(57)【要約】【課題】内燃機関の性能等の試験において、運転を一旦停止した後再始動した内燃機関が不当に冷却されることを抑制する。【解決手段】内燃機関１の冷却水入口１１に流入する冷却水が流れる供給路３と、内燃機関１の冷却水出口１２から流出する冷却水が流れる還流路４と、供給路３と還流路４とを連通せしめるバイパス路５と、冷却水出口１２近傍における冷却水の温度を検出する水温センサ６と、供給路３における冷却水の温度を検出する水温センサ７と、内燃機関１を運転しているときには水温センサ６を介して知得される冷却水の温度が目標値Ｔ1に追従するように、内燃機関１を停止しているときには水温センサ７を介して知得される冷却水の温度が目標値Ｔ2に追従するように、供給路３に供給する冷却水の温度を調節する水温調節器２と、内燃機関１を停止しているときも稼働を継続するサブポンプ８とを具備する冷却水温調装置を構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水入口に接続し当該冷却水入口に流入する冷却水が流れる供給路と、
前記内燃機関の冷却水出口に接続し当該冷却水出口から流出する冷却水が流れる還流路と、
前記供給路と前記還流路とを連通せしめ前記内燃機関を迂回して供給路から還流路に冷却水が流れ込むことを許容するバイパス路と、
前記内燃機関の冷却水出口近傍における冷却水の温度を検出する第一の水温センサと、
前記供給路または前記バイパス路における冷却水の温度を検出する第二の水温センサと、
前記内燃機関を運転しており同内燃機関に実装された当該内燃機関の内部を流通する冷却水を吸込んで吐出するポンプが稼働しているときには前記第一の水温センサを介して知得される冷却水の温度が目標値に追従するように、内燃機関及びポンプを停止しているときには前記第二の水温センサを介して知得される冷却水の温度が目標値に追従するように、前記供給路に供給する冷却水の温度を調節する水温調節器と、
前記水温調節器が前記供給路に供給する冷却水を吸込んで吐出し前記内燃機関及び前記ポンプを停止しているときもその稼働を停止せずに継続するサブポンプと
を具備する内燃機関の冷却水温調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の性能等を試験するに際して、内燃機関の内部を流通する冷却水の温度を適正に保つ温調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷式の内燃機関を運転しその性能等の試験を行うにあたっては、内燃機関の冷却水出口から流出する冷却水の温度を水温センサにより検出し、その冷却水温が所望の目標値に維持されるよう、内燃機関の冷却水入口に供給する冷却水の温度をフィードバック制御することが通例である（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８０５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
運転していた内燃機関を停止し、それに伴い内燃機関に実装されている冷却水ポンプの稼働が停止すると、冷却水の循環が停滞する結果、内燃機関の内部及び冷却水出口の近傍で冷却水の温度上昇が起こる（いわゆるデッドソーク）。尤も、この冷却水の昇温自体は、内燃機関の試験においても予め想定に織り込まれている。
【０００５】
車両等に搭載される内燃機関の試験では、アイドリングストップや比較的短時間の駐車を模して、敢えて内燃機関を一時的に停止させることがある。再始動に備えるため、内燃機関の停止中も水温調節器による冷却水温のフィードバック制御を続行するが、センシングしている内燃機関の冷却水出口近傍の水温が上昇して目標値を上回る偏差が発生した場合、水温調節器が内燃機関に供給するべく貯留している冷却水の温度を積極的に低下させる。だが、ポンプが稼働しておらず冷却水の流通が停止している以上、水温調節器の内部の冷却水の温度を低下させても、内燃機関の冷却水出口近傍の温度は低下しない。そして、偏差が残存し続ける限り、水温調節器の内部の冷却水の温度は低下し続ける。その後に内燃機関を再始動し、冷却水ポンプが再び稼働を始めると、水温調節器から内燃機関の冷却水入口に低温の冷却水が流れ込み、内燃機関を不当に冷却してしまい、適正な試験の実施の妨げとなることがあった。
【０００６】
図４に、内燃機関の冷却水出口近傍の冷却水の温度、及び水温調節器が内燃機関に対して供給する冷却水の温度の推移を例示している。図４中、内燃機関の冷却水出口近傍の冷却水温を実線で表し、水温調節器が供給する冷却水温を破線で表している。時点ｔ0は内燃機関を停止した時点であり、時点ｔ1は停止した内燃機関を再始動した時点である。時点ｔ1後、内燃機関の冷却水出口近傍の冷却水温が、目標値Ｔ1から大きく低下している。だが、これは実際に車両等に搭載されて運用される内燃機関の挙動から乖離している。内燃機関の再始動後、直ちに冷却水温が低落することは現実的でない。
【０００７】
本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、内燃機関の性能等の試験において、運転を一旦停止した後再始動した内燃機関が不当に冷却されるのを抑制することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、内燃機関の冷却水入口に接続し当該冷却水入口に流入する冷却水が流れる供給路と、前記内燃機関の冷却水出口に接続し当該冷却水出口から流出する冷却水が流れる還流路と、前記供給路と前記還流路とを連通せしめ前記内燃機関を迂回して供給路から還流路に冷却水が流れ込むことを許容するバイパス路と、前記内燃機関の冷却水出口近傍における冷却水の温度を検出する第一の水温センサと、前記供給路または前記バイパス路における冷却水の温度を検出する第二の水温センサと、前記内燃機関を運転しており同内燃機関に実装された当該内燃機関の内部を流通する冷却水を吸込んで吐出するポンプが稼働しているときには前記第一の水温センサを介して知得される冷却水の温度が目標値に追従するように、内燃機関及びポンプを停止しているときには前記第二の水温センサを介して知得される冷却水の温度が目標値に追従するように、前記供給路に供給する冷却水の温度を調節する水温調節器と、前記水温調節器が前記供給路に供給する冷却水を吸込んで吐出し前記内燃機関及び前記ポンプを停止しているときもその稼働を停止せずに継続するサブポンプとを具備する内燃機関の冷却水温調装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の性能等の試験において、運転を一旦停止した後再始動した内燃機関が不当に冷却されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の冷却水温調装置の構成を模式的に示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関の冷却水温調装置の構成を模式的に示す図。
【図３】同実施形態の内燃機関の冷却水温調装置が制御する冷却水温の推移を例示する図。
【図４】従来の内燃機関の冷却水温調装置が制御する冷却水温の推移を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における内燃機関１の冷却水温調装置の概要を示している。本冷却水温調装置は、車両等に搭載される水冷式の内燃機関１の性能等を試験する際に用いられ、内燃機関１の内部を流通する冷却水の温度を試験の遂行のために適正な目標値の近傍に維持するものである。いわゆるエンジンベンチにおける試験では、対象の内燃機関１の出力軸であるクランクシャフトにダイナモメータ９を連結し、燃料を燃焼させて内燃機関１を運転して内燃機関１の性能を測定、評価する。
【００１２】
本冷却水温調装置は、内燃機関１の冷却水入口１１に流入する冷却水が流れる供給路３と、内燃機関１の冷却水出口１２から流出する冷却水が流れる還流路４と、供給路３と還流路４とを連通せしめ供給路３から還流路４に冷却水が流れ込むことを許容するバイパス路５と、内燃機関１の冷却水出口１２近傍における冷却水の温度を検出する第一の水温センサ６と、供給路３またはバイパス路５における冷却水の温度を検出する第二の水温センサ７と、第一の水温センサ６または第二の水温センサ７を介して知得される冷却水の温度が目標値に追従するように供給路３に供給する冷却水の温度を調節する水温調節器２と、水温調節器２が供給路３に供給する冷却水を吸込んで吐出し圧送するサブポンプ８とを具備する。
【００１３】
供給路３の始端は水温調節器２の冷却水出口２１に接続し、終端は内燃機関１の冷却水入口１１に接続しており、水温調節器２の冷却水出口２１から流出する冷却水を内燃機関１の冷却水入口１１へ向かう方向に導く。内燃機関１が車両等に搭載されて運用されるときには、内燃機関１の冷却水入口１１が、ラジエータやヒータコア、トランスミッションフルードウォーマ等を通過して熱交換を経た冷却水を内燃機関１の内部に導き入れる口となる。
【００１４】
還流路４の始端は内燃機関１の冷却水出口１２に接続し、終端は水温調節器２の冷却水入口２２に接続しており、内燃機関１の冷却水出口１２から流出する冷却水を水温調節器２の冷却水入口２２へ向かう方向に導く。内燃機関１が車両等に搭載されて運用されるときには、内燃機関１の冷却水出口１２が、ラジエータやヒータコア、トランスミッションフルードウォーマ等に向けて内燃機関１の内部の冷却水を吐き出す口となる。
【００１５】
バイパス路５の始端は、供給路３の始端と終端との中間における、水温調節器２の冷却水出口２１よりも内燃機関１の冷却水入口１１に近い箇所に接続する。バイパス路５の終端は、還流路４の始端と終端との中間における、水温調節器２の冷却水入口２２よりも内燃機関１の冷却水出口１２に近い箇所に接続する。バイパス路５の流路面積（管の断面積）は、供給路３や還流路４の流路面積よりも縮小している。
【００１６】
水温調節器２は、冷却水入口２２から冷却水を受け入れるとともにタンク２３に所要量の冷却水を貯留し、その冷却水の温度を調節した上で冷却水出口２１から供給路３へと送り出す。タンク２３が貯留できる冷却水の量は、内燃機関１に内在する冷却水の量よりも多い。水温調節器２に付帯するコントローラ２４は、第一の水温センサ６及び第二の水温センサ７の出力信号を受信し、それら水温センサ６、７により検出した冷却水温を知得する。そして、何れかの水温センサ６、７が示す冷却水温を目標値に収束させるフィードバック制御を実施する。即ち、冷却水温と目標値との偏差を演算し、その偏差を縮小するべく、タンク２３に貯留している冷却水をヒータ２５により加温し、及び／または、タンク２３に補給する工業用水その他の冷温水の量をソレノイドバルブ等の流量制御弁２６を操作して増減調整する。余剰の冷却水は、排水管２７を通じて排水する。
【００１７】
第一の水温センサ６は、例えば還流路４におけるバイパス路５の終端よりも上流側、特に内燃機関１の冷却水出口１２の近傍に設置され、内燃機関１から流出する冷却水の温度を検出する。第一の水温センサ６は、内燃機関１自体に実装されてもよい。
【００１８】
第二の水温センサ７は、例えば供給路３におけるバイパス路５の始端よりも上流側、特に水温調節器２の冷却水出口２１の近傍に設置され、水温調節器２が供給路３に供給する冷却水の温度を検出する。第二の水温センサ７は、供給路３におけるバイパス路５の始端よりも下流側に設置されてもよいし、バイパス路５に設置されてもよいし、水温調節器２の内部に設置されてもよい。
【００１９】
内燃機関１には、その内部を流通する冷却水を吸込んで吐出し圧送する冷却水ポンプ１３が予め実装されている。この冷却水ポンプ１３は、内燃機関１のクランクシャフトの回転に従動し、クランクシャフトからエンジントルクの供給を受けて作動する、既知の機械式のポンプである。但し、冷却水ポンプ１３は、電動式のものであってもよい。内燃機関１に実装された冷却水ポンプ１３は、内燃機関１を運転している間稼働し、内燃機関１の運転の停止に伴いその稼働を停止する。
【００２０】
サブポンプ８は、内燃機関１に実装されたポンプ１３とは別個のポンプであり、内燃機関１の運転及び停止とは独立して稼働することができる、例えば電動式のポンプである。サブポンプ８は、供給路３または還流路４における、バイパス路５よりも水温調節器２に近い箇所に設置する。あるいは、サブポンプ８を、水温調節器２内に配置してもよい。
【００２１】
内燃機関１の試験において、内燃機関１を運転しているときには、内燃機関１に実装されたポンプ１３が稼働し、かつ本冷却水温調装置が備えるサブポンプ８も稼働して、図１中に矢印で表している方向に冷却水を圧送する。これらポンプ１３、８により、水温調節器２で温度制御された冷却水が冷却水出口２１から供給路３に供給され、その冷却水が冷却水入口１１から内燃機関１の内部に流入する。内燃機関１の内部を流通し内燃機関１の各所と熱交換した冷却水は、冷却水出口１２から還流路４に流出し、水温調節器２の冷却水入口２２に至る。そして、水温調節器２に帰還した冷却水は、水温調節器２による温度調節を経て再び供給路３に供給される、というように、冷却水が水温調節器２、供給路３、内燃機関１及び還流路４を循環する。
【００２２】
サブポンプ８が吸込み吐出する冷却水の流量は、内燃機関１に実装されたポンプ１３が吸込み吐出する冷却水の流量に等しいかそれよりも多い。水温調節器２の冷却水入口２２から供給路３に供給された冷却水のうち、内燃機関１に流入しない余剰の冷却水は、バイパス路５経由で内燃機関１を迂回して還流路４に流れ込む。
【００２３】
なお、内燃機関１に実装されたポンプ１３の吐出流量は、そのときの内燃機関１の運転領域に応じて変動する。特に、エンジン回転数が高いほど、ポンプ１３の吐出流量が多くなる。それ故、サブポンプ８に付帯するコントローラ８１が、エンジン回転数またはポンプ１３の吐出流量をセンシングし、サブポンプ８の吐出流量がポンプ１３の吐出流量以上となるように、サブポンプ８を制御することが好ましい。
【００２４】
その上で、内燃機関１を運転しているときには、水温調節器２に付帯するコントローラ２４が、第一の水温センサ６を介して知得される、内燃機関１の冷却水出口１２を流れる冷却水の温度を目標値に収束させるように、供給路３に供給する冷却水の温度を調節する。
【００２５】
図３に、内燃機関１の冷却水出口１２近傍の冷却水の温度、水温調節器２が内燃機関１に対して供給する冷却水の温度のそれぞれの推移を例示する。図３中、内燃機関１の冷却水出口１２近傍の冷却水温を実線で表し、水温調節器２が供給する冷却水温を破線で表している。既に述べた通り、前者は第一の水温センサ６により検出され、後者は第二の水温センサ７により検出される。時点ｔ0は内燃機関１を停止する時点、時点ｔ1は停止した内燃機関１を再始動する時点であり、時点ｔ0以前及び時点ｔ1以降がそれぞれ内燃機関１を運転している期間に該当する。当該期間中に、第一の水温センサ６が示す冷却水温を目標値Ｔ1、例えば８０℃ないし９０℃の値に向けてフィードバック制御する。
【００２６】
翻って、内燃機関１の運転を停止したときには、内燃機関１に実装されたポンプ１３が稼働を停止する。従って、内燃機関１の内部を冷却水が殆どまたは全く流通しなくなる。一方で、本冷却水温調装置が備えるサブポンプ８は稼働を継続して、図２中に矢印で表している方向に冷却水を圧送する。サブポンプ８により、水温調節器２で温度制御された冷却水が冷却水出口２１から供給路３に供給され、その冷却水の大半または全部が内燃機関１の冷却水入口１１に向かわずにバイパス路５に流れ込む。バイパス路５を流れる冷却水は、還流路４に流入して、水温調節器２の冷却水入口２２に至る。そして、水温調節器２に帰還した冷却水は、水温調節器２による温度調節を経て再び供給路３に供給される、というように、冷却水が水温調節器２、供給路３、バイパス路５及び還流路４を循環する。
【００２７】
内燃機関１の停止中にサブポンプ８が吸込み吐出する冷却水の流量は、内燃機関１の運転中にサブポンプ８が吸込み吐出する冷却水の流量よりも減少させてよい。
【００２８】
その上で、内燃機関１の運転を停止しているときには、水温調節器２に付帯するコントローラ２４が、第二の水温センサ７を介して知得される、供給路３またはバイパス路５を流れる冷却水の温度を目標値に収束させるように、供給路３に供給する冷却水の温度を調節する。
【００２９】
図３中、時点ｔ0から時点ｔ1までが内燃機関１の運転を停止している期間に該当する。当該期間中は、第一の水温センサ６でなく、第二の水温センサ７が示す冷却水温を目標値Ｔ2に向けてフィードバック制御する。その目標値Ｔ2は、内燃機関１を運転している期間における目標値Ｔ1と同値ではない。目標値Ｔ2は、例えば、内燃機関１の運転を停止した時点ｔ0またはその直前に第二の水温センサ７が示していた冷却水温に設定する。この目標値Ｔ2は、内燃機関１の停止直前の運転領域、つまりは内燃機関１の冷却水出口１２近傍の冷却水温に依存して上下し得るが、多くの場合目標値Ｔ1よりも低い値となる。尤も、目標値Ｔ2を一律の固定値、例えば７０℃に設定しても構わない。
【００３０】
停止していた内燃機関１を再び始動した時点ｔ1以降は、第一の水温センサ６が示す冷却水温を目標値Ｔ1に向けてフィードバック制御することは言うまでもない。
【００３１】
本実施形態では、内燃機関１の冷却水入口１１に接続し当該冷却水入口１１に流入する冷却水が流れる供給路３と、前記内燃機関１の冷却水出口１２に接続し当該冷却水出口１２から流出する冷却水が流れる還流路４と、前記供給路３と前記還流路４とを連通せしめ前記内燃機関１を迂回して供給路３から還流路４に冷却水が流れ込むことを許容するバイパス路５と、前記内燃機関１の冷却水出口１２近傍における冷却水の温度を検出する第一の水温センサ６と、前記供給路３または前記バイパス路５における冷却水の温度を検出する第二の水温センサ７と、前記内燃機関１を運転しており同内燃機関１に実装された当該内燃機関１の内部を流通する冷却水を吸込んで吐出するポンプ１３が稼働しているときには前記第一の水温センサ６を介して知得される冷却水の温度が目標値Ｔ1に追従するように、内燃機関１及びポンプ１３を停止しているときには前記第二の水温センサ７を介して知得される冷却水の温度が目標値Ｔ2に追従するように、前記供給路３に供給する冷却水の温度を調節する水温調節器２と、前記水温調節器２が前記供給路３に供給する冷却水を吸込んで吐出し前記内燃機関１及び前記ポンプ１３を停止しているときもその稼働を停止せずに継続するサブポンプ８とを具備する内燃機関１の冷却水温調装置を構成した。
【００３２】
本冷却水温調装置では、内燃機関１の試験において、内燃機関１の運転を停止している間、水温調節器２が供給する冷却水の温度を、内燃機関１の内部または冷却水出口１２近傍の冷却水温に依存しない目標値Ｔ2に制御する。本実施形態によれば、停止した内燃機関１を再始動したときに水温調節器２から内燃機関１に低温の冷却水が流れ込み、内燃機関１を不当に冷却してしまう問題を抑制ないし回避できる。従って、内燃機関１の一時的な運転停止を挟みながらも、内燃機関１の温度を適正に保って試験を遂行することができる。
【００３３】
内燃機関１を長時間停止した後に冷間始動する場合でも、内燃機関１の停止中に水温調節器２が供給する冷却水の温度を常温よりも高い目標値Ｔ2に維持し続けることにより、始動した内燃機関１の温度を速やかに必要な温度まで昇温させることが可能となり、試験を速やかに再開でき、試験の工数、所要時間及び消費エネルギの削減に寄与する。
【００３４】
バイパス路５を内燃機関１の冷却水入口１１及び冷却水出口１２に近づけて配設しているため、内燃機関１に実装された冷却水ポンプ１３が冷却水を吸込み吐出することに起因する損失を、当該内燃機関１を車両等に搭載して実運用するときのそれに近づけることができる。
【００３５】
水温調節器２が供給する冷却水の温度の目標値Ｔ2を、車両等に搭載した内燃機関１の運用時に計測した冷却水入口１１近傍の冷却水温に設定することにより、冷却水がラジエータ、ヒータコア、トランスミッションフルードウォーマ等を通過した後に内燃機関１に流入する状況を試験において容易に再現することができる。
【００３６】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関１の冷却水温調装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…内燃機関
１１…冷却水入口
１２…冷却水出口
１３…ポンプ
２…水温調節器
３…供給路
４…還流路
５…バイパス路
６…第一の水温センサ
７…第二の水温センサ
８…サブポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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