(57)【要約】【課題】暖機中にウォータジャケット内から冷却水を抜き取るエンジンにおいて、エンジンの暖機を促進するとともに、ウォータポンプの摺動部における潤滑性能を維持する冷却装置を提供することを課題とする。【解決手段】冷却装置１は、ウォータジャケット３内から抜き取った冷却水を貯留する第一タンク５と、第一タンク５内からウォータジャケット３内へ冷却水を移送する電動ポンプ６と、エア及び冷却水を貯留する第二タンク７と、第一タンク５内と第二タンク７内とを接続する第一通路８と、ウォータジャケット３内と第二タンク７内とを接続する第二通路９及び第三通路１０と、エンジン内の冷却水を循環させるウォータポンプ１４と、ウォータポンプ１４の上流側と下流側とを接続する第四通路１６と、冷却水をウォータジャケット３へ流通させる経路と第四通路１６へ流通させる経路とを切替える三方弁１５と、を備えている。【選択図】図１
2009121340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン内部に形成されたウォータジャケット内から抜き取った冷却水を貯留する第一タンクと、
前記ウォータジャケットと前記第一タンクとの間で冷却水を移送する第一ポンプと、
エア及び冷却水を貯留する第二タンクと、
前記第一タンク内に形成される空間と前記第二タンク内に形成される空間とを接続する第一通路と、
前記ウォータジャケット内と前記第二タンク内の空気層とを接続する第二通路と、
前記ウォータジャケット内と前記第二タンク内の冷却水の貯留層とを接続する第三通路と、
当該第三通路内に配置されて、第三通路内の冷却水をウォータジャケット内へ圧送する第二ポンプと、
当該第二ポンプを冷却水が循環する経路の一部を構成する第四通路と、
前記第三通路上の前記第二ポンプと前記ウォータジャケットとの間に配置され、冷却水を前記ウォータジャケットへ流通させる経路と冷却水を前記第四通路へ流通させる経路とを切替える切替弁と、を備え、
前記ウォータジャケット内から前記第一タンク内へ冷却水を抜き取る際に、前記切替弁は、冷却水を前記第四通路へ流通させる経路に切替えることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
前記切替弁は、前記第三通路及び第四通路のどちらか一方を開通するとき、他方を閉塞する弁体と、
温度に応じて伸縮し、前記弁体の開閉状態を変更させる伸縮部材と、を備え、
エンジンの暖機中に前記ウォータジャケット内から前記第一タンク内へ冷却水を抜き取る際に前記弁体は前記第三通路を遮断し、エンジンの暖機が完了すると前記弁体は第四通路を遮断することを特徴としたエンジンの冷却装置。
【請求項３】
請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
前記切替弁は、前記第三通路及び第四通路のどちらか一方を開通するとき、他方を閉塞する弁体と、
形状記憶合金で形成され、冷却水の温度がＴａ℃以上の場合に、前記第三通路を遮断する方向へ前記弁体を移動させる第一伸縮部材と、
形状記憶合金で形成され、冷却水の温度がＴａよりも高温のＴｂ℃以上の場合に、前記第四通路を遮断する方向へ前記弁体を移動させる第二伸縮部材と、を備え、
冷却水の温度がＴａ℃以上Ｔｂ℃未満のとき、前記弁体は前記第三通路を遮断し、冷却水の温度がＴｂ℃以上のとき、前記弁体は第四通路を遮断することを特徴としたエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの冷却装置に関し、特に、暖機時にエンジンのウォータジャケットから冷却水を抜き取るエンジンの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの冷却装置においてウォータポンプによって圧送される冷却水は、シリンダブロック、シリンダヘッドなどの冷却を必要とする部位へ送られ、このような冷却対象部位から熱を奪う。冷却対象部位から熱を奪った冷却水はラジエータへ送られて、ラジエータにおいて熱を大気中に放出する。このように、エンジンは、エンジン内を循環する冷却水の熱交換により冷却されている。このような冷却水を循環させるエンジンでは、暖機の時間を短縮するため、暖機時にエンジン本体への冷却水の流通を抑制する構成のものがある。このような構成のエンジンでは、冷却水による熱の持ち去りが抑制されるため、暖機の促進が見込まれる。
【０００３】
このような暖機の促進を図ったエンジンの冷却装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたエンジンの冷却装置は、暖機運転時のような冷却水が低温の場合、エンジン内の冷却水の循環を停止させるとともに、ウォータポンプ周囲の冷却水を抜き取るようにしたことにより、冷却水の熱容量を減らし、暖機性能を向上させて暖機を促進している。また、ウォータポンプ周囲の冷却水を抜き取ることにより、ウォータポンプの負荷を軽減させて燃費向上を図っている。このような冷却装置は、暖機が完了すると、抜き取った冷却水を元に戻す。こうして冷却水はエンジン内部を循環し、エンジン内部を適温に冷却する。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１１５４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように特許文献１のエンジンの冷却装置は、ウォータポンプ周囲の冷却水を抜き取ることにより、エンジンの暖機促進及び燃費向上を図っている。ところが、ウォータポンプ周囲の冷却水を抜き取ることにより、ウォータポンプの摺動部の潤滑に供していた冷却水が抜き取られるため、ウォータポンプの摺動部における潤滑性能が低下する。このように潤滑性能が低下することにより、騒音が発生することが考えられる。また、この状態からさらに潤滑性能が悪化すると、摺動部が焼きつくことが考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、エンジンの暖機を促進するとともに、ウォータポンプの摺動部における潤滑性能を維持する冷却装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの冷却装置は、エンジン内部に形成されたウォータジャケット内から抜き取った冷却水を貯留する第一タンクと、前記ウォータジャケットと前記第一タンクとの間で冷却水を移送する第一ポンプと、エア及び冷却水を貯留する第二タンクと、前記第一タンク内に形成される空間と前記第二タンク内に形成される空間とを接続する第一通路と、前記ウォータジャケット内と前記第二タンク内の空気層とを接続する第二通路と、前記ウォータジャケット内と前記第二タンク内の冷却水の貯留層とを接続する第三通路と、当該第三通路内に配置されて、第三通路内の冷却水をウォータジャケット内へ圧送する第二ポンプと、当該第二ポンプを冷却水が循環する経路の一部を構成する第四通路と、前記第三通路上の前記第二ポンプと前記ウォータジャケットとの間に配置され、冷却水を前記ウォータジャケットへ流通させる経路と冷却水を前記第四通路へ流通させる経路とを切替える切替弁と、を備え、前記ウォータジャケット内から前記第一タンク内へ冷却水を抜き取る際に、前記切替弁は、冷却水を前記第四通路へ流通させる経路に切替えることを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、エンジン本体の暖機を促進するとともに、第二ポンプの摺動部における潤滑性能を維持することができる。
【０００８】
本発明のエンジンの冷却装置は、エンジン始動前にウォータジャケット内に第一タンク内で蓄熱していた冷却水を供給し、エンジン本体を暖機する。その後、エンジンを始動し、燃焼により、エンジン本体の温度が冷却水の温度に到達すると、ウォータジャケット内から第一タンク内へ冷却水を抜き取る。本発明のエンジンの冷却装置は、このようにエンジン本体の暖機を促進することができる。また、このように冷却水を第一タンク内へ抜き取る際に、切替弁は経路を変更することにより、冷却水を第四通路へ流通させる。このため、第二ポンプを通る循環経路が構成されることとなる。これにより、第二ポンプにより圧送される冷却水は循環経路を循環し、第二ポンプへの冷却水の流通が継続するため、第二ポンプの摺動部が潤滑される。このように第二ポンプの摺動部の潤滑性能を維持することができる。これにより、騒音の発生や焼付きが防止される。
【０００９】
このようなエンジンの冷却装置において、前記切替弁は、前記第三通路及び第四通路のどちらか一方を開通するとき、他方を閉塞する弁体と、温度に応じて伸縮し、前記弁体の開閉状態を変更させる伸縮部材と、を備え、エンジンの暖機中に前記ウォータジャケット内から前記第一タンク内へ冷却水を抜き取る際に前記弁体は前記第三通路を遮断し、エンジンの暖機が完了すると前記弁体は第四通路を遮断する構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、暖機の進行に伴って、伸縮部材の長さ及び付勢力が機械的に変化し、経路の切替えが行なわれる。このように経路を切替えることにより、冷却水をウォータジャケットから第一タンクへ抜き取る際に第二ポンプを通る循環経路を形成することができる。これにより、第二ポンプの摺動部の潤滑性能を維持することができる。
【００１０】
さらに、具体的な構成として、このようなエンジンの冷却装置において、前記切替弁は、前記第三通路及び第四通路のどちらか一方を開通するとき、他方を閉塞する弁体と、形状記憶合金で形成され、冷却水の温度がＴａ℃以上の場合に、前記第三通路を遮断する方向へ前記弁体を移動させる第一伸縮部材と、形状記憶合金で形成され、冷却水の温度がＴａよりも高温のＴｂ℃以上の場合に、前記第四通路を遮断する方向へ前記弁体を移動させる第二伸縮部材と、を備え、冷却水の温度がＴａ℃以上Ｔｂ℃未満のとき、前記弁体は前記第三通路を遮断し、冷却水の温度がＴｂ℃以上のとき、前記弁体は第四通路を遮断する構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、第二ポンプの摺動部の潤滑性能を維持することができる。ここでは、ウォータジャケット内から第一タンク内へ冷却水を抜き取るときの冷却水の温度をＴａ℃、暖機の完了したエンジンの廃熱により温められた冷却水の温度をＴｂ℃とし、冷却水の温度がＴａ℃以上Ｔｂ℃未満の場合に、第四通路へ冷却水を通じて、第二ポンプを循環する循環通路を形成する。これにより、第二ポンプの摺動部の潤滑性能を維持することができる。このようなＴａ、Ｔｂは、搭載するエンジンの諸元、運転状態に応じて変更することができる値である。また、このように機械的に経路を変更する弁は、電磁式の弁に比べ安価に形成することができるとともに、機械制御であるため作動の信頼性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ウォータジャケットから第一タンクへ冷却水を抜き取ることにより、エンジン本体の暖機を促進するとともに、冷却水をウォータジャケットから抜き取る際に、第二ポンプを通る循環経路を形成することにより、第二ポンプの摺動部における潤滑性能が維持され、第二ポンプの摺動部における焼付きや騒音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の冷却装置１の組み込まれたエンジン２の概略構成を示した説明図である。冷却装置１はウォータジャケット３、第一タンク５、本発明の第一ポンプに相当する電動ポンプ６、第二タンク７、第一通路８、第二通路９、第三通路１０、本発明の第二ポンプに相当するウォータポンプ１４、本発明の切替弁に相当する三方弁１５、第四通路１６を備えている。ウォータジャケット３は、エンジン本体（図示しない）に形成された冷却水の通路であり、ウォータジャケット３内の冷却水はエンジン本体と熱交換を行う。
【００１４】
第一タンク５は、開口部を下に向けた蓄熱タンクであり、ウォータジャケット３内から抜き出した冷却水を収容できる容積を有している。また、この第一タンク５は、第一タンク５の天板５ａがウォータジャケット３の底部３ａよりも下側になるように配置されている。要は冷却水がウォータジャケット３から自由落下し、第一タンク５へ流入するように第一タンク５が配置されている。
【００１５】
電動ポンプ６は、ウォータジャケット３内の底部３ａと前記第一タンク５内とを接続する第五通路１１に配置されている。この電動ポンプ６は、電気で駆動される圧送ポンプで、第一タンク５内の冷却水をウォータジャケット３内へ圧送する。また、電動ポンプ６は、作動していない場合でも冷却水を流通することができるように構成されている。すなわち、電動ポンプ６は第五通路１１を遮断しないため、電動ポンプ６が停止している場合に、冷却水は第五通路１１内をウォータジャケット３から第一タンク５へ向けて流通することができる。また、第五通路１１のウォータジャケット３と電動ポンプ６との間に第一電磁弁４が配置されている。
【００１６】
第二タンク７は、エアと冷却水とを貯留するリザーブタンクであり、ウォータジャケット３よりも上側に配置されている。第一通路８は、第一タンク５内と第二タンク７内とを接続している。第一タンク５側の第一通路８の端部８ａは、第一タンク５の底面から第一タンク５の上方に向かって挿入されており、第一タンク５内の空気層に開口するように設置されている。第二通路９は、前記ウォータジャケット３内の上部と前記第二タンク７内とを接続している。第二タンク７における第一通路８の接続口８ｂは、第二通路９の開口部９ａよりも上側で、第二タンク７内の空気層に開口するように接続されている。
【００１７】
さらに、第二タンク７の底部７ａには、第三通路１０が接続されている。すなわち、第三通路１０の一端は、第二タンク７内の冷却水の貯留層に接続している。また、第三通路１０の他端は、ウォータジャケット３に接続されている。
【００１８】
ウォータポンプ１４は、第三通路１０に配置されている。ウォータポンプ１４は、クランク軸（図示しない）から動力を得る機械式のポンプであり、ウォータジャケット３へ冷却水を圧送する。
【００１９】
第四通路１６は、第三通路１０のウォータポンプ１４の上流側と下流側とを接続する通路である。この第四通路１６はウォータポンプ１４を循環する循環経路を形成する。三方弁１５は、第三通路１０のウォータポンプ１４の下流側において第四通路１６が接続する箇所に配置されている。すなわち、三方弁１５は、ウォータポンプ１４とウォータジャケット３との間に配置されている。この三方弁１５は、冷却水を前記ウォータジャケット３へ流通させる経路と、冷却水をウォータポンプ１４の上流側へ流通させる経路、すなわち、第四通路１６へ流通させる経路とを切替える。
【００２０】
また、第三通路１０のウォータポンプ１４の上流側に一方弁１３が配置されている。一方弁１３は、第三通路１０内の第二タンク７へ向かう流れを遮断する逆止弁である。一方弁１３は、第三通路１０内における第二タンク７側の圧力Ｐ１がウォータポンプ１４側の圧力Ｐ２と比較してＰａ以上高い状態となる場合に開弁し、冷却水が第二タンク７側からウォータジャケット３側へ向かって流れる構成となっている。このＰａは、エンジン２の諸元、運転状態によって予め設定される値である。本実施例において、ウォータポンプ１４が作動し、第二タンク７内へ冷却水が供給されることにより生じる一方弁１３の第二タンク７側とウォータポンプ１４側との圧力差をＰａとしている。
【００２１】
さらに、冷却装置１はラジエータ１７を備えている。ラジエータ１７には、第六通路１９と第七通路２０とが接続されている。第六通路１９の他端は第二通路９に接続している。第七通路２０の他端は第三通路１０に接続している。また、冷却装置１には、ラジエータ１７をバイパスし、第六通路１９と第七通路２０とを接続する第八通路２１が備えられている。このような第八通路２１内を、冷却水は第六通路１９から第七通路２０へと流れる。また、第八通路２１には、ヒータコア１８が配置され、車内を暖気するのに用いられる。
【００２２】
また、第八通路２１が第七通路２０に接続する箇所にサーモスタット２２が備えられている。サーモスタット２２は、常時、第八通路２１と第七通路２０の第三通路１０側とを接続する経路を開通している。また、サーモスタット２２は、冷却水の温度がエンジン２の暖機完了の温度以下で、ラジエータ１７側からの冷却水の通路を遮断する。一方、冷却水の温度がエンジン２の暖機が完了する温度となる場合、サーモスタット２２は、ラジエータ１７側からの冷却水の経路を開通する。さらに、第七通路２０のサーモスタット２２の下流側には、第二電磁弁２３が配置されている。第二電磁弁２３が開弁される場合、第八通路２１、ヒータコア１８内に冷却水が流通する。
【００２３】
また、エンジン２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２４、壁温センサ２６、水温センサ２７を備えている。壁温センサ２６は、エンジン本体に配置され、エンジン本体の温度を測定する。壁温センサ２６は、ＥＣＵ２４と電気的に接続されており、壁温センサ２６で測定されたエンジン本体の温度情報がＥＣＵ２４へ伝達される。水温センサ２７は、ウォータジャケット３内に配置され、ウォータジャケット３内の冷却水の温度を測定する。水温センサ２７は、ＥＣＵ２４と電気的に接続されており、水温センサ２７で測定された冷却水の温度情報がＥＣＵ２４へ伝達される。また、ＥＣＵ２４は、電動ポンプ６、三方弁１５、第一電磁弁４、第二電磁弁２３と電気的に接続している。ＥＣＵ２４は、壁温センサ２６及び水温センサ２７から取得される温度情報に基づいて、電動ポンプ６の作動を決定し、電動ポンプ６へ信号を送信する。また、ＥＣＵ２４は、壁温センサ２６及び水温センサ２７から取得される温度情報に基づいて、三方弁１５、第一電磁弁４、第二電磁弁２３の開閉状態を決定し、これらの弁へ信号を送信する。
【００２４】
次に、エンジン２の冷却装置１の暖機開始から運転停止後までの冷却水の移送の概要を説明する。図２は、暖機開始から運転停止後までのウォータジャケット３と第一タンク５との間における冷却水の移送の状態を示した説明図である。図２（ａ）はエンジン２の始動前の状態（「初期」状態）を示し、図２（ｂ）はエンジン２においてイグニションをＯＮとすることによって第一タンク５からウォータジャケット３へ冷却水を供給している状態（「供給」状態）を示し、図２（ｃ）はクランキングを行い、エンジン２を始動させた状態（「始動」状態）を示している。図２（ｄ）はエンジン２の始動後に、再び、ウォータジャケット３から第一タンク５へ冷却水を抜き取る状態（「排水」状態）を示し、図２（ｅ）は、ウォータジャケット３からの冷却水の抜き取りが完了した状態（「排水完了」状態）を示し、図２（ｆ）はエンジン２の暖機が完了して、第一タンク５からウォータジャケット３へ冷却水を再度供給している状態（「再供給」状態）を示している。図２（ｇ）は、ウォータジャケット３への冷却水の供給が完了し、暖機が完了した状態（「暖機後」状態）を示し、図２（ｈ）は、エンジン２を停止した後に、ウォータジャケット３から第一タンク５へ冷却水を抜き取る状態（「回収」状態）を示している。
【００２５】
図３は、エンジン２の始動前から停止後に亘るシリンダブロックの壁温及び冷却水温度の温度変化を示した説明図である。図３の縦軸は温度、横軸は時間を示し、細線がシリンダブロックの壁温の変化を表し、太線が冷却水温度の変化を表している。図３の横軸上に示した「初期」、「供給」、「始動」、「排水」、「再供給」、「暖機後」、「回収」におけるエンジン２の状態は、それぞれ図２（ａ）の「初期」状態、図２（ｂ）の「供給」状態、図２（ｃ）の「始動」状態、図２（ｄ）の「排水」状態、図２（ｅ）の「排水完了」状態、図２（ｆ）の「再供給」状態、図２（ｇ）の「暖機後」状態、図２（ｈ）の「回収」状態に対応させて示されている。
【００２６】
次に、時間とともに変化するウォータジャケット３と第一タンク５との間の冷却水の移送の様子をエンジン１の始動前から停止後に亘って詳細に説明する。まず、「初期」状態において、冷却装置１は冷却水を第一タンク５内に貯留している。このような冷却水は、高温の状態で第一タンク５内へ回収されており、第一タンク５内でエンジン２の始動まで保温されている。このとき、ウォータジャケット３内の冷却水はほぼ空の状態となっており、エアで満たされている。このような「初期」状態から、イグニションがＯＮとされると「供給」状態に進む。
【００２７】
「供給」状態では、冷却水が電動ポンプ６によって第一タンク５内からウォータジャケット３内へ移送される。このとき、図２（ｂ）に示すように、第一タンク５内で保温されていた冷却水は、ウォータジャケット３内へ供給されることによって、エンジン本体の温度を上昇させることができる。
【００２８】
ここで、「供給」状態における冷却装置１内の冷却水の流れについて図４を参照しつつ説明する。図４中の太線で示した通路は、冷却水またはエアの流通している通路を示し、白抜きで示した通路は、流体の流れが停止している通路を示している。
【００２９】
「供給」状態では、電動ポンプ６が作動し、また、第一電磁弁４を開弁状態とする。駆動された電動ポンプ６は、第一タンク５内の冷却水を第五通路１１へ吸引し、ウォータジャケット３内へ圧送する。このように、ウォータジャケット３内へ冷却水が供給されるとともに、ウォータジャケット３内を占めていたエアが第二通路９へ排出される。また、第一タンク５内は、冷却水が吸引されて内部の圧力が低下する。これにより、第一タンク５内は第二タンク７内より圧力が低下するため、第二タンク７内のエアが第一通路８を通じて第一タンク５へ流れようとする。このため、第二タンク７内のエアが第一通路８を通じて、第一タンク５内へ流入する。そして、第二タンク７内のエアが抜けた空間に第二通路９からエアが流入する。このように、「供給」状態では、冷却装置１内において、ウォータジャケット３、第二タンク７、第一タンク５の順にエアが流れる。
【００３０】
このような「供給」状態では、初期状態で第一タンク５内に貯留されていた冷却水が、ウォータジャケット３内へ供給される。このように供給された冷却水は、エンジン本体よりも温度が高いので、エンジン本体を暖機する。第一タンク５内に貯留されていた冷却水が抜けきって、第一タンク５内が空の状態となると、ＥＣＵ２４は、電動ポンプ６を停止し、第一電磁弁４を閉弁状態とする。また、この「供給」状態では、ウォータポンプ１４が停止しているので、第三通路１０内における一方弁１３よりも第二タンク７側の圧力Ｐ１は、ウォータポンプ１４側の圧力Ｐ２よりもＰａ以上高い状態にならない。このため、一方弁１３は閉弁状態である。なお、第二電磁弁２３も閉弁状態であるため、第三通路１０、第六通路１９、第七通路２０、第八通路２１内の冷却水の流れが停止している。
【００３１】
「供給」状態において、冷却水がウォータジャケット３内へ供給され、しばらく経過した後、例えば、３０秒後に、冷却装置１はエンジン２の「始動」状態へ進む。このように冷却水の供給とエンジン２の始動との間に時間差を設けることにより、エンジン本体の温度が上昇してからエンジン２を始動することができる。これにより、エンジン２の始動直後の燃焼ガス内に含まれる有害成分の排出量を減少することができる。また、温度の上昇に伴い潤滑性が向上するので、エンジン２の燃費を改善することができる。
【００３２】
「始動」状態では、スタータ（図示しない）を回転させて、エンジン２を始動させる。エンジン２を始動させたときの冷却装置１内の冷却水の流れについて図５を参照しつつ説明する。図５中の太線で示した通路は、冷却水またはエアの流通している通路を示し、白抜きで示した通路は、流体の流れが停止している通路を示している。
【００３３】
図５に示す状態では、ＥＣＵ２４は、第一電磁弁４を閉弁し、電動ポンプ６を停止する。このため、第一通路８のエア、第五通路１１の冷却水の流れは停止している。また、エンジン２が始動しているため、クランク軸から動力が伝達されてウォータポンプ１４は作動している。このため、ウォータポンプ１４によりウォータジャケット３内へ冷却水が供給されると、ウォータジャケット３内の圧力が上昇し、ウォータジャケット３内の冷却水が第二タンク７内へ流れ出る。これにより、第二タンク７内の圧力が上昇する。第二タンク７内の圧力の上昇により、第三通路１０内の一方弁１３よりも第二タンク７側の圧力Ｐ１が上昇する。これにより、一方弁１３よりも第二タンク７側の圧力Ｐ１が、ウォータポンプ１４側の圧力Ｐ２と比較してＰａ以上高い状態となり、一方弁１３が開弁状態となる。このため、冷却水が第三通路１０を第二タンク７側からウォータジャケット３側へ向かって流れる。このように、「始動」の状態では、冷却水は第二タンク７、第三通路１０、ウォータジャケット３、第二通路９の順に流れ、再び第二タンク７へ戻るように冷却装置１内を循環する。
【００３４】
エンジン２が始動し、しばらく経過すると、燃焼熱により、エンジン本体は冷却水よりも高温となる。ＥＣＵ２４は、壁温センサ２６と水温センサ２７から取得する温度情報から、エンジン本体の温度がウォータジャケット３内の冷却水の温度を超えたと判断すると、「排水」状態に進む。
【００３５】
「排水」状態では、再び、ウォータジャケット３から第一タンク５へ冷却水を抜き取る。エンジン２が始動して、エンジン本体の温度が冷却水の温度よりも高温となると、冷却水からエンジン本体への熱の伝達が無くなるだけでなく、却ってエンジン２の燃焼から発生する熱量が冷却水に奪われることになるため、エンジン２の暖機遅延の一因となる。このため、「排水」状態では、冷却水をウォータジャケット３から第一タンク５へ抜き取り、暖機時間を短縮させる。
【００３６】
ここで、「排水」状態における冷却装置１内の冷却水の流れについて図６を参照しつつ説明する。図６は、排水中の冷却装置１内の冷却水の流れの状態を示した説明図である。図６中の太線で示した通路は、冷却水またはエアの流通している通路を示し、白抜きで示した通路は、流体の流れが停止している通路を示している。
【００３７】
「排水」状態では、ＥＣＵ２４が第一電磁弁４を開弁状態とするので、ウォータジャケット３内と第一タンク５内とが連通する。このとき、電動ポンプ６は停止されている。また、第一通路８内は、エアの通路が確保されているので、第一タンク５内のエアが第二タンク７へ向かって流れることができる。これにより、第一タンク５内に冷却水を貯留する空間が形成されるため、ウォータジャケット３内の冷却水はウォータジャケット３よりも下側に配置されている第一タンク５へ自由落下により排出される。
【００３８】
ウォータジャケット３内の冷却水が第一タンク５内に流入するので、第一タンク５内を占めていたエアが第一通路８へ排出される。このとき、第一タンク５内のエアは第二タンク７へ押し出される。また、ウォータジャケット３内は、冷却水が抜け出ることにより内部の圧力が低下する。これにより、ウォータジャケット３内は第二タンク７内より圧力が低下するため、第二タンク７内のエアが第二通路９を通り、ウォータジャケット３内へ流入する。すなわち、冷却装置１内において、第一タンク５、第二タンク７、ウォータジャケット３の順にエアが流れる。
【００３９】
また、ＥＣＵ２４は、ウォータポンプ１４から送られる冷却水が第四通路１６へ流入するよう三方弁１５の経路を変更する。これにより、ウォータポンプ１４から送られる冷却水は、ウォータジャケット３内へ流入しなくなる。このため、ウォータジャケット３内から冷却水を排出することができる。また、三方弁１５の経路が変更されることにより、ウォータポンプ１４が圧送する冷却水は、第四通路１６を通り、ウォータポンプ１４の上流側に送られ、再びウォータポンプ１４へ流入する。このように、冷却水がウォータポンプ１４を通る循環経路を流通するので、ウォータポンプ１４の摺動部の焼付き及び騒音の発生が抑制される。
【００４０】
さらに、このように冷却水はウォータジャケット３内へ流入しないため、第二通路９内及び第二タンク７内へ冷却水は供給されなくなる。これにより、第三通路１０内における第二タンク７側の圧力Ｐ１がウォータポンプ１４側の圧力Ｐ２と比較してＰａ以上高い状態とならないため、一方弁１３は、閉弁状態となる。これにより、第二タンク７から冷却水の流出が抑制されるので、第二タンク７内に冷却水を残留させることができる。このため、次に一方弁１３が開弁状態となる場合に、第三通路１０内には冷却水が流れ込むこととなり、ウォータジャケット３内にエアが混入されることが防がれる。なお、「排水」状態では、第二電磁弁２３が閉弁状態であるため、第六通路１９内、第七通路２０内、第八通路２１内の冷却水は、流れが停止した状態である。
【００４１】
「排水」状態では、ウォータジャケット３内の冷却水が排出されて、排水が完了すると、「排水完了」状態に進む。「排水完了」状態では、冷却装置１内の冷却水の流れは図７に示すような状態となる。ＥＣＵ２４は、排水が完了したと判断すると、第一電磁弁４を閉弁する。これにより、第一通路８、第二通路９、第五通路１１の冷却水とエアの流れは停止する。すなわち、排水完了時では、ウォータポンプ１４を循環する冷却水が流れているのみである。このようにウォータジャケット３内の冷却水が排出されることにより、エンジン本体において、第一タンク５へ抜き取った冷却水に相当する熱容量が減少する。これにより、エンジン本体の暖機が促進される。
【００４２】
このような排水完了の状態において、ＥＣＵ２４が、壁温センサ２６から取得されるエンジン本体の温度が暖機完了の温度に到達したと判断すると、冷却装置１は、「再供給」の状態へ進む。図８は、「再供給」状態の冷却装置１の冷却水の流れの様子を示した説明図である。「再供給」状態では、冷却装置１は、第一タンク５内の冷却水をウォータジャケット３へ再度供給する。
【００４３】
ここでの冷却水の流れは図５の「供給」状態とほぼ共通する。但し、「再供給」状態では、ウォータポンプ１４が作動している点で、「供給」状態と異なっている。「再供給」状態では、ウォータポンプ１４が作動しており、さらに、ＥＣＵ２４は、ウォータポンプ１４に圧送される冷却水がウォータジャケット３内へ流入するように三方弁１５の経路を変更する。これにより、ウォータジャケット３内へ冷却水が供給される。さらに、ウォータジャケット３内に冷却水が十分満たされると、ウォータジャケット３内の冷却水は第二通路９を通じて第二タンク７内へ流入する。これにより、第二タンク７内の圧力が上昇し、これとともに、第三通路１０内における一方弁１３の第二タンク７側の圧力Ｐ１が上昇する。このため、一方弁１３よりも第二タンク７側の圧力Ｐ１は一方弁１３よりもウォータポンプ１４側の圧力Ｐ２と比較してＰａ以上高い状態となるので、一方弁１３が開弁状態となる。これにより、冷却水は、第三通路１０を第二タンク７内からウォータジャケット３内へ向かって流通する。
【００４４】
冷却装置１は、この冷却水の再供給が完了すると、「暖機後」状態へ進む。ここで、「暖機後」状態における冷却装置１内の冷却水の流れについて図９、図１０を参照して説明する。図９は、「暖機後」の状態でヒータコア１８に通水した状態を示している。図１０は、図９の状態からさらにラジエータ１７に通水した状態を示している。なお、図９、図１０中の太線で示した通路は、冷却水またはエアの流通している通路を示し、白抜きで示した通路は、冷却水またはエアの流れが停止している通路を示している。
【００４５】
「暖機後」状態では、ウォータジャケット３内は冷却水で満たされている。この冷却水はエンジン２の燃焼熱を吸収して高温となる。ＥＣＵ２４は、図９に示すように、第二電磁弁２３を開弁状態とし、第八通路２１、すなわち、ヒータコア１８へ高温となった冷却水を流通させる。これにより、冷却水がエンジン本体から吸収した熱がヒータコア１８に伝達され、ひいては室内の温度を上昇させる。
【００４６】
また、第八通路２１内を冷却水が流通するようになると、サーモスタット２２へ冷却水が通過することになる。サーモスタット２２を通過する冷却水の温度が暖機完了時の温度以上であれば、サーモスタット２２は、ラジエータ１７側の経路を開弁し、冷却装置１の冷却水の流れが図１０の状態となる。これにより、ラジエータ１７内に冷却水が流通することになるので、冷却水が冷却される。このように、ラジエータ１７で冷却された冷却水が循環することにより、エンジン２が運転に適した温度に冷却される。このような「暖機後」状態において、ウォータポンプ１４は、第二タンク７内へ冷却水を供給するので、第二タンク７内の圧力が上昇する。第二タンク７内の圧力上昇に伴って、第三通路１０内における一方弁１３より第二タンク７側の圧力Ｐ１が上昇する。このため、一方弁１３よりも第二タンク７側の圧力Ｐ１は一方弁１３よりもウォータポンプ１４側の圧力Ｐ２と比較してＰａ以上高い状態となり、一方弁１３が開弁状態となっている。
【００４７】
次に、エンジン２が停止した場合、冷却装置１は「回収」状態へ進む。図１１は、「回収」の状態の冷却装置１の冷却水の流れの状態を示した説明図である。なお、図１１中の太線で示した通路は、冷却水またはエアの流通している通路を示し、白抜きで示した通路は、流体の流れが停止している通路を示している。
【００４８】
「回収」状態は、「排水」状態とほぼ共通している。但し、このとき、エンジン２は停止しており、ウォータポンプ１４が停止しているので、第三通路１０を冷却水が流通しない点で「排水」状態と異なっている。「回収」状態において、ＥＣＵ２４は第一電磁弁４を開弁する。これにより、ウォータジャケット３内の加熱された状態の冷却水が自由落下により、第一タンク５へ移送される。移送された冷却水は第一タンク５において次のエンジン２の始動まで保温され、次の始動の際、エンジン本体の暖機に利用される。また、「回収」状態では、ＥＣＵ２４は、第二電磁弁２３を閉弁し、第六通路１９、第七通路２０、第八通路２１の冷却水の流れを停止し、ラジエータ１７やヒータコア１８で冷却された冷却水が第一タンク５に流入することを抑制する。また、ウォータポンプ１４が停止するため、、第二タンク７内の圧力上昇が抑制され、第三通路１０内における一方弁１３より第二タンク７側の圧力Ｐ１が上昇しない。このため、一方弁１３が閉弁状態となり、第二タンク７内からの冷却水の流出が抑制される。これにより、第二タンク７から冷却水の流出が抑制されるので、第二タンク７内に冷却水を残留させることができる。このように、第二タンク７内に冷却水を残留させることにより、次に一方弁１３が開弁状態となる場合に、第三通路１０内には冷却水が流れ込むこととなり、ウォータジャケット３内にエアが混入されることが防がれる
【００４９】
以上のように、冷却装置１は、「排水」状態、及び、「排水完了」状態において、三方弁１５を切替えて、第四通路１６へ冷却水が流通させる。これにより、冷却水がウォータポンプ１４を通る循環経路を流通するので、ウォータポンプ１４の摺動部の焼付き及び騒音の発生が抑制される。
【実施例２】
【００５０】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例の冷却装置は、実施例１の冷却装置１とほぼ同様の構成をしている。但し、本実施例の冷却装置は、実施例１の三方弁１５に代えて、熱感知式切替弁５１を備えている点で、実施例１の冷却装置１と相違している。この熱感知式切替弁５１は本発明の切替弁に相当する。図１２は、熱感知式切替弁５１を示した斜視図である。さらに、図１３、図１４は、この熱感知式切替弁５１を第四通路５２に組み込んだときの状態を断面にして示した説明図であり、図１３は、第三通路１０を開通し、第四通路５２を閉塞する状態を示し、図１４は、第三通路１０を閉塞し、第四通路５２を開通する状態を示している。図１３、図１４において示されるように、第四通路５２は熱感知式切替弁５１の形状に対応するように通路の形状が形成されている。すなわち、第四通路５２は、他の部位よりも大径の大径部５２１を有している。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。また、本実施例の冷却装置は、実施例１の冷却装置と同様の冷却水の移送を行い、エンジンの暖機を促進する。
【００５１】
熱感知式切替弁５１は、弁体５１１、第一ばね５１２、本発明の第一伸縮部材に相当する第二ばね５１３、本発明の第二伸縮部材に相当する第三ばね５１４、ストッパ５１５を備えている。弁体５１１は、頭部５１１ａと円筒部５１１ｂとフランジ部５１１ｃとを備えている。頭部５１１ａは第三通路１０又は第四通路５２を流れる冷却水を遮断する部位であり、第三通路１０及び第四通路５２の形状に対応して形成されている。円筒部５１１ｂは中空円筒形状をしており、端部に形成された天板５１１ｄが頭部５１１ａに接続している。天板５１１ｄの一部は開口しており、これにより、ウォータポンプ１４が圧送する冷却水が通過することができる。また、天板５１１ｄに対向する他端側は開放されており、外側へ向かって広がるフランジ部５１１ｃが形成されている。このような弁体５１１は、第四通路５２に沿って移動し、第三通路１０及び第四通路５２のどちらか一方を開通し、他方を閉塞する。
【００５２】
第一ばね５１２は、第四通路５２の大径部５２１の天井面５２１ａとフランジ部５１１ｃとの間に狭持させたコイルばねである。第一ばね５１２は、弁体５１１に第三通路１０を開通状態とする方向の付勢力を付与している。
【００５３】
第二ばね５１３は、円筒部５１１ｂ内に配置され、天板５１１ｄとストッパ５１５との間に狭持させたコイルばねである。第二ばね５１３は、弁体５１１に第三通路１０を閉塞状態とする方向の付勢力を付与する。また、第二ばね５１３は形状記憶合金からなり、Ｔａ℃に達すると伸長し付勢力が増大する。
【００５４】
第三ばね５１４は、弁体５１１のフランジ部５１１ｃと第四通路５２の天井面５２１ａとの間に狭持させて、第一ばね５１２と並列に配置されたコイルばねである。第三ばね５１４は、弁体５１１に第三通路１０を開通状態とする方向の付勢力を付与する。また、第三ばね５１４は形状記憶合金からなり、Ｔｂ℃に達すると伸長し付勢力が増大する。
【００５５】
ここでは、冷却装置が「排水」状態となるときの冷却水の温度をＴａ℃とし、「再供給」状態となり、その後、エンジン本体から発生される熱を吸収した冷却水の温度をＴｂ℃とする。このような温度Ｔｂは温度Ｔａよりも高温である。
【００５６】
ストッパ５１５は、第三通路１０から離れた位置で第四通路５２に固定され、熱感知式切替弁５１を支持している。
【００５７】
このように構成された熱感知式切替弁５１は、図１３と図１４とに示すように冷却水の温度に応じて状態を変形させ、ウォータポンプ１４から送られる冷却水の流路を変更する。次に、このような熱感知式切替弁５１による冷却水の流路の変更について詳細に説明する。
【００５８】
まず、冷却水の温度がＴａ℃未満である場合について説明する。冷却水の温度がＴａ℃未満である場合には、第二ばね５１３は収縮状態であり、その付勢力は小さい。また、この状態は、Ｔｂ℃より低い温度であり、第三ばね５１４も収縮状態であり、その付勢力も小さい。このとき、第一ばね５１２、第二ばね５１３、第三ばね５１４の各々が弁体５１１に与える付勢力の合力は、弁体５１１が第三通路１０を開通させる方向に作用する。これにより、熱感知式切替弁５１は、図１３に示すように、第三通路１０を開通し、第四通路５２を閉塞する。このため、ウォータポンプ１４から圧送される冷却水は、第三通路１０を通じてウォータジャケット３内へ送られる。
【００５９】
次に、冷却装置が「排水」状態となった場合について説明する。冷却水の温度はＴａ℃に到達すると、冷却装置が「排水」状態となる。熱感知式切替弁５１は、第三通路１０を通過する冷却水から熱伝達がなされるため、冷却水と同等の温度になっている。すなわち、冷却水の温度がＴａ℃に達すると、熱感知式切替弁５１の温度もＴａ℃に達する。このとき、第二ばね５１３は伸長し、付勢力が増大する。一方、冷却水の温度はＴｂ℃よりも低い状態であるから、第三ばね５１４の付勢力は小さい状態のままである。第二ばね５１３の付勢力が増大することにより、第一ばね５１２、第二ばね５１３、第三ばね５１４の各々が弁体５１１に与える付勢力の合力は、弁体５１１が第三通路１０を閉塞する方向へ作用する。これにより、熱感知式切替弁５１は、図１４に示すように、第三通路１０を閉塞し、第四通路５２を開通する。こうして、ウォータポンプ１４が圧送する冷却水が第四通路５２へ流通することとなる。このように、第四通路５２を冷却水が通じることにより、ウォータポンプ１４を通る冷却水の循環経路が形成される。第四通路５２へ流れ込む冷却水は、ウォータポンプ１４の上流側へ通じて、再びウォータポンプ１４へ流れ込む。こうして、ウォータポンプ１４の摺動部における焼付き、騒音の発生が抑制される。
【００６０】
さらに、エンジン２の暖機が進行すると、冷却装置は「再供給」状態に移行する。冷却装置が「再供給」状態となると、第一タンク５内からウォータジャケット３内へ向けて冷却水が供給される。ウォータジャケット３内へ供給された冷却水は、第三通路１０へ流れ込み熱感知式切替弁５１に到達する。すなわち、第三通路１０内における熱感知式切替弁５１からウォータジャケット３側は冷却水に満たされる。また、ウォータジャケット３内に供給された冷却水は暖機したエンジン２から熱を付与され温度が上昇する。このような温度上昇は、第三通路１０内に流れ込んだ冷却水を介して熱感知式切替弁５１に伝わるため、熱感知式切替弁５１の温度は、ウォータジャケット３内の冷却水の温度と同等になる。すなわち、冷却水の温度がＴｂ℃に達すると、熱感知式切替弁５１の温度もＴｂ℃に達する。このとき、第三ばね５１４の付勢力が増大する。ここで、第三ばね５１４が伸長し、付勢力が増大することにより、第一ばね５１２、第二ばね５１３、第三ばね５１４の各々が弁体に与える付勢力の合力は、弁体５１１が第三通路１０を開通させる方向へ作用する。これにより、熱感知式切替弁５１は、図１３に示すように、第三通路１０を開通し、第四通路５２を閉塞する。このため、ウォータポンプ１４から圧送される冷却水は、第三通路１０を通じてウォータジャケット３内へ送られることとなる。これにより、ウォータジャケット３内を通り、エンジン２内を循環する循環冷却の経路が形成される。このように、エンジン本体が冷却されることにより、エンジン２が運転に適した温度に維持される。
【００６１】
このような熱感知式切替弁５１は、電気的な制御を必要としていないため、電気配線や制御装置を備える必要がなく、コストを低下することができる。また、熱感知式切替弁５１の動作は、冷却水の温度に依存する機械的な動作であるため、信頼性を向上することができる。さらに、熱感知式切替弁５１が第三通路１０を開通する場合に、弁体５１１は、第三通路１０を絞らないため、通路を絞る三方弁の場合と比較して、圧損を抑制することができる。
【００６２】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１の冷却装置の組み込まれたエンジンの概略構成を示した説明図である。
【図２】始動前から暖機完了までのウォータジャケット内と第一タンク内との冷却水の供給状態を示した説明図であって、（ａ）は「初期」状態を示し、（ｂ）は「供給」状態を示し、（ｃ）は「始動」状態を示し、（ｄ）は「排水」状態を示し、（ｅ）は「再供給」状態を示し、（ｆ）は「暖機後」状態を示し、（ｇ）は「回収」状態を示した説明図である。
【図３】エンジンの始動前から停止後に亘るシリンダブロックの壁温及び冷却水温度の温度変化を示した説明図である。
【図４】「供給」状態における冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。
【図５】「始動」状態における冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。
【図６】「排水」状態における冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。
【図７】「排水完了」状態における冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。
【図８】「再供給」状態における冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。
【図９】「暖機後」状態においてヒータコアに通水した場合の冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。
【図１０】「暖機後」状態においてラジエータに通水した場合の冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。
【図１１】「回収」状態における冷却装置内の冷却水の流れを示した説明図である。
【図１２】実施例２の熱感知式切替弁を示した斜視図である。
【図１３】熱感知式切替弁を第四通路に組み込んだ状態を断面にして示した説明図であり、第三通路１０を開通させ、第四通路５２を閉塞する状態を示した説明図である。
【図１４】熱感知式切替弁を第四通路に組み込んだ状態を断面にして示した説明図であり、第三通路１０を閉塞し、第四通路５２を開通させる状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  冷却装置
２  エンジン
３  ウォータジャケット
４  第一電磁弁
５  第一タンク
６  電動ポンプ
７  第二タンク
８  第一通路
９  第二通路
１０  第三通路
１４  ウォータポンプ
１５  三方弁
１６、５２  第四通路
２４  ＥＣＵ
５１  熱感知式切替弁
５１１  弁体
５１２  第一ばね
５１３  第二ばね
５１４  第三ばね
５１５  ストッパ
【図１】
2009121340.tif 000003
【図２】
2009121340.tif 000004
【図３】
2009121340.tif 000005
【図４】
2009121340.tif 000006
【図５】
2009121340.tif 000007
【図６】
2009121340.tif 000008
【図７】
2009121340.tif 000009
【図８】
2009121340.tif 000010
【図９】
2009121340.tif 000011
【図１０】
2009121340.tif 000012
【図１１】
2009121340.tif 000013
【図１２】
2009121340.tif 000014
【図１３】
2009121340.tif 000015
【図１４】
2009121340.tif 000016