JPS6042187Y2 - 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グ
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
すぎると、逆に機関が冷え過ぎ、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、シリンダブロック、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、シリンダブロツり、
オイルクーラ等の機関部が早期に暖まり、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、機関運転初期において、暖められた
エンジン１内の冷却水温度が低下し、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
転時における青白煙防止対策が充分とは云えなかった。

また、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出来ず、青白煙を発生する問
題を残していた。

なお、かかる不都合を解消するため、機関冷却水入口と
冷却水出口との間に、これらを連絡する機関バイパス通
路を形成すると共に、該機関バイパス通路と機関冷却水
出口通路との合流部に両通路を交互に開閉する切換弁を
設けた冷却装置を別途提案したが、この冷却装置の場合
においても、アイドリング時に切換弁によって冷却水循
環系路を切換え、機関内で暖った冷却水の流失を規制し
て機関内冷却水の温度上昇を促進し得るものの、切換弁
の切換え操作が不完全な場合は、機関内冷却水が過剰に
熱せられ、機関のオーバーヒートを招来する懸念があっ
た。

本考案は、かかる従来の冷却装置が有していた問題点の
是正ならびに改善を目的としてなされたもので、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
ス通路を形威し、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と共に、前記機関冷却水出
口側通路と機関バイパス通路との間に、前記サーモスタ
ットよりも開弁温度の高い補助サーモスタットを介設せ
しめ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、シリンダブ陥ツク、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１
２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。

２２は前記清水ポンプ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１
８との合流部に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
が介設されている。

更に図中、２５は高温冷却水通路２４が前記バイパス通
路２２と合流する部分に設けられた補助サーモスタット
であって、該補助サーモスタット２５の開弁温度は、前
記サーモスタット２１よりも高く、機関冷却水温の上限
値に設定されている。

前記切換弁２３は、第３図及び第４図に図示する如くエ
ンジン冷却水出口部１７に接続されるポ−ト２６，２７
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
ホールド及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に連通するポート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が配設されている。

なお、上記構成の切換弁２３は、例えば冷却水の温度を
計測し、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３７内に温度検知器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４
０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図において実線イで示される如
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１４一機関バイパン通路２２→４ＪＭ
弁２３→クーラバイパス通路１５→サーモスタット部１
３→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１
１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と共に、機関冷却水出口
側通路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は、補助サーモスタット２５
の作用により、高温冷却水通路２４を介して機関バイパ
ス通路２２に排出され、その分だけ新たにエンジン１１
の冷却水が導入されて、エンジン１１内の冷却水温度が
略補助サーモスタット２５の開弁温度（例えば９０〜１
００°Ｃ）程度を維持し、機関のオーバーヒートが防止
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示される側に切換
え、機関バイパス通路２２を閉鎖腰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
水は清水ホープ１４→エンジン冷却本人ロ１７→冷却水
出ロ側通路１８→清水り−ラ１２→サーモスタット部１
３→清水ポンプ１４の回路を循環しながら、エンジン１
１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’Ｃ’）程度を維持するため機関運転状
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通
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の性能および特性を測定したとこ
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およ
びヘッドジャケット内水温の経時的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１０
０°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７０〜７２’Ｃ！、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
側の清水温度ｔｆｗ１、シリンダヘッド内清水温度ｔｆ
Ｗ２、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で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４０
０〜１１０００ｒｐ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発生
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
ク時等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側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冷却水によって
奪われるのを防止すると共に、機関冷却水出口側通路が
閉鎖された状態において機関内の冷却水が過剰に熱せら
れたときは、開弁温度の高い補助サーモスタットが作用
し、高温冷却水を清水クーラ側へ逃がすようにしたもの
であるから、アイドリング時には、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、
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
善されると共に、切換弁による冷却水通路の切換えが充
分でない場合においても補助サーモスタットの作用によ
り機関の過熱が未然に防止されるという優れた効果を発
揮するものである。

【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、２５・・・・・・補助サーモスタット。

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
   バイパス通路を形成し、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と共に、前記機関冷
   却水出口側通路と機関バイパス通路との間に、前記サー
   モスタットよりも開弁温度の高い補助サーモスタットを
   介設せしめたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。