JPH1071838A - 車両用内燃機関の冷却系装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄熱タンクを有する冷却系装置において、蓄
熱タンクを有効に活用して暖機運転の促進を図る。 【解決手段】 エンジン３の暖機運転時に蓄熱タンク９
から流出する冷却水温度が所定温度（６０℃）未満まで
低下したときに、蓄熱タンク９内に貯蔵された高温の冷
却水が全て流出したものとみなして、冷却水流入路１１
２を閉じ、かつ、バイパス水路１０ｂを開く。これによ
り、エンジン３から流出する冷却水のうちエンジン３始
動直後の低温の冷却水を、蓄熱タンク９内に一旦、貯蔵
することができる。したがって、エンジン３始動直後の
低温の冷却水がエンジン３内を循環することを防止する
ことができるので、暖機運転の促進を図ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの暖機促
進を図る車両用内燃機関の冷却系装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの暖機促進を図る冷却系装置と
して、例えばＳＡＥ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥＲ
ＳＥＲＩＥＳ ９５０９９４では、エンジンから流出
する冷却水を保温貯蔵する蓄熱タンクを冷却水回路に配
設し、蓄熱タンク内に貯蔵された高温の冷却水をエンジ
ンに導入してエンジンの暖機促進を図るものが提案され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発明者等は
上記従来装置を検討したところ、十分に暖機促進効果を
得ることができなかった。そこで、発明者等は引き続き
検討を行ったところ、以下の述べる原因が判明した。す
なわち、上記考案の蓄熱タンクは、冷却水が流出入する
開口部が蓄熱タンクの重力方向上方に形成されているた
め、蓄熱タンク内の冷却水のうち温度の高い冷却水が分
布している蓄熱タンク上方部位と開口部との距離が小さ
くなってしまう。したがって、蓄熱タンクの熱が開口部
から放熱し易くなってしまう。

【０００４】さらに、発明者等の試験検討によると、開
口部からの放熱は、蓄熱タンクから放熱する熱量の多く
を占めており、開口部が蓄熱タンクの重力方向上方に形
成されていることと相まって、上記従来装置の蓄熱タン
クの保温能力が低くなってしまう。したがって、温度の
高い冷却水をエンジンに供給することができず、十分な
暖機促進効果を得ることができなかった。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、蓄熱タンクを有
する冷却系装置において、蓄熱タンクの保温能力を向上
させて暖機運転の促進を十分に図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
４に記載の発明では、第１に蓄熱タンク（９）の重力方
向下方側に冷却水が流出入する開口部（９４）が形成さ
れ、第２に水冷式内燃機関（３）の暖機運転時に蓄熱タ
ンク（９）から流出する冷却水温度が所定温度を越えて
いるときは、水冷式内燃機関（３）から流出した冷却水
を蓄熱タンク（９）を経て水冷式内燃機関（３）に還流
させるタンク水路（１０ａ）を開き、水冷式内燃機関
（３）の暖機運転時に蓄熱タンク（９）から流出する冷
却水温度が所定温度以下のときは、タンク水路（１０
ａ）を閉じることを特徴とする。

【０００７】第１の特徴より、開口部（９４）が重力方
向上方側に形成されている蓄熱タンクに比べて、高温の
冷却水が溜まっている重力方向上方側の蓄熱タンク
（９）内の部位と開口部（９４）との距離が大きくな
る。つまり、蓄熱タンク（９）に蓄えられた熱が放熱し
易い開口部（９４）と高温の冷却水が溜まっている部位
との距離が大きくなり、蓄熱タンク（９）の保温能力を
向上を図ることができる。

【０００８】第２の特徴より、後述するように、水冷式
内燃機関（３）から流出する冷却水のうち水冷式内燃機
関（３）始動直後の低温の冷却水を、蓄熱タンク（９）
内に一旦、貯蔵することができる。したがって、水冷式
内燃機関（３）始動直後の低温の冷却水が水冷式内燃機
関（３）内を循環することを防止することができるの
で、より暖機運転の促進を図ることができる。

【０００９】以上述べたように、本発明によれば、蓄熱
タンク（９）の保温能力を向上させて暖機運転の促進を
十分に図ることができる。請求項２に記載の発明では、
水冷式内燃機関（３）の暖機運転時に温度検出手段（１
７）によって検出される冷却水温度が所定温度を越えて
いるときは、制御バルブ（１１）を開き、水冷式内燃機
関（３）の暖機運転時に温度検出手段（１７）によって
検出される冷却水温度が所定温度以下のときは、制御バ
ルブ（１１）を閉じることを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の発明では、温度検出手段
（１７）は、蓄熱タンク（９）を迂回するバイパス水路
（１０ｂ）がタンク水路（１０ａ）接続するバイパス水
路（１０ｂ）とタンク水路（１０ａ）との合流部位（１
１７）に配設されていることを特徴とする。請求項４に
記載の発明では、水冷式内燃機関（３）の暖機運転時に
はヒータコア（１２）の空気上流に配設された送風機
（１３）を停止することを特徴とする。

【００１１】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施の形
態について説明する。 （第１実施形態）図１は、水冷式内燃機関（以下、エン
ジンと呼ぶ。）の冷却水回路１（２点鎖線で囲まれた回
路）と、車両用蓄熱式暖房装置の冷却水回路２（一点鎖
線で囲まれた回路）とを示している。

【００１３】３は車両走行用のエンジンであり、４はエ
ンジン３から駆動力を得てエンジン３に冷却水を循環さ
せるウォータポンプである。エンジン３の熱を奪った冷
却水の一部は、上述のエンジンの冷却水回路１に流れ込
み、その他の冷却水は、車両用蓄熱式暖房装置の冷却水
回路２に流れ込む。５は、エンジンの冷却水回路１にお
いて、エンジン３の冷却水の冷却手段をなすラジエータ
である。また、この冷却水回路１には、ラジエータ５を
流れる冷却水回路６をバイパスするバイパス回路７が設
けられており、これら両冷却水回路１、７の切り換え
は、サーモスタット８によって制御される。因みに、両
冷却水回路１、７の切り換えは、通常、冷却水温度が８
０℃以上の場合にはラジエータ５に流れるように制御さ
れ、また、８０℃以下の場合には、バイパス回路７に流
れるように制御される。

【００１４】また一方、車両用保温式暖房装置の冷却水
回路２において、エンジン３の冷却水下流側には、冷却
水を保温貯蔵する蓄熱タンク９と、この蓄熱タンク９お
よび後述するヒータコア１２を経てエンジン３に還流す
るタンクヒータ水路（タンク水路）１０ａと、蓄熱タン
ク９を迂回するバイパス水路１０ｂとが設けられてい
る。そして、蓄熱タンク９の冷却水上流側であって、タ
ンクヒータ水路１０ａとバイパス水路１０ｂとの分岐部
位には、両水路１０ａ、１０ｂに流れ込む冷却水量（連
通状態）を制御する制御バルブ１１が配設されている。
なお、蓄熱タンク９および制御バルブ１１の構造につい
ては後述する。

【００１５】そして、蓄熱タンク９の冷却水下流側に
は、空気加熱手段をなすヒータコア１２が設けられてお
り、ヒータコア１２の空気上流側には、車室内に向けて
空気を送風する送風機１３が配設されている。そして、
送風機１３によって送風された空気は、ヒータコア１２
で加熱されてダクト（図示せず）を介して車室内に吹き
出される。また、ヒータコア１２の冷却水流入側には、
ヒータコア１２に流れ込む冷却水の冷却水回路１４の開
閉を行う電磁弁１５が設けられている。この電磁弁１５
は、夏場等の暖房未使用時に、ヒータコア１２にからの
輻射熱を抑制するために、冷却水回路１４を閉じるよう
に、後述する制御装置１８に制御される。

【００１６】また、この電磁弁１５の冷却水上流側に
は、ヒータコア１２を流れる冷却水回路１４をバイパス
するバイパス回路１６が設けられている。そして、冷却
水回路１４およびバイパス回路１６の下流はウォータポ
ンプ４に接続され、車両用保温式暖房装置の冷却水回路
２を形成している。次に、蓄熱タンク９および制御バル
ブ１１の構造について述べる。

【００１７】蓄熱タンク９は、図２に示すように、ステ
ンレス製の内側タンク部９１および外側タンク部９２か
らなる二重タンク構造を有しており、両タンク部９１、
９２間の空間９３は、断熱性の向上を図るべく略真空と
なっている。また、９４は冷却水が流出入するタンク開
口であり、このタンク開口９４は、重力方向下方に向け
て開口した状態で重力方向下方に向けて突出して管状突
出部９６を形成している。そして、管状突出部９６内に
は、制御バルブ１１のハウジング１１１の一部が挿入さ
れており、このハウジング１１１の一部により蓄熱タン
ク９内に冷却水が流入する冷却水流入路１１２と、蓄熱
タンク９内の冷却水が流出する冷却水流出路１１３とを
形成している。

【００１８】なお、冷却水流入路１１２は、蓄熱タンク
９内のうち重力方向下方部位で蓄熱タンク９内と連通し
ており、冷却水流出路１１３は重力方向上方部位で蓄熱
タンク９内と連通している。因みに、１１４は蓄熱タン
ク９内の冷却水の対流を抑制する混合防止板である。ま
た、ハウジング１１１内にはバイパス水路１０ｂが形成
されており、バイパス水路１０ｂと冷却水流入路１１２
（タンクヒータ水路１０ａ）との分岐部位には、制御バ
ルブ１１の弁体１１５が配設されている。この弁体１１
５は、サーボモータ等のアクチュエータ１１６によって
回転駆動されるロータリー式（回転式）の弁体であり、
アクチュエータ１１６は、冷却水流出路１１３とバイパ
ス水路１０ｂとの合流部位１１７に配設された水温セン
サ（温度検出手段）１７によって検出された冷却水温度
に基づいて制御装置１８によって制御されている（図３
参照）。

【００１９】なお、制御装置１８には、図３に示すよう
に、ヒータコア１２に流入する冷却水温度を検出する水
温センサ１９、および車室外温度センサや車室内温度セ
ンサ等の空調装置を制御するに必要な情報を検出する空
調センサ２０からの信号が入力されている。そして、制
御装置１８は、上記入力信号に基づいて予め設定された
プログラムに従ってアクチュエータ１１６と、送風機１
３および電磁弁１５等の空調手段とを制御している。

【００２０】因みに、２１は、エンジン３始動直後等の
冷却水温度が低く、暖房運転を行うことができないとき
に、蓄熱タンク９内の高温の冷却水を用いて暖房を行う
即効暖房スイッチであり、この即効暖房スイッチ２１
は、乗員の手動操作により投入されるものである。次
に、本実施形態の作動を図４のフローチャートに基づい
て述べる。

【００２１】エンジン３のイグニッションスイッチ（図
示せず）の状態、またはエンジン３の回転数などにより
エンジン３が稼動中か否かを判定し（ステップ１０
０）、エンジン３が稼動中であるときは、エンジン３が
始動してから所定時間ｔ（本実施形態では１０秒間）
は、冷却水流入路１１２（タンクヒータ水路１０ａ）を
開き続け、かつ、バイパス水路１０ｂを閉じ続ける（ス
テップ１１０、１２０）。

【００２２】なお、このとき、電磁弁１５は、即効暖房
スイッチ２１が乗員によって投入されないかぎり閉じて
いる。これにより、蓄熱タンク９から流出した高温の冷
却水は、バイパス回路１６を経てエンジン３に還流して
エンジン３の暖機を促進する。一方、エンジン３が停止
中であるときは、冷却水流入路１１２を閉じ、かつ、バ
イパス水路１０ｂを開く（ステップ１３０）。

【００２３】そして、所定時間ｔ経過後、水温センサ１
７によって検出された冷却水温度Ｔ _W が所定温度（本実
施形態では６０℃）未満であるか否かを判定し（ステッ
プ１４０）、冷却水温度Ｔ_W が６０℃以上であるとき
は、蓄熱タンク９内に貯蔵された高温の冷却水が蓄熱タ
ンク９内に残存しているものとみなして、冷却水流入路
１１２を開き続け、かつ、バイパス水路１０ｂを閉じ続
け（ステップ１１０）、蓄熱タンク９とエンジン３との
間で冷却水を循環させる。

【００２４】そして、蓄熱タンク９から流出する冷却水
の冷却水温度Ｔ_W が６０℃未満となったときに、蓄熱タ
ンク９内に貯蔵された高温の冷却水が全て流出したもの
とみなして、冷却水流入路１１２を閉じ、かつ、バイパ
ス水路１０ｂを開く（ステップ１６０）。なお、冷却水
流入路１１２を閉じ、バイパス水路１０ｂを開くことに
より、水温センサ１７は、バイパス水路１０ｂを流通す
る冷却水、すなわちエンジン３を流出する冷却水の温度
を検出することができる。

【００２５】そして、水温センサ１７によって検出され
た冷却水温度Ｔ_W が８０℃になるまで、すなわち暖機運
転が終了したものとみなせる状態になるまで冷却水流入
路１１２を閉じ、かつ、バイパス水路１０ｂを開き続け
る（ステップ１７０）。次に、冷却水温度Ｔ_W が８０℃
を越えて暖機運転が終了すると、エンジン３が停止する
まで、冷却水流入路１１２およびバイパス水路１０ｂを
開いて（ステップ１８０、１９０）、エンジン３から流
出する高温の冷却水を蓄熱タンク９内に導入する。

【００２６】因みに、図２は冷却水流入路１１２を開
き、かつ、バイパス水路１０ｂを閉じた状態を示してお
り、図５は冷却水流入路１１２を閉じ、かつ、バイパス
水路１０ｂを開いた状態を示しており、図６は冷却水流
入路１１２バイパス水路１０ｂを開いた状態を示してい
る。また、図７は、図４に示された制御弁１１の作動状
態を示す作動図表である。

【００２７】次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施
形態によれば、エンジン３の暖機運転時に、蓄熱タンク
９内に貯蔵された高温の冷却水をエンジン３内に循環さ
せるので、暖機運転が促進される。延いては、排気ガス
とともに排出される有害物質の低減および燃費の向上を
より図ることができる。

【００２８】また、エンジン３の暖機運転時に蓄熱タン
ク９から流出する冷却水温度が所定温度（６０℃）未満
まで低下したときに、蓄熱タンク９内に貯蔵された高温
の冷却水が全て流出したものとみなして、冷却水流入路
１１２を閉じ、かつ、バイパス水路１０ｂを開くので、
エンジン３から流出する冷却水のうちエンジン３始動直
後の低温の冷却水を、蓄熱タンク９内に一旦、貯蔵する
ことができる。したがって、エンジン３始動直後の低温
の冷却水がエンジン３内を循環することを防止すること
ができるので、より一層暖機運転の促進を図ることがで
きる。

【００２９】因みに、図８はエンジン３から流出した直
後の冷却水温度と、エンジン始動時（ｔ＝０）からの時
間との関係を示すグラフであり、破線は蓄熱タンク９を
有していない冷却系装置の場合を示しており、一点鎖線
は従来の技術に係る冷却系装置（蓄熱タンク９有）の場
合を示しており、実線は本実施形態に係る冷却系装置の
場合を示している。そして、図８から明らかなように、
本実施形態に係る冷却系装置によれば、エンジン３始動
直後の低温の冷却水がエンジン３内を循環することを防
止しているので、蓄熱タンク９内の高温の冷却水が全て
流出した後の冷却水温度の低下（Ａ部）が抑制されてい
る。

【００３０】なお、上記試験の試験条件は、以下の通り
である。 エンジン排気量：１６００ｃｃ、蓄熱タンク容量：３０
００ｃｃ、エンジン内冷却水量：約１５００ｃｃ、ラジ
エータおよび配管内の冷却水量：約２０００ｃｃ また、本実施形態によれば、蓄熱タンク９の開口部９４
が重力方向下方側に形成されているので、開口部９４が
重力方向上方側に形成されている蓄熱タンクに比べて、
高温の冷却水が溜まっている重力方向上方側の蓄熱タン
ク９内の部位と開口部９４との距離が大きくなる。つま
り、蓄熱タンク９に蓄えられた熱が放熱し易い開口部９
４と高温の冷却水が溜まっている部位との距離が大きく
なり、蓄熱タンク９の保温能力を向上を図ることができ
る。

【００３１】以上述べたように、本実施形態によれば、
蓄熱タンク９の保温能力を向上させて暖機運転の促進を
十分に図ることができる。ところで、上述実施形態で
は、エンジン３が停止時には冷却水流入路１１２（タン
クヒータ水路１０ａ）を閉じていたが、エンジン３が停
止時には冷却水流入路１１２を開き、バイパス水路１０
ｂを閉じてもよい。

【００３２】また、上述実施形態では、ステップ１０
０、１９０にエンジン３が稼動中か否かを判定する判定
ステップを設けていたが、エンジン３が停止時には冷却
水流入路１１２（タンクヒータ水路１０ａ）を閉じると
いうサブルーチンを所定時間毎（例えば、３秒毎）に割
り込ませる割り込み制御を行ってもよい。また、本発明
は 前述の如く、エンジン３の暖機運転時に蓄熱タンク
９から流出する冷却水温度が６０℃を越えているとき
は、冷却水流入路１１２（タンクヒータ水路１０ａ）を
開き、エンジン３の暖機運転時に蓄熱タンク９から流出
する冷却水温度が６０℃以下のときは、冷却水流入路１
１２（タンクヒータ水路１０ａ）を閉じるものであるか
ら、図９〜図１２に示される冷却水回路に対しても適用
することができる。

【００３３】なお、図９〜図１２中、２２はエンジン３
に吸入される空気と冷却水との間で熱交換を行う吸気熱
交換器であり、この吸気熱交換器９は、吸入空気の脈動
を取り除くサージタンク１０内に配設されている。２３
はエンジン３から流出した冷却水とオートマチックトラ
ンスミッション（車両自動変速機）のミッションオイル
との間で熱交換を行うＡ／Ｔ熱交換器であり、２４はエ
ンジン１から流出した冷却水とエンジンオイルとの間で
熱交換を行うＥ／Ｏ熱交換器である。また、２５はエン
ジン３の負荷（エンジン３の吸入負圧）に応じて冷却水
回路を切り換える負荷応答弁である。

【００３４】また、図１３に示すように、バイパス回路
１６を廃止した場合には、エンジン３の暖機運転が終了
するまで、電磁弁１５を開くとともに送風機１３を停止
するように制御してもよい。また、上述の実施形態で
は、ステップ１４０（図４参照）の判定条件として冷却
水温度Ｔ_W ＝６０℃としたが、６０℃に限定されるもの
ではなく、エンジンの大きさ、蓄熱タンクの容量、およ
びエンジン始動直後、吸入空気の混合比が濃い状態から
通常状態に移行する際のシリンダ温度または冷却水温度
等を考慮して適宜決定されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用蓄熱式暖房装置の温水回路と水冷エンジ
ンの冷却回路を示す図である。

【図２】蓄熱タンクおよび制御弁の断面図である。

【図３】制御弁の制御系を示すブロック図である。

【図４】制御弁の作動を示すフローチャートである。

【図５】バルブ作動状態Ｂを示す断面図である。

【図６】バルブ作動状態Ｃを示す断面図である。

【図７】バルブ作動状態を示すバルブ作動図表である。

【図８】エンジン流出直後の冷却水温度と時間との関係
を示すグラフである。

【図９】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【図１０】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【図１１】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【図１２】冷却水回路の変形例を示す回路図である。

【図１３】バイパス回路１６を廃止した場合の回路図で
ある。

【符号の説明】

３…エンジン（水冷式内燃機関）、４…ウォータポン
プ、５…ラジエータ、９…蓄熱タンク、１０ａ…タンク
ヒータ水路（タンク水路）、１０ｂ…バイパス水路、１
１…制御弁、１２…ヒータコア。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 美光 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 杉 光 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 鈴木 和貴 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 福永 博之 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷式内燃機関（３）の冷却水をポンプ
   （４）にて循環するように構成した車両用内燃機関の冷
   却系装置において、 前記水冷式内燃機関（３）から流出した冷却水を保温貯
   蔵し、重力方向下方側に冷却水が流出入する開口部（９
   ４）を有する蓄熱タンク（９）と、 前記水冷式内燃機関（３）から流出した冷却水を前記蓄
   熱タンク（９）を経て前記水冷式内燃機関（３）に還流
   させるタンク水路（１０ａ）とを有し、 前記水冷式内燃機関（３）の暖機運転時に前記蓄熱タン
   ク（９）から流出する冷却水温度が所定温度を越えてい
   るときは、前記タンク水路（１０ａ）を開き、 前記水冷式内燃機関（３）の暖機運転時に前記蓄熱タン
   ク（９）から流出する冷却水温度が前記所定温度以下の
   ときは、前記タンク水路（１０ａ）を閉じることを特徴
   とする車両用内燃機関の冷却系装置。
2. 【請求項２】 前記蓄熱タンク（９）の冷却水下流側に
   配設され、冷却水温度を検出する温度検出手段（１７）
   と、 前記タンク水路（１０ａ）の連通状態を制御する制御バ
   ルブ（１１）とを有しており、 前記水冷式内燃機関（３）の暖機運転時に前記温度検出
   手段（１７）によって検出される冷却水温度が前記所定
   温度を越えているときは、前記制御バルブ（１１）を開
   き、 前記水冷式内燃機関（３）の暖機運転時に前記温度検出
   手段（１７）によって検出される冷却水温度が前記所定
   温度以下のときは、前記制御バルブ（１１）を閉じるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の冷却
   系装置。
3. 【請求項３】 前記蓄熱タンク（９）を迂回するバイパ
   ス水路（１０ｂ）が前記タンク水路（１０ａ）接続して
   おり、 前記温度検出手段（１７）は、前記タンク水路（１０
   ａ）と前記バイパス水路（１０ｂ）との合流部位（１１
   ７）に配設されていることを特徴とする請求項２に記載
   の車両用内燃機関の冷却系装置。
4. 【請求項４】 前記タンク水路（１０ａ）のうち前記蓄
   熱タンク（９）の冷却水下流側に配設され、空気を加熱
   するヒータコア（１２）と、 前記ヒータコア（１２）の空気上流側に配設され、車室
   内に吹き出す空気を送風する送風機（１３）とを有し、 前記水冷式内燃機関（３）の暖機運転時には前記送風機
   （１３）を停止することを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の冷却系装置。