JP2010209742A

JP2010209742A - 内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP2010209742A
Application number: JP2009055068A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Toda; 忠司戸田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: JP5229012B2

Abstract

【課題】構造を簡素化して内燃機関の暖機時にサブ熱交換器の過冷却を防止して内燃機関およびサブ熱交換器の暖機性能を向上させることができるとともに、ウォータポンプの仕事量を低減することができることに加えて、暖機終了後に内燃機関および第２の交換器の冷却性能を向上させることができる低コストな内燃機関の冷却装置を提供すること。
【解決手段】オイルクーラ６８をバイパス通路３４に設け、冷却水循環通路３２から分岐されてウォータポンプ５６から吐出された冷却水をサーモハウジング３７の第１の入口部に供給する還流通路６９を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に、内燃機関とラジエータ等のメイン熱交換器の間を循環する冷却液循環通路から分岐されたバイパス通路上に設けられたサブ熱交換器を有する内燃機関の冷却装置に関する。

一般に、自動車等の車両に搭載された内燃機関において、内燃機関を冷却するためには、熱交換器としてのラジエータを用いた水冷式の冷却装置が使用されている。従来のこの種の内燃機関の冷却装置においては、内燃機関に導入する冷却水の温度を制御できるように、ラジエータ側に循環させる冷却水量を調節するサーモスタット装置が使用されている。

このサーモスタット装置は、内燃機関の冷却水の入口側と出口側に介装されており、冷却水の温度が低い場合に、サーモスタット装置の弁体を閉じて冷却水をラジエータを経由させずバイパス通路を介して循環させる一方、冷却水の温度が高くなった場合は、サーモスタット装置の弁体を開いて冷却水をラジエータを通して循環させることにより、内燃機関に供給される冷却水の温度が所定の温度になるように制御している。

ところで、このような内燃機関の冷却装置を排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置に搭載した場合には、内燃機関からの排気ガスが排気される排気通路から吸入空気を吸入する吸気通路に還流させる排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラが設けられるものがある。

また、内燃機関の冷却装置としては、内燃機関の潤滑部（クランクシャフト、吸・排気カムシャフト、シリンダ、シリンダボア等）を潤滑および冷却するためのオイルを冷却するオイルクーラが設けられたものがある。

このようにＥＧＲクーラやオイルクーラ等の熱交換器を内燃機関の冷却装置に設けることにより、ＥＧＲ装置を備えた排気システムの性能の向上を図ることができ、また、内燃機関の潤滑部を冷却するためのオイルを冷却して内燃機関のフリクションを低減して燃費を向上させることができる。

これら熱交換器を備えた内燃機関の冷却装置としては、ウォータポンプから内燃機関への主冷却水通路に、熱交換器への分岐冷却水通路を備えるものが知られている。この冷却装置においては、内燃機関の始動時等の冷却水水温の低い場合でも熱交換器に供給された冷却水がラジエータを経由してウォータポンプに還流される。

このウォータポンプは、暖機終了後の内燃機関や熱交換器の冷却性能を向上させるためにポンプ性能が設定されていることから、熱交換器に供給された冷却水をラジエータを経由してウォータポンプに還流させると、冷却水の水温上昇が抑制されて水温の低い冷却水の循環による影響を受けて内燃機関が暖まり難くなり、その分だけ暖機運転時間が長くなってしまう。

このような不具合を解消するために、図７に示す内燃機関の冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図７において、熱交換器であるＥＧＲクーラ１とラジエータ２の間には吐出される冷却水の流量を可変する可変ウォータポンプ３が設けられており、例えば、内燃機関４の暖機時に、内燃機関４の排気通路５からＥＧＲガス供給管６に導入されるＥＧＲガスの温度が低温の場合には、可変ウォータポンプ３の吐出流量を少なくしてＥＧＲクーラ１の過冷却を防止して暖機性能を高め、一方、ＥＧＲガスの温度が高温となる暖機終了後には、可変ウォータポンプ３の吐出流量を多くして、ＥＧＲクーラ１を効率よく冷却するようにしている。

また、内燃機関４を冷却するための別系統のラジエータ７を設け、内燃機関４に設けられたウォータポンプ９によりラジエータ７と内燃機関４との間で冷却水循環通路８を介して冷却水を循環させることにより、内燃機関４を冷却することができる。

また、その他の内燃機関の冷却装置としては、図８に示すものが知られている（例えば、特許文献２参照）。図８において、内燃機関１１とラジエータ１２の冷却水導入タンク１３との間に接続された冷却水導出管１４と、冷却水導出管１４に装着されたサーモスタット装置１５と、サーモスタット装置１５と内燃機関１１のクランクシャフトから動力が伝達される機械式のウォータポンプ１６との間に接続された第１のバイパス管１７と、ラジエータ１２の冷却水導出タンク１８とウォータポンプ１６との間に接続された冷却水導入管１９と、冷却水導入管１９に装着された熱交換器であるオイルクーラ２０と、オイルクーラ２０とトランスミッション２１のオイル槽との間に接続されたミッションオイル還流管２２と、オイルクーラ２０の上流側の冷却水導出管１４と第１のバイパス管１７との間に接続された第２のバイパス管２３と、ミッションオイル還流管２２に設けられ、オイルの温度を検出する油温センサ２７と、冷却水導出管１４に設けられ、内燃機関１１から流出した冷却水の温度を検出する水温センサ２４と、第１のバイパス管１７および第２のバイパス管２３の接続部に装着され、ミッションオイルの温度上昇に伴い第１のバイパス管１７の流路（Ａ−Ｃ）を閉じ、第２のバイパス管２３の流路（Ａ−Ｂ）を開放する切換バルブ２５と、油温センサ２７および水温センサ２４からの検出情報に基づいて切換バルブ２５の切換制御を行うコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）２６とを備えている。
この内燃機関の冷却装置は、ミッションオイルの温度が低い場合には、第１のバイパス管１７を通して内燃機関１１で暖められた冷却水を還流することにより（冷却水の流れは矢印Ａの実線で示す）、オイルクーラ２０によりオイルを過冷却するのを防止して暖機性能を高め、オイルの温度が高い場合には切換バルブ２５により第１のバイパス管１７の流路を閉じ、第２のバイパス管２３の流路を開放することにより、オイルクーラ２０を冷却しつつ（冷却水の流れは矢印Ｂの破線で示す）、暖機性能を高めることができる。

また、内燃機関１１の暖機終了後には、サーモスタット装置１５が冷却水導出管１４とラジエータ１３とを連通するため、黒抜きの矢印Ｃで示すようにラジエータ１３によって冷却された冷却水がオイルクーラ２０に供給されることでオイルクーラ２０が冷却されるとともに、オイルクーラ２０を介して冷却水が内燃機関１１に供給されることで内燃機関１１が冷却される。

特開２００６−２０７４９５号公報特開２００４−８４８８２号公報

しかしながら、このような従来の内燃機関の冷却装置にあっては、ＥＧＲクーラ１やオイルクーラ２０からなる熱交換器の過冷却を防止して暖機性能を高めるために可変ウォータポンプ３や切換バルブ２５およびコントロールユニット２６が必要となってしまうため、冷却装置の構成が複雑となってしまうとともに、可変ウォータポンプ３や切換バルブ２５およびコントロールユニット２６が必要な分だけ冷却装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。

また、可変ウォータポンプ３や機械式のウォータポンプ１６で冷却水を内燃機関や熱交換器に供給するようになっているため、可変ウォータポンプ３や機械式のウォータポンプ１６を直接的に制御しなければならず、可変ウォータポンプ３や機械式のウォータポンプ１６の仕事量を低減することが困難となってしまった。

また、特許文献１に記載される内燃機関の冷却装置は、内燃機関４の暖機終了後にラジエータ２と別体のラジエータ７で内燃機関４を冷却する必要があるため、冷却装置の構造が複雑で部品点数が増大してしまい、冷却装置の製造コストがより一層増大してしまった。

また、特許文献２に示す内燃機関の冷却装置は、内燃機関１１の暖機終了後にラジエータ１３で冷却された冷却水を、オイルクーラ２０を介して内燃機関１１に供給するようになっていたため、内燃機関１１に供給される前にオイルクーラ２０で冷却水の温度が上昇してしまい、内燃機関１１の冷却性能が悪化してしまうという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、構造を簡素化して内燃機関の暖機時にサブ熱交換器の過冷却を防止して内燃機関およびサブ熱交換器の暖機性能を向上させることができるとともに、ウォータポンプの仕事量を低減することができることに加えて、暖機終了後に内燃機関および第２の交換器の冷却性能を向上させることができる低コストな内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の冷却装置は、上記目的を達成するため、（１）冷却液が流入される冷却液流入部および冷却液が流出される冷却液流出部を有する内燃機関と冷却液を冷却するメイン熱交換器との間に設けられ、前記内燃機関の前記冷却液流出部および前記冷却液流入部と前記メイン熱交換器との間で冷却液を循環させる冷却液循環通路と、前記冷却液循環通路に対して分岐される分岐部を有し、前記冷却液流出部から流出される冷却液を、前記メイン熱交換器を迂回させて合流部で前記冷却液循環通路に合流させるバイパス通路と、前記合流部に設けられ、前記バイパス通路から冷却液が流入される第１の入口部、前記メイン熱交換器を通して前記冷却液循環通路から冷却液が流入される第２の入口部および前記第１の入口部および前記第２の入口部から流入した冷却液を、前記冷却液循環通路を通して前記冷却液流入部に供給する出口部を有するサーモハウジングと、前記サーモハウジング内に設けられ、前記第１の入口部を開閉する第１の開閉弁および前記第２の入口部を開閉する第２の開閉弁を開閉制御するサーモエレメントを有するサーモスタット装置と、前記サーモハウジングの出口部と前記冷却液流入部の間の前記冷却液循環通路上に設けられたウォータポンプとを備えた内燃機関の冷却装置において、前記バイパス通路に設けられたサブ熱交換器と、前記冷却液循環通路から分岐され、前記ウォータポンプから吐出された冷却液を前記サーモハウジングの前記第１の入口部に供給する還流通路とを有するものから構成されている。

この構成により、内燃機関の暖機時には、サーモエレメントにより第２の開閉弁がサーモハウジングの第２の入口部を閉じるとともに、第１の開閉弁が第１の入口部を開放するため、内燃機関で暖められた冷却液がバイパス通路から第１の入口部に導入され、サーモハウジングの出口部からウォータポンプによって吸引される。このため、暖機運転時にはバイパス通路に設けられたサブ熱交換器を内燃機関で暖められた冷却液が通過するので、サブ熱交換器が過冷却されるのを防止することができる。

また、バイパス通路からサーモハウジングの第１の入口部に導入され、サーモハウジングの出口部から内燃機関に流出した冷却液の一部が還流通路からサーモハウジングの第１の入口部に流入した後にサーモハウジングの出口部を通してウォータポンプに供給されるので、サーモスタット装置がリリーフバルブとして機能してウォータポンプの駆動力の補助を行うことができ、ウォータポンプの仕事量を低減させることができる。

そして、サーモハウジングの出口部から内燃機関に流出した冷却液の一部を還流通路からサーモハウジングの第１の入口部に還流させるので、内燃機関の暖機時に内燃機関に供給される冷却液の総量を少なくすることができ、内燃機関の暖機性を向上させることができる。

一方、内燃機関の暖機終了後には、サーモエレメントにより第１の開閉弁がサーモハウジングの第１の入口部を閉じるとともに、第２の開閉弁が第２の入口部を開放するため、、メイン熱交換器で冷却された冷却液がサーモハウジングに供給される。このとき、サーモハウジングの出口部からウォータポンプに吸い上げられて内燃機関に供給される冷却液の一部が還流通路からバイパス通路に逆流してサブ熱交換器を冷却する。

したがって、サブ熱交換器には内燃機関の冷却液流出部から流出された暖められた冷却液ではなく、メイン熱交換器により冷却された冷却装置内において最も温度の低い冷却液によって直接冷却されることになり、サブ熱交換器の冷却性能を向上させることができる。また、内燃機関にもメイン熱交換器により冷却された冷却装置内において最も温度の低い冷却液が供給されるので、内燃機関の冷却性能も向上させることができる。

このようにサブ熱交換器をバイパス通路に設け、冷却液循環通路から分岐され、ウォータポンプから吐出された冷却液をサーモハウジングの第１の入口部に供給する還流通路を設ける構成とすることにより、冷却装置の構造を簡素化して冷却装置の製造コストを低減することができる。また、内燃機関の暖機時にサブ熱交換器の過冷却を防止して内燃機関およびサブ熱交換器の暖機性能を向上させることができるとともに、ウォータポンプの仕事量を低減することができることに加えて、暖機終了後に内燃機関および第２の交換器の冷却性能を向上させることができる。

上記（１）に記載の内燃機関の冷却装置において、（２）前記メイン熱交換器がラジエータから構成され、前記サブ熱交換器がオイルクーラまたはＥＧＲクーラから構成されている。

この構成により、内燃機関の暖機時に潤滑油またはＥＧＲガスの暖機を促すことができるとともに、内燃機関の暖機終了後に潤滑油またはＥＧＲガスを充分に冷却することができる。

上記（１）または（２）に記載の内燃機関の冷却装置において、（３）前記ウォータポンプが、前記内燃機関のクランクシャフトから駆動力が伝達される機械式のウォータポンプからなるものから構成されている。

この構成により、内燃機関の暖機時にサーモスタット装置をリリーフバルブとして機能させてウォータポンプの駆動力の補助を行うことにより、ウォータポンプの仕事量を低減させることができるため、内燃機関のクランクシャフトによりウォータポンプを駆動するための動力を少なくすることができ、内燃機関のフリクションを低減させて燃費を向上させることができる。

本発明によれば、構造を簡素化して内燃機関の暖機時にサブ熱交換器の過冷却を防止して内燃機関およびサブ熱交換器の暖機性能を向上させることができるとともに、ウォータポンプの仕事量を低減することができることに加えて、暖機終了後に内燃機関および第２の交換器の冷却性能を向上させることができる低コストな内燃機関の冷却装置を提供することができる。

本発明に係る内燃機関の冷却装置の第１の実施の形態を示す図であり、内燃機関の冷却装置の概略構成図である。本発明に係る内燃機関の冷却装置の第１の実施の形態を示す図であり、サーモスタット装置の断面図およびサーモスタット装置の周辺の冷却通路を示す図である。本発明に係る内燃機関の冷却装置の第１の実施の形態を示す図であり、オイルポンプを駆動する機構を示す図である。本発明に係る内燃機関の冷却装置の第１の実施の形態を示す図であり、サーモスタット装置の第１の開閉弁を開放したときの冷却水の流れを示す図である。本発明に係る内燃機関の冷却装置の第１の実施の形態を示す図であり、サーモスタット装置の第２の開閉弁を開放したときの冷却水の流れを示す図である。本発明に係る内燃機関の冷却装置の第２の実施の形態を示す図であり、サーモスタット装置の断面図およびサーモスタット装置の周辺の冷却通路を示す図である。従来の内燃機関の冷却装置の概略構成図である。従来の他の内燃機関の冷却装置の概略構成図である。

以下、本発明に係る内燃機関の冷却装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１〜図５は、本発明に係る内燃機関の冷却装置の第１の実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
図１において、内燃機関としてのエンジン３１は、冷却液として冷却水が流入される冷却水流入部３１ａおよび冷却水が流出される冷却水流出部３１ｂを備えており、冷却水流入部３１ａから流入された冷却水は、エンジン３１に設けられたウォータジャケットを流通して冷却水流出部３１ｂから流出される。

なお、ウォータジャケットは、公知のようにシリンダブロックのシリンダやピストンを冷却したり、シリンダヘッドの吸気ポートやシリンダブロックの燃焼室を覆うシリンダヘッドの底部を冷却するためにシリンダブロックやシリンダヘッドに設けられている。

エンジン３１の冷却水流入部３１ａおよび冷却水流出部３１ｂは、冷却水循環通路としての冷却水循環通路３２によって連通されており、この冷却水循環通路３２にはメイン熱交換器としてのラジエータ３３が接続され、このラジエータ３３は、エンジン３１の冷却水流出部３１ｂから流出された冷却水を冷却するようになっている。
すなわち、冷却水循環通路３２は、エンジン３１の冷却水流出部３１ｂおよび冷却水流入部３１ａとラジエータ３３との間で冷却水を循環させるようになっている。

また、冷却水循環通路３２にはバイパス通路３４が接続されており、このバイパス通路３４は、冷却水循環通路３２から分岐される分岐部３４ａを有し、冷却水流出部３１ｂから流出される冷却水を、ラジエータ３３を迂回させて合流部３４ｂで冷却水循環通路３２に合流させるようになっている。

また、冷却水循環通路３２からはヒータ通路３５が分岐されており、このヒータ通路３５は、合流部３４ｂに合流されている。また、ヒータ通路３５にはヒータコア３６が配置されており、ヒータコア３６は、図示しない暖房装置の熱源として機能するように構成され、ヒータ通路３５に供給される高温の冷却水と熱交換を行うことにより、車両の図示しない空調ダクト内に吸引された空気を暖めるようになっている。なお、冷却水循環通路３２、バイパス通路３４およびヒータ通路３５は、配管によって構成されている。

また、冷却水循環通路３２、バイパス通路３４およびヒータ通路３５の合流部３４ｂにはサーモハウジング３７が設けられており、このサーモハウジング３７は、バイパス通路３４から冷却水が流入される第１の入口部３８と、ラジエータ３３を通して冷却水循環通路３２から冷却水が流入される第２の入口部３９と、ヒータ通路３５から冷却水が流入される第３の入口部４０と、第１の入口部３８、第２の入口部３９および第３の入口部４０から流入した冷却水を、冷却水循環通路３２を通してエンジン３１の冷却水流入部３１ａに供給する出口部４１とを備えている。

また、図２に示すように、サーモハウジング３７内にはサーモスタット装置４２が設けられており、このサーモスタット装置４２は、第１の入口部３８を開閉する第１の開閉弁４３および第２の入口部３９を開閉する第２の開閉弁４４を開閉制御する感温式のサーモエレメント４５を備えている。

図２において、サーモスタット装置４２は、上フレーム４６および下フレーム４７にサーモエレメント４５、第１の開閉弁４３および第２の開閉弁４４が一体的に組み付けられており、下フレーム４７に冷却水が流入する開口部が形成されている。

また、上フレーム４６は、下フレーム４７の環状フランジ４７ａの上面に固定される一対の支柱からなり、この支柱の間に冷却水が流通するようになっている。また、サーモスタット装置４２は、下フレーム４７の環状フランジ４７ａがサーモハウジング３７に固定されることでサーモハウジング３７に組み付けられている。

上フレーム４６および下フレーム４７の内部には第２の開閉弁４４が設けられており、この第２の開閉弁４４の外周部には弾性体からなる環状の弁部４４ａが設けられ、第２の開閉弁４４は、下フレーム４７の環状フランジ４７ａに形成されたバルブシート４７ｃに弁部４４ａが当接および離隔することにより、第２の入口部３９を開閉するようになっている。

また、第２の開閉弁４４の中心部にはワックス膨張型の熱感温部４８が設けられており、この熱感温部４８は、冷却水の温度変化により膨張・収縮するワックス５０を内蔵するケース４９と、ワックス５０の体積変化に伴いケース４９に対して摺動するピストンロッド５１とを備えている。

ピストンロッド５１の上部とワックス５０の間には下面が開口する筒状の弾性スプール５２が介装されており、この弾性スプール５２は、ワックス５０が膨張すると、上方から下方に向かって内周面が近接するように押し潰されるように弾性変形することにより、ピストンロッド５１を下方に押し出すようになっている。

ピストンロッド５１の下端部は、下フレーム４７の中央部に形成された保持部４７ｂに嵌合することにより、下フレーム４７に保持されている。また、第２の開閉弁４４の内周部にはケース４９が取付けられており、第２の開閉弁４４は、ケース４９と一体的に上下方向に移動自在となっている。また、ケース４９の上面にはロッド５３が取付けられており、このロッド５３には第１の開閉弁４３が摺動自在に取付けられている。

また、第２の開閉弁４４と上フレーム４６の間にはコイルスプリング５４が介装されており、このコイルスプリング５４は、第２の開閉弁４４を下方に付勢して第２の開閉弁４４の弁部４４ａをバルブシート４７ｃに当接させるようになっている。

また、ケース４９の上面と第１の開閉弁４３の間にはコイルスプリング５５が介装されており、このコイルスプリング５５は、第１の開閉弁４３をケース４９の上面から離隔する方向に付勢している。

このような構成を有するサーモスタット装置４２にあっては、サーモハウジング３７の内部通路３７ａに流入した冷却水の温度が所定温度（例えば、８０〜９０℃）になると、ワックス５０が膨張することにより、弾性スプール５２が上方から下方に向かって内周面が近接するように押し潰されるように弾性変形することでピストンロッド５１が下方に押し出され、ピストンロッド５１がケース４９から突出するような力が作用する。

ところが、ピストンロッド５１の突出端部は、下フレーム４７の保持部４７ｂに保持されているため、ワックス５０がピストンロッド５１を押圧する力が作用した場合に、その反作用の力がケース４９に作用し、ケース４９がコイルスプリング５５を押し縮めながら第１の入口部３８に移動する。

このため、ケース４９に取付けられた第２の開閉弁４４の弁部４４ａがバルブシート４７ｃから離隔して第２の入口部３９が開放され、第２の入口部３９とサーモハウジング３７の内部通路３７ａが連通する。

また、ケース４９がコイルスプリング５４を押し縮めながら第１の入口部３８に向かって移動するのに伴って第１の開閉弁４３が第１の入口部３８側に移動してサーモハウジング３７の内周面に当接することにより、第１の入口部３８が閉止される。

また、第１の開閉弁４３が第１の入口部３８を閉止するときには、コイルスプリング５５により第１の開閉弁４３がサーモハウジング３７の内周面に押圧されるので、第１の入口部３８が完全に閉止される。

また、冷却水の温度が下がるとワックス５０が収縮して、コイルスプリング５４の付勢力によってケース４９がピストンロッド５１を押し戻す。このとき、弾性スプール５２が下方から上方に向かって内周面が離隔するように広げられるように弾性変形することにより、ピストンロッド５１が上方に移動しようとする。

ところが、コイルスプリング５４によりケース４９を介して第２の開閉弁４４が下方に付勢されていることにより、第２の開閉弁４４の弁部４４ａがバルブシート４７ｃに当接して、第２の入口部３９を閉止する。

また、サーモハウジング３７の出口部４１と冷却水流入部３１ａとの間の冷却水循環通路３２上にはウォータポンプ５６が設けられており、このウォータポンプ５６は、サーモハウジング３７の出口部４１から流出する冷却水を吸い上げるロータ５７が冷却水循環通路３２内に設けられ、このロータ５７を回転させる回転機構５８にクランクシャフトから動力が伝達されるようになっている。

なお、本実施の形態では、ケース４９、ワックス５０、ピストンロッド５１、弾性スプール５２、ロッド５３およびコイルスプリング５４、５５がサーモエレメント４５を構成している。

図３に示すように、エンジン３１のクランクシャフト５９にはクランクプーリ６０が固定されているとともに、クランクプーリ６０の外周面に無端状ベルト７０が巻き掛けられており、クランクプーリ６０および無端状ベルト７０によって各種補機への駆動力の伝達を行うようにしている。

エンジン３１の駆動力が伝達される補機としては、パワーステアリング用オイルポンプ６１、オルタネータ６２、ウォータポンプ５６およびエアコンディショナ用コンプレッサ６３があり、これらパワーステアリング用オイルポンプ６１、オルタネータ６２、ウォータポンプ５６およびエアコンディショナ用コンプレッサ６３の入力軸にはそれぞれプーリ６４〜６７が固定されている。

ウォータポンプ５６の回転機構５８にはプーリ６６が接続されており、回転機構５８にはクランクシャフト５９の駆動力（回転力）が伝達されることでロータ５７が回転される。すなわち、本実施の形態では、サーモハウジング３７の出口部４１と冷却水流入部３１ａの間の冷却水循環通路３２上に、クランクシャフト５９から動力が伝達される機械式のウォータポンプ５６が設けられている。

図１において、バイパス通路３４にはサブ熱交換器としてのオイルクーラ６８が設けられており、このオイルクーラ６８は、エンジン３１の潤滑部（クランクシャフト、吸・排気カムシャフト、シリンダ、シリンダボア等）を潤滑および冷却するために潤滑部に供給されるオイルと、図示しない自動変速機の潤滑部（ギヤや回転軸の軸受面等）を潤滑および冷却するために自動変速機の潤滑部に供給されるオイル（オートマチック・トランスミッション・フルード：ＡＴＦ）を冷却するようになっており、バイパス通路３４と同軸上にバイパス通路３４を取り囲むようにして設けられ、エンジン３１や自動変速機からオイルをオイルクーラ６８に導入するためのオイル導入部６８ａと、オイルクーラ６８からエンジン３１や自動変速機にオイルを供給するためのオイル導出部６８ｂとを備えている。

また、図１、図２に示すように、ウォータポンプ５６の下流側の冷却水循環通路３２には還流通路６９が分岐して設けられており、この還流通路６９は、バイパス通路３４に連通し、ウォータポンプ５６から吐出された冷却水をサーモハウジング３７の第１の入口部３８に供給するようになっている。

なお、本実施の形態では、図１において、冷却水循環通路３２、ラジエータ３３、バイパス通路３４、ヒータ通路３５、ヒータコア３６、サーモハウジング３７、サーモスタット装置４２、ウォータポンプ５６、オイルクーラ６８および還流通路６９が冷却装置３０を構成している。

次に、作用を説明する。
まず、エンジン３１の始動直後等の暖機時には、冷却水が低温であるため、ワックス５０が収縮した状態である。このため、図４に示すように、コイルスプリング５４の付勢力によって第２の開閉弁４４の弁部４４ａがバルブシート４７ｃに当接して第２の入口部３９を閉止するため、冷却水循環通路３２とサーモハウジング３７の内部通路３７ａの連通が遮断される。

また、コイルスプリング５４の付勢力によって第２の開閉弁４４の弁部４４ａがバルブシート４７ｃに当接した状態では、第１の開閉弁４３が第１の入口部３８の周囲のサーモハウジング３７から離隔するため、第１の入口部３８が開放される。

このとき、図４に矢印Ａで示すように、エンジン３１の冷却水流出部３１ｂから流出された高温の冷却水がラジエータ３３を迂回してバイパス通路３４および第１の入口部３８を介してサーモハウジング３７の内部通路３７ａに流入される。

また、第３の入口部４０が常時開放された状態にあるため、エンジン３１の冷却水流出部３１ｂから流出された高温の冷却水がヒータ通路３５および第３の入口部４０を介してサーモハウジング３７の内部通路３７ａに流入される。

そして、バイパス通路３４を流通する高温の冷却水は、オイルクーラ６８を通過するため、オイルの暖機が行われることになり、オイルクーラ６８によってオイルが過冷却されてしまうことがない。また、ヒータ通路３５を流通する高温の冷却水によってヒータコア３６と車両の空調ダクト内に吸引された空気との間で熱交換が行われ、室内が暖められる。

また、サーモハウジング３７の内部通路３７ａに流入した冷却水は、ウォータポンプ５６のロータ５７によって吸い上げられることにより、冷却水循環通路３２を介してエンジン３１の冷却水流入部３１ａに供給される。

また、ロータ５７によって吸い上げられた冷却水の一部は、矢印Ｂで示すように、還流通路６９から第１の入口部３８を介してサーモハウジング３７の内部通路３７ａに還流され、ロータ５７によって再度吸い上げられることになる。

このように、エンジン３１の暖機時には、バイパス通路３４に設けられたオイルクーラ６８にエンジン３１で暖められた冷却水を通過させることができるため、オイルクーラ６８が過冷却されるのを防止することができる。

また、オイルクーラ６８によりオイルの暖機を促すことができるため、オイルの粘度を低くすることができ、エンジン３１の潤滑部や自動変速機の潤滑部のフリクションを低減することができる。

また、バイパス通路３４からサーモハウジング３７の第１の入口部３８に導入され、サーモハウジング３７の出口部４１からエンジン３１に供給される冷却水の一部は、還流通路６９からサーモハウジング３７の第１の入口部３８に流入された後にサーモハウジング３７の出口部４１を通してウォータポンプ５６のロータ５７に供給されることができるので、サーモスタット装置４２をリリーフバルブとして機能させてウォータポンプ５６の駆動力の補助を行うことができ、ウォータポンプ５６の仕事量を低減させることができる。

特に、本実施の形態のウォータポンプ５６が、エンジン３１のクランクシャフト５９から駆動力が伝達される機械式であるため、ウォータポンプ５６の仕事量を低減させることでエンジン３１のクランクシャフト５９によりウォータポンプ５６を駆動するための動力を少なくすることができ、エンジン３１のフリクションを低減させて燃費を向上させることができる。

また、本実施の形態では、サーモハウジング３７の出口部４１からエンジン３１に供給される冷却水の一部を還流通路６９からサーモハウジング３７の第１の入口部３８に還流させているので、エンジン３１の暖機時にエンジン３１に供給される冷却水の総量を少なくすることができ、エンジン３１の暖機性を向上させることができる。

一方、暖機が終了してバイパス通路３４から第１の入口部３８を介してサーモハウジング３７の内部通路３７ａに流入する冷却水の温度が所定温度（例えば、８０〜９０℃）になると、ワックス５０が膨張することにより、弾性スプール５２が上方から下方に向かって内周面が近接するように押し潰されるように弾性変形することでピストンロッド５１が下方に押し出され、ピストンロッド５１がケース４９から突出するような力が作用する。

このため、ケース４９に取付けられた第２の開閉弁４４の弁部４４ａがバルブシート４７ｃから離隔して第２の入口部３９が開放され、第２の入口部３９とサーモハウジング３７の内部通路３７ａとが連通する。

このとき、図５の矢印Ｃで示すように、ラジエータ３３で冷却された冷却水が第２の入口部３９を通してサーモハウジング３７の内部通路３７ａに供給される。このとき、サーモハウジング３７の出口部４１からウォータポンプ５６のロータ５７に吸い上げられてエンジン３１に供給される冷却水の一部が矢印Ｄで示すように、還流通路６９からバイパス通路３４に逆流してバイパス通路３４に供給されるため、オイルクーラ６８を冷却する。

したがって、オイルクーラ６８にはエンジン３１の冷却水流出部３１ｂから流出された暖められた冷却水ではなく、ラジエータ３３により冷却された冷却装置３０内において最も温度の低い冷却水によって直接冷却されることになり、オイルクーラ６８の冷却性能を向上させることができる。

また、エンジン３１にもラジエータ３３により冷却された冷却装置３０内において最も温度の低い冷却水が供給されるので、エンジン３１の冷却性能も向上させることができる。
また、暖機終了後にオイルクーラ６８によって高温のオイルを冷却することができるため、オイルが劣化してしまうのを防止することができ、エンジン３１の潤滑部および自動変速機の潤滑部の潤滑性能が低下してしまうのを防止することができる。

このように本実施の形態では、オイルクーラ６８をバイパス通路３４に設け、冷却水循環通路３２から分岐されてウォータポンプ５６から吐出された冷却水をサーモハウジング３７の第１の入口部３８に供給する還流通路６９を設ける構成とすることにより、冷却装置３０の構造を簡素化して、エンジン３１の暖機時にオイルクーラ６８の過冷却を防止してエンジン３１およびオイルクーラ６８の暖機性能を向上させることができるとともに、ウォータポンプ５６の仕事量を低減することができることに加えて、暖機終了後にエンジン３１およびオイルクーラ６８の冷却性能を向上させることができる低コストな冷却装置３０を提供することができる。

特に、従来のように可変ウォータポンプや切換バルブおよびコントロールユニット等の電気的なデバイスが不要となるため、冷却装置３０の電気的な故障が発生するのを防止することができるとともに、従来のように可変ウォータポンプや切換バルブの制御を行うためのコントロールユニットが不要になるため、その分だけ冷却装置３０の製造コストが増大するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、オイルクーラ６８をバイパス通路３４に設けたので、オイルクーラ６８の冷却経路を簡素化することができ、オイルクーラ６８の搭載の自由度を増大させることができる。このため、オイルクーラ６８の大型化を図ることができ、オイルクーラ６８の冷却性能をより一層向上させることができる。

なお、サブ熱交換器としてバイパス通路３４にオイルクーラ６８を設けているが、オイルクーラの代わりにサブ熱交換器として、ＥＧＲクーラを設けてもよい。このＥＧＲクーラは、エンジン３１から大気中に排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）の量を低減するために、エンジン３１の排気系における排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ通路に設けられており、ＥＧＲ通路と同軸上にＥＧＲ通路を取り囲むようにして設けられている。

このようにＥＧＲクーラをバイパス通路３４に設けた場合には、エンジン３１の冷却時にＥＧＲクーラが過冷却されてしまうのを防止して、エンジン３１の暖機を早めることができる。

また、暖機終了後には、ＥＧＲクーラにより高温のＥＧＲガスを冷却することができ、冷却されたＥＧＲガスをエンジン３１の吸気通路に再循環させてエンジン３１での燃焼温度を低くすることで、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明に係る内燃機関の冷却装置の第２の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、サーモスタット装置およびバルブハウジングの構成が第１の実施の形態と異なるのみであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。このため、第１の実施の形態と同一の構成については、第１の実施の形態の図面を用いて説明を行う。

図１、図６において、冷却水循環通路３２、バイパス通路３４およびヒータ通路３５の合流部３４ｂにはサーモハウジング８１が設けられており、このサーモハウジング８１は、バイパス通路３４から冷却水が流入される第１の入口部８２と、ラジエータ３３を通して冷却水循環通路３２から冷却水が流入される第２の入口部８３と、ヒータ通路３５から冷却水が流入される第３の入口部８４と、第１の入口部８２、第２の入口部８３および第３の入口部８４から流入した冷却水を、冷却水循環通路３２を通してエンジン３１の冷却水流入部３１ａに供給する出口部８５とを備えている。

また、サーモハウジング８１内には電子サーモスタット装置８６が設けられており、この電子サーモスタット装置８６は、第１の入口部８２を開閉する第１の開閉弁８７および第２の入口部８３を開閉する第２の開閉弁８８を開閉制御する感温部９０を備えている。

感温部９０の上部には感温部９０を電気的に加熱するＰＴＣ（Positive temperature Coefficient）ヒータ９１が設けられており、電子サーモスタット装置８６は、ＰＴＣヒータ９１に図示しない制御回路から通電を行って感温部９０内のワックスを電気的に加熱することで、第１の開閉弁８７および第２の開閉弁８８の開閉を行うようになっている。

感温部９０にはピストンロッド９２の一端部が設けられており、このピストンロッド９２には第２の開閉弁８８が固定されている。

サーモハウジング８１には底板９５が固定されており、この底板９５と第２の開閉弁８８の間にはコイルスプリング９６が介装され、第２の開閉弁８８は、コイルスプリング９６によって第２の入口部８３を閉止する方向に付勢されている。

また、ピストンロッド９２の係合部９２ａと第１の開閉弁８７の間にはコイルスプリング９７が介装されており、第１の開閉弁８７は、コイルスプリング９７によって第１の入口部８２に向かって付勢されている。

本実施の形態では、感温部９０、ＰＴＣヒータ９１、ピストンロッド９２、底板９５、コイルスプリング９６、９７がサーモエレメントを構成している。

このような構成を有する電子サーモスタット装置８６にあっては、エンジン３１の始動直後等の暖機時には、冷却水が低温であるため、ワックスが収縮した状態となっている。このため、コイルスプリング９６の付勢力によって第２の開閉弁８８が第２の入口部８３を閉止することにより、冷却水循環通路３２とサーモハウジング８１内の内部通路８１ａの連通が遮断される。

また、コイルスプリング９６の付勢力によって第２の開閉弁８８が第２の入口部８３を閉止した状態では、第１の開閉弁８７が第１の入口部８２を開放する。このため、第１の実施の形態と同様にエンジン３１の冷却水流出部３１ｂから流出された高温の冷却水がラジエータ３３を迂回してバイパス通路３４および第１の入口部８２を介してサーモハウジング８１の内部通路８１ａに流入され、ロータ５７によって吸い上げられた冷却水の一部が還流通路６９から第１の入口部８２を介してサーモハウジング８１に還流され、ロータ５７によって再度吸い上げられる。

一方、制御回路によりＰＴＣヒータ９１を加熱すると、感温部９０内のワックスが膨張することにより、膨張するワックスに押圧されてピストンロッド９２が上方に移動する。このとき、第２の開閉弁８８がコイルスプリング９６の付勢力に抗して上方に移動して第２の入口部８３を開放する。また、ピストンロッド９２の上方への移動により第１の開閉弁８７が第１の入口部８２を閉止する。

このため、第１の実施の形態と同様にラジエータ３３で冷却された冷却水が第２の入口部８３を通してサーモハウジング８１の内部通路８１ａに流入し、サーモハウジング８１の出口部８５からウォータポンプ５６のロータ５７に吸い上げられ、エンジン３１に供給される冷却液の一部が還流通路６９からバイパス通路３４に逆流してバイパス通路３４に供給されることで、オイルクーラ６８が冷却される。

このように本実施の形態にあっても、冷却装置の構造を簡素化して、エンジン３１の暖機時にオイルクーラ６８の過冷却を防止してエンジン３１およびオイルクーラ６８の暖機性能を向上させることができるとともに、ウォータポンプ５６の仕事量を低減することができることに加えて、暖機終了後にエンジン３１およびオイルクーラ６８の冷却性能を向上させることができる低コストな冷却装置を提供することができる。

また、本実施の形態では、サーモハウジング８１の第１の入口部８２および第２の入口部８３の開閉制御を電子サーモスタット装置８６によって行っているので、感温部９０内のワックスを冷却水の温度に影響されずに加熱して、第１の入口部８２および第２の入口部８３の開閉制御をきめ細かく行うことができる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、構造を簡素化して内燃機関の暖機時にサブ熱交換器の過冷却を防止して内燃機関およびサブ熱交換器の暖機性能を向上させることができるとともに、ウォータポンプの仕事量を低減することができることに加えて、暖機終了後に内燃機関および第２の交換器の冷却性能を向上させることができる低コストな内燃機関の冷却装置を提供することができるという効果を有し、内燃機関とラジエータ等のメイン熱交換器の間を循環する冷却液循環通路から分岐されたバイパス通路上に設けられたサブ熱交換器を有する内燃機関の冷却装置等として有用である。

３０冷却装置
３１エンジン（内燃機関）
３１ａ冷却水流入部（冷却液流入部）
３１ｂ冷却水流出部（冷却液流出部）
３２冷却水循環通路（冷却液循環通路）
３３ラジエータ（メイン熱交換器）
３４バイパス通路
３４ａ分岐部
３４ｂ合流部
３７サーモハウジング
３７ａ内部通路
３８第１の入口部
３９第２の入口部
４１出口部
４２サーモスタット装置
４３第１の開閉弁
４４第２の開閉弁
４５サーモエレメント
４９ケース（サーモエレメント）
５０ワックス（サーモエレメント）
５１ピストンロッド（サーモエレメント）
５２弾性スプール（サーモエレメント）
５３ロッド（サーモエレメント）
５４、５５コイルスプリング（サーモエレメント）
５６ウォータポンプ
５９クランクシャフト
６８オイルクーラ（サブ熱交換器）
６９還流通路
８１サーモハウジング
８２第１の入口部
８３第２の入口部
８５出口部
８６電子サーモスタット装置
８７第１の開閉弁
８８第２の開閉弁
９０感温部（サーモエレメント）
９１ＰＴＣヒータ（サーモエレメント）
９２ピストンロッド（サーモエレメント）
９５底板（サーモエレメント）
９６、９７コイルスプリング（サーモエレメント）

Claims

冷却液が流入される冷却液流入部および冷却液が流出される冷却液流出部を有する内燃機関と冷却液を冷却するメイン熱交換器との間に設けられ、前記内燃機関の前記冷却液流出部および前記冷却液流入部と前記メイン熱交換器との間で冷却液を循環させる冷却液循環通路と、
前記冷却液循環通路に対して分岐される分岐部を有し、前記冷却液流出部から流出される冷却液を、前記メイン熱交換器を迂回させて合流部で前記冷却液循環通路に合流させるバイパス通路と、
前記合流部に設けられ、前記バイパス通路から冷却液が流入される第１の入口部、前記メイン熱交換器を通して前記冷却液循環通路から冷却液が流入される第２の入口部および前記第１の入口部および前記第２の入口部から流入した冷却液を、前記冷却液循環通路を通して前記冷却液流入部に供給する出口部を有するサーモハウジングと、
前記サーモハウジング内に設けられ、前記第１の入口部を開閉する第１の開閉弁および前記第２の入口部を開閉する第２の開閉弁を開閉制御するサーモエレメントを有するサーモスタット装置と、
前記サーモハウジングの出口部と前記冷却液流入部の間の前記冷却液循環通路上に設けられたウォータポンプとを備えた内燃機関の冷却装置において、
前記バイパス通路に設けられたサブ熱交換器と、前記冷却液循環通路から分岐され、前記ウォータポンプから吐出された冷却液を前記サーモハウジングの前記第１の入口部に供給する還流通路とを有することを特徴とする内燃機関の冷却装置。
前記メイン熱交換器がラジエータから構成され、前記サブ熱交換器がオイルクーラまたはＥＧＲクーラから構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
前記ウォータポンプが、前記内燃機関のクランクシャフトから駆動力が伝達される機械式のウォータポンプからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。