(57)【要約】【課題】エンジンの冷間始動時における早期暖機、および、暖機完了後におけるオーバヒートの防止を効果的に行うことが可能な内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】冷却水循環回路に備えられるサーモスタット装置４に接続される暖機用リターンパイプ１４Ａの下流端に、この暖機用リターンパイプ１４Ａを流れてきた冷却水をサーモエレメントに向けてガイドするガイド部を備えさせる。サーモスタット装置４の下部に取り付けられる電動ウォータポンプ２の吸入側の端部の中心位置Ｏ１をサーモスタット装置４の中心位置に一致させる一方、電動ウォータポンプ２の吐出側の端部の中心位置Ｏ２をサーモスタット装置４の中心位置に対して偏心させる。サーモスタット装置４のバルブを閉弁側に付勢するコイルスプリングの巻き端位置を前記偏心させた方向とは反対方向側の位置に設定する。【選択図】図５
2018105185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水が循環する冷却水循環回路での冷却水の流れを切り替えるサーモスタット装置を備え、該サーモスタット装置が、ラジエータからの冷却水が流入する第１流入口と、前記ラジエータをバイパスした冷却水が流入する第２流入口と、前記第１流入口からの冷却水の流入を許容する開弁状態と前記第１流入口からの冷却水の流入を遮断する閉弁状態との間で移動可能なバルブと、該バルブに対して前記閉弁状態となる位置に向かう方向の付勢力を与えるコイルスプリングと、前記サーモスタット装置内部の中央部に配置され冷却水の温度の上昇に応じた熱膨張体の体積変化によって前記バルブを開放させるサーモエレメントとを備えた内燃機関の冷却装置において、
前記第２流入口から流入する冷却水を前記サーモエレメントに向けてガイドするガイド部を備えていると共に、
前記サーモスタット装置の出口側に取り付けられたウォータポンプの中心位置を、前記サーモスタット装置の中心位置に対して偏心させ、この偏心させた方向側の位置またはこの偏心させた方向とは反対方向側の位置に、前記バルブに当接する前記コイルスプリングの巻き端位置が設定されていることを特徴とする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係る。特に、本発明は、冷却装置の冷却水循環回路に備えられた機器の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されているように、エンジン（内燃機関）の冷却装置は、ウォータポンプ、ラジエータ、サーモスタット装置等を有する冷却水循環回路を備えている。そして、エンジンの冷間始動時には、サーモスタット装置のバルブ（ラジエータからのリターン通路を開閉するバルブ）を閉鎖してラジエータでの冷却水の流通を停止する。つまり、ラジエータをバイパスして冷却水を循環させることによりエンジンの早期暖機を図る。エンジンの暖機完了後には、サーモスタット装置のバルブを開放し、エンジンのウォータジャケットから流出した冷却水をラジエータに流すことで、冷却水がエンジンから回収した熱を大気中に放出し、エンジンのオーバヒートを防止する。
【０００３】
また、特許文献１に開示されている冷却装置のサーモスタット装置は、流入する冷却水の温度に応じて前記バルブの開度を変更するためのサーモエレメントユニットを備えている。このサーモエレメントユニットは、バルブを閉弁方向に付勢するコイルスプリングと、サーモスタット装置に流入する冷却水の温度に応じて膨張・収縮する熱膨張体（サーモワックス）を内蔵するサーモエレメントとを備え、サーモスタット装置に流入する冷却水の温度上昇に伴う熱膨張体の膨張によってサーモエレメントが作動してバルブを開放させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７９４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンの冷間始動後における早期暖機と、暖機完了後におけるオーバヒートの防止とを両立するために、ウォータポンプとして電動ウォータポンプを使用し、エンジンの暖機運転中（検出される冷却水温度が所定値未満である場合）には電動ウォータポンプの回転速度を低く設定して冷却水の循環流量を少なくする一方、エンジンの暖機完了後（検出される冷却水温度が所定値以上となった場合）には電動ウォータポンプの回転速度を高く設定して冷却水の循環流量を多くすることが考えられる。つまり、エンジンの暖機運転中には冷却水による単位時間当たりの熱回収量を少なくして早期暖機を図る一方、エンジンの暖機完了後には冷却水による単位時間当たりの熱回収量を多くしてオーバヒートを防止するものである。
【０００６】
このような電動ウォータポンプの制御を行う際、エンジンの暖機運転中に、ラジエータをバイパスする冷却水（暖機運転が進むに従って高温となっていく冷却水）がサーモエレメントに接触する状況である場合には、この冷却水によってサーモエレメントが僅かに加温されて前記バルブが僅かに開放し、ラジエータからの冷却水（低温度の冷却水）がサーモスタット装置を通過して電動ウォータポンプに向けて流れる状況となる。この場合に、ラジエータからの冷却水がサーモエレメントに接触することなく電動ウォータポンプに流れ込む状況であると、サーモエレメント周囲の冷却水の温度を低下させることができず、つまり前記バルブを閉鎖させることができず、早期暖機を行う効果が低下すると共に、サーモスタット装置から流出する冷却水の温度が低くなることに起因して暖機運転中の制御（検出される冷却水温度に応じた電動ウォータポンプの回転速度の制御）を高い精度で行うことができなくなる。このような状況は、早期暖機を図ることを目的として電動ウォータポンプの回転速度を低く設定するほど助長されてしまう。
【０００７】
この課題を解消するために、ラジエータをバイパスしてサーモスタット装置に流入する冷却水をサーモエレメントに接触し難くするようにサーモスタット装置内部の構造を改良することが考えられる。しかしながら、この場合、暖機完了後にあっては高温度の冷却水がサーモエレメントに接触し難くなることからサーモエレメントの作動が十分に行われず、バルブの開度が小さくなって、冷却水循環回路を循環する冷却水の温度が必要以上に上昇してしまう可能性がある。
【０００８】
このように、暖機運転中（冷却水の循環流量を少なくする場合）と暖機完了後（冷却水の循環流量を多くする場合）とでは、要求されるサーモエレメントの感温状態が異なっている。つまり、冷却水の循環流量を少なくする場合には、サーモスタット装置に流入する冷却水の温度が上昇してもサーモエレメントを感温させないことが望ましく、冷却水の循環流量を多くする場合には、高温度の冷却水によってサーモエレメントを感温させることが望ましい。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの冷間始動後における早期暖機、および、暖機完了後におけるオーバヒートの防止それぞれを効果的に行うことが可能な内燃機関の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】
【００１０】
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、内燃機関の冷却水が循環する冷却水循環回路での冷却水の流れを切り替えるサーモスタット装置を備え、該サーモスタット装置が、ラジエータからの冷却水が流入する第１流入口と、前記ラジエータをバイパスした冷却水が流入する第２流入口と、前記第１流入口からの冷却水の流入を許容する開弁状態と前記第１流入口からの冷却水の流入を遮断する閉弁状態との間で移動可能なバルブと、該バルブに対して前記閉弁状態となる位置に向かう方向の付勢力を与えるコイルスプリングと、前記サーモスタット装置内部の中央部に配置され冷却水の温度の上昇に応じた熱膨張体の体積変化によって前記バルブを開放させるサーモエレメントとを備えた内燃機関の冷却装置を前提とする。そして、この内燃機関の冷却装置は、前記第２流入口から流入する冷却水を前記サーモエレメントに向けてガイドするガイド部を備えていると共に、前記サーモスタット装置の出口側に取り付けられたウォータポンプの中心位置を、前記サーモスタット装置の中心位置に対して偏心させ、この偏心させた方向側の位置またはこの偏心させた方向とは反対方向側の位置に、前記バルブに当接する前記コイルスプリングの巻き端位置が設定されていることを特徴とする。
【００１１】
内燃機関の暖機運転中（例えば冷却水の循環流量が少なく設定されている状況）において、コイルスプリングの付勢力に抗してバルブが僅かに開放する場合、コイルスプリングの巻き端位置に対して周方向で１８０°の位相差を存した位置で開放されることになる。そして、ラジエータからの冷却水がこの位置からサーモスタット装置に流入する状況になったとしても、ウォータポンプの中心位置がサーモスタット装置の中心位置に対して偏心され、バルブに当接するコイルスプリングの巻き端位置が前記偏心された方向側の位置またはこの偏心された方向とは反対方向側の位置に設定されているため、高温度の冷却水がサーモエレメントに接触する状況を抑制できる。つまり、前記偏心された方向とは反対方向側の位置にコイルスプリングの巻き端位置を設定した場合には、前記偏心された方向と前記バルブの開放位置とが同一位相側となり、第２流入口から流入した冷却水（高温度の冷却水）が前記バルブの開放位置から流入する冷却水の流れに向かう流れとなって、サーモスタット装置内部では第１流入口から流入した冷却水（前記バルブの開放位置から流入した低温度の冷却水）と第２流入口から流入した冷却水（高温度の冷却水）とが混合されることで均一な温度分布となる。このため、高温度の冷却水がサーモエレメントに接触する状況を抑制できる。また、前記偏心させた方向側の位置にコイルスプリングの巻き端位置を設定した場合には、前記偏心された方向と前記バルブの開放位置とは逆位相となるが、第１流入口から流入した冷却水（前記バルブの開放位置から流入した低温度の冷却水）がサーモスタット装置内部の中央部つまりサーモエレメントに向けて偏流することになり、この低温度の冷却水がサーモエレメントに接触してバルブが閉鎖する側にサーモエレメントを作動させることができる。このように、暖機運転中に高温度の冷却水がサーモエレメントに接触する状況を抑制することができ、バルブの開度を小さくまたは全閉とすることができて、早期暖機のための冷却水の循環を行わせることができる。また、検出される冷却水温度に応じてウォータポンプ（電動ウォータポンプ）の回転速度の制御を行うものにあっては、暖機運転中の制御を高い精度で行うことができる。
【００１２】
また、内燃機関の暖機運転が完了した場合（例えば冷却水の循環流量が多く設定される場合）には、第２流入口から流入した冷却水（高温度の冷却水）は、前記ガイド部によってサーモエレメントに向けてガイドされる。このため、高温度の冷却水をサーモエレメントに接触させる状況を継続でき、バルブの開度を大きく確保する状態が継続されて、内燃機関のオーバヒートを防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、ラジエータをバイパスした冷却水をサーモエレメントに向けてガイドするガイド部を備えさせると共に、サーモスタット装置の出口側に取り付けられたウォータポンプの中心位置をサーモスタット装置の中心位置に対して偏心させ、この偏心させた方向側の位置またはこの偏心させた方向とは反対方向側の位置に、バルブを閉弁方向に付勢するコイルスプリングの巻き端位置を設定している。これにより、内燃機関の暖機運転中には、高温度の冷却水がサーモエレメントに接触する状況を抑制でき、バルブの開度を小さくまたは全閉とすることができて、早期暖機のための冷却水の循環を行わせることが可能となる。また、内燃機関の暖機完了後には、高温度の冷却水をサーモエレメントに接触させて、バルブの開度を大きく確保する状態が継続され、内燃機関のオーバヒートを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る冷却装置の概略構成を示す図である。
【図２】サーモスタット装置の内部構造を示す断面図である。
【図３】サーモスタット装置の下面図である。
【図４】電動ウォータポンプの平面図である。
【図５】サーモスタット装置内部での冷却水の流れを説明するための図３相当図である。
【図６】サーモスタット装置のバルブが微小開度だけ開放した状態を示すバルブ周辺の断面図である。
【図７】冷却水流量を変化させた場合におけるサーモスタット装置出口側の冷却水温度の測定結果を示す図である。
【図８】コイルスプリングの巻き端位置を変化させた場合におけるサーモスタット装置内部の各位相位置での冷却水温度の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用エンジンの冷却装置として本発明を適用した場合について説明する。
【００１６】
−冷却装置の概略構成−
図１は、本実施形態に係る冷却装置１の概略構成を示す図である。この図１に示すように、冷却装置１は冷却水循環回路１０を備えている。この冷却水循環回路１０は、冷却水を循環させるための電動ウォータポンプ２と、循環する冷却水を冷却するラジエータ３と、前記電動ウォータポンプ２の上部に直接的に取り付けられたサーモスタット装置４とを備えている。そして、電動ウォータポンプ２の作動によって冷却水循環回路１０で冷却水を循環させ、この冷却水によってエンジン（内燃機関）５を冷却するよう構成されている。
【００１７】
エンジン５は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等であり、シリンダヘッド５１およびシリンダブロック５２を備えている。シリンダヘッド５１の内部にはヘッド側ウォータジャケット５１ａが形成され、シリンダブロック５２の内部にはブロック側ウォータジャケット５２ａが形成されている。本実施形態におけるエンジン５は、ヘッド側ウォータジャケット５１ａとブロック側ウォータジャケット５２ａとが連通されている。
【００１８】
冷却水循環回路１０に備えられた各機器を接続する冷却水通路としては、ポンプ吐出通路１１、エンジン流出通路１２、ラジエータリターン通路１３、および、暖機用リターン通路１４を備えている。
【００１９】
前記ポンプ吐出通路１１は、電動ウォータポンプ２の吐出口２１とエンジン５のブロック側ウォータジャケット５２ａとを接続している。エンジン流出通路１２は、エンジン５のヘッド側ウォータジャケット５１ａとラジエータ３のアッパタンク３１とを接続している。ラジエータリターン通路１３は、ラジエータ３のロアタンク３２とサーモスタット装置４のラジエータ側流入口４１とを接続している。暖機用リターン通路１４は、前記エンジン流出通路１２とサーモスタット装置４の暖機用流入口４２とを接続している。前記ラジエータ側流入口４１が本発明でいう第１流入口（ラジエータからの冷却水が流入する第１流入口）に相当する。また、前記暖機用流入口４２が本発明でいう第２流入口（ラジエータをバイパスした冷却水が流入する第２流入口）に相当する。
【００２０】
電動ウォータポンプ２は、冷却水循環回路１０において冷却水を循環させるための水流を発生させる。この電動ウォータポンプ２は、バッテリ（図示省略）からの電力によって作動するモータ（図示省略）を有しており、そのモータの回転速度を制御することにより冷却水の吐出流量（単位時間当たりの吐出流量）が可変となっている。つまり、この電動ウォータポンプ２は、ＥＣＵ１００からのポンプ回転速度指令信号によって回転速度が制御され、これにより吐出流量が調整される。ＥＣＵ１００は、冷却水循環回路１０を循環する冷却水の温度に応じたポンプ回転速度指令信号を出力することにより電動ウォータポンプ２の回転速度を制御する。この電動ウォータポンプ２の回転速度の制御については後述する。
【００２１】
ラジエータ３は、例えばダウンフロータイプのものであり、前記アッパタンク３１とロアタンク３２との間にラジエータコア３３が配設されている。このラジエータ３は、アッパタンク３１に回収された冷却水がロアタンク３２に向けてラジエータコア３３の内部を流下する際に、冷却水と外気との間で熱交換を行うことにより、冷却水の熱を大気中に放出するよう構成されている。
【００２２】
サーモスタット装置４は、図２（サーモスタット装置４の内部構造を示す断面図）に示すように、合成樹脂により成形されたハウジング４３の内部の中央部にサーモエレメントユニット４４が組み込まれた構成となっている。
【００２３】
前記ハウジング４３の上端部近傍の側面（図２における奥側の側面）には前記ラジエータ側流入口４１が形成されており、このラジエータ側流入口４１に、前記ラジエータリターン通路１３を形成するラジエータリターンパイプ１３Ａが接続されている。
【００２４】
図３（サーモスタット装置４の下面図）に示すように、前記ハウジング４３の下端部には、サーモスタット装置４の内部を流れた冷却水を電動ウォータポンプ２に向けて流出するための流出部４５が設けられている。この流出部４５の中央部には冷却水を流出する開口４５ａが形成されている。この開口４５ａの外周側には電動ウォータポンプ２の上部に連結されるフランジ４５ｂ，４５ｂが形成されている。このフランジ４５ｂ，４５ｂにはボルト挿入孔４５ｃ，４５ｃが設けられている。つまり、このフランジ４５ｂ，４５ｂの下側に電動ウォータポンプ２の上部が重ね合わされ（図２の仮想線を参照）、これら両者がボルト締結によって一体的に組み付けられることで、サーモスタット装置４の流出部４５の開口４５ａと電動ウォータポンプ２の吸入口とが連通されている。これにより、サーモスタット装置４の内部を流れた冷却水が開口４５ａを経て電動ウォータポンプ２に流れ込むようになっている。
【００２５】
このため、前記ラジエータリターン通路１３を経てラジエータ側流入口４１からサーモスタット装置４に冷却水が流入する場合には、この冷却水は、サーモスタット装置４の内部を上側から下側に向かって流れ、流出部４５の開口４５ａから電動ウォータポンプ２に向けて流出されることになる。
【００２６】
また、前記ハウジング４３の下端部近傍の側面（図２における左側の側面）には前記暖機用流入口４２が形成されており、この暖機用流入口４２に、前記暖機用リターン通路１４を形成する暖機用リターンパイプ１４Ａが接続されている。
【００２７】
このため、前記暖機用リターン通路１４を経て暖機用流入口４２からサーモスタット装置４に流入した冷却水は、サーモスタット装置４の内部の下側部分を流れ、流出部４５の開口４５ａから電動ウォータポンプ２に流出されることになる。
【００２８】
前記サーモエレメントユニット４４には、冷却水の温度に反応して膨張・収縮する熱膨張体（サーモワックス）を内蔵するサーモエレメント４４ａが備えられており、前記熱膨張体の膨張によりピストン４４ｂが前進移動（サーモエレメント４４ａに対して相対的に上方に移動）するよう構成されている。前記ピストン４４ｂの上端部は、ハウジング４３の上部内面が突出されて成るピストン支持部４３ａに支持されている。このため、ピストン４４ｂの前進移動に伴いサーモエレメント４４ａが下方に移動することになる。
【００２９】
また、前記サーモエレメント４４ａには円板状のバルブ４４ｃが取り付けられている。このバルブ４４ｃは、ハウジング４３の内面の一部が小径とされることで形成された弁座４３ｂに当接することにより閉弁状態にされる。
【００３０】
また、サーモエレメントユニット４４には、前記バルブ４４ｃを閉弁方向に付勢するコイルスプリング４４ｄが備えられている。このコイルスプリング４４ｄの上端部はバルブ４４ｃの下面に当接している。また、このコイルスプリング４４ｄの下端部は、前記流出部４５に設けられた金属製のスプリング受けフレーム６によって支持されている。コイルスプリング４４ｄは、バルブ４４ｃとスプリング受けフレーム６との間で圧縮された状態で配設されており、これにより、バルブ４４ｃに対して閉弁方向（上向き方向）の付勢力を与えている。
【００３１】
前記スプリング受けフレーム６は、図３に示すように、その外周部分であって、周方向に略１８０°の位相差を存した２箇所に係止片６１，６１が設けられている。これら係止片６１，６１は、外周側に向けて突出された形状となっており、前記ハウジング４３の流出部４５に回り止めされた状態で支持されている。この係止片６１，６１の形成位置として、一方の係止片６１の形成位置は暖機用リターンパイプ１４Ａの配設位置側（図３における左側）に設定され、他方の係止片６１の形成位置は暖機用リターンパイプ１４Ａの配設位置側とは反対側（図３における右側）に設定されている。
【００３２】
前述したようにコイルスプリング４４ｄの下端部はスプリング受けフレーム６に支持されている。また、前記サーモエレメント４４ａの下端部もスプリング受けフレーム６に支持されている（スプリング受けフレーム６の中央部に形成された開口６３に挿入されている）。このため、前記サーモエレメントユニット４４は、前記ピストン４４ｂの上端部がピストン支持部４３ａに支持され、且つコイルスプリング４４ｄおよびサーモエレメント４４ａそれぞれの下端部がスプリング受けフレーム６に支持されていることで、ハウジング４３の内部の中央部に配置されている。
【００３３】
このスプリング受けフレーム６において、係止片６１，６１が形成されている部分以外の外径寸法は前記開口４５ａの内径寸法よりも小さく設定されている。このため、この開口４５ａの内縁とスプリング受けフレーム６の外縁との間に周方向に延びる隙間Ｓ，Ｓが形成されている。また、前記スプリング受けフレーム６の係止片６１，６１には、その板厚方向に沿って貫通するスリット６２，６２が形成されている。このため、前記隙間Ｓ，Ｓおよび前記スリット６２，６２が、サーモスタット装置４の内部と電動ウォータポンプ２との間を連通させる冷却水の流路として形成されている。前述したように一方の係止片６１の形成位置は暖機用リターンパイプ１４Ａの配設位置側に設定されているため、この係止片６１に形成されているスリット６２の形成位置も暖機用リターンパイプ１４Ａの配設位置側となっている。つまり、このスリット６２は、前記暖機用流入口４２の下側に配置されている。
【００３４】
このようにしてサーモスタット装置４が構成されているため、サーモスタット装置４に流入する冷却水の温度が低い場合には、サーモエレメント４４ａに内蔵された熱膨張体が収縮して、前記ピストン４４ｂが後退移動（サーモエレメント４４ａに対して相対的に下方に移動）する。これによりサーモエレメント４４ａに取り付けられたバルブ４４ｃが相対的に上方に移動して弁座４３ｂに当接し、コイルスプリング４４ｄの付勢力を受けて閉弁状態となるように作動する。この閉弁状態にあっては、ラジエータリターン通路１３からの冷却水の流入が遮断される（ラジエータ側流入口４１からの冷却水の流入が遮断される）。
【００３５】
一方、サーモスタット装置４に流入する冷却水の温度が上昇すると、サーモエレメント４４ａに内蔵された熱膨張体が膨張して、前記ピストン４４ｂが前進移動（サーモエレメント４４ａに対して相対的に上方に移動）する。これによりサーモエレメント４４ａに取り付けられたバルブ４４ｃがコイルスプリング４４ｄの付勢力に抗して相対的に下方に移動して弁座４３ｂから離れ、開弁状態となるように作動する。この開弁状態になると、ラジエータリターン通路１３からの冷却水の流入が許容される（ラジエータ側流入口４１からの冷却水の流入が許容される）。
【００３６】
前記ＥＣＵ１００は、前述したように、冷却水の温度に応じたポンプ回転速度指令信号を出力して電動ウォータポンプ２の回転速度を制御する。
【００３７】
このＥＣＵ１００には、冷却水の温度を検出する水温センサ１０１および電動ウォータポンプ２の回転速度を検出するポンプ回転速度センサ１０２等が接続されており、各センサ１０１，１０２からの出力信号が入力されている。水温センサ１０１は、例えばサーモスタット装置４の出口側に配設されている。水温センサ１０１の配設位置としてはこれに限定されるものではない。また、ポンプ回転速度センサ１０２は電動ウォータポンプ２に配設されている。
【００３８】
電動ウォータポンプ２の回転速度制御としては、エンジン５の暖機運転中には電動ウォータポンプ２の回転速度を低く設定して冷却水循環回路１０での冷却水の循環流量を少なくする。また、ポンプ回転速度センサ１０２からの出力信号に基づいて算出される電動ウォータポンプ２の回転速度が暖機運転中の目標回転速度（固定値または冷却水の温度に応じて変動する値）となるように回転速度のフィードバック制御が行われる。一方、エンジン５の暖機完了後には電動ウォータポンプ２の回転速度を高く設定して冷却水循環回路１０での冷却水の循環流量を多くする。また、ポンプ回転速度センサ１０２からの出力信号に基づいて算出される電動ウォータポンプ２の回転速度が暖機完了後の目標回転速度（固定値または冷却水の温度に応じて変動する値）となるように回転速度のフィードバック制御が行われる。このようにして、エンジン５の暖機運転中には冷却水による単位時間当たりの熱回収量を少なくして早期暖機を図る一方、エンジン５の暖機完了後には冷却水による単位時間当たりの熱回収量を多くしてオーバヒートを防止するようにしている。これにより、暖機運転中には、エンジン５のシリンダ内壁面とピストンとの間のフリクションを最小にできる機関温度の早期実現を可能にし、燃料消費率の改善を図るようにしている。また、暖機完了後には、この機関温度を維持して燃料消費率の改善およびオーバヒートの防止を図るようにしている。
【００３９】
以上の如く、前記冷却水循環回路１０および前記ＥＣＵ１００によって前記冷却装置１が構成されている。
【００４０】
以下、本実施形態の特徴とする構成について説明する。本実施形態の特徴とする構成としては、前記暖機用流入口４２周辺の構成、電動ウォータポンプ２の配置構成、コイルスプリング４４ｄの配置構成が挙げられる。以下、それぞれについて説明する。
【００４１】
−暖機用流入口４２周辺の構成−
先ず、前記暖機用流入口４２周辺の構成について説明する。図２に示すように、暖機用流入口４２は、水平方向（図２における左方向）に開放された開口で成っている。また、前記暖機用リターンパイプ１４Ａは、サーモスタット装置４の側方において上下方向に沿って延びており、その下端位置がサーモスタット装置４の側面の下端位置近傍に設定されている。そして、ハウジング４３において、前記暖機用リターンパイプ１４Ａの側面が接する部分に前記暖機用流入口４２が形成されている。このため、暖機用リターンパイプ１４Ａの内部である暖機用リターン通路１４を流れてきた冷却水の流線の方向は、この暖機用リターン通路１４の下流端部分において図中の下向き方向から右側方向（サーモスタット装置４の内部に向かう方向）に変化するようになっている（図２における矢印Ｗ１を参照）。
【００４２】
そして、前記暖機用リターンパイプ１４Ａには、暖機用リターン通路１４を流れてきた冷却水をサーモエレメント４４ａに向けて案内するためのガイド機能が備えられている。
【００４３】
具体的には、暖機用リターンパイプ１４Ａの内壁面のうち、その下端部においてサーモスタット装置４から遠い側の内壁面（図２において左側に位置する内壁面）は、下側に向かってサーモスタット装置４に向かう方向に傾斜する傾斜面１４ａで形成されている。これにより、冷却水の流れに対する圧損を低減し、流速の低下を抑制しながらも、前述した冷却水の流線の方向を変化（下向き方向からサーモスタット装置４の内部に向かう方向へ変化）させることができるようにしている。
【００４４】
また、もう一つのガイド機能として、前記傾斜面１４ａの下端縁に連続して水平方向に延びる水平面１４ｂを有している暖機用リターンパイプ１４Ａの底板１４ｃは、サーモスタット装置４の内部に向かって延びるガイド部１４ｄを備えている。このガイド部１４ｄの水平方向の寸法（サーモスタット装置４の内部に向けて突出する寸法；図２における寸法ｔ１）は、前記電動ウォータポンプ２の回転速度を高く設定して冷却水循環回路１０での冷却水の循環流量を多くした場合に、暖機用リターン通路１４を流れてきた冷却水を確実にサーモエレメント４４ａに接触させることができる寸法として実験またはシミュレーションによって設定されている。
【００４５】
−電動ウォータポンプ２の配置構成−
次に、電動ウォータポンプ２の配置構成について説明する。図４は、電動ウォータポンプ２の平面図である。また、図５は、サーモスタット装置４の内部での冷却水の流れを説明するためのサーモスタット装置４の下面図であって、電動ウォータポンプ２の形状（電動ウォータポンプ２の吸入口２３の形状および吐出口２１の形状）を仮想線で重ねて示している。
【００４６】
これらの図に示すように、前記電動ウォータポンプ２の中心位置（後述する吐出口２１の中心位置Ｏ２）は、サーモスタット装置４の中心位置（後述する電動ウォータポンプ２の吸入口２３の中心位置Ｏ１に一致）に対して偏心している。
【００４７】
具体的には、電動ウォータポンプ２の吸入側の端部の中心位置（図４における点Ｏ１）はサーモスタット装置４の中心位置（ハウジング４３の内面の中心位置）に一致している。つまり、図４に示すように、電動ウォータポンプ２の吸入側の端部には、サーモスタット装置４の流出部４５のフランジ４５ｂが当接する当接フランジ２２が設けられており、この当接フランジ２２の内側に円形の吸入口２３が形成されている。つまり、この吸入口２３の中心位置Ｏ１がサーモスタット装置４の中心位置に一致している。なお、この電動ウォータポンプ２の当接フランジ２２には、前記サーモスタット装置４のフランジ４５ｂ，４５ｂに形成されているボルト挿入孔４５ｃ，４５ｃに対応するボルト挿入孔２２ａ，２２ａが形成されている。また、図４の符号２４は電動ウォータポンプ２の外側面である。
【００４８】
これに対し、電動ウォータポンプ２の吐出側の端部の中心位置（図４における点Ｏ２）はサーモスタット装置４の中心位置（電動ウォータポンプ２の吸入口２３の中心位置Ｏ１に一致）に対して偏心している。図４に示す平面図では、電動ウォータポンプ２の吸入側の端部の中心位置（吸入口２３の中心位置）Ｏ１に対し電動ウォータポンプ２の吐出側の端部の中心位置（吐出口２１の中心位置）Ｏ２が図中の左斜め下方に偏心している。また、図５に示す下面図では、電動ウォータポンプ２の吸入側の端部の中心位置Ｏ１に対し電動ウォータポンプ２の吐出側の端部の中心位置Ｏ２が図中の左斜め上方に偏心している。
【００４９】
このように電動ウォータポンプ２の中心位置を偏心させた場合、電動ウォータポンプ２の作動に伴う冷却水の流れは、この偏心させた方向に偏向されることになる。つまり、この冷却水の流れの大部分は、その流線が中心位置Ｏ１から中心位置Ｏ２に向かう流れと平行な流れとなる。そして、この流れの偏向は、サーモスタット装置４の内部を流れる冷却水にも生じる。図５における矢印Ｗ２は、このサーモスタット装置４の内部を流れる冷却水の流れの方向を示している。つまり、暖機用リターンパイプ１４Ａの内部である暖機用リターン通路１４を流れてきた冷却水は、サーモスタット装置４に流入した後、前記電動ウォータポンプ２の中心位置が偏心されていることの影響を受けて、このサーモスタット装置４の内部において、前記偏心方向（図５における左方向）に偏向されることになる。図５に示すように、暖機用リターンパイプ１４Ａの配設位置を周方向の位相で「０°」の位置とし、時計回り方向に「９０°」の位置、「１８０°」の位置、「２７０°」の位置と規定した場合、「０°」の位置から流れ込んだ冷却水は、「２７０°」の位置に向けて偏向されることになる。この「２７０°」の位置には前記ラジエータリターンパイプ１３Ａが接続されている。
【００５０】
−コイルスプリング４４ｄの配置構成−
次に、コイルスプリング４４ｄの配置構成について説明する。前記バルブ４４ｃを閉弁方向に付勢しているコイルスプリング４４ｄは、そのバルブ４４ｃの下面に当接する側（コイルスプリング４４ｄの上端部側）の巻き端位置が、前記電動ウォータポンプ２の中心位置の偏心方向とは反対方向に設定されている。つまり、図５に示すものでは、電動ウォータポンプ２の中心位置の偏心方向は略「２７０°」の位置の方向となっているので、コイルスプリング４４ｄの巻き端位置は、図中の略「９０°」の位置に設定されている。このようにコイルスプリング４４ｄの巻き端位置が設定されている場合、バルブ４４ｃの閉弁状態では、バルブ４４ｃにおける略「９０°」の位置にあってはコイルスプリング４４ｄの巻き端部分が当接しており、比較的高い付勢力でバルブ４４ｃは弁座４３ｂに押し付けられている。これに対し、コイルスプリング４４ｄの巻き端位置に対して周方向で１８０°の位相差を存した位置である略「２７０°」の位置にあってはコイルスプリング４４ｄが当接していないことで、コイルスプリング４４ｄからの付勢力は比較的低くなっている。
【００５１】
このため、エンジン５の暖機運転中等において、暖機用リターン通路１４から流入した冷却水がサーモエレメント４４ａに接触する状況である場合、この冷却水によってサーモエレメント４４ａが僅かに加温されてバルブ４４ｃが僅かに開放し、この際、前記コイルスプリング４４ｄの巻き端位置に対して周方向に１８０°の位相差を存した位置（前記「２７０°」の位置）で開放されることになる。図６は、図中左側（前記「２７０°」の位置）でバルブ４４ｃが僅かに開放した状態を示している。この場合、図中に矢印Ｗ３で示すように、このバルブ４４ｃの開放部分（図中の左側の開放部分）のみにおいてラジエータリターンパイプ１３Ａからの冷却水が流入することになる。
【００５２】
このような状況において、前述したように電動ウォータポンプ２の中心位置はサーモスタット装置４の中心位置に対して偏心していることで、この偏心されている方向とバルブ４４ｃの開放位置とが同一位相側となり、暖機用リターンパイプ１４Ａを経て暖機用流入口４２から流入した冷却水（高温度の冷却水）が前記バルブ４４ｃの開放位置（コイルスプリング４４ｄからの付勢力が比較的低くなっている位置）から流入する冷却水の流れに向かう流れとなる。このため、サーモスタット装置４の内部において、ラジエータ側流入口４１から流入した冷却水（バルブ４４ｃの開放位置から流入した低温度の冷却水）と暖機用流入口４２から流入した冷却水（高温度の冷却水）とが混合されるようになっている。
【００５３】
−冷却水の循環動作−
次に、冷却水循環回路１０における冷却水の循環動作について説明する。
【００５４】
＜暖機運転＞
先ず、エンジン５の冷間始動時には、冷却水の温度が低いことにより、サーモエレメント４４ａの熱膨張体が収縮しており、サーモスタット装置４のバルブ４４ｃは閉鎖している。
【００５５】
そして、電動ウォータポンプ２が作動されることにより、図１に実線の矢印で示すように、電動ウォータポンプ２、ポンプ吐出通路１１、ブロック側ウォータジャケット５２ａ、ヘッド側ウォータジャケット５１ａ、エンジン流出通路１２、暖機用リターン通路１４、サーモスタット装置４および電動ウォータポンプ２の順で冷却水が循環される。
【００５６】
これにより、循環する冷却水がラジエータ３をバイパス（迂回）することから、冷却水がラジエータ３において冷却されないため、エンジン５の暖機が早期に完了される。
【００５７】
このような暖機運転中の電動ウォータポンプ２の制御としては、前述したように、電動ウォータポンプ２の回転速度を低く設定し、これにより冷却水循環回路１０での冷却水の循環流量を少なくする。
【００５８】
この暖機運転中において、暖機用リターン通路１４からサーモスタット装置４に流入される冷却水（暖機運転が進むに従って高温となっていく冷却水）がサーモエレメント４４ａに接触する状況である場合には、この冷却水によってサーモエレメント４４ａが僅かに加温されてバルブ４４ｃが僅かに開放する。この際、前述したように、コイルスプリング４４ｄの巻き端位置に対して周方向で１８０°の位相差を存した位置で開放されることになる（図６を参照）。本実施形態の場合には、図５において「２７０°」の位置でバルブ４４ｃが僅かに開放することになる。
【００５９】
このように、ラジエータ３からの冷却水がサーモスタット装置４に流入する状況になったとしても、電動ウォータポンプ２の中心位置（電動ウォータポンプ２の吐出口２１の中心位置Ｏ２）がサーモスタット装置４の中心位置（電動ウォータポンプ２の吸入口２３の中心位置Ｏ１に一致）に対して偏心され、バルブ４４ｃに当接するコイルスプリング４４ｄの巻き端位置が前記偏心された方向とは反対方向側の位置に設定されているため、前記偏心された方向と前記バルブ４４ｃの開放位置とが同一位相側となり、暖機用リターンパイプ１４Ａを経て暖機用流入口４２から流入した冷却水（高温度の冷却水）が前記バルブ４４ｃの開放位置（コイルスプリング４４ｄからの付勢力が比較的低くなっている位置）から流入する冷却水の流れに向かう流れとなる。このため、サーモスタット装置４の内部ではラジエータ側流入口４１から流入した冷却水（前記バルブ４４ｃの開放位置から流入した低温度の冷却水）と暖機用流入口４２から流入した冷却水（高温度の冷却水）とが混合されることで、均一な温度分布となる。その結果、高温度の冷却水がサーモエレメント４４ａに接触する状況を抑制でき、バルブ４４ｃの開度を小さくまたは全閉とすることができて、早期暖機のための冷却水の循環を行わせることができる。また、前記水温センサ１０１で検出される冷却水温度はラジエータ側流入口４１から流入した冷却水の温度（低温度）の影響が小さくなっているので、電動ウォータポンプ２の回転速度の制御を高い精度で行うことができる。
【００６０】
＜暖機完了後＞
前記暖機運転が継続され、水温センサ１０１からの出力信号に基づいて検出される冷却水温度が高くなり、その冷却水温度が暖機完了温度に達すると、サーモエレメント４４ａが大きく作動してバルブ４４ｃが開放する。
【００６１】
この場合、図１に実線の矢印で示した冷却水の循環に加えて、図１に一点鎖線の矢印で示した冷却水の循環も行われることになる。つまり、エンジン流出通路１２を流れる冷却水の一部がラジエータ３側に流れ、この冷却水は、ラジエータ３で放熱を行った後、ラジエータリターン通路１３、サーモスタット装置４および電動ウォータポンプ２の順に流れることになる。このため、暖機用リターン通路１４を流れた冷却水およびラジエータリターン通路１３を流れた冷却水が共にサーモスタット装置４に流入することになる。
【００６２】
このような暖機完了後の電動ウォータポンプ２の制御としては、前述したように、電動ウォータポンプ２の回転速度を高く設定し、これにより冷却水循環回路１０での冷却水の循環流量を多くする。
【００６３】
この暖機完了後にあっては、暖機用流入口４２から流入する冷却水（高温度の冷却水）は、ガイド部１４ｄによってサーモエレメント４４ａに向けてガイドされる。このため、高温度の冷却水をサーモエレメント４４ａに接触させる状況を継続でき、バルブ４４ｃの開度を大きく確保する状態が継続されて、エンジン５のオーバヒートを防止することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、暖機運転中であって冷却水の循環流量を少なくする場合には、冷却水温度が上昇しても、高温度の冷却水がサーモエレメント４４ａに接触する状況を抑制でき、サーモエレメント４４ａを感温させないようにすることができる。また、暖機運転完了後であって冷却水の循環流量を多くする場合には、高温度の冷却水をサーモエレメント４４ａに接触させる状況を継続でき、この高温度の冷却水によってサーモエレメントを感温させることができる。このため、エンジン５の冷間始動後における早期暖機、および、暖機完了後におけるエンジン５のオーバヒートの防止それぞれを効果的に行うことが可能である。また、冷却水の温度に応じた電動ウォータポンプ２の回転速度の制御を高い精度で行うことができる。
【００６５】
図７は、暖機運転中における電動ウォータポンプ２の回転速度の制御によって冷却水循環回路１０での冷却水流量（循環流量）を変化させた場合におけるサーモスタット装置４の出口側の冷却水温度を測定した結果を示す図である。図中の破線は、従来のサーモスタット装置を使用し、冷却水流量を変化させた場合におけるサーモスタット装置の出口側の冷却水温度を測定した結果である。図中の実線は本実施形態に係るサーモスタット装置４を使用し、冷却水流量を変化させた場合におけるサーモスタット装置４の出口側の冷却水温度を測定した結果である。
【００６６】
従来のサーモスタット装置を使用した場合、前述したように、バルブが僅かに開放して、ラジエータからの冷却水（低温度の冷却水）がサーモスタット装置を通過して電動ウォータポンプに向けて流れる状況となった場合に、サーモエレメント周囲の冷却水の温度を低下させることができず、また、サーモスタット装置の出口側の冷却水温度の分布が不均一となっていることから、冷却水流量を少なくするほど（電動ウォータポンプの回転速度を低く設定するほど）サーモスタット装置の出口側の冷却水温度が低くなってしまう範囲が存在することになる。このため、暖機運転中における冷却水温度の制御を高い精度で実現することができない。
【００６７】
これに対し、本実施形態によれば、バルブ４４ｃが僅かに開放して、ラジエータ３からの冷却水（低温度の冷却水）がサーモスタット装置４に流入する状況となった場合であっても、前述したように、サーモスタット装置４の内部で低温度の冷却水と高温度の冷却水とが混合され、サーモスタット装置４の出口側の冷却水温度の分布を均一にすることができることから、冷却水流量を少なくするほど（電動ウォータポンプの回転速度を低く設定するほど）サーモスタット装置４の出口側の冷却水温度が低くなるといった状況は招かず、暖機運転中における冷却水温度の制御を高い精度で実現することが可能となっている。
【００６８】
図８は、バルブ４４ｃに当接するコイルスプリング４４ｄの巻き端位置を変化させた場合におけるサーモスタット装置４内部の各位相位置での冷却水温度の測定結果を示す図である。横軸がコイルスプリング４４ｄの巻き端位置であり、図中の□が前記「０°」の位置での冷却水温度を、図中の×が前記「９０°」の位置での冷却水温度を、図中の◇が前記「１８０°」の位置での冷却水温度を、図中の△が前記「２７０°」の位置での冷却水温度をそれぞれ表している。本実施形態では、前述したようにコイルスプリング４４ｄの巻き端位置が「９０°」の位置であり、「２７０°」の位置で、低温度の冷却水（ラジエータ側流入口４１から流入した冷却水）と高温度の冷却水（暖機用流入口４２から流入した冷却水）とが混合されており、各位相位置での冷却水温度の温度（冷却水温度の分布）が略均一になっている。例えば、コイルスプリング４４ｄの巻き端位置が「１８０°」の位置に設定された場合に比べて冷却水温度の分布が均一になっている。これにより、暖機運転中における冷却水温度の制御を高い精度で実現できることが確認された。
【００６９】
（変形例）
次に、変形例について説明する。前述した実施形態では、コイルスプリング４４ｄにおいてバルブ４４ｃに当接する側の巻き端位置が、電動ウォータポンプ２の中心位置の偏心方向（サーモスタット装置４の中心位置に対する偏心方向）とは反対方向に設定されていた。本変形例では、このコイルスプリング４４ｄにおいてバルブ４４ｃに当接する側の巻き端位置を、電動ウォータポンプ２の中心位置の偏心方向に設定している。
【００７０】
図５を用いて説明すると、前述したように電動ウォータポンプ２の中心位置の偏心方向は「２７０°」の位置の方向となっている。これに対し、コイルスプリング４４ｄの巻き端位置も図中の「２７０°」の位置に設定している。このようにコイルスプリング４４ｄの巻き端位置が設定されている場合、バルブ４４ｃの閉弁状態では、バルブ４４ｃにおける「２７０°」の位置にあってはコイルスプリング４４ｄの巻き端部分が当接しており、比較的高い付勢力でバルブ４４ｃは弁座４３ｂに押し付けられている。これに対し、コイルスプリング４４ｄの巻き端位置に対して周方向で１８０°の位相差を存した位置である「９０°」の位置にあってはコイルスプリング４４ｄの巻き端部分が当接していないことで、コイルスプリング４４ｄからの付勢力は比較的低くなっている。
【００７１】
このような構成によれば、エンジン５の暖機運転中、ラジエータ３からの冷却水がサーモスタット装置４に流入する状況になったとしても、電動ウォータポンプ２の中心位置がサーモスタット装置４の中心位置に対して偏心され、この偏心させた方向側の位置にコイルスプリング４４ｄの巻き端位置が設定されているため、前記偏心された方向とバルブ４４ｃの開放位置とは逆位相となり、ラジエータ側流入口４１から流入した冷却水（前記バルブ４４ｃの開放位置から流入した低温度の冷却水）がサーモスタット装置４の内部の中央部つまりサーモエレメント４４ａに向けて偏流することになり、この低温度の冷却水がサーモエレメント４４ａに接触してバルブ４４ｃが閉鎖する側にサーモエレメント４４ａを作動させることができる。このため、高温度の冷却水がサーモエレメント４４ａに接触する状況を抑制することができ、バルブ４４ｃの開度を小さくまたは全閉とすることができて、早期暖機のための冷却水の循環を行わせることができる。その結果、暖機運転中における冷却水温度の制御を高い精度で実現することができる。
【００７２】
また、暖機完了後にあっては、前記実施形態の場合と同様に、暖機用流入口４２から流入した冷却水（高温度の冷却水）が、ガイド部１４ｄによってサーモエレメント４４ａに向けてガイドされ、バルブ４４ｃの開度を大きく確保する状態が継続されて、エンジン５のオーバヒートを防止することができる。
【００７３】
本変形例にあっても、前記実施形態と同様に、暖機運転中であって冷却水の循環流量を少なくする場合には、冷却水温度が上昇しても、高温度の冷却水がサーモエレメント４４ａに接触する状況を抑制でき、サーモエレメント４４ａを感温させないようにすることができる。また、暖機運転完了後であって冷却水の循環流量を多くする場合には、高温度の冷却水をサーモエレメント４４ａに接触させる状況を継続でき、この高温度の冷却水によってサーモエレメントを感温させることができる。このため、エンジン５の冷間始動後における早期暖機、および、暖機完了後におけるエンジン５のオーバヒートの防止それぞれを効果的に行うことが可能である。
【００７４】
−他の実施形態−
なお、本発明は、前記実施形態および前記変形例のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲および当該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。
【００７５】
例えば、前記実施形態および前記変形例では、電動ウォータポンプ２の中心位置をサーモスタット装置４の中心位置に対して偏心させる形態として、電動ウォータポンプ２の吸入側の端部の中心位置Ｏ１をサーモスタット装置４の中心位置に一致させ、これに対して、電動ウォータポンプ２の吐出側の端部の中心位置Ｏ２を偏心させるようにしていた。本発明はこれに限らず、電動ウォータポンプ２の吸入側の端部の中心位置Ｏ１をサーモスタット装置４の中心位置に対して偏心させるようにしてもよい。
【００７６】
また、前記実施形態および前記変形例では、エンジン５の暖機運転中は電動ウォータポンプ２の回転速度を低く設定して冷却水循環回路１０での冷却水の循環流量を少なくし、エンジン５の暖機完了後は電動ウォータポンプ２の回転速度を高く設定して冷却水循環回路１０での冷却水の循環流量を多くする制御を行うものに対して本発明を適用した場合について説明した。本発明は、電動ウォータポンプ２の回転速度制御として、これ以外の制御を行うものに対しても適用可能である。
【００７７】
また、前記実施形態および前記変形例では、自動車用エンジンの冷却装置として本発明を適用した場合について説明したが、自動車用エンジン以外の冷却装置としても本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、エンジンの暖機運転時に冷却水循環流量を少なくし、暖機完了後に冷却水循環流量を多くするように電動ウォータポンプを制御する冷却装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１      冷却装置
１０    冷却水循環回路
１４ｄ  ガイド部
２      電動ウォータポンプ
３      ラジエータ
４      サーモスタット装置
４１    ラジエータ側流入口（第１流入口）
４２    暖機用流入口（第２流入口）
４４ａ  サーモエレメント
４４ｃ  バルブ
４４ｄ  コイルスプリング
４５    流出部
５      エンジン（内燃機関）
Ｏ１    電動ウォータポンプの吸入側の中心位置（サーモスタット装置の中心位置）
Ｏ２    電動ウォータポンプの吐出側の中心位置（ウォータポンプの中心位置）
【図１】
2018105185.tif 000003
【図２】
2018105185.tif 000004
【図３】
2018105185.tif 000005
【図４】
2018105185.tif 000006
【図５】
2018105185.tif 000007
【図６】
2018105185.tif 000008
【図７】
2018105185.tif 000009
【図８】
2018105185.tif 000010