JP2000516324A - 内燃機関のための独立した冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は内燃機関用の独立した冷却システムに関する。そのようなシステムは、ａ）冷却剤が膨張および充填リザーバ６から流れ、冷却ポンプ２によって圧送され、一次ラジエータ４およびシリンダヘッド１まで冷却剤を強制的に流し、冷却温度センサ５によって、制御モジュール１０が所定位置での冷却剤の温度を測定し、冷却システムの作動を正確に制御出来るようにするシリンダヘッド１用の独立した冷却サブシステムと、ｂ）冷却剤が膨張および充填リザーバ９から自然（自由対流）に独立した二次ラジエータ８およびエンジンブロック７まで流れるエンジンブロック７用の独立した冷却サブシステムとから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のための独立した冷却システム適用分野 本発明は閉鎖回路システムにおいて冷却剤と共に作動する車両用あるいは静止 した内燃機関（vehicular or stationary，internal combustion engines）を冷 却するようにされた独立した冷却システムに関する。本発明は２個の独立した閉 鎖回路サブシステムを介して内燃機関を冷却することを特徴とする。これら２個 のサブシステムの一方は内燃機関のシリンダヘッドを冷却する。他方はエンジン ブロックを冷却する。発明の背景 現在の車両用機関の冷却システムは、基本的には、車両の機関の冷却システム （エンジンブロックとシリンダヘッド、ホース、ラジエータ等）に介在する全体 の冷却剤と周りの空気との間で熱交換する単一のラジエータから構成される。そ のようなシステムにおいては、エンジンブロックとシリンダヘッドとは、エンジ ンブロックの冷却剤とシリンダヘッドの冷却剤とが、あるいはその逆に、その内 部で混合する流通回路（flowing circuit）の一部を構成する。温度自動調節弁 が閉鎖している（弁開放温度に達していない）といつでも、メカニカルポンプが エンジンブロックとシリンダヘッドとの間でのみ冷却剤の流れを発生させる。温 度自動調節弁がその開放工程を開始する（弁開放温度を上回る）と冷却剤は内燃 機関の冷却システム全体内で流れ始める。冷却剤ポンプが連続して内燃機関の出 力の一部を吸収する。現在のシステムにおいては、正確な質量の流量とか冷却剤 の温度制御は行われていない。内燃機関の出力の著しい量が、現在のシステム制 御が大雑把なため冷却ポンプによって無駄にされている。本システムにおける冷 却剤の容量はかなり大きい。 本発明による、独立したシリンダヘッドの冷却サブシステムにおいては、対応 する流れ回路は以下の要素から構成されている：シリンダヘッド、（本システム において強制的な流れを生みだす）電気あるいは電磁式冷却ポンプ、（閉鎖回路 における流量を制御する）流量制御弁（flow-control valve）、（周りの大気と 熱交換する）独立した一次ラジエータ、（流れ回路内での特定の位置における冷 却剤の温度を測定し、本システムの作動の制御を可能とする）冷却剤温度センサ 、および膨張および充填リザーバ（reservoir）である。 本発明による独立したリザーバのエンジンブロック冷却サブシステムにおいて は、それぞれの冷却剤の流れ回路は以下の要素、すなわちエンジンブロック、( 周りの大気と熱交換する)独立した二次ラジエータ、および膨張および充填リザ ーバから構成されている。 本発明による、内燃機関用の独立した冷却システムは、エンジンブロックとシ リンダヘッドとの冷却を相互に独立して実行することを特徴としている。シリン ダヘッドに対しては、冷却は冷却剤を強制的に流すことにより達成される。エン ジンブロックに対しては、冷却は浮揚作用（buoyancy effects）によって発生す る自然(自由)対流によって達成される。 本発明による、内燃機関のための独立した冷却システムは、シリンダヘッドと エンジンブロックとのそれぞれにおいて明白に適正な作動温度（operating-regi me temperature）を可能とする。その結果、エンジン熱排除（engine heat reje ction）のより良好な制御、空気―燃料混合物の温度のより良好な制御、エンジ ン排気放出（engine pollutant emissions）のより良好な制御、シリンダヘッド のより高速のウオームアップを果たすことが可能であって、その結果エンジンの 寒冷局面の時間を短縮し、(現在得られるものよりはるかに高い値の)圧縮比を効 果的に増すことが出来る。 本発明による内燃機関用の独立した冷却システムはエンジンの圧縮比を（オッ トーサイクルエンジンとディーゼルサイクルエンジンとの双方に対して）極めて 高い値まで増すことができるという事実により、当該冷却システムそれ自体をエ ンジンの熱効率を著しく増加させその結果燃費を低くし排ガス放出（pollutant gases emissions）を低くするようにすることにより特徴とする。 本発明による、内燃機関用の独立した冷却システムはまた、シリンダヘッドを 通る独立した冷却剤の強制的な流れを制御可能とすることを特徴とする。そのよ うな制御は単一あるいは多数の点での燃料噴射システムを制御する電子制御モジ ュールによって実行可能である。電子制御モジュールは冷却剤の温度センサを介 して特定の位置における冷却剤の温度を測定し、その値とエンジンの適正作動条 件（engine operating regime）（エンジンの負荷およびエンジン速度）の関数 として冷却剤ポンプと流量制御弁の作動とを制御する。 本発明による、内燃機関用の独立した冷却システムはまた、一次および二次ラ ジエータを車両の長手方向軸線に対して直列あるいは並列に位置させることが出 来る。図面の簡単な説明 図１はシリンダヘッドの独立した冷却サブシステムの機能図を示す。 図２はエンジンブロックの独立した冷却サブシステムの機能図を示す。 図３は点火システムおよび燃料噴射システムを制御する電子制御モジュールを 含む、シリンダヘッドの独立した冷却サブシステムの機能図を示す。 図４ａと図４ｂとは一次および二次ラジエータが相互に対して直列および並列 に配置されている配置における冷却剤の流れ方向を示す線図である。 図１はエンジンのシリンダヘッドの独立した冷却サブシステム（１）の機能図 を示すもので、そこでは冷却剤が膨張および充填リザーバ（６）を出て、周囲の 空気と熱交換する一次ラジエータ（４）へ冷却剤を強制的に流すよう電気機械式 あるいは電気式の冷却剤ポンプ（２）によって圧送され、シリンダヘッドの冷却 剤の温度を特定レベルに保つ。独立した閉鎖回路における冷却剤の流量を制御す る流量制御弁（３）によって、冷却剤はシリンダに達し、シリンダを冷却する。 冷却剤の温度センサ（５）は冷却剤の流れの特定位置での温度を測定し、冷却シ ステムの作動、すなわち熱伝導を正確に制御することを可能とする。 図２はエンジンブロック（７）の独立したサブシステムの機能図を示すもので 、そこでは冷却剤が膨張および充填リザーバ（９）から出て、重力により独立し た二次ラジエータ（８）まで自然に流れ、二次ラジエータでは周囲の大気（空気 ）と熱交換しており、その後冷却剤はエンジンブロック（７）まで流れ、エンジ ンブロックを冷却する。当該技術分野では周知のように、シリンダヘッドに対す る熱流束率（heat flux rate）は燃焼ガスからエンジンブロックに対する熱流束 率より高いため、エンジンブロックを冷却するにはエンジンブロックにおける冷 却 剤の単純な自然（自由）対流で十分である。 図３は図１と類似であって、全体の冷却作動を制御する電子制御モジュール（ １０）を示す。冷却剤温度センサからの信号を受け取ることにより、電子制御モ ジュールは冷却剤の温度を測定し、エンジンの負荷とエンジン速度とによって規 定されるエンジンの適正作動条件の関数として冷却剤ポンプ（２）と流量制御弁 （３）を制御しシリンダヘッドの冷却要件を達成する。電子制御モジュール（１ ０）はまた、図３に示すように、ファン（１１）の作動を制御する。電子制御モ ジュール（１０）はそのような機能を実行するに適したいずれの種類および、い ずれの特性の高性能マイクロプロセッサ（sophisticated microprocessor）でよ い。 図４ｂは、本発明による内燃機関用の独立した冷却システムにおける車両の長 手方向の軸線に対して直列あるいは並列の一次ラジエータ（４）および二次ラジ エータ（８）の配置を示す。図４ａは、これも車両の長手方向の軸線に対する一 次ラジエータ（４）および二次ラジエータ（８）の並列配置を示す。 本発明において、冷却剤はそのような機能に対して適当な特定の成分であるい ずれかの種類の流体でよい。好ましい流体は、例えば（グリコールエチレン等の ような）添加物と混合された水のような水溶流体である。 本発明のシステムはシリンダヘッドに対しては、例えば約５０℃の温度勾配（ 入口―出口）を、エンジンブロックに対して約４０℃の温度勾配を提供しうる。 しかしながら、本発明で請求されている冷却システムを内蔵したエンジンは、エ ンジンブロックあるいはシリンダヘッドに対しどのような冷却剤温度勾配におい ても作動可能である。 本明細書の冒頭において説明した現在の冷却システムに関連して、本発明によ る独立した冷却システムは下記の利点を有している。シリンダヘッドにおいて： １． 冷却剤の流れは、電子制御モジュールによって直接制御される低エネル ギ消費電気ポンプによって発生しうる。 ２． （電気ポンプによって）強制的に流れるようにされる冷却剤の容量は、 シリンダヘッドを冷却するに必要な冷却剤の容量がエンジン全体やエンジンブロ ック単体を冷却するに要する容量よりはるかに低いため著しく少なくなる。 ３． 必要な冷却剤の容量が少ないため、シリンダヘッドにおける冷却剤の流 量と温度との制御は速く、かつより正確である。 ４． エンジンブロックが必要とするものと通常異なる理想的な作動温度でシ リンダヘッドを作動させることが可能である。 ５． 本システムで自動的に切り替えるために単に温度センサがあればよいた め、温度自動調節弁を必要としない。 ６． 低容量のラジエータを使用することが可能である。 ７． 独立したラジエータを使用するので、熱伝達を高めるために車両の前部 での空気の流れが好ましい領域に該ラジエータを位置させることが出来る。 ８． 温度制御がより正確であるためエンジンの排気放出をより良好に制御す ることが出来る。 ９． 圧縮比を上げて、その結果エンジンの出力を増すことが可能である。 １０． エンジンのノッキングをより良好に制御可能である。 １１． 特殊なシリンダヘッドガスケットが何ら必要でない。エンジンブロックにおいて １． 流れは自然（自由）対流によって起こるので、（機械的あるいは電気的 ）補助ポンプは必要でない。 ２． 温度自動調節弁を使用する必要はない。本システムは自由回路で作動す る。 ３． 現在のシステムにおけるものより容量の低い独立したラジエータを有し ている。 ４． 自由対流によって流れが起こるので、低圧で作動する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. ａ）膨張および充填リザーバ（６）から冷却剤が流れ、冷却剤が冷却剤ポ ンプ（２）によって圧送され、一次ラジエータ（４）とシリンダヘッド（１）に おいて冷却剤を強制的に流し、温度センサ（５）が所定の流れ位置において冷却 剤の温度を測定し、冷却システムの作動を制御可能とする独立したシリンダヘッ ド用冷却サブシステム（１）と、 ｂ） 膨張および充填リザーバ（９）から冷却剤が流れ、独立した二次ラジエ ータ（８）とエンジンブロック（７）まで自然に流れる独立したエンジンブロッ ク冷却サブシステム（７）と、を含むことを特徴とする内燃機関用の独立した冷 却システム。 2. 独立したエンジンブロック用冷却サブシステム（７）において、一次ラジ エータ（４）とシリンダヘッド（１）との間に位置し、対応する独立した閉鎖回 路において冷却剤を制御する流量制御弁（３）を有することを特徴とする請求項 １に記載の冷却システム。 3. 冷却作業全体を制御する電子制御モジュール（１０）であって、冷却剤温 度センサからの電気信号を受け取ることにより、特定位置での冷却剤の温度を測 定し、その値とエンジンの作動条件とに応じてポンプ（２）と流量制御弁（３） との作動を制御してシリンダヘッドに冷却剤の必要な流量を提供する電子制御モ ジュールを有することを特徴とする請求項１および請求項２に記載の冷却システ ム。 4. 前記制御モジュール（１０）が電子制御モジュールであることを特徴とす る請求項３に記載の冷却システム。 5. ファン（１１）の作動を制御する制御モジュール（１０）を有することを 特徴とする請求項３に記載の冷却システム。 6. 電気式あるいは電気機械式ポンプである冷却剤ポンプ（２）を有している ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。 7. 車両の長手方向軸線に対して並列あるいは直列に配置された一次および二 次ラジエータ（７，８）を有していることを特徴とする請求項１から請求項６ま でのいずれか１項に記載の冷却システム。