(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷式のシリンダーブロックＣＢ、シリンダーヘッドＣＨ、及び排気マニホルドＥＭを具備する内燃機関の冷却水系であって、冷却水クーラーＷＣより冷却水ポンプＰを介してシリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨに冷却水を供給し、シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨ冷却後の冷却水を、感温式開閉手段Ｔを介して、冷却水ポンプＰ吸入側に連通するバイパス回路３と、排気マニホルドＥＭの冷却水回路４とに供給し、排気マニホルドＥＭで冷却後の冷却水を冷却水クーラーＷＣに戻す冷却水系において、
該バイパス回路３と該排気マニホルドＥＭへの冷却水回路４との間に、第二開閉手段６を具備する第二バイパス回路５を設け、該感温式開閉手段Ｔにて該排気マニホルドＥＭへの冷却水回路４が閉鎖している時に第二開閉手段６を開いて、第二バイパス回路５にて排気マニホルドＥＭに冷却水を供給可能とし、
該第二開閉手段６を電磁弁とし、内燃機関のクラッチＣＬの嵌脱操作を検出する嵌脱スイッチにより、該電磁弁を開閉制御することを特徴とする内燃機関の冷却水温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却水クーラーとして清水クーラーを具備するような船舶用等の内燃機関で、水冷式のシリンダーブロック、シリンダーヘッド、及び排気マニホルドを具備する内燃機関における、急加速時の排気マニホルドの水温上昇を抑えるための冷却水温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の一列は実開昭５６−４１１１７に開示されている。
水冷式のシリンダーブロック、シリンダーヘッド、及び排気マニホルドを具備する内燃機関の冷却水系は、冷却水クーラー（船舶用内燃機関の場合、清水クーラーに当たる）より冷却水ポンプを介してシリンダーブロックやシリンダーヘッドの冷却水ジャケットに冷却水を供給し、該シリンダーブロックやシリンダーヘッド内を循環した冷却水は、感温式開閉手段、即ちサーモスタットを介して、排気マニホルドの冷却水ジャケットへの回路と、冷却水ポンプ吸入側へのバイパス回路へと供給される構造となっている。
サーモスタットは、アイドリング時等で内燃機関内（シリンダーブロックやシリンダーヘッド）が低温である場合には、低温腐蝕を防ぐべく、排気マニホルドへの冷却水回路を閉鎖し、バイパス回路を介して、冷却水をシリンダーブロック及びシリンダーヘッド内のみにて循環させて、温度上昇を図る。
そして、シリンダーブロックやシリンダーヘッド内の冷却水温度が高温になると、排気マニホルドへの冷却水回路を開き、排気マニホルドを介して冷却水クーラーに冷却水を送って、冷却水クーラーにて冷却された冷却水を、再び冷却水ポンプを介して、シリンダーブロック及びシリンダーヘッドに供給するのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、アイドリング時等でシリンダーブロックやシリンダージャケット内が低温である場合に、サーモスタットは、排気マニホルドへの冷却水回路を閉じる。しかし、この状態から内燃機関を急加速運転した場合に、まず温度が急上昇するのが、排気マニホルドであり、シリンダーブロックやシリンダーヘッド内の冷却水ジャケットにおける冷却水温度は遅れて上昇する。更には、サーモスタットの作動自体、時間がかかるので、排気マニホルドが温度上昇するのに、排気マニホルドへの冷却水回路の開度が追いつかず、悪くすると、排気マニホルドの冷却水ジャケット内の冷却水温度が沸点以上となり、亀裂を生じるおそれもある。特にアルミ鋳物製の排気マニホルドにその傾向がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上のような課題を解決すべく、次のような手段を用いるものである。
水冷式のシリンダーブロックＣＢ、シリンダーヘッドＣＨ、及び排気マニホルドＥＭを具備する内燃機関の冷却水系であって、冷却水クーラーＷＣより冷却水ポンプＰを介してシリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨに冷却水を供給し、シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨ冷却後の冷却水を、感温式開閉手段Ｔを介して、冷却水ポンプＰ吸入側に連通するバイパス回路３と、排気マニホルドＥＭの冷却水回路４とに供給し、排気マニホルドＥＭで冷却後の冷却水を冷却水クーラーＷＣに戻す冷却水系において、該バイパス回路３と該排気マニホルドＥＭへの冷却水回路４との間に、第二開閉手段６を具備する第二バイパス回路５を設け、該感温式開閉手段Ｔにて該排気マニホルドＥＭへの冷却水回路４が閉鎖している時に第二開閉手段６を開いて、第二バイパス回路５にて排気マニホルドＥＭに冷却水を供給可能とし、該第二開閉手段６を電磁弁とし、内燃機関のクラッチＣＬの嵌脱操作を検出する嵌脱スイッチにより、該電磁弁を開閉制御することを特徴とする内燃機関の冷却水温度制御方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付の図面を基に説明する。
図１は水冷式（舶用）内燃機関の側面図、図２は本発明の冷却水系構造、図３は同じくブロック図である。
【０００６】
図４は内燃機関の急加速運転時における各部冷却水温度の変化を示す図、図５は排気マニホルドＥＭにおける冷却水温度の検出に基づく第二開閉手段６の開閉制御フローチャート図である。
【０００７】
図６は排気マニホルドＥＭにおける冷却水圧力の検出に基づく第二開閉手段６の開閉制御フローチャート図、図７は内燃機関のクラッチ嵌脱操作の検出に基づく第二開閉手段６の開閉制御フローチャート図である。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の冷却水系構造を図１乃至図３より説明する。
内燃機関はシリンダーブロックＣＢ上にシリンダーヘッドＣＨを搭載してなり、シリンダーブロックＣＢの側方に冷却水クーラーＷＣを配設している。本実施例の内燃機関は舶用内燃機関であり、該冷却水クーラーＷＣは清水クーラーであって、清水の冷却水と海水との間で熱交換して冷却水を冷却する構成となっている。該冷却水クーラーＷＣにて冷却された冷却水は冷却水管１、そしてポンプ吸入路１ａを介して図１及び図３図示の冷却水ポンプＰに吸入され、シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨ内の冷却水ジャケットへと吐出される。
【０００９】
該シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨ内の冷却水ジャケットを循環した冷却水は、排水路２を通って、サーモスタット（感温式開閉手段）Ｔに到る。感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットからは、排気マニホルドＥＭへの冷却水回路４と、ポンプ吸入路１ａに連通するバイパス回路３とに冷却水回路が分岐しており、該感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットの感温作動によって、各回路３・４が開閉制御される。該感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットは、排水路２から流入する冷却水温度が高いほど、冷却水回路４を開きバイパス回路３を閉じる側に作動し、逆に低いほど、冷却水回路４を閉じバイパス回路３を開く側に作動する。アイドリング状態等で、シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨ内が非常に低温であれば、冷却水回路４は完全に閉じ、バイパス回路３のみに排水路２からの冷却水を流通させて、シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨ内の温度上昇を図り、低温腐蝕を回避するのである。また、シリンダーブロックＣＢやシリンダーヘッドＣＨ内が高温化して排水路２より排水される冷却水温度が高くなると、感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットは、冷却水回路４を開く側に作動する一方、バイパス回路３は狭くなり、最終的には閉じる。高温冷却水は冷却水回路４を介して排気マニホルドＥＭの冷却水ジャケットに送り込まれ、排気マニホルドＥＭを冷却した後の冷却水が、冷却水クーラーＷＣに戻され、再び冷却され、冷却水管１より供給されるのである。
【００１０】
しかし、アイドリング時等、内燃機関内が低温状態で、排気マニホルドＥＭへの冷却水回路４が完全に閉じている時に、内燃機関を急加速運転すると、まず排気マニホルドＥＭの温度が急上昇する。シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨの冷却水ジャケット内の温度上昇はそれよりも遅いので、排水路２からの冷却水温度も急には上昇せず、その上、感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットの作動自体も遅いので、排気マニホルドＥＭの温度が上昇しているにもかかわらず、冷却水回路４の開度が足らず、十分な冷却水が冷却水回路４を流れない状態が発生する。
【００１１】
このことを、図４の中のグラフＡ及びＢより説明する。図４の横軸は時間（ｓ）を、縦軸は温度（℃）を表し、Ａは、内燃機関の急加速時におけるシリンダーヘッドＣＢ及びシリンダーブロックＣＢ内の冷却水温度、即ち排水路２における冷却水温度の変化を示し、Ｂは、同じく内燃機関の急加速時における排気マニホルドＥＭの冷却水ジャケット内の冷却水温度変化（後記の第二バイパス回路５を設けない場合）を示す。グラフＡの如く、内燃機関の急加速に伴い、排水路２における冷却水温度が上昇し、それに連れて感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットも作動して、ある一定温度ｔ1 になると冷却水回路４は完全に開き、その後は冷却水回路４を流れる冷却水流量も一定化するので、冷却水クーラーＷＣの効果により、一定温度ｔ1 を保持する。しかしグラフＢで判るように、排気マニホルドＥＭにおける冷却水温度の上昇度は、シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨにおけるそれに比して高く、また、感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットの作動による冷却水回路４の開放効果も遅れるので、シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨの冷却水の温度上昇が終息する時刻Ｔ1 に比してタイムラグがあり、それよりも遅い時刻Ｔ2 になってようやく温度上昇が終息する。そのため、排気マニホルドＥＭの冷却水温度の最高到達点ｔ2 はかなり高くなり、悪くすると沸点以上となって、排気マニホルドＥＭの亀裂等に繋がるおそれもある。
【００１２】
そこで、このような冷却水回路４の閉鎖時における内燃機関の急加速時に、直ぐさまバイパス回路３（冷却水回路４の閉鎖時には、バイパス回路３は開いている。）より、排気マニホルドＥＭの異常高温化を回避する少なくとも最低限の冷却水を送り込めるように、図２及び図３の如く、該バイパス回路３と該冷却水回路４との間に第二バイパス回路５を設ける。該第二バイパス回路５には第二開閉手段６が介設されており、該第二開閉手段６は、内燃機関の急加速運転に即応して、第二バイパス回路５を開く構成となっているのである。
【００１３】
前記第二開閉手段６に用いるものとしては、電磁弁等の開閉弁が考えられる。電磁弁は、排気マニホルドの温度上昇や内燃機関の急加速運転等を検出する検出手段に基づいて即応させ、第二バイパス回路５の良好な開閉反応に資する。
【００１４】
電磁弁等の開閉弁である第二開閉手段６の制御用検出手段として、まず、排気マニホルドＥＭにおける冷却水変化の検出手段７（図１乃至図３参照）が考えられる。検出要素としては、排気マニホルドＥＭの冷却水ジャケット内の温度と圧力（冷却水温度が上昇し、沸騰状態近くになると、排気マニホルドＥＭの冷却水ジャケットの容量が限られているので、圧力は上昇する。）が考えられる。図５は、温度検出に基づいての第二開閉手段６の制御フローチャートを表しており、該冷却水ジャケット内の温度ＷＴが設定温度ｔ0 以上の時に第二開閉手段６（電磁弁）を作動し、第二バイパス回路５を開くようにしている。図６は、圧力検出に基づいての第二開閉手段６の制御フローチャートを表しており、該冷却水ジャケット内の圧力ＷＰが設定圧力ｐ0 以上の時に第二開閉手段６（電磁弁）を作動し、第二バイパス回路５を開くようにしている。
【００１５】
図５図示の制御フローチャートに係る排気マニホルドＥＭの冷却水ジャケット内の検出手段７としては、設定温度ｔ0 にてＯＮする温度スイッチ（温度センサ）を、図６図示の制御フローチャートに係る検出手段７としては、設定圧力ｐ0 にてＯＮする圧力スイッチ（圧力センサ）を用いるものである。
【００１６】
なお、感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットの作動により冷却水回路４が開き、冷却水が排気マニホルドＥＭに流れ始めると、排気マニホルドＥＭにおける冷却水温度は低温化して、温度スイッチはＯＦＦする。（圧力スイッチを用いた場合にも、低温化により圧力が低圧化するので、圧力スイッチはＯＦＦする）つまり、第二バイパス回路５は、排気マニホルドＥＭの冷却水温度が一定以上になった時のみ開くものであり、その他の時には常時閉じている。従って、アイドリング等の低温時には、感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットの作動にて冷却水回路４には冷却水は流れず、バイパス回路３に冷却水が流れて、高温冷却水をシリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨに循環させ、低温腐蝕が回避される。
このように構成することで、アイドリング状態の時には温度センサや圧力センサがＯＦＦして開閉弁が閉じ、排気マニホルドに冷却水が流れず、従って、冷却水クーラーに冷却水が流れないで、バイパス回路を介してシリンダーブロック及びシリンダーヘッドを冷却水が循環し、低温腐蝕を回避する。
【００１７】
第二開閉手段６の制御用検出手段として、もう一つは、急加速運転操作そのものを検出する手段であって、例えば、クラッチ嵌脱操作を検出するものである。即ち、クラッチ操作用のレバーの基端に、クラッチ嵌脱操作によって切り換わるクラッチ検出スイッチ（従来装備されているクラッチ嵌脱スイッチをそのまま使用できる。）を設ける等して、クラッチＣＬが嵌合した時に、アイドリング状態から加速状態に移行するものと想定して、第二開閉手段６（電磁弁）を作動し、第二バイパス回路５を開くのである。図７はこの検出に基づく第二開閉手段６の制御フローチャートである。
【００１８】
このような検出手段により、第二開閉手段６を開閉制御する構成としているので、該第二開閉手段６は、アイドリング状態の時には第二バイパス回路６を閉じたままであり（例えば排気マニホルドＥＭの冷却水温度も上昇せず、或いはクラッチも離脱したままである。）、急加速運転時のみ、第二バイパス回路５を開くよう作動するものとなっている。
【００１９】
以上のような第二開閉手段６を具備する第二バイパス回路５の構成により、感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットの作動遅れ等で冷却水回路４の開度が間に合わず、排気マニホルド冷却水温度が最高到達点ｔ2 に達するまでに、第二開閉手段６が開作動して、バイパス回路３内の冷却水を、第二バイパス回路５を介して排気マニホルドＥＭの冷却水ジャケットに補填し、その冷却水温度上昇を抑止する。図４のグラフＣは、第二開閉手段６を作動し、第二バイパス回路５を開いた場合の排気マニホルドＥＭの冷却水ジャケットにおける冷却水温度変化を示すもので、該温度の最高到達点はｔ3 （＜ｔ2 ）に抑止され、（沸点に到達せず、）排気マニホルドＥＭの冷却水ジャケットの保護がなされる効果を奏していることが判る。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上のような内燃機関の冷却水温度制御方法とすることで、次のような効果を奏する。
第１に、内燃機関のアイドリング運転時等で、シリンダーブロックやシリンダージャケット内が低温である場合には、感温式開閉手段Ｔを構成するサーモスタットは、排気マニホルドへの冷却水回路を閉じる。
しかし、この状態から内燃機関を急加速運転した場合に、まず温度が急上昇するのが、排気マニホルドであり、シリンダーブロックやシリンダーヘッド内の冷却水ジャケットにおける冷却水温度は遅れて上昇する。更には、サーモスタットの作動自体、時間がかかるので、排気マニホルドが温度上昇するのに、排気マニホルドへの冷却水回路の開度が追いつかず、悪くすると、排気マニホルドの冷却水ジャケット内の冷却水温度が沸点以上となり、亀裂を生じるおそれもある。特にアルミ鋳物製の排気マニホルドにその傾向がある。
このような内燃機関の急加速運転時は、、内燃機関のクラッチＣＬが嵌合する場合であるので、該クラッチＣＬの嵌脱をスイッチで検出して、第二開閉手段６の電磁弁が開くので、排気マニホルドの急な水温上昇を抑えることができ、特にアルミ鋳物製の排気マニホルドの亀裂等の不具合を解消することができる。
【００２２】
第２に、アイドリング状態時には第二開閉手段６の電磁弁が閉じ、排気マニホルドに冷却水が流れず、従って、冷却水クーラーＷＣには、冷却水が流れないで、バイパス回路を介してシリンダーブロック及びシリンダーヘッドを冷却水が循環して、低温腐蝕を回避することができる。
また、開閉弁の制御用検出手段として、従来装備されているクラッチ嵌脱スイッチを使用できるので、コスト抑制に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  水冷式（舶用）内燃機関の側面図である。
【図２】  本発明の冷却水系構造である。
【図３】  同じくブロック図である。
【図４】  内燃機関の急加速運転時における各部冷却水温度の変化を示す図である。
【図５】  排気マニホルドＥＭにおける冷却水温度の検出に基づく第二開閉手段６の開閉制御フローチャート図である。
【図６】  排気マニホルドＥＭにおける冷却水圧力の検出に基づく第二開閉手段６の開閉制御フローチャート図である。
【図７】  内燃機関のクラッチ嵌脱操作の検出に基づく第二開閉手段６の開閉制御フローチャート図である。
【符号の説明】
ＣＢ        シリンダーブロック
ＣＨ        シリンダーヘッド
ＷＣ        冷却水クーラー
Ｐ          冷却水ポンプ
Ｔ          感温式開閉手段
ＥＭ        排気マニホルド
１          冷却水管
２          排水路
３          バイパス回路
４          冷却水回路
５          第二バイパス回路
６          第二開閉手段
７          検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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