JPS6344930B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンの冷却装置に係り、特に水冷
式の冷却装置に係る。

自動車等に用いられるエンジンは一般に、エン
ジンの過熱を防止するために冷却装置を備えてい
る。従来一般に、この冷却装置は、シリンダヘツ
ド及びシリンダブロツクに設けられたウオータジ
ヤケツトと、前記ウオータジヤケツトを通る冷却
水流を付勢するウオータポンプと、ラジエータ
と、前記ウオータジヤケツトの出口をその入口に
接続し途中に前記ラジエータを含む第一の還流通
路と、前記ウオータジヤケツトの出口をその入口
に接続し途中に前記ラジエータを含まない第二の
還流通路（バイパス通路）と、前記第一の還流通
路を選択的に遮断する制御弁とを有し、前記制御
弁は前記ウオータジヤケツトを流れる冷却水の温
度に応じて作動し、その温度が所定値以下の時に
は閉弁して前記第一の還流通路を遮断し、前記温
度が所定値以上の時には前記第一の還流通路の連
通を確立するようになつている。

ところで、ガソリンの如き液体燃料が用いられ
るエンジンに於ては、エンジンの冷間時、エンジ
ン燃焼室へ吸入される燃料が十分に気化されず、
これにより各気筒に於ける燃料供給量の不安定、
燃焼の不安定、また気筒間の燃焼のばらつきが生
じ、暖機完了後に比してエンジンの運転性が低下
する。このエンジン冷間時の運転性の低下を防ぐ
ために、従来一般にはエンジン冷間時にはチヨー
ク装置等によつて暖機完了後に比して燃料供給量
を増量することが行なわれている。このエンジン
冷間時の燃料増量が行なわれれば、冷間時の運転
性の低下は回避されるが、しかし燃料消費量の増
加、排気ガス中のHC、CO成分の増加という弊害
が生じる。

また、燃料の気化を促進するために気化器方式
のエンジンに於ては、排気熱又は電気式ヒータ等
により吸気マニホールドのライザ部を加熱するこ
とが行なわれている。しかし、燃料がライザ部を
通過する際に気化されても吸気ポートの壁面温度
が低いと、その燃料が吸気ポートを通過する際に
冷されて再びその一部が液化するという問題があ
る。また、燃料噴射式エンジンに於ては、一般に
燃料を吸気バルブ近くに噴射する構造になつてい
るため、その燃料の気化に排気熱又は電気ヒータ
等を十分に活用することが困難である。

上述の如き問題点を解決するためには、エンジ
ン始動後、吸気ポートの壁面温度を急速に上昇さ
せることが有効であり、そのためには吸気ポート
の壁面温度を支配するシリンダヘツドのウオータ
ジヤケツトの冷却水の温度を急速に上昇させる必
要がある。

しかし、現在一般に用いられている上述の如き
冷却装置に於ては、シリンダヘツドのウオータジ
ヤケツトとシリンダブロツクのウオータジヤケツ
トの温度が常にほぼ等温に維持され、エンジン冷
間時にエンジンのシリンダヘツドから冷却水に伝
えられる熱量が熱容量の大きいシリンダブロツク
に多量に消費されるため、エンジン始動後に於け
る冷却水温度の急速上昇を図ることができない。

シリンダヘツドのウオータジヤケツトを含む冷
却水還流通路とシリンダブロツクのウオータジヤ
ケツトを含む冷却水還流通路とを互に独立させ、
エンジン冷間時にシリンダヘツドより冷却水に伝
えらる熱量がシリンダブロツクにて消費されない
ようにし、エンジンに始動後のシリンダブロツク
のウオータジヤケツトの冷却水温度が急速に上昇
するよう構成された冷却装置が考えられている。
しかし、この冷却装置にあつては、シリンダブロ
ツクのウオータジヤケツトの冷却水温度の上昇が
従来のものに比して大幅に遅れ、このためその冷
却水温度に大きな影響を受けるエンジン潤滑油の
温度の上昇が遅れ、摩擦損失による燃料消費量の
増大を招くことになる。

本発明は従来の冷却装置に於ける上述の如き不
具合に鑑み、シリンダヘツドのウオータジヤケツ
トを流れる冷却水温度をエンジン始動後に急速に
上昇でき、しかもシリンダブロツクのウオータジ
ヤケツトの冷却水温度の上昇を大幅に遅延させる
ことがない改良されたエンジンの冷却装置を提供
することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、シリンダヘツ
ドに設けられた第一のウオータジヤケツトと、シ
リンダブロツクに設けられた第二のウオータジヤ
ケツトと、前記第一及び第二のウオータジヤケツ
トを通る冷却水流を各々付勢する第一及び第二の
ウオータポンプと、ラジエータと、前記第一及び
第二のウオータジヤケツトの出口をそれらの入口
に接続し途中に前記ラジエータを含む第一の還流
通路と、前記第一及び第二のウオータジヤケツト
の出口をそれらの入口に接続し途中に前記ラジエ
ータを含まない第二の還流通路と、前記第一のウ
オータジヤケツトの出口をそれの入口に接続し途
中に前記ラジエータを含まない第三の還流通路
と、前記第二のウオータジヤケツトの出口をその
入口に接続し途中に前記ラジエータを含まない第
四の還流通路と、前記第二の還流通路に於ける前
記第一のウオータジヤケツトを通る流路部分を遮
断し前記記第三の還流通路と前記第四の還流通路
の連通を各々独立して確立する第一の制御弁と、
前記第一の還流通路を流れる冷却水の流量を制御
する第二の制御弁とを有しており、前記第一の制
御弁は前記第一のウオータジヤケツトを貫流する
冷却水の温度が第一の所定値以下のとき閉弁し、
前記第二の制御弁は前記温度が前記第一の所定値
より高い第二の所定値以上のとき開弁するよう構
成されていることを特徴とするエンジンの冷却装
置によつて達成される。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図は本発明によるエンジンの冷却装置の一
つの実施例を示す線図である。第１図に於て、１
はエンジンを示しており、このエンジン１は主に
各気筒の燃焼室の頭部を郭定するシリンダヘツド
２と、前記燃焼室の周壁を郭定するシリンダブロ
ツク３とを有している。シリンダヘツド２とシリ
ンダブロツク３には各々ウオータジヤケツト４，
５が個別に設けられており、これらウオータジヤ
ケツトを冷却水が互に独立した流れをもつて個別
に貫流するようになつている。

ウオータジヤケツト４の入口６はウオータポン
プ１０の吐出ポートに、またウオータジヤケツト
５の入口７はもう一つのウオータポンプ１１の吐
出ポートに各々接続されている。ウオータジヤケ
ツト４及び５の出口８，９は各々導管１２，１３
及び１４を経て制御弁１５の一方のポートに接続
されている。制御弁１５はその他方のポートにて
導管１６を経てラジエータ１７の入口に接続され
ている。ラジエータ１７はその出口にて導管２０
を経てもう一つの制御弁２２の一方のポートに接
続されている。制御弁２２はその他方のポートに
て導管１８を経てウオータポンプ１０の吸入ポー
トに接続されている。また導管２０は導管１９を
経てウオータポンプ１１の吸入ポートに接続され
ている。また導管１４と１８及び導管１３と２０
とは各々これらより小径のバイパス導管２１，２
３により互に接続されている。尚、バイパス導管
２１はバイパス導管２３よりより一層小径の導管
により構成されている。

ウオータポンプ１０，１１は各々エンジン１に
より駆動されるようになつている。

２８は車内暖房用のヒータコアを示しており、
このヒータコアはその入口にて導管２６を経て導
管１４に、また出口にて導管２９を経て導管１４
に各々接続されている。導管２６の途中には開閉
弁２７が設けられており、この開閉弁２７はヒー
タコア使用時のみ開弁され、導管１４を流れる冷
却水の一部がヒータコア２８へ流れるようにして
いる。

４０は制御弁１５及び２２の作動を制御するた
めの制御装置である。この制御装置は導管１８に
設けられた水温センサ２４が発生する温度信号を
入力される。水温センサ２４は導管１８を流れる
冷却水の温度、換言すればウオータジヤケツト４
に流入する冷却水温度を検出するようになつてい
る。制御装置４０はマイクロコンピユータであつ
て良く、水温センサ２４により検出された冷却水
の温度が第一の所定値、例えば80℃以下の時には
制御弁２２へ閉弁信号を、前記温度が前記第一の
所定値以上の時には制御弁２２へ開弁信号を各々
出力し、また前記温度が前記第一の所定値より高
い第二の所定値、例えば85℃以下の時には制御弁
１５へ閉弁信号を、前記温度が前記第二の所定値
以上の時には制御弁１５へ開弁信号を各々出力す
るようになつている。

次に、上述の如き構成からなる冷却装置の作用
について説明する。

先ず、エンジン１の始動後に於て、水温センサ
２４が検出する温度が第一の所定値以下、即ちエ
ンジン暖機中（エンジン冷間時）について説明す
る。この時には制御装置４０が発生する指令信号
により制御弁１５と２２は共に閉弁している。従
つてこの時にはウオータポンプ１０により送られ
る冷却水は入口６よりウオータジヤケツト４へ流
入し、該ウオータジヤケツト４を貫流し、その際
にエンジン１より受熱し、出口８より導管１２へ
流出し、導管１４、バイパス導管２１及び導管１
８を経てその全量がウオータポンプ１０に戻る。

一方、ウオータポンプ１１により送られる冷却
水は入口７よりウオータジヤケツト５へ流入し、
該ウオータジヤケツトを貫流してその出口９より
導管１３へ流出し、これよりバイパス導管２３、
導管２０，１９を経てウオータポンプ１１に戻
る。即ち、水温センサ２４が第一の所定値以上の
温度を検出するまでは、ウオータジヤケツト４を
貫流する冷却水とウオータジヤケツト５を貫流す
る冷却水とが全く混流せずに独立した還流通路を
経て循環する。

シリンダヘツドに於ける冷却水受熱量はシリン
ダブロツクに於けるそれよりスロツトルバルブ全
開運転時等の高負荷運転時に於ても一般に大き
く、アイドリング等の低負荷運転時に於てはシリ
ンダブロツクに於ける冷却水受熱量の数倍もの大
きさに達する。またシリンダヘツドの受熱量はシ
リンダブロツクのそれに比して通常数分の１の大
きさである。このため上述の如くシリンダヘツド
のウオータジヤケツトを貫流する冷却水とシリン
ダブロツクを貫流する冷却水が互に独立した還流
通路を経て循環すると、その両冷却水が一つの共
通の還流通路を経て循環する時に比してシリンダ
ヘツドの水温は数倍の速さで上昇する。これによ
り吸気ポートの壁面温度もそれにつれて速く上昇
し、吸気ポートを経てエンジン燃料室に吸入され
る燃料の気化が促進される。これによりエンジン
冷間時のチヨーク時間を従来に比して短縮でき、
燃費、排気ガス性能を改善できるばかりでなく、
エンジン冷間時の運転性も改善できる。また、ウ
オータジヤケツト４の冷却水温度が速く上昇すれ
ば、ヒータ及びデフロスタの立上りが速くなり、
厳寒時に於ける快適性及び安全性を向上すること
ができる。また吸気マニホールドのライザ部を冷
却水によつて加熱するようになつているものに於
ては、エンジン始動後に於けるライザ部温度の上
昇が速くなり、エンジン冷間時に於ける燃料の気
化がより一層促進されるようになる。

エンジン１の運転に伴いウオータジヤケツト４
を貫流する冷却水温度は上昇し、それが第一の所
定値を越えると、制御装置４０が発生する指令信
号により制御弁２２のみ開弁される。この時には
ウオータポンプ１０により送られる冷却水は入口
６よりウオータジヤケツト４へ流入し、ウオータ
ジヤケツト４を貫流したのち出口８より導管１２
に流出し、その一部は前述したエンジン暖機時と
同様の経路を経てウオータポンプ１０に戻るが、
バイパス導管２１の導管がバイパス導管２３のそ
れより小さいため、導管１２へ流出した冷却水の
大部分はバイパス導管２３、導管２０、制御弁２
２、導管１８を経てウオータポンプ１０に戻る。
またウオータポンプ１１により送られる冷却水は
入口７よりウオータジヤケツト５へ流入し、該ウ
オータジヤケツトを貫流したのち出口９より導管
１３へ流出し、上述した暖機時と同じくバイパス
導管２３、導管２０，１９を経てウオータポンプ
１１に戻る。バイパス導管２３及び導管２０に於
てはウオータジヤケツト４からの冷却水とウオー
タジヤケツト５からの冷却水とが互に混り合つて
流れるため、ウオータジヤケツト５を貫流する冷
却水はウオータジヤケツト４を貫流した冷却水よ
り熱を与えられてその昇温速度を増大する。これ
によりシリンダブロツク側冷却水温度に強い影響
を受けるエンジン潤滑油の温度が上昇し、エンジ
ンの摩擦損失が低下するため燃費及び排気性能が
改善される。

尚、ウオータジヤケツト５の冷却水がウオータ
ジヤケツト４の冷却水と混ることによりウオータ
ジヤケツト４に流入する冷却水の温度が低下し、
この温度が再び前記第一の所定値以下になること
がある。この場合にはウオータジヤケツト４の冷
却水温度とウオータジヤケツト５の冷却水温度が
互に等しくなり且その温度が前記第一の所定値以
上になるまで制御弁２２は開閉を繰返すことにな
る。こうして制御弁２２はシリンダブロツク側冷
却水温度が第一の所定値に達するまで開閉を繰返
すことになるが、制御弁２２の開度が制御される
ことにより水温センサ２４の検出温度をほぼ第一
の所定値に維持した状態にてシリンダヘツド側の
冷却水とシリンダブロツク側の冷却水との熱交換
を維持させ、シリンダブロツク側の冷却水の温度
上昇を促進することは可能である。

次に水温センサ２４が検出する温度が第二の所
定値を越えると、制御装置４０が発生する指令信
号により制御弁１５も開弁する。この時にはウオ
ータジヤケツト４，５を各々貫流して導管１２，
１３へ流出した冷却水の一部はバイパス導管２３
へ流れるが、そのバイパス導管２３の管径が導管
１４等のそれより小さいため、その冷却水の大部
分は導管１４、制御弁１５を経てラジエータ１７
に至り、該ラジエータを貫流する際に冷却され、
そのうちの一部は導管２０、制御弁２２、導管１
８を経てウオータポンプ１０に戻り、また残りは
導管２０，１９を経てウオータポンプ１１に戻
る。

このように冷却水の温度が第二の所定値を越え
て上昇すると、ラジエータ１７にて冷却水の冷却
が行われることにより、ウオータジヤケツト４及
び５の冷却水温度はほぼ前記第二の所定値に維持
され、これによりエンジン１の過熱が防止され
る。

尚、この場合も制御弁１５は開閉を繰返すこと
になるが、水温センサ２４が検出する温度がほぼ
第二の所定値に維持されるよう制御弁１５の開度
を制御することも可能である。

第２図乃至第６図は本発明による冷却装置の他
の実施例を示している。尚、第２図乃至第６図に
於て第１図に対応する部分は第１図に付した符号
と同一の符号により示されている。

第２図に示された実施例に於ては、バイパス導
管２１の途中にもう一つの制御弁３０が設けられ
ている。この制御弁３０は制御装置４０によつて
制御弁２２とは相反する関係にて開閉制御される
ようになつている。即ち、制御弁３０は制御弁２
２が閉弁しているとき開弁し、制御弁２２が開弁
しているとき閉弁する。

制御弁３０が設けられたことにより、制御弁２
２が開いているときウオータジヤケツト４を貫流
した冷却水の全てがバイパス導管２３を経て流れ
るようになり、ウオータジヤケツト４を貫流した
冷却水とウオータジヤケツト５を貫流した冷却水
とが良く混り合うようになる。

またこの実施例に於ては、ヒータコア２８の出
口をバイパス導管２３に接続する導管３１が設け
られている。制御弁３０が閉じられたとき等、導
管１４を流れる冷却水の流量が減少したり或いは
零になつた時もウオータジヤケツトを貫流した冷
却水の一部が導管２６、ヒータコア２８、導管３
１を経て流れ、この時のヒータコアの作動が確保
される。

また、第３図に示された実施例に於ては、更に
バイパス導管２３の途中に制御弁３２が設けられ
ている。この制御弁３２は制御装置４０により制
御され、水温センサ２４が検出する温度が前記第
二の所定値以上或いはその第二の所定値より所定
量高い第三の所定値以上を検出したとき閉弁し、
それ以外の時には開弁するようになつている。制
御弁３２が閉弁している時には制御弁３０は閉弁
し、また制御弁１５は開弁しているから、ウオー
タジヤケツト４及び５を貫流した冷却水はその全
量が制御弁１５を経てラジエータ１７へ流れ、ラ
ジエータ１７を貫流する冷却水の流量が増加す
る。これによりラジエータ１７の冷却水冷却能力
が増大し、ラジエータの小型化を図ることが可能
になる。

また第４図に示された実施例に於ては、開閉弁
２７に代えてヒータコア８の出口部に制御弁３３
が設けられている。制御装置４０は水温センサ２
４が発生する温度信号に加えてヒータオン・オフ
センサ３４が発生する信号を入力されるようにな
つている。制御装置４０は制御弁１５，２２、及
び３０に対しては水温センサ２４が発生する温度
信号に基いて上述した実施例と同様の態様にて制
御信号を出力するようになつており、制御弁３３
に対しては水温センサ２４が発生する信号とヒー
タオン・オフセンサ３４が発生する信号とに応じ
て制御信号を出力するようになつている。即ち、
制御装置４０はヒータオン・オフセンサ３４によ
りヒータオフ信号を入力された時には制御弁３３
に閉弁信号を、ヒータオン・オフセンサ３０より
ヒータオン信号を与えられ且水温センサ２４が第
一の所定値以上の温度を検出していない時にはヒ
ータコア２８の出口を導管２９に接続する信号
を、それ以外の時にはヒータコア２８の出口を導
管２９及び導管３１に接続する信号を各々出力す
るようになつている。

ヒータオン・オフセンサ３４がヒータオン信号
を出力している時、換言すれば車室内暖房が行わ
れている時、水温センサ２４が検出する温度が第
一の所定値以下の時にはヒータコア２８の出口が
導管２９に接続され、また水温センサ２４が検出
する温度が第一の所定値以上の時には、換言すれ
ば制御弁２２が開弁して制御弁３０が閉弁してい
る時にはヒータコア２８の出口が導管２９及び３
１に接続される。これによりヒータ使用中に於
て、水温センサが検出する温度が第一の所定値以
下のときウオータジヤケツト４を貫流してヒータ
コア２８へ流れた冷却水が導管２９を経て導管１
４へのみ流れ、これがウオータジヤケツト５を貫
流した冷却水と混合するのが防止され、暖機中に
於てシリンダヘツド４の冷却水が少しでもウオー
タジヤケツト５を貫流した冷却水と混合すること
が回避され、シリンダヘツド４の冷却水の温度上
昇が速くなる。

また第５図に示された実施例に於ては、制御弁
２２が導管２０に代えて導管１９の途中に設けら
れている。バイパス導管２３は制御弁２２とウオ
ータポンプ１１との間に於ける導管１９と導管１
３とを接続するようになつている。また導管１９
に水温センサ２５が設けられ、この水温センサ２
５はウオータポンプ１１に吸入される冷却水の温
度を検出し、それに応じた温度信号をコンピユー
タ４０へ出力するようになつている。制御装置４
０は水温センサ２４，２５の各々が発生する温度
信号を入力され、水温センサ２４或いは２５の少
なくとも何れか一方が第一の所定値以上の温度を
検出したとき制御弁２２へ開弁信号を出力するよ
うになつている。

上述の如く構成されていることにより、エンジ
ン冷間時に於て、ウオータジヤケツト４より流出
した冷却水がヒータ或いはライザ部加熱等により
熱を奪われて、その温度が低下している間に、ウ
オータジヤケツト５の冷却水の温度が上昇してエ
ンジンの過熱が生じることが防止される。

尚、各温度状態下に於ける冷却水の流れは第１
図に示された実施例と実質的に同一である。

また第６図に示された実施例に於ては、水温セ
ンサ２４，２５が各々導管１８，１９に代えて導
管１２，１３に設けられ、ウオータジヤケツト
４，５より流出する冷却水の温度を検出するよう
になつている。制御装置４０は制御弁１５及び２
２には第５図に示されたそれと同様に制御信号を
出力し、それに加えて電動式のウオータポンプ１
０，１１の駆動速度を制御するようになつてい
る。即ち、制御装置４０は水温センサ２４又は２
５が検出する水温が第一の所定値以下の時にはウ
オータポンプ１０及び１１を吐出流量が例えば10
リツトル／分程度になる低速度にて駆動し、水温
センサ２４又は２５が第一の所定値以上の温度を
検出し且水温センサ２４が第二の所定値以下の温
度を検出している時には吐出流量が例えば30リツ
トル／分程度になる中速度にてウオータポンプ１
０及び１１を駆動し、水温センサ２４が第二の所
定値以上の温度を検出している時には吐出流量が
50リツトル／分程度になる高速度にてウオータポ
ンプ１０及び１１を駆動するようになつている。
この実施例に於ては、ウオータポンプ１０及び１
１の回転速度が冷却水温度に応じて最小必要限の
速度に制御され、エンジン１のポンプ損失が低減
する。

尚、上述した実施例に於ては、各制御弁をコン
ピユータによつて制御しているが、これら各制御
弁は所定の冷却水の温度に感応するサーモワツク
スタイプの感温弁により構成されていても良いこ
とは勿論のことである。

以上の説明から本発明の冷却装置によれば、エ
ンジン始動後に於けるシリンダヘツドのウオータ
ジヤケツトの冷却水温度を従来のものに比して急
速に上昇でき、それによりエンジンに吸入される
気体燃料の気化を促進でき、またシリンダブロツ
クの暖機を大幅に遅延させることがないという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図及び
第６図は各々本発明によるエンジンの冷却装置の
実施例を示す線図である。 １……エンジン、２……シリンダヘツド、３…
…シリンダブロツク、４，５……ウオータジヤケ
ツト、６，７……入口、８，９……出口、１０，
１１……ウオータポンプ、１２，１３，１４……
導管、１５……制御弁、１６……導管、１７……
ラジエータ、１８，１９，２０……導管、２１…
…バイパス導管、２２……制御弁、２３……バイ
パス導管、２４……水温センサ、２６……導管、
２７……制御弁、２８……ヒータコア、２９……
導管、３０……制御弁、３１……導管、３２……
制御弁、３３……制御弁、３４……ヒータオン・
オフセンサ、４０……制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘツドに設けられた第一のウオータ
   ジヤケツトと、シリンダブロツクに設けられた第
   二のウオータジヤケツトと、前記第一及び第二の
   ウオータジヤケツトを通る冷却水流を各々付勢す
   る第一及び第二のウオータポンプと、ラジエータ
   と、前記第一及び第二のウオータジヤケツトの出
   口をそれらの入口に接続し途中に前記ラジエータ
   を含む第一の還流通路と、前記第一及び第二のウ
   オータジヤケツトの出口をそれらの入口に接続し
   途中に前記ラジエータを含まない第二の還流通路
   と、前記第一のウオータジヤケツトの出口をそれ
   の入口に接続し途中に前記ラジエータを含まない
   第三の還流通路と、前記第二のウオータジヤケツ
   トの出口をその入口に接続し途中に前記ラジエー
   タを含まない第四の還流通路と、前記第二の還流
   通路に於ける前記第一のウオータジヤケツトを通
   る流路部分を遮断し前記記第三の還流通路と前記
   第四の還流通路の連通を各々独立して確立する第
   一の制御弁と、前記第一の還流通路を流れる冷却
   水の流量を制御する第二の制御弁とを有してお
   り、前記第一の制御弁は前記第一のウオータジヤ
   ケツトを貫流する冷却水の温度が第一の所定値以
   下のとき閉弁し、前記第二の制御弁は前記温度が
   前記第一の所定値より高い第二の所定値以上のと
   き開弁するよう構成されていることを特徴とする
   エンジンの冷却装置。