JP2009079505A - エンジンの冷却装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷却装置において、エアの残留を検知し、さらには、残留するエアを取り除き、エンジンを効率良く冷却することを課題とする。
【解決手段】エンジン２の冷却装置１は、エンジン１の内部に形成されたウォータジャケット４内から抜き取った冷却水を貯留する蓄熱タンク５と、ウォータジャケット４と蓄熱タンク５との間で冷却水を移送する電動ポンプ６と、ウォータジャケット４内の冷却水の液面レベル情報を取得する液面センサ２５と、液面センサ２５により取得した冷却水の液面レベル情報に基づいて、ウォータジャケット４内のエア残留情報を算出するＥＣＵ２４と、を備えたことにより、ウォータジャケット４内のエアの残留を検知し、エアの残留量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関する。

従来、エンジンの冷却装置においてウォータポンプによって圧送される冷却水は、シリンダブロック、シリンダヘッドなどの冷却を必要とする部位へ送られ、このような冷却対象部位から熱を奪う。冷却対象部位から熱を奪った冷却水はラジエータへ送られて、ラジエータにおいて熱を大気中に放出する。このように、エンジンは、エンジン内を循環する冷却水の熱交換により冷却されている。このような冷却水を循環させるエンジンでは、暖機の時間を短縮するため、暖機時にエンジン本体への冷却水の流通を抑制する構成のものがある。このような構成のエンジンでは、冷却水による熱の持ち去りが抑制されるため、暖機の促進が見込まれる。

ところが、このようなエンジンの冷却装置のウォータジャケットは常に冷却水で満たされているため、エンジンの暖機時にシリンダブロック、シリンダヘッドとともにウォータジャケット内の冷却水も温めなければならず、暖機に時間を要していた。このような問題に対し、特許文献１に開示されたエンジンの冷却装置では、暖機運転時にエンジン本体内の冷却水を抜き取り、ウォータジャケット内の冷却水の液面レベルを下げ、冷却水の熱容量を減らすことで、暖機性能が向上するという効果が得られている。

実公平３−２６２５５号公報

特許文献１に開示されているようなエンジンの冷却装置は、暖機が完了すると、電動ポンプを駆動して抜き取った冷却水をウォータジャケットへ戻すとともに、ウォータポンプを駆動して冷却水の循環を始める。このように暖機完了後に冷却水をウォータジャケットへ戻すエンジンでは、冷却水を戻す際にウォータジャケット内にエアが残留することがある。このように、ウォータジャケット内にエアが残留すると、エアの周辺の冷却水が沸騰し、気化した水蒸気による系内の圧力上昇が懸念される。また、エアの残留する部位は冷却水の液面から露出するため高温になり、ひいては、エンジンがオーバーヒートを起こすおそれがある。しかしながら、このようなエアの残存を回避する手段やエアの残存を監視する手段は検討されていない。

そこで、本発明は、エンジンの冷却装置において、エアの残留を検知し、さらには、残留するエアを取り除き、エンジンを効率良く冷却することを課題とする。

かかる課題を解決する本発明のエンジンの冷却装置は、エンジン内部に形成されたウォータジャケット内から抜き取った冷却水を貯留するタンクと、前記ウォータジャケットと前記タンクとの間で冷却水を移送するポンプと、前記ウォータジャケット内の冷却水の液面レベル情報の取得手段と、当該取得手段により取得した冷却水の液面レベル情報に基づいて、前記ウォータジャケット内のエア残留情報を算出する演算手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、ウォータジャケット内のエアの残留の検知、エアの残留量の算出を行うことができる。

本発明のエンジンの冷却装置は、ポンプを用いて、エンジンの運転停止後にウォータジャケット内の冷却水を、蓄熱効果を有するタンクへ移送し、保温する。冷却装置は、このように保温されていた冷却水をエンジン始動の際にタンクからウォータジャケットへ供給し、エンジンを温める。その後、エンジンのボア壁の温度が冷却水の温度を超えると、冷却装置は、一旦、冷却水をウォータジャケットからタンクへ排出する。これにより、熱容量を低減し、冷却装置はエンジンの暖機を促進する。このとき、ウォータジャケットから冷却水が排出されると、冷却水が占めていたウォータジャケット内部はエアによって占められる。そして、エンジンの暖機完了後、冷却装置は冷却水を再び前記タンクから前記ウォータジャケットへ供給してエンジンの冷却を行う。このような冷却水の供給時において、ウォータジャケット内のエアは、タンク内へ排出される。ところが、このとき、ウォータジャケット内にエアが残留することがある。ウォータジャケット内にエアが残留している場合には、ウォータジャケット内の冷却水の液面レベルは、ウォータジャケット内が冷却水で満たされている状態よりも低くなる。このため、冷却装置は、ウォータジャケット内の冷却水の液面レベルが満水の状態でなければ、ウォータジャケット内にエアが残留していると判断することができる。また、冷却装置は、液面レベル情報からエアの残留量を算出することができる。

また、このようなエンジンの冷却装置において、前記ウォータジャケット内に貯留するエアを抜き取るエア抜き手段を備え、当該エア抜き手段は、前記演算手段が算出するエア残留情報に基づいて、前記ウォータジャケット内に残留するエアを抜き取る構成とするができる（請求項２）。このような構成とすることにより、ウォータジャケット内に貯留するエアによるウォータジャケット内の圧力上昇やエンジンの高温化を抑制することができる。特に、ウォータジャケット上部は、エンジンの構造上複雑な形状となるため、ポンプを用いて冷却水を供給し、エアをタンクへ押し出すだけでは、エアが抜けにくい。このため、本発明の冷却装置のエア抜き手段により、強制的にエアを抜き取ることでウォータジャケット内の圧力上昇、高温化を抑制することができる。

具体的に、このようなエンジンの冷却装置のエア抜き手段は、前記ウォータジャケット内のエアを吸引する負圧発生装置と、前記ウォータジャケットと前記負圧発生装置との間に配置され、前記ウォータジャケットから吸引されるエアと当該エアと共に吸引される冷却水とを分離する気水分離室と、当該気水分離室内と前記負圧発生装置とが接続する状態と、前記気水分離室内を大気開放する状態とを切替えるスイッチングバルブと、を備え、当該スイッチングバルブは、前記演算手段が算出するエア残留情報に基づいて、前記気水分離室内と前記負圧発生装置とを接続する状態に切替える構成とすることができる。（請求項３）。

また、ウォータジャケット内へ冷却水を供給する場合、ポンプにより送られる冷却水がウォータジャケット内へ供給されるまでの時間差がある。このため、ウォータジャケット内で満水になる前にポンプによる送流を停止しなければ、過度の冷却水がウォータジャケットへ供給されることとなる。本発明のエンジンの冷却装置において、前記ポンプが冷却水を供給してから、前記取得手段が前記ポンプによる冷却水の供給に遅延して変化する液面レベルの情報を取得するまでの時間差を反映させて、前記ポンプの作動状態を制御する制御手段を備えた構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより、液面レベル情報とその時点でのポンプが移送した冷却水の量とから、冷却水がウォータジャケットに到達する時刻における液面レベルを推測し、ポンプの作動を制御することができる。これにより、冷却水の過度の供給や不足を回避することができる。また、ポンプの作動時間を減らし、ポンプの電力消費量を低減するので、燃費を向上することができる。

また、本発明のエンジンの冷却装置において、前記ポンプによる冷却水の移送が開始されてからの経過時間と、前記取得手段が取得する冷却水の液面レベル情報とに基づいて、前記ポンプの故障を判断する故障検知手段を備えた構成とすることができる（請求項５）。このような構成とすることにより、ポンプの故障を判断することができる。タンク内からウォータジャケット内へ冷却水を供給する際、所定時間、例えば、３０秒経過すると、ウォータジャケット内の冷却水の液面レベルは、ポンプの圧送量から予測される液面レベルに到達する。ところが、このような所定時間が経過しても、予測される液面レベルに到達していなければ、ポンプが故障していると判断することができる。また、ポンプを用いてウォータジャケット内からタンク内へ冷却水を排出する場合にも、ポンプの圧送量から予測される液面レベルの低下がみられなければ、ポンプが故障していると判断することができる。さらに、このような構成とすることにより、ポンプの故障を判断するための圧力センサが不要となり、部品点数を減らすことができる。

さらに、このようなポンプの故障を判断する冷却装置において、前記故障検知手段が前記ポンプの故障を判断すると、前記ポンプの故障について通知する故障通知手段を備えた構成とすることができる（請求項６）。ポンプの故障により、冷却水がウォータジャケット内へ供給されなければ、エンジン内において焼付きなどが生じるおそれがある。このため、ポンプの故障をドライバに通知することにより、危険を回避する運転を促すことができる。また、このような冷却装置を組み込んだエンジンは、冷却装置がポンプの故障を判断すると、エンジンの出力を低下させることができる。

また、本発明のエンジンの冷却装置において、前記ウォータジャケットから前記タンクへの冷却水の排出を開始してからの経過時間と、前記取得手段が取得する冷却水の液面レベル情報とに基づいて、前記ウォータジャケットから前記タンクへの冷却水の排出が異常であると判断する異常検知手段を備えた構成とすることができる（請求項７）。このような構成とすることにより、ウォータジャケット内からタンク内への排出行程において、バルブの故障や配管の詰まり等の異常な状態が生じていると判断することができる。ウォータジャケット内からタンク内へ冷却水の排出が開始されてから、所定時間、例えば、３０秒経過すると、ウォータジャケット内の冷却水の液面レベルは、排出されると予測される冷却水の量に応じて低下する。ところが、このような所定時間が経過しても、予測される液面レベルまで低下していなければ、ウォータポンプ内からタンク内へ冷却水が排出される通路において、バルブの故障や配管の詰まり等が生じていることを予測することができる。また、冷却装置は、このような異常な状態を検知した際に、ポンプを作動させて、冷却装置内の冷却水のバランスを変えることとしてもよい。

さらに、このような異常を検知する冷却装置において、前記異常検知手段が前記ウォータジャケットから前記タンクへの冷却水の排出が異常であると判断すると、前記ウォータジャケットから前記タンクへの冷却水の排出が異常であることを通知する通知手段を備えた構成とすることができる（請求項８）。このような構成とすることにより、ユーザに異常な状態を通知し、冷却装置の点検を促すことができる。

また、本発明の車両は、以上説明したようなエンジンの冷却装置と、エンジンのボア壁温度及び／又は冷却水温度を計測する温度計測手段と、ハイブリッド駆動装置と、を備え、前記取得手段により取得された冷却水の液面レベル情報と、前記温度計測手段により計測された温度情報とに基づいて、暖機が進行してからエンジンを始動することができる（請求項９）。このような構成とすることにより、排気改善や燃費向上を行うことができる。ハイブリッド駆動装置を備えた車両は、バッテリとモータを備えているので、走行開始からエンジンを始動させなくとも、バッテリとモータにより走行することができる。このため、エンジンは、暖機が進行してから始動することができる。これにより、エンジンの始動直後の燃焼ガス内に含まれる有害成分の排出量を減少することができる。また、暖機による温度の上昇に伴い潤滑性が向上するので、エンジンの燃費を向上することができる。

本発明のエンジンの冷却装置は、ウォータジャケット内の冷却水の液面レベル情報に基づいて、ウォータジャケット内のエアの残留を検知し、残留するエアを取り除くことにより、ウォータジャケット内の圧力上昇や高温化を抑制し、エンジンを効率よく冷却することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の冷却装置１を組み込んだエンジン２の概略構成を示した説明図である。エンジン２は、エンジン本体３を備えている。エンジン本体３はシリンダヘッド３ａとシリンダブロック３ｂとを備えている。これらシリンダヘッド３ａ及びシリンダブロック３ｂの内部には、ウォータジャケット４が形成されている。

シリンダヘッド３ａ側のウォータジャケット４内には、冷却水の液面レベル情報を取得する液面センサ２５が配置されている。この液面センサ２５は、本発明の取得手段に相当する。図２は液面センサ２５の周囲を拡大して示した説明図である。液面センサ２５は、ブラケット２５ａ、アーム２５ｂ、軸２５ｃ、フロート２５ｄ、ストッパ２５ｅを備えている。ブラケット２５ａからウォータジャケット４内部へ向かって突き出したアーム２５ｂの先端側に、軸２５ｃが鉛直方向下向きに接続されている。また、液面センサ２５には、フロート２５ｄが軸２５ｃに遊嵌されている。フロート２５ｄは、冷却水に浮き、冷却水の上昇、下降に伴って、軸２５ｃに沿って移動する。さらに、軸２５ｃの先端には、ストッパ２５ｅが接続されており、フロート２５ｄの離脱を防いでいる。このような液面センサ２５はウォータジャケット４の天井面４ａにフロート２５ｄが到達するように形成されている。

また、軸２５ｃの内部にはリードスイッチが内蔵されている。また、フロート２５ｄの内部にはマグネットが内装されており、フロート２５ｄの移動により、軸２５ｃのリードスイッチの動作位置が変化する。液面センサ２５は、このようなリードスイッチの動作位置の変化から得られる電気信号を、電気的に接続されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２４へ送信する。このＥＣＵ２４は本発明の演算手段に相当する。ＥＣＵ２４は、液面センサ２５から受け取った電気信号を基に、冷却水の液面レベル情報を算出し、この液面レベル情報に基づいて、ウォータジャケット４内のエア残留情報を算出する。ところで、エアは冷却水より軽いため、ウォータジャケット４に貯留する冷却水の上側にエアの層が貯留する。このため、ＥＣＵ２４は、算出した液面レベルが、ウォータジャケット４内が冷却水で満水の状態の液面レベルと比較して低ければ、エアが貯留していると判断する。また、ＥＣＵ２４は取得した液面レベル情報から算出される液面レベルと、満水の状態の液面レベルとの差に基づいて、エアの残留量を算出する。

また、図１に示すように、冷却装置１は、蓄熱タンク５、電動ポンプ６、リザーブタンク７、第一通路８、第二通路９、水溜室１０を備えている。蓄熱タンク５は、本発明のタンクに相当する。蓄熱タンク５は、開口部を下に向けて配置され、ウォータジャケット４内の冷却水を収容できる容積を有している。また、この蓄熱タンク５は、天板５ａがウォータジャケット４の底面４ｂよりも下側になるように配置されている。要は冷却水がウォータジャケット４から自由落下し、蓄熱タンク５へ流入するように蓄熱タンク５が配置されている。

電動ポンプ６は、ウォータジャケット４内の底部と前記蓄熱タンク５内とを接続する第三通路１１に配置されている。この電動ポンプ６は、電気で駆動される圧送ポンプで、蓄熱タンク５内の冷却水をウォータジャケット４内へ圧送する。また、電動ポンプ６は、作動していない場合でも冷却水を流通することができるように構成されている。すなわち、電動ポンプ６は第三通路１１を遮断しないため、電動ポンプ６が停止している場合に、冷却水は第三通路１１内をウォータジャケット４から蓄熱タンク５へ向けて流通することができる。また、第三通路１１のウォータジャケット４と電動ポンプ６との間に第一電磁弁２０が配置されている。

リザーブタンク７は、ウォータジャケット４よりも上側に配置され、エアと冷却水とを貯留する。リザーブタンク７内には、第一通路８と第二通路９とが接続されている。第一通路８は、蓄熱タンク５内とリザーブタンク７内とを接続している。第二通路９は、前記ウォータジャケット４内の上部と前記リザーブタンク７内とを接続している。また、第一通路８は、第二通路９よりもリザーブタンク７内の上側で、リザーブタンク７内の空気層に開口するように接続されている。また、リザーブタンク７の底部に第五通路１２が接続されている。この第五通路１２の他端は、ウォータジャケット４内に接続されている。

水溜室１０は、第一通路８上に配置され、第一通路８に流入した冷却水を貯留するようになっている。蓄熱タンク５側の第一通路８の端部８ａは、蓄熱タンク５の底面から蓄熱タンク５の上方に向かって挿入されており、蓄熱タンク５内の空気層に開口するように設置されている。水溜室１０は、蓄熱タンク５より下方になるように第一通路８に配置されている。また、この水溜室１０内には、第一通路８の開口部８ｂ及び８ｃは、水溜室１０内の上側に形成され、水溜室１０内の空気層に開口している。すなわち、第一通路８の開口部８ｂ及び８ｃは、水溜室１０に溜まる冷却水の水面から露出するように形成されている。このように、水溜室１０は、第一通路８の最下部に配置されているので、仮に、第一通路８内に冷却水が浸入することがあった場合に、浸入した冷却水は、水溜室１０へ流入し貯留される。これにより、第一通路８内では冷却水がエアの流通を妨害することがないため、エアの流通する通路が確保される。

また、冷却装置１は第四通路１３を備えている。第四通路１３は、水溜室１０の底部１０ａと第三通路１１内とを接続している。また、第四通路１３は、第三通路１１よりも小径に形成されている。さらに、第四通路１３には、第三通路１１側から水溜室１０側へ向かう冷却水を遮断する逆止弁１４が配置されている。逆止弁１４が開弁すると水溜室１０に貯留された冷却水が第三通路１１側へ排出される。

さらに、冷却装置１は、ラジエータ１５、ウォータポンプ１６を備えている。ラジエータ１５には、第一冷却水通路１７と第二冷却水通路１８とが接続されている。第一冷却水通路１７の他端は、第二通路９に接続している。第二冷却水通路１８の他端は、第五通路１２に接続している。第一冷却水通路１８の第二通路９側には、サーモスタット１９が配置されている。サーモスタット１９は、冷却水の温度がエンジン２の暖機が完了する温度となると開弁状態となる開閉弁である。第二冷却水通路１８には、第二電磁弁２１が配置されている。

ウォータポンプ１６は、クランクシャフト（図示しない）の回転を駆動源とする機械式のポンプである。ウォータポンプ１６は、第五通路のウォータジャケット４側に配置され、ウォータジャケット４内へ冷却水を圧送する。

さらに、冷却装置１は、バキュームポンプ２６、気水分離室２７、ＶＳＶ（Ｖａｃｕｕｍ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｖａｌｖｅ）２８を備えている。バキュームポンプ２６は、ブレーキブースタ等の負圧を要する装置を備えるディーゼルエンジンに組み込まれるもので、本発明の負圧発生装置に相当する。バキュームポンプ２６は、シリンダヘッド３ａの上側に配置されている。バキュームポンプ２６とウォータジャケット４内とは第六通路２９により接続されている。バキュームポンプ２６は、シリンダヘッド３ａに組みつけられたカムシャフト（図示しない）により駆動されることにより、負圧を発生させ、ウォータジャケット４内のエアを吸引する。また、第六通路２９のウォータジャケット４側は、ウォータジャケット４の天井面４ａに接続している。

気水分離室２７は、ウォータジャケット４とバキュームポンプ２６とを接続する第六通路２９上に、リザーブタンク７内の水面よりも上側になるように配置されている。気水分離室２７は、バキュームポンプ２６がウォータジャケット４内から吸引するエアとこのエアと共に吸引される冷却水とを貯留し、貯留したエアと冷却水とを分離する。

ＶＳＶ２８は第六通路２９上のバキュームポンプ２６と気水分離室２７との間に配置された三方弁である。このＶＳＶ２８は本発明のスイッチングバルブに相当する。ＶＳＶ２８は、ＥＣＵ２４と電気的に接続している。ＶＳＶ２８がＥＣＵ２４から電気信号を受信すると、内部に備えられているコイルが電磁石となり、この電磁石がスプリングにより付勢されていた可動鉄片を引きつけて、流路が切替わる。このＶＳＶ２８は、非通電の状態で、気水分離室２７内とバキュームポンプ２６とを接続する流路を形成し、ＥＣＵ２４から電気信号を受信すると、気水分離室２７内を大気開放する流路を形成する。

さらに、冷却装置１は、第七通路３０、第三電磁弁３１、第四電磁弁３２を備えている。第七通路３０は、気水分離室２７の底部２７ａとリザーブタンク７内とを接続している。第七通路３０のリザーブタンク側端部は第一通路８の接続口より下側でリザーブタンク７に接続している。この第七通路３０は、気水分離室２７で分離した冷却水をリザーブタンク７へ戻す通路である。

第三電磁弁３１は、第七通路３０上に配置されている。第三電磁弁３１は、ＥＣＵ２４と電気的に接続されており、ＥＣＵ２４から電気信号を受けて開閉を切替える。第三電磁弁３１が開弁すると、気水分離室２７内の冷却水がリザーブタンク７へ流通する。

第四電磁弁３２は、第六通路２９上のウォータジャケット４と気水分離室２７との間に配置されている。第四電磁弁３２は、ＥＣＵ２４と電気的に接続されており、ＥＣＵ２４から電気信号を受けて開閉を切替える。第四電磁弁３１が開弁すると、ウォータジャケット４内のエアと冷却水とが気水分離室２７へ流通する。

また、冷却装置１は、壁温センサ２２、水温センサ２３を備えている。壁温センサ２２は、シリンダブロック３ｂに配置され、シリンダブロック３ｂの温度を測定する。壁温センサ２２は、ＥＣＵ２４と電気的に接続されており、壁温センサ２２で測定されたエンジン本体３の温度情報をＥＣＵ２４へ送信する。水温センサ２３は、ウォータジャケット４内に配置され、ウォータジャケット４内の冷却水の温度を測定する。水温センサ２３は、ＥＣＵ２４と電気的に接続されており、水温センサ２３で測定された冷却水の温度情報をＥＣＵ２４へ送信する。

ＥＣＵ２４は、電動ポンプ６、第一電磁弁２０、第二電磁弁２１と電気的に接続されている。ＥＣＵ２４は、壁温センサ２２や水温センサ２３から取得される温度情報に基づいて、第一電磁弁２０や第二電磁弁２１の開閉状態を決定し、これらの弁へ信号を送信する。また、ＥＣＵ２４は、壁温センサ２２や水温センサ２３から取得される温度情報に基づいて、電動ポンプ６の作動を決定し、電動ポンプ６へ作動信号を送信する。

さらに、ＥＣＵ２４は、本発明の制御装置に相当し、電動ポンプ６による冷却水の供給から液面センサ２５がこの電動ポンプ６による冷却水の供給に遅延して変化する液面レベルの情報を取得するまでの時間差を反映させて、電動ポンプ６の運転及び停止を制御する。ウォータジャケット４内へ冷却水を供給する場合、電動ポンプ６により送られる冷却水がウォータジャケット４内へ供給されるまでは時間差がある。このため、ウォータジャケット４内で満水になる前にポンプによる送流を停止しなければ、過度の冷却水がウォータジャケット４内へ供給されることとなる。ＥＣＵ２４は、液面レベル情報とその時点での電動ポンプ６が移送した冷却水の量とから、冷却水がウォータジャケット４内に到達する時刻における液面レベルを推測し、電動ポンプ６の作動状態を制御する。これにより、冷却水の過度の供給や不足を回避する。また、ポンプの作動時間を減らし、ポンプの電力消費量を低減するので、燃費を向上させる。

また、ＥＣＵ２４は、本発明の故障検知手段及び異常検知手段に相当する。ＥＣＵ２４は、冷却水の移送が開始されてからの経過時間と、液面センサ２５が取得するウォータジャケット４内の冷却水の液面レベル情報とに基づいて、電動ポンプ６の故障を判断する。また、ＥＣＵ２４は、ウォータジャケット４内から蓄熱タンク５への冷却水の排出を開始してからの経過時間と、液面センサ２５が取得するウォータジャケット４内の冷却水の液面レベル情報とに基づいて、ウォータジャケット４から蓄熱タンク５への冷却水の排出が異常であると判断する。

また、冷却装置１は警告灯３３を備えている。警告灯３３は本発明の故障通知手段及び、異常通知手段に相当する。ＥＣＵ２４は、電動ポンプ６の故障を判断すると、警告灯３３を点灯し、電動ポンプ６の故障をドライバに通知する。また、ＥＣＵ２４は、ウォータジャケット４内から蓄熱タンク５内への冷却水の排出が異常であると判断すると、警告灯３３を点灯し、冷却水の排出が異常であることをドライバに通知する。

次に、エンジン２の冷却装置１の始動前から暖機完了までの動作の概要を説明する。図３は、始動前から暖機完了までのウォータジャケット４と蓄熱タンク５との間の冷却水の供給状態を示した説明図である。図３（ａ）はエンジン２の始動前の状態（「初期」状態）を示し、図３（ｂ）はエンジン２においてイグニションをＯＮとすることによって蓄熱タンク５からウォータジャケット４へ冷却水を供給している状態（「供給」状態）を示し、図３（ｃ）はクランキングを行い、エンジン２を始動させた状態（「始動」状態）を示している。図３（ｄ）はエンジン２の始動後に、再び、ウォータジャケット４から蓄熱タンク５へ冷却水を抜き取る状態（「排水」状態）を示し、図３（ｅ）はエンジン２の暖機が完了して、蓄熱タンク５からウォータジャケット４へ冷却水が再度供給された状態（「暖機後」状態）を示し、図３（ｆ）は、エンジン２を停止した後に、ウォータジャケット４から蓄熱タンク５へ冷却水を抜き取る状態（「回収」状態）を示している。

図４は、エンジン２の始動前から停止後に亘るシリンダブロックの壁温及び冷却水温度の温度変化を示した説明図である。図４の縦軸は温度、横軸は時間を示し、細線がシリンダブロックの壁温の変化を表し、太線が冷却水温度の変化を表している。図４の横軸上に示した「初期」、「供給」、「始動」、「排水」、「暖機後」、「回収」におけるエンジン２の状態は、それぞれ図３（ａ）の「初期」状態、図３（ｂ）の「供給」状態、図３（ｃ）の「始動」状態、図３（ｄ）の「排水」状態、図３（ｅ）の「暖機後」状態、図３（ｆ）の「回収」状態に対応させて示されている。

次に、時間とともに変化するウォータジャケット４と蓄熱タンク５との冷却水の移送の様子をエンジン１の始動前から停止後に亘って詳細に説明する。まず、「初期」状態において、冷却装置１は、冷却水を蓄熱タンク５内に貯留している。このような冷却水は、高温の状態で蓄熱タンク５内へ回収されており、蓄熱タンク５内でエンジン２の始動まで保温されている。このとき、ウォータジャケット４内の冷却水はほぼ空の状態となっており、エアで満たされている。このような「初期」状態から、イグニションがＯＮとされると「供給」状態に進む。

「供給」状態では、ＥＣＵ２４が電動ポンプ６を作動させる。電動ポンプ６の作動によって、冷却水が蓄熱タンク５からウォータジャケット４へ移送される。このとき、蓄熱タンク５で保温されていた冷却水は、電動ポンプ６の作動により、第三通路１１を通って、ウォータジャケット４内へ供給される。また、ウォータジャケット４内に貯留していたエアは、第一通路８及び第二通路９を通り、蓄熱タンク５へ排出される。

この「供給」状態において、冷却装置１は、電動ポンプ６を作動させてから、３０秒後の液面レベル情報を取得する。このとき、ＥＣＵ２４は、ウォータジャケット４内の冷却水の液面レベルが電動ポンプ６の圧送量から予測される液面レベルに到達しているかどうかを判断する。ここで、冷却装置１は、電動ポンプ６の圧送量を予め算出しておき、電動ポンプ６の作動から３０秒後の液面レベルを予測する。ＥＣＵ２４は、ウォータジャケット４内の冷却水の液面レベルが電動ポンプ６の圧送量から予測される液面レベルに到達していないと判断した場合、電動ポンプ６が故障していると判断する。ＥＣＵ２４は、このように判断すると、警告灯３３を表示し、ドライバに電動ポンプ６の故障を通知する。

一方、ＥＣＵ２４がウォータジャケット４内の冷却水の液面レベルが電動ポンプ６の圧送量から予測される液面レベルに到達していると判断した場合、ウォータジャケット４内に冷却水を継続して供給する。ウォータジャケット４内が冷却水で満水になると、ＥＣＵ２４は、電動ポンプ６を停止し、第一電磁弁２０を閉弁状態とする。この「供給」状態において、ウォータジャケット４内へ供給された冷却水は、エンジン本体３よりも温度が高いので、エンジン本体３を暖機する。

「供給」状態において、冷却水がウォータジャケット４内へ供給され、しばらく経過した後、例えば、３０秒後に、冷却装置１はエンジン２の「始動」状態へ進む。このように冷却水の供給とエンジン２の始動との間に時間差を設けることにより、エンジン本体３の温度が上昇してからエンジン２を始動することができる。これにより、エンジン２の始動直後の燃焼ガス内に含まれる有害成分の排出量を減少することができる。また、温度の上昇に伴い潤滑性が向上するので、エンジン２の燃費を改善することができる。

「始動」状態では、スタータ（図示しない）を回転させて、エンジン２を始動させる。エンジン２が始動して、しばらく経過すると、燃焼熱により、エンジン本体３は冷却水よりも高温となる。ＥＣＵ２４は、壁温センサ２２と水温センサ２３から取得する温度情報から、エンジン本体３の温度がウォータジャケット４内の冷却水の温度を超えたと判断すると、「排水」状態に進む。

「排水」状態では、再び、ウォータジャケット４から蓄熱タンク５へ冷却水を抜き取る。エンジン２が始動して、エンジン本体３の温度が冷却水の温度よりも高温となると、冷却水からエンジン本体３への熱の伝達が無くなるだけでなく、却ってエンジン２の燃焼から発生する熱量が冷却水に奪われることになるため、シリンダブロック５の暖機遅延の一因となる。このため、「排水」状態では、冷却水をウォータジャケット４から蓄熱タンク５へ抜き取り、暖機時間を短縮させる。

「排水」状態では、ＥＣＵ２４は、第一電磁弁２０を開弁状態とする。これにより、ウォータジャケット４内と蓄熱タンク５内とが連通する。このとき、電動ポンプ６は駆動されていないので、冷却水をウォータジャケット４内へ向けて圧送していない。また、蓄熱タンク５はウォータジャケット４よりも下側に配置されているので、ウォータジャケット４内の冷却水は自由落下により蓄熱タンク５へ排出される。また、蓄熱タンク５内に貯留していたエアは、第一通路８及び第二通路９を通り、ウォータジャケット４内へ供給される。また、このとき、ウォータポンプ１６は駆動されているが、第二電磁弁２１は閉弁状態のため、リザーブタンク７内の冷却水は、ウォータジャケット４内に供給されていない。

この「排水」状態において、冷却装置１は、第一電磁弁２０を開弁状態としてから、３０秒後のウォータジャケット４内の液面レベル情報を取得する。このとき、ＥＣＵ２４は、排出される冷却水の量を予測して、ウォータジャケット４内の冷却水の液面レベルが低下しているかどうかを判断する。ＥＣＵ２４がウォータジャケット４内の冷却水の液面レベルが低下していないと判断した場合、冷却装置１は、冷却水の圧力バランスを変えるために、数秒間、電動ポンプ６を作動させる。電動ポンプ６の作動後にＥＣＵ２４は、ウォータジャケット４内の液面レベル情報を取得する。このとき、ＥＣＵ２４は、ウォータジャケット４内の冷却水の液面レベルが低下していないと判断した場合、第一電磁弁２０の故障や第三通路１１内の通路が詰まっている等の異常な状態が生じていると判断する。さらに、ＥＣＵ２４はこのような判断をするとともに、警告灯３３を表示し、ドライバに異常な状態を通知する。

一方、ＥＣＵ２４は、ウォータジャケット４内の冷却水の液面レベルが低下していると判断した場合、ウォータジャケット４内の冷却水の排出を継続する。このように、「排水」状態において、ウォータジャケット４内の冷却水が排出されることにより、エンジン２は、蓄熱タンク５へ抜き取った冷却水に相当する熱容量が減少する。これにより、エンジン本体３の暖機が促進される。

「排水」状態において、ＥＣＵ２４が、壁温センサ２２から取得されるエンジン本体３の温度が暖機完了の温度に到達したと判断すると、冷却装置１は、蓄熱タンク５内の冷却水をウォータジャケット４へ再度供給する。ここでの冷却水及びエアの流れは「供給」状態と共通する。また、ＥＣＵ２４は、「供給」状態の場合と同様に、液面レベル情報に基づいて、電動ポンプ６の故障の有無を判断する。この判断結果に基づいてＥＣＵ２４の取る処理は、「供給」状態の場合と共通である。

冷却装置１は、この冷却水の供給が完了すると、「暖機後」状態へ進む。図１の説明図において、「暖機後」状態では、冷却水の温度が暖機完了と判断される温度に到達し、サーモスタット１９が開弁状態となり、第一冷却水通路１７へ冷却水が流通する。さらにＥＣＵ２４は、第二電磁弁２１を開弁状態として、第五通路１２内に冷却水を流通させる。これにより、第二冷却水通路１８内の冷却水も流れ、ラジエータ１５内を冷却水が流通する。すなわち、「暖機後」状態は、ウォータジャケット４とラジエータ１５とを冷却水が循環する。このようにエンジン２の暖機後では、ラジエータ１５で冷却された冷却水がエンジン２内を循環し、エンジン本体３を運転状態に適した温度に冷却する。

このような「暖機後」状態において、ＥＣＵ２４は、液面センサ２５から取得する液面レベル情報に基づいて、ウォータジャケット４内においてエアの残留情報を算出する。すなわち、ウォータジャケット４内の液面レベル情報に基づいて、ウォータジャケット４内にエアが残留しているか否かを判断する。

ＥＣＵ２４は、ウォータジャケット４内にエアの残留を判断すると、第四電磁弁３２を開弁状態にする。図５は、第四電磁弁３２が開弁状態となった場合の気水分離室２７の周囲を拡大して示した説明図である。図５中の実線で示した通路は冷却水の流通する通路を示し、破線で示した通路は、エアの流通する通路を示している。また、点線で示した通路は、流れの停止している通路を示している。

このとき、ＶＳＶ２８は、非通電の状態であり、気水分離室２７内とバキュームポンプ２６とを接続した状態となっている。このため、バキュームポンプ２５により発生させた負圧により、ウォータジャケット４内の上部に残留したエアが気水分離室２７に導入される。これにより、ウォータジャケット４内に残留したエアが排出される。このように気水分離室２７にエアを導入する際に、このエアと共に冷却水を吸引することがある。気水分離室２７内は、このように流入するエアと冷却水とを分離する。

ＥＣＵ２４は、第四電磁弁３２を開弁状態とした後も、液面センサ２５から液面レベル情報を取得し、ウォータジャケット４内のエアの残留情報を算出する。ＥＣＵ２４は、このように算出するエアの残留情報からウォータジャケット４内にエアの残留がないと判断すれば、エアの排出が完了したとみなし、第四電磁弁３２を閉弁状態にする。図６は、第四電磁弁３２を閉弁状態にした後の気水分離室２７の周囲を拡大して示した説明図である。図６中の実線で示した通路は冷却水の流通する通路を示し、破線で示した通路は、エアの流通する通路を示している。また、点線で示した通路は、流れの停止している通路を示している。

ＥＣＵ２４は、第四電磁弁３２を閉弁状態にすると、第三電磁弁３１を開弁状態とし、ＶＳＶ２８に通電し、気水分離室２７内を大気開放する。これにより、気水分離室２７内の冷却水はリザーブタンク７へ戻され、エアがエンジン外部へ排出される。このようにウォータジャケット４内に残留したエアを抜き取ることにより、エアの残留に起因したウォータジャケット４内の圧力上昇、高温化を抑制することができる。

次に、「暖機後」状態での運転を終え、エンジン２が停止すると、「回収」状態へ進む。「回収」状態では、冷却装置１は、電動ポンプ６を駆動して、ウォータジャケット４内の加熱された状態の冷却水を蓄熱タンク５へ移送する。移送された冷却水は蓄熱タンク５において次のエンジン始動まで保温される。ここでの冷却水及びエアの流れは「排水」状態と共通する。また、ＥＣＵ２４は、「排水」状態の場合と同様に、液面レベル情報に基づいて、第一電磁弁２０の故障や第三通路１１内の通路が詰まっているなどの異常な状態の有無を判断する。この判断結果に基づいてＥＣＵ２４は、警告灯３３を表示し、ユーザに通知する。

以上のように、本発明の冷却装置１は、液面センサ２５により、ウォータジャケット４内の冷却水の液面レベル情報を取得し、エアの残留情報を算出する。冷却装置１は、ウォータジャケット４内にエアの残留を検知すると、バキュームポンプ２６の吸引により、ウォータジャケット４内のエアを排出する。これにより、ウォータジャケット内の圧力上昇、高温化を抑制することができる。

次に、本発明の実施例２について図面を参照しつつ説明する。図７は、本実施例の車両５０の概略構成を示した説明図である。車両５０は、冷却装置１を組み込んだエンジン２とハイブリッド駆動装置５１と備えている。冷却装置１を組み込んだエンジン２は、実施例１と同一であるため、同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

ハイブリッド駆動装置５１は、ハイブリッドコンピュータ５２、モータ／ジェネレータ５３、ハイブリッド用バッテリ５４、インバータ５５を備えている。ハイブリッドコンピュータ５２は、ＥＣＵ２４と接続されており、ＥＣＵ２４から各種の情報を取得する。さらに、ハイブリッドコンピュータ５２は、モータ／ジェネレータ５３、ハイブリッド用バッテリ５４、インバータ５５のそれぞれと電気的に接続され、これらを制御する。モータ／ジェネレータ５３は、ハイブリッド用バッテリ５４から電力を供給されて駆動され、その駆動力が車輪へ伝達される。インバータ５５は、交流電流で駆動されるモータ／ジェネレータ５３と直流電流を蓄電するハイブリッド用バッテリ５４との間の電流を変換する変換機である。

このような車両５０は、走行開始時にハイブリッド駆動装置５１により、駆動され走行することができる。すなわち、ハイブリッド駆動装置５１は、ハイブリッド用バッテリ５４に蓄電された電力を用いてモータ／ジェネレータ５３を駆動し、車両５０を走行させる。車両５０は、このようにハイブリッド駆動装置５１の動力により走行する間に、エンジン２を暖機させる。ＥＣＵ２４は、液面センサ２５から取得される液面レベル情報と、壁温センサ２２、水温センサ２３から取得される壁温や水温の情報に基づいて、エンジン２の暖機が進行した後にスタータを回転させ、エンジン２を始動する。エンジン２が始動した後、ＥＣＵ２４、ハイブリッドコンピュータ５２は、効率良く車両５０が走行するように駆動系を制御する。このように、エンジン２は、暖機進行後に始動するため、始動直後の燃焼ガス内に含まれる有害成分の排出量を減少することができる。また、暖機による温度の上昇に伴い潤滑性が向上するので、エンジンの燃費を向上することができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

また、本発明のエンジン２の冷却装置１は、「排水」状態後の冷却水の再供給時に、液面センサ２５が取得する液面レベル情報からウォータジャケット４内の冷却水が満水の状態に近づいたと判断したら、第四電磁弁３２を開弁し、ウォータジャケット４内のエアを吸引する構成とすることができる。これにより、ウォータジャケット４のエア抜きを促進することができる。

実施例１の冷却装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。 実施例１の冷却装置における液面センサの周囲を拡大して示した説明図である。 始動前から暖機完了までのウォータジャケット内と第一タンク内との冷却水の供給状態を示した説明図であって、（ａ）は「初期」状態を示し、（ｂ）は「供給」状態を示し、（ｃ）は「始動」状態を示し、（ｄ）は「排水」状態を示し、（ｅ）は「暖機後」状態を示し、（ｆ）は「回収」状態を示した説明図である。 エンジンの始動前から停止後に亘るシリンダブロックの壁温及び冷却水温度の温度変化を示した説明図である。 第四電磁弁が開弁状態となった場合の気水分離室の周囲を拡大して示した説明図である。 第四電磁弁が開弁した後に閉弁状態となった場合の気水分離室の周囲を拡大して示した説明図である。 本発明の車両の概略構成を示した説明図である。

符号の説明

１ 冷却装置
２ エンジン
３ エンジン本体
４ ウォータジャケット
５ 蓄熱タンク
６ 電動ポンプ
７ リザーブタンク
８ 第一通路
９ 第二通路
１０ 水溜室
１１ 第三通路
１２ 第五通路
１３ 第四通路
１４ 逆止弁
１５ ラジエータ
１６ ウォータポンプ
２４ ＥＣＵ
２５ 液面センサ
２５ａ ブラケット
２５ｂ アーム
２５ｃ 軸
２５ｄ フロート
２５ｅ ストッパ
２６ バキュームポンプ
２７ 気水分離室
２８ ＶＳＶ
２９ 第六通路
３０ 第七通路
３１ 第三電磁弁
３２ 第四電磁弁
３３ 警告灯
５０ 車両
５１ ハイブリッド駆動装置

Claims (9)

1. エンジン内部に形成されたウォータジャケット内から抜き取った冷却水を貯留するタンクと、
   前記ウォータジャケットと前記タンクとの間で冷却水を移送するポンプと、
   前記ウォータジャケット内の冷却水の液面レベル情報の取得手段と、
   当該取得手段により取得した冷却水の液面レベル情報に基づいて、前記ウォータジャケット内のエア残留情報を算出する演算手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記ウォータジャケット内に残留するエアを抜き取るエア抜き手段を備え、
   当該エア抜き手段は、前記演算手段が算出するエア残留情報に基づいて、前記ウォータジャケット内に残留するエアを抜き取ることを特徴とするエンジンの冷却装置。
3. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記ウォータジャケット内に残留するエアを抜き取るエア抜き手段を備え、
   当該エア抜き手段は、前記ウォータジャケット内のエアを負圧により吸引する吸引装置と、
   前記ウォータジャケットと前記吸引装置との間に配置され、前記ウォータジャケットから吸引されるエアと当該エアと共に吸引される冷却水とを分離する気水分離室と、
   当該気水分離室内と前記負圧発生装置とが接続する状態と、前記気水分離室内を大気開放する状態とを切替えるスイッチングバルブと、を備え、
   当該スイッチングバルブは、前記演算手段が算出するエア残留情報に基づいて、前記気水分離室内と前記負圧発生装置とが接続する状態に切替えることを特徴とするエンジンの冷却装置。
4. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記ポンプが冷却水を供給してから、前記取得手段が前記ポンプによる冷却水の供給に遅延して変化する液面レベルの情報を取得するまでの時間差を反映させて、前記ポンプの作動状態を制御する制御手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
5. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記ポンプによる冷却水の移送が開始されてからの経過時間と、前記取得手段が取得する冷却水の液面レベル情報とに基づいて、前記ポンプの故障を判断する故障検知手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
6. 請求項５記載のエンジンの冷却装置において、
   前記故障検知手段が前記ポンプの故障を判断すると、前記ポンプの故障について通知する故障通知手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
7. 請求項１記載のエンジンの冷却装置において、
   前記ウォータジャケットから前記タンクへの冷却水の排出を開始してからの経過時間と、前記取得手段が取得する冷却水の液面レベル情報とに基づいて、前記ウォータジャケットから前記タンクへの冷却水の排出が異常であると判断する異常検知手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
8. 請求項７記載のエンジンの冷却装置において、
   前記異常検知手段が前記ウォータジャケットから前記タンクへの冷却水の排出が異常であると判断すると、前記ウォータジャケットから前記タンクへの冷却水の排出が異常であることを通知する異常通知手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項記載のエンジンの冷却装置と、
   エンジンのボア壁温度及び／又は冷却水温度を計測する温度計測手段と、
   ハイブリッド駆動装置と、を備え、
   前記取得手段により取得された冷却水の液面レベル情報と、前記温度計測手段により計測された温度情報とに基づいて、暖機が進行してからエンジンを始動することを特徴とする車両。

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