が急増した時、最も速く検 知する手段として、排気管に温度センサを設けて、排気温度を検知し上述と同様 の処理を行う方法がある。 ［考案の効果］ 以上のように本考案によれば、低温時のエンジン始動に際しては冷却水の流量を 少なくすることによりシリンダ周辺の水温を局部的にかつ安定して上昇させ、正 常な燃焼状態を得るので、早期に排気中の炭化水素などの有害成分の減少を助け る。 また、平常運転状態においてはエンジン負荷の変動にも速やかに応答し、エンジ ンに送給する冷却水の温度を適切に保つことにより、燃焼室を構成する壁面を適 切な温度に保ち、効率よく完全な燃焼を持続するとともに有害な排気成分を減少 し、かつ良好な潤滑作用を保つことが可能となり、省資源と環境保全に貢献でき る。 さらに、ポンプの回転速度を自由に設定できるので最も効率の良い運転が可能で あり、かつサーモスタットの除去による水流抵抗の減少と併せて、動力の損失を 最小限にとどめることができる。 このほか、従来から用いられていた駆動用のプーリやベルトが不要となりエンジ ンルームの限られた空間が有効に利用できることも期待できる。 このような効果に鑑み、本考案は広く公開の用意がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来より用いられている水冷式エンジンの冷却
装置の管路の例を示す線図、第２図は本考案による第１
実施例１の管路を示す線図、第３図は本考案による第２
実施例の管路を示す線図、第４図は第３実施例の管路を
示す線図、第５図は第２実施例の制御系統を示す線図で
ある。 図面符号の説明 １・・・・エンジン本体 １ａ・・・・アウトレ
ット １ｂ・・・・インレット ２・・・・主管路 ３・・・・サーモスタット ４・・・・バイパス管
路 ５・・・・ラジエータ ６・・・・主管路 ７・・・・ポンプ ８・・・・ポンプ ９・・・・ポンプ １０・・・・逆止弁 １０’・・・逆止弁 １１・・・・温度セン
サ １２・・・・温度センサ １３・・・・温度セン
サ １４・・・・インターフェース １５・・・・制御装置 １６・・・・出力装置 １７・・・・出力装置

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 （１）冷却水をラジエータに循環させる主管路とラジエ
   ータを通さないで循環させるバイパス管路からなる水冷
   式エンジンの冷却装置において、主管路とバイパス管路
   のそれぞれに独立に作動するポンプを設けたことを特徴
   とする水冷式エンジンの冷却装置。 （２）エンジン本体の冷却水のアウトレットおよびイン
   レットの付近にそれぞれ温度センサを設けて、アウトレ
   ットおよびインレットにおける冷却水の温度を検知でき
   るようにしたことを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の水冷式エンジンの冷却装置。 （３）主管路とバイパス管路の合流点の直前に、それぞ
   れの管路に温度センサを設けて、それぞれの管路から合
   流する冷却水の温度を個別に測定できるようにしたこと
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の水冷
   式エンジンの冷却装置。 （４）排気管に温度センサを設けて排気温度を検知し、
   その温度信号をポンプの制御に供することを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の水冷式エンジンの
   冷却装置。