JPH01104913A - 断熱エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、セラミック材料等から成る断熱エンジンの
冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、エンジンの冷却装置に関して、例えば、特開昭５
９−２０５２１号公報に記載された水冷式内燃機関が開
示されている。該水冷式内燃機関は、水冷ジャケット、
ラジェータ、ポンプ及びファンから成り、その冷却系制
御装置は、シリンダにこの温度を検出するシリンダ温度
センサーを設け、上記ジャケットに冷却水の温度を検出
するためのジャケット温度センサーを設け、上記シリン
ダの１度が第１設定温度以上で且つ冷却水の温度が第２
設定Ａｆｆ１以上であるときに上記ポンプを作動させる
と共に、シリンダの温度が第１設定温度よりも高い第３
設定温度以上で且つ冷却水の温度が第２設定温度よりも
高い第４設定温度以上であるときに上記ファンを回転さ
せる制御回路を上記シリンダ温度センサー及び上記ジャ
ケット温度センサーの出力側に接続したものである。

また、特開昭５７−１．９１４１４号公報には、エンジ
ンのウォータポンプ制御装置が開示されている、該ウオ
ークポンプ制御装置は、ウオークポンプをエンジン回転
に対して独立的に駆動制御できる駆動装置と、エンジン
温度を検出する温度センサーと、該温度センサーの出力
を受けてエンジン温度が安定温度より設定値以上高い時
、ウオークポンプ凹転数を増大させるように前記駆動装
置をＭｆｌ’ｌｌする制御装置とを設けたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記水冷式内燃機関の冷却系制御装置に関し
ては、冷却水温度及びシリンダ温度の２つの温度パラメ
ータによりポンプ及びファンを個別的に制御することに
よってエンジンの冷却系は理想的に冷却作動し、ポンプ
及びファン駆動に必要な馬力を有効に利用できる。特に
、低負荷高速回転時にポンプ及びファン馬力が不要とな
り、また低温急加速時の出力増が期待できるばかりでな
く部分負荷時の燃費向上を計ることができるものである
。しかしながら、ポンプ及びファンを駆動する動力源は
エンジンそのものであり、エンジン駆動力は機械的動力
伝達手段を介して伝達されるものであり、ポンプ及びフ
ァンの駆動はエンジンの駆動に追従するということで問
題点を有している。

ところで、断熱エンジンのエネルギー回収装置であるタ
ーボチャージャゼネレータについては、タービンブレー
ドである排気ブレードとコンプレッサインペラである吸
気ブレードとの中間に交流機を設け、エンジンの負荷の
変動に応じて該交流機を電動機又は発電機として機能さ
せたりするものであるが、このターボチャージャゼネレ
ータでは、エンジンの高速、高負荷時には電力が多量に
発電されることになる。この発電量を有効に利用するた
めにはエンジンの高速、高負荷時に電力を消費する装置
とのコンビネーションが最も良いことになる。この観点
からすると、エンジンの冷却系に使う水ポンプ又はクー
リングファンについては、特に、エンジンの負荷が大き
い時には盛んに作動をする必要があり、それ以外の時に
は余り用を足さないものである。

この発明の目的は、上記の問題点を解消することであり
、上記の観点から、ターボチャージャゼネレータがエン
ジンの負荷が大きい時には排気ガスの流量が多く即ち排
気エネルギーが豊富に有り、エンジンの負荷が小さい時
には排気エネルギーが小さいということに着眼し、ター
ボチャージャゼネレータから発電される電力によってエ
ンジンを冷却する水ポンプ及びクーリングファンを駆動
することによって電力即ち回収エネルギーを有効に利用
するものであり、そのため水ポンプ及びクーリングファ
ンをエンジンの駆動とは独立した電動式に構成し、冷却
水或いはシリンダヘッドの温度を検出しながらコントロ
ーラによってエンジンの冷却水の温度及びオイルの温度
を常に最適状態に維持するように制御した断熱エンジン
の冷却装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の問題点を解消し、上記の目的を達成
するために、次のように構成されている。

即ち、この発明は、電動式冷却手段をターボチャージャ
ゼネレータで発電された電力で駆動可能に構成し、該電
動式冷却手段をコントローラによって温度検出手段の信
号に応答して制御したことを特徴とする断熱エンジンの
冷却装置に関し、更に具体的に詳述すると、前記電動式
冷却手段が水ポンプ及びクーリングファンであり、前記
温度検出手段がシリンダヘッド本体に取付けた温度セン
サー及び水ジャケット内に取付けた水温センサーから成
り、また、オイルクーラとオイルパンとを連通ずるオイ
ル通路をバイパスするバイパス通路を電動式の切換弁を
介して設け、油温センサーの信号に応答して前記切換弁
を前記コントローラによって切換え可能に制御したこと
を特徴とする断熱エンジンの冷却装置に関する。

〔作用〕

この発明による断熱エンジンの冷却装置は、以上のよう
に構成されており、次のように作用する。

即ち、この発明は、電動式冷却手段をターボチャージャ
ゼネレータで発電された電力で駆動可能に構成し、該電
動式冷却手段をコントローラによって温度検出手段の信
号に応答して制御したので、水ポンプ及びクーリングフ
ァンの駆動源をエネルギー回収装置で得た電力を利用で
き、冷却水及び空気流量を温度センサー及び水温センサ
ーの信号に応じてエンジンの駆動とは独立して自由に制
御することができる。また、電動式の切換弁によってオ
イルクーラをバイパスするように構成すれば、油温を一
定状態に維持することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による断熱エンジンの
冷却装置の実施例を詳述する。

第１図において、この発明の一実施例である断熱エンジ
ンの冷却装置が符号１０によって全体的に示されている
。該断熱エンジン１については、詳細な構造を図示して
いないが、ピストン、シリンダヘッド、シリンダヘッド
等が断熱構造に構成されているものであり、それらの一
部が断熱された部分断熱構造も含むものである。また、
断熱エンジンの冷却装置１０については、シリンダヘッ
ド２のみを冷却するものが一般的である。更に、この断
熱エンジン１には、エネルギー回収装置であるターボチ
ャージャゼネレータ２０が設けられているものである。

ターボチャージャゼネレータ２０のタービン３は断熱エ
ンジン１の排気管６に取付けられ、タービン３に断熱エ
ンジン１の排気ガスを導入し、コンプレッサ５は断熱エ
ンジン１の吸気管に取付けられ、断熱エンジン１に吸気
を送り込むように構成されている。該ターボチャージャ
ゼネレータ２０については、ターボチャージャにおける
タービン３のタービンブレードである排気ブレードとコ
ンプレッサ５のコンプレッサインペラである吸気ブレー
ドとの中間に交流機から成る超高速ゼネレータ４を設け
たものであり、エンジンの負荷の変動に応じて該交流機
４を電動機又は発電機として機能させるものである。該
ターボチャージャゼネレータ２０としては、例えば、特
開昭６０−１９５３２９号公報、特願昭６０−１９００
９５号等に記載されたものを適用できる。

従って、ここではターボチャージャゼネレータ２０の詳
細についての説明は省略する。このようなターボチャー
ジャゼネレータ２０では、断熱エンジン１の負荷が大き
い時には、排気ガスの流量が多くなるので、排気エネル
ギーは豊富に有るが、断熱エンジン１の負荷が小さい時
には、排気エネルギーは小さなものとなる。従って、断
熱エンジン１の高速、高負荷時には、ターボチャージャ
ゼネレータ２０では電力が多量に発電されることになる
。ところで、断熱エンジンの冷却系について詳述すると
、エンジンの熱発生率は、はとんど上死点後５０度のク
ランク角内でピークを示し、その後のストロークでは熱
発生しない。しかるに、シリンダヘッド部とシリンダラ
イナ上部のみを冷却して他を断熱するタイプの断熱エン
ジン１では、冷却系は小型となり、冷却に使う水ポンプ
９又はクーリングファン８は、特に、断熱エンジン１の
負荷が大きい時には盛んに作動をする必要があり、それ
以外の時には余り作動をする必要がないものである。そ
こで、ターボチャージャゼネレータ２０から発電される
電力によって断熱エンジンｌを冷却する水ポンプ９及び
クーリングファン８を駆動し、上記電力を有効に消費で
きるようにする。

しかも、ターボチャージャゼネレータ２０の発電量即ち
回収エネルギーを一層有効に利用するために、冷却水或
いはシリンダへラド２の温度を検出しながら、水ポンプ
９及びクーリングファン８を駆動することによりて、断
熱エンジン１の水温を常に最適な状態に維持する。

第１図において、断熱エンジンｌに対してエネルギー回
収装置であるターボチャージャゼネレータ２０を設けた
構造が示されている。該ターボチャージャゼネレータ２
０で発電された電力はライン１８を通じてコントローラ
１１に送り込まれる。

断熱エンジン１は、シリンダへラド２を冷却するために
電動式水ポンプ９、及び断熱エンジンｌを冷却するため
に電動式クーリングファン８が設けられている。このコ
ントローラ１１は、ライン１７を通じて水ポンプ９、ラ
イン２１を通じてクーリングファン８を制御するように
構成されている。

更に、コントローラ１１にはライン３７を通じてバッテ
リ１２が接続されている。電動式水ポンプ９は、シリン
ダヘッド２に設けた水ジャケットとラジェータ７との間
を循環パイプ１５，１６．２４を通じて冷却水を循環さ
せるため設けられている。シリンダヘッド２には、冷却
水の温度を直接的或いは間接的に検出する温度検出手段
である水温センサー１３或いは温度センサー１４が設置
されている。水温センサー１３或いは温度センサー１４
によって検出された温度信号はライン１９を通じてコン
トコーラ１１に入力され、コントローラ１１はこれらの
信号を受けて電動式水ポンプ９及び電動式クーリングフ
ァン８の作動を制御するように構成されている。また、
ターボチャージャゼネレータ２０ば、タービン３、コン
プレッサ５及び超高速ゼネレータである交流機４から成
り、該交流機４で発電された電力は、コントローラ１１
を経て電動式水ポンプ９及び電動式クーリングファン８
を駆動するのに消費される。更に、断熱エンジン１のア
イドリング時等において、ターボチャージャゼネレータ
２０で発電されず、しかも断熱エンジン１の冷却をする
必要がある場合には、電動式水ポンプ９、電動式クーリ
ングファン８等の冷却手段を適宜作動するために、バッ
テリ１２から電力が供給されるようにバッテリ１２がコ
ントローラ１１に接続されている。

次に、この断熱エンジンの冷却装置１０を適用して好ま
しい断熱エンジン１の一例を説明する。

該断熱エンジン１としては、シリンダヘッド２を冷却す
る水ジャケットは有しているが、ピストンヘッド及びシ
リンダライナの一部を断熱してシリンダライナ下部には
水ジャケットを持たないものとする。即ち、シリンダラ
イナを、余り高温にならないようにシリンダライナを分
割構造にし、シリンダライナ下部側を断熱構造に構成し
、シリンダライナの外周に位置するシリンダボディに水
ジャケットを設け、ず、また空冷のフィン等も設ける必
要がないように構成する。また、ピストンについては、
エンジンの燃焼室側に面するピストンヘッドを窒化珪素
、炭化珪素等のセラミック材料で構成し、該ピストンヘ
ッドをセラミック材料から成る断熱材等を介してピスト
ンスカートに取付けている。従って、セラミック類のピ
ストンヘッド及びセラミック材料等の断熱材によって、
燃焼室内の熱流即ち熱が下部シリンダライナ側に伝導さ
れることを防止できる。それ故に、シリンダヘッド２と
上部に位置するシリンダライナ上部のみに対して水ジャ
ケットを設けるように構成でき、従って、水ジャケット
自体の形状を極めて簡潔な構造に形成でき、冷却水の流
れ抵抗を小さくするように構成することができ、しかも
、冷却水を循環させ′る電動式水ポンプ９の容量も小さ
く構成できる。

第２図は、この発明による断熱エンジンの冷却装置１０
の冷却系について説明する概略説明図である。第２図に
おいて、潤滑油であるオイルの冷却手段であるオイルク
ーラ２５の設置状態が示されている。該オイルクーラ２
５は、オイルパン３５内のオイルを冷却するために設け
られている。

オイルクーラ２５はオイルポンプ２６によってオイルパ
ン３５からオイル通路２８．２９を通じて汲み上げたオ
イルを冷却し、冷却されたオイルはオイル［］−３１、
３２を通じて再びオイルパン３５に戻されるように構成
されている。この断熱エンジンの冷却装置１０における
潤滑油の冷却系の特徴は、特に、オイルの温度を検出す
るためにオイルパン３５内に油温センサー３３が設置さ
れ、しかもオイルクーラ２５とオイルパン３５とを連通
ずるオイル通路２９．３１をバイパスするバイパス通路
３０を電動式の切換弁２７を介して設けていることであ
る。該切換弁２７は、油温センサー３３で検出されたオ
イルの温度信号に応答してコントローラ１１によって切
換え可能に制御されるものである。即ち、切換弁２７は
、オイルパン３５内のオイルがオイルクーラ２５を通っ
てオイルを冷却して循環する経路、即ち、オイルパン３
５→オイル通路２８→オイルポンプ２６→オイル通路２
９−オイルクーラ２５→オイル通路３１→切換弁２７−
オイル通路３２−オイルパン３５と、オイルパン３５内
のオイルがオイルクーラ２５をバイパスしてオイルを冷
却することなく循環する経路、即ち、オイルパン３５→
オイル通路２８→オイルポンプ２６−バイパス通路３０
→切換弁２７→オイル通路３２→オイルパン３５とに切
換えることができるように構成されている。

次に、第２図を参照して、この発明による断熱エンジン
の冷却装置１０の冷却系の作動の一例について説明する
。シリンダヘッド２に取付けられた温度検出手段は、冷
却水の温度を間接的或いは直接的に検出するために、温
度センサー１４及び水温センサー１３から成る。温度セ
ンサー１４の温度測定場所即ち設置場所については、吸
排気バルブのパルプシー）２２．２３の間等の最も熱負
荷の過酷な部位の温度を測定するように設定されている
。また、水温センサー１３の温度測定場所即ち設置場所
については、冷却水温を直接測定するようにシリンダヘ
ッド２の水ジャケット内に設置されている。まず、シリ
ンダヘッド２に設けた温度センサー１４によって検出し
た温度が設定温度以上になり、該温度信号がコントロー
ラ１１に入力されると、コントローラ１１によって電動
式水ポンプ９が作動するように制御される。引き続いて
、断熱エンジン１の負荷が大きくなって或いはエンジン
が長時間にわたって駆動されて冷却水の温度が上昇し、
水温センサー１３で検出した温度が設定温度以上になる
と、該温度信号がコント　　　　　゛ローラ１１に入力
されると、コントローラ１１によって電動式クーリング
ファン８が作動するように制御される。即ち、温度セン
サー１４で検出した温度と水温センサー１３で検出した
温度との間の温度差が、設定温度差以上になると、水温
センサー１３及び／又は温度センサー１４の破損が発生
することがあるので、コントローラ１１によってクーリ
ングファン８及び水ポンプ９を作動させる保護回路等が
組み込まれている。更に、断熱エンジン１のオイルパン
３５には油温センサー３３が設置されており、油温セン
サー３３で検出された油温即ちオイルの温度信号はライ
ン３４を通じてコントローラ１１に入力され、オイルの
温度が最適温度となるように、コントローラ１１によっ
てライン３６を通じて三方切換弁である電動式の切換弁
２７を切換えるように制御している。即ち、オイルパン
３５内のオイルをオイルクーラ２５を通して冷却したり
、或いはオイルクーラ２５をバイパスして冷却すること
なくオイルパン３５に戻したりして、オイルの冷却はコ
ントローラ１１によって制御されている。このオイルク
ーラ２５については、オイルクーラ２５自体をシリンダ
ヘッド２内に組み込むことによってエンジンの小型化が
可能になることは勿論である。この発明による断熱エン
ジンの冷却装置１０を、上記のようにコントローラ１１
によって制御することによって、断熱エンジンの冷却に
要するエネルギーが最小になると共に、オイル温度が一
定に保たれるため、低フリクションのエンジンを提供す
ることができる。特に、断熱エンジン１におけるシリン
ダライナ、ピストンリング等をセラミック材料で構成し
、油温コントロールすることは、フリクション低減の効
果を大きいものとする。更に、水ポンプ９を駆動する制
御については、温度センサー１４或いは水温センサー１
３によって測定されたシリンダヘッド２の温度或いは冷
却水の温度が高温時には循環する冷却水の流量を増大さ
せ、また、低温時にはｗｉ環する冷却水の流量を減少さ
せるように行うことができる。従って、水ポンプ９の駆
動を、エンジンの駆動とは独立して行うことができるの
で、エンジンの駆動状態とは無関係に冷却水の流ヱを自
由にコントロールすることができる。それ故に、更に、
エンジンの冷却のために必要な駆動ｔＵ失を最小限に止
めることができる。

〔発明の効果〕

この発明による断熱エンジンの冷却装置は、以上のよう
に構成されているので、次のような特有の効果を奏する
。即ち、この発明は、電動式冷却手段をターボチャージ
ャゼネレータで発電された電力で駆動可能に構成し、該
電動式冷却手段をコントローラによって温度検出手段の
信１号に応答して制御したので、水ポンプ及びクーリン
グファンの駆動源をエネルギー回収装置で得た電力を利
用でき、エネルギーの有効利用を図ることができ、更に
、冷却水及びオイルの循環流量並びに空気流量を温度セ
ンサー、水温センサー及び油温センサー等の温度検出手
段の温度信号に応じてエンジンの駆動とは独立してコン
トローラによって自由に制御でき、エンジンの冷却水の
温度及びオイルの温度を常に最適状態に維持することが
できる。即ち、ターボチャージャゼネレータでは、エン
ジンの高速、高負荷時には電力が多量に発電されるが、
エンジンの負荷が大きい時に盛んに作動をする必要があ
るエンジンの冷却系に使う水ポンプ又はクーリングファ
ンを上記ターボチャージャゼネレータで発電された電力
で駆動するので、電力消費が極めてマツチングし、上記
発電量をを効に利用することができる。そして、冷却水
或いはシリンダヘッドの温度を検出しながら、水ポンプ
及びクーリングファンを駆動すれば、エンジンの水温を
常に最適な状態に維持できることになる。また、ピスト
ン及びシリンダライナ等を断熱構造に構成すれば、シリ
ンダ外周部の水ジャケットは不要になり、水ジャケット
をシリンダヘッドのみに設ける構造（場合によっては、
シリンダヘッドを断熱構造に構成し、シリンダライナに
のみ水ジャケットを設ける構造）であるので、水ジャケ
ット自体の通路を冷却水がスムースに流れる単純な形状
に構成でき、冷却水の流れ抵抗も小さくなり、しかも水
ジャケラｌ−を小さく水量が少なくなるように構成でき
、冷却水をＷｉ環させろ水ポンプを小型に構成できる。

従って、上記のような断熱エンジンにこの発明による断
熱エンジンの冷却装置を適用すると、水ポンプを駆動す
るのに必要とする電力をターボチャージャゼネレータで
発電した電力即ち回収エネルギーで十分に賄うことがで
き、極めて適合した好ましいものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による断熱エンジンの冷却装置の一実
施例を示す概略説明図、及び第２図はこの発明による断
熱エンジンの冷却装置における冷却系の原理を説明する
概略説明図である。 １−・・・−・・断熱エンジン、２−・・−・・シリン
ダヘッド、３・・・・・・・・タービン、４・・−・・
−交流機、５・・・−・・−コンプレッサ、６−・−・
・・排気管、７−・・・・ラジェータ、８・・・−・・
・・クーリングファン、９・・・−・−水ポンプ、１０
・−・・・−・断熱エンジンの冷却装置、１１・・−・
・−・コントローラ、１２−・・・・・パンテリ、１３
−・−・−・水温センサー、１４・−・・・・・温度セ
ンサー、２０・・・・・・−ターボチャージャゼネレー
タ、２２．２３−・−・−バルブシート、２５・−・−
・オイルクーラ、２６〜・・−・・−・オイルポンプ、
２７・−・・・−切換弁、２８，２９，３１．３２・・
・・・・・オイル通路、３０−・−・−バイパス通路、
３３・・・・−・・−油温センサー、３５−・・・−・
・オイルパン。 特許出願人　　いすり自動車株式会社 代理人　　　　弁理士　尾　仲　−宗 第　　１　　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動式冷却手段をターボチャージャゼネレータで
   発電された電力で駆動可能に構成し、該電動式冷却手段
   をコントローラによって温度検出手段の信号に応答して
   制御したことを特徴とする断熱エンジンの冷却装置。
2. （２）前記電動式冷却手段は水ポンプであり、前記温度
   検出手段はシリンダヘッド本体に取付けた温度センサー
   及び水ジャケット内に取付けた水温センサーから成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の断熱エン
   ジンの冷却装置。
3. （３）前記電動式冷却手段はクーリングファンであり、
   前記温度検出手段はシリンダヘッド本体に取付けた温度
   センサー及び水ジャケット内に取付けた水温センサーか
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   断熱エンジンの冷却装置。
4. （４）オイルクーラとオイルパンとを連通するオイル通
   路をバイパスするバイパス通路を切換弁を介して設け、
   油温センサーの信号に応答して前記切換弁を前記コント
   ローラによって切換え可能に制御したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の断熱エンジンの冷却装置
   。