JPS6135365B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は蒸発冷却によりエンジンを冷却する自
動車用エンジンの冷却装置に用いる制御弁に関す
る。 蒸発冷却を行う自動車用エンジンにおいては、
シリンダブロツクおよびシリンダヘツドのウオー
タジヤケツト内壁の燃焼室側壁（以下、それぞれ
シリンダ壁および燃焼室壁という）に毛細管構造
体を取り付けて、この構造体にシリンダヘツド上
部の噴射ノズルから噴射された冷却媒体を供給
し、この冷却媒体が蒸発する際の気化熱によつて
冷却を行つている。なお、毛細管構造体を取付け
る代りに、シリンダ壁および燃焼室壁の周面に溝
を刻設しても同様に効果を得ることができる。 第１図はこのような蒸発冷却を行う自動車用エ
ンジンの一例を示す。（特開昭54−107563号参
照）ここで１はシリンダブロツク、１′はシリン
ダ壁、２はシリンダヘツド、２′は燃焼室壁、３
は毛細管構造体、４は液状の冷却媒体、５は冷却
媒体タンクである。ポンプ６によつて液状の冷却
媒体を通路７を通してシリンダヘツド２の上部に
ある噴射ノズル８より燃焼室壁２′に対して噴射
し、毛細管構造体３に冷却媒体４を十分に供給す
る。エンジンの運転によりシリンダが高温になる
と、毛細管構造体３に保持されている冷却媒体は
蒸発し、その蒸発気体は圧力差によつて冷却媒体
通路９を通つてラジエータ１０へ流れ込み、液化
されて冷却媒体タンク５に溜る。タンク５に戻つ
た液状の冷却媒体はポンプ６によつて再び噴射ノ
ズル８へ送られ、冷却媒体循環系（以下冷却系と
いう）としてのサイクルが完成する。なお、１１
は電磁弁、１２はバイパス通路、１３は制御回路
であり、制御回路１３は圧力センサ１４からの圧
力検出出力に応じて電磁弁１１を制御して、通路
７からバイパス通路１２を経て冷却媒体タンク５
へバイパスされる冷却媒体量を調節する。符号１
５は冷却用電動フアン、１６はロツカカバーを示
す。 しかしながら、上述のような冷却装置にあつて
は、エンジンの冷却系には１気圧に近い空気（不
凝縮気体）と冷却媒体とが混在した状態となつて
いるため、ラジエータ１０における凝縮に際し
て、凝縮液面と冷却面との間に混合気体の対流が
起きて、熱伝達率が低下し、冷却性能が悪化する
〓〓〓〓
という問題点があつた。 この問題点を解決するために、吸気管負圧を利
用して冷却系の空気を減圧する自動車用エンジン
の冷却装置を用いることが考えられ、本発明は、
この種冷却装置に用いて、冷却系内の圧力を適切
に減圧するとともに、冷却系内を密封系となすの
に好適な制御弁を提供することを目的としてい
る。 以下に図面に基いて本発明を詳細に説明する。 本発明制御弁の一例を第２図に示す。ここで、
２１は制御弁であり、電磁的に開閉される電磁弁
部と、圧力差により開閉されるチエツク弁部とよ
り構成されており、この制御弁２１を吸気管と冷
却系とが連通する通路中に介挿する。第２図では
制御弁２１を流量コントロール弁として示す。２
２は弁室２３Ａとチエツクボール室２３Ｂとを有
する流量コントロール弁本体、２４は弁本体２２
の外周上に配置した電磁石、２５は弁本体２２の
弁室２３Ａ内を電磁石２４の磁力により移動可能
な弁体、２６は弁体２５を弁開口２７に押圧する
ばね、２８は弁本体２２のチエツクボール室２３
Ｂにおいて弁開口２７の弁体２５とは反対側に配
置したチエツクボール、２９はチエツクボール２
８を弁開口２７に押圧するばねである。Ｃはコン
トロール弁２１の冷却系側、Ｓは吸気側を示す。
エンジン運転開始のときは、冷却系側Ｃの圧力は
吸気側Ｓの圧力より高いので、電磁石２４を励磁
していない場合には、弁体２５は弁開口２７の側
に付勢されており、弁開口２７が閉塞される。ま
た、電磁石２４を励磁したときには、弁体２５が
電磁石２４に吸引されて右方へ移動するので、弁
開口２７が開路する。すなわち、電磁石２４の励
磁、消磁状態と流量コントロール弁２１の開閉状
態とは第１表に示すようになる。

【表】 第３図は本発明制御弁を用いた冷却装置の一例
を示す。第３図の説明を簡単にするために、第１
図と同様な箇所には同一符号を付すことにする。
ここで、３５は吸気管で、吸気管３５から分岐し
た空気通路３６を、流量コントロール弁２１を介
して液状冷却媒体通路９に連通させる。３７はシ
リンダヘツド２に取付けた温度センサ、３８は冷
却系、特に通路９を大気に連通させるための通路
開閉弁、３９はイグニツシヨンスイツチを示す。
すなわち、本実施例では、冷却系と吸気管３５と
を流量コントロール弁２１を介して連結し、吸気
管３５内の負圧により冷却系内の空気を約１／３
気圧に減圧することにより、ラジエータ１０にお
ける蒸発気体の凝縮性能の向上をはかり、エンジ
ン停止後は冷却系内の圧力が下ることを避けるた
めに通路開閉弁３８を開いて大気を導入する。更
に具体的に述べると、エンジン始特時の吸入負圧
が約−500mmHgであるから、このときの吸入負圧
を用いて冷却系内の圧力を約１／３気圧（260mm
Hg／760mmHg）に減圧する。 第４図は第３図示の通路開閉弁３８の構成の一
例を示し、ここで、４１は開閉弁本体、４２は弁
体４１に埋込んだ電磁石、４３は弁体、４４，４
５はばね、４６はチエツクボール、４７，４８は
それぞれ通路を示す。また、Ｃは冷却系側を、Ａ
は大気側を示すものとする。冷却系内の圧力が大
気圧より低く、しかも電磁石４２が励磁されてい
ない場合には、チエツクボール４６がばね４５の
ばね力に抗して通路４７から離間するとともに弁
体４３も通路４８から離間するので、冷却系が大
気と連通する。一方、電磁石４２を励磁すると、
弁体４３が電磁石４２に吸引されるので、通路４
８が閉塞されて、冷却系が大気としや断される。
すなわち、開閉弁３８の開閉状態は第２表のよう
になる。

【表】 次に、流量コントロール弁２１と通路開閉弁３
８の開閉をエンジンの運転条件に応じて制御する
制御回路１３について説明する。本例では、第３
図に示したイグニツシヨンスイツチ３９のオン、
オフ信号と、シリンダヘツド温度を温度センサ３
７、例えば熱電対で検出して得た信号とを用い
て、前述した流量コントロール弁２１および通路
〓〓〓〓
開閉弁３８を制御するものとする。 第５図は制御回路１３の一例を示し、ここで、
Ｅは直流電源、Ｒ１〜Ｒ５は抵抗、RY１および
RY２はリレー、Ｃ１は比較器である。比較器Ｃ
１では、シリンダブロツク２の温度を検出する温
度センサ３７の出力電圧と、設定する温度（例え
ば70℃）に相当する電位差、すなわち電源Ｅの電
圧に対して抵抗Ｒ１，Ｒ２を適宜選択して得た電
位差とを比較する。シリンダブロツク２の温度が
70℃より高いときは、比較器Ｃ１は出力信号Ｓ１
として“０”を出力し、70℃より低いときは
“１”を出力する。この信号Ｓ１をアンドゲート
Ｇ１およびＧ２にそれぞれ供給する。３９は第２
図示のイグニツシヨンスイツチであり、このスイ
ツチ３９が閉成していると、抵抗Ｒ３を介してア
ンドゲートＧ１に出力信号Ｓ２＝“１”が供給さ
れ、スイツチ３９が開いていると出力信号Ｓ２＝
“０”がアンドゲートＧ１に供給される。ここ
で、RY１は反転リレーであり、反転リレーRY１
からの出力信号Ｓ３は信号Ｓ２を反転した信号と
してアンドゲートＧ２に供給される。すなわち、
アンドゲートＧ１には信号Ｓ１およびＳ２が、ア
ンドゲートＧ２には信号Ｓ１およびＳ３がそれぞ
れ供給される。 更に、アンドゲートＧ１のアンド出力Ａ１をリ
レーRY２のリレーコイルRC２に供給し、リレー
スイツチRS２の一方の端子をイグニツシヨンス
イツチ３９と接続し、他方の端子を流量コントロ
ール弁２１の電磁石２４と接続する。また、アン
ドゲートＧ２のアンド出力Ａ２をトランジスタＴ
１のベース端子に供給し、トランジスタＴ１のコ
レクタ端子は、抵抗Ｒ５を介して電源Ｅと接続す
る。PCはホトカブラであり、ホトカブラPCを構
成する発光ダイオードLEDは抵抗Ｒ５を介して
電源Ｅと接続しておく。またホトトランジスタ
PTのコレクタ端子は電源Ｅと接続し、エミツタ
端子を通路開閉弁３８の電磁石４２と接続してお
く。 ここで、アンド出力Ａ１が“１”のときにはリ
レーRY２が励磁されてリレースイツチRS２が閉
路され、これにより流量コントロール弁２１の電
磁石２４が励磁され、コントロール弁２１が開路
（第１表参照）するので、冷却系が吸気管３５と
連通する。また、アンド出力Ａ１が“０”のとき
には、コントロール弁２１が閉路しているので、
冷却系は吸気管３５としや断される。 一方、アンド出力Ａ２が“０”のときに、トラ
ンジスタＴ１はしや断状態にあり、発光ダイオー
ドLEDが通電されて発光する。これによりホト
トランジスタPTが導通状態となり、通路開閉弁
３８の電磁石４２が励磁され、開閉弁３８が閉路
（第２表参照）し、冷却系が大気としや断され
る。アンド出力Ａ２が“１”のときには、トラン
ジスタＴ１が導通状態となり、発光ダイオード
LEDには通電されず、ホトトランジスタPTはし
や断状態となる。しかして、電磁石４２が消磁状
態となるので開閉弁２４が開き、冷却系が大気と
連通する。すなわち、トランジスタＴ１およびホ
トカブラPCにより、アンド出力Ａ２を反転した
こととなる。 上述した、２つの弁の開閉状態とエンジンの運
転条件との関係を第６図に示す。すなわち本例で
は、エンジンを始動して暖機運転をしている間に
流量コントロール弁２１を開いて、冷却系内の圧
力を約１／３気圧に減圧する。次いで、エンジン
が暖機されてシリンダヘツド２の温度が70℃以上
に上昇すると、流量コントロール弁２１への通電
がしや断され、冷却系と吸気管とがしや断され
る。このとき、毛細管構造体３から冷却媒体が蒸
発しているので、冷却系内の圧力が徐々に上昇
し、第２図において弁体２５が弁開口２７側に強
く押圧されるようになる。これにより冷却系の密
封度が上昇し、減圧した冷却系内の圧力を確実に
保つことができる。また、エンジンを停止した
後、所定温度以下まで冷却されたときに、通路開
閉弁３８を用いて冷却系内の圧力を大気圧にす
る。 第６図において、エンジン暖機時に、吸気管内
に冷却系内の空気を吸い込ませることは、エンジ
ンに悪影響を及ぼすものと考えられるが、所定の
空燃比が得られるように、チヨーク弁（図示せ
ず）の開度を減ずることによりキヤブレタ側から
の空気の流入量を少くすれば問題はない。EGI
（電子制御燃料噴射装置）では吸入空気量により
燃料の量を決定しているので、上述したような問
題はない。なお、キヤブレタ仕様のエンジンの場
合は、各エンジンへの空気の分配を考慮して、第
３図示の空気通路３６を吸気管３５の集合部から
〓〓〓〓
分岐するのが好適である。 また、上述の例では、エンジンが運転されてい
るか否かを検出する信号として、イグニツシヨン
スイツチ３９のオン、オフ信号を用いたが、この
他にエンジン回転数を示す信号、クランク角を示
す信号等でもよい。また、本例ではシリンダヘツ
ドの温度を測定してエンジンの冷却状態を検知し
たが、シリンダブロツク温度、油温等により冷却
状態を検知できるのは勿論である。 また、エンジンの冷間状態を示す信号と冷却系
内の圧力を示す信号とを用い、これにより流量コ
ントロール弁２１および通路開閉弁３８を制御す
るものも容易に考えられる。 更にまた、エンジンの始動および停止を検知す
ると共に、時間スイツチを用いてエンジンの始動
後、所定時間経過するまでは流量コントロール弁
２１を開いて冷却系内を減圧し、エンジン停止
後、所定時間経過後に、開閉弁３８を開いて冷却
系を大気と連通させ、冷却系内の圧力が下がりす
ぎないようにすることもできる。 以上説明してきたように本発明によれば、吸気
管内の吸入負圧を用いて冷却系内の圧力を減ずる
際に、吸気管と冷却系とを、チエツク弁と電磁弁
とから成る制御弁を介して連通し、冷却系内の圧
力を確実に減圧して、この減圧状態を保持するよ
うにしたので、ラジエータにおける冷却媒体の凝
縮に際しての空気の混在による凝縮性能の低下を
確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車用エンジン冷却装置の一例を示
す構成図、第２図は本発明制御弁の一実施例を示
す断面図、第３図は本発明制御弁を用いた自動車
用エンジン冷却装置の一例を示す構成図、第４図
は第３図示の通路開閉弁の構成の一例を示す断面
図、第５図は第３図示の制御回路の一例を示す結
線図、第６図は本発明における流量コントロール
弁と通路開閉弁の制御の態様を示す説明図であ
る。 １…シリンダブロツク、１′…シリンダ壁、２
…シリンダヘツド、２′…燃焼室壁、３…毛細管
構造体、４…液状冷却媒体、５…冷却媒体タン
ク、６…ポンプ、７…液状冷却媒体通路、８…噴
射ノズル、９…冷却媒体通路、１０…ラジエー
タ、１１…電磁弁、１２…バイパス通路、１３…
制御回路、１４…圧力センサ、１５…フアン、１
６…ロツカカバー、２１…流量コントロール弁、
２２…弁本体、２３Ａ…弁室、２３Ｂ…チエツク
ボール室、２４…電磁石、２５…弁体、２６，２
９…ばね、２７…弁開口、２８…チエツクボー
ル、３５…吸気管、３６…空気通路、３７…温度
センサ、３８…通路開閉弁、３９…イグニツシヨ
ンスイツチ、４１…弁本体、４２…電磁石、４３
…弁体、４４，４５…ばね、４６…チエツクボー
ル、４７，４８…弁開口、Ｅ…電源、Ｒ１〜Ｒ５
…抵抗、Ｃ１…比較器、Ｇ１，Ｇ２…アンドゲー
ト、RY１…反転リレー、RY２…リレー、RC２
…コイル、RS２…スイツチ、Ｔ１…トランジス
タ、PC…ホトカブラ、LED…発光ダイオード、
PT…ホトトランジスタ。 〓〓〓〓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジン冷却系と吸気管との間の通路に配設
   し、エンジン始動時のエンジン運転状態に応じて
   前記通路を開閉する電磁弁部と、 前記エンジン冷却系と前記吸気管との間の圧力
   差により前記通路を開閉するチエツク弁とを具備
   したことを特徴とするエンジン冷却装置の制御
   弁。