(57)【要約】【課題】蓄熱装置に蓄えた熱水を利用して冷間時の暖機運転を行うようにした内燃機関の冷却装置において、暖機用水路からの熱水によるシリンダ内壁面の昇温を短時間で効率よく行うことができるようにする。【解決手段】シリンダブロック２のウォータジャケット５に、バイパス水路１２とラジエータ１３を介装したラジエータ側水路１４を通る冷却水を、水流制御弁１０を介して選択的に冷却水を供給循環する通常の冷却用水路８と、暖機運転時に蓄熱装置１５からの熱水を電動ポンプ１９にて上記シリンダブロックのウォータジャケットに供給循環する暖機用水路９とを有する内燃機関の冷却装置において、上記ウォータジャケットを、外側室５ａと内側室５ｂとに仕切り板６にて仕切り、外側室に上記通常の冷却用水路を、内側室に暖機用水路をそれぞれ接続した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックのウォータジャケットに、バイパス水路とラジエータを介装したラジエータ側水路とから、水流制御弁を介して選択的に主ポンプからの冷却水を供給循環する通常の冷却用水路と、暖機運転時に蓄熱装置からの熱水を電動ポンプにて上記シリンダブロックのウォータジャケットに供給循環する暖機用水路とを有する内燃機関の冷却装置において、
上記ウォータジャケットを、外側室と内側室とに仕切り板にて仕切り、外側室に上記通常の冷却用水路を、内側室に暖機用水路をそれぞれ接続したことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
暖機用水路の戻り水路に潜熱蓄熱器を設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
ウォータジャケットの外側室と内側室とを、これらに流入する通常の冷却用水路と暖機用水路からの水量より少ない水量が通る連通孔で連通したことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
暖機用水路内にオイルクーラを介装したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
シリンダブロック内に燃料を直接噴射する内燃機関の場合のウォータジャケットの内側室への暖機用水路の流入口を、上記燃料の噴霧が当たるシリンダ壁面の内側ウォータジャケットに設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか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】
本発明は、動力源として用いられる水冷式の内燃機関で、特に蓄熱装置に蓄えた熱水を利用して冷間時の暖機運転を行うようにした内燃機関の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の温度が低い状態、いわゆる冷間状態にあるときに、内燃機関を速やかに昇温させることにより、始動性の向上、未燃焼成分の排出量低減（排気エミッションの向上）、燃料消費率の向上などを目的として、蓄熱装置を備えた内燃機関の冷却装置の開発が進められている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５２７３４号公報（第５〜６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のこの種の内燃機関の冷却装置では、内燃機関の暖機運転時に蓄熱装置からの熱水を、通常運転時の冷却水に替えてシリンダブロックのウォータジャケットに注水するようになっていたため、このときのウォータジャケットでは、冷間状態の冷却水の全量が上記熱水に入れ替わるまで時間がかかり、シリンダブロックの昇温に時間がかかるという問題があった。
【０００５】
また、上記したように暖機運転時には、蓄熱装置からの熱水はウォータジャケット全体にわたって冷間状態の冷却水と入れ替わり注入されてシリンダブロックの全体を昇温させるようになっていたため、この熱水による昇温質量は大きく、この昇温での過程で熱水が冷やされてしまい、上記のことと相俟って内燃機関の暖機に時間がかかっていた。
【０００６】
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、蓄熱装置からの熱水を最も効果ある部分に集中して導き、暖機時間の短縮を図ることができるようにした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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、シリンダブロックのウォータジャケットに、バイパス水路とラジエータを介装したラジエータ側水路とから、サーモスタット等の水流制御弁を介して選択的に内燃機関または電動機にて駆動される主ポンプからの冷却水を供給循環する通常の冷却用水路と、暖機運転時に蓄熱装置からの熱水を電動ポンプにて上記シリンダブロックのウォータジャケットに供給循環する暖機用水路とを有する内燃機関の冷却装置において、上記ウォータジャケットを、外側室と内側室とに仕切り板にて仕切り、外側室に上記通常の冷却用水路を、内側室に暖機用水路をそれぞれ接続した構成になっている。
【０００８】
そして上記装置において、暖機用水路の戻り水路に潜熱蓄熱器を設け、またウォータジャケットの外側室と内側室とを、これらに流入する通常の冷却用水路と暖機用水路からの水量より少ない水量が通る連通孔で連通し、また暖機用水路内にオイルクーラを介装し、さらにシリンダブロック内に燃料を直接噴射する内燃機関の場合のウォータジャケットの内側室への暖機用水路の流入口を、上記燃料の噴霧が当たるシリンダ壁面の内側ウォータジャケットに設けた。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シリンダブロックのウォータジャケットが仕切り板にてそれぞれがウォータジャケット全体より小さな外側室と内側室とに仕切られ、暖機運転時における暖機用水路からの熱水は、このウォータジャケット全体より小さな容積の内側室に流入され、運転開始時におけるこの内側室の熱水への入れ替わりがウォータジャケット全体の場合より短時間に行われることにより、熱水によるシリンダ内壁面の昇温を短時間で行うことができる。
【００１０】
そしてこのときの熱水量を小さくできることにより、暖機用水路に設けられる蓄熱装置の容量を少なくすることができ、暖機用水路の小型化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明によれば暖機運転時には、熱水によりシリンダブロックの外壁に熱が奪われることなくシリンダ壁面だけが暖められるため、暖機用水路により極めて効率的に暖機運転を行うことができる。そしてこのときにおいて、シリンダ壁面が集中的に暖められることにより、シリンダ内面に存在する潤滑油膜も暖められピストンの摺動抵抗の低減に貢献することができる。
【００１２】
また本発明によれば、上記したようにウォータジャケット全体の容積より小さな内側室に熱水を注入するので、この熱水により昇温するための質量は小さくなり、暖機用水路を循環する熱水の熱損失が少なくでき、このことから上記のことと相俟って内燃機関の暖機運転の時間短縮を図ることができる。
【００１３】
また、暖機運転の開始時にウォータジャケットの内側室に残存していた冷たい冷却水は、暖機用水路の戻り水路を通って蓄熱装置に戻る際に、潜熱蓄熱器にて暖められてから蓄熱装置内に戻すことができ、蓄熱装置を高温に保つことができると同時に、暖機用水路全体の冷却水が暖まるので、暖機用水流を流し続けても冷たい冷却水がシリンダブロックのウォータジャケットに供給されることがない。そしてこれと共に、暖機運転によりシリンダブロック側で吸熱されて温度が低下した暖機用水路の戻り水をも上記潜熱蓄熱機にて暖めることができる。
【００１４】
また、上記外側室と内側室とがこれらに流入する水量より少ない水量が通る連通孔にて連通したことにより、暖機運転時には、閉じた系を形成している暖機用水路から暖かい冷却水が通常の冷却用水路に漏れることを最小限に止められ、また通常運転時には、通常の冷却用水路の高温水を外側室から内側室へ少流量の連通路を経由して暖機用水路を逆流して蓄熱装置へ戻すことにより、蓄熱装置での蓄熱を行うことができる。そしてこれと同時に、内側ウォータジャケット内に適度な水流を作ることでシリンダ壁温度を適温に保つことができる。
【００１５】
また、上記暖機用水路にオイルクーラを介装したことにより、オイルクーラを流れる潤滑油をいち早く昇温することができ、この潤滑油によりメインジャーナル、カムジャーナルの暖機運転時における潤滑作用を良好にすることができる。
【００１６】
さらに、シリンダブロック内に燃料を直接噴射する内燃機関の場合、この燃料の噴霧が当たる部分を集中的に昇温することができることにより、このときの燃料の霧化、気化が良好に行われて燃焼がよくなり燃費が向上すると共に、排ガスもきれいにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明に係る内燃機関の冷却装置を模式的に示したものであり、図中１は内燃機関のクランク室、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４は燃料噴射弁、５はシリンダブロック２に設けたウォータジャケットである。なお図示してないが、シリンダヘッド３にはこの部分を冷却するためのヘッド側冷却水路が設けてある。また２ａはシリンダブロック２に設けたオイル通路である。
【００１８】
シリンダブロック２のウォータジャケット５には仕切り板６が内装されていて、この仕切り板６にてウォータジャケット５の外壁側に対向する外側室５ａと、ウォータジャケット５の内壁側に対向する内側室５ｂとに仕切られている。そして外側室５ａがシリンダヘッド３のヘッド側冷却水路に連通されている。上記外側と内側の室５ａ，５ｂは、図２にて模式的に示すように、仕切り板６に設けた通孔７ａにより、及びあるいはこれの上下の各端部に設けた隙間７ｂにより連通されている。ただし、この通孔７ａや隙間７ｂの開口面積は比較的小さく、この各室５ａ，５ｂに流入する流入量より少ない連通量となる大きさになっていて、両室５ａ，５ｂ間の冷却水の連通量はわずかになるようにしてある。なお、上記内側室５ｂもヘッド側冷却水路に連通しても構わない。
【００１９】
そして上記シリンダブロック２のウォータジャケット５に形成された外側室５ａには通常の冷却用水路８が、また内側室５ｂには暖機用水路９が接続されている。
【００２０】
上記通常の冷却用水路８は、吐出口を外側室５ａに、吸入口をサーモスタット（自動温度調整弁）１０に接続した主ポンプ１１と、ヘッド側冷却水路とサーモスタット１０を接続するバイパス水路１２と、ヘッド側冷却水路とサーモスタット１０との間にラジエータ１３を介装したラジエータ側水路１４とからなっている。上記主ポンプ１１は、内燃機関のクランク軸にて常時回転駆動されるようになっている。
【００２１】
そしてサーモスタット１０の部分の冷却水の温度が所定温度より低い場合には、サーモスタット１０のラジエータ水路１４側が閉じられて、主ポンプ１１から吐出される冷却水は、シリンダブロック２のウォータジャケット５の外側室５ａとヘッド側冷却水路の冷却水は、バイパス水路１２を通って循環されるようになっている。
【００２２】
上記冷却水の温度が上昇してサーモスタット１０の部分の冷却水の温度が所定の温度より高くなると、サーモスタット１０のバイパス水路１２側が閉じられてラジエータ側水路１４側が開となり、主ポンプ１１から吐出される冷却水は、シリンダブロック２のウォータジャケット５の外側室５ａとヘッド側冷水路を通り、ラジエータ１３にて放熱されながらラジエータ側水路１４を循環させるようになっている。
【００２３】
上記暖機用水路９は、予め加熱された熱水を貯留している蓄熱タンク１５と、この蓄熱タンク１５内に設けた潜熱蓄熱器１６と、ウォータジャケット５の内側室５ａと蓄熱タンク１５とを接続する熱水供給水路１７と、途中にオイルクーラ１８と、電動ポンプ１９を介装して上記ウォータジャケット５の内側室５ｂと潜熱蓄熱器１６とを接続する戻り水路２０とからなっており、電動ポンプ１９の駆動により蓄熱タンク１５内の熱水がウォータジャケット５の内側室５ｂ、オイルクーラ１８を通って循環されるようになっている。
【００２４】
主ポンプ１１の吸入側の水路とバイパス水路１２との間にキャビンヒータ２１が介装してある。
【００２５】
また、暖機用水路９の戻り水路２０のオイルクーラ１８と電動ポンプ１９との間の水路が逆止弁２２を介してラジエータ側水路１４に、電動ポンプ１９の出口側と潜熱蓄熱器１６との間の水路がラジエータ側水路１４にそれぞれ接続されている。
【００２６】
上記蓄熱タンク１５は、このタンク壁に断熱層として例えば真空層を設けた魔法瓶状になっている。そして特に図示してないが、蓄熱タンク１５内の熱水がゆれるのを防止するために、蓄熱タンク１５内にバッフルが設けてある。また潜熱蓄熱器１６は、例えばＢａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏからなるもので、これに流入した暖機用水路内の冷たい冷却水を所定温度（溶融温度）まで加熱する熱容量に設定されている。
【００２７】
上記構成において、内燃機関の運転時には、この内燃機関の運転に従って主ポンプ１１が駆動され、この主ポンプ１１のポンプ作用により、シリンダブロック２のウォータジャケット５の外側室５ａとシリンダヘッド３のヘッド側冷却水路内の冷却水がサーモスタット１０を有する通常の冷却用水路８を通り循環される。このとき、主ポンプ１１の入口側の冷却水温度が所定温度より低い場合には、サーモスタット１０のラジエータ側水路１４側が閉じられており、冷却水はラジエータ１３を通らないバイパス通路１２で循環される。
【００２８】
この内燃機関の運転時において、内燃機関が冷間始動にある場合、すなわち内燃機関内の冷却水及び潤滑油の温度が所定温度以下で暖機運転が必要な状態では、このときの冷却水の温度を検知して自動的に、あるいは人為的操作にて電動ポンプ１３が駆動されて、上記通常の冷却用水路８による冷却作用と先行または並行して暖機用水路９による暖機作用が開始される。
【００２９】
すなわち電動ポンプ１９の駆動により、蓄熱タンク１５内の熱水が熱水供給水路１７を通ってウォータジャケット５の内側室５ｂに流入してシリンダブロック２の内壁を加熱し、これの内面に付着している油膜を暖める。そして上記蓄熱タンク１５から流入される熱水に追い出された内側室５ｂの冷却水は、戻り水路２０のオイルクーラ１８を通って電動ポンプ１９にて蓄熱タンク１５へ戻される。この戻り冷却水に続いて、ウォータジャケット５の内側室５ｂを経由して蓄熱装置からの熱水がオイルクーラ１８を通り、オイルクーラ１８内のオイルが加温される。
【００３０】
このときにおいて、暖機用水路９の戻り冷却水は、暖機作用の開始時にはウォータジャケット５の内側室５ｂ内の冷間状態の冷却水であり、また暖機作用時にあっては、シリンダブロック２やオイルクーラ１８にて吸熱されて蓄熱タンク１５内の熱水温度がより低い温度となって戻されるが、この戻り冷却水は蓄熱タンク１５内に設けた潜熱を利用した潜熱蓄熱器１６を通る間に暖められてから蓄熱タンク１５内に流入し、蓄熱タンク１５内の温度の低下が阻止される。
【００３１】
上記暖機作用により、運転開始時におけるシリンダブロック２の壁面及びオイルクーラ１８の温度が速やかに昇温されて、このときのシリンダブロック２の壁面の油膜温度を高くすることができる。また、オイルクーラ１８にて暖められた潤滑油は、粘度抵抗が低減されてシリンダブロック２のオイル通路２ａ、メインジャーナル、カムジャーナルへ向かい、摺動及び回転抵抗を削減する。
【００３２】
この暖機作用時には、上記したようにこの暖機作用と並行して通常の冷却水用水路８による冷却作用も行われている。このときにおいて、通常の冷却用水路８と暖機用水路９の双方の水路のそれぞれでは、主ポンプ１１、電動ポンプ１９が独立して作動していることにより、シリンダブロック２の外側室５ａと内側室５ｂとを連通する連通路にはほとんど水の流通はない。そのため暖機用水路９の温度は高く維持されて、このときの通常の冷却用水路８内の冷却水は、シリンダヘッド２からの受熱によって急速に暖められる。そしてこの通常の冷却用水路８内の冷却水が所定温度以上になると、サーモスタット１０のラジエータ側水路１４側が開となり、シリンダブロック２の外側室５ａを通った通常の冷却用水路８の冷却水はラジエータ側水路１４を通り、この間にラジエータ１３にて放熱されて一定の温度に保持される。
【００３３】
一方、通常の冷却用水路８内の冷却水温度が上昇して暖機用水路９内の冷却温度と同等になると、この暖機用水路９の電動ポンプ１９の駆動は停止される。さらにサーモスタット１０のラジエータ側水路が開になると、主ポンプ１１からウォータジャケット５の外側室５ａと内側室５ｂとを連通する開口面積の小さな通孔７ａ、隙間７ｂを通った冷却水の一部は、熱水供給水路１７を逆流して蓄熱タンク１５とサーモスタット１０を経由して、主ポンプ１１に戻る極少水流の冷却水通路を流れ、これにより蓄熱タンク１５に高温の冷却水が備えられる。同時にウォータジャケット５の外側室５ａと内側室５ｂとの上記した少流量が流れる通路を通った冷却水の他の一部は、オイルクーラ１８でオイルを冷却した後に逆止弁２２を経由して主ポンプ１１に戻る。
【００３４】
上記構成において、蓄熱タンク１５からの熱水の内側室５ｂへの流入口は、シリンダブロック２の壁面の温度を上昇することについては、これをどこに設けてもよいが、シリンダブロック２にオイル通路２ａがある場合や、燃料の筒内噴射の場合には、この熱水流入口をオイル通路２ａのある側のウォータジャケットに、またシリン壁面の噴霧燃料が当たる側のウォータジャケット５の内側室５ｂに設けることにより、これらの部分が速やかに加温されて暖機作用の効果が促進される。
【００３５】
すなわちオイル通路２ａが先に暖められることにより、ここを流れる潤滑油が早く暖められて、これの粘度が低くなって潤滑作用が速やかに行われる。また、噴霧燃料が当たる部分が早く暖められることにより、燃料の霧化、気化が良好となって燃料効率を高くすることができる。
【００３６】
ウォータジャケット５を外側と内側に仕切る仕切り板６は、熱伝達の低い材料、例えばプラスチック、セラミック、ガラス繊維で強化したグラスファイバー、強化プラスチック等が用いられる。
【００３７】
なお、この仕切り板６の表面に微細な凹凸を多数設けることにより、これの表面に凹凸による空気層が構成されて断熱効果を得ることができる。
【００３８】
この仕切り板６は、シリンダブロック２の開放された上方からこれのウォータジャケット５内に挿入することにより設置される。
【００３９】
また上記仕切り板６は、シリンダブロック２と一体成形の壁構成としてもよい。この場合の通孔７ａは、シリンダブロック２の外側からドリル等で加工し、その後シリンダブロック２側の孔を閉じる等にて設ける。
【００４０】
またこの実施の形態では、主ポンプ１１を内燃機関にて回転駆動する例を示したが、これは電動機で駆動するようにしてもよい。
【００４１】
また、この実施の形態での通常の冷却用水路８と暖機用水路８との切換えを行う水流制御に、水温検知により機械的に切換え作動するサーモスタット１０を用いた例を示したが、これには電子制御により切換え作動する水流制御弁を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る装置を模式的に示す説明図である。
【図２】仕切り板部分を拡大した模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…クランク室、２…シリンダブロック、２ａ…オイル通路、３…シリンダベッド、４…燃料噴射弁、５…ウォータジャケット、５ａ…外側室、５ｂ…内側室、６…仕切り板、７ａ…通孔、７ｂ…隙間、８…通常の冷却用水路、９…暖機用水路、１０…サーモスタット、１１…主ポンプ、１２…バイパス水路、１３…ラジエータ、１４…ラジエータ側水路、１５…蓄熱タンク、１６…潜熱蓄熱器、１７…熱水供給水路、１８…オイルクーラ、１９…電気ポンプ、２０…戻り水路、２１…キャビンヒータ、２２…逆止弁。
【図１】
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【図２】
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