JP2012132379A - エンジンの冷却水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷却水装置に関し、エンジンの暖気を促進させながら、燃費を効果的に向上する。
【解決手段】エンジン１０とラジエータ１４との間で冷却水を循環させる冷却水回路１３，１５，１６と、冷却水をラジエータ１４から迂回させるバイパス流路１７と、冷却水の温度が所定温度以下の時は、冷却水の流路をバイパス流路１７に切り替える流路切替手段１８と、エンジンの潤滑油と冷却水との熱交換を行う熱交換部１９と、冷却水を圧送供給する電動ウォータポンプ２０と、エンジンの暖気時に電動ウォータポンプ２０が停止と駆動とを繰り返すように制御する制御手段４０とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの冷却水装置に関し、特に電動ウォータポンプを備えるエンジンの冷却水装置に関する。

一般的に、エンジンの冷却水装置は、エンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジンから流出する冷却水をラジエータから迂回させるバイパス流路を設けている。そして、エンジンの暖気時は、サーモスタットを閉弁して冷却水をバイパス通路に流通させることで、エンジンの暖気を促進させている。

例えば、特許文献１には、エンジンの冷間時にシリンダヘッドとシリンダブロックとの間で冷却水を循環させ、エンジンの温間高負荷時にシリンダヘッド、シリンダブロック及びラジエータ間で冷却水を循環させる冷却水装置が開示されている。

特開２００４−２７０６５２号公報

ところで、エンジンの暖気時においては、エンジン内の各摺動部を潤滑するエンジンオイルが低温状態になる。そのため、エンジンオイルの粘度は高くなり、各摺動部のフリクションが増大することで、エンジンの燃費は悪化する。

また、暖気始動時は冷却水温が低いため、エンジンの燃焼室温度も低下する。そのため、排気中のＨＣやＣＯの量が多くなり、排気エミッションを悪化させる可能性がある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジンの暖気を促進させながら、燃費を効果的に向上することにある。

上記目的を達成するため、本発明のエンジンの冷却水装置は、エンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させる冷却水回路と、前記冷却水回路を循環する冷却水を前記ラジエータから迂回させるバイパス流路と、前記冷却水回路を循環する冷却水の温度が所定温度以下の時は、前記冷却水の流路を前記バイパス流路に切り替える流路切替手段と、前記冷却水回路に設けられ、前記エンジンの潤滑油と冷却水との熱交換を行う熱交換部と、前記冷却水回路に設けられ、冷却水を圧送供給する電動ウォータポンプと、前記電動ウォータポンプの駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンの暖気時に前記電動ウォータポンプが停止と駆動とを繰り返すように、前記電動ウォータポンプを制御することを特徴とする。

前記制御手段は、前記エンジンの暖気後は、前記電動ウォータポンプの駆動を前記エンジンの運転状態に応じて制御し、かつ、前記エンジンの暖気時に前記電動ウォータポンプを駆動させる場合は、前記暖気後の駆動よりも高い回転数で前記電動ウォータポンプを駆動させるようにしてもよい。

本発明のエンジンの冷却水装置によれば、エンジンの暖気を促進させながら、燃費を効果的に向上することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの冷却水装置を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの冷却水装置における冷却水の水流量と電熱量との関係を示す図である。

以下、図１，２に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンの冷却水装置１について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るエンジンの冷却水装置１は、エンジン１０と、エンジン１０内に設けられた冷却水流路１３と、エンジン１０の前方に所定の間隔を隔て配設されたラジエータ１４と、冷却水流路１３の出口部１３ｂとラジエータ１４の入口部１４ａとを連通するインレット配管１５と、ラジエータ１４の出口部１４ｂと冷却水流路１３の入口部１３ａとを連通するアウトレット配管１６と、ラジエータ１４を迂回するバイパス配管（バイパス流路）１７と、冷却水の流路を切り替えるサーモスタット１８と、エンジンの冷却水とエンジンオイル（潤滑油）との熱交換を行うオイルクーラ１９と、冷却水を圧送供給する電動ウォータポンプ２０と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４０とを有する。

なお、本実施形態の冷却水流路１３、インレット配管１５及び、アウトレット配管１６は、本発明の冷却水回路を構成する。また、本実施形態のオイルクーラ１９は、本発明の熱交換部に相当する。さらに、本実施形態のＥＣＵ４０は、本発明の制御手段に相当する。

エンジン１０のシリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２には、図示しないウォータジャケットが設けられている。このウォータジャケットは、冷却水流路１３に接続されており、電動ウォータポンプ２０により圧送供給される冷却水を流通させる。すなわち、冷却水流路１３の入口部１３ａから流入した冷却水は、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２のウォータジャケットを介して、冷却水流路１３の出口部１３ｂへと流通するように構成されている。

ラジエータ１４の上方側部に設けられた入口部１４ａには、インレット配管１５が接続されている。また、ラジエータ１４の下方側部に設けられた出口部１４ｂには、アウトレット配管１６が接続されている。そして、ラジエータ１４は、冷却水流路１３から流出してインレット配管１５を介して流入する冷却水を外気との熱交換により冷却する。その後、冷却された冷却水は、アウトレット配管１６を介して冷却水流路１３に戻されることで、冷却水を循環させるように構成されている。

バイパス配管１７は、ラジエータ１４を迂回するように、一端をインレット配管１５に接続され、他端をアウトレット配管１６に接続されている。また、バイパス配管１７とインレット配管１５との分岐部にはサーモスタット１８が介装されている。

サーモスタット１８は、インレット配管１５を流れる冷却水の温度が所定温度まで上昇すると開弁し、冷却水のラジエータ１４への流通を許容する開閉弁である。すなわち、冷却水の温度が所定温度以下の時は、サーモスタット１８が閉弁され、冷却水はバイパス配管１７に流入する。そして、バイパス配管１７を流通した冷却水は、アウトレット配管１６を介して冷却水流路１３に戻されることで、冷却水をラジエータ１４から迂回して循環させるように構成されている。このサーモスタット１８としては、例えば公知のワックスタイプのサーモスタットが使用される。

オイルクーラ１９は、アウトレット配管１６とバイパス配管１７との合流部よりも下流側に位置するアウトレット配管１６に介装されている。また、オイルクーラ１９には、冷却水とエンジンオイルとの熱交換を行うために、図示しない潤滑油循環路が接続されている。このエンジンオイルは、エンジン１０内の図示しない各摺動部を潤滑するもので、エンジン１０内の各摺動部としては、例えば、ロッカーアーム、カムシャフト、ピストン、ピストンピン、クランクシャフトベアリング等がある。

電動ウォータポンプ２０は、アウトレット配管１６及びバイパス配管１７の合流部と、オイルクーラ１９との間に位置するアウトレット配管１６に設けられている。この電動ウォータポンプ２０は、図示しないインペラの回転により冷却水を圧送する公知の遠心式ポンプで、図示しないインペラのシャフトに接続された駆動モータ２１を備える。また、駆動モータ２１の作動はＥＣＵ４０により制御されている。すなわち、電動ウォータポンプ２０は、ＥＣＵ４０によって駆動モータ２１の作動が制御されることで、冷却水の圧送供給（循環）と、圧送供給の停止（循環の中止）とを行うように構成されている。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０やエンジン１０を搭載した車両の各種制御をおこなうもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うため、ＥＣＵ４０には、図示しない回転センサやアクセルセンサ、駆動モータ２１が電気配線を介して電気的に接続されている。

また、ＥＣＵ４０は、駆動モータ２１の作動（以下、電動ウォータポンプ２０の駆動ともいう）を制御する。具体的には、このＥＣＵ４０は、エンジン１０の暖気終了後は、駆動モータ２１の作動をエンジン１０の運転状態に応じて制御する。すなわち、エンジン１０の暖気終了後は、電動ウォータポンプ２０がエンジン１０の運転状態に応じて駆動され、冷却水は電動ウォータポンプ２０によりエンジン１０の運転状態に応じて圧送供給される。

一方、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の暖気時は、まず冷却水が沸騰するまで駆動モータ２１に作動信号を出力しない。すなわち、エンジン１０の暖気開始時は、沸騰冷却になるまで電動ウォータポンプ２０は停止される。そして、冷却水が沸騰すると、ＥＣＵ４０は、暖気終了後に行うエンジン１０の運転状態に応じた制御（通常時の制御）よりも高い回転数の作動信号を駆動モータ２１に出力する。すなわち、沸騰冷却になると、電動ウォータポンプ２０は、冷却水の圧送供給量が暖気終了後の圧送供給量（通常時の圧送供給量）よりも多くなるように駆動される。その後、このＥＣＵ４０による電動ウォータポンプ２０の停止と駆動の制御は、エンジン１０の暖気が終了するまで繰り返し行われるように構成されている。

以上のような構成により、本発明の一実施形態に係るエンジンの冷却水装置１によれば以下のような作用効果を奏する。

エンジン１０の暖気開始時は、まずサーモスタット１８が閉弁された状態で電動ウォータポンプ２０は停止される。すなわち、冷却水は冷却水流路１３内に留まり、シリンダヘッド１１やシリンダブロック１２内のウォータジャケットからの伝熱により水温が急上昇する。そして、冷却水の沸騰が始まり、沸騰冷却となることで、伝熱量は急激に増加される（図２のＡ点を参照）。

その後、電動ウォータポンプ２０は、暖気終了後の回転数（通常時の回転数）よりも高い回転数で駆動され、伝熱量の高い高温状態の冷却水（図２のＢ点参照）がオイルクーラ１９に圧送供給される。すなわち、エンジンオイルの油温は、オイルクーラ１９に流入する高温状態の冷却水と熱交換されることで、エンジン１０の暖機時に効果的に昇温される。さらに、この電動ウォータポンプ２０の停止と駆動とは、エンジン１０の暖気が終了するまで繰り返し行われる。

したがって、エンジン１０の暖機時に電動ウォータポンプ２０の停止と駆動とを繰り返すことにより、エンジン１０の暖機を促進することができるとともに、エンジンオイルの油温を早期に上昇させて各摺動部のフリクションを低減することで、暖機時の燃費を効果的に向上することが可能となる。

また、エンジン１０の暖機が促進され、エンジン１０の図示しない燃焼室の温度が早期に上昇することで、排気中に含まれるＨＣやＣＯを低減することができ、排気エミッションの悪化を効果的に抑制することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態において、冷却水の圧送供給は電動ウォータポンプ２０により行われるものとして説明したが、電磁クラッチを介してエンジン１０の動力で駆動されるウォータポンプ（不図示）によって行うこともできる。

この場合、エンジン１０の暖機時において、ウォータポンプを停止させる際は電磁クラッチを断状態に制御し、かつ、ウォータポンプを駆動させる際は電磁クラッチを接状態に制御すればよい。

また、エンジン１０の暖機時に電動ウォータポンプ２０を駆動させる際の回転数は、必ずしも暖気終了後に行う制御（通常時の制御）よりも高く設定する必要はなく、暖気終了後の制御と同程度の回転数に設定してもよい。この場合も、オイルクーラ１９に伝熱量の高い高温状態の冷却水が流入されるので、エンジンオイルの油温を効果的に上昇させることができる。

１０ エンジン
１３ エンジン冷却水流路（冷却水回路）
１４ ラジエータ
１５ インレット配管（冷却水回路）
１６ アウトレット配管（冷却水回路）
１７ バイパス配管（バイパス流路）
１８ サーモスタット（流路切替手段）
１９ オイルクーラ（熱交換部）
２０ 電動ウォータポンプ
４０ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (2)

1. エンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させる冷却水回路と、
   前記冷却水回路を循環する冷却水を前記ラジエータから迂回させるバイパス流路と、
   前記冷却水回路を循環する冷却水の温度が所定温度以下の時は、前記冷却水の流路を前記バイパス流路に切り替える流路切替手段と、
   前記冷却水回路に設けられ、前記エンジンの潤滑油と冷却水との熱交換を行う熱交換部と、
   前記冷却水回路に設けられ、冷却水を圧送供給する電動ウォータポンプと、
   前記電動ウォータポンプの駆動を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記エンジンの暖気時に前記電動ウォータポンプが停止と駆動とを繰り返すように、前記電動ウォータポンプを制御する
   ことを特徴とするエンジンの冷却水装置。
2. 前記制御手段は、
   前記エンジンの暖気後は、前記電動ウォータポンプの駆動を前記エンジンの運転状態に応じて制御し、かつ、前記エンジンの暖気時に前記電動ウォータポンプを駆動させる場合は、前記暖気後の駆動よりも高い回転数で前記電動ウォータポンプを駆動させる
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの冷却水装置。

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