(57)【要約】【課題】コストのかからない簡易な構成で内燃機関の始動時の暖機を促進させると共に、シリンダヘッドの冷却効率を向上させることができる冷却装置を提供する。【解決手段】ポンプ手段により導かれた冷却水をシリンダヘッド４の吸気側に流通させる冷却水流路１５と、冷却水流路１５から分岐され、シリンダヘッド４の排気側に冷却水を流通させる排気側流路１６と、排気側流路１６の流量を調整する流量調整手段１７と、内燃機関１の運転状態に応じて排気側流路１６の流量が調整されるように流量調整手段１７を制御する流量制御手段１８とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ手段により導かれた冷却水をシリンダヘッドの吸気側に流通させる冷却水流路と、
前記冷却水流路から分岐され、前記シリンダヘッドの排気側に前記冷却水を流通させる排気側流路と、
前記排気側流路の流量を調整する流量調整手段とを備えた内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気側流路の流量が調整されるように前記流量調整手段を制御する流量制御手段がさらに設けられている請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記流量制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記排気側流路の流量を減少させるように前記流量調整手段を制御する請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記排気側流路における冷却水の沸騰前後の状態を検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果における前記冷却水の沸騰の可能性を判定する判定手段とが設けられ、
前記流量制御手段は、前記判定手段が前記冷却水の沸騰の可能性を所定のレベルよりも高いと判定した場合に、前記排気側流路の流量を増加させるように前記流量調整手段を制御する請求項３に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
前記シリンダヘッドの排気側には、前記内燃機関における複数の気筒の排気を集合させる排気マニホールドが一体に形成され、
前記排気側流路は、当該排気側流路の冷却水が前記排気マニホールドの壁面の外面側の領域を通過するように形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却水流路の冷却水を前記領域に導くバイパス通路と、前記バイパス通路の流量を調整するバイパス弁とがさらに設けられている請求項５に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項７】
前記排気側流路における冷却水の沸騰前後の状態を検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果における前記冷却水の沸騰の可能性を判定する判定手段と、
前記判定手段が前記冷却水の沸騰の可能性を所定のレベルよりも高いと判定した場合に、前記バイパス通路の流量を増加させるように前記バイパス弁を制御するバイパス弁制御手段とが設けられている請求項６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、内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷却装置として、シリンダヘッドの吸気側にポンプ手段にて冷却水を循環させる吸気側流路と、シリンダヘッドの排気側に排気マニホールドの熱を利用した自然対流にて冷却水を循環させる排気側流路とを別系統に設けることにより、内燃機関の始動時の暖機を促進させた装置が知られている(特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−７３７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した装置では、排気側流路の冷却水を自然対流でしか循環させることができないので、内燃機関が高負荷の場合に冷却水を積極的に循環させてシリンダヘッドを充分に冷却させることができないおそれがある。一方、両方の流路にポンプ手段を設けるとコストがかかる。
【０００５】
そこで、本発明は、コストのかからない簡易な構成で内燃機関の始動時の暖機を促進させると共に、シリンダヘッドの冷却効率を向上させることができる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の冷却装置は、ポンプ手段により導かれた冷却水をシリンダヘッドの吸気側に流通させる冷却水流路と、前記冷却水流路から分岐され、前記シリンダヘッドの排気側に前記冷却水を流通させる排気側流路と、前記排気側流路の流量を調整する流量調整手段とを備えたことにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の冷却装置によれば、流量調整手段にて排気側流路の流量を調整することにより、シリンダヘッドの排気側の熱容量を変化させることができる。また、排気側流路を冷却水流路から分岐させているので、新たにポンプ手段を設ける必要がない。よって、コストのかからない簡易な構成で内燃機関の始動時の暖機を促進させると共に、シリンダヘッドの冷却効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明の冷却装置の一形態においては、前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気側流路の流量が調整されるように前記流量調整手段を制御する流量制御手段がさらに設けられてもよく（請求項２）、この場合、前記流量制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記排気側流路の流量を減少させるように前記流量調整手段を制御してもよい（請求項３）。この形態によれば、排気側流路の流量を減少させることにより、シリンダヘッドの排気側の熱容量を減少させることができる。これにより、流量を減少させない場合と比較してシリンダヘッドの排気側の温度が相対的に上昇する。よって、内燃機関の始動時の暖機を促進させるように流量調整手段を制御することができる。
【０００９】
上記の形態においては、前記排気側流路における冷却水の沸騰前後の状態を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果における前記冷却水の沸騰の可能性を判定する判定手段とが設けられ、前記流量制御手段は、前記判定手段が前記冷却水の沸騰の可能性を所定のレベルよりも高いと判定した場合に、前記排気側流路の流量を増加させるように前記流量調整手段を制御してもよい（請求項４）。この形態によれば、排気側流路の冷却水の沸騰する可能性が所定のレベルよりも高いと判定された場合に、排気側流路の流量を増加させることにより、シリンダヘッドの排気側の熱容量を増大させることができる。これにより、流量を増加させない場合と比較してシリンダヘッドの排気側の温度が相対的に低下する。よって、排気側流路の冷却水の沸騰を未然に防止することができる。また、その冷却水がすでに沸騰状態であったとしても直ぐに冷却を行うことができる。
【００１０】
本発明の冷却装置の一形態において、前記シリンダヘッドの排気側には、前記内燃機関における複数の気筒の排気を集合させる排気マニホールドが一体に形成され、前記排気側流路は、当該排気側流路の冷却水が前記排気マニホールドの壁面の外面側の領域を通過するように形成されてもよい（請求項５）。この形態によれば、排気マニホールドをシリンダヘッドと一体に形成することにより、排気マニホールドをシリンダヘッドと別体に設けた場合に比べて、排気マニホールドから放出される熱が抑えられるので、排気の熱損失を低減することができる。よって、内燃機関の始動時の暖機をさらに促進させることができる。
【００１１】
上記の形態においては、前記冷却水流路の冷却水を前記領域に導くバイパス通路と、前記バイパス通路の流量を調整するバイパス弁とがさらに設けられてもよい（請求項６）。この形態によれば、冷却水流路の冷却水がバイパス通路を介して排気マニホールドの壁面の外面側の領域に導かれるので、排気マニホールドを積極的に冷却することができる。
【００１２】
さらに上記の形態においては、前記排気側流路における冷却水の沸騰前後の状態を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果における前記冷却水の沸騰の可能性を判定する判定手段と、前記判定手段が前記冷却水の沸騰の可能性を所定のレベルよりも高いと判定した場合に、前記バイパス通路の流量を増加させるように前記バイパス弁を制御するバイパス弁制御手段とが設けられてもよい（請求項７）。この形態によれば、排気側流路の冷却水の沸騰を効率的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の内燃機関の冷却装置によれば、流量調整手段にて排気側流路の流量を調整することにより、シリンダヘッドの排気側の熱容量を変化させることができる。また、排気側流路を冷却水流路から分岐させているので、新たにポンプ手段を設ける必要がない。よって、コストのかからない簡易な構成で内燃機関の始動時の暖機を促進させると共に、シリンダヘッドの冷却効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の形態）
図１は、本発明の冷却装置が適用された内燃機関の概略図を示している。内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、一方向に並ぶ複数（図では４つ）の気筒２が形成されたシリンダブロック３と、各気筒２の開口部２ａが塞がれるようにしてシリンダブロック３に取付けられるシリンダヘッド４とを備えている。シリンダブロック３には、気筒２を冷却するためのシリンダブロック用ウォータジャケット５が形成されている。
【００１５】
図２に示すように、シリンダヘッド４の内部には、各気筒２のそれぞれに設けられ、気筒２に吸気を導くための吸気分岐通路６と気筒２からの排気が導かれる排気分岐通路７と、複数の気筒２の排気を集合させる排気マニホールド８とが形成されている。各吸気分岐通路６は、共通の吸気分岐通路上流部６ａと、その吸気分岐通路上流部６ａから分岐する２つの吸気分岐通路下流部６ｂとを有しており、これら吸気分岐通路下流部６ｂの端部は、同一の気筒２に形成された２つの吸気ポート９のそれぞれに接続されている。各排気分岐通路７は、同一の気筒２に形成された２つの排気ポート１０のそれぞれに接続された排気分岐通路上流部７ａと、これら排気分岐通路上流部７ａが合流する排気分岐通路下流部７ｂとを有しており、これら排気分岐通路下流部７ｂの端部は、排気マニホールド８に接続されている。シリンダヘッド４の吸気側には、吸気分岐通路６の周囲に吸気側ウォータジャケット１１が形成されている。シリンダヘッド４の排気側には、排気分岐通路７及び排気マニホールド８の周囲に排気側ウォータジャケット１２が吸気側ウォータジャケット１１とは別体に形成されている。これらウォータジャケット１１、１２の底面には、前記ウォータジャケット１１、１２とシリンダブロック用ウォータジャケット５とを連通させる連通孔１３が複数形成されている（図１参照）。このような内燃機関１に対して冷却装置１４Ａが組み合わされている。
【００１６】
冷却装置１４Ａは、不図示のポンプにより導かれた冷却水を吸気側ウォータジャケット１１から連通孔１３を介してシリンダブロック用ウォータジャケット５に流通させる冷却水流路１５と、この冷却水流路１５におけるシリンダヘッド４よりも上流側から分岐され、排気側ウォータジャケット１２及び連通孔１３を介してシリンダブロック用ウォータジャケット５に冷却水を流通させる排気側流路１６とを備えている。冷却水流路１５と排気側流路１６との分岐点には、排気側流路１６の流量を調整する流量調整弁１７が設けられている。流量調整弁１７としては、例えば開弁と閉弁の２段階に切替え可能な切替え弁を用いることができる。
【００１７】
流量調整弁１７の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１８により制御される。ＥＣＵ１８はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を備えたコンピュータとして構成される。流量調整弁１７の制御に必要な情報の入力手段として、エンジン１の回転数に対応した信号を出力する回転数センサ１９と、排気側流路１６内の冷却水の振動数に対応した信号を出力する振動数センサ２０とがＥＣＵ１８にそれぞれ接続されている。振動数センサ２０は、排気側流路１６の中でも高温になり易い排気マニホールド８付近に設置することが望ましい。
【００１８】
図３は、流量調整弁１７の動作を制御する流量調整弁制御ルーチンの一例を示している。このルーチンはエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。流量調整弁制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１８は、まずステップＳ１で回転数センサ１９の出力信号を参照してエンジン１の回転数を取得する。続くステップＳ２にて、ＥＣＵ１８はエンジン１が低負荷運転状態であるか否かを判断する。低負荷運転状態の判定に関しては、低負荷運転状態となるエンジン１の回転数領域が予め定められてＲＯＭに書き込まれており、ステップＳ１にて取得された回転数がその回転数領域内にあるか否かを判定すればよい。なお、エンジン１の始動時に取得される回転数は、上記回転数領域内にある。ステップＳ２において、エンジン１が低負荷運転状態ではないと判断した場合、ＥＣＵ１８はステップＳ６に進み、流量調整弁１７を開放した後に今回のルーチンを終了する。流量調整弁１７が開放されると、ポンプにより導かれた冷却水が分岐点にて冷却水流路における分岐点よりも下流側と排気側流路とに分岐する。排気側ウォータジャケット１２に達した冷却水は、排気側ウォータジャケット１２の内部を拡散しつつ、排気分岐通路７及び排気マニホールド８内の排気と熱交換して、連通孔１３を介してシリンダブロック用ウォータジャケット５に達する。これにより、調整弁１７を閉鎖した場合と比較してシリンダヘッド４の排気側の熱容量が増大するので、シリンダヘッド４の排気側の温度を相対的に低下させることができる。よって、シリンダヘッド４の冷却効率を向上させることができる。
【００１９】
一方、ステップＳ２において、エンジン１の回転数が低負荷運転状態であると判断した場合、ＥＣＵ１８はステップＳ３に進み、振動数センサ２０の出力信号を参照して排気側流路１６内の冷却水の振動数を取得する。続くステップＳ４にて、ＥＣＵ１８は排気側流路１６内の冷却水が沸騰状態であるか否かを判断する。沸騰状態の判定に関しては、冷却水が沸騰時に発生する気泡の振動数が予め定められてＲＯＭに書き込まれており、ステップＳ３にて取得された振動数がその定められた振動数を超えるか否かを判定すればよい。ステップＳ４において、冷却水が沸騰状態であると判断した場合、ＥＣＵ１８はステップＳ６に進み、流量調整弁１７を開放した後に今回のルーチンを終了する。この制御を行うことで、例えば低負荷運転状態においてエンジン１の回転数が急激に上昇することにより、排気側ウォータジャケット１２内の冷却水が沸騰した場合でも、直ぐに冷却を行うことができる。
【００２０】
一方、ステップＳ４において、否定判断がされた場合、ＥＣＵ１８はステップＳ５に進み、流量調整弁１７を閉鎖する。ステップＳ５の処理後、ＥＣＵ１８は今回のルーチンを終了する。流量調整弁１７が閉鎖されると、ポンプにより導かれた冷却水の全量が冷却水流路１５における分岐点よりも下流側に流通し、排気側流路１６内の冷却水は停滞する。このため、流量調整弁１７を開放した場合と比較してシリンダヘッド４の排気側の熱容量が減少するので、シリンダヘッド４の排気側の温度を相対的に上昇させることができる。よって、内燃機関１の始動時の暖機を促進させることができる。
【００２１】
以上のように構成された内燃機関１の冷却装置１４Ａにおいては、ポンプから導かれた冷却水を冷却水流路１５及び排気側流路１６に分岐させているので、新たにポンプ手段を設ける必要がなく、コストのかからない簡易な構成で本形態を実現することができる。また、排気マニホールド８をシリンダヘッド４の排気側と一体に形成しているため、排気マニホールド８をシリンダヘッド４と別体に設けた場合と比べて、排気マニホールド８から放出される熱が抑えられるので、排気の熱損失を低減することができる。よって、内燃機関１の始動時の暖機をさらに促進させることができる。これにより、不図示の触媒による排気浄化効果も高めることができる。
【００２２】
本形態の変形例として、振動数センサ２０に替えて排気側流路１６内の冷却水の温度に対応した信号を出力する水温センサ（不図示）を用いてもよい。この場合、図３に示した流量調整弁制御ルーチンにおけるステップＳ３では、水温センサの出力信号を参照して排気側流路１６内の冷却水の温度を取得する。続く、ステップＳ４にて、ＥＣＵ１８は排気側流路１６内の冷却水の沸騰の可能性を判定する。冷却水の沸騰の可能性の判定に関しては、冷却水の沸騰する可能性のある温度範囲が予め定められてＲＯＭに書き込まれており、ステップＳ３にて取得された温度がその温度範囲にあるか否かを判定すればよい。ステップＳ４において、冷却水の沸騰する可能性があると判定した場合、ＥＣＵ１８はステップＳ６に進み、流量調整弁１７を開放した後に今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ４において、冷却水の沸騰する可能性がないと判定した場合、ＥＣＵ１８はステップＳ５に進み、流量調整弁１７を閉鎖した後に今回のルーチンを終了する。
【００２３】
この変形例では、水温センサを利用しているので、流量調整弁制御ルーチンにおいて冷却水の沸騰の可能性を判定することができる。これにより、排気側流路１６内の冷却水の沸騰を未然に防止することができる。
【００２４】
以上の形態においては、流量調整弁１７が流量調整手段、ＥＣＵ１８が流量制御手段、振動数センサ２０及び水温センサが検出手段にそれぞれ相当する。また、ＥＣＵ１８は、図３のステップＳ４を実行することにより、判定手段として機能する。
【００２５】
（第２の形態）
次に、図４を参照して本発明の第２の形態を説明する。なお、本形態において、上述した図２と共通する部分には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。図４に示すように、本形態では、冷却装置１４Ｂに対して、冷却水流路１５内の冷却水を排気マニホールド８の壁面の外面側の領域に流入させるバイパス通路２１と、そのバイパス通路２１を流れる冷却水の流量を調整するバイパス弁２２とがさらに設けられている。バイパス通路２１の一端部は、冷却水流路１５におけるシリンダヘッド４と流量調整弁１７との間に接続されており、他端部は、排気側ウォータジャケット１２に接続されている。
【００２６】
バイパス弁２２の動作は、ＥＣＵ１８により制御される。ＥＣＵ１８は、例えば図３におけるステップＳ３以降の制御ルーチンを参照してバイパス弁２２の動作を制御することができる。なお、本形態は、第１の形態の変形例において説明した水温センサを用いた例にも適用することができる。
【００２７】
この形態によれば、ＥＣＵ１８が排気側流路１６内の冷却水を沸騰状態であると判断するとバイパス弁２２が開放され、冷却水流路１５内の冷却水がバイパス通路２１を介して排気側ウォータジャケット１２に導かれる。排気側ウォータジャケット１２に達した冷却水は、排気マニホールド８の壁面の外面側の領域を通過して、排気マニホールド８内の排気と熱交換しつつ排気側ウォータジャケット１２内を拡散する。これにより、排気マニホールド８の壁面の外面側の領域を積極的に冷却することができる。
【００２８】
本形態では、ＥＣＵ１８が図３で参照される制御ルーチンのステップＳ４からステップＳ６を実行することによりバイパス弁制御手段として機能する。
【００２９】
本形態は、図４に示した例に限定されない。例えば、吸気側ウォータジャケット１１と排気側ウォータジャケット１２とを連通させた内燃機関１にも適用することができる。さらに、この場合、排気側流路１６を省略してもよい。
【００３０】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。例えば、流量調整弁１７及びバイパス弁２２は、それら弁の開度を自在に調整できるように構成してもよい。この場合、ＥＣＵ１８は、図３において、ステップＳ５にて排気側流路１６の流量を減少させるように、ステップＳ６にて排気側流路１６の流量を増加させるように流量調整弁１７を制御してもよい。また、流量調整弁１７は、分岐点に設けた例に限らず排気側流路１６の流量を調整することができる限り適宜にその設置する位置を変更することができる。本発明は、排気マニホールド８がシリンダヘッド４と別体に設けられた内燃機関１にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の冷却装置が適用された内燃機関を示す図。
【図２】図１におけるシリンダヘッドの横断面図。
【図３】流量調整弁制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図４】本発明の第２の形態に係る冷却装置が適用された内燃機関を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１  内燃機関
４  シリンダヘッド
８  排気マニホールド
１１  吸気側ウォータジャケット
１２  排気側ウォータジャケット
１４Ａ、１４Ｂ  冷却装置
１５  冷却水流路
１６  排気側流路
１７  流量調整弁（流量調整手段）
１８  ＥＣＵ（流量制御手段、判定手段、バイパス弁制御手段）
２０  振動数センサ（検知手段）
２１  バイパス通路
２２  バイパス弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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