JP2008157143A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水への気体混入に起因する機関温度の過度の上昇を抑制す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】機関冷却系の内部にウォータポンプ１５の作動を通じて強制的に冷却水が循環される。サーモスタット２０の開弁時に、機関冷却系からリザーバタンク４０への冷却水流入とリザーバタンク４０から機関冷却系への冷却水流出とが許容される。サーモスタット２０の閉弁時に循環する冷却水がサーモスタット２０に当接する部分とウォータポンプ１５の吸入口とに共に隣接する機関冷却系の特定部分に、リザーバタンク４０内の冷却水を導入するための導入路５０が設けられる。導入路５０に作動弁５１が設けられる。作動弁５１は、導入路５０におけるリザーバタンク４０側の部分（通路５０ｂ）と上記特定部分側の部分（通路５０ａ）と間の内部圧力の差が所定値以下であるときに開弁し、同差が所定値より大きいときに閉弁する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウォータポンプの作動を通じて機関冷却系の内部に強制的に冷却水が循環される内燃機関の冷却装置に関するものである。

一般に、内燃機関の冷却装置は、機関内部に形成されたウォータジャケットや、熱交換器であるラジエータ、それらウォータジャケットおよびラジエータの間に冷却水を循環させるための循環通路などによって構成される機関冷却系を備えている（特許文献１参照）。そして、この機関冷却系の内部に、ウォータポンプの作動を通じて冷却水が強制的に循環されている。

上記循環通路には、接触する冷却水の温度に応じて開度が自動的に変化するサーモスタットが設けられている。このサーモスタットの開度は、機関温度（具体的には、冷却水温度）が低いときには冷却水がラジエータに流入しないように、また機関温度が高くなるとラジエータへの冷却水の流入が許可されるように変更される。内燃機関の冷却装置にあっては、こうしたサーモスタットの開度変化を通じて、ラジエータを通過する冷却水の流量が自動的に調節され、機関冷却系による冷却能力が調節される。

また、そうした冷却装置に、ラジエータを迂回して上記循環通路内の冷却水をウォータジャケット内に戻す迂回通路（いわゆるバイパス通路や、ヒータ通路など）が設けられたものがある。こうした冷却装置では、機関温度が低いサーモスタットの閉弁時に、ウォータジャケットから導入通路に流出した冷却水がラジエータを通過することなく迂回通路を通じてウォータジャケットに戻される。

さらに内燃機関の冷却装置に、リザーバタンクを設けることが多用されている。このリザーバタンクは、温度上昇による冷却水の体積膨張分を一時的に貯留する機能の他、冷却水に混入した気体（冷却水の充填に際して混入した空気や気化した冷却水など）を同リザーバタンク内部において冷却水から分離させる機能を有する。したがって、リザーバタンクを設けることにより、冷却水への気体混入によるポンプの性能低下が抑制される。
特開平１１−１３２０４１号公報

ここで、内燃機関の早期暖機を図るために、機関温度が低いときに、機関冷却系からリザーバタンクへの冷却水流入や同リザーバタンクから機関冷却系への冷却水流出が許容されない構造の冷却装置がある。こうした冷却装置では、機関温度が低いとき（サーモスタットの閉弁時）には機関冷却系内の気体をリザーバタンクに排出する機能が作用しない。そのため、機関冷却系内の気体がポンプ吸い込み側において生じる渦に捕捉されるなどして集まることがあり、この場合にはポンプの圧送性能がごく低くなってしまう。

通常、サーモスタットはウォータポンプの吸入口に近接する位置に設けられる。そのため、機関冷却系における上記吸入口近傍に集まった気体が上記サーモスタットの配設部分を満たすようなことがあると、同サーモスタット（詳しくは、その感温部分）に冷却水が当接しなくなってしまう。そして、こうした場合にはたとえ冷却水の温度が高くなったとしてもサーモスタットが開弁されないために、ラジエータ側に冷却水が循環しなくなり、冷却水温度、ひいては機関温度の過度の上昇を招いてしまう。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却水への気体混入に起因する機関温度の過度の上昇を抑制す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説明する。
請求項１に記載の発明は、ウォータジャケットと、ラジエータと、それらウォータジャケットおよびラジエータの間に冷却水を循環させるための循環通路と、当接する冷却水の温度が所定温度以上であるときに開弁して前記ラジエータへの冷却水の流入を許容するサーモスタットと、前記サーモスタットの閉弁時に前記ラジエータを迂回して前記循環通路内の冷却水を前記ウォータジャケット内に戻す迂回通路とを有する機関冷却系の内部にウォータポンプの作動を通じて強制的に冷却水が循環され、前記サーモスタットの開弁を条件に、前記機関冷却系からリザーバタンクへの冷却水流入と該リザーバタンクから前記機関冷却系への冷却水流出とが許容される内燃機関の冷却装置において、前記サーモスタットの閉弁時に循環する冷却水が同サーモスタットに当接する部分と前記ウォータポンプの吸入口とに共に隣接する前記機関冷却系の特定部分に、前記リザーバタンク内の冷却水を導入するための導入路と、前記導入路に設けられて、該導入路における前記リザーバタンク側の部分および前記特定部分側の部分の間における内部圧力の差が所定値以下であるときに開弁し、同差が所定値より大きいときに閉弁する作動弁とを備えることをその要旨とする。

上記構成では、機関温度が低いときにおいてウォータポンプの吸入口に気体が集まって同ウォータポンプの圧送性能が低下すると、その吸入口に隣接する上記特定部分の内部圧力が高くなり、同圧力と導入路におけるリザーバタンク側の部分の内部圧力との差が小さくなる。

上記構成によれば、そうした場合において上記特定部分にリザーバタンク内の冷却水を導入することにより、ウォータポンプの圧送性能を一時的に回復させて、その吸入口に集まった気体を冷却水ともども吐出口側に吐出させることができる。これにより、その後においてウォータジャケット内で高温になった冷却水が特定部分に流入してサーモスタットに当接するようになり、サーモスタットが開弁されてラジエータへの冷却水の流入が許容されるようになる。しかも、そうしたラジエータへの冷却水の流入に伴ってリザーバタンクにも冷却水が流入するようになり、同リザーバタンク内において冷却水中の気体が分離されて、機関冷却系内の気体が減少するようになる。そのため、以後においてウォータポンプの吐出口に集まる気体量が抑制されて、ウォータポンプの圧送性能の低下が抑制されるようになる。したがって、機関冷却系への気体混入に起因する機関温度の過度の上昇を抑制することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、前記作動弁は、その閉弁にかかる動力源として前記内部圧力の差を用いる圧力作動弁であることをその要旨とする。

上記構成によれば、前記内部圧力の差が異常に小さくなった場合において作動弁を自動的に開弁させることができる。そのため、上記内部圧力の差に基づく駆動制御を通じて作動弁（電磁制御弁）を開弁させる装置と比較して、単純な構成の冷却装置をもって機関温度の過度の上昇を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の冷却装置において、前記所定値は、機関運転中における前記内部圧力の差の最小値より小さい値であることをその要旨とする。

上記構成によれば、ウォータポンプの圧送性能が低下していないときに作動弁が誤って開弁されることを的確に抑制することができる。
なお前記導入路としては、請求項４によるように、機関冷却系におけるサーモスタットの配設部分とリザーバタンクとを連通する通路を設けることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置において、前記迂回通路はヒータユニットのヒータコアが途中に設けられてなるヒータ通路であり、前記ウォータポンプは機関回転速度と冷却水圧送量との関係を変更可能なポンプであることをその要旨とする。

前記迂回通路として、ヒータユニットのヒータ通路が用いられた冷却装置がある。また、そうした冷却装置にあって、機関回転速度と冷却水圧送量との関係を変更可能なウォータポンプが採用されたものもある。

上記ヒータユニットの熱交換器であるヒータコアは、例えば車室内など、内燃機関から離れた部分に設けられることが多い。そのため、このヒータコアが途中に設けられた上記ヒータ通路は長くなり易く、同ヒータ通路内に混入する気体の総量が多くなり易い。したがって上記冷却装置は、ウォータポンプの吸入口に集まる気体の量が多くなり易く、機関温度の過度の上昇を招き易いと云える。

上記構成によれば、そうした冷却装置にあって、機関冷却系への気体混入に起因する機関温度の過度の上昇を抑制することができる。

以下、本発明にかかる冷却装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図１に、本実施の形態にかかる内燃機関の冷却装置の概略構成を示す。
同図１に示すように、内燃機関１０の内部にはウォータジャケット１１が形成されている。また、本実施の形態にかかる冷却装置は、ラジエータ１２を備えている。それらウォータジャケット１１およびラジエータ１２は、循環通路１３，１４を介して連通されている。循環通路１３はウォータジャケット１１からラジエータ１２に冷却水を供給するための通路であり、循環通路１４はラジエータ１２にて冷却された後の冷却水をウォータジャケット１１に戻すための通路である。

上記循環通路１４の途中にはサーモスタット２０が設けられている。このサーモスタット２０は接触する冷却水の温度に応じて開弁量が変化する弁であり、同サーモスタット２０の開閉によって上記ラジエータ１２を通過する冷却水の流量が調節される。

また上記循環通路１４は、ウォータポンプ１５を介してウォータジャケット１１に接続されている。このウォータポンプ１５の駆動を通じて、循環通路１４内の冷却水がウォータジャケット１１へと強制的に戻される。なおウォータポンプ１５は上記サーモスタット２０の配設部分に近い位置に配設されおり、同ウォータポンプ１５としては、内燃機関１０の出力軸（図示略）の回転速度（機関回転速度）と冷却水圧送量との関係を変更可能なタイプのものが採用されている。このウォータポンプ１５の駆動制御は、基本的に、内燃機関１０の負荷が大きいときほど冷却水圧送量が多くなるように実行される。

本実施の形態にかかる冷却装置には、ラジエータ１２およびサーモスタット２０を迂回して各循環通路１３，１４を連通するヒータ通路１６が設けられている。このヒータ通路１６の途中にはヒータユニット３０が設けられている。ヒータユニット３０は、ヒータ通路１６を流れる冷却水の熱を熱源として用いて車室内を暖めるためのものである。

ヒータユニット３０は、詳しくは、ヒータ通路１６を通過する冷却水の流量を調節するためのウォータバルブ３１や、熱交換器であるヒータコア３２、同ヒータコア３２に送風するヒータブロア３３、ヒータコア３２での熱交換によって暖められた空気を導くためのダクト３４等により構成されている。そして、ヒータユニット３０の作動時には、ウォータバルブ３１の開度が調節されつつヒータブロア３３が駆動される。これにより、ヒータブロア３３によって送風された空気がヒータコア３２によって暖められつつ車室内に導入されて同車室内が暖められる。

また、本実施の形態にかかる冷却装置にはリザーバタンク４０が設けられている。このリザーバタンク４０には冷却水が貯留されている。リザーバタンク４０は、流入通路４１を介してラジエータ１２における冷却水流れ方向上流側の部分（同ラジエータ１２の鉛直方向上部）に連通され、流入通路４２を介してウォータジャケット１１に連通され、流出通路４３を介して上記循環通路１４におけるラジエータ１２およびサーモスタット２０の間の部分に連通されている。なおリザーバタンク４０は、ウォータジャケット１１や、ラジエータ１２、各循環通路１３，１４、並びにサーモスタット２０より鉛直方向上方の位置に設けられている。

さらに本実施の形態にかかる冷却装置には、その作動状態や内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサ類が設けられており、また例えばマイクロコンピュータ等からなる電子制御装置１７が設けられている。上記センサ類として、例えば内燃機関１０には機関回転速度を検出するための速度センサなどが設けられており、車室内にはヒータユニット３０の作動／非作動を切り替えるためのヒータスイッチ等が設けられている。電子制御装置１７は、上記センサ類の出力信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいてウォータポンプ１５の駆動制御や、ウォータバルブ３１の開度制御、ヒータブロア３３の駆動制御などを実行する。

なお、本実施の形態の冷却装置は、ウォータジャケット１１、ラジエータ１２、各循環通路１３，１４、ヒータ通路１６、並びにサーモスタット２０により構成される機関冷却系の内部、および同機関冷却系に接続されたリザーバタンク４０、各流入通路４１，４２、流出通路４３の内部が加圧された状態で密閉されるタイプの装置である。

以下、本実施の形態にかかる冷却装置における冷却水の流通態様の概略について説明する。
ここでは先ず、図２を参照して、上記サーモスタット２０の構造および配設態様について詳細に説明する。

サーモスタット２０は、サーモスタット本体２１と感温部２２とを備えている。サーモスタット本体２１は循環通路１４に固定されており、上記感温部２２は、接触する冷却水の温度に応じてサーモスタット本体２１と相対移動するようになっている。また、感温部２２には弁体２３が取り付けられており、サーモスタット本体２１の上記弁体２３に対応する位置には弁座２４が形成されている。なお以下では、弁体２３が弁座２４に着座したときを「サーモスタット２０の閉弁時」といい、弁体２３が弁座２４から離間したときを「サーモスタット２０の開弁時」といい、弁体２３の弁座２４からの離間量を「サーモスタット２０の開度」という。

本実施の形態にかかる冷却装置では、上記ヒータ通路１６が循環通路１４におけるサーモスタット２０の配設部分に接続されており、サーモスタット２０の閉弁時においてヒータ通路１６から循環通路１４に流れ込む冷却水がサーモスタット２０の感温部２２に接触するようになっている。そしてサーモスタット２０は、その感温部２２に接触する冷却水の温度が所定温度以上になると開弁される。

次に、本実施の形態にかかる冷却装置における冷却水の流通態様について説明する。
先ず、内燃機関１０（図１）の温度が低くウォータジャケット１１から循環通路１３に流出する冷却水の温度が低いときには、サーモスタット２０が閉弁している。そのため、循環通路１４を通じたラジエータ１２とウォータジャケット１１（詳しくは、ウォータポンプ１５）との連通が遮断されて、ラジエータ１２への冷却水の流入が禁止される。また、このときウォータバルブ３１が開弁されるとともにウォータポンプ１５が駆動される。これにより、冷却水が「ウォータジャケット１１→循環通路１３→ヒータ通路１６→循環通路１４→ウォータジャケット１１」といったように強制的に循環される。

一方、内燃機関１０の温度が高くなってウォータジャケット１１から循環通路１３に流出する冷却水の温度が高くなると、サーモスタット２０が開弁されて、ラジエータ１２への冷却水の流入が許容される。このとき冷却水は、基本的に、「ウォータジャケット１１→循環通路１３→ラジエータ１２→循環通路１４→ウォータジャケット１１」といったようにウォータポンプ１５の駆動を通じて強制的に循環される。このとき、サーモスタット２０（詳しくは、その感温部２２（図２参照））に当接する冷却水の温度に応じて同サーモスタット２０の開度が変化し、この開度変化に基づいてラジエータ１２を通過する冷却水の流量が調節される。

なお、サーモスタット２０の閉弁時および開弁時のいずれの場合にも、ヒータユニット３０の作動時には、そうしたサーモスタット２０の開度変化に基づく冷却水の流量調節に合わせて、所望の暖房性能を得るべくウォータポンプ１５の駆動制御およびウォータバルブ３１の開度制御が実行されて、ヒータ通路１６を通過する冷却水の流量が調節される。

また本実施の形態にかかる冷却装置は、サーモスタット２０の開弁時において、ラジエータ１２における前記流入通路４１の接続部分と循環通路１４における前記流出通路４３の接続部分との間や、ウォータジャケット１１における前記流入通路４２の接続部分と循環通路１４における流出通路４３の接続部分との間に圧力差が生じる構造になっている。

この圧力差は、例えばウォータポンプ１５の駆動によるその吐出口側と吸入口側との間における圧力差や、ラジエータ１２での圧力損失による冷却水流れ方向上流側と下流側との間における圧力差等によって生じる。

そして、サーモスタット２０の開弁時には、そうした圧力差により、各流入通路４１，４２を通じてウォータジャケット１１やラジエータ１２からリザーバタンク４０に冷却水が流入するとともに、流出通路４３を通じてリザーバタンク４０から循環通路１４に冷却水が流出する。

こうした冷却水の流通を通じて、温度上昇による冷却水の体積膨張分の一部がリザーバタンク４０に一時的に貯留されるようになり、また冷却水に混入した気体（冷却水の充填に際して混入した空気や気化した冷却水など）がリザーバタンク４０内部において冷却水から分離される。

一方、本実施の形態にかかる冷却装置は、サーモスタット２０の閉弁時において上述した圧力差がほとんど生じない構造になっている。そのため、サーモスタット２０の閉弁時には、各各流入通路４１，４２を通じたリザーバタンク４０への冷却水の流入や流出通路４３を通じたリザーバタンク４０からの冷却水の流出が共に行われない。なお、仮にサーモスタット２０の閉弁時においてもリザーバタンク４０への冷却水の流入やリザーバタンク４０からの冷却水の流出を行うようにすると、その分だけ循環する冷却水の総量が多くなって同冷却水の温度上昇速度が遅くなり、内燃機関１０の暖機完了が遅くなってしまう。この点をふまえて本実施の形態では、内燃機関１０の早期暖機を図るために、上記構造が採用されている。

ここで、本実施の形態にかかる冷却装置では、機関温度が低いとき（サーモスタット２０の閉弁時）に、リザーバタンク４０への冷却水の流入や同リザーバタンク４０からの冷却水の流出が許容されないために、前記機関冷却系内の気体をリザーバタンク４０に排出する機能が作用しない。そのため、機関冷却系内の気体がウォータポンプ１５の吸い込み側において生じる渦に捕捉されるなどして集まることがあり、この場合にはウォータポンプ１５の圧送性能がごく低くなってしまう。

また、ウォータポンプ１５の吸入口近傍に気体が多量に集まり、これによる圧送性能の低下に伴って循環通路１４に冷却水を送ることができなくなると、同気体によってサーモスタット２０の配設部分が満たされるおそれがある。この場合、サーモスタット２０（詳しくは、その感温部２２（図３参照））に冷却水が当接しなくなって、たとえ冷却水の温度が高くなったとしても同サーモスタット２０が開弁されなくなるために、ラジエータ１２側に冷却水を循環させることができなくなり、冷却水の温度、ひいては機関温度の過度の上昇を招いてしまう。

なお、サーモスタット２０の閉弁時にラジエータ１２を通過させることなく冷却水を循環させるための通路として、ヒータ通路１６とは別に、各循環通路１３，１４を連通する迂回通路が設けられた装置（従来装置）がある。こうした装置にあっては、迂回通路として単に各循環通路１３，１４を連通する形状のものが設けられる。

これに対し、本実施の形態にかかる冷却装置では、図３に示すように、ヒータユニット３０が車室に近い位置に設けられており、ヒータ通路１６としてエンジンルームから車室近傍にまで延びる形状のものが設けられている。

そのため本実施の形態にかかる冷却装置は、従来装置の迂回通路と比較して、ヒータ通路１６が長くなり易い。したがって、ヒータ通路１６内に混入する気体の総量が多く、ウォータポンプ１５の吸入口近傍に集まる気体の量が多くなり易いと云え、また冷却水をウォータポンプ１５の吸入口側まで圧送するのに必要な同ウォータポンプ１５の仕事量が大きく、上述した圧送性能の低下を招き易いと云える。こうした理由により、本実施の形態にかかる冷却装置は、上述のようにサーモスタット２０の配設部分が気体によって満たされるといった不都合を招き易い。

この点をふまえて本実施の形態では、そうした場合において、リザーバタンク４０（図１）内の冷却水を循環通路１４におけるサーモスタット２０の配設部分に導入するようにしている。具体的には、上記配設部分とリザーバタンク４０とを連通する導入路５０が設けられており、この導入路５０の途中に作動弁５１が設けられている。そして、作動弁５１の開閉を通じて、上記導入路５０を介した上記配設部分とリザーバタンク４０との連通および同連通の遮断が切り替えられる。

図４および図５に、作動弁５１の具体的な構成を示す。
なお図４には開弁状態の作動弁５１を示し、図５には閉弁状態の作動弁５１を示している。

図４および図５に示すように、作動弁５１は弁室５２と同弁室５２内に設けられた弁体５３とを備えている。弁体５３の内部における上記導入路５０（詳しくは、上記配設部分に繋がる通路５０ａ）が連通された部分の周縁には、弁座５４が形成されている。また、弁室５２内にはコイルスプリング５５が設けられている。このコイルスプリング５５によって弁体５３が上記弁座５４から離間する方向に付勢される。

上記ウォータポンプ１５が作動すると、循環通路１４におけるサーモスタット２０の配設部分の内部圧力が低下するために、導入路５０のうちの上記配設部分に繋がる通路５０ａの内部圧力とリザーバタンク４０に繋がる通路５０ｂの内部圧力との間に差が生じる。上記作動弁５１にあっては、そうした内部圧力の差が、上記弁体５３を弁座５４側に移動させるように作用する。このように上記作動弁５１は、その閉弁にかかる動力源として上記ウォータポンプ１５の作動に伴って生じる上記内部圧力の差が用いられる圧力作動弁である。

また、上記作動弁５１はリザーバタンク４０より鉛直方向下方に設けられており、リザーバタンク４０および導入路５０（詳しくは、通路５０ｂ）内の冷却水の重量が弁体５３を弁座５４側に移動させるように作用する構造になっている。

本実施の形態では、弁体５３における上記冷却水の重量が作用する面についての着座時の鉛直方向下端を基準とするリザーバタンク４０内部の上端の鉛直方向高さを「Ｈ」（図５参照）、冷却水の比重を「ｄ」、内燃機関１０の運転中における上記内部圧力の差の最小値を「ΔＰｍｉｎ」、通路５０ａの通路断面積を「Ｓａ」、通路５０ｂの通路断面積を「Ｓｂ」とした場合に、コイルスプリング５５の付勢力「Ｆｃ」が以下の関係式を満たすように設定される。

（Ｈ×Ｓｂ×ｄ）＜Ｆｃ＜｛（Ｈ×Ｓｂ×ｄ）＋（ΔＰｍｉｎ×Ｓａ）｝

すなわち、コイルスプリング５５の付勢力Ｆｃが、上記冷却水の重量によって弁体５３を弁座５４側に付勢する力（上記関係式の（Ｈ×Ｓｂ×ｄ））より大きくなるように、また同冷却水の重量による付勢力と上記内部圧力の差が上記最小値であるときに同差によって弁体５３を弁座５４側に付勢する力（同（ΔＰｍｉｎ×Ｓａ））との合力より小さくなるように設定される。

なお本実施の形態では、ウォータポンプ１５の圧送性能が十分に高いときに作動弁５１を確実に閉弁させておくために、上記鉛直方向高さ「Ｈ」として、リザーバタンク４０内の液面高さの最大値（具体的には、リザーバタンク４０の冷却水充填口を塞ぐキャップＣの下面）を基に求めた高さが用いられる（図５参照）。

また同様の理由により、上記関係式から明らかなように、上記内部圧力の差が内燃機関１０の運転中における最小値「ΔＰｍｉｎ」より小さいことを条件に作動弁５１が開弁されるように、コイルスプリング５５の付勢力Ｆｃが設定されている。言い換えれば、上記内部圧力の差が上記最小値「ΔＰｍｉｎ」より小さい所定値以下であるときに作動弁５１が開弁する一方、同差が所定値より大きいときに作動弁５１が閉弁するように、コイルスプリング５５の付勢力Ｆｃが設定されている。

以下、上記作動弁５１の作動態様および同作動弁５１の作動による作用について説明する。
先ず、ウォータポンプ１５（図１参照）の圧送性能が十分に高い場合には、上記内部圧力の差が大きく、同差による付勢力も大きい。そのため、その付勢力と上記冷却水の重量による付勢力との合力により、コイルスプリング５５の付勢力Ｆｃに抗して弁体５３が弁座５４側に移動する。したがって、この場合には弁体５３が弁座５４に着座する（作動弁５１が閉弁される（図５に示す状態））。

なお、本実施の形態にかかる冷却装置にあって、仮に作動弁５１（図１）を省略すると、サーモスタット２０の閉弁時において各流入通路４１，４２を通じたリザーバタンク４０内への冷却水の流入や流出通路４３を通じたリザーバタンク４０内からの冷却水の流出が許容されるようになる。この場合、サーモスタット２０の閉弁時において循環する冷却水の総量が多くなり、その分だけ内燃機関１０の暖機完了が遅くなってしまう。本実施の形態にかかる冷却装置では、ウォータポンプ１５の圧送性能が十分に高い場合には、作動弁５１が閉弁されている。そのため、サーモスタット２０の閉弁時においてリザーバタンク４０内への冷却水の流入やリザーバタンク４０内からの冷却水の流出が共に禁止され、内燃機関１０の暖機完了の遅延を招くこともない。

一方、ウォータポンプ１５の吸入口に気体が集まることによって同ウォータポンプ１５の圧送性能が低下し、上記内部圧力の差による付勢力が小さくなる、あるいは無くなると、コイルスプリング５５（図４、図５）の付勢力Ｆｃによって弁体５３が弁座５４から離間する（作動弁５１が開弁される（図４に示す状態））。

そして、このとき循環通路１４（図１）における上記サーモスタット２０の配設部分にリザーバタンク４０内の冷却水が流れ落ちて導入され、その冷却水がウォータポンプ１５の吸入口に流入することにより、同ウォータポンプ１５の圧送性能が一時的に回復されるようになる。そのため、ウォータジャケット１１内の冷却水が上記配設部分に流入してサーモスタット２０に当接するようになり、同冷却水が高温になっていればサーモスタット２０が開弁され、その後においてラジエータ１２への冷却水の流入が許容されるようになる。

また、ウォータポンプ１５の圧送性能が一時的に回復した際に、その吸入口に集まっていた気体の一部が冷却水ともども同ウォータポンプ１５の吐出口側に吐出される。そして、上述のようにサーモスタット２０が開弁されるのに伴ってリザーバタンク４０にも冷却水が流入するようになり、同リザーバタンク４０内において冷却水中の気体が分離されて、機関冷却系内の気体が減少するようになる。これにより、以後においてウォータポンプ１５の吐出口に集まる気体量がごく少なくなり、機関冷却系への気体混入に起因するウォータポンプ１５の圧送性能の低下、ひいては機関温度の過度の上昇が抑制されるようになる。

本実施の形態では、作動弁５１として圧力作動弁が採用されており、通路５０ａの内部圧力と通路５０ｂの内部圧力との差が異常に小さくなった場合において同作動弁５１が自動的に開弁される。そのため、上記内部圧力の差に基づく駆動制御を通じて作動弁（電磁制御弁）を開弁させる装置と比較して、単純な構成の冷却装置をもって機関温度の過度の上昇を抑制することができる。

また本実施の形態では、作動弁５１が、上記内部圧力の差が上記最小値「ΔＰｍｉｎ」より小さい所定値以下であるときに開弁される一方、同差が所定値より大きいときに閉弁される。そのため、ウォータポンプ１５の圧送性能が低下していないときに、作動弁５１が誤って開弁されることを的確に抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）循環通路１４におけるサーモスタット２０の配設部分とリザーバタンク４０とを連通する導入路５０を設けるとともに、同導入路５０に、通路５０ａの内部圧力と通路５０ｂの内部圧力との差が所定値以下であるときに開弁し、同差が所定値より大きいときに閉弁する作動弁５１を設けるようにした。そのため、機関冷却系への気体混入に起因するウォータポンプ１５の圧送性能の低下、ひいては機関温度の過度の上昇を抑制することができる。

（２）作動弁５１として圧力作動弁を採用した。そのため、上記内部圧力の差に基づく駆動制御を通じて作動弁を開弁させる装置と比較して、単純な構成の冷却装置をもって機関温度の過度の上昇を抑制することができる。

（３）前記所定値として、内燃機関１０の運転中における上記内部圧力の差の最小値を設定した。そのため、ウォータポンプ１５の圧送性能が低下していないときに作動弁５１が誤って開弁されることを的確に抑制することができる。

（４）サーモスタット２０の閉弁時にラジエータ１２を迂回して循環通路１３，１４内の冷却水をウォータジャケット１１内に戻すヒータ通路１６と、機関回転速度および冷却水圧送量の関係を変更可能なウォータポンプ１５とを備えているために機関温度の過度の上昇を招き易い冷却装置にあって、同機関温度の過度の上昇を抑制することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・各流入通路４１，４２や流出通路４３の延設態様は、サーモスタット２０の開弁を条件に前記機関冷却系からリザーバタンク４０への冷却水流入と同リザーバタンク４０から機関冷却系への冷却水流出とが許容されるのであれば、任意に変更可能である。

・流出通路４３のリザーバタンク４０側の部分と導入路５０のリザーバタンク４０側の部分（通路５０ｂ）とを共通の通路にすることができる。図６に、そうした冷却装置の一例を示す。同図６に示すように、この冷却装置は、弁体５３が収容された弁室６２と、同弁室６２およびリザーバタンク４０を常時連通する連通路６５と、循環通路１４におけるサーモスタット２０よりラジエータ１２側の部分および弁室６２を常時連通する流出通路６６と、弁体５３を介して弁室６２および前記配設部分を連通する導入路６７を備えている。同装置にあっては、弁体５３が弁座５４から離間したときに、リザーバタンク４０内の冷却水を上記配設部分に導入することに加えて、循環通路１４におけるサーモスタット２０よりラジエータ１２側の部分からも冷却水を導入することができる。

・コイルスプリング５５によって開弁側に付勢されるタイプの弁体５３を備えた作動弁に代えて、浮力によって開弁側に付勢されるタイプの弁体を備えた作動弁を設けるようにしてもよい。具体的には、例えば図７に示す構造の作動弁７１にあって、その弁室７２内に設けられた弁体７３を冷却水より比重の軽い材料で形成したり、内部に空気が封入された中空形状に形成したりすることにより、上記構成は実現することができる。

・圧力作動式の作動弁に代えて、電磁制御式の作動弁を設けるようにしてもよい。同構成にあっては、前記内部圧力の差が予め設定された所定値以下になったときに作動弁を閉弁駆動するようにすればよい。その他、内燃機関１０の運転状態（例えば機関回転速度ＮＥや、冷却水の温度、冷却水の圧力など）に基づいて所定値を算出し、上記内部圧力の差が所定値以下になったときに作動弁を閉弁駆動すること等も可能である。

・循環通路１４における導入路の接続位置は、サーモスタット２０の閉弁時に循環する冷却水が同サーモスタット２０に当接する部分とウォータポンプ１５の吸入口とに共に隣接する特定部分にリザーバタンク４０内の冷却水が流れ落ちて導入されるようになる位置であれば、任意に変更することができる。具体的には、循環通路１４におけるサーモスタット２０よりウォータポンプ１５の吸入口側の位置やヒータ通路１６の途中などに、導入路を接続するようにしてもよい。

・機関回転速度と冷却水圧送量との関係が変化しないタイプのウォータポンプが設けられた冷却装置や、ヒータ通路に代えてあるいは加えて、ラジエータを迂回するように単に各循環通路を連通する迂回通路が設けられた冷却装置にも、本発明は適用することができる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関の冷却装置の概略構成を示す略図。 サーモスタットおよびその周辺構造を示す部分断面図。 ヒータ通路の延設態様を示す略図。 作動弁およびその周辺構造を示す部分断面図。 作動弁およびその周辺構造を示す部分断面図。 本発明を具体化した他の実施の形態で用いられる作動弁およびその周辺構造を示す部分断面図。 本発明を具体化した他の実施の形態で用いられる作動弁およびその周辺構造を示す部分断面図。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ウォータジャケット、１２…ラジエータ、１３，１４…循環通路、１５…ウォータポンプ、１６…ヒータ通路、１７…電子制御装置、２０…サーモスタット、２１…サーモスタット本体、２２…感温部、２３…弁体、２４…弁座、３０…ヒータユニット、３１…ウォータバルブ、３２…ヒータコア、３３…ヒータブロア、３４…ダクト、４０…リザーバタンク、４１，４２…流入通路、４３，６６…流出通路、５０，６７…導入路、５０ａ，５０ｂ…通路、５１，７１…作動弁、５２，６２，７２…弁室、５３，７３…弁体、５４…弁座、５５…コイルスプリング、６５…連通路。

Claims (5)

1. ウォータジャケットと、ラジエータと、それらウォータジャケットおよびラジエータの間に冷却水を循環させるための循環通路と、当接する冷却水の温度が所定温度以上であるときに開弁して前記ラジエータへの冷却水の流入を許容するサーモスタットと、前記サーモスタットの閉弁時に前記ラジエータを迂回して前記循環通路内の冷却水を前記ウォータジャケット内に戻す迂回通路とを有する機関冷却系の内部にウォータポンプの作動を通じて強制的に冷却水が循環され、前記サーモスタットの開弁を条件に、前記機関冷却系からリザーバタンクへの冷却水流入と該リザーバタンクから前記機関冷却系への冷却水流出とが許容される内燃機関の冷却装置において、
   前記サーモスタットの閉弁時に循環する冷却水が同サーモスタットに当接する部分と前記ウォータポンプの吸入口とに共に隣接する前記機関冷却系の特定部分に、前記リザーバタンク内の冷却水を導入するための導入路と、
   前記導入路に設けられて、該導入路における前記リザーバタンク側の部分および前記特定部分側の部分の間における内部圧力の差が所定値以下であるときに開弁し、同差が所定値より大きいときに閉弁する作動弁と
   を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記作動弁は、その閉弁にかかる動力源として前記内部圧力の差を用いる圧力作動弁である
   ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記所定値は、機関運転中における前記内部圧力の差の最小値より小さい値である
   ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記導入路は、前記機関冷却系における前記サーモスタットの配設部分と前記リザーバタンクとを連通する通路である
   ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記迂回通路はヒータユニットのヒータコアが途中に設けられてなるヒータ通路であり、前記ウォータポンプは機関回転速度と冷却水圧送量との関係を変更可能なポンプである
   ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。

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