(57)【要約】【課題】エンジンの冷却のための冷却液を効率的に循環させることにより循環ポンプによる消費エネルギーを低減し、エンジンの燃費の向上を図ることができるエンジンの冷却装置を提供する。【解決手段】エンジン１のジャケット２に対してラジエータ５又はバイパス流路６ｂを通過させて冷却液を循環させる冷却液循環路６と、冷却液を循環させる循環ポンプ３と、冷却液循環路６のラジエータ側流路６ａとバイパス流路６ｂとの接続部に設けられて閉鎖時に冷却液をバイパス流路６ｂに循環させ、開放時に冷却液の全部又は一部をラジエータ側流路６ａに循環させる流路制御弁４とを有し、流路制御弁４は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第１基準温度のときに開放状態である弁であり、循環ポンプ３は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第１基準温度付近でほぼ一定となるように動作量が制御される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのジャケットに対してラジエータ又はバイパス流路を通過させて冷却液を循環させる冷却液循環路と、前記冷却液を循環させる循環ポンプと、前記冷却液循環路のラジエータ側流路とバイパス流路との接続部に設けられて閉鎖時に冷却液をバイパス流路に循環させ、開放時に冷却液の全部又は一部をラジエータ側流路に循環させる流路制御弁と、を有するエンジンの冷却装置において、
前記流路制御弁は、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第１基準温度のときに開放状態である弁であり、前記循環ポンプは、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が前記第１基準温度付近でほぼ一定となるように動作量が制御されることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項２】
前記流路制御弁は、冷却液の温度に応じて自動的に開閉するサーモスタット弁であって、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第１基準温度のときに全開状態であるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの冷却装置。
【請求項３】
前記流路制御弁は、所定の制御装置により開閉制御される制御弁であって、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度に基づいて開閉制御されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの冷却装置。
【請求項４】
前記流路制御弁は、エンジンの暖機終了後は開放状態に保持されることを特徴とする請求項３記載のエンジンの冷却装置。
【請求項５】
前記循環ポンプは、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度と、前記第１基準温度、前記第１基準温度より低い温度に設定された第２基準温度、及び前記第１基準温度より高い温度に設定された第３基準温度との比較に基づいて動作量が制御され、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第２基準温度以下のとき動作量は最低となり、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第３基準温度以上のとき動作量は最高となり、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第２基準温度以上第３基準温度以下のときその温度が第１基準温度付近でほぼ一定となるように動作量が調節されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のエンジンの冷却装置。
【請求項６】
前記ラジエータは冷却用のファンを備えており、このファンは、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度と前記第１基準温度との比較に基づいて動作制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのジャケットに対してラジエータ又はバイパス流路を通過させて冷却液を循環させ、エンジンを冷却するエンジンの冷却装置に関し、特に、冷却液の循環に電動式等の動作量の制御が可能な循環ポンプを用いる場合において効率的なエネルギー利用を図ることが可能な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジンの冷却装置としては、例えば、エンジンのジャケットとラジエータ又はバイパス流路との間に冷却液を循環させる冷却液循環路と、前記冷却液循環路のラジエータ側流路とバイパス流路との接続部に設けられて閉鎖時に冷却液をバイパス流路に循環させ、開放時に冷却液の全部又は一部をラジエータ側流路に循環させる電動サーモスタットと、前記冷却液循環路に冷却液を循環させる電動循環ポンプとを有し、制御ユニットが電動サーモスタットの開度および電動循環ポンプの回転数の制御を行うエンジンの冷却装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような従来のエンジンの冷却装置では、前記制御ユニットは、エンジンのジャケット内の冷却液の温度に基づいて、電動サーモスタットの開度および電動循環ポンプの回転数の制御を行う。これにより、エンジンのクランクシャフトに接続されて駆動される機械式の循環ポンプに比べて、エンジンのジャケットやラジエータを通過する冷却液の流量を、冷却液の温度やエンジン負荷等に応じて制御することが可能となる。
【０００４】
すなわち、ジャケット内の冷却液の温度が低いとき、例えばエンジンの始動直後の冷間時には電動サーモスタットを閉鎖して冷却液をバイパス流路に循環させる。このように、ジャケットを通過して温度上昇した冷却液を、ラジエータを通過させずに循環させることにより、エンジンの暖機を促進する。また、冷却液の温度が特に低い間は電動循環ポンプの運転を停止し、ジャケット内に冷却液を滞留させることにより、エンジンの暖機を更に促進するように制御を行うこともできる。一方、エンジンの暖機終了後のジャケット内の冷却液の温度が高いときには、電動サーモスタットを開放して冷却液の全部又は一部をラジエータ側流路に循環させる。このように、ジャケットを通過して温度上昇した冷却液を、ラジエータを通過させて冷却しながら循環させることにより、エンジンの温度を適温に保つ。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３０３８４２号公報（第３−４頁、第１図、第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のエンジンの冷却装置は、エンジンの暖機が終了した後は、電動循環ポンプの回転数をほぼ一定に保ち、電動サーモスタットの開度を調節することにより、冷却液がラジエータ側流路及びバイパス流路を通過する割合を調節して、冷却液の温度制御を行う。したがって、冷却液の温度が低い場合には、ラジエータによる放熱を抑制してエンジンの熱による冷却液の温度上昇を促進するため、電動サーモスタットが閉じた状態となり、冷却液はバイパス流路を通過することとなる。ここで、ラジエータ及びラジエータ側流路は、一般的に、大量の冷却液を効率的に循環させて冷却することを可能にするために、バイパス流路と比較して大きい通路断面積を有するように形成されている。したがって、冷却液の温度が低いためにバイパス流路に冷却液を循環させる場合には、ラジエータ側流路を通過させる場合と比べて冷却液の通過に伴う抵抗が大きくなり電動循環ポンプの消費するエネルギーが増大することとなる。ここで、電動循環ポンプのエネルギー、すなわち電力はエンジンに取り付けられた発電機から得られるものであることから、電動循環ポンプの消費エネルギーの増大はエンジンの燃費の低下にもつながる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、エンジンの冷却のための冷却液を効率的に循環させることにより循環ポンプによる消費エネルギーを低減し、エンジンの燃費の向上を図ることができるエンジンの冷却装置を提供することを技術課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明に係るエンジンの冷却装置の第１の特徴構成は、請求項１に記載したように、エンジンのジャケットに対してラジエータ又はバイパス流路を通過させて冷却液を循環させる冷却液循環路と、前記冷却液を循環させる循環ポンプと、前記冷却液循環路のラジエータ側流路とバイパス流路との接続部に設けられて閉鎖時に冷却液をバイパス流路に循環させ、開放時に冷却液の全部又は一部をラジエータ側流路に循環させる流路制御弁と、を有するエンジンの冷却装置において、前記流路制御弁は、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第１基準温度のときに開放状態である弁であり、前記循環ポンプは、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が前記第１基準温度付近でほぼ一定となるように動作量が制御されるという点にある。ここで、第１基準温度は、エンジンの冷却のための冷却液の最適温度付近に設定すると好適である。
【０００９】
これにより、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が前記第１基準温度に近い一定の温度以上となった後は、前記流路制御弁の開放状態が保たれることになり、バイパス流路よりも抵抗が少ないラジエータ側流路に冷却液を定常的に循環させることができる。ここで、ラジエータ側流路は、大量の冷却液を効率的に循環させて冷却することを可能にするために、バイパス流路と比較して大きい通路断面積を有するように形成されているため、冷却液の通過に伴う抵抗は少ない。したがって、冷却液を循環させるための循環ポンプによる消費エネルギーを少なくすることができる。
【００１０】
また、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が前記第１基準温度よりも低くなった場合には、原則として流路制御弁を切り替えるのではなく、循環ポンプの動作量を低下させることにより前記冷却液の温度を前記第１基準温度付近でほぼ一定に保つようにする制御を行うので、循環ポンプの動作量を削減でき、消費エネルギーを少なくすることができる。すなわち、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が低くなった場合には、循環ポンプの動作量を低下させて循環する冷却液の流量を少なくし、ラジエータを通過する冷却液の量を減少させることによりラジエータからの放熱を抑制し、エンジンの熱による冷却液の温度上昇を促進するものである。これにより、流路制御弁を切り替えずに、すなわちバイパス流路に冷却液を循環させずに、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度を上昇させることができる。
【００１１】
本発明に係るエンジンの冷却装置の第２の特徴構成は、請求項２に記載したように、前記第１の特徴構成に加えて、前記流路制御弁は、冷却液の温度に応じて自動的に開閉するサーモスタット弁であって、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第１基準温度のときに全開状態であるように設定されているという点にある。
【００１２】
これにより、前記循環ポンプによる冷却液の温度制御の目標値である第１基準温度で前記流量制御弁が全開状態となるので、エンジンの暖機が終了して、循環ポンプの動作量の制御により前記ジャケットの上流側の冷却液の温度がほぼ一定となっている状態においては、前記流量制御弁は全開状態に保持されることになる。したがって、バイパス流路よりも抵抗が少ないラジエータ側流路に冷却液を定常的に循環させることができ、冷却液を循環させるための循環ポンプの消費エネルギーを少なくすることができる。また、このような流量制御弁を、制御装置や動力源等を別途必要としない簡易な構成により実現することができる。
【００１３】
本発明に係るエンジンの冷却装置の第３の特徴構成は、請求項３に記載したように、前記第１の特徴構成に加えて、前記流路制御弁は、所定の制御装置により開閉制御される制御弁であって、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度に基づいて開閉制御されるという点にある。
【００１４】
これにより、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度と任意の温度設定値との比較に基づいて前記流路制御弁を開閉制御することが可能となるので、前記循環ポンプによる冷却液の温度制御の目標値である第１基準温度で前記流量制御弁が開放状態となるように制御することができる。したがって、エンジンの暖機が終了して、循環ポンプの動作量の制御により冷却液の温度がほぼ一定となっている状態では、前記流量制御弁を確実に開放状態で保持することができる。これにより、バイパス流路よりも抵抗が少ないラジエータ側流路に冷却液を定常的に循環させるように冷却液の循環経路を制御することができ、冷却液を循環させるための循環ポンプの消費エネルギーを少なくすることができる。
【００１５】
本発明に係るエンジンの冷却装置の第４の特徴構成は、請求項４に記載したように、前記第３の特徴構成に加えて、前記流路制御弁は、エンジンの暖機終了後は開放状態に保持されるという点にある。
【００１６】
これにより、エンジンの暖機終了後、すなわち一旦冷却液の温度が所定の温度以上になった後は、冷却液の温度が下がったとしても流路制御弁を開放状態に保持しつつ、循環ポンプの動作量を低下させることにより冷却液の温度を上昇させる制御を行うことができる。したがって、冷却液の温度が多少下がったとしても、バイパス流路よりも抵抗が少ないラジエータ側流路に冷却液を循環させた状態を保つことができるので、冷却液を循環させるための循環ポンプの消費エネルギーをより一層少なくすることができる。
【００１７】
本発明に係るエンジンの冷却装置の第５の特徴構成は、請求項５に記載したように、前記第１から第４のいずれかの特徴構成に加えて、前記循環ポンプは、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度と、前記第１基準温度、前記第１基準温度より低い温度に設定された第２基準温度、及び前記第１基準温度より高い温度に設定された第３基準温度との比較に基づいて動作量が制御され、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第２基準温度以下のとき動作量は最低となり、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第３基準温度以上のとき動作量は最高となり、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第２基準温度以上第３基準温度以下のときその温度が第１基準温度付近でほぼ一定となるように動作量が調節されるという点にある。
【００１８】
これにより、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第２基準温度以下の十分に低い状態のときには、循環ポンプによる冷却液の流量をできるだけ少なくしてラジエータを通過する冷却液の量を減少させることによりラジエータからの放熱を抑制してエンジンの熱による冷却液の温度上昇を促進し、逆に前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第３基準温度以上の十分に高い状態のときには、循環ポンプによる冷却液の流量をできるだけ多くしてラジエータを通過する冷却液の量を増加させることによりラジエータからの放熱による冷却液の温度低下を促進することができる。そして、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が第２基準温度以上第３基準温度以下の第１基準温度に近い温度に達したときには、循環ポンプによる冷却液の流量を温度に応じて増減させて、その冷却液の温度がエンジンの冷却についての最適温度付近に設定された第１基準温度付近でほぼ一定となるように制御することができる。したがって、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度を短時間で第１基準温度に近づけるとともにその温度を維持することが可能となり、エンジンの暖機及び冷却を効率的に行うことができるとともに、循環ポンプの消費エネルギーが少なくなる流路制御弁の開放状態を定常的に保持することが可能となる。
【００１９】
本発明に係るエンジンの冷却装置の第６の特徴構成は、請求項６に記載したように、前記第１から第５のいずれかの特徴構成に加えて、前記ラジエータは冷却用のファンを備えており、このファンは、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度と前記第１基準温度との比較に基づいて動作制御されるという点にある。
【００２０】
これにより、前記ジャケットの上流側の冷却液の温度が、第３基準温度よりも十分に高い温度に達した場合のように、第１基準温度に対して過剰に上昇した場合には、ファンを動作させてラジエータからの放熱を更に促進させ、冷却液の温度を短時間で低下させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
まず、本発明に係るエンジンの冷却装置の第１の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジン１のジャケット２に冷却液を循環させて冷却を行うエンジン１の冷却装置であって、冷却液を循環させる循環ポンプ３として動作量の制御が可能な電動式のポンプを用い、冷却液の循環経路を制御する流路制御弁４として冷却液の温度に応じて自動的に開閉するサーモスタット弁を用いる場合について説明する。ここで、エンジン１は車両用として一般的に用いられている水冷式の内燃機関である。図１は、本発明の第１の実施形態に係るエンジン１の冷却装置の全体構成を示す模式図であって、エンジン１の定常運転時の冷却液の流れを示す図である。また、図２は、そのエンジン１の暖機運転時の冷却液の流れを示す模式図である。
【００２２】
これらの図に示すように、本実施形態に係るエンジン１の冷却装置は、エンジン１のジャケット２とラジエータ５又はバイパス流路６ｂとの間に冷却液を循環させる冷却液循環路６と、冷却液を循環させる循環ポンプ３と、冷却液循環路６のラジエータ側流路６ａとバイパス流路６ｂとの接続部に設けられて閉鎖時に冷却液をバイパス流路６ｂに循環させ、開放時に冷却液の全部又は一部をラジエータ側流路６ａに循環させる流路制御弁４とを有する。また、ここでは、車両の室内の暖房のために冷却液との熱交換を行うヒータコア７と、このヒータコア７につながるヒータ側流路６ｃに設けられて冷却液の循環を許容又は遮断する切換弁８も有している。
【００２３】
エンジン１は、内部に図示しないピストン等が収められるシリンダが形成されたシリンダブロック１ａと、このシリンダの上部を構成するシリンダヘッド１ｂとを有して構成されている。そして、ジャケット２は、これらのシリンダブロック１ａ及びシリンダヘッド１ｂのシリンダ周辺部に冷却液が循環可能なように形成された空洞部により構成されている。また、このジャケット２内を循環する冷却液は、水冷式の内燃機関に用いられるものであって、ここでは水に所定の添加物を加えてなる冷却水が用いられる。
【００２４】
冷却液循環路６は、ジャケット２に対してラジエータ５又はバイパス流路６ｂを通過させて冷却液を循環させるための流路である。そのため、ここではラジエータ５を通過する流路を形成するラジエータ側流路６ａ、及びラジエータ５を通過しない流路を形成するバイパス流路６ｂと、これらのラジエータ側流路６ａ及びバイパス流路６ｂとジャケット２とをつなぐ流路を形成する中間流路６ｄとを有する。ここで、ラジエータ側流路６ａは、大量の冷却液を効率的に循環させて冷却することを可能にするために、バイパス流路６ｂと比較して大きい通路断面積を有する。また、本実施形態ではジャケット２の下流側で中間流路６ｄから分岐して切換弁８及びヒータコア７を通過する流路を形成するヒータ側流路６ｃも有する。
【００２５】
ラジエータ５は、冷却液の熱を放射してその温度を下げる装置である。このラジエータ５の構成は、水冷式の内燃機関において一般的に用いられているものと同様の構成を用いることが可能であり、ここでは図示しないが冷却用の多数のフィンに囲まれた複数の水路を有して構成されている。そして、このラジエータ５の水路の断面積の合計は、ラジエータ側流路６ａと同様に、大量の冷却液を効率的に循環させて冷却することを可能にするために、バイパス流路と比較して大きい通路断面積を有する。また、ラジエータ５は、エンジン１の高負荷時に前記フィンを通過する空気の量を増加させて冷却を促進するためのファン９を備えている。このファン９の動作制御については後述する。
【００２６】
流路制御弁４は、冷却液循環路６のラジエータ側流路６ａとバイパス流路６ｂとの接続部に設けられて閉鎖時に冷却液をバイパス流路６ｂに循環させ、開放時に冷却液の全部又は一部をラジエータ側流路６ａに循環させる弁である。ここで、ラジエータ側流路６ａとバイパス流路６ｂとの接続部としては、分岐部と合流部の双方が含まれるが、本実施形態においては、流路制御弁４はラジエータ側流路６ａとバイパス流路６ｂとの合流部に設けられている。また、本実施形態においては、流路制御弁４として冷却液の温度に応じて自動的に開閉するサーモスタット弁を用いる。より具体的には、この流路制御弁４は、温度に応じて変形するサーモワックスを駆動源とし、冷却液の温度上昇に応じて連続的に開放され、その開度に応じて冷却液の全部又は一部がラジエータ側流路６ａに循環することを許容する。
【００２７】
そして、この流路制御弁４は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第１基準温度のときに開放状態となるものとする。ここで、ジャケット２の上流側とは、流路制御弁４の開閉の状態に関わらずジャケット２に流入する冷却液の温度と同じ温度の冷却液が流れている部分であって、具体的には、ラジエータ５の下流側における冷却液循環路６のラジエータ側流路６ａとバイパス流路６ｂとの合流部、すなわち流路制御弁４が設けられている部分、からジャケット２の入口２ａまでの間の中間流路６ｄが該当する。そして、第１基準温度は、エンジン１の冷却についての冷却液の最適温度付近に設定される温度であって、その温度はエンジン１により異なるが、ここでは９０〜９５℃付近に設定されることとする。また、流路制御弁４は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度、すなわちここでは流路制御弁４の内部を通過する冷却液の温度が第１基準温度のときに全開状態であるように設定されていることが望ましい。また、流路制御弁４は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が後述する第２基準温度のときに全開状態であるように設定されていると更に好適である。このような設定とすることにより、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第１基準温度付近（より好ましくは第２基準温度以上の温度）にある定常運転時に、常に流路制御弁４は全開状態に保持されることとなるので、冷却液をより抵抗のすくないラジエータ側流路６ａに循環させることができ、循環ポンプによる消費エネルギーを低減することが可能となる。そのため、例えば、第１基準温度が９０〜９５℃付近に設定されており、第２基準温度が第１基準温度Ｔ１より５〜１０℃程度低い温度に設定されている場合には、流路制御弁４の設定は、開き始めの温度が例えば６５〜７５℃、全開状態となる温度が第２基準温度より低い温度、例えば７５〜８５℃程度とすると好適である。
【００２８】
循環ポンプ３は、冷却液循環路６及びジャケット２に冷却液を循環させるポンプである。本実施形態においては、この循環ポンプ３として動作量の制御が可能な電動式のポンプを用いる。より具体的には、この循環ポンプ３は、後述する制御装置１０からの制御信号に従って回転数が連続的に増減される電動モータを駆動源とし、ジャケット２の上流側の冷却液の温度に応じて連続的に動作量、すなわち回転数が変化するように制御され、ジャケット２とラジエータ５との間で循環する冷却液の量を増加させる。なお、循環ポンプ３の配置については、ここではジャケット２の上流側に設けているが、これに限定されるものではなく、冷却液循環路６の中間流路６ｄ上であれば任意の位置に設けることが可能である。また、循環ポンプ３の具体的構成についても電動式に限定されるものではなく、動作量の制御が可能な方式のポンプであれば用いることが可能である。そして、この循環ポンプは、ジャケット２の上流側の冷却液の温度、すなわちエンジン１のジャケット２に流入する冷却液の温度が第１基準温度付近でほぼ一定となるように動作量が制御される。
【００２９】
より具体的には、図３に示すように、循環ポンプ３の動作量、すなわち回転数は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度と、第１基準温度Ｔ１、第１基準温度Ｔ１より低い温度に設定された第２基準温度Ｔ２、及び第１基準温度Ｔ１より高い温度に設定された第３基準温度Ｔ３との比較に基づいて制御される。これらの第１基準温度Ｔ１、第２基準温度Ｔ２、及び第３基準温度Ｔ３は、制御装置１０において設定値として保持されている。ここで、第２基準温度Ｔ２及び第３基準温度Ｔ３は、冷却液の温度を第１基準温度Ｔ１に安定させるための循環ポンプ３の運動量の調節を開始する温度であって、例えば、第２基準温度Ｔ２は第１基準温度Ｔ１より５〜１０℃程度低い温度とし、第３基準温度Ｔ３は第１基準温度Ｔ１より５〜１０℃程度高い温度とすると好適である。
【００３０】
また、ジャケット２の上流側の冷却液の温度は、冷却液循環路６におけるジャケット２の上流側の中間流路６ｄに配置された液温センサ１１により検知される（図１又は図２参照）。ここで、液温センサ１１は、冷却液循環路６を流れる冷却液の温度を制御装置１０において認識できるようにするため、熱電対等の温度を電気信号として出力可能なものを用いて構成すると好適である。なお、本実施形態においては、液温センサ１１はジャケット２の入口２ａ付近に配置しているが、これに限定されるものではなく、ジャケット２の上流側、すなわち流路制御弁４の下流側からジャケット２の入口２ａまでの間の中間流路６ｄの任意の位置に設けることが可能である。
【００３１】
そして、この循環ポンプ３は、制御装置１０により、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第２基準温度Ｔ２以下のとき動作量は最低となり、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第３基準温度Ｔ３以上のとき動作量は最高となり、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第２基準温度Ｔ２以上第３基準温度Ｔ３以下のときその温度が第１基準温度Ｔ１付近でほぼ一定となるように動作量が調節される。なお、本実施形態においては、循環ポンプ３の制御をフィードフォワード制御としているが、フィードバック制御とすることも当然に可能である。
【００３２】
具体的には、図３の冷却液の温度と循環ポンプ３の動作量（回転数）との関係のグラフに例示するような動作制御が行われる。すなわち、液温センサ１１により検知されたジャケット２の上流側の冷却液の温度が第２基準温度Ｔ２以下の場合、循環ポンプ３は最低の動作量ｒ２となるように制御される。ここで、循環ポンプ３の最低の動作量ｒ２とは、ジャケット２内の冷却液の温度分布が大きく偏らない程度に冷却液を循環させる最低限の循環量を確保できる動作量とすると好適である。これにより、エンジン１を必要以上に冷却することがなく、暖機を促進することができる。一方、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第３基準温度Ｔ３以上の場合、循環ポンプ３は最高の動作量ｒ３となるように制御される。ここで、循環ポンプ３は最高の動作量ｒ３とは、循環ポンプ３の性能上安定的に動作できる最高の動作量とすると好適である。これにより、エンジン１の温度が適正な温度以上に上がった際にその冷却を促進することができる。
【００３３】
そして、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第２基準温度Ｔ２以上第３基準温度Ｔ３以下の場合、循環ポンプ３は、その冷却液の温度が第１基準温度Ｔ１付近でほぼ一定となるようにジャケット２の上流側の冷却液の温度に応じて適宜動作量を調節するように制御される。本実施形態においては、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が低いところから暖機が終了してその温度を上げる場合には、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第２基準温度Ｔ２を超えたところから循環ポンプ３の動作量は増加し、その温度が第１基準温度Ｔ１に近づくと循環ポンプ３の動作量の増加は緩やかになり、その温度が第１基準温度Ｔ１になったところで循環ポンプ３の動作量はほぼ一定の動作量ｒ１となる。一方、エンジン１が高負荷状態となってジャケット２の上流側の冷却液の温度が高いところからその温度を下げる場合には、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第３基準温度Ｔ３を下回ったところから循環ポンプ３の動作量は減少し、その温度が第１基準温度Ｔ１に近づくと循環ポンプ３の動作量の減少は緩やかになり、その温度が第１基準温度Ｔ１になったところで循環ポンプ３の動作量はほぼ一定の動作量ｒ１となる。ここで、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第１基準温度Ｔ１で安定したときの循環ポンプ３の一定の動作量ｒ１は、エンジン１からの発熱量と循環ポンプ３によりジャケット２内を循環される冷却液による吸熱量とがほぼ釣り合う動作量である。したがって、エンジン１の負荷が大きく発熱量が多い場合にはこの動作量ｒ１の値は上がり、逆にエンジン１の負荷が小さく発熱量が少ない場合にはこの動作量ｒ１の値は下がることとなる。この動作量ｒ１の値は制御装置１０の制御により調節される。
【００３４】
制御装置１０は、本実施形態に係るエンジン１の冷却装置の各部の動作制御を行う装置であり、前述の液温センサ１１を含む車両の各部に備えられた各種のセンサ等からの情報に基づいて、循環ポンプ３、ファン９、及び切換弁８を含むエンジン１の冷却装置の各部に対して制御信号を送信し、それらの各部の動作制御を行う。この制御装置１０は、上記の通り、循環ポンプ３の動作制御のために第１基準温度、第２基準温度、及び第３基準温度を設定値として保持している。
【００３５】
また、この制御装置１０は、ラジエータ５のファン９の動作制御のために第４基準温度も設定値として保持している。そこで、制御装置１０によるファン９の動作制御についてここで説明する。ファン９は、この制御装置１０によりジャケット２の上流側の冷却液の温度と第１基準温度との比較に基づいて動作制御される。より具体的には、ファン９の動作の開始及び停止は、第１基準温度に基づいて定められる第４基準温度に基づいて行われる。ここで、第４基準温度は、後述する第３基準温度より更に高い温度であって、具体的には第３基準温度より５〜１０℃程度高い温度とすると好適である。そして、この第４基準温度と、液温センサ１１により検知されるジャケット２の上流側の冷却液の温度との比較に基づいて、制御装置１０は、その冷却液の温度が第４基準温度以上のときにファン９が動作するように制御を行う。これにより、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第４基準温度以上の高温となった場合には、ファン９が動作してラジエータ５の放熱能力を一時的に高めることになるので、冷却液の温度が過剰に上昇してエンジン１がオーバーヒートすることを防止できる。
【００３６】
次に、この制御装置１０により制御されるエンジン１の冷却装置の動作について、エンジン１の始動直後の温度が低いときにエンジン１を適当な温度に暖めるための暖機運転時と、この暖機運転が終了した後の定常運転時とに分けてそれぞれ説明する。
【００３７】
（暖機運転時）
エンジン１を始動した直後の暖機運転時は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度も低い。その温度は第１基準温度よりも十分に低い温度であって、流路制御弁４の開き始める６５〜７５℃よりも低い温度である。したがって、流路制御弁４は閉鎖状態となっており、図２に示すように、冷却液はラジエータ５を通過しないバイパス流路６ｂを通ってジャケット２に循環される。また、ジャケット２の上流側の冷却液の温度は第２基準温度よりも低い温度であるため、循環ポンプ３は、最低の動作量ｒ２で動作している。したがって、このとき冷却液は、ジャケット２内の冷却液の温度分布が大きく偏らない程度に冷却液を循環させる最低限の循環量でジャケット２及び冷却液循環路６を循環する。これにより、冷却液はラジエータ５により冷却されることがなく、かつ冷却液の循環量も非常に少なく抑えられているので、エンジン１は冷却液によってほとんど冷却されることがなく、エンジン１の温度が早く上昇するので暖機が促進される。
【００３８】
そして、冷却液の温度が流路制御弁４の開き始める６５〜７５℃以上となった場合には、流路制御弁４が開き始めて冷却液の一部はラジエータ側流路６ａに流れるが、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第２基準温度に達するまでは循環ポンプ３は最低の動作量ｒ２で動作しているので冷却液の温度は引き続き上昇する。本実施形態においては、流路制御弁４は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が後述する第２基準温度のときに全開状態となるように設定されているので、その後、冷却液の温度上昇に伴い流路制御弁４は全開状態となる。これにより、図１に示すように、冷却液はすべてラジエータ側流路６ａ及びラジエータ５を通ってジャケット２に循環される状態となり、エンジン１の暖機運転は終了する。
【００３９】
（定常運転時）
そして、エンジン１の暖機運転が終了した後は、図１に示すように、流路制御弁４が全開状態となり、冷却液がすべてラジエータ側流路６ａ及びラジエータ５を通ってジャケット２に循環される状態を保持するように循環ポンプ３の動作制御が行われる定常運転となる。このとき、循環ポンプ３は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度、すなわちエンジン１のジャケット２に流入する冷却液の温度が第１基準温度付近でほぼ一定となるように動作量が制御される。このような循環ポンプ３の動作制御の具体的な方法は、上述の通りである。これにより、エンジン１のオーバーヒートを確実に回避しつつジャケット２の上流側の冷却液の温度を流路制御弁４が全開となる温度以上に維持することができる。したがって、冷却液をバイパス流路６ｂよりも抵抗のすくないラジエータ側流路６ａに循環させることができ、冷却液を循環させるための循環ポンプによる消費エネルギーを低減することが可能となる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係るエンジンの冷却装置の第２の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態では、前記第１の実施形態とは異なり、流路制御弁４として制御装置１０により開閉制御される制御弁を用いる場合について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係るエンジン１の冷却装置の全体構成を示す模式図であって、エンジン１の定常運転時の冷却液の流れを示す図である。また、図５は、そのエンジン１の暖機運転時の冷却液の流れを示す模式図である。以下、前記第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００４１】
本実施形態における流路制御弁４は、制御装置１０により開閉制御される制御弁であって、その開閉制御は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度に基づいて行われる。具体的には、この流路制御弁４は、制御装置１０からの信号に従って動作するアクチュエータを駆動源とし、全開状態と閉鎖状態との２つの状態が切り換えられて冷却液をラジエータ側流路６ａ又はバイパス流路６ｂのいずれかに循環させる。ここで、アクチュエータとしては、ソレノイドバルブ等を備えて空気圧あるいは油圧により動作するシリンダや、電動モータ等の各種の駆動機構が用いられる。ここで、この流路制御弁４は、前記第１の実施形態とは異なり、ラジエータ側流路６ａとバイパス流路６ｂとの接続部としての分岐部と合流部のうち、分岐部に設けられている。そして、この制御装置１０による流路制御弁４の制御は、制御装置１０から流路制御弁４に対して全開又は閉鎖の信号を送信することにより行われる。
【００４２】
また、制御装置１０による流路制御弁４の開閉制御は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度に基づいて行われる。ここでは、制御装置１０は、冷却液循環路６におけるジャケット２の上流側の中間流路６ｄに配置された液温センサ１１により検知されるジャケット２の上流側の冷却液の温度に基づいて流路制御弁４の制御を行うようになっている。このように液温センサ１１で検知した冷却液の温度に基づいて流路制御弁４を制御する構成としたことにより、流路制御弁４をジャケット２の上流側に配置する必要がなくなるので、前記第１の実施形態と異なり、流路制御弁４をラジエータ側流路６ａとバイパス流路６ｂとの分岐部に配置することが可能となっている。
【００４３】
そして、流路制御弁４は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第１基準温度のときに全開状態であるように制御される。また、流路制御弁４は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第２基準温度のときに全開状態であるように制御されることとすると更に好適である。このような制御とすることにより、前記第１の実施形態と同様に、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第１基準温度付近（より好ましくは第２基準温度以上の温度）にある定常運転時に、常に流路制御弁４は全開状態に保持されることとなるので、冷却液をより抵抗のすくないラジエータ側流路６ａに循環させることができ、循環ポンプによる消費エネルギーを低減することが可能となる。本実施形態においては、制御装置１０が流路制御弁４の動作制御のために第５基準温度を設定値として保持することとし、液温センサ１１により検知されるジャケット２の上流側の冷却液の温度が第５基準温度を超えたときに、流路制御弁４を全開状態とする制御を行うこととする。この第５基準温度は、第２基準温度より低い温度に設定すると好適である。具体的には、例えば、第１基準温度が９０〜９５℃付近に設定されており、第２基準温度が第１基準温度Ｔ１より５〜１０℃程度低い温度に設定されている場合には、第５基準温度は、第２基準温度より低い例えば７５〜８５℃程度とすると好適である。
【００４４】
また、本実施形態においては、流路制御弁４は、エンジン１の暖機終了後は開放状態、ここでは全開状態に保持されるような制御が行われる。すなわち、エンジン１を始動した後冷却液の温度が上昇し、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第５基準温度を超えて暖機運転が終了した後は、その冷却液の温度が第５基準温度以下となった場合でも流路制御弁４を全開状態に保持するように制御を行う。これにより、何らかの理由により流路制御弁４が全開状態となる第５基準温度以下に冷却液の温度がなった場合であっても、エンジン１の運転中は常に流路制御弁４は全開状態に保持されることとなるので、より一層循環ポンプによる消費エネルギーを低減することが可能となる。そして、エンジン１を停止したときに流路制御弁４を閉鎖状態に戻す制御を行う。なお、流路制御弁４の制御方法はこれに限定されるものではなく、通常どおりにジャケット２の上流側の冷却液の温度が第５基準温度より高いか低いかにより流路制御弁４の全開又は閉鎖を切り換える動作制御を行うことも可能である。
【００４５】
なお、本実施形態においては、流路制御弁４は全開状態と閉鎖状態との２つの状態が切り換えられるのみであって、冷却液の一部がラジエータ側流路６ａに流れるような中間の状態を有しないものを用いる場合について説明した。これは、本発明に係るエンジン１の冷却装置では、できる限りそのような中間の状態をなくし、冷却液がラジエータ側流路６ａを通って循環される状態に早くするとともにその状態をできるだけ維持することにより、循環ポンプによる消費エネルギーの低減を図ることを目的としていることから、そのような中間の状態を有しない流路制御弁４の方がこの冷却装置には適していることによるものである。しかしながら、駆動源としてリニアアクチュエータを用い、開度を連続的に変化させることができる制御弁を流路制御弁４として用いることも当然に可能である。
なお、本実施形態における循環ポンプ３の構成及びその動作制御は、前記第１の実施形態の場合と同様である。
【００４６】
次に、本実施形態に係るエンジン１の冷却装置の動作について、暖機運転時と定常運転時とに分けてそれぞれ説明する。
【００４７】
（暖機運転時）
エンジン１を始動した直後の暖機運転時は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度も低い。その温度は第１基準温度よりも十分に低い温度であって、流路制御弁４が全開状態となる第５基準温度よりも低い温度である。したがって、流路制御弁４は閉鎖状態となっており、図５に示すように、冷却液はラジエータ５を通過しないバイパス流路６ｂを通ってジャケット２に循環される。また、ジャケット２の上流側の冷却液の温度は第２基準温度よりも低い温度であるため、循環ポンプ３は、最低の動作量ｒ２（図３参照）で動作している。したがって、このとき冷却液は、ジャケット２内の冷却液の温度分布が大きく偏らない程度に冷却液を循環させる最低限の循環量でジャケット２及び冷却液循環路６を循環する。これにより、冷却液はラジエータ５により冷却されることがなく、かつ冷却液の循環量も非常に少なく抑えられているので、エンジン１は冷却液によってほとんど冷却されることがなく、エンジン１の温度が早く上昇するので暖機が促進される。
【００４８】
（定常運転時）
そして、本実施形態においては、冷却液の温度が上昇して第５基準温度を超えたとき流路制御弁４は全開状態となるように制御され、図４に示すように、冷却液はすべてラジエータ側流路６ａ及びラジエータ５を通ってジャケット２に循環される状態となり、エンジン１の暖機運転は終了する。その後は、ジャケット２の上流側の冷却液の温度が第１基準温度付近でほぼ一定となるように循環ポンプ３の動作量が制御され、冷却液がすべてラジエータ側流路６ａ及びラジエータ５を通ってジャケット２に循環される状態が保持される定常運転となる。このときの循環ポンプ３の動作制御の具体的な方法は、前記第１の実施形態と同様である。これにより、エンジン１のオーバーヒートを確実に回避しつつジャケット２の上流側の冷却液の温度を流路制御弁４が全開となる温度以上に維持することができる。したがって、冷却液をバイパス流路６ｂよりも抵抗のすくないラジエータ側流路６ａに循環させることができ、冷却液を循環させるための循環ポンプによる消費エネルギーを低減することが可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るエンジンの冷却装置によれば、エンジンの冷却のための冷却液を効率的に循環させることができ、循環ポンプによる消費エネルギーを低減し、エンジンの燃費の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエンジンの冷却装置の全体構成を示す模式図であって、エンジンの定常運転時の冷却液の流れを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るエンジンの冷却装置の全体構成を示す模式図であって、エンジンの暖機運転時の冷却液の流れを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るエンジンの冷却装置における冷却液の温度と循環ポンプの動作量（回転数）との関係の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るエンジンの冷却装置の全体構成を示す模式図であって、エンジンの定常運転時の冷却液の流れを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るエンジンの冷却装置の全体構成を示す模式図であって、エンジンの暖機運転時の冷却液の流れを示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  ジャケット
３  循環ポンプ
４  流路制御弁
５  ラジエータ
６  冷却液循環路
６ａ  ラジエータ側流路
６ｂ  バイパス流路
６ｄ  中間流路
９  ファン
１０  制御装置
１１  液温センサ
【図１】
2004285830.tif 000003
【図２】
2004285830.tif 000004
【図３】
2004285830.tif 000005
【図４】
2004285830.tif 000006
【図５】
2004285830.tif 000007