(57)【要約】【課題】内燃機関の暖機運転時における冷却水の熱の用途を柔軟に選択でき、使い勝手を高めることができる内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】エンジン１０の始動後、冷却水弁３８を開いて冷却水循環路３４による冷却水の循環を行うことにより、エンジン１０によって加熱された冷却水の熱を利用してヒータ１６およびＡＴＦウォーマ１４による熱交換を行わせることができる。また、冷却水弁３８を閉じて冷却水循環路３４による冷却水の循環を停止させることによりエンジン１０の暖機運転期間を短縮することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された内燃機関、前記車両の車室内の空調を行う空調空気と冷却水とを熱交換させる空調用熱交換手段、及び、前記車両に搭載された変速機に用いられるオイルと前記冷却水とを熱交換させる変速機用オイル熱交換手段を直列に接続し、これら内燃機関、空調用熱交換手段および変速機用オイル熱交換手段の間で冷却水を循環させる冷却水循環路と、
前記冷却水循環路に設けられた冷却水弁と、
前記冷却水弁の開閉制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関の暖機運転期間、前記冷却水弁を閉状態に維持し、かつ、前記暖機運転期間に予め定められた弁開放条件が成立したならば、前記冷却水弁を開状態に切り替える、
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記暖機運転期間が終了したならば、前記冷却水弁を開状態に切り替える、
ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記予め定められた弁開放条件の成立は、前記制御手段が前記空調の動作の要求を受け付けることでなされる、
ことを特徴とする請求項２または３記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却水の上流側から下流側に沿って前記空調用熱交換手段、前記変速機用オイル熱交換手段の順番で配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の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】
車両に搭載された内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させることにより内燃機関の冷却を行う冷却装置がある。
内燃機関によって暖められた冷却水の熱を有効に利用する観点から、車室内の空調を行う空調空気と冷却水とを熱交換させるヒータコアと、自動変速機用オイルと冷却水とを熱交換させる熱交換器とを直列に接続して冷却水をそれらヒータコアおよび熱交換器と内燃機関との間で循環させるようにした冷却装置が提案されている（特許文献１参照）。
この冷却装置は、内燃機関を始動させた直後の暖機運転の期間、ラジエータに対する冷却水の循環をサーモスタット弁によって停止させると共に、ヒータコアおよび熱交換器と内燃機関との間で冷却水を循環させるようにしている。
このような構成によれば、暖機運転時、空調装置によって車室の空気をヒータコアにより熱交換させることで車室内の空気を速やかに暖めることができ、暖房性能を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６０５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術によれば、例えば寒冷地などの環境下で内燃機関が０℃近くに低下した状態から内燃機関を始動する場合、内燃機関によって暖められた冷却水（温水）の熱がヒータコアおよび熱交換器に利用されてしまう。すなわち、従来技術では、内燃機関の暖機運転で暖められた冷却水の熱の用途が制約されており、暖機運転の期間が長引き燃費の向上を図る上で不利となる。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、内燃機関の暖機運転時における冷却水の熱の用途を柔軟に選択でき、使い勝手を高めることができる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】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の冷却装置は、車両に搭載された内燃機関、前記車両の車室内の空調を行う空調空気と冷却水とを熱交換させる空調用熱交換手段、及び、前記車両に搭載された変速機に用いられるオイルと前記冷却水とを熱交換させる変速機用オイル熱交換手段を直列に接続し、これら内燃機関、空調用熱交換手段および変速機用オイル熱交換手段の間で冷却水を循環させる冷却水循環路と、前記冷却水循環路に設けられた冷却水弁と、前記冷却水弁の開閉制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、冷却水弁を開いて冷却水循環路による冷却水の循環を行うことにより、内燃機関によって加熱された冷却水の熱を利用して空調用熱交換手段および自動変速機用オイル熱交換手段による熱交換を行わせることができる。また、冷却水弁を閉じて冷却水循環路による冷却水の循環を停止させることにより内燃機関の暖機運転期間を短縮することができる。
したがって、内燃機関の暖機運転時における冷却水の熱の用途を柔軟に選択でき、使い勝手を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施の形態における内燃機関の冷却装置２０の構成を模式的に示す構成図である。
【図２】内燃機関の冷却装置２０の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】内燃機関の冷却装置２０の動作を示す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、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態の車両は、走行用の駆動源である内燃機関としてのエンジン１０と、自動変速機１２と、ＡＴＦウォーマ１４と、ヒータ１６と、エンジンＥＣＵ１８（図２）と、本発明に係る冷却装置２０とが搭載されている。
エンジン１０は、エンジンＥＣＵ１８によって始動、停止され、また、燃料の噴射タイミングや噴射量が制御される。エンジン１０はディーゼルエンジンであってもガソリンエンジンであってもよい。
エンジン１０は、シリンダブロック１０Ａ、シリンダヘッド１０Ｂを含んで構成されている。
シリンダブロック１０Ａおよびシリンダヘッド１０Ｂが互いに連結されることでピストンを収容するシリンダ室が形成される。
シリンダブロック１０Ａおよびシリンダヘッド１０Ｂには、互いに連結された状態でシリンダブロック１０Ａおよびシリンダヘッド１０Ｂにわたって冷却水を循環させることでエンジン１０を冷却するための第１の冷却水路２２が形成されている。
シリンダヘッド１０Ｂには第１の冷却水路２２を通る冷却水の水温を検出してその検出結果をエンジンＥＣＵ１８（図２）に供給する水温センサ２６が設けられている。
エンジン１０の吸気通路には吸気量を制御する図示しないスロットル弁が設けられ、スロットル弁はスロットルボディ１１に収容され、スロットルボディ１１に冷却水を循環させるための第２の冷却水路２４が形成されている。
なお、スロットルボディ１１に第２の冷却水路２４を設けるのは、エンジン１０によって加熱された冷却水を第２の冷却水路２４に流通させることにより、スロットルボディ１１を昇温させて、寒冷地などにおいてスロットル弁が凍結、固着することを回避するためである。
【０００９】
自動変速機１２は、エンジン１０の出力軸に連結されるトルクコンバータと、トルクコンバータに連結される変速機構とを備える。
トルクコンバータには、動力を伝達する作動油としての自動変速機用オイル、すなわちＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）が供給されている。
ＡＴＦウォーマ１４は、自動変速機１２のＡＴＦとエンジン１０の冷却水とを熱交換させる自動変速機用オイル熱交換手段を構成する。
より詳細には、ＡＴＦウォーマ１４はエンジン１０の冷却水の熱によってＡＴＦの油温を上昇させることによりＡＴＦの粘性抵抗を減少させ、自動変速機１２の機械的損失を低減させる。
ＡＴＦウォーマ１４にはＡＴＦの油温を検出して図示しないトランスミッションＥＣＵに検出結果を供給する油温センサ２８が設けられている。油温センサ２８で検出された油温情報は、例えばトランスミッションＥＣＵからＣＡＮ通信を介してエンジンＥＣＵ１８（図２）で受信される。なお、油温センサ２８の検出結果をエンジンＥＣＵ１８に直接的に供給することも可能である。
【００１０】
ヒータ１６は、車室内の空調を行う空調空気とエンジン１０の冷却水とを熱交換させる空調用熱交換手段を構成する。
より詳細には、ヒータ１６は、図示しない空調装置に組み込まれ、空調装置のファンによって送風される空気がヒータ１６に衝当することにより冷却水によって加熱されたヒータ１６によって空気が暖められ、暖められた空気が車室内に吹き出され、これにより車室内の空調がなされる。
【００１１】
図２に示すように、エンジンＥＣＵ１８は、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
エンジンＥＣＵ１８は、前記のＣＰＵが前記制御プログラムを実行することにより、後述する動作を実行するものであって、本実施の形態では制御手段を構成する。
また、エンジンＥＣＵ１８には、前記の空調装置の制御を司る不図示の空調用ＥＣＵから空調要求信号が供給される。空調用ＥＣＵは、ユーザによって前記空調装置の操作パネルが操作されることによって前記の空調要求信号を生成する。本実施の形態では、空調装置に暖房を実行させる操作が操作パネルに対してなされると、空調用ＥＣＵからエンジンＥＣＵ１８に対して空調要求信号が供給される。
【００１２】
冷却装置２０は、ウォータポンプ３０と、エンジン側冷却水循環路３２と、冷却水循環路３４と、ラジエータ冷却水循環路３６と、冷却水弁３８と、エンジンＥＣＵ１８とを含んで構成されている。
【００１３】
ウォータポンプ３０は、エンジン側冷却水循環路３２、冷却水循環路３４、ラジエータ冷却水循環路３６に冷却水を循環させるものであり、冷却水を吸入する吸入口３０Ａと冷却水を吐出する吐出口３０Ｂとを備えている。
ウォータポンプ３０は、エンジン１０の出力軸にプーリとベルトを介して連結され、出力軸から供給される動力により回転駆動されることで動作する。
【００１４】
エンジン側冷却水循環路３２は、前記の第１、第２の冷却水路２２、２４と、第１の管路４０と、前記の第２の管路４２とを含んで構成される。
第１の冷却水路２２の上流端は、ウォータポンプ３０の吐出口３０Ｂに接続されている。
第１の冷却水路２２の下流端は、第１の管路４０を介して第２の冷却水路２４の上流端に接続されている。
第２の冷却水路２４の下流端は、第２の管路４２、後述するサーモスタット弁５４を介してウォータポンプ３０の吸入口３０Ａに接続されている。
【００１５】
冷却水循環路３４は、エンジン側冷却水循環路３２と、ヒータ１６と、ＡＴＦウォーマ１４とを直列に接続し、これらエンジン側冷却水循環路３２と、ヒータ１６と、ＡＴＦウォーマ１４の間で冷却水を循環させるものである。
するものである。言い換えると、冷却水循環路３４は、エンジン１０と、ヒータ１６と、ＡＴＦウォーマ１４とを直列に接続し、これらエンジン１２と、ヒータ１６と、ＡＴＦウォーマ１４の間で冷却水を循環させるものである。
冷却水循環路３４は、第３の管路４４と、第４の管路４６と、第５の管路４８とを含んで構成されている。
第３の管路４４の上流端は、第１の冷却水路２２の下流端に接続され、第３の管路４４の下流端は、ヒータ１６の一端に接続されている。
第４の管路４６の上流端は、ヒータ１６の他端に接続され、第４の管路４６の下流端は、ＡＴＦウォーマ１４の一端に接続されている。
第５の管路４８の上流端は、ＡＴＦウォーマ１４の他端に接続され、第５の管路４８の下流端は、第２の管路４２の中間箇所に接続され、これによりＡＴＦウォーマ１４の他端は、第５の管路４８および第２の管路４２、サーモスタット弁５４を介してウォータポンプ３０の吸入口３０Ａに接続される。
したがって、本実施の形態では、冷却水の上流側から下流側に沿ってヒータ１６、ＡＴＦウォーマ１４の順番で配置されている。
【００１６】
冷却水弁３８は、冷却水循環路３４に介設され、本実施の形態では、第３の管路４４に設けられている。図２に示すように、冷却水弁３８は、エンジンＥＣＵ１８からの制御信号により開閉動作することにより、冷却水循環路３４による冷却水の循環を許容あるいは禁止する。
冷却水弁３８は、冷却水循環路３４による冷却水の循環を許容あるいは禁止できればよく、冷却水循環路３４の何れの箇所に設けるかは限定されない。
すなわち、ウォータポンプ３０が動作中に冷却水弁３８が開状態となると、冷却水循環路３４による冷却水の循環がなされヒータ１６およびＡＴＦウォーマ１４による熱交換が実施され、冷却水弁３８が閉状態となると、冷却水循環路３４による冷却水の循環が停止されヒータ１６およびＡＴＦウォーマ１４による熱交換が停止される。
【００１７】
ラジエータ冷却水循環路３６は、冷却水が予め定められた水温を超えるとサーモスタット弁５４を介してエンジン側冷却水循環路３２と連通されエンジン１０と後述するラジエータ５６との間で冷却水を循環させるものである。
ラジエータ冷却水循環路３６は、第６の管路５０と、第７の管路５２と、ラジエータ５６とを含んで構成されている。
第６の管路５０の上流端は、第１の冷却水路２２に接続され、第６の管路５０の下流端は、ラジエータ５６の一端に接続されている。
第７の管路５２の上流端は、ラジエータ５６の他端に接続され、第７の管路５２の下流端は、サーモスタット弁５４を介してウォータポンプ３０の吸入口３０Ａに接続されている。
ラジエータ５６は、冷却水とエンジン１０が搭載されたエンジンルームに流通する外気との間で熱交換を行うことで冷却水を冷却するものである。
【００１８】
サーモスタット弁５４は、第２の管路４２の下流端と、第７の管路５２の下流端と、ウォータポンプ３０の吸入口３０Ａとに接続され、エンジン側冷却水循環路３２（第２の管路４２）とウォータポンプ３０の吸入口３０Ａとを連通している。
サーモスタット弁５４は、エンジン側冷却水循環路３２を流通する冷却水が予め定められた水温以下の場合に、ラジエータ５６とウォータポンプ３０の吸入口３０Ａとの間の冷却水の流れを不能な状態とする。以下この状態をサーモスタット弁５４の閉状態として説明する。この場合、ウォータポンプ３０が動作することによりエンジン側冷却水循環路３２による冷却水の循環がなされるが、ラジエータ冷却水循環路３６による冷却水の循環はなされない。
また、サーモスタット弁５４は、エンジン側冷却水循環路３２を流通する冷却水が前記の予め定められた水温を超える場合に、ラジエータ５６とウォータポンプ３０の吸入口３０Ａとの間の冷却水の流れを可能な状態とする。以下この状態をサーモスタット弁５４の開状態として説明する。この場合、ウォータポンプ３０が動作することにより冷却水循環路３４およびラジエータ冷却水循環路３６による冷却水の循環がなされる。
前記の予め定められた水温は、エンジン１０の暖機運転が終了してエンジン１０が定常運転を行っている状態での比較的高い水温ＴＨに設定されている。
【００１９】
次に冷却装置２０の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
ユーザの操作により始動信号がエンジンＥＣＵ１８に与えられることにより、エンジンＥＣＵ１８はエンジン１０を始動させ暖機運転が開始される（ステップＳ１０）。また、エンジンＥＣＵ１８は冷却水弁３８を閉動作させる（ステップＳ１２）。
これによりウォータポンプ３０が動作し、冷却水がエンジン側冷却水循環路３２を循環する。一方、冷却水循環路３４は冷却水弁３８が閉状態にあるため冷却水の循環はなされない。また、ラジエータ冷却水循環路３６は冷却水の水温が低いためサーモスタット弁５４が閉状態にあることから冷却水の循環はなされない。したがって、冷却水の循環はエンジン側冷却水循環路３２に限定されることから、エンジン側冷却水循環路３２を循環する冷却水は、エンジン１０によって早期に加熱され温度が上昇していく。
【００２０】
次いで、エンジンＥＣＵ１８は、弁開放条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１４）。本実施の形態では、弁開放条件の成立は、エンジンＥＣＵ１８が空調の動作の要求である空調要求信号を受け付けることでなされる。
ステップＳ１４が否定であれば、エンジンＥＣＵ１８は、暖機運転が終了したか否かを判定する（ステップＳ１８）。本実施の形態では、エンジンＥＣＵ１８は、水温センサ２６で検出された冷却水の温度が予め定められた水温ＴＬ（ただしＴＬ＜ＴＨ）に到達したことをもって暖機運転が終了したものと判定する。
ステップＳ１８が否定ならば、エンジンＥＣＵ１８は、ステップＳ１４に戻り暖機運転を継続させる。
ステップＳ１８が肯定ならば、言い換えると、暖機運転期間が終了したならば、エンジンＥＣＵ１８は、冷却水弁３８を開動作させる（ステップＳ２０）。これにより、エンジン側冷却水循環路３２に加えて冷却水循環路３４にも冷却水が循環し、加熱された冷却水がヒータ１６およびＡＴＦウォーマ１４に流通する。
加熱された冷却水がヒータ１６を流通することによって、ヒータ１６による空気の加熱が可能な状態となる。この場合、空調装置が動作すると、車室内の空気がヒータ１６によって暖められて車室内に吹き出され暖房がなされる。
加熱された冷却水がＡＴＦウォーマ１４を流通することによって、ＡＴＦが昇温される。
【００２１】
次いで、冷却水の温度がさらに上昇してやがて前記の水温ＴＨに到達すると、サーモスタット弁５４が開動作する（ステップＳ２２）。これにより、エンジン側冷却水循環路３２、冷却水循環路３４に加えてラジエータ冷却水循環路３６にも冷却水が循環し、冷却水がラジエータ５６を流通することによって冷却され、冷却水が適切な温度に維持される。これ以降、エンジン１０が定常運転を実行し、冷却水がエンジン側冷却水循環路３２、冷却水循環路３４、ラジエータ冷却水循環路３６を循環することにより、冷却水が適切な温度に維持されつつ、エンジン１０、ヒータ１６、ＡＴＦウォーマ１４での熱交換がなされる。
また、冷却水の温度が前記の水温ＴＨを下回る場合は、サーモスタット弁５４が閉動作することでラジエータ冷却水循環路３６による冷却水の循環は停止されるが、冷却水循環路３４による冷却水の循環は維持され、冷却水が適切な温度に維持されつつ、エンジン１０、ヒータ１６、ＡＴＦウォーマ１４での熱交換がなされる。
【００２２】
ステップＳ１４で弁開放条件が成立すると、エンジンＥＣＵ１８は、冷却水弁３８を開動作させる（ステップＳ１６）。これにより、暖機運転期間であっても、エンジン側冷却水循環路３２に加えて冷却水循環路３４にも冷却水が循環し、加熱された冷却水がヒータ１６およびＡＴＦウォーマ１４に流通する。また、空調装置が動作することにより、車室内の空気がヒータ１６によって暖められて車室内に吹き出され暖房がなされる。
この場合、冷却水の熱がヒータ１６およびＡＴＦウォーマ１４によって奪われるため、エンジン側冷却水循環路３２を循環する冷却水の温度上昇が緩やかなものとなることから、エンジン１０の暖機運転期間が多少長くなるが、空調装置によって速やかに車室内を暖房することができる。
次いで、エンジンＥＣＵ１８は、ステップＳ１８に進み、上述と同様の動作を実行する。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、冷却水弁３８を開いて冷却水循環路３４による冷却水の循環を行うことにより、エンジン１０によって加熱された冷却水の熱を利用してヒータ１６およびＡＴＦウォーマ１４による熱交換を行わせることができる。
また、冷却水弁３８を閉じて冷却水循環路３４による冷却水の循環を停止させることによりエンジン１０の暖機運転期間を短縮することができる。
したがって、暖房性能を優先して暖機運転の期間が長引き燃費が低下することを許容する使い方と、暖房性能の低下を許容して暖機運転の期間の短縮を図り燃費の向上を図る使い方とを選択することができ、内燃機関の暖機運転時における冷却水の熱の用途を柔軟に選択でき、使い勝手を高めることができる。
例えば、寒冷地などのように外気温が低温である環境下においては、暖房性能を優先することで車室内の環境をエンジン始動後、早期に快適なものとすることができる。これに対して、車室内の暖房を必要としない常温環境下においては、暖機運転の期間の短縮を優先することで燃費の向上を図ることができる。
【００２４】
また、本実施の形態では、エンジン１０の暖機運転期間、冷却水弁３８を閉状態に維持し、かつ、暖機運転期間に弁開放条件が成立したならば、冷却水弁３８を開状態に切り替えるようにした。したがって、弁開放条件の成立の可否に応じて冷却水循環路３４による冷却水の循環を的確に制御することができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、暖機運転期間が終了したならば、冷却水弁３８を開状態に切り替えるようにした。
したがって、暖機運転期間の終了に応じて冷却水循環路３４による冷却水の循環を的確に制御することができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、弁開放条件は、空調動作の要求がエンジンＥＣＵ１８に受け付けられることである。
したがって、空調動作の要求に応じて冷却水循環路３４による冷却水の循環を的確に制御することができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、冷却水の上流側から下流側に沿ってヒータ１６、ＡＴＦウォーマ１４の順番で配置されているが、ヒータ１６とＡＴＦウォーマ１４の順番はこれと逆でも良い。
しかしながら、本実施の形態のようにすると、加熱された冷却水の熱がヒータ１６によって優先的に利用されるため、空調装置による車室内の空気を早期に昇温させることができ、暖房性能の向上を図ることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、自動変速機用オイル熱交換手段としてＡＴＦを昇温させるＡＴＦウォーマ１４を設けた場合について説明したが、自動変速機用オイル熱交換手段としてＡＴＦを冷却させるＡＴＦクーラを設けてもよく、あるいは、自動変速機用オイル熱交換手段がＡＴＦウォーマおよびＡＴＦクーラを兼用してもよい。
また、ＡＴＦクーラを設ける場合は、冷却水の上流側から下流側に沿ってヒータ１６、ＡＴＦクーラの順番で配置すると、加熱された冷却水の熱がヒータ１６によって冷却されたのちＡＴＦクーラに供給されるため、ＡＴＦクーラによるＡＴＦの冷却性能の向上を図ることができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、本発明を自動変速機１２（ＡＴやＣＶＴ）とＡＴＦウォーマ１４に適用した場合について説明したが、手動変速機に適用することも可能である。手動変速機であっても、本発明を適用することで、燃費（ＣＯ２）の低減効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０……エンジン、１０Ａ……シリンダブロック、１０Ｂ……シリンダヘッド、１１……スロットルボディ、１２……自動変速機、１４……ＡＴＦウォーマ、１６……ヒータ、１８……エンジンＥＣＵ、２０……冷却装置、２６……水温センサ、２８……油温センサ、３０……ウォータポンプ、３２……エンジン側冷却水循環路、３４……冷却水循環路、３６……ラジエータ冷却水循環路、３８……冷却水弁、５４……サーモスタット弁、５６……ラジエータ。
【図１】
2012132422.tif 000003
【図２】
2012132422.tif 000004
【図３】
2012132422.tif 000005