(57)【要約】【課題】排気マニホールドの冷却を効率的に行う。【解決手段】排気マニホールドの冷却液ジャケット１７を、ポンプ１６の吐出口とエンジン本体１０の流入口との間に介設すると共に、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７をバイパスするマニホールドバイパス経路２５を備える。ポンプ１３の吐出口と冷却液ジャケット１７の入口との間には、少なくとも排気マニホールドの冷却が要求されるときに、その冷却液ジャケット１７に冷却液を流通させるよう動作する弁手段１８を介設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液が流れる流路が流入口及び流出口の間を互いに連結するようにその内部に形成されたエンジン本体と、
前記エンジン本体の流入口側に設けられかつ、その駆動によって吸込口から吸い込んだ前記冷却液を吐出口から吐出するポンプと、
前記エンジン本体の前記流出口と前記ポンプの前記吸込口とを互いに連結する経路であって、その途中にラジエータが介設されたラジエータ経路と、
前記エンジン本体の前記流出口と前記ポンプの前記吸込口とを互いに連結すると共に、前記ラジエータをバイパスするラジエータバイパス経路と、
前記エンジン本体の排気側に対して取り付けられる排気マニホールドと、を備え、
前記排気マニホールドの内部には、当該排気マニホールドを冷却するように前記冷却液が流れる冷却液ジャケットが形成され、
前記排気マニホールドの前記冷却液ジャケットは、前記ポンプの前記吐出口と前記エンジン本体の前記流入口との間に介設されており、
前記ポンプの前記吐出口と前記エンジン本体の前記流入口とを互いに連結すると共に、前記冷却液ジャケットをバイパスするマニホールドバイパス経路をさらに備え、
前記ポンプの吐出口と前記冷却液ジャケットの入口との間には、少なくとも前記排気マニホールドの冷却が要求されるときに当該冷却液ジャケットに冷却液を流通させるよう動作する弁手段が介設されているエンジンの冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、
前記弁手段は、前記排気マニホールドの冷却が要求されていないときには、前記冷却液ジャケットへの冷却液の流通を制限するように構成されているエンジンの冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの冷却装置において、
前記ポンプの前記吸込口側、前記ラジエータ経路の下流端、及び前記ラジエータバイパス経路の下流端の間に介設されるサーモスタット弁をさらに備え、
前記サーモスタット弁は、前記冷却液の温度が所定温度以下のときには、前記ラジエータバイパス経路側を開にしかつ前記ラジエータ経路を閉にする一方、前記冷却液の温度が前記所定温度よりも高くなったときには、前記ラジエータバイパス経路側を閉にしかつ前記ラジエータ経路を開にするように構成され、
前記弁手段は、前記所定温度よりも低い温度で、前記排気マニホールドの冷却液ジャケットに冷却液を流通させるように動作するエンジンの冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンの冷却装置において、
前記弁手段は、前記ポンプの前記吐出口側、前記冷却液ジャケットの前記入口側、及び前記マニホールドバイパス経路の上流端の間に介設される弁であって、前記エンジン本体に流入する冷却液の温度に応じて開閉動作する第２のサーモスタット弁であるエンジンの冷却装置。
【請求項５】
請求項３に記載のエンジンの冷却装置において、
前記弁手段は、前記冷却液ジャケット内の冷却液の温度を検出する液温センサの検出値に基づいて動作する制御弁であるエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却液を循環させることによってエンジンの冷却を行う冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のエンジンの冷却装置として、例えば特許文献１には、エンジン本体と、ラジエータと、の間で冷却液を循環させる冷却装置が開示されている。この特許文献１に開示された冷却装置ではさらに、排気マニホールドを、その内部に冷却液ジャケットを形成したいわゆる水冷排気マニホールドとしており、エンジン本体の途中から分岐させた冷却液通路を前記排気マニホールドの冷却液ジャケットに接続させることで、冷却液ジャケットに冷却液を流して排気マニホールドの冷却を行うようにしている。ここで、この特許文献１の冷却装置では、エンジンの運転中は、排気マニホールド内の冷却液ジャケットに対して冷却液が常時供給されるように構成されている。
【特許文献１】特開平６−２４１０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、エンジンの例えば全負荷運転時等においては、排気マニホールドの冷却を行うことが望まれるが、エンジンの冷間始動時においては、触媒温度を早期に高めるべく、排気温度を早期に高めることが望ましい。そのため、排気マニホールドの冷却を行わないことが好ましいが、前記特許文献１に開示された冷却装置では、前述したように、エンジンの運転中は、排気マニホールドの冷却液ジャケットに対して冷却液が常時供給されるため、冷間始動時においても、排気マニホールドが冷却されてしまうという不都合がある。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気マニホールドの冷却を効率的に行うようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ラジエータとエンジン本体との間に排気マニホールドの冷却液ジャケットを介設すると共に、排気マニホールドの冷却が要求されるときに、その冷却液ジャケットに冷却液を流通させるよう動作する弁手段を、当該冷却液ジャケットの上流側に配置するようにした。
【０００６】
具体的に、本発明の一側面によると、エンジンの冷却装置は、冷却液が流れる流路が流入口及び流出口の間を互いに連結するようにその内部に形成されたエンジン本体と、前記エンジン本体の流入口側に設けられかつ、その駆動によって吸込口から吸い込んだ前記冷却液を吐出口から吐出するポンプと、前記エンジン本体の前記流出口と前記ポンプの前記吸込口とを互いに連結する経路であって、その途中にラジエータが介設されたラジエータ経路と、前記エンジン本体の前記流出口と前記ポンプの前記吸込口とを互いに連結すると共に、前記ラジエータをバイパスするラジエータバイパス経路と、前記エンジン本体の排気側に対して取り付けられる排気マニホールドと、を備える。
【０００７】
そして、前記排気マニホールドの内部に、当該排気マニホールドを冷却するように前記冷却液が流れる冷却液ジャケットを形成し、前記排気マニホールドの前記冷却液ジャケットを、前記ポンプの前記吐出口と前記エンジン本体の前記流入口との間に介設する。
【０００８】
前記冷却装置は、前記ポンプの前記吐出口と前記エンジン本体の前記流入口とを互いに連結すると共に、前記冷却液ジャケットをバイパスするマニホールドバイパス経路をさらに備えるようにして、前記ポンプの吐出口と前記冷却液ジャケットの入口との間に、少なくとも前記排気マニホールドの冷却が要求されるときに当該冷却液ジャケットに冷却液を流通させるよう動作する弁手段を介設する。
【０００９】
この構成によると、排気マニホールドの冷却液ジャケットに対しては、エンジン本体に流入する前の、相対的に低温の冷却液が流れることになり、排気マニホールドが効果的に冷却される。
【００１０】
特に、ポンプの吐出口と前記冷却液ジャケットの入口との間に弁手段を介設して、その弁手段により、少なくとも前記排気マニホールドの冷却が要求されるときに当該冷却液ジャケットに冷却液を流通させることにより、必要時に排気マニホールドが冷却されるようになる。
【００１１】
前記弁手段は、前記排気マニホールドの冷却が要求されていないときには、前記冷却液ジャケットへの冷却液の流通を制限するように構成することが好ましい。
【００１２】
ここで、冷却液の流通の制限には、冷却液の流通を遮断することの他に、冷却液の流量を低減することも含まれる。
【００１３】
こうすることで、例えば冷間始動時のような排気マニホールドの冷却が要求されていないときには、弁手段によって冷却液ジャケットへの冷却液の流通が制限されるため、排気マニホールドが無駄に冷却されることがなくなり、例えば排気温度の低下を抑制して、触媒温度を早期に高めることが可能になる。
【００１４】
前記冷却装置は、前記ポンプの前記吸込口側、前記ラジエータ経路の下流端、及び前記ラジエータバイパス経路の下流端の間に介設されるサーモスタット弁をさらに備え、前記サーモスタット弁を、前記冷却液の温度が所定温度以下のときには、前記ラジエータバイパス経路側を開にしかつ前記ラジエータ経路を閉にする一方、前記冷却液の温度が前記所定温度よりも高くなったときには、前記ラジエータバイパス経路側を閉にしかつ前記ラジエータ経路を開にするように構成し、前記弁手段は、前記所定温度よりも低い温度で、前記排気マニホールドの冷却液ジャケットに冷却液を流通させるように動作する、としてもよい。
【００１５】
冷却液の温度が所定温度以下のエンジン本体の暖機中は、サーモスタット弁によってラジエータをバイパスして冷却液が流れるため、エンジンの暖機を速やかに行うことができる一方で、冷却液の温度が所定温度よりも高いエンジン本体の通常運転中は、サーモスタット弁によって、エンジン本体とラジエータとの間で冷却液を循環させることで、エンジン本体が効果的に冷却される。
【００１６】
これに対し、排気マニホールドは、外部への放熱性が相対的に悪いため、エンジン本体よりも高温になる場合があることから、前記サーモスタット弁が作動する所定温度よりも低い温度で、弁手段により、冷却液ジャケットに冷却液を供給する。こうすることで、排気マニホールドにおける冷却液ジャケットで冷却液が沸騰してしまうことが未然に防止される。
【００１７】
前記弁手段は、前記ポンプの前記吐出口側、前記冷却液ジャケットの前記入口側、及び前記マニホールドバイパス経路の上流端の間に介設される弁であって、前記エンジン本体に流入する冷却液の温度に応じて開閉動作する第２のサーモスタット弁である、としてもよい。
【００１８】
こうすることで、簡易な構成によって、冷却必要時には排気マニホールドに冷却液が供給される。
【００１９】
また、これとは異なり、前記弁手段は、前記冷却液ジャケット内の冷却液の温度を検出する液温センサの検出値に基づいて動作する制御弁である、としてもよい。
【００２０】
こうすることで、より精度良く、冷却必要時には排気マニホールドに冷却液が供給される。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によると、ポンプの吐出口と冷却液ジャケットの入口との間に介設した弁手段によって、少なくとも排気マニホールドの冷却が要求されるときには、その冷却液ジャケットに、エンジン本体に流入する前の相対的に低温の冷却液が供給されるため、冷却必要時に、排気マニホールドを効果的に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの冷却装置１の構成を示すブロック図であり、同図において、１１はシリンダブロック、１２はシリンダブロック１１の上側に配設されるシリンダヘッドであり、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを含んでエンジン本体１０が構成される。
【００２４】
エンジン本体１０の内部には、図示は省略するが、冷却液が流れる通路（冷却液ジャケット）が形成されている。この冷却液ジャケットの流入口は、シリンダブロック１１に設けられている。冷却液ジャケットの流入口側にはポンプ（ウォータポンプ）１３が配設されており、そのポンプ１３の吐出口が冷却液ジャケットの流入口に接続される。ポンプ１３は、クランクシャフト（図示省略）に対して駆動連結されて、そのクランクシャフトによって駆動される。ポンプ１３の駆動によって、冷却液が流入口を通じてエンジン本体１０の冷却液ジャケットに供給される。
【００２５】
エンジン本体１０の冷却液ジャケットは、その内部において、シリンダブロック１２からシリンダヘッド１２へと繋がっており、冷却液ジャケットの流出口はシリンダヘッド１２に設けられている。冷却液ジャケットの流出口は、エンジン本体１０を通過後の相対的に高温の冷却液が流れる高温側流路２１を介してラジエータ１４に接続されており、そのラジエータ１４の下流側は、ラジエータ１４を通過後の相対的に低温の冷却液が流れる低温側流路２２を介して、ポンプ１３の吸込口に接続されている。
【００２６】
そうして、ラジエータ１４とポンプ１３との間にサーモスタット弁１５が介設されており、ラジエータ１４は、サーモスタット弁１５の第１の流入ポートに、ポンプ１３は、サーモスタット弁１５の流出ポートにそれぞれ接続されている。
【００２７】
高温側流路２１及び低温側流路２２によって、エンジン本体１０の流出口とポンプ１３の吸込口とを互いに連結する経路であって、その途中にラジエータ１４が介設されたラジエータ経路２０が構成されることになる。
【００２８】
前記高温側流路２１は、ラジエータ１４の上流側で分岐しており、この分岐した流路はサーモスタット弁１５の第２の流入ポートに接続されている。この分岐流路によって、エンジン本体１０の流出口とポンプ１３の吸込口とを互いに連結すると共に、ラジエータ１４をバイパスするラジエータバイパス経路２３が構成される。
【００２９】
サーモスタット弁１５は、図示は省略するが、公知のワックス型であって、冷却水温度が所定温度以下のときにはワックスが収縮してスプリングの付勢力により、弁体がスプリングの軸方向に移動して第１の流入ポートを閉じると共に第２の流入ポートを開く。これによって、ラジエータバイパス経路２３側をポンプ１３に連通させる。一方、冷却水温度が所定温度よりも高くなると、ワックスの膨張によって弁体がスプリングの軸方向に移動して第１の流入ポートを開くと共に、第２の流入ポートを閉じる。これによって、ラジエータ経路２０側をポンプ１３に連通させる。こうして上記サーモスタット弁１５は、冷却水温度に応じて第１及び第２の流入ポートを択一的に開弁する。
【００３０】
また、高温側流路２１に対して並列にヒータ経路２４が設けられており、このヒータ経路２４には、車室空調用のヒータ１６が介設されている。
【００３１】
そうして、エンジン本体１０の排気側には、各気筒内の既燃ガスを排出するための排気マニホールドが取り付けられている。この排気マニホールドには、図示は省略するが、その内部に当該排気マニホールドを冷却するための冷却液が流れる冷却液ジャケット１７が形成されている。つまりこの排気マニホールドは、水冷排気マニホールドである。
【００３２】
この冷却液ジャケット１７は、ポンプ１３の吐出口とエンジン本体１０の冷却液ジャケットの流入口との間に介設されている。つまり、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７の流入口は、ポンプ１３の吐出口に接続されると共に、その流出口は、エンジン本体１０の冷却液ジャケットの流入口に接続されている。
【００３３】
ポンプ１３の吐出口とエンジン本体１０の冷却液ジャケットの流入口との間にはまた、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７をバイパスするように、マニホールドバイパス経路２５が設けられていると共に、そのマニホールドバイパス経路２５の分岐位置よりも下流側（排気マニホールドの冷却液ジャケット１７側）に、開閉弁１８が介設されている。この開閉弁１８は、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７内の冷却液の温度を検出する液温センサ１９の検出値に応じて開閉制御されるように構成されている（図１の破線参照）。ここで、この開閉弁１８は、前記サーモスタット弁１５の動作温度である所定温度Ｔ１よりも低い第２所定温度Ｔ２で開弁するように制御される。この第２所定温度Ｔ２は、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７内において冷却液が沸騰しない程度の温度として適宜設定すればよい。
【００３４】
以上の構成のエンジンの冷却装置１の動作について説明すると、先ず、エンジン本体１０の始動時等の冷却液の温度が所定温度以下のときには、サーモスタット弁１５によってラジエータバイパス経路２３がポンプ１３に連通し、ラジエータ経路２０側が遮断されるため、ポンプ１３の駆動によって、エンジン本体１０に流入した冷却液は、エンジン本体１０、ラジエータバイパス経路２３及びサーモスタット弁１５を順に通ってポンプ１３に戻る。こうして、冷却液がラジエータ１４を通らないことにより、冷却液が早期に昇温しエンジン本体１０が早期に暖まる。尚、エンジン本体１０から流出した冷却液の一部はヒータ１６を通る。
【００３５】
また、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７内の冷却液の温度が比較的低いことにより、開閉弁１８は閉弁され、これにより、ポンプ１３から吐出された冷却液は、マニホールドバイパス経路２５を通ってエンジン本体１０に流れる。従って、冷却液が排気マニホールドの冷却液ジャケット１７を通らないことにより、排気温度が低下してしまうことが防止され、図示は省略するが、排気側に設けられた触媒の温度を早期に高めることができる。これによって、エミッション性を向上させることができる。
【００３６】
そうして、エンジン本体１０の暖機に伴い冷却液の温度が次第に高くなる。ここで、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７には冷却液が供給されていないが、そこに溜まっている冷却液の温度も次第に上昇することになり、液温センサ１９によって、冷却液の温度が、前述した第２所定温度Ｔ２以上になったことが検出されたときには、開閉弁１８が開弁される。これによって、ポンプ１３から吐出された冷却液の一部は、前記と同様にマニホールドバイパス経路２５を通ってエンジン本体１０に流れる一方、冷却液の一部は、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７に流れる。そうして、そこにおいて排気マニホールドを冷却した後に、エンジン本体１０へと流れる。
【００３７】
また、冷却液の温度がさらに上昇して、前述した所定温度Ｔ１（所定温度Ｔ１＞第２所定温度Ｔ２）以上になったときには、サーモスタット弁１５によって、ラジエータ経路２０がポンプ１３に連通し、ラジエータバイパス経路２３側が遮断される。このため、エンジン本体１０を通過した冷却液はラジエータ１４に供給され、そこにおいて熱交換されることにより温度が低下した冷却液が、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７及びエンジン本体１０にそれぞれ供給される。こうして、排気マニホールド及びエンジン本体１０の冷却が効果的に行われる。
【００３８】
このように、この冷却装置１では、エンジン本体１０よりも上流側の、相対的に温度の低い冷却液を排気マニホールドの冷却液ジャケット１７に供給するため、排気マニホールドの冷却を効率的に行うことが可能になる。特に排気マニホールドは、図示は省略するが、シリンダヘッド１２に例えば一列に並んで設けられた排気ポートに対し、千鳥状に締結ボルトが配置されてエンジン本体１０に取り付けられることから、排気ポートの一つ一つについて、その周囲を囲むように冷却液ジャケット１７を設けることが困難な場合が多く、排気マニホールドの冷却効率が低下する虞があるところ、エンジン本体１０に供給する前の、相対的に温度の低い冷却液を排気マニホールドの冷却液ジャケット１７に供給することによって、排気マニホールドを効率的に冷却することができるようになる。
【００３９】
また、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７よりも上流側に開閉弁１８を設け、その開閉弁１８の制御により、排気マニホールドの冷却が要求されるときには、その排気マニホールドの冷却液ジャケット１７に冷却液を供給する一方、排気マニホールドの冷却が要求されないときには、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７に冷却液を供給しないことによって、例えば冷間始動時等においては、排気温度を高めて触媒温度を早期に上昇させることができる。
【００４０】
また特に、排気マニホールドの温度は、エンジン本体１０に比べて高温になり易いものの、開閉弁１８の動作温度を、サーモスタット弁１５の動作温度よりも低い温度に設定することで、排気マニホールドの冷却が比較的早いタイミングで開始されることになり、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７内において冷却液が沸騰してしまうことを未然に防止することができる。
【００４１】
尚、前記の実施形態では、マニホールドバイパス経路２５の分岐位置よりも排気マニホールド側に制御開閉弁１８を設けるようにしているが、例えば図１において仮想的に示すように、この開閉弁１８に代えて、ポンプ１３の吐出口と、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７の入口と、マニホールドバイパス経路２５の上流端と間に、第２のサーモスタット弁１８’を介設するようにしてもよい。この第２のサーモスタット弁１８’もまたワックス型として、冷間始動後にラジエータバイパス経路２３を通ってポンプ１３に戻る冷却液の温度が所定温度以下のときには、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７側を閉じかつ、マニホールドバイパス経路２５側を開ける一方、該冷却液の温度が所定温度よりも高くなったときには、排気マニホールドの冷却液ジャケット１７側を開けかつ、マニホールドバイパス経路２５側を閉じるようにすればよい。
【００４２】
また、前記のサーモスタット弁１５におけるワックスとは組成の異なるワックスとすることによって、第２のサーモスタット弁１８’の動作温度を、前記のサーモスタット弁１５の動作温度よりも低くすることが、冷却液の沸騰を回避する上で好ましい。
【００４３】
こうしたサーモスタット弁１８’を採用することによって、液温センサ１９を省略することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上説明したように、本発明は、冷却必要時に排気マニホールドの冷却を効率的に行うことができるから、いわゆる水冷排気マニホールドを備えたエンジンの冷却装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの冷却装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    冷却装置
１０  エンジン本体
１３  ポンプ
１４  ラジエータ
１５  サーモスタット弁
１７  排気マニホールドの冷却液ジャケット
１８  開閉弁（制御弁）
１８’  第２のサーモスタット弁（弁手段）
２０  ラジエータ経路
２３  ラジエータバイパス経路
２５  マニホールドバイパス経路
【図１】
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