JP2008248741A - 内燃機関の暖機装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造の内燃機関の暖機装置を提供する。
【解決手段】この装置は、水冷式の内燃機関１０に適用され、機関運転によって高温になった冷却水を蓄熱タンク３２内に貯留するとともに、機関始動時に蓄熱タンク３２内の冷却水をウォータジャケット２１内部に供給する。還流通路２４におけるポンプ２５の吸入口側の部分とウォータジャケット２１とを連通する連通路３１が設けられる。連通路３１には蓄熱タンク３２と切替弁３３とが設けられる。切替弁３３の作動を通じて、ウォータジャケット２１から蓄熱タンク３２への冷却水流入と蓄熱タンク３２からウォータジャケット２１への冷却水排出とを、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１以下であるときと所定温度Ｔ２以上であるときにおいて許容し、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１より高く所定温度Ｔ２より低いときに禁止する（ただし、Ｔ２＞Ｔ１）。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の早期暖機を図るための内燃機関の暖機装置に関するものである。

近年、水冷式の内燃機関が多用されている。この内燃機関では、冷媒（冷却水）を循環させるための経路（冷却経路）が、同内燃機関の内部に形成された冷媒通路（ウォータジャケット）や、熱交換器であるラジエータ、並びにそれらウォータジャケットとラジエータとを連通する冷却水通路等によって構成されている。また、冷却経路には冷却水を圧送するポンプが設けられている。そして、このポンプの作動を通じて冷却経路の内部に冷却水が強制的に循環されて、内燃機関が冷却されるようになっている。

また特許文献１に記載の装置のように、水冷式の内燃機関に、その低温始動時において早期暖機を図るための暖機装置を設けることが提案されている。この暖機装置は、冷却水を貯留するタンクと、同タンクおよびウォータジャケットを連通する連通路とによって構成された蓄熱経路を備えている。また蓄熱経路には冷却水を圧送するためのポンプと、ウォータジャケットから蓄熱経路内への冷却水流入および蓄熱経路からウォータジャケットへの冷却水流出の許可／禁止を切り替える切替弁とが設けられている。

上記暖機装置では、機関運転に伴って冷却水が高温になったときに、切替弁の操作を通じてウォータジャケットから蓄熱経路内への冷却水流入が一時的に許可されるとともにポンプが作動される。これにより、蓄熱経路に高温の冷却水が流入して、同冷却水が上記タンクの内部に蓄えられる。そして、その後の機関始動に際して、切替弁の操作を通じて蓄熱経路からウォータジャケットへの冷却水流出が許可されるとともにポンプが作動されて、上記タンクの内部の冷却水がウォータジャケットに導入される。これにより、ウォータジャケットに導入された冷却水との熱交換を通じて内燃機関が暖められ、同内燃機関が早期に暖機される。
特開２００４−１９４５２号公報

ところで、上記暖機装置を内燃機関に設ける場合には、冷却経路に冷却水を循環させるためのポンプとは別に、ウォータジャケットから蓄熱経路内に冷却水を流入させるとともに蓄熱経路からウォータジャケットへと冷却水を流出させるためのポンプが必要になる。そのため、その分だけ装置の構造が複雑になってしまい、その大型化が避けられない。

なお、上述した水冷式の内燃機関に適用される暖機装置に限らず、例えば油冷式の内燃機関に適用される暖機装置など、流体を冷媒として用いて冷却を行う内燃機関に適用される暖機装置にあっては、上述した実情は共通している。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構造の内燃機関の暖機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、機関内部に形成された冷媒通路とラジエータと前記冷媒通路内の冷媒を前記ラジエータに排出する排出通路と前記ラジエータ内の冷媒を前記冷媒通路内に還流する還流通路とによって構成された冷却経路、および前記還流通路に設けられて前記冷却経路内の冷媒を圧送するポンプを有する内燃機関に適用され、機関運転によって高温になった冷媒をタンク内に貯留するとともに、機関始動時に前記タンク内の冷媒を前記冷媒通路内部に供給して前記内燃機関の早期暖機を図る暖機装置において、前記還流通路における前記ポンプの吸入口側の部分と前記冷媒通路とを連通する連通路を備えるとともに、同連通路に前記タンクと切替弁とが設けられ、前記切替弁は、前記冷媒通路から前記タンクへの冷媒流入および前記タンクから前記還流通路への冷媒排出を、機関温度が第１の所定温度以下であるときおよび同第１の所定温度よりも高い第２の所定温度以上であるときに許容し、機関温度が前記第１の所定温度より高く前記第２の所定温度より低いときに禁止するものであることをその要旨とする。

上記構成によれば、冷却経路内部に冷媒を循環させるためのポンプを用いて、以下の（イ）〜（ハ）の要件を満たす態様で連通路に冷媒を循環させることができる。
（イ）内燃機関の低温始動時（機関温度≦第１の所定温度）において、タンク内の冷媒を排出して冷媒通路内に導入すること。
（ロ）内燃機関の暖機中（第１の所定温度＜機関温度＜第２の所定温度）において、冷媒通路からタンクへの冷媒排出とタンクから冷媒通路への冷媒導入とを共に停止すること。
（ハ）内燃機関の暖機完了後（第２の所定温度≦機関温度）において、冷媒通路内の高温の冷媒をタンク内に流入させて貯留すること。

そのため、連通路に冷媒を循環させるために別途ポンプを設ける必要がなく、その分だけ暖機装置を簡素な構造とすることができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の暖機装置において、前記冷媒通路は、前記内燃機関の内部において並行して延設される二つの通路であって、シリンダヘッド内部に形成されるヘッド側通路とシリンダブロック内部に形成されるブロック側通路とからなり、前記連通路は、前記ヘッド側通路および前記切替弁を連通する第１連通路と、前記ブロック側通路および前記切替弁を連通する第２連通路と、前記切替弁および前記タンクを連通する第３連通路と、前記還流通路における前記ポンプの吸入口側の部分および前記タンクを連通する第４連通路とからなり、前記切替弁は、機関温度が前記第１の所定温度以下であるときに前記第１連通路および前記第２連通路のうちの同第２連通路と前記第３連通路とを選択的に連通し、機関温度が前記第１の所定温度より高く前記第２の所定温度より低いときに前記第１連通路および前記第２連通路と前記第３連通路との連通を遮断し、機関温度が前記第２の所定温度以上であるときに前記第１連通路および前記第２連通路のうちの同第１連通路と前記第３連通路とを選択的に連通するものであることをその要旨とする。

上記構成によれば、内燃機関の低温始動時においてブロック側通路内に前記タンク内の冷媒を導入し、その後の暖機中においてブロック側通路内に同冷媒を滞留させることが可能になる。そのため、内燃機関が低温始動された際にシリンダブロックの温度を上昇させることができ、これによるフリクションの低減によって燃費性能の向上を図ることができる。しかも、内燃機関の暖機中においてはヘッド側通路に冷媒を循環させることができ、シリンダヘッドからの受熱によって冷媒の温度、ひいては機関温度を早期に上昇させることができる。さらには、内燃機関の暖機完了後においてもヘッド側通路に冷媒を循環させることにより、機関運転中において最も温度が高くなるシリンダヘッドを適正に冷却することができる。また、暖機完了後においてヘッド側通路からタンクに高温の冷媒を流入させることができ、その後の機関始動に先立って同タンク内に高温の冷媒を予め貯留しておくことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の暖機装置において、途中にヒータコアが設けられて前記切替弁と前記還流通路における前記ポンプの吸入口側の部分とを連通するヒータ通路を更に備え、前記切替弁は、機関温度が前記第１の所定温度以下のときに前記第１連通路および前記第２連通路と前記ヒータ通路との連通を遮断し、機関温度が前記第１の所定温度より高いときに前記第１連通路および前記第２連通路のうちの同第１連通路と前記ヒータ通路とを選択的に連通するものであることをその要旨とする。

上記構成によれば、冷媒の熱を用いた暖房を行うためのヒータ通路を備えた内燃機関にあって、その低温始動に際してタンク内の冷媒をブロック側通路内に導入するときに、同冷媒がヒータ通路に流入することを回避することができ、ブロック側通路に導入される冷媒の温度低下を抑制することができる。しかも、ブロック側通路内に冷媒を導入した後においては、ヒータ通路への冷媒の流入を許容して暖房を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の暖機装置において、前記切替弁は、前記連通路内の冷媒に接触するように設けられた感温部を有し、同感温部に接触する冷媒の温度に応じて作動態様が自動的に変化するものであることをその要旨とする。

仮に切替弁として電子制御弁を用いるようにすると、その作動態様を変更するために、例えば駆動回路や配線などを設ける必要がある。
この点、上記構成によれば、切替弁のみを設けることによって同切替弁の作動態様を自動的に変更することができるため、切替弁として電子制御弁を用いる構成と比較して、暖機装置を簡素な構造にすることができる。

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暖機装置において、前記還流通路を通過する冷媒の流量を冷媒の温度に応じて調節するサーモスタット弁が前記還流通路に設けられてなり、前記連通路の前記還流通路側の部分は、同還流通路における前記ポンプと前記サーモスタット弁との間の部分に連通されることをその要旨とする。

上記構成によれば、冷却経路にサーモスタット弁が設けられた内燃機関にあって、同サーモスタット弁の作動態様によることなく、冷媒通路からタンクへの冷媒導入や同タンクから冷媒通路への冷媒排出を行うことができる。

以下、本発明にかかる内燃機関の暖機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暖機装置の具体構成を示す。

同図１に示すように、本実施の形態にかかる暖機装置は、内燃機関１０および電動機（図示略）の二つの動力源が搭載された車両１、いわゆるハイブリッド車両に適用される。この車両１にはインバータ１１が設けられており、同インバータ１１の制御を通じて上記電動機への供給電力が調節されて、同電動機の駆動が制御される。

上記内燃機関１０は水冷式のものであり、冷却水が循環する冷却経路を備えている。この冷却経路は、基本的には、内燃機関１０の内部に形成されるウォータジャケット２１と、熱交換器であるラジエータ２２と、ウォータジャケット２１内の冷却水をラジエータ２２に排出する排出通路２３と、ラジエータ２２内の冷却水をウォータジャケット２１内に還流する還流通路２４とにより構成されている。また、上記還流通路２４には冷却経路内の冷却水を圧送するためのポンプ２５が設けられている。このポンプ２５の作動を通じて、冷却経路の内部に冷却水が強制的に循環されるようになっている。

なお上記ウォータジャケット２１は、内燃機関１０のシリンダヘッド１２の内部に形成されるヘッド側通路２６とシリンダブロック１３の内部に形成されるブロック側通路２７とにより構成されている。上記還流通路２４および排出通路２３は共にヘッド側通路２６に接続されている。上記ブロック側通路２７は、ヘッド側通路２６における還流通路２４の接続部分の近傍から分岐されて、同ヘッド側通路２６と並行して延びるように形成されている。

冷却経路は、上記排出通路２３と還流通路２４とを連通するバイパス通路２８を更に備えている。また、このバイパス通路２８と上記還流通路２４との合流部分にはサーモスタット弁２９が設けられている。サーモスタット弁２９は、還流通路２４を通過する冷却水の流量を冷却水の温度に応じて調節するための弁であり、同サーモスタット弁２９より冷却水流れ方向下流側（以下、単に「下流側」）の冷却水の温度に応じて作動態様が自動的に変化する弁である。このサーモスタット弁２９の作動を通じて、冷却水の流通経路が以下のように変化する。

すなわち先ず、冷却水の温度が所定温度（例えば８０℃）より低いときには、還流通路２４における上記サーモスタット弁２９より冷却水流れ方向上流側（以下、単に「上流側」）部分と下流側部分との連通が遮断されるとともに、バイパス通路２８と還流通路２４におけるサーモスタット弁２９より下流側部分とが連通される。そのため、このときには冷却水がバイパス通路２８を通じてラジエータ２２を通過しないように循環するようになり、冷却水温度の早期上昇、ひいては内燃機関１０の早期暖機が図られる。

一方、冷却水の温度が所定温度範囲（例えば「８０℃≦冷却水温度＜１００℃」）内であるときには、還流通路２４における上記サーモスタット弁２９より上流側部分と下流側部分とが連通されるとともに、バイパス通路２８と還流通路２４におけるサーモスタット弁２９より下流側部分とが連通される。このときには、ラジエータ２２を通過しない比較的高温の冷却水とラジエータ２２を通過した比較的低温の冷却水とが調量されつつ混合されて、ウォータジャケット２１に戻される。これにより、内燃機関１０の温度が所望の温度範囲に収まるように調節される。

他方、冷却水の温度が所定温度（例えば１００℃）以上であるときには、還流通路２４における上記サーモスタット弁２９より上流側部分と下流側部分とが連通されるとともに、バイパス通路２８と還流通路２４との連通が遮断される。そのため、このときにはラジエータ２２を通過した比較的低温の冷却水のみがウォータジャケット２１に戻されようになり、内燃機関１０が冷却される。

また、上記内燃機関１０は、その早期暖機を図るための暖機装置を備えている。この暖機装置は、還流通路２４における上記ポンプ２５の吸入口側の部分（詳しくは、ポンプ２５およびサーモスタット弁２９の間の部分）とウォータジャケット２１とを連通する連通路３１を備えている。連通路３１の途中には蓄熱タンク３２が設けられており、同連通路３１における上記蓄熱タンク３２より上流側の部分には切替弁３３が設けられている。

連通路３１は、詳しくは、以下の各通路により構成されている。
・「第１連通路３４」ヘッド側通路２６と切替弁３３とを連通する通路。
・「第２連通路３５」ブロック側通路２７と切替弁３３とを連通する通路。
・「第３連通路３６」切替弁３３と蓄熱タンク３２とを連通する通路。
・「第４連通路３７」還流通路２４における上記ポンプ２５およびサーモスタット弁２９の間の部分と蓄熱タンク３２とを連通する通路。

蓄熱タンク３２は、内燃機関１０の運転に伴って高温になった冷却水を貯留するためのものである。
切替弁３３は、第１連通路３４内の冷却水に接触するように設けられた感温部３３ａを備えており、同感温部３３ａに接触する冷却水の温度ＴＨＷＥに応じて作動態様が自動的に変化する弁である。この切替弁３３は、詳しくは、上記連通路３１に固定されるケース（図示略）と上記感温部３３ａに一体形成される弁体（図示略）とを備え、上記冷却水温度ＴＨＷＥに応じて同感温部３３ａおよび弁体とケースとの相対位置が変化する構造になっている。

ここで仮に、上記切替弁３３として電子制御弁を用いるようにすると、その作動態様を変更するために、例えば駆動回路や配線などを設ける必要がある。本実施の形態では、切替弁３３のみを設けることにより、同切替弁３３の作動態様が自動的に変更される。そのため、切替弁３３として電子制御弁を用いる構成と比較して、暖機装置が簡素な構造になっている。

切替弁３３は、具体的には、以下のように作動する。
・冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１（例えば３０℃）以下であるときには（ＴＨＷＥ≦Ｔ１）、第１連通路３４と第３連通路３６との連通が遮断されるとともに、第２連通路３５と第３連通路３６とが連通される。
・冷却水温度ＴＨＷＥが第１の所定温度Ｔ１より高く第２の所定温度Ｔ２（例えば１００℃）より低いときには（Ｔ１＜ＴＨＷＥ＜Ｔ２）、第１連通路３４と第３連通路３６との連通、および第２連通路３５と第３連通路３６との連通が共に遮断される（ただし、Ｔ１＜Ｔ２）。
・冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ２以上であるときには（Ｔ２≦ＴＨＷＥ）、第１連通路３４と第３連通路３６とが連通されるとともに、第２連通路３５と第３連通路３６との連通が遮断される。

さらに、上記内燃機関１０は冷却水を用いた暖房を行うためのヒータ装置を備えている。このヒータ装置は、還流通路２４における上記ポンプ２５の吸入口側の部分（詳しくは、ポンプ２５およびサーモスタット弁２９の間の部分）と上記切替弁３３とを連通するヒータ通路４１を備えている。このヒータ通路４１の途中には熱交換器であるヒータコア４２が設けられている。

上記切替弁３３は、上記冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１以下であるときには（ＴＨＷＥ≦Ｔ１）、第１連通路３４、第２連通路３５および第３連通路３６とヒータ通路４１との連通を遮断するように作動する。また、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１より高いときには（ＴＨＷＥ＞Ｔ１）、第１連通路３４および第３連通路３６とヒータ通路４１とを連通するとともに、第２連通路３５とヒータ通路４１との連通を遮断するように作動する。

また前記冷却経路は、前記インバータ１１を冷却するための経路（インバータ冷却経路）を備えている。この経路は、インバータ１１の内部に形成されたインバータ通路５１と、熱交換器であるラジエータ５２と、還流通路２４内の冷却水をラジエータ５２に流入させる流入通路５３と、ラジエータ５２内の冷却水をインバータ通路５１に導入する導入通路５４と、インバータ通路５１内の冷却水を還流通路２４に排出する排出通路５５とにより構成されている。

なお、上記流入通路５３は還流通路２４におけるポンプ２５より下流側部分に接続されており、上記排出通路２３は還流通路２４におけるポンプ２５より上流側部分（詳しくは、サーモスタット弁２９とポンプ２５との間の部分）に接続されている。そのためインバータ冷却経路内にあっては、ポンプ２５の作動を通じて、「還流通路２４（ポンプ２５）→流入通路５３→ラジエータ５２→導入通路５４→インバータ通路５１→排出通路５５→還流通路２４（ポンプ２５）」といった順に冷却水が強制的に循環される。

また、上記導入通路５４にはサーモスタット弁５６が設けられている。このサーモスタット弁５６は、その下流側部分（具体的には、インバータ通路５１内）の冷却水の温度ＴＨＷＩが高いときほど大きい開度になるように、開弁量が自動的に変化する弁である。サーモスタット弁５６は、具体的には、上記冷却水温度ＴＨＷＩが所定温度Ｔ３（例えば６０℃）より高くなると開弁し、冷却水温度ＴＨＷＩが所定温度Ｔ４（例えば８０℃）より高くなると開度が最大になる（ただし、Ｔ３＜Ｔ４）。

以下、図２〜図５を参照して、内燃機関１０の温度（正確には、冷却水の温度）と冷却水の流通態様との関係を説明する。
なお、図２〜図５は異なる温度領域における冷却水の流通態様を各別に示しており、図２〜図５にあって、実線は冷却水が流通する経路を示しており、破線は冷却水が流通しない経路を示している。

ここでは先ず、図２を参照して、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１以下であるとき（ＴＨＷＥ≦Ｔ１）、すなわち内燃機関１０が低温始動されたときの冷却水の流通態様について説明する。

図２に示すように、このときには「還流通路２４（ポンプ２５）→ブロック側通路２７→第２連通路３５→第３連通路３６→蓄熱タンク３２→第４連通路３７→還流通路２４（ポンプ２５）」といった経路を冷却水が循環する。これにより、蓄熱タンク３２内の冷却水が排出されてブロック側通路２７内に導入される。そのため、前回の機関停止から今回の機関再始動までの時間がさほど長くなく蓄熱タンク３２内の冷却水の温度が比較的高い温度で維持されている状況であれば、このときブロック側通路２７内に導入された冷却水によってシリンダブロック１３の温度を上昇させることができ、これによるフリクション低減によって燃費性能の向上を図ることができる。

一方、このときには「還流通路２４（ポンプ２５）→ヘッド側通路２６→排出通路２３→バイパス通路２８→還流通路２４（ポンプ２５）」といった経路にも冷却水が循環している。これにより、内燃機関１０の早期暖機を図るべく、ラジエータ２２を通過しない経路を冷却水が循環するようになっている。そして、このときシリンダヘッド１２からの受熱によって冷却水の温度、ひいては機関温度が上昇するようになる。

また、このときヒータ通路４１や前記インバータ経路への冷却水の流入が禁止される。そのため、ヒータ通路４１やインバータ経路を通過することに伴う冷却水温度の低下を回避することができ、このとき循環している冷却水の温度低下を極力抑えることができる。したがって、蓄熱タンク３２からブロック側通路２７へと冷却水を導入する際における同冷却水の温度低下を抑制することができ、内燃機関１０の温度を早期に上昇させることができる。

次に、図３を参照して、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１より高く所定温度Ｔ２より低いときであり、且つ冷却水温度ＴＨＷＩが所定温度Ｔ３以下であるとき（「Ｔ１＜ＴＨＷＥ＜Ｔ２」且つ「ＴＨＷＩ≦Ｔ３」）、すなわち内燃機関１０の暖機中にあってインバータ１１の温度が比較的低いときの冷却水の流通態様について説明する。

図３に示すように、このときにはブロック側通路２７への冷却水の導入が停止され、「還流通路２４（ポンプ２５）→ヘッド側通路２６→第１連通路３４→ヒータ通路４１（ヒータコア４２）→還流通路２４（ポンプ２５）」といった経路を冷却水が循環する。そのため、内燃機関１０の低温始動時においてブロック側通路２７内に導入された冷却水が、その後の暖機中においてブロック側通路２７内に滞留するようになる。したがって内燃機関１０の暖機中においても、ブロック側通路２７内に滞留させた冷却水によってシリンダブロック１３の温度を上昇させることができる。

また、このときにも内燃機関１０の早期暖機を図るべく、「還流通路２４（ポンプ２５）→ヘッド側通路２６→排出通路２３→バイパス通路２８→サーモスタット弁２９→還流通路２４（ポンプ２５）」といったラジエータ２２を通過しない経路に冷却水が循環する。ただし、このときにはヒータ通路４１における冷却水の循環が許容されており、車室内を暖めることが可能になっている。

次に、図４を参照して、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１より高く所定温度Ｔ２より低いときであり、且つ冷却水温度ＴＨＷＩが所定温度Ｔ３より高いとき（「Ｔ１＜ＴＨＷＥ＜Ｔ２」且つ「Ｔ３＜ＴＨＷＩ」）、すなわち内燃機関１０の暖機中にあってインバータ１１の温度が比較的高いときの冷却水の流通態様について説明する。

図４に示すように、このときには図３に示す態様で冷却水が循環することに加えて、前記インバータ経路（還流通路２４（ポンプ２５）→流入通路５３→ラジエータ５２→導入通路５４→インバータ通路５１→排出通路５５→還流通路２４（ポンプ２５））にも冷却水が循環する。したがって、このときインバータ１１が冷却される。

ここで、前述したようにインバータ経路はラジエータ５２を備えている。そのため、仮にインバータ経路に常に冷却水を循環させるようにすると、インバータ１１の温度が低い場合において同インバータ１１が不要に冷却されたり、前記冷却水温度ＴＨＷＥが低い場合において冷却水が不要に冷却されて内燃機関１０の暖機完了が遅くなったりしてしまう。

この点、本実施の形態では、インバータ１１の温度がその冷却が必要になる程度に高くなったときに（具体的には、前記冷却水温度ＴＨＥＩが所定温度Ｔ３より高くなったときに）、サーモスタット弁５６が開弁されて、インバータ経路に冷却水が循環するようになる。そのため、インバータ１１が不要に冷却されることや、インバータ経路を冷却水が不要に循環することによって冷却水が不要に冷却されることを抑制することができる。したがって、内燃機関１０の早期暖機やインバータ１１の効率の良い冷却を実現することができる。

次に、図５を参照して、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ２以上であるとき（Ｔ２≦ＴＨＷＥ）、言い換えれば、内燃機関１０の暖機完了後において冷却水温度ＴＨＷＥが比較的高いときにおける冷却水の流通態様について説明する。

図５に示すように、このときには「還流通路２４（ポンプ２５）→ヘッド側通路２６→第１連通路３４→第３連通路３６→蓄熱タンク３２→第４連通路３７→還流通路２４（ポンプ２５）」といった経路を冷却水が循環する。これにより、ヘッド側通路２６内の高温の冷却水を蓄熱タンク３２内に流入させて、その後の機関始動に先立って同蓄熱タンク３２内に予め貯留しておくことができる。

また、このときには「還流通路２４（ポンプ２５）→ヘッド側通路２６→排出通路２３→ラジエータ２２→還流通路２４（ポンプ２５）」といったラジエータ２２を通過する経路にも冷却水が循環する。これにより、機関運転中において最も温度が高くなるシリンダヘッド１２を適正に冷却することができる。ちなみに、このときブロック側通路２７に冷却水が循環しないとはいえ、一般に内燃機関の運転中においてシリンダブロックの温度はシリンダヘッドの温度ほど高くはならないために、本実施の形態のようにシリンダヘッド１２を冷却することにより、内燃機関１０全体が適正な温度に保たれるように同内燃機関１０を冷却することができる。

このように本実施の形態によれば、冷却経路の内部に冷却水を循環させるためのポンプ２５を用いて、以下の（イ）〜（ハ）の要件を満たす態様で連通路３１に冷却水を循環させることができる。
（イ）内燃機関１０の低温始動時（冷却水温度ＴＨＷＥ≦所定温度Ｔ１）において、蓄熱タンク３２内の冷却水を排出してブロック側通路２７内に導入すること。
（ロ）内燃機関１０の暖機中（所定温度Ｔ１＜冷却水温度ＴＨＷＥ＜所定温度Ｔ２）において、ブロック側通路２７から蓄熱タンク３２への冷却水排出と蓄熱タンク３２からブロック側通路２７への冷却水導入とを共に停止すること。
（ハ）内燃機関１０の暖機完了後（所定温度Ｔ２≦冷却水温度ＴＨＷＥ）において、ブロック側通路２７内の高温の冷却水を蓄熱タンク３２内に流入させて貯留すること。

そのため、連通路３１に冷却水を循環させるために別途ポンプを設ける必要がなく、その分だけ暖機装置を簡素な構造とすることができる。
また、第４連通路３７の上記還流通路２４側の部分がポンプ２５とサーモスタット弁２９との間の部分に連通されているために、冷却経路にサーモスタット弁２９が設けられた内燃機関１０にあって、同サーモスタット弁２９の作動態様によることなく、ブロック側通路２７から蓄熱タンク３２への冷却水導入や同蓄熱タンク３２からブロック側通路２７への冷却水排出を行うことができる。

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）還流通路２４におけるポンプ２５の吸入口側の部分とウォータジャケット２１とを連通する連通路３１を設け、同連通路３１に蓄熱タンク３２と切替弁３３とを設けた。そして、切替弁３３の作動を通じて、ウォータジャケット２１から蓄熱タンク３２への冷却水導入および蓄熱タンク３２からウォータジャケット２１への冷却水排出を、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１以下であるときと所定温度Ｔ２以上であるときとにおいて許容し、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１より高く所定温度Ｔ２より低いときに禁止するようにした。これにより、冷却経路内部に冷却水を循環させるためのポンプ２５を用いて、前記（イ）〜（ハ）の要件を満たす態様で連通路３１に冷却水を循環させることができる。そのため、連通路３１に冷却水を循環させるために別途ポンプを設ける必要がなく、その分だけ暖機装置を簡素な構造とすることができる。

（２）ウォータジャケット２１を、機関内部において並行して延設されるヘッド側通路２６とブロック側通路２７とにより構成した。また連通路３１を、ヘッド側通路２６および切替弁３３を連通する第１連通路３４と、ブロック側通路２７および切替弁３３を連通する第２連通路３５と、切替弁３３および蓄熱タンク３２を連通する第３連通路３６と、還流通路２４におけるポンプ２５の吸入口側の部分および蓄熱タンク３２を連通する第４連通路３７とにより構成した。そして切替弁３３の作動を通じて、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１以下であるときには二つの通路（第１連通路３４および第２連通路３５）のうちの第２連通路３５と第３連通路３６とを選択的に連通し、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１より高く所定温度Ｔ２より低いときには上記二つの通路と第３連通路３６との連通を遮断し、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ２以上であるときには上記二つの通路のうちの第１連通路３４と第３連通路３６とを選択的に連通するようにした。

そのため、内燃機関１０の低温始動時においてブロック側通路２７内に蓄熱タンク３２内の冷却水を導入し、その後の暖機中においてブロック側通路２７内に同冷却水を滞留させることができる。したがって、内燃機関１０が低温始動された際にシリンダブロック１３の温度を上昇させることができ、これによるフリクションの低減によって燃費性能の向上を図ることができる。しかも、内燃機関１０の暖機中においてはヘッド側通路２６に冷却水を循環させることができ、シリンダヘッド１２からの受熱によって冷却水の温度、ひいては機関温度を早期に上昇させることができる。さらには、内燃機関１０の暖機完了後においてもヘッド側通路２６に冷却水を循環させることにより、機関運転中において最も温度が高くなるシリンダヘッド１２を適正に冷却することができる。また、暖機完了後においてヘッド側通路２６から蓄熱タンク３２に高温の冷却水を流入させることができ、その後の機関始動に先立って同蓄熱タンク３２内に高温の冷却水を予め貯留しておくことができる。

（３）切替弁３３と還流通路２４におけるポンプ２５の吸入口側の部分とを連通するヒータ通路４１が設けられるとともに同ヒータ通路４１の途中にヒータコア４２が設けられた装置にあって、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１以下のときには上記二つの通路（第１連通路３４および第２連通路３５）とヒータ通路４１との連通を遮断し、冷却水温度ＴＨＷＥが所定温度Ｔ１より高いときに前記二つの通路のうちの第１連通路３４とヒータ通路４１とを選択的に連通するようにした。そのため、冷却水の熱を用いた暖房を行うためのヒータ通路を備えた内燃機関１０にあって、その低温始動に際して蓄熱タンク３２内の冷却水をブロック側通路２７内に導入するときに、同冷却水がヒータ通路４１に流入することを回避することができ、ブロック側通路２７に導入される冷却水の温度低下を抑制することができる。しかも、ブロック側通路２７内に冷却水を導入した後においては、ヒータ通路４１への冷媒の流入を許容して車室内を暖めることができるようになる。

（４）切替弁３３として、第１連通路３４内の冷却水に接触するように設けられた感温部３３ａを有し、同感温部３３ａに接触する冷却水の温度に応じて作動態様が自動的に変化するものを設けるようにした。そのため、切替弁３３のみを設けることによって同切替弁３３の作動態様を自動的に変更することができるため、切替弁として電子制御弁を用いる構成と比較して、暖機装置を簡素な構造にすることができる。

（５）第４連通路３７の上記還流通路２４側の部分をポンプ２５とサーモスタット弁２９との間の部分に連通するようにした。そのため、冷却経路にサーモスタット弁２９が設けられた内燃機関１０にあって、同サーモスタット弁２９の作動態様によることなく、ブロック側通路２７から蓄熱タンク３２への冷却水導入や同蓄熱タンク３２からブロック側通路２７への冷却水排出を行うことができる。

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。
・切替弁３３として、感温部３３ａに接触する冷却水の温度に応じて作動態様が自動的に変化するものを設けることに代えて、電子制御弁を設けるようにしてもよい。同構成にあっては、内燃機関１０の温度（あるいは、冷却水の温度）を検出するための温度センサや切替弁３３の駆動を制御するための制御装置などを設け、同温度センサにより検出される温度に基づいて制御装置により切替弁３３作動態様を切り替えるようにすればよい。

・図６に示すように、インバータ経路を省略してもよい。同構成は、動力源として内燃機関のみが設けられた車両にも適用することができる。
・図７に示すように、本実施の形態にかかる暖機装置は、ヒータ装置（ヒータ通路４１およびヒータコア４２（共に図１参照））が設けられない内燃機関にも適用することができる。

・図８に示すように、本実施の形態にかかる暖機装置は、バイパス通路２８（図１参照）が設けられない冷却経路を有する内燃機関にも適用可能である。
・本発明は、二つの通路（ヘッド側通路およびブロック側通路）が内燃機関の内部において並行して延設される内燃機関に限らず、それら二つの通路が直列に連通された内燃機関や、二つの通路がシリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面の殆どの部分において連通された内燃機関などにも、適用することができる。同構成にあっては、切替弁として、二つの通路から蓄熱タンクへの冷却水流入と蓄熱タンクから還流通路への冷却水排出とを、機関温度が第１の所定温度以下であるときおよび第２の所定温度以上であるときに許容し、機関温度が前記第１の所定温度より高く前記第２の所定温度より低いときに禁止するものを設ければよい。

・本発明は、冷却経路を循環する冷媒として冷却水が用いられる装置の他、オイルなどの他の流体が冷媒として用いられる装置にも適用することができる。

本発明にかかる内燃機関の暖機装置を具体化した一実施の形態の具体構成を示すブロック図。 同実施の形態にかかる暖機装置における冷却水の流通態様の一例を示すブロック図。 同実施の形態にかかる暖機装置における冷却水の流通態様の一例を示すブロック図。 同実施の形態にかかる暖機装置における冷却水の流通態様の一例を示すブロック図。 同実施の形態にかかる暖機装置における冷却水の流通態様の一例を示すブロック図。 他の実施の形態にかかる暖機装置の具体構成を示すブロック図。 他の実施の形態にかかる暖機装置の具体構成を示すブロック図。 他の実施の形態にかかる暖機装置の具体構成を示すブロック図。

符号の説明

１…車両、１０…内燃機関、１１…インバータ、１２…シリンダヘッド、１３…シリンダブロック、２１…ウォータジャケット（冷媒通路）、２２…ラジエータ、２３…排出通路、２４…還流通路、２５…ポンプ、２６…ヘッド側通路、２７…ブロック側通路、２８…バイパス通路、２９…サーモスタット弁、３１…連通路、３２…蓄熱タンク、３３…切替弁、３３ａ…感温部、３４…第１連通路、３５…第２連通路、３６…第３連通路、３７…第４連通路、４１…ヒータ通路、４２…ヒータコア、５１…インバータ通路、５２…ラジエータ、５３…流入通路、５４…導入通路、５５…排出通路、５６…サーモスタット弁。

Claims (5)

1. 機関内部に形成された冷媒通路とラジエータと前記冷媒通路内の冷媒を前記ラジエータに排出する排出通路と前記ラジエータ内の冷媒を前記冷媒通路内に還流する還流通路とによって構成された冷却経路、および前記還流通路に設けられて前記冷却経路内の冷媒を圧送するポンプを有する内燃機関に適用され、機関運転によって高温になった冷媒をタンク内に貯留するとともに、機関始動時に前記タンク内の冷媒を前記冷媒通路内部に供給して前記内燃機関の早期暖機を図る暖機装置において、
   前記還流通路における前記ポンプの吸入口側の部分と前記冷媒通路とを連通する連通路を備えるとともに、同連通路に前記タンクと切替弁とが設けられ、
   前記切替弁は、前記冷媒通路から前記タンクへの冷媒流入および前記タンクから前記還流通路への冷媒排出を、機関温度が第１の所定温度以下であるときおよび同第１の所定温度よりも高い第２の所定温度以上であるときに許容し、機関温度が前記第１の所定温度より高く前記第２の所定温度より低いときに禁止するものである
   ことを特徴とする内燃機関の暖機装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の暖機装置において、
   前記冷媒通路は、前記内燃機関の内部において並行して延設される二つの通路であって、シリンダヘッド内部に形成されるヘッド側通路とシリンダブロック内部に形成されるブロック側通路とからなり、
   前記連通路は、前記ヘッド側通路および前記切替弁を連通する第１連通路と、前記ブロック側通路および前記切替弁を連通する第２連通路と、前記切替弁および前記タンクを連通する第３連通路と、前記還流通路における前記ポンプの吸入口側の部分および前記タンクを連通する第４連通路とからなり、
   前記切替弁は、機関温度が前記第１の所定温度以下であるときに前記第１連通路および前記第２連通路のうちの同第２連通路と前記第３連通路とを選択的に連通し、機関温度が前記第１の所定温度より高く前記第２の所定温度より低いときに前記第１連通路および前記第２連通路と前記第３連通路との連通を遮断し、機関温度が前記第２の所定温度以上であるときに前記第１連通路および前記第２連通路のうちの同第１連通路と前記第３連通路とを選択的に連通するものである
   ことを特徴とする内燃機関の暖機装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の暖機装置において、
   途中にヒータコアが設けられて前記切替弁と前記還流通路における前記ポンプの吸入口側の部分とを連通するヒータ通路を更に備え、
   前記切替弁は、機関温度が前記第１の所定温度以下のときに前記第１連通路および前記第２連通路と前記ヒータ通路との連通を遮断し、機関温度が前記第１の所定温度より高いときに前記第１連通路および前記第２連通路のうちの同第１連通路と前記ヒータ通路とを選択的に連通するものである
   ことを特徴とする内燃機関の暖機装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の暖機装置において、
   前記切替弁は、前記連通路内の冷媒に接触するように設けられた感温部を有し、同感温部に接触する冷媒の温度に応じて作動態様が自動的に変化するものである
   ことを特徴とする内燃機関の暖機装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の暖機装置において、
   前記還流通路を通過する冷媒の流量を冷媒の温度に応じて調節するサーモスタット弁が前記還流通路に設けられてなり、
   前記連通路の前記還流通路側の部分は、同還流通路における前記ポンプと前記サーモスタット弁との間の部分に連通される
   ことを特徴とする内燃機関の暖機装置。

Images