JP4192811B2 - 複数エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数エンジンの冷却装置に関する。

車両走行用の主エンジンの他に、車両の空調、発電等を行うための補助エンジンを搭載した補助エンジン搭載車において、一つのラジエータを主エンジン及び補助エンジンで共用する構成とした冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この冷却装置によれば、車両の空調装置が稼動しているときには、主エンジン及び／又は補助エンジンから流出した冷却媒体である冷却水が、分岐されてラジエータと空調用の熱交換器とに供給される。
実開昭６１−１５７０１３号公報（第４−１５頁、第１図）

主エンジン及び／又は補助エンジンから流出した冷却水が直接に空調用の熱交換器に流入する構成では、空調用の熱交換器に流入する冷却水温度が主エンジン及び／又は補助エンジンの運転状態によって変動する。そのため、空調用の熱交換器から噴出される空気の温度を安定させることが困難である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、主エンジン及び補助エンジンの運転状態にかかわらず、空調用の熱交換器から噴出される空気の温度を安定させることができる複数エンジンの冷却装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエンジン冷却装置は、車両駆動用の主エンジンと、車両用補機を駆動する補助エンジンと、主エンジンから流出された冷却媒体の熱を大気に放出する熱交換器と、補助エンジンから流出された冷却媒体の熱を車室内に放出する空調用熱交換器とを備えた車両における複数エンジンの冷却装置において、主エンジンから流出された冷却媒体を、熱交換器を介して補助エンジンに流入させる第１冷却媒体通路と、主エンジンから流出された冷却媒体を、熱交換器を介することなく補助エンジンに流入させる第２冷却媒体通路と、冷却媒体の温度に応じ、第１冷却媒体通路と第２冷却媒体通路とを切換えて冷却媒体を流通させる通路切換手段と、補助エンジンから流出された冷却媒体を空調用熱交換器を介して主エンジンに還流させる第３冷却媒体通路とを備えることを特徴とする。

本発明に係るエンジン冷却装置によれば、冷却媒体の温度に応じて、熱交換器を介して冷却媒体が循環される第１冷却媒体通路と、熱交換器を介することなく冷却媒体が循環される第２冷却媒体通路とが切換手段により切換えられる。冷却媒体が流通する通路が切換えられることにより、冷却媒体の温度に応じて熱交換器から放出される熱量が調節され、冷却媒体の温度が所定範囲に調節される。熱交換器及び通路切換手段によって所定範囲に調節された冷却媒体は補助エンジンに流入され、補助エンジンの熱によって昇温される。ここで、車両用補機駆動用の補助エンジンは、車両駆動用の主エンジンに比べて出力変動が小さく、かつ発熱量が少ない。そのため、補助エンジンから冷却媒体に放出される熱量の変動が少なく、また、変動したとしても冷却媒体の温度に与える影響が小さい。したがって、補助エンジンから流出されて空調用熱交換器に流入される冷却媒体の温度変動を抑制することができる。

また、主エンジンが、還流された冷却媒体をシリンダヘッドのみを通して流出させる第４冷却媒体通路と、シリンダヘッド及びシリンダブロックを通して流出させる第５冷却媒体通路とを有し、通路切換手段が、冷却媒体の温度が所定値以下の場合に、上記第４冷却媒体通路と第２冷却媒体通路とを連通すると共に、第５冷却媒体通路と第１冷却媒体通路との連通を遮断すること好ましい。

冷却媒体の温度が所定値以下に低下した場合には、第４冷却媒体通路と第２冷却媒体通路とが連通されると共に、第５冷却媒体通路と第１冷却媒体通路との連通が遮断されるので、主エンジンのシリンダヘッドのみを通って排出された冷却媒体が熱交換器を介することなく循環される。この場合、主エンジンから奪われる熱量及び熱交換器で放出される熱量が減少するため、主エンジンの昇温が促進される。主エンジンが昇温されることにより、冷却媒体の温度が所定温度まで再び上昇されるので、冷却媒体の温度を所定範囲に保つことが可能となる。

本発明によれば、主エンジン及び補助エンジンの運転状態にかかわらず、空調用熱交換器に流入する冷却水温度の変動幅を縮小することができるので、空調用の熱交換器から噴出される空気の温度を安定させることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

図１及び図２を用いて、実施形態に係る複数エンジンの冷却装置１について説明する。図１は、冷却装置１が用いられる主エンジン（以下「メインエンジン」という）１０及び補助エンジン（以下「サブエンジン」という）２０の構成を示す図である。図２は、冷却装置１の構成を示す図である。

冷却装置１が搭載された車両は、主として車両を駆動するメインエンジン１０と、主として車両用補機（以下、単に「補機」という）を駆動するメインエンジン１０よりも小排気量のサブエンジン２０とを備えている。

メインエンジン１０には、トランスミッション１８が連結されている。メインエンジン１０から出力された駆動力は、トランスミッション１８に伝達される。トランスミッション１８に伝達された駆動力は、ディファレンシャル及びドライブシャフト等を介して駆動輪に伝達される。そして、駆動輪が駆動されることにより、車両が走行する。また、メインエンジン１０のクランクシャフト１２には、電磁的にその解放及び係合を行うことができる電磁クラッチ１３を介してメインクランクプーリー１４が接続されている。メインエンジン１０から出力された駆動力は、電磁クラッチ１３を介してメインクランクプーリー１４に伝達される。

メインエンジン１０は、シリンダが形成されたシリンダブロック１０ｂと、シリンダブロック１０ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１０ａとを備えている。シリンダヘッド１０ａ及びシリンダブロック１０ｂには、メインエンジン１０を冷却する冷却媒体として働く冷却水の通路であるウォータジャケット１０ｃ，１０ｄが設けられている。図２では、シリンダヘッド１０ａに設けられているウォータジャケット１０ｃ、及び、シリンダブロック１０ｂに設けられているウォータジャケット１０ｄを矢印で模式的に示した。

メインエンジン１０では、エアクリーナ１００から吸入された空気が、インテークパイプ１２０に設けられた電子制御式スロットルバルブ１３０により絞られ、インテークマニホールド１４０内を通り、メインエンジン１０に形成された各シリンダに吸入される。ここで、エアクリーナ１００から吸入された空気の量は、エアクリーナ１００と電子制御式スロットルバルブ１３０との間に配置されたホットワイヤー型のエアフローメータ１１０により検出される。

インテークマニホールド１４０には、燃料を噴射するインジェクタ１５０が設けられており、各インジェクタ１５０には加圧された燃料が導かれている。そして、各シリンダでは、吸入空気と燃料との混合気が燃焼し、その燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１６０を介してエキゾーストパイプ１７０へ排出される。混合気の燃焼により発生した熱は、シリンダヘッド１０ａ及びシリンダブロック１０ｂに設けられたウォータジャケット１０ｃ，１０ｄ内の冷却水に放出される。

メインエンジン１０の運転は、マイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成されたメインエンジン用電子制御ユニット（以下「メインＥＣＵ」という）５０によって制御される。

メインＥＣＵ５０には、メインエンジン１０のクランク位置を検出するクランクポジションセンサ５１、アクセルペダル開度を検出するアクセル開度センサ５２、メインエンジン１０の冷却水温度を検出する水温センサ５３、及び、メインエンジン１０に吸入される空気量を検出するエアフローメータ１１０等が接続されている。また、メインＥＣＵ５０は、インジェクタ１５０を駆動するインジェクタドライバ、電子制御式スロットルバルブ１３０を開閉する電動モータを駆動するモータドライバ、及び、点火プラグに点火信号を出力する出力回路等を備えている。

メインＥＣＵ５０では、上記各種センサからの出力値に基づいて燃料噴射量や点火時期などの制御値が算出される。そして、算出された制御値に基づいてドライバ回路等が駆動され、メインエンジン１０の運転が総合的に制御される。

サブエンジン２０は、排気量が１００〜１５０ｃｃ程度の単気筒エンジンであり、例えば、ロングストローク化や膨張比を大きくすること等により熱効率を向上させたエンジンである。

サブエンジン２０は、シリンダが形成されたシリンダブロック２０ｂと、シリンダブロック２０ｂの上部に固定されたシリンダヘッド２０ａとを備えている。シリンダヘッド２０ａ及びシリンダブロック２０ｂには、サブエンジン２０を冷却する冷却水の通路であるウォータジャケット２０ｃが設けられている。図２では、シリンダヘッド２０ａ及びシリンダブロック２０ｂに設けられているウォータジャケット２０ｃを矢印で模式的に示した。

サブエンジン２０のクランクシャフト２３には、サブエンジン２０側から出力される駆動力を伝達し、サブエンジン２０側に入力される駆動力を遮断するワンウェイクラッチ３３を介してサブクランクプーリー３４が接続されている。サブエンジン２０から出力された駆動力は、ワンウェイクラッチ３３を介してサブクランクプーリー３４に伝達される。本実施形態において、サブクランクプーリー３４には、大径プーリー３４ａと大径プーリー３４ａより直径の小さい小径プーリー３４ｂとを備えたダブルプーリーを用いた。

小径プーリー３４ｂとメインクランクプーリー１４にはベルトＢ１が掛けられており、ベルトＢ１により小径プーリー３４ｂとメインクランクプーリー１４との間で駆動力の伝達が行われる。

補機３６にはプーリー３８が取り付けられている。プーリー３８にはベルトＢ２が掛けられており、大径プーリー３４ａが回転されることによりプーリー３８が回転され、補機３６が駆動される。なお、ベルトＢ２により駆動される補機３６としては、ウォータポンプ、オルタネータ、パワーステアリングポンプ、エアコンコンプレッサ等があるが、図１においては簡単のため一の補機のみを示し、他の補機類の図示を省略した。

サブエンジン２０では、エアクリーナ２００から吸入された吸入空気が、インテークパイプ２２０に設けられた電子制御式スロットルバルブ２３０により絞られてサブエンジン２０に形成されたシリンダ２１に吸入される。ここで、エアクリーナ２００から吸入された空気の量は、エアクリーナ２００と電子制御式スロットルバルブ２３０との間に配置されたホットワイヤー型のエアフローメータ２１０により検出される。

吸気ポート２６に設けられたインジェクタ２５０には加圧された燃料が導かれている。シリンダ２１内では、インジェクタ２５０から噴射された燃料と吸入空気との混合気が燃焼し、その燃焼後の排気ガスはエキゾーストパイプ２６０へ排出される。混合気の燃焼により発生した熱は、シリンダヘッド２０ａ及びシリンダブロック２０ｂに設けられたウォータジャケット２０ｃ内の冷却水に放出される。

エキゾーストパイプ２６０は、排気浄化触媒４０の上流に設けられている集合部１８０においてメインエンジン１０のエキゾーストパイプ１７０と集合されている。エキゾーストパイプ２６０に排出されたサブエンジン２０の排気ガスは、メインエンジン１０の排気ガスと集合されて排出される。

サブエンジン２０の運転は、マイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成されたサブエンジン用電子制御ユニット（以下「サブＥＣＵ」という）６０によって制御される。

サブＥＣＵ６０には、サブエンジン２０のクランク位置を検出するクランクポジションセンサ６１、サブエンジン２０の冷却水温度を検出する水温センサ６２、及び、サブエンジン２０に吸入される空気量を検出するエアフローメータ２１０等が接続されている。また、サブＥＣＵ６０は、インジェクタ２５０を駆動するインジェクタドライバ、及び、点火プラグに点火信号を出力する出力回路等を備えている。

サブＥＣＵ６０では、上記各種センサからの出力値に基づいて燃料噴射量や点火時期などの制御値が算出される。そして、算出された制御値に基づいてドライバ回路等が駆動され、サブエンジン２０の運転が総合的に制御される。

メインエンジン１０のシリンダブロック１０ｂに設けられたウォータジャケット１０ｄの流出口（以下「第１流出口」という）１０ｆには第１冷却水通路８０の一端が接続されている。シリンダヘッド１０ａに設けられた流入口１０ｇから流入され、シリンダヘッド１０ａ及びシリンダブロック１０ｂに設けられたウォータジャケット１０ｃ，１０ｄ内を流れた冷却水は、第１流出口１０ｆから第１冷却水通路８０に排出される。ウォータジャケット１０ｃ及びウォータジャケット１０ｄは第５冷却媒体通路を構成する。

第１冷却水通路８０の他端は、ラジエータ７２のアッパタンク７２ａに接続されている。メインエンジン１０の第１流出口１０ｆから流出された冷却水は、第１冷却水通路８０によりラジエータ７２に導かれる。ラジエータ７２は、冷却水と大気との間で熱交換を行う熱交換器である。チューブとフィンとで構成されたラジエータコア部を冷却水が通過するときに、冷却水の熱が大気に放出される。

ラジエータ７２のロワタンク７２ｂには、第２冷却水通路８２の一端が接続されている。この第２冷却水通路８２の他端はサーモスタット７０に接続されている。ラジエータ７２により冷却された冷却水は第２冷却水通路８２によりサーモスタット７０に導かれる。

一方、メインエンジン１０のシリンダヘッド１０ａに設けられたウォータジャケット１０ｃの流出口（以下「第２流出口」という）１０ｅには第３冷却水通路８４の一端が接続されている。シリンダヘッド１０ａに設けられた流入口１０ｇから流入され、シリンダヘッド１０ａに設けられたウォータジャケット１０ｃ内のみを流れた冷却水は、第２流出口１０ｅから第３冷却水通路８４に排出される。ウォータジャケット１０ｃは第４冷却媒体通路として機能する。

第３冷却水通路８４の他端は、サーモスタット７０に接続されている。メインエンジン１０の第２流出口１０ｅから流出された冷却水は、第３冷却水通路８４によりサーモスタット７０に導かれる。

サーモスタット７０には、第２冷却水通路８２、第３冷却水通路８４の他に第４冷却水通路８６の一端が接続されている。サーモスタット７０は、メインエンジン１０及びサブエンジン２０の暖機時に、ラジエータ７２への水路を閉じてエンジンの昇温を促進すると共に、冷却水温度が所定値になったあとは、ラジエータ７２に流れる冷却水の流量を制御することにより冷却水温度を所定範囲に調節するものである。本実施形態のサーモスタット７０には、ワックスが溶けるときに膨張してニードルを押し出しバルブを開く、ワックスペレット型を用いた。なお、サーモスタット７０がワックスペレット型に限られないことはいうまでもない。

より具体的には、冷却水温度が第１所定値（例えば８２℃）以上のときに、サーモスタット７０のバルブは、図２に実線で示す第１位置にあり、第２冷却水通路と第４冷却水通路とを連通すると共に、第３冷却水通路と第４冷却水通路との連通を遮断する。このように、サーモスタット７０は、冷却水の流水通路を切換える切換手段として機能する。これにより、第２流出口１０ｅからの冷却水の流出は停止され、流入口１０ｇから流入された冷却水は、ウォータジャケット１０ｃ、ウォータジャケット１０ｄ、第１流出口１０ｆ、第１冷却水通路８０、ラジエータ７２、第２冷却水通路８２、サーモスタット７０及び第４冷却水通路８６を介して循環される。ここで、第１、第２及び第４冷却水通路８０，８２，８６は第１冷却媒体通路を構成する。

一方、冷却水温度が第２所定値（例えば７６℃）以下のときに、サーモスタット７０のバルブは、図２に点線で示す第２位置にあり、第３冷却水通路８４と第４冷却水通路８６とを連通すると共に、第２冷却水通路８２と第４冷却水通路８６との連通を遮断する。これにより、第１流出口１０ｆからの冷却水の流出は停止され、流入口１０ｇから流入された冷却水は、ウォータジャケット１０ｃ、第２流出口１０ｅ、第３冷却水通路８４、サーモスタット７０及び第４冷却水通路８６を介して循環される。この場合、冷却水はウォータジャケット１０ｄ及びラジエータ７２を介することなく循環される。ここで、第３及び第４冷却水通路８４，８６は第２冷却媒体通路を構成する。

冷却水温度が第１所定値より低く第２所低値より高いときには、サーモスタット７０のバルブは冷却水温度に応じて第１位置と第２位置との間にあり、ラジエータ７２に流れる冷却水の量が冷却水温度に応じて調節される。このようにして、温度が所定範囲に調節された冷却水がサブエンジン２０に供給される。

第４冷却水通路８６の他端はサブエンジン２０の流入口２０ｄに接続されている。また、第４冷却水通路８６には、冷却水を圧送するウォータポンプ７４が配設されている。第４冷却水通路８６内を流れる冷却水はウォータポンプ７４に吸引され、サブエンジン２０に供給される。

サブエンジン２０の流入口２０ｄから流入された冷却水は、ウォータジャケット２０ｃを通り、再び昇温された後、流出口２０ｅから排出される。流出口２０ｅには、第５冷却水通路８８の一端が接続されている。第５冷却水通路８８の他端はヒータコア７６の流入口７６ａに接続されており、サブエンジン２０で昇温された冷却水が第５冷却水通路８８によりヒータコア７６に導かれる。

ヒータコア７６は、チューブとフィンで構成され、チューブの中を冷却水が流れるときに熱交換を行わせるようにした車内空調（暖房）用の放熱機器である。すなわち、ヒータコア７６は、空調用熱交換器として機能する。

ヒータコア７６の流出口７６ｂには、第６冷却水通路９０の一端が接続されている。第６冷却水通路９０の他端はメインエンジン１０の流入口１０ｇに接続されており、ヒータコア７６から流出された冷却水は第６冷却水通路９０によりメインエンジン１０に還流される。ここで、第５及び第６冷却水通路８８，９０は第３冷却媒体通路を構成する。

このように、冷却装置１によれば、冷却水温度に応じて流水通路がサーモスタット７０により切換えられることによって、メインエンジン１０から奪われる熱量及びラジエータ７２で放出される熱量が調節され、冷却水の温度が所定範囲に調節される。ラジエータ７２及びサーモスタット７０によって所定範囲に調節された冷却水はサブエンジン２０に流入され、サブエンジン２０の熱によって昇温される。ここで、補機駆動用のサブエンジン２０は、車両駆動用のメインエンジン１０に比べて出力変動が小さく、かつ発熱量が少ない。そのため、サブエンジン１０から冷却水に放出される熱量の変動が少なく、また、変動したとしても冷却水の温度に与える影響が小さい。したがって、サブエンジン２０から流出されてヒータコア７６に流入される冷却水を、温度変動を抑制しつつ昇温することができるので、ヒータコア７６から噴出される空気の温度を安定させると共に暖房能力を確保することが可能となる。

また、冷却装置１では、メインエンジン１０から流出されたすべての冷却水がヒータコア７６に流入される。このため、ヒータコア７６に流れる冷却水量が従来の冷却装置に比べて増大するので、暖房能力を向上することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、サーモスタット７０に代えて、水温センサ５３により検出された冷却水温度に基づいてメインＥＣＵ５０により電磁的に駆動される弁を用いてもよい

実施形態に係る冷却装置が用いられる主エンジン及び補助エンジンの構成を示す図である。 実施形態に係る冷却装置の構成を示す図である。

符号の説明

１…冷却装置、１０…メインエンジン、１０ａ…シリンダヘッド、１０ｂ…シリンダブロック、１０ｃ，１０ｄ…ウォータジャケット、２０…サブエンジン、２０ａ…シリンダヘッド、２０ｂ…シリンダブロック、２０ｃ…ウォータジャケット、３６…補機、５０…メインＥＣＵ、５３，６２…水温センサ、６０…サブＥＣＵ、７０…サーモスタット、７２…ラジエータ、７４…ウォータポンプ、７６…ヒータコア、８０…第１冷却水通路、８２…第２冷却水通路、８４…第３冷却水通路、８６…第４冷却水通路、８８…第５冷却水通路、９０…第６冷却水通路。

Claims (2)

1. 車両駆動用の主エンジンと、車両用補機を駆動する補助エンジンと、前記主エンジンから流出された冷却媒体の熱を大気に放出する熱交換器と、前記補助エンジンから流出された冷却媒体の熱を車室内に放出する空調用熱交換器と、を備えた車両における複数エンジンの冷却装置において、
   前記主エンジンから流出された前記冷却媒体を、前記熱交換器を介して前記補助エンジンに流入させる第１冷却媒体通路と、
   前記主エンジンから流出された前記冷却媒体を、前記熱交換器を介することなく前記補助エンジンに流入させる第２冷却媒体通路と、
   前記冷却媒体の温度に応じ、前記第１冷却媒体通路と前記第２冷却媒体通路とを切換えて前記冷却媒体を流通させる通路切換手段と、
   前記補助エンジンから流出された前記冷却媒体を前記空調用熱交換器を介して前記主エンジンに還流させる第３冷却媒体通路と、を備えることを特徴とする複数エンジンの冷却装置。
2. 前記主エンジンは、還流された前記冷却媒体をシリンダヘッドのみを通して流出させる第４冷却媒体通路と、前記シリンダヘッド及びシリンダブロックを通して流出させる第５冷却媒体通路とを有し、
   前記通路切換手段は、前記冷却媒体の温度が所定値以下の場合に、前記第４冷却媒体通路と前記第２冷却媒体通路とを連通すると共に、前記第５冷却媒体通路と前記第１冷却媒体通路との連通を遮断することを特徴とする請求項１に記載の複数エンジンの冷却装置。

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