JP2009103048A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【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、ウォータジャケット内から冷却水を抜き取る際に、冷却装置に設けられたリザーブタンク内からの冷却水の流出を抑制する。
【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内とを接続する第三通路１０と、冷却水をウォータジャケット３内へ圧送するウォータポンプ１４と、第三通路１０内の第二タンク７側の圧力Ｐ_１がウォータポンプ１４側の圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ以上高い状態となると開弁する一方弁１３と、を備えている。
【選択図】図１

Description

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。

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。

ところが、このようなエンジンの冷却装置のウォータジャケットは常に冷却水で満たされているため、エンジンの暖機時にシリンダブロック、シリンダヘッドとともにウォータジャケット内の冷却水も温めなければならず、暖機に時間を要していた。そこで、このような暖機時間の短縮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、暖機運転時にウォータジャケット内の冷却水をタンクへ抜き取り、ウォータジャケット内へエアを供給する。これにより、ウォータジャケット内の冷却水の液面レベルを下げ、冷却水の熱容量を減らすことで、暖機性能が向上し、暖機が促進される。この冷却装置は、暖機が完了すると、抜き取った冷却水をウォータジャケットへ戻すとともにエアをタンクへ戻す。こうしてウォータジャケット内に戻された冷却水は、エンジン内部を循環し、エンジン内部を適温に冷却する。

実公平３−２６２５５号公報

さらに、このようなエンジンの冷却装置を改良して、リザーブタンクを備えた冷却装置がある。このリザーブタンクは、ウォータジャケット内の冷却水量を調節するとともに、ウォータジャケット内とタンク内との間の冷却水の入替えを円滑にする。また、リザーブタンクは冷却水とともに、ウォータジャケット内とタンク内とを行き来するエアも貯留する。冷却装置がウォータジャケットから冷却水を抜き取る場合、タンク内のエアはリザーブタンク内へ流れ込み、リザーブタンク内の圧力が上昇する。リザーブタンク内の圧力が上昇すると、リザーブタンク内のエアがウォータジャケットへ向けて流れ出る。このように冷却装置内のエアの流れを形成することにより、冷却水の移送が円滑に行われる。

ところが、このとき、リザーブタンク内の圧力が上昇することにより、リザーブタンク内に貯留される冷却水も流れ出てしまう。このように流れ出た冷却水はウォータジャケット内の冷却水と合流してタンク内へ流入する。このため、タンク内に流れ込もうとする水量が増加するため、ウォータジャケット内の冷却水の排出に要する時間が増加する。

また、このようにリザーブタンクから冷却水が流れ出て、リザーブタンク内の冷却水が不足すると、暖機完了後に行われる循環冷却の際にリザーブタンク内のエアがウォータジャケット内に混入してしまうことが考えられる。

そこで、本発明は、ウォータジャケット内からタンク内へ冷却水を移送する際に、冷却装置に設けられたリザーブタンク内からの冷却水の流出を抑制することを課題とする。

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、前記第二タンクと前記第二ポンプとの間に配置され、前記ウォータジャケット内から前記第二タンク内へ向かう冷却水の流れを遮断するとともに、前記第三通路内の前記第二タンク側の圧力Ｐ_１が前記第二ポンプ側の圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ以上高い状態となると開弁する一方弁と、を備えたことを特徴とする（実施例１）。このような構成とすることにより、第三通路内の圧力状態により一方弁の開閉状態を変更し、第二タンクからの冷却水の流出を抑制することができる。冷却装置は、第二ポンプにより供給される冷却水が第二タンク内の圧を上昇させることにより、第三通路内における一方弁よりも第二タンク側の圧力を上昇させて、一方弁を開弁させる。このような冷却装置は、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場合、第三通路内における一方弁よりも第二タンク側の圧力の上昇を抑制する。すなわち、第三通路内において、一方弁の第二タンク側と一方弁の第二ポンプ側との圧力差を小さくすることにより、一方弁を閉弁状態とする。これにより、第二タンクからの冷却水の流出を抑制することができる。一方、これ以外の場合では、冷却装置は、第三通路内における一方弁よりも第二タンク側の圧力を上昇させて、第二タンクから冷却水を流出させる。これにより、冷却装置内の冷却水を循環させることができる。

このようなエンジンの冷却装置は、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、前記第二ポンプの流量を変化させる流量可変手段を備えた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、第三通路内における一方弁よりも第二タンク側の圧力を調整することができる。第二ポンプによる冷却水の圧送量を変化させることにより、一方弁の第二タンク側と第二ポンプ側との圧力関係を調整することができる。これにより、一方弁の開閉状態を変更し、第二タンクからの冷却水の流出を制御することができる。すなわち、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場合、第三通路内における一方弁よりも第二タンク側の圧力の上昇を抑制し、一方弁を閉弁状態として、第二タンクからの冷却水の流出を抑制することができる。

さらに、このようなエンジンの冷却装置において、当該流量可変手段は、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、前記第二ポンプを停止することができる（請求項３）。このような構成とすることにより、第二タンクへ冷却水が供給されないため、第二タンク内の圧力の上昇が抑制される。これに伴い、第三通路内における一方弁よりも第二タンク側の圧力の上昇が抑制され、一方弁を閉弁状態とすることができる。これにより、第二タンクからの冷却水の流出を抑制することができる。また、前記第一ポンプ及び前記第二ポンプの少なくとも一方は、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、冷却水の流れを逆転させる構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより、第二ポンプが冷却水を逆流させ、迅速にウォータジャケット内から冷却水を抜き取ることができる。

本発明のエンジンの冷却装置は、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際に、第二タンク内の冷却水の流出を抑制することができる。

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。

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、一方弁１３、本発明の第二ポンプに相当するウォータポンプ１４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。

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の底面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。

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内とを接続する第四通路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は第四通路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、冷却水は第四通路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、第四通路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。

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６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。

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。さらに、第三通路１０には、第二タンク７に近い側から順に、一方弁１３、ウォータポンプ１４、三方弁１５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。また、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Ｐ_１がウォータポンプ１４側の圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ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Ｐ_ａ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。本発明において、以下に記載する圧力差をＰ_ａとしている。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、第二タンク７内の圧力が上昇する。これに伴い第二タンク７と接続された第三通路１０内における一方弁１３の第二タンク７側における圧力が上昇する。これ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Ｐ_ａとしている。すなわち、ウォータポンプ１４が作動すると、一方弁１３が開弁する構成となっている。

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。また、このウォータポンプ１４をバイパスするように第五通路１６が配置されている。この第五通路１６の一端はウォータポンプ１４の上流側１０ａに接続し、他端は三方弁１５に接続している。三方弁１５は、冷却水を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、第五通路１６へ流通させる経路とを切替える切替弁である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

「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。

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。

「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内の冷却水を第四通路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。

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Ｐ_１は、ウォータポンプ１４側の圧力Ｐ_２よりもＰ_ａ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。

「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。

「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。

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、第四通路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Ｐ_１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Ｐ_１が、ウォータポンプ１４側の圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ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。

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。

「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。

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。

「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。

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。

また、ＥＣＵ２４は、ウォータポンプ１４から送られる冷却水が第五通路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から送られる冷却水は、第五通路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を通過す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。

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。すなわち、第二タンク７内の圧力の上昇が抑制される。このため、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Ｐ_１の上昇が抑制されるため、一方弁１３より第二タンク７側の圧力Ｐ_１は、ウォータポンプ１４側の圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ以上高い状態とならない。このため、一方弁１３が閉弁状態となる。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。

「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、第四通路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。

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。

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Ｐ_１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Ｐ_１は一方弁１３よりもウォータポンプ１４側の圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ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を第二タンク内７からウォータジャケット３内へ向かって流通する。

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。

「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。

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Ｐ_１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Ｐ_１は一方弁１３よりもウォータポンプ１４側の圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ以上高い状態となり、一方弁１３が開弁状態となっている。

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。

「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Ｐ_１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

以上のように、冷却装置１は、「排水」状態、及び、「回収」状態において、一方弁１３を閉弁状態とすることにより、第二タンク７内の冷却水の流出を抑制し、ウォータジャケット３内の冷却水の排出を円滑にする。また、第二タンク７内に冷却水を残留させ、ウォータジャケット３内にエアが混入することを防止する。

次に、本発明の実施例２について説明する。図１２は本実施例の冷却装置５１を組み込んだエンジン５２の概略構成を示した説明図である。本実施例の冷却装置５１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５１は、実施例１の機械式のウォータポンプ１４に代えて、電動式のウォータポンプ５３を備えている点と、冷却装置１が備えていた三方弁１５、第五通路１６とを備えていない点で実施例１の冷却装置１と相違している。また、ウォータポンプ５３は、ＥＣＵ２４と電気的に接続されており、ＥＣＵ２４は、冷却装置５１の状態に応じて、ウォータポンプ５３の運転状態を決定し、ウォータポンプ５３へ運転及び停止の指令信号を送る。このようなＥＣＵ２４は、本発明の流量可変手段に相当する。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。

冷却装置５１は、エンジン５２の暖機開始から運転停止後に亘って、図２に示したような実施例１のエンジン２の暖機開始から運転停止後に亘って冷却装置１の行う冷却水の移送と同様の冷却水の移送を行う。図１３は冷却装置５１の各状態における電動ポンプ６、ウォータポンプ５３の作動状態、第一電磁弁４、第二電磁弁２３、サーモスタット２２の開閉状態を示した一覧表である。図１３中の「初期」、「供給」、「始動」・・・は、図２に示した「初期」、「供給」、「始動」・・・の各状態である。また、一方弁１３は、ウォータポンプ５３の作動に応じて開弁状態となる。次に図１３に従って、各状態における電動ポンプ６、ウォータポンプ５３、第一電磁弁４、第二電磁弁２３、サーモスタット２２の動作状態を説明する。

「初期」状態では、電動ポンプ６、ウォータポンプ５３のどちらも停止している。第一電磁弁４、第二電磁弁２３、サーモスタット２２はいずれも閉弁状態となっている。

「供給」状態では、電動ポンプ６が作動する。一方、ウォータポンプ５３は停止した状態を継続している。第一電磁弁４は開弁状態となり、冷却水が第一タンク５からウォータジャケット３へ流通する。第二電磁弁２３及びサーモスタット２２は後述する「再供給」状態まで閉弁状態となっている。また、ウォータポンプ５３が作動すると、第三通路１０をウォータジャケット３へ向かう冷却水の流れが発生する。

「始動」状態では、電動ポンプ６は停止する。ウォータポンプ５３は作動し、冷却水がウォータジャケット３と第二タンク７とを循環する。また、第一電磁弁４は閉弁状態となっている。

「排水」状態では、電動ポンプ６、ウォータポンプ５３はどちらも停止する。第一電磁弁４は開弁状態となり、冷却水がウォータジャケット３から第一タンク５へ流通する。ここで、ウォータポンプ５３を停止するのは、一方弁１３を閉弁状態とするためである。第三通路１０の一方弁１３の第二タンク７側における圧力Ｐ_１が、ウォータポンプ５３側における圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ以上高い状態とならない程度に限定してウォータポンプ５３を作動させることはできる。

排水が完了すると、第一電磁弁４も閉弁状態となる。このとき、冷却装置５１内は、冷却水が流通する通路がない状態である。

「再供給」状態では、電動ポンプ６が作動し、ウォータポンプ５３が停止している。第一電磁弁４は開弁状態となり、冷却水が第一タンク５からウォータジャケット３へ流通する。

「暖機後」状態では、電動ポンプ６は停止する。ウォータポンプ５３は作動する。第一電磁弁４は閉弁状態となるが、第二電磁弁２３及びサーモスタット２２が開弁状態となり、冷却水がラジエータ１７、ヒータコア１８へ流通するようになり、これらとウォータジャケット３、第二タンク７を含めた系を冷却水が循環する。

「回収」状態では、電動ポンプ６、ウォータポンプ５３はどちらも停止する。このとき、第一電磁弁４を開弁状態とし、第二電磁弁２３を閉弁状態とする。これにより、冷却水がウォータジャケット３から第一タンク５へ流通する。また、このとき、エンジン５２内を循環する冷却水は温度が高いため、サーモスタット２２は開弁状態にある。このように、高温の状態の冷却水が第一タンク５へ回収され、保温された状態で維持されて、次回の運転における暖機に利用される。なお、効果、冷却水の流通経路は実施例１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、本発明の実施例３について説明する。図１４は本実施例の冷却装置６１を組み込んだエンジン６２の概略構成を示した説明図である。本実施例の冷却装置６１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６１は、以下の三点で実施例１の冷却装置１と相違している。

一点目は、実施例１の機械式のウォータポンプ１４に代えて、電動式のウォータポンプ６３を備えている点である。このウォータポンプ６３は、本発明の第二ポンプに相当する。ウォータポンプ６３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、ウォータポンプ６３は第三通路１０を遮断しないため、ウォータポンプ６３が停止している場合に、冷却水は第三通路１０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、ウォータポンプ６３は、ＥＣＵ２４と電気的に接続されており、ＥＣＵ２４は、冷却装置６１の状態に応じて、ウォータポンプ６３の運転状態を決定し、ウォータポンプ６３へ運転及び停止の指令信号を送る。このようなＥＣＵ２４は、本発明の流量可変手段に相当する。

二点目は、冷却装置１が備えていた三方弁１５、第五通路１６とを備えていない点である。三点目は、実施例１の冷却装置１においてウォータジャケット３の底部３ａと第一タンク５とを接続していた第四通路１１に代えて、第三通路１０のウォータポンプ６３の上流側、すなわち、一方弁１３側と第一タンク５とを接続した第九通路６４を備えている点である。また、この第九通路６４上には、第四通路１１と同様の第一電磁弁４が配置されている。さらに、第一電磁弁４より第一タンク５側に電動ポンプ６に代わって電動ポンプ６５が配置されている。電動ポンプ６５は、本発明の第一ポンプに相当し、冷却水を逆方向へ圧送することのできるポンプである。すなわち、電動ポンプ６５は、第一タンク５側からウォータジャケット３側へ冷却水を供給することのみならず、ウォータジャケット３側から第一タンク側５へ冷却水を流通させることもできる。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。

冷却装置６１は、エンジン６２の暖機開始から運転停止後に亘って図２に示したような実施例１のエンジン２の暖機開始から運転停止後に亘って冷却装置１の行う冷却水の移送と同様の冷却水の移送を行う。図１５は冷却装置６１の各状態における電動ポンプ６５、ウォータポンプ６３の作動状態及び、第一電磁弁４、第二電磁弁２３、サーモスタット２２の開閉状態を示した一覧表である。図１５中の「初期」、「供給」、「始動」・・・は、図２に示した「初期」、「供給」、「始動」・・・の各状態である。また、図１５中の電動ポンプ６５の欄に記載された「順方向圧送」とは、電動ポンプ６５により第一タンク５からウォータジャケット３へ向かう冷却水の流れが発生している状態を示し、「逆方向圧送」とは、電動ポンプ６５によりウォータジャケット３から第一タンク５へ向かう冷却水の流れが発生している状態を示している。また、一方弁１３は、ウォータポンプ６３が作動状態である場合に開弁状態となる。次に、図１５に従って、各状態における電動ポンプ６５、ウォータポンプ６３、第一電磁弁４、第二電磁弁２３、サーモスタット２２の動作状態を説明する。

「初期」状態では、電動ポンプ６５、ウォータポンプ６３のどちらも停止している。第一電磁弁４、第二電磁弁２３、サーモスタット２２はいずれも閉弁状態となっている。

「供給」状態では、電動ポンプ６５は順方向圧送の状態として作動する。また、ウォータポンプ６３も作動する。第一電磁弁４は開弁状態となり、冷却水が第一タンク５からウォータジャケット３へ流通する。第二電磁弁２３及びサーモスタット２２は後述する「再供給」状態まで閉弁状態となっている。なお、このとき、ウォータポンプ６３は停止状態であっても良い。

「始動」状態では、電動ポンプ６５は停止する。ウォータポンプ６３は作動し、冷却水がウォータジャケット３と第二タンク７とを循環する。また、第一電磁弁４は閉弁状態となっている。

「排水」状態では、電動ポンプ６５は逆方向圧送状態として作動する。ウォータポンプ６３は停止する。さらに、第一電磁弁４は開弁状態となる。これにより、冷却水はウォータジャケット３から排出され、ウォータポンプ６３を通過して、第一タンク５へ流入する。

排水が完了すると、電動ポンプ６５を停止する。また、第一電磁弁４を閉弁状態とする。このとき、冷却装置６１内は、冷却水が流通する通路がない状態となる。

「再供給」状態では、電動ポンプ６５は順方向圧送状態として作動する。ウォータポンプ６３も作動する。第一電磁弁４は開弁状態となり、冷却水が第一タンク５からウォータジャケット３へ流通する。なお、このとき、ウォータポンプ６３は停止状態であっても良い。

「暖機後」状態では、電動ポンプ６５は停止する。ウォータポンプ６３は作動する。第一電磁弁４は閉弁状態となるが、第二電磁弁２３及びサーモスタット２２が開弁状態となり、冷却水がラジエータ１７、ヒータコア１８へ流通するようになる。これらとウォータジャケット３、第二タンク７を含めた系を冷却水が循環する。

「回収」状態では、電動ポンプ６５は逆方向圧送状態として作動する。ウォータポンプ６３は停止する。これにより、ウォータジャケット３から冷却水が排出される。さらに、第一電磁弁４は開弁状態となり、ウォータジャケット３から排出された冷却水が第一タンク５へ流入する。また、サーモスタット２２は冷却水温度が高温であるため開弁状態となっているが、第二電磁弁２３は閉弁状態とする。このように、高温の状態の冷却水が第一タンク５へ回収され、保温された状態で維持されることにより、次回の運転における暖機に利用される。なお、効果、冷却水の流通経路は実施例１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

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。例えば、本発明の流量可変手段は、ポンプのインペラとクランク軸との接続、切断又は逆回転を行い、ポンプの運転、停止を制御する変速装置を組み込んだ機械式ポンプとすることができる。

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。 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。 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。 「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。 「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。 「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。 「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。 「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。 「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。 「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。 「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。 実施例２の冷却装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。 実施例２における電動ポンプ、ウォータポンプの作動状態及び、第一電磁弁、第二電磁弁、サーモスタットの開閉状態を示した一覧表を示した説明図である。 実施例３の冷却装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。 実施例３における電動ポンプ、ウォータポンプの作動状態及び、第一電磁弁、第二電磁弁、サーモスタットの開閉状態を示した一覧表を示した説明図である。

符号の説明

１、５１、６１ 冷却装置
２、５２、６２ 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、６５ 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
１３ 一方弁
１４、５３、６３ ウォータポンプ
１５ 三方弁
２４ ＥＣＵ

Claims (4)

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、
   前記第二タンクと前記第二ポンプとの間に配置され、前記ウォータジャケット内から前記第二タンク内へ向かう冷却水の流れを遮断するとともに、前記第三通路内の前記第二タンク側の圧力Ｐ_１が前記ウォータジャケット側の圧力Ｐ_２と比較してＰ_ａ以上高い状態となると開弁する一方弁と、
   を備えた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、
   前記第二ポンプの流量を変化させる流量可変手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
3. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記第二ポンプの流量を変化させる流量可変手段を備え、
   当該流量可変手段は、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、前記第二ポンプを停止することを特徴としたエンジンの冷却装置。
4. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記第一ポンプ及び前記第二ポンプの少なくとも一方は、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、冷却水の流れを逆転させることを特徴としたエンジンの冷却装置。

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