JP3353236B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

内燃機関の冷却装置

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JP3353236B2 JP06183495A JP6183495A JP3353236B2 JP 3353236 B2 JP3353236 B2 JP 3353236B2 JP 06183495 A JP06183495 A JP 06183495A JP 6183495 A JP6183495 A JP 6183495A JP 3353236 B2 JP3353236 B2 JP 3353236B2
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    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00Controlling of coolant flow
    • F01P7/14Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P11/00Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/14Indicating devices; Other safety devices
    • F01P2011/205Indicating devices; Other safety devices using heat-accumulators

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の冷却装置に関
し、特に暖機時の冷却水温の速やかな上昇を可能とし
て、排気エミッションの改善等を図った内燃機関の冷却
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関(エンジン)の冷却は、加熱さ
れて高温(100℃以上)となったウォータジャケット
内の冷却水をラジエータへ送って放熱し、適温(80℃
〜88℃)となった冷却水を再びエンジンに還流させる
ことにより行っている。ところで、エンジンの暖機開始
時にはエンジン冷却水は外気温程度にまで低下してお
り、エンジンシリンダ壁も冷たくなっていることから、
空燃比を燃料リッチにして確実なエンジン起動と暖機中
のエンジン回転の円滑を図っている。しかし、燃料リッ
チとすることは排気エミッションの悪化を招くことが多
いとともに、燃費も低下することから、近年の排気規制
および省エネルギーの要請に応え得ないことになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、エンジン運転
中の適温の冷却水を蓄熱器に蓄えておき、これをエンジ
ン暖機時に使用してエンジンシリンダを急速に適温まで
温めることにより、空燃比の燃料リッチを回避すること
が考えられる。しかし、大きな容量の蓄熱器を設けるこ
とは設置スペースの確保に苦慮するとともに、蓄熱器の
重量増により却って燃費が悪化するという問題を生じ
る。
【0004】本発明はかかる課題を解決するもので、冷
却水系に設けた小型の蓄熱器により、暖機中の排気エミ
ッション等の悪化を有効に防止できる内燃機関の冷却装
置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の構成で
は、内燃機関1の冷却水出口11から流出した冷却水を
ラジエータ2を経て内燃機関1の冷却水入口12へ還流
させる冷却水路3と、内燃機関1の冷却水出口11から
流出した直後の冷却水を内燃機関1の冷却水入口12へ
直接還流させるバイパス路41と、内燃機関の負荷状態
を検出する負荷状態検出手段7aと、内燃機関1の負荷
の減少に応じて上記バイパス路41を開いていき、検出
された内燃機関1の負荷の減少に応じて上記バイパス路
41を閉じていく開閉弁7と、上記バイパス路41に介
設された蓄熱器8とを具備している。
【0006】本発明の第2の構成では、内燃機関1の冷
却水出口11から流出した冷却水をラジエータ2を経て
内燃機関1の冷却水入口12へ還流させる冷却水路3
と、内燃機関1の冷却水出口11から流出した直後の冷
却水をラジエータ2を迂回して内燃機関1の冷却水入口
12へ還流させる第1バイパス路41と、内燃機関1の
冷却水出口11から流出した直後の冷却水を、上記ラジ
エータ2の出口と内燃機関1を結ぶ冷却水路3中に設け
られて冷却水温に応じて開く感熱弁6の感熱部近くへ供
給して、冷却水路3を経て内燃機関1の冷却水入口12
へ還流させる第2バイパス路42と、内燃機関の負荷状
態を検出する負荷状態検出手段7aと、内燃機関1の負
荷の減少に応じて、上記第2バイパス路42に対する第
1バイパス路41への冷却水流入比を大きくする流量調
整弁7と、上記第1バイパス路41に介設された蓄熱器
8とを具備している。
【0007】上記第3の構成では、上記負荷状態検出手
段を、内燃機関のインテークマニホールド負圧が導入さ
れて上記開閉弁7若しくは上記流量調整弁7の弁体操作
用ダイヤフラム71を駆動する圧力室7aで構成する。
【0008】
【作用】上記第1の構成において、暖機時には内燃機関
の負荷は小さいから開閉弁が開き、内燃機関の冷却水出
口から流出した冷却水がバイパス路へ流入する。蓄熱器
に蓄えられた高温の冷却水は、新たな冷却水の流入によ
り押し出されて内燃機関の冷却水入口へ向かい内燃機関
のシリンダ壁温を速やかに上昇させる。内燃機関から流
出する冷却水は暖機中に次第に高温となり、上記冷却水
出口から流出した直後の冷却水温は十分に高くなる。そ
して、この高温の冷却水がバイパス路の上記蓄熱器に流
入してここに蓄えられる。十分に高温の冷却水を蓄える
から、蓄熱器を小型にしても、暖機中の内燃機関のシリ
ンダ壁温を速やかに上昇させるに足る熱量が得られる。
このシリンダ壁温の速やかな上昇により、暖機時の空燃
比を燃料リッチとする必要がなくなり、排気エミッショ
ンの向上と燃費の低減が実現される。
【0009】上記第2の構成において、暖機中や低負荷
で走行中には、流量調整弁により第1バイパス路への冷
却水流入比が第2バイパス路への冷却水流入比よりも大
きくなり、内燃機関の冷却水出口から流出した高温の冷
却水が第1バイパス路へ流入して蓄熱器に蓄えられる。
同時に、感熱部近くへの高温冷却水の供給が少なくなる
から感熱弁は閉じ気味となり、ラジエータを経由する冷
却水量が減って内燃機関の冷却水温は全体として上昇す
る。これにより、暖機時の排気エミッションの向上に加
えて、クエンチエリア減少による低負荷走行時のエンジ
ン回転の円滑と燃費低減が実現される。高負荷走行中に
は、第2バイパス路への冷却水流入比が大きくなること
により、感熱部近くへの高温冷却水の供給が多くなって
感熱弁が開き気味となり、ラジエータを経由する冷却水
量が増加して内燃機関の冷却水温は全体として低下す
る。これにより、ノッキングが抑制されるとともに、充
填効率の向上による内燃機関の出力増大が実現される。
【0010】上記第3の構成においては、内燃機関のイ
ンテークマニホールド負圧により内燃機関の負荷状態が
確実に検出されるとともに、電気的な弁制御回路が不要
であるから装置構成が簡易となる。
【0011】
【実施例】図1には本発明に係る内燃機関(エンジン)
の冷却装置の配管系統を示す。エンジン1の冷却水出口
11から延びる冷却水路3はラジエータ2に至り、該ラ
ジエータ2を経由してエンジン1の冷却水入口12に接
続されている。ラジエータ2から上記冷却水入口12へ
至る冷却水路3には途中に感熱弁たるサーモスタット6
が設けてある。サーモスタット6は内設した感熱部のワ
ックスの膨張により、冷却水温が上昇すると開き気味と
なってラジエータ2を経由する冷却水路3中の流量を増
大させ、エンジン冷却水温を全体として低下させる。冷
却水温が低下するとサーモスタット6は閉じ気味となっ
てラジエータ2を経由する冷却水路3中の流量を減少さ
せ、エンジン冷却水温を全体として上昇させる。このよ
うにして、エンジン1に供給される冷却水温はほぼ一定
(80℃〜88℃)に維持される。なお、冷却水の循環
はエンジン1に付設されたウォータポンプ13によりな
され、冷却水入口12に至った冷却水はエンジン1内の
ウォータジャケットを経てエンジン1を冷却するととも
に、オイルウォーマ14にも供給されてエンジンオイル
を温める
【0012】エンジン1の冷却水出口11からはバイパ
ス主路4が分岐して流量調整弁7に至っており、流量調
整弁7からはバイパス路41,42が延びて、一方のバ
イパス路41が蓄熱器8の底壁に接続されてここに開口
し、他方のバイパス路42は冷却水路3に接続されて上
記サーモスタット6の感熱部近くに開口している。
【0013】上記冷却水出口11からはまた温水供給路
5が分岐して、ヒータバルブ51を経てヒータコア52
へ至っている。ヒータコア52から戻る温水供給路5
は、冷却水入口12へ向かう冷却水路3の途中に接続さ
れており、この戻り路に、上記蓄熱器8から延びるバイ
パス路43が接続されている。バイパス路43はその基
端が蓄熱器8内の上方位置にある。
【0014】流量調整弁7の構造の詳細を図2に示す。
流量調整弁7内にはダイヤフラム71で区画されて圧力
室7aが形成され、上記ダイヤフラム71は圧力室7a
内に設けたコイルバネ72により図の左方へ押圧されて
いる。ダイヤフラム71から延びる操作棒73は流体室
7b,7cを区画する隔壁75の開口751を挿通して
おり、その先端に設けられた弁体74が流体室7cへの
バイパス路41の開口411を閉鎖している。上記流体
室7cには上方よりバイパス主路4が接続開口してお
り、また、流体室7bからはバイパス路42が延びてい
る。上記圧力室7aはエンジン1の図略のインテークマ
ニホールドに連通しており、インテークマニホールド負
圧が小さいエンジン高負荷状態では、図示の如く、バイ
パス主路4とバイパス路42が連通してこれらを冷却水
が流れる。エンジン負荷が小さくなってこれに応じてイ
ンテークマニホールド負圧が大きくなると、ダイヤフラ
ム71が右方へ移動し、これに伴って弁体74は次第に
開口411から離れ、バイパス主路4からバイパス路4
1へ冷却水が流れ始める。その分、バイパス路42への
冷却水量は減る。エンジン負荷が十分小さい暖機時に
は、弁体74は開口751を閉鎖する位置まで移動し、
バイパス主路4より流入した冷却水は全てバイパス路4
1へ流れる。
【0015】かかる構成の冷却装置において、暖機中や
エンジン低負荷での走行中には、エンジン1の冷却水出
口11より流出した直後の冷却水はバイパス主路4から
バイパス路41へ多く流れて蓄熱器8へ供給される。供
給された冷却水は、自然対流により蓄熱器8内の上部に
溜まった高温の冷却水をバイパス路43へ押し出し、押
し出された高温の冷却水は温水供給路5の戻り路より冷
却水路3を経てエンジン1の冷却水入口12へ至り、エ
ンジン1内のウォータジャケットおよびオイルウォーマ
14に供給される。高温の冷却水が供給されて、エンジ
ン1のシリンダ壁温度は迅速に上昇し、暖機時の燃料リ
ッチが不要となって排気エミッションの向上が図られ
る。また、低負荷での走行中にはクエンチエリアが減少
してエンジン回転の円滑と燃費低減が実現される。そし
て、上記蓄熱器8には、エンジンから流出した直後の十
分高温(100℃以上)の冷却水が蓄えられるから、ラ
ジエータ通過後の80℃〜88℃程度の冷却水を蓄える
場合に比して蓄熱器容量を25%〜13.6%程度小さ
くし小型化してもエンジン昇温に十分な熱量を蓄えるこ
とができる。
【0016】また、本実施例ではエンジン1のオイルウ
ォーマ14に高温の冷却水が供給されることにより、特
に暖機時にオイル温度が迅速に上昇してその粘度が低下
し、これによっても燃費の低減が図られる。また、高温
の冷却水はヒータコア52にも供給されるから、暖房の
立ち上がりが向上する。
【0017】走行中にエンジン1が高負荷状態になる
と、その冷却水出口11より流出した直後の冷却水はバ
イパス主路4からバイパス路42へ多く流れ始め、この
高温冷却水が感熱部近くへ供給されてサーモスタット6
が開き気味となる。これにより、ラジエータ2を経由す
る冷却水量が増加してエンジン冷却水温は全体として8
0℃〜88℃程度よりも低下し、ノッキングが抑制され
るとともに、充填効率が向上してエンジン出力が増大せ
しめられる。
【0018】走行中にエンジン1が高負荷状態から低負
荷状態になると、冷却水出口11から流出した直後の冷
却水はバイパス主路4からバイパス路41へと流れ始
め、これにより蓄熱器8内の高温冷却水が押し出されて
エンジン1へ供給される。これにより、低負荷に切り替
わった際のエンジン1に高温の冷却水が供給されて、エ
ンジン1における希薄燃焼が効率的に開始され、燃費が
向上する。この時のエンジン負荷と冷却水温の変化を図
3(1),(2)に示す。図3(2)の実線は本発明に
おけるもの、破線は蓄熱器がないものを示し、図より知
られる如く、本発明では、低負荷状態にエンジンが切り
替わった際の水温上昇が迅速になされる。
【0019】なお、上記実施例において、流量調整弁
7、サーモスタット6、蓄熱器8、およびこれらを接続
するバイパス路4,41,42,43は一体のモジュー
ルとすることが可能である。
【0020】また、上記実施例において、エンジン高負
荷時に冷却水温を低下させる必要がない場合には、バイ
パス路42を設ける必要はなく、この場合は、上記構造
の流量調整弁7に代えてインテークマニホールド負圧に
応じて開閉作動する開閉弁を使用することができる。
【0021】上記実施例ではインテークマニホールド負
圧によってエンジン1の負荷状態を検出したが、他の方
法により負荷状態を検出するようにしても良く、この場
合には負圧作動型の上記流量調整弁や開閉弁に代えて、
制御回路からの電気信号で作動する電磁弁等を使用する
ことができる。
【0022】
【発明の効果】以上の如く、本発明の内燃機関の冷却装
置によれば、小型の蓄熱器を使用して内燃機関低負荷時
の冷却水温を迅速に上昇させることにより、排気エミッ
ションと燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す冷却装置の配管系統図
である。
【図2】流量調整弁の概略断面図である。
【図3】冷却装置の作動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関) 11 冷却水出口 12 冷却水入口 2 ラジエータ 3 冷却水路 41 バイパス路(第1のバイパス路) 42 バイパス路(第2のバイパス路) 6 サーモスタット(感熱弁) 7 流量調整弁(開閉弁) 7a 圧力室(負荷状態検出手段) 8 蓄熱器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福永 博之 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小浜 時男 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 山中 保利 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 杉 光 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 井上 美光 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−23310(JP,A) 特開 平1−253524(JP,A) 特開 平6−213116(JP,A) 実開 昭63−75525(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01P 7/14 F01P 3/20 F02N 17/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の冷却水出口から流出した冷却
    水をラジエータを経て内燃機関の冷却水入口へ還流させ
    る冷却水路と、内燃機関の冷却水出口から流出した直後
    の冷却水を直接内燃機関の冷却水入口へ還流させるバイ
    パス路と、内燃機関の負荷状態を検出する負荷状態検出
    手段と、検出された内燃機関の負荷の減少に応じて上記
    バイパス路を開いていき、検出された内燃機関の負荷の
    減少に応じて上記バイパス路を閉じていく開閉弁と、上
    記バイパス路に介設された蓄熱器とを具備する内燃機関
    の冷却装置。
  2. 【請求項2】 内燃機関の冷却水出口から流出した冷却
    水をラジエータを経て内燃機関の冷却水入口へ還流させ
    る冷却水路と、内燃機関の冷却水出口から流出した直後
    の冷却水をラジエータを迂回して内燃機関の冷却水入口
    へ還流させる第1バイパス路と、内燃機関の冷却水出口
    から流出した直後の冷却水を、上記ラジエータの出口と
    内燃機関を結ぶ冷却水路に設けられて冷却水温に応じて
    開く感熱弁の感熱部近くへ供給して、冷却水路を経て内
    燃機関の冷却水入口へ還流させる第2バイパス路と、内
    燃機関の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、内燃
    機関の負荷の減少に応じて、上記第2バイパス路に対す
    る第1バイパス路への冷却水流入比を大きくする流量調
    整弁と、上記第1バイパス路に介設された蓄熱器とを具
    備する内燃機関の冷却装置。
  3. 【請求項3】 上記負荷状態検出手段を、内燃機関のイ
    ンテークマニホールド負圧が導入されて上記開閉弁若し
    くは上記流量調整弁の弁体操作用ダイヤフラムを駆動す
    る圧力室で構成した請求項1または2記載の内燃機関の
    冷却装置。
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