JP2005214075A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でありながら低温始動時に内燃機関を早期に暖機させることのできる内燃機関の冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置は、ラジエータを有する主循環通路１６の下流端と、ラジエータをそれぞれ迂回するバイパス通路１９及びヒータ通路２１の各下流端とが合流部１７を通じてウォータジャケット（ウォータポンプ入口通路１８）に接続された内燃機関に用いられる。冷却装置は、合流部１７内に配設され、冷却水温に応じて変形する感熱アクチュエータ３１と、感熱アクチュエータ３１の変形に応じて開閉して主循環通路１６及びウォータポンプ入口通路１８を連通又は遮断させる第１バルブ３６と、感熱アクチュエータ３１の変形に応じて開閉し、バイパス通路１９及びウォータポンプ入口通路１８を連通又は遮断させるとともに、ヒータ通路２１及びウォータポンプ入口通路１８を連通又は遮断させる第２バルブ４１とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却水を循環させ、その冷却水と内燃機関との間で熱交換を行わせることにより内燃機関を冷却するようにした内燃機関の冷却装置に関するものである。

車両等に搭載される内燃機関の冷却装置として、例えば特許文献１に記載されたものが挙げられる。この冷却装置では、図７に示すように、内燃機関の内部にウォータジャケット５１が形成されており、その入口近傍にウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）５２が配設されている。ラジエータ５３を有する主循環通路５４の上流端がウォータジャケット５１の出口に接続され、下流端が切替えバルブ５５及びウォータポンプ入口通路５６を介してウォータポンプ５２に接続されている。

また、冷却装置には、ラジエータ５３をそれぞれ迂回する第１バイパス通路５７及びヒータ通路５８と、ウォータジャケット５１を迂回する第２バイパス通路５９とが設けられている。第１バイパス通路５７の上流端は、主循環通路５４におけるラジエータ５３とウォータジャケット５１の出口との間に接続され、下流端は切替えバルブ５５に接続されている。ヒータ通路５８の上流端はウォータジャケット５１の出口に接続され、下流端は切替えバルブ５５に接続されている。第２バイパス通路５９の上流端はウォータジャケット５１の入口に接続され、下流端は切替えバルブ５５に接続されている。

切替えバルブ５５は、主循環通路５４、第１バイパス通路５７、ヒータ通路５８及び第２バイパス通路５９の各々のウォータジャケット５１（ウォータポンプ入口通路５６）に対する連通・遮断を内燃機関の運転状態に応じて切替えるためのものである。切替えバルブ５５は円筒状ハウジングと、そのハウジング内に回転可能に組込まれたバルブ本体と、そのバルブ本体の回転軸に連結されたモータと、コントローラとを備えている。コントローラは、内燃機関の始動状態を検出するセンサ、冷却水の温度を検出するセンサ等からの信号に基づきモータに対する通電を制御する。この制御を通じモータによりバルブ本体が回転駆動され、上述した各通路５４，５７〜５９のウォータポンプ入口通路５６に対する連通・遮断が下記のように切替えられる。

内燃機関の低温始動時には、切替えバルブ５５により第２バイパス通路５９とウォータポンプ入口通路５６とが連通される。主循環通路５４、第１バイパス通路５７及びヒータ通路５８の各々とウォータポンプ入口通路５６とは遮断される。冷却水は、図７において矢印で示すように、ウォータポンプ入口通路５６及び第２バイパス通路５９を循環するだけでウォータジャケット５１に流入しない。ヒータ通路５８に冷却水が流れることもない。上記のように主循環通路５４、第１バイパス通路５７、ヒータ通路５８での冷却水の流通が遮断されることで、ウォータジャケット５１内での冷却水の流通が制限される。その結果、混合気の燃焼により発生した熱が内燃機関に閉じ込められ、吸気ポート、燃焼室等が優先して暖められて燃焼状態が早期に改善される。

また、冷却水の温度が要求値よりも低いときには、切替えバルブ５５により、第１バイパス通路５７及びヒータ通路５８の各々とウォータポンプ入口通路５６とが連通される。主循環通路５４及び第２バイパス通路５９の各々とウォータポンプ入口通路５６とが遮断される。そのため、冷却水はラジエータ５３を迂回して流れることとなり、冷却水の過冷却が抑制される。

さらに、冷却水の温度が要求値以上であるときには、切替えバルブ５５により主循環通路５４とウォータポンプ入口通路５６とが連通される。このとき、第１バイパス通路５７及び第２バイパス通路５９の各々とウォータポンプ入口通路５６とは遮断される。冷却水がラジエータ５３を流れることにより、冷却水の温度が下げられる。
特開平１１−２８０４７３号公報（第４，５，７頁、図２）

ところが、上述した特許文献１によると、内燃機関の低温始動時には、燃焼室回りの熱が拡散するのを抑制して早期暖機を図ることができるものの、その実現のために第２バイパス通路５９やバルブ本体駆動用のモータが新たに必要となるばかりかコントローラによるモータの通電制御も新たに必要となる。そして、これらのことが、冷却装置の構造を含むシステム全体の複雑化を招いている。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡素な構成でありながら低温始動時に内燃機関を早期に暖機させることのできる内燃機関の冷却装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、ラジエータを有する主循環通路の下流端と、前記ラジエータをそれぞれ迂回するバイパス通路及び受放熱通路の各下流端とが合流部を通じて機関冷却水通路に接続された内燃機関に用いられる冷却装置であって、前記合流部内に配設され、前記冷却水の温度に応じて変形する感熱アクチュエータと、前記感熱アクチュエータの変形に応じて開閉して前記主循環通路及び前記機関冷却水通路を連通又は遮断させる第１バルブと、前記感熱アクチュエータの変形に応じて開閉し、前記バイパス通路及び前記機関冷却水通路を連通又は遮断させるとともに、前記受放熱通路及び前記機関冷却水通路を連通又は遮断させる第２バルブとを備えるものであるとする。

上記の構成によれば、主循環通路、バイパス通路及び受放熱通路の各通路を流れる冷却水は合流部を通過した後に機関冷却水通路へ導かれる。合流部では、感熱アクチュエータが冷却水の温度に応じた形態に変形し、それに伴って第１バルブ及び第２バルブがそれぞれ開閉する。第１バルブの開閉により、主循環通路及び機関冷却水通路が連通又は遮断される。また、第２バルブの開閉により、バイパス通路及び機関冷却水通路が連通又は遮断されるとともに、受放熱通路及び機関冷却水通路が連通又は遮断される。従って、冷却水の温度と、第１及び第２の各バルブの開閉タイミングとの関係を予め適切に設定しておくことで、冷却水の温度が低いときに主循環通路、バイパス通路及び受放熱通路の各々と機関冷却水通路とを遮断することが可能となる。これらの遮断により、内燃機関の低温始動時に混合気の燃焼に伴い発生した熱を閉じ込め、同内燃機関の各部を優先して暖機させ、その熱が受放熱通路等に拡散するのを抑制することが可能となる。

また、上記各通路及び機関冷却水通路の遮断は、感熱アクチュエータが冷却水の温度変化に応じて変形することにより行われる。そのため、切替えバルブを駆動するためのモータ等の駆動手段や、その駆動手段を作動させるための制御が不要となる。このように、請求項１に記載の発明によれば、簡素な構成でありながら低温始動時に内燃機関を早期に暖機させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記合流部内には、前記主循環通路の下流端及び前記機関冷却水通路の上流端がそれぞれ接続された第１領域と、前記バイパス通路及び前記受放熱通路の各下流端が接続された第２領域とに仕切る仕切り壁が設けられており、前記第１バルブは、前記第１領域における前記主循環通路の接続部分と前記機関冷却水通路の接続部分との間に設けられた第１シート部と、前記感熱アクチュエータの変形に伴い変位して前記第１シート部に着座又は離座する第１本体部とを備えるものであるとする。

上記の構成によれば、冷却水の温度の変化に応じた感熱アクチュエータの変形に伴い第１本体部が変位する。第１本体部が第１シート部に着座して第１バルブが閉弁すると、冷却水の主循環通路から機関冷却水通路への流入が遮断される。これに対し、第１本体部が第１シート部から離座して第１バルブが開弁すると、主循環通路と機関冷却水通路とが第１領域を通じて連通された状態となり、冷却水の主循環通路から機関冷却水通路への流入が可能となる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記第１本体部は、前記感熱アクチュエータに取付けられ、かつ前記冷却水の温度が第１温度未満であるときにのみ前記第１シート部に着座するものであるとする。

上記の構成によれば、合流部内の冷却水の温度が第１温度未満であると、第１本体部が第１シート部に着座して第１バルブが閉弁し、冷却水の主循環通路から機関冷却水通路への流入が遮断される。これに対し、冷却水の温度が第１温度以上になると、第１本体部が第１シート部から離座して第１バルブが開弁し、冷却水の主循環通路から機関冷却水通路への流入が可能となる。

請求項４に記載の発明では、請求項２又は３に記載の発明において、前記第２バルブは、前記仕切り壁に設けられた第２シート部と、前記感熱アクチュエータの変形に伴い変位して前記第２シート部に着座又は離座する第２本体部とを備えるものであるとする。

上記の構成によれば、冷却水の温度の変化に応じた感熱アクチュエータの変形に伴い第２本体部が変位する。第２本体部が第２シート部に着座して第２バルブが閉弁すると、冷却水のバイパス通路及び受放熱通路の各通路から機関冷却水通路への流入が遮断される。これに対し、第２本体部が第２シート部から離座して第２バルブが開弁すると、バイパス通路及び受放熱通路の各々と機関冷却水通路とが第２領域を通じて連通された状態となる。冷却水のバイパス通路及び受放熱通路の各々から機関冷却水通路への流入が可能となる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記第２本体部は、前記感熱アクチュエータに取付けられ、かつ前記冷却水の温度が、前記第１温度以下に設定された第２温度未満であるときにのみ前記第２シート部に着座するものであるとする。

上記の構成によれば、合流部内の冷却水の温度が第２温度未満であると、第２本体部が第２シート部に着座して第２バルブが閉弁し、冷却水のバイパス通路及び受放熱通路から機関冷却水通路への流入が遮断される。第２温度が前述した第１温度以下に設定されていることから、このときには第１バルブも閉弁し、冷却水の主循環通路から機関冷却水通路への流入が遮断される。従って、冷却水は主循環通路、バイパス通路及び受放熱通路のいずれからも合流部で遮断され、機関冷却水通路へ流入することがない。

これに対し、冷却水の温度が第２温度以上であると、第２本体部が第２シート部から離座して第２バルブが開弁し、冷却水のバイパス通路及び受放熱通路から機関冷却水通路への流入が可能となる。この際、冷却水の温度が第１温度未満であると、第１バルブが閉弁し続け、冷却水の主循環通路から機関冷却水通路への流入が遮断され続ける。従って、冷却水がバイパス通路及び受放熱通路の各々から第２領域を経て機関冷却水通路へ流入することが可能であるが、主循環通路から機関冷却水通路へ流入することはできない。

そして、冷却水の温度が第１温度以上になると、前述したように第１バルブが開弁する。このため、冷却水は主循環通路、バイパス通路及び受放熱通路のいずれからも合流部を通過して機関冷却水通路へ流入することが可能となる。

請求項６に記載の発明では、請求項４又は５に記載の発明において、前記仕切り壁及び前記第２本体部の少なくとも一方には、同第２本体部の前記第２シート部への着座時に前記第２領域及び前記第１領域間での前記冷却水の流通を許容する連通部が設けられているとする。

上記の構成によれば、第２本体部が第２シート部に着座して第２バルブが閉弁する温度条件下では、上述したように第１バルブが閉弁し、冷却水の主循環通路から機関冷却水通路への流入が遮断される。このとき、仮に第２バルブの閉弁により冷却水のバイパス通路及び受放熱通路から機関冷却水通路への流入が完全に遮断されているとすると、感熱アクチュエータが内燃機関での冷却水の温度上昇を感知するまでに時間を要し、同温度が上がりすぎる懸念がある。これに対し、請求項６では、第２バルブの閉弁時であっても、第２領域内の冷却水が連通部を通って第１領域へ流入可能である。そのため、内燃機関での冷却水の温度上昇を感熱アクチュエータに早期に感知させて、同内燃機関の温度が過剰に高くなるのを抑制することが可能となる。

請求項７に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、前記第２本体部は、前記冷却水の温度が前記第１温度よりも高く設定された第３温度以上であるとき、前記第２領域における前記バイパス通路の接続部分を閉鎖するものであるとする。

上記の構成によれば、合流部内の冷却水の温度が第３温度未満であると、第２領域におけるバイパス通路の接続部分が開放される。このため、冷却水のバイパス通路から第２領域への流入が可能である。この際、同冷却水の温度が第２温度未満であれば、前述したように第２本体部が第２シート部に着座することから、冷却水の第２領域から機関冷却水通路への流入が遮断される。これに対し、同冷却水の温度が第２温度以上であれば、第２本体部が第２シート部から離座することから、冷却水の第２領域から機関冷却水通路への流入が可能である。

一方、冷却水の温度が第３温度以上であると、第２領域におけるバイパス通路の接続部分が第２本体部によって閉鎖される。従って、冷却水がバイパス通路から第２領域、ひいては第１領域や機関冷却水通路へ流入することが遮断される。従って、ラジエータを通過して温度の低くなった冷却水を積極的に機関冷却水通路に導いて内燃機関を効率よく冷却することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
図２における内燃機関１１では、空気及び燃料の混合気が燃焼室で燃焼される。この燃焼に伴い発生する熱エネルギーの一部が動力に変換される。動力に変換されない熱エネルギーの一部は排気とともに、あるいは摩擦損失として失われ、残りは内燃機関１１の各部に吸収される。この吸収された熱により内燃機関１１が過熱するのを防止するために、以下に示す水冷式の冷却装置１２が設けられている。

内燃機関１１の内部には機関冷却水通路としてウォータジャケット１３が設けられている。ウォータジャケット１３の入口又はその近傍にはウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）１４が配設されている。ウォータジャケット１３の出口には、ラジエータ１５を有する主循環通路１６の上流端が接続されている。主循環通路１６の下流端は合流部１７及びウォータポンプ入口通路１８を介してウォータポンプ１４に接続されている。そして、ウォータポンプ１４の作動により、冷却水はそのウォータポンプ１４を起点として主循環通路１６内を図１の時計周り方向に循環する（図１の矢印参照）。冷却水はウォータジャケット１３を通過する過程で内燃機関１１の熱を吸収し昇温する。そして、昇温した冷却水はラジエータ１５を通過する際に熱を放出する。

主循環通路１６には、ラジエータ１５を迂回するバイパス通路１９が接続されている。バイパス通路１９の上流端は、主循環通路１６において、ラジエータ１５とウォータジャケット１３の出口との間に接続され、下流端は前記合流部１７に接続されている。

さらに、バイパス通路１９とは別に、ラジエータ１５を迂回する受放熱通路としてヒータ通路２１が設けられている。ヒータ通路２１では、同通路２１を流れる冷却水が熱源として、温水式ヒータ（暖房装置）２２のヒータコア（暖房用熱交換器）に導かれる。ヒータ通路２１の上流端は、主循環通路１６において、ウォータジャケット１３の出口とラジエータ１５との間に接続され、下流端は前記合流部１７に接続されている。

従って、主循環通路１６、バイパス通路１９及びヒータ通路２１の各々を流れる冷却水は合流部１７を通過した後に、ウォータポンプ入口通路１８及びウォータポンプ１４を経てウォータジャケット１３に導かれる。

本実施形態では、こうした主循環通路１６、バイパス通路１９、ヒータ通路２１及びウォータポンプ入口通路１８がそれぞれ接続された合流部１７を有するハウジング２４として、既存の冷却装置のハウジングがそのまま用いられている。

合流部１７には、主循環通路１６、バイパス通路１９及びヒータ通路２１の各々とウォータジャケット１３（ウォータポンプ入口通路１８）との連通状態を切替える切替えバルブ２３が設けられている。

図１は切替えバルブ２３及びその周辺箇所の断面構造を示している。ハウジング２４には前述した合流部１７が設けられている。合流部１７は円柱状の凹所からなり、ハウジング２４の外壁面（図１の右側面）において開口している。合流部１７の内周面において相対向する箇所（図１の上下）には、ハウジング２４内に設けられた前記ヒータ通路２１の下流端と、ウォータポンプ入口通路１８の上流端とがそれぞれ開口している。また、合流部１７の底面には、ハウジング２４内に設けられた前記バイパス通路１９の下流端が開口している。さらに、ハウジング２４における合流部１７の開口部分には主循環通路１６の下流端が接続されている。すなわち、ハウジング２４の外壁面には、配管２５が合流部１７の開口部分を覆った状態で取付けられており、この配管２５の内部空間が主循環通路１６をなしている。

合流部１７内には、冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）に応じて変形する感熱アクチュエータ３１が内外一対の支持部材２８，２９によって支持されている。感熱アクチュエータ３１はペレット３２及びスピンドル３３を主要部品として備えている。これらのペレット３２及びスピンドル３３は、合流部１７におけるバイパス通路１９及び主循環通路１６の両開口を繋ぐ方向（図１の左右方向）へそれぞれ延びている。ペレット３２内には温度に応じて体積を変化させるワックス（図示略）が封入されている。ここでの体積変化とは、冷却水温ＴＨＷが低いときには体積が小さく（収縮し）、冷却水温ＴＨＷの温度上昇に伴い体積が増大（膨張）することである。このワックスとしては、体積が温度に比例又は略比例するものであることが望ましい。

ペレット３２は、支持部材２８に摺動可能に挿通されている。一方、スピンドル３３はペレット３２内に出没可能に収容されており、そのペレット３２から突出する端部（図１の右端部）が支持部材２９に係止されている。従って、温度に応じてワックスが体積変化すると、その変化に伴いペレット３２が変位する。

合流部１７内には、その内部空間を２つの領域（第１領域Ｚ１及び第２領域Ｚ２）に仕切る仕切り壁３４が配設されている。仕切り壁３４は、一端（図１の右端）を開口した有底の略円筒形状をなしており、前記支持部材２８を取り囲んでいる。仕切り壁３４は、その開口部分において前記合流部１７の内周面等に係止されている。そして、合流部１７内において仕切り壁３４よりも内側の空間が第１領域Ｚ１をなし、外側の空間が第２領域Ｚ２をなしている。

仕切り壁３４には、その内部空間（第１領域Ｚ１）とウォータポンプ入口通路１８とを常時連通させる連通孔３５が設けられている。このため、第１領域Ｚ１からウォータポンプ入口通路１８への冷却水の流動が可能である。また、仕切り壁３４の外周面の大部分は円筒状をなしていて合流部１７の内周面に接触しているが、一部（図３の上部）のみが平面状をなしていて同内周面から離間している。こうした仕切り壁３４の形状から、ヒータ通路２１及び第２領域Ｚ２は常に繋がっていることとなり、ヒータ通路２１から第２領域Ｚ２への冷却水の流入が可能である。

切替えバルブ２３は、感熱アクチュエータ３１の変形に応じて開閉して主循環通路１６及びウォータジャケット１３を連通又は遮断させるべく、主循環通路１６及び第１領域Ｚ１を連通又は遮断させる第１バルブ３６を備えている。第１バルブ３６は、合流部１７の開口部分に取付けられた第１シート部３７と、ペレット３２の主循環通路１６側端部に取付けられ、かつ冷却水温ＴＨＷに応じた感熱アクチュエータ３１の伸縮に伴い変位して第１シート部３７に着座又は離座する第１本体部３８とを備えている。第１シート部３７の取付け位置は、第１領域Ｚ１における主循環通路１６の接続部分とウォータポンプ入口通路１８の接続部分との間である。第１本体部３８としては、比較的厚みの大きなものが用いられている。これは、図１の状態から冷却水温ＴＨＷが上昇して感熱アクチュエータ３１がある程度伸長することを条件に第１本体部３８を第１シート部３７から離座させるためである。

ここで、第１本体部３８のペレット３２に対する取付け箇所によって第１バルブ３６の開閉タイミングが異なってくるが、本実施形態での取付け箇所は、冷却水温ＴＨＷが第１温度ＴＨＷ１未満のときにのみ第１本体部３８が第１シート部３７に着座して第１バルブ３６が閉弁する箇所に設定されている（図６参照）。ペレット３２の外周であって、第１本体部３８と支持部材２８との間にはリターンスプリング３９が圧縮状態で介装されており、第１本体部３８が常に主循環通路１６側へ付勢されている。

切替えバルブ２３は、感熱アクチュエータ３１の変形に応じて開閉してバイパス通路１９及びウォータジャケット１３を連通又は遮断させるとともに、ヒータ通路２１及びウォータジャケット１３を連通又は遮断させるべく、第１領域Ｚ１及び第２領域Ｚ２を連通又は遮断させる第２バルブ４１を備えている。第２バルブ４１は第２シート部４２及び第２本体部４３からなる。第２本体部４３は、仕切り壁３４の底部の一部分を分割することによって形成されたものであり、ペレット３２上に摺動可能に取付けられている。ペレット３２のバイパス通路１９側端部には、第２本体部４３の同ペレット３２からの脱落を防止するためのストッパ（図示略）が設けられている。第２シート部４２は、前記第２本体部４３の分割に伴い仕切り壁３４の底部に生じた孔の周辺部分によって構成されている。こうした構成の第２バルブ４１では、冷却水温ＴＨＷに応じた感熱アクチュエータ３１の伸縮に伴い第２本体部４３が変位して第２シート部４２に着座又は離座する。

ここで、第２本体部４３のペレット３２に対する取付け箇所によって第２バルブ４１の開閉タイミングが異なってくるが、本実施形態での取付け箇所は次の条件（１）及び（２）が満たされる箇所に設定されている（図６参照）。

条件（１）：冷却水温ＴＨＷが前記第１温度ＴＨＷ１以下に設定された第２温度ＴＨＷ２未満であるときにのみ第２シート部４２に着座して第２バルブ４１が閉弁する箇所であること。

条件（２）：冷却水温ＴＨＷが前記第１温度ＴＨＷ１よりも高く設定された第３温度ＴＨＷ３以上であるとき、第３シート部４４に着座する箇所であること。第３シート部４４は、第２領域Ｚ２におけるバイパス通路１９の接続部分の周囲の箇所である。

なお、ペレット３２の外周であって、そのペレット３２の長さ方向中間部分と第２本体部４３との間にはスプリング４５が圧縮状態で介装されていて、同第２本体部４３が常にバイパス通路１９側へ付勢されている。

次に、上記のようにして構成された冷却装置１２の作用について、図１及び図４〜図６を参照して説明する。
図１は、内燃機関１１の低温始動時等、冷却水温ＴＨＷが低い（ＴＨＷ＜ＴＨＷ２）ときの切替えバルブ２３の状態を示している。この状態では、感熱アクチュエータ３１が最も収縮し、ペレット３２が最も主循環通路１６寄りの箇所に位置している。第１本体部３８が第１シート部３７に着座（より正確には第１シート部３７に完全に嵌入）し第１バルブ３６が閉弁している。このように着座した第１本体部３８により主循環通路１６及び第１領域Ｚ１が遮断される。このため、冷却水の主循環通路１６から第１領域Ｚ１、ひいてはウォータポンプ入口通路１８及びウォータジャケット１３への流入が遮断される。

また、前記の状態では第２本体部４３が第２シート部４２に着座して第２バルブ４１が閉弁しており、第１領域Ｚ１及び第２領域Ｚ２が遮断されている。このため、冷却水のバイパス通路１９及びヒータ通路２１から第１領域Ｚ１、ひいてはウォータポンプ入口通路１８及びウォータジャケット１３への流入が遮断される。

このように、主循環通路１６、バイパス通路１９及びヒータ通路２１を通じた冷却水のウォータジャケット１３への流入が遮断され、内燃機関１１内の冷却水がウォータポンプ１４の作動に伴い循環するだけである。そのため、燃焼室の回りで発生した熱が冷却水に持ち去られにくく、機関各部、特に燃焼室の近傍部分が優先的に暖められて、同部分の温度が上昇する。その結果、燃焼状態を改善させ、暖機が終了した時点の燃焼状態に早期にすることができる。

図１の状態から冷却水温ＴＨＷが、ＴＨＷ２≦ＴＨＷ＜ＴＨＷ１の範囲内で上昇すると、ワックスの体積膨張によりペレット３２がバイパス通路１９側へ変位し始める（感熱アクチュエータ３１が伸長し始める）。これに伴い、第１本体部３８及び第２本体部４３がペレット３２と一体となって同方向へ変位し始める。

前記変位により、図４に示すように第２本体部４３が第２シート部４２から離座して第２バルブ４１が開弁すると、第１領域Ｚ１及び第２領域Ｚ２が連通状態となる。図４において実線の矢印で示すように、バイパス通路１９及びヒータ通路２１をそれぞれ流れる冷却水は、ともに第２領域Ｚ２及び第１領域Ｚ１を経てウォータポンプ入口通路１８及びウォータジャケット１３へ流入可能となる。

この際、第１本体部３８もまた同方向（図４の左方）へ変位するが、第１本体部３８がある程度の厚みを有していることから、その第１本体部３８が多少変位しただけでは第１シート部３７から離座しない。第１バルブ３６が閉弁し続けるため、冷却水の主循環通路１６から第１領域Ｚ１内への流入が遮断され続ける。

従って、主循環通路１６を流れる過程でラジエータ１５を通過して冷却水温ＴＨＷが低くなった冷却水ではなく、バイパス通路１９及びヒータ通路２１を流れた冷却水がウォータジャケット１３へ流入することとなり、内燃機関１１の暖機が促進される。また、冷却水温ＴＨＷがある程度上昇したところ（ＴＨＷ２≦ＴＨＷ）で冷却水がバイパス通路１９及びヒータ通路２１を流れるため、第２温度ＴＨＷ２を適切な値に設定することにより、内燃機関１１の温度が過度に高くなる不具合を防止することができる。

冷却水温ＴＨＷが上昇して、ＴＨＷ１≦ＴＨＷ＜ＴＨＷ３になると、第１本体部３８が第１シート部３７から離座して第１バルブ３６が開弁し、第１領域Ｚ１及び主循環通路１６が連通される。このため、バイパス通路１９及びヒータ通路２１に加え、主循環通路１６を流れる冷却水のウォータジャケット１３の流入が可能となる。

この際、主循環通路１６と、バイパス通路１９及びヒータ通路２１とからそれぞれウォータジャケット１３へ流入する冷却水の量の比に応じて、冷却水による内燃機関１１の冷却度合が異なってくる。すなわち、ウォータジャケット１３へ流入する冷却水のうち、主循環通路１６からの冷却水の占める割合が大となるほど、内燃機関１１を冷却する冷却水温ＴＨＷが低くなる。

さらに、冷却水温ＴＨＷが上昇して第３温度ＴＨＷ３以上になると、図５に示すように、第２本体部４３が第３シート部４４に着座してバイパス通路１９が閉鎖される。冷却水のバイパス通路１９からウォータジャケット１３への流入が遮断される。このときには、主循環通路１６及び第１領域Ｚ１が連通されるとともに、第１領域Ｚ１及び第２領域Ｚ２が連通されていることから、主循環通路１６及びヒータ通路２１をそれぞれ流れる冷却水のウォータジャケット１３への流入は可能である。なお、上記のように、第２本体部４３が第３シート部４４に着座した状態では、それ以上のバイパス通路１９側への変位が阻止されるが、スプリング４５が圧縮されることでペレット３２のバイパス通路１９側への変位が許容される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）冷却水温ＴＨＷに応じて変形する感熱アクチュエータ３１を合流部１７内に配設し、その感熱アクチュエータ３１の変形に応じてそれぞれ開閉する第１バルブ３６及び第２バルブ４１を設けている。

従って、冷却水温ＴＨＷと、第１及び第２の各バルブ３６，４１の開閉タイミングとの関係を予め適切に設定しておくことで、冷却水温ＴＨＷが低いとき（ＴＨＷ＜ＴＨＷ２）に主循環通路１６、バイパス通路１９及びヒータ通路２１の各々とウォータジャケット１３とを遮断させることが可能となる。これらの遮断により、内燃機関１１の低温始動時に混合気の燃焼に伴い発生した熱を閉じ込め、同内燃機関１１の各部を優先して暖機させ、その熱が各通路１６，１９，２１に拡散するのを抑制することができる。

また、上記各通路１６，１９，２１及びウォータジャケット１３の遮断は、感熱アクチュエータ３１が冷却水温ＴＨＷの変化に応じて変形（伸縮）することにより行われる。そのため、背景技術とは異なり切替えバルブを駆動するためのモータ等の駆動手段や、その駆動手段を作動させるための制御が不要となる。このように、本実施形態によれば、簡素な構成でありながら低温始動時に内燃機関１１を早期に暖機させることができる。

（２）第１本体部３８を、冷却水温ＴＨＷが第１温度ＴＨＷ１未満であるときにのみ第１シート部３７に着座するように設定するとともに、第２本体部４３を、冷却水温ＴＨＷが第２温度ＴＨＷ２（≦ＴＨＷ１）未満であるときにのみ第２シート部４２に着座するように設定している。これらの設定により、冷却水温ＴＨＷが、ＴＨＷ２≦ＴＨＷ＜ＴＨＷ１の範囲にあるときには、第１バルブ３６が閉弁させられた状態で第２バルブ４１が開弁される。

このため、冷却水を、主循環通路１６に代えてバイパス通路１９からウォータジャケット１３へ流入させ、冷却水温ＴＨＷの低い冷却水がウォータジャケット１３を流れて内燃機関１１が過度に冷やされるのを抑制することができる。従って、内燃機関１１の始動直後の冷却水温ＴＨＷの低い場合であっても内燃機関１１を早期に暖機させる（暖機時間を短縮する）ことができる。

（３）第２本体部４３を、冷却水温ＴＨＷが第３温度ＴＨＷ３（≧ＴＨＷ１）以上であるとき、第２領域Ｚ２におけるバイパス通路１９の接続部分を閉鎖するようにしている。従って、第３温度ＴＨＷ３を適切な値に設定することにより、冷却水温ＴＨＷが高いときに冷却水がバイパス通路１９からウォータジャケット１３に流入するのを抑制し、ラジエータ１５を通過して冷却水温ＴＨＷの低くなった冷却水を積極的にウォータジャケット１３に導いて内燃機関１１を効率よく冷却することができる。

（４）本実施形態では切替えバルブ２３の構造について工夫しているが、切替えバルブ２３が組込まれる合流部１７については特別な構造を採用していない。このため、合流部を有する既存のハウジングを流用して、その合流部に切替えバルブ２３を組込むことにより冷却装置１２を成立させることができる。主循環通路１６、バイパス通路１９、ヒータ通路２１、ウォータポンプ入口通路１８等の冷却水の通路については変更する必要がないため、実現が容易である。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・前記実施形態において、第２領域Ｚ２内の冷却水が仕切り壁３４と合流部１７の内周面との間隙（図１におけるＡ参照）を通じてウォータポンプ入口通路１８へ漏出するのを確実に防止するために、同間隙にゴム等からなるシール部材を配設してもよい。

・前記実施形態において、冷却水温ＴＨＷが第２温度ＴＨＷ２未満であって、両バルブ３６，４１を閉弁させたときに、主循環通路１６、バイパス通路１９及びヒータ通路２１の各々とウォータジャケット１３とを完全に遮断しなくてもよい。これは、冷却水が全く循環しない状態では燃焼室回りの温度上昇を感熱アクチュエータ３１が感知するまでに時間を要し、同温度が上がりすぎる懸念があるためである。この観点から、冷却水を全く循環させないよりは若干量の冷却水を循環させた方が好ましい場合もあり得る。このため、第２本体部４３が第２シート部４２に着座したときに第１領域Ｚ１及び第２領域Ｚ２間で若干量の冷却水が流通し得るように、仕切り壁３４及び第２本体部４３の少なくとも一方に、同第２本体部４３の第２シート部４２への着座時に、両領域Ｚ１，Ｚ２を連通させる連通部を設けてもよい。例えば、第２本体部４３の第２シート部４２への着座時に仕切り壁３４の底部との間に隙間が生ずるようにしてもよい。また、第２本体部４３自体又は仕切り壁３４に小径の孔をあけてもよい。これらの隙間や孔が連通部に相当する。

・合流部１７に接続される受放熱通路は、前述したヒータ通路２１以外にも、スロットルボディ温水通路、ＥＧＲ（排気還流）クーラ通路、自動変速機の作動油ウォーマ（トランスミッションオイルクーラ）通路、温水加熱式のホットエアインテーク通路等であってもよい。スロットルボディ温水通路では、同通路を流れる冷却水（温水）によってスロットルボディが暖められ、極寒時等におけるスロットル弁等の作動が安定する。ＥＧＲクーラ通路では、同通路を流れる冷却水によって、ＥＧＲ装置の構成部品、吸気通路（特に吸気マニホルド）等が冷却される。作動油ウォーマ通路では、冷却水（温水）が作動油ウォーマを流れ、冷間時には自動変速機の作動油が早期に暖められ、自動変速機のフリクションが低減される。この作動油ウォーマは、作動油温が高いときにはオイルクーラとして機能する。ホットエアインテーク通路では、冷却水がエアクリーナの近傍に設けられたヒータコアを通過する過程で、吸入空気が暖められる。

・本発明は、複数の受放熱通路を合流部に接続した冷却装置にも適用可能である。

本発明の一実施形態において、冷却水温ＴＨＷが第２温度ＴＨＷ２未満のときの切替えバルブ及びその周辺箇所の状態を示す断面図。 冷却装置の構成を示す略図。 図１の３−３線断面図。 冷却水温ＴＨＷが第２温度ＴＨＷ２以上かつ第１温度ＴＨＷ１未満のときの切替えバルブ及びその周辺箇所の状態を示す断面図。 冷却水温ＴＨＷが第３温度ＴＨＷ３以上のときの切替えバルブ及びその周辺箇所の状態を示す断面図。 冷却水温と各通路での冷却水の流量との関係を示す特性図。 背景技術における冷却装置を示す系統図。

符号の説明

１１…内燃機関、１２…冷却装置、１３…ウォータジャケット（機関冷却水通路）、１５…ラジエータ、１６…主循環通路、１７…合流部、１９…バイパス通路、２１…ヒータ通路（受放熱通路）、３１…感熱アクチュエータ、３４…仕切り壁、３６…第１バルブ、３７…第１シート部、３８…第１本体部、４１…第２バルブ、４２…第２シート部、４３…第２本体部、ＴＨＷ…冷却水温、ＴＨＷ１…第１温度、ＴＨＷ２…第２温度、ＴＨＷ３…第３温度、Ｚ１…第１領域、Ｚ２…第２領域。

Claims (7)

1. ラジエータを有する主循環通路の下流端と、前記ラジエータをそれぞれ迂回するバイパス通路及び受放熱通路の各下流端とが合流部を通じて機関冷却水通路に接続された内燃機関に用いられる冷却装置であって、
   前記合流部内に配設され、前記冷却水の温度に応じて変形する感熱アクチュエータと、
   前記感熱アクチュエータの変形に応じて開閉して前記主循環通路及び前記機関冷却水通路を連通又は遮断させる第１バルブと、
   前記感熱アクチュエータの変形に応じて開閉し、前記バイパス通路及び前記機関冷却水通路を連通又は遮断させるとともに、前記受放熱通路及び前記機関冷却水通路を連通又は遮断させる第２バルブと
   を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記合流部内には、前記主循環通路の下流端及び前記機関冷却水通路の上流端がそれぞれ接続された第１領域と、前記バイパス通路及び前記受放熱通路の各下流端が接続された第２領域とに仕切る仕切り壁が設けられており、
   前記第１バルブは、前記第１領域における前記主循環通路の接続部分と前記機関冷却水通路の接続部分との間に設けられた第１シート部と、前記感熱アクチュエータの変形に伴い変位して前記第１シート部に着座又は離座する第１本体部とを備える請求項１に記載に記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記第１本体部は、前記感熱アクチュエータに取付けられ、かつ前記冷却水の温度が第１温度未満であるときにのみ前記第１シート部に着座するものである請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記第２バルブは、前記仕切り壁に設けられた第２シート部と、前記感熱アクチュエータの変形に伴い変位して前記第２シート部に着座又は離座する第２本体部とを備える請求項２又は３に記載に記載の内燃機関の冷却装置。
5. 前記第２本体部は、前記感熱アクチュエータに取付けられ、かつ前記冷却水の温度が、前記第１温度以下に設定された第２温度未満であるときにのみ前記第２シート部に着座するものである請求項４に記載の内燃機関の冷却装置。
6. 前記仕切り壁及び前記第２本体部の少なくとも一方には、同第２本体部の前記第２シート部への着座時に前記第２領域及び前記第１領域間での前記冷却水の流通を許容する連通部が設けられている請求項４又は５に記載の内燃機関の冷却装置。
7. 前記第２本体部は、前記冷却水の温度が前記第１温度よりも高く設定された第３温度以上であるとき、前記第２領域における前記バイパス通路の接続部分を閉鎖するものである請求項５に記載の内燃機関の冷却装置。

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