(57)【要約】【課題】エンジンの暖機中において、エンジンの熱損失を抑制することを課題とする。【解決手段】エンジン１０の冷却装置１は、エンジン１０のシリンダブロック３及びシリンダヘッド４の内部に形成されたウォータジャケット２内に第１冷媒と、この第１冷媒よりも比重が小さく、比熱の小さい第２冷媒を封入し、暖機中は、ウォータポンプ５による冷媒の循環を停止し、冷媒を分離する。これにより、熱負荷の高いシリンダヘッド４側には、比熱の小さい第２冷媒の層が形成され、冷媒への熱損失が抑制され、暖機が促進される。【選択図】図１
2010223115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン本体内部に形成された冷媒通路内に、比重の異なる複数の冷媒が封入されたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
前記複数の冷媒は、比重の小さな冷媒ほど比熱が小さいことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のエンジンの冷却装置において、
前記複数の冷媒を循環させる圧送手段と、
エンジンの暖機中に、前記圧送手段による冷媒の循環を停止する第１の制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの冷却装置において、
前記冷媒通路よりも下方に、比重の大きな前記冷媒を貯留するタンクを備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項５】
請求項４記載のエンジンの冷却装置において、
前記タンクは蓄熱構造を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項６】
請求項１または２記載のエンジンの冷却装置において、
前記複数の冷媒を循環させる圧送手段と、
前記圧送手段を制御する第２の制御手段と、
前記冷媒通路よりも下方に配置されて、比重の大きな前記冷媒を貯留する蓄熱タンクと、
を備え、
前記第２の制御手段は、エンジンの始動時に、前記圧送手段により冷媒を循環させた後、前記圧送手段による冷媒の循環を停止するとともに、エンジンの暖機完了後、前記圧送手段による冷媒の循環を再開させることを特徴とす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、エンジンの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの冷間始動時は、フリクションが大きく、燃料の燃焼温度が低いため、燃費、エミッションが良好でない。燃費向上、エミッション良好化には、早期の暖機完了が求められる。
【０００３】
エンジンの暖機には、主に燃料の燃焼により発生した熱が利用される。燃料の燃焼により発生した熱は、エンジンの暖機に用いられる他、冷却系や潤滑系などへ持ち去られる。このため、エンジンの温度は、燃料の燃焼によりエンジンが暖機される熱量と、冷却系や潤滑系によりエンジンから持ち去られる熱量との割合で決定される。このエンジンが暖機される熱量と、エンジンから持ち去られる熱量との割合は、内燃機関の構造を大幅に変えることにより変更できるが、この作業は困難である。したがって、冷却系における冷媒の特性を変更することにより、上記の割合を変更することが行われている。
【０００４】
通常、冷媒は、暖機後にエンジンから多くの熱量を持ち去ることのできる媒体として、比較的比熱が大きく、大きな冷却能力を有する水が用いられている。さらに、このような冷媒の水に蓄熱材を混入することにより、エンジンから発生する余剰の熱を蓄熱材に吸収させ、この吸収させた熱を暖機時にエンジンへ付与することにより早期暖機を図るエンジンが特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５０３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷媒に蓄熱材を混入させたエンジンでは、エンジンの暖機時に蓄熱材が余剰熱を有している場合には、早期暖機が図られるが、余剰熱を有していない場合には、水だけの冷媒に比べてより多くの熱を蓄熱材が吸収するため、却って、エンジンの暖機に時間を要することとなる。したがって、蓄熱材を混入させたエンジンにおいて、暖機が促進できない場合が考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、エンジンの暖機を促進することを目的とし、暖機中のエンジンの熱損失を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの冷却装置は、エンジン本体内部に形成された冷媒通路内に、比重の異なる複数の冷媒が封入されたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成とすることにより、冷媒通路内の下部に、比重の大きな冷媒の層が形成され、冷媒通路内の上部に比重の小さな冷媒の層が形成される。異なる冷媒による異なる冷却特性により、それぞれの冷媒の層が形成された部位における冷却効果が異なる。本発明のエンジンの冷却装置は、このような冷却効果の相違を利用してエンジンの暖機を促進することができる。なお、冷媒は互いに親和性のないものを用いる。例えば、水と油を採用することができる。
【００１０】
このようなエンジンの冷却装置において、前記複数の冷媒は、比重の小さな冷媒ほど比熱が小さいものとする。
【００１１】
これにより、比重が小さく冷媒通路の上部に層を形成する冷媒は、比重が大きく冷媒通路の下部に層を形成する冷媒よりも、比熱が小さい。このため、冷媒通路の上部におけるエンジンから冷媒への熱伝達量が、冷媒通路の下部におけるエンジンから冷媒への熱伝達量と比較して少ない。すなわち、エンジンの上部は下部と比較して熱が持ち去られにくく、熱損失が小さい。したがって、エンジンの上部は暖機が促進される。特に、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの内部に冷媒通路を形成すると、シリンダブロックより上側に位置するシリンダヘッドは、比重が小さく、比熱の小さい冷媒と接触することとなる。このため、シリンダヘッドは比熱の小さい冷媒へ熱が伝達されにくく、熱損失が小さい。シリンダヘッドは熱負荷が高いため、熱損失が低下することにより、さらにエンジンの暖機が促進される。シリンダヘッドの暖機が促進されることにより、燃焼室内の温度が燃焼に適した温度に早期に達し、燃費、エミッションの向上が図られる。
【００１２】
また、このようなエンジンの冷却装置において、前記複数の冷媒を循環させる圧送手段と、エンジンの暖機中に、前記圧送手段による冷媒の循環を停止する第１の制御手段と、を備えた構成とすることができる。
【００１３】
エンジンの暖機中に冷媒の圧送手段を停止することにより、比重の異なる冷媒が容易に分離する。これにより、冷媒通路内の下部に、比重の大きな冷媒の層を形成し、冷媒通路内の上部に比重の小さな冷媒の層を形成して、早期暖機を図ることができる。エンジン本体の暖機完了後には、圧送手段による冷媒の循環が行われ、冷媒が攪拌されて比熱の大きい冷媒が均等に分布するので、エンジンの冷却性が確保され、エンジンの過熱が防止できる。
【００１４】
上記のエンジンの冷却装置において、前記冷媒通路よりも下方に、比重の大きな前記冷媒を貯留するタンクを備えた構成とすることができる。
【００１５】
このような構成とすることにより、エンジン内に形成された冷媒通路内には、比重の小さい冷媒が残るため、エンジンは比重の小さい冷媒の冷却効果を得ることができる。
【００１６】
また、このようなエンジンにおいて、前記タンクは蓄熱構造を備えた構成とすることができる。
【００１７】
このような構成とすることにより、タンク内に貯留する冷媒の温度を維持することができる。
【００１８】
また、上記のエンジンの冷却装置において、前記複数の冷媒を循環させる圧送手段と、前記圧送手段を制御する第２の制御手段と、前記冷媒通路よりも下方に配置されて、比重の大きな前記冷媒を貯留する蓄熱タンクと、を備え、前記第２の制御手段は、エンジンの始動時に、前記圧送手段により冷媒を循環させた後、前記圧送手段による冷媒の循環を停止するとともに、エンジンの暖機完了後、前記圧送手段による冷媒の循環を再開させる構成とすることができる。
【００１９】
このような構成とすることにより、暖機中に前回運転時に回収した熱を利用してエンジン本体を暖機するため、早期に暖機することができる。また、熱交換後、エンジン内に比熱の小さい冷媒が残るので、冷却損失が小さく、早期の暖機が図られる。暖機完了後は、圧送手段により冷媒が循環するため、比熱の大きい冷媒が混合されて冷却性が確保される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、比重の異なる複数の冷媒をエンジン内に形成された冷媒通路内に封入したことにより、複数の冷媒の冷却効果を得て、エンジンの暖機を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１の冷却装置を備えたエンジンの内部を示した説明図であって、エンジンの暖機中の状態を示した説明図である。
【図２】実施例１の冷却装置を備えたエンジンの内部を示した説明図であって、エンジンの暖機完了後の状態を示した説明図である。
【図３】実施例２の冷却装置を備えたエンジンの内部を示した説明図であって、（ａ）はエンジンの暖機中の状態を示し、（ｂ）はエンジンの暖機完了後の状態を示した説明図である。
【図４】実施例３の冷却装置を備えたエンジンの内部を示した説明図である。
【図５】実施例３における制御処理を示したフローである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の冷却装置１を備えたエンジン１０の内部を示した説明図である。冷却装置１は、ウォータジャケット２を備えている。ウォータジャケット２は、エンジン１０のシリンダブロック３及びシリンダヘッド４内に形成されており、このウォータジャケット２は、本発明の冷媒通路に相当する。ウォータジャケット２内には、第１冷媒と、第２冷媒とが封入されている。第２冷媒は、第１冷媒よりも比重が小さく、比熱が小さい冷媒である。さらに、第１冷媒と第２冷媒とは互いに親和性がなく、攪拌が行われない状態で容易に分離する。このような冷媒には、例えば、第１冷媒に水、第２冷媒に油を採用することができる。なお、第１冷媒は純水のみならず、例えば、不凍液等の混合水であっても良い。
【００２４】
また、エンジン１０のシリンダブロック３には、ウォータポンプ５が配設されている。ウォータポンプ５は、ウォータジャケット２内に向けて配置された回転翼５１を回転させることにより、ウォータジャケット２内の冷媒を循環させる。このウォータポンプ５は、流量可変式のポンプであり、ウォータポンプ５の運転は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）６により制御される。ここでは、ウォータポンプ５は、本発明の圧送手段、ＥＣＵ６は本発明の第１の制御手段として機能する。
【００２５】
次に本発明の作用と効果について説明する。図１中に示したエンジン１０は、暖機中の状態を示している。図２は、図１のエンジン１０の暖機完了後の状態を示した説明図である。
【００２６】
エンジン１０のＥＣＵ６は、エンジン始動から暖機が完了するまでの期間、いわゆる、暖機中において、ウォータポンプ５の運転を停止する。ウォータポンプ５の運転が停止している状態では、ウォータジャケット２内の第１冷媒と第２冷媒とが分離し、ウォータジャケット２の下部に第１冷媒が層を形成し、上部に第２冷媒が層を形成する。第２冷媒は比熱が小さく熱伝達性が低いため、第２冷媒の層が形成されたシリンダヘッド４、及びシリンダブロック３の一部において、第２冷媒により持ち去られる熱量が少ない。このため、第２冷媒の層が形成されているシリンダヘッド４、シリンダブロック３の一部において、熱の損失が少なく、暖機の進行が促進される。特に、シリンダヘッド４は、エンジン運転時の熱負荷が高いことから、熱伝達性の低い第２冷媒による熱損失の低下により、さらに暖機の促進が図られる。
【００２７】
ＥＣＵ６は、暖機が完了したと判断すると、ウォータポンプ５の運転を開始する。ウォータポンプ５の運転により、冷却水が循環するとともに、第１冷媒と、第２冷媒とが攪拌されて、ウォータジャケット２内には、第１冷媒と第２冷媒とが一様に分布する。これにより、暖機中に第２冷媒の層が形成されていたシリンダヘッド４やシリンダブロック３の一部でも、比熱の大きい第１冷媒との熱交換が可能となるため、冷却が確保される。
【００２８】
本発明のエンジン１０の冷却装置１は、比重及び比熱の異なる複数の冷媒をウォータジャケット２内に封入し、暖機中にウォータポンプ５を停止することにより、比熱の小さな冷媒の層が形成されるシリンダヘッド４、及びシリンダブロック３からの熱の持ち去りを抑制する。これにより、エンジン１０の暖機を促進し、燃費の向上、エミッション悪化の抑制を図る。また、暖機完了後は、ウォータポンプ５の運転を開始することにより、ウォータジャケット２内に比熱の大きな冷媒を一様に分布させることにより、熱の伝達性を向上し、エンジンの過熱を防止する。
【実施例２】
【００２９】
次に、本発明の実施例２について説明する。図３は、本実施例の冷却装置２１を備えたエンジン２０の内部を示した説明図である。図３（ａ）は、暖機中の状態を示した説明図であり、図３（ｂ）は、暖機完了後の状態を示した説明図である。
【００３０】
本実施例のエンジン２０の冷却装置２１は、実施例１の冷却装置１とほぼ同様の構成をしている。本実施例の冷却装置２１は、ウォータジャケット２よりも下方にタンク２２を備えた点で相違する。このタンク２２とウォータジャケット２とは、第１通路２３、及び第２通路２４により連通している。第１通路２３は、ウォータポンプ５の回転翼５１の下方に位置している。一方、第２通路２４は、第１通路２３と一定の間隔を空けて位置している。
【００３１】
本実施例の冷却装置２１は、ウォータジャケット２の下方にタンク２２を備えたため、比重の大きな第１冷媒は、タンク２２内に貯留される。本実施例では、ウォータポンプ５の停止時にタンク２２内が第１冷媒で充満し、ウォータジャケット２内が第２冷媒で充満するように第１冷媒と第２冷媒との封入量の配分を調整する。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
本実施例において、ＥＣＵ６は、実施例１と同様にエンジン２０の暖機中はウォータポンプ５を停止し、エンジン２０の暖機が完了したと判断するとウォータポンプ５を運転させる。エンジンの暖機中は、ウォータポンプ５の運転が停止するので、第１冷媒と第２冷媒とが分離する。この際、第１冷媒は、タンク２２内へ貯留し、第２冷媒がウォータジャケット２内を充満するので、シリンダヘッド４及びシリンダブロック３における冷媒への熱交換量が減少する。このため、シリンダヘッド４、及びシリンダブロック３における熱損失が低下し、エンジン２０の暖機が促進される。
【００３３】
本実施例の冷却装置２１は、暖機中にウォータジャケット２内を比熱の小さな第２冷却水で充満させるため、実施例１の冷却装置１と比較して、より暖機を促進する。また、暖機が終了すると、ＥＣＵ６はウォータポンプ２の運転を開始し、エンジン２０の冷却性を確保し、エンジン２０の過熱を防止する。
【実施例３】
【００３４】
次に、本発明の実施例３について説明する。図４は、本実施例の冷却装置３１を備えたエンジン３０の内部を示した説明図である。本実施例のエンジンの冷却装置３１は、実施例２の冷却装置２１とほぼ同様の構成をしている。本実施例の冷却装置３１は、タンク３２が断熱材で覆われており、蓄熱構造を備えている点で、実施例２の冷却装置２１と相違する。なお、その他の構成は実施例２の冷却装置２１と同一であるため、冷却装置２１と同一の構成要素については、同一の参照番号を用いて説明する。
【００３５】
本実施例の冷却装置３１において、ＥＣＵ６は、エンジン３０の始動時にウォータポンプ５により冷媒を循環させた後、ウォータポンプ５を一旦停止させ、冷媒の循環を停止させる。その後、冷却装置３１はエンジン３０の暖機完了後、ウォータポンプ５を運転させ、冷媒の循環を再開させる。本実施例において、ＥＣＵ６は本発明の第２の制御手段として機能する。
【００３６】
次に、ＥＣＵ６の制御処理について説明する。図５は本実施例におけるＥＣＵ６の制御処理を示したフローである。ＥＣＵ６はエンジン運転開始とともに、制御処理を実行する。ＥＣＵ６はステップＳ１１で、冷媒の温度を取得する。ここでは、タンク３２内に液温を測定する温度センサ３３を備え、第１冷媒の温度を検出する。また、このステップＳ１１では、第１冷媒の温度と相関関係が有り、第１冷媒の温度が推定できる情報を取得することとしても良い。ＥＣＵ６はステップＳ１１の処理を終えるとステップＳ１２へ進む。
【００３７】
ＥＣＵ６はステップＳ１２で、ウォータポンプ５の運転を開始させる。これにより、エンジン停止中に分離していた第１冷媒と第２冷媒とが攪拌されて、第１冷媒がウォータジャケット２内へ流入する。第１冷媒は、前回のエンジン運転終了時点における高温の状態で、蓄熱構造のタンク２２に貯留されていたため、エンジン始動時のシリンダヘッド４、及びシリンダブロック３よりも温度が高い。したがって、ウォータジャケット２内へ流入した第１冷媒からシリンダヘッド４、及びシリンダブロック３へ熱が伝達されて、シリンダヘッド４、及びシリンダブロック３が暖機される。ＥＣＵ６は、ステップＳ１２の処理を終えると、ステップＳ１３へ進む。
【００３８】
ＥＣＵ６はステップＳ１３で、ウォータポンプ５の停止条件を決定する。この停止条件は、例えば、攪拌した冷媒が所定の温度へ到達することを条件としても良いし、エンジン始動からの所定時間の経過を条件としても良い。本実施例では、ステップＳ１１において取得した第１冷媒の温度、及びエンジン周囲の温度に基づいて、ウォータポンプ５の運転により、ウォータジャケット２内の冷媒の収束する温度を推定し、ウォータジャケット２内の冷媒の温度がここで推定した温度に到達することを停止条件とする。ＥＣＵ６はステップＳ１３の処理を終えるとステップＳ１４へ進む。
【００３９】
ＥＣＵ６はステップＳ１４で、ポンプ停止条件を満たすか否かを判断する。ＥＣＵ６はステップＳ１４でＹｅｓ、すなわち、ポンプ停止条件が満たされていると判断すると、ステップＳ１５へ進む。一方、ＥＣＵ６はステップＳ１４でＮｏ、すなわち、ポンプ停止条件が満たされていないと判断すると、ステップＳ１４における、判断を繰り返す。
【００４０】
ＥＣＵ６はステップＳ１５で、ウォータポンプ５の運転を停止する。これにより、第１冷媒と第２冷媒とは分離し、比重の差により、第１冷媒がタンク２２へ移動し、第２冷媒がウォータジャケット２内へ移動する。これにより、ウォータジャケット２内は比熱の低い第２冷媒で満たされるので、燃料の燃焼により発生する熱が冷媒へ伝達しにくく、シリンダブロック３、及びシリンダヘッド４の暖機を促進する。ＥＣＵ６はステップＳ１５の処理を終えると、ステップＳ１６へ進む。
【００４１】
ＥＣＵ６はステップＳ１６で、第２冷媒の温度を取得する。ＥＣＵ６はステップＳ１６の処理を終えるとステップＳ１７へ進む。
【００４２】
ＥＣＵ６はステップＳ１７で、エンジン３０の暖機が完了したか否かを判断する。ここでは、ステップＳ１６で取得した第２冷媒の温度に基づいて、エンジン３０の暖機完了を判断する。なお、ステップＳ１６、ステップＳ１７では、第２冷媒の温度に代えて、エンジン３０の暖機完了を判断することのできる情報を取得し、エンジン３０の暖機完了を判断することができればよい。例えば、シリンダブロック３やシリンダヘッド４の温度からエンジン３０の暖機完了を判断することとしても良い。ＥＣＵ６はステップＳ１７でＹｅｓ、すなわち、エンジン３０の暖機が完了したと判断するとステップＳ１８へ進む。
【００４３】
ＥＣＵ６はステップＳ１８で、ウォータポンプ５の運転を再開する。エンジン暖機完了後は、第１冷媒と第２冷媒とを攪拌し、循環させてエンジン３０を冷却する。ＥＣＵ６はステップＳ１８の処理を終えると、本制御処理を終了する。
【００４４】
一方、ＥＣＵ６はステップＳ１７でＮｏ、すなわち、エンジン３０の暖機が完了していないと判断するとステップＳ１６へ進み、再度、第２冷媒の温度を取得し、エンジン３０の暖機完了の判定処理を行う。
【００４５】
以上のように、本実施例では、前回のエンジン運転時の廃熱を暖機に用いるため、エンジン３０の暖機の時間が短縮される。また、暖機中にウォータポンプ５の運転を停止し、ウォータジャケット２内を比熱の小さな第２冷媒のみで充満させるため、燃料の燃焼により発生する熱の冷却系への損失が抑制されてエンジン３０の暖機が促進される。
【００４６】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４７】
１、２１、３１  冷却装置
２  ウォータジャケット
３  シリンダブロック
４  シリンダヘッド
５  ウォータポンプ
６  ＥＣＵ
１０、２０、３０  エンジン
２２、３２  タンク
【図１】
2010223115.tif 000003
【図２】
2010223115.tif 000004
【図３】
2010223115.tif 000005
【図４】
2010223115.tif 000006
【図５】
2010223115.tif 000007