JP2017025763A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジエータに冷却水が供給されない状態において、エンジンが低負荷状態から高負荷状態に急激に変化した場合にも、冷却水の冷却を迅速に行うことが可能なエンジン冷却装置を提供する。
【解決手段】このエンジン冷却装置１００は、エンジン１０１を冷却する冷却水の吐出流量を制御可能な電動ウォータポンプ１と、冷却水を冷却するラジエータ２と、ラジエータ２が設けられ、冷却水が流通可能な冷却水流路７ａと、冷却水流路７ａに対して並列に設けられ、冷却水が流通可能な冷却水流路７ｂと、電動ウォータポンプ１とラジエータ２との間に設けられ、電動ウォータポンプ１側の冷却水の圧力Ｐ２とラジエータ２側の冷却水の圧力Ｐ１との差圧△Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）に応じて開閉される差圧弁５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン冷却装置に関する。

従来、ウォータポンプを備えたエンジン冷却装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、水冷エンジンと電動ポンプとが配置される主回路と、ラジエータが配置されるラジエータ側の回路と、ヒータコアが配置されるバイパス回路とが並列に設けられた冷却水循環回路が開示されている。この冷却水循環回路では、電動ポンプは、水冷エンジンを冷却するための冷却水の流れ方向を正流と正流とは逆の逆流とに切り替え可能なように構成されている。また、冷却水循環回路のラジエータ側の回路には、冷却水の流れが正流の場合には冷却水を流通させる一方、逆流の場合には冷却水の流通を阻止する逆止弁が設けられている。これにより、冷却水循環回路では、電動ポンプにより冷却水の流れ方向を切り替えることによって、ラジエータに冷却水を供給するか否かを切り替え可能なように構成されている。

特開２００９−２０９７０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された冷却水循環回路では、冷却水の流れ方向を全く逆方向に切り替える必要があるため、切り替えに時間がかかるという不都合があると考えられる。このため、たとえば、冷却水の流れ方向が逆流の状態（ラジエータに冷却水が供給されない状態）において、水冷エンジンが低負荷状態から高負荷状態に急激に変化した場合には、ラジエータに冷却水を供給するために冷却水の流れ方向を正流に切り替えるのに時間がかかってしまい、その結果、ラジエータにおける冷却水の冷却が迅速に行われないという問題点がある。この場合、冷却水に熱が蓄積することに起因して水冷エンジンを十分に冷却することができなくなる場合がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ラジエータに冷却水が供給されない状態において、エンジンが低負荷状態から高負荷状態に急激に変化した場合にも、冷却水の冷却を迅速に行うことが可能なエンジン冷却装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるエンジン冷却装置は、エンジンを冷却する冷却水の吐出流量を制御可能なウォータポンプと、冷却水を冷却するラジエータと、ラジエータが設けられ、冷却水が流通可能な第１流路と、第１流路に対して並列に設けられ、冷却水が流通可能な第２流路と、ウォータポンプとラジエータとの間に設けられ、ウォータポンプ側の冷却水の圧力とラジエータ側の冷却水の圧力との差圧に応じて開閉される差圧弁と、を備える。

この発明の一の局面によるエンジン冷却装置では、上記のように、ウォータポンプとラジエータとの間に、ウォータポンプ側の冷却水の圧力とラジエータ側の冷却水の圧力との差圧に応じて開閉される差圧弁を設ける。これにより、ウォータポンプを用いて差圧弁に対して差圧を発生させるだけで、差圧弁が設けられた流路における冷却水の流通を制御してラジエータに冷却水を供給することができるので、冷却水の流れを逆流させる場合と比べて、ラジエータに冷却水を供給するのにかかる時間を短縮することができる。この結果、ラジエータに冷却水が供給されない状態において、エンジンが低負荷状態から高負荷状態に急激に変化した場合にも、冷却水の冷却を迅速に行うことができる。また、差圧弁を用いてラジエータに冷却水を供給することにより、膨張するのに時間がかかるサーモワックスを用いるサーモスタットの開閉に基づいてラジエータに冷却水を供給する場合と比べても、より迅速に冷却水の冷却を行うことができる。したがって、冷却水に熱が蓄積するのを抑制することができるので、エンジンの冷却を迅速かつ十分に行うことができる。

上記一の局面によるエンジン冷却装置において、好ましくは、ウォータポンプは、エンジンにおける負荷が増大した場合に、回転数を所定の回転数以上に大きくして冷却水の吐出流量を増加させることによって、差圧を差圧弁が開弁される開弁差圧以上に大きくするように構成されている。このように構成すれば、エンジンにおける負荷が増大してエンジンを冷却する必要が生じた場合に、ウォータポンプの回転数を所定の回転数以上に大きくするだけで、差圧弁を開弁してラジエータに冷却水を供給することができるので、ラジエータにおける冷却水の冷却を迅速に行うことができる。これにより、冷却水に熱が蓄積するのを抑制することができるので、負荷が急激に増大したエンジンの冷却を迅速に行うことができる。

この場合、好ましくは、第１流路に設けられ、ラジエータへの冷却水の流通の有無を切り替える弁部材と、弁部材を迂回するとともに、差圧弁が設けられる第３流路と、をさらに備え、差圧弁は、ウォータポンプの回転数が所定の回転数未満の場合には閉弁される一方、ウォータポンプの回転数が所定の回転数以上の場合には開弁されて、弁部材による切替状態に拘わらず、第３流路を介してラジエータに冷却水を流通させるように構成されている。このように構成すれば、弁部材がラジエータへ冷却水を流通させない状態に切り替えられている場合であっても、ウォータポンプの回転数を所定の回転数以上にすることによって、差圧弁を開弁して、第３流路を介して冷却水をラジエータに流通させることができる。これにより、ラジエータにおいて冷却水の冷却を迅速かつ確実に行うことができる。

上記弁部材をさらに備える構成において、好ましくは、ウォータポンプの所定の回転数は、ウォータポンプの最大の回転数近傍の回転数である。このように構成すれば、ウォータポンプが最大の回転数近傍の回転数で駆動されなければ差圧弁が開弁されないので、ウォータポンプを小さな回転数で駆動させただけで意図せずに差圧弁が開弁してしまうのを抑制することができる。これにより、不必要にラジエータにおいて冷却水が冷却されてしまうのを抑制することができるので、冷却水の熱をエンジンの暖機などに有効に活用することができる。

上記ウォータポンプをエンジンにおける負荷が増大した場合に回転数を大きくする構成において、好ましくは、差圧弁は、ウォータポンプとラジエータとの間の第１流路に設けられているとともに、ウォータポンプの回転数に応じて開度が変化するように構成されている。このように構成すれば、開度が変化する差圧弁により、ウォータポンプの回転数に応じてラジエータに供給される冷却水の流通量を制御することができる。これにより、ラジエータに冷却水が供給されない状態において、エンジンが低負荷状態から高負荷状態に急激に変化した場合にも、冷却水の冷却を迅速に行いつつ、エンジンの状態や冷却水の熱の利用状況などに合わせて、ラジエータにおける冷却水の冷却を迅速かつ適切に行うことができる。

なお、本出願では、以下のような他の構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記ウォータポンプをエンジンにおける負荷が増大した場合に回転数を大きくする構成において、エンジンにおける負荷に基づいて、ウォータポンプの回転数を制御する制御部をさらに備え、制御部は、エンジンを冷却した後の冷却水の温度に基づいて、ウォータポンプの回転数を制御するように構成されている。

（付記項２）
また、上記一の局面によるエンジン冷却装置において、第２流路に設けられるヒータコアをさらに備える。

（付記項３）
また、上記一の局面によるエンジン冷却装置において、ウォータポンプは、電動ウォータポンプである。

（付記項４）
また、上記弁部材をさらに備える構成において、弁部材は、サーモスタットである。

本発明によれば、ラジエータに冷却水が供給されない状態において、エンジンが低負荷状態から高負荷状態に急激に変化した場合にも、冷却水の冷却を迅速に行うことができる。

本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置とエンジンとを示した模式図である。 本発明の第１実施形態による差圧弁の開度特性を示したグラフである。 本発明の第１実施形態によるサーモスタットの開度動特性を示したグラフである。 本発明の第１実施形態によるエンジン低負荷状態の初期におけるエンジン冷却装置の状態を示した模式図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン低負荷状態の後期におけるエンジン冷却装置の状態を示した模式図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン高負荷状態の初期におけるエンジン冷却装置の状態を示した模式図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン高負荷状態の後期におけるエンジン冷却装置の状態を示した模式図である。 本発明の第２実施形態によるエンジン冷却装置とエンジンとを示した模式図である。 本発明の第２実施形態による差圧弁の開度特性を示したグラフである。 本発明の第２実施形態によるエンジン低負荷状態におけるエンジン冷却装置の状態を示した模式図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン負荷状態におけるエンジン冷却装置の状態を示した模式図である。 本発明の第１実施形態の変形例によるエンジン冷却装置とエンジンとを示した模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
＜エンジン冷却装置の構成＞
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態によるエンジン冷却装置１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態のエンジン冷却装置１００は、図示しない車両に搭載されており、冷却水を車両に搭載されたエンジン１０１に供給してエンジン１０１を冷却するとともに、エンジン１０１の熱により暖められた冷却水をラジエータ２などにより冷却する冷却装置である。

図１に示すように、エンジン冷却装置１００は、電動ウォータポンプ（電動Ｗ／Ｐ）１と、ラジエータ２と、ヒータコア３と、サーモスタット４と、差圧弁５とを備えている。また、エンジン冷却装置１００は、エンジン１０１の回転数などを制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６により制御されるように構成されている。また、エンジン冷却装置１００では、冷却水循環流路７を冷却水が流通して循環するように構成されている。なお、電動Ｗ／Ｐ１は、特許請求の範囲の「ウォータポンプ」の一例であり、サーモスタット４は、特許請求の範囲の「弁部材」の一例である。

冷却水循環流路７は、冷却水流路７ａおよび７ｂを含んでいる。冷却水流路７ａには、エンジン１０１と、電動Ｗ／Ｐ１と、ラジエータ２とが配置されている。なお、電動Ｗ／Ｐ１は、エンジン１０１の上流側に配置されており、ラジエータ２は、エンジン１０１の下流側に配置されている。冷却水流路７ｂは、分岐点８ａにおいて冷却水流路７ａから分岐して冷却水流路７ａに対して並列に延びるとともに、合流点８ｂにおいて冷却水流路７ａに合流するように設けられている。冷却水流路７ｂには、ヒータコア３が配置されている。また、合流点８ｂにおける冷却水流路７ａには、サーモスタット４が配置されている。なお、冷却水流路７ａおよび７ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１流路」および「第２流路」の一例である。

また、冷却水循環流路７は、合流点８ｂに配置されたサーモスタット４を迂回するように、冷却水流路７ａにおける電動Ｗ／Ｐ１の上流側とラジエータ２の下流側とを接続する迂回流路７ｃをさらに含んでいる。迂回流路７ｃには、差圧弁５が配置されている。これにより、差圧弁５は、電動Ｗ／Ｐ１とラジエータ２との間に配置されている。また、迂回流路７ｃを構成する管部材の内径Ｄ１は、冷却水流路７ａを構成する管部材の内径Ｄ２よりも小さい。なお、迂回流路７ｃは、特許請求の範囲の「第３流路」の一例である。

電動Ｗ／Ｐ１は、ＥＣＵ６からの駆動信号に基づいて所定の回転数Ｗで回転することによって、電動Ｗ／Ｐ１から吐出される冷却水の吐出流量が制御されるように構成されている。なお、電動Ｗ／Ｐ１を、図示しないバッテリから供給される電力によって駆動されるように構成することによって、エンジン１０１に対して独立して駆動させることが可能である。また、電動Ｗ／Ｐ１は、冷却水流路７ａにおいて、エンジン１０１とは反対側から冷却水を吸入するとともに、エンジン１０１側に向かって冷却水を吐出するように構成されている。なお、電動Ｗ／Ｐ１は、吐出効率に優れた電動式の遠心ポンプであるのが好ましい。

ラジエータ２では、ラジエータ２内を流通する冷却水と走行風（空気）との間で熱交換が行われるように構成されている。これにより、ラジエータ２を流通する冷却水が冷却される。

ヒータコア３は、図示しない車内において暖房運転が行われる際に、ＥＣＵ６からの信号に基づいて図示しないファンにより送風されるように構成されている。これにより、ヒータコア３内を流通する冷却水と風（空気）との間で熱交換が行われて、冷却水が冷却されるとともに、暖かい空気が車内に供給されて、車内が暖房される。なお、ヒータコア３における冷却水の放熱性能は、ラジエータ２における冷却水の放熱性能よりも低い。特に、暖房運転が行われない場合には、ファンにより送風されないため、ヒータコア３において冷却水はほとんど冷却されない。

サーモスタット４は、図示しない弁構造と弁を開閉させるためのサーモワックスとを有しており、冷却水の温度の上昇に応じてサーモワックスが膨張することによって、弁が開閉されるように構成されている。これにより、サーモスタット４は、冷却水流路７ａにおいて、冷却水の温度に応じてラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間における冷却水の流通の有無を切り替える機能を有している。より具体的には、冷却水の温度が第１の温度（たとえば、約８５℃）未満である場合には、サーモスタット４は完全閉弁状態になる。これにより、ラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間においてサーモスタット４を介した冷却水の流通は行われない。また、サーモスタット４は、冷却水の温度が第１の温度以上第２の温度（たとえば、約９５℃）未満である場合には、冷却水の温度に応じて変化する開度に基づいて、サーモスタット４は一部開弁状態になる。これにより、冷却水の一部は、サーモスタット４を介してラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間を流通する。そして、サーモスタット４は、冷却水の温度が第２の温度以上である場合には、サーモスタット４は完全開弁状態になる。これにより、冷却水は、サーモスタット４を介してラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間を流通する。

なお、サーモスタット４は、冷却水流路７ａと冷却水流路７ｂとの間の冷却水の流通の有無は切り替えないように構成されている。これにより、電動Ｗ／Ｐ１が駆動されている状態においては、冷却水流路７ｂのヒータコア３に冷却水が流通され続けるように構成されている。

差圧弁５は、球状の弁体５ａと、弁体５ａが嵌め込まれる円錐台形状（漏斗形状）の弁座５ｂと、ねじりばねから構成される付勢部材５ｃとを含んでいる。付勢部材５ｃには、プリロード（初期荷重）が設定されており、その結果、付勢部材５ｃは、弁座５ｂに向かって弁体５ａを付勢している。この結果、差圧弁５では、図２に示すように、差圧弁５の上流側（ラジエータ２側）における冷却水の圧力Ｐ１と、差圧弁５の下流側（電動Ｗ／Ｐ１側）の圧力Ｐ２との差圧△Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）が所定の開弁圧力Ｐ０以下である場合には、プリロードが設定された付勢部材５ｃにより、弁体５ａが弁座５ｂの開口部５ｄを閉鎖し続ける。これにより、差圧弁５は、完全閉弁状態を続ける。一方、差圧弁５では、差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ０を超える場合には、付勢部材５ｃの付勢力に抗して弁体５ａが弁座５ｂの開口部５ｄを開弁することにより、差圧弁５は開弁状態になる。つまり、差圧弁５は、差圧△Ｐに基づいて開閉されるように構成されている。

また、付勢部材５ｃとして、ばね定数が十分に小さいねじりばねが選択されている。これにより、差圧△Ｐの変化量に対する付勢部材５ｃの変位を大きくすることができるので、差圧弁５では、図２に示すように、差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ０の前後の狭い領域で、完全閉弁状態と完全開弁状態とが切り替わるように構成されている。

また、図１に示すように、差圧弁５の差圧△Ｐは、差圧弁５の上流側の冷却水の流量と下流側の冷却水の流量との差によって生じる。つまり、差圧△Ｐは、冷却水の吐出流量を制御可能な電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗに依存している。この電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗは、エンジン１０１の回転数やエンジン１０１の吸気量、スロットルバルブの開度などのエンジン１０１から送信される負荷情報に基づいて、ＥＣＵ６によって決定される。そして、ＥＣＵ６により決定した回転数で駆動するように電動Ｗ／Ｐ１に駆動指示が行われることによって、電動Ｗ／Ｐ１が回転数Ｗで回転駆動するように構成されている。

ここで、第１実施形態では、ユーザが図示しない車両のアクセルを強く踏んだ際など、エンジン１０１における負荷が急激に増大されてエンジン１０１が低負荷状態から高負荷状態に急激に変化された場合には、冷却水の温度が第１の温度以下から短時間に第２の温度以上に変化してしまう。このような場合、サーモスタット４は、サーモワックスの膨張速度に律速されて、図３に示すような開度動特性を示す。つまり、サーモスタット４は、完全閉弁状態から完全開弁状態になるまでに、たとえば、約１６秒から約２０秒の時定数を要してしまい、その結果、完全に開弁するまでに時間がかかってしまう。

一方、差圧弁５では、付勢部材５ｃの付勢力と差圧△Ｐとのつり合いにより開閉が制御されるため、サーモワックスの膨張速度により開閉が制御されるサーモスタット４と比べて、時定数が十分に小さい。これにより、差圧弁５は、サーモスタット４の完全閉弁状態と完全開弁状態との切替速度と比べて、より短時間で完全閉弁状態と完全開弁状態とが切り替わるように構成されている。この結果、短時間に冷却水の温度が上昇される場合には、差圧弁５が迅速に開弁される一方、サーモスタット４は完全閉弁状態から開弁状態に切り替わるまでに時間がかかる。したがって、エンジン１０１が低負荷運転から高負荷運転に変化されるような場合であっても、サーモスタット４が完全閉弁状態から開弁状態に切り替わる前に、差圧弁５が開放状態である迂回流路７ｃを介してラジエータ２に冷却水を流通させることができ、その結果、冷却水をラジエータ２において迅速に冷却することが可能である。

また、差圧弁５が開弁される差圧△Ｐ（＝開弁圧力Ｐ０）は、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗが実駆動時における最大回転数Ｗｍａｘの場合に生じるように構成されている。つまり、差圧弁５は、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗが最大回転数Ｗｍａｘ未満の場合には閉弁される一方、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗが最大回転数Ｗｍａｘの場合には開弁されて、サーモスタット４による切替状態に拘わらず、迂回流路７ｃを介してラジエータ２に冷却水を流通させるように構成されている。

また、差圧弁５が設けられた迂回流路７ｃは、サーモスタット４が開弁状態に切り替わらないような不都合が生じた場合のフェイルセーフとしても機能するように構成されている。つまり、冷却水の温度が第２の温度以上になった後でもサーモスタット４が開弁状態に切り替わらない場合であっても、ＥＣＵ６により電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗが最大回転数Ｗｍａｘに設定されることによって、差圧弁５が開弁状態になる。これにより、迂回流路７ｃを介してラジエータ２に冷却水を流通させることができるので、不具合が生じたサーモスタット４を介さずに、冷却水をラジエータ２において冷却することが可能である。

（差圧弁を用いた冷却水流路制御）
次に、図４〜図７を参照して、第１実施形態における冷却水流路制御について説明する。

エンジン１０１が低負荷状態であり、かつ、冷却水の温度がサーモスタット４が開弁する第１の温度未満である場合（エンジン低負荷状態、初期）には、図４に示すように、ＥＣＵ６は、電動Ｗ／Ｐ１を回転駆動させないか、または、小さな回転数Ｗで回転駆動させる。この際、サーモスタット４は、サーモスタット４を介してラジエータ２に冷却水を流通させない完全閉弁状態であり、差圧弁５は閉弁状態である。そして、冷却水は、冷却水循環流路７を流通しないか、または、冷却水流路７ａのうちのエンジン１０１および電動Ｗ／Ｐ１の部分と、冷却水流路７ｂとを流通する一方、ラジエータ２には冷却水が供給されない。

なお、図４に示すラジエータ２に冷却水が供給されない状態から、サーモスタット４の時定数以上の時間をかけて徐々に冷却水の温度が第２の温度以上に上昇された場合（エンジン低負荷状態、後期）には、ＥＣＵ６は、電動Ｗ／Ｐ１を最大回転数Ｗｍａｘ未満の回転数Ｗで回転駆動させる。これにより、図５に示すように、サーモスタット４が完全閉弁状態から開弁状態に切り替わり、冷却水流路７ｂだけでなく、冷却水流路７ａの内のラジエータ２の部分にも冷却水が流通する。これにより、冷却水はラジエータ２において冷却される。なお、この際、差圧弁５の上流側と下流側との差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ０未満であることによって、差圧弁５は閉弁状態である。

ここで、図４に示すラジエータ２に冷却水が供給されない状態から、エンジン１０１における負荷が急激に増大してエンジン１０１が低負荷状態から高負荷状態に急激に変化された場合には、ＥＣＵ６は、電動Ｗ／Ｐ１を最大回転数Ｗｍａｘで回転駆動させる。これにより、図６に示す初期状態（エンジン高負荷状態、初期）では、電動Ｗ／Ｐ１が最大回転数Ｗｍａｘで回転駆動されたことにより、電動Ｗ／Ｐ１の冷却水の吐出流量が増加される。これにより、差圧弁５の上流側と下流側との差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ０以上になり、差圧弁５が開弁される。一方で、エンジン１０１が低負荷状態から高負荷状態に変化されて、冷却水の温度がサーモスタット４が開弁する第２の温度以上に上昇した場合であっても、初期状態では、サーモスタット４では、完全閉弁状態から開弁状態に切り替わり始めるものの、その切り替わり速度は遅く、その結果、ほとんど完全閉弁状態のままである。この結果、冷却水流路７ｂを流通していた冷却水の一部が、サーモスタット４ではなく迂回流路７ｃを介してラジエータ２に迅速に供給されることによって冷却され始める。したがって、冷却水が早期に冷却されないことに起因して冷却水に熱が蓄積するのが抑制されるので、冷却水によりエンジン１０１が十分に冷却されなくなるのが抑制される。

そして、冷却水の温度が上昇してからサーモスタット４の時定数だけ時間が経過した後（後期）には、図７に示す「エンジン高負荷状態、後期」のように、サーモスタット４は、完全開弁状態に切り替わる。この結果、迂回流路７ｃだけでなくサーモスタット４を介して冷却水がラジエータ２に流通されることにより、冷却水はラジエータ２において冷却される。これにより、ラジエータ２に供給される冷却水の量が増加することによって、冷却水の冷却がより促進される。

その後、エンジン１０１の負荷情報に基づいて電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗが最大回転数Ｗｍａｘ未満に小さくされた場合には、図５に示すように、差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ０未満になり、差圧弁５が閉弁状態にされる。しかしながら、サーモスタット４が開弁状態であることにより、冷却水は、ラジエータ２において冷却され続ける。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、電動Ｗ／Ｐ１とラジエータ２との間に、電動Ｗ／Ｐ１側の冷却水の圧力Ｐ２とラジエータ２側の冷却水の圧力Ｐ１との差圧△Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）に応じて開閉される差圧弁５を設ける。これにより、差圧弁５に対して差圧△Ｐを発生させるだけで、差圧弁５が設けられた迂回流路７ｃにおける冷却水の流通を制御してラジエータ２に冷却水を供給することができるので、冷却水の流れを逆流させる場合と比べて、ラジエータ２に冷却水を供給するのにかかる時間を短縮することができる。この結果、ラジエータ２に冷却水が供給されない状態において、エンジン１０１が低負荷状態から高負荷状態に急激に変化した場合にも、冷却水の冷却を迅速に行うことができる。また、差圧弁５を用いてラジエータ２に冷却水を供給することにより、膨張するのに時間がかかるサーモワックスを弁の開閉に用いるサーモスタット４の開閉に基づいてラジエータ２に冷却水を供給する場合と比べても、より迅速に冷却水の冷却を行うことができる。したがって、冷却水に熱が蓄積するのを抑制することができるので、エンジン１０１の冷却を迅速かつ十分に行うことができる。この結果、エンジン１０１の点火タイミングを遅くしたり、エンジン１０１内で噴射される燃料の量を増加させたりせずとも、エンジン１０１の温度が上昇するのを抑制することができるので、エンジン１０１の燃費が悪化したり、エンジン１０１のトルクが減少したりするのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、電動Ｗ／Ｐ１を、エンジン１０１における負荷が増大した場合に、回転数Ｗを最大回転数Ｗｍａｘに大きくして冷却水の吐出流量を増加させることによって、差圧△Ｐを差圧弁５が開弁される開弁差圧Ｐ０以上に大きくするように構成する。これにより、エンジン１０１における負荷が増大してエンジン１０１を冷却する必要が生じた場合に、電動Ｗ／Ｐ１の回転数を最大回転数Ｗｍａｘに大きくするだけで、差圧弁５を開弁してラジエータ２に冷却水を供給することができるので、ラジエータ２において冷却水の冷却を迅速に行うことができる。この結果、冷却水に熱が蓄積するのを抑制することができるので、負荷が急激に増大したエンジン１０１の冷却を迅速に行うことができる。

また、第１実施形態では、差圧弁５を、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗが最大回転数Ｗｍａｘ未満の場合には閉弁される一方、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗが最大回転数Ｗｍａｘ以上の場合には開弁されて、サーモスタット４による切替状態に拘わらず、迂回流路７ｃを介してラジエータ２に冷却水を流通させるように構成する。これにより、サーモスタット４がラジエータ２へ冷却水を流通させない完全閉弁状態に切り替えられている場合であっても、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗを最大回転数Ｗｍａｘにすることによって、差圧弁５を開弁して、迂回流路７ｃを介して冷却水をラジエータ２に流通させることができる。この結果、ラジエータ２において冷却水の冷却を迅速かつ確実に行うことができる。

また、第１実施形態では、差圧弁５が開弁される電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗを、電動Ｗ／Ｐ１の最大回転数Ｗｍａｘにする。これにより、電動Ｗ／Ｐ１が最大回転数Ｗｍａｘで駆動されなければ差圧弁５が開弁されないので、電動Ｗ／Ｐ１を小さな回転数Ｗで駆動させただけで意図せずに差圧弁５が開弁してしまうのを抑制することができる。この結果、不必要にラジエータ２において冷却水が冷却されてしまうのを抑制することができるので、冷却水の熱をエンジン１０１の暖機などに有効に活用することができる。

また、第１実施形態では、冷却水流路７ｂにヒータコア３を設ける。これにより、ヒータコア３により、冷却水流路７ｂを流通する冷却水の熱を用いて車内の暖房をおこなうことができる。

また、第１実施形態では、電動ウォータポンプ１を用いることによって、エンジン１０１の駆動状態に依存せずに独立して駆動制御することができるので、容易に駆動制御を行うことができる。また、たとえば、車両が平坦な高速道路を走行している場合のような、エンジン１０１が高回転で、かつ、低負荷状態である場合には、エンジン１０１の回転に応じて回転駆動されるウォータポンプと異なり、電動ウォータポンプ１を不必要に高速回転させないように制御することができるので、電動ウォータポンプ１において消費される動力を削減することができる。

また、第１実施形態では、冷却水流路７ａにおいて、ラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間における冷却水の流通の有無を切り替えるためにサーモスタット４を用いる。このように、完全に開弁するまでに時間がかかるサーモスタット４を用いる場合であっても、サーモスタット４を迂回する迂回流路７ｃを設け、迂回流路７ｃに差圧弁５を配置することによって、サーモスタット４の切替状態に拘わらず、差圧弁５を開弁して、迂回流路７ｃを介して冷却水をラジエータ２に流通させることができる。これにより、冷却水の冷却を迅速に行うことができる。

また、第１実施形態では、迂回流路７ｃを構成する管部材の内径Ｄ１を、冷却水流路７ａを構成する管部材の内径Ｄ２よりも小さくする。これにより、主としてサーモスタット４を介して冷却水が流通し、エンジン１０１が低負荷状態から高負荷状態に変化された場合などの限られた場合にのみ迂回流路７ｃを介して冷却水をラジエータ２に流通させるようなエンジン冷却装置１００の構成において、限られた場合にしか用いない迂回流路７ｃの内径Ｄ１が大きいことに起因して、エンジン冷却装置１００が不必要に大型化するのを抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、図８〜図１１を参照して、第２実施形態によるエンジン冷却装置２００の構成について説明する。第２実施形態によるエンジン冷却装置２００では、上記第１実施形態のエンジン冷却装置１００とは異なり、サーモスタットを設けない例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

＜エンジン冷却装置の構成＞
第２実施形態におけるエンジン冷却装置２００は、図８に示すように、電動Ｗ／Ｐ１と、ラジエータ２と、ヒータコア３と、差圧弁２０５とを備えている。また、エンジン冷却装置２００は、ＥＣＵ２０６により制御されるように構成されている。また、エンジン冷却装置２００では、冷却水循環流路２０７を冷却水が流通して循環するように構成されている。

冷却水循環流路２０７は、上記第１実施形態の冷却水循環流路７と異なり、迂回流路は設けられていない。また、冷却水流路２０７ａには、エンジン１０１、電動Ｗ／Ｐ１およびラジエータ２に加えて、差圧弁２０５が配置されている。なお、差圧弁２０５は、冷却水流路２０７ａにおいてラジエータ２の下流側で、かつ、合流点８ｂおよび電動Ｗ／Ｐ１の上流側に配置されており、この結果、差圧弁２０５は、電動Ｗ／Ｐ１とラジエータ２との間に配置されている。また、冷却水流路２０７ａは、特許請求の範囲の「第１流路」の一例である。

差圧弁２０５は、弁体５ａおよび弁座５ｂと、ねじりばねから構成される付勢部材２０５ｃとを含んでいる。この付勢部材２０５ｃには、プリロードが設定されており、その結果、付勢部材２０５ｃは、弁座５ｂに向かって弁体５ａを付勢している。この結果、差圧弁２０５では、差圧弁２０５の上流側（ラジエータ２側）における冷却水の圧力Ｐ１と、差圧弁２０５の下流側（電動Ｗ／Ｐ１側）の圧力Ｐ２との差圧△Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）が所定の開弁圧力Ｐ３以下である場合には、プリロードが設定された付勢部材２０５ｃにより、差圧弁２０５は、完全閉弁状態を続ける。一方、差圧弁２０５では、差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ３を超える場合には、付勢部材２０５ｃの付勢力に抗して、差圧弁２０５は開弁状態になる。つまり、差圧弁２０５は、差圧△Ｐに基づいて開閉されるように構成されている。

また、付勢部材２０５ｃとして、ばね定数がある程度大きなねじりばねが選択されている。これにより、差圧△Ｐの変化量に対する付勢部材２０５ｃの変位をある程度小さくすることによって、図９に示すように、差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ３以上の圧力において、開度が一次関数的に大きくなるように構成されている。なお、差圧弁２０５の差圧△Ｐは、差圧弁２０５の上流側の冷却水の流量と下流側の冷却水の流量との差によって生じる。つまり、差圧△Ｐは、冷却水の吐出流量を制御可能な電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗに依存している。なお、差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ３である際の電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗは、Ｗ１である。

また、第２実施形態では、エンジン冷却装置２００は、冷却水流路２０７ａにおいてエンジン１０１よりも下流側に配置され、エンジン１０１を冷却した後の冷却水の温度（出口温度）を検出する温度センサ２０９をさらに備えている。この温度センサ２０９により検出された出口温度は、出口温度情報としてＥＣＵ２０６に送信されるように構成されている。そして、ＥＣＵ２０６は、出口温度情報に基づいて電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗを決定し、回転数Ｗで電動Ｗ／Ｐ１を回転駆動させるように構成されている。

ここで、第２実施形態では、ＥＣＵ２０６は、電動Ｗ／Ｐ１の回転数ＷをＷ１以上の所定の大きさにすることによって、差圧弁２０５の開度を調整するように構成されている。そして、ＥＣＵ２０６は、出口温度情報に基づいて、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗをフィードバック制御により適宜調整することによって、差圧弁２０５の開度を調整するように構成されている。これにより、ＥＣＵ２０６により、ラジエータ２に供給される冷却水の流量が適切な流量にフィードバック制御される。この結果、冷却水の温度（出口温度）が所定の最適温度に維持されて、エンジン１０１の過剰な冷却と不十分な冷却との両方が抑制される。なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（差圧弁を用いた冷却水流路制御）
次に、図１０および図１１を参照して、第２実施形態における差圧弁２０５を用いた冷却水流路制御について説明する。

エンジン１０１が低負荷状態であり、かつ、冷却水の温度がサーモスタット４が開弁する第１の温度未満である場合（エンジン低負荷状態）には、図１０に示すように、ＥＣＵ２０６は、電動Ｗ／Ｐ１を回転駆動させないか、または、小さな回転数Ｗで回転駆動させる。この際、差圧弁２０５は閉弁状態である。この際、冷却水は、冷却水循環流路２０７を流通しないか、または、冷却水流路２０７ａのうちのエンジン１０１および電動Ｗ／Ｐ１の部分と、冷却水流路７ｂとを流通する一方、ラジエータ２には冷却水が供給されない。

ここで、図１０に示すラジエータ２に冷却水が供給されない状態から、エンジン１０１における負荷がある程度増大した場合（エンジン負荷状態）には、ＥＣＵ２０６は、電動Ｗ／Ｐ１を所定の回転数Ｗ１以上の回転数Ｗで回転駆動させる。これにより、図１１に示すように、電動Ｗ／Ｐ１が所定の回転数Ｗ１以上の回転駆動されたことにより、電動Ｗ／Ｐ１の冷却水の吐出流量が増加される。これにより、差圧弁２０５の上流側と下流側との差圧△Ｐが開弁圧力Ｐ３以上になり、差圧弁２０５が開弁される。この際、差圧弁２０５の開度は、図９に示すグラフに示すように、差圧△Ｐ（回転数Ｗ）に応じてＥＣＵ２０６により所定の開度に制御される。なお、この差圧弁２０５の開弁はサーモスタットと比べて直ちに行われる。この結果、冷却水流路７ｂを流通していた冷却水の一部が、冷却水流路２０７ａを流通することにより、ラジエータ２に供給されて冷却され始める。したがって、冷却水が早期に冷却されないことに起因して冷却水に熱が蓄積するのが抑制されるので、冷却水によりエンジン１０１が十分に冷却されなくなるのが抑制される。

さらに、ＥＣＵ２０６により、出口水温情報に基づいて、差圧弁２０５の開度がフィートバック制御されることによって、冷却水の温度（出口温度）が所定の最適温度に維持されて、エンジン１０１の過剰な冷却と不十分な冷却との両方が抑制される。

なお、第２実施形態において、図１０に示すラジエータ２に冷却水が供給されない状態から、エンジン１０１における負荷が急激に増大してエンジン１０１が低負荷状態から高負荷状態に急激に変化された場合においては、上記第１実施形態と同様に、ＥＣＵ２０６は、電動Ｗ／Ｐ１を最大回転数で回転駆動させる。これにより、差圧弁２０５が完全に開弁されて、多くの冷却水が冷却水流路２０７ａを流通する。この結果、冷却水がラジエータ２において迅速に冷却される。

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、電動Ｗ／Ｐ１とラジエータ２との間に、電動Ｗ／Ｐ１側の冷却水の圧力Ｐ２とラジエータ２側の冷却水の圧力Ｐ１との差圧△Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）に応じて開閉される差圧弁２０５を設ける。これにより、第１実施形態と同様に、ラジエータ２に冷却水が供給されない状態において、エンジン１０１が低負荷状態から高負荷状態に急激に変化した場合にも、冷却水の冷却を迅速に行うことができる。

また、第２実施形態では、差圧弁２０５を、電動Ｗ／Ｐ１とラジエータ２との間の冷却水流路２０７ａに設けるとともに、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗに応じて開度が変化するように構成する。これにより、開度が変化する差圧弁２０５により、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗに応じてラジエータ２に供給される冷却水の流通量を制御することができる。これにより、エンジン１０１の状態や冷却水の熱の利用状況などに合わせて、ラジエータ２における冷却水の冷却を迅速かつ適切に行うことができる。

また、第２実施形態では、ＥＣＵ２０６を、エンジン１０１を冷却した後の冷却水の温度（出口温度）に基づいて、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗを制御するように構成する。これにより、ＥＣＵ２０６により、冷却水の出口温度に基づいてエンジン１０１の冷却状態が適切に把握されるので、把握したエンジン１０１の冷却状態に基づいて、ＥＣＵ２０６は、電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗを適切に制御して、差圧弁２０５の開度を調整することができる。この結果、冷却水の冷却状態をエンジン１０１の冷却状態に対応させることができるので、冷却水の冷却状態を適切に制御することによって、エンジン１０１を最適温度近傍で作動させ続けることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１実施形態では、サーモスタット４を合流点８ｂに設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１２に示す第１実施形態の変形例のエンジン冷却装置３００のように、サーモスタット３０４を合流点８ｂに設けずに、冷却水流路３０７ａのラジエータ２の下流側で、かつ、合流点８ｂおよび電動Ｗ／Ｐ１の上流側に設けてもよい。この場合、差圧弁５が配置される迂回流路３０７ｃは、差圧弁５がサーモスタット３０４を迂回するように、ラジエータ２の下流側で、かつ、サーモスタット３０４の上流側で分岐し、合流点８ｂの下流側で、かつ、電動Ｗ／Ｐ１の上流側で合流するように設けられる。この結果、差圧弁５は、ラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間に配置される。なお、冷却水流路３０７ａおよび迂回流路３０７ｃは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１流路」および「第３流路」の一例である。

また、上記第１および第２実施形態では、差圧弁５（２０５）が、球状の弁体５ａと、弁体５ａが嵌め込まれる円錐台形状の弁座５ｂと、ねじりばねから構成される付勢部材５ｃ（２０５ｃ）とを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、差圧弁の構成は、差圧弁の上流側における冷却水の圧力と、差圧弁の下流側の圧力との差圧に基づいて開閉が行われるような構成であれば上記構成に限られない。

また、上記第１実施形態では、サーモスタット４を、冷却水流路７ａと冷却水流路７ｂとの間の冷却水の流通は切り替えないように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、サーモスタット４を、冷却水流路７ａにおいて、ラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間における冷却水の流通の有無を切り替えるのに加えて、冷却水流路７ａと冷却水流路７ｂとの間の冷却水の流通の有無を切り替えるように構成してもよい。たとえば、サーモスタット４を、ラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間において冷却水を流通させている場合には、冷却水流路７ａと冷却水流路７ｂとの間において冷却水を流通させないように構成するとともに、ラジエータ２と電動Ｗ／Ｐ１との間において冷却水を流通させていない場合には、冷却水流路７ａと冷却水流路７ｂとの間において冷却水を流通させるように構成してもよい。

また、上記第１実施形態では、差圧弁５が開弁される電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗを、電動Ｗ／Ｐ１の最大回転数Ｗｍａｘにした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、差圧弁が開弁される電動Ｗ／Ｐの回転数Ｗを、電動Ｗ／Ｐの最大回転数Ｗｍａｘよりも小さな回転数Ｗ以上の回転数に設定してもよい。たとえば、差圧弁が開弁される電動Ｗ／Ｐの回転数Ｗを、電動Ｗ／Ｐの最大回転数Ｗｍａｘの約０．８倍以上の回転数に設定してもよい。なお、差圧弁が開弁される電動Ｗ／Ｐの回転数Ｗは、電動Ｗ／Ｐの最大回転数Ｗｍａｘの近傍の回転数であるのが好ましい。

また、上記第１および第２実施形態では、ウォータポンプとして、電動Ｗ／Ｐ１を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ウォータポンプとして、エンジンのクランクシャフトなどから回転駆動力が伝達される、電動ではないウォータポンプを用いてもよい。なお、この場合、ウォータポンプ内のインペラとカバーとの離間距離を調整可能に構成することによって、ウォータポンプから吐出される冷却水の吐出流量を制御することが可能である。また、トランスミッションやクラッチなどの駆動力を制御することが可能な部材を用いてクランクシャフトから伝達される回転駆動力を制御することによっても、ウォータポンプから吐出される冷却水の吐出流量を制御することが可能である。

また、上記第１および第２実施形態では、冷却水流路７ｂ（第２流路）にヒータコア３を配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ヒータコアの代わりに、第２流路にオイルヒータなどの部材を配置してもよい。また、第２流路に何も配置しなくてもよい。

また、上記第２実施形態では、ＥＣＵ２０６が、エンジン１０１を冷却した後の冷却水の温度（出口温度）に関する出口温度情報に基づいて電動Ｗ／Ｐ１の回転数Ｗを決定する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、ＥＣＵは、エンジンを冷却する前の冷却水の温度（入口温度）に関する入口温度情報に基づいて電動Ｗ／Ｐの回転数Ｗを決定してもよいし、その他の指標（エンジンの燃焼に関する指標）に基づいて電動Ｗ／Ｐの回転数Ｗを決定してもよい。

また、上記第１実施形態では、エンジン冷却装置１００が車両に搭載される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明のエンジン冷却装置を船舶などに設けてもよい。なお、本発明のエンジン冷却装置は、急加速が頻繁に行われるような負荷が変化しやすいエンジンを搭載する車両などに用いるのが好ましい。

１ 電動ウォータポンプ（ウォータポンプ）
２ ラジエータ
３ ヒータコア
４ サーモスタット（弁部材）
５、２０５ 差圧弁
６、２０６ ＥＣＵ（制御部）
７ａ、２０７ａ、３０７ａ 冷却水流路（第１流路）
７ｂ 冷却水流路（第２流路）
７ｃ、３０７ｃ 迂回流路（第３流路）
１００、２００、３００ エンジン冷却装置
１０１ エンジン

Claims (5)

1. エンジンを冷却する冷却水の吐出流量を制御可能なウォータポンプと、
   前記冷却水を冷却するラジエータと、
   前記ラジエータが設けられ、前記冷却水が流通可能な第１流路と、
   前記第１流路に対して並列に設けられ、前記冷却水が流通可能な第２流路と、
   前記ウォータポンプと前記ラジエータとの間に設けられ、前記ウォータポンプ側の前記冷却水の圧力と前記ラジエータ側の前記冷却水の圧力との差圧に応じて開閉される差圧弁と、を備える、エンジン冷却装置。
2. 前記ウォータポンプは、前記エンジンにおける負荷が増大した場合に、回転数を所定の回転数以上に大きくして前記冷却水の吐出流量を増加させることによって、前記差圧を前記差圧弁が開弁される開弁差圧以上に大きくするように構成されている、請求項１に記載のエンジン冷却装置。
3. 前記第１流路に設けられ、前記ラジエータへの前記冷却水の流通の有無を切り替える弁部材と、
   前記弁部材を迂回するとともに、前記差圧弁が設けられる第３流路と、をさらに備え、
   前記差圧弁は、前記ウォータポンプの回転数が前記所定の回転数未満の場合には閉弁される一方、前記ウォータポンプの回転数が前記所定の回転数以上の場合には開弁されて、前記弁部材による切替状態に拘わらず、前記第３流路を介して前記ラジエータに前記冷却水を流通させるように構成されている、請求項２に記載のエンジン冷却装置。
4. 前記ウォータポンプの前記所定の回転数は、前記ウォータポンプの最大の回転数近傍の回転数である、請求項３に記載のエンジン冷却装置。
5. 前記差圧弁は、前記ウォータポンプと前記ラジエータとの間の前記第１流路に設けられているとともに、前記ウォータポンプの回転数に応じて開度が変化するように構成されている、請求項２に記載のエンジン冷却装置。

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