【自動車用語辞典:冷却系「概説」】高温になるエンジンの温度を水を使って制御する仕組み

■「冷やしすぎず温めすぎず」が役割

●ラジエターとエンジンの間を冷却水が循環する

シリンダー内の燃焼ガスは2000Kにも達し、それらの熱を受けてシリンダーヘッドやピストン、シリンダーは高温になります。エンジン部品を適度に冷やす、また冷やしすぎず適度に温めるのが、冷却システムの役目です。

適正にエンジン水温を制御している冷却系システムの全体像について、解説していきます。

●エンジンはどのように冷却されるのか

小排気量のオートバイには空冷式のエンジンもありますが、通常クルマは水冷式の冷却システムを採用しています。水は、最も比熱が大きく「温まりにくく、冷めにくい」特性があり、言い換えると水はもっとも熱を吸収しやすい物質です。

水冷エンジンでは、温度が上昇しやすい吸・排気弁やシリンダー周りに水通路(ウォータージャケット)を設けて、ウォーターポンプによって冷却水を循環させています。エンジン内部を冷却して高温になった冷却水は、フロントグリルのすぐ後ろに設置されたラジエターに送られます。ラジエターは、クルマの走行風によって冷却水を冷やしてからエンジンに戻して、循環させながらエンジン水温を80~85℃に制御します。

エンジンの冷却系
エンジンの冷却系システム

●エンジンのウォータージャケット

ウォータージャケットには、効率良く冷却する以外にも、冷態時には早期暖気を実現することが求められます。冷却水の流れのパターンによって、シリンダーヘッドとシリンダーブロックの2系統冷却やヘッド先行冷却などさまざまな冷却方法が採用されています。

冷却水は、補機ベルトを介してクランクシャフトで駆動するウォーターポンプで循環させます。

最近はHEVを中心に電動ウォーターポンプの採用も進んでいます。要求回転数で駆動させることによる冷却性能の最適化、駆動損失低減による燃費向上が大きなメリットです。

●ラジエターと冷却ファンの役割

熱交換器のラジエターは、上下に設けられたタンク間を数多くのウォーターチューブ(水管)で繋いで、冷却水が移動する間に放熱して冷やします。さらに、ウォーターチューブ間にフィンを設けて走行風への放熱を促進しています。

車速が上がるほど冷却性能は向上しますが、低速時やアイドル時は、走行風が少ないので冷却性能が低下します。冷却性を確保するために、通常はラジエター背面に電動冷却ファンを装備して熱を拡散します。

●エンジン水温を制御するサーモスタットとは

始動直後はエンジン水温が低いので暖気を促進するため、ラジエターを通さずエンジンのウォータージャケット内だけで循環させます。 その後エンジン水温が(80℃前後)規定値以上になると、サーモスタットが開いて冷却水はエンジンとラジエター間を循環し始めます。

サーモスタットの開閉温度は、クルマやエンジンの特性で決定します。

サーモスタットは、通常はワックス・ペレット型が使用されています。ワックスが温度によって膨張することを利用して、バルブが開閉する機構です。 最近は、電動のサーモスタットも出現しています。

サーモスタット
サーモスタットの概念図

かつてはエンジンの耐久性を重視して、オーバーヒートしないことを最優先にエンジン水温を制御していました。最近「サーマルマネージメント」という言葉が、よく使われます。 エンジンの燃費・排出ガス・性能すべてを向上させるために冷却系全体を効率良く制御するのが、サーマルマネージメントです。

本章では、適切にエンジンを冷やし冷態時には急速に温める冷却系システムについて、詳細に解説します。

(Mr.ソラン)

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