(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させるポンプ手段と、
エンジンのシリンダヘッド内に設けられる前記第１冷媒通路と、
エンジンのシリンダブロック内に設けられ、前記第１冷媒通路と連通する第２冷媒通路と、
冷媒と外部空気との間で熱交換を行うラジエータと、
該ラジエータと前記第１冷媒通路とを連通する第３冷媒通路と、
前記ラジエータと前記ポンプ手段とを連通する第４冷媒通路と、
前記ポンプ手段と前記第２冷媒通路を連通する第５冷媒通路と、
前記第５冷媒通路と前記第１冷媒通路とを連通する連絡通路と、
前記第４冷媒通路から分岐して前記連絡通路に連通する第６冷媒通路と、
前記ポンプ手段を前記連絡通路を介して第１冷媒通路と連通させるか、前記第５冷媒通路を介して前記第２冷媒通路と連通させるかを制御する制御弁と、
前記連絡通路に配置して、冷媒を保温して貯蔵する蓄熱器と、
前記連絡通路と第６冷媒通路との連通・遮断を制御する切替弁と、
前記第６冷媒通路に設けられ、冷媒と外部空気との間で熱交換を行うヒータコアと、
周囲の空気温度を測定する温度検知機構と、を備え、
前記温度検知機構により検知した空気温度が所定の温度以上であった場合には、エンジンの始動前に、前記蓄熱器に貯えられた冷媒を前記第２冷媒通路及び前記第６冷媒通路を介さずに前記第１冷媒通路に流入させるように前記制御弁が作動するエンジンの冷却装置。
【請求項２】
前記空気温度が前記所定の温度以下あるいは、車室の暖房求められる場合には、前記切替弁を前記連絡通路と第６冷媒通路とを連通させるように制御することを特徴とした請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
【請求項３】
冷媒の温度を検知する冷媒温度検知機構を備え、前記冷媒の温度が所定の温度以上で、かつ、車室の暖房が必要ない場合には、前記ポンプ手段と前記第２冷媒通路とが連通するように前記制御弁を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水冷式エンジンの冷却装置に関するもので、特に、自動車用エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−７３７６４号公報（第１の従来技術という）には、水冷式エンジンの冷却装置の冷媒を保温貯蔵する保温タンクを設け、エンジンの始動時に保温タンク内に保温貯蔵された冷媒をウォータポンプによってエンジンに供給してエンジンの暖機運転の促進及び暖機時間の短縮を図るものが開示されている。
【０００３】
また、実開平６―７４４０８（第２の従来技術という）には、熱媒（冷媒）を補助サイクルで蓄熱器を介してヒータコアに熱媒を供給する自動車用暖房装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第１の従来技術においては、エンジンに冷媒を供給するウォータポンプによってエンジンの冷却装置に冷媒を供給するため、蓄熱器とヒータコアとの間だけで冷却液を循環させることはできない。そのため、蓄熱器内に貯蔵されている冷媒はヒータコアだけでなく、蓄熱器の容量と比較してその容量が大きいエンジンの冷却装置全体に供給されるので、蓄熱器に貯蔵されている冷媒はすぐに消費されてしまう。蓄熱器内に貯蔵されている冷媒がすべて消費されると、ヒータコアにはエンジン内を流れてきた冷媒が供給される。このエンジン内を流れてきた冷媒の温度は蓄熱器内に貯蔵されていた冷媒の温度と比較して低いため、ヒータコアに熱を充分に供給できなくなる。その結果、このような冷却装置の構成では暖機運転中において、エンジンのヒータが効きづらくなる、という問題を生じる。
【０００５】
また、第２の従来技術においては、蓄熱器とヒータコアとが直列に配置されているため通路抵抗が非常に大きい。そのため、両者に冷媒を供給する補助サイクルの循環ポンプが大型化してコストの増大や搭載性の低下を招く、という問題が生じる。
【０００６】
それゆえ、本発明は、エンジンの冷間時においてヒータ性能が確保できると共に、エンジンの暖機性、燃費を向上させる簡単な構成の車両用冷却装置を提供することをその課題とする。
【０００７】
上記した課題を解決するために請求項１の発明にて講じた技術的手段は、冷媒を循環させるポンプ手段と、エンジンのシリンダヘッド内に設けられる前記第１冷媒通路と、エンジンのシリンダブロック内に設けられ、前記第１冷媒通路と連通する第２冷媒通路と、冷媒と外部空気との間で熱交換を行うラジエータと、該ラジエータと前記第１冷媒通路とを連通する第３冷媒通路と、前記ラジエータと前記ポンプ手段とを連通する第４冷媒通路と、前記ポンプ手段と前記第２冷媒通路を連通する第５冷媒通路と、前記第５冷媒通路と前記第１冷媒通路とを連通する連絡通路と、前記第４冷媒通路から分岐して前記連絡通路に連通する第６冷媒通路と、前記ポンプ手段を前記連絡通路を介して第１冷媒通路と連通させるか、前記第５冷媒通路を介して前記第２冷媒通路と連通させるかを制御する制御弁と、前記連絡通路に配置して、冷媒を保温して貯蔵する蓄熱器と、前記連絡通路と第６冷媒通路との連通・遮断を制御する切替弁と、前記第６冷媒通路に設けられ、冷媒と外部空気との間で熱交換を行うヒータコアと、周囲の空気温度を測定する温度検知機構と、を備え、前記温度検知機構により検知した空気温度が所定の温度以上であった場合には、エンジンの始動前に、前記蓄熱器に貯えられた冷媒を前記第２冷媒通路及び前記第６冷媒通路を介さずに前記第１冷媒通路に流入させるように前記制御弁が作動することである。これによって、冷媒を運転状況に応じてエンジンの冷却が必要とされる部分（例えばシリンダヘッドだけ、あるいはシリンダブロックとシリンダヘッドの両方）にだけ選択的に供給できるように冷媒回路を構成できるので、冷媒回路の通路抵抗が低減し、ポンプ手段の最適化を図ることができる。また、燃料の気化の促進によるエンジンの始動性を向上や、始動直後の燃焼も安定による排気エミッションを向上などを図ることができる。また、エンジンを介さずに蓄熱器とヒータコアとを連通させることができるので、蓄熱器の冷媒をヒータコアにだけ供給させることが可能になる。更に、蓄熱器に貯蔵された温度の高い冷媒をシリンダヘッドだけに選択的に供給することができ、蓄熱器に貯蔵された限られた量の温度の高い冷媒を効率よく使用することができる。
【００１１】
上記した課題を解決するために請求項２の発明にて講じた技術的手段は、上記した請求項１に記載の技術的手段に加えて、前記空気温度が前記所定の温度以下あるいは、車室の暖房が求められる場合には、前記切替弁を前記連絡通路と第６冷媒通路とを連通させるように制御するようにしたことである。これによって、空気温度が所定の温度以下で、車室の暖房が必要なときには、蓄熱器に貯蔵された温度の高い冷媒をヒータコアだけに供給することができるので、エンジンの暖機が完了するまでの間、蓄熱器に貯蔵された冷媒により十分なヒータ性能を確保することができる。
【００１２】
上記した課題を解決するために請求項３の発明にて講じた技術的手段は、上記した請求項１または２の技術的手段に加えて、冷媒の温度を検知する冷媒温度検知機構を備え、前記冷媒の温度が所定の温度以上で、かつ、車室の暖房が必要ない場合には、前記ポンプ手段と前記第２冷媒通路とが連通するように前記制御弁を制御するようにしたことである。これによって、エンジンの温度が所定の温度以上で、車室の暖房が必要ないときにはシリンダブロックを介して冷媒は供給されるので、蓄熱器やヒータコアを介して冷媒を供給するよりも通路抵抗を小さくすることができ、ポンプ手段の小型化を促進できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に従った実施の形態を図面に基いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態を示す車両用エンジンの模式図である。エンジンは、一般に車両用として用いられている水冷式の内燃機関である。
【００１５】
図１において、エンジンのシリンダヘッド１及びシリンダブロック２の内部にはそれぞれ冷媒を流通させる第１冷媒通路１ａ及び、第２冷媒通路２ａが形成されている。第１冷媒通路１ａと第２冷媒通路２ａは、シリンダヘッド１と、シリンダブロック２とが取り付けられる取付面にそれぞれ設けられた図示しない開口と、取付面間をシールするガスケット３に設けられた図示しない孔部とを介して連通している。シリンダヘッド１には第１冷媒通路１ａの入口となるヘッドインレット１ｂと、出口となるアウトレット１ｃがそれぞれ設けられている。また、シリンダブロック２には第２冷媒通路２ａの入口となるブロックインレット２ｂが設けられている。アウトレット１ｃは第３冷媒通路４を介してラジエータ５の入口５ａと連通する。ラジエータ５は冷媒と外部空気との間で熱交換を行う公知のものである。ラジエータ５の出口５ｂは第４冷媒通路６を介してウォータポンプ７（ポンプ手段）と連通している。ウォータポンプ７は所謂遠心式ポンプであり、本実施形態において、ウォータポンプ７はモータ等のエンジンの駆動力とは異なる駆動源（電動モータ等）によって駆動する。ウォータポンプ７は第５冷媒通路９を介してブロックインレット２ｂと連通している。また、第５冷媒通路９には三方向の第１制御弁（制御弁）８が設けられ、第１制御弁８からは連絡通路１３が分岐して設けられている。この第１制御弁８はウォータポンプ７を第５冷媒通路９と連通するか、または連絡通路と連通するかを切り替える。連絡通路の途中には蓄熱器１７が設けられている。蓄熱器１７は冷媒を周囲の空気から断熱的に貯蔵するタンクである。連絡通路は蓄熱器１７を介して第１冷媒通路１ａと連通する。
【００１６】
第４冷媒通路６からは、第６冷媒通路１０が分岐して設けられている。第６冷媒通路１０は、ヒータコア１１、切替弁１２を介して連絡通路１３と連通している。この切換弁１２は第６冷媒通路１０と連絡通路１３との連通・遮断を制御する。ヒータコア１１は、車室空気と冷媒との間で熱交換を行う公知のものである。
【００１７】
第４冷媒通路６とウォータポンプ（ポンプ手段）７との間には三方向の第２制御弁１４が設けられている。第２制御弁１４は、第３冷媒通路４から分岐した第７冷媒通路１５と連通している。これにより、第３冷媒通路４と第４冷媒通路６はラジエータ５を介さずに第７冷媒通路１５および第１制御弁７とを介して連通することができる。
【００１８】
第２制御弁１４は所謂サーモスタット弁であり、冷媒の温度に応動し、第４冷媒通路６とラジエータ５との間の連通、遮断の切換え及び、第４冷媒通路６と第７冷媒通路１５との間の連通、遮断の切換え、あるいは第４冷媒通路６とラジエータ５との間、第４冷媒通路６と第７冷媒通路１５との間の連通量の割合を制御する。この第２制御弁１４にはサーモスタットを加熱させるためのヒータが設けられていてもよく、第２制御弁１４の開閉制御は後述するＥＣＵ２０によって行われるようにて構成されていてもよい。
【００１９】
エンジン制御装置（以下ＥＣＵという）２０は、周囲空気温度センサ２１や、エンジン温度センサ２２、回転数センサ２３、エンジン負荷センサ２４、冷媒温度センサ２５などからの情報によって、第１制御弁８、切替弁１２、第２制御弁１４を所定の位置に制御する制御信号を発生する。図１中では図示されていないが冷媒温度センサ２５はＥＣＵ２０に接続されている。ＥＣＵ２０はまた、ウォータポンプ７の回転を制御し、その吐出量も制御する。本実施形態においては冷媒温度センサ２５は連絡通路１３と第６冷媒通路１０との合流部に設けられている。冷媒温度センサ２５は常に冷媒が流れている冷媒通路中に設けられていることが望ましい。
【００２０】
図２から図５を用いて本発明の作動について説明する。
【００２１】
図２は、エンジンの始動前で、周囲空気温度が所定の値以上である場合の作動を示す図面である。
【００２２】
図２において、第１制御弁８はウォータポンプ７と連絡通路１３とを連通する第１制御位置に制御されている。また、第２制御弁１４は、第４冷媒通路６と第７冷媒通路１５とを連通する第１制御位置に制御されている。また、切替弁１２連絡通路１３とヒータコアとの連通を遮断する第１切替位置に切換えられている。これによって、ウォータポンプ７、第１制御弁８、連絡通路１３、蓄熱器１７、第１冷媒通路１ａ、第３冷媒通路４、第７冷媒通路１５、第２制御弁１４、第４冷媒通路６からなる第１冷媒回路１００が形成される。
【００２３】
このとき、ウォータポンプ７は、エンジン１の始動前に作動する。これによって、蓄熱器１７に貯蔵されていた冷媒がシリンダヘッド１の第１冷媒通路１ａに供給される。この時、シリンダブロック２の第２冷媒通路２ａには冷媒は供給されない。シリンダヘッド１の第１冷媒通路１ａに供給された冷媒はシリンダヘッド１と熱交換してシリンダヘッド１を暖める。その後、冷媒は第１冷媒回路１００を循環する。これによって、エンジンの始動前に蓄熱器１７に貯蔵されていた冷媒を、冷媒通路の容量が大きいラジエータ５や、ヒータコア１１、シリンダブロック２などを介さずにシリンダヘッド１だけに供給することができる。このため、蓄熱器１７に貯蔵された冷媒だけでもシリンダヘッド１を十分に暖めることができる。シリンダヘッド１を暖めることによって、吸入空気温度の向上によって燃料の霧化が促進されるので、エンジンの燃焼が改善して始動性の向上を図ることができる。また、吸入空気温度を向上させることによって吸入空気の密度が低下するので、エンジンが必要とする空気量を確保するために吸気通路の絞り弁の開度を大きくすることができる。これにより、エンジンのポンピングロスが低減し、燃費の向上を図ることができる。
【００２４】
また、同様な作動はエンジンが停止した直後にも行われる。エンジンの停止後にウォータポンプ７を作動させることにより、シリンダヘッド１と熱交換した高温の冷媒を蓄熱器１７に導入することができる。これによって、蓄熱器１７内に貯蔵される冷媒はより長い時間その熱量を保持することが可能となる。ここで、ウォータポンプ７がエンジンを駆動源としない電動モータ等により駆動されることによってエンジンの始動前あるいは停止後に上記したような作動が可能となることは言うまでもない。
【００２５】
図３はエンジンの始動時で周囲空気温度が所定の温度以下、あるいは車室の暖房がＯＮされたときの冷媒の流れを示す模式図である。また、後述するアイドリングストップ時に冷媒の温度が所定の温度以下の場合に車室内の暖房がＯＮされたときの冷媒の流れを示す模式図である。
【００２６】
このとき、第１制御弁８は第１制御位置に、第２制御弁１４は第１制御位置に、切替弁１２は、連絡通路１３とヒータコア１１とを連通させる第２切替位置に、それぞれ制御されている。
【００２７】
これによって、ウォータポンプ７、連絡通路１３、蓄熱器１７、第６冷媒通路１０、切替弁１２、ヒータコア１１、第４冷媒通路６からなる第２冷媒回路２００が構成される。ウォータポンプ７の作動によって蓄熱器１７に貯蔵されていた冷媒がヒータコア１１に供給され、第２冷媒回路２００内を循環する。蓄熱器１７に貯蔵されていた冷媒は温度が高いので、エンジンの暖機完了までの間のヒータ性能を確保することができる。また、シリンダヘッド１やシリンダブロック２といった部位には冷媒を供給しないため、エンジンの燃焼による熱は第１冷媒通路１ａ、第２冷媒通路２ａに滞留している冷媒に伝導する。これにより、冷媒の温度を急速に向上させることができる。
【００２８】
また、アイドリングストップ時に冷媒の温度が所定の温度以下であり、車室内の暖房が求められた場合にもヒータコア１１に温度の高い冷媒が供給されるのでヒータ性能を確保することができる。ここで、アイドリングストップとはエンジンの停止操作無しに自動的にエンジンのアイドリングを停止させる機構によって一時的にアイドリングが停止された状態を示すものである。
【００２９】
図４はエンジンの始動後において、ヒータがＯＮされた場合の冷媒の流れを示す図面である。
【００３０】
図４において、第１制御弁８は、第４冷媒通路６と第５冷媒通路９とを連通させる第２制御位置に、第２制御弁１４は第１制御位置にそれぞれ制御されている。また、切替弁１２は第２切替位置とされている。これによって、ウォータポンプ７、第５冷媒通路９、第１制御弁８、第２冷媒通路２ａ、第１冷媒通路１ａ、第３冷媒通路４、第７冷媒通路１５、第２制御弁１４、第４冷媒通路６からなる第３冷媒回路３００と、ウォータポンプ７、第５冷媒通路９、第１制御弁８、第２冷媒通路２ａ、第１冷媒通路１ａ、第６冷媒通路１０、切替弁１２、ヒータコア１１、第４冷媒通路６からなる第４冷媒回路４００が構成される。ウォータポンプ７の作動により、第３冷媒回路３００と、第４冷媒回路４００には冷媒が供給される。これによって、シリンダヘッド１、シリンダブロック２などの高温となる部分に設けられた第１、第２冷媒通路１ａ、２ａに冷媒が供給されて熱交換し、これらの温度を下げることができる。また、熱交換して高温となった冷媒をヒータコア１１に供給することによってヒータ性能を確保することができる。
【００３１】
加えて、ヒータがＯＮされていない場合には切替弁１２を第１制御位置に制御し、第４冷媒回路４００への冷媒の供給を停止すれば、通路抵抗を減少させることができるのでウォータポンプ７の作動電力を低減することができる。
【００３２】
また、冷媒の温度が所定値以上のときには第２制御弁１４が第７冷媒通路１５を遮断し、第３冷媒通路４と、第４冷媒通路６とをラジエータを介して連通させる第２制御位置に制御されるので、冷媒をラジエータ５内部で外部空気と熱交換させ、その温度を低下させることができる。
【００３３】
図５は、エンジンのアイドリングがストップしたときで冷媒の温度が所定の温度以上のときに車室内の暖房がＯＮされた場合の冷媒の流れを示す模式図である。
【００３４】
図５において、第１制御弁８は、第４冷媒通路６と第５冷媒通路９とを連通させる第２制御位置に、第２制御弁１４は第１制御位置あるいは第２制御位置のどちらかにそれぞれ制御されている。また、切替弁１２は第２切替位置に制御されている。これによって、ウォータポンプ７、第１制御弁８、第５冷媒通路９、第２冷媒通路２ａ、切替弁１２、ヒータコア１１、第６冷媒通路１０、第４冷媒通路６からなる第５冷媒回路５００が構成される。ウォータポンプ７の作動により、第５冷媒回路５００には冷媒が供給される。冷媒の温度が所定の温度以上のときにはシリンダブロック２に設けられた第２冷媒通路２ａ冷媒の温度は高温である。上記した第５冷媒回路５００により高温の冷媒がヒータコア１１に供給される。これによってアイドリングストップ時にヒータが作動した場合にでもヒータ性能を確保することができる。
【００３５】
上記したように、本実施形態においては、エンジンのあらゆる運転状態のときに最適な冷却回路を構成することができる。これによって、エンジンの始動前や始動後の暖機完了前、ヒータＯＮ時、あるいはアイドリグストップ時などのエンジンの運転状況に応じて、必要な箇所に必要な温度（温度が高いあるいは低い）の冷媒を選択的に供給することができる。これによって、エンジンの始動性や、始動直後の燃焼の安定による排気エミッションの向上、エンジンの過冷却、オーバーヒートの防止、ヒータ性能の改善などが可能となる。
【００３６】
以上のように、請求項１の発明によれば、前記第５冷媒通路と前記第１冷媒通路とを連通する連絡通路を設け、前記第５冷媒通路を前記連絡通路を介して第１冷媒通路と連通させるか、前記第２冷媒通路と連通させるかを制御する制御弁を設けたことによって、冷媒をシリンダヘッドだけに、あるいはシリンダブロックとシリンダヘッドの両方に運転状況に応じてエンジンの冷却が必要とされる部分にだけに選択的に供給できるように冷媒回路を構成することができる。これにより、冷媒回路の通路抵抗を低減させ、ポンプ手段の能力の最適化を図ることができる。これによりポンプ手段の体格、質量、コスト等を低減することができ、装置の搭載性を向上させることができる。
【００３７】
また、冷媒を保温し、貯蔵する蓄熱器を前記連絡通路に配置したことによって、温度の高い冷媒を長時間保存することができるので、エンジンの冷間再始動時に蓄熱器に貯えた暖かい冷媒をエンジンに供給することができる。これによりエンジンの暖機、とくにシリンダヘッドの温度を向上させることができるので、燃料の気化が促進する。このため始動直後の燃焼が安定するので、エンジンの始動性や、排気エミッションの向上を図ることができる。
【００３８】
また、前記第４冷媒通路から分岐して前記連絡通路に連通する第６冷媒通路と、前記連絡通路と第６冷媒通路との連通・遮断を制御する切替弁を設けると共に、冷媒と外部空気との間で熱交換を行うヒータコアを前記第６冷媒通路に設けたことによって、エンジンを介さずに蓄熱器とヒータコアとを連通させることができる。これによって、蓄熱器の冷媒をヒータコアにだけ供給させることが可能になり、エンジンの暖機完了までの間、ヒータコアへ暖かい冷媒を供給することができ、ヒータ性能を確保することができる。
【００３９】
更に、周囲の空気温度を測定する温度検知機構を備え、検知した空気温度が所定の温度以上であった場合には、エンジンの始動前に、前記蓄熱器に貯えられた冷媒を第１冷媒通路のみに流入させるように前記制御弁が作動するようにしたことによって、蓄熱器に貯蔵された温度の高い冷媒をシリンダヘッドだけに選択的に供給することができ、蓄熱器に貯蔵された限られた量の温度の高い冷媒を効率よく使用することができる。
【００４０】
また、請求項２の発明によれば前記空気温度が前記所定の温度以下あるいは、車室の暖房求められる場合には、前記切替弁を前記連絡通路と第６冷媒通路とを連通させるように制御されることによって、空気温度が所定の温度以下で、車室の暖房が必要なときには、蓄熱器に貯蔵された温度の高い冷媒をヒータコアだけに供給することができるので、エンジンの暖機が完了するまでの間、蓄熱器に貯蔵された冷媒により十分なヒータ性能を確保することができる。
【００４１】
また、請求項３の発明によれば、冷媒の温度を検知する冷媒温度検知機構を備え、前記冷媒の温度が所定の温度以上で、かつ、車室の暖房が必要ない場合には、前記ポンプ手段と前記第２冷媒通路とが連通するように前記制御弁が制御されることによって、エンジンの温度が所定の温度以上で、車室の暖房が必要ないときにはシリンダブロックを介して冷媒は供給されるので、蓄熱器やヒータコアを介して冷媒を供給するよりも通路抵抗を小さくすることができ、ポンプ手段の小型化を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の冷却回路の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態のエンジンの始動前に冷却回路の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態のエンジンの始動時で周囲空気温度が所定の温度以下、あるいは車室の暖房がＯＮされたときの冷却回路の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態のエンジンの始動後にヒータがＯＮされた場合の冷却回路の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態のエンジンのアイドリングがストップしたときで冷媒の温度が所定の温度以上のときに車室内の暖房がＯＮされた場合の冷却回路の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１    シリンダヘッド
１ａ  第１冷媒通路
２    シリンダブロック
２ａ  第２冷媒通路
４    第３冷媒通路
５    ラジエータ
６    第４冷媒通路
７    ウォータポンプ（ポンプ手段）
８    第１制御弁（制御弁）
９    第５冷媒通路
１０  第６冷媒通路
１１  ヒータコア
１２  切替弁
１３  連絡通路
１７  蓄熱器
２１  周囲温度検知機構
２５  冷媒温度検知機構
３０  エンジン
【図１】
0004572472.tif 000002
【図２】
0004572472.tif 000003
【図３】
0004572472.tif 000004
【図４】
0004572472.tif 000005
【図５】
0004572472.tif 000006