JP2013024186A - 電磁弁ならびにエンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ安価な構成としたうえで、開弁時に所定以上の冷却液流量を確保するとともに開閉要求に応じて確実に開閉動作可能な電磁弁を供する。
【解決手段】コイル２１への通電または通電停止によって発生または消滅する電磁力で弁体２２を変位させることで開閉される電磁弁２０において、簡易かつ安価な構成としたうえで、開弁時に所定以上の冷却液流量を確保するとともに開閉要求に応じて確実に開閉動作可能とする。弁体２２は、開弁方向に変位するときに、その一部がコイル２１に当接されていて当該当接位置から遠い位置ほどコイル２１から離れるような形態で変位される。
【選択図】図６

Description

本発明は、電磁弁に関する。また、本発明は、エンジンのブロック内ウォータジャケットとヘッド内ウォータジャケットとに冷却液を独立して流通可能とするエンジン冷却装置に関する。

例えば特許文献１には、エンジンの冷却水循環経路に設置される電磁弁が、オフ（非作動）状態で所定の冷却水流量を確保する流路面積にし、また、オン（作動）状態で流路面積を狭める方向に調整する流量調整弁として機能することが記載されている。

ところで、本願出願人は、例えば特許文献２として、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとに独立して冷却液を流通可能とするとともに、シリンダブロックの冷却水排出部とシリンダヘッドの冷却水排出部とにそれぞれ電磁弁を設置するような構成を提案し、出願している。

この特許文献２では、ストイキ運転領域の場合、シリンダブロックを流れる冷却水の温度が略８０℃となるようにブロック側電磁弁を制御してシリンダブロックを流れる冷却水流量を制御するとともに、シリンダヘッドを流れる冷却水の温度も８０℃程度となるようにヘッド側電磁弁を制御することによりシリンダヘッドを流れる冷却水流量を制御するようにしている。

また、この特許文献２では、リーンバーン運転領域の場合、ブロック側電磁弁を制御してシリンダブロックを流れる冷却水流量を制限することにより冷却水の温度を１２０℃にする一方、ヘッド側電磁弁を制御してシリンダヘッドを流れる冷却水流量を制御してシリンダヘッドを流れる冷却水の温度を８０℃程度とするようにしている。

特開２００４−２９３５０８号公報（段落００１１，００１８参照） 特開２００８−２２３６１５号公報（段落００１６，００１７参照）

上記特許文献１の図１および明細書に記載されている電磁弁は、開閉動作を任意のタイミングで確実に行えるような構成であることが前提の記載になっていて、このような電磁弁の場合、一般に、構成が複雑で高価である。

ところで、本願発明者は、上記特許文献２に示すようなエンジン冷却系のコストダウンを図るために、上記特許文献２に示すヘッド側電磁弁として、例えば図７および図８に示すような簡易かつ安価な構成の電磁弁２００を用いることを考えた。しかしながら、その場合には下記するような点で改良の余地があることを知見した。

図７および図８に示す電磁弁２００は、本発明の比較例であって、コイル（ソレノイド）２０１、弁体２０２、圧縮ばね２０３などを備えている。コイル２０１は、円筒形に形成されており、冷却液流路２０５内に設置されている。弁体２０２は、コイル２０１の中心軸線に沿って平行に変位させられることによりコイル２０１の一端面（弁座２０４）に圧接または離隔されるものである。圧縮ばね２０３は、弁体２０２をコイル２０１の弁座２０４に押し付けるように付勢するものである。

この電磁弁２００の動作としては、まず、コイル２０１に通電することによりコイル２０１から発生する電磁力と圧縮ばね２０３の圧縮に伴う伸張復元力とでもって弁体２０２をコイル２０１の弁座２０４に圧接させると、閉弁状態になる。一方、コイル２０１への通電を停止している状態では、圧縮ばね２０３の伸張復元力が冷却液流路２０５の冷却液流通圧力よりも強いと、圧縮ばね２０３の伸張復元力で弁体２０２がコイル２０１の弁座２０４に圧接させられて、閉弁状態になるが、前記冷却液流通圧力が圧縮ばね２０３の伸張復元力よりも強くなるように増加すると、弁体２０２がコイル２０１の弁座２０４から離隔させられて、開弁状態になる。

なお、エンジン暖機中には冷却液の昇温を促進するために、ヘッド側電磁弁２００およびブロック側電磁弁（図示省略）を閉弁することによりシリンダヘッドおよびシリンダブロックの冷却液流通を停止させる。また、エンジン暖機中においてシリンダヘッドの局所で冷却液が過剰昇温したときにはヘッド側電磁弁２００を開弁させる。さらに、ヘッド側電磁弁２００を開弁させたときの開度つまりコイル２０１の弁座２０４からの弁体２０２の離隔寸法（または流路面積）は、例えばエンジン高負荷時に要求される最大冷却液流量を確保するように大きく設定される。さらにまた、圧縮ばね２０３の伸張復元力は、エンジン暖機中においてシリンダヘッドの局所で冷却液が過剰昇温したときにヘッド側電磁弁２００を開弁可能とするために、エンジン暖機中での機械式ウォータポンプ（エンジンのクランクシャフトで駆動されるタイプ）による冷却液流通圧力よりも弱く設定される。

このような電磁弁２００の場合には、エンジン暖機中において一度でもコイル２０１への通電を停止して開弁すると、その後でコイル２０１に通電しても、前記冷却水流通圧力が圧縮ばね２０３の伸張復元力よりも弱くならない限り、弁体２０２を閉弁方向に変位させることができない。ここに改良の余地がある。

このような事情に鑑み、本発明は、電磁弁を簡易かつ安価な構成としたうえで、開弁時に所定以上の冷却液流量を確保するとともに開閉要求に応じて確実に開閉動作可能とすることを目的としている。

また、本発明は、ブロック内ウォータジャケットとヘッド内ウォータジャケットとに冷却液を独立して流通可能とするエンジン冷却装置において、コストダウンを可能とする構成にしながら、エンジン暖機をシリンダヘッドとシリンダブロックとの温度差を小さくした状態で可及的速やかに完了可能とすることを目的としている。

本発明は、コイルへの通電または通電停止によって発生または消滅する電磁力で弁体を変位させることで開閉される電磁弁であって、前記弁体は、開弁方向に変位するときに、その一部が前記コイルに当接されていて当該当接位置から遠い位置ほど前記コイルから離れるような形態で変位される、ことを特徴としている。

このような構成では、前記弁体を開弁方向に変位させると、当該弁体から前記コイルまでの離隔距離が短くなる位置と長くなる位置とが生ずることになる。このように、前記離隔距離が長くなる位置を確保しているから、弁体を開いたときの流路面積を可及的に大きくすることが可能になる。これにより、電磁弁の冷却液流量を可及的に多くできるようになる。

しかも、弁体を開いた状態において前記コイルに通電すると、それに伴いコイルから発生する電磁力が前記弁体において前記離隔距離が短くなる位置に到達しやすくなるので、当該電磁力で前記弁体を吸引する作用が強くなる。これにより、前記電磁力で前記弁体を閉弁方向に変位させることが可能になる。言うまでも無いが、前記離隔距離が短いほど前記電磁力による弁体の吸引作用が強くなる。

好ましくは、前記コイルは、流体通路の内周に設置されるような筒形とされ、このコイルにおいてその内周部を流通する流体の流通方向の下流側開口の端面が前記弁体の弁座とされ、前記弁体は、その一部が前記弁座の周方向一部に当接される状態で支持されていて、当該支持部分を支点として傾動可能とされている。

このような構成では、前記電磁弁を開弁させると、前記弁体が前記コイルの弁座に対して斜め姿勢に傾くことになる。つまり、前記弁体において前記傾動支点から遠い位置ほど前記弁座までの離隔距離が長くなり、その位置から前記傾動支点に近い位置ほど前記弁座からの離隔距離が短くなる。これにより、前記「発明が解決しようとする課題」の項目で提示した比較例のように弁体を弁座から平行に遠近変位させる形態の電磁弁に比べると、コイルが発生する電磁力により弁体を強く吸引することが可能になるから、一度開弁させた後でも再閉弁させることが可能になる。

好ましくは、前記弁体は、ばねにより閉弁方向に付勢されている。この電磁弁は、ノーマリークローズタイプであることを特定している。

また、本発明に係るエンジン冷却装置は、エンジンのブロック内ウォータジャケットの冷却液を外部に取り出してから還流させるためのブロック循環経路に設けられて前記ブロック内ウォータジャケットへの冷却液還流を許容または遮断するためのブロック側バルブと、前記エンジンのヘッド内ウォータジャケットの冷却液を外部に取り出してから還流させるためのヘッド循環経路に設けられて前記ヘッド内ウォータジャケットへの冷却液還流を許容または遮断するためのヘッド側バルブとを備え、前記ヘッド側バルブが前記した電磁弁とされる、ことを特徴としている。

このような構成であれば、エンジンを冷間始動させたときに、ブロック内ウォータジャケットおよびヘッド内ウォータジャケットに冷却液を流通させない状態にすることが可能になるから、エンジンや冷却液の昇温を促進させることが可能になる。また、エンジン暖機中においてシリンダヘッドの局所の冷却液が過剰昇温したときにはヘッド内ウォータジャケットに冷却液を流通させるようにすることが可能になるから、前記過剰昇温を解消することが可能になる。このように、エンジンが冷間始動されたときに、シリンダブロックとシリンダヘッドとに温度差を可及的に生じさせない状態で可及的速やかに昇温させることが可能になる。

しかも、ヘッド内ウォータジャケットへの冷却液流通の許容または遮断を制御するためのヘッド側バルブを比較的簡易かつ安価な構成の電磁弁にしているから、エンジン冷却装置全体のコストダウンが可能になる。

また、本発明に係るエンジン冷却装置は、一端がエンジンのブロック内ウォータジャケットと前記エンジンのヘッド内ウォータジャケットとの共通排出部に接続されかつ他端側が二股に分岐されて前記ブロック内ウォータジャケットの冷却液導入部と前記ヘッド内ウォータジャケットの冷却液導入部とに個別に接続される単一の循環路と、この循環路の前記二股分岐部分よりも冷却液流通方向上流側に設置されるウォーターポンプと、前記循環路において前記両ウォータジャケットの共通排出部寄りの位置と前記ウォータポンプの冷却液吸入側とに接続されかつ途中にラジエータが設置されるラジエータ通路と、このラジエータ通路において前記ウォータポンプの冷却液吸入側との接続部分寄りに設置されかつ冷却液の温度を感知して自動的に開閉するラジエータ用サーモスタットと、前記循環路の前記二股分岐部分のうちのブロック内ウォータジャケットに至るブロック側還流部に設置されて当該ブロック内ウォータジャケットへの冷却液還流を許容または遮断するためのブロック側バルブと、前記循環路の前記二股分岐部分のうちのヘッド内ウォータジャケットに至るヘッド側還流部に設置されて当該ヘッド内ウォータジャケットへの冷却液還流を許容または遮断するためのヘッド側バルブとを備え、前記ヘッド側バルブが前記した電磁弁とされる、ことを特徴としている。

このような構成であれば、エンジンを冷間始動させたときに、ブロック内ウォータジャケットおよびヘッド内ウォータジャケットに冷却液を流通させない状態にすることが可能になるから、エンジンや冷却液の昇温を促進させることが可能になる。また、エンジン暖機中においてシリンダヘッドの局所の冷却液が過剰昇温したときにはヘッド内ウォータジャケットに冷却液を流通させるようにすることが可能になるから、前記過剰昇温を解消することが可能になる。このように、エンジンが冷間始動されたときに、シリンダブロックとシリンダヘッドとに温度差を可及的に生じさせない状態で可及的速やかに昇温させることが可能になる。

しかも、ヘッド内ウォータジャケットへの冷却液流通を許容または遮断するためのヘッド側バルブを比較的簡易かつ安価な構成の電磁弁にしているから、エンジン冷却装置全体のコストダウンが可能になる。

さらに、前記ブロック循環経路と前記ヘッド循環経路とを単一の循環路で確保するような構成になっているから、エンジン冷却装置全体のコストダウンが可能になる。

好ましくは、前記ブロック側バルブはサーモスタットとされる。なお、サーモスタットとは、自動車関連業界において温度感知型の自動開閉弁のことを意味している。このようなサーモスタットも前記「発明が解決しようとする課題」の項目で提示した比較例のように弁体を弁座から平行に遠近変位させる形態の電磁弁に比べると、簡易かつ安価な構成となり、エンジン冷却装置全体のコストダウンが可能になる。さらに、サーモスタットを用いる場合には、温度センサや制御系が不要となり、エンジン冷却装置の設備コストの無駄な上昇を抑制することが可能になる。

好ましくは、前記エンジン冷却装置は、前記ヘッド側バルブの開閉動作を制御するための制御装置をさらに備え、かつ、前記制御装置は、前記冷却液の温度に基づいて前記ヘッド側バルブのコイルに対する通電または通電停止を間欠的に行う。この構成では、ヘッド側バルブの開弁時間を調整することにより冷却液の循環流量を制御することが可能になる。これにより、エンジンの温度調整を細かく行うことが可能になる。

本発明は、電磁弁を簡易かつ安価な構成としたうえで、開弁時に所定以上の冷却液流量を確保するとともに開閉要求に応じて確実に開閉動作させることが可能になる。

また、本発明は、ブロック内ウォータジャケットとヘッド内ウォータジャケットとに冷却液を独立して流通可能とするエンジン冷却装置において、コストダウンを可能とする構成にしながら、エンジン暖機をシリンダヘッドとシリンダブロックとの温度差を小さくした状態で可及的速やかに完了させることが可能になる。

本発明に係るエンジン冷却装置の一実施形態の構成を模式的に示す図であり、ブロック側バルブ、ヘッド側バルブならびにラジエータ用サーモスタットのすべてが閉弁しているときの冷却液循環経路を示している。 図１においてヘッド側バルブのみが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。 図１においてブロック側バルブおよびヘッド側バルブが共に開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。 図１においてブロック側バルブ、ヘッド側バルブならびにラジエータ用サーモスタットのすべてが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。 図１のヘッド側バルブとしての電磁弁の構成を示す断面図であり、閉弁状態を示している。 図５のヘッド側バルブとしての電磁弁の開弁状態を示す断面図である。 本発明の比較例となる電磁弁の構成を示す断面図であり、閉弁状態を示している。 図７の電磁弁の開弁状態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図６に、本発明の一実施形態を示している。この実施形態では直列多気筒型のエンジン１の冷却装置を例に挙げている。

エンジン１のシリンダブロック２内にはウォータジャケット４が設けられている。また、エンジン１のシリンダヘッド３内にはウォータジャケット５が設けられている。これらブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５がエンジン１の内部通路である。

ブロック内ウォータジャケット４の冷却液導入部４ａは、シリンダブロック２において気筒配列方向の一端面（例えば前端面）の下方に設けられている。ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液導入部５ａは、シリンダヘッド３において気筒配列方向の一端面（例えば前端面）に設けられている。そして、ブロック内ウォータジャケット４の冷却液排出部とヘッド内ウォータジャケット５の冷却液排出部とは、シリンダヘッド３において気筒配列方向の他端面（例えば後端面）に設けられている共通排出部６に接続されている。

ブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５の共通排出部６とブロック内ウォータジャケット４の冷却液導入部４ａおよびヘッド内ウォータジャケット５の冷却液導入部５ａとには、両ウォータジャケット４，５の冷却液を一旦外部に取り出してから戻すための循環路７が連通連結されている。

循環路７の一端側は１本の導入部７ａとされているが、循環路７の他端側は二股に分岐された還流部７ｂ，７ｃとされている。そして、循環路７の導入部７ａが両ウォータジャケット４，５の共通排出部６に接続されている。また、循環路７のブロック側還流部７ｂがブロック内ウォータジャケット４の冷却液導入部４ａに接続されており、また、循環路７のヘッド側還流部７ｃがヘッド内ウォータジャケット５の冷却液導入部５ａに接続されている。

この循環路７の途中には、ウォータポンプ８、ヒータコア９などが設けられている。ウォータポンプ８は、循環路７の前記二股分岐部分よりも冷却液流通方向上流側に設けられている。このウォータポンプ８は、機械式とされている。この機械式のウォータポンプ８は、図示していないが、エンジン１のクランクシャフトの回転動力を動力伝達装置（例えばプーリやベルトなどを含む）を介して伝達されて駆動される。

ヒータコア９は、循環路７において導入部７ａ寄りの位置で車両室内の所定位置に設けられている。このヒータコア９は、循環路７を流通する冷却液と前記車両室内との間で熱交換する熱交換器である。このヒータコア９から放出される熱は、ヒータブロア１０でもって車両室内に供給されて、車両室内を暖房するようになる。ヒータブロア１０の動作は、下記するエレクトロニックコントロールユニット（以下、単にＥＣＵとする）１００により制御される。

ＥＣＵ１００は、例えばエンジン１の各種動作制御に必須となる既存のエンジンコントロールコンピュータとすることができる。このＥＣＵ１００は、詳細に図示していないが、共にＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（プログラムメモリ）、ＲＡＭ（データメモリ）、ならびにバックアップＲＡＭ（不揮発性メモリ）などを備える公知の構成とされる。

ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、エンジン１の停止時にその保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。

さらに、循環路７においてヒータコア９の冷却液流通方向上流側と下流側とには、ラジエータ通路１１が接続されている。このラジエータ通路１１の途中には、ラジエータ１２が設置されている。このラジエータ１２は、ラジエータ通路１１を流通する冷却液と大気との間で熱交換するための熱交換器である。

このラジエータ通路１１は、エンジン１のブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５の共通排出部６から排出される冷却液をラジエータ１２に通してから循環路７においてヒータコア９よりも冷却液流通方向下流側に流入させるための流路である。

なお、ラジエータ通路１１において循環路７との下流側接続部寄りには、ラジエータ用サーモスタット１３が設けられている。このラジエータ用サーモスタット１３は、公知の構成であるので詳細な図示や説明を割愛するが、一般に、弁体と、サーモアクチュエータとを備えている。前記サーモアクチュエータは、サーモワックスが充填される感温部と、この感温部に設けられて前記弁体を開弁方向または閉弁方向に変位させるプランジャとを備えている。

ここで、ラジエータ用サーモスタット１３の動作を説明する。循環路７においてラジエータ通路１１との下流側接続部の冷却液温度ｔｈｗ３がオーバーヒート防止温度Ｚ未満の場合に前記サーモワックスが凝固収縮してワックス圧が低くなっているので、前記プランジャが前記感温部に引き込まれて前記弁体が全閉位置に変位されている。なお、前記オーバーヒート防止温度Ｚは暖機完了温度（例えば８５℃〜９０℃、好ましくは８８℃）よりも高い任意の値に設定される。そして、前記冷却液温度ｔｈｗ３が前記オーバーヒート防止温度Ｚ以上になると、前記サーモワックスが溶融膨張されることによりワックス圧が高くなるので、前記プランジャが前記感温部から飛び出して前記弁体を開くようになる。これにより、ラジエータ通路１１に冷却液が流通するようになる。

この実施形態では、循環路７のブロック側還流部７ｂにブロック側バルブ１４が設けられており、循環路７のヘッド側還流部７ｃにヘッド側バルブ２０が設けられている。

さらに、この実施形態では、ブロック側還流部７ｂにおいてブロック側バルブ１４よりも冷却液流通方向上流側と、循環路７においてヒータコア９の冷却液流通方向上流側とに、オイルクーラ用流路１５が接続されている。このオイルクーラ用流路１５には、エンジン１のオイルを冷却するためのオイルクーラ１６が設けられている。

ブロック側バルブ１４は、サーモスタットとされており、ブロック側還流部７ｂの冷却液流通を許容または遮断するものである。ヘッド側バルブ２０は、ノーマリークローズタイプの電磁弁とされており、ヘッド側還流部７ｃの冷却液流通を許容または遮断するものである。

ブロック側バルブ１４としてのサーモスタットは、前記したラジエータ用サーモスタット１３と基本的に同じ構成であるので詳細な図示や説明を割愛するが、弁体と、サーモアクチュエータとを備えている。前記サーモアクチュエータは、サーモワックスが充填される感温部と、この感温部に設けられて前記弁体を開弁方向または閉弁方向に変位させるプランジャとを備えている。

ここで、ブロック側バルブ１４としてのサーモスタットの動作を説明する。ブロック側還流部７ｂにおいてブロック側バルブ１４よりも冷却液流通方向上流側の冷却液温度ｔｈｗ１が所定の開弁温度Ｘ未満の場合に、サーモワックスが凝固収縮してワックス圧が低くなるので、弁体が自動的に閉弁して循環路７からブロック内ウォータジャケット４への冷却液の流入を停止させる状態にする。なお、前記開弁温度Ｘは、前記暖機完了温度よりも高くかつ前記オーバーヒート防止温度Ｚよりも低い任意の値に設定される。そして、前記冷却液温度ｔｈｗ１が前記開弁温度Ｘ以上になると、サーモワックスが溶融膨張されてワックス圧が高くなるので、弁体が自動的に開弁して循環路７からブロック内ウォータジャケット４へ冷却液を流入させる状態にする。

次に、ヘッド側バルブ２０としての電磁弁は、図５および図６に示すように、コイル（ソレノイド）２１、弁体２２、圧縮ばね２３などを備えている。

コイル２１は、円筒形に形成されており、ヘッド側還流部７ｃの内周に設置されている。この円筒形のコイル２１の中心孔が冷却液流路となる。このコイル２１の冷却液流通方向の下流側端面は、弁体２２の弁座２４とされる。

弁体２２は、磁性材製の円形板とされていて、コイル２１の下流側端面（以下、弁座２４とする）の鉛直方向下側位置に支軸２５を介して傾動可能に取り付けられている。つまり、この弁体２２は、支軸２５を支点として斜め姿勢に傾動されるようになっていて、弁体２２をコイル２１の弁座２４に圧接させてコイル２１の下流側開口を閉塞すると閉弁状態になり、また、弁体２２をコイル２１の弁座２４から離隔させてコイル２１の下流側開口を開放すると開弁状態になる。

圧縮ばね２３は、圧縮コイルスプリングとされており、圧縮されることに伴う伸張復元力で弁体２２をコイル２１の弁座２４に圧接させるように付勢する。この圧縮ばね２３は、弁体２２を閉弁したときに圧縮した状態になるように設置され、その圧縮に伴う伸張復元力でもって弁体２２を弁座２４に圧接させるようになっている。

そして、弁体２２については、支軸２５を支点として傾動する構成にしているから、弁体２２を開弁方向に傾動（変位）させると、当該弁体２２からコイル２１の弁座２４までの離隔距離は、弁体２２において支軸２５寄りの位置で最も短くなり、支軸２５から遠い位置になるにつれて徐々に長くなる。

このような構成では、図６に示すように、弁体２２を開弁方向に変位させると、当該弁体２２からコイル２１までの離隔距離が短くなる位置と長くなる位置とが生ずることになる。このように、弁体２２において前記離隔距離が長くなる位置を確保しているから、弁体２２を開いたときの流路面積を可及的に大きくすることが可能になる。これにより、ヘッド側バルブ２０の冷却液流量を可及的に多くできるようになる。

しかも、弁体２２を開いた状態においてコイル２１に通電すると、それに伴い発生する電磁力が弁体２２において前記離隔距離が短くなる位置に到達しやすくなるので、当該電磁力で弁体２２を吸引する作用が強くなる。これにより、前記電磁力で弁体２２を閉弁方向に変位させることが可能になる。言うまでも無いが、前記離隔距離が短いほど前記電磁力による弁体２２の吸引作用が強くなる。

ところで、ヘッド側バルブ２０を開弁させたときの開度つまりコイル２１の弁座２４からの弁体２２の最大離隔寸法（または流路面積）は、例えばエンジン高負荷時に要求される最大冷却液流量を確保するように大きく設定される。圧縮ばね２３の伸張復元力は、エンジン暖機中においてシリンダヘッド３の局所で冷却液が過剰昇温したときにヘッド側バルブ２０を開弁可能とするために、エンジン暖機中での機械式ウォータポンプ８による冷却液流通圧力よりも弱く設定される。

このような構成の電磁弁をヘッド側バルブ２０とする場合には、前記「発明が解決しようとする課題」の項目で提示した比較例のように弁体２０２を弁座２０４に対して平行に遠近変位させる形態の電磁弁２００に比べると、コイル２１が発生する電磁力により弁体２２を強く吸引することが可能になるから、一度開弁させた後でも再閉弁させることが可能になる。

この電磁弁からなるヘッド側バルブ２０の開閉動作は、ＥＣＵ１００により制御される。具体的に、ＥＣＵ１００でヘッド側バルブ２０のコイル２１に通電すると弁体２２が閉弁状態になり、また、コイル２１に対する通電を停止しかつヘッド側還流部２ｃの冷却液流通圧力が圧縮ばね２３の伸張復元力に打ち勝つと弁体２２が開弁状態になる。

このＥＣＵ１００は、例えばエンジン１の温度調節をするために、エンジン水温センサ３１の検出出力の入力に基づいてヘッド側バルブ２０の動作を制御する。エンジン水温センサ３１は、エンジン１の両ウォータジャケット４，５の共通排出部６の近傍に設置されており、当該設置場所の冷却液温度ｔｈｗ２（以下、単にウォータジャケット４，５の冷却液温度とする）を検出する。

以上のように、この実施形態では、エンジン１の内部通路（ウォータジャケット４，５）と、外部通路（循環路７、ラジエータ通路１１）とによって適宜の閉ループの冷却液循環経路が作られており、前記内部通路と、前記外部通路と、ウォータポンプ８と、ラジエータ用サーモスタット１３と、ブロック側バルブ１４と、ヘッド側バルブ２０と、ＥＣＵ１００とによってエンジン冷却装置が構成されている。

次に、動作を説明する。

例えばエンジン１を冷間始動したときには、つまりエンジン水温センサ３１の検出出力（冷却液温度ｔｈｗ２）が所定の冷間始動判定基準値Ｙ未満のときには、ＥＣＵ１００が電磁弁からなるヘッド側バルブ２０のコイル２１に通電することにより閉弁状態にさせる。なお、前記冷間始動判定基準値Ｙは、前記暖機完了温度よりも低い任意の値に設定される。このとき、ラジエータ用サーモスタット１３およびサーモスタットからなるブロック側バルブ１４が共に閉弁している状態だと、図１の実線矢印で示すように、エンジン１により駆動される機械式のウォータポンプ８によって循環路７内の冷却液がオイルクーラ流路１５のみに流通するようになるが、両ウォータジャケット４，５と循環路７との間には冷却液が循環されなくなる。これにより、エンジン１のシリンダヘッド３の特に燃焼室から発生する熱によってエンジン１および両ウォータジャケット４，５内の冷却液の昇温が促進されるようになる。

この昇温に伴い前記冷却液温度ｔｈｗ２が前記冷間始動判定基準値Ｙ以上になった後で、ヘッド内ウォータジャケット５の局所（シリンダヘッド燃焼室近傍）で冷却液が過剰昇温（沸騰）するような状況になったことをＥＣＵ１００が検知すると、ＥＣＵ１００はヘッド側バルブ２０のコイル２１への通電を停止させる。

なお、前記過剰昇温の検知方法の一例としては、エンジン１の始動開始から所定周期（数msec〜数十msec）毎に、ヘッド内ウォータジャケット５においてシリンダヘッド内最高温度到達領域での冷却液温度の最高値を推定することにより行うことができる。この推定方法の一例としては、エンジン１の始動開始時にエンジン水温センサ３１からの検出出力に基づいてヘッド内ウォータジャケット５の冷却液温度ｔｈｗ２の初期値を認識する処理と、エンジン１を始動してからのエンジン１の発生熱量を算出するとともに、この発生熱量による前記シリンダヘッド内最高温度到達領域の上昇値を算出する処理と、この上昇値を前回の推定値（初回は前記初期値）に加算することにより前記シリンダヘッド内最高温度到達領域の現在の冷却液温度を推定する処理と、この推定値が所定温度（例えば９６℃）を超えた場合に沸騰が発生するような状況であると判断する処理とを行う。

前記したようにヘッド側バルブ２０のコイル２１への通電を停止した後、ウォータポンプ８による冷却液流通圧力が圧縮ばね２３の伸張復元力に打ち勝つまではヘッド側バルブ２０は閉弁したままの状態を保つが、前記冷却液流通圧力が前記伸張復元力に打ち勝つと、ヘッド側バルブ２０が開弁することになる。ヘッド側バルブ２０が開弁すると、図２の実線矢印で示すように、循環路７とヘッド内ウォータジャケット５とオイルクーラ流路１５との間で冷却液が循環されるようになる。これにより、ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液が共通排出部６から循環路７に排出されるが、この冷却液はラジエータ通路１１に流入せずにヒータコア９を通過してヘッド側還流部７ｃおよびヘッド側バルブ２０を経てヘッド内ウォータジャケット５の導入部５ａに流入させられるようになる。

このようにしてヘッド内ウォータジャケット５を冷却液が繰り返し流通する際に冷却液がシリンダヘッド３の特に燃焼室近傍の熱を吸収する。その結果、ヘッド内ウォータジャケット５の局所で冷却液が過剰昇温（沸騰）することが防止されるとともに、シリンダブロック２およびブロック内ウォータジャケット４の冷却液が徐々に昇温させられるようになる。これにより、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との温度差を可及的に小さく保ちながら昇温が促進されるようになる。

ところで、循環路７のブロック側還流部７ｂにおいてブロック側バルブ１４の冷却液流通方向上流側の冷却液温度ｔｈｗ１がブロック側バルブ１４の開弁温度Ｘに到達するまでの上昇過程では、ブロック側バルブ１４が閉弁したままであるが、前記冷却液温度ｔｈｗ１が前記開弁温度Ｘ以上になるとブロック側バルブ１４が自動的に開弁するので、図３の実線矢印で示すように、循環路７のブロック側還流部７ｂからブロック内ウォータジャケット４にも冷却液が流通するようになる。これにより、循環路７とブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５との間で十分な量の冷却液が循環させられるようになる。

この後、循環路７においてラジエータ通路１１との下流側接続部の冷却液温度ｔｈｗ３がオーバーヒート防止温度Ｚ以上になると、ラジエータ用サーモスタット１３が自動的に開弁するので、図４の実線矢印で示すように、ブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５の共通排出部６から循環路７に排出される冷却液がラジエータ通路１１およびラジエータ１２にも流通するようになる。これにより、ヘッド内ウォータジャケット５およびブロック内ウォータジャケット４と循環路７とラジエータ通路１１とを閉ループとして冷却液が循環するようになるので、当該循環する冷却液およびエンジン１の温度が一定範囲内に調整されることになって、エンジン１のオーバーヒートが回避されて適温に保たれるようになる。

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、エンジン１が冷間始動されたときにブロック側バルブ１４およびヘッド側バルブ２０でブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５の冷却液流通を停止することにより暖機を促進させるようにしているとともに、エンジン暖機中にシリンダヘッド３の局所での過剰昇温を抑制しつつ、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との温度差を可及的に生じさせないようにしている。これにより、エンジン１が冷間始動されても、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とに温度差を可及的に生じさせない状態で可及的速やかに暖機を完了させることが可能になる。

そして、ヘッド内ウォータジャケット５への冷却液流通を許容または遮断するためのヘッド側バルブ２０を図５および図６に示すような比較的簡易かつ安価な構成の電磁弁にしていて、ブロック内ウォータジャケット４への冷却液流通を許容または遮断するためのヘッド側バルブ１４を比較的安価に入手可能なサーモスタットにしているから、エンジン１の冷却装置全体のコストダウンが可能になる。

しかも、ヘッド側バルブ２０は、比較的簡易かつ安価な構成であっても、開弁時に所定以上の冷却液流量を確保することが可能であるとともに、ＥＣＵ１００からの開閉要求に応じて確実に開閉動作させることが可能になっているから、開弁時の冷却液循環機能を十分に確保するとともに、開閉動作の信頼性も確保することができる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態ではヘッド側バルブ２０の弁体２２を円形板にして斜め姿勢に傾動させるようにした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。要するに、本発明のヘッド側バルブ２０の弁体２２は、当該弁体２２が開弁方向に変位するときに、その一部がコイル２１に当接されていて当該当接位置から遠い位置ほどコイル２１から離れるような形態で変位されるように構成されているものをすべて含む。

（２）上記実施形態ではブロック内ウォータジャケット４とヘッド内ウォータジャケット５との共通排出部６をシリンダヘッド３の他端面に設け、それに合わせて循環路７の導入部７ａを単一にした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば図示していないが、ブロック内ウォータジャケット４の冷却液排出部とヘッド内ウォータジャケット５の冷却液排出部とをシリンダヘッド３の他端面に別々に設けるとともに、循環路７の導入部７ａを二股に分岐させるようにし、この循環路７の二股に分岐する導入部を前記２つの冷却液排出部に接続させるようにすることが可能である。また、前記したブロック内ウォータジャケット４の冷却液排出部は、シリンダブロック２において気筒配列方向の他端面（例えば後端面）に設けるようにしてもよい。

（３）上記実施形態ではウォータポンプ８を機械式にした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図示していないが、電動式のウォータポンプとすることが可能である。

この場合、例えばエンジン１が冷間始動されたときにすぐに電動式のウォータポンプを作動させるのではなく、例えばＥＣＵ１００がヘッド側バルブ２０のコイル２１への通電を停止するときに電動式のウォータポンプを作動させるようにすることが可能である。このようにすれば前記電動式のウォータポンプによる冷却液流通圧力でヘッド側バルブ２０の弁体２２を開弁方向に強制的に変位させるタイミングを制御することが可能になる。

本発明は、コイルへの通電または通電停止によって発生または消滅する電磁力で弁体を変位させることで開閉される電磁弁に好適に適用することが可能である。また、本発明は、エンジンのブロック内ウォータジャケットとヘッド内ウォータジャケットとに冷却液を独立して流通可能とするエンジン冷却装置に好適に適用することが可能である。

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ブロック内ウォータジャケット
４ａ ブロック内ウォータジャケットの冷却液導入部
５ ヘッド内ウォータジャケット
５ａ ヘッド内ウォータジャケットの冷却液導入部
６ 両方のウォータジャケットの共通排出部
７ 循環路
７ａ 循環路の導入部
７ｂ 循環路のブロック側還流部
７ｃ 循環路のヘッド側還流部
８ ウォータポンプ
１１ ラジエータ通路
１２ ラジエータ
１３ ラジエータ用サーモスタット
１４ ブロック側バルブ（サーモスタット）
２０ ヘッド側バルブ（電磁弁）
２１ ヘッド側バルブのコイル
２２ ヘッド側バルブの弁体
２３ ヘッド側バルブの圧縮ばね
２４ ヘッド側バルブの弁座

Claims (7)

1. コイルへの通電または通電停止によって発生または消滅する電磁力で弁体を変位させることで開閉される電磁弁であって、
   前記弁体は、開弁方向に変位するときに、その一部が前記コイルに当接されていて当該当接位置から遠い位置ほど前記コイルから離れるような形態で変位される、ことを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記コイルは、流体通路の内周に設置されるような筒形とされ、このコイルにおいてその内周部を流通する流体の流通方向の下流側開口の端面が前記弁体の弁座とされ、
   前記弁体は、その一部が前記弁座の周方向一部に当接される状態で支持されていて、当該支持部分を支点として傾動可能とされている、ことを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１または２に記載の電磁弁において、
   前記弁体は、ばねにより閉弁方向に付勢されている、ことを特徴とする電磁弁。
4. エンジンのブロック内ウォータジャケットの冷却液を外部に取り出してから還流させるためのブロック循環経路に設けられて前記ブロック内ウォータジャケットへの冷却液還流を許容または遮断するためのブロック側バルブと、
   前記エンジンのヘッド内ウォータジャケットの冷却液を外部に取り出してから還流させるためのヘッド循環経路に設けられて前記ヘッド内ウォータジャケットへの冷却液還流を許容または遮断するためのヘッド側バルブとを備え、
   前記ヘッド側バルブが、請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁弁とされる、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
5. 一端がエンジンのブロック内ウォータジャケットと前記エンジンのヘッド内ウォータジャケットとの共通排出部に接続されかつ他端側が二股に分岐されて前記ブロック内ウォータジャケットの冷却液導入部と前記ヘッド内ウォータジャケットの冷却液導入部とに個別に接続される単一の循環路と、
   この循環路の前記二股分岐部分よりも冷却液流通方向上流側に設置されるウォーターポンプと、
   前記循環路において前記両ウォータジャケットの共通排出部寄りの位置と前記ウォータポンプの冷却液吸入側とに接続されかつ途中にラジエータが設置されるラジエータ通路と、
   このラジエータ通路において前記ウォータポンプの冷却液吸入側との接続部分寄りに設置されかつ冷却液の温度を感知して自動的に開閉するラジエータ用サーモスタットと、
   前記循環路の前記二股分岐部分のうちのブロック内ウォータジャケットに至るブロック側還流部に設置されて当該ブロック内ウォータジャケットへの冷却液還流を許容または遮断するためのブロック側バルブと、
   前記循環路の前記二股分岐部分のうちのヘッド内ウォータジャケットに至るヘッド側還流部に設置されて当該ヘッド内ウォータジャケットへの冷却液還流を許容または遮断するためのヘッド側バルブとを備え、
   前記ヘッド側バルブが、請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁弁とされる、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
6. 請求項４または５に記載のエンジン冷却装置において、
   前記ブロック側バルブは、サーモスタットとされる、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
7. 請求項４から６のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置において、
   前記ヘッド側バルブの開閉動作を制御するための制御装置をさらに備え、かつ、前記制御装置は、前記冷却液の温度に基づいて前記ヘッド側バルブのコイルに対する通電または通電停止を間欠的に行う、ことを特徴とするエンジン冷却装置。

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