JPS6036750Y2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、自動車用エンジンの冷却装置に関し、特に、
水冷式自動車用エンジンの暖機特性の改善を図ったもの
である。

従来の水冷式自動車用エンジンの冷却装置としては、例
えば第１図に示すようなものがある。

ここで、１はラジェータであり、ラジェータ１内をエン
ジンを冷却するための冷却水が循環する。

一方、２はエンジンのシリンダブロック３およびシリン
ダヘッド４の内部に形成したウォータジャケットであり
、このウォータジャケット２の内部にも冷却水が充填さ
れる。

ラジェータ１の下方部には、冷却水管路５を接続し、こ
の管路５の他端はファン６の回転軸に軸着されたウォー
タポンプ７の吸入側ポートと接続する。

ウォータポンプ７の駆動により、ラジェータ１内の冷却
水を、シリンダブロック３およびシリンダヘッド４の内
部に形成したウォータジャケット２に供給してエンジン
を冷却する。

ウォータジャケット２内の冷却水の温度が低いときには
、サーモスタット８が閉じており、ウォータジャケット
２内の冷却水はラジェータ１に導かれて冷却されること
はなく、バイパス通路９からウォータポンプ７の吸入側
に流れ、ウォータポンプ７を介してウォータジャケット
２内に再び流入する。

また、冷却水が十分温まった後は、サーモスタット８が
開路しているので、冷却水はサーモスタット８、管路１
０を介してラジェータ１に流入する。

この高温状態の冷却水はラジェータ１の上部から下部に
向って流れる際に、ファン６からの送風を受けて放熱し
冷却される。

ラジェータ１で冷却された冷却水は、再び管路５からウ
ォータポンプ７によりウォータジャケット２内に流入さ
れてエンジンを冷却する。

しかしながら、このような従来の水冷式エンジンの冷却
装置にあっては、ウォータジャケット２内には冷却水が
満たされているので、冷間時等にエンジンを始動してエ
ンジンを暖機するためにはウォータジャケット２内の冷
却水も同時に暖めなくてはならず、エンジンの暖機に長
時間を要していた。

従って、暖機運転時にエンジン排気ガスとして排出され
る炭化水素や一酸化炭素の排出量が多くなり、更にまた
、エンシンカ寸分に暖機されるまでの間は、エンジンが
冷えており、エンジンの摩擦損失の増大により、燃料消
費量が増加するという問題があった。

本考案は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、冷間時等のエンジン始動時に、ウォータジャケ
ット内に満たされていた冷却水を予め用意した冷却水タ
ンクに向けて全量流出させ、暖機運転によってシリンダ
ヘッド等の所定部位の温度が所定温度まで上昇した後に
、ウォータジャケット内に挿入した管路から、冷却水タ
ンクに収容した冷却水をウォータジャケット内に流入さ
せて、エンジンの冷却を開始するようにして、暖機運転
時のエンジンの発熱を冷却水を加熱するために用いるこ
となく、エンジンを暖機するためにのみ利用腰以って、
暖機時間を従来に比して短縮することにより、上記問題
点を解決することを目的としている。

以下に図面に基づいて本考案を説明する。

以下で第１図と同様の箇所には同一符号を附して説明を
省略する。

第２図および第３図Ａは本考案冷却装置の一実施例を示
し、ここで１１はウォータジャケット２の下部端に接続
した冷却水抜取り用管路であり、この管路１１は切換弁
１３を介し、管路１４を経。

て電動ポンプ１５の一方のポートに接続する。

管路１４からは冷却水流入用管路１６を分岐させる。

この管路１６には切換弁１７、管路１６′、逆上弁１８
を介して、冷却水噴射用管路１９を接続しておく。

この管路１９は、第３図Ａに示すように、シリンダヘッ
ド４内に形成したウォータジャケット２内に、エンジン
の長手方向に沿ってシリンダヘッド４の全長にわたり挿
入しておく。

なお、冷却水噴射用管路１９の下方部には、燃焼室３Ａ
の上部隔壁に向けて冷却水が噴射されるように、第３図
Ｂに示すような小孔１９Ａを多数あけておく。

切換弁１７は、例えば３ポ一ト２位置切換弁を用いるこ
とができ、２つのポートは前述したように管路１６，１
６’とそれぞれ接続しておき、残余の１つのポートは大
気連通用管路２０と接続して、管路２０の他端は大気に
解放する。

一方、電動ポンプ１５の他方のポートは管路２１により
リザーバタンク２２と連通しておく。

２３はリザーバタンク２２の上壁に設けた空気抜孔であ
り、リザーバタンク２２内は常時大気圧に保持される。

なお、切換弁１３．１７はそれぞれ後述する制御回路か
らの切換駆動信号の送給をうけて所望の位置に切換られ
るものであり、例えば電磁弁を用いることができる。

また逆上弁１７はウォータジャケット２内の冷却水温度
が上昇したときに、冷却水が管路１９を逆流しないよう
にするためのものである。

第４図は第２図、第３図に示した本考案冷却装置を制御
するための回路の一実施例を示す。

ここで、３０は電池等の電源、３１は電源３０のオン、
オフ用キースイッチである。

３２は所定部位、例えばシリンダヘッドあるいはシリン
ダブロックの温度を検出するための温度検出器であり、
温度検出器３２で検出した温度は逐次モジュレータ３３
に供給され、予め設定した温度が検出される。

モジュレータ３３からは、第２図に示した切換弁１３．
１７の切換駆動部１３Ｓ、１７Ｓにそれぞれ切換駆動信
号を供給するとともに、後述する温度タイムスイッチ３
５、温度スイッチ３７にもスイッチオン、オフ制御信号
を供給する。

電動ポンプ１５を駆動するモータの回転数を制御するた
めのモータ回転数調整器３４には、モジュレータ３３か
ら回転数制御信号を供給する。

ここで、切換弁１３の切換駆動部１３Ｓは所定部位すな
わち、本例ではシリンダヘッド４の温度が予め定めた下
限設定値以下のときには、管路１１と管路１４が連通す
るように、また、シリンダヘッド４の温度が下限設定値
を越したときは、管路１１と管路１４とを遮断するよう
に作動するものとする。

一方、切換弁１７の切換駆動部１７Ｓは、シリンダヘッ
ド４の温度が予め定めた上限設定値以下のときには、管
路１６′と管路１６を遮断し、管路１６′と管路２０と
が連通ずるように、また、シリンダヘッド４の温度が上
限設定値を越したときは、管路１６′および管路１６と
管路２０とを遮断して、管路１６′と管路１６とが連通
ずるように作動するものとする。

３５は温度検出器３２で検出したシリンダヘッド４の温
度が予め定めた下限設定値以下のときに閉成腰閉成後、
一定時間が経過したときに自動的に開路する温度タイム
スイッチ、３６はリザーバタンク２２が空のときに開路
−それ以外のときに閉路する空−満スイッチ、３７は温
度検出器３２で検出したシリンダヘッド４の温度が予め
定めた上限設定温度に達すると閉成し、それ以下のとき
に開路している温度スイッチである。

３８はポンプ１５を駆動する電動モータ（図示せず）の
回転数を制御するためのアクチュエータであり、電動モ
ータに供給する電圧あるいは電流をモータ回転数調整器
３４からの信号に基づいて調整する。

４０は電動ポンプ１５の正転、逆転を制御するリレーで
あり、このリレー４０は接点ＡＩ、Ｂ１、Ｐｌからなる
接点群と、接点Ａ２． Ｂ２． Ｐ２からなる接点群を
有し、接点ＡＩ、Ａ２はそれぞれ大地電位に接続してお
く。

また、接点ＰＩ。Ｐ２は、それぞれ電動ポンプ１５を駆
動するモータの正転側端子、逆転側端子に接続し、接点
Ｂ１は温度タイムスイッチ３５に、接点Ｂ２はアクチュ
エータ３８に接続しておく。

また、リレー４０のコイルＣは温度タイムスイッチ３５
およびキースイッチ３１を介して電源３０と接続してお
く。

すなわち、キースイッチ３１、温度タイムスイッチ３５
が閉成しているときは、リレー４０のコイルＣが通電さ
れて、リレー４０が励磁され、リレー４０の各接点のう
ち接点Ｐ１と接点Ｂ１とが接続され、接点Ｐ２と接点Ａ
２とが接続される。

従って、ポンプ１５のモータには、温度タイムスイッチ
３５側から電源が供給され、ポンプ１５はウォータジャ
ケット２から氷を抜取る方向に回転（正転）する。

一方、キースイッチ３１、空−満スイッチ３６、温度ス
イッチ３７が閉成しているときには、温度タイムスイッ
チ３５は開路状態にあるので、リレー４０は消磁状態と
なり、第４図に示すようにリレー４０の各接点のうち、
接点Ｐ２と接点Ｂ２とが接続され、接点Ｐ１と接点Ａ１
とが接続される。

従って、モーターには温度スイッチ３７側から電源が供
給され、ポンプ１５はリザーバタンク２２の水をウォー
タジャケット２に供給する方向に回転（逆転）する。

次に第２図、第３図および第４図に基づいて本考案冷却
装置の作用を説明する。

冷間時等にキースイッチ３１を投入してエンジンを始動
させると、冷却装置内のサーモスタット８が閉路してい
るので、ウォータジャケット２内の冷却水は、バイパス
通路９からウォータポンプ７の吸入側ポートに流れ、ウ
ォータポンプ７によリウオータジャケット２内に再び流
入するようにして、ウォータジャケット２内に循環する
。

この状態では、温度検出器３２が検出するエンジンのシ
リンダヘッド４の温度が未だ予め定めた下限設定値以下
であり、温度タイムスイッチ３５は閉成状態にあるので
、リレー４０のコイルＣに電源３０からスイッチ３１．
３５を介して電流が流れ、リレー４０が励磁され、接点
ＰＩ、Ｐ２がそれぞれ接点Ｂｌ、Ａ２と接続されるから
、電動ポンプ１５はウォータジャケット２内の冷却水を
抜き取る方向に回転（正転）する。

更にまた、シリンダヘッド４の温度が予め定めた上限設
定値以下では前述したように、切換弁１７は切換駆動部
１７Ｓにより管路１６′と管路１６が遮断され、大気側
管路２０と管路１６′とが連通ずる位置をとり、また、
切換弁１３はその切換駆動部１３Ｓにより管路１１と管
路１４が連通する位置となっている。

しかしてエンジンのウォータジャケット２内の冷却水は
管路１１、切換弁１３および管路１４を介して、電動ポ
ンプ１５によりリザーバタンク２２に向って流出する。

このとき、ウォータジャケット２の内部は管路１９、逆
止弁１８、管路１６′、切換弁１７、管路２０を介して
大気に解放されており、常時、大気圧状態が保持されて
冷却水がスムーズに排出される。

温度タイムスイッチ３５が閉路してから所定時間経過す
るまでの間に、ウォータジャケット２内の冷却水は全量
リザーバタンク２２に流出され、エンジンの暖機が促進
される。

リザーバタンク２２に冷却水が流入すると空−満スイッ
チ３６が閉路される。

ウォータジャケット２内の冷却水を全量抜き取った後は
、ポンプ１５の駆動を停止する必要があり、本例では温
度タイムスイッチ３５の限時動作によりポンプ１５の駆
動を停止させる。

また、暖機が促進されてシリンダヘッド４の温度が下限
設定値を越えると、切換弁１３は管路１１と管路１４と
を遮断する位置に切換わる。

温度タイムスイッチ３５が開路するとリレー４０が消磁
され、リレー４０の接点Ｐ１は接点Ａ１と、接点Ｐ２は
接点Ｂ２とそれぞれ接続される。

また、温度スイッチ３７はシリンダヘッドの温度が５０
℃〜８０℃の範囲内の上限設定温度、例えば６０℃にな
るまでは開路状態を維持しているので、エンジンを始動
させてウォータジャケット２内の冷却水を全量抜き取っ
た後に、所定の時間が経過してリレー４０の各接点が第
４図に示すように接続されてもシリンダヘッド４の温度
が６０℃まで上昇していないときは、電動ポンプ１５の
モータニは電流が供給されず、従ってポンプ１５は駆動
されない。

このようなリレー４０の接点の接続状態でエンジンを引
続き運転し、エンジンを更に暖機していき、シリンダヘ
ッド４の温度が上限設定温度、例えば６０°Ｃに達する
と、温度検出器３２からの温度検出信号に基づいて、モ
ジュレータ３３は温度スイッチ３７にスイッチオンの信
号を供給し、温度スイッチ３７が閉路する。

また、リザーバタンク２２はウォータジャケット２から
流出した冷却水で満たされており、空−満スイッチ３６
は前述したように閉路状態を維持している。

従って、電動ポンプ１５のモータには逆転側端子から通
電がなされるので、電動ポンプ１５は逆転を開始する。

一方、三方切換弁１７は、温度検出器３２で検出した温
度に対応した検出信号の供給を受けたモジュレータ３３
からの切換駆動信号の送給を受けて、管路１６と管路１
６′を連通し、管路１６および管路１６′と大気に通ず
る管路２０とを遮断する位置に切換わる。

また、切換弁１３は前述したようにモジュレータ３３か
らの切換駆動信号により既に管路１１と管路１４を遮断
する位置に切換わっている。

従って、リザーバタンク２２内の冷却水は、電動ポンプ
１５の逆転により、管路１６、切換弁１７、管路１６′
、逆止弁１８を経て管路１９に向けて流出する。

シリンダヘッド４のウォータジャケット２に挿入されて
いる冷却水噴射用管路１９には、第３図Ｂに示すように
小孔１９Ａがあけられているので、管路１９に達した冷
却水はこの小孔１９Ａからシリンダヘッド４の下壁に向
けて噴射され、シリンダヘッド部を冷却する。

更に、この冷却水は、シリンダブロック３の周囲に形成
したウォータジャケット２内にも達し、シリンダブロッ
ク３をも冷却する。

ここで、リザーバタンク２２からウォータジャケット２
に冷却水を送給する際に、多量の冷却水を短時間に送給
すると、暖機されたエンジンが再び冷却してしまうおそ
れがある。

本例では、温度検出器３２からの温度検出信号を受けた
モジュレータ３３は、温度検出器３２で検出した温度に
対応した信号をモータ回転数調整器３４に逐次供給して
アクチュエータ３８を制御し、モータに供給する電流あ
るいは電圧を調整することにより、電動ポンプ１５の回
転数を制御してウォータジャケット２に流入する冷却水
の流入量を調整する。

このようにすることにより、エンジンの暖機は適切に制
御される。

なお、このように電動ポンプ１５の駆動をシリンダヘッ
ド等所定部位の温度に対応して適切に制御しても、エン
ジンが冷却され過ぎることもあるが、シリンダヘッド４
の温度が前述したように、予め定めた上限設定値、例え
ば６０°Ｃ以下に下がると、温度スイッチ３７が開路し
て、電動ポンプ１５の駆動が停止するので、エンジンが
冷却されすぎることはない。

エンジンが適度に冷却されながら、ウォータジャケット
２に向けて冷却水の噴射が続けられ、ウォータジャケッ
ト２内に十分冷却水が供給されてリザーバタンク２２が
空になると、空−満スイッチ３６が作動してスイッチ３
６が開路され、電動ポンプ１５の駆動が停止されて冷却
水の供給が終了する。

なお、冷却水がリザーバタンク２２からウォータジャケ
ット２へ向けて流れるときは、ウォータジャケット２に
挿入した冷却水噴射管路１９にあけた小孔からウォータ
ジャケット２に冷却水が噴射されるので、電動ポンプ１
５の吐出側の管路の圧力が上昇する。

従って、ウォータジャケット２からリザーバタンク２２
に冷却水を抜き取る場合に比して電動ポンプ１５の吐出
流量を小さく制御することができる。

また、以上ではシリンダヘッドの温度を検出して各種機
器を制御する場合について説明してきたが、シリンダブ
ロック等、エンジン主要部の適宜部位の温度を検出して
各種機器を制御してもよいこと勿論である。

以上説明したように本考案によれば、従来の水冷式自動
車エンジンの冷却装置のように、冷間時等のエンジン暖
機運転時にウォータジャケット内の冷却水をラジェータ
に循環させないようにする構成に代え、ウォータジャケ
ット内の冷却水を電動ポンプにより予め設けたリザーバ
タンクに流出させて、ウォータジャケット内の冷却水を
抜き取り、暖機によってエンジンのシリンダヘッド等の
所定部位の温度が所定温度まで上昇した後に、リザーバ
タンクに収容した冷却水をウォータジャケット内に噴射
させながら、ウォータジャケット内に流入させるように
したので、従来に比して、冷間時等のエンジン暖機時間
が短縮され、暖機運転時に大気に排出される炭化水素や
一酸化炭素の排出量を低減することができ、更に暖機運
転時の燃料消費量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の水冷式自動車エンジンの冷却装置の概略
構成図、第２図は本考案冷却装置の構成の一例を示す概
略構成図、第３図Ａは第２図のＡ−Ａ線断面図、第３図
Ｂは第２図および第３図Ａに示した冷却水噴射管の構成
の一例を示す斜視図、第４図は本考案冷却装置の制御回
路の一例を示す回路図である。 １・・・・・・ラジェータ、２・・・・・・ウォータジ
ャケット、３・・・・・・シリンダブロック、４・・・
・・・シリンダヘッド、５・・・・・・管路、６・・・
・・・ファン、７・・・・・・ウォータポンプ、訃・・
・・・サーモスタット、９・・・・・・バイパス通路、
１０，１１・・・・・・管路、１３・・・・・・切換弁
、１３Ｓ・・・・・・切換弁駆動部、１４・・・・・・
管路、１５・・・・・・電動ポンプ、１６．１６’・・
・・・・管路、１７・・・・・・切換弁、１７Ｓ・・・
・・・切換弁駆動部、１８・・・・・・逆止弁、１９・
・・・・・管路、１９Ａ・・・・・・小孔、２０，２１
・・・・・・管路、２２・・・・・・リザーバタンク、
２３・・・・・・空気抜孔、３０・・・・・・電源、３
１・・・・・・キースイッチ、３２・・・・・・温度検
出器、３３・・・・・・モジュレータ、３４・・・・・
・モータ回転数調整器、３５・・・・・・温度タイムス
イッチ、３６・・・・・・空−満スイッチ、３７・間・
温度スイッチ、３８・・・・・・アクチュエータ、４０
・・・・・・リレー、ＡＩ、Ａ２．Ｂｌ、Ｂ２．Ｐｌ、
Ｐ２・・・・・・接点、Ｃ・・・・・・コイル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ラジェータと、エンジン本体内に形成したウォータジャ
   ケットとを有し、冷却水を前記ラジェータおよび前記ウ
   ォータジャケットに循環させて、前記エンジン本体を冷
   却する内燃機関の冷却装置において、前記ウォータジャ
   ケット内に満たされた冷却水を抜き取る冷却水抜取り用
   管路と、前記抜取った冷却水を収容するリザーバタンク
   と、前記リザーバタンクに収容した冷却水を前記ウォー
   タジャケットに流入させる流入管路と、前記冷却水を前
   記ウォータジャケットから前記リザーバタンクへ向けて
   流出させるか、あるいは前記冷却水を前記リザーバタン
   クから前記ウォータジャケットに流入させるかを制御す
   るポンプとを具備したことを特徴とする内燃機関の冷却
   装置。