JPS6042186Y2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の暖機時間短縮ならびにアイドリンク
時における青白煙の発生防止を企図した内燃機関の冷却
装置に関するものである。

内燃機関においては、高温高圧の燃焼ガスに接する部分
は極めて高温となり、潤滑油がその役目を果さないばか
りか、急激な温度勾配により、シリンダ壁等に亀裂を生
じたり、部品の寿命が短かくなる等の問題があるため、
高温部には冷却水を流通させるための水ジャケットを設
け、清水ポンプを用いて冷却水を循環させているが、機
関始動時や、冷態における運転時には冷却水の流量が多
過ぎると、逆に機関が冷えすぎ、アイドリング時におけ
る暖機時間が長くなったり、燃焼が不完全になり、ハイ
ドロカーボンの排出量増加や、青煙、白煙発生の原因に
なる等、排気濃度が悪化する不都合を生じる外、清水冷
却器の直後に空気冷却器を設置した場合には、寒冷地の
航行や低速運転時等に過冷却により空気冷却器内に凝縮
水が発生し、この凝縮水がシリンダ内に入ることによっ
てウォータハンマ現象を生じたり、ライナーの摩耗等を
生じる原因となる。

そこで、従来の冷却装置では第１図に示す如く通常運転
中はエンジン１から出た冷却水が清水クーラ２を通って
冷却された後、サーモスタット部３を経て清水ポンプ４
て加圧され、前記エンジン１の要冷却部である高温のオ
イルクーラ、シリンダブ陥ツク、シリンダヘッド及び排
気マニホールド等を通って暖められ、再度清水クーラ２
に循環する如く構成されていると共に、サーモスタット
部３と清水クーラ２の入口部との間には清水クーラバイ
パス流路５が配設され、サーモスタット部３を通過する
冷却水の温度が低いときは、サーモスタットの働きによ
り、清水クーラ２からサーモスタット部３に連通する流
路６が閉じられ、前記バイパス流路５が開かれて、エン
ジン１から出た冷却水が直接サーモスタット部３に流入
した後、清水ポンプ４に流入することにより、冷却作用
を受けずに循環する如く構成され、シリンダブロック、
オイルクーラ等の機関部が早期に暖たまり、暖機時間が
短縮されるようになっている。

ところが、かかるサーモスタット付き冷却装置において
も、前記清水ポンプ４が機関運転中は常時駆動して冷却
水をエンジン１とサーモスタット３との間の冷却回路内
で循環させるため、機関連部初期において、暖められた
エンジン１内の冷却水温度が低下腰燃焼室の熱をリング
等を介して奪って、燃焼性能が悪化する外、前記サーモ
スタットの開弁設定温度は全負荷時のピストン膨張代に
よって制約される関係上、該設定温度以上に上げること
ができず、結局、機関始動時や、低速、低負荷状態での
運転時における青煙、白煙防止対策が充分とは云えなか
った。

なお、前記サーモスタットの代わりに電磁弁を用いたり
、あるいは電磁弁とサーモスタットとを共働させて暖機
時間の短縮を図る冷却装置（実公昭４８−４４４９１号
公報参照）も提案されているが、この場合もサーモスタ
ットおよび電磁弁の開弁温度が制約を受けるため、冷却
水の温度を上げることができず、青白煙を発生する問題
を残していた。

本考案はかかる従来の内燃機関の冷却装置が有していた
問題点を克服すべくなされたもので、機関と清水クーラ
とを結ぶ冷却回路に水ポンプ及びサーモスタットを具有
し、かつ、前記清水クーラにクーラバイパス通路を設け
てなる冷却系統において、機関の冷却水入口を冷却水出
口との間に、これらを連絡する機関バイパス通路を設け
ると共に、該機関バイパス通路と機関冷却水出口側通路
との合流部に、両通路のうち何れか一方を選択的に閉鎖
する切換弁を設けた構成を特徴とするものである。

以下、本考案の具体的内容を添付図面に示す実施例を参
照しつつ詳細に説明すると、第２図は本考案の冷却装置
の概略を示す冷却系統図であって、エンジン１１の冷却
水出口１７は冷却水出口側通路１８によって冷却用清水
を冷却する清水クーラ１２と連結され、該清水クーラ１
２はサーモスタット部１３を経て清水ポンプ１４と連通
していると共に、該清水ポンプ１４は、その吐出側に配
設された冷却水入口側通路１９により、前記エンジン１
１の冷却水人口２０に接続されて、高温部である図示し
ないオイルクーラ、シリンダブロック、シリンダヘッド
、排気マニホールド等と連通しており、上記エンジン１
１の各高温部を経た冷却水が冷却水出口１７から出て冷
却水出口側通路１８を通り再度清水クーラ１２へ還流す
る如く構成されている。

更に前記冷却水出口側通路１８における清水クーラ１２
の入口側と、サーモスタット部１３とは清水クーラバイ
パス通路１５により連絡され、サーモスタット部１３に
は、該サーモスタット部１３を流れる冷却水の温度によ
り清水クーラ１２から該サーモスタット部１３に通じる
通路１６と、上記バイパス通路１５とを交互に開閉する
弁を備えたサーモスタット２１が収設されている。

前記清水ポンプ１４の吐出部が連結されたエンジン冷却
水人口２０と、冷却水出口１７とを連絡している機関バ
イパス通路２２は本考案の要部を構成するものであって
、該機関バイパス通路２２と、前記冷却水出口１７から
延出した冷却水出口側通路１８との合流部は各通路を選
択的に閉鎖する切換弁２３が配設されていると共に、前
記バイパス通路２２と前記エンジン冷却水出口１７との
間には高温冷却水通路２４が介設され、該高温冷却水通
路２４が前記バイパス通路２２と合流する部分には、前
記冷却回路のサーモスタット２１よりも開弁温度の高い
サーモスタット２５が設けられている。

切換弁２３は、第３図及び第４図に図示する如く、前記
エンジン冷却水出口部１７に接続されるポート２６．２
７と、該切換弁２３と清水クーラ１２とを連絡するポー
ト２８と、前記機関バイパス通路２２に接続されるポー
ト２９とを備えた弁箱３０内に、有底円筒状の弁体３１
を回動可能なる如く収設したものであって、該弁体３１
の円筒部分に穿設した一方の連絡孔３２が第３図に示す
如く弁箱３０に設けた開口３３と合致したとき、エンジ
ン１１のシリンダヘッドに連通するポート２６、排気マ
ニホールドおよびシリンダヘッドに連通するポート２７
および清水クーラ１２に連通するポート２８との間の流
路、即ち冷却水出口側通路１８が開かれる一方、第４図
に示す如く弁体３１に設けた連絡孔３４が弁箱３０側の
開口３５と合致したとき、前記エンジン冷却水出口２０
から延びる機関バイパス通路２２に連通ずるポート２９
と清水クーラ１２に通じるポート２８とが連通し、同時
に前記冷却水出口側通路１８が閉鎖される構成となって
いる。

図中、２４は弁箱３０の内部において前記冷却水出口側
通路１８と機関バイパス通路２２とを区画する壁３６に
穿設された高温冷却水通路であって、該通路２４には、
主としてポート２７から流入する冷却水の温度に応じて
、該高温冷却水通路２４を開閉する補助サーモスタット
２５が設けられている。

該補助サーモスタット２５は前記機関冷却水出口通路１
８が閉鎖された状態において、エンジン１１内の冷却水
が過剰に熱せられた場合に開弁じ、高温冷却水通路２４
を連通させて、高温冷却水を清水クーラ１２側に逃がせ
、機関のオーバーヒートを防止する役割をなすものであ
る。

なお、上記構成の切換弁２３は、例えば冷却水の温度を
計測腰その温度に対応して運転者が手によって操作する
外、エンジンへの燃料供給量を遠隔位置でコントロール
し、機関回転数を制御するリモートコントロール装置と
連動させたり、第５図に示す如く機関負荷と排気温度と
が略比例関係にあることを利用して排気マニホールド３
７内の温度検知器３８を配設し、該検知器３８から発せ
られる信号に応じて作動する電磁弁３９によって自動的
に操作するか、あるいは、第６図に示す如く機関のクラ
ンク軸やカム軸端部のギヤ４０の側面に、該ギヤ４０の
回転数を検知する回転計４１を配設し、機関回転数に応
じて発せられる信号を受けて作動する電磁弁４２によっ
て操作するなど各種の方式によって制御される。

本考案の冷却装置は叙上の如き構成を有するもので、次
にその作用について説明すると、先ず、機関始動直後に
おいて冷却水の温度が低いときは前記切換弁２３を第４
図の状態、即ち第２図において実線イて略示する如く、
エンジン１１の出口側通路１８を閉鎖し、機関バイパス
通路２２を清水クーラ１２側へ向う通路と連通させるこ
とにより、冷却水ポンプ１４によって圧送される冷却水
は清水ポンプ１４→機関バイパス通路２２一切換弁２３
→クーラーバイパス通路１５→サーモスタット部１３−
清水ポンプ１４の回路内において循環するため、エンジ
ン１１内における冷却水の出口がなく、エンジン１１の
各部が発生する熱によって冷却水温度が急速に上昇し、
青白煙の発生が防止される。

一方、機関がアイドリング状態を脱し、定常運転あるい
は高負荷運転に入ったときは、前記切換弁２３を第３図
の状態、即ち第２図における破線口で略示する側に切換
え、機関バイパス通路２２を閉鎖し、エンジン冷却水出
口１７から清水クーラ１２側に向う冷却水出口通路１８
を連通させれば、清水ポンプ１４によって圧送される冷
却水は清水ポンプ１４→工ンジン冷却水人ロ１７→冷却
水出ロ側通路１８→清水クーラ１２→サーモスタット部
１３→清水ポンプ１４の回路を循環しながら、エンジン
１１の高温部から熱を奪い、清水クーラ１２内において
海水に熱を放出して機関の過熱を防止すると共に、冷却
水が清水クーラ１２によって冷え過ぎたときは、サーモ
スタット２１の作用によりクーラバイパス通路１５が開
かれ、冷却水温度がサーモスタット２１の略開弁温度（
例えば７０〜８０℃）程度を維持するため機関の運転状
態を極めて良好に保つことができる。

なお、本考案冷却装置を実際のディーゼルエンジンに適
用した場合Ａと、第１図に示す如き従来の冷却装置を備
えたエンジンの場合Ｂの性能及び特性を測定しところ第
７図乃至第９図各Ａ、 Ｂの如き結果が得られた。

第７図は機関のアイドリング時における青白煙濃度及び
ヘッドジャケット内水温の経時変化を示したグラフであ
って、これによれば、本考案の冷却装置Ａは従来装置Ｂ
の場合と比較してヘッドジャケット内水温が略１００°
Ｃの高温に維持されているため青白煙濃度が顕著に低下
している。

また、第８図は第７図と同じく機関の始動直後における
前記ヘッドジャケット内水温Ｔｗとシリンダヘッド燃焼
面温度Ｔｈとの経時変化、即ち、温度上昇速度を示した
もので、このグラフによれば、本考案の冷却装置の場合
Ａでは従来の装置の場合Ｂの定常状態温度、例えばヘッ
ドジャケット内水温Ｔｗが７０〜７７Ｃ１あるいはシリ
ンダヘッド燃焼面温度Ｔｈが１１４〜１１６°Ｃに達す
るまで略半分の時間であり、従って暖機に要する時間が
約１７２に短縮されている。

更に第９図は機関の回転速度に対応する機関冷却水入口
側清水温度ｔｆｗ、、シリンダヘッド内清水温度ｔｆＷ
２、排気マニホールド出口側の清水温度ｔｆｗ３を測定
したものであって、これによれば、本考案装置の場合Ａ
ては機関回転数に対応して切換弁の操作を行なっている
ため、特にエンジンのジャケット上部の水温が約４００
〜ｉ１０００ｒｐの回転速度において顕著に上昇してお
り、低速時におけるシリンダヘッド部等の青白煙に関連
する部分の温度改善が図られていることが首肯される。

以上述べた如く本考案の冷却装置は、機関の冷却水入口
と冷却水出口との間にこれらを連絡する機関バイパス通
路を設けると共に、該機関バイパス通路と機関冷却水出
口側通路との合流部に、両通路のうちいずれか一方を選
択的に閉鎖する切換弁を設けることにより、アイドリン
グ時において冷却水の温度が低い間は、上記切換弁によ
って機関冷却水出口通路を閉鎖することで、清水ポンプ
から出た冷却水を機関発熱部に送ることなく、全て機関
バイパス通路を経てクーラバイパス通路との環状閉鎖回
路内を循環させ、機関の燃焼室の熱が低温冷却水によっ
て奪われるのを防止したものであるから、アイドリング
時等には、機関発熱部の水ジャケット及びその周辺機関
部が効率よく暖められ、暖機時間が著しく短縮され、空
気冷却器の過冷却によるウォータハンマ現象や、ライナ
の摩耗等を生じる虞れがなくなると共に、低力燃焼性能
が良好となって従来の冷却装置の如きハイドロカーボン
の排出量増加や、青白煙の発生が大巾に改善され、公害
防止に大なる貢献をなすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷却装置の回路図、第２図は本考案の冷
却装置の一例を示す冷却系統図、第３図および第４図は
同装置に使用する切換弁の構成を示す概要図、第５図お
よび第６図は上記切換弁の操作手段を示す説明図、第７
図乃至第９図は冷却装置の諸性能を示したグラフであり
、Ａは本考案の冷却装置の場合、Ｂは従来の冷却装置の
場合である。 １１・・・・・・機関（エンジン）、１２・・・・・・
清水クーラ、１４・・・・・・清水ポンプ、１５・・・
・・・清水クーラバイパス通路、１７・・・・・・冷却
水出口、１８・・・・・・冷却水出口側通路、２０・・
・・・・冷却水入口、２１・・・・・・サーモスタット
、２２・・・・・・機関バイパス通路、２３・・・・・
・切換弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 機関と清水クーラとを結ぶ冷却回路に、水ポンプおよび
   サーモスタットを具有し、かつ、前記清水クーラにクー
   ラバイパス通路を設けてなる冷却系統において、機関の
   冷却水入口と冷却水出口との間にこれらを連絡する機関
   バイパス通路を設けると共に、該機関バイパス通路と機
   関冷却水出口側通路との合流部に、両通路のうちいずれ
   か一方を選択的に閉鎖する切換弁を設けてことを特徴と
   する内燃機関の冷却装置。