JPS64574B2 - - 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
ドおよ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充分に気化されず、
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
等を充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ヘツドの
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従来のも
のに比して遅れ、摩擦損失による燃料消費量の増
大を招くことになる。

又ところで、火花点火式のエンジンに於ては、
シリンダヘツドが強力に冷却されれば、メカニカ
ルオクタン価が向上し、ノツキングの発生が抑制
され、これに伴いエンジンの出力性能及び燃費が
向上する。

しかし、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を流れる冷却水の
温度を低くしてシリンダヘツドを強力に冷却しよ
うとすると、シリンダブロツクのウオータジヤケ
ツトを流れる冷却水の温度もそれに伴い低下し、
シリンダブロツクのウオータジヤケツトを流れる
冷却水の温度の影響を強く受けるエンジン潤滑油
の温度も低下し、エンジンの摩擦損失が増大し、
また燃焼室の周壁の温度低下に伴い排気ガス中の
HC濃度が増大するという不具合が生じる。

一般に、エンジンに於て、吸気ポートの壁面温
度を高く保ち燃料の気化を促進する必要があるの
は、エンジン冷間時で、エンジンの暖機完了後に
於ては、吸気マニホールド等の温度が充分高くな
つているので、吸気ポートの壁面温度を高く保た
なくてもエンジン燃焼室には充分気化された燃料
が吸入される。また、エンジンのノツキングが発
生するのは、エンジンの暖機完了後であり、エン
ジン冷間時にノツキングが発生することは殆どな
い。

本発明はエンジンの冷間始動時にシリンダヘツ
ドのウオータジヤケツトを流れる冷却水温度を急
速に上昇でき、またエンジンの暖機完了後にはシ
リンダヘツドのウオータジヤケツトを流れる冷却
水温度をシリンダブロツクのウオータジヤケツト
の冷却水温度とは別にノツキング対策上有効な低
温に維持でき、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、
前記第一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む第四の還流
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
い第五の還流通路と、前記第一の還流通路に於け
る前記第二のウオータジヤケツトを通る流路部分
及び前記第二の還流通路に於ける前記第二のウオ
ータジヤケツトを通る流路部分を遮断する第一の
制御弁と、前記第一の還流通路及び前記第四の還
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
と前記第二のウオータジヤケツトを貫流する第二
のウオータジヤケツトの冷却水温度とがともに第
一の所定値以下の時及び前記第二のウオータジヤ
ケツトを貫流する冷却水の温度が前記第一の所定
値とこれより高い第二の所定値との間である時に
閉弁しそれ以外の時に開弁し、前記第二の制御弁
は前記第二のウオータジヤケツトを貫流する冷却
水の温度が所定値以下である時に閉弁しそれ以外
の時に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（第一のウオータジヤケツ
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（第二のウオータ
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（第二の制御
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２０，１８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１９ａ、制御弁（第一の制御
弁）２２、導管１９ｂ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
２０及び導管１３と１９ｂとは各々これらより小
径のバイパス導管２１，２３により互に接続され
ている。尚、バイパス導管２３はバイパス導管２
１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。

従つて、この実施例に於ては、第一の還流通路
は導管１２，１３，１４，１６，２０，１８，１
９ａ，１９ｂにより構成され、第二の還流通路は
導管１２，１３，１４，２１，１８，１９ａ，１
９ｂにより構成され、第三の還流通路は導管１
２，１４，２１，１８により構成され、第四の還
流通路は導管１２，１４，１６，２０，１８によ
り構成され、第五の還流通路は導管１３，２３，
１９ｂにより構成されている。

２６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及
び１９ｂに設けられた水温センサ２４及び２５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、水
温センサ２５は還流通路１９ｂを流れる冷却水の
温度、即ちウオータジヤケツト５に流入する冷却
水温度を各々検出するようになつている。制御装
置２６はマイクロコンピユータであつて良く、水
温センサ２４及び２５により検出された冷却水の
温度がともに第一の所定値、例えば80℃以下の時
及び水温センサ２５により検出された冷却水の温
度が前記第一の所定値とこれより高い第二の所定
値、例えば85℃との間である時には制御弁２２へ
閉弁信号を、それ以外の時には制御弁２２へ開弁
信号を各々出力し、また水温センサ２５により検
出される冷却水の温度が前記第一の所定値以下の
時には制御弁１５へ閉弁信号を、それ以外の時に
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又は２５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２６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１８を経てその全量がウオータポンプ１
０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１９ｂを経てウオータポンプ１１に戻る。即
ち、水温センサ２４又は２５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。

即ち、この時には第三の還流通路と第五の還流
通路とが利用される。

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焼室に吸入され
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。

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
定値を越えたことが水温センサ２４により検出さ
れると、制御装置２６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、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。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、その
一部は上述した暖機時と同じくバイパス導管２
３、導管１９ｂを経てウオータポンプ１１に戻る
が、バイパス導管２３の管径がバイパス導管２１
のそれより小さいため、導管１２へ流出した冷却
水の大部分は導管１４、バイパス導管２１、導管
２０，１９ａ、制御弁２２、導管１９ｂを経てウ
オータポンプ１１に戻る。導管１４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。即ち、この時
には第二の還流通路が利用される。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２５が検出する温度が第一の所
定値を越えると、制御装置２６が発生する指令信
号により制御弁１５が開弁し、制御弁２２が閉弁
する。この時にはウオータジヤケツト４を貫流し
て導管１２へ流出した冷却水は導管１４、制御弁
１５、導管１６を経てラジエータ１７へ流れ、該
ラジエータを貫流する際に冷却され、導管２０，
１８を経てウオータポンプ１０に戻る。またウオ
ータジヤケツト５を貫流して導管１３へ流出した
冷却水はバイパス導管２３、導管１９ｂを経てウ
オータポンプ１１に戻る。

即ち、この時には第四の還流通路と第五の還流
通路とが利用される。

この時にはシリンダヘツド２のウオータジヤケ
ツト４を貫流した冷却水のみがラジエータ１７を
経て貫流するので、該冷却水の温度は低下し、シ
リンダヘツド２は強力に冷却される。これに対し
シリンダブロツク３のウオータジヤケツト５を貫
流する冷却水の温度はウオータジヤケツト４を貫
流する冷却水のそれとは別に徐々に上昇し、シリ
ンダブロツク３は強力に冷却されない。これによ
りエンジンの摩擦損失や排気ガス中のハイドロカ
ーボン濃度を増大することなくエンジンのメカニ
カルオクタン価が向上し、エンジンの出力性能及
び燃費が向上する。

尚、シリンダヘツド２が強力に冷却されれば、
それに伴い吸気ポートの壁面温度も低下するが、
この時にはエンジンの暖機が完了していて吸気マ
ニホールド等の温度が充分高くなつているから吸
気ポートの壁面温度が低下してもエンジンの燃焼
室には充分気化された燃料が吸入される。

ウオータジヤケツト５を貫流する冷却水の温度
が第二の所定値以上になり、これが水温センサ２
５により検出されると、制御装置２６が発生する
指令信号により制御弁２２が再び開弁する。この
時にはウオータジヤケツト５を貫流した冷却水の
一部が導管１４、制御弁１５、導管１６を経てラ
ジエータ１７へ流れ、該ラジエータを通過する際
に冷却され、その後導管２０、導管１９ａ、制御
弁２２、導管１９ｂを経てウオータポンプ１１に
戻る。即ち、この時には第一の還流通路が利用さ
れる。これによりウオータジヤケツト５に流入す
る冷却水の温度が低下し、以後制御弁２２が開閉
を繰返すことによりウオータジヤケツト５の冷却
水温度はほぼ前記第二の設定値に維持され、これ
によりエンジン１の過熱が防止される。

第２図は本発明による冷却装置の他の一つの実
施例を示す線図である。尚、第２図に示された実
施例に於て第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、水温センサ
２４，２５が各々導管１８，１９に代えて導管１
２，１３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２６は制御弁１５及び２２には
第１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１０，
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２５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が第一の所定値以上の温度を検出し且水温セ
ンサ２５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１０及び１１を駆
動し、水温センサ２５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１
１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１１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、またエンジンの暖機
完了後に於てはエンジンのメカニカルオクタン価
を増大でき、しかも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図及び第２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、２４，２５……水温センサ、２６……
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、前記第一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
   を含む第四の還流通路と、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五の還流通路と、前記第一
   の還流通路に於ける前記第二のウオータジヤケツ
   トを通る流路部分及び前記第二の還流通路に於け
   る前記第二のウオータジヤケツトを通る流路部分
   を遮断する第一の制御弁と、前記第一の還流通路
   及び前記第四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
   する冷却水の温度と前記第二のウオータジヤケツ
   トを貫流する第二のウオータジヤケツトの冷却水
   温度とがともに第一の所定値以下の時及び前記第
   二のウオータジヤケツトを貫流する冷却水の温度
   が前記第一の所定値とこれより高い第二の所定値
   との間である時に閉弁しそれ以外の時に開弁し、
   前記第二の制御弁は前記第二のウオータジヤケツ
   トを貫流する冷却水の温度が所定値以下である時
   に閉弁しそれ以外の時に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。