JP2009121319A - エンジン冷却装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンに対して冷却水の給排水を行う貯水タンクの設置スペースが小さく、冷却水の給排水が確実且つ容易であり、冷間始動時におけるエンジンの暖機運転を短時間で確実に行うことが可能なエンジン冷却装置及びその運転方法を提供する。
【解決手段】エンジン１からラジエータ２及びヒータコア３に冷却水を流す第１流路４と、ラジエータ２及びヒータコア３からエンジン１に冷却水を戻す第２流路５と、エンジン１に対して冷却水を給排水する給排水ポンプ１３及び貯水タンク１１とを備え、第１流路４及び第２流路５における冷却水の流れを遮断する遮断手段１５，１６を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンからラジエータ及びヒータコアに冷却水を流す第１流路と、前記ラジエータ及び前記ヒータコアから前記エンジンに前記冷却水を戻す第２流路と、前記エンジンに対して前記冷却水を給排水する給排水ポンプ及び貯水タンクとを備えたエンジン冷却装置及びその運転方法に関する。

自動車等に搭載されるエンジンにおいて、一般にエンジン冷却は、ラジエータ及びヒータコアとエンジンとの間を第１流路及び第２流路で接続し、冷却水を、エンジン、第１流路、ラジエータ、ヒータコア、及び第２流路を巡るように循環させて行われる。ここで、第１流路は、エンジン側からラジエータ側に向かう進行流路であり、第２流路は、ラジエータ側からエンジン側に向かう戻り流路である。

このような水冷式エンジンを搭載する自動車において、暖機運転が不十分であると、フリクションの増加により燃費が悪化していた。また、暖機運転が不十分であると、エンジンにおける混合気の正常な燃焼が阻害され、さらに排ガスを浄化する三元触媒の機能も十分に働かないため、エミッション（例えば、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ濃度）が悪化する原因となる。

従って、エンジン始動時には暖機運転を十分に行うことが求められるが、エンジンが長時間停止状態にあった後に始動させる冷間始動時においては、エンジン内に低温の冷却水が存在し、且つヒータコアとエンジンとの間で第１流路及び第２流路を介して低温の冷却水が往来するため、暖機運転に時間がかかるという問題があり、改善が望まれていた。

そこで、これらの問題を解決するべく、エンジンに対して冷却水を給排水する蓄熱タンクを設けたエンジン冷却装置があった（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１のエンジン冷却装置は、前回の運転終了後に、エンジンから蓄熱タンクに高温の冷却水を排出し、当該冷却水を保温する。そして、次回の冷間始動時において、冷却水を排出した状態のまま、暖機運転が完了すると推定される所定時間に亘ってエンジンを稼動させ、その後、保温された冷却水を蓄熱タンクからエンジンに供給している。このような操作を行うと、冷却水を排出した状態のエンジンは熱容量が低いため短時間で暖まり易くなっており、またエンジンが暖まった後も蓄熱タンクから暖かい冷却水がエンジンに給水されるためエンジンの温度低下が生じ難い。

一方、エンジンに対して冷却水を給排水する蓄熱式リザーブタンクを設けたエンジン冷却装置もあった（例えば、特許文献２を参照）。
特許文献２のエンジン冷却装置は、冷却水を貯留するリザーブタンク及び冷却水の保温のための蓄熱タンクの機能を兼ね備えた蓄熱式リザーブタンクを設けることで、省スペース化を図っている。なお、このエンジン冷却装置では、エンジンの稼動中は高温の冷却水が蓄熱式リザーブタンクを通過して流れており、エンジンを停止させると高温の冷却水はそのまま蓄熱式リザーブタンクに貯留される。

特開２００１−４１０３７号公報（図１） 特開平９−１３９６４号公報（図４）

特許文献１のエンジン冷却装置において、運転終了時にエンジン内部の高温の冷却水を蓄熱タンクに排出しようとすると、同時に、ラジエータやヒータコアからも冷却水が蓄熱タンクに排出されることになる。このため、このエンジン冷却装置においては、冷却回路内の全ての冷却水を貯留可能な大型の蓄熱タンクが必要となり、設置スペースが増大する。
また、冷却水を排出した状態で暖機運転が完了した後、蓄熱タンクからエンジン、ラジエータ、及びヒータコアへ給水するのに時間がかかる。
さらに、ラジエータ及びヒータコアは毛細管構造を有するため、隅々まで確実に冷却水を行き渡らせるために時間を要する。そして、一旦エンジン内の空気がラジエータ及びヒータコアへ侵入すると、そのまま空気が滞留し易い。このため、冷却水と外気との熱交換が可能な実表面積が低下し、冷却・ヒータ性能が悪化する。また、車室内へ侵入するエア流音も大きくなる。

一方、特許文献２のエンジン冷却装置は、冷却水をエンジンから排出・注入する手段を有していない。このため、エンジン温度が冷却水温度より高い場合、依然として冷却水がエンジンの昇温を阻害していた。
また、リザーブタンクと蓄熱タンクとが一体化されていることから、冷却回路内の圧力上昇に伴うリリーフ時に冷却水が噴出することを防止するには、蓄熱式リザーブタンクの上部を冷却回路の最高位置に設置する必要がある。このため、蓄熱式リザーブタンクの設置条件が限られることになり、エンジン設計の自由度が小さくなる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンに対して冷却水の給排水を行う貯水タンクの設置スペースが小さく、冷却水の給排水が確実且つ容易であり、冷間始動時におけるエンジンの暖機運転を短時間で確実に行うことが可能なエンジン冷却装置及びその運転方法を提供することにある。

本発明に係るエンジンの冷却装置の特徴構成は、エンジンからラジエータ及びヒータコアに冷却水を流す第１流路と、前記ラジエータ及び前記ヒータコアから前記エンジンに前記冷却水を戻す第２流路と、前記エンジンに対して前記冷却水を給排水する給排水ポンプ及び貯水タンクとを備え、前記第１流路及び前記第２流路における前記冷却水の流れを遮断する遮断手段を設けた点にある。

本構成のエンジン冷却装置によれば、ラジエータ及びヒータコアとエンジンとを接続する第１流路及び第２流路における冷却水の流れを遮断する遮断手段を設けたので、貯水タンクからエンジンに対して冷却水の給排水を行うに際し、ラジエータ及びヒータコアからの冷却水の流出、及びラジエータ及びヒータコアへの冷却水の流入を防止することができる。例えば、エンジン停止後に行う冷却水の排水において、第１流路及び第２流路を遮断することにより、エンジン内部のみから冷却水を貯水タンクに抜き取ることができる。従って、抜き取り可能な冷却水が少なくなる分、貯水タンクの容量を低減し小型化することができる。そして、貯水タンクが小型化されると、冷却回路全体がコンパクトになり、エンジン設計の自由度が増す。
また、エンジンから冷却水を排出すると、次回のエンジン始動時にはエンジンの熱容量が小さい状態で暖機運転を行うことができるため、暖機時間が短くなり、その後の給水時間も短縮される。
さらに、ラジエータ及びヒータコアから冷却水が排出されないので、ラジエータ及びヒータコアにおいては、冷却水と外気との熱交換が可能な実表面積が確保され、冷却・ヒータ性能が低下しない。また、ラジエータ及びヒータコアへ空気が流入しないので、車室内へのエア流音の侵入も発生しない。

本発明に係るエンジン冷却装置において、前記第１流路と前記貯水タンクの上部とを連結し、前記エンジンの内部の流水経路に対して上方に位置する第３流路を備えてもよい。

本構成のエンジン冷却装置によれば、第３流路を介して空気がエンジンと貯水タンクとの間を流通するので、例えば、エンジンから冷却水を排水した後、エンジンに冷却水を給水するに際し、エンジンの内部に存在する空気と冷却水との置換を確実に行うことができる。
なお、第３流路のエンジンの内部の流水経路より上方に位置しているので、エンジン内部の空気は第３流路を上方に向かってスムーズに進行する。

本発明に係るエンジン冷却装置において、前記第３流路に当該第３流路の内部圧力が所定値以上になったときに大気開放するリリーフバルブを設けてもよい。

本構成のエンジン冷却装置によれば、冷却水の温度が上昇することにより冷却回路内の圧力が所定値以上に上昇しても、第３流路に設けたリリーフバルブが大気開放することにより圧力の調整を行うことができる。
また、リリーフバルブを第３流路に設けることにより、当該リリーフバルブと貯水タンクとが分離される。このため、リリーフバルブのみを冷却回路の最高位置に設置すればよい。従って、貯水タンクの設置条件に制約が少なくなり、エンジン設計の自由度が増す。

本発明に係るエンジン冷却装置において、前記遮断手段を、前記第１流路及び前記第２流路に夫々設けたバルブで構成してもよい。

本構成のエンジン冷却装置によれば、第１流路及び第２流路に夫々設けたバルブを共に閉にするという簡単な操作で、エンジン側とラジエータ及びヒータコア側とを簡単且つ確実に分離することができる。

本発明に係るエンジン冷却装置において、前記遮断手段を、前記第１流路に設けた流水トラップ及び前記第２流路に設けたバルブで構成してもよい。

本構成のエンジン冷却装置によれば、特に、第１流路に設ける遮断手段を流水トラップとしたので、冷却水の給排水を行うに際し、バルブ開閉のような積極的な操作を行う必要がない。従って、エンジン冷却装置を構成するシステム及びその制御を簡略化することができる。
また、流水トラップは冷却水と空気とを分離する機能を有するので、エンジンの内部から排出された空気がラジエータ及びヒータコアに流入することが抑制される。その結果、ラジエータ及びヒータコアにおける冷却水と外気との熱交換が可能な実表面積が十分に確保され、冷却・ヒータ性能の低下が防止される。また、車室内へのエア流音の侵入も確実に防止される。

本発明に係るエンジン冷却装置において、前記貯水タンクが蓄熱機能を有してもよい。

本構成のエンジン冷却装置によれば、貯水タンクが蓄熱機能を有する蓄熱タンクであるので、エンジン停止後にエンジンから排出された暖かい冷却水を保温することができる。そして、次回の冷間始動時において、保温された暖かい冷却水をエンジンに供給すると、暖機運転時間をさらに短縮することができる。

本発明に係るエンジン冷却装置の運転方法の特徴構成は、ラジエータ及びヒータコアとエンジンとの間で冷却水を循環させるとともに、前記エンジンに対して前記冷却水を給排水する給排水ポンプ及び貯水タンクを備えたエンジン冷却装置において、前記エンジンの始動に際して、前記ラジエータ及び前記ヒータコアと前記エンジンとの間での前記冷却水の循環を遮断する遮断工程と、前記エンジンの内部に存在する前記冷却水の少なくとも一部を前記貯水タンクに排水した状態とする排水工程と、前記エンジンの温度上昇に伴い、前記貯水タンクから前記エンジンに前記冷却水を給水する給水工程とを実行する点にある。

本構成の運転方法によれば、ラジエータ及びヒータコアとエンジンとの間での冷却水の循環を遮断する遮断工程を実行することにより、その後、貯水タンクからエンジンに対して冷却水の給排水を行うに際し、ラジエータ及びヒータコアからの冷却水の流出、及びラジエータ及びヒータコアへの冷却水の流入を防止することができる。例えば、エンジン停止後に行う冷却水の排水において、第１流路及び第２流路を遮断することにより、エンジン内部のみから冷却水を貯水タンクに抜き取ることができる。従って、抜き取り可能な冷却水が少なくなる分、貯水タンクの容量を低減し小型化することができる。そして、貯水タンクが小型化されると、冷却回路全体がコンパクトになり、エンジン設計の自由度が増す。
また、エンジンから冷却水を排出すると、エンジンの内部には冷却水が全く無くなるか、あるいは一部しか存在しない状態となっているが、本構成のエンジン冷却装置の運転方法では、エンジンの熱容量が小さい状態で、エンジンの温度上昇に伴ってエンジンに冷却水を給水することができるので、エンジンが温まり易く、暖機運転に要する時間を大幅に短縮することができる。

本発明に係るエンジン冷却装置の運転方法では、前記排水工程において、前記エンジンの温度が第１所定温度に達するまで暖機する第１暖機運転を実行し、前記給水工程において、前記エンジンに前記冷却水を給水しつつ、前記エンジンの温度が第２所定温度に達するまで暖機する第２暖機運転を実行してもよい。

本構成の運転方法によれば、エンジンの暖機運転を行うに際し、目標温度（第１所定温度及び第２所定温度）を設定して、夫々第１暖機運転と第２暖機運転とに分けて行っているので、エンジンの過度な温度上昇を防止しつつ、迅速且つ確実にエンジンの暖機を行うことができる。

本発明に係るエンジン冷却装置の運転方法では、前記貯水タンクが保温機能を有し、前記排水工程において、前記エンジンの内部に存在する前記冷却水の全部を前記貯水タンクに排水した状態とし、前記給水工程に先立って、前記貯水タンクに貯留されている保温された冷却水を一旦前記エンジンに給水し、次いで、前記エンジンに給水された前記冷却水の少なくとも一部を前記貯水タンクに排水することで予備的に前記エンジンを加温してもよい。

本構成の運転方法によれば、貯水タンクが蓄熱機能を有する蓄熱タンクであるので、エンジン停止後にエンジンから排出された暖かい冷却水を保温することができる。
また、給水工程に先立って、貯水タンクに貯留されている保温された冷却水を一旦エンジンに給水し、次いで、エンジンに給水された冷却水の少なくとも一部を貯水タンクに排水することで、エンジンを予備的に加温することができる。従って、暖機運転に要する時間をさらに短縮することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態および図面に記載される構成に限定されるものではなく、これらと均等な構成も含む。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置１００を示す概略構成図である。このエンジン冷却装置１００は水冷式のエンジン１の冷却回路を構成し、ラジエータ２及びヒータコア３とエンジン１との間で冷却水が循環する。なお、このエンジン冷却装置１００を構成する冷却回路は実質的に完全密閉されているため、冷却回路内に存在する冷却水の増減は生じない。

ラジエータ２及びヒータコア３とエンジン１とは、第１流路４及び第２流路５によって接続されている。第１流路４は、エンジン１からラジエータ２及びヒータコア３に冷却水を流す流路である。第２流路５は、ラジエータ２及びヒータコア３からエンジン１に冷却水を戻す流路である。冷却水は、第２流路５に設けられたウォーターポンプ６を駆動することにより、エンジン１、第１流路４、ラジエータ２、及び第２流路５の順に、すなわち図１において左回りに循環する。なお、ウォーターポンプ６は、エンジン１から独立して動作可能な電動ポンプとすることができるが、エンジン１のクランクシャフト（図示せず）に連結された機械式ポンプであってもよい。

第１流路４と第２流路５との間にはバイパス流路７が設けられ、このバイパス流路７に前記ヒータコア３が設けられる。ヒータコア３では、高温の冷却水と空気との間で熱交換が行われる。ヒータコア３で回収した熱は、車内の暖房等に使用される。

バイパス流路７と第２流路５との合流部９にはサーモスタット１０が設けられる。冷却回路を流れる冷却水の温度が低い場合、サーモスタット１０は閉状態又は低開度にある。このとき、エンジン１の冷却水出口１ａから出た冷却水は、そのほとんどがラジエータ２の側に流れることなく、第１流路４とバイパス路７との分流部８においてバイパス流路７の側に流入し、次いでバイパス流路７と第２流路５との合流部９を通過し、冷却水入口１ｂからエンジン１の内部に戻る。一方、冷却水の温度が高い場合、サーモスタット１０は開状態にある。このとき、エンジン１の冷却水出口１ａから出た冷却水は、第１流路４とバイパス路７との分流部８で分流し、ラジエータ２及びヒータコア３の内部を夫々通過し、その後バイパス流路７と第２流路５との合流部９で合流し、冷却水入口１ｂからエンジン１の内部に戻る。

また、本実施形態の冷却装置１００では、エンジン１に対して冷却水の給排水を行う貯水タンク１１を設けている。この貯水タンク１１は内部に貯留した冷却水を保温する蓄熱機能を有する。冷却水の給排水は、貯水タンク１１とエンジン１との間を連結する給排水管１２を介して行われ、この給配水管１２には送水用の給排水ポンプ１３が設置される。給排水ポンプ１３は可逆式ポンプであり、貯水タンク１１とエンジン１に設けられた冷却水調整孔１ｃとの間で冷却水を可逆的に送水する。貯水タンク１１の上部１１ａと第１流路４とは第３流路１４で連結される。第３流路１４は、エンジン１の内部の流水経路（ウォータージャケット等）に対して上方に位置するように配設されている。例えば、第３流路１４を構成する管体の少なくとも一部が、エンジン１の側面視において当該エンジン１より上方の空間を通るように配設する。このような配置とすることにより、第３流路１４を介して、エンジン１と貯水タンク１１との間で空気が流通可能となり、特に、エンジン１の内部の空気は第３流路１４を上方に向かってスムーズに進行する。

さらに、この冷却装置１００には、ラジエータ２及びヒータコア３とエンジン１との間における冷却水の流れを遮断する遮断手段を設けている。具体的には、図１に示すように、第１流路４に第１バルブ１５を設け、第２流路５に第２バルブ１６を設けている。なお、図１では、第２バルブ１６はエンジン１とウォーターポンプ６との間に設けているが、ウォーターポンプ６の上流側に設けてもよい。

ウォーターポンプ６、給排水ポンプ１３、第１バルブ１５、及び第２バルブ１６の動作は、制御部であるエンジンＥＣＵ１７により、夫々独立して制御される。これにより、エンジン冷却装置１００を流れる冷却水の流量が適切に調整され、エンジン１の暖機運転を早期に完了することができる。なお、エンジン冷却装置１００の具体的な運転方法については、後に詳しく説明する。

上記構成を有するエンジン冷却装置１００を用いれば、貯水タンク１１からエンジン１に対して冷却水の給排水を行うに際し、第１バルブ１５及び第２バルブ１６を閉とすることにより、ラジエータ２及びヒータコア３からの冷却水の流出、及びラジエータ２及びヒータコア３への冷却水の流入を防止することができる。例えば、エンジン１の停止後に行う冷却水の排水において、第１流路４及び第２流路５を遮断することにより、エンジン１の内部のみから冷却水を貯水タンク１１に抜き取ることができる。従って、抜き取り可能な冷却水が少なくなる分、貯水タンク１１の容量を低減し小型化することができる。そして、貯水タンク１１が小型化されると、冷却回路全体がコンパクトになり、エンジン設計の自由度が増す。

また、エンジン１の停止後、エンジン１の内部に存在する冷却水を貯水タンク１１に抜き取ると、次回のエンジン始動時にはエンジンの熱容量が小さい状態で暖機運転を行うことができるため、暖機時間が短くなり、その後の給水時間も短縮される。

また、ラジエータ２及びヒータコア３から貯水タンク１１への冷却水の排出がないので、ラジエータ２及びヒータコア３においては、冷却水と外気との熱交換が可能な実表面積が確保され、冷却・ヒータ性能が低下しない。そして、ラジエータ２及びヒータコア３へ空気が流入しないので、車室内へのエア流音の侵入も発生しない。

さらに、第３流路１４を設けたことにより、第３流路１４を介して空気がエンジン１と貯水タンク１１との間を流通する。例えば、エンジン１から冷却水を排水した後、エンジン１に冷却水を給水するに際し、エンジン１の内部に存在する空気が貯水タンク１１に移動する。このように、エンジン１の内部において、空気と冷却水との置換が確実に行われる。また、第３流路１４の最高部はエンジン１より上方に位置しているので、エンジン１の内部の空気は第３流路１４を上方に向かってスムーズに進行する。

なお、本実施形態では、遮断手段を第１バルブ１５及び第２バルブ１６で構成したので、夫々のバルブ１５，１６を共に閉にするだけの簡単な操作で、エンジン１の側とラジエータ２及びヒータコア３の側とを簡単且つ確実に分離することができる。

〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態によるエンジン冷却装置２００を示す概略構成図である。なお、この第２実施形態におけるエンジン冷却装置２００では、先に説明した第１実施形態によるエンジン冷却装置１００と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

このエンジン冷却装置２００では、ラジエータ２及びヒータコア３とエンジン１との間における冷却水の流れを遮断する遮断手段の一つとして、図２に示すように、第１流路４に流水トラップ２０を設けている。また、もう一つの遮断手段として、第２流路５に第１実施形態と同様の第２バルブ１６を設けている。

ここで、流水トラップ２０の詳細を図３に示す。流水トラップ２０は、トラップ室２１の底部２２をエンジン１の冷却水出口１ａから延伸する冷却水出口管２３が貫通し、トラップ室２１の側部２４に第１流路４及び第３流路１４が接続する構成を有する。第３流路１４の管軸Ｘ１は第１流路４の管軸Ｘ２より高い位置にある。また、ラジエータ２の上端部２ａ及び冷却水出口管２３の上端部２３ａは管軸Ｘ１と管軸Ｘ２との間に位置し、且つ冷却水出口管２３の上端部２３ａの高さ位置Ｈ１はラジエータ２の上端部２ａの高さ位置Ｈ２より上方にある。

このような位置関係を有する流水トラップ２０において、エンジン１の冷却水出口１ａから排出された冷却水は、トラップ室２１の内部で冷却水出口管２３の上端部２３ａから噴出する。このとき、トラップ室２１の内部に溜まった冷却水は、その水面がラジエータ２の上端部２ａの高さ位置Ｈ２を超えると、トラップ室２１から第１流路４を通ってラジエータ２に流れる。
なお、冷却水出口管２３の上端部２３ａの高さ位置Ｈ１はラジエータ２の上端部２ａの高さ位置Ｈ２より上方に設定されているため、エンジン１からの冷却水排出の際、ラジエータ２の冷却水がエンジン１に逆流することはない。

このように、本実施形態では、特に、第１流路４に設ける遮断手段を流水トラップ２０としたので、冷却水の給排水を行うに際し、バルブ開閉のような積極的な操作を行う必要がない。このため、エンジン冷却装置２００を構成するシステム及びその制御を簡略化することができる。

また、上記のように、流水トラップ２０は冷却水と空気とを分離する機能を有するので、エンジン１の内部から排出された空気がラジエータ２及びヒータコア３に流入することもない。その結果、ラジエータ２及びヒータコア３における冷却水と外気との熱交換が可能な実表面積の確保がより確実となり、冷却・ヒータ性能が十分に維持される。そして、車室内へのエア流音の侵入も確実に防止される。

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態によるエンジン冷却装置３００を示す概略構成図である。このエンジン冷却装置３００は、先に説明した第１実施形態によるエンジン冷却装置１００において、第３流路１４にリリーフバルブ３０を設けた構成である。その他の構成は、エンジン冷却装置１００と同一であるため、詳細な説明は省略する。

リリーフバルブ３０は、第３流路１４の内部圧力が所定値以上になったときに大気開放する。例えば、冷却水の温度が上昇することにより冷却回路内の圧力が所定値以上に上昇した場合、リリーフバルブ３０が大気開放して圧力の調整が行われる。このリリーフバルブ３０は、冷却回路のうち第３流路１４に設けられる。この配置により、リリーフバルブ３０と貯水タンク１１とが完全に分離される。従って、本実施形態のエンジン冷却装置３００では、リリーフバルブ３０のみを冷却回路の最高位置（すなわち、第３流路１４の最高部）に設置すればよく、これにより、貯水タンク１１の設置条件に制約が少なくなり、エンジン設計の自由度が増す。

なお、リリーフバルブ３０は、第２実施形態のエンジン冷却装置２００に設けることも勿論可能である。この場合も、冷却回路の最高位置となるように、リリーフバルブ３０を第３流路１４に設ける。

〔エンジン冷却装置の運転方法〕
次に、本発明のエンジン冷却装置の運転方法について説明する。
なお、ここでは一例として、第１実施形態のエンジン冷却装置１００を用いた運転方法について説明するが、第２実施形態のエンジン冷却装置２００、又は第３実施形態のエンジン冷却装置３００においても、同様の運転方法を実行することができる。

図５は、エンジン冷却装置１００の運転方法を示したフローチャートである。このエンジン冷却装置１００では、エンジンＥＣＵ１７が、ウォーターポンプ６、給排水ポンプ１３、第１バルブ１５、及び第２バルブ１６の動作を制御することにより、冷却回路内を流れる冷却水の流量を調整する。

先ず、エンジン１の始動に先立って、ラジエータ２及びヒータコア３とエンジン１との間での冷却水の循環を遮断する遮断工程を実行する（Ｓ１）。この遮断工程では、エンジンＥＣＵ１７が、第１バルブ１５及び第２バルブ１６を閉にし、ウォーターポンプ６を停止状態とする。従って、エンジン冷却装置１００は、エンジン１の側とラジエータ２及びヒータコア３の側とに分断された状態で、冷却水の循環が停止する。

次に、エンジン１の内部に存在する冷却水の少なくとも一部を貯水タンク１１に排水した状態とする排水工程を実行する（Ｓ２）。この排水工程では、エンジンＥＣＵ１７が、第１バルブ１５及び第２バルブ１６の閉状態、並びにウォーターポンプ６の停止状態を維持したまま、給排水ポンプ１３を排水方向（逆方向）に駆動させる。このとき、エンジン１の内部に滞留していた冷却水は、冷却水調整孔１ｃから給配水管１２を通って貯水タンク１１に貯留される。貯水タンク１１の内部に貯留される冷却水の量は、例えば、図示しない液面センサによって検知することができる。
なお、貯水タンク１１は蓄熱機能を有しているので、エンジン冷却水が暖かい場合は、次回のエンジン始動時までその温度が保持される。エンジン１の内部に存在する冷却水の全部を貯水タンク１１に排水するには、上記液面センサにより貯水タンク１１の内部に全量の冷却水が貯留されたことを検知し、その後、給排水ポンプ１３を停止させればよい。あるいは、貯水タンク１１の内部がバブリング状態となったことで冷却水の全部が貯水タンク１１に排水されたことを確認してから、給排水ポンプ１３を停止させてもよい。

上記排水工程において、エンジン１を始動して第１暖機運転を実行可能である。第１暖機運転の実行中は、エンジンＥＣＵ１７がエンジン１の温度を連続して又は所定の間隔でモニタリングする。エンジン１の温度は、例えば、エンジン１のシリンダブロックに取り付けた温度センサで測定する。エンジン１の温度がまだ第１所定温度に達していない場合（Ｓ３；Ｎｏ）、そのまま暖機運転を継続する。エンジン１の温度が第１所定温度に達すると（Ｓ３；Ｙｅｓ）、次の給水工程へと進行する。

次に、エンジンの温度上昇に伴い、前記貯水タンクから前記エンジンに前記冷却水を給水する給水工程を実行する（Ｓ４）。この給水工程では、エンジンＥＣＵ１７が、第１バルブ１５及び第２バルブ１６の閉状態、並びにウォーターポンプ６の停止状態を維持したまま、給排水ポンプ１３を給水方向（順方向）に駆動させる。このとき、貯水タンク１１に貯留されている冷却水が、給配水管１２を通って冷却水調整孔１ｃからエンジン１の内部に注入される。

上記給水工程において、貯水タンク１１に貯留された冷却水を、エンジン１に冷却水を給水しつつ、エンジン１を第２所定温度に達するまで暖機する第２暖機運転を実行可能である。ここで、第２所定温度は、第１所定温度よりも高い温度に設定され、エンジン１への冷却水の給水は、エンジン１の温度が先の第１所定温度を下回らないように実行される。第２暖機運転の実行中は、エンジンＥＣＵ１７は、エンジン１の暖機運転を継続しながら、給排水ポンプ１３を給水方向（順方向）に駆動し、さらにエンジン１の温度をモニタリングする。エンジン１の温度がまだ第２所定温度に達していない場合（Ｓ５；Ｎｏ）、そのまま暖機運転を継続する。エンジン１の温度が第２所定温度に達すると（Ｓ５；Ｙｅｓ）、次の遮断解除工程へと進行する。
なお、第２暖機運転において、給排水ポンプ１３によって行われる冷却水の給水は、「エンジン１の温度が第１所定温度を下回らない」という条件を満たす限り、連続的に行ってもよいし、間歇的に行ってもよい。

最後に、遮断されていたラジエータ２及びヒータコア３とエンジン１との間での冷却水の循環を可能にする遮断解除工程を実行する（Ｓ６）。この遮断解除工程では、エンジンＥＣＵ１７が、第１バルブ１５及び第２バルブ１６を開にする。この操作を行うことにより、エンジン冷却装置１００は、ラジエータ２及びヒータコア３とエンジン１との間で冷却水が流通可能な状態となる。そして、この状態で、エンジンＥＣＵ１７がウォータ−ポンプ６を駆動させると、エンジン冷却装置１００を構成する冷却回路を冷却水が循環する。

ところで、上記給水工程に先立って、貯水タンク１１に貯留されている保温された冷却水を一旦エンジン１に給水し、次いで、冷却水の少なくとも一部を貯水タンク１１に排水することで予備的にエンジン１を加温することも可能である。具体的には、エンジンＥＣＵ１７が、給排水ポンプ１３を給水方向及び排水方向に順次駆動するように制御する。これにより、貯水タンク１１に貯留されている保温された冷却水が一旦エンジン１に給水され、次いで、エンジン１の内部の冷却水の少なくとも一部が貯水タンク１１に排水される。このような工程を行うことにより、エンジン１を予備的に加温すると共に、エンジン１を熱容量の小さい状態にすることができる。従って、暖機運転に要する時間をさらに短縮することができる。

また、上記遮断解除工程後、定期的又は必要に応じて給排水ポンプ１３を給水方向に駆動させ、エンジン１に冷却水を給水してもよい。この操作は、冷却回路を流通する冷却水に気泡が混入し、エンジン１の内部に空気が滞留した場合において、内部の空気をエンジン１から追い出して貯水タンク１１に戻すのに有効である。

本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置を示す概略構成図 本発明の第２実施形態によるエンジン冷却装置を示す概略構成図 流水トラップの詳細図 本発明の第３実施形態によるエンジン冷却装置を示す概略構成図 本発明のエンジン冷却装置の運転方法を示したフローチャート

符号の説明

１ エンジン
２ ラジエータ
３ ヒータコア
４ 第１流路
５ 第２流路
１１ 貯水タンク
１３ 給排水ポンプ
１４ 第３流路
１５ 第１バルブ（遮蔽手段）
１６ 第２バルブ（遮蔽手段）
２０ 流水トラップ（遮蔽手段）
３０ リリーフバルブ
１００，２００，３００ エンジン冷却装置

Claims (9)

1. エンジンからラジエータ及びヒータコアに冷却水を流す第１流路と、
   前記ラジエータ及び前記ヒータコアから前記エンジンに前記冷却水を戻す第２流路と、
   前記エンジンに対して前記冷却水を給排水する給排水ポンプ及び貯水タンクと
   を備え、
   前記第１流路及び前記第２流路における前記冷却水の流れを遮断する遮断手段を設けたエンジン冷却装置。
2. 前記第１流路と前記貯水タンクの上部とを連結し、前記エンジンの内部の流水経路に対して上方に位置する第３流路を備えた請求項１に記載のエンジン冷却装置。
3. 前記第３流路に当該第３流路の内部圧力が所定値以上になったときに大気開放するリリーフバルブを設けた請求項２に記載のエンジン冷却装置。
4. 前記遮断手段を、前記第１流路及び前記第２流路に夫々設けたバルブで構成する請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジン冷却装置。
5. 前記遮断手段を、前記第１流路に設けた流水トラップ及び前記第２流路に設けたバルブで構成する請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジン冷却装置。
6. 前記貯水タンクが蓄熱機能を有する請求項１〜５の何れか一項に記載のエンジン冷却装置。
7. ラジエータ及びヒータコアとエンジンとの間で冷却水を循環させるとともに、前記エンジンに対して前記冷却水を給排水する給排水ポンプ及び貯水タンクを備えたエンジン冷却装置において、
   前記エンジンの始動に際して、前記ラジエータ及び前記ヒータコアと前記エンジンとの間での前記冷却水の循環を遮断する遮断工程と、
   前記エンジンの内部に存在する前記冷却水の少なくとも一部を前記貯水タンクに排水した状態とする排水工程と、
   前記エンジンの温度上昇に伴い、前記貯水タンクから前記エンジンに前記冷却水を給水する給水工程と
   を実行するエンジン冷却装置の運転方法。
8. 前記排水工程において、前記エンジンの温度が第１所定温度に達するまで暖機する第１暖機運転を実行し、
   前記給水工程において、前記エンジンに前記冷却水を給水しつつ、前記エンジンの温度が第２所定温度に達するまで暖機する第２暖機運転を実行する請求項７に記載のエンジン冷却装置の運転方法。
9. 前記貯水タンクが保温機能を有し、
   前記排水工程において、前記エンジンの内部に存在する前記冷却水の全部を前記貯水タンクに排水した状態とし、
   前記給水工程に先立って、前記貯水タンクに貯留されている保温された冷却水を一旦前記エンジンに給水し、次いで、前記エンジンに給水された前記冷却水の少なくとも一部を前記貯水タンクに排水することで予備的に前記エンジンを加温する請求項７又は８に記載のエンジン冷却装置の運転方法。

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