(57)【要約】  【課題】  ウォータポンプを複数用いることなく、シリンダヘッドとシリンダブロックに対する冷却水の供給流量を機関の運転状態に応じて制御できるようにして、内燃機関の最適な温度制御と製品コストの削減を図る。  【解決手段】  ウォータポンプ４からヘッド側ジャケット１に冷却水を供給するヘッド側供給通路９と、前記ポンプ４からブロック側ジャケット２に冷却水を供給するブロック側供給通路１０との分岐部に、両通路９，１０に対する冷却水の分配を制御する分配制御弁１１を配置する。ウォータポンプ４と分配制御弁１１を、ヘッド側ジャケット１とブロック側ジャケット２の水温に応じて制御する。  【選択図】  図１
2005083239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドとシリンダブロックに対する冷却水の供給流量を内燃機関の運転状態に応じて制御する冷却装置であって、
冷却水をラジエータ側から圧送するウォータポンプと、
このウォータポンプからシリンダヘッド側ウォータジャケットの入口に冷却水を供給するヘッド側供給通路と、
前記ウォータポンプからシリンダブロック側ウォータジャケットの入口に冷却水を供給するブロック側供給通路と、
前記ヘッド側供給通路とブロック側供給通路の分岐部に配置され、ヘッド側供給通路とブロック側供給通路に対する冷却水の分配を制御する分配制御弁と、
シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口とシリンダブロック側ウォータジャケットの出口をラジエータの入口側に接続する戻し通路と、
この戻し通路のうちのシリンダブロック側とシリンダヘッド側の合流点とシリンダブロック側ウォータジャケットの出口の間に配置され、冷却水をラジエータ側に戻す方向の流れのみを許容するチェック弁と、
シリンダヘッド内の冷却水の温度を検出するヘッド水温検出手段と、
シリンダブロック内の冷却水の温度を検出するブロック水温検出手段と、を備え、
少なくとも前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値に基づいて前記分配制御弁を制御することを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記ウォータポンプを電動モータによって駆動すると共に、その電動モータを少なくとも前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値に基づいて制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であったときに、前記ウォータポンプを極低回転で駆動することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックを機関の運転状態に応じて冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷却装置として、冷却水をシリンダブロックからウォータジャケットに供給する第１の循環系と、冷却液をシリンダヘッドからウォータジャケットに供給する第２の循環系を設け、第１の循環系の冷却水の圧送を、機関駆動されるメインのウォータポンプによって行うと共に、第２の循環系の冷却水の圧送を、モータ駆動されるサブのウォータポンプによって行うものがある（特許文献１参照。）。
【０００３】
この冷却装置は、機関の運転状態に応じてサブのウォータポンプをオン・オフ作動させ、それによって内燃機関の冷却効率の向上を図るようにしている。
【特許文献１】特公平５−９６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この従来の冷却装置は、メインのウォータポンプの他にサブのウォータポンプを設けなければならないため、製品コストが高騰することが問題となっている。
【０００５】
そこでこの出願の発明は、ウォータポンプを複数用いることなく、シリンダヘッドとシリンダブロックに対する冷却水の供給流量を機関の運転状態に応じて制御できるようにして、内燃機関の最適な温度制御と製品コストの削減を図ることができる内燃機関の冷却装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するための手段として、この出願の発明は、冷却水をラジエータ側から圧送するウォータポンプと、このウォータポンプからシリンダヘッド側ウォータジャケットの入口に冷却水を供給するヘッド側供給通路と、前記ウォータポンプからシリンダブロック側ウォータジャケットの入口に冷却水を供給するブロック側供給通路と、前記ヘッド側供給通路とブロック側供給通路の分岐部に配置され、ヘッド側供給通路とブロック側供給通路に対する冷却水の分配を制御する分配制御弁と、シリンダヘッド側ウォータジャケットの出口とシリンダブロック側ウォータジャケットの出口をラジエータの入口側に接続する戻し通路と、この戻し通路のうちのシリンダブロック側とシリンダヘッド側の合流点とシリンダブロック側ウォータジャケットの出口の間に配置され、冷却水をラジエータ側に戻す方向の流れのみを許容するチェック弁と、シリンダヘッド内の冷却水の温度を検出するヘッド水温検出手段と、シリンダブロック内の冷却水の温度を検出するブロック水温検出手段と、を備え、少なくとも前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値に基づいて前記分配制御弁を制御するようにした。
【０００７】
この発明の場合、シリンダヘッドとシリンダブロックの各水温に応じて分配制御弁が制御されるため、各水温に応じて例えばシリンダヘッド側ウォータジャケットに対する冷却水の供給流量をシリンダブロック側ウォータジャケットに対する供給流量よりもより多くしたり、両ウォータジャケットに対する供給流量を同様に多く、または、少なくすることが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載のように、前記ウォータポンプは電動モータによって駆動し、その電動モータは少なくとも前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値に基づいて制御するようにしても良い。
【０００９】
この場合、各水温に応じた電動モータの制御によってウォータポンプ自体の吐出流量を制御することができるため、一つのウォータポンプで各ウォータジャケットに対する供給流量をより最適に制御することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載のように、前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であったときには、前記ウォータポンプを極低回転で駆動することが望ましい。
【００１１】
この場合、ウォータジャケット内の水温が設定値以下の低温であるときにも、冷却水の流動が完全に停止しないため、ウォータジャケット内の冷却水温度を各水温検出手段によって常に正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この出願の発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックの各水温に応じて分配制御弁が制御されるため、ウォータポンプを複数用いることなく、シリンダヘッドとシリンダブロックに対する冷却水の供給流量を機関の運転状態に応じて最適に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、この出願の発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、この発明にかかる内燃機関の冷却装置の全体構成を示すものであり、同図において、１，２は、夫々機関ブロック内のシリンダヘッド側ウォータジャケット（以下、「ヘッド側ジャケット」と呼ぶ。）と、シリンダブロック側ウォータジャケット（以下、「ブロック側ジャケット」と呼ぶ。）、３は、機関内で加熱された冷却水の熱を放熱するラジエータ、４は、冷却水を圧送するためのウォータポンプである。
【００１５】
ウォータポンプ４は、図２に示すように駆動軸５の回転によって羽根部６を回転させてラジエータ３の出口３ｂ側の冷却水を吐出通路７側に圧送する周知の構造のものであるが、このポンプ４の駆動軸５は電動モータ８によって回転駆動されるようになっている。
【００１６】
また、吐出通路７からは、ヘッド側ジャケット１の入口１ａに連通するヘッド側供給通路９と、ブロック側ジャケット２の入口２ａに連通するブロック側供給通路１０が分岐しており、この両供給通路９，１０の分岐部には後述する分配制御弁１１が配置されている。
【００１７】
ヘッド側ジャケット１とブロック側ジャケット２は相互に独立しており、各供給通路９，１０を介して別々に冷却水が循環供給されるようになっている。
【００１８】
また、各ジャケット１，２の出口１ｂ，２ｂとラジエータ３の入口３ａ側は戻す戻し通路１２によって接続されており、この戻し通路１２のうちの、シリンダヘッド側通路部とシリンダブロック側通路部の合流点１４とブロック側ジャケット２の出口２ｂの間にはチェック弁１５が介装されている。このチェック弁１５は、ブロック側ジャケット２の冷却水をラジエータ３に戻す方向の流れのみを許容し、ヘッド側ジャケット１からブロック側ジャケット２への冷却水の流入を阻止するようになっている。
【００１９】
ヘッド側ジャケット１とブロック側ジャケット２には、夫々温度センサ１６，１７（ヘッド水温検出手段、及び、ブロック水温検出手段）が設けられ、これらの検出温度信号がコントローラ１８に入力されるようになっている。コントローラ１８は、温度センサ１６，１７の信号の他、内燃機関の負荷や回転速度の信号を入力され、内燃機関の運転状態に応じて電動モータ８と分配制御弁１１を制御するようになっている。ただし、電動モータ８と分配制御弁１１の基本制御は両ジャケット１，２の水温に基づいたものとなっている。
【００２０】
この実施形態では、分配制御弁１１は、図３に示すようなロータリバルブによって構成されており、弁体１９には、吐出通路７とヘッド側供給通路９、ブロック側供給通路１０を連通させることのできる相互に導通した３方の開口２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられている。
【００２１】
そして、この分配制御弁１１では、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す３位置に弁体１９を切換え制御できるようになっており、図３（Ａ）に示す第１の位置では、開口２０ａが吐出通路７とヘッド側供給通路９を微小に開いた状態でこれらに連通すると同時に、開口２０ｂがブロック側供給通路１０を微小に開いた状態で同通路１０に連通する。したがって、この第１の位置では、吐出通路７が両供給通路９，１０に対して面積を大きく絞られた状態で接続される。
【００２２】
一方、図３（Ｂ）に示す第２の位置では、開口２０ｃと２０ａが吐出通路７とヘッド側供給通路９を全開にした状態でこれらに連通すると同時に、開口２０ｂがブロック側供給通路１０をほぼ半開にした状態で同通路１０に連通する。したがって、この第２の位置では、吐出通路７がヘッド側供給通路９に対して全開状態で接続されると共に、ブロック側供給通路１０に対して半開状態で接続される。
【００２３】
また、図３（Ｃ）に示す第３の位置では、開口２０ｃ，２０ａ，２０ｂが夫々吐出通路７，ヘッド側供給通路９，ブロック側供給通路１０を全開にした状態でこれらに連通し、その結果、吐出通路７が両供給通路９，１０に対して全開状態で接続される。
【００２４】
また、ウォータポンプ４とラジエータ３の出口３ｂを接続する吸入通路２１には、一端側が戻し通路１２のうちのラジエータ３の入口３ａ近傍に連通するバイパス通路２２が接続されており、このバイパス通路２２の吸入通路２１との接続部には、設定低温時にのみ通路を開く開閉弁２３が介装されている。尚、この開閉弁２３は、温度センサ１６，１７による検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であるときに、コントローラ１８による指令によって通路２２を開くようにしても良い。
【００２５】
尚、ラジエータ３に向かう戻し通路１２の途中にはヒータ配管２４が分岐接続され、内燃機関の熱で暖められた熱が暖房等に利用されるようになっている。
【００２６】
以下、コントローラ１８による電動モータ８と分配制御弁１１の具体的な制御と、そのときの各部の状態について説明する。
【００２７】
例えば、内燃機関の冷間始動時のように、両温度センサ１６，１７による検出値がジャケット１，２の冷却を必要としない設定値以下の値であるときには、微小流量の冷却水を送り出すように電動モータ８（ウォータポンプ４）を微低速で回転させると共に、分配制御弁１１の弁体１９を図３（Ａ）に示す第１の位置に変位させる。これにより、両ジャケット１，２には冷却水が微小流量しか流れないことになるため、機関ブロックが冷却水によって奪われる熱量が少なくなる。したがって、内燃機関は速やかに暖まり、内燃機関の運転は安定する。
【００２８】
尚、このとき両ジャケット１，２内には微小流量の冷却水が流れるため、ジャケット１，２内の温度のバラツキによる水温検出の狂いは生じにくい。したがって、このような機関運転状態においても各ジャケット１，２内の水温変化を正確に検出することができる。
【００２９】
そして、内燃機関を中低速の回転域で運転しているときのように、両温度センサ１６，１７で検出される検出値が夫々設定敷居値に満たない高温値であるときには、機関回転速度に応じた冷却水を吐出するように電動モータ８（ウォータポンプ４）を回転させると共に、分配制御弁１１の弁体１９を図３（Ｂ）に示す第２の位置に変位させる。これにより、ヘッド側ジャケット１とブロック側ジャケット２にはほぼ２対１の割合で冷却水が分配され、ウォータポンプ４の吐出流量は機関回転速度に応じて増大する。
【００３０】
また、内燃機関を高速回転域で運転しているときのように、両温度センサ１６，１７で検出される検出値が夫々設定敷居値以上の高温値であるときには、機関回転速度に応じた冷却水を吐出するように電動モータ８（ウォータポンプ４）を回転させると共に、分配制御弁１１の弁体１９を図３（Ｃ）に示す第２の位置に変位させる。これにより、ヘッド側ジャケット１とブロック側ジャケット２にはほぼ同割合で冷却水が分配され、ウォータポンプ４の吐出流量は機関回転速度に応じて増大する。
【００３１】
この冷却装置の場合、ヘッド側ジャケット１とブロック側ジャケット２に機関の運転状態に応じて効率良く冷却水を供給することができるうえ、一つのウォータポンプ４から吐出された冷却水を分配制御弁１１によって両ジャケット１，２に適切に分配するものであるため、両ジャケットに対する冷却水の供給流量を二つのウォータポンプで夫々制御していた従来のものに比較して製品コストを大幅に削減することができる。
【００３２】
さらに、この冷却装置にあっては、ウォータポンプ４を電動モータ８によって駆動し、冷間始動時等の冷却水温度が充分に低い条件下で各ジャケット１，２に対する冷却水の供給流量が微小になるように制御するようにしたため、機関ブロックの早期昇温を図ることができると共に、ウォータポンプ４の必要外の仕事量を無くしてエネルギー利用の効率化を図ることができる。
【００３３】
即ち、ウォータポンプ４の回転速度を単純に機関回転速度に応じて増大させる場合には、両ジャケット１，２に供給される冷却水の総流量は、図４の破線で示すようになる。しかし、冷間始動時等では機関ブロックを冷却する必要がなく、冷却水の要求流量は図４の実線で示すようになり、同図中の破線と実施線に挟まれた領域（斜線を入れた領域）は無駄仕事領域となる。この実施形態の冷却装置においては、この無駄仕事領域を無くしたことでエネルギー利用効率が高まる。
【００３４】
尚、この出願の発明の実施形態は以上で説明したものに限るものではなく、例えば、温度センサ１６，１７による検出値がジャケット１，２の冷却を必要としない設定値以下の値であるときに、吐出通路７に対するヘッド側供給通路９とブロック側供給通路１０の連通を所定時間毎に切換えるように分配制御弁１１を制御することで、両ジャケット１，２内に冷却水の微小な流れを作り出すようにしても良い。また、分配制御弁１１は、温度センサ１６，１７による検出値がジャケット１，２の冷却を必要としない設定値よりも大きいときに、ヘッド側ジャケット１に対する冷却水の供給流量がブロック側ジャケット２に対する供給流量よりも常に大きくなるように制御するようにしても良い。
【００３５】
次に、上述した実施形態の記載内容から把握し得る前記請求項に記載された発明以外の発明について、以下にその効果と共に記載する。
【００３６】
（イ）  前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であったときに、前記分配制御弁によってヘッド側供給通路とブロック側供給通路に対する冷却水供給を所定時間毎に切換えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却装置。
【００３７】
この場合、ウォータジャケット内の水温が設定値以下の低温であるときに、両供給通路が所定時間毎に交互にウォータポンプと連通するため、ウォータポンプの回転をさらに低回転にしても各ウォータジャケット内に冷却水の適度な流動を作り出すことができる。
【００３８】
（ロ）  ラジエータの入口側と出口側を連通するバイパス通路を設け、そのバイパス通路に、前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値以下の値であったときにのみ通路を開く開閉弁を設けたことを特徴とする請求項３または前記（イ）に記載の内燃機関の冷却装置。
【００３９】
この場合、ウォータジャケット内の水温が設定値以下の低温になると、バイパス通路が開閉弁によって開かれ、冷却水はラジエータを通過することなくウォータポンプに戻されることになる。このため、冷却水はラジエータで放熱されないため、機関の爆発によって効率良く温度上昇するようになる。
【００４０】
（ハ）  前記ヘッド水温検出手段とブロック水温検出手段の検出値が内燃機関の冷却を必要としない設定値よりも大きいときに、シリンダヘッド側ウォータジャケットに対する冷却水の供給流量がシリンダブロック側ウォータジャケットに対する供給流量よりも常に大きくなるように前記分配制御弁を制御することを特徴とする請求項１〜３、前記（イ），（ロ）のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【００４１】
この場合、機関の爆発によってより高温になり易いシリンダヘッド部分をより効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この出願の発明の一実施形態を示す回路構成図。
【図２】同実施形態を示すウォータポンプの断面図。
【図３】同実施形態の分配制御弁の作動を示す模式的な拡大断面図。
【図４】同実施形態の機関回転速度−流量特性を比較例と共に示した図。
【符号の説明】
【００４３】
１…ヘッド側ジャケット（シリンダヘッド側ウォータジャケット）
２…ブロック側ジャケット（シリンダブロック側ウォータジャケット）
３…ラジエータ
４…ウォータポンプ
８…電動モータ
９…ヘッド側供給通路
１０…ブロック側供給通路
１１…分配制御弁
１２…戻し通路
１５…チェック弁
１６…温度センサ（ヘッド水温検出手段）
１７…温度センサ（ブロック水温検出手段）
【図１】
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【図２】
2005083239.tif 000004
【図３】
2005083239.tif 000005
【図４】
2005083239.tif 000006