JP2016217318A - エンジンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの冷却効率を保持しつつ、ノッキングを抑制する。
【解決手段】 ラジエータ１１０と、サーモスタット１２０と、エンジン１０のシリンダヘッド１３１に形成された第１の冷却液通路１３１ｂと、エンジン１０のシリンダブロック１３２に形成された第２の冷却液通路１３２ｂとを経由して冷却液が循環する循環経路と、ラジエータ１１０からサーモスタット１２０をバイパスしてシリンダヘッド１３１に形成された第３の冷却液通路１３１ｃを経由して循環経路に合流するバイパス経路と、バイパス経路上に設けられた電動ウォーターポンプ１１と、電動ウォーターポンプ１１の動作を制御するＥＣＵ１２とを備え、冷却液は、バイパス経路をラジエータ１１０、電動ウォーターポンプ１１、第３の冷却液通路１３１ｃの順に流れる、エンジンの冷却構造１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等のエンジンの冷却構造に関する。

図４は、従来の技術によるエンジンの冷却構造の構成を示すブロック図である。

図に示すように、ガソリンエンジン自動車の車両を例とするエンジンの冷却構造１００は、冷却液の熱交換を行うラジエータ１１０、冷却液の温度に応じて選択的に開閉するサーモスタット１２０、サーモスタット１２０から導入される冷却液により冷却されるエンジン１３０、冷却液を各部に循環させるためのウォーターポンプ１４０、自動車の車室内の暖房や空調における熱交換に用いられるヒータコア１５０とを備え、各部が配管により接続されることにより、一体的に冷却液の循環経路を形成する。

また、エンジンの冷却構造１００において、ラジエータ１１０、サーモスタット１２０、エンジン１３０及びウォーターポンプ１４０は独立した第１の循環経路を形成し、ヒータコア１５０、サーモスタット１２０、エンジン１３０及びウォーターポンプ１４０は独立した第２の循環経路を形成する。サーモスタット１２０が冷却液の温度（例、８０℃）に応じて、エンジン１３０とラジエータ１１０又はヒータコア１５０との流通を選択的に切換えることにより、エンジン１３０は第１の循環経路又は第２の循環経路上にて冷却液と熱交換を行う。

また、冷却対象としてのエンジン１３０は、混合気の燃焼室１３１ａが形成されたシリンダヘッド１３１と、内部でピストンが移動するシリンダ本体１３２ａが形成されたシリンダブロック１３２とから構成される。燃焼室１３１ａ内には燃焼室１３１ａ周りと熱交換するための第１の冷却液通路１３１ｂが形成されている。また、シリンダブロック１３２内にはシリンダ本体１３２ａと熱交換するための第２の冷却液通路１３２ｂが形成されている。

更に、冷却液の流れから見て、シリンダブロック１３２の第２の冷却液通路１３２ｂはウォーターポンプ１４０の下流に位置し、シリンダヘッド１３１の第１の冷却液通路１３１ｂはシリンダブロック１３２の第２の冷却液通路１３２ｂの下流かつラジエータ１１０又はヒータコア１５０の上流に位置する。

以上の構成を有するエンジンの冷却構造１００においては、エンジン１３０の起動時から暖機運転中は第２の循環経路にて、冷却液はラジエータ１１０により冷却されることなくエンジン１３０を通過する。エンジン１３０の通常運転時においては、第１の循環経路にて、ラジエータ１１０により冷却された冷却液によりエンジン１３０は冷却される。

ところでエンジン１３０においては、ノッキングを抑制することが問題とされる。ノッキングを抑制する技術の例として、特許文献１には以下の構成が開示されている。すなわち、ウォーターポンプよりの冷却水をシリンダブロック内冷却水通路に直接導く第一の通路、同冷却水をシリンダヘッド内冷却水通路に直接導く第二の通路と、冷却水の流量を調節する制御弁と、ノッキングの発生を検出するノックセンサと、ノックセンサによりノッキングの発生が検出された場合に、第一の通路の流量を減少させるとともに第二の通路の流量を増大させるように制御弁を作動させる制御装置とを備える。これにより、ノッキングの発生時にのみシリンダヘッドを強力に冷却して、ノッキングが発生しない時にシリンダヘッドが過冷却されることを抑制する、とされている。

実開昭６２−１４３０３２号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術においては、以下のような課題があった。すなわち、第一の通路及び第二の通路を流れる冷却水の水量は一定であり、制御弁により各通路の流量の比率のみが調節されるところ、シリンダヘッドの冷却水の水量が増える場合はシリンダブロック側の冷却が不十分になる恐れがあった。

一方、図４に示す構成においては、シリンダヘッド１３１を含むエンジン１３０はサーモスタット１２０の下流に位置するため、シリンダヘッド１３１に導入される冷却液は、サーモスタット１２０の動作温度に依存して高温となり、充分な冷却を行うことができなかった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、エンジンの冷却効率を保持しつつ、ノッキングを抑制することが可能なエンジンの冷却構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の側面は、少なくともラジエータと、サーモスタットと、エンジンのシリンダヘッドに形成された第１のエンジン内通路と、前記エンジンのシリンダブロックに形成された第２のエンジン内通路とを経由して冷却液が循環する循環経路と、前記ラジエータから前記サーモスタットをバイパスして前記シリンダヘッドに形成された第３のエンジン内通路を経由して前記循環経路に合流するバイパス経路と、前記バイパス経路上に設けられたポンプ部と、前記ポンプ部の動作を制御する制御手段とを備え、前記冷却液は、前記バイパス経路を前記ラジエータ、前記ポンプ部、第３のエンジン内通路の順に流れる、エンジンの冷却構造である。

なお、本発明は、他の側面として、前記制御手段は、前記エンジンのノック条件に応じて前記ポンプ部の動作を制御するものとしてもよい。

以上のような本発明は、エンジンの冷却効率を保持しつつ、ノッキングを抑制することが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るエンジンの冷却構造の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るエンジンの冷却構造の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態に係るエンジンの冷却構造の動作に用いられる電動ウォーターポンプのマップ 従来のエンジンの冷却構造の構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るエンジンの冷却構造の構成を模式的に示すブロック図である。ただし、図４に示す従来例と同一又は相当する構成については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

また、エンジン１０は、シリンダヘッド１３１において、第１の冷却液通路１３１ｂと独立した冷却液の導入口を有し、燃焼室１３１ａを冷却する第３の冷却液通路１３１ｃが形成される。第３の冷却液通路１３１ｃは第１の冷却液通路１３１ｂと下流にて合流してシリンダヘッド１３１の外部へ冷却液を導出させる。

更に、ラジエータ１１０からはサーモスタット１２０へ接続される通路に加えて、エンジン１０のシリンダヘッド１３１の第３の冷却液通路１３１ｃに繋がる通路が設けられる。ラジエータ１１０と第３の冷却液通路１３１ｃとの間には電動ウォーターポンプ１１が設けられ、電動ウォーターポンプ１１によりラジエータ１１０からの冷却液は第３の冷却液通路１３１ｃに導入される。

また、ＥＣＵ１２は、メモリ、ＣＰＵ等を備え、サーモスタット１２０の動作と独立した制御を行う手段であって、センサ部１３から取得した各種情報に基づき電動ウォーターポンプ１１の動作を制御する手段である。センサ部１３は、エンジン１０の回転数、負荷及び水温並びに図示しない吸気ポートにおける吸気温その他のエンジンの環境を示す諸量を測定する複数のセンサとノッキングの発生を検知するノックセンサとの総称であって、各測定値、検知結果をＥＣＵ１２へ出力する。

以上の構成において、エンジンの冷却構造１は本発明のエンジンの冷却構造に相当し、第１の冷却液通路１３１ｂは本発明の第１のエンジン内通路に相当し、第２の冷却液通路１３２ｂは本発明の第２のエンジン内通路に相当し、ラジエータ１１０、サーモスタット１２０、エンジン１０の第１の冷却液通路１３１ｂ及び第２の冷却液通路１３２ｂの循環経路は本発明の循環経路に相当する。また、第３の冷却液通路１３１ｃは本発明の第３のエンジン内通路に相当し、電動ウォーターポンプ１１は本発明のポンプ部に相当し、ラジエータ１１０、電動ウォーターポンプ１１及び第３の冷却液通路１３１ｃを通過する冷却液の通路は本発明のバイパス経路に相当し、ＥＣＵ１２は本発明の制御手段に相当する。

以上の構成を有する本実施の形態のエンジンの冷却構造１は、エンジン１０のシリンダヘッド１３１に形成した第３の冷却液通路１３１ｃから電動ウォーターポンプ１１により冷却液を導入してエンジン１０の冷却を行わせるようにしたことを特徴とする。

すなわち、エンジンの冷却構造１において、シリンダヘッド１３１は、通常の循環経路上に位置する第１の冷却液通路１３１ｂを流れる冷却液により冷却されることに加えて、バイパス経路上に位置する第３の冷却液通路１３１ｃを流れる冷却液によっても冷却される。バイパス経路はサーモスタット１２０をバイパスして、ラジエータ１１０により熱交換された後の、より低温（例としては６０℃）の冷却液が直接導入されるため、シリンダヘッド１３１をより効率的に冷却する。ひいては、エンジン１３０のノッキングの発生を抑制して、エンジン出力の向上、燃費の向上が可能となる。

また、エンジン１０へ導入される冷却液の総量は、ウォーターポンプ１４０による導入分に、更に電動ウォーターポンプ１１による導入分が加えられるため、シリンダヘッド１３１の冷却のためにシリンダブロック１３２の冷却が不十分になる恐れが低減される。

したがって、エンジンの冷却効率を保持しつつ、シリンダヘッド１３１を充分に冷却してノッキングを抑制することが可能となる。

次に、図２のフローチャートを参照して、エンジンの冷却構造１における、ＥＣＵ１２による電動ウォーターポンプ１１の動作を詳しく説明する。

エンジン１０が始動すると、ステップＳ１０として、ＥＣＵ１２は、センサ部１３からエンジン１０のシリンダヘッド１３１内の冷却液の温度を取得して、ステップＳ１１にて、測定された液温が、自らのメモリに記憶した設定値以上かどうかを判定する。設定値は例として、ノッキングの発生の恐れが大きくなる程度の値を経験値として定めることが好ましい。

次に、測定された液温が設定値以上であれば、ステップＳ１２にてＥＣＵ１２は電動ウォーターポンプ１１を駆動させて、バイパス経路に冷却液を導入してシリンダヘッド１３１を冷却する。電動ウォーターポンプ１１の回転数は、図３に示すマップにしたがって、エンジン１０の回転数と、エンジン１０に加わる負荷との関係によって定まり、マップに示すように、エンジン回転数が大きくなると、エンジンの負荷の変動に追従して大きくなるよう調節される。

なお、図中には示さないが、ステップＳ１２以降もＥＣＵ１２は定期的にシリンダヘッド１３１内の冷却液の温度を取得して、ステップＳ１１にて設定値未満であると判定した場合には、電動ウォーターポンプ１１の動作を停止することが好ましい。これにより消費電力を低減することが可能となる。

次に、電動ウォーターポンプ１１の流量を修正する制御の動作を説明する。ステップＳ１２以降、電動ウォーターポンプ１１が運転している状態において、ＥＣＵ１２はセンサ部１３からエンジン１０の吸気ポートの吸気温を取得して、これが設定値以上かどうかを判定する。なお、設定値は例として、ノッキングの発生の恐れが大きくなる程度の値を経験値として定めることが好ましい。

設定値以上であれば、ステップＳ１４に移行して図３のマップの修正を行う。マップの修正例としては、負荷の基準値を下げることが好ましい。ＥＣＵ１２は従前より小さな負荷であっても電動ウォーターポンプ１１の回転数を高める制御を行う

一方、ステップＳ１３で吸気温が設定値未満であった場合はステップＳ１５に移行し、他の負荷補正条件を満たしているかどうかを判断する。ここで他の負荷補正条件の例としては、ノッキング発生の頻度が設定値以上であるかどうかに基づくことができる。すなわち、エンジン１０の点火時期及びセンサ部１３のノックセンサからの信号の有無の統計を利用して、ノッキング発生の頻度を求める。これにより、エンジン１０の個体差や、経年変化等に起因するノッキングの頻発に対応することが可能となる。

負荷補正条件を満たしている場合は、ステップＳ１４に移行してマップを修正し、従前より小さい負荷で電動ウォーターポンプ１１の回転数を高める制御を行う。

一方、負荷補正条件を満たしていない場合は、ステップＳ１６に移行して、従前と同一のマップにしたがって電動ウォーターポンプ１１の運転を継続する。

以上のように、本発明の実施の形態のエンジンの冷却構造によれば、エンジン１０のシリンダヘッド１３１に形成した第３の冷却液通路１３１ｃから電動ウォーターポンプ１１により冷却液を導入してエンジン１０の冷却を行わせるようにしたことにより、エンジンの冷却効率を保持しつつ、ノッキングを抑制することが可能になる。

しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

上記の説明においては、ウォーターポンプ１４０はサーモスタット１２０の下流且つシリンダブロック１３２の上流に位置するものとしたが、ウォーターポンプ１４０の位置は、エンジン１０の通常運転時における冷却液の循環経路の任意の位置であってよい。更に、第２の循環経路はエンジン１３０とサーモスタット１２０との間にヒータコア１５０を設けた構成としたが、ヒータコア１５０は省略した構成としてもよい。

要するに、本発明は、循環経路に合流するバイパス経路がラジエータ１１０、電動ウォーターポンプ１１、シリンダヘッド１３１の第３の冷却液通路１３１ｃの順に流れるように構成されていればよく、バイパス経路や循環経路における他の付加的構成要素の有無や冷却液を循環させるための具体的な構成等によって限定されるものではない。

また、上記の説明においては、本発明の制御手段としてのＥＣＵ１２はノック条件の例としての冷却液の液温等に基づき電動ウォーターポンプ１１の動作を制御するものとしたが、ノック条件によらず適宜電動ウォーターポンプ１１の動作をオンオフするものとしてもよい。

更に、本発明は、例えば、ガソリンエンジン自動車の他、ハイブリッド自動車、二輪車、船舶他、エンジンにより動作する任意の輸送機器において実施してもよい。

以上のように、本発明は、エンジンの冷却構造であって、少なくともラジエータと、サーモスタットと、エンジンのシリンダヘッドに形成された第１のエンジン内通路と、前記エンジンのシリンダブロックに形成された第２のエンジン内通路とを経由して冷却液が循環する循環経路と、前記ラジエータから前記サーモスタットをバイパスして前記シリンダヘッドに形成された第３のエンジン内通路を経由して前記循環経路に合流するバイパス経路と、前記バイパス経路上に設けられたポンプ部と、前記ポンプ部の動作を制御する制御手段とを備え、前記冷却液は、前記バイパス経路を前記ラジエータ、前記ポンプ部、第３のエンジン内通路の順に流れるものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。

したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

エンジンの冷却効率を保持しつつ、ノッキングを抑制することが可能になるという効果を有し、例えばガソリン自動車等への適用において有用である。

１ エンジンの冷却構造
１０ エンジン
１１ 電動ウォーターポンプ
１２ ＥＣＵ
１３ センサ部
１１０ ラジエータ
１２０ サーモスタット
１３１ シリンダヘッド
１３１ａ 燃焼室
１３１ｂ 第１の冷却液通路
１３１ｃ 第３の冷却液通路
１３２ シリンダブロック
１３２ｂ 第２の冷却液通路
１４０ ウォーターポンプ
１５０ ヒータコア

Claims (1)

1. 少なくともラジエータと、サーモスタットと、エンジンのシリンダヘッドに形成された第１のエンジン内通路と、前記エンジンのシリンダブロックに形成された第２のエンジン内通路とを経由して冷却液が循環する循環経路と、
   前記ラジエータから前記サーモスタットをバイパスして前記シリンダヘッドに形成された第３のエンジン内通路を経由して前記循環経路に合流するバイパス経路と、
   前記バイパス経路上に設けられたポンプ部と、
   前記ポンプ部の動作を制御する制御手段とを備え、
   前記冷却液は、前記バイパス経路を前記ラジエータ、前記ポンプ部、第３のエンジン内通路の順に流れる、
   エンジンの冷却構造。

Images