(57)【要約】【課題】冷却水の沸騰の抑制、および早期の暖気の両立が可能な内燃機関の冷却装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関から流出する冷却水を前記内燃機関に循環させ、前記冷却水が熱交換を行う熱交換部が設けられた第１経路と、内燃機関から流出する冷却水を前記内燃機関に循環させ、前記熱交換部が設けられていない第２経路と、前記第１経路および前記第２経路における前記冷却水の流量を変更可能な制御弁と、を具備し、前記制御弁は、前記冷却水が前記第２経路に流れ前記第１経路に流れない状態とすることが可能な内燃機関の冷却装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から流出する冷却水を前記内燃機関に循環させ、前記冷却水が熱交換を行う熱交換部が設けられた第１経路と、
内燃機関から流出する冷却水を前記内燃機関に循環させ、前記熱交換部が設けられていない第２経路と、
前記第１経路および前記第２経路における前記冷却水の流量を変更可能な制御弁と、を具備し、
前記制御弁は、前記冷却水が前記第２経路に流れ前記第１経路に流れない状態とすることが可能な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】
内燃機関を冷却するために、ウォータポンプを用いて冷却水を内燃機関に流通させる。温度などに応じて冷却水の流れを制御する技術がある（特許文献１）。例えば内燃機関の暖気のためには、弁を閉じ冷却水の循環を停止する。しかし冷却水の温度が上昇すると冷却水が沸騰する恐れがある。冷却水の沸騰を抑制するために、弁を開放し内燃機関から冷却水を流出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１０２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関から流出した冷却水は他の部品と熱交換することで冷却され、沸騰が抑制される。しかし温度が大きく低下した冷却水が内燃機関に循環することにより、内燃機関も冷却されてしまい、内燃機関の暖気が遅れる。そこで、冷却水の沸騰の抑制、および早期の暖気の両立が可能な内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、内燃機関から流出する冷却水を前記内燃機関に循環させ、前記冷却水が熱交換を行う熱交換部が設けられた第１経路と、内燃機関から流出する冷却水を前記内燃機関に循環させ、前記熱交換部が設けられていない第２経路と、前記第１経路および前記第２経路における前記冷却水の流量を変更可能な制御弁と、を具備し、前記制御弁は、前記冷却水が前記第２経路に流れ前記第１経路に流れない状態とすることが可能な内燃機関の冷却装置によって達成できる。
【発明の効果】
【０００６】
冷却水の沸騰の抑制、および早期の暖気の両立が可能な内燃機関の冷却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は内燃機関の冷却装置を例示する模式図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は制御弁を例示する模式図である。
【図３】図３は制御弁の開閉状態を示す図である。
【図４】図４（ａ）はＥＣＵが行う冷却水の温度制御を例示するフローチャートである。図４（ｂ）はＥＣＵが行うヒータの駆動制御を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の冷却装置１００について説明する。図１は内燃機関の冷却装置１００を例示する模式図である。図１に示すように、冷却装置１００は、制御弁１８、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０を備え、エンジン１０（内燃機関）に適用される。
【０００９】
エンジン１０は例えば車両に搭載されるガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであり、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２を有する。シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２のウォータジャケットに冷却水が供給され、冷却水によりエンジン１０は冷却される。
【００１０】
冷却水の温度が上昇すると冷却水が沸騰してしまう。沸騰を回避するために、冷却水をエンジン１０の外に流出させ、温度を低下させる。冷却水は経路を循環し、ヒータ３０、トランスミッションフルード熱交換器３２（ＡＴＦ／Ｗ）、およびラジエータ３４などと熱交換し、エンジン１０に戻る。冷却水が循環する経路は、経路４０、４２、４４、４６、４８、５０および５２を含む。
【００１１】
制御弁１８は後述するように多機能弁であり、冷却水の流れを制御することができる。経路４０の一端はエンジン１０のウォータジャケットに接続され、他端は制御弁１８に接続されている。また制御弁１８には経路４２、４４、４６および４８それぞれの一端が接続されている。
【００１２】
ヒータ３０は経路４４に設けられている。ヒータ３０において、経路４４を流れる冷却水と車室内の空気とが熱交換する。経路４４と経路４２とは合流して経路５０を形成し、経路５０はウォータポンプ１６に接続される。経路４２と経路４４との合流箇所４３はヒータ３０よりも下流側に位置する。
【００１３】
ＡＴＦ／Ｗ３２は経路４６に設けられている。ＡＴＦ／Ｗ３２において、トランスミッションに用いられるオイルなどの流体と、経路４６を流れる冷却水とが熱交換する。
【００１４】
ラジエータ３４は経路４８に設けられている。ラジエータ３４において、冷却水と外気とが熱交換する。経路４８と経路４６とは、ＡＴＦ／Ｗ３２およびラジエータ３４よりも下流側において合流し、ウォータポンプ１６に接続される。
【００１５】
以上のように、経路４４、４６および４８はそれぞれヒータ３０、ＡＴＦ／Ｗ３２およびラジエータ３４を通る経路（第１経路）である。一方、経路４２および５０は、ヒータ３０、ＡＴＦ／Ｗ３２およびラジエータ３４など冷却水が熱交換を行う部品を通らないバイパス経路（第２経路）を形成する。
【００１６】
ウォータポンプ１６は例えば電動式のポンプであり、経路４６、４８および５０に流れる冷却水を、経路５２を通じてエンジン１０のウォータジャケットに圧送する。
【００１７】
シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２との間に経路５４が接続され、経路５４にはオイルクーラ１４が設けられている。オイルクーラ１４には例えばオイルポンプにより不図示のオイルパンなどからオイル（潤滑油）が供給される。冷却水の一部は、経路５４およびオイルクーラ１４を介して、シリンダブロック１１からシリンダヘッド１２に供給される。オイルクーラ１４においてオイルと冷却水とが熱交換を行う。
【００１８】
車内温度センサ２２は車室の温度を検出する。水温センサ２４はウォータジャケット内における冷却水の温度を検出する。また、例えばエンジンオイルの温度を検出する油温センサ、トランスミッションのオイルの温度を検出するセンサなどが設けられてもよい。
【００１９】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ２０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ２０は、車室の温度、冷却水の温度などを取得する。また、ＥＣＵ２０は、ウォータポンプ１６の駆動、および制御弁１８の開度を制御することで、冷却水の流れる経路、流量などを変えることができる。
【００２０】
ＥＣＵ２０は図３で後述するようなバルブスケジュールを記憶し、それに基づいて制御弁１８の開度を制御する。例えば車内温度センサ２２が測定する車室の温度、および水温センサ２４が測定する冷却水の温度などに応じて、所望の経路に冷却水が流れるように、ＥＣＵ２０は制御弁１８を開閉させる。例えば、車室の温度が低く、エアコンディショナをオンにするとき（ヒータ要求あり）、ＥＣＵ２０は熱源となる冷却水をヒータ３０に流す。
【００２１】
図２（ａ）および図２（ｂ）は制御弁１８を例示する模式図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、制御弁１８はボディ６０およびモータ６２を有する。ボディ６０には供給口６４、ポート６８ａ〜６８ｃが設けられ、ボディ６０内にはボール６６ａ〜６６ｃが収容されている。ボディ６０内に設けられた経路６３は供給口６４に連通し、かつポート６８ａ〜６８ｃに対応して３つに分岐する。供給口６４には経路４０が接続され、供給口６４を通じて経路６３へと冷却水が供給される。
【００２２】
ボール６６ａはポート６８ａに対応して設けられ、ポート６８ａには経路４８が接続される。ボール６６ｂはポート６８ｂに対応して設けられている。ポート６８ｂには仕切りが設けられ、ポート６８ｂ１とポート６８ｂ２とに分割される。ポート６８ｂ１には経路４４が接続され、ポート６８ｂ２には経路４２が接続される。ボール６６ｃはポート６８ｃに対応して設けられ、ポート６８ｃには経路４６が接続される。
【００２３】
ボール６６ａには開口部６５ａが形成されている。ボール６６ｂのポート６８ｂ１と対向する部分には開口部６５ｂ１が形成され、ポート６８ｂ２と対向する部分には開口部６５ｂ２が形成されている。ボール６６ｃには開口部６５ｃが形成されている。
【００２４】
ボールが、対応するポートと経路６３とを遮断するとき、冷却水はポートに流れない。開口部が、対応するポートと経路６３とに連通するとき、経路６３と当該ポートとが連通する。このとき冷却水が流れる。後述のバルブスケジュールを実現するように、各開口部の位置は調整されている。
【００２５】
ＥＣＵ２０がモータ６２を駆動することで、ボール６６ａ〜６６ｃは軸線Ａｘ周りに同期して回転する。これにより制御弁１８の開度が制御される。ボール６６ａはポート６８ａの開閉を制御し、ボール６６ｃはポート６８ｃの開閉を制御する。ボール６６ｂはポート６８ｂ１および６８ｂ２の開閉を制御する。
【００２６】
図２（ａ）においては、ボール６６ａが経路６３とポート６８ａとの間を遮断し、ボール６６ｂが経路６３とポート６８ｂ１との間を遮断し、ボール６６ｃが経路６３とポート６８ｃとの間を遮断する。このため冷却水はポート６８ａ、６８ｂ１および６８ｃに流れず、図１のヒータ３０、ＡＴＦ／Ｗ３２およびラジエータ３４に流れ込まない。一方、開口部６５ｂ２は経路６３とポート６８ｂ２とを連通させる。これにより冷却水は経路６３およびポート６８ｂ２を通じて経路４２に流れる。したがって、冷却水は、ラジエータ３４などの部品に流れることなく、図１の経路４０、４２、５０および５２を循環する。
【００２７】
図２（ｂ）においては、ボール６６ｂが経路６３とポート６８ｂ２との間を遮断することで、冷却水は経路４２に流れなくなる。一方、開口部６５ｂ１は経路６３とポート６８ｂ１とを連通させる。これにより冷却水は、経路６３およびポート６８ｂ１を通じて経路４４に流れる。したがって、冷却水は、図１の経路４４およびヒータ３０を通じて循環する。
【００２８】
開口部６５ａが経路６３とポート６８ａとを連通させると、冷却水はラジエータ３４に流れる。開口部６５ｃが経路６３とポート６８ｃとを連通させると、冷却水はＡＴＦ／Ｗ３２に流れる。以上のように、制御弁１８の開閉により冷却水の流れを制御することができる。
【００２９】
図３は制御弁１８の開閉状態を示す図である。横軸は各ボールの回転角、縦軸は各ポートの開口率である。点線はポート６８ｂ１、実線はポート６８ｂ２、破線はポート６８ａ、一点鎖線はポート６８ｃそれぞれの開口率を表す。開口率が０とは、図２（ａ）のポート６８ａのようにボールにより完全に閉じられた状態を表す。
【００３０】
図３に示す回転角Ａ０からＡ１までの間は、各ボールが対応するポートを閉じる。すなわち制御弁１８は全閉状態であり、冷却水は制御弁１８から下流側には流れない。
【００３１】
回転角がＡ１になるとポート６８ｂ２が開き、冷却水は経路４２に流れる。回転角がＡ１からＡ２までの間では、ポート６８ｂ２のみが開き、他のポートは開かない。冷却水は、制御弁１８に接続された経路のうち経路４２のみに流れ、他の経路には流れず、ヒータ３０、ＡＴＦ／Ｗ３２およびラジエータ３４にも流れない。図２（ａ）の状態がこの期間に対応する。
【００３２】
回転角がＡ２になるとポート６８ｂ１が開く。回転角がＡ２からＡ３までの間、冷却水は、経路４２だけでなく経路４４を通じてヒータ３０にも流れる。回転角がＡ３になるとポート６８ｂ２が閉じ、冷却水は経路４２に流れなくなり、経路４４およびヒータ３０には流れる。図２（ｂ）の状態がこの期間に対応する。
【００３３】
回転角がＡ４になるとポート６８ｃが開き、冷却水は経路４６を通じてＡＴＦ／Ｗ３２に流れる。回転角がＡ５になるとポート６８ａが開き、冷却水は経路４８を通じてラジエータ３４に流れる。このときポート６８ｂ２だけが閉じ、他のポートは開いている。したがって冷却水は経路４２に流れず、ヒータ３０、ＡＴＦ／Ｗ３２およびラジエータ３４に流れる。
【００３４】
本実施形態によれば、制御弁１８は冷却水の流れを制御することができる。制御弁１８のポートのうちポート６８ｂ２だけが開くことで、冷却水は経路４２に流れ、他の経路には流れない（回転角Ａ１〜Ａ２）。冷却水がエンジン１０から流出するため、冷却水の沸騰を抑制することができる。また、経路４２には、冷却水が熱交換する部品が設けられていない。したがって冷却水の温度低下が抑制され、経路４２からエンジン１０へと冷却水が循環しても暖気の遅れが生じにくい。この結果、冷却水の沸騰と早期の暖気との両立が可能である。
【００３５】
ＥＣＵ２０は、車室の温度および冷却水の温度などに応じて制御弁１８の開度を制御する。図４（ａ）はＥＣＵ２０が行う冷却水の温度制御を例示するフローチャートである。ＥＣＵ２０は水温センサ２４が測定する冷却水温Ｔ１を取得する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ２０は冷却水温Ｔ１が所定の温度Ｔｔｈ１以上であるか否か判定する（ステップＳ１２）。否定判定（Ｎｏ）の場合、冷却水の沸騰の恐れが小さい。したがってＥＣＵ２０は制御弁１８を全閉とする（ステップＳ１４）。
【００３６】
一方、肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ２０は冷却水温Ｔ１が、Ｔｔｈ１より大きい閾値Ｔｔｈ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。肯定判定の場合、ＥＣＵ２０はポート６８ａを開き、冷却水をラジエータ３４に流す（ステップＳ１８）。これにより高温の冷却水を冷やす。否定判定の場合、冷却水温Ｔ１はＴｔｈ１以上、Ｔｔｈ２未満であり、冷却水が局所的に沸騰する恐れがある。そこでＥＣＵ２０はポート６８ｂ２を開き、バイパス経路に冷却水を流す（ステップＳ１９）。これにより沸騰を回避し、かつ暖気が可能である。ステップＳ１４、Ｓ１８またはＳ１９の後、制御は終了する。
【００３７】
図４（ｂ）はＥＣＵ２０が行うヒータ３０の駆動制御を例示するフローチャートである。図４（ｂ）に示すように、ＥＣＵ２０は車内温度センサ２２が測定する車室の温度Ｔ２を取得する（ステップＳ２０）。ＥＣＵ２０は温度Ｔ２が所定の温度Ｔｔｈ３以上であるか否か判定する（ステップＳ２２）。肯定判定の場合、ＥＣＵ２０はヒータ要求ありと判定し、ポート６８ｂ１を開く（ステップＳ２４）。これにより冷却水はヒータ３０に流れ、エアコンディショナが駆動する。ステップＳ２４の後、またはステップＳ２２で否定判定の場合、制御は終了する。
【００３８】
図４（ａ）および図４（ｂ）の制御は並行して行われる。このため図４（ａ）ではステップＳ１９、図４（ｂ）ではステップＳ２２で否定判定となることがある。図３のように、全閉状態からポート６８ｂ１開放（回転角Ａ２）までの間に、ポート６８ｂ２のみが開く状態（Ａ１〜Ａ２）が位置する。このため、ＥＣＵ２０は冷却水をヒータ３０に流すことなく、バイパス経路である経路４２および５０に流すことができる。したがって暖気の遅れを抑制し、かつ沸騰を抑制することができる。
【００３９】
経路４２および５０は例えば経路４４、４６および４８よりも短いため、経路４２および５０に流れる冷却水の量は他の経路に比べて少ない。このため経路４２および５０を流れる間に冷却水から放出される熱量が少なくなる。したがって、沸騰を抑制し、かつ早期の暖気が可能となる。
【００４０】
エンジン１０から流出する冷却水が流れる経路は４本である。したがって制御弁１８は４つのポートを有してもよい。本実施形態のように、ポート６８ｂをポート６８ｂ１とポート６８ｂ２とに分岐させることで、制御弁１８を小型化し、占有スペースを低減することができる。また、バイパス経路とヒータ３０を通る経路とが経路５０を共有することで、コストおよびスペースを低減することができる。
【００４１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０                                                  エンジン
１１                                                  シリンダブロック
１２                                                  シリンダヘッド
１４                                                  オイルクーラ
１６                                                  ウォータポンプ
１８                                                  制御弁
２０                                                  ＥＣＵ
２２                                                  車内温度センサ
２４                                                  水温センサ
３０                                                  ヒータ
３２                                                  ＡＴＦ／Ｗ
３４                                                  ラジエータ
４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４、６３  経路
６０                                                  ボディ
６２                                                  モータ
６４                                                  供給口
６５ａ、６５ｂ１、６５ｂ２、６５ｃ                    開口部
６６ａ、６６ｂ、６６ｃ                                ボール
６８ａ、６８ｂ、６８ｂ１、６８ｂ２、６８ｃ            ポート
１００                                                冷却装置
【図１】
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【図２】
2019199803.tif 000004
【図３】
2019199803.tif 000005
【図４】
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