JP2011241773A - Engine cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却装置に関する。 The present invention relates to an engine cooling device that circulates cooling water to cool an engine.
周知のように、車載等の水冷式エンジンでは、エンジン内の冷却水を、ラジエーター等を通じて循環させることで、冷却や暖機を行うようにしている。そして従来、例えば特許文献１に見られるように、冷間始動時にエンジン内の冷却水の流通を停止することで、冷却水の加熱時間を短縮し、暖機を促進する技術が提案されている。 As is well known, in a water-cooled engine such as a vehicle, cooling or warm-up is performed by circulating cooling water in the engine through a radiator or the like. Conventionally, as seen in, for example, Patent Document 1, a technique for shortening the heating time of the cooling water and promoting warm-up by stopping the circulation of the cooling water in the engine at the time of cold start has been proposed. .
図１４は、特許文献１に記載されたエンジン冷却装置での冷却水の循環経路の構成を示している。同図に示すように、この循環経路は、ウォーターポンプ５０の下流において、エンジン５１内を通るエンジン水路５２と、エンジン５１を迂回するバイパス水路５３とに分岐されている。
FIG. 14 shows a configuration of a cooling water circulation path in the engine cooling device described in Patent Document 1. As shown in the figure, this circulation path is branched downstream of the
エンジン水路５２は、エンジン５１内のウォータージャケットを通過した後、三方弁５４の第１入口５４ａに接続されている。またバイパス水路５３は、三方弁５４の第２入口５４ｂに接続されている。三方弁５４は、出口５４ｃに接続される入口を、第１入口５４ａと第２入口５４ｂの間で選択的に切り替える切替弁として構成されており、その出口５４ｃは、車室内の暖房用のヒーターコア５５に接続されている。
The
冷却水の循環経路は、ヒーターコア５５を通過後、排気から熱を回収する排気熱回収器５６を通った後、サーモスタット５７に接続されている。サーモスタット５７は、流入する冷却水の温度に感応して作動し、冷却水温度が一定値を超えると、エンジン５１からラジエーター５８を通ってウォーターポンプ５０に至る冷却水の循環経路を開通させる。
The cooling water circulation path is connected to a
こうした冷却装置では、冷間時には、三方弁５４の第２入口５４ｂと出口５４ｃとを接続し、エンジン５１を迂回して冷却水を循環させることで、エンジン５１内に冷却水を留めてその暖機を促進する。
In such a cooling device, when cold, the
エンジン５１が半暖機となると、三方弁５４の第１入口５４ａと出口５４ｃとを接続することで、エンジン５１内を通って冷却水を循環させるようにしている。そしてエンジン５１の完全暖機後は、サーモスタット５７が開き、ラジエーター５８を通って冷却水が循環されるようになる。
When the
こうした従来のエンジン冷却装置では、冷間時におけるエンジン５１内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジン５１を通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーター５８を通っての冷却水の循環とを切り替えることができるようになっている。しかしながら、その切り替えの実現には、三方弁５４とサーモスタット５７との２つの制御弁が必要となり、構成が複雑となってしまう。
In such a conventional engine cooling device, the circulation of the cooling water in the
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、冷間時におけるエンジン内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジンを通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーターを通っての冷却水の循環との切り替えを、より簡易な構成で実現することのできるエンジン冷却装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the problem to be solved is to stop the flow of the cooling water in the engine during the cold state and the cooling water through the engine during the semi-warm-up state. An object of the present invention is to provide an engine cooling device capable of switching between circulation and circulation of cooling water through a radiator after complete warm-up with a simpler configuration.
上記課題を解決するため、エンジン冷却装置としての請求項１に記載の発明は、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる第１の弁位置と、前記熱交換器に加え、前記エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置と、前記熱交換器及び前記エンジンに加え、ラジエーターを通って冷却水を循環させる第３の弁位置と、の３通りに弁位置を切り替え可能な弁であって、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じて前記サーモスタット部を強制的に作動させるヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁を備えるようにしている。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 as an engine cooling device includes a first valve position for circulating cooling water through a heat exchanger that needs to be operated before the engine is warmed up, and A second valve position for circulating cooling water through the engine in addition to the heat exchanger; and a third valve position for circulating cooling water through the radiator in addition to the heat exchanger and the engine. The valve is switchable in three ways and has a thermostat that changes the valve position by operating according to the temperature of the cooling water passing through the valve, and forcibly operates the thermostat through heating The heater is equipped with a built-in thermostat type switching valve.
上記構成では、単一の切替弁のみで、冷間時、半暖機時、完全暖機後の冷却水の循環経路の切り替えを行うことができるようになる。したがって上記構成によれば、冷間時におけるエンジン内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジンを通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーターを通っての冷却水の循環との切り替えを、より簡易な構成で実現することができるようになる。 In the above configuration, the cooling water circulation path can be switched after cold, semi-warm, and completely warm-up with only a single switching valve. Therefore, according to the above configuration, the cooling water flow in the engine is stopped during cold, the cooling water is circulated through the engine during semi-warm-up, and the cooling water through the radiator after complete warm-up. Switching to circulation can be realized with a simpler configuration.
ちなみに、こうした本発明のエンジン冷却装置の切替弁は、請求項２によるように、前記切替弁には、前記熱交換器を通った冷却水が流入する第１入口、前記エンジンを通った冷却水が流入する第２入口、前記ラジエーターを通った冷却水が流入する第３入口、及びウォーターポンプに冷却水を流出させる出口を設けるとともに、前記第１の弁位置では、前記第１入口のみが前記出口に連通し、前記第２の弁位置では、前記第１入口及び前記第２入口が前記出口に連通し、前記第３の弁位置では、前記第１乃至第３入口が前記出口に連通するように前記切替弁を構成することでその実現が可能である。 By the way, the switching valve of the engine cooling device of the present invention has a first inlet into which cooling water that has passed through the heat exchanger flows, and cooling water that has passed through the engine. Is provided with a second inlet through which the coolant flows through the radiator, a third inlet through which the coolant flows through the radiator, and an outlet through which water flows out to the water pump, and at the first valve position, only the first inlet is The first inlet and the second inlet communicate with the outlet at the second valve position, and the first to third inlets communicate with the outlet at the third valve position. In this way, it is possible to realize this by configuring the switching valve.
また請求項３によるように、前記切替弁には、ウォーターポンプから直接冷却水が流入する第１入口、前記ウォーターポンプから前記エンジンを通って冷却水が流入する第２入口、前記ウォーターポンプから前記エンジン及び前記ラジエーターを通って冷却水が流入する第３入口、及び前記熱交換器を通って前記ウォーターポンプへと戻る熱交換器水路へと冷却水を吐出する出口が設けられ、前記第１の弁位置では、前記第１入口のみが前記出口に連通し、前記第２の弁位置では、前記第１入口及び前記第２入口が前記出口に連通し、前記第３の弁位置では、前記第１乃至第３入口が前記出口に連通するように前記切替弁が構成することでもその実現が可能である。
According to
一方、請求項４によるように、こうした切替弁を、エンジンの冷却水入口に設置した場合には、切替弁に流入する冷却水の温度の急変が抑えられるようになり、弁位置の変化を緩やかとして、冷却水循環経路の切り替えを滑らかに行うことができるようになる。 On the other hand, as described in claim 4, when such a switching valve is installed at the cooling water inlet of the engine, a sudden change in the temperature of the cooling water flowing into the switching valve can be suppressed, and the change in the valve position is moderated. As a result, the switching of the cooling water circulation path can be performed smoothly.
ところで、上記のような切替弁がエンジンの冷却水出口から離れた位置に設置されていると、切替弁にエンジンの熱が伝わり難く、切替弁の作動に遅延が生じることがある。そのため、請求項５に記載のように、切替弁を、エンジンの冷却水出口に設置するようにすれば、切替弁にエンジンの熱が伝わり易くすることができる。また請求項６によるように、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部へと伝達する熱伝達手段を備えるようにした場合にも、切替弁にエンジンの熱が伝わり易くすることができる。こうした熱伝達手段は、切替弁の２つの入口を跨いで設置されたフィンや、両入口を連通する小径の連通孔などによりその具現が可能である。
By the way, if the switching valve as described above is installed at a position away from the coolant outlet of the engine, the heat of the engine is difficult to be transmitted to the switching valve, and the operation of the switching valve may be delayed. Therefore, if the switching valve is installed at the cooling water outlet of the engine as described in
上記のようなエンジンの冷却装置では、制御弁が故障して、低温であるにも拘わらず、ラジエーターを通って冷却水が循環されると、過冷却となってエンジンのエミッションが悪化することがある。こうした故障は、請求項７によるような、サーモスタット部に収容されたワックスの推定温度が高いにも拘わらず、エンジン内の冷却水温が高いときに切替弁に故障有りと判定する故障判定手段や、請求項８によるような、エンジン内の冷却水温の推定値とその実値との乖離が大きいときに切替弁に故障有りと判定する故障判定手段を備えることでその検出が可能となる。 In the engine cooling apparatus as described above, even if the control valve breaks down and the temperature is low, the cooling water is circulated through the radiator, resulting in overcooling and deterioration of the engine emission. is there. Such a failure is a failure determination means for determining that there is a failure in the switching valve when the temperature of the cooling water in the engine is high despite the high estimated temperature of the wax contained in the thermostat as in claim 7. According to claim 8, when the deviation between the estimated value of the cooling water temperature in the engine and the actual value thereof is large, the switching valve is provided with a failure determination means for determining that there is a failure, and this can be detected.
（第１の実施形態）
以下、本発明のエンジン冷却装置を具体化した第１の実施の形態を、図１〜図９を参照して詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the engine cooling device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図１は、本実施の形態のエンジン冷却装置の全体構成を示している。同図に示すように、このエンジン冷却装置は大きくは、次の３つの冷却水路を備えている。まず第１は、同図１に実線矢印で示すような、電動ウォーターポンプ１からスロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４、ヒーターコア５を通り、切替弁６を経て電動ウォーターポンプ１へと戻る熱交換器水路である。第２は、同図１に点線矢印で示すような、電動ウォーターポンプ１からエンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通り、切替弁６を経て電動ウォーターポンプ１へと戻るエンジン水路である。そして第３は、同図１に破線矢印で示すような、電動ウォーターポンプ１からエンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８、ラジエーター９を通り、切替弁６を経て電動ウォーターポンプ１へと戻るラジエーター水路である。なお、本実施の形態では、熱交換器水路に設けられたスロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４及びヒーターコア５が、「エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器」に相当する構成となっている。
FIG. 1 shows the overall configuration of the engine cooling device of the present embodiment. As shown in the figure, the engine cooling apparatus is roughly provided with the following three cooling water channels. First, as shown by a solid line arrow in FIG. 1, the electric water pump 1 passes from the electric water pump 1 through the
またこのエンジン冷却装置には、シリンダーヘッド８内の冷却水の温度（エンジン水温ｔｈｗ１）を検出する第１の水温センサー１０と、排気熱回収器４から出た冷却水の温度を検出する第２の水温センサー１１とが設けられてもいる。
The engine cooling device also includes a first
こうしたエンジン冷却装置での冷却水路の切り替えは、切替弁６により行われる。この切替弁６は、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じてそのサーモスタット部を強制的に作動させるヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁となっている。
Switching of the cooling water channel in such an engine cooling device is performed by the switching
図２は、こうした切替弁６の断面構造を示している。同図に示すように、切替弁６の弁体１２は、スプリング１３にて図中上方に付勢された状態で図中上下方向に移動可能に配設されている。弁体１２の下端には、ワックスが封入されたサーモスタット部１４が設けられ、そのサーモスタット部１４には、電子ヒーター１５が配設されている。なお、サーモスタット部１４は、温度に応じた固体、液体間の相変化に伴うワックスの容積変化により、弁体１２の弁位置（リフト量）を変化させるものとなっている。またこのサーモスタット部１４の周囲には、切替弁６を通過する冷却水が流れるようになっている。そのため、サーモスタット部１４は、切替弁６を通過する冷却水の温度に感応して作動するようになっている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of such a
一方、切替弁６には、上記ヒーターコア５からの冷却水が流入する第１入口１６、エンジンのシリンダーヘッド８を出た冷却水が流入する第２入口１７、及びラジエーター９を出た冷却水が流入する第３入口１８が設けられている。また切替弁６には、電動ウォーターポンプ１へと冷却水を吐出する出口１９が設けられてもいる。そして弁体１２の位置（弁位置）により、出口１９に連通される入口（１６〜１８）が切り替えられるようになっている。
On the other hand, the switching
一方、こうした切替弁６に設置された電子ヒーター１５は、電子制御ユニット２０により制御されている。電子制御ユニット２０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。ここでＣＰＵは、電子ヒーター１５等の制御に係る各種演算処理を実施し、ＲＯＭは、制御用のプログラムやデータを記憶する。またＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶し、Ｉ／Ｏは、外部との信号の授受のためのインターフェイスとして機能する。なお、上記２つの水温センサー１０，１１の検出信号は、こうした電子制御ユニット２０の入力ポートに入力されている。ちなみに、本実施の形態では、電子制御ユニット２０は、実際のワックス温度（実ワックス温度）が目標ワックス温度となるように、電子ヒーター１５をフィードバック制御するようにしている。
On the other hand, the
図３は、こうした切替弁６の弁体１２のリフト量とワックス温度との関係を示している。なおリフト量とは、図２の図中上方への弁体１２の変位の量を示している。同図に示すように、切替弁６は、ワックス温度が所定の開弁温度よりも低いときには、全閉状態となり、ワックス温度が開弁温度を超えると、半開状態となるようになる。そしてワックス温度が更に上昇して所定の全開温度を超えると、切替弁６は全開状態となるようになっている。
FIG. 3 shows the relationship between the lift amount of the
図４は、全閉状態における切替弁６の状態を示している。同図に示すように、このときの切替弁６では、第１入口１６と出口１９とは連通するが、第２入口１７及び第３入口１８と出口１９との連通は、弁体１２により遮断されるようになっている。したがって、このときのエンジン冷却装置では、図５に示すように、スロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４、ヒーターコア５を通る熱交換器水路のみを通って冷却水が循環されるようになる。ちなみに、この全閉状態における切替弁６の弁位置が、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる上記第１の弁位置に対応する弁位置となっている。
FIG. 4 shows the state of the switching
一方、図６は、半開状態における切替弁６の状態を示している。同図に示すように、このときの切替弁６では、第１入口１６に加え、第２入口１７も出口１９に連通されるようになる。一方、このときの第３入口１８と出口１９との連通は、未だ弁体１２により遮断されたままとなる。したがって、このときのエンジン冷却装置では、図７に示すように、スロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４、ヒーターコア５を通る熱交換器水路と、エンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通るエンジン水路を通って冷却水が循環されるようになる。ちなみに、この半開状態における切替弁６の弁位置が、熱交換器に加え、エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置に対応する弁位置となっている。
On the other hand, FIG. 6 shows the state of the switching
更に、図８は、全開状態における切替弁６の状態を示している。同図に示すように、このときの切替弁６では、第１入口１６及び第２入口１７に加え、更に第３入口１８も出口１９に連通されるようになる。したがって、このときのエンジン冷却装置では、ヒーターコア５等を通る熱交換器水路、シリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通るエンジン水路、ラジエーター９を通るラジエーター水路のすべての冷却水回路を通って冷却水が循環されるようになる。ちなみに、この全開状態における切替弁６の弁位置が、熱交換器及びエンジンに加え、ラジエーターを通って冷却水を循環させる第３の弁位置に対応する弁位置となっている。
Further, FIG. 8 shows the state of the switching
図９は、こうした本実施の形態のエンジン冷却装置の制御態様の一例を示している。なお同図には、時刻ｔ０においてエンジンが始動されて以降の冷却水温度、ワックス温度、電子ヒーター１５の通電状態及び切替弁６のリフト量の推移が示されている。
FIG. 9 shows an example of the control mode of the engine cooling apparatus of the present embodiment. In the figure, changes in the coolant temperature, the wax temperature, the energized state of the
同図に示すように、エンジンが始動された時刻ｔ０からエンジン水温ｔｈｗ１が上記切替弁６の開弁温度に達する時刻ｔ１迄の期間には、すなわちエンジンが冷間状態にある期間には、切替弁６の予熱制御が実施される。予熱制御は、開弁要求後の速やかな切替弁６の開弁を可能とするため、ワックス温度を開弁温度直前の温度に予熱しておく制御となっている。この予熱制御時には、目標ワックス温度が開弁温度よりも若干低い温度に設定され、それに応じて電子ヒーター１５の通電が行われる。なおこの期間には、第１入口１６のみが出口１９に連通し、ヒーターコア５等の配設された熱交換器水路のみを通って冷却水が循環される。ちなみにこのときのエンジンでは、冷却水の循環が停止されるため、エンジン内冷却水の加熱時間が短縮されて、エンジンの暖機が促進されるようになる。
As shown in the figure, switching is performed during a period from time t0 when the engine is started to time t1 when the engine water temperature thw1 reaches the valve opening temperature of the switching
時刻ｔ１においてエンジン水温ｔｈｗ１が開弁温度に達し、エンジンが半暖機状態となると、切替弁６のリフト量制御が実施される。このリフト量制御は、切替弁６を半開状態に維持する制御となっており、開弁温度よりも高く、全開温度未満の温度に目標ワックス温度を設定することで行われる。なお、この期間には、第１入口１６及び第２入口１７が出口１９に連通し、ヒーターコア５等の設けられた熱交換器水路、及びシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通るエンジン水路を通って冷却水が循環されるようになる。ちなみにこのときには、エンジン内で温まった冷却水がヒーターコア５等に供給されるようになる。またエンジン内の冷却水の循環が開始されるため、シリンダーヘッド８等における局所的な過昇温による冷却水の沸騰が防止されるようになる。
When the engine water temperature thw1 reaches the valve opening temperature at time t1 and the engine is in a semi-warm-up state, the lift amount control of the switching
時刻ｔ２においてエンジン水温ｔｈｗ１が全開温度に達し、エンジンが完全暖機状態となると、切替弁６の保護制御が実施される。この保護制御は、切替弁６が過昇温されないように電子ヒーター１５の通電を抑制することで行われる。この期間には、第１入口１６、第２入口１７及び第３入口１８が出口１９に連通し、ヒーターコア５等の設けられた熱交換器水路、及びシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通るエンジン水路、ラジエーター９を通るラジエーター水路を通って冷却水が循環されるようになる。このときのエンジン冷却装置では、エンジンの熱を奪って昇温した冷却水がラジエーター９で冷却されるようになり、これによるエンジンの冷却が行われるようになる。
When the engine water temperature thw1 reaches the fully open temperature at time t2 and the engine is completely warmed up, protection control of the switching
以上説明した本実施の形態のエンジン冷却装置によれば、以下の効果を奏することができるようになる。
（１）本実施の形態のエンジン冷却装置は、次のような切替弁６を備えている。すなわち、切替弁６は、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる第１の弁位置と、そうした熱交換器に加え、エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置と、それらに加えてラジエーター９を通って冷却水を循環させる第３の弁位置と、の３通りに弁位置を切り替え可能な弁となっている。また切替弁６は、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部１４を有するともに、加熱を通じてサーモスタット部を強制的に作動させる電子ヒーター１５を内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の弁となっている。こうした切替弁６を備える本実施の形態のエンジン冷却装置では、冷間時におけるヒーターコア５等への冷却水の循環を維持してのエンジンの水停止、半暖機時のエンジン内冷却水のヒーターコア５等への供給、完全暖機後のラジエーター９によるエンジン冷却水の冷却の切り替えにか係る冷却水の循環経路の切り替えを、単一の切替弁のみで行うことができるようになる。したがって本実施の形態によれば、冷間時におけるエンジン内の冷却水の流通停止と、半暖機時のエンジンを通っての冷却水の循環と、完全暖機後のラジエーターを通っての冷却水の循環との切り替えを、より簡易な構成で実現することができるようになる。
According to the engine cooling apparatus of the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The engine cooling device of the present embodiment includes the following
（２）本実施の形態では、シリンダーヘッド８を出た冷却水が直ぐにエンジン内に戻るようにエンジン水路が構成されている。そのため、エンジン水温ｔｈｗ１の高温維持や急変抑制を行うことができるようになる。 (2) In the present embodiment, the engine water channel is configured so that the cooling water that has exited the cylinder head 8 immediately returns into the engine. Therefore, the engine water temperature thw1 can be maintained at a high temperature and sudden change can be suppressed.
（３）本実施の形態では、切替弁６が、エンジンの冷却水入口に設置されている。そのため、本実施の形態では、切替弁６に流入する冷却水の温度の急変が抑えられるようになり、弁位置の変化を緩やかとして、冷却水循環経路の切り替えを滑らかに行うことができるようになる。
(3) In the present embodiment, the switching
（第２の実施の形態）
次に、本発明のエンジン冷却装置を具体化した第２の実施の形態を、図１０〜図１２を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施の形態にあって、上記実施の形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment that embodies the engine cooling device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the present embodiment, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第１の実施の形態では、切替弁６がエンジンの冷却水入口に設置されており、エンジンの熱が切替弁６のサーモスタット部１４に伝わり難くなっている。そのため、電子ヒーター１５の発熱のみでサーモスタット部１４のワックスを溶解しなければならず、ヒーター入力電力が大きくなってしまう。また断線等、電子ヒーター１５が故障した場合には、切替弁６を開くことができず、エンジンの水停止がいつまでも継続されてしまうようにもなる。
In the first embodiment, the switching
そこで本実施の形態では、切替弁６をエンジンの冷却水出口に設置することで、水停止中もエンジンの熱をサーモスタット部１４に伝わり易くするようにしている。また本実施の形態では、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部１４へと伝達する熱伝達手段を備えることでも、エンジンの熱をサーモスタット部１４に伝わり易くするようにしている。
Therefore, in the present embodiment, the switching
図１０は、本実施の形態のエンジン冷却装置の全体構成を示している。同図に示すように、本実施の形態のエンジン冷却装置は、その電動ウォーターポンプ１から切替弁６に至る水路として、次の３つの冷却水路を備えている。
FIG. 10 shows the overall configuration of the engine cooling device of the present embodiment. As shown in the figure, the engine cooling device of the present embodiment includes the following three cooling water channels as water channels from the electric water pump 1 to the switching
まず第１は、電動ウォーターポンプ１からエンジンを迂回して切替弁６に直接至るバイパス水路であり、第２は、電動ウォーターポンプ１からエンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通って切替弁６に至るエンジン水路である。また第３は、電動ウォーターポンプ１からエンジンのシリンダーブロック７及びシリンダーヘッド８を通った後、更にラジエーター９を通って切替弁６に至るラジエーター水路である。
The first is a bypass water channel that bypasses the engine from the electric water pump 1 and reaches the switching
一方、切替弁６の下流側は、ヒーターコア５、排気熱回収器４、ＥＧＲバルブ３及びスロットルバルブ２を通って電動ウォーターポンプ１に戻るように形成された熱交換器水路に接続されている。なお、本実施の形態のエンジン冷却装置にも、シリンダーヘッド８内の冷却水の温度を検出する第１の水温センサー１０と、排気熱回収器４から出た冷却水の温度を検出する第２の水温センサー１１とが設けられている。
On the other hand, the downstream side of the switching
こうした本実施の形態のエンジン冷却装置にあって、切替弁６は、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じてそのサーモスタット部を強制的に作動させるヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁として構成されている。そして切替弁６は、バイパス水路、エンジン水路及びラジエーター水路と、熱交換器水路との接続関係を切り替えることで、エンジン冷却装置の冷却水の流れを変化させている。
In such an engine cooling device of the present embodiment, the switching
具体的には、切替弁６は、エンジンの冷間時には、バイパス水路のみを熱交換器水路に接続するようにしている。ちなみに、このときの切替弁６の弁位置が、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器を通って冷却水を循環させる上記第１の弁位置に対応する弁位置となっている。
Specifically, the switching
一方、エンジンの半暖機時には、切替弁６は、バイパス水路に加え、エンジン水路を熱交換器水路に接続するようにしている。ちなみに、このときの切替弁６の弁位置が、熱交換器に加え、エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置に対応する弁位置となっている。
On the other hand, when the engine is warmed up, the switching
更に、エンジンの完全暖機後は、切替弁６は、バイパス水路及びエンジン水路に加え、ラジエーター水路も熱交換器水路に接続するようにしている。ちなみに、このときの切替弁６の弁位置が、熱交換器及びエンジンに加え、ラジエーターを通って冷却水を循環させる第３の弁位置に対応する弁位置となっている。
Further, after the engine is completely warmed up, the switching
図１１は、こうした切替弁６の断面構造を示している。同図に示すように、本実施の形態の切替弁６も、第１の実施の形態のものと同様に、弁体１２、その弁体１２を付勢するスプリング１３、ワックスが封入されたサーモスタット部１４、そのサーモスタット部１４を加熱する電子ヒーター１５を備えている。一方、本実施の形態の切替弁６には、バイパス水路に接続されて、電動ウォーターポンプ１から冷却水が直接流入する第１入口１６、エンジン水路に接続されて、エンジンを通った冷却水が流入する第２入口１７、及びエンジンを通過後、ラジエーター９を通った冷却水が流入する第３入口１８が設けられている。また切替弁６には、熱交換器水路に接続されて、ヒーターコア５等に冷却水を吐出する出口１９が設けられてもいる。
FIG. 11 shows a cross-sectional structure of such a
更に本実施の形態の切替弁６には、その第１入口１６と第２入口１７とを隔離する隔壁２１を跨いで複数のフィン２２が立設されている。このフィン２２を設けたことで、両入口間の隔壁の表面積が増大されるようになり、その結果として両入口間の熱伝達量が増大されるようになる。そのため、このフィン２２によっては、第２入口１７に流入するエンジン通過後の冷却水の熱が、第１入口１６内の冷却水に、そしてひいては切替弁６のサーモスタット部１４へと伝達し易くなる。本実施の形態では、こうしたフィン２２が、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部へと伝達する熱伝達手段に相当する構成となっている。
Further, the switching
以上説明した本実施の形態によれば、上記（１）に記載の効果に加え、更に次の効果を奏することができる。
（４）本実施の形態では、切替弁６をエンジンの冷却水出口に設置するようにしている。そのため、エンジンの水停止中もエンジンの熱をサーモスタット部１４に伝わり易くすることができる。そしてその結果、切替弁６の開弁に係る電子ヒーター１５の入力電力を低減することができるようになる。また断線などによる電子ヒーター１５の故障時にも、エンジンから伝わった熱でサーモスタット部１４が作動されるため、エンジン水温の上昇とともにエンジンの水停止を解除することができるようにもなる。
According to the present embodiment described above, in addition to the effect described in (1) above, the following effect can be further achieved.
(4) In the present embodiment, the switching
（５）本実施の形態では、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部１４へと伝達するフィン２２が設けられている。そのため、エンジンの水停止中もエンジンの熱をサーモスタット部１４に伝わり易くすることができる。そしてその結果、切替弁６の開弁に係る電子ヒーター１５の入力電力を低減することができるようになる。また断線などによる電子ヒーター１５の故障時にも、エンジンから伝わった熱でサーモスタット部１４が作動されるため、エンジン水温の上昇とともにエンジン水停止を解除することができるようにもなる。
(5) In the present embodiment, the
なお、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部１４へと伝達する熱伝達手段としては、上記フィン２２以外に次のような構成も考えられる。
In addition to the
図１２は、そうした他の熱伝達手段の設けられた切替弁６の断面構造を示している。同図に示すように、この切替弁６には、その第１入口１６と第２入口１７とを隔離する隔壁２１に、両入口を連通する小径の連通孔２３が設けられ、その連通孔２３を通じて少量の冷却水が両入口の間を流通するようになっている。なお、この連通孔２３は小径であるため、同連通孔２３を通じた冷却水の流通量は少量となっており、エンジン冷却装置全体の冷却水の流れとしては、十分に無視し得る程度のものとなっている。
FIG. 12 shows a cross-sectional structure of the switching
こうした切替弁６では、エンジン水温が高くなったときに、第２入口１７の高温の冷却水が連通孔２３を通じて第１入口１６に流入することで、エンジンの熱がサーモスタット部１４に伝えられるようになる。したがって、こうした切替弁６によっても、切替弁６の開弁に係る電子ヒーター１５の入力電力の低減や、電子ヒーター１５故障時のエンジン水停止の解除を行うことが可能となる。
In such a
なお、エンジンを通るエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部へと伝達可能な手段であれば、上述のフィン２２や連通孔２３以外のものを熱伝達手段として採用することも可能である。そうしたフィン２２、連通孔２３以外の熱伝達手段としては、例えばヒートポンプなどが利用可能である。
Note that the
（第３の実施の形態）
次に、本発明のエンジン冷却装置を具体化した第３の実施の形態を、図１３を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施の形態にあって、上記実施の形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。ちなみに、本実施の形態のエンジン冷却装置のハードウェアは、第２の実施の形態のものと同様の構成となっている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the engine cooling device according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Incidentally, the hardware of the engine cooling device of the present embodiment has the same configuration as that of the second embodiment.
上記実施の形態の如く構成されたエンジン冷却装置では、単一の切替弁６によって冷却装置内の冷却水の流れ方を３通りに変化させるようにしている。こうしたエンジン冷却装置では、ヒーター制御の異常等により、切替弁６が全開状態から戻らなくなってしまう、切替弁６の開故障が発生することが考えられる。そうした場合には、エンジン水温が低いにも拘わらず、冷却水がラジエーター９を通って循環されるようになり、エンジンが過冷却されて、そのエミッション性能が悪化することがある。
In the engine cooling apparatus configured as in the above-described embodiment, the flow of cooling water in the cooling apparatus is changed in three ways by the
そこで本実施の形態では、以下のロジックでそうした切替弁６の開故障を検出するようにしている。すなわち、本実施の形態では、電子ヒーター１５の通電状況からサーモスタット部１４に収容されたワックスの推定温度を求めるようにしている。そしてそのワックスの推定温度が高いにも拘わらず、水温センサー１０により検出されるエンジン水温が低いときには、切替弁６に開故障が発生していると判定するようにしている。また本実施の形態では、エンジンの積算吸入空気量からエンジン水温の推定値を求めるとともに、その推定値とエンジン水温の実値との乖離が大きいときにも、切替弁６に開故障が発生していると判定するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, such an open failure of the switching
図１３は、こうした本実施の形態に採用される開故障判定ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、エンジンの始動後、電子制御ユニット２０により、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとなっている。
FIG. 13 shows a flowchart of an open failure determination routine employed in this embodiment. The processing of this routine is repeatedly executed by the
さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００にて、電子ヒーター１５の通電状況等に基づいて、ワックス温度の推定が行われる。そして続くステップＳ１０１において、推定ワックス温度が全開温度未満であるか否かが判定される。
When this routine is started, first, in step S100, the wax temperature is estimated based on the energization state of the
ここで推定ワックス温度が全開温度以上であれば（Ｓ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０２に移り、そのステップＳ１０２において、実際のエンジン水温ｔｈｗ１が全開温度未満であるか否かが判定される。そして推定ワックス温度が全開温度以上であるにも拘わらず、エンジン水温ｔｈｗ１が全開温度未満であれば（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３において、開故障との判定がなされ、電子ヒーター１５の通電が強制的にカットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。また推定ワックス温度、エンジン水温ｔｈｗ１が共に全開温度以上であれば（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０４において正常との判定がなされ、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。
If the estimated wax temperature is equal to or higher than the full open temperature (S101: NO), the process proceeds to step S102, and in step S102, it is determined whether or not the actual engine water temperature thw1 is lower than the full open temperature. If the estimated water temperature is equal to or higher than the fully open temperature, but the engine water temperature thw1 is less than the fully open temperature (S102: YES), it is determined in step S103 that an open failure has occurred, and energization of the
一方、上記ステップＳ１０１において推定ワックス温度が全開温度未満と判定されたときには（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、積算吸入空気量（積算Ｇａ）から推定エンジン水度（推定ｔｈｗ１）が算出される。そして続くステップＳ１０６において、エンジン水温の実測値（実ｔｈｗ１）と推定エンジン水温との乖離の大きさが規定の故障判定値αを超えているか否かが判定される。ここで乖離が故障判定値αを超えていれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７において、開故障との判定がなされ、電子ヒーター１５の通電が強制的にカットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。また乖離が故障判定値α以下であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０４において正常との判定がなされ、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。
On the other hand, when it is determined in step S101 that the estimated wax temperature is lower than the full open temperature (S101: YES), in step S105, the estimated engine water level (estimated thw1) is calculated from the integrated intake air amount (integrated Ga). Then, in the subsequent step S106, it is determined whether or not the magnitude of the difference between the actually measured value (actual thw1) of the engine water temperature and the estimated engine water temperature exceeds a prescribed failure determination value α. Here, if the deviation exceeds the failure determination value α (S106: YES), it is determined in step S107 that an open failure has occurred, and the energization of the
なお、こうした本実施の形態では、電子制御ユニット２０が上記故障判定手段に相当する構成となっている。
以上説明した本実施の形態によれば、上記（１）、（４）及び（５）に記載の効果に加え、更に次の効果を奏することができる。
In this embodiment, the
According to the present embodiment described above, in addition to the effects described in (1), (4) and (5) above, the following effects can be further achieved.
（６）本実施の形態では、電子制御ユニット２０は、サーモスタット部１４に収容されたワックスの推定温度が高いにも拘わらず、エンジン内の冷却水温が高いときに切替弁６に故障有りと判定するようにしている。そのため、切替弁６の開故障を好適に検出することができるようになる。
(6) In the present embodiment, the
（７）本実施の形態では、電子制御ユニット２０は、エンジン内の冷却水温の推定値とその実値との乖離が大きいときに切替弁６に故障有りと判定するようにしている。そのため、切替弁６の開故障を好適に検出することができるようになる。
(7) In the present embodiment, the
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記各実施の形態では、加熱を通じてサーモスタット部１４を強制的に作動させるヒーターとして、電子ヒーター１５を採用するようにしていたが、こうしたヒーターとしては、任意適宜なものを採用することができる。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In each of the above embodiments, the
・上記各実施の形態では、電動ウォーターポンプ１により冷却水を循環させていたが、エンジンの回転により作動する機械式のウォーターポンプ等、電動式以外のウォーターポンプを採用するエンジン冷却装置にも、本発明は同様に適用可能である。 In each of the above embodiments, the cooling water is circulated by the electric water pump 1, but the engine cooling device that employs a water pump other than the electric type, such as a mechanical water pump that operates by the rotation of the engine, The present invention is equally applicable.
・第３の実施の形態では、ワックスの推定温度が高いにも拘わらず、エンジン内の冷却水温が高いとき、及びエンジン内の冷却水温の推定値とその実値との乖離が大きいときの双方において、切替弁６の開故障と判定するようにしていたが、いずれか一方においてのみ、開故障と判定するようにしても良い。
In the third embodiment, both when the estimated temperature of the wax is high and the cooling water temperature in the engine is high, and when the difference between the estimated value of the cooling water temperature in the engine and the actual value is large. Although it is determined that the switching
・第３の実施の形態における開故障判定ルーチンを、第１の実施の形態のようにハードウェアが構成されたエンジン冷却装置に適用するようにしても良い。
・第２の実施の形態では、エンジンの冷却水出口に切替弁６を設置すること、及びエンジン水路の冷却水の流通が停止されているときに、同エンジン水路内の冷却水の熱をサーモスタット部１４へと伝達する熱伝達手段を備えること、の双方を通じて、エンジンの熱をサーモスタット部１４へと伝達するようにしていた。もっとも、十分な熱伝達が可能であれば、いずれか一方のみを採用し、他方を割愛するようにしても良い。
The open failure determination routine in the third embodiment may be applied to an engine cooling device in which hardware is configured as in the first embodiment.
In the second embodiment, the switching
・第２の実施の形態に採用された熱伝達手段（フィン２２、連通孔２３等）を第１の実施の形態の切替弁６に適用するようにしても良い。そうした場合にも、エンジンの熱をサーモスタット部１４に伝え易くすることができ、切替弁６の開弁に係る電子ヒーター１５の入力電力の低減や、電子ヒーター１５故障時のエンジン水停止の解除を行うことが可能となる。
-You may make it apply the heat transfer means (
・上記実施の形態では、スロットルバルブ２、ＥＧＲバルブ３、排気熱回収器４、ヒーターコア５を、エンジンの暖機前に作動が必要な熱交換器として備えるエンジン冷却装置を説明したが、本発明は、これらの一部、或いはこれら以外のものをエンジン暖機前に作動を要する熱交換器として備えるエンジン冷却装置にも同様に適用することができる。すなわち、エンジン暖機前に冷却水の循環を要する熱交換器が設けられるのであれば、上記実施の形態における熱交換器水路の構成は、任意適宜に変更しても良い。
In the above embodiment, the engine cooling device provided with the
１…電動ウォーターポンプ、２…スロットルバルブ（熱交換器）、３…ＥＧＲバルブ（熱交換器）、４…排気熱回収器（熱交換器）、５…ヒーターコア（熱交換器）、６…切替弁（１２…弁体、１３…スプリング、１４…サーモスタット部、１５…電子ヒーター（ヒーター）、１６…第１入口、１７…第２入口、１８…第３入口、１９…出口）、７…シリンダーブロック（エンジン）、８…シリンダーヘッド（エンジン）、９…ラジエーター、１０，１１…水温センサー、２０…電子制御ユニット（故障判定手段）、２１…隔壁、２２…フィン（熱伝達手段）、２３…連通孔（熱伝達手段）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric water pump, 2 ... Throttle valve (heat exchanger), 3 ... EGR valve (heat exchanger), 4 ... Exhaust heat recovery device (heat exchanger), 5 ... Heater core (heat exchanger), 6 ... Switching valve (12 ... valve body, 13 ... spring, 14 ... thermostat, 15 ... electronic heater (heater), 16 ... first inlet, 17 ... second inlet, 18 ... third inlet, 19 ... outlet), 7 ... Cylinder block (engine), 8 ... Cylinder head (engine), 9 ... Radiator, 10, 11 ... Water temperature sensor, 20 ... Electronic control unit (failure judging means), 21 ... Partition, 22 ... Fin (heat transfer means), 23 ... Communication hole (heat transfer means).
Claims (8)
前記熱交換器に加え、前記エンジンを通って冷却水を循環させる第２の弁位置と、
前記熱交換器及び前記エンジンに加え、ラジエーターを通って冷却水を循環させる第３の弁位置と、
の３通りに弁位置を切り替え可能な弁であって、同弁を通過する冷却水の温度に応じて作動して弁位置を変化させるサーモスタット部を有するともに、加熱を通じて前記サーモスタット部を強制的に作動させるヒーターを内蔵するヒーター内蔵サーモスタット式の切替弁を備える
ことを特徴とするエンジン冷却装置。 A first valve position for circulating cooling water through a heat exchanger that needs to be actuated before warming up the engine;
A second valve position for circulating cooling water through the engine in addition to the heat exchanger;
A third valve position for circulating cooling water through a radiator in addition to the heat exchanger and the engine;
The valve position can be switched in three ways, and has a thermostat portion that operates according to the temperature of the cooling water passing through the valve to change the valve position, and forcibly activates the thermostat portion through heating. An engine cooling device comprising a thermostat type switching valve with a built-in heater to be operated.
前記第１の弁位置では、前記第１入口のみが前記出口に連通し、前記第２の弁位置では、前記第１入口及び前記第２入口が前記出口に連通し、前記第３の弁位置では、前記第１乃至第３入口が前記出口に連通するように前記切替弁が構成されてなる
請求項１に記載のエンジン冷却装置。 The switching valve has a first inlet through which cooling water flows through the heat exchanger, a second inlet through which cooling water flows through the engine, a third inlet through which cooling water flows through the radiator, And an outlet for cooling water to flow out to the water pump,
In the first valve position, only the first inlet communicates with the outlet, and in the second valve position, the first inlet and the second inlet communicate with the outlet, and the third valve position. The engine cooling device according to claim 1, wherein the switching valve is configured such that the first to third inlets communicate with the outlet.
前記第１の弁位置では、前記第１入口のみが前記出口に連通し、前記第２の弁位置では、前記第１入口及び前記第２入口が前記出口に連通し、前記第３の弁位置では、前記第１乃至第３入口が前記出口に連通するように前記切替弁が構成されてなる
請求項１に記載のエンジン冷却装置。 The switching valve has a first inlet through which cooling water flows directly from the water pump, a second inlet through which cooling water flows from the water pump through the engine, and cooling from the water pump through the engine and the radiator. A third inlet through which water flows in, and an outlet through which cooling water is discharged to the heat exchanger channel returning to the water pump through the heat exchanger;
In the first valve position, only the first inlet communicates with the outlet, and in the second valve position, the first inlet and the second inlet communicate with the outlet, and the third valve position. The engine cooling device according to claim 1, wherein the switching valve is configured such that the first to third inlets communicate with the outlet.
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。 The engine cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein the switching valve is installed at a cooling water inlet of the engine.
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。 The engine cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein the switching valve is installed at a cooling water outlet of the engine.
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。 The heat transfer means for transmitting the heat of the cooling water in the engine water channel to the thermostat when the flow of the cooling water in the engine water channel through the engine is stopped. The engine cooling device according to any one of 5.
請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。 7. The apparatus according to claim 1, further comprising a failure determination unit that determines that the switching valve has a failure when the estimated temperature of the wax contained in the thermostat portion is high but the cooling water temperature in the engine is high. The engine cooling device according to claim 1.
請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置。 The engine cooling device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a failure determination unit that determines that the switching valve has a failure when a difference between an estimated value of the coolant temperature in the engine and an actual value thereof is large.
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