(57)【要約】【課題】ウォータポンプにより内燃機関に供給する冷却水の流量をより適切に制御することができる冷却装置を提供する。【解決手段】内燃機関１１の冷却装置１０は、内燃機関１１の冷却水循環通路１２に配設され、冷却水を循環させるウォータポンプ１３と、内燃機関１１のシリンダヘッド１５又はシリンダヘッド１５に固定された金属部品２５の温度を検出する温度検出手段２１、２３と、温度検出手段２１、２３による検出値に基づいてウォータポンプ１３を制御するポンプ制御手段２４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水循環通路に配設され、冷却水を循環させるウォータポンプと、前記内燃機関のシリンダヘッド又は前記シリンダヘッドに固定された金属部品の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出値に基づいて前記ウォータポンプを制御するポンプ制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記金属部品は、前記内燃機関のカムシャフトを保持するカムキャップである請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記温度検出手段は、前記カムキャップの温度を温度センサを用いて検出するものであり、前記カムキャップは、前記温度センサが装着されるボス部を有する請求項２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】
一般的なエンジンの冷却は、エンジンのクランクシャフトにベルト等を介して機械的に接続されたベルト駆動式のウォータポンプを用いて冷却される。近年、エンジンの燃費向上のため、電動ウォータポンプやベルト駆動式の電磁クラッチ付きウォータポンプが用いられる場合もある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
その場合、一般的には、エンジンのシリンダヘッド出口近傍又はシリンダヘッド内部の冷却水温に基づいてウォータポンプが制御される。また、エンジンのシリンダブロック内部等、冷却水系統のいずれかの箇所における冷却水温に基づいてウォータポンプが制御されることもある。
【０００４】
ウォータポンプが電動ウォータポンプの場合、冷却水系統における上述のいずれかの箇所における冷却水温が所定の温度（設定温度）で一定となるように、ウォータポンプの回転数が制御される。一方、ウォータポンプが電磁クラッチ付きウォータポンプの場合、冷却水系統における上述のいずれかの箇所における冷却水温が所定の温度範囲（設定温度範囲）にあるように、電磁クラッチの断接制御によりウォータポンプの作動と停止とが切り替えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３６７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷却水温の過度の上昇によって起き得る不都合は、シリンダヘッドの下面（特に、排気弁の間、排気弁とインジェクタとの間）が切れて亀裂が発生しまうことである。
【０００７】
シリンダヘッドの下面の温度が上がって、その局部が膨張しようとするが、当該局部の周辺部分がさほど膨張しないため、当該局部が圧縮の塑性変形をしてしまう。その後、エンジンの運転停止によりシリンダヘッド全体の温度が下がると、シリンダヘッド全体が縮み（熱膨張した分が元に戻る）、その際に圧縮の塑性変形をした当該局部に大きな引張応力が生じる。このような圧縮の塑性変形と引張応力の発生との繰り返しにより、シリンダヘッドの下面の当該局部が切れて亀裂が発生してしまうことがある。
【０００８】
ところが、水の比熱容量は鉄及びアルミニウムに比べて大きいため、シリンダヘッドの下面の局部温度が上がっても、冷却水温が即時に上がる訳ではない。
【０００９】
よって、エンジンの燃費をより向上させるためには、ウォータポンプの回転数を低くしたり（ウォータポンプが電動ウォータポンプの場合）、ウォータポンプの停止頻度を上げたり（ウォータポンプが電磁クラッチ付きウォータポンプの場合）することにより、冷却水温をより上げた状態で維持することが望ましい。しかしながら、冷却水温に基づいてウォータポンプを制御する限りは、大きめの余裕が必要となり、冷却水温を限界ぎりぎりまで上げることはできない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、ウォータポンプにより内燃機関に供給する冷却水の流量をより適切に制御することができる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の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、内燃機関の冷却水循環通路に配設され、冷却水を循環させるウォータポンプと、前記内燃機関のシリンダヘッド又は前記シリンダヘッドに固定された金属部品の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出値に基づいて前記ウォータポンプを制御するポンプ制御手段とを備えるものである。
【００１２】
前記金属部品は、前記内燃機関のカムシャフトを保持するカムキャップであっても良い。
【００１３】
前記温度検出手段は、前記カムキャップの温度を温度センサを用いて検出するものであり、前記カムキャップは、前記温度センサが装着されるボス部を有するものであっても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ウォータポンプにより内燃機関に供給する冷却水の流量をより適切に制御することができる冷却装置を提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置の構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】シリンダヘッドの下面の局部温度、カムキャップ温度及び冷却水温の時間変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る冷却装置１０は、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１の冷却水循環通路１２に設けられたウォータポンプ１３と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１４とを備える。
【００１８】
エンジン１１は、シリンダヘッド１５とシリンダブロック１６とから主に構成されており、エンジン１１内には、冷却水を循環させる冷却水通路１７が形成されている。シリンダヘッド１５及びシリンダブロック１６は、例えば、鉄又はアルミニウムにより形成される。
【００１９】
冷却水循環通路１２は、ラジエータ１８の冷却水流出部とエンジン１１の下部（シリンダブロック１６）の冷却水流入部とを連通する流入通路１９と、エンジン１１の上部（シリンダヘッド１５）の冷却水流出部とラジエータ１８の冷却水流入部とを連通する流出通路２０とを有している。
【００２０】
ウォータポンプ１３は、冷却水循環通路１２の流入通路１９に設けられている。ウォータポンプ１３としては、例えば、電動ウォータポンプ又はベルト駆動式の電磁クラッチ付きウォータポンプを用いることができる。電動ウォータポンプは、モータにより駆動されるものである。一方、ベルト駆動式の電磁クラッチ付きウォータポンプは、クランクシャフトに電磁クラッチ及びベルト等を介して機械的に接続されるものである。
【００２１】
本実施形態では、ＥＣＵ１４は、シリンダヘッド１５自体又はシリンダヘッド１５に強固に（例えば、ボルト止めによって）固定された金属部品（例えば、鉄又はアルミニウム）の温度を温度センサ２１を用いて検出し、その検出した温度に基づいてウォータポンプ１３の制御を行うものである。温度センサ２１を取り付けるシリンダヘッド１５の部分又は金属部品は、走行風（外気）、吸気マニホールドを流れる吸気及び排気マニホールドを流れる排気等の温度の影響を受けにくく、その温度がシリンダヘッド１５の下面２２の局部（例えば、排気弁の間、排気弁とインジェクタとの間）の温度（以下、局部温度という）とほぼ一定の温度差を保ち推移するような箇所であることが望ましい。
【００２２】
ＥＣＵ１４は、ウォータポンプ１３の制御を行うために、温度検出部２３とポンプ制御部２４とを機能要素として含む。なお、温度検出部２３及びポンプ制御部２４は、ＥＣＵ１４とは別のハードウェアに設けられていても良い。
【００２３】
温度検出部２３は、複数のカムキャップ２５の内いずれかのカムキャップ２５の温度（以下、カムキャップ温度という）を検出する。即ち、図２に示すように、温度センサ２１が複数のカムキャップ２５の内いずれかのカムキャップ２５に取り付けられる。図２に示すエンジン１１のシリンダヘッド１５の場合、シリンダヘッド１５自体に温度センサ２１の取付スペースを確保できず、また、カムキャップ２５以外の他の部品は可動部品等であるため、温度センサ２１をカムキャップ２５以外に取り付けることができないからである。
【００２４】
カムキャップ２５はエンジン１１のカムシャフトを保持する金属部品（例えば、鉄又はアルミニウム）であり、ボルト２６を用いてシリンダヘッド１５に固定されている。図２に示すエンジン１１のシリンダヘッド１５の場合、カムキャップ２５にボス部２７が突出させて設けられていると共に、そのボス部２７にねじ孔２８が開けられており、ねじ取付タイプの温度センサ２１がねじ孔２８に螺合させてカムキャップ２５に取り付けられている。また、温度センサ２１は、その先端のセンサ部２９をカムキャップ２５（ねじ孔２８の底面３０）に密着させた状態でカムキャップ２５に取り付けられる。カムキャップ温度を温度センサ２１により正確に検出するためである。
【００２５】
なお、本実施形態では、温度センサ２１とＥＣＵ１４の温度検出部２３とが、本発明の温度検出手段を構成する。
【００２６】
ポンプ制御部２４は、温度検出部２３により検出されたカムキャップ温度に基づいて、ウォータポンプ１３によりエンジン１１に供給する冷却水の流量を制御する。詳しくは、ウォータポンプ１３が電動ウォータポンプの場合、ポンプ制御部２４は、例えば、温度検出部２３により検出されたカムキャップ温度が所定の温度（設定温度）で一定となるように、ウォータポンプ１３の回転数を制御する。また、ウォータポンプ１３が電磁クラッチ付きウォータポンプの場合、ポンプ制御部２４は、例えば、温度検出部２３により検出されたカムキャップ温度が所定の温度範囲（設定温度範囲）にあるように、電磁クラッチの断接制御によりウォータポンプ１３の作動と停止とを切り替える。
【００２７】
上述の設定温度又は設定温度範囲の上限は、例えば、シリンダヘッド１５の下面２２の当該局部が圧縮の塑性変形をする温度、及び、シリンダヘッド１５の下面２２の局部温度とカムキャップ温度との温度差に基づいて、シリンダヘッド１５の下面２２の当該局部が圧縮の塑性変形をする温度を超えないように設定される（図３参照）。
【００２８】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ１４のポンプ制御部２４が、本発明のポンプ制御手段を構成する。
【００２９】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
【００３０】
本実施形態においては、ＥＣＵ１４の温度検出部２３は、シリンダヘッド１５に固定されたカムキャップ２５の温度（カムキャップ温度）を温度センサ２１を用いて検出し、ＥＣＵ１４のポンプ制御部２４は、温度検出部２３により検出されたカムキャップ温度に基づいてウォータポンプ１３の制御を行うようになっている。
【００３１】
例えば図３に示すように、エンジン負荷が急激に上がり、シリンダヘッド１５の下面２２の局部温度が急激に上がった場合を考える。
【００３２】
図３から分かるように、シリンダヘッド１５の下面２２の局部温度が上限（当該局部が圧縮の塑性変形をする温度）を超えても、冷却水温の上昇はシリンダヘッド１５の下面２２の局部温度の上昇に比べて非常に遅いので、冷却水温ではシリンダヘッド１５の下面２２の局部温度の急激な上昇（エンジン負荷の急激な上昇）を直ちに検知できない。よって、冷却水温に基づいてウォータポンプ１３を制御する場合は、余裕を多く取って冷却水温を下げておかなければならない。
【００３３】
一方、鉄の熱伝導率及びアルミニウムの熱伝導率は水に比べて非常に大きいので、シリンダヘッド１５の下面２２の局部温度は直ぐにカムキャップ２５に伝わる。また、カムキャップ温度は、シリンダヘッド１５の下面２２の局部温度とほぼ一定の温度差を保ち推移する。
【００３４】
即ち、カムキャップ温度はシリンダヘッド１５の下面２２の局部温度とほぼ同一の速度で上がるので、本実施形態のようにカムキャップ温度に基づいてウォータポンプ１３を制御すれば、シリンダヘッド１５の下面２２の局部温度の急激な上昇（エンジン負荷の急激な上昇）も直ちに検知できる。そのため、冷却水温を限界ぎりぎりまで上げておくこともでき、ウォータポンプ１３によりエンジン１１に供給する冷却水の流量をより適切に制御することが可能となる。
【００３５】
また、冷却水温を限界ぎりぎりまで上げた分だけ、ウォータポンプ１３の回転数を低くしたり（ウォータポンプ１３が電動ウォータポンプの場合）、ウォータポンプ１３の停止頻度を上げたり（ウォータポンプ１３が電磁クラッチ付きウォータポンプの場合）することが可能となり、エンジン１１の燃費（燃料消費率）をより向上させることができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３７】
例えば、冷却装置１０が適用されるエンジン１１は、ディーゼルエンジンには限定はされず、ガソリンエンジン等であっても良い。
【００３８】
また、温度センサ２１は、図２に示されるねじ取付タイプのものには限定はされず、他のタイプのものであっても良い。
【００３９】
さらに、温度センサ２１は、シリンダヘッド１５自体又はカムキャップ２５以外のシリンダヘッド１５に固定される金属部品に取り付けられても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１０  冷却装置
１１  エンジン（内燃機関）
１２  冷却水循環通路
１３  ウォータポンプ
１５  シリンダヘッド
２１  温度センサ（温度検出手段）
２３  温度検出部（温度検出手段）
２４  ポンプ制御部（ポンプ制御手段）
２５  カムキャップ（金属部品）
２７  ボス部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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