(57)【要約】【課題】エンジン始動前の冷却水の温度管理を適切に行うことが可能な内燃機関用冷却装置を提供する。【解決手段】内燃機関のウォータジャケット１７の内部に設けられ、容積を変化させることによって、ウォータジャケット１７内の冷却水の水量を相対的に増減させる、可撓性を有する中空状のスペーサ１２と、スペーサ１２の容積を決定する容積決定部１３と、車両の外気温を測定する外気温測定部１４と、を備え、内燃機関の停止時において、外気温測定部１４で測定した外気温が所定温度以下となった際に、容積決定部１３が、スペーサ１２の容積を減少させて、ウォータジャケット１７内の冷却水の水量を相対的に増加させる判断を行なう内燃機関用冷却装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のウォータジャケットの内部に設けられ、容積を変化させることによって、前記ウォータジャケット内の冷却水の水量を相対的に増減させる、可撓性を有する中空状のスペーサと、
前記スペーサの容積を決定する容積決定部と、
車両の外気温を測定する外気温測定部と、
を備え、内燃機関の停止時において、前記外気温測定部で測定した外気温が所定温度以下となった際に、前記容積決定部が、前記スペーサの容積を減少させて、前記ウォータジャケット内の冷却水の水量を相対的に増加させる判断を行なう
内燃機関用冷却装置。
【請求項２】
前記所定温度を前記ウォータジャケット内の冷却水の凍結温度とした
請求項１に記載の内燃機関用冷却装置。
【請求項３】
前記スペーサが、前記ウォータジャケットの外壁側に設けられており、
前記容積決定部は、内燃機関の停止時の前記外気温が前記所定温度よりも高い際に、前記スペーサの容積を所定量だけ増大させることによって、前記ウォータジャケット内の冷却水を、前記外壁から隔離させる
請求項１または２に記載の内燃機関用冷却装置。
【請求項４】
前記スペーサは、その内部が複数の室に区画されており、各室の容積を独立して変化させることが可能な
請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関用冷却装置。
【請求項５】
前記容積決定部は、内燃機関の停止時の前記外気温が前記所定温度よりも高い際に、重力方向において上側かつ前記ウォータジャケットの内壁側に位置する前記室の容積の増大を抑制する
請求項４に記載の内燃機関用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の内燃機関を冷却するための内燃機関用冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関（以下においてはエンジンと称する。）には、冷却水が流れるウォータジャケットが形成され、この冷却水によってエンジンを冷却することで、オーバーヒートなどのトラブルを防止している。ところが、特に寒冷期における冷間始動に際しては、冷却水の温度がなかなか上昇せず、車室を温めるヒータが機能しなかったり、エンジンオイルの温度が低いことに起因する潤滑不良が生じたりすることがある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１、２に記載の構成においては、これらの不具合を解消するための対策がなされている。特許文献１に係るウォータジャケット容量可変装置は、ウォータジャケット内に可動隔壁を設けた構成を採用している。寒冷時においては、ウォータジャケットの冷却水水量が小さくなる方向に可動隔壁が動かされる。これにより、冷却水温度を速やかに上昇させて、車室内を速やかに温めることができる（特許文献１の段落０００７〜０００８、図１など参照）。
【０００４】
また、特許文献２に係る内燃機関の温度調整装置は、ウォータジャケット内に、ウォータジャケットスペーサを設けた構成を採用している。ウォータジャケットスペーサを外壁側に移動させて可変空間（内壁とスペーサとの間に形成される空間）を大きくすると、シリンダボア部から冷却水に回収される熱量が増大し、暖房性能を早期に向上させることができる。その一方で、ウォータジャケットスペーサを内壁側に移動させて可変空間を小さくすると、シリンダボア部から冷却水に回収される熱量が減少し、ボア壁に付着したオイルの温度が高くなるため、ピストンの摺動抵抗を低減させることができる（特許文献２の段落００３６〜００３８、図３など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９５８６０号公報
【特許文献２】特開２００６−１４４６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に係る構成は、いずれもエンジンの始動後に可動隔壁あるいはウォータジャケットスペーサを移動させることによって、冷却水の昇温特性を変化させることを目的としている。ところが、実際には、エンジンの始動後のみならず、始動前の冷却水の温度管理も重要となる場合がある。例えば、車両が氷点下となる環境に駐車されている場合、その駐車中に冷却水の温度が低下して凍結し、エンジントラブルの原因となることが考えられる。
【０００７】
そこで、この発明は、エンジン始動前の冷却水の温度管理を適切に行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明においては、内燃機関のウォータジャケットの内部に設けられ、容積を変化させることによって、前記ウォータジャケット内の冷却水の水量を相対的に増減させる、可撓性を有する中空状のスペーサと、前記スペーサの容積を決定する容積決定部と、車両の外気温を測定する外気温測定部と、を備え、内燃機関の停止時において、前記外気温測定部で測定した外気温が所定温度以下となった際に、前記容積決定部が、前記スペーサの容積を減少させて、前記ウォータジャケット内の冷却水の水量を相対的に増加させる判断を行なう内燃機関用冷却装置を構成した。
【０００９】
前記構成においては、前記所定温度を前記ウォータジャケット内の冷却水の凍結温度とすることができる。
【００１０】
前記各構成においては、前記スペーサが、前記ウォータジャケットの外壁側に設けられており、前記容積決定部は、内燃機関の停止時の前記外気温が前記所定温度よりも高い際に、前記スペーサの容積を所定量だけ増大させることによって、前記ウォータジャケット内の冷却水を、前記外壁から隔離させるようにすることができる。
【００１１】
前記各構成においては、前記スペーサは、その内部が複数の室に区画されており、各室の容積を独立して変化させることが可能なようにすることができる。さらに、この構成においては、前記容積決定部は、内燃機関の停止時の前記外気温が前記所定温度よりも高い際に、重力方向において上側かつ前記ウォータジャケットの内壁側に位置する前記室の容積の増大を抑制するようにすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明においては、ウォータジャケット内に容積可変のスペーサを設け、外気温が所定温度以下となった際に、前記容積決定部が、前記スペーサの容積を減少させて、前記ウォータジャケット内の冷却水の水量を相対的に増加させる判断を行なうようにしたので、エンジン始動前のウォータジャケット内の冷却水温度の低下を防止して、この冷却水が凍結するのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に係る内燃機関用冷却装置の一実施形態を示す断面図
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であって、（ａ）はスペーサを完全に膨らませた状態、（ｂ）はスペーサを完全に収縮させた状態
【図３】図１に係る内燃機関用冷却装置のスペーサを中程度膨らませた状態を示す断面図
【図４】図１に係る内燃機関用冷却装置において、内部に複数の室を備えたスペーサを採用した態様を示す断面図であって、（ａ）はスペーサの各室を膨らませた状態、（ｂ）は一部の室のみ収縮させた状態
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明に係る内燃機関用冷却装置（以下において、単に冷却装置と称する。）の一実施形態を図１に示す。この冷却装置は、車両の内燃機関（以下において、エンジンと称する。）のシリンダブロック１０に形成されたシリンダ１１を冷却するための装置であって、スペーサ１２、容積決定部１３、および、外気温測定部１４を主要な構成要素としている。図１において例示するエンジンは、直列４気筒エンジンである。各シリンダ１１には、ピストン１５が、シリンダ１１の軸方向に往復動可能に設けられている。なお、以下の説明においては、シリンダブロック１０へのシリンダヘッド（図示せず）の取付け側を上側、それと反対側を下側と称する。
【００１５】
シリンダ１１の周囲には、冷却水が流れる流路１６であるウォータジャケット１７が形成されている。ウォータジャケット１７には、冷却水をウォータジャケット１７内に導入する冷却水導入口１８と、冷却水をウォータジャケット１７内から排出する冷却水排出口１９が形成されている。冷却水導入口１８および冷却水排出口１９は冷却水ポンプ（図示せず）に接続されており、冷却水ポンプを駆動することにより、冷却水がウォータジャケット１７内を循環する。
【００１６】
冷却水は、水とエチレングリコールなどのアルコールを混合した不凍液である。冷却水の凍結温度は、混合したエチレングリコールなどの濃度が高いほど低下する（後述する表１参照）。
【００１７】
スペーサ１２は、ウォータジャケット１７の内部に設けられた、可撓性を有する中空状の部材である。このスペーサ１２は、ウォータジャケット１７内の外壁面（シリンダブロック１０の外壁に近い面）に固定されている。このスペーサ１２の上端は、シリンダブロック１０とシリンダヘッドの間のガスケット近傍に位置している。
【００１８】
このスペーサ１２には、エアポンプ２０が接続されている。エアポンプ２０を駆動して、その内部に空気を出し入れすることによって、このスペーサ１２の容積を変化させることができる。
【００１９】
スペーサ１２に空気を送り込むと、このスペーサ１２が、ウォータジャケット１７の外壁面側から内壁面側（シリンダ１１に近い側）に向けて膨らみ、その膨らみ分（容積の増大分）だけウォータジャケット１７の実質的な容積（冷却水が流動可能な領域）が相対的に減少し、このウォータジャケット１７内の冷却水の量を減らすことができる。これに対し、スペーサ１２内の空気を吸引して収縮させることにより、ウォータジャケット１７内の冷却水の量を相対的に増やすことができる。
【００２０】
容積決定部１３は、後で説明する車両の外気温や、冷却水の濃度などの諸条件に基づいて、スペーサ１２の容積を決定する機能を有する。容積決定部１３は、エアポンプ２０に接続されており、この容積決定部１３からの制御信号に基づいてエアポンプ２０が駆動される。この容積決定部１３には、例えば表１に示す、冷却水の濃度と各濃度における凍結温度（外気温）に関するマップが格納されている。このマップから、例えば、冷却水の濃度が３５％の場合、外気温がマイナス２０℃以下となると冷却水が凍結することが分かる。この実施形態においては、容積決定部１３を一つの独立パーツとして構成したが、車両全体の制御を司る電子制御ユニット（図示せず）の機能の一部として構成することもできる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
外気温測定部１４は、車両の外気温を測定する温度センサである。外気温測定部１４は、容積決定部１３に接続されており、外気温データは容積決定部１３に送られる。
【００２３】
ウォータジャケット１７には、このウォータジャケット１７内を流れる冷却水の濃度を測定する冷却水濃度測定部２１が設けられている。この冷却水濃度測定部２１は、冷却水の主成分（例えば、エチレングリコール）の濃度を測定することができる濃度センサである。冷却水濃度測定部２１は、容積決定部１３に接続されており、濃度データは容積決定部１３に送られる。
【００２４】
エアポンプ２０を駆動して、図２（ａ）に示すように、スペーサ１２に空気を送り込んでこのスペーサ１２を膨らませると、その膨らみ量に対応する量の冷却水がウォータジャケット１７内から排除され、冷却水の量を減らすことができる。スペーサ１２を最大限に膨らませた際に、ウォータジャケット１７の外壁側と内壁側を完全に塞ぐ（流路１６を閉塞する）のではなく、本図に示すように、内壁側に若干の幅の流路１６が残るようにするのが好ましい。このようにすれば、最低限の冷却性能を確保することができ、エンジンのオーバーヒートなどのトラブルを防止することができる。
【００２５】
また、エアポンプ２０を駆動して、図２（ｂ）に示すように、スペーサ１２内の空気を吸引してこのスペーサ１２を収縮させると、その収縮量に対応する量の冷却水がウォータジャケット１７内に新たに導入され、冷却水の量を増やすことができる。本図に示すように、スペーサ１２内の空気を全て吸引して完全に収縮させることにより、ウォータジャケット１７内の冷却水の量を最大とすることができる。スペーサ１２の容積は、例えば図３に示すように、図２（ａ）と図２（ｂ）に示すスペーサ１２の容積の範囲内で、適宜調整することができる。
【００２６】
例えば、氷点下まで外気温が低下する環境下で、エンジンを停止した状態のまま車両を駐車すると、ウォータジャケット１７内の冷却水が凍結してエンジン（ウォータジャケット１７）に不具合を生じる虞がある。そこで、この発明に係る冷却装置は、次のようにしてエンジン（ウォータジャケット１７）を保護する。
【００２７】
まず、エンジンの停止時において、外気温測定部１４で外気温を、冷却水濃度測定部２１で冷却水の濃度をそれぞれ測定し、測定された外気温データおよび濃度データを容積決定部１３に送る。容積決定部１３は、格納されている冷却水の濃度と各濃度における凍結温度（外気温）に関するマップ（表１参照）と、取得した外気温データおよび濃度データを照合する。例えば、取得した濃度データが３５％の場合、この冷却水の凍結温度はマイナス２０℃である。
【００２８】
取得した外気温データがマイナス２０℃以下の場合、エンジンの停止時に冷却水が凍結する虞がある。そこで、容積決定部１３からエアポンプ２０に対して、スペーサ１２内の空気を吸引してこのスペーサ１２を収縮させる（図２（ｂ）参照）よう制御が行なわれる。スペーサ１２を収縮させてウォータジャケット１７内の冷却水の量を増やすことによって、外気温が低い環境下における冷却水の温度低下が緩やかとなって、この冷却水の凍結を防止することができる。このとき、スペーサ１２内の空気を全て吸引して、ウォータジャケット１７内の冷却水の量を最大とすることにより、凍結防止効果を最大限に発揮させることができる。
【００２９】
その一方で、取得した外気温データがマイナス２０℃よりも高い場合、エンジンの停止時に冷却水が凍結する虞はない。このときは、図３に示したように、スペーサ１２を中程度（スペーサ１２を最大限に膨らませたときと、完全に収縮させたときの中間の状態）膨らませた状態とする。このようにすると、ウォータジャケット１７内の冷却水とウォータジャケット１７の外壁（シリンダブロック１０）との間が、スペーサ１２によって熱的に隔離され、エンジンの停止時に冷却水に蓄えられた熱がシリンダブロック１０の表面から外部に放出されるのを防止することができる。このため、冷却水が長時間に亘って保温され、次回のエンジン始動時において、シリンダ１１内のオイルによる潤滑がスムーズに行われるとともに、車室内を温めるヒータを速やかに立ち上げることができる。
【００３０】
エンジンの始動直後の冷態時においては、スペーサ１２を所定量（できれば最大量）膨らませて、ウォータジャケット１７内の冷却水の量をできるだけ少なくする。このようにすると、ウォータジャケット１７内の冷却水の温度を速やかに昇温することができ、シリンダ１１内のオイルによる潤滑をスムーズに行うことができる。このとき、シリンダヘッドの弁間部その他の冷却が必要な箇所には、十分な量の冷却水が流れるように留意する。
【００３１】
また、エンジンの暖気後においては、エンジンの熱が冷却水側に逃げる冷却水損失を最小としつつ、エンジンのオーバーヒートが生じない最適な冷却水の量となるように、スペーサ１２を膨らませる。
【００３２】
さらに、エンジンの高負荷時においては、スペーサ１２を収縮させて（できれば完全に収縮させて）ウォータジャケット１７内の冷却水の量を増加させ、ウォータジャケット１７による冷却性能をできるだけ高める。このようにすると、追加の熱害対策が不要となり、対策コストの削減を図ることができるとともに、高負荷時のエンジン性能をさらに高めることが可能となる。
【００３３】
図４（ａ）（ｂ）に、この発明に係る冷却装置に使用されるスペーサ１２の他の実施形態を示す。このスペーサ１２は、ウォータジャケット１７の内部に設けられた、可撓性を有する中空状の部材である点において、図２などに示したスペーサ１２と同様である一方で、その内部が複数の室１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに区画されており、各室１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの容積を独立して変化させることが可能な点において相違する。図４（ａ）（ｂ）に示すスペーサ１２は、その内部をシリンダ１１の径方向に２分割、上下方向に２分割した構成となっている。
【００３４】
エアポンプ２０を駆動して、図４（ａ）に示すように、スペーサ１２の各室１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに空気を送り込んでこのスペーサ１２を膨らませると、その膨らみ量に対応する量の冷却水がウォータジャケット１７内から排除され、冷却水の量を減らすことができる。その一方で、エアポンプ２０を駆動して、スペーサ１２内の各室１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの空気を吸引してこのスペーサ１２を収縮させると、その収縮量に対応する量の冷却水がウォータジャケット１７内に新たに導入され、冷却水の量を増やすことができる。また、図４（ｂ）に示したように、スペーサ１２の一部の室１２ａの空気を吸引するとともに、それ以外の室１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに空気を送り込むことによって、このスペーサ１２を所望の形状とすることができる。
【００３５】
例えば、冷却水濃度測定部２１で測定した濃度データが３５％の場合、この冷却水の凍結温度はマイナス２０℃である（表１参照）。外気温測定部１４で測定した外気温がマイナス２０℃以下の場合、スペーサ１２の各室１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ内の空気を吸引してこのスペーサ１２の全体を収縮させるよう制御が行なわれる。
【００３６】
その一方で、外気温がマイナス２０℃よりも高い場合、図４（ｂ）に示すように、シリンダ１１の上側かつ内径側の室１２ａの空気のみを吸引してその室１２ａを収縮させる。このとき、収縮した室１２ａの部分に多くの冷却水が集まる。このようにすると、集まった冷却水によって、ピストン１５とシリンダ１１の摺動部近傍（ライナー部）が効率良く保温され、エンジンの再始動時に、シリンダ１１内のオイルによる潤滑がスムーズに行われる。また、シリンダ１１の下部は、スペーサ１２の下部側の室１２ｃ、１２ｄによって熱的に隔離されているため、シリンダブロック１０の下部からの熱の放出を防止することができる。
【００３７】
上記の実施形態はあくまでも一例であって、エンジン始動前の冷却水の温度管理を適切に行う、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、その構成要素に適宜変更を加えることができる。
【００３８】
上記の実施形態においては、外気温測定部１４で測定した外気温と、冷却水濃度測定部２１で測定した冷却水濃度に基づいて、スペーサ１２内の空気の送り込みまたは吸引の判断を行ったが、その判断となる温度を予め決めておき、外気温測定部１４で測定した外気温のみに基づいて、前記判断を行うこともできる。
【００３９】
また、上記の実施形態においては、スペーサ１２をウォータジャケット１７の外壁面に固定した態様としたが、ウォータジャケット１７内の流路１６を所望の通りに構成できる限りにおいて、スペーサ１２を外壁面以外の部位に固定する、あるいは、固定しない態様とすることもできる。
【００４０】
また、上記の実施形態においては、冷却水の凍結温度を基準として、外気温がそれ以下かまたはそれよりも高いか、によってスペーサ１２への空気の送り込みまたは吸引のいずれとするかを判断したが、冷却水の凍結をより確実に防止するために、凍結温度よりも少し高い温度（例えば３℃）を基準として、その判断を行うこともできる。
【００４１】
また、上記の実施形態においては、スペーサ１２内に空気を出し入れする構成としたが、空気以外の媒体を採用することもできる。
【００４２】
また、スペーサ１２を複数の室に区分する態様においては、図４（ａ）（ｂ）に示した区分と異なる区分とすることができ、例えば、６区分としたり各室の容積が異なる区分としたりすることも許容される。
【符号の説明】
【００４３】
１０  シリンダブロック
１１  シリンダ
１２  スペーサ
１３  容積決定部
１４  外気温測定部
１５  ピストン
１６  流路
１７  ウォータジャケット
１８  冷却水導入口
１９  冷却水排出口
２０  エアポンプ
２１  冷却水濃度測定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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