JP2011241773A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間時におけるエンジン内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジンを通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーターを通っての冷却水の循環との切り替えを、より簡易な構成で実現することのできるエンジン冷却装置を提供する。
【解決手段】エンジンの暖機前に作動が必要なヒーターコア５等の熱交換器を通って冷却水を循環させる第１の弁位置と、上記熱交換器に加え、エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置と、上記熱交換器及びエンジンに加え、ラジエーター９を通って冷却水を循環させる第３の弁位置と、の３通りに弁位置を切り替え可能な弁であって、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じてサーモスタット部を強制的に作動させる電子ヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁６を備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却装置に関する。

周知のように、車載等の水冷式エンジンでは、エンジン内の冷却水を、ラジエーター等を通じて循環させることで、冷却や暖機を行うようにしている。そして従来、例えば特許文献１に見られるように、冷間始動時にエンジン内の冷却水の流通を停止することで、冷却水の加熱時間を短縮し、暖機を促進する技術が提案されている。

図１４は、特許文献１に記載されたエンジン冷却装置での冷却水の循環経路の構成を示している。同図に示すように、この循環経路は、ウォーターポンプ５０の下流において、エンジン５１内を通るエンジン水路５２と、エンジン５１を迂回するバイパス水路５３とに分岐されている。

エンジン水路５２は、エンジン５１内のウォータージャケットを通過した後、三方弁５４の第１入口５４ａに接続されている。またバイパス水路５３は、三方弁５４の第２入口５４ｂに接続されている。三方弁５４は、出口５４ｃに接続される入口を、第１入口５４ａと第２入口５４ｂの間で選択的に切り替える切替弁として構成されており、その出口５４ｃは、車室内の暖房用のヒーターコア５５に接続されている。

冷却水の循環経路は、ヒーターコア５５を通過後、排気から熱を回収する排気熱回収器５６を通った後、サーモスタット５７に接続されている。サーモスタット５７は、流入する冷却水の温度に感応して作動し、冷却水温度が一定値を超えると、エンジン５１からラジエーター５８を通ってウォーターポンプ５０に至る冷却水の循環経路を開通させる。

こうした冷却装置では、冷間時には、三方弁５４の第２入口５４ｂと出口５４ｃとを接続し、エンジン５１を迂回して冷却水を循環させることで、エンジン５１内に冷却水を留めてその暖機を促進する。

エンジン５１が半暖機となると、三方弁５４の第１入口５４ａと出口５４ｃとを接続することで、エンジン５１内を通って冷却水を循環させるようにしている。そしてエンジン５１の完全暖機後は、サーモスタット５７が開き、ラジエーター５８を通って冷却水が循環されるようになる。

特開２００９−１５０２６６号公報

こうした従来のエンジン冷却装置では、冷間時におけるエンジン５１内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジン５１を通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーター５８を通っての冷却水の循環とを切り替えることができるようになっている。しかしながら、その切り替えの実現には、三方弁５４とサーモスタット５７との２つの制御弁が必要となり、構成が複雑となってしまう。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、冷間時におけるエンジン内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジンを通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーターを通っての冷却水の循環との切り替えを、より簡易な構成で実現することのできるエンジン冷却装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、エンジン冷却装置としての請求項１に記載の発明は、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる第１の弁位置と、前記熱交換器に加え、前記エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置と、前記熱交換器及び前記エンジンに加え、ラジエーターを通って冷却水を循環させる第３の弁位置と、の３通りに弁位置を切り替え可能な弁であって、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じて前記サーモスタット部を強制的に作動させるヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁を備えるようにしている。

上記構成では、単一の切替弁のみで、冷間時、半暖機時、完全暖機後の冷却水の循環経路の切り替えを行うことができるようになる。したがって上記構成によれば、冷間時におけるエンジン内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジンを通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーターを通っての冷却水の循環との切り替えを、より簡易な構成で実現することができるようになる。

ちなみに、こうした本発明のエンジン冷却装置の切替弁は、請求項２によるように、前記切替弁には、前記熱交換器を通った冷却水が流入する第１入口、前記エンジンを通った冷却水が流入する第２入口、前記ラジエーターを通った冷却水が流入する第３入口、及びウォーターポンプに冷却水を流出させる出口を設けるとともに、前記第１の弁位置では、前記第１入口のみが前記出口に連通し、前記第２の弁位置では、前記第１入口及び前記第２入口が前記出口に連通し、前記第３の弁位置では、前記第１乃至第３入口が前記出口に連通するように前記切替弁を構成することでその実現が可能である。

また請求項３によるように、前記切替弁には、ウォーターポンプから直接冷却水が流入する第１入口、前記ウォーターポンプから前記エンジンを通って冷却水が流入する第２入口、前記ウォーターポンプから前記エンジン及び前記ラジエーターを通って冷却水が流入する第３入口、及び前記熱交換器を通って前記ウォーターポンプへと戻る熱交換器水路へと冷却水を吐出する出口が設けられ、前記第１の弁位置では、前記第１入口のみが前記出口に連通し、前記第２の弁位置では、前記第１入口及び前記第２入口が前記出口に連通し、前記第３の弁位置では、前記第１乃至第３入口が前記出口に連通するように前記切替弁が構成することでもその実現が可能である。

一方、請求項４によるように、こうした切替弁を、エンジンの冷却水入口に設置した場合には、切替弁に流入する冷却水の温度の急変が抑えられるようになり、弁位置の変化を緩やかとして、冷却水循環経路の切り替えを滑らかに行うことができるようになる。

ところで、上記のような切替弁がエンジンの冷却水出口から離れた位置に設置されていると、切替弁にエンジンの熱が伝わり難く、切替弁の作動に遅延が生じることがある。そのため、請求項５に記載のように、切替弁を、エンジンの冷却水出口に設置するようにすれば、切替弁にエンジンの熱が伝わり易くすることができる。また請求項６によるように、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部へと伝達する熱伝達手段を備えるようにした場合にも、切替弁にエンジンの熱が伝わり易くすることができる。こうした熱伝達手段は、切替弁の２つの入口を跨いで設置されたフィンや、両入口を連通する小径の連通孔などによりその具現が可能である。

上記のようなエンジンの冷却装置では、制御弁が故障して、低温であるにも拘わらず、ラジエーターを通って冷却水が循環されると、過冷却となってエンジンのエミッションが悪化することがある。こうした故障は、請求項７によるような、サーモスタット部に収容されたワックスの推定温度が高いにも拘わらず、エンジン内の冷却水温が高いときに切替弁に故障有りと判定する故障判定手段や、請求項８によるような、エンジン内の冷却水温の推定値とその実値との乖離が大きいときに切替弁に故障有りと判定する故障判定手段を備えることでその検出が可能となる。

本発明のエンジン冷却装置の第１実施形態についてその全体構成を模式的に示すブロック図。 同実施形態のエンジン冷却装置に搭載される切替弁の側部断面構造を示す断面図。 同切替弁のワックス温度とリフト量との関係を示すグラフ。 同実施形態の切替弁の全閉状態における側部断面構造を示す断面図。 同実施形態の切替弁全閉状態における冷却水の流れを示すブロック図。 同実施形態の切替弁の半開状態における側部断面構造を示す断面図。 同実施形態の切替弁半開状態における冷却水の流れを示すブロック図。 同実施形態の切替弁の全開状態における側部断面構造を示す断面図。 同実施形態の制御態様の一例を示すタイムチャート。 本発明のエンジン冷却装置の第２実施形態についてその冷却水回路の構成を模式的に示すブロック図。 同実施形態にエンジン冷却装置に搭載される切替弁の側部断面構造を示す断面図。 同実施形態の切替弁の変形例についてその側部断面構造を示す断面図。 本発明のエンジン冷却装置の第３実施形態の採用する開故障判定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 従来のエンジン冷却装置についてその冷却水回路の構成を模式的に示すブロック図。

（第１の実施形態）
以下、本発明のエンジン冷却装置を具体化した第１の実施の形態を、図１〜図９を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態のエンジン冷却装置の全体構成を示している。同図に示すように、このエンジン冷却装置は大きくは、次の３つの冷却水路を備えている。まず第１は、同図１に実線矢印で示すような、電動ウォーターポンプ１からスロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４、ヒーターコア５を通り、切替弁６を経て電動ウォーターポンプ１へと戻る熱交換器水路である。第２は、同図１に点線矢印で示すような、電動ウォーターポンプ１からエンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通り、切替弁６を経て電動ウォーターポンプ１へと戻るエンジン水路である。そして第３は、同図１に破線矢印で示すような、電動ウォーターポンプ１からエンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８、ラジエーター９を通り、切替弁６を経て電動ウォーターポンプ１へと戻るラジエーター水路である。なお、本実施の形態では、熱交換器水路に設けられたスロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４及びヒーターコア５が、「エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器」に相当する構成となっている。

またこのエンジン冷却装置には、シリンダーヘッド８内の冷却水の温度（エンジン水温ｔｈｗ１）を検出する第１の水温センサー１０と、排気熱回収器４から出た冷却水の温度を検出する第２の水温センサー１１とが設けられてもいる。

こうしたエンジン冷却装置での冷却水路の切り替えは、切替弁６により行われる。この切替弁６は、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じてそのサーモスタット部を強制的に作動させるヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁となっている。

図２は、こうした切替弁６の断面構造を示している。同図に示すように、切替弁６の弁体１２は、スプリング１３にて図中上方に付勢された状態で図中上下方向に移動可能に配設されている。弁体１２の下端には、ワックスが封入されたサーモスタット部１４が設けられ、そのサーモスタット部１４には、電子ヒーター１５が配設されている。なお、サーモスタット部１４は、温度に応じた固体、液体間の相変化に伴うワックスの容積変化により、弁体１２の弁位置（リフト量）を変化させるものとなっている。またこのサーモスタット部１４の周囲には、切替弁６を通過する冷却水が流れるようになっている。そのため、サーモスタット部１４は、切替弁６を通過する冷却水の温度に感応して作動するようになっている。

一方、切替弁６には、上記ヒーターコア５からの冷却水が流入する第１入口１６、エンジンのシリンダーヘッド８を出た冷却水が流入する第２入口１７、及びラジエーター９を出た冷却水が流入する第３入口１８が設けられている。また切替弁６には、電動ウォーターポンプ１へと冷却水を吐出する出口１９が設けられてもいる。そして弁体１２の位置（弁位置）により、出口１９に連通される入口（１６〜１８）が切り替えられるようになっている。

一方、こうした切替弁６に設置された電子ヒーター１５は、電子制御ユニット２０により制御されている。電子制御ユニット２０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。ここでＣＰＵは、電子ヒーター１５等の制御に係る各種演算処理を実施し、ＲＯＭは、制御用のプログラムやデータを記憶する。またＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶し、Ｉ／Ｏは、外部との信号の授受のためのインターフェイスとして機能する。なお、上記２つの水温センサー１０，１１の検出信号は、こうした電子制御ユニット２０の入力ポートに入力されている。ちなみに、本実施の形態では、電子制御ユニット２０は、実際のワックス温度（実ワックス温度）が目標ワックス温度となるように、電子ヒーター１５をフィードバック制御するようにしている。

図３は、こうした切替弁６の弁体１２のリフト量とワックス温度との関係を示している。なおリフト量とは、図２の図中上方への弁体１２の変位の量を示している。同図に示すように、切替弁６は、ワックス温度が所定の開弁温度よりも低いときには、全閉状態となり、ワックス温度が開弁温度を超えると、半開状態となるようになる。そしてワックス温度が更に上昇して所定の全開温度を超えると、切替弁６は全開状態となるようになっている。

図４は、全閉状態における切替弁６の状態を示している。同図に示すように、このときの切替弁６では、第１入口１６と出口１９とは連通するが、第２入口１７及び第３入口１８と出口１９との連通は、弁体１２により遮断されるようになっている。したがって、このときのエンジン冷却装置では、図５に示すように、スロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４、ヒーターコア５を通る熱交換器水路のみを通って冷却水が循環されるようになる。ちなみに、この全閉状態における切替弁６の弁位置が、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる上記第１の弁位置に対応する弁位置となっている。

一方、図６は、半開状態における切替弁６の状態を示している。同図に示すように、このときの切替弁６では、第１入口１６に加え、第２入口１７も出口１９に連通されるようになる。一方、このときの第３入口１８と出口１９との連通は、未だ弁体１２により遮断されたままとなる。したがって、このときのエンジン冷却装置では、図７に示すように、スロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４、ヒーターコア５を通る熱交換器水路と、エンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通るエンジン水路を通って冷却水が循環されるようになる。ちなみに、この半開状態における切替弁６の弁位置が、熱交換器に加え、エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置に対応する弁位置となっている。

更に、図８は、全開状態における切替弁６の状態を示している。同図に示すように、このときの切替弁６では、第１入口１６及び第２入口１７に加え、更に第３入口１８も出口１９に連通されるようになる。したがって、このときのエンジン冷却装置では、ヒーターコア５等を通る熱交換器水路、シリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通るエンジン水路、ラジエーター９を通るラジエーター水路のすべての冷却水回路を通って冷却水が循環されるようになる。ちなみに、この全開状態における切替弁６の弁位置が、熱交換器及びエンジンに加え、ラジエーターを通って冷却水を循環させる第３の弁位置に対応する弁位置となっている。

図９は、こうした本実施の形態のエンジン冷却装置の制御態様の一例を示している。なお同図には、時刻ｔ０においてエンジンが始動されて以降の冷却水温度、ワックス温度、電子ヒーター１５の通電状態及び切替弁６のリフト量の推移が示されている。

同図に示すように、エンジンが始動された時刻ｔ０からエンジン水温ｔｈｗ１が上記切替弁６の開弁温度に達する時刻ｔ１迄の期間には、すなわちエンジンが冷間状態にある期間には、切替弁６の予熱制御が実施される。予熱制御は、開弁要求後の速やかな切替弁６の開弁を可能とするため、ワックス温度を開弁温度直前の温度に予熱しておく制御となっている。この予熱制御時には、目標ワックス温度が開弁温度よりも若干低い温度に設定され、それに応じて電子ヒーター１５の通電が行われる。なおこの期間には、第１入口１６のみが出口１９に連通し、ヒーターコア５等の配設された熱交換器水路のみを通って冷却水が循環される。ちなみにこのときのエンジンでは、冷却水の循環が停止されるため、エンジン内冷却水の加熱時間が短縮されて、エンジンの暖機が促進されるようになる。

時刻ｔ１においてエンジン水温ｔｈｗ１が開弁温度に達し、エンジンが半暖機状態となると、切替弁６のリフト量制御が実施される。このリフト量制御は、切替弁６を半開状態に維持する制御となっており、開弁温度よりも高く、全開温度未満の温度に目標ワックス温度を設定することで行われる。なお、この期間には、第１入口１６及び第２入口１７が出口１９に連通し、ヒーターコア５等の設けられた熱交換器水路、及びシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通るエンジン水路を通って冷却水が循環されるようになる。ちなみにこのときには、エンジン内で温まった冷却水がヒーターコア５等に供給されるようになる。またエンジン内の冷却水の循環が開始されるため、シリンダーヘッド８等における局所的な過昇温による冷却水の沸騰が防止されるようになる。

時刻ｔ２においてエンジン水温ｔｈｗ１が全開温度に達し、エンジンが完全暖機状態となると、切替弁６の保護制御が実施される。この保護制御は、切替弁６が過昇温されないように電子ヒーター１５の通電を抑制することで行われる。この期間には、第１入口１６、第２入口１７及び第３入口１８が出口１９に連通し、ヒーターコア５等の設けられた熱交換器水路、及びシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通るエンジン水路、ラジエーター９を通るラジエーター水路を通って冷却水が循環されるようになる。このときのエンジン冷却装置では、エンジンの熱を奪って昇温した冷却水がラジエーター９で冷却されるようになり、これによるエンジンの冷却が行われるようになる。

以上説明した本実施の形態のエンジン冷却装置によれば、以下の効果を奏することができるようになる。
（１）本実施の形態のエンジン冷却装置は、次のような切替弁６を備えている。すなわち、切替弁６は、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる第１の弁位置と、そうした熱交換器に加え、エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置と、それらに加えてラジエーター９を通って冷却水を循環させる第３の弁位置と、の３通りに弁位置を切り替え可能な弁となっている。また切替弁６は、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部１４を有するともに、加熱を通じてサーモスタット部を強制的に作動させる電子ヒーター１５を内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の弁となっている。こうした切替弁６を備える本実施の形態のエンジン冷却装置では、冷間時におけるヒーターコア５等への冷却水の循環を維持してのエンジンの水停止、半暖機時のエンジン内冷却水のヒーターコア５等への供給、完全暖機後のラジエーター９によるエンジン冷却水の冷却の切り替えにか係る冷却水の循環経路の切り替えを、単一の切替弁のみで行うことができるようになる。したがって本実施の形態によれば、冷間時におけるエンジン内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジンを通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーターを通っての冷却水の循環との切り替えを、より簡易な構成で実現することができるようになる。

（２）本実施の形態では、シリンダーヘッド８を出た冷却水が直ぐにエンジン内に戻るようにエンジン水路が構成されている。そのため、エンジン水温ｔｈｗ１の高温維持や急変抑制を行うことができるようになる。

（３）本実施の形態では、切替弁６が、エンジンの冷却水入口に設置されている。そのため、本実施の形態では、切替弁６に流入する冷却水の温度の急変が抑えられるようになり、弁位置の変化を緩やかとして、冷却水循環経路の切り替えを滑らかに行うことができるようになる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明のエンジン冷却装置を具体化した第２の実施の形態を、図１０〜図１２を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施の形態にあって、上記実施の形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態では、切替弁６がエンジンの冷却水入口に設置されており、エンジンの熱が切替弁６のサーモスタット部１４に伝わり難くなっている。そのため、電子ヒーター１５の発熱のみでサーモスタット部１４のワックスを溶解しなければならず、ヒーター入力電力が大きくなってしまう。また断線等、電子ヒーター１５が故障した場合には、切替弁６を開くことができず、エンジンの水停止がいつまでも継続されてしまうようにもなる。

そこで本実施の形態では、切替弁６をエンジンの冷却水出口に設置することで、水停止中もエンジンの熱をサーモスタット部１４に伝わり易くするようにしている。また本実施の形態では、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部１４へと伝達する熱伝達手段を備えることでも、エンジンの熱をサーモスタット部１４に伝わり易くするようにしている。

図１０は、本実施の形態のエンジン冷却装置の全体構成を示している。同図に示すように、本実施の形態のエンジン冷却装置は、その電動ウォーターポンプ１から切替弁６に至る水路として、次の３つの冷却水路を備えている。

まず第１は、電動ウォーターポンプ１からエンジンを迂回して切替弁６に直接至るバイパス水路であり、第２は、電動ウォーターポンプ１からエンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通って切替弁６に至るエンジン水路である。また第３は、電動ウォーターポンプ１からエンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通った後、更にラジエーター９を通って切替弁６に至るラジエーター水路である。

一方、切替弁６の下流側は、ヒーターコア５、排気熱回収器４、ＥＧＲバルブ３及びスロットルバルブ２を通って電動ウォーターポンプ１に戻るように形成された熱交換器水路に接続されている。なお、本実施の形態のエンジン冷却装置にも、シリンダーヘッド８内の冷却水の温度を検出する第１の水温センサー１０と、排気熱回収器４から出た冷却水の温度を検出する第２の水温センサー１１とが設けられている。

こうした本実施の形態のエンジン冷却装置にあって、切替弁６は、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じてそのサーモスタット部を強制的に作動させるヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁として構成されている。そして切替弁６は、バイパス水路、エンジン水路及びラジエーター水路と、熱交換器水路との接続関係を切り替えることで、エンジン冷却装置の冷却水の流れを変化させている。

具体的には、切替弁６は、エンジンの冷間時には、バイパス水路のみを熱交換器水路に接続するようにしている。ちなみに、このときの切替弁６の弁位置が、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる上記第１の弁位置に対応する弁位置となっている。

一方、エンジンの半暖機時には、切替弁６は、バイパス水路に加え、エンジン水路を熱交換器水路に接続するようにしている。ちなみに、このときの切替弁６の弁位置が、熱交換器に加え、エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置に対応する弁位置となっている。

更に、エンジンの完全暖機後は、切替弁６は、バイパス水路及びエンジン水路に加え、ラジエーター水路も熱交換器水路に接続するようにしている。ちなみに、このときの切替弁６の弁位置が、熱交換器及びエンジンに加え、ラジエーターを通って冷却水を循環させる第３の弁位置に対応する弁位置となっている。

図１１は、こうした切替弁６の断面構造を示している。同図に示すように、本実施の形態の切替弁６も、第１の実施の形態のものと同様に、弁体１２、その弁体１２を付勢するスプリング１３、ワックスが封入されたサーモスタット部１４、そのサーモスタット部１４を加熱する電子ヒーター１５を備えている。一方、本実施の形態の切替弁６には、バイパス水路に接続されて、電動ウォーターポンプ１から冷却水が直接流入する第１入口１６、エンジン水路に接続されて、エンジンを通った冷却水が流入する第２入口１７、及びエンジンを通過後、ラジエーター９を通った冷却水が流入する第３入口１８が設けられている。また切替弁６には、熱交換器水路に接続されて、ヒーターコア５等に冷却水を吐出する出口１９が設けられてもいる。

更に本実施の形態の切替弁６には、その第１入口１６と第２入口１７とを隔離する隔壁２１を跨いで複数のフィン２２が立設されている。このフィン２２を設けたことで、両入口間の隔壁の表面積が増大されるようになり、その結果として両入口間の熱伝達量が増大されるようになる。そのため、このフィン２２によっては、第２入口１７に流入するエンジン通過後の冷却水の熱が、第１入口１６内の冷却水に、そしてひいては切替弁６のサーモスタット部１４へと伝達し易くなる。本実施の形態では、こうしたフィン２２が、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部へと伝達する熱伝達手段に相当する構成となっている。

以上説明した本実施の形態によれば、上記（１）に記載の効果に加え、更に次の効果を奏することができる。
（４）本実施の形態では、切替弁６をエンジンの冷却水出口に設置するようにしている。そのため、エンジンの水停止中もエンジンの熱をサーモスタット部１４に伝わり易くすることができる。そしてその結果、切替弁６の開弁に係る電子ヒーター１５の入力電力を低減することができるようになる。また断線などによる電子ヒーター１５の故障時にも、エンジンから伝わった熱でサーモスタット部１４が作動されるため、エンジン水温の上昇とともにエンジンの水停止を解除することができるようにもなる。

（５）本実施の形態では、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部１４へと伝達するフィン２２が設けられている。そのため、エンジンの水停止中もエンジンの熱をサーモスタット部１４に伝わり易くすることができる。そしてその結果、切替弁６の開弁に係る電子ヒーター１５の入力電力を低減することができるようになる。また断線などによる電子ヒーター１５の故障時にも、エンジンから伝わった熱でサーモスタット部１４が作動されるため、エンジン水温の上昇とともにエンジン水停止を解除することができるようにもなる。

なお、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部１４へと伝達する熱伝達手段としては、上記フィン２２以外に次のような構成も考えられる。

図１２は、そうした他の熱伝達手段の設けられた切替弁６の断面構造を示している。同図に示すように、この切替弁６には、その第１入口１６と第２入口１７とを隔離する隔壁２１に、両入口を連通する小径の連通孔２３が設けられ、その連通孔２３を通じて少量の冷却水が両入口の間を流通するようになっている。なお、この連通孔２３は小径であるため、同連通孔２３を通じた冷却水の流通量は少量となっており、エンジン冷却装置全体の冷却水の流れとしては、十分に無視し得る程度のものとなっている。

こうした切替弁６では、エンジン水温が高くなったときに、第２入口１７の高温の冷却水が連通孔２３を通じて第１入口１６に流入することで、エンジンの熱がサーモスタット部１４に伝えられるようになる。したがって、こうした切替弁６によっても、切替弁６の開弁に係る電子ヒーター１５の入力電力の低減や、電子ヒーター１５故障時のエンジン水停止の解除を行うことが可能となる。

なお、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部へと伝達可能な手段であれば、上述のフィン２２や連通孔２３以外のものを熱伝達手段として採用することも可能である。そうしたフィン２２、連通孔２３以外の熱伝達手段としては、例えばヒートポンプなどが利用可能である。

（第３の実施の形態）
次に、本発明のエンジン冷却装置を具体化した第３の実施の形態を、図１３を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施の形態にあって、上記実施の形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。ちなみに、本実施の形態のエンジン冷却装置のハードウェアは、第２の実施の形態のものと同様の構成となっている。

上記実施の形態の如く構成されたエンジン冷却装置では、単一の切替弁６によって冷却装置内の冷却水の流れ方を３通りに変化させるようにしている。こうしたエンジン冷却装置では、ヒーター制御の異常等により、切替弁６が全開状態から戻らなくなってしまう、切替弁６の開故障が発生することが考えられる。そうした場合には、エンジン水温が低いにも拘わらず、冷却水がラジエーター９を通って循環されるようになり、エンジンが過冷却されて、そのエミッション性能が悪化することがある。

そこで本実施の形態では、以下のロジックでそうした切替弁６の開故障を検出するようにしている。すなわち、本実施の形態では、電子ヒーター１５の通電状況からサーモスタット部１４に収容されたワックスの推定温度を求めるようにしている。そしてそのワックスの推定温度が高いにも拘わらず、水温センサー１０により検出されるエンジン水温が低いときには、切替弁６に開故障が発生していると判定するようにしている。また本実施の形態では、エンジンの積算吸入空気量からエンジン水温の推定値を求めるとともに、その推定値とエンジン水温の実値との乖離が大きいときにも、切替弁６に開故障が発生していると判定するようにしている。

図１３は、こうした本実施の形態に採用される開故障判定ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、エンジンの始動後、電子制御ユニット２０により、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００にて、電子ヒーター１５の通電状況等に基づいて、ワックス温度の推定が行われる。そして続くステップＳ１０１において、推定ワックス温度が全開温度未満であるか否かが判定される。

ここで推定ワックス温度が全開温度以上であれば（Ｓ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０２に移り、そのステップＳ１０２において、実際のエンジン水温ｔｈｗ１が全開温度未満であるか否かが判定される。そして推定ワックス温度が全開温度以上であるにも拘わらず、エンジン水温ｔｈｗ１が全開温度未満であれば（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３において、開故障との判定がなされ、電子ヒーター１５の通電が強制的にカットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。また推定ワックス温度、エンジン水温ｔｈｗ１が共に全開温度以上であれば（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０４において正常との判定がなされ、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。

一方、上記ステップＳ１０１において推定ワックス温度が全開温度未満と判定されたときには（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、積算吸入空気量（積算Ｇａ）から推定エンジン水度（推定ｔｈｗ１）が算出される。そして続くステップＳ１０６において、エンジン水温の実測値（実ｔｈｗ１）と推定エンジン水温との乖離の大きさが規定の故障判定値αを超えているか否かが判定される。ここで乖離が故障判定値αを超えていれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７において、開故障との判定がなされ、電子ヒーター１５の通電が強制的にカットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。また乖離が故障判定値α以下であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０４において正常との判定がなされ、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。

なお、こうした本実施の形態では、電子制御ユニット２０が上記故障判定手段に相当する構成となっている。
以上説明した本実施の形態によれば、上記（１）、（４）及び（５）に記載の効果に加え、更に次の効果を奏することができる。

（６）本実施の形態では、電子制御ユニット２０は、サーモスタット部１４に収容されたワックスの推定温度が高いにも拘わらず、エンジン内の冷却水温が高いときに切替弁６に故障有りと判定するようにしている。そのため、切替弁６の開故障を好適に検出することができるようになる。

（７）本実施の形態では、電子制御ユニット２０は、エンジン内の冷却水温の推定値とその実値との乖離が大きいときに切替弁６に故障有りと判定するようにしている。そのため、切替弁６の開故障を好適に検出することができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記各実施の形態では、加熱を通じてサーモスタット部１４を強制的に作動させるヒーターとして、電子ヒーター１５を採用するようにしていたが、こうしたヒーターとしては、任意適宜なものを採用することができる。

・上記各実施の形態では、電動ウォーターポンプ１により冷却水を循環させていたが、エンジンの回転により作動する機械式のウォーターポンプ等、電動式以外のウォーターポンプを採用するエンジン冷却装置にも、本発明は同様に適用可能である。

・第３の実施の形態では、ワックスの推定温度が高いにも拘わらず、エンジン内の冷却水温が高いとき、及びエンジン内の冷却水温の推定値とその実値との乖離が大きいときの双方において、切替弁６の開故障と判定するようにしていたが、いずれか一方においてのみ、開故障と判定するようにしても良い。

・第３の実施の形態における開故障判定ルーチンを、第１の実施の形態のようにハードウェアが構成されたエンジン冷却装置に適用するようにしても良い。
・第２の実施の形態では、エンジンの冷却水出口に切替弁６を設置すること、及びエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部１４へと伝達する熱伝達手段を備えること、の双方を通じて、エンジンの熱をサーモスタット部１４へと伝達するようにしていた。もっとも、十分な熱伝達が可能であれば、いずれか一方のみを採用し、他方を割愛するようにしても良い。

・第２の実施の形態に採用された熱伝達手段（フィン２２、連通孔２３等）を第１の実施の形態の切替弁６に適用するようにしても良い。そうした場合にも、エンジンの熱をサーモスタット部１４に伝え易くすることができ、切替弁６の開弁に係る電子ヒーター１５の入力電力の低減や、電子ヒーター１５故障時のエンジン水停止の解除を行うことが可能となる。

・上記実施の形態では、スロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４、ヒーターコア５を、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器として備えるエンジン冷却装置を説明したが、本発明は、これらの一部、或いはこれら以外のものをエンジン暖機前に作動を要する熱交換器として備えるエンジン冷却装置にも同様に適用することができる。すなわち、エンジン暖機前に冷却水の循環を要する熱交換器が設けられるのであれば、上記実施の形態における熱交換器水路の構成は、任意適宜に変更しても良い。

１…電動ウォーターポンプ、２…スロットルバルブ（熱交換器）、３…ＥＧＲバルブ（熱交換器）、４…排気熱回収器（熱交換器）、５…ヒーターコア（熱交換器）、６…切替弁（１２…弁体、１３…スプリング、１４…サーモスタット部、１５…電子ヒーター（ヒーター）、１６…第１入口、１７…第２入口、１８…第３入口、１９…出口）、７…シリンダーブロック（エンジン）、８…シリンダーヘッド（エンジン）、９…ラジエーター、１０，１１…水温センサー、２０…電子制御ユニット（故障判定手段）、２１…隔壁、２２…フィン（熱伝達手段）、２３…連通孔（熱伝達手段）。

Claims (8)

1. エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる第１の弁位置と、
   前記熱交換器に加え、前記エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置と、
   前記熱交換器及び前記エンジンに加え、ラジエーターを通って冷却水を循環させる第３の弁位置と、
   の３通りに弁位置を切り替え可能な弁であって、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じて前記サーモスタット部を強制的に作動させるヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁を備える
   ことを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 前記切替弁には、前記熱交換器を通った冷却水が流入する第１入口、前記エンジンを通った冷却水が流入する第２入口、前記ラジエーターを通った冷却水が流入する第３入口、及びウォーターポンプに冷却水を流出させる出口が設けられ、
   前記第１の弁位置では、前記第１入口のみが前記出口に連通し、前記第２の弁位置では、前記第１入口及び前記第２入口が前記出口に連通し、前記第３の弁位置では、前記第１乃至第３入口が前記出口に連通するように前記切替弁が構成されてなる
   請求項１に記載のエンジン冷却装置。
3. 前記切替弁には、ウォーターポンプから直接冷却水が流入する第１入口、前記ウォーターポンプから前記エンジンを通って冷却水が流入する第２入口、前記ウォーターポンプから前記エンジン及び前記ラジエーターを通って冷却水が流入する第３入口、及び前記熱交換器を通って前記ウォーターポンプへと戻る熱交換器水路へと冷却水を吐出する出口が設けられ、
   前記第１の弁位置では、前記第１入口のみが前記出口に連通し、前記第２の弁位置では、前記第１入口及び前記第２入口が前記出口に連通し、前記第３の弁位置では、前記第１乃至第３入口が前記出口に連通するように前記切替弁が構成されてなる
   請求項１に記載のエンジン冷却装置。
4. 前記切替弁を、前記エンジンの冷却水入口に設置した
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。
5. 前記切替弁を、前記エンジンの冷却水出口に設置した
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。
6. 前記エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱を前記サーモスタット部へと伝達する熱伝達手段を備える
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。
7. 前記サーモスタット部に収容されたワックスの推定温度が高いにも拘わらず、前記エンジン内の冷却水温が高いときに前記切替弁に故障有りと判定する故障判定手段を備える
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。
8. 前記エンジン内の冷却水温の推定値とその実値との乖離が大きいときに前記切替弁に故障有りと判定する故障判定手段を備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。

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