(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水循環装置であって、
外気により冷却された冷却水の循環により内燃機関の排気を冷却する第１冷却水回路と、
内燃機関の排気により加熱された冷却水の循環により内燃機関の吸気を加熱する第２冷却水回路と、
内燃機関が暖機後の状態では第１冷却水回路を選択し、内燃機関が冷間状態では前記第２冷却水回路を選択する冷却水回路選択手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関冷却水循環装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関冷却水循環装置において、
前記第１冷却水回路は、吸気系部品を含まず、ラジエーター、排気冷却経路及びウォータポンプを含んだ冷却水回路であり、
前記第２冷却水回路は、前記ラジエーターを含まず、前記排気冷却経路、前記吸気系部品及び前記ウォータポンプを含んだ冷却水回路であることを特徴とする内燃機関冷却水循環装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記第２冷却水回路では、冷却水の流動方向で、前記ウォータポンプ、前記排気冷却経路、前記吸気系部品の配置順とされていることを特徴とする内燃機関冷却水循環装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記冷却水回路選択手段により前記第１冷却水回路が選択されている状態では、前記吸気系部品は、吸気系冷却専用ラジエーターと吸気系冷却専用ウォータポンプと共に、吸気を冷却するための第３冷却水回路を形成していることを特徴とする内燃機関冷却水循環装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記吸気系部品は、インタークーラが一体化されたインテークマニホールドであり、前記インタークーラが前記第２冷却水回路の一部を形成していることを特徴とする内燃機関冷却水循環装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一項に記載の内燃機関冷却水循環装置において、内燃機関は車載用であり、前記第１冷却水回路及び前記第２冷却水回路は、前記排気冷却経路から出た冷却水の熱を利用する車室暖房用ヒータコアを備えていることを特徴とする内燃機関冷却水循環装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか一項に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記排気冷却経路は、内燃機関の排気ポートと排気マニホールドとの間に配置されて排気を冷却する排気冷却アダプタ内に形成された冷却水経路であることを特徴とする内燃機関冷却水循環装置。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記内燃機関は水冷ターボチャージャーを備え、前記排気冷却経路は、前記排気冷却アダプタ内に形成された冷却水経路及び前記水冷ターボチャージャー内の冷却水経路であることを特徴とする内燃機関冷却水循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却水循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷間時において排気の熱量を利用して内燃機関の暖機を速める手法が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。
特許文献１では、小型滑走艇の内燃機関の例であり、車両用内燃機関と比較して常に外界から新しい冷却水が供給されるので冷間時に過冷却となりやすい。このために排気マニホールドを経由して内燃機関本体に冷却水を導入する冷却水経路を形成することにより内燃機関の過冷却を防止している。更にこの冷却水経路にはオイルクーラー側からも冷却水を常時導入することにより内燃機関の暖機後は冷却水温度を抑制できるようにしている。
【０００３】
特許文献２では、冷間時に排気をシリンダブロック内に流すことにより加熱し、暖機を促進している。
特許文献３では、内燃機関の排気ポートと排気マニホールドとの間に配置された排気冷却アダプタにて冷却し、更にターボチャージャーにも冷却水を供給して冷却しているが、暖機を促進するものではない。
【０００４】
特許文献４では、インテークマニホールドにインタークーラが一体化されているが、ターボチャージャーにより圧縮される吸気とＥＧＲガスとを効率的に冷却するものであり、暖機を促進するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０９２４１号公報（第１５頁、図２０）
【特許文献２】特開２００４−１０８２５６号公報（第４−５頁、図１）
【特許文献３】実開昭６４−１５７１８号全文公報（第１６−１７頁、図３，４）
【特許文献４】特開２００９−２７０５０８号公報（第５−６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したごとく特許文献１では排気マニホールドでの排気熱を利用して暖機を促進しているが、吸気冷却用のインタークーラは、冷却水が加熱される排気マニホールドよりも上流に存在するため、冷間時の吸気については加熱されず、低温の吸気が内燃機関に供給される。このことにより、燃料霧化が悪化して、内燃機関冷間時の燃焼性に悪影響を及ぼすおそれがある。更に吸気系が低温化することにより凍結（スロットルバルブやブレーキポートなどの凍結）などの問題も生じるおそれがある。
【０００７】
インタークーラを排気マニホールドよりも下流に配置することも考えられるが、これでは内燃機関暖機後にインタークーラで吸気が加熱されてしまい、インタークーラの機能を果たさず、逆にノッキングなどの燃焼性の悪化を招くことになる。
【０００８】
特許文献２では暖機促進のために排気をシリンダブロックに流しているが、冷間時の吸気に対しては何らの対策はなされていない。したがって内燃機関冷間時の燃焼性悪化や吸気系凍結については解決できない。この特許文献２の構成を、インタークーラに適用しても、冷間時には吸気を加熱できるが、やはり内燃機関暖機後にはインタークーラで吸気が加熱されてしまい、ノッキングなどの燃焼性の悪化を招くことになる。
【０００９】
本発明は、冷間時においても暖機後においても吸気温を適切に維持して、内燃機関燃焼性を良好に維持できる内燃機関冷却水循環装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関冷却水循環装置は、内燃機関の冷却水循環装置であって、外気により冷却された冷却水の循環により内燃機関の排気を冷却する第１冷却水回路と、内燃機関の排気により加熱された冷却水の循環により内燃機関の吸気を加熱する第２冷却水回路と、内燃機関が暖機後の状態では第１冷却水回路を選択し、内燃機関が冷間状態では前記第２冷却水回路を選択する冷却水回路選択手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように冷却水回路選択手段が、内燃機関冷間状態では第２冷却水回路を選択することにより、排気により加熱された冷却水が循環して吸気を加熱することから、低温の吸気が内燃機関に供給されることはない。このことにより、燃料霧化が良好となり、内燃機関冷間時の燃焼性を良好に維持できる。更に吸気系凍結も防止される。
【００１２】
そして冷却水回路選択手段が、内燃機関暖機後の状態では第１冷却水回路を選択することにより、外気により冷却された冷却水が循環して排気を冷却する状態に切り替わることから、吸気が加熱されることはない。したがってノッキングなどの燃焼性の悪化を招くことはない。
【００１３】
このように本発明の内燃機関冷却水循環装置は、冷間時でも暖機後においても吸気温を適切に維持して、内燃機関燃焼性を良好に維持できる。
請求項２に記載の内燃機関冷却水循環装置では、請求項１に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記第１冷却水回路は、吸気系部品を含まず、ラジエーター、排気冷却経路及びウォータポンプを含んだ冷却水回路であり、前記第２冷却水回路は、前記ラジエーターを含まず、前記排気冷却経路、前記吸気系部品及び前記ウォータポンプを含んだ冷却水回路であることを特徴とする。
【００１４】
このような冷却水回路構成により、内燃機関冷間状態で冷却水回路選択手段が選択する第２冷却水回路では、ウォータポンプにより循環する冷却水は、ラジエーターを流れず、排気冷却経路と吸気系部品とを循環することから、排気冷却経路にて加熱された冷却水が吸気系部品を昇温させる。したがって冷間時の吸気が加熱され、低温の吸気が内燃機関に供給されることはない。このことにより、燃料霧化が良好となり、内燃機関冷間時の燃焼性を良好に維持できる。更に吸気系凍結も防止される。
【００１５】
そして内燃機関暖機後の状態で冷却水回路選択手段が選択する第１冷却水回路では、ウォータポンプにより循環する冷却水は、吸気系部品には流れず、ラジエーターと排気冷却経路とを循環することから、吸気系部品で吸気が加熱されることはない。しかも排気冷却経路を流れる冷却水はラジエーターにより常に冷却される。したがってノッキングなどの燃焼性の悪化を招くことはない。
【００１６】
請求項３に記載の内燃機関冷却水循環装置では、請求項２に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記第２冷却水回路では、冷却水の流動方向で、前記ウォータポンプ、前記排気冷却経路、前記吸気系部品の配置順とされていることを特徴とする。
【００１７】
すなわちウォータポンプから流れ出た冷却水は排気冷却経路で排気から熱量を受けて昇温し、吸気系部品に流れ込む。
このため冷却水回路選択手段が、内燃機関の冷間状態にて第２冷却水回路を選択すると、排気の熱量により効率的に吸気を加熱することができる。
【００１８】
請求項４に記載の内燃機関冷却水循環装置では、請求項３に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記冷却水回路選択手段により前記第１冷却水回路が選択されている状態では、前記吸気系部品は、吸気系冷却専用ラジエーターと吸気系冷却専用ウォータポンプと共に、吸気を冷却するための第３冷却水回路を形成していることを特徴とする。
【００１９】
このように内燃機関が暖機後の状態であることにより冷却水回路選択手段が吸気系部品を含まない第１冷却水回路を選択している場合には、吸気系部品については、吸気系冷却専用ラジエーターと吸気系冷却専用ウォータポンプと共に吸気を冷却するための第３冷却水回路を形成する。このことにより、暖機後にて吸気を冷却することで吸気温を適切に維持できるので、内燃機関燃焼性を良好に維持できる。
【００２０】
請求項５に記載の内燃機関冷却水循環装置では、請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記吸気系部品は、インタークーラが一体化されたインテークマニホールドであり、前記インタークーラが前記第２冷却水回路の一部を形成していることを特徴とする。
【００２１】
吸気系部品として、インタークーラが一体化されたインテークマニホールドを採用した場合には、冷却水により暖機後には効率的に吸気が冷却されるが、逆に冷間時にはインタークーラに低温のままの冷却水が供給されると、吸気の低温化が促進されて、燃料霧化の悪化や凍結などの問題が生じやすい。
【００２２】
しかし、本発明のごとく、冷間時に排気冷却経路で加熱された冷却水がインタークーラに供給されることによりインテークマニホールド内の吸気を効果的に昇温させることができる。このことにより、燃料霧化が良好となり、内燃機関冷間時の燃焼性を良好に維持でき、更に吸気系凍結も効果的に防止される。
【００２３】
請求項６に記載の内燃機関冷却水循環装置では、請求項２〜５のいずれか一項に記載の内燃機関冷却水循環装置において、内燃機関は車載用であり、前記第１冷却水回路及び前記第２冷却水回路は、前記排気冷却経路から出た冷却水の熱を利用する車室暖房用ヒータコアを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第１冷却水回路及び第２冷却水回路に、排気冷却経路から出た冷却水の熱を利用する車室暖房用ヒータコアを備えることで、冷間時の吸気の加熱あるいは暖機後の排気の冷却と共に、迅速に車室内を加温することができ、車室の暖房性能も向上できる。
【００２５】
請求項７に記載の内燃機関冷却水循環装置では、請求項２〜６のいずれか一項に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記排気冷却経路は、内燃機関の排気ポートと排気マニホールドとの間に配置されて排気を冷却する排気冷却アダプタ内に形成された冷却水経路であることを特徴とする。
【００２６】
排気冷却経路としては、内燃機関の排気ポートと排気マニホールドとの間に配置されて排気を冷却する排気冷却アダプタ内に形成された冷却水経路を挙げることができる。このことにより冷間時には排気により効果的に冷却水を昇温でき、暖機後には冷却水により効果的に排気を冷却できる。
【００２７】
請求項８に記載の内燃機関冷却水循環装置では、請求項７に記載の内燃機関冷却水循環装置において、前記内燃機関は水冷ターボチャージャーを備え、前記排気冷却経路は、前記排気冷却アダプタ内に形成された冷却水経路及び前記水冷ターボチャージャー内の冷却水経路であることを特徴とする。
【００２８】
更に排気冷却経路としては、排気冷却アダプタ内に形成された冷却水経路と共に、水冷ターボチャージャー内の冷却水経路を加えても良い。このことにより冷間時の排気による冷却水昇温、及び暖機後の冷却水による排気冷却が、より十分なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態１の内燃機関冷却水循環装置の構成及び暖機後の冷却水回路状態説明図。
【図２】実施の形態１の内燃機関冷却水循環装置の構成及び冷間時の冷却水回路状態説明図。
【図３】実施の形態２の内燃機関冷却水循環装置の構成及び暖機後の冷却水回路状態説明図。
【図４】実施の形態２の内燃機関冷却水循環装置の構成及び冷間時の冷却水回路状態説明図。
【図５】実施の形態３の内燃機関冷却水循環装置の構成及び暖機後でかつ暖房停止時の冷却水回路状態説明図。
【図６】実施の形態３の内燃機関冷却水循環装置の構成及び冷間時でかつ暖房中の冷却水回路状態説明図。
【図７】実施の形態３の内燃機関冷却水循環装置の構成及び暖機後でかつ暖房中の冷却水回路状態説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［実施の形態１］
〈構成〉図１，２は上述した発明が適用された内燃機関及びその冷却水循環装置を示している。この内燃機関は、車載用の直列４気筒ガソリンエンジンであり、シリンダヘッド、シリンダブロック、ピストン等を備えた内燃機関本体２には４つのシリンダ４が一列に配列して形成されている。内燃機関本体２には、吸気を供給するための吸気通路６及び排気を排出するための排気通路８が接続されている。
【００３１】
吸気通路６は、上流側から、エアクリーナ１０、ターボチャージャー１２のコンプレッサ１２ａ、スロットルバルブ１４及びサージタンクを兼ねたインテークマニホールド１６を備えている。この構成によりシリンダベッドに形成された吸気ポートを介して、吸気を、各シリンダ４に分配し供給している。尚、インテークマニホールド１６のサージタンク部１６ａには、吸気を冷却するインタークーラ１８が一体化されて設けられている。燃料については、インテークマニホールド１６の分岐部分あるいは各吸気ポートに燃料噴射弁が設けられることで、吸気流中に燃料が噴射される。燃料噴射弁は、直接、シリンダ４内に噴射する配置としても良い。
【００３２】
排気通路８は、上流から、内燃機関本体２の４つの排気ポートに接続している排気冷却アダプタ２０、この排気冷却アダプタ２０に接続する排気マニホールド２２、ターボチャージャー１２のタービン１２ｂ及び排気浄化用触媒コンバータを備えている。この下流には更にマフラーが備えられている。
【００３３】
ここで排気冷却アダプタ２０は、４つの排気ポートに対応して４つの排気通路が形成されており、この排気通路回りに冷却水経路が設けられている。このことにより排気ポートから排出された直後の排気を冷却水により冷却して、排気マニホールド２２側へ排出できるようにしている。
【００３４】
このような内燃機関に対して冷却水循環装置が形成されているが、暖機後の冷却水流を表す図１に示されているごとく、冷却系統は２系統に分かれている。
メインの冷却水系統は、内燃機関により駆動されるウォータポンプ３０の冷却水流による冷却水経路である。この冷却水経路を、冷却水流の流動方向の順序で示すと、ウォータポンプ３０、内燃機関本体２内のウォータジャケット３２、第１サーモスタット弁３４、及びラジエーター３６からなる冷却水循環経路が存在する。更にこの冷却水循環経路には、排気冷却アダプタ２０内の冷却水経路と第２サーモスタット弁３８とからなる冷却水経路が、ウォータジャケット３２とは並列に存在する。更に第１サーモスタット弁３４の上流側とラジエーター３６の下流側とを接続するバイパス路４０が設けられている。
【００３５】
上述した２つのサーモスタット弁３４，３８は暖機後（図１）に開弁するが、冷間時（図２）には閉弁するように設定されている。
サブの冷却水系統は、電動モータ５０ａにより駆動されるインタークーラ用ウォータポンプ５０の冷却水流による冷却水経路であり、冷却水流の流動方向の順序で示すと、インタークーラ用ウォータポンプ５０、インタークーラ１８、及びインタークーラ用ラジエーター５２からなる冷却水循環経路である。
【００３６】
これらの２つの冷却水系統間では、メインの冷却水系統における排気冷却アダプタ２０と第２サーモスタット弁３８との中間位置と、サブの冷却水系統におけるインタークーラ１８とインタークーラ用ラジエーター５２との中間位置とが、冷却水接続経路６０で接続されている。尚、この冷却水接続経路６０には、冷間時（図２）に開弁し暖機後（図１）に閉弁するように設定されている第３サーモスタット弁６２が設けられている。
【００３７】
更にメインの冷却水系統におけるラジエーター３６とウォータポンプ３０との中間位置と、サブの冷却水系統におけるインタークーラ用ウォータポンプ５０とインタークーラ１８との中間位置とが、冷却水接続経路６４で接続されている。
【００３８】
尚、インタークーラ用ウォータポンプ５０を駆動する電動モータ５０ａは、第３サーモスタット弁６２が開弁する冷間時（図２）には制御部５０ｂにより停止される。したがって、冷間時にはサブの冷却水系統によるインタークーラ１８に対する冷却は実行されない。暖機後（図１）は制御部５０ｂにより電動モータ５０ａの駆動がなされて、サブの冷却水系統によるインタークーラ１８に対する冷却が実行される。
〈作用〉内燃機関暖機後では、２つのウォータポンプ３０，５０は共に駆動されており、第１サーモスタット弁３４及び第２サーモスタット弁３８は開弁状態、第３サーモスタット弁６２は閉弁状態である。したがって図１に矢線にて示すごとく、ウォータポンプ３０から送出された冷却水は、内燃機関本体２のウォータジャケット３２と、排気冷却アダプタ２０内の冷却水経路とにそれぞれ送られて、内燃機関本体２を冷却すると共に、内燃機関本体２の排気ポートから排出される高温の排気を冷却する。
【００３９】
内燃機関本体２のウォータジャケット３２から流れ出た冷却水は、第１サーモスタット弁３４が開弁状態であるので、ラジエーター３６に流れ込んで冷却されて、ウォータポンプ３０に吸い込まれる。このことにより内燃機関本体２の冷却がなされる。
【００４０】
排気冷却アダプタ２０内の冷却水経路から流れ出た冷却水は、第３サーモスタット弁６２が閉弁状態であり、第２サーモスタット弁３８及び第１サーモスタット弁３４が開弁状態であるので、内燃機関本体２のウォータジャケット３２から出た冷却水と合流してラジエーター３６に流れ込んで冷却されて、ウォータポンプ３０に吸い込まれる。このことにより排気冷却アダプタ２０にて排気を冷却できる。
【００４１】
これとは別にインタークーラ用ウォータポンプ５０から送出された冷却水は、インテークマニホールド１６に一体化されているインタークーラ１８に流れ込むことでコンプレッサ１２ａにより圧縮されて昇温した吸気を冷却する。この吸気冷却により吸気から受熱して昇温した冷却水は、インタークーラ用ラジエーター５２に流れ込んで冷却され、インタークーラ用ウォータポンプ５０に吸い込まれる。このことにより吸気を冷却できる。
【００４２】
図２に示したごとく内燃機関が冷間状態にある場合には、第１サーモスタット弁３４及び第２サーモスタット弁３８は閉弁状態、第３サーモスタット弁６２は開弁状態となっている。そして制御部５０ｂの処理によりインタークーラ用ウォータポンプ５０は駆動されず、メインの冷却水系統のウォータポンプ３０のみが駆動される。
【００４３】
この状態で、図２に矢線にて示すごとく、ウォータポンプ３０から送出された冷却水は、内燃機関本体２のウォータジャケット３２と、排気冷却アダプタ２０内の冷却水経路とにそれぞれ送られる。
【００４４】
内燃機関本体２のウォータジャケット３２から流れ出た冷却水は、第１サーモスタット弁３４が閉弁状態であるので、ラジエーター３６には流れ込まずにバイパス路４０を流れてウォータポンプ３０に吸い込まれる。このことにより冷却水はラジエーター３６にて冷却されることはなく、内燃機関本体２の暖機が促進される。
【００４５】
排気冷却アダプタ２０内の冷却水経路に流れ込んで排気から受熱して昇温した冷却水は、第２サーモスタット弁３８が閉弁状態であり、第３サーモスタット弁６２が開弁状態であることから、冷却水接続経路６０を介してインタークーラ１８へ流れ込む。そしてインタークーラ１８から流れ出た冷却水は、冷却水接続経路６４を介して内燃機関本体２のウォータジャケット３２から流れ出た冷却水と合流して、ウォータポンプ３０に吸い込まれる。
【００４６】
このように、インタークーラ１８には排気冷却アダプタ２０にて加熱された冷却水が流れるので、インテークマニホールド１６内の吸気が加熱される。このことにより昇温した吸気をシリンダ４に供給できる。
【００４７】
このときには、インタークーラ用ウォータポンプ５０は停止しているので、インタークーラ１８内を流れる冷却水がインタークーラ用ラジエーター５２により冷却されることはない。
【００４８】
そして暖機が完了すれば、図１に示したごとく第１サーモスタット弁３４及び第２サーモスタット弁３８が開弁し、第３サーモスタット弁６２が閉弁し、インタークーラ用ウォータポンプ５０が駆動する。このことにより、今度は内燃機関本体２の冷却、排気の冷却、及び吸気の冷却がなされることになる。
〈請求項との関係〉上述した構成において、排気冷却アダプタ２０内の冷却水経路（排気冷却経路に相当）、第２サーモスタット弁３８、第１サーモスタット弁３４、ラジエーター３６、及びウォータポンプ３０からなる冷却水回路が第１冷却水回路に相当する。排気冷却アダプタ２０内の冷却水経路、第３サーモスタット弁６２、冷却水接続経路６０、インタークーラ１８、冷却水接続経路６４、及びウォータポンプ３０の冷却水回路が第２冷却水回路に相当する。
【００４９】
サーモスタット弁３４，３８，６２及び制御部５０ｂが冷却水回路選択手段に相当する。
インタークーラ１８、インタークーラ用ラジエーター５２（吸気系冷却専用ラジエーターに相当）及びインタークーラ用ウォータポンプ５０（吸気系冷却専用ウォータポンプに相当）からなる冷却水回路が第３冷却水回路に相当する。
〈効果〉（１）内燃機関が冷間状態である場合には、第１サーモスタット弁３４及び第２サーモスタット弁３８が閉じて、第３サーモスタット弁６２が開き、かつインタークーラ用ウォータポンプ５０が停止することにより、第２冷却水回路が選択される。このことによりメインのウォータポンプ３０により循環する冷却水は、ラジエーター３６には流れず、排気冷却アダプタ２０内の排気冷却経路とインタークーラ１８とを循環することから、排気冷却アダプタ２０にて加熱された冷却水がインタークーラ１８を昇温させる。したがってインテークマニホールド１６にて冷間時の吸気が加熱され、低温の吸気が内燃機関に供給されることはない。このことにより冷間時においても吸気温を適切に維持でき、インテークマニホールド１６や吸気ポートにて吸気中に噴射される燃料霧化を良好なものにできる。したがって内燃機関冷間時の燃焼性を良好に維持できる。更にインテークマニホールド１６を含めた吸気系の凍結も防止される。
【００５０】
そして内燃機関暖機後の状態では、第１サーモスタット弁３４及び第２サーモスタット弁３８が開き、第３サーモスタット弁６２が閉じることにより、第１冷却水回路が選択される。このことにより、メインのウォータポンプ３０により循環する冷却水は、インタークーラ１８には流れず、排気冷却アダプタ２０の排気冷却経路とラジエーター３６とを循環することから、排気冷却アダプタ２０の排気冷却経路を流れる冷却水はラジエーター３６により常に冷却され、排気冷却が適切に行われる。
【００５１】
このように内燃機関暖機後にはインタークーラ１８で吸気が加熱されることはなく、インタークーラ用ウォータポンプ５０の駆動が開始してインタークーラ用ラジエーター５２により冷却された冷却水がインタークーラ１８に供給されて吸気を冷却する第３冷却水回路が形成される。このため暖機後にも、吸気温が適切に維持されてノッキングなどの燃焼性の悪化を招くことはない。
【００５２】
このように本実施の形態の内燃機関冷却水循環装置は、冷間時でも暖機後においても吸気温を適切に維持して、内燃機関燃焼性を良好に維持できる。
（２）上述したごとくインタークーラ１８とインテークマニホールド１６とは一体化されたものであり、このような吸気系部品を採用した場合には、暖機後には効率的に吸気が冷却されるが、逆に冷間時にはインタークーラ１８に低温のままの冷却水が供給されると、吸気の低温化が促進されて、燃料霧化の悪化や凍結などの問題が生じやすい。
【００５３】
しかし、本実施の形態のごとく、排気冷却アダプタ２０の排気冷却経路にて加熱された冷却水がインタークーラ１８に供給されることによりインテークマニホールド１６内の吸気を効果的に昇温させることができる。このことにより、燃料霧化が良好となって内燃機関冷間時の燃焼性を良好に維持でき、更に吸気系凍結も効果的に防止できる。
【００５４】
（３）本実施の形態では、冷間時には、排気冷却アダプタ２０にて加熱された冷却水は上述したごとくインタークーラ１８を昇温させると共に、内燃機関本体２のウォータジャケット３２にも供給されて内燃機関本体２も昇温させている。このため、内燃機関の暖機が、一層迅速に行われる。
【００５５】
［実施の形態２］
〈構成〉本実施の形態では、図３，４に示すごとく、排気冷却アダプタ１２０の排気冷却経路は、排気マニホールド１２２を介して、ターボチャージャー１１２のタービン１１２ｂの外郭であるタービンハウジング１１２ｃ内に形成されているウォータジャケット１１２ｄに接続している。このウォータジャケット１１２ｄを介して、排気冷却アダプタ１２０の排気冷却経路は、第２サーモスタット弁１３８と第３サーモスタット弁１６２とに接続している。したがってメインのウォータポンプ１３０から排気冷却アダプタ１２０の排気冷却経路に送出される冷却水は排気冷却アダプタ１２０と共にターボチャージャー１１２のタービン１１２ｂにおいても加熱されることになる。
【００５６】
他の構成は前記実施の形態１（図１，２）と同じである。
〈作用〉図３に示したごとく内燃機関暖機後では、２つのウォータポンプ１３０，１５０は駆動状態であり、第１サーモスタット弁１３４及び第２サーモスタット弁１３８は開弁状態、第３サーモスタット弁１６２は閉弁状態である。したがって矢線にて示すごとく、ウォータポンプ１３０から送出された冷却水は、内燃機関本体１０２のウォータジャケット１３２と排気冷却アダプタ１２０内の冷却水経路とにそれぞれ送られて、内燃機関本体１０２を冷却すると共に、内燃機関本体１０２の排気ポートから排出される高温の排気を冷却する。
【００５７】
内燃機関本体１０２のウォータジャケット１３２から出た冷却水は、第１サーモスタット弁１３４が開弁状態であるので、ラジエーター１３６からウォータポンプ１３０へと流れ、内燃機関本体１０２の冷却がなされる。
【００５８】
排気冷却アダプタ１２０内の冷却水経路からは、排気マニホールド１２２内の冷却水経路を介してタービンハウジング１１２ｃ内のウォータジャケット１１２ｄに流れ込む。そしてこのウォータジャケット１１２ｄから出た冷却水は、第３サーモスタット弁１６２が閉弁状態であり、第２サーモスタット弁１３８及び第１サーモスタット弁１３４が開弁状態であるので、内燃機関本体１０２のウォータジャケット１３２から出た冷却水と合流してラジエーター１３６からウォータポンプ１３０へと流れる。このことにより排気冷却アダプタ１２０及びタービンハウジング１１２ｃにて排気を冷却できる。
【００５９】
これとは別にインタークーラ用ウォータポンプ１５０から出た冷却水は、インテークマニホールド１１６に一体化されているインタークーラ１１８に流れ込むことでコンプレッサ１１２ａにより圧縮されて昇温した吸気を冷却し、そしてインタークーラ用ラジエーター１５２からインタークーラ用ウォータポンプ１５０へと流れる。このことにより吸気を冷却できる。
【００６０】
図４に示したごとく内燃機関冷間状態では、制御部１５０ｂの処理によりインタークーラ用ウォータポンプ１５０は駆動されず、メインの冷却水系統のウォータポンプ１３０のみが駆動される。そして第１サーモスタット弁１３４及び第２サーモスタット弁１３８は閉弁状態、第３サーモスタット弁１６２は開弁状態となっている。したがって矢線にて示すごとく、ウォータポンプ１３０から送出された冷却水は、内燃機関本体１０２のウォータジャケット１３２と排気冷却アダプタ１２０内の冷却水経路とにそれぞれ送られる。
【００６１】
内燃機関本体１０２のウォータジャケット１３２から出た冷却水は、第１サーモスタット弁１３４が閉弁状態であるので、ラジエーター１３６には流れ込まずにバイパス路１４０を流れてウォータポンプ１３０に戻る。このことにより内燃機関本体１０２の暖機が促進される。
【００６２】
排気冷却アダプタ１２０内の冷却水経路に流れ込み、更にタービンハウジング１１２ｃ内のウォータジャケット１１２ｄに流れ込んで排気から受熱した冷却水は、第２サーモスタット弁１３８が閉弁状態であり、第３サーモスタット弁１６２が開弁状態であることから、冷却水接続経路１６０を介してインタークーラ１１８に流れ込む。このことによりインテークマニホールド１１６内の吸気が加熱される。そしてインタークーラ１１８を出た冷却水は、冷却水接続経路１６４を介して、内燃機関本体１０２のウォータジャケット１３２から出た冷却水と合流し、ウォータポンプ１３０に戻る。このことによりインタークーラ１１８には、排気冷却アダプタ１２０及びタービンハウジング１１２ｃにて加熱された冷却水を流せるので、インテークマニホールド１１６内の吸気が加熱され、この加熱された吸気をシリンダ１０４に供給できる。
【００６３】
尚、インタークーラ用ウォータポンプ１５０は停止しているので、インタークーラ１１８内を流れる冷却水がインタークーラ用ラジエーター１５２にて冷却されることはない。
そして暖機が完了すれば、図３に示したごとく内燃機関本体１０２の冷却、排気の冷却、及び吸気の冷却がなされることになる。
〈請求項との関係〉上述した構成において、排気冷却アダプタ１２０内の冷却水経路、タービンハウジング１１２ｃ内のウォータジャケット１１２ｄ、第２サーモスタット弁１３８、第１サーモスタット弁１３４、ラジエーター１３６、及びウォータポンプ１３０からなる冷却水回路が第１冷却水回路に相当する。排気冷却アダプタ１２０内の冷却水経路、タービンハウジング１１２ｃ内のウォータジャケット１１２ｄ、第３サーモスタット弁１６２、冷却水接続経路１６０、インタークーラ１１８、冷却水接続経路１６４、及びウォータポンプ１３０の冷却水回路が、第２冷却水回路に相当する。ここで排気冷却アダプタ１２０内の冷却水経路及びタービンハウジング１１２ｃ内のウォータジャケット１１２ｄが排気冷却経路に相当する。
【００６４】
サーモスタット弁１３４，１３８，１６２及び制御部１５０ｂが冷却水回路選択手段に相当する。
インタークーラ１１８、インタークーラ用ラジエーター１５２（吸気系冷却専用ラジエーターに相当）及びインタークーラ用ウォータポンプ１５０（吸気系冷却専用ウォータポンプに相当）からなる冷却水回路が第３冷却水回路に相当する。
〈効果〉（１）前記実施の形態１の（１）〜（３）に述べた効果と共に、排気冷却経路が、排気冷却アダプタ１２０内の冷却水経路のみでなく、タービンハウジング１１２ｃ内のウォータジャケット１１２ｄも含まれているので、暖機後には排気冷却効果が高まり、冷間状態では吸気の加熱効果が高まる。
【００６５】
［実施の形態３］
〈構成〉図５〜７に示すごとく本実施の形態では、前記実施の形態２と同様に、排気冷却アダプタ２２０の排気冷却経路は、排気マニホールド２２２を介してターボチャージャー２１２のタービン２１２ｂの外郭であるタービンハウジング２１２ｃ内のウォータジャケット２１２ｄに接続している。
【００６６】
ただし、前記実施の形態２と異なり、このウォータジャケット２１２ｄから直接、第２サーモスタット弁２３８と第３サーモスタット弁２６２とに接続しているのではなく、間に切替弁２７０と車室暖房用のヒータコア２７２とが配置されている。切替弁２７０は手動弁あるいは電磁弁であり、車両ドライバの切り替え操作により切り替わる。
〈作用〉車両ドライバが車室を暖房する設定としていない場合には、図５に示したごとく、切替弁２７０は、ウォータジャケット２１２ｄを、第２サーモスタット弁２３８と第３サーモスタット弁２６２とへ直接接続する。したがって前記実施の形態２の図３と同様に機能する。
【００６７】
尚、図５は暖機後の状態であるが、冷間時においては車両ドライバが車室を暖房する設定としていない場合には前記実施の形態２の図４と同様に機能する。
冷間時に車両ドライバが車室を暖房する設定にした場合には、切替弁２７０は図６に示すごとくウォータジャケット２１２ｄから流れ出る冷却水をヒータコア２７２側へ送る。そして内燃機関冷間状態であることから、制御部２５０ｂの処理によりインタークーラ用ウォータポンプ２５０は駆動されず、メインの冷却水系統のウォータポンプ２３０のみが駆動される。そして第１サーモスタット弁２３４及び第２サーモスタット弁２３８は閉弁状態、第３サーモスタット弁２６２は開弁状態となっている。
【００６８】
このため、図６に矢線にて示すごとく、ウォータポンプ２３０から送出された冷却水は、内燃機関本体２０２のウォータジャケット２３２と排気冷却アダプタ２２０内の冷却水経路とにそれぞれ送られる。
【００６９】
内燃機関本体２０２のウォータジャケット２３２から出た冷却水は、第１サーモスタット弁２３４が閉弁状態であるので、ラジエーター２３６には流れ込まずにバイパス路２４０を流れてウォータポンプ２３０に戻る。このことにより冷却水はラジエーター２３６にて冷却されることはなく、内燃機関本体２０２の暖機が促進される。この点については前記実施の形態２と同様である。
【００７０】
排気冷却アダプタ２２０内の冷却水経路に流れ込み、更にタービンハウジング２１２ｃ内のウォータジャケット２１２ｄに流れ込んで排気から受熱した冷却水は、切替弁２７０によりヒータコア２７２に送られ、車室の暖房に利用される。そして第２サーモスタット弁２３８が閉弁状態であり、第３サーモスタット弁２６２が開弁状態であることから、ヒータコア２７２から出た冷却水は、冷却水接続経路２６０を介してインタークーラ２１８に流れ込む。このことにより冷却水は更にインテークマニホールド２１６内の吸気を加熱できる。そしてインタークーラ２１８から出た冷却水は、冷却水接続経路２６４を介して内燃機関本体２０２のウォータジャケット２３２から出た冷却水と合流して、ウォータポンプ２３０に戻る。
【００７１】
このように排気冷却アダプタ２２０及びタービンハウジング２１２ｃにて加熱された冷却水は、途中でヒータコア２７２により一部の熱量を放出しているが、インタークーラ２１８においても熱量を放出して、インテークマニホールド２１６内の吸気を加熱する。したがって加熱された吸気がシリンダ２０４に供給される。
【００７２】
尚、前記実施の形態２と同様に、制御部２５０ｂの処理によりインタークーラ用ウォータポンプ２５０は停止しているので、インタークーラ２１８内を流れる冷却水がインタークーラ用ラジエーター２５２にて冷却されることはない。
【００７３】
暖房状態が設定されたまま、暖機が完了した場合には図７に示すごとく、排気冷却アダプタ２２０とタービン２１２ｂにて排気から受熱した冷却水は、切替弁２７０によりヒータコア２７２に送られる状態が継続する。ただし、ヒータコア２７２から出た冷却水は、第２サーモスタット弁２３８及び第１サーモスタット弁２３４を介してラジエーター２３６へ送られて冷却され、ウォータポンプ２３０に戻ることになる。
【００７４】
そして暖房状態がキャンセルされると前述した図５の状態となる。
〈請求項との関係〉上述した構成において、排気冷却アダプタ２２０内の冷却水経路、タービンハウジング２１２ｃ内のウォータジャケット２１２ｄ、切替弁２７０、ヒータコア２７２、第２サーモスタット弁２３８、第１サーモスタット弁２３４、ラジエーター２３６、及びウォータポンプ２３０からなる冷却水回路が第１冷却水回路に相当する。排気冷却アダプタ２２０内の冷却水経路、タービンハウジング２１２ｃ内のウォータジャケット２１２ｄ、切替弁２７０、ヒータコア２７２、第３サーモスタット弁２６２、冷却水接続経路２６０、インタークーラ２１８、冷却水接続経路２６４、及びウォータポンプ２３０の冷却水回路が、第２冷却水回路に相当する。ここで排気冷却アダプタ２２０内の冷却水経路及びタービンハウジング２１２ｃ内のウォータジャケット２１２ｄが排気冷却経路に相当する。
【００７５】
サーモスタット弁２３４，２３８，２６２及び制御部２５０ｂが冷却水回路選択手段に相当する。
インタークーラ２１８、インタークーラ用ラジエーター２５２（吸気系冷却専用ラジエーターに相当）及びインタークーラ用ウォータポンプ２５０（吸気系冷却専用ウォータポンプに相当）からなる冷却水回路が第３冷却水回路に相当する。
〈効果〉
（１）前記実施の形態２の効果と共に、切替弁２７０の切り替え操作により、迅速に車室内を加温することができ、冷間時の吸気の加熱あるいは暖機後の排気の冷却と共に、迅速に車室内を加温することができ、車室の暖房性能も向上できる。
【００７６】
特に排気冷却アダプタ２２０とタービンハウジング２１２ｃとにより冷却水を加熱しているので、冷間時においても十分に冷却水を高温化できることから、冷間時に車室内の暖房を実行しても、吸気の加熱と共に迅速に車室内を加温でき、暖房性能が向上する。
【００７７】
［その他の実施の形態］
・前記実施の形態１では排気冷却アダプタからの冷却水流、前記実施の形態２，３では排気冷却アダプタ及びタービンからの冷却水流は、ラジエーター側に流すか、インタークーラ側に流すかは、２つのサーモスタット弁（第２サーモスタット弁及び第３サーモスタット弁）の開閉により決定された。この２つのサーモスタット弁の代わりに前記実施の形態３に示したごとくの切替弁を用いても良い。
【００７８】
・前記各実施の形態で用いられているインタークーラは、インテークマニホールド一体型水冷式インタークーラであったが、インタークーラとしてはインテークマニホールドに一体化されているものでなくても良い。例えばインテークマニホールドとターボチャージャーのコンプレッサとの間に配置した水冷式インタークーラでも良い。ただし前記各実施の形態のごとく、インテークマニホールド一体型水冷式インタークーラの方が冷間時の吸気冷却の程度が大きいので、本発明による効果は、より顕著である。
【００７９】
・前記各実施の形態では、排気冷却アダプタ内の冷却水経路は、第１冷却水回路と第２冷却水回路とで共通の冷却水経路としていたが、排気冷却アダプタ内の冷却水経路を、第１冷却水回路と第２冷却水回路とで独立して設けても良い。
【符号の説明】
【００８０】
２…内燃機関本体、４…シリンダ、６…吸気通路、８…排気通路、１０…エアクリーナ、１２…ターボチャージャー、１２ａ…コンプレッサ、１２ｂ…タービン、１４…スロットルバルブ、１６…インテークマニホールド、１６ａ…サージタンク部、１８…インタークーラ、２０…排気冷却アダプタ、２２…排気マニホールド、３０…ウォータポンプ、３２…ウォータジャケット、３４…第１サーモスタット弁、３６…ラジエーター、３８…第２サーモスタット弁、４０…バイパス路、５０…インタークーラ用ウォータポンプ、５０ａ…電動モータ、５０ｂ…制御部、５２…インタークーラ用ラジエーター、６０…冷却水接続経路、６２…第３サーモスタット弁、６４…冷却水接続経路、１０２…内燃機関本体、１０４…シリンダ、１１２…ターボチャージャー、１１２ａ…コンプレッサ、１１２ｂ…タービン、１１２ｃ…タービンハウジング、１１２ｄ…ウォータジャケット、１１６…インテークマニホールド、１１８…インタークーラ、１２０…排気冷却アダプタ、１２２…排気マニホールド、１３０…ウォータポンプ、１３２…ウォータジャケット、１３４…第１サーモスタット弁、１３６…ラジエーター、１３８…第２サーモスタット弁、１４０…バイパス路、１５０…インタークーラ用ウォータポンプ、１５０ｂ…制御部、１５２…インタークーラ用ラジエーター、１６０…冷却水接続経路、１６２…第３サーモスタット弁、１６４…冷却水接続経路、２０２…内燃機関本体、２０４…シリンダ、２１２…ターボチャージャー、２１２ｂ…タービン、２１２ｃ…タービンハウジング、２１２ｄ…ウォータジャケット、２１６…インテークマニホールド、２１８…インタークーラ、２２０…排気冷却アダプタ、２２２…排気マニホールド、２３０…ウォータポンプ、２３２…ウォータジャケット、２３４…第１サーモスタット弁、２３６…ラジエーター、２３８…第２サーモスタット弁、２４０…バイパス路、２５０…インタークーラ用ウォータポンプ、２５０ｂ…制御部、２５２…インタークーラ用ラジエーター、２６０…冷却水接続経路、２６２…第３サーモスタット弁、２６４…冷却水接続経路、２７０…切替弁、２７２…ヒータコア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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