JP2014092031A

JP2014092031A - 内燃機関の冷却経路切替装置

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Publication number: JP2014092031A
Application number: JP2012240980A
Authority: JP
Inventors: Shusaku Sugamoto; 周作菅本; Kunihiko Hayashi; 邦彦林; Akira Michikawauchi; 亮道川内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP5910463B2

Abstract

【課題】冷却経路を好適に切り替えることが可能な内燃機関の冷却経路切替装置を提供する。
【解決手段】切替装置１は冷却通路部２とＷ／Ｐ３と圧力弁４、５と絞り６とを備える。圧力弁４は冷却経路Ｒ１に介在するように冷却通路部２に設けられ、入口部Ｉｎおよび出口部Ｏｕｔのうち入口部Ｉｎ側で冷却経路Ｒ２に隣接して配置されるとともに、上流側から作用する冷却水の圧力を開弁方向の圧力とする。圧力弁５は冷却経路Ｒ１に介在するように冷却通路部２に設けられ、冷却経路Ｒ１において出口部Ｏｕｔの手前に配置されるとともに、上流側から作用する冷却水の圧力を開弁方向の圧力とする。絞り６は冷却経路Ｒ２に介在するように冷却通路部２に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の冷却経路切替装置に関する。

内燃機関では冷却水の流通状態を変更することで、より適切な冷却を可能にすることができる。特許文献１ではシリンダブロックの冷却水入口部から冷却水出口部へ至る第１及び第２の経路のそれぞれに配分される冷却水の配分状態を変化させる配分状態変更手段を備える内燃機関の冷却装置が開示されている。特許文献１では配分状態変更手段が例えば板状弁を開閉動作させるサーモスタットを備える配分調整装置であることが開示されている。

特許文献２ではシリンダブロックのウォータジャケットをＵターン方式としたエンジンの冷却装置が開示されている。特許文献３ではブロック内流路に冷却水を流入させる差圧弁を備えるエンジンの冷却装置が開示されている。特許文献４が開示する排熱回収装置は作動媒体の圧力に応じて作動する作動動力源に連動する弁体を備える弁機構を有している。

特開２００６−１３２３７６号公報特開２００６−１６１７８２号公報特開２００９−１２１３３９号公報特開２００９−８３１８号公報

内燃機関の冷却水の流通状態を変更するには冷却経路を切り替えることができる。そして、冷却経路の切替には例えばサーモスタットを用いることができる。ところがこの場合には、冷却水の温度がサーモスタットの感温部以外の部分で急上昇した場合に素早く冷却経路を切り替えることが困難であるなど応答性の面で不利となる虞がある。

また、冷却水の流通状態を変更するにあたっては具体的にはシリンダブロックを介した冷却水の流通を停止或いは制限することで、機関暖機性を高めることが考えられる。ところがサーモスタットでは、作動温度に達した冷却水が感温部に到達するまでの間に時間がかかる分、応答遅れが生じる虞がある。或いは作動温度を低く設定することで、その分暖機促進性が制限される虞がある。

この点、サーモスタットを用いる場合には例えば次のようにして応答遅れを補うこともできる。図８は冷却装置の一例である冷却装置１００を示す図である。冷却装置１００はウォータポンプ（以下、Ｗ／Ｐと称す）１０１と内燃機関１０２とラジエータ１０３とサーモスタット１０４と圧力弁１０５とを備えている。

Ｗ／Ｐ１０１が圧送する冷却水はサーモスタット１０４を介して内燃機関１０２のシリンダヘッド１０２ｂに供給される。また、圧力弁１０５を介して内燃機関１０２のシリンダブロック１０２ａに供給される。シリンダブロック１０２ａに供給された冷却水はシリンダヘッド１０２ｂに供給される。シリンダヘッド１０２ｂに供給された冷却水はラジエータ１０３を介してＷ／Ｐ１０１に戻る。Ｗ／Ｐ１０１は内燃機関１０２の動力で駆動する機械式のＷ／Ｐとなっている。

サーモスタット１０４は冷却水の温度が所定温度よりも低い場合に開弁し、所定温度よりも高い場合に閉弁する。サーモスタット１０４は圧力弁１０５およびシリンダブロック１０２ａ間の冷却水の温度を感温するように構成されている。圧力弁１０５は開弁作用圧が開弁設定圧よりも大きい場合に開弁する。開弁作用圧は開弁設定圧に対応する作用圧であり、具体的にはここでは上流側から作用する冷却水の圧力と下流側から作用する冷却水の圧力との差圧である。

冷却装置１００では機関暖機時にシリンダブロック１０２ａおよびシリンダヘッド１０２ｂのうちシリンダヘッド１０２ｂに冷却水が供給される。また、内燃機関１０２の回転数が上昇し、シリンダブロック１０２ａの冷却の必要性が高まった場合には圧力弁１０５が開弁し、シリンダブロック１０２ａにも冷却水を供給する。したがって、冷却装置１００では圧力弁１０５を設けることで、サーモスタット１０４の応答遅れを補っている。

ところが、圧力弁１０５開弁時にはＷ／Ｐ１０１からシリンダヘッド１０２ｂにも冷却水が供給されている。このため、シリンダブロック１０２ａにおける冷却水の圧力とシリンダヘッド１０２ｂにおける冷却水の圧力との間には大きな差が生じない虞がある。結果、シリンダブロック１０２ａからシリンダヘッド１０２ｂに供給される冷却水の流量が制限される虞がある。そして、これに応じてＷ／Ｐ１０１からシリンダブロック１０２ａに供給される冷却水の流量も制限される結果、シリンダブロック１０２ａの冷却が不十分になる虞がある。

この点、かかる事態は例えば次のような場合に発生し得る。すなわち、上述のような流通態様を特段考慮せず、シリンダブロック１０２ａ、シリンダヘッド１０２ｂの順に冷却水を流通させる一般的な冷却経路を有する既存の内燃機関１０２をベースに用いた場合に発生し得る。結果、この場合には冷却による信頼性の確保が困難になる虞があるか、或いは内燃機関１０２の冷却通路の再適合が必要となる結果、技術の展開容易性やコストの面で不利になる虞がある。

またこの場合には、内燃機関１０２の運転状態が低回転高負荷である場合に圧力弁１０５が開弁しないことになる。ところが、かかる運転状態では冷却水が低温でも内燃機関１０２の壁温が高温になることもある。結果、この場合にも作動温度を低く設定する必要性が生じる結果、暖機促進性が制限される虞がある。さらにこの場合には、開弁作用圧が開弁設定圧に設定されると圧力弁１０５が開弁、閉弁を繰り返す結果、流通状態の不安定化による信頼性低下や圧力弁１０５の振動破損が発生する虞がある。

冷却経路の切替にはサーモスタットのほか電磁弁を用いることもできる。この場合、例えば内燃機関の冷却通路の入口または出口をシリンダブロックとシリンダヘッドとに設け、２系統化した冷却経路を電磁弁で切り替える冷却装置を構成することができる。ところが、この場合にも冷却経路が一般的な冷却経路と異なってくる関係上、信頼性確保の観点から冷却通路の設計変更が必要となる虞がある。結果、技術の展開容易性やコストの面で不利になる虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、冷却経路を好適に切り替えることが可能な内燃機関の冷却経路切替装置を提供することを目的とする。

本発明は内燃機関が備えるシリンダブロックのシリンダ群の周囲に設けられ、冷却媒体の入口部および出口部が接続する冷却通路部と、前記入口部を介して前記シリンダブロックに冷却媒体を供給するポンプと、前記入口部から前記出口部への流通経路が相対的に長い第１の冷却経路と相対的に短い第２の冷却経路とのうち第１の冷却経路に介在するように前記冷却通路部に設けられ、前記入口部および前記出口部のうち前記入口部側で前記第２の冷却経路に隣接して配置されるとともに、上流側から作用する冷却媒体の圧力を開弁方向の圧力とする第１の圧力弁と、前記第１の冷却経路に介在するように前記冷却通路部に設けられ、前記第１の冷却経路において前記出口部の手前に配置されるとともに上流側から作用する冷却媒体の圧力を開弁方向の圧力とする第２の圧力弁と、前記第２の冷却経路に介在するように前記冷却通路部に設けられた絞りとを備える内燃機関の冷却経路切替装置である。

本発明は前記内燃機関が前記内燃機関のシリンダヘッド側から前記冷却通路部に接続するとともに、前記第１の圧力弁から前記第１の冷却経路に沿って前記第２の圧力弁に至る範囲内で前記冷却通路部に接続する通路部を備えており、前記第１の圧力弁の開弁設定圧を前記第２の圧力弁の開弁設定圧よりも低く設定した構成とすることができる。

本発明は前記ポンプが圧送する冷却媒体の流量を可変にする電動式の可変ポンプであり、前記第１および第２の圧力弁に作用する開弁作用圧それぞれのうち少なくともいずれかが前記第１および第２の圧力弁のうち対応する圧力弁の開弁設定圧に設定されることを回避するように前記ポンプが冷却媒体の流量を調整する構成とすることができる。

本発明は前記第１の圧力弁が前記第１の冷却経路を介した冷却媒体の流通を許可する場合に、前記第２の冷却経路を介した冷却媒体の流通を制限する構成とすることができる。

本発明によれば、冷却経路を好適に切り替えることができる。

内燃機関の冷却経路切替装置の全体構成図である。内燃機関の冷却経路切替装置の動作説明図である。Ｗ／Ｐの動作説明図である。回避領域の説明図である。絞りの作用説明図である。内燃機関の冷却経路切替装置の変形例を示す図である。圧力損失調整機構の変形例を示す図である。冷却装置の一例を示す図である。

図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は内燃機関の冷却経路切替装置（以下、切替装置と称す）１の全体構成図である。切替装置１は冷却通路部２とＷ／Ｐ３と圧力弁４、５と絞り６とＥＣＵ１０とを備えている。冷却通路部２はシリンダブロック２０のシリンダ群の周囲に設けられている。冷却通路部２には冷却媒体である冷却水の入口部Ｉｎと出口部Ｏｕｔとが接続している。入口部Ｉｎはシリンダブロック２０に設けられている。出口部Ｏｕｔはシリンダブロック２０を備える内燃機関（以下、内燃機関Ｅと称す）のシリンダヘッド（以下、シリンダヘッドＨと称す）およびヘッドガスケットに設けられている。

Ｗ／Ｐ３は圧送する冷却水の流量を可変にする電動式の可変ポンプとなっている。Ｗ／Ｐ３は入口部Ｉｎを介してシリンダブロック２０に冷却水を供給する。供給された冷却水は冷却通路部２を流通した後、出口部Ｏｕｔからシリンダブロック２０外に流出する。冷却通路部２を流通する冷却水は冷却経路Ｒ１、Ｒ２のうち少なくともいずれかを介して出口部Ｏｕｔに到達する。冷却経路Ｒ１は入口部Ｉｎから出口部Ｏｕｔへの流通経路が相対的に長い冷却経路であり、第１の冷却経路に相当する。冷却経路Ｒ２は同流通経路が相対的に短い冷却経路であり、第２の冷却経路に相当する。冷却経路Ｒ２は具体的にはシリンダ群のうち一端に位置するシリンダに沿った冷却経路となっている。

圧力弁４は冷却経路Ｒ１に介在するように冷却通路部２に設けられている。圧力弁４は入口部Ｉｎおよび出口部Ｏｕｔのうち入口部Ｉｎ側で冷却経路Ｒ２に隣接して配置されている。圧力弁４は閉弁時に閉弁時に冷却経路Ｒ１を介した冷却水の流通を禁止或いは制限する。また、開弁時に冷却経路Ｒ１を介した冷却水の流通を許可する。圧力弁４は冷却経路Ｒ１において上流側から作用する冷却水の圧力を開弁方向の圧力としている。この点、開弁作用圧は上流側から作用する冷却水の圧力と下流側から作用する冷却水の圧力との差圧（上流圧−下流圧）となっている。圧力弁４の開弁設定圧は圧力弁５の開弁設定圧よりも低く設定されている。圧力弁４は第１の圧力弁に相当する。

圧力弁５は冷却経路Ｒ１に介在するように冷却通路部２に設けられている。圧力弁５は冷却経路Ｒ１において出口部Ｏｕｔの手前に配置されている。圧力弁５は閉弁時に冷却経路Ｒ１を介した冷却水の流通を禁止或いは制限する。また、開弁時に冷却経路Ｒ１を介した冷却水の流通を許可する。圧力弁５は冷却経路Ｒ１において上流側から作用する冷却水の圧力を開弁方向の圧力としている。圧力弁５は第２の圧力弁に相当する。

絞り６は冷却経路Ｒ２に介在するように冷却通路部２に設けられている。絞り６は冷却経路Ｒ２を介して冷却通路部２を流通する冷却水に圧力損失を生じさせる。そしてこの結果、圧力弁５に下流側から作用する冷却水の圧力に影響を及ぼす。また、圧力弁４に上流側から作用する冷却水の圧力に影響を及ぼす。切替装置１では圧力弁４、５に作用するこれら圧力の調整が絞り６によって予め行われている。絞り６は圧力弁４、５とともに圧力損失調整機構（以下、機構Ａと称す）を構成している。

内燃機関Ｅは出口部Ｏｕｔのほかに冷却通路部２とシリンダヘッドＨの冷却通路部とを接続する複数の通路部Ｗを備えている。複数の通路部ＷはシリンダヘッドＨ側から冷却通路部２に接続するとともに、圧力弁４から冷却経路Ｒ１に沿って圧力弁５に至る範囲内で冷却通路部２に接続している。この点、出口部ＯｕｔはシリンダヘッドＨ側から冷却通路部２に接続する通路部のうち最も通路断面積が大きい通路部となっている。

複数の通路部Ｗは複数の通路部Ｗ１および複数の通路部Ｗ２を有して構成されている。通路部Ｗ１は気筒配列方向においてシリンダ群を構成する複数のシリンダのうち隣り合うシリンダ同士の間の部分で、シリンダヘッドＨ側から冷却通路部２に接続している。通路部Ｗ２は通路部Ｗ１が設けられている部分以外の部分でシリンダヘッドＨ側から冷却通路部２に接続している。通路部Ｗ１はシリンダヘッドＨにおいてボア間壁部に隣接して設けられている。通路部Ｗ２はシリンダヘッドＨにおいてボア間壁部以外の高温部位（例えば排気弁間壁部）に隣接して設けられている。

ＥＣＵ１０は電子制御装置であり、ＥＣＵ１０には内燃機関Ｅの運転状態を検出するためのセンサ群１１がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。また、Ｗ／Ｐ３が制御対象として電気的に接続されている。センサ群１１は例えば内燃機関Ｅの回転数を検出可能なクランク角センサや内燃機関Ｅの吸入空気量を計測するエアフロメータや内燃機関Ｅに対する加速要求を行うアクセル開度センサや内燃機関Ｅの冷却水温を検知する水温センサを含む。ＥＣＵ１０はＷ／Ｐ３を制御する制御部に相当する。そして、Ｗ／Ｐ３はＥＣＵ１０の制御のもと、次のように冷却水の流量を調整する。

すなわち、内燃機関Ｅの暖機時且つ中低負荷時には吐出圧が第１の所定圧よりも低くなるように冷却水の流量を調整する。また、内燃機関Ｅの暖機後且つ中低負荷時には吐出圧が第１の所定圧よりも高く（ここでは第１の所定圧以上）、且つ第１の所定圧よりも値が高い第２の所定圧よりも低くなるように冷却水の流量を調整する。また、内燃機関Ｅの高負荷時には吐出圧が第２の所定圧よりも高くなるように（ここでは第２の所定圧以上になるように）冷却水の流量を調整する。したがって、Ｗ／Ｐ３は内燃機関Ｅの運転状態に応じて吐出圧が相対的に低圧、中圧または高圧になるように冷却水の流量を調整する。

図２は切替装置１の動作説明図である。図２（ａ）は内燃機関Ｅの暖機時且つ中低負荷時の状態を示す。図２（ｂ）は内燃機関Ｅの暖機後且つ中低負荷時の状態を示す。図２（ｃ）は内燃機関Ｅの高負荷時の状態を示す。

内燃機関Ｅの暖機時且つ中低負荷時には吐出圧が低圧になるようにＷ／Ｐ３が冷却水の流量を調整する。この点、第１の所定圧は吐出圧が第１の所定圧よりも低い場合に圧力弁４の開弁作用圧が開弁設定圧よりも低くなるように設定されている。このためこの場合には、図２（ａ）に示すように圧力弁４、５がともに閉弁した状態となっている。結果、冷却水は入口部Ｉｎから冷却経路Ｒ２を介して冷却通路部２を流通し、出口部Ｏｕｔから流出する。この場合、シリンダブロック２０の冷却を抑制することで、機関暖機を促進できる。そして、機関暖機を促進することで具体的には内燃機関Ｅの燃費を改善できる。

内燃機関Ｅの暖機後且つ中低負荷時には吐出圧が中圧になるようにＷ／Ｐ３が冷却水の流量を調整する。この点、第１の所定圧は吐出圧が第１の所定圧よりも高い場合に圧力弁４の開弁作用圧が開弁設定圧に到達するように設定されている。また、第２の所定圧は吐出圧が第２の所定圧よりも低い場合に圧力弁５の開弁作用圧が開弁設定圧よりも低くなるように設定されている。

このためこの場合には、図２（ｂ）に示すように圧力弁４が開弁するとともに圧力弁５が閉弁した状態となっている。結果、冷却水は入口部Ｉｎから冷却経路Ｒ２を介して冷却通路部２を流通し、出口部Ｏｕｔから流出する。また、冷却経路Ｒ１を介して冷却通路部２を流通し、通路部Ｗから流出する。この場合、通路部Ｗ内の冷却水の沸騰を抑制できる。また、シリンダヘッドＨにおけるボア間壁部や排気弁間壁部の壁温の過上昇を抑制できる。この場合、冷却水の一部が冷却経路Ｒ２を介して冷却通路部２を流通する分、シリンダブロック２０で発生する冷却損失も低減できる。

内燃機関Ｅの高負荷時には吐出圧が高圧になるようにＷ／Ｐ３が冷却水の流量を調整する。この点、第２の所定圧は吐出圧が第２の所定圧よりも高い場合に圧力弁５の開弁作用圧が開弁設定圧に到達するように設定されている。このためこの場合には、図２（ｃ）に示すように圧力弁４、５が開弁した状態となっている。結果、冷却水は主に入口部Ｉｎから冷却経路Ｒ１を介して冷却通路部２を流通し、出口部Ｏｕｔから流出する。この場合、シリンダブロック２０の冷却を促進することで、内燃機関Ｅの信頼性を確保できる。

Ｗ／Ｐ３はさらにＥＣＵ１０の制御のもと、圧力弁４、５に作用する開弁作用圧それぞれのうち少なくともいずれかが圧力弁４、５のうち対応する圧力弁の開弁設定圧に設定されることを回避するように冷却水の流量を調整する。具体的にはＷ／Ｐ３は冷却通路部２に供給される冷却水の総流量が圧力弁４、５のうち少なくともいずれかの開弁時の流量を下限とする所定範囲内の流量に設定されることを回避するように冷却水の流量を調整する。

図３はＷ／Ｐ３の動作説明図である。図４は回避領域Ｓの説明図である。図３において縦軸はＤｕｔｙ比、横軸は時間を示す。図４において縦軸は冷却経路Ｒ１、Ｒ２の流量割合と圧力弁４の上流圧とを示し、横軸は冷却通路部２に供給される冷却水の総流量を示す。

図３に示すようにＥＣＵ１０は具体的にはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によってＷ／Ｐ３を制御する。ＥＣＵ１０はＤｕｔｙ比が回避領域Ｓに含まれることを回避するようにＤｕｔｙ比を変更する。Ｄｕｔｙ比が回避領域Ｓに含まれることを回避するにあたって、ＥＣＵ１０はさらに具体的には回避領域Ｓの上限値よりも高いＤｕｔｙ比になるようにＤｕｔｙ比を変更する。そして、このようにＥＣＵ１０がＤｕｔｙ比を変更する結果、Ｗ／Ｐ３が上述のように流量を調整する。

回避領域Ｓは具体的には回避領域Ｓ１となっている。回避領域Ｓ１は図４に示す回避領域Ｓ１´に対応するＤｕｔｙ比の回避領域となっている。回避領域Ｓ１´は次に示す冷却水の総流量を下限値および上限値として有する領域となっている。すなわち、冷却経路Ｒ１、Ｒ２の流量割合の変化によって示されるように、圧力弁４が開弁する冷却水の総流量を下限値として有する領域となっている。また、圧力弁４開弁後に圧力弁４の上流圧が冷却水の総流量の増加に応じて上昇し始めるとともに、冷却経路Ｒ１、Ｒ２の流量割合の変化（傾き）が緩やかになる冷却水の総流量を上限値として有する領域となっている。

回避領域Ｓ１´で圧力弁４の上流圧の変化傾向が圧力弁４開弁前と異なってくる理由は次の通りである。すなわち、圧力弁４開弁後には上流圧が低下することで圧力弁４が再び閉弁する。閉弁した圧力弁４は上流圧が高まることで再び開弁する。そして、これらの動作が繰り返されることで圧力弁４の上流圧が冷却水の総流量の増加に応じて上昇しなくなるためである。

回避領域Ｓは第１の回避領域である回避領域Ｓ１と第２の回避領域である回避領域Ｓ２とのうち少なくともいずれかであってもよい。回避領域Ｓ２は圧力弁５についてのＤｕｔｙ比の回避領域である。回避領域Ｓ２は回避領域Ｓ１と同様、圧力弁５について冷却水の総流量の回避領域Ｓ２´を把握することで把握できる。この場合、Ｄｕｔｙ比が回避領域Ｓに含まれることを回避するにあたって、ＥＣＵ１０は次のようにＤｕｔｙ比を変更することができる。

すなわち、回避領域Ｓが回避領域Ｓ１、Ｓ２のうちいずれかである場合には、回避領域Ｓの上限値よりも高いＤｕｔｙ比になるようにＤｕｔｙ比を変更することができる。また、回避領域Ｓが回避領域Ｓ１およびＳ２である場合には、回避領域Ｓ１、Ｓ２のうち対象となる回避領域の上限値よりも高いＤｕｔｙ比であって、他方の回避領域に含まれないＤｕｔｙ比になるようにＤｕｔｙ比を変更することができる。このようにＤｕｔｙ比を変更するための目標Ｄｕｔｙ比は例えば機関運転状態に応じて予めマップデータで設定しておくことができる。

次に切替装置１の主な作用効果について説明する。切替装置１はＷ／Ｐ３の吐出圧に応じて冷却経路を切り替える。具体的にはＷ／Ｐ３の吐出圧が相対的に低い場合には、前述した図２（ａ）に示すように冷却経路を切り替える。また、Ｗ／Ｐ３の吐出圧が相対的に高い場合には、前述した図２（ｃ）に示すように冷却経路を切り替える。

この点、切替装置１は圧力弁４、５で冷却経路を切り替えることで、内燃機関Ｅの暖機促進および信頼性確保を図ることができると同時に、Ｗ／Ｐ３の吐出圧に応じた高い応答性を確保できる点で好適である。また、切替装置１は冷却通路部２に圧力弁４、５および絞り６（すなわち機構Ａ）を設置することで、このような冷却経路の切替を可能にすることができる。このため、切替装置１は技術の展開容易性やコストの面で有利となる点でも好適である。

切替装置１は絞り６を備えることで、次に説明するように技術の展開容易性やコストの面で有利となる点でも好適である。図５は絞り６の作用説明図である。ここで、圧力弁４開弁時且つ圧力弁５閉弁時に圧力弁５に上流側から作用する圧力Ｐ１と下流側から作用する圧力Ｐ２とはＷ／Ｐ３の吐出圧によって決定される。一方、吐出圧に応じた圧力Ｐ１、Ｐ２の大きさは冷却通路部２の形状によって異なってくる。このため、冷却通路部２の形状によっては所定の吐出圧で圧力Ｐ２が圧力Ｐ１よりも高くなる結果、圧力弁５を開弁できないこともある。

これに対し、切替装置１は冷却経路Ｒ２を介して流通する冷却水の圧力損失を絞り６で増大させることで、圧力Ｐ２を調整できる。結果、圧力弁５を開弁するためのＷ／Ｐ３の吐出圧を絞り６で調整できる。また、絞り６は圧力弁４を開弁するためのＷ／Ｐ３の吐出圧も調整できる。そして、圧力弁４、５を開弁するためのＷ／Ｐ３の吐出圧を調整できることは冷却通路部の形状が冷却通路部２と異なる内燃機関に対し切替装置１を適用した場合でも同様である。したがって、切替装置１はかかる調整が可能である点でも技術の展開容易性やコストの面で有利である。

切替装置１では高い冷却性能を必要とする圧力弁４、５開弁時に主に冷却経路Ｒ１を介して入口部Ｉｎから出口部Ｏｕｔに冷却水を流通させる。このため、切替装置１はかかる調整を可能にしつつも、圧力弁４、５開弁時に内燃機関Ｅ全体の圧力損失に大きな影響を及ぼさないようにすることで、高い冷却性能を確保できる点でも好適である。

切替装置１はさらにＷ／Ｐ３を電動式の可変ポンプとする構成であることで、機関運転状態に応じて冷却経路を応答性良く切り替えることができる。結果、例えば内燃機関Ｅの運転状態が低回転高負荷である場合に前述した図２（ｃ）に示すように冷却経路を応答性良く切り替えることもできる。すなわち、切替装置１は具体的にはかかる構成であることで、高い応答性に加えて高い制御性を兼ね備えることができる。結果、暖機促進性が制限されることも防止或いは抑制できる。

切替装置１はさらに圧力弁４の開弁設定圧を圧力弁５の開弁設定圧よりも低く設定した構成であることで、前述した図２（ｂ）に示すように冷却経路を切り替えることもできる。結果、内燃機関Ｅが通路部Ｗを備える場合に通路部Ｗ内の冷却水の沸騰を抑制したり、ボア間壁部や排気弁間壁部の壁温の過上昇を抑制したりすることもできる。

切替装置１はＷ／Ｐ３がさらに圧力弁４、５に作用する開弁作用圧それぞれのうち少なくともいずれかが圧力弁４、５のうち対応する圧力弁の開弁設定圧に設定されることを回避するように冷却水の流量を調整する構成となっている。このため、切替装置１は流通状態の不安定化や圧力弁４、５の振動が発生することも防止或いは抑制できる。結果、具体的には内燃機関Ｅの信頼性低下や圧力弁４、５の振動破損が発生することを防止或いは抑制できる。

切替装置１はさらに具体的にはＰＷＭ制御によってＷ／Ｐ３を制御するＥＣＵ１０を備えるとともに、Ｗ／Ｐ３を制御するにあたりＤｕｔｙ比が回避領域Ｓに含まれることを回避するようにＥＣＵ１０がＤｕｔｙ比を変更する構成となっている。そして、Ｄｕｔｙ比が回避領域Ｓに含まれることを回避するにあたっては、ＥＣＵ１０が前述のようにＤｕｔｙ比を変更する構成となっている。このため、切替装置１はＤｕｔｙ比が回避領域Ｓに含まれることを回避するようにＤｕｔｙ比を変更しても冷却水の流量を確保できる。結果、冷却水の流量の観点からも内燃機関Ｅの信頼性を確保できる。

切替装置１は例えば次のように構成されてもよい。図６は切替装置１の変形例である切替装置１´の要部を示す図である。図６（ａ）は圧力弁４´閉弁時の状態を示す。図６（ｂ）は圧力弁４´開弁時の状態を示す。切替装置１´は圧力弁４の代わりに圧力弁４´を備える点以外、切替装置１と実質的に同一である。圧力弁４´は次のように構成されている点以外、圧力弁４と実質的に同一である。

すなわち、図６（ａ）に示すように圧力弁４´は冷却経路Ｒ１を介した冷却水の流通を禁止或いは制限する場合に（閉弁時に）、冷却経路Ｒ２を介した冷却水の流通を許可する。一方、図６（ｂ）に示すように圧力弁４´は冷却経路Ｒ１を介した冷却水の流通を許可する場合に（開弁時に）、冷却経路Ｒ２を介した冷却水の流通を制限する。具体的には閉弁時よりも冷却経路Ｒ２を介した冷却水の流通を制限する。

このため、切替装置１´は圧力弁４´開弁時に冷却経路Ｒ２を介して冷却通路部２を流通する冷却水の圧力損失を増大させることで、当該圧力損失が急激に低下することを抑制できる。すなわち、圧力弁４´開弁時に当該圧力損失が変化することを抑制できる。結果、切替装置１と比較してさらに当該圧力損失の変化に起因して発生する流通状態の不安定化や圧力弁４´の振動も防止或いは抑制できる。

同時に切替装置１´はシリンダブロック２０にとって冷却の要求が低い冷却経路Ｒ２を介した冷却水の流通を制限する構成となっている。このため、切替装置１´は冷却が必要な部位への冷却水の流通を促進することで、内燃機関Ｅの信頼性を高めることもできる。切替装置１´はさらに流通状態を安定化させることで、回避領域Ｓ１を縮小することもできる。結果、Ｗ／Ｐ３の流量調整範囲を拡大することで、燃費改善に資することもできる。

圧力弁４、５および絞り６は例えば一体化されていてもよい。図７は機構Ａの変形例である機構Ａ´を示す図である。図７（ａ）は圧力弁４、５閉弁時の機構Ａ´を示す。図７（ｂ）は圧力弁４、５開弁時の機構Ａ´を示す。機構Ａ´は圧力弁４、５および絞り６を気筒延伸方向に沿った一端部および他端部で板状部材によって接続し、一体化した構造となっている。２枚の板状部材のうちシリンダヘッドＨ側に配置される板状部材には出口部Ｏｕｔが設けられている。機構Ａ´は機構Ａと比較して圧力弁４、５および絞り６の設置容易化を図ることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

切替装置１、１´
冷却通路部２
Ｗ／Ｐ３、１０１
圧力弁４、４´、５、１０５
絞り６
シリンダブロック２０、１０２ａ

Claims

内燃機関が備えるシリンダブロックのシリンダ群の周囲に設けられ、冷却媒体の入口部および出口部が接続する冷却通路部と、
前記入口部を介して前記シリンダブロックに冷却媒体を供給するポンプと、
前記入口部から前記出口部への流通経路が相対的に長い第１の冷却経路と相対的に短い第２の冷却経路とのうち第１の冷却経路に介在するように前記冷却通路部に設けられ、前記入口部および前記出口部のうち前記入口部側で前記第２の冷却経路に隣接して配置されるとともに、上流側から作用する冷却媒体の圧力を開弁方向の圧力とする第１の圧力弁と、
前記第１の冷却経路に介在するように前記冷却通路部に設けられ、前記第１の冷却経路において前記出口部の手前に配置されるとともに上流側から作用する冷却媒体の圧力を開弁方向の圧力とする第２の圧力弁と、
前記第２の冷却経路に介在するように前記冷却通路部に設けられた絞りとを備える内燃機関の冷却経路切替装置。
請求項１記載の内燃機関の冷却経路切替装置であって、
前記内燃機関が前記内燃機関のシリンダヘッド側から前記冷却通路部に接続するとともに、前記第１の圧力弁から前記第１の冷却経路に沿って前記第２の圧力弁に至る範囲内で前記冷却通路部に接続する通路部を備えており、
前記第１の圧力弁の開弁設定圧を前記第２の圧力弁の開弁設定圧よりも低く設定した内燃機関の冷却経路切替装置。
請求項１または２記載の内燃機関の冷却経路切替装置であって、
前記ポンプが圧送する冷却媒体の流量を可変にする電動式の可変ポンプであり、
前記第１および第２の圧力弁に作用する開弁作用圧それぞれのうち少なくともいずれかが前記第１および第２の圧力弁のうち対応する圧力弁の開弁設定圧に設定されることを回避するように前記ポンプが冷却媒体の流量を調整する内燃機関の冷却経路切替装置。
請求項１から３いずれか１項記載の内燃機関の冷却経路切替装置であって、
前記第１の圧力弁が前記第１の冷却経路を介した冷却媒体の流通を許可する場合に、前記第２の冷却経路を介した冷却媒体の流通を制限する内燃機関の冷却経路切替装置。