JP2009197664A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの早期暖機を可能とし、装置の故障検出をすることができるエンジンの冷却装置を提供することを課題とする。
【解決手段】エンジンの冷却装置１００は、ウォータポンプ２、シリンダヘッド３の内部に設けられたヘッド流路６、シリンダブロック４内部を通過してヘッド流路６へ冷却水を供給するブロック内流路７、このブロック内流路７をバイパスしてヘッド流路６へ冷却水を供給するブロックバイパス流路８、冷却水をブロック内流路７又はブロックバイパス流路８へ流通させる第１サーモスタット弁１２を備える。また、ヘッド流路６とブロック内流路７とを連通する水穴９ｂを開閉するように設置されたバイメタル弁３９、水穴９ｂを通じてヘッド流路６へ流入した冷却水温を測温する水温センサ４０、この水温センサ４０による測定データに基づき第１サーモスタット弁１２の故障判定を行うＥＣＵ４１を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの効果的な暖機と冷却とを行うことができるエンジンの冷却装置に関する。

エンジンは、暖機が完了していない状態ではフリクションが大きい等の問題があることから早期の暖機完了が求められる。特に、シリンダボアやピストン、クランクシャフト等の摺動部を有する構成要素は効率のよい運転を実現するために早期暖機完了が望まれる。通常のエンジンは筒内爆発が開始されるとシリンダブロックやシリンダヘッド等のエンジン構成要素、さらに、これらのエンジン構成要素に形成された油路中を循環するエンジンオイル、ウォータジャケット中を循環する冷却水が温められ、徐々に暖機が進行する。

また、その一方で、暖機後はエンジン各部の温度が過度に上昇することを回避すべく、エンジンには冷却装置が搭載されている。

このようなエンジンの冷却装置には種々の形式のものがあり、例えば、暖機を必要とする冷間始動時には、シリンダブロックの冷却水の循環を抑制して早期の暖機を実現し、暖機が完了するとシリンダブロックの冷却水の循環を開始するような構成としたエンジンの冷却装置が提案されている。このようなエンジンの冷却装置の一つとして、例えば特許文献１には以下のような構成が開示されている。すなわち、サーモスタットバルブによりラジエータへの冷却水循環を切り換える水冷式冷却装置において、エンジン駆動の冷却水ポンプの吸込側と吐出側とを連通するバイパス路と、このバイパス路を開閉する弁装置とを設け、前記弁装置は、前記サーモスタットバルブの作動温度よりも低温に設定した設定温度以上では前記バイパス路を閉ざし、当該設定温度未満ではバイパス路を開くような構成が開示されている。

特開２００４−３０１０３２号公報

ところで、前記特許文献１に記載されたエンジンの冷却装置のようにバイパス路を設け、その開閉を弁装置によって行うようにした場合、当該弁装置が故障してしまうとシリンダブロックに冷却水が循環せず、シリンダブロックが冷却されなくなる。この結果、ピストンの焼き付き等の問題が発生し得る。このような問題は、事前に弁装置の異常を検知することができれば回避可能である。
しかしながら、従来、このようなエンジンの冷却装置に装着される弁装置の異常検出を行うための提案はなされていなかった。

そこで、本発明は、エンジンの早期暖機が可能であるとともに、装置の故障検出をすることができるエンジンの冷却装置を提供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、ウォータポンプと、シリンダヘッドの内部に設けられたヘッド流路と、シリンダブロック内部を通過して前記ヘッド流路へ冷却水を供給するブロック内流路と、当該ブロック内流路をバイパスして前記ヘッド流路へ冷却水を供給するブロックバイパス流路と、前記ブロック内流路と前記ブロックバイパス流路との分岐点に設置され、前記ウォータポンプにより供給される冷却水を前記ブロック内流路又は前記ブロックバイパス流路へ流通させる流路切替手段と、前記ヘッド流路と前記ブロック内流路とを連通する水穴と、当該水穴を開閉するように設置された感温弁と、前記ブロック内流路から前記水穴を通じて前記ヘッド流路へ流入した冷却水の温度を測温する水温センサと、当該水温センサによる測定データに基づいて前記流路切替手段の故障判定を行う演算部と、を備えた構成とすることができる（請求項１）。このような構成とすることにより、流路切替手段の故障を検出することができる。

前記演算部が前記流路切替手段の故障と判断したときに、故障警告を発したり、エンジンの出力制限を行ったりすることにより、ピストンの焼き付き等、エンジンの深刻な損傷を回避することができる（請求項２、３）。

このようなエンジンの冷却装置における、前記感温弁は、ヘッドガスケットに装着されたバイメタル弁とすることができる（請求項４）。バイメタル弁の作動温度を、ピストンの焼き付き等のおそれがあるシリンダブロックの温度に対応した温度に設定しておくことでエンジンの重大な損傷を回避することができる。

本発明のエンジンの冷却装置によれば、ヘッド流路とブロック内流路とを連通する水穴を開閉するように感温弁を設置し、この感温弁が開弁してヘッド流路へ流入した冷却水の温度を水温センサによって測温することにより流路切替手段の故障診断を行うことができる。

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。

本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の冷却装置１００を組み込んだエンジン１の冷却水の流路を模式的に示した説明図である。エンジン１は、図示しないクランクシャフトの回転を動力源として駆動されるウォータポンプ２と、シリンダヘッド３とシリンダブロック４を備えている。シリンダヘッド３とシリンダブロック４との間にはヘッドガスケット９が装着されている。

シリンダヘッド３の内部には、冷却水が流通するヘッド流路６が設けられている。また、エンジン１には、シリンダブロック４の内部を通過して、ヘッド流路６へ冷却水を供給するブロック内流路７と、ブロック内流路７をバイパスして、ヘッド流路６へ冷却水を供給するブロックバイパス流路８が設けられている。ブロックバイパス流路８はシリンダブロック４の内部を通過せずに、ヘッド流路６へ直接冷却水を供給する。ブロック内流路７はいわゆるウォータジャケットであって、ヘッド流路６へ冷却水を流通させる流路であるだけでなく、シリンダブロック４を冷却するものである。なお、ブロック内流路７とヘッド流路６とはヘッドガスケット９に設けられた冷却水供給用の水穴９ａによって連通されている。

また、ヘッドガスケット９には、後述する本発明における流路切替手段に相当する第１サーモスタット弁１２の故障判定に用いられる水穴９ｂが設けられている。図２は、水穴９ｂが設けられた箇所を拡大して示した説明図である。ヘッドガスケット９には、水穴９ｂを開閉する感温弁、すなわち、バイメタル弁３９が装着されている。バイメタル弁３９は、熱膨張係数の異なる二種類の金属板を張り合わせて構成され、その作動温度はＴ４℃に設定されている。このＴ４℃は、シリンダブロック４の暖機完了判定温度となる第１サーモスタット弁１２の作動温度Ｔ１℃よりも高温である。シリンダヘッド３内に形成されたヘッド流路６には、バイメタル弁３９が図７に示すような開弁状態となったときにブロック内流路７から高温となった冷却水が流入する。シリンダヘッド３には、水穴９ｂを通じてヘッド流路６へ流入した冷却水の温度を測温する水温センサ４０が装着されている。この水温センサ４０は、本発明における演算部に相当するＥＣＵ（Electronic control unit）４１に電気的に接続されている。ＥＣＵ４１は、エンジンの出力制限を行う本発明における制御部の機能を果たし、さらに、警告灯４２と接続されて本発明における警告手段を構成している。

ブロック内流路７からはオイルクーラ１１が配設されたオイルクーラ流路１０が分岐している。このオイルクーラ流路１０は、後述するラジエータ１５と第２サーモスタット弁１７との間の流路である第１流路１９に合流している。

なお、本実施例におけるブロックバイパス流路８は、シリンダブロック４の内部を通過しない構成としているが、ブロックバイパス流路８の一部がシリンダブロック４の内部を通過するように構成することもできる。

以上のようなブロック内流路７とブロックバイパス流路８にはいずれもウォータポンプ２から吐出された冷却水が流入するが、その分岐点には第１サーモスタット弁１２が配設されている。この第１サーモスタット弁１２につき図３を参照しつつ詳細に説明する。第１サーモスタット弁１２は、分岐点に形成されるウォータポンプ２側の第１接続口１２ａ、ブロック内流路７側の第２接続口１２ｂ、ブロックバイパス流路８側の第３接続口１２ｃのうち、ブロック内流路７側の第２接続口１２ｂへ装着する。このとき、図３に示すようにワックスが収容された感温部がブロックバイパス流路８側に位置するように配置する。図３（ａ）は冷却水温度が第１サーモスタット弁１２の作動開始温度であるＴ１℃以下であって、第１接続口１２ａと第３接続口１２ｃとが連通している様子を示すものである。すなわち、シリンダブロック４の暖機時の様子を示している。図３（ｂ）は冷却水温度がＴ１℃に達し、第１接続口１２ａと第２接続口１２ｂとが連通している様子を示すものである。すなわち、シリンダブロック４の暖機後の様子を示している。このように、ウォータポンプ２から吐出された冷却水は、冷却水温度がＴ１℃以下のときはブロックバイパス流路８側を流通し、冷却水温度がＴ１℃に達するとブロック内流路７側へ流通し始める。なお、第１サーモスタット弁１２が図３（ｂ）に示す状態となると、ウォータポンプ２から吐出された冷却水はほぼ全量、ブロック内流路７側へ流通することとなるが、第１サーモスタット弁１２が図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示す状態へ移行する遷移時間域においては、冷却水はブロック内流路７とブロックバイパス流路８の双方に流通することがある。

エンジン１のウォータポンプ２とブロック内流路７との間には、このような第１サーモスタット弁１２と並列して配置され、ウォータポンプ２の吐出圧に応じて開弁してブロック内流路７に冷却水を流入させる第１差圧弁１４が配設されている。この第１差圧弁１４は、冷却水温度に依存せずにウォータポンプ２が吐出した冷却水をブロック内流路７へ流通させることができるものである。すなわち、第１差圧弁１４が開弁すれば、冷却水温度がＴ１℃に達していない場合であっても冷却水をブロック内流路７へ流通させることができる。このような第１差圧弁１４は、ウォータポンプ２の吐出口２ａとブロック内流路７とをつなぐ流路中に配設されており、ウォータポンプ２の吐出圧が高くなりブロック内流路７内の圧力とに一定の圧力差が生じたときに開弁するようになっている。本実施例ではエンジン１の回転数がほぼ４０００ｒｐｍに達したときの吐出圧で開弁するようにチューニングされている。

ウォータポンプ２の上流側には、リザーブタンク流路１８によって接続されたラジエータ１５とリザーブタンク１６とが配設されている。またウォータポンプ２とラジエータ１５との間には、第２サーモスタット弁１７が配設されている。ラジエータ１５と第２サーモスタット弁１７とは第１流路１９によって接続されており、第２サーモスタット弁１７とウォータポンプ２とは第２流路２０によって接続されている。また、リザーブタンク１６とウォータポンプ２とは第３流路３４によって接続されている。

ここで、第２サーモスタット弁１７につき図４を参照しつつ詳細に説明する。この第２サーモスタット弁１７は第１流路１９と後述するラジエータバイパス流路２７との合流点に配設されるものでヘッド流路６内を流通した後の冷却水をラジエータ１５へ流通させるか又はラジエータ１５をバイパスさせるかを切り替えるものである。このような第２サーモスタット弁１７は、第１流路１９側の第１接続口１７ａ、第２流路２０側の第２接続口１７ｂ、ラジエータバイパス流路２７側の第３接続口１７ｃのうち、第１流路１９側の第１接続口１７ａへ装着する。このとき、図４に示すようにワックスが収容された感温部がラジエータバイパス流路２７側に位置するように配置する。図４（ａ）は冷却水温度が第２サーモスタット弁１７の作動開始温度であるＴ２℃以下であって、第２接続口１７ｂと第３接続口１２ｃとが連通している様子を示すものである。図４（ｂ）は冷却水温度がＴ２℃に達し、第１接続口１７ａと第２接続口１７ｂとが連通している様子を示すものである。すなわち、ヘッド流路６内を流通した後の冷却水は、冷却水温度がＴ２℃以下のときはラジエータバイパス流路２７側を流通し、冷却水温度がＴ２℃に達すると第１流路１９、すなわち、ラジエータ１５へ流通し始める。なお、本実施例ではＴ１℃とＴ２℃はほぼ同等の温度に設定している。

このようにラジエータ１５又はラジエータバイパス流路２７を流通する冷却水はヘッド流路６内を流通した後の冷却水である。このヘッド流路６内を流通した後の冷却水は、ヘッド出口６ａの下流の第１分岐点２１において、第４流路２２、第５流路２３さらに第６流路２４の３つの流路に分岐する。以下、この３つの流路について説明する。

第４流路２２は第２分岐点２５においてさらにヒータ流路２８とクーラ流路２９の二つの流路に分岐している。ヒータ流路２８にはヒータ３１が配設されており、クーラ流路２９にはＥＧＲクーラ３２が配設されている。また、ヒータ流路２８にはヒータ３１の上流側にバイメタルからなるヒータバルブ３０が配設されている。このようなヒータ流路２８とクーラ流路２９は第１合流点３３で合流した後、ウォータポンプ２と第２サーモスタット弁１７とを接続する第２流路２０へ合流する。

第５流路２３にはターボチャージャ（Ｔ／Ｃ）２６が配置されており、その下流側はラジエータ１５と第２サーモスタット弁１７とを接続する第１流路１９に合流している。

また、第６流路２４は第３分岐点３５においてさらに前述した第７流路３６とラジエータバイパス流路２７とに分岐する。第７流路３６は前述のようにラジエータ１５と接続されており、第１流路１９とともに本発明におけるラジエータ流路を構成している。一方、ラジエータバイパス流路２７は前述したように第２サーモスタット弁１７の第３接続口１７ｃへ接続されている。

以上のように構成されたエンジン１の冷却装置では、第１サーモスタット弁１２が冷却水温度に応じて流路を変更するため、エンジン１は、エンジン１の冷却水温度がＴ１℃以下の冷間始動時の冷却水の流路と、エンジン１の冷却水温度がＴ１℃に達した暖機後の冷却水の流路とでは異なる流路を形成している。

そこで、まず、図５に基づいてシリンダブロック４の暖機中の冷却水の流路について説明し、その後、図６に基づいてシリンダブロック４の暖機後の冷却水の流路について説明する。シリンダブロック４の暖機中は、エンジン１の冷却水温度がＴ１℃以下で、第１サーモスタット弁１２が図３（ａ）に示す状態となる。一方、シリンダ４の暖機後は、冷却水温度がＴ１℃に達し、シリンダブロック４を積極的に冷却することが必要であり、第１サーモスタット弁１２が図３（ｂ）に示す状態となる。また、各状態の流路の説明と併せて、第１サーモスタット弁１２の故障判定についても説明する。なお、表１は、第１サーモスタット弁１２と、バイメタル弁３９の開閉状態を、シリンダブロック４の暖機状態毎にまとめた表である。

図５は暖機中のエンジン１内を流通する冷却水の流路を示した説明図である。図５では、暖機中に冷却水が流通している流路を実線で示し、冷却水が流通していない流路（冷却水が滞留する状態となる流路）を破線で示している。暖機中、冷却水温度はＴ１℃以下である。このため、第１サーモスタット１２が故障しておらず正常状態のときは、第１サーモスタット弁１２は、「閉」の状態となり、ウォータポンプ２から供給される冷却水をブロックバイパス流路８へ流通させる。第２サーモスタット弁１７の流路が切り替わる温度Ｔ２℃も第１サーモスタット弁１２の流路が切り替わる温度Ｔ１℃とほぼ同等の温度であるため、暖機中は、第２サーモスタット弁１７は、冷却水をラジエータバイパス経路２７から第２流路２０へ流通させる。

このような流路が形成された冷間始動時のエンジン１では、ウォータポンプ２から圧送される冷却水は第１サーモスタット弁１２を経由して、ブロックバイパス経路８を通じて、ヘッド流路６へ流入する。ヘッド流路６に流入した冷却水は、シリンダヘッド３を冷却する。ヘッド流路６内を流通した冷却水は、その後、ヘッド出口６ａから第１分岐点２１へ向かって流出する。第１分岐点２１に流入した冷却水は、第４流路２２と第６流路２４とに分流する。なお、冷間始動時ではサーモスタット１７の第１接続口１７ａが閉口した状態となっているために、第１流路１９には冷却水は流通していない。このため、第５流路２３の出口で冷却水は流出することができず、冷却水は第１分岐点２１から第５流路２３へはほとんど流入することがなく、滞留している。

第１分岐点２１から第４流路２２へ流入した冷却水は第２分岐点２５でヒータ流路２８とクーラ流路２９に分流する。クーラ流路２９に流入した冷却水はＥＧＲクーラ３２を冷却し、その後、第１合流点３３へ向かって流出する。一方、ヒータ流路２８への冷却水の流通状況は、ヒータ流路２８に備わるヒータバルブ３０の開閉状態によって異なる。ヒータバルブ３０は冷却水温度がＴ３℃以下では閉弁し、冷却水の流通を遮断する。このため、冷却水温度がＴ３℃を下回る場合には、ヒータ流路２８の冷却水は滞留する。暖機が進行し、冷却水温度がＴ３℃に達すると、ヒータバルブ３０が開弁して冷却水はヒータ３１へ流入するようになる。ヒータ３１は冷却水によって温められ、車内へ温風を供給することができる。こうしてヒータ流路２８を流通した冷却水は、第１合流点３３へ向かって流出し、クーラ流路２９から流出する冷却水と合流する。ヒータ流路２８及びクーラ流路２９から流出した冷却水は、第１合流点３３で合流後、第２流路２０へ向かって流れる。その後、ウォータポンプ２によって再びエンジン１内へ送り出される。

一方、第１分岐点２１から第６流路２４に流入した冷却水は第３分岐点３５から、ラジエータパイパス経路２７へ流入する。ラジエータバイパス経路２７へ流入した冷却水はサーモスタット１７を経由し、流路２０へ流出する。その後、冷却水は、ウォータポンプ２によって再びエンジン１内へ送り出される。なお、冷間始動時には、サーモスタット１７の第１接続口１７ａが閉口した状態となっているため、ラジエータ１５内の冷却水は流出することができない。このため、ラジエータ１５内及び第７流路３６内の冷却水は滞留している。

以上説明したようにエンジン１の冷間始動時には、シリンダブロック４を経由しないブロックバイパス経路８によって、シリンダヘッド３内のヘッド流路６に冷却水を供給する。これにより、シリンダヘッド３は冷却されるとともに、冷却水が滞留しているシリンダブロック４の早期暖機が行われる。また、ラジエータ１５の冷却水は滞留しているため、冷却水の昇温が妨げられることもない。さらに、冷却水温度がＴ３℃以下では、ヒータバルブ３０が閉弁しており、ヒータ流路２８への冷却水の流通は遮断されることから、ヒータ流路２８内で冷却水の熱量の損失を抑制することができる。これにより、冷却水の昇温が妨げられることがなく、エンジン１の早期暖機が可能となっている。

このような冷間始動時であっても、エンジン１が４０００ｒｐｍ以上の高回転となるときには、第１差圧弁１４が開弁し、ブロック内流路７へ冷却水が流入する。これにより、エンジン１が急激に高温となることを回避している。

以上が暖機時の冷却水の流通状態である。このように冷却水の温度がＴ１℃以下であるときは、その作動温度がＴ１℃よりも高いＴ４℃に設定されているバイメタル弁３９は「閉」状態を維持する。また、暖機中は、水温自体が第１サーモスタット弁１２を故障と判定することができる領域に達していないことから水温センサ４０により取得される測定データは故障を判断する特徴的な温度推移は示さない。すなわち、表１に示すように、仮に第１サーモスタット弁１２が「閉」状態から作動不能となる故障状態であっても、暖機中は水温自体が低いことから第１サーモスタット弁１２の故障判定を行うことはできない。

次に、エンジン１の暖機後の冷却水の流路について説明する。暖機が進行し、エンジン１内の温度が上昇すると、これに伴いエンジン１の冷却水温度も上昇する。そして冷却水温度がＴ１℃に達すると、第１サーモスタット弁１２が作動し、冷却水の流路が切り替えられる。また、温度Ｔ１℃とほぼ同等な温度Ｔ２℃で作動する第２サーモスタット弁１７も冷却水の流路を切り替える。

図６は暖機後のエンジン１内を流通する冷却水の流路を示した説明図である。図６では、冷却水が流通している流路を実線で示し、冷却水が流通していない流路（冷却水が滞留する状態となる流路）を破線で示している。エンジン１の暖機後は、冷却水温度がＴ１℃に達している。このため、第１サーモスタット１２が故障しておらず正常状態のときは、第１サーモスタット弁１２は、「開」の状態となり、ウォータポンプ２から供給される冷却水をブロック内流路７へ流通させる。第２サーモスタット弁１７の流路が切り替わる温度Ｔ２℃も第１サーモスタット弁１２の流路が切り替わる温度Ｔ１℃とほぼ同等の温度であるため、暖機後は、第２サーモスタット弁１７は、冷却水を第１流路１９から第２流路２０へ流通させる。

このような流路が形成された暖機後のエンジン１では、ウォータポンプ２から圧送される冷却水は第１サーモスタット弁１２を経由して、ブロック内流路７を通じてヘッド流路６へ流入する。この際、冷却水はシリンダブロック４を冷却する。ブロック内流路７を流通する冷却水の大部分は、水穴９ａを通じて、シリンダヘッド３内のヘッド流路６へ流入し、シリンダヘッド３を冷却する。ブロック内経路７の冷却水の一部は、流路１０へ流入する。流路１０に流入した冷却水はオイルクーラ１１を冷却し、その後、第１流路１９へ流入する。

ヘッド流路６内を流通した冷却水は、その後、ヘッド出口６ａから第１分岐点２１へ向かって流出する。冷却水は、第１分岐点２１で、第４流路２２、第５流路２３さらに第６流路２４へ分岐して流出する。このように、エンジン１の暖機後では第５流路２３に冷却水が流通する。これは、第２サーモスタット弁１７が第１接続口１７ａからの冷却水の流入を許容する状態となり、第１流路１９に冷却水が流通し、これに伴って第５流路２３の冷却水が流通するためである。このとき、第２サーモスタット弁１７は第３接続口１７ｃを閉塞するため、バイパス通路２７内の冷却水は滞留している。

第１分岐点２１から分流し、第４流路２２へ流入した冷却水の流れは冷間始動時とほぼ同一であるため、ここではその詳細な説明は省略する。ただし、暖機後の冷却水温度では、ヒータバルブ３０は常に開弁しているので、ヒータ流路２８には冷却水が流通する状態となり、車内へ温風を供給することができる。

一方、第１分岐点２１から第５流路２３へ流入した冷却水はターボチャージャ２６の周辺に流入し、ターボチャージャ２６を冷却した後、第１流路１９へ合流し、再び、エンジン１内を循環する。

また、第１分岐点２１から第６流路２４へ流入した冷却水はラジエータ１５内へ流入する。ラジエータ内１５に流入した冷却水は冷却され、第１流路１９を通じて、第２サーモスタット弁１７へ流入する。その後、第２流路２０を通じて、ウォータポンプ２へ供給され、再びエンジン１内へ送り出される。また、ラジエータ１５内の冷却水の一部は、リザーブタンク１６へ供給され、リザーブタンク１６内に貯留される。リザーブタンク１６内の冷却水は、必要に応じ、ウォータポンプ２へ第３流路３４を通じてウォータポンプ２へ供給される。

このようにして、暖機後のエンジン１では、シリンダブロック４を経由してシリンダヘッド３に冷却水を供給する冷却水の流路が形成されている。このため、積極的な冷却を必要とするシリンダブロック４をはじめ、その他冷却を必要とする各部に冷却水を供給し、当該箇所を冷却することができる。また、エンジン１の各部を循環し、昇温した冷却水は、ラジエータ１５を通じて冷却されるので、冷却水温度の過上昇を抑制することができる。

ところが、第１サーモスタット弁１２が故障しており、「閉」状態から作動不能となっている場合、ブロック内流路７内の冷却水は滞留したままで循環せず、シリンダブロック４の温度は過上昇すると考えられる。シリンダブロック４の温度が上昇すると、これに伴ってブロック内流路７に滞留する冷却水の温度も上昇する。その結果、冷却水の温度がＴ４℃に到達すると、図７に示すようにバイメタル弁３９は「開」状態となる。バイメタル弁３９が「開」状態となると、ブロック内流路７に滞留して高温となった冷却水が故障判定用の水穴９ｂを通じてヘッド流路６へ流入する。水温センサ４０は、流入した冷却水の温度を測定し、測定されたデータはＥＣＵ４１に送られる。ＥＣＵ４１ではデータの変化を分析し、その分析結果に基づいて第１サーモスタット弁１２の故障判定を行う。ＥＣＵ４１は、その温度変化から第１サーモスタット弁１２が故障していると判断したときは、故障警告として警告灯４２を点灯させる。さらに、エンジンの出力制限制御を行う。これにより、エンジンの焼き付き等を抑制することができる。

このように、本実施例のエンジン１は、冷間始動時の冷却水の流路と暖機後の冷却水の流路との二系統の流路を有している。この二系統の流路は第１サーモスタット弁１２と第２サーモスタット弁１７を利用して、エンジン１の暖機状態に応じて、切り替えている。すなわち、冷間始動時にシリンダブロック４の暖機を目的とする場合には、シリンダブロック４を冷却することなく、シリンダヘッド３へ冷却水を供給することができる。また、ラジエータ１５を循環する冷却水は滞留するため、暖機の妨げとなることがなく、エンジン１内を迅速に昇温させることができる。このように、エンジン１の暖機を効率化して早期暖機化を図っている。一方、暖機後のエンジン１は、シリンダブロック４を経由してシリンダヘッド３へ冷却水を供給し、シリンダヘッド３とともにシリンダブロック４も積極的に冷却することができる。第１サーモスタット弁１２が故障し、「閉」状態から作動不能となっている場合には、故障警告が発せられ、エンジンの出力も制限される。これにより、エンジンの焼き付き等を抑制することができる。

なお、本実施例は流路切替手段として図３に示すような第１サーモスタット弁１２を採用し、その故障診断を行う構成となっているが、他のどのような流路切替手段を採用した場合にもその故障診断を行うことができる。他の流路切替手段としては、例えば、図８に示すようなサーモスタット弁１２１を採用することができる。このサーモスタット弁１２１は、第１のシート部１０１ａが形成された外枠１０１を備えている。この外枠１０１には、第１枠体１０２、第２枠体１０３が一体に設けられており、さらに、第１枠体１０２に支持されるように第１スピンドル１０４が一体に設けられている。この第１スピンドル１０４は、図８に示すように二本備えられている。サーモスタット弁１２１は、この第１スピンドル１０４が挿脱し、内部にワックスが収容された第１ワックス収容部１０５を備えている。さらに、サーモスタット弁１２１は、この第１ワックス収容部１０５と一体となる第１弁体１０６を備えている。この第１弁体１０６は、第１のシート部１０１ａに着座することによって閉弁状態となる。このような第１弁体１０６には、第２のシート部１０６ａが形成されている。第１弁体１０６と第２枠体１０３との間には第１弁体１０６の復帰手段となるスプリング１０７が挟持されている。第１弁体１０６には、さらに、第３枠体１０８、第４枠体１０９が一体に設けられている。さらに、第３枠体１０８に支持されるように第２スピンドル１１０が一体に設けられている。サーモスタット弁１２１は、この第２スピンドル１１０が挿脱し、内部にワックスが収容された第２ワックス収容部１１１を備えている。さらに、サーモスタット弁１２１は、この第２ワックス収容部１１１と一体となる第２弁体１１２を備えている。この第２弁体１１２は、第２のシート部１０６ａに着座することによって閉弁状態となる。第２弁体１１２と第４枠体１０９との間には第２弁体１１２の復帰手段となるスプリング１１３が挟持されている。

第２ワックス収容部１１１の先端にはブロックバイパス流路８への入口を閉塞するバイパス弁１１４が装着されており、第２ワックス収容部１１１とバイパス弁１１４との間にはスプリング１１５が介装されている。

第１ワックス収容部１０５内に収容された熱により膨張すると第１スピンドル１０４が第１ワックス収容部１０５から押し出される。これにより第１ワックス収容部１０５と一体となった第１弁体１０６が相対的に上昇し、第１弁体１０６は開弁状態となる。第１ワックス収容部１０４内のワックスが冷却されて収縮すると、第１弁体１０６は、スプリング１０７の付勢力によって元の位置に戻され、第１のシート部１０１ａに着座することによって閉弁状態となる。

第２ワックス収容部１１１内に収容された熱により膨張すると第２スピンドル１１０が第２ワックス収容部１１１から押し出される。これにより第２ワックス収容部１１１と一体となった第２弁体１１２が相対的に上昇することによって、第２弁体１１２は開弁状態となる。第２ワックス収容部１１１内のワックスが冷却されて収縮すると、第２弁体１１２は、スプリング１１３の付勢力によって元の位置に戻され、第２のシート部１０６ａに着座することによって閉弁状態となる。なお、第１ワックス収容１０５内に収容されているワックスと第２ワックス収容部１１１に収容されているワックスとは同種のものであり、第１弁体１０６と第２弁体１１２の作動温度はいずれもＴ１℃である。

以上のような構成を有するサーモスタット弁１２１を、第１サーモスタット弁１２に代えてブロック内流路７とブロックバイパス流路８との分岐点に配置することができる。このようなサーモスタット弁１２１は、シリンダブロック４の内外の水温変化に基づいて冷却水の流路を切り替えることができる。しかしながら、このようなサーモスタット弁１２１であっても、故障によりブロック内流路７へ適切に冷却水を循環させることができない場合がある。このような状態となったときは、バイメタル弁３９が作動し、水温センサ４０による測定データを分析することにより、ＥＣＵ４１は故障判定をすることができる。故障と判断されたときは、前記と同様に焼き付き等を抑制する措置を採ることができる。

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。

本発明の冷却装置を組み込んだエンジンの冷却水の流路を模式的に示した説明図である。 故障判定に用いる水穴が設けられた箇所を拡大し、バイメタル弁が閉弁した状態示した説明図である。 第１サーモスタット弁を示した説明図で、（ａ）は閉弁した様子を示す図、（ｂ）は開弁した様子を示す図である。 第２サーモスタット弁を示した説明図で、（ａ）は閉弁した様子を示す図、（ｂ）は開弁した様子を示す図である。 エンジンの暖機中の冷却水の流路を示した説明図である。 エンジンの暖機後の冷却水の流路を示した説明図である。 故障判定に用いる水穴が設けられた箇所を拡大し、バイメタル弁が開弁した状態示した説明図である。 他のサーモスタット弁の概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ウォータポンプ
３ シリンダヘッド
４ シリンダブロック
６ ヘッド流路
７ ブロック内流路
８ ブロックバイパス流路
９ ヘッドガスケット
９ａ、９ｂ 水穴
１２ 第１サーモスタット弁
１４ 第１差圧弁
１５ ラジエータ
１７ 第２サーモスタット弁
１９ 第１流路
２０ 第２流路
２１ 第１分岐点
２２ 第４流路
２３ 第５流路
２４ 第６流路
２５ 第２分岐点
２７ ラジエータバイパス流路
２８ ヒータ流路
２９ クーラ流路
３０ ヒータバルブ
３３ 第１合流点
３４ 第３流路
３５ 第３分岐点
３６ 第７流路
３９ バイメタル弁
４０ 水温センサ
４１ ＥＣＵ
４２ 警告灯
１００ 冷却装置

Claims (4)

1. ウォータポンプと、
   シリンダヘッドの内部に設けられたヘッド流路と、
   シリンダブロック内部を通過して前記ヘッド流路へ冷却水を供給するブロック内流路と、
   当該ブロック内流路をバイパスして前記ヘッド流路へ冷却水を供給するブロックバイパス流路と、
   前記ブロック内流路と前記ブロックバイパス流路との分岐点に設置され、前記ウォータポンプにより供給される冷却水を前記ブロック内流路又は前記ブロックバイパス流路へ流通させる流路切替手段と、
   前記ヘッド流路と前記ブロック内流路とを連通する水穴と、
   当該水穴を開閉するように設置された感温弁と、
   前記ブロック内流路から前記水穴を通じて前記ヘッド流路へ流入した冷却水の温度を測温する水温センサと、
   当該水温センサによる測定データに基づいて前記流路切替手段の故障判定を行う演算部と、
   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、
   前記演算部が前記流路切替手段の故障と判断したときに、故障警告を発する警告手段を備えた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、
   前記演算部が前記流路切替手段の故障と判断したときに、エンジンの出力制限を行う制御部を備えた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、
   前記感温弁は、ヘッドガスケットに装着されたバイメタル弁であることを特徴としたエンジンの冷却装置。

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