WO2011046058A1

WO2011046058A1 - サーモスタット及び車両の冷却装置

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Publication number: WO2011046058A1
Application number: PCT/JP2010/067625
Authority: WO
Inventors: 茂樹木野村
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2011-04-21
Also published as: US20120199084A1; JP4998537B2; CN102597448B; CN102597448A; DE112010001317T5; JP2011085059A; DE112010001317B4; US8596228B2

Abstract

　冷間状態からのエンジン（１）の始動開始直後に高負荷運転が行われた場合には、サーモスタット（７）が閉じられてエンジン（１）内部の冷却水の通過が禁止された状態で、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受ける。そのため、その冷却水が沸騰するおそれがある。しかし、ウォータポンプ（３）の吐出流量を通常使用領域内の流量よりも増大したとき、弁体（２２）が強制的に開動作するように、サーモスタット（７）は形成されている。従って、上述した状況のときには、ウォータポンプ（３）の吐出流量を通常使用領域内の流量よりも増大して弁体（２２）を応答性よく開弁動作させ、エンジン（１）内部への速やかな通水が行われる。それにより、その弁体（２２）の開弁動作完了前にシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することが抑制される。

Description

サーモスタット及び車両の冷却装置

　本発明は、サーモスタット及び車両の冷却装置に関する。

　車両の冷却装置として、ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路を備え、その冷却水回路のエンジンよりも下流に設けられたサーモスタットを備えるものが知られている。サーモスタットは、冷却水の温度に応じて弁体を選択的に開閉動作させることによりエンジン内部の冷却水の通過を禁止したり許容したりする。

　こうしたサーモスタットは、冷却水の温度が低いときに弁体を閉動作させることにより、エンジン内部の冷却水の通過を禁止する。これに対して、サーモスタットは、冷却水の温度が高いときには同冷却水からの熱伝達を受けるサーモエレメントにより弁体を開動作させることによりエンジン内部の冷却水の通過を許容する。このようにサーモスタットの弁体を選択的に開閉動作させることにより、冷却水の温度が低くエンジンが冷間状態となるときにはエンジン内部の冷却水の通過が禁止されてエンジンの暖機促進が図られる。一方、冷却水の温度が高いときにはエンジン内部の冷却水の通過が許容されて同エンジン内部での冷却水の沸騰抑制が図られる。

　ところで、冷間状態からのエンジンの始動開始直後においては、冷却水回路の冷却水の温度が低くなっているため、サーモスタットが閉じられてエンジンの暖機促進が図られる。このとき、サーモスタットが閉じられてエンジン内部の冷却水の通過が禁止されている。この状態にあって、エンジンの高負荷運転により燃焼室での発熱が多くなると、エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度だけが上昇し、サーモスタットエレメント周りの冷却水の温度は上昇しないという状況が生じる。このような状況のもとでは、エンジンのシリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けることにより、その冷却水の温度が過度に上昇して同冷却水が沸騰するおそれがある。

　こうしたことに対処するため、特許文献１に記載の装置では、サーモスタットにサーモエレメントを加熱するための発熱体が設けられている。その発熱体でサーモエレメントを加熱することにより、サーモエレメント周りの冷却水の温度が低くても弁体を開動作させることができる。この場合、サーモスタットの弁体が閉弁状態でエンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度が沸騰するおそれのある値となったときに、サーモスタットの発熱体でサーモエレメントを加熱することによって弁体の開動作が図られる。このように弁体を開動作させることによりエンジン内部への通水を実現するようにすれば、シリンダヘッド内に滞留した冷却水の沸騰を抑制することが可能になる。

特開２００３－３２８７５３公報

　しかし、サーモエレメント周りの冷却水の温度が低い場合、発熱体によりサーモエレメントを加熱したとしても、それによって弁体の開弁動作が完了するまでに例えば加熱開始から２０～３０秒といった長い時間がかかる。このため、発熱体でサーモエレメントを加熱したとしても、弁体が実際に開弁動作してエンジン内部への通水が実現される前に、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。

　本発明の目的は、冷間状態からのエンジン始動開始後、エンジンのシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することを抑制できるサーモスタット及び車両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。
　上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路のエンジンよりも下流に設けられるサーモスタットが提供される。サーモスタットは、該サーモスタット内を流れる冷却水の通過を禁止又は許容する弁体と、前記冷却水の温度に基づき該弁体を駆動するサーモエレメントとを有する。サーモスタットは、冷却水の温度が判定値よりも低いときに前記弁体を閉動作させることによりエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、前記冷却水の温度が前記判定値以上であるときには前記冷却水からの熱伝達を受けるサーモエレメントにより前記弁体を開動作させることによりエンジン内部の冷却水の通過を許容する。サーモスタットは、前記冷却水回路の冷却水の温度が前記判定値よりも低いときに前記弁体を強制的に開動作させるべく前記サーモエレメントを加熱する発熱体を備える。前記弁体は、前記冷却水回路内の冷却水の温度に基づく前記サーモエレメントの動作と独立して外部機器により開動作可能とされている。

　本発明の第２の態様によれば、ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路のエンジンよりも下流に設けられるサーモスタットが提供される。サーモスタットは、該サーモスタット内を流れる冷却水の通過を禁止又は許容する弁体と、前記冷却水の温度に基づき該弁体を駆動するサーモエレメントとを有する。サーモエレメントは、冷却水の温度が判定値よりも低いときに弁体を閉動作させることによりエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、前記冷却水の温度が前記判定値以上であるときには同冷却水からの熱伝達を受けるサーモエレメントにより前記弁体を開動作させることによりエンジン内部の冷却水の通過を許容する。サーモスタットは、前記冷却水回路の冷却水の温度が前記判定値よりも低いときに前記弁体を強制的に開動作させるべく前記サーモエレメントを加熱する発熱体を備える。前記弁体は、前記ポンプの駆動により前記冷却水回路内を循環する冷却水による圧力を受け、かつ前記弁体は、前記ポンプにおける冷却水の吐出流量が通常使用領域内の最大値よりも大きいとき、その冷却水による圧力に基づき開動作する。

　本発明の第３の態様によれば、車両の冷却装置が提供される。車両の冷却装置は、ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路と、その冷却水回路のエンジンの出口の冷却水の温度を検出する水温センサと、第１又は第２の態様のサーモスタットと、前記ポンプ及び前記サーモスタットを駆動制御する制御部とを備える。前記サーモスタットは、前記サーモエレメント周りの冷却水の温度が判定値未満であるときに弁体を閉弁させるものである。前記制御部は、前記水温センサによって検出された冷却水の温度が前記判定値以上となったとき、前記サーモスタットの発熱体により前記サーモエレメントを加熱することにより、閉弁状態にある前記弁体を開動作させるものである。また、冷間状態からのエンジンの始動開始後、前記水温センサによって検出された冷却水の温度が前記判定値未満であるとき、エンジン運転状態に基づき推定される同エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度が同冷却水の沸騰を招くおそれのある値以上であるとき、前記制御部は、前記ポンプの吐出流量を通常使用領域内の最大値よりも大きくな値に設定する。

本発明の一実施形態に係る車両の冷却装置の全体構成を模式的に示したブロック図。（ａ）～（ｃ）は、図１の冷却装置のサーモスタットの構成を示す概略図。同実施形態の車両の冷却装置におけるエンジンの暖機状態に応じたエンジン冷却水循環、バルブ及びサーモスタットの作動状態を示す表。同実施形態の車両の冷却装置におけるエンジン冷間時の冷却水の流れを示すブロック図。同実施形態の車両の冷却装置におけるエンジン半暖機時の冷却水の流れを示すブロック図。同実施形態の車両の冷却装置におけるバルブの開弁前後のエンジン内部の冷却水温の推移を示すグラフ。ウォータポンプの駆動手順を示すフローチャート。水温センサにより測定された冷却水温、及びシリンダヘッド内の推定水温の推移を示すグラフ。

　以下、本発明の一実施形態に係る車両の冷却装置及び同装置に設けられるサーモスタットを、図１～図８に従って説明する。
　図１は、本実施形態の車両の冷却装置の冷却水回路の構成を示している。この冷却装置は、エンジン１の内部を通って冷却水を循環させる第１冷却水回路と、エンジン１の内部を通らずに且つ排熱回収器２を通って冷却水を循環させる第２冷却水回路とを備えている。これら冷却水回路の冷却水は、共通のウォータポンプ３により各々循環可能となっている。このウォータポンプ３は、電動式のポンプであり、外部からの指令に基づき吐出する冷却水の流量を可変とすることができる。また、上記排熱回収器２は、エンジン１の排ガスと第２冷却水回路の冷却水との間の熱交換を行い、排ガスの熱で冷却水を加熱する熱交換器として機能する。

　第１冷却水回路は、ウォータポンプ３、エンジン１、及びラジエータ４を通るメイン経路と、そのラジエータ４を迂回するバイパス経路とに分岐されている。第１冷却水回路のメイン経路に設けられたラジエータ４は、第１冷却水回路内の冷却水の熱を外気中に放出させる。上記メイン経路では、ウォータポンプ３から吐出された冷却水が、エンジン１、ラジエータ４、感温弁５を通った後、ウォータポンプ３に戻るようになっている。感温弁５は、後述するヒータコア６を通過した後の冷却水の温度が規定値（例えば１０５℃）以上となったときに開いて、ラジエータ４を通じた冷却水の循環を許容する。また、感温弁５は、ヒータコア６を通過した後の冷却水の温度が上記規定値未満のときには閉じて、ラジエータ４を通じた冷却水の循環を禁止する。すなわち、この車両の冷却装置では、ラジエータ４は、感温弁５に流入する冷却水の温度が規定値以上となったときに、エンジン１の内部を通った冷却水の熱を放させるように能動化される。こうしたラジエータ４の近傍には、余剰の冷却水を貯留するリザーバータンク１３が設置されている。

　また、第１冷却水回路の上記バイパス経路では、ウォータポンプ３から吐出された冷却水が、エンジン１、サーモスタット７、ヒータコア６、及び感温弁５を通ってウォータポンプ３に戻るようになっている。上記バイパス経路のエンジン１よりも下流に接続されたサーモスタット７は、周囲の冷却水の温度に基づき選択的に開閉するとともに、同冷却水の低温時に閉弁状態から強制的に開動作させることも可能なオン・オフ弁である。また、ヒータコア６は、空気と冷却水との間の熱交換を通じて車室内に送風される空気を暖める熱交換機として機能する。ちなみにヒータコア６は、排熱回収器２により排ガスから回収された熱を利用する熱利用機器でもある。なお、感温弁５は、こうしたバイパス経路を通じた冷却水の循環を常時許容するように形成されている。また、同バイパス経路を通じた冷却水の循環は、サーモスタット７の閉弁に応じて停止される。従って、サーモスタット７と上記感温弁５とが共に閉弁したときには、エンジン１内部を通じた冷却水の循環は停止されるようになる。

　一方、第２冷却水回路は、図１に示されるウォータポンプ３を出た後、エンジン１のスロットルボディ９を通過する経路とこれを通過しない経路との２つの経路に分岐している。同経路は再び合流した後、ＥＧＲクーラ１０及び上記排熱回収器２を通って、ヒータコア６の上流で上記バイパス経路に合流される。第２冷却水回路に設けられた上記ＥＧＲクーラ１０は、エンジン１の排気系から吸気系へと還流される排気、即ち再循環排気を冷却するためのものである。

　次に、上記サーモスタット７の具体的な構造及び動作態様について、図２（ａ）～（ｃ）を参照して説明する。
　図２（ａ）に示されるように、サーモスタット７は、ばね２１により閉方向（図中左方向）に付勢される弁体２２と、その弁体２２を上記ばね２１の付勢力に抗して開動作させるサーモエレメント２３とを備えている。同サーモエレメント２３は、内部に封入されたワックスの熱膨張または熱収縮に伴いシャフト２４を突出または没入させるものであり、そうしたシャフト２４の突出または没入と上記ばね２１の付勢力とを通じて弁体２２を選択的に開閉動作させる。この開閉動作により、弁体２２は、サーモスタット７内を流れる冷却水の通過を禁止又は許容する。

　従って、サーモエレメント２３周りの冷却水の温度が低いときには、サーモエレメント２３内部のワックスの熱収縮によりシャフト２４が没入状態となり、サーモスタット７の弁体２２がばね２１の付勢力によって閉弁状態とされる。このときには、第１冷却水回路のバイパス経路での冷却水の流通が上記弁体２２の閉弁によって禁止されるため、エンジン１内部の冷却水の通過も禁止される。一方、サーモスタット７周りの冷却水の温度が高いときには、図２（ｂ）に示されるように、サーモエレメント２３内部のワックスの熱膨張によりシャフト２４が突出し、サーモスタット７の弁体２２がばね２１の付勢力に抗して開動作して開弁状態となる。このときには、第１冷却水回路のバイパス経路での冷却水の流通が上記弁体２２の開弁によって許容されるため、エンジン１内部の冷却水の通過も許容される。

　また、サーモスタット７においては、周囲の冷却水の温度が低く閉弁状態にある弁体２２を強制的に開動作させるべくサーモエレメント２３を加熱する発熱体２５が設けられている。この発熱体２５は、通電により発熱することによりサーモエレメント２３を加熱する。このように発熱体２５によりサーモエレメント２３を加熱することにより、サーモエレメント２３周りの冷却水の温度が低く弁体２２が閉弁状態にあるとしても、その弁体２２を強制的に開動作させることができる。ただし、サーモエレメント２３周りに存在する冷却水の温度が低い場合には、発熱体２５によるサーモエレメント２３の加熱で内部のワックスが熱膨張してシャフト２４が突出し、そのシャフト２４の突出により弁体２２が開弁動作完了するまでに長い時間（例えば加熱開始から２０～３０秒）を要する。このため、閉弁状態にある弁体２２を素早く開弁完了させることが必要な状況にも対応できるよう、サーモスタット７が以下のように形成されている。

　すなわち、サーモスタット７においては、周囲の冷却水の温度が低く閉弁状態にある弁体２２が、同冷却水の温度に基づく上記サーモエレメント２３の動作と独立して外部機器により開動作可能とされている。具体的には、サーモスタット７においては、弁体２２がウォータポンプ３の駆動により第１冷却水回路のバイパス経路内を循環しようとする冷却水による圧力を受け、ウォータポンプ３における冷却水の吐出流量が通常使用領域内の最大値よりも大きな値であるとき、その冷却水による圧力に基づき開動作するように形成されている。言い換えれば、弁体２２を閉方向に付勢するばね２１の付勢力は、ウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域内の値であるときに弁体２２に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも大きく、且つウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域内の最大値よりも大きな値であるときに弁体２２に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも小さい値に設定されている。従って、閉弁状態にある弁体２２を素早く開弁完了させることが必要な状況のとき、ウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域内の最大値よりも大きな値に設定すれば、図２（ｃ）に示されるように、弁体２２が受ける水圧に基づく力により同弁体２２が応答性よく速やかに開動作して開弁完了するようになる。なお、ウォータポンプ３の吐出流量の通常使用領域とは、エンジン１の通常運転時において、冷却水の圧力が作用しても弁体２２が閉状態に維持されるウォータポンプ３の吐出流量の範囲を意味する。

　次に、本実施形態における車両の冷却装置の電気的構成について、図１を参照して説明する。
　車両の冷却装置は、上記ウォータポンプ３の吐出流量、及び、サーモスタット７における発熱体２５を用いた弁体２２の強制的な開動作を制御するエンジン冷却制御部１１を備えている。

　このエンジン冷却制御部１１は、エンジン１の冷却制御に係る各種演算処理を実施するＣＰＵ、制御用のプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果やセンサの検出結果等を一時的に記憶するＲＡＭ、外部との信号の入出力を司るＩ／Ｏを備えた電子制御ユニットである。なお、エンジン冷却制御部１１には、水温センサ１２，１４及びエアフローメータ１６からの検出信号が入力される。水温センサ１２は、第１冷却回路におけるエンジン１の出口部分の冷却水温ｔｈｗ１を検出する。水温センサ１４は、ヒータコア６に流入する冷却水の温度ｔｈｗ２を検出する。エアフローメータ１６は、エンジン１の吸入空気量を検出する。

　図３は、本実施形態の車両の冷却装置におけるエンジン１の暖機状態に応じたエンジン１の冷却水循環、サーモスタット７及び感温弁５の作動態様を示している。同図に示すように、エンジン１の冷間時には、サーモスタット７及び感温弁５は閉弁されており、エンジン１内部の冷却水の循環は停止されている。一方、エンジン１が半暖機状態になると、サーモスタット７が開弁してエンジン１内部の冷却水の循環が開始される。そしてエンジン１の暖機後には、感温弁５も開弁して、ラジエータ４が能動化され、冷却水の放熱が行われるようになる。

　なお、ここでいうエンジン１の暖機後とは、エンジン１の温度として代用される冷却水温ｔｈｗ１がエンジン１の暖機完了を示す値である暖機判定値（例えば９０℃）以上となった状態のことである。また、エンジン１の半暖機状態とは、冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値（９０℃）未満であって、且つ同暖機判定値よりも低い温度（例えば７０℃）に設定された半暖機判定値以上となった状態のことである。更に、エンジン１の冷間時とは、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値（７０℃）未満である状態のことである。

　図４は、エンジン１の冷間時における冷却水の流れを示している。このときには、サーモスタット７及び感温弁５が共に閉弁され、第１冷却水回路での冷却水の循環が禁止されるようになる。このように第１冷却水回路での冷却水の循環を禁止してエンジン１の内部に冷却水を滞留させると、エンジン１内部の冷却水の昇温が促進され、エンジン１の暖機が早められる。

　また、このときの冷却水は、同図に示すように、第２冷却水回路においてのみ循環される。すなわち、このときの冷却水は、ウォータポンプ３から、スロットルボディ９、ＥＧＲクーラ１０、排熱回収器２、ヒータコア６、及び感温弁５を通って循環される。こうした第２冷却水回路の冷却水は、ＥＧＲクーラ１０及び排熱回収器２において排気から回収した熱により昇温されるようになっている。ここで車室においてヒータがオンとなっていると、ＥＧＲクーラ１０及び排熱回収器２において排気から回収した熱により、車室内に送風される空気が暖められる。この場合、回収した熱の多くがヒータに使用されるため、冷却水の昇温は遅れるようになる。こうした場合、エンジン１の内部の冷却水の方が、第２冷却水回路の冷却水よりも早く昇温するようになる。仮に、こうした状況で、エンジン１の暖機完了後（ｔｈｗ１≧９０℃）にサーモスタット７が開弁されて第２冷却水回路の冷却水と第１冷却水回路の冷却水とが混合されたとすると、冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値を挟んで昇降し、同冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値以上であるか否かによって制御内容を切り替える制御に支障を来す虞がある。

　このため、本実施形態の車両の冷却装置では、冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値よりも低い温度（７０℃）、即ち半暖機判定値未満であるとき、すなわちエンジン１の冷間時には、サーモスタット７が閉弁される。冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値以上まで上昇したときに、サーモスタット７が開弁されて両冷却水回路の冷却水が混合される。詳しくは、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値未満であるときのサーモスタット７の発熱体２５によるサーモエレメント２３の加熱が停止され、且つサーモエレメント２３周りの冷却水の温度が上記半暖機判定値と等しい値になったときに弁体２２が開動作するようサーモエレメント２３に封入されたワックスの熱膨張率等の特性が設定される。更に、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値以上となったときのサーモスタット７の弁体２２の開動作がより確実に行われるよう、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値まで上昇したときに発熱体２５によるサーモエレメント２３の加熱が行われる。

　以上により、冷間状態からのエンジン１の始動後において、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値以上になると、閉弁状態にあったサーモスタット７が開くようになる。図５は、このときの冷却水の流れを示している。このときには、サーモスタット７の開弁により、エンジン１の内部を通じた冷却水の循環が開始される。そして、エンジン１内部を通過した冷却水は、開弁したサーモスタット７を通り、ヒータコア６の上流において第２冷却水回路を流れる冷却水と混合されるようになる。

　図６は、上記サーモスタット７の開弁前後のエンジン１内部の冷却水温の推移を示している。本実施形態の車両の冷却装置では、上述したように、エンジン１の内部の冷却水温がエンジン１の暖機判定値（９０℃）よりも低い温度（７０℃）に設定された半暖機判定値以上となったときに、第１冷却水回路の冷却水と第２冷却水回路の冷却水とが混合される。そのため、このときの第２冷却水回路の冷却水温が低く、混合に応じてエンジン１内部の冷却水温が昇降しても、同図に示すように、その昇降は、暖機判定値（９０℃）よりも十分に低い温度域で行われるようになる。従って、サーモスタット７が開弁されて第２冷却水回路の冷却水と第１冷却水回路の冷却水とが混合されたとき、冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値を挟んで昇降し、同冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値以上であるか否かによって制御内容を切り替える制御に支障を来すことはない。

　ところで、冷間状態からのエンジン１の始動開始直後において、サーモスタット７の閉弁によりエンジン１の暖機促進が図られている状態で、エンジン１の高負荷運転により燃焼室での発熱が多くなると、エンジン１のシリンダヘッド内の冷却水の温度だけが上昇し、サーモスタット７周りの冷却水の温度は上昇しないという状況が生じる。このような状況のもとでは、エンジン１のシリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けることにより、その冷却水の温度が過度に上昇して同冷却水が沸騰するおそれがある。

　こうしたことに対処するため、サーモスタット７の弁体２２が閉弁状態でエンジン１のシリンダヘッド内の冷却水の温度が沸騰するおそれのある値となったときに、サーモスタット７の発熱体２５でサーモエレメント２３を加熱し、サーモスタット７周りの冷却水の温度が低くても弁体２２を強制的に開動作させることが考えられる。このように弁体２２を開動作させることにより、エンジン１内部への通水が図られ、ひいてはシリンダヘッド内に滞留した冷却水の沸騰の抑制が図られる。

　しかし、サーモエレメント２３周りの冷却水の温度が低い場合、発熱体２５によりサーモエレメント２３を加熱したとしても、それによって弁体２２の開弁動作が完了するまでに例えば加熱開始から２０～３０秒といった長い時間がかかる。このため、発熱体２５でサーモエレメント２３を加熱したとしても、弁体２２が実際に開弁動作してエンジン１内部への通水が実現される前に、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。

　次に、冷間状態からのエンジン１の始動開始直後に同エンジン１の高負荷運転が行われる場合などに、サーモスタット７の閉弁に起因してエンジン１のシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するという上記問題の本実施形態の対策について、ポンプ駆動ルーチンを示す図７のフローチャートを参照して説明する。このポンプ駆動ルーチンは、ウォータポンプ３を駆動するためのものであって、エンジン冷却制御部１１を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

　同ルーチンにおいては、エンジン冷却制御部１１は、まず冷却水温ｔｈｗ１を読み込み（ステップＳ１０１）、同冷却水温ｔｈｗ１が半暖機判定値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで肯定判定であるということは、エンジン１が冷間状態にあり、且つサーモスタット７が閉弁状態にあることを意味する。そして、ステップＳ１０２で肯定判定がなされると、エンジン冷却制御部１１は、エンジン１の始動開始時点からの同エンジン１の吸入空気量の積算値、及び水温センサ１４による冷却水の温度の実測値である冷却水温ｔｈｗ１に基づき、エンジン１のシリンダヘッド内の冷却水の温度を推定する（ステップＳ１０３）。

　なお、上記吸入空気量の積算値は、エアフローメータ１６からの検出信号に基づき所定タイミング毎に算出されるエンジン１の吸入空気量を、その算出毎に累積することによって得られる値である。こうして求められた吸入空気量の積算値は、エンジン１の始動開始時点からのエンジン１での燃料消費量の合計値、言い換えればエンジン１で発生した熱量の合計値に対応した値となる。そして、ステップＳ１０３の処理では、上記吸入空気量の積算値に基づきシリンダヘッド内の冷却水の温度における冷却水温ｔｈｗ１との乖離量αが算出される。その乖離量αを冷却水温ｔｈｗ１に加算することにより、推定水温ｔｈｗＰが算出されている。なお、上記冷却水温ｔｈｗ１及び上記推定水温ｔｈｗＰは、冷間状態からのエンジン１の始動開始後、時間経過に伴い例えば図８に示されるように推移する。

　図７のステップＳ１０３の処理で推定水温ｔｈｗＰが算出されると、エンジン冷却制御部１１は、同推定水温ｔｈｗＰが所定値Ａ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ここで肯定判定であればシリンダヘッド内で冷却水の沸騰が生じるおそれがある旨判断され、否定判定であればシリンダヘッド内で冷却水の沸騰が生じるおそれはない旨判断される。上記所定値Ａとしては、こうした判断を的確に行うことのできる値として、予め実験により定められた値が用いられる。そして、サーモスタット７の閉弁状態でのエンジン１の高負荷運転により、シリンダヘッド内の冷却水の温度が急激に上昇すると、上記ステップＳ１０４で肯定判定がなされる。この場合、エンジン冷却制御部１１は、ウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域内の最大値よりも大きい値、例えば最大となるように同ウォータポンプ３を駆動する（ステップＳ１０５）。そして、ウォータポンプ３の吐出流量が最大とされると、サーモスタット７の弁体２２に作用する水圧による開き方向への力が、同弁体２２に対し閉じ方向に作用するばね２１の付勢力よりも大きくなる。それにより、その弁体２２が応答性よく速やかに開動作して開弁完了する。このように弁体２２を応答性よく速やかに開弁動作完了させることで、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することは抑制される。つまり、その弁体２２の開弁動作が完了するまでに長い時間がかかる場合のように、同弁体２２の開弁動作によるシリンダヘッド内の通水が遅れることに起因する同シリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することは抑制される。

　なお、ステップＳ１０２の処理で冷却水温ｔｈｗ１が半暖機判定値以上である旨判断されたり、ステップＳ１０４で推定水温ｔｈｗＰが所定値Ａ未満である旨判断されたりした場合には、ウォータポンプ３の吐出流量が通常の値とされる（ステップＳ１０６）。すなわち、ウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域内で状況に応じて適宜可変とされるよう、同ウォータポンプ３が駆動される。

　以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
　（１）冷間状態からのエンジン１の始動開始直後には、サーモスタット７のサーモエレメント２３周りの冷却水の温度が暖機判定値未満となる。そのため、同サーモスタット７の弁体２２が閉弁状態となりエンジン１内部の冷却水の通過が禁止された状態となる。この状態にあって、エンジン１の高負荷運転が行われた場合には、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けることにより冷却水の温度が上昇する。しかしながら、サーモスタット７の弁体２２が閉じられた状態となっていることから、サーモエレメント２３周りの冷却水の温度はほとんど上昇しない。このような状況のもとで、サーモスタット７の弁体２２を開弁動作させるべく発熱体２５によりサーモエレメント２３を加熱しても、加熱開始から弁体２２が実際に開弁動作完了するまでに例えば２０～３０秒といった長い時間がかかる。そのため、サーモスタット７の弁体２２の開弁動作完了までにシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。

　しかし、冷間状態からのエンジン１の始動開始後、吸入空気量及び冷却水温ｔｈｗ１といったエンジン運転状態に基づき推定されるシリンダヘッド内の冷却水の温度（推定水温ｔｈｗＰ）が同冷却水の沸騰を招くおそれのある値（所定値Ａ）以上であるときには、ウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域内の最大定値よりも大きな値に設定される。このようにウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域内の最大値よりも大きくされると、サーモスタット７の弁体２２に作用する水圧による開き方向への力が、同弁体２２に対し閉じ方向に作用するばね２１の付勢力よりも大きくなり、その弁体２２が応答性よく速やかに開動作されるようになる。従って、上述した状況のときにウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域内の最大値よりも大きな値に設定することによって弁体２２を応答性よく速やかに開かせてエンジン１内部への通水が行われる。それにより、その弁体２２の開弁動作完了前にシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することを抑制することができる。

　（２）推定水温ｔｈｗＰを推定することは、始動開始時点からのエンジン１の吸入空気量の積算値と、第１冷却水回路におけるエンジン１の出口の冷却水の温度の実測値（冷却水温ｔｈｗ１）とに基づいて行われる。より詳しくは、所定タイミング毎に算出される上記吸入空気量をその算出毎に累積することによって上記積算値が算出される。その積算値と冷却水温ｔｈｗ１とに基づき算出される乖離量αを冷却水温ｔｈｗ１に加算することにより、上記推定水温ｔｈｗＰが算出される。これにより、算出された推定水温ｔｈｗＰを的確にシリンダヘッド内の実際の冷却水の温度に対応させることができる。

　なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
　・ウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域内の最大値よりも大きな値に背設定する際、その吐出流量は必ずしも最大である必要はない。

　・サーモスタット７の弁体２２を強制的に開動作させる外部機器としてウォータポンプ３を例示したが、モータ等の他の外部機器により弁体２２を開動作させるようにしてもよい。

Claims

　ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路中においてエンジンよりも下流に接続されるサーモスタットであって、該サーモスタット内を流れる冷却水の通過を禁止又は許容する弁体と、前記冷却水の温度に基づき該弁体を駆動するサーモエレメントとを有し、冷却水の温度が判定値よりも低いときに前記弁体を閉動作させてエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、前記冷却水の温度が前記判定値以上であるときには前記冷却水からの熱伝達を受ける前記サーモエレメントにより前記弁体を開動作させてエンジン内部の冷却水の通過を許容するサーモスタットにおいて、
　前記冷却水回路の冷却水の温度が前記判定値よりも低いときに前記弁体を強制的に開動作させるべく前記サーモエレメントを加熱する発熱体を備え、
　前記弁体は、前記冷却水回路内の冷却水の温度に基づく前記サーモエレメントの動作と独立して外部機器により開動作可能とされていることを特徴とするサーモスタット。
　ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路中においてエンジンよりも下流に接続されるサーモスタットであって、該サーモスタット内を流れる冷却水の通過を禁止又は許容する弁体、前記冷却水の温度に基づき該弁体を駆動するサーモエレメントとを有し、冷却水の温度が判定値よりも低いときに弁体を閉動作させてエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、前記冷却水の温度が前記判定値以上であるときには同冷却水からの熱伝達を受ける前記サーモエレメントにより前記弁体を開動作させてエンジン内部の冷却水の通過を許容するサーモスタットにおいて、
　前記冷却水回路の冷却水の温度が前記判定値よりも低いときに前記弁体を強制的に開動作させるべく前記サーモエレメントを加熱する発熱体を備え、
　前記弁体は、前記ポンプの駆動により前記冷却水回路内を循環する冷却水による圧力を受け、かつ前記弁体は、前記ポンプにおける冷却水の吐出流量が通常使用領域内の最大値よりも大きいとき、その冷却水による圧力に基づき開動作することを特徴とするサーモスタット。
　前記弁体はばねにより閉方向に付勢されており、前記サーモエレメントは前記ばねの付勢力に抗して前記弁体を開動作させるものであり、前記ばねの付勢力は、前記ポンプの吐出流量が通常使用領域内の値であるときに前記弁体に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも大きく、且つ前記ポンプの吐出流量が通常使用領域内の最大値よりも大きな値であるときに前記弁体に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも小さい値に設定されている請求項２記載のサーモスタット。
　前記ポンプの吐出流量が最大であるとき、前記弁体が開動作する請求項２記載の車両の冷却装置。
　ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路と、その冷却水回路のエンジンの出口の冷却水の温度を検出する水温センサと、請求項２又は３記載のサーモスタットと、前記ポンプ及び前記サーモスタットを駆動制御する制御部とを備える車両の冷却装置において、
　前記サーモスタットは、前記サーモエレメント周りの冷却水の温度が判定値未満であるときに弁体を閉動作させるものであり、
　前記制御部は、前記水温センサによって検出された冷却水の温度が前記判定値以上となったとき、前記サーモスタットの発熱体により前記サーモエレメントを加熱することにより、閉弁状態にある前記弁体を開動作させるものであり、且つ、
　冷間状態からのエンジンの始動開始後、前記水温センサによって検出された冷却水の温度が前記判定値未満であるとき、エンジン運転状態に基づき推定される同エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度が同冷却水の沸騰を招くおそれのある値以上であとき、前記制御部は、前記ポンプの吐出流量を通常使用領域内の最大値よりも大きな値に設定することを特徴とする車両の冷却装置。
　前記制御部は、始動開始時点からのエンジンの吸入空気量の積算値と、前記冷却水回路におけるエンジンの出口の冷却水の温度の前記水温センサによる実測値とに基づき、同エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度を推定する請求項５記載の車両の冷却装置。