JP2009097351A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気式サーモスタット弁を用いてボア壁温度を制御することにより燃費効果を向上させるとともに、フェールセーフを達成できるエンジンの冷却装置を提供する。
【解決手段】主冷却水回路８５のウォータポンプ１５上流側に設けられ、開弁時には冷却水を主冷却水通路側に、閉弁時には冷却水を第１バイパス通路１７側に流通させる第１サーモスタット弁２５と、該ウォータポンプ１５下流側に設けられ、開弁時には冷却水を主冷却水通路側に、閉弁時には冷却水を第２バイパス通路２３側に流通させる電気式の第２サーモスタット弁２７とを備えたエンジンの冷却装置１である。第１サーモスタット弁２５は第２サーモスタット弁２７よりも開弁開始温度が高く且つ全開温度が低く設定されている。第２サーモスタット弁２７は、冷却水の温度及び電気ヒータ８９の温度のうち高い方の温度に応じて開弁量が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関するものである。

従来から、シリンダブロック及びシリンダヘッドにウォータジャケットをそれぞれ形成し、冷却水の温度が低いときはシリンダブロックのウォータジャケットを迂回してシリンダヘッドのウォータジャケットにのみ冷却水を流通させ、さらに、冷却水の温度が高くなるとラジエータを介して冷却水を循環させるエンジンの冷却装置が知られている（例えば、特許文献１及び２）。このエンジンの冷却装置によれば、冷間始動時にシリンダヘッドと冷却水との熱交換が積極的に行われることから、冷却水の早期昇温を図れるとともに、シリンダブロックのウォータジャケットには冷却水が流通しないことから、シリンダブロックのシリンダライナ温度を速やかに上昇させることができる。したがって、冷間始動時における暖機運転が速やかに完了するとともに、シリンダブロックにおける燃費の低減を図ることができる。

この種のエンジンの冷却装置は、ラジエータへの冷却水の流通を制御するメインサーモスタット弁とは別に、冷却水等の温度に応じてシリンダブロック又はシリンダヘッドのウォータジャケットへの冷却水の流通を切り換えるサブサーモスタット弁を備えており、冷却水等の温度が所定温度以上になるとこのサブサーモスタット弁が開弁し、冷却水がシリンダブロックのウォータジャケットへ流通するよう構成されている。これにより、昇温したシリンダブロックが過度に高温となることが抑制されるので、シリンダブロックにおけるオイル消費の増加や、シリンダライナの焼き付き等を抑制できる。

このようなサブサーモスタット弁として、ワックス（熱膨張体）を内蔵したワックス・ペレット型のものが用いられることがあるが、ワックス・ペレット型サーモスタット弁では、冷却水の温度によりサブサーモスタット弁を開閉させてボア壁温度を制御するため、シリンダブロックのボア壁温度を適温に制御できないおそれがある。このため、燃費効果を向上させるためにシリンダブロックのボア壁温度の制御性を重視する場合には、温度センサにより検出したボア壁温度に基づいて、電力によって弁を開閉させる電気式サーモスタット弁が用いられる。

電気式サーモスタット弁にはモータ等の動力源を用いて弁を開閉させるものもあるが、動力源を用いるとサーモスタット弁自体のコストが上昇することから、従来のワックス・ペレット型サーモスタット弁に電気ヒータを取り付けて、このヒータの加熱によりワックスを膨張させて弁を開閉させるものが用いられることが多い。
特開平１０−１１０６５４号公報 特開平６−１９３４４３号公報

ところで、上記エンジンの冷却装置においてサブサーモスタット弁として電気式サーモスタット弁を用いる場合、サブサーモスタット弁のワックスの開度特性は、図１３に示すように、同じ開弁量（弁通路の面積）を得るためには、サブサーモスタット弁（図１３の点線）の感温部の温度がメインサーモスタット弁（図１３の実線）の感温部の温度よりも高くなるように設定される。このようにサブサーモスタット弁の開度特性を設定することにより、冷却水の温度によってサブサーモスタット弁がメインサーモスタット弁よりも先に開弁するのを防止できる。したがって、電気ヒータの加熱によるサブサーモスタット弁の開弁量の調整が可能となるので、シリンダライナ温度を高精度で制御することができる。

しかしながら、上記のようにサブサーモスタット弁の開度特性を設定すると、電気配線の断線等により電気ヒータが故障してサブサーモスタット弁を加熱できない場合には、サブサーモスタット弁が全く開かずシリンダブロックのウォータジャケットに冷却水が流れなくなる。そして、シリンダライナ温度が高温になっているにも拘わらず、シリンダブロックのウォータジャケットに冷却水が流通しない状態が続くと、エンジンのオーバーヒートを招くおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの冷却装置において、電気式サーモスタット弁を用いてボア壁温度を制御することにより燃費効果を向上させるとともに、フェールセーフを達成できる技術を提供することにある。

第１の発明は、シリンダブロックのウォータジャケット、シリンダヘッドのウォータジャケット、ラジエータ、ウォータポンプが冷却水の循環方向においてこの順に介設された主冷却水回路と、上記主冷却水回路に設けられ、ラジエータを迂回する第１バイパス通路と、上記主冷却水回路のウォータポンプ下流側から分岐し、上記シリンダブロックのウォータジャケットを迂回して上記シリンダヘッドのウォータジャケットと連通する第２バイパス通路とを備え、冷間始動時に冷却水を上記第１及び第２バイパス通路に流通させるエンジンの冷却装置であって、上記主冷却水回路の上記ウォータポンプ上流側に設けられ、冷却水の温度に応じて開閉し、開弁時には冷却水を上記主冷却水回路側に流通させる一方、閉弁時には冷却水を上記第１バイパス通路側に流通させる第１サーモスタット弁と、上記主冷却水回路の上記ウォータポンプ下流側に設けられ、電気ヒータを有する電気式第２サーモスタット弁とをさらに備え、上記第２サーモスタット弁は、冷却水の温度及び上記電気ヒータの温度のうち高い方の温度に応じて開閉し、開弁時には冷却水を上記主冷却水回路側に流通させる一方、閉弁時には冷却水を上記第２バイパス通路側に流通させるように構成され、上記第１サーモスタット弁の開弁開始温度が上記第２サーモスタット弁の開弁開始温度よりも高く設定されている一方、上記第１サーモスタット弁の全開温度が上記第２サーモスタット弁の全開温度よりも低く設定されていることを特徴とするものである。

第１の発明では、第１サーモスタット弁の開弁開始温度が第２サーモスタット弁の開弁開始温度よりも高く設定されるとともに、第２サーモスタット弁は冷却水の温度及び電気ヒータの温度のうち高い方の温度に応じて開弁量が変化する。これにより、電気ヒータが故障しても、冷却水の温度により第２サーモスタット弁が開弁するので、シリンダブロックのウォータジャケットに冷却水を流通させることができる。したがって、電気ヒータの故障時に最低限の走行状態を確保する、いわゆるリンプホームが可能となる。

また、第１サーモスタット弁の全開温度が第２サーモスタット弁の全開温度よりも低く設定されているので、温間域におけるボア壁温度を電気ヒータ加熱により高精度で制御することができる。

これらにより、シリンダブロックにおける燃費効果を向上させるとともに、フェールセーフを達成できる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記第２サーモスタット弁の感温部の温度に対する開度特性線の傾きは、複数段階に変化して大きくなるものであり、該第２サーモスタット弁の開弁開始温度よりも高く且つ上記第１サーモスタット弁の開弁開始温度よりも低い第１所定温度未満では最も小さく、上記第１サーモスタット弁の開弁開始温度よりも高く且つ該第２サーモスタット弁の全開温度よりも低い第２所定温度以上では最も大きく、上記第２サーモスタット弁の開度特性線が、上記第１所定温度以上上記第２所定温度未満の温度範囲において上記第１サーモスタット弁の開度特性線と、上記ボア壁温度を高温に保持できるような開度量で交差していることを特徴とするものである。

第２の発明では、第２サーモスタット弁の感温部の温度が第１所定温度未満のときは、第２サーモスタット弁の開度特性線の傾きが小さいので、シリンダブロックのウォータジャケットへの冷却水の流通量が少なくなる。これにより、冷間始動時にシリンダブロックを高温に保持することができるとともに、シリンダヘッドと冷却水との熱交換が積極的に行われるので冷却水を早期に昇温させることができる。したがって、冷間始動時における暖機運転を速やかに完了させるとともに、冷間始動時における燃費の低減を図ることができる。

また、第２サーモスタット弁の感温部の温度が第２所定温度以上のときは、第２サーモスタット弁の開度特性線の傾きが大きいので、電気ヒータによる加熱温度を極めて高温にすることなくシリンダブロックのウォータジャケットへの冷却水の流通量を増大させることができる。これにより、ボア壁温度を制御する際の省電力化を図ることができる。

さらに、第２サーモスタット弁の感温部の温度に対する開度特性線が、第１サーモスタット弁の感温部の温度に対する開度特性線と第１所定温度以上第２所定温度未満の温度範囲においてボア壁温度を高温に保持できるような開度量で交差しているので、該温度範囲ではシリンダブロックのウォータジャケットに流通する冷却水が過度に増大するのを防ぐことができる。したがって、電気ヒータ加熱によるボア壁温度の制御精度を向上させることができる。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記シリンダブロックのボア壁部に設けられ、ボア壁温度を検出する温度センサと、上記温度センサにより検出されたボア壁温度に応じて上記電気ヒータを作動させて上記第２サーモスタット弁の開弁量を調整することにより、上記ボア壁温度を所定の目標ボア壁温度に近づけるように制御する制御手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記ボア壁温度が上記目標ボア壁温度よりも低い下限制御温度未満のときは、上記電気ヒータを作動させないことにより上記ボア壁温度を制御せず、上記ボア壁温度が上記下限制御温度以上で且つ上記目標ボア壁温度よりも高い上限制御温度以下のときは、上記電気ヒータを作動させて該電気ヒータの温度を上記第１所定温度以上上記第２所定温度未満とすることにより上記ボア壁温度をフィードバック制御し、且つ上記ボア壁温度が上記上限制御温度以上のときは、上記電気ヒータを作動させて該電気ヒータの温度を上記第２所定温度以上とすることにより上記ボア壁温度をフィードフォアード制御するように構成されていることを特徴とするものである。

これにより、ボア壁温度を制御しないときはフェールセーフを達成し、ボア壁温度をフィードバック制御するときは高精度の制御を行うとともに、ボア壁温度をフィードフォアード制御するときは省電力化を図ることができる。

第４の発明は、上記第１〜３のいずれか１つの発明において、上記第２サーモスタット弁は、冷却水を上記主冷却水回路側に流通させるための流通孔が形成された弁座と、弁体とを有し、上記弁座と上記弁体との間には、上記流通孔に冷却水を流通させるための弁通路が形成され、上記弁体は、上記第２サーモスタット弁の開弁時に、上記弁座から離れるように変位して上記弁通路を開くことにより冷却水を上記主冷却水回路側に流通させる一方、上記第２サーモスタット弁の閉弁時に、上記弁座に当接して上記流通孔を塞ぐことにより冷却水を上記第２バイパス通路側に流通させ、感温部の温度の変化に伴う上記第２サーモスタット弁の開弁時の上記弁通路の面積変化率は、複数段階に変化して大きくなるものであり、第１所定温度未満では最も小さく、第２所定温度以上では最も大きく設定されていることを特徴とするものである。

このように第２サーモスタット弁の弁通路の面積変化率を複数段階に変化させて大きくすることにより、シリンダブロックのウォータジャケットへの冷却水の流通量を複数段階に変化させて大きくすることができる。したがって、冷却装置の構造を複雑にすることなく、フェールセーフを達成し、ボア壁温度を高精度で制御し、且つ省電力化を図ることができる。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記弁座は、上記流通孔が形成された円環状の弁座板を有し、上記弁体は、上記第２サーモスタット弁の閉弁時に上記弁座板に当接する円環状の底壁部と、該底壁部の内周縁部から弁体変位方向に延びて該内周縁部から離れるに従って径方向内側に傾斜し、上記流通孔に対し弁体変位方向に抜き差し可能な略筒状の立壁部とを有し、上記立壁部は、弁体変位方向における底壁部側に位置する第１立壁部と、弁体変位方向における底壁部側とは反対側に位置するとともに該第１立壁部よりも径方向内側に大きく傾斜する第２立壁部とからなり、上記弁通路は、上記弁座板と上記第１立壁部又は第２立壁部との間に形成されるものであり、上記第１立壁部及び第２立壁部は、上記第２サーモスタット弁の開弁時に上記弁座板から離れるように変位して上記弁通路を開き、上記第１立壁部の弁体変位方向長さが、上記第２サーモスタット弁の感温部の温度が上記第１所定温度のときに該第１立壁部が上記流通孔から抜けるような長さに設定され、上記第２立壁部の弁体変位方向長さが、上記第２サーモスタット弁の感温部の温度が上記第２所定温度のときに該第２立壁部が上記流通孔から抜けるような長さに設定されていることを特徴とするものである。

第５の発明によれば、第２サーモスタット弁の弁体に内側に２段階に傾斜した略筒状の弁体壁部を備えるだけの簡単な構造で、弁通路面積変化率を３段階に変化させて大きくすることができる。

本発明によれば、電気ヒータが故障しても冷却水の温度により第２サーモスタット弁が開弁するので、フェールセーフを達成できるとともに、温間域におけるボア壁温度を電気ヒータ加熱により高精度で制御することができるので、シリンダブロックにおける燃費効果を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
−冷却装置の全体構成−
図１は、本実施形態に係るエンジンの冷却装置１の構成を模式的に示す。この冷却装置１は、エンジンの本体部３を構成するシリンダブロック５及びシリンダヘッド７にそれぞれ形成された冷却水通路としてのウォータジャケット９，１１と、外気によって冷却水を冷やすために車両の前部等に配設されたラジエータ１３と、冷却水を循環させるウォータポンプ１５と、感温部の温度（以下感温温度という）が高くなると開弁して冷却水の循環系統を切り換える第１及び第２サーモスタット弁２５，２７とを備えている。本発明で言うところの主冷却水回路８５とは、シリンダブロック５のウォータジャケット９、シリンダヘッド７のウォータジャケット１１、ラジエータ１３及びウォータポンプ１５を冷却水の循環方向においてこの順に介設したものである。

上記シリンダブロック５のウォータジャケット９は、４つのシリンダｓ１〜ｓ４の外周を囲むようにシリンダブロック５の気筒列方向のほぼ全体に亘って形成されている。

また、シリンダブロック５のウォータジャケット９は、このシリンダブロック５のトップデッキに形成された連通孔部５ａと、シリンダヘッド７のボトムデッキに形成された連通孔部７ａとを介して、シリンダヘッド７のウォータジャケット１１に連通している。このため、シリンダブロック５のウォータジャケット９を流れる冷却水は、順次シリンダヘッド７のウォータジャケット１１に流通するようになっている。

上記シリンダヘッド７のウォータジャケット１１は、各シリンダｓ１〜ｓ４の吸排気ポートやプラグホール（図示せず）の外周を包み込むようにしてシリンダヘッド７の気筒列方向のほぼ全体に亘って形成されている。

シリンダヘッド７のウォータジャケット１１の流出口１１ａと、ウォータポンプ１５の吸入口１５ａとは、上記第１サーモスタット弁２５を介して、２系統のルートで接続されている。第１のルートは、シリンダヘッド７のウォータジャケット１１の流出口１１ａと上記ラジエータ１３とを接続する第１冷却水通路１９、ラジエータ１３と第１サーモスタット弁２５とを接続する第２冷却水通路２１、及び第１サーモスタット弁２５と上記ウォータポンプ１５の吸入口１５ａとを接続する第３冷却水通路１７を順に通るものである。

また、第２のルートは、第１サーモスタット弁２５の閉弁時に第１サーモスタット弁２５内に形成され、ラジエータ１３を迂回する第１バイパス通路（弁通路）７１（図４参照）、及び第３冷却水通路１７を通るものである。なお、第３冷却水通路１７には、冷却水を導入して空調風との間で熱交換して暖房風とする暖房用熱交換器としてのヒータコア２９と、冷却水と変速機（図示せず）の潤滑油との間で熱交換するオイルウォーマ３１とが備えられている。

上記ウォータポンプ１５の吐出口１５ｂは、上記第２サーモスタット弁２７を介して、シリンダブロック５のウォータジャケット９の流入口９ａと接続されている。さらに、ウォータポンプ１５の吐出口１５ｂは、第２バイパス通路２３によりシリンダヘッド７のウォータジャケット１１の流入口１１ｂとも接続されている。この第２バイパス通路２３は、ウォータポンプ１５下流側の第２サーモスタット弁２７を介して分岐し、且つシリンダブロック５のウォータジャケット９を迂回してシリンダヘッド７のウォータジャケット１１と連通している。

冷却装置１は、シリンダブロック５のボア壁温度を検出する温度センサ８７と、第２サーモスタット弁２７を加熱する電気ヒータ８９と、ボア壁温度を制御する制御手段としてのエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）９１とをさらに備えている。

上記温度センサ８７は、シリンダブロック５のウオータジャケット９において、２番シリンダｓ２に対応するボア壁部に（即ち、気筒列方向の端部に位置する１番、４番シリンダｓ１，ｓ４以外のいずれか１つのシリンダに対応付けて）配設されており、これにより、ウオータジャケット５の温度差がかなり大きくなる状態でも、その平均的な温度を検出できるようになっている。

上記電気ヒータ８９は、後述する第２サーモスタット弁の感温ケース５３（図６及び図７参照）内に配置されており、感温ケース５３内の熱膨張体を直接加熱するようになっている。

上記ＥＣＵ９１は、周知の如くＣＰＵやメモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路、ドライバ回路等を備えて、エンジンの運転制御のために各シリンダｓ１〜ｓ４毎の燃料噴射制御や点火時期制御を行うものであるが、これに加えて、エンジンの温度及び負荷状態に応じて、電気ヒータ８９を作動させるようになっている。

以上のように構成されたエンジンの冷却装置１における冷却水の全体的な流れは、主冷却水回路８５のウォータポンプ１５上流側に設けられた第１サーモスタット弁２５及びウォータポンプ１５下流側に設けられた第２サーモスタット弁２７の開閉に応じて、図２及び図３に模式的に示すように変化する。

図２は、第１サーモスタット弁（メインサーモスタット弁）２５及び第２サーモスタット弁（サブサーモスタット弁）２７がともに開いているときの冷却水の流れを示している。ウォータポンプ１５から吐出された冷却水は、第２サーモスタット弁２７を通り、シリンダブロック５のウォータジャケット９に送られる。そして、冷却水はシリンダブロック５のウォータジャケット９内を流れるとともにシリンダヘッド７のウォータジャケット１１にも流れ、第１冷却水通路１９を通ってラジエータ１３に至る。ラジエータ１３で冷却された冷却水は、第２冷却水通路２１、第１サーモスタット弁２５、及び第３冷却水通路１７を順に通ってウォータポンプ１５に戻る。つまり、第１及び第２サーモスタット弁２５，２７がともに開いているときは、冷却水は主冷却水回路８５を循環する。

図３は、第１及び第２サーモスタット弁２５，２７がともに閉じているときの冷却水の流れを示している。ウォータポンプ１５から吐出された冷却水は、第２サーモスタット弁２７及び第２バイパス通路２３を順に通って、シリンダヘッド７のウォータジャケット１１に送られる。そして、シリンダヘッド７のウォータジャケット１１から流出した冷却水は、第１バイパス通路７１及び第３冷却水通路１７を順に通ってウォータポンプ１５に戻る。

−サーモスタット弁の構成−
以下、上記第１及び第２サーモスタット弁２５，２７の構成を詳細に説明する。

＜第１サーモスタット弁＞
第１サーモスタット弁２５は、冷却水の温度に応じて開閉するワックス・ペレット型サーモスタット弁であり、図４はその閉弁時の状態を、また図５はその開弁時の状態をそれぞれ示している。第１サーモスタット弁２５は、第２冷却水通路２１の一部を構成するパイプ状のハウジング３３内に取り付けられていて、第１サーモスタット弁２５の開弁時に冷却水を弁通路６５を介して第３冷却水通路１７（主冷却水回路８５側）に流通させる主弁部３５と、第１サーモスタット弁２５の閉弁時に冷却水を第１バイパス通路７１を介して第３冷却水通路１７に流通させるバイパス弁部３７とを有しており、該第１サーモスタット弁２５をハウジング３３に固定するサーモスタット基体部３９と、このサーモスタット基体部３９に対し後述する弁体変位方向に相対変位するサーモスタット本体部４１とを備えている。

上記サーモスタット基体部３９は、ハウジング３３に取り付けられるとともに主弁部３５の一部をなす弁座４３と、この弁座４３よりもシリンダヘッド７側（弁体変位方向一方側）に設けられたスプリング支持部４５と、弁座４３に対しスプリング支持部４５とは反対側（弁体変位方向他方側）に設けられた軸支持部４７とを備えている。

上記弁座４３は、円環状の支持板４３ａと円環状の弁座板４３ｃと略筒状の立壁部４３ｂとを有している。

上記支持板４３ａは、その外周縁部がハウジング３３に埋め込まれることにより、該ハウジング３３に固定されている。上記弁座板４３ｃは、その外径が支持板４３ａの内径よりも小さく、支持板４３ａと平行に且つ支持板４３ａよりも弁体変位方向一方側に配置さている。この弁座板４３ｃの内周縁が冷却水を主冷却水回路８５側に流通させるための流通孔４９を区画している。上記立壁部４３ｂは、支持板４３ａの内周縁と弁座板４３ｃの外周縁とを全周に亘って連結している。換言すれば、弁座４３は、弁体変位方向他方側端部に外側に延出するフランジ（支持板４３ａ）を有するとともに弁体変位方向一方側端部に内側に延出するフランジ（弁座板４３ｃ）を有する略円錐筒状をなしている。

上記スプリング支持部４５及び上記軸支持部４７は支持板４３ａを介してハウジング３３に取り付けられている。これらの支持部４５，４７はともに骨組構造体であり、冷却水の流通を遮らない構造となっている。

一方、上記サーモスタット本体部４１は、ピストンロッド５１と感温ケース（感温部）５３とを備えている。

上記ピストンロッド５１は、弁体変位方向に延びており、その弁体変位方向他方側端部が軸支持部４７に固定されていて、弁座板４３ｃに対し垂直にかつ流通孔４９を貫通するように配置されている。また、ピストンロッド５１の弁体変位方向一方側端部には有底筒状のシール部材５７が装着されている。

上記感温ケース５３は有底有蓋円筒状の胴部５９を有し、その底部（弁体変位方向他方側端部）には貫通孔５９ａが形成されるとともに、蓋部（弁体変位方向一方側）には円筒軸方向に延びるロッド部５９ｂが突設されている。この貫通孔５９ａにはシール部材５７で覆われたピストンロッド５１が挿入されており、これにより、感温ケース５３がピストンロッド５１に沿ってロッド軸方向（弁体変位方向）に移動可能となっている。シール部材５７と感温ケース５３の間には、熱膨張体であるワックス５５が充填されている。

さらに、感温ケース５３は、その胴部５９に略円環板状の主弁体６１を備えるとともに、そのロッド部５９ｂに略円環板状のバイパス弁体６３を備えている。

上記主弁体６１は、その内周縁部が胴部５９に固定されるとともに、上記弁座板４３ｃと略同じ外径を有している。主弁体６１は、上記弁座４３とともに上記主弁部３５を構成しており、感温ケース５３の移動に伴って弁開閉方向（弁体変位方向）に変位する。主弁体６１の弁体変位方向一方側面には、上記スプリング支持部４５に支持された主スプリング６７が取り付けられている。これにより、感温ケース５３は主スプリング６７によって常時弁体変位方向他方側に付勢されている。

上記バイパス弁体６３はロッド部５９ｂに移動可能に取り付けられるとともに、シリンダヘッド７側のパイプ状のハウジング６９の内径よりも大きな外径を有しており、シリンダヘッド７側のハウジング６９の段差部６９ａとともにバイパス弁部３７を構成する。バイパス弁体６３は、胴部５９の蓋部とバイパススプリング７３で接続されており、このバイパススプリング７３により常時弁体変位方向一方側に付勢される一方、ロッド部５９ｂに固定されたストッパーリング７５によりロッド部５９ｂから抜けないようになっている。

上記ワックス５５は、感温ケース５３を介して伝わる冷却水の温度が高くなったときには膨張し、冷却水の温度が低くなったときには収縮する。ワックス５５の充填量は、冷却水の温度が第３所定温度Ｔ３以上のときは主弁体６１がワックス５５の膨張力により主スプリング６７の付勢力に抗して弁座板４３ｃから離れるように弁体変位方向一方側に変位し、かつ、冷却水の温度が第３所定温度Ｔ３未満のときは主弁体６１が主スプリング６７の付勢力により弁座板４３ｃに当接するような値に設定されている。

以上のように構成された第１サーモスタット弁２５は、冷却水の温度が第３所定温度Ｔ３未満のときは、図４に示すように、主スプリング６７の付勢力により主弁部３５が閉弁するとともにバイパス弁部３７が開弁して、冷却水を第１バイパス通路７１に流通させる。より具体的には、以下の通りである。

冷却水の温度が第３所定温度Ｔ３未満のときはワックスが膨張しないので感温ケース５３は移動しない。このため、主弁体６１が主スプリング６７の付勢力によって弁座板４３ｃに当接して流通孔４９を塞ぐことにより、主弁部３５が閉弁する。このとき、バイパス弁体６３がハウジング６９の段差部６９ａから離れるように弁体変位方向他方側に変位しており、ハウジング６９の段差部６９ａとの間の弁通路７１が開くことにより、バイパス弁部３７が開弁する。これらにより、第１サーモスタット弁２５が閉弁し、冷却水が第１バイパス通路７１を通って第３冷却水通路１７側に流通する。

一方、第１サーモスタット弁２５は、冷却水の温度が第３所定温度Ｔ３以上のときは、図５に示すように、ワックス５５の膨張力により主弁部３５が開弁するとともにバイパス弁部３７が閉弁して、冷却水を第１冷却水通路１９に流通させる。より具体的には、以下の通りである。

冷却水の温度が第３所定温度Ｔ３以上のときはワックスが膨張するので、主スプリング６７の付勢力に抗して感温ケース５３が弁体変位方向一方側に移動する。このため、主弁体６１がワックス５５の膨張力によって弁座板４３ｃから離れるように弁体変位方向一方側に変位して弁座板４３ｃとの間の弁通路６５を開き流通孔４９に冷却水が流通されることにより、主弁部３５が開弁する。このとき、バイパス弁体６３がハウジング６９の段差部６９ａに当接することにより、バイパス弁部３７が閉弁する。これらにより、第１サーモスタット弁２５が開弁し、冷却水が第１冷却水通路１９及び第２冷却水通路２１を通って第３冷却水通路１７（主冷却回路８５側）に流通する。

ここで、主弁部３５の弁通路６５は、弁座板４３ｃの流通孔４９に冷却水を流通させるために、主弁体６１が弁体変位方向一方側に移動することにより弁座板４３ｃと主弁体６１との間に形成される通路であり、その通路面積は、弁体変位方向（弁開閉方向）における弁座板４３ｃと主弁体６１との間隔、すなわち、弁座板４３ｃに対する主弁体部６１の変位量に比例して大きくなる。

＜第２サーモスタット弁＞
第２サーモスタット弁２７は、主弁体７９の形状及び感温ケース５３内に電気ヒータが内蔵されている点が第１サーモスタット弁２５と異なるものである。以下、第１サーモスタット弁２５と異なる点について説明する。なお、図６及び図７では、電気ヒータ８９やその電気配線等は、図を見易くするために図示を省略している。

第２サーモスタット弁２７は、電気ヒータ８９を有し、冷却水の温度及び上記電気ヒータ８９の温度のうち高い方の温度に応じて開閉する電気式サーモスタット弁であり、図６はその閉弁時の状態を、また図７はその開弁時の状態をそれぞれ示している。第２サーモスタット弁２７は、ウォータポンプ１５とシリンダブロック５のウォータジャケット９との接続部を構成するパイプ状のハウジング７７内に取り付けられており、第２サーモスタット弁２７の開弁時に冷却水を弁通路８１に通してシリンダブロック５のウォータジャケット９側（主冷却水回路側）に流通させる主弁部３５と、第２サーモスタット弁２７の閉弁時に冷却水を弁通路８７に通して第２バイパス通路２３側に流通させるバイパス弁部３７とを有している。

第２サーモスタット弁２７のワックス５５は、その感温温度が上記第３所定温度Ｔ３よりも極めて低い第４所定温度Ｔ４以上のときに膨張するように設定されている。また、第２サーモスタット弁２７には、ピストンロッド５１の弁体変位方向一方側を覆うロッドカバー９３が設けられており、該ロッドカバー９３内には上記ＥＣＵ９１と電気ヒータ８９とを接続する電気配線が収められている。電気ヒータ８９は、胴部５９の底部（弁体変位方向一方側端部）とワックス５５との間に配置され、ロッドカバー９３内の電気配線を介して送られるＥＣＵ９１からの電気信号によりワックス５５を加熱する。

第２サーモスタット弁２７は、感温ケース５３の胴部５９に略円錐筒状の主弁体７９を備えている。主弁体７９は、弁座４３とともに主弁部３５を構成するものであり、略円環状の頂壁部７９ａと円環状の底壁部７９ｃと略筒状の立壁部７９ｂとを有している。

上記頂壁部７９ａは、その内周縁部が胴部５９に固定され且つ弁座板４３ｃの内径よりも小さい外形を有している。上記底壁部７９ｃは、弁座板４３ｃと同形同大であり、頂壁部７９ａと平行に且つ頂壁部よりも弁体変位方向他方側（シリンダブロック５側と反対側）に配置されている。上記立壁部７９ｂは、頂壁部７９ａの外周縁と底壁部７９ｃの内周縁とを全周に亘って連結している。

立壁部７９ｂは、弁体変位方向の底壁部７９ｃ側から頂壁部７９ａ側に向かうほど、すなわち、底壁部７９ｃの内周縁部から離れるに従って筒径方向内側に傾斜しており、流通孔４９に対し弁体変位方向（弁開閉方向）に抜き差し可能になっている。この立壁部７９ｂは、弁体変位方向他方側（底壁部７９ｃ側）に位置する第１立壁部７９ｂ１と、弁体変位方向一方側（頂壁部７９ａ側）位置する第２立壁部７９ｂ２とからなっており、第２立壁部７９ｂ２は第１立壁部７９ｂ１よりも径方向内側に大きく傾斜している。第１立壁部７９ｂ１の弁体変位方向長さは、第２サーモスタット弁２７の感温温度が第４所定温度Ｔ４よりも高く且つ第３所定温度Ｔ３よりも低い第１所定温度Ｔ１のときに第１立壁部７９ｂ１が流通孔４９から抜けるような長さに設定されている。また、第２立壁部７９ｂ２の弁体変位方向長さは、第２サーモスタット弁２７の感温温度が第３所定温度Ｔ３よりも高く且つ第２サーモスタット弁２７の全開（最大開弁）温度（第６所定温度Ｔ６）よりも低い第２所定温度Ｔ２のときに第２立壁部７９ｂ２が流通孔４９から抜けるような長さに設定されている。さらに、第１立壁部７９ｂ１及び第２立壁部７９ｂ２の傾斜角は、弁体変位方向に対し４５度以下の緩い傾斜角となっている。

頂壁部７９ａの弁体変位方向他方側面にはスプリング支持部４５に支持された主スプリング６７が取り付けられており、これにより、感温ケース５３は常時弁体変位方向一方側（シリンダブロック５側）に付勢されている。

以上のように構成された第２サーモスタット弁２７は、その感温温度が第４所定温度Ｔ４未満のときは、図６に示すように、主スプリング６７の付勢力により主弁部３５が閉弁するとともにバイパス弁部３７が開弁して、冷却水を第２バイパス通路２３に流通させる。より具体的には、以下の通りである。

第２サーモスタット弁２７の感温温度が第４所定温度Ｔ４未満のときはワックスが膨張しないので感温ケース５３は移動しない。このため、底壁部７９ｃが主スプリング６７の付勢力によって弁座板４３ｃに当接するとともに立壁部７９ｂが流通孔４９に差し込まれて流通孔４９を塞ぐことにより、主弁部３５が閉弁する。このとき、バイパス弁体６３が第２バイパス通路２３の段差部２３ａから離れるように弁体変位方向一方側に変位しており、該段差部２３ａとの間の弁通路８７が開くことにより、バイパス弁部３７が開弁する。これらにより、第２サーモスタット弁２７が閉弁し、冷却水が第２バイパス通路２３側に流通する。

一方、第２サーモスタット弁２７の感温温度が第４所定温度Ｔ４以上のときは、ワックス５５の膨張力により主弁部３５が開弁するとともにバイパス弁部３７が閉弁して、冷却水をシリンダブロック５のウォータジャケット９に流通させる。より具体的には、以下の通りである。

第２サーモスタット弁２７の感温温度が第４所定温度Ｔ４以上のときはワックスが膨張するので、主スプリング６７の付勢力に抗して感温ケース５３が弁体変位方向他方側に移動する。このため、感温温度が第１所定温度Ｔ１以下のときには第１立壁部７９ｂ１が、また感温温度が第２所定温度Ｔ２以下のときには第２立壁部７９ｂ２が、ワックス５５の膨張力によって弁座板４３ｃから順次抜ける（離れる）ように弁体変位方向他方側に変位して弁座板４３ｃとの間の弁通路８１を開き流通孔４９に冷却水が流通されることにより、主弁部３５が開弁する。このとき、バイパス弁体６３は第２バイパス通路２３の段差部６９ａ側に変位することにより、バイパス弁部３７は若干閉じ加減の開弁状態となる。これらにより、第２サーモスタット弁２７が開弁し、冷却水がシリンダブロック５のウォータジャケット９側（主冷却回路８５側）に流通する。

ここで、主弁部３５の弁通路８１は、弁座板４３ｃの流通孔４９に冷却水を流通させるために、主弁体７９が弁体変位方向他方側に移動することにより弁座板４３ｃと立壁部７９ｂ（第１立壁部７９ｂ１又は第２立壁部７９ｂ２）との間に形成される通路である。そして、弁通路８１の通路面積は、弁座板４３ｃに対する主弁体７９の変位量に比例して大きくなるのではなく、弁座板４３ｃの径方向における、弁座板４３ｃと第１立壁部７９ｂ１又は第２立壁部７９ｂ２との間隔に比例して大きくなる。さらに、立壁部７９ｂの傾斜角が主弁体７９の変位方向に対し４５度以下であることから、弁座板４３ｃの径方向における、弁座板４３ｃと第１立壁部７９ｂ１又は第２立壁部７９ｂ２との間隔は、弁体変位方向における弁座板４３ｃに対する主弁体７９の変位量よりも小さくなる。

第２サーモスタット弁２７の感温温度が第１所定温度Ｔ１になると、第１立壁部７９ｂ１が流通孔４９から抜けて、弁通路８１が弁座板４３ｃと第１立壁部７９ｂ１よりも径方向内側に傾斜した第２立壁部７９ｂ２との間に形成されることから、主弁部３５の弁通路面積変化率が大きくなる。そして、感温温度が第２所定温度Ｔ２になると、第２立壁部７９ｂ２が流通孔４９から抜けることから、主弁部３５の弁通路面積は、第１サーモスタット弁２５と同様に、弁座板４３ｃに対する主弁体７９の変位量に比例して大きくなる。すなわち、感温温度の変化に伴う第２サーモスタット弁２７の開弁時の弁通路８１の面積変化率は、３段階に変化して大きくなるものであり、感温温度が第１所定温度Ｔ１未満では最も小さく、第２所定温度Ｔ２以上では最も大きく設定されている。したがって、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する開度特性線の傾きは、３段階に変化して大きくなり、感温温度が第１所定温度Ｔ１未満では最も小さく、感温温度が第２所定温度Ｔ２以上では最も大きくなる。

−サーモスタット弁の特性−
以下、上記第１及び第２サーモスタット弁２５，２７の特性について詳細に説明する。

図８は、感温温度に対する第１及び第２サーモスタット弁２５，２７の弁通路面積の変化を示す図であり、図中の実線は第１サーモスタット弁２５の特性を、図中の点線は第２サーモスタット弁２７の特性をそれぞれ示している。

図８に示すように、第１サーモスタット弁２５の開弁開始温度（第３所定温度Ｔ３）は第２サーモスタット弁２７の開弁開始温度（第４所定温度Ｔ４）よりも高く設定されている一方、第１サーモスタット弁２５の全開温度（第５所定温度Ｔ５）は第２サーモスタット弁２７の全開温度（第６所定温度Ｔ６）よりも低く設定されている。

第１サーモスタット弁２５の開弁開始温度を第２サーモスタット弁２７の開弁開始温度よりも高く設定するのは、電気ヒータ８９の故障時に冷却水がシリンダブロック５のウォータジャケット９に流れなくなるのを回避するためである。仮に第１サーモスタット弁２５が第２サーモスタット弁２７よりも先に開弁すると、第２サーモスタット弁２７にはラジエータ１３により冷却された冷却水が流れることから、第２サーモスタット弁２７が開かなくなり、シリンダライナ温度が高温になってエンジンのオーバーヒートを招くおそれがある。そこで、本実施形態では、第２サーモスタット弁２７を第１サーモスタット弁２５よりも先に開弁させて、フェールセーフを達成できるようにしている。

一方、第１サーモスタット弁２５の全開温度を第２サーモスタット弁２７の全開温度よりも低く設定するのは、第２サーモスタット弁２７が第１サーモスタット弁２５よりも先に全開するを防ぎ、電気ヒータ８９の加熱による第２サーモスタット弁２７の開度量の調整が困難となるのを防止するためである。

ここで、第６所定温度Ｔ６は第５所定温度Ｔ５よりも４℃以上高く設定することが望ましい。その理由は、以下の通りである。

サーモスタット弁２５，２７に内蔵されるワックス５５は不純物を含有させることにより、開弁開始温度や全開温度を調整することができるが、設定温度に対しプラスマイナス２℃程度の誤差が不可避的に生じる場合がある。このため、例えば、第６所定温度Ｔ６と第５所定温度Ｔ５との差を３℃に設定した場合に、第１サーモスタット弁２５がプラス２℃の誤差を有し、第２サーモスタット弁２７がマイナス２℃の誤差を有していると、第２サーモスタット弁２７の全開温度が第１サーモスタット弁２５の全開温度よりも高くなり、第２サーモスタット弁２７が第１サーモスタット弁２５よりも先に全開するおそれがある。したがって、第６所定温度Ｔ６と第５所定温度Ｔ５の差を４℃以上とすることにより、第１サーモスタット弁２５がプラス２℃の誤差を有し、第２サーモスタット弁２７がマイナス２℃の誤差を有しているときでも、電気ヒータ８９の加熱による第２サーモスタット弁２７の開度量の調整を可能としている。

また、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する開度特性線の傾きは、感温温度が高くなるに従って３段階に変化して大きくなり、感温温度が第１所定温度Ｔ１未満では最も小さく、感温温度が第２所定温度Ｔ２以上では最も大きくなる。さらに、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する開度特性線は、第１所定温度Ｔ１以上第２所定温度Ｔ２未満の温度範囲において第１サーモスタット弁の感温温度に対する開度特性線とボア壁温度を高温に保持できるような開度量（小さい開度量）で交差するように設定されている。その理由は、以下の通りである。

本実施形態の冷却装置１では、冷却水の温度が第１所定温度Ｔ１よりもさらに低い第４所定温度Ｔ４のときに第２サーモスタット弁２７の開弁を開始させている。このように第２サーモスタット弁２７を早期に開弁させることにより、電気配線の断線等により電気ヒータ８９が故障してもフェールセーフを達成し、リンプホームが可能となる。しかしながら、シリンダブロック５が高温になっていない状態で、シリンダブロック５のウォータジャケット９に冷却水を流通させると、シリンダブロック５の昇温が促進されない。そこで、感温温度が第１所定温度Ｔ１未満のときは第２サーモスタット弁２７の開弁時の冷却水流量変化率を小さくして、冷間始動時におけるシリンダブロック５のウォータジャケット９への冷却水の流通量を少なくしたのである。

また、第２サーモスタット弁２７の感温温度が第１所定温度Ｔ１以上のときは第１所定温度Ｔ１未満のときよりもシリンダブロック５のウォータジャケット９に流通させる冷却水の量を増やし積極的にボア壁温度の制御を行うが、第２サーモスタット弁２７の開度特性を大きくし過ぎると、ボア壁温度を高温に保持し難くなるとともに、制御精度を高めることが困難となる。つまり、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する冷却水流量変化率を大きくし過ぎると、ボア壁温度が直ちに下降するとともに、ボア壁温度を目標温度に近づけるために電気ヒータ８９の温度を少し上昇させるだけで、シリンダブロック５のウォータジャケット９に大量の冷却水が流通するので、温度の微調整が困難となるのである。したがって、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する開度特性線の傾きを第１所定温度Ｔ１未満のときよりも大きくする一方、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する開度特性線が、第１所定温度Ｔ１以上第２所定温度Ｔ２未満の温度範囲において第１サーモスタット弁の感温温度に対する開度特性線とボア壁温度を高温に保持できるような開度量で交差するように設定したのである。

さらに、シリンダブロック５のボア壁温度が目標温度よりも極めて高い場合には、シリンダブロック５のウォータジャケット９に流通させる冷却水を直ぐに増大させる必要があるが、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する開度特性線の傾きが小さいと、第２サーモスタット弁２７を全開させるまでに時間がかかり応答遅れによる信頼性の低下を招くとともに、大量の電力を消費することになる。そこで、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する開度特性線の傾きを、第２所定温度Ｔ２以上では最も大きく設定して、信頼性を確保するとともに、省電力化を図っているのである。

−ボア壁温度の制御方法−
図９は、シリンダブロック５のボア壁温度とその制御方法との関係を模式的に示す図である。本発明のエンジンの冷却装置１では、シリンダブロック５における燃費効率の最大化を図るために、上記ＥＣＵ９１が、上記温度センサ８７により検出されるボア壁温度に応じて該ボア壁温度の制御方法を決定し、この決定された制御方法に従って第２サーモスタット弁２７の開弁量を調整することにより、シリンダブロック５のボア壁温度を所定の目標ボア壁温度ｔ１に近づけるように制御する。より具体的には、以下の通りである。

ＥＣＵ９１は、上記温度センサ８７により検出されたシリンダブロック５の実ボア壁温度、及び充填効率を信号として受ける。そしてエンジンの始動前に入力されている目標ボア壁温度ｔ１に基づき、目標ボア壁温度ｔ１よりも所定温度Δｔだけ温度が低い下限制御温度ｔ２（ｔ１−Δｔ）と、目標ボア壁温度ｔ１よりも所定温度Δｔだけ温度が高い上限制御温度ｔ３（ｔ１＋Δｔ）とを設定する。

そして、検出された実ボア壁温度が下限制御温度ｔ２未満のときは、フラグＦをオフの状態にする（Ｆ＝０）。このとき、ＥＣＵ９１はボア壁温度を制御しないことを決定し、上記電気ヒータ８９を作動させず第２サーモスタット弁２７の感温部を加熱しない。ただし、Ｆが０のときでも、シリンダブロック５が高負荷で使用されており、充填効率が第１基準値を超えている場合には、ボア壁温度をフィードフォアード制御する。

また、実ボア壁温度が下限制御温度ｔ２以上上限制御温度ｔ３以下のときは、フラグＦをオンの状態にする（Ｆ＝１）。このとき、ＥＣＵ９１はボア壁温度をフィードバック制御することを決定し、電気ヒータ８９を作動させて該電気ヒータ８９の温度を上記第１所定温度Ｔ１以上上記第２所定温度Ｔ２未満とし、第２サーモスタット弁２７の感温部を加熱することによりフィードバック制御を行う。フィードバック制御にはＰＩ制御則が用いられ、目標ボア壁温度ｔ１に対する応答性をＰ項（比例項）によって高めるとともに、Ｐ項による残偏差をＩ項（積分項）によって収束させることにより、実ボア壁温度を目標ボア壁温度ｔ１に近づける。ただし、Ｆが１のときでも、シリンダブロック５が高負荷で使用されており、充填効率が第２基準値を超えている場合には、ボア壁温度をフィードフォアード制御する。

さらに、実ボア壁温度が上限制御温度ｔ３を超えているときは、フラグＦをオンの状態にする（Ｆ＝２）。このとき、ＥＣＵ９１はボア壁温度をフィードフォアード制御することを決定し、ＥＣＵ９１は電気ヒータ８９を作動させて該電気ヒータ８９の温度を第２所定温度Ｔ２以上とすることによりフィードフォアード制御を行う。

−制御装置の動作−
以下に、図１０に示すフローチャートを用いながら、ＥＣＵ９１の動作について説明する。

まず、ステップＳ１では、シリンダブロック５の目標ボア壁温度ｔ１を設定する。本実施形態における目標ボア壁温度ｔ１は１５０℃である。また、所定温度Δｔは１０℃に設定されており、下限制御温度ｔ２は１４０℃、上限制御温度ｔ３は１６０℃となる。次に、ステップ２では、温度センサ８７により検出されたシリンダブロック５の実ボア壁温度、及び充填効率を読み込む。

続くステップＳ３において、温度センサ８７により検出された実ボア壁温度が下限制御温度ｔ２未満であるか、具体的には、実ボア壁温度が１４０℃未満であるか否かを判定する。実ボア壁温度が１４０℃未満（ステップＳ３の判定結果がＹＥＳ）の場合には、ボア壁温度の制御を実行する必要がないことから、ステップＳ５に進んで制御フラグＦをオフの状態にする（Ｆ＝０）。実ボア壁温度が１４０℃以上（ステップＳ３の判定結果がＮＯ）の場合には、ステップＳ４に進んで実ボア壁温度が上限制御温度ｔ３、すなわち、１６０℃以下であるか否かを判定する。

実ボア壁温度が１６０℃以下（ステップＳ４の判定結果がＹＥＳ）である場合には、燃費効率を向上させるためにボア壁温度を目標ボア壁温度ｔ１に収束させるべき状態であることから、ステップＳ６に進んで制御フラグＦをオンの状態にする（Ｆ＝１）。実ボア壁温度が１６０℃を超えている（ステップＳ４の判定結果がＮＯ）場合には、シリンダブロック５のボア壁を直ぐに冷却すべき状態であることから、ステップＳ７に進んで制御フラグＦをオンの状態にする（Ｆ＝２）。ステップＳ５〜７において制御フラグＦのオンオフ状態が決定されると、ステップＳ８に進み、目標ボア壁温度ｔ１と実ボア壁温との差である偏差の計算を実行する。

続くステップＳ９において、制御フラグＦが０であるか否かを判定する。ステップＳ９の判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ１０に進んで制御フラグＦが１であるか否かを判定する。ステップＳ１０の判定結果がＮＯの場合、すなわち、Ｆが２の場合には、ステップＳ１５に進んで、第２サーモスタット弁２７の開度量（開弁量）を強制的に大きくできる値であるＦＦ項（フィードフォアード項）が出力される。これにより、電気ヒータ８９の温度が第２所定温度Ｔ２以上となり、第２サーモスタット弁２７の開度量が直ぐに大きくなる。そして、シリンダブロック５のウォータジャケット９に流通する冷却水が増大して、シリンダブロック５が冷却される。

一方、ステップＳ９での判定結果がＹＥＳの場合でも、ステップＳ１１において充填効率が第１基準値（本実施形態では０．８０）以上と判定されると、シリンダブロック５が高負荷で使用されていると判断され、ステップＳ１５に進みＦＦ項が出力される。同様に、ステップＳ１４において充填効率が第２基準値（本実施形態では０．７５）以上と判定されると、ステップＳ１５に進みＦＦ項が出力される。

ステップＳ１１の判定結果がＹＥＳの場合には、続くステップＳ１２において、Ｉ項が０と設定され、偏差の積分値がリセットされる。そして、ステップＳ１３において、出力が０とされボア壁温度を制御しないことになる。したがって、電気ヒータ８９による加熱が行われず、第２サーモスタット弁２７は冷却水の温度に従って開閉する。

また、ステップＳ１４の判定結果がＹＥＳの場合には、続くステップＳ１５において、前回Ｉ項と、偏差にＩゲインを乗じた値との和としてＩ項が計算される。ここで、前回Ｉ項とは、図１０のスタートからリターンまでの制御を１回の制御動作とし、仮に現在の制御動作をｎ回目の制御動作とすると、ｎ−１回目の制御動作におけるＩ項に相当する。したがって、ｎ−１回目の制御動作における制御フラグＦが０のときにはステップＳ１２においてＩ項がリセットされるので、ｎ回目の制御動作における前回Ｉ項は０となる。また、ｎ−１回目の制御動作における制御フラグＦが１のときにはステップＳ１５において計算されたＩ項が、ｎ回目の制御動作における前回Ｉ項となる。さらに、ｎ−１回目の制御動作における制御フラグＦが２のときにはＩ項は何ら変更されない（保管される）ので、ｎ−２回目以前のＩ項がｎ回目の制御動作における前回Ｉ項となる。

続くステップＳ１６において、ステップＳ１５で計算されたＩ項と、偏差にＰゲインを乗じた値との和が出力される。これにより、電気ヒータ８９の温度が第１所定温度Ｔ１以上第２所定温度Ｔ２未満の範囲で制御されて第２サーモスタット弁２７が開閉し、シリンダブロック５が冷却又は除冷され、シリンダブロック５の実ボア壁温度が目標ボア壁温度ｔ１に近づく。

ステップＳ１３、ステップＳ１５又はステップＳ１６において出力が実行された後は、再びスタートに戻る。

−冷却装置の作用−
以下、上記のように構成されたエンジンの冷却装置１の動作を説明する。

冷却水の温度が低いエンジンの冷間始動時には、図４及び図６に示すように、第１及び第２サーモスタット弁２５，２７が主スプリング６７の付勢力により閉じている。ウォータポンプ１５から吐出された冷却水は、図３に示すように、シリンダブロック５のウォータジャケット９を迂回して、第２サーモスタット弁２７及び第２バイパス通路２３を順に通って、シリンダヘッド７のウォータジャケット１１に送られる。シリンダヘッド７のウォータジャケット１１から流出した冷却水は、第１バイパス通路７１及び第３冷却水通路１７を順に通ってウォータポンプ１５に戻る。

シリンダヘッド７との熱交換により冷却水の温度が第４所定温度Ｔ４まで上昇すると、第２サーモスタット弁２７が開弁を開始する。第２サーモスタット弁２７に内蔵されたワックス５５の膨張力により主弁体７９が弁座４３から離れるように変位すると、第１立壁部７９ｂ１と弁座板４３ｃとの間の弁通路８１が開き徐々にその通路面積が大きくなっていく。このとき、ウォータポンプ１５から吐出された冷却水は、図１１に示すように、そのほとんどが第２バイパス通路２３を通ってシリンダヘッド７のウォータジャケット１１に送られるが（図１１の太線矢印）、シリンダブロック５のウォータジャケット９にも少量の冷却水が送られる（図１１の細線矢印）。

冷却水の温度がさらに上昇し第３所定温度Ｔ３になると、図５に示すように、第１サーモスタット弁２５がワックス５５の膨張力により開弁する。このとき、ウォータポンプ１５から吐出され、主としてシリンダヘッド７のウォータジャケット１１を流れた冷却水は、第１冷却水通路１９を通ってラジエータ１３に至る。

シリンダブロック５の温度が上昇し、そのボア壁温度が下限制御温度ｔ２よりも高く、且つ上限制御温度ｔ３よりも低い温度になると、ＥＣＵ９１によるフィードバック制御が開始される。このとき、電気ヒータ８９は、その温度が第１所定温度Ｔ１以上第２所定温度Ｔ２未満となるように制御される。そして、第２サーモスタット弁２７の第２立壁部７９ｂ２と弁座板４３ｃとの間の弁通路８１が開き徐々にその通路面積が大きくなっていく。この温度範囲内で第２サーモスタット弁２７の開弁量を調整することにより、シリンダブロック５のウォータジャケット９への冷却水の流通量を調整してボア壁温度をボア壁目標温度ｔ１に近づける。

シリンダブロック５の温度が上昇し、ボア壁温度が上限制御温度ｔ３よりも高くなると、ＥＣＵ９１がボア壁温度をフィードフォアード制御する。このとき電気ヒータ８９の温度が第２所定温度Ｔ２以上となるように制御される。第２サーモスタット弁２７の感温温度が第２所定温度Ｔ２に達すると、第２サーモスタット弁２７のワックス５５の膨張力により主弁体７９が弁座４３から離れるように変位して、第２立壁部７９ｂ２が弁座板４３ｃから抜けて弁通路面積が急激に大きくなる。このとき、ウォータポンプ１５から吐出された冷却水は、図２に示すように、シリンダブロック５のウォータジャケット９に送られ、連通孔部５ａ，７ａを通ってシリンダヘッド７のウォータジャケット１１に送られる。そして、シリンダヘッド７のウォータジャケット１１を流れた冷却水は、ラジエータ１３を介してウォータポンプ１５に戻る。

−効果−
本実施形態では、第１サーモスタット弁２７の開弁開始温度Ｔ３が第２サーモスタット弁２７の開弁開始温度Ｔ４よりも高く設定されるとともに、第２サーモスタット弁２７は冷却水の温度及び電気ヒータ８９の温度のうち高い方の温度に応じて開弁量が変化する。これにより、電気ヒータ８９が故障しても、冷却水の温度により第２サーモスタット弁２７が開弁するので、シリンダブロック５のウォータジャケット９に冷却水を流通させることができる。したがって、電気ヒータ８９の故障時に最低限の走行状態を確保する、いわゆるリンプホームが可能となる。

また、第１サーモスタット弁２５の全開温度Ｔ５が第２サーモスタット弁２７の全開温度Ｔ６よりも低く設定されているので、温間域におけるボア壁温度を電気ヒータ加熱により高精度で制御することができる。これらにより、シリンダブロック５における燃費効果を向上させるとともに、フェールセーフを達成できる。

さらに、第２サーモスタット弁２７の感温温度が第１所定温度Ｔ１未満のときは、第２サーモスタット弁２７の開度特性線の傾きが小さいので、シリンダブロック５のウォータジャケット９への冷却水の流通量が少なくなる。これにより、冷間始動時にシリンダブロック５を高温に保持することができるとともに、シリンダヘッド７と冷却水との熱交換が積極的に行われるので冷却水を早期に昇温させることができる。したがって、冷間始動時における暖機運転を速やかに完了させるとともに、冷間始動時における燃費の低減を図ることができる。

また、第２サーモスタット弁２７の感温温度が第２所定温度Ｔ２以上のときは、第２サーモスタット弁２７の開度特性線の傾きが大きいので、電気ヒータ８９による加熱温度を極めて高温にすることなくシリンダブロック５のウォータジャケット９への冷却水の流通量を増大させることができる。これにより、ボア壁温度を電気ヒータ加熱により制御する際の省電力化を図ることができる。

さらに、第２サーモスタット弁２７の感温温度に対する開度特性線が、第１サーモスタット弁２５の感温温度に対する開度特性線と第１所定温度Ｔ１以上第２所定温度Ｔ２未満の温度範囲においてボア壁温度を高温に保持開度量で交差しているので、該温度範囲ではシリンダブロック５のウォータジャケット９に流通する冷却水が過度に増大するのを防ぐことができる。したがって、電気ヒータ加熱によるボア壁温度の制御精度を向上させることができる。

本実施形態では、ＥＣＵ９１は、ボア壁温度を制御しないときは電気ヒータ８９を作動させず、ボア壁温度をフィードバック制御するときは電気ヒータ８９の温度を第１所定温度Ｔ１以上第２所定温度Ｔ２未満とし、且つボア壁温度をフィードフォアード制御するときは電気ヒータ８９の温度を第２所定温度Ｔ２以上とする。これにより、ボア壁温度を制御しないときはフェールセーフを達成し、ボア壁温度をフィードバック制御するときは高精度の制御を行うとともに、ボア壁温度をフィードフォアード制御するときは省電力化を図ることができる。

また、第２サーモスタット弁２７の弁通路８１の面積変化率を３段階に変化させて大きくすることにより、シリンダブロック５のウォータジャケット９への冷却水の流通量を３段階に変化させて大きくすることができる。したがって、冷却装置１の構造を複雑にすることなく、フェールセーフ性を達成し、ボア壁温度を高精度で制御し、且つ省電力化を図ることができる。

さらに、第２サーモスタット弁２７の主弁体７９に内側に２段階に傾斜した略筒状の弁体壁部７９ｂを備えるだけの簡単な構造で、弁通路面積変化率を３段階に変化させて大きくすることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、ピストンロッド５１が固定された電気式サーモスタット弁２７を用いたが、電気式サーモスタット弁２７の構造は上記実施形態に限定されず、冷却水の温度及び上記電気ヒータ８９の温度のうち高い方の温度に応じて開閉し、且つ弁通路面積変化率を複数段階に変化させて大きくできるものであれば、他の様々な構造を採用することができる。

本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、サーモスタット弁を備えたエンジンの冷却装置等について有用である。

実施形態１に係るエンジンの冷却装置の構成を模式的に示す図である。 第１及び第２サーモスタット弁が開いているときの冷却水の流れを示す図である。 第１及び第２サーモスタット弁が閉じているときの冷却水の流れを示す図である。 閉弁時の第１サーモスタット弁を示す図である。 開弁時の第１サーモスタット弁を示す図である。 閉弁時の第２サーモスタット弁を示す図である。 開弁時の第２サーモスタット弁を示す図である。 冷却水の温度に対する第１及び第２サーモスタット弁の弁通路面積の変化を示す図である。 ボア壁温度とその制御方法との関係を模式的に示す図である。 制御装置の動作を示すフローチャートである。 第２サーモスタット弁の感温温度が第１所定温度未満のときの冷却水の流れを示す図である。 従来の冷却装置における電気式サブサーモスタット弁の感温温度に対する開度特性とメインサーモスタット弁の感温温度に対する開度特性との関係を示す図である。

符号の説明

１ エンジンの冷却装置
５ シリンダブロック
７ シリンダヘッド
９ シリンダブロックのウォータジャケット
１１ シリンダヘッドのウォータジャケット
１３ ラジエータ
１５ ウォータポンプ
２３ 第２バイパス通路
２５ 第１サーモスタット弁
２７ 第２サーモスタット弁
４３ 弁座
４３ｃ 弁座板
４９ 流通孔
７１ 弁通路（第１バイパス通路）
７９ 主弁体（弁体）
７９ｂ 立壁部
７９ｂ１ 第１立壁部
７９ｂ２ 第２立壁部
７９ｃ 底壁部
８１ 弁通路
８５ 主冷却水回路
８７ 温度センサ
８９ 電気ヒータ
９１ ＥＣＵ（制御手段）
Ｔ１ 第１所定温度
Ｔ２ 第２所定温度
Ｔ３ 第３所定温度（第１サーモスタット弁の開弁開始温度）
Ｔ４ 第４所定温度（第２サーモスタット弁の開弁開始温度）
Ｔ５ 第５所定温度（第１サーモスタット弁の全開温度）
Ｔ６ 第６所定温度（第２サーモスタット弁の全開温度）
ｔ１ 目標ボア壁温度
ｔ２ 下限制御温度
ｔ３ 上限制御温度

Claims (5)

1. シリンダブロックのウォータジャケット、シリンダヘッドのウォータジャケット、ラジエータ、ウォータポンプが冷却水の循環方向においてこの順に介設された主冷却水回路と、上記主冷却水回路に設けられ、ラジエータを迂回する第１バイパス通路と、上記主冷却水回路のウォータポンプ下流側から分岐し、上記シリンダブロックのウォータジャケットを迂回して上記シリンダヘッドのウォータジャケットと連通する第２バイパス通路とを備え、冷間始動時に冷却水を上記第１及び第２バイパス通路に流通させるエンジンの冷却装置であって、
   上記主冷却水回路の上記ウォータポンプ上流側に設けられ、冷却水の温度に応じて開閉し、開弁時には冷却水を上記主冷却水回路側に流通させる一方、閉弁時には冷却水を上記第１バイパス通路側に流通させる第１サーモスタット弁と、
   上記主冷却水回路の上記ウォータポンプ下流側に設けられ、電気ヒータを有する電気式第２サーモスタット弁とをさらに備え、
   上記第２サーモスタット弁は、冷却水の温度及び上記電気ヒータの温度のうち高い方の温度に応じて開閉し、開弁時には冷却水を上記主冷却水回路側に流通させる一方、閉弁時には冷却水を上記第２バイパス通路側に流通させるように構成され、
   上記第１サーモスタット弁の開弁開始温度が上記第２サーモスタット弁の開弁開始温度よりも高く設定されている一方、上記第１サーモスタット弁の全開温度が上記第２サーモスタット弁の全開温度よりも低く設定されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   上記第２サーモスタット弁の感温部の温度に対する開度特性線の傾きは、
   複数段階に変化して大きくなるものであり、
   該第２サーモスタット弁の開弁開始温度よりも高く且つ上記第１サーモスタット弁の開弁開始温度よりも低い第１所定温度未満では最も小さく、
   上記第１サーモスタット弁の開弁開始温度よりも高く且つ該第２サーモスタット弁の全開温度よりも低い第２所定温度以上では最も大きく、
   上記第２サーモスタット弁の開度特性線が、上記第１所定温度以上上記第２所定温度未満の温度範囲において上記第１サーモスタット弁の開度特性線と、上記ボア壁温度を高温に保持できるような開度量で交差していることを特徴とするエンジンの冷却装置。
3. 請求項２記載のエンジンの冷却装置において、
   上記シリンダブロックのボア壁部に設けられ、ボア壁温度を検出する温度センサと、
   上記温度センサにより検出されたボア壁温度に応じて上記電気ヒータを作動させて上記第２サーモスタット弁の開弁量を調整することにより、上記ボア壁温度を所定の目標ボア壁温度に近づけるように制御する制御手段とをさらに備え、
   上記制御手段は、
   上記ボア壁温度が上記目標ボア壁温度よりも低い下限制御温度未満のときは、上記電気ヒータを作動させないことにより上記ボア壁温度を制御せず、
   上記ボア壁温度が上記下限制御温度以上で且つ上記目標ボア壁温度よりも高い上限制御温度以下のときは、上記電気ヒータを作動させて該電気ヒータの温度を上記第１所定温度以上上記第２所定温度未満とすることにより上記ボア壁温度をフィードバック制御し、
   且つ上記ボア壁温度が上記上限制御温度以上のときは、上記電気ヒータを作動させて該電気ヒータの温度を上記第２所定温度以上とすることにより上記ボア壁温度をフィードフォアード制御するように構成されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの冷却装置において、
   上記第２サーモスタット弁は、冷却水を上記主冷却水回路側に流通させるための流通孔が形成された弁座と、弁体とを有し、
   上記弁座と上記弁体との間には、上記流通孔に冷却水を流通させるための弁通路が形成され、
   上記弁体は、上記第２サーモスタット弁の開弁時に、上記弁座から離れるように変位して上記弁通路を開くことにより冷却水を上記主冷却水回路側に流通させる一方、上記第２サーモスタット弁の閉弁時に、上記弁座に当接して上記流通孔を塞ぐことにより冷却水を上記第２バイパス通路側に流通させ、
   感温部の温度の変化に伴う上記第２サーモスタット弁の開弁時の上記弁通路の面積変化率は、複数段階に変化して大きくなるものであり、第１所定温度未満では最も小さく、第２所定温度以上では最も大きく設定されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
5. 請求項４記載のエンジンの冷却装置において、
   上記弁座は、上記流通孔が形成された円環状の弁座板を有し、
   上記弁体は、上記第２サーモスタット弁の閉弁時に上記弁座板に当接する円環状の底壁部と、該底壁部の内周縁部から弁体変位方向に延びて該内周縁部から離れるに従って径方向内側に傾斜し、上記流通孔に対し弁体変位方向に抜き差し可能な略筒状の立壁部とを有し、
   上記立壁部は、弁体変位方向における底壁部側に位置する第１立壁部と、弁体変位方向における底壁部側とは反対側に位置するとともに該第１立壁部よりも径方向内側に大きく傾斜する第２立壁部とからなり、
   上記弁通路は、上記弁座板と上記第１立壁部又は第２立壁部との間に形成されるものであり、
   上記第１立壁部及び第２立壁部は、上記第２サーモスタット弁の開弁時に上記弁座板から離れるように変位して上記弁通路を開き、
   上記第１立壁部の弁体変位方向長さが、上記第２サーモスタット弁の感温部の温度が上記第１所定温度のときに該第１立壁部が上記流通孔から抜けるような長さに設定され、
   上記第２立壁部の弁体変位方向長さが、上記第２サーモスタット弁の感温部の温度が上記第２所定温度のときに該第２立壁部が上記流通孔から抜けるような長さに設定されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。

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