JPS6325167B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の冷却装置に関するものであ
る。

内燃機関は今日そのほとんどが水冷式に構成さ
れており、かかる水冷式内燃機関の冷却装置は一
般に、例えば山海堂発行の自動車工学全書第４巻
「ガソリンエンジン」に記載されているようなシ
ステムを持ち、このシステムは概略第１図に示す
如くである。

即ち、第１図中１はシリンダブロツク、２はシ
リンダヘツド、３は吸気管を夫々示し、概ねこれ
らで構成されるエンジン本体に各要素のウオータ
ージヤケツトを経て機関冷却水が機関駆動される
ウオータポンプ４により矢印方向へ通流され、内
燃機関の冷却を行なう。そして、この間に機関か
らの熱を奪つて加温された機関冷却水はその温度
に応動して開くサーモスタツト５及びアツパ通路
６を経てラジエータ７のアツパタンクに至り、該
ラジエータ内をロアタンクに向け落下中に放熱、
冷却された後ロア通路８を経てウオータポンプ４
に戻される。なお、冷却水温度が低い間サーモス
タツト５は閉じられているか、又は開度を小さく
され、ラジエータ７への冷却水流量を制限して機
関始動後冷却水温度を早期に上昇したり、これが
低下し過ぎないようにし、残余冷却水をバイパス
路９によりラジエータ７をバイパスしてウオータ
ポンプ４に戻す。

しかして、かかる従来の内燃機関用冷却装置は
その冷却容量を、機関の発熱量が多くなる高速、
高負荷運転時のオーバーヒートに対応し、この時
の発熱量に見合うよう大き目に設定しているた
め、機関の低負荷、アイドリング運転中冷却容量
が過大気味であり、冷却水温が低くなり過ぎてい
た。

ところで、機関回転数が650rpm、点火時期が
15゜BTDCの時における空燃比と燃料消費量との
関係を示すと例えば第２図に示す如きであり、こ
の図中曲線ａは冷却水温が80℃の時の、又曲線ｂ
は冷却水温が100℃の時の特性を夫々示す。これ
ら両特性の比較から明らかなように燃料消費量
（燃費）は各空燃比とも冷却水温の高い場合の方
が少なく（良く）、従つて低負荷、アイドリング
運転中冷却水温が低くなり過ぎる従来の内燃機関
用冷却装置は、この運転域で燃費の悪化を避けら
れなかつた。

又、従来の上記冷却装置では、サーモスタツト
５がラジエータ７側の冷却水温とは無関係に、機
関内循環後の冷却水温のみに応動して開度を決定
されるものであつたため、ラジエータ７側の冷却
水温が未だ低い過渡期において、即ち機関始動後
しばらくの間、機関内循環後の冷却水温が上昇し
てサーモスタツト５を開弁し、この冷却水がラジ
エータ７内の未だ温度が低い冷却水と混合して温
度低下し、再度機関内循環により温度上昇すると
いう過程を繰り返し、冷却水温が第３図に示すよ
うに温度の上下変化、所謂ハンチングを繰り返
し、ひいては燃費の悪化、運転性の悪化を招くと
いう問題を生じていた。

本発明はこれらの問題を解決するため、機関冷
却水路の途中にこれを適宜連通、遮断するコント
ロールバルブを設けると共に、該コントロールバ
ルブの上流部及び下流部における冷却水温を夫々
感知する感温手段を設け、上流部感温手段の感知
温度が第１の設定温度以下の基では前記コントロ
ールバルブを閉状態に保ち、上流部感温手段の感
知温度が第１の設定温度と第２の設定温度との間
にある場合は前記コントロールバルブを低負荷、
アイドリング運転域で閉じ、それ以外の運転域で
開状態にすると共にその開度を前記下流部感温手
段の感知温度に応じこれが低くなるにつれ小さく
するようにし、上流部感温手段の感知温度が第２
の設定温度以上の基では前記コントロールバルブ
を全開状態に保つよう構成した内燃機関の冷却装
置を提供しようとするものである。

以下、図示の実施例により本発明を詳細に説明
する。

第４図は本発明の一実施例を示し、本発明にお
いては冷却水路を第１図につき前述した従来装置
と同様に構成するが、該冷却水路の途中、例えば
アツパ通路６中にコントロールバルブ１０を従来
のサーモスタツド５（第１図参照）に置換して挿
入する。コントロールバルブ１０はアツパ通路６
を適宜連通、遮断する弁体１１と、これを作動す
るダイアフラム式アクチユエータ１２と、感温手
段１３とを具える。

アクチユエータ１２はダイアフラム１２ａによ
り仕切られた負圧室１２ｂと、大気圧室１２ｃ
と、ダイアフラム１２ａを図中下方に付勢するば
ね１２ｄとを有し、ダイアフラム１２ａには作動
ロツド１２ｅを結着する。作動ロツド１２ｅをＯ
リング１２ｆにより液密封止してアツパ通路６内
に貫入し、該作動ロツドの先端に感温手段１３を
介して弁体１１を連結する。

感温手段１３は矢印で示す冷却水の流れ方向に
おいて弁体１１の下流部に配置する。感温手段１
３はガイド筒１３ａを具え、これと作動ロツド１
２ｅとを両者間に伝熱部材１３ｂを挾んで一体結
合し、伝熱部材１３ｂの一部をアツパ通路６内に
露出させて冷却水温を迅速に内部に伝達し得るよ
うにする。ガイド筒１３ａ内にスライダ１３ｃを
摺動自在に嵌合し、これと伝熱部材１３ｂとの間
にサーモワツクス１３ｄを封入する。スライダ１
３ｃの先端に弁体１１を固着し、これとガイド筒
１３ａとの間に引張ばね１３ｅを張設してスライ
ダ１３ｃをサーモワツクス１３ｄとの間に隙間が
生じないようこれに押付ける。

１４はサーマルバキユームバルブで、感温手段
１５とバルブ部分１６とよりなり、感温手段１５
を弁体１１の冷却水流方向上流部に配してアツパ
通路６内に位置させる。感温手段１５はそのケー
ス１５ａ内にピストン１５ｂを摺動自在に嵌合
し、これとケース１５ａの開口端を塞ぐ伝熱キヤ
ツプ１５ｃとの間にサーモワツクス１５ｄを封入
する。ピストン１５ｂにバルブ部分１６の第１弁
体１６ａを一体成形し、これに対する弁座１６ｂ
及び弁孔１６ｃをケース１５ａに形成する。バル
ブ部分１６の第２弁体１６ｄを第１弁体１６ａに
対設し、これに対する弁座１６ｅ及び弁孔１６ｆ
をバルブ部分１６の弁本体１６ｇに形成する。弁
本体１６ｇには更にその図中上端にピストン１６
ｈを摺動自在に嵌合して室１６ｉを画成し、この
室をポート１６ｊにより常時大気に連通させ、室
１６ｉ内の空気がピストン１６ｈのストロークを
妨げないようにする。

ピストン１６ｈの図中下方に延びるピストンロ
ツドはピン１６ｋを介して第１弁体１６ａに一体
結合し、このピン１６ｋに第２弁体１６ｄを摺動
自在に嵌装する。そして、第１弁体１６ａに圧縮
ばね１６を作用させ、ピストン１５ｂを〓間な
くサーモワツクス１５ｄに押付け、第２弁体１６
ｄにその両側より圧縮ばね１６ｍ，１６ｎを作用
させて、これらばねのバランス位置に第２弁体１
６ｄを弾支する。室１６ｉの周壁に大気導入孔１
６０を形成し、該孔内にエヤフイルター１６ｐを
挿置する。なお、孔１６０の位置は、ピストン１
６ｈが図示する下限位置と第２弁体１６ｄが弁座
１６ｅに着座し始めた時の位置との間でストロー
クする際、該ピストンにより塞がれており、ピス
トン１６ｈが後者の位置より上昇する際孔１６０
が弁孔１６ｆに通ずるよう決定する。

アクチユエータ１２の負圧室１２ｂは導管１
７、チエツクバルブ１８及び導管１９を経て機関
の吸気管３（第１図参照）に接続し、導管１７を
分岐管２０によりサーマルバキユームバルブ１４
の弁孔１６ｆに、又導管１９を分岐管２１により
サーマルバキユームバルブ１４の弁孔１６ｃに
夫々接続する。

チエツクバルブ１８は透孔１８ａを有する仕切
壁１８ｂと、ゴム弁板１８ｃと、板ばね１８ｄと
よりなる通常のものとし、導管１９に吸引力が生
ずると、これによりゴム弁板１８ｃが仕切壁１８
ｂから離れるよう変形し、透孔１８ａを経て負圧
室１２ｂ内に上記の吸引力（負圧）を導びくこと
ができる。

上述の構成とした本発明装置の作用を次に説明
する。

第４図は冷却水が冷えた機関停止時における本
発明装置の状態を示す。

ここで機関を始動すると、この時サーモワツク
ス１５ｄが収縮状態でピストン１５ｂを介し第１
弁体１６ａを図示の閉位置にしているため、機関
始動により吸気管３（第１図参照）内に生じた機
関吸入負圧は導管１９、チエツクバルブ１８及び
導管１７を経て負圧室１２ｂに及び、ダイアフラ
ム１２ａ、作動ロツド１２ｅ、感温手段１３を介
し弁体１１をばね１２ｄに抗して図中上昇させ、
この弁体を閉状態に保つ。これにより図中矢印方
向に流れようとする冷却水は弁体１１で行止まり
となり、ラジエータ７（第１図参照）に向かわ
ず、これにより放熱されることもない。従つて、
冷却水は急速に温度上昇し、暖機が促進される。

この暖機運転中機関側（弁体１１の上流側）の
冷却水が温度上昇し、第１の設定温度に達する
と、この温度上昇を受けて膨脹されるサーモワツ
クス１５ｄはピストン１５ｂを介し第１弁体１６
ａを弁座１６ｂから離反した開弁位置となす。し
かし、この時のピストン１５ｂのストロークはば
ね１６ｍ，１６ｎ間に釣合い支持されている第２
弁体１６ｄを弁座１６ｅに着座させる程大きくな
く、この第２弁体は相変らず開弁位置に保たれ
る。従つて、導管１９内に導びかれている機関吸
入負圧はチエツクバルブ１８に関係なく、分岐管
２１、弁孔１６ｃ，１６ｆ、分岐管２０及び導管
１７を経て負圧室１２ｂ内に供給され、この負圧
室は機関の運転負荷に対応した負圧値にされるよ
うになる。

ところで、機関の低負荷、アイドリング運転中
は機関吸入負圧が高くなることから、これを負圧
室１２ｂに供給されて応動するコントロールバル
ブ１０は弁体１１を大きく図中上昇させ、この弁
体を相変らず閉位置にしている。これがため、こ
の時も冷却水はラジエータによる放熱を受けず、
冷却装置が高速、高負荷運転時の十分な冷却能力
を目指して大きな冷却容量を持つよう構成されて
いても、低負荷、アイドリング運転域において冷
却水温が低くなり過ぎるのを防止でき、燃費の向
上及び運転性の向上を可能ならしめる。

かかる状態で冷却水温が機関のオーバーヒート
を惹起するような温度に向う途中で第２の設定温
度以上になると、この温度を受けて引続き膨脹す
るサーモワツクス１５ｄがピストン１５ｂを更に
図中上昇させ、遂には第２弁体１６ｄを弁座１６
ｅに着座する閉位置となして分岐管２０，２１間
の連通を遮断すると同時に、ピストン１６ｈをし
て孔１６ｏを塞がない位置に図中上昇させる。こ
れにより、今迄機関吸入負圧を供給されていた負
圧室１２ｂは導管１７、分岐管２０、孔１６ｏ及
びエヤフイルター１６ｐを経て大気圧を切換導入
されるようになり、ダイアフラム１２ａはばね１
２ｄのばね力で作動ロツド１２ｅ、感温手段１３
を介し弁体１１を図示の全開位置となす。かくて
冷却水はラジエータ７（第１図参照）に向うよう
になり、これによる放熱を開始され、上記第２の
設定温度以上になることがなく、オーバーヒート
の発生を防止することができる。

一方、第１弁体１６ａ及び第２弁体１６ｄが共
に開弁位置となる前記の状態で、機関の低負荷、
アイドリング以外の運転中は機関吸入負圧が比較
的低いことから、これを負圧室１２ｂに供給され
て応動するコントロールバルブ１０は弁体１１を
閉位置になし得ず、開位置となし、しかもその開
度を機関の運転負荷に応じ、即ち負荷が大きくな
るにつれ開度が増すよう変化させる。従つて、機
関の発熱量が多くなる高負荷、高速運転域へ向か
うにつれ、コントロールバルブ１０はその開度を
増して多量の冷却水をラジエータに通流させ、冷
却水の放熱量を増し、冷却水を運転状態に関係な
くほぼ好適な一定値に保つことができる。

この状態で、弁体１１の下流部における感温手
段１３は、該下流部の冷却水温に応じて膨縮する
サーモワツクス１３ｄによりスライダ１３ｃを介
し弁体１１を閉弁方向又は開弁方向に位置補正
し、コントロールバルブ１０の開度を以下の如く
補正する。即ち、上記下流部の冷却水温が末だ低
い場合、サーモワツクス１３ｄは膨脹しないた
め、スライダ１３ｃ、従つて弁体１１をガイド筒
１３ａに対し図示の相対位置に保ち、コントロー
ルバルブ１０の開度を比較的小さくしている。こ
れがため、弁体１１の上流側における温度上昇さ
れた冷却水は少量が弁体１１を通りその下流側に
おける末だ低温の冷却水と混合するのみで、この
混合による冷却水の温度変化は極く僅かである。
その後、弁体１１の下流側における冷却水温が上
昇するにつれ、サーモワツクス１３ｄは遂次大き
く膨脹してゆき、コントロールバルブ１０の開度
を漸増するが、この間も弁体１１の上流側におけ
る冷却水が弁体１１の下流側における冷却水と混
合する量は両側冷却水の温度差に対応するようコ
ントロールバルブ１０の上記開度変化により制御
される。従つて、冷却水温が過渡期において、即
ち機関始動後しばらくの間、上下変化を繰り返す
ようなハンチング現象を防止することができ、こ
の点でも燃費の向上及び運転性を向上させること
ができる。

そして、機関の定常運転に至り、冷却水温が第
２の設定温度に達し、その後この設定温度を越え
ると、感温手段１５が前述したように分岐管２
０，２１間の連通を遮断すると同時に、負圧室１
２ｂをエヤフイルター１６ｐを経て大気開放とな
し、コントロールバルブ１０を全開させる結果、
機関循環後の冷却水を全量矢印で示すようラジエ
ータに向かわせる。これがため、冷却水は第２の
設定温度以上にされることがなく、機関のオーバ
ーヒートを防止することができる。

かくして本発明装置は機関冷却水路の途中（図
示例ではアツパ通路６中）にこれを適宜連通、遮
断するコントロールバルブ１０を設けると共に、
該コントロールバルブの上流部及び下流部におけ
る冷却水温を夫々感知する感温手段１５，１３を
設け、上流部感温手段１５の感知温度が第１の設
定温度以下の基では前記コントロールバルブ１０
を閉状態に保ち、上流部感温手段１５の感知温度
が第１の設定温度と第２の設定温度との間にある
場合は前記コントロールバルブ１０を低負荷、ア
イドリング運転域で閉じ、それ以外の運転域で開
状態にすると共にその開度を前記下流部感温手段
１３の感知温度に応じこれが低くなるにつれ小さ
くするようにし、上流部感温手段１５の感知温度
が第２の設定温度以上の基では前記コントロール
バルブ１０を全開状態に保つよう構成したから、
上流部感温手段１５の感知温度が第１の設定温度
以下である機関始動直後において暖機を促進する
制御と、上流部感温手段１５の感知温度が第２の
設定温度以上となる時機関のオーバーヒートを防
止する制御とが従来通り得られる。しかも上流部
感温手段１５の感知温度が第１及び第２の設定温
度間の値となる過渡期においては、コントロール
バルブ１０を低負荷、アイドリング運転域で閉じ
るようにしたから、この運転域で低下傾向となる
冷却水温を前記作用説明通り高めて、燃費の向上
及び運転性の向上を図ることができる。又、同じ
過渡期においても低負荷、アイドリング以外の運
転域ではコントロールバルブ１０を開くも、その
開度を下流部感温手段１３の感知温度に応じこれ
が低くなるにつれ小さくするようにしたから、こ
の運転域で冷却水温が大きく変動するハンチング
を前記作用説明通り防止することができ、この点
でも燃費の向上と運転性の向上を期待することが
できる。

第５図は本発明の他の例を示し、本例ではサー
マルバキユームバルブ１４を第４図の例における
とは異なる構成配置とし、第４図の例におけるチ
エツクバルブ１８を省略する。本例のサーマルバ
キユームバルブ１４は感温手段２２を前述した例
と同様弁体１１の上流部に配置するが、弁体１１
に対向させて設置する。

本例のサーマルバキユームバルブ１４は感温手
段２２及びバルブ部２３に共通なシリンダ２４を
具え、このシリンダ内にピストン２２ａ，２３ａ
を摺動自在に嵌合して、ピストン２２ａと伝熱キ
ヤツプ２２ｂとの間にサーモワツクス２２ｃを封
入した室を画成すると共に、ピストン２３ａとシ
リンダ２４の盲端との間に弁室２３ｂを画成す
る。両ピストン２２ａ，２３ａ間をピストンロツ
ド２５により連結し、シリンダ２４内に隔壁２３
ｃを固設する。隔壁２３ｃとピストン２２ａとの
間にばね２２ｄを縮設してピストン２２ａを隙間
なくサーモワツクス２２ｃに押付ける。ピストン
２３ａは隔壁２３ｃに近い端面と外周面との間を
連通する連通孔２３ｄを有し、この連通孔は、ピ
ストン２３ａが図示の上限位置とポート２３ｅ，
２３ｆを閉じる直前位置との間でストロークする
間、外周面開口端を閉塞されているよう該開口端
の位置を決定する。又、ピストン２３ａと隔壁２
３ｃとの間における室に通ずる室に開口するポー
ト２３ｇを設け、これを導管２６により大気に連
通させる。更に、ポート２３ｅは導管２７により
吸気管３（第１図参照）に、ポート２３ｆは導管
２８により負圧室１２ｂに夫々接続する。なお、
ピストン２２ａには別のピストンロツド２２ｅを
一体に設け、これをキヤツプ２２ｂに貫通して弁
体１１に突当てる。

かかる構成の本例装置は機関の低温始動時図示
の状態となり、サーモワツクス２２ｂが収縮状態
のため、感温手段２２はピストン２２ａ及びピス
トンロツド２２ｅを介し弁体１１を閉状態に保
ち、前述した例と同様に暖機を促進する。冷却水
温が上昇し、第１の設定温度に達すると、これに
応じて膨脹するサーモワツクス２２ｃがピストン
２２ａを介しピストンロツド２２ｅを弁体１１か
ら離れるよう下降させ、弁体１１はアクチユエー
タ１２により位置制御されるようになる。なお、
この時ピストン２３ａもピストン２２ａと一体的
に下降するが、ポート２３ｅ，２３ｆを遮断する
に至らず、従つて連通孔２３ｄがポート２３ｆに
連通することもない。この状態で導管２７より導
管２８を経て室１２ｂ内に機関吸入負圧を導入さ
れるアクチユエータ１２は前述した例と同様機関
吸入負圧、即ち運転負荷に応じコントロールバル
ブ１０を開度制御し、同時にこの開度は前述した
例と同様感温手段１３により補正される。

その後冷却水温が第２の設定温度を越えると、
感温部２２が尚一層大きくピストン２２ａ，２３
ａを下降させ、ピストンロツド２２ｅを弁体１１
から更に離反させる。この時ピストン２３ａはポ
ート２３ｅ，２３ｆを遮断すると同時に、連通孔
２３ｄをポート２３ｆに通じさせる。これによ
り、今迄機関吸入負圧を導入されていた室１２ｂ
は導管２６、ピストン２３ａ及び隔壁２３ｃ間の
室、連通孔２３ｄ、ポート２３ｆ及び導管２８を
経て大気圧を切換え導入されることとなり、アク
チユエータ１２は前述した例と同様に弁体１１を
全開位置に保持する。

かようにして本例装置も前述した例と全く同様
に作用し、前記本発明の効果を奏し得て同様の目
的を達することができるが、本例ではサーマルバ
キユームバルブ１４の構造が簡単になると共に、
前記実施例におけるチエツクバルブ１８が不要に
なる分、構成の簡易化を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関用冷却装置のシステム
図、第２図は冷却水温をパラメータとして示す空
燃比に対する燃料消費量の変化特性図、第３図は
従来システムによる冷却水温の変化特性図、第４
図は本発明の内燃機関用冷却装置の一実施例を示
すシステム図、第５図は本発明装置の他の例を示
すシステム図である。 ６……ラジエータアツパ通路（機関冷却水路）、
１０……コントロールバルブ、１１……弁体、１
２……アクチユエータ、１３……下流部感温手
段、１４……サーマルバキユームバルブ、１５，
２２……上流部感温手段、１６，２３……バルブ
部、１８……チエツクバルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関冷却水路の途中にこれを適宜連通、遮断
   するコントロールバルブを設けると共に、該コン
   トロールバルブの上流部及び下流部における冷却
   水温を夫々感知する感温手段を設け、上流部感温
   手段の感知温度が第１の設定温度以下の下では前
   記コントロールバルブを閉状態に保ち、上流部感
   温手段の感知温度が第１の設定温度と第２の設定
   温度との間にある場合は前記コントロールバルブ
   を低負荷、アイドリング運転域で閉じ、それ以外
   の運転域で開状態にすると共にその開度を前記下
   流部感温手段の感知温度に応じこれが低くなるに
   つれ小さくするようにし、上流部感温手段の感知
   温度が第２の設定温度以上の下では前記コントロ
   ールバルブを全開状態に保つよう構成したことを
   特徴とする内燃機関の冷却装置。