JP2002089265A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロットル開度等に基づきシリンダとシリン
ダヘッドへの冷却水の切替え供給を制御してノッキング
の低減および燃費の向上を図ることができる内燃機関の
冷却装置を供する。 【解決手段】 ウオータポンプの駆動で冷却水を内燃機
関とラジエータとの間を循環させことができる内燃機関
の冷却装置において、内燃機関の機関回転数を検出する
機関回転数センサー32と、スロットル弁の開度を検出す
るスロットルセンサー33と、前記内燃機関のシリンダ又
はシリンダヘッドへ選択的に冷却水を切替え供給する切
替え弁20と、切替え弁20を駆動する駆動手段31と、スロ
ットルセンサー33が検出したスロットル開度θThと機関
回転数センサー32が検出した機関回転数Neに基づいて駆
動手段31を制御する制御手段30とを備え、制御手段30
は、機関回転数に比較してスロットル開度が大きいと判
断したときに、駆動手段31を駆動してシリンダヘッドへ
冷却水を供給するように切替え弁20を切替える内燃機関
の冷却装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水冷式の内燃機関
における冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に水冷式内燃機関は、シリンダブロ
ック側のウオータジャケットとシリンダヘッド側のウオ
ータジャケットとが連通していて、ウオータポンプより
吐出された冷却水がシリンダからシリンダヘッドの順に
流れラジエータを循環して機関を冷却する構造をしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがってシリンダと
シリンダヘッドの各々にエンジン回転数や運転負荷に応
じた水量を供給することができない。そのためシリンダ
ヘッドの冷却の遅れがノッキングを起こしたり、内燃機
関がシリンダから冷却されるために熱効率低下により燃
費の悪化を招いたりすることがある。

【０００４】なおシリンダとシリンダヘッドへそれぞれ
配管して互いに独立に冷却制御する特開２０００−７３
７７０号公報記載の例があるが、同例は、機関低負荷時
にラジエータを経ない冷却液をシリンダヘッドのみに冷
却液を循環させ燃焼室の残留ガスの温度低下の抑制を図
ったものであり、ノッキングの発生領域でのシリンダヘ
ッドの冷却を意図したものではなく、ノッキング低減の
効果は期待できない。

【０００５】本発明は斯かる点に鑑みなされたもので、
その目的とする処は、スロットル開度等に基づきシリン
ダとシリンダヘッドへの冷却水の切替え供給を制御して
ノッキングの低減および燃費の向上を図ることができる
内燃機関の冷却装置を供する点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本請求項１記載の発明は、ウオータポ
ンプの駆動で冷却水を内燃機関とラジエータとの間を循
環させことができる内燃機関の冷却装置において、内燃
機関の機関回転数を検出する機関回転数センサーと、ス
ロットル弁の開度を検出するスロットルセンサーと、前
記内燃機関のシリンダ又はシリンダヘッドへ選択的に冷
却水を切替え供給する切替え弁と、前記切替え弁を駆動
する駆動手段と、前記スロットルセンサーが検出したス
ロットル開度と前記機関回転数センサーが検出した機関
回転数に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを
備え、前記制御手段は、機関回転数に比較してスロット
ル開度が大きいと判断したときに、前記駆動手段を駆動
してシリンダヘッドへ冷却水を供給するように前記切替
え弁を切替える内燃機関の冷却装置とした。

【０００７】機関回転数に比較してスロットル開度が大
きいときは、加速による温度上昇が予測され過渡運転時
のノッキングが生じ易い領域に入るので、先行してシリ
ンダヘッドへ優先的に冷却水を供給して燃焼室を冷却す
ることで、ノッキングを効果的に低減することができ
る。

【０００８】またこのとき冷却水がシリンダ側に供給さ
れてシリンダ側から冷却されることはないので、熱効率
の低下による燃費の悪化を招くことはなく燃費の向上を
図ることができる。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の内
燃機関の冷却装置において、前記制御手段が、機関回転
数に対する定常のスロットル開度よりも検出スロットル
開度が所定幅以上に大きいと判断したときに、前記駆動
手段を駆動してシリンダヘッドへ冷却水を供給するよう
に前記切替え弁を切替えることを特徴とする。

【００１０】機関回転数に比較してスロットル開度が大
きいと判断するのに、機関回転数に対する定常のスロッ
トル開度よりも検出スロットル開度が所定幅以上に大き
いか否かで判断するものであり、大きいとき先行してシ
リンダヘッドへ優先的に冷却水を供給してノッキングの
低減及び燃費の向上を図ることができる。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の内
燃機関の冷却装置において、前記制御手段が、スロット
ル開度と機関回転数を両座標軸とする座標に機関回転数
に比較してスロットル開度が大きいと判断する閾線であ
る前記切替え弁の切替えを指示する切替えラインを予め
設定したマップを備え、検出したスロットル開度と機関
回転数を前記マップに照らして前記切替えラインとの関
係から判断して前記切替え弁を制御することを特徴とす
る。

【００１２】スロットル開度と機関回転数をマップに照
らして切替えラインを超えて機関回転数に比較してスロ
ットル開度が大きいと判断されると、シリンダヘッドへ
優先的に冷却水を供給してノッキングの低減及び燃費の
向上を図ることができる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１から請求
項３までのいずれかの項記載の内燃機関の冷却装置にお
いて、前記内燃機関は、シリンダとシリンダヘッドが冷
却水通路を連通させており、シリンダとシリンダヘッド
それぞれに冷却水入口を有し、シリンダヘッドに冷却水
出口を有することを特徴とする。

【００１４】定常走行時にはシリンダからシリンダヘッ
ドへの循環により内燃機関全体の冷却がなされるが、機
関回転数に比較してスロットル開度が大きい加速走行時
にはシリンダヘッドのみに優先的に冷却水を供給するこ
とができ、ノッキングの低減及び燃費の向上を図ること
ができる。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項４記載の内
燃機関の冷却水装置において、前記切替え弁は、ウオー
タポンプから吐出された冷却水を前記シリンダへの供給
と前記シリンダヘッドへの供給と機関を循環しない還流
とを選択的に切替えることができることを特徴とする。

【００１６】１個の切替え弁の切替えにより定常走行時
に冷却水のシリンダへの供給により機関全体を冷却し、
加速走行時に先行して冷却水のシリンダヘッドへの優先
的な供給によりノッキングの低減と燃費の向上を図り、
冷寒始動時に冷却水の機関を循環しない還流により早期
暖機を図ることができる。部品点数を減らし切替え弁本
体を小型化することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施の形態に
ついて図１ないし図９に基づき説明する。本実施の形態
に係る内燃機関１の冷却構造における冷寒始動時におけ
る状態を図１ないし図３に示し、定常走行時における状
態を図４及び図５に示し、加速走行時における状態を図
６及び図７に示す。

【００１８】図１及び図２に基づいて冷却構造を説明す
る。内燃機関１のシリンダブロック２とシリンダヘッド
３が分離されて図示されているが、実際はガスケットを
介して合体されており、シリンダブロック２のシリンダ
ボア周りのウオータジャケット２ａがシリンダヘッド３
の燃焼室周りのウオータジャケットとガスケットホール
を介して連通している。

【００１９】シリンダブロック２はウオータジャケット
２ａに連通する冷却水入口２ｂを有し、シリンダヘッド
３は、冷却水入口３ａと冷却水出口３ｂを有する。図２
に示すようにシリンダヘッド３にはウオータポンプ４が
設けられており、ウオータポンプ４を覆うポンプカバー
部材５にポンプ吸入口４ａに連通する吸入ポート５ａと
ポンプ吐出口４ｂに連通する吐出ポート５ｂが形成され
ている。

【００２０】吸入ポート５ａに中央部で連通する吸入管
６がポンプカバー部材５に突設されており、吸入管６の
両端開口に接続管６ａ，６ｂが嵌着されている。この一
方の接続管６ａに一端を嵌着したパイプ12が他端をラジ
エータ10の冷却水出口10ｂに嵌着されてラジエータ10と
ウオータポンプ４とを連結しており、ラジエータ10の冷
却水入口10ａはパイプ11によりシリンダヘッド３の冷却
水出口３ｂと連結している。

【００２１】そして本実施の形態で用いられる切替え弁
20は、回転式の４方分流弁であり、アウタステータ21内
にインナロータ22が回動自在に嵌合されたもので、アウ
タステータ21は内部と連通する４本の接続管が放射方向
に突出形成され、内部で回動するインナロータ22が弁体
を構成する。

【００２２】４本の接続管は、ウオータポンプ４の吐出
ポート５ｂと大径のパイプ25により連結される大径の流
入接続管Ｉと、シリンダヘッド３の冷却水入口３ａと大
径のパイプ26により連結される大径の流出接続管Ｅｈ
と、シリンダブロック２の冷却水入口２ｂと小径のパイ
プ27により連結される小径の流出接続管Ｅｃと、ウオー
タポンプ４の吸入ポート５ａと大径のパイプ28により連
結される大径の流出接続管Ｅｐとからなる。

【００２３】流出接続管Ｅｈは流入接続管Ｉに対して略
対向した位置にあり、流出接続管Ｅｃと流出接続管Ｅｐ
は流入接続管Ｉに対して直角で互いに対向した位置にあ
る。弁体であるインナロータ22は、サーボモータ31（又
はステップモータ）により回動され、所定の回動角度で
インナロータ22の内部空間から３本の流出接続管Ｅｈ，
Ｅｃ，Ｅｐへの通路を開閉する。なお流入接続管Ｉから
インナロータ22の内部空間への通路は、インナロータ22
の所定の回動角度では、常に開いている。

【００２４】図１は冷寒始動時の状態を示しており、流
出接続管Ｅｈ，Ｅｃへの通路が閉じられ、流出接続管Ｅ
ｐへの通路のみが開かれている。したがってウオータポ
ンプ４の駆動で吐出ポート５ｂから吐出した冷却水は、
パイプ25を介して切替え弁20の流入接続管Ｉからインナ
ロータ22の内部空間に流入し、直角に流れを変えて唯一
開かれている流出接続管Ｅｐへの通路を通ってパイプ28
を介してウオータポンプ４の吸入ポート５ａに還流する
循環路を構成している。

【００２５】すなわち冷却水の流れを簡略図で示すと図
３のようであり、同図３に示すように、シリンダブロッ
ク２，シリンダヘッド３の機関及びラジエータ10への冷
却水の循環はなく、ウオータポンプ４から吐出した冷却
水は切替え弁20を経て還流している。

【００２６】このようにウオータポンプ４からの冷却水
が機関を循環しないために、冷寒始動時には急速暖機を
行うことができ、エミッション特性の向上及びアイドリ
ングの初期安定化を図ることができる。

【００２７】この冷寒始動時に本実施の形態では、冷却
水をラジエータ10へも循環させていないが、切替え弁４
の流出接続管Ｅｐをラジエータ10の冷却水入口10ａに接
続してラジエータ10を循環するようにしてもよく、冷寒
始動時に冷却水がラジエータ10を循環するようにして冷
却水の水温が場所によって異ならないようにしておくこ
とができる。

【００２８】次いで冷却水の温度がある程度上昇する
と、水温センサー34等の検出温度に基づいて切替え弁20
が作動され（図８参照）、インナロータ22が所定角度位
置まで回動して図４に示すように流出接続管Ｅｐへの通
路を閉じ、流出接続管Ｅｈ，Ｅｃへの通路が開かれる。

【００２９】したがってウオータポンプ４から吐出した
冷却水は、切替え弁20のインナロータ22の内部空間に流
入した後に、略真っ直ぐに流出接続管Ｅｈからシリンダ
ヘッド３に流れる流路と直角に流れを変えて流出接続管
Ｅｃからシリンダブロック２に流れる流路とに分流す
る。定常走行時の状態である。

【００３０】一方の流出接続管Ｅｈに分流した冷却水
は、流入接続管Ｉから略真っ直ぐに流れ、かつ流出接続
管Ｅｈ及びシリンダヘッド３と連結するパイプ26が大径
であるので、抵抗なく円滑に流れる。

【００３１】他方流出接続管Ｅｃに分流した冷却水は、
流入接続管Ｉから直角に向きを変えて流れ、かつ流出接
続管Ｅｃ及びシリンダブロック２と連結するパイプ27が
小径であるので、抵抗があり流れが抑制されている。

【００３２】したがってシリンダヘッド３に比較的に大
量に冷却水が流れ、シリンダブロック２は少量の冷却水
が流れるため、機関の冷やし過ぎがなく熱効率低下によ
る燃費の悪化を防止しながら機関全体を冷却することが
できる。

【００３３】なおシリンダブロック２に流れた冷却水
は、ウオータジャケット２ａを通じてシリンダヘッド３
に移り、直接シリンダヘッド３に流入した冷却水と一緒
になって冷却水出口３ｂからパイプ11を介してラジエー
タ10に流れる。ラジエータ10で熱を奪われた冷却水は、
パイプ12を介してウオータポンプ４の吸入ポート５ａに
還流する。

【００３４】この定常走行時の冷却水の流れを、図５に
簡略図で示す。ウオータポンプ４→切替え弁20→シリン
ダヘッド３及びシリンダブロック２→ラジエータ10→ウ
オータポンプ４の循環路が構成されて内燃機関１全体を
効率良く冷却することができる。通常は斯かる冷却構成
の下で内燃機関は運転され緩やかな加減速を含めて定常
走行がなされる。

【００３５】この定常走行時にアクセルが急に大きく踏
み込まれるようなことがあると、スロットル弁が急開し
て燃焼室に送られる混合気が増量されてエンジン回転数
が上昇し高負荷状態となり、ノッキングの起こり易い運
転領域となる。このような加速走行時に、切替え弁20が
作動され、インナロータ22が所定角度位置まで回動して
図６に示すように流出接続管Ｅｃへの通路を閉じ、流出
接続管Ｅｐへの通路は閉じたままとし、流出接続管Ｅｈ
のみを開いた状態とする。

【００３６】したがってウオータポンプ４から吐出した
冷却水は、切替え弁20のインナロータ22の内部空間に流
入した後に、略真っ直ぐに流出接続管Ｅｈからシリンダ
ヘッド３に流れる。シリンダヘッド３の冷却水出口３ｂ
から冷却水は流出してパイプ11を介してラジエータ10に
流れ、ラジエータ10で熱を奪われた冷却水は、パイプ12
を介してウオータポンプ４の吸入ポート５ａに還流す
る。

【００３７】この加速走行時の冷却水の流れを、図７に
簡略図で示す。ウオータポンプ４→切替え弁20→シリン
ダヘッド３→ラジエータ10→ウオータポンプ４の循環路
が構成されて、全ての冷却水がシリンダヘッド３に流れ
るので、大量の冷却水でシリンダヘッド３の燃焼室が速
やかに冷却される

【００３８】スロットル弁の急開によりエンジン回転数
は遅れて上昇し高負荷が予測されるときに、先行してシ
リンダヘッド３の燃焼室が大量の冷却水で冷却されるの
で、ノッキングの発生が防止できる。

【００３９】以上の冷寒始動時、定常走行時、加速走行
時の３状態を１個の切替え弁20の切替え制御により行っ
ており、同切替え弁20を駆動するサーボモータ31は電子
コントロールユニットＥＣＵ30により制御され、該制御
系の概略ブロック図を図８に示す。

【００４０】ＥＣＵ30には、内燃機関１のエンジン回転
数を検出するエンジン回転数センサー32、スロットル弁
の開度を検出するスロットルセンサー33、冷却水の温度
を検出する水温センサー34等から検出信号が入力され、
信号処理されて切替え弁20を駆動するサーボモータ31に
駆動信号が出力される。

【００４１】前記したように冷寒始動状態から定常走行
状態への移行は、水温センサー34の検出水温が所定水温
を超えた時に所定の駆動信号がサーボモータ31に出力さ
れて切替え弁20のインナロータ22が図４に示す回動位置
に回動される。

【００４２】定常走行状態と加速走行状態との間の移行
は、エンジン回転数とスロットル開度に基づき判断がな
され切替え弁20が制御されて行われる。図９は、エンジ
ン回転数Ｎｅとスロットル開度θThの関係をＸＹ直角座
標に示したもので、エンジン回転数ＮｅをＸ軸に、スロ
ットル開度θThをＹ軸にとっている。

【００４３】エンジン回転数Ｎｅに対する定常のスロッ
トル開度変化は破線で示すような略一定の勾配の定常ス
ロットル開度変化曲線Ｃ₀を示す。しかしスロットル開
度θThが急激に開かれるような場合は、エンジン回転数
に比較してスロットル開度が大きく定常スロットル開度
変化曲線Ｃ₀より上方（Ｙ軸正方向）にずれて実線で示
すような加速スロットル開度変化曲線Ｃを示す。

【００４４】ＥＣＵ30は、このＸＹ直角座標とともに定
常スロットル開度変化曲線Ｃ₀をメモリーに記憶してお
り、スロットルセンサー33が検出したスロットル開度θ
Thと同時に検出したエンジン回転数Ｎｅにおける定常ス
ロットル開度との差Δθを算出する。

【００４５】そしてこのΔθが予め決めておいた所定幅
Δθ₁より大きくなると、高負荷を予測してＥＣＵ30か
ら所定の駆動信号がサーボモータ31に出力され、切替え
弁20のインナロータ22が図６に示す回動位置に回動さ
れ、高負荷状態に先行して冷却水がシリンダヘッド３に
優先的に流されて燃焼室を急速冷却してノッキングの発
生を防止することができる。

【００４６】その後エンジン回転数が追随して上昇し、
検出したスロットル開度θThが定常スロットル開度変化
曲線Ｃ₀に近づき、Δθが予め決めておいた所定幅Δθ₂
より小さくなると、切替え弁20のインナロータ22が図４
に示す回動位置に戻され、定常走行状態とされる。

【００４７】所定幅Δθ₁は、この値より定常スロット
ル開度との差が大きくなるとエンジン回転数に比較して
スロットル開度が大きくノッキングの発生領域に入ると
想定される値に設定される。所定幅Δθ₂も、この値よ
り定常スロットル開度との差が小さくなるとノッキング
の発生領域から出ると想定される値に設定される。

【００４８】このようにエンジン機関回転数Ｎｅに対す
る定常のスロットル開度よりも検出スロットル開度が所
定幅Δθ₁以上に大きいと、先行してシリンダヘッド３
へ優先的に冷却水を供給してノッキングの低減を図るこ
とができる。またシリンダブロック２には冷却水を供給
しないので、熱効率低下による燃費の悪化を防止し燃費
の向上を図ることができる。

【００４９】上記のように切替え弁20を切替え制御する
のに、定常スロットル開度変化曲線Ｃ₀を想定する方法
のほかに、予めエンジン回転数とスロットル開度につい
てのマップを備えていて、検出したエンジン回転数Ｎｅ
とスロットル開度θThをマップに照らして切替えの判断
をしてもよい。

【００５０】図１０にそのマップの例を示す。エンジン
回転数Ｎｅとスロットル開度θThの関係をＸＹ直角座標
に示したもので、エンジン回転数ＮｅをＸ軸に、スロッ
トル開度θThをＹ軸にとっている。同マップに示された
シリンダヘッドへの切替えラインＬｈは、エンジン回転
数に比較してスロットル開度が大きくノッキングの発生
領域に入ると想定される予め決められたラインである。

【００５１】エンジン回転数に比較してスロットル開度
が大きい同ラインＬｈより左側の領域がノッキングの発
生領域であり、検出したエンジン回転数Ｎｅとスロット
ル開度θThが示すマップ上の点が同領域に入ると、ＥＣ
Ｕ30から所定の駆動信号がサーボモータ31に出力され、
切替え弁20のインナロータ22が図６に示す回動位置に回
動され、高負荷状態に先行して冷却水がシリンダヘッド
３に優先的に流されて燃焼室を急速冷却してノッキング
の発生を防止することができる。

【００５２】また同マップに示されたシリンダへの切替
えラインＬｃは、ノッキングの発生領域から出ると想定
される予め決められたラインであり、検出したエンジン
回転数Ｎｅとスロットル開度θThが示すマップ上の点が
同ラインＬｃより右側の領域に入ると、切替え弁20のイ
ンナロータ22が図４に示す回動位置に戻され、定常走行
状態とされる。

【００５３】以上のように１個の回転式の切替え弁20の
切替えにより、定常走行時に冷却水のシリンダブロック
２への供給により機関全体を冷却し、加速走行時に先行
して冷却水のシリンダヘッド３への優先的な供給により
ノッキングの低減と燃費の向上を図り、冷寒始動時には
冷却水の機関を循環しない還流により早期暖機を図るこ
とができる。切替え弁20のほかにサーモスタットや他の
弁を別途設ける必要がなく部品点数を減らし、回転式の
切替え弁として切替え弁本体を小型化することができ
る。

【００５４】この切替え弁の変形例を図１１ないし図１
４に示し説明する。図１１を参照して本切替え弁50以外
の内燃機関及び冷却構造は前記実施の形態と同じであ
り、同じ符号を用いる。

【００５５】本切替え弁50は、前記切替え弁20と同じく
回転式の４方分流弁であり、アウタステータ51内に弁体
であるインナロータ52が回動自在に嵌合されたものであ
るが、図１１及び図１２に図示するようにアウタステー
タ51は内部と連通する３本の接続管がインナロータ52の
回転放射方向に突出形成され、残り１本がインナロータ
52の回転軸方向に突出形成されている。

【００５６】インナロータ52の回転放射方向に突出形成
される接続管は、ウオータポンプ４の吐出ポート５ｂと
大径のパイプ25により連結される大径の流入接続管Ｉ
と、シリンダヘッド３の冷却水入口３ａと大径のパイプ
26により連結される大径の流出接続管Ｅｈと、シリンダ
ブロック２の冷却水入口２ｂと小径のパイプ27により連
結される小径の流出接続管Ｅｃの３本であり、インナロ
ータ52の回転軸方向に突出形成される接続管がウオータ
ポンプ４の吸入ポート５ａと大径のパイプ28により連結
される大径の流出接続管Ｅｐである。

【００５７】流出接続管Ｅｈは流入接続管Ｉに対して対
向した位置にあり、流出接続管Ｅｃと流出接続管Ｅｐは
流入接続管Ｉに対して直角で互いも直角の位置にある。
図１１は冷寒始動時の状態を示しており、流出接続管Ｅ
ｈ，Ｅｃへの通路が閉じられ、流出接続管Ｅｐへの通路
のみが開かれ、ウオータポンプ４から吐出した冷却水
は、パイプ25を介して切替え弁50の流入接続管Ｉからイ
ンナロータ52の内部空間に流入し、直角に流れを変えて
唯一開かれている流出接続管Ｅｐへの通路を通ってパイ
プ28を介してウオータポンプ４の吸入ポート５ａに還流
する循環路を構成している。

【００５８】ウオータポンプ４からの冷却水が機関を循
環しないために、冷寒始動時には急速暖機を行うことが
でき、エミッション特性の向上及びアイドリングの初期
安定化を図ることができる。

【００５９】次いで冷却水温度がある程度上昇すると、
切替え弁20が作動され、インナロータ52が所定角度位置
まで回動して図１３に示すように流出接続管Ｅｐへの通
路を閉じ、流出接続管Ｅｈ，Ｅｃへの通路が開かれる。

【００６０】ウオータポンプ４から吐出した冷却水は、
切替え弁20のインナロータ22の内部空間に流入した後
に、真っ直ぐに流出接続管Ｅｈからシリンダヘッド３に
流れる流路と直角に流れを変えて流出接続管Ｅｃからシ
リンダブロック２に流れる流路とに分流し、定常走行時
の状態となる。

【００６１】したがって前記実施の形態と同様シリンダ
ヘッド３に比較的に大量に冷却水が流れ、シリンダブロ
ック２は少量の冷却水が流れるため、機関の冷やし過ぎ
がなく熱効率低下による燃費の悪化を防止しながら機関
全体を冷却することができる。

【００６２】そして加速走行時には、切替え弁52はイン
ナロータ52がさらに所定角度回転して図１４に示す状態
となり、流出接続管Ｅｃへの通路を閉じ、流出接続管Ｅ
ｐへの通路は閉じたままとし、流出接続管Ｅｈのみを開
いた状態とする。

【００６３】スロットル弁の急開によりエンジン回転数
は遅れて上昇し高負荷が予測されるときに、先行してシ
リンダヘッド３の燃焼室が大量の冷却水で冷却されるの
で、ノッキングの発生が防止できる。

【００６４】以上は切替え弁は、回転式の分流弁であっ
たが、スライド式の分流弁も考えられ、図１５ないし図
１７は、その一例である。本スライド式の切替え弁60
は、筒状のアウタケース61の内部にスライド弁62が摺動
自在に嵌合して、スライド弁62はステップモータ65によ
りワイヤー66を介して摺動される。

【００６５】スライド弁62はスプリング等で付勢されて
いて、ステップモータ65はワイヤー66を介してスライド
弁62を反対方向に引っ張る構造である。アウタケース61
の両端開口部はウオータポンプの吐出口と連結されて同
両端から冷却水は流入し、アウタケース61の周壁の所定
３箇所には流出口Ｅｈ，Ｅｃ，Ｅｐが開口しており、大
径の流出口Ｅｈがシリンダヘッドと連結され、小径の流
出口Ｅｃがシリンダブロックに連結され、大径の流出口
Ｅｐがウオータポンプにそれぞれ連結され、前記実施の
形態と同じ冷却水循環路が構成される。

【００６６】スライド弁62は中心軸を流入孔Ｉが貫通し
ており、外周面の所定２箇所に環状溝63，64が形成され
ていて流入孔62ａから環状溝63，64に向けて連通孔63
ａ，64ａがそれぞれ貫通している。

【００６７】図１５は、冷寒始動時の状態を示してお
り、スライド弁62は流出口Ｅｈ，Ｅｃを閉じ、流出口Ｅ
ｐを環状溝64に合わせて開いており、両端から流入孔62
ａに流入したウオータポンプからの冷却水が連通孔64
ａ，環状溝64を介して流出口Ｅｐからウオータポンプに
還流する。

【００６８】冷却水温度がある程度上昇すると、切替え
弁60が作動され、スライド弁62が所定位置まで摺動して
図１６に示すように流出口Ｅｐを閉じ、流出口Ｅｈ，Ｅ
ｃをともに開く。

【００６９】したがって大径の流出口Ｅｈからシリンダ
ヘッドへ比較的大量の冷却水が流れ、小径の流出口Ｅｃ
からシリンダブロックへ比較的小量の冷却水が流れ、定
常走行時の状態となる。

【００７０】そして加速走行時には、スライド弁62をさ
らに所定距離摺動させて、図１７に示すように流出口Ｅ
ｃ，Ｅｐを閉じ、流出口Ｅｈのみ開き、シリンダヘッド
３の燃焼室が大量の冷却水で冷却され、ノッキングの発
生が防止できる。

【００７１】さらに切替え弁の別の例を図１８に示す。
本切替え弁70は冷却水の流入通路Ｉから３本の流出通路
Ｅｐ，Ｅｈ，Ｅｃが分岐しており、各流出通路Ｅｐ，Ｅ
ｈ，Ｅｃにそれぞれソレノイドバルブ71，72，73が配置
されている。

【００７２】大径の流出通路Ｅｈがシリンダヘッドと連
結され、小径の流出通路Ｅｃがシリンダブロックに連結
され、大径の流出通路Ｅｐがウオータポンプにそれぞれ
連結され、前記実施の形態と同じ冷却水循環路が構成さ
れる。

【００７３】各ソレノイドバルブ71，72，73をＥＣＵが
制御し、冷寒始動時は流出通路Ｅｐのみを開き、冷却水
が機関を循環せず早期暖機を図ることができ、定常走行
時には流出通路Ｅｐを閉じ大径の流出通路Ｅｈと小径の
流出通路Ｅｃを開き主にシリンダヘッドを冷却して熱効
率低下による燃費の悪化を防止しながら機関全体を冷却
することができ、加速走行時には大径の流出通路Ｅｈの
み開きシリンダヘッド３の燃焼室を大量の冷却水で冷却
しノッキングの発生を防止することができる。

【００７４】切替え弁を加速走行時の状態に切替える制
御は、エンジン回転数とスロットルセンサーにより検出
したスロットル開度に基づいて判断し制御していたが、
スロットル弁の急開を検出するのにスロットル開度の変
化率すなわちスロットル弁の回動における角速度又はさ
らにその変化率である角加速度を演算して、これに基づ
いて判断してもよい。

【００７５】すなわちスロットル弁の高負荷状態が予測
される所定の角速度又は所定の角加速度を予め決めてお
き、実際のスロットルセンサーが検出したスロットル開
度から演算したスロットル弁の角速度又は角加速度が予
め決められた角速度又は角加速度を越えたと判断したと
きに切替え弁を加速走行時の状態に切替えるようにす
る。

【００７６】次に別の冷却構造の実施の形態について図
１９及び図２０に簡略図で示し説明する。前記冷却構造
では、切替え弁20がシリンダブロック２やシリンダヘッ
ド３の上流側に位置し、シリンダブロック２とシリンダ
ヘッド３のウオータジャケットは連通していたが、本冷
却構造は、切替え弁85がシリンダブロック81やシリンダ
ヘッド82の下流側に位置し、シリンダブロック81とシリ
ンダヘッド82のウオータジャケットは連通していない。

【００７７】切替え弁85は、流入接続管Ｉｃがシリンダ
ブロック81ののウオータジャケットと接続され、流入接
続管Ｉｈがシリンダヘッド82のウオータジャケットと接
続され、流出接続管Ｅｒがラジエータ84に接続されてお
り、流入接続管Ｉｈと流出接続管Ｅｒは常時連通してお
り流入接続管Ｉｃの連通を開閉弁で制御する。すなわち
切替え弁85は、合流弁に相当する。

【００７８】ウオータポンプ83はラジエータ84からの冷
却水を吸入し、吐出冷却水は連通路が途中分岐してシリ
ンダブロック81とシリンダヘッド82に供給可能である。
図１９は定常走行時の状態を示しており、同図１９に示
すように流入接続管Ｉｃを開弁すると、ラジエータ84を
循環する冷却水がシリンダブロック81とシリンダヘッド
82とを同時に流れ、内燃機関全体を効率良く冷却するこ
とができる。

【００７９】この定常走行時にアクセルが急に大きく踏
み込まれるような加速走行時には、切替え弁85の流入接
続管Ｉｃが閉弁され、図２０に示すようにシリンダブロ
ック81への冷却水の流れは止められ、全ての冷却水がシ
リンダヘッド82に流れ、大量の冷却水でシリンダヘッド
82の燃焼室が速やかに冷却され、ノッキングの発生が防
止できる。

【００８０】次にまた別の実施の形態について図２１及
び図２２に簡略図で示し説明する。本冷却構造は、シリ
ンダブロック81とシリンダヘッド82のウオータジャケッ
トは連通しているものであり、シリンダブロック81及び
シリンダヘッド82の上流側と下流側それぞれに切替え弁
95及び切替え弁96が配設されている。

【００８１】図２１は定常走行時の状態を示しており、
ウオータポンプ93はラジエータ94からの冷却水を吸入し
切替え弁95に吐出し、切替え弁95はシリンダブロック91
とシリンダヘッド92に冷却水を同時に供給し、切替え弁
96はシリンダブロック91とシリンダヘッド92の双方から
冷却水を流入してラジエータ94に還流する。したがって
内燃機関全体を効率良く冷却することができる。

【００８２】加速走行時には、図２２に示すように切替
え弁95はシリンダブロック91への流出接続管Ｅｃを閉
じ、切替え弁96はシリンダブロック91からの流入接続管
Ｉｃを閉じ、ウオータポンプ93から吐出された全ての冷
却水がシリンダヘッド92に流れ、大量の冷却水でシリン
ダヘッド92の燃焼室が速やかに冷却され、ノッキングの
発生が防止できる。

【００８３】なおシリンダブロック81とシリンダヘッド
82のウオータジャケットは連通しているので、図２３に
示すように切替え弁95はシリンダヘッド92への流出接続
管Ｅｈを閉じシリンダブロック91への流出接続管Ｅｃを
開き、切替え弁96はシリンダブロック91からの流入接続
管Ｉｃを閉じシリンダヘッド92からの流入接続管Ｉｈを
開くことで、前記図２１とは異なる定常走行時の状態を
構成することができる。

【００８４】すなわち図２３に示すようにウオータポン
プ93から吐出された冷却水は、シリンダブロック91から
シリンダヘッド92へ流れ、シリンダヘッド92から切替え
弁96を経てラジエータ94に還流する流れが形成され、内
燃機関全体を冷却することができる。

【００８５】なお以上の本願発明の各実施の形態におけ
る切替え弁駆動用のサーボモータは、ステッピングモー
タとして切替え弁の各冷却水通路を段階的に開閉するよ
うに構成することで、図３，図７，図２０，図２２，図
２３の各図の冷却水通路の閉じられた通路を全閉とせず
に少量の冷却水が流れるようにすることで、各部の冷却
水の淀み部の温度上昇を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の冷却構造における冷寒始動時の状態
を示す断面図である。

【図２】ウオータポンプの断面図である。

【図３】同冷却構造の冷却水の流れを示す簡略図であ
る。

【図４】内燃機関の冷却構造における定常走行時の状態
を示す断面図である。

【図５】同冷却構造の冷却水の流れを示す簡略図であ
る。

【図６】内燃機関の冷却構造における加速走行時の状態
を示す断面図である。

【図７】同冷却構造の冷却水の流れを示す簡略図であ
る。

【図８】冷却制御系の概略ブロック図である。

【図９】エンジン回転数に対するスロットル開度の変化
を示す座標である。

【図１０】エンジン回転数とスロットル開度から切替え
弁の切替えを判断するマップである。

【図１１】別の切替え弁を用いた内燃機関の冷却構造に
おける冷寒始動時の状態を示す断面図である。

【図１２】図１１のXII−XII線に沿って切断した切替え
弁の断面図である。

【図１３】同切替え弁の定常走行時の状態を示す断面図
である。

【図１４】同切替え弁の加速走行時の状態を示す断面図
である。

【図１５】また別のスライド式の切替え弁の冷寒始動時
の状態を示す断面図である。

【図１６】同切替え弁の定常走行時の状態を示す断面図
である。

【図１７】同切替え弁の加速走行時の状態を示す断面図
である。

【図１８】さらに別のソレノイドバルブを用いた切替え
弁の断面図である。

【図１９】別の実施の形態に係る冷却構造の定常走行時
の冷却水の流れを示す簡略図である。

【図２０】同冷却構造の加速走行時の冷却水の流れを示
す簡略図である。

【図２１】さらに別の実施の形態に係る冷却構造の定常
走行時の冷却水の流れを示す簡略図である。

【図２２】同冷却構造の加速走行時の冷却水の流れを示
す簡略図である。

【図２３】同冷却構造における別の定常走行時の冷却水
の流れを示す簡略図である。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…シリンダブロック、３…シリンダヘ
ッド、４…ウオータポンプ、５…ポンプカバー部材、６
…吸入管、10…ラジエータ、11，12…パイプ、20…切替
え弁、21…アウタステータ、22…インナロータ、25，2
6，27，28…パイプ、30…ＥＣＵ、31…サーボモータ、3
2…エンジン回転センサー、33…スロットルセンサー、3
4…水温センサー、50…切替え弁、51…アウタステー
タ、52…インナロータ、60…切替え弁、61…アウタケー
ス、62…スライド弁、63，64…環状溝、65…ステップモ
ータ、66…ワイヤー 70…切替え弁、71，72，73…ソレノイドバルブ、81…シ
リンダブロック、82…シリンダヘッド、83…ウオータポ
ンプ、84…ラジエータ、85…切替え弁、91…シリンダブ
ロック、92…シリンダヘッド、93…ウオータポンプ、94
…ラジエータ、95，96…切替え弁。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウオータポンプの駆動で冷却水を内燃機
   関とラジエータとの間を循環させことができる内燃機関
   の冷却装置において、 内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数センサー
   と、 スロットル弁の開度を検出するスロットルセンサーと、 前記内燃機関のシリンダ又はシリンダヘッドへ選択的に
   冷却水を切替え供給する切替え弁と、 前記切替え弁を駆動する駆動手段と、 前記スロットルセンサーが検出したスロットル開度と前
   記機関回転数センサーが検出した機関回転数に基づいて
   前記駆動手段を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、機関回転数に比較してスロットル開度
   が大きいと判断したときに、前記駆動手段を駆動してシ
   リンダヘッドへ冷却水を供給するように前記切替え弁を
   切替えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、機関回転数に対する定
   常のスロットル開度よりも検出スロットル開度が所定幅
   以上に大きいと判断したときに、前記駆動手段を駆動し
   てシリンダヘッドへ冷却水を供給するように前記切替え
   弁を切替えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関
   の冷却装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、スロットル開度と機関
   回転数を両座標軸とする座標に機関回転数に比較してス
   ロットル開度が大きいと判断する閾線である前記切替え
   弁の切替えを指示する切替えラインを予め設定したマッ
   プを備え、検出したスロットル開度と機関回転数を前記
   マップに照らして前記切替えラインとの関係から判断し
   て前記切替え弁を制御することを特徴とする請求項１記
   載の内燃機関の冷却装置。
4. 【請求項４】 前記内燃機関は、シリンダとシリンダヘ
   ッドが冷却水通路を連通させており、シリンダとシリン
   ダヘッドそれぞれに冷却水入口を有し、シリンダヘッド
   に冷却水出口を有することを特徴とする請求項１から請
   求項３までのいずれかの項記載の内燃機関の冷却装置。
5. 【請求項５】 前記切替え弁は、ウオータポンプから吐
   出された冷却水を前記シリンダへの供給と前記シリンダ
   ヘッドへの供給と機関を循環しない還流とを選択的に切
   替えることができることを特徴とする請求項４記載の内
   燃機関の冷却水装置。