JP3975399B2 - 車両用エンジン冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用エンジン冷却装置に関するものであり、
さらに詳細には、車両エンジンに、循環液が流れるシリンダブロック内流路を備えたシリンダブロックと、循環液が流れるシリンダヘッド内流路を備えたシリンダヘッドとを備え、両流路が独立とされるとともに、外気との熱交換により循環液を冷却可能な循環液冷却機構を設けた車両エンジン冷却装置に関する。
循環液冷却機構は、一般に、ラジエータ、このラジエータをバイパスするバイパス路、ラジエータ及びバイパス路への分流を制御するサーモスタットバルブを設けて構成される。
【０００２】
【従来の技術】
この種の車両用エンジン冷却装置では、循環液の循環は、一般に、エンジンからその駆動力を得て、機械式ポンプである第一ポンプを回して実施される。従って、従来技術にあっては、エンジンの負荷が変わっても、循環流量は変わらない。
【０００３】
この種の機械式ポンプの能力（容量）は、エンジン負荷が高い状態（換言すれば冷却を最も必要とする状態）に対応できるように設定される。従って、エンジン負荷が低い状態では、必要以上の循環液量を循環させており、不必要な駆動動力を消費していた。
【０００４】
この問題に対して、機械式ポンプを電動式ポンプに置換することが試みられ、さらに、エンジンの損傷を防止するフェールセーフモードを実行可能な構成が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
このようにすれば、エンジン負荷に応じた循環流量の設定が可能となり、駆動動力の低減が図れるように考えられる。しかしながら、機械式ポンプに比べて電動式ポンプのエネルギー効率は低いため、充分な駆動動力の低減効果を得ることができないのが現状である。
【０００６】
一方、本願が対象とするように、エンジンのシリンダヘッドにシリンダヘッド内流路を設け、この流路とは独立に、シリンダブロックにシリンダブロック内流路を設ける構成を採用して、これら流路内を流れる循環液を独立に最適冷却して、燃費・排ガスの性状向上を図ることが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
この特許文献２に開示される技術では、シリンダブロック内流路とシリンダシリンダヘッド内流路とを独立に設け、さらに第一ラジエータを設けて、前記シリンダブロック内流路のみを介する循環路、前記シリンダブロック内流路及びシリンダヘッド内流路を介する循環路を形成可能に構成される。
そして、前記シリンダヘッド内流路に対して電動式ポンプと第二ラジエータとを別途、設け、これら電動式ポンプ、シリンダヘッド内流路、第二ラジエータを介する循環路を独立に形成可能とする。
結果、シリンダヘッド側とシリンダブロック側との冷却水温度を所望の状態に独立に制御することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００ー３０３８４２号公報
【特許文献２】
特開平０５−０８６８６１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、機械式ポンプを電動式ポンプに完全に置換する場合は充分な駆動動力の低減効果を得ることは難しいため、機械式ポンプと電動式ポンプとの併用構造とするほうが、エネルギー効率の点では好ましい。又、燃費等の向上を図ろうとすると、冷却を的確に行う必要がある。
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示される技術にあっては、シリンダヘッド、シリンダブロックを最適冷却して、燃費・排ガスを向上させることはできるが、第二ラジエータを追加する等の必要から、既存の循環経路とは実質、独立に更なるシリンダヘッド側の循環系統を設ける必要があり、改良の余地があった。
【００１１】
本発明の目的は、既存の車両用エンジン冷却装置に設けられていた循環液循環系統をできるだけ利用しながら、従来設けられていた単独のラジエータを利用して、エンジン負荷に対応した好適なエンジンの暖機・冷却を実行でき、さらに、全体として循環液循環に利用される駆動動力を実質的に低減できる車両用エンジン冷却装置を得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段は、本願では、請求項１、２に記載され、シリンダヘッド内流路の流入側（上流側）に独立駆動型の第二ポンプを第一ポンプに並列に設ける構成と、請求項３、４に記載され、直列接続されるシリンダヘッド内流路とシリンダブロック内流路との間に同じく独立駆動型の第二ポンプを設ける構成とに分かれる。
【００１３】
前者の構成にあっては、流路の切換えだけで、エンジン負荷（冷却負荷）に応じた最適冷却が実行される。そして、基本的には冷却路内を流れる循環液の温度は、エンジン負荷に係わらず、大きく変わることはない。
【００１４】
一方、後者の構成にあっては、流路の切換えで、エンジン負荷（冷却負荷）に応じた最適冷却を達成するのであるが、例えば、低エンジン負荷時にはシリンダブロック内流路を流れる循環液温度を、シリンダヘッド内流路を流れる循環液温度に対して高くする等、エンジン負荷（エンジンの運転状態）に応じた適切なシリンダブロック温度保持・冷却が実行され、両温度に関して、温度が異なる運転状態を実現することが可能とされる。
以下、これら二つの構成を順に説明する。
【００１５】
１．シリンダヘッド内流路の上流側に第二ポンプを設ける構成
この構成は、その基本構成として、
エンジンより駆動を得る第一ポンプ、シリンダブロック内流路、循環液冷却機構を経るブロック側循環路と、
第一ポンプ、シリンダヘッド内流路、循環液冷却機構を経るシリンダヘッド側循環路とを形成可能に構成された車両用エンジン冷却装置で実現することができる。
即ち、この構成において、請求項１に記載するように、
前記循環液冷却機構の流出口と前記第一ポンプの吸入口との間に存する第一ポンプ吸入側流路部位に、その吸入口が接続され、その吐出口がシリンダシリンダヘッド内流路の流入口に、吐出側で接続される独立駆動型の第二ポンプを、前記第一ポンプと並列に設け、
エンジン負荷に応じて、前記第一ポンプ、第二ポンプの一方もしくは両方の運転を制御する制御装置を設ける。
【００１６】
ここで、第二ポンプに関して使用する吐出側でとは、ポンプから吐出された流体が、シリンダヘッド内流路の流入口に流入可能であることを意味する。
【００１７】
この構成にあっては、少なくとも第一ポンプを運転する状態で、ブロック側循環路もしくはシリンダヘッド側循環路の一方もしくは両方を循環液が循環できるものとされる。さらに、第一ポンプをバイパスする形態で、第二ポンプが働き、このポンプからシリンダヘッド内流路へ循環液を供給可能な状態を実現できる。
【００１８】
従って、必要とされる冷却能力において、それが低い状態では、第一ポンプの駆動だけで、所定量の循環液の循環を確保できる。この場合、循環液冷却機構が実質的に働かない状態（ラジエータをバイパスする状態で循環液が流れる場合）では、冷却というよりは暖機に近い運転状態を実現できる。
【００１９】
一方、必要とされる冷却能力が高まった場合は、第一ポンプ、第二ポンプを共に働かせて、循環液流量を増し、高い冷却能の冷却を実行できる。この時、循環液冷却機構は、その要請に応じた冷却能を発揮できればよい。
【００２０】
この構成においては、前記第一ポンプに対して、前記シリンダブロック内流路と前記シリンダヘッド内流路とが並列関係にあるため、例えば、第一ポンプをシリンダブロック内流路に振り分け、第二ポンプをシリンダヘッド内流路に振り分ける流路構成が容易に実現できる。
【００２１】
以下、エンジン負荷に応じた、流路の選択構成に関して説明する。
本願にあって、エンジン負荷に関して、低エンジン負荷、高エンジン負荷、最高エンジン負荷なる用語を用いるが、これらは、例えば、以下の状況に対応する。
【００２２】
また、エンジン負荷は、吸気負圧の値によって区分可能であるとともに、車両の走行状態を特定するパラメータである、アクセルの踏み込み量、車速、エンジン回転数、変速段等のパラメータから導き出されるエンジン負荷によるものであってもよい。
【００２３】
低エンジン負荷の例
吸気負圧の値を基準とする場合は、−３０ｋＰａより低い（０に近い）場合である。
高エンジン負荷の例
吸気負圧の値を基準とする場合は、−１０ｋＰａより低い場合で、低エンジン負荷の下限値より高い（０から遠い）場合である。
最高エンジン負荷の例
吸気負圧の値を基準とする場合は、−１０ｋＰａより高い場合である。
【００２４】
上記構成の車両用エンジン冷却装置は、以下のような運転形態をとることができる。
【００２５】
１ 低エンジン負荷時の制御
イ 低エンジン負荷時、制御装置により、第一ポンプのみが単独運転される。低エンジン負荷時にあっては、冷却能力を高く設定する必要がなく、循環液の循環量も高める必要がないため、第一ポンプのみによる循環で、充分な冷却を達成できる。
この運転動作状態においては、循環液の循環量が抑えられるため、第一ポンプの容量は、従来より小さくてよい。この場合、ラジエータによる循環液の冷却を要する場合は少ない。
【００２６】
ロ この低エンジン負荷時には、制御装置により、第一ポンプのみが単独運転され、循環液が前記シリンダヘッド内流路及びシリンダブロック内流路に循環される構成とできる。従って、この例における第一ポンプの容量は、低エンジン負荷に対応できる容量でよい。
上記したように、低エンジン負荷時は、低い冷却能で充分であるため、両流路に循環液を循環させて、シリンダヘッド側、ブロック側の両方を適切に冷却できる。
【００２７】
２ 高エンジン負荷時の制御
イ 高エンジン負荷時、制御装置により、第二ポンプが運転され、循環液がシリンダヘッド内流路、循環液冷却機構を介して循環される。
この種の高エンジン負荷時には、シリンダヘッド内流路に比較的多くの循環液を流して、適切な冷却を実行する必要が生じるが、独立に第二ポンプからシリンダヘッド内流路へ循環液を流すことで、シリンダシリンダヘッドの確実な冷却を達成できる。
【００２８】
ロ また、高エンジン負荷時、制御装置により、第一ポンプ及び第二ポンプが共に運転され、第一ポンプがシリンダブロック内流路に循環液を循環させ、第二ポンプが前記シリンダヘッド内流路に循環液を循環させるものとできる。
両ポンプを働かせて、循環量を高め冷却能力の大きいところで、シリンダブロック内流路とシリンダヘッド内流路とを別ポンプで別個に受け持ち、両者とも強力な冷却を実行できる。従って、この例の場合、第一ポンプ、第二ポンプの容量を合わせて、高エンジン負荷時の要求に対応できるようにすることとなる。
【００２９】
さて、これまで説明してきた構成において、請求項２に記載されているように、第一ポンプ、第二ポンプ間において、いずれか一方もしくは両方の作動状態で、相手側ポンプ側への吐出流循環液の流入を防止する逆流防止手段を設けておくと、本来あるべき、各ポンプからの流れを下手側（シリンダ内に設けられた内部流路側へ）へ良好に導くことができる。
【００３０】
また、この構成において、シリンダブロック内流路の流出部に熱交換器を接続することが好ましい。
シリンダブロックに於ける発熱量が、シリンダヘッドに於ける発熱量に対して比較的小さいことを考えると、シリンダブロック内流路の流量は絞り側に導く必要があるが、熱交換器は、循環液の流路に於ける絞りの役割を果たし、別途、シリンダブロックに、流量調節用の絞りを設ける必要が無くなるためである。
【００３１】
２．シリンダヘッド内流路の下手側に第二ポンプを設ける構成
この構成にあっては、その基本構成として、
エンジンより駆動を得る第一ポンプ、シリンダヘッド内流路、循環液冷却機構を経るシリンダヘッド側循環路と、
第一ポンプ、シリンダヘッド内流路、シリンダブロック内流路、循環液冷却機構を経るブロック側直列循環路とが形成可能とされる。
【００３２】
そして、請求項３に記載されているように、シリンダヘッド内流路とシリンダブロック内流路との間に、独立駆動の第二ポンプを設けるとともに、この第二ポンプの吸入口と吐出口とを短絡する第二ポンプバイパス路を設け、
エンジン負荷に応じて、第一ポンプ、第二ポンプの一方もしくは両方の運転を制御するとともに、流出される循環液の循環流路を設定して、シリンダシリンダヘッド内流路を流れる循環液温度と、シリンダブロック内流路を流れる循環液温度とを、独立に制御する制御装置を設ける。
【００３３】
この構成にあっては、第一ポンプの運転で、循環液がブロック側直列循環路を第二ポンプバイパス路を介して循環する状態と、シリンダヘッド側流路から第二ポンプを介してシリンダブロック内流路に流れて循環する状態との間で、切換えが可能となり、第一ポンプの駆動だけでは不足する冷却状態に対応できる。従って、第一ポンプの容量は比較的小さくてすみ、駆動に要する動力が低減される。
【００３４】
さらに、請求項４に記載されているように、シリンダヘッド側循環路が形成され、ブロック側直列循環路が形成されないシリンダヘッド独立循環状態において、第二ポンプとブロック側流路との間で独立のブロック単独循環路を形成可能に構成されていることが好ましい。
シリンダヘッド側循環路内を、その循環路単独で循環液冷却機構を介して循環液を循環させてシリンダヘッド側を冷却し、ブロック単独循環路を形成して、この中を循環液が独立に循環する構成とすることで、例えば、ブロック側の冷却を起こしたくない場合（後記する高エンジン負荷が短期間しか発生しない場合）に、シリンダブロック側が冷却されるのを防止することができる。
【００３５】
以下、この構成における制御構造に関して説明する。
１ 低エンジン負荷時の制御
イ この負荷状態については、高エンジン負荷時、第一ポンプのみが運転され、循環液がブロック側直列循環路のみを、第二ポンプバイパス路を介して循環する基準循環状態における前記シリンダヘッド内流路を流れる循環液の温度である基準温度に対して、低エンジン負荷時、制御装置により、シリンダシリンダヘッド内流路を流れる循環液の温度が高く制御されることが好ましい。
このように制御することで、循環液の循環量を低く抑えながら、エンジン潤滑油の昇温による潤滑油の粘性抵抗の低減ができ、エンジンの機械的摩擦が低い状態を実現できる。
【００３６】
２ 高エンジン負荷時の制御
同じく高エンジン負荷状態に対する対応を取るにおいても、この構成のものにあっては、その高エンジン負荷状態の継続時間に従って、その制御を異にするものとする。
【００３７】
即ち、高エンジン負荷の持続時間に従って、制御装置により、循環液の循環系統及び第一ポンプ、第二ポンプの作動状態が切換えられる構成を取ることが好ましい。
【００３８】
高エンジン負荷状態が短期で収まる場合は、シリンダブロック側の温度低下を防止して、エンジンの機械的摩擦が増加するのを防止するためである。
これに対して、高エンジン負荷状態が長期にわたる場合は、循環液の循環を、高エンジン負荷状態に見合うだけ確保し、的確な冷却を実行できる制御を行う必要があるためである。
【００３９】
イ 短期の高エンジン負荷状態
高エンジン負荷の持続時間が所定時間に到達しない短期高エンジン負荷期間において、制御装置により、シリンダヘッド側循環路とブロック単独循環路とを循環液が独立に循環し、ブロック側直列循環路を循環液が流れず、シリンダブロック内流路を流れる循環液の温度が、シリンダヘッド内流路を流れる循環液の温度より高く制御されることが、好ましい。
【００４０】
この状態にあっては、シリンダヘッドの冷却は比較的確実に行えるようにし、シリンダブロックの冷却が発生しないようにするためである。
【００４１】
ロ 長期の高エンジン負荷状態
高エンジン負荷の持続時間が所定時間を超える長期高エンジン負荷期間において、制御装置により、第一ポンプのみが働き、循環液が前記ブロック側直列循環路を前記第二ポンプバイパス路を介して循環し、シリンダヘッド側循環路を循環することがない基準循環状態が実現され、
シリンダブロック内流路を流れる循環液の温度が、シリンダヘッド内流路を流れる循環液温度により低く制御されることが好ましい。
高エンジン負荷状態が長期的に続く場合は、ブロック側の冷却を問題とすることなく、第一ポンプのみを運転して、シリンダヘッド、ブロック側両方の冷却を適切に行える。
【００４２】
３ 最高エンジン負荷時の制御
最高エンジン負荷時に、制御装置により、第一ポンプ及び第二ポンプが働き、第一ポンプ、シリンダヘッド内流路、第二ポンプ、シリンダブロック内流路、ラジエータ（循環液冷却機構）を介する最高負荷循環路が形成されることが好ましい。
この状態では、第一ポンプ、第二ポンプ両方の能力をフルに生かして予想される最も高いエンジン負荷に対して、高い能力で冷却を行うことができる。
【００４３】
さて、これまで説明してきた構成において、第一ポンプがエンジンにより駆動される機械式ポンプであり、第二ポンプが電動式ポンプであることが好ましい。現状の冷却装置の構成の改良で対応できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本願の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に、シリンダヘッド内流路Ｆｈの流入側（上流側）に第二ポンプＰ２を設ける構成を示すとともに、図２に、低エンジン負荷時及び高エンジン負荷時の流路の切り分けを示した。
図３に、直列接続されるシリンダヘッド内流路Ｆｈとシリンダブロック内流路Ｆｂとの間に第二ポンプＰ２を設ける構成を示すとともに、図４、５に、この例におけるエンジン負荷に応じた流路の切り分けを示した。
【００４５】
先にも示したように、図１、２に示す構成にあっては、実質流路の切換えだけで、エンジン負荷（冷却負荷）に応じた最適冷却が実行される。そして、基本的には冷却路内を流れる循環液の温度は、エンジン負荷に係わらず、大きく変わることはない。本願では、この構成を第一実施の形態と呼ぶ。
【００４６】
一方、図３〜５に示す構成にあっては、流路の切換えで、エンジン負荷（冷却負荷）に応じた最適冷却を達成するのであるが、例えば、所定時にはシリンダブロック内流路Ｆｂを流れる循環液温度を、シリンダヘッド内流路Ｆｈを流れる循環液温度より高くする等、エンジン負荷（エンジンの運転状態）に応じた冷却が実行され、両温度に関して、温度が異なる運転状態が実現する場合も存在する。本願では、この構成を第二実施の形態と呼ぶ。
【００４７】
以下、それぞれの形態の説明にあたっては、先ず、冷却装置４の構成を説明するとともに、次にエンジン負荷に応じた流路切換えを伴った動作を説明する。
【００４８】
〔第一の実施の形態〕
イ 装置構成
図１に示すように、この車両用エンジン冷却装置４は、循環液が流れるシリンダブロック内流路Ｆｂを備えたシリンダブロックＳＢと、循環液が流れるシリンダヘッド内流路Ｆｈを備えたシリンダヘッドＳＨとを備えている。
そして、第一ポンプＰ１、前記シリンダブロック内流路Ｆｂ、循環液冷却機構ＲＯを経るブロック側循環路Ｃｂと、前記第一ポンプＰ１、前記シリンダシリンダヘッド内流路Ｆｈ、前記循環液冷却機構ＲＯを経るシリンダヘッド側循環路Ｃｈとを形成可能に構成されている。
ここで、前記第一ポンプＰ１に対して、シリンダブロック内流路Ｆｂとシリンダヘッド内流路Ｆｈとが並列関係にある。
従って、この第一ポンプＰ１のみが運転される状態にあっては、図２（イ）にみられる様に、シリンダブロック内流路Ｆｂ及びシリンダヘッド内流路Ｆｈに共に循環液が流れる状態が実現する。
【００４９】
また、前記循環液冷却機構ＲＯは、ラジエータＲ、ラジエータバイパス路６、サーモスタットＴｈを備えて構成されている。
この実施形態では、ラジエータバイパス路６と、ラジエータの流出口Ｒｏと第一ポンプＰ１の吸入口Ｐ１ｉとを接続する接続路７との合流部位（バイパス流路流出側接続部８と呼ぶ）にサーモスタットＴｈ（内部を流れる循環液の温度に従って開弁・閉弁するもので、この例の場合は、循環液の温度が設定温度以上になった場合に、ラジエータＲ側から接続路下流側への流れを確保する）が備えられている。
従って、循環液温度が低い状態では、バイパス路側を循環液が流れ、高い状態ではラジエータ側を循環液が流れる。
【００５０】
さらに、前記シリンダブロック内流路Ｆｂの流出部Ｆｂｏに変速機用の熱交換器９が接続されている。
また、前記変速機用の熱交換器９の下手側から、前記サーモスタットＴｈと第一ポンプＰ１の吸入口Ｐ１ｉとの間が、ラジエータ帰還路Ｒｒとは別の流路で帰還連結され、中間にヒータＨを備えたヒータ側帰還路Ｈｒが備えられている。
この構成から、シリンダブロック内流路Ｆｂを流れる循環液の一部を、ヒータＨにより昇温して、第一ポンプＰ１に戻すことができる。
【００５１】
さて、本願の特徴である、第二ポンプＰ２の設置構成について以下説明する。図１に示すように、前記サーモスタッド取付け部８から前記第一ポンプＰ１までの流路部位に、その吸入口Ｐ２ｉが接続され、その吐出口Ｐ２ｏが、その下手側で前記シリンダヘッド内流路Ｆｈの流入側に接続される第二ポンプＰ２が設けられている。
そして、このポンプＰ２と第一ポンプＰ１との競合（相手側ポンプから吐出された循環液が、自らのポンプ内に流入すること）を避けるために、第一ポンプＰ１の吐出口Ｐ１ｏとシリンダブロック内流路Ｆｂの流入口Ｆｂｉとを接続するブロック接続路１０と、第二ポンプＰ２の吐出口Ｐ２ｏとシリンダヘッド内流路Ｆｈの流入口Ｆｈｉとを接続するシリンダヘッド接続路１１とを連結する連結路１２に第一逆止弁ＣＶ１が備えられている。さらに、前記シリンダヘッド接続路１１における前記連結路１２の接続部より上流側（第二ポンプ側）に第二逆止弁ＣＶ２が備えられている。
【００５２】
第一逆止弁ＣＶ１の方向は、シリンダヘッド接続路１１からブロック接続路１０への循環液の流れを阻止し、第二逆止弁ＣＶ２のそれは、連結路１２から（換言すればシリンダヘッド内流路Ｆｈから）第二ポンプＰ２側への循環液の流れを阻止するものである。
【００５３】
即ち、前記第一ポンプＰ１、第二ポンプＰ２間において、いずれか一方もしくは両方の作動状態で、相手側ポンプ側への流出循環液の流入を防止する逆流防止手段が設けられている。
【００５４】
さらに、この車両用エンジン冷却装置には、エンジン負荷に応じて、前記第一ポンプＰ１、第二ポンプＰ２の一方もしくは両方の運転を制御するとともに、流出される循環液の循環流路を設定する制御装置ＣＵが備えられている。
【００５５】
ロ 運転動作
以下、この実施形態の運転動作について説明する。
この運転動作は、エンジン負荷に応じたものであり、動作形態はエンジン負荷が低い場合とエンジン負荷が高い場合とで区分けされる。
低エンジン負荷時の循環液の循環状態を図２（イ）に示し、高エンジン負荷時の循環液の循環状態を図２（ロ）に示した。これらの図において、太実線で示す箇所が循環液が流れている（循環している）部位であり、細実線で示す箇所では循環液が流れることはない。さらに、太実破線は、循環液の一部が流れる状態を示す。
【００５６】
〔低エンジン負荷時〕
図２（イ）に示すように、この低エンジン負荷時、第一ポンプＰ１のみが独立運転され、主にラジエータバイパス流路６を介して、ラジエータＲを実質バイパスして循環液が循環される。また、この状態にあって、第一ポンプＰ１のみにより、循環液がシリンダヘッド内流路Ｆｈ及びシリンダブロック内流路Ｆｂに循環される。
【００５７】
さらに、詳細に説明すると、機械式ポンプである第一ポンプＰ１から吐出された循環液は、その一部がシリンダブロック内流路Ｆｂへ、他部が第一逆止弁ＣＶ１を経てシリンダヘッド内流路Ｆｈへ分流し、シリンダヘッドＳＨとシリンダブロックＳＢおよび変速機用の熱交換器９を冷却した後、ラジエータＲとラジエータバイパス流路６へ分流し、サーモスタットＴｈで合流して、第一ポンプＰ１へ戻る。
【００５８】
エンジン負荷が低い状態では、所謂、ノッキング等の異常燃焼は起こりにくく、また、循環液温度が急激に上昇する可能性がないため、循環液量を小さくしても問題ない。
従って、この実施形態を採用する場合は、第一ポンプＰ１の容量は、従来、同等のエンジンに装着される機械式ポンプの容量よりも小さくでき、低負荷時状態では第一ポンプＰ１の駆動動力低減による燃費向上が図れる。
【００５９】
さらに、この構造では、シリンダヘッドＳＨとシリンダブロックＳＢへの通液を並列することで、従来のシリンダブロックＳＢを経た後、シリンダシリンダヘッドＳＨへ通液する直列タイプに比べ、通液抵抗が小さくなるため、第一ポンプＰ１の容量を更に小さくすることが可能であり、また駆動動力も小さく抑えられる。
【００６０】
ここで、一般には、シリンダヘッドＳＨの発生熱に比べシリンダブロックＳＢの発熱量は小さく、並列通液でシリンダブロックＳＢを最適に冷却するためには、シリンダブロック内流路Ｆｂを絞って流量を下げる必要があるが、本願では変速機用の熱交換器９により、その絞り機能を果たすことができ、無駄な絞りは不要である。また、変速機用の熱交換器９の冷却作用により、さらに液冷却作用によりさらに燃費向上が図れる。
【００６１】
〔高負荷時〕
図２（ロ）に示すように、制御装置ＣＵにより、第一ポンプＰ１及び第二ポンプＰ２が共に運転され、第一ポンプＰ１がシリンダブロック内流路Ｆｂに循環液を循環させ、第二ポンプＰ２がシリンダヘッド内流路Ｆｈに循環液を循環させる。
【００６２】
さらに詳細に説明すると、機械式ポンプである第一ポンプＰ１から吐出された循環液は、シリンダブロックＳＢおよび変速機用の熱交換器９を冷却する。
一方、電動式ポンプである第二ポンプＰ２から吐出された循環液はシリンダシリンダヘッドＳＨを冷却し、その後、ラジエータ帰還路Ｒｒで合流する。
そして、ラジエータ側へ帰還した後、ラジエータＲとラジエータバイパス路６へ分流し、サーモスタットＴｈで合流して、第一ポンプＰ１と第二ポンプＰ２へ戻る。
【００６３】
第二ポンプＰ２で吐出された循環液は、第二逆止弁ＣＶ１を経てシリンダシリンダヘッドＳＨを冷却し、シリンダブロックＳＢを冷却した循環液と合流し、その後、各ポンプＰ１、Ｐ２へ戻る。
【００６４】
エンジン負荷が高い状態では、異常燃焼および循環液温度の急上昇によるオーバーヒートを避けるため、循環流量をエンジン低負荷に比して多くする必要がある。そこで、この高エンジン負荷時には、両ポンプＰ１、Ｐ２を作動させて、循環液の循環量を確保し、適切な冷却状態を実現する。
【００６５】
この場合、第一逆止弁ＣＶ１を設けられているため、第二ポンプＰ２から吐出された循環液が、第一ポンプＰ１から吐出された循環液の流路を妨げることはない。第一ポンプＰ１から吐出された循環液は全量シリンダブロックＳＢへ、第二ポンプＰ２から吐出された循環液は全量シリンダヘッドＳＨへ流れる。
【００６６】
ハ 効果
この構成を採用すると、エネルギー効率は高いが流量制御のし難い機械式ポンプを従来の機械式ポンプよりも小容量とすることで、通常運転時のポンプ駆動動力を減らし、冷却能力の増強が必要となった時のみ、エネルギ効率は低いが流量制御のしやすい電動式ポンプを作動させ必要流量を確保できる。
【００６７】
冷却能力の増強が必要となるのは、高負荷運転時であるが、前述の如く高負荷運転は、一般走行ではないため、電動式ポンプが作動する機会は少なく、結果ポンプの駆動動力は低く抑えられ、燃費が向上する。
【００６８】
また、厳寒時などでは、ヒータ性能が不足するときは、電動式ポンプの作動により循環液循環量を増すことが可能である。
【００６９】
〔第二の実施の形態〕
イ 装置構成
図３に示すように、この実施の形態では、第一ポンプＰ１、シリンダシリンダヘッド内流路Ｆｈ、循環液冷却機構ＲＯを経るシリンダヘッド側循環路Ｃｈと、第一ポンプＰ１、シリンダヘッド内流路Ｆｈ、シリンダブロック内流路Ｆｂ、循環液冷却機構ＲＯを経るブロック側直列循環路Ｃｂｄとを別個に形成可能に構成されている。
【００７０】
ラジエータＲに対して、そのバイパス路６及び電子制御サーモスタットＴｈを設ける点は、第一の実施の形態と同様である。但し、この電子制御サーモスタットＴｈの設定は、制御装置ＣＵからの指令に従い、エンジン負荷の大小に従って、変化される。即ち、低エンジン負荷時の設定は、高エンジン負荷時及び最高エンジン負荷時の設定に対して高い。
【００７１】
上記二つの循環路Ｃｈ、Ｃｂｄを形成するために、シリンダヘッド内流路Ｆｈの直流入部位（上流部位）に第一ポンプＰ１が直付けされており、このシリンダヘッド内流路Ｆｈの流出側（下流側）に、第一流路制御バルブＡＶ１を設けて、二系統に分けている。
第一の系統は、第一帰還路３３ａを介して直接、ラジエータＲ側に帰還する系統であり、第二の系統３３ｂは、シリンダブロック内流路Ｆｂを介してラジエータＲ側に帰還する系統である。
通常の使用状態は、第一ポンプＰ１の運転によりシリンダヘッドＳＨ及びシリンダブロックＳＢの両方を冷却することを予定している。
【００７２】
さらに、前記第一ポンプＰ１の吸入口Ｐ１ｉ、シリンダヘッド内流路Ｆｈの流出口Ｆｈｏ間をバイパスするシリンダヘッド内流路バイパス路３４が設けられており、この流路３４にヒータＨが備えられている。この流路３４は、熱不足が発生する場合に対する対応である。
【００７３】
本願の特徴である第二ポンプＰ２の配設構成に関して説明すると、シリンダシリンダヘッド内流路Ｆｈとシリンダブロック内流路Ｆｂとを直列接続する接続路３６内で、前記第一流路制御バルブＡＶ１の下手側に、第二ポンプＰ２を設けるとともに、この第二ポンプＰ２の吸入口Ｐ２ｉと吐出口Ｐ２ｏとを短絡する第二ポンプバイパス路３７が設けられている。このバイパス路３７には逆止弁ＣＶが備えられており、第二ポンプＰ２から流出された循環液がシリンダブロック内流路Ｆｂに向かわず、第二ポンプＰ２の吸入口Ｐ２ｉに戻るのを阻止するようにされている。
【００７４】
さらに、前記第二ポンプバイパス路３７への流入側分岐部３７ｉと、第二ポンプの吸入口Ｐ２ｉとの間に第二流路制御バルブＡＶ２が設けられており、このバルブＡＶ２の下手側が、一方が第二ポンプＰ２の吸入口Ｐ２ｉに、他方が第二ポンプＰ２、シリンダブロック内流路Ｆｂをバイパスして、ラジエータＲ側に戻るように接続されている。
この回路構成は、後に説明するブロック単独循環路Ｃｉｄを独立に形成するためである。
【００７５】
そして、前記シリンダヘッド側循環路Ｃｈが形成され、前記ブロック側直列循環路Ｃｂｄが形成されないシリンダヘッド独立循環状態において、第二ポンプＰ２とシリンダブロック内流路Ｆｂとの間で独立のブロック単独循環路Ｃｉｄを形成可能に構成されている。
【００７６】
このブロック単独循環路Ｃｉｄは、図４（ロ）において太実線で示され、シリンダヘッド側循環路Ｃｈとは独立となっている循環路であり、第二ポンプＰ２が運転されることで、シリンダブロック内流路Ｆｂ、第二流路制御バルブＡＶ２、第二ポンプＰ２を経る循環路となり、この循環路内を循環液が強制循環される。
【００７７】
さて、図３に示すように、この実施の形態にあっては、ラジエータＲから流出する循環液の液温を検出するための第一温度センサＴ１、シリンダヘッド内流路Ｆｈから流出する循環液の液温を検出するための第二温度センサＴ２、さらに循環液冷却機構ＲＯに戻る循環液の液温を検出するための第三温度センサＴ３が備えられている。
これらの温度センサＴ１，Ｔ２，Ｔ３からの検出情報は、前記した制御装置ＣＵに送られ、ポンプＰ１、Ｐ２の運転制御、循環液の循環流路選択設定の用に利用される。
【００７８】
また、対応する制御装置ＣＵにあっても、エンジン負荷に応じて、第一ポンプＰ１、第二ポンプＰ２の一方もしくは両方の運転を制御するとともに、吐出される循環液の循環流路を設定して、結果的に、シリンダヘッド内流路Ｆｈを流れる循環液温度と、シリンダブロック内流路Ｆｂを流れる循環液温度とを、独立に制御することが可能とされている。
【００７９】
さて、制御装置ＣＵには、高エンジン負荷の持続時間に従って、循環液の循環系統及び第一ポンプＰ１、第二ポンプＰ２の運転状態を切換える切換え手段ｃｕ１が備えられている。
【００８０】
即ち、この切換え手段ｃｕ１は、高エンジン負荷の持続時間が所定時間に到達しない短期高エンジン負荷期間において、シリンダヘッド側循環路Ｃｈとブロック単独循環路Ｃｉｄとを循環液が独立に循環し、ブロック側直列循環路Ｃｂｄを循環液が流れず、シリンダブロック内流路Ｆｂを流れる循環液の温度を、シリンダヘッド内流路Ｆｈを流れる循環液の温度より高く制御する。この所定時間は、エンジンにより様々であるが、例えば、１分程度の場合もある。
この制御状態は、図４（ロ）で示す制御状態である。
【００８１】
一方、高エンジン負荷の持続時間が所定時間を超える長期高エンジン負荷期間において、第一ポンプＰ１のみが働き、循環液がブロック側直列循環路Ｃｂｄを第二ポンプバイパス路３７を介して循環し、シリンダヘッド側循環路Ｃｈを循環することがない基準循環状態が実現される。
この制御状態は、図５（イ）で示す制御状態である。この制御状態を取る状況での装置の働きは、運転動作の項で説明する。
【００８２】
また、前記制御装置ＣＵには、最高エンジン負荷時に所定の設定制御を実行できるように構成されている。即ち、最高エンジン負荷時には、第一ポンプＰ１及び第二ポンプＰ２が働き、第一ポンプＰ１、シリンダヘッド内流路Ｆｈ、第二ポンプＰ２、シリンダブロック内流路Ｆｂ、循環液冷却機構ＲＯを介する最高負荷循環路Ｃｍａｘが形成される。
この状態で、循環液は図５（ロ）に太実線で示す循環路を循環する。
【００８３】
ロ 運転動作
〔低エンジン負荷時〕
この状態にあっては、図４（イ）に示すように、これまで説明してきたブロック側直列循環路Ｃｂｄが形成される。但し、一部の循環液はヒータＨ内を流れることとなり、循環液に供給できる熱の最大量を、ヒータＨ及びシリンダシリンダヘッドＳＨ側から循環液に供給することが可能とされる。
【００８４】
さらに詳細に説明すると、機械式ポンプである第一ポンプＰ１から流出された循環液はシリンダヘッド内流路Ｆｈ、第一流路制御バルブＡＶ１、逆止弁ＣＶ、シリンダブロック内流路Ｆｂを経た後、ラジエータＲとラジエータバイパス路６へ分流及びサーモスタットＴｈで合流を経て、第一ポンプＰ１へ戻る。
【００８５】
エンジン負荷が低い状態では、循環液温度を高めても、所謂、ノッキング等の異常燃焼は起こりにくくなっている。この状態で、循環液温度ひいては潤滑油温度を、従来エンジンよりも高く保つことにより、エンジン内の機械摩擦を小さく抑えられるため、燃費が向上する。
【００８６】
循環液温度を高く保つには、例えば、電子制御サーモスタットＴｈの作動温度を従来エンジンより高く設定することで、実現可能である。
ちなみに、機械摩擦をシリンダブロックＳＢ及びシリンダヘッドＳＨに分けると、シリンダブロックＳＢ側がその殆どを占める。
【００８７】
〔高エンジン負荷時〕
この実施の形態にあっては、高エンジン負荷時の動作は二つに分かれる。
但し、この高エンジン負荷時にあっては、電子制御サーモスタットＴｈの温度設定は、低エンジン負荷時の設定に対して低く設定され、ラジエータＲの冷却が比較的低温側から循環液に加わる設定とされる。
【００８８】
ａ 高エンジン負荷が短時間しか継続しない場合
エンジンの高負荷状態が短時間の場合は、第一ポンプＰ１が運転され、循環液がシリンダヘッド側循環路Ｃｈのみを、第一帰還路３３ａを介して循環する。
【００８９】
さらに詳細に説明すると、図４（ロ）に示されているように、第一ポンプＰ１で吐出された循環液は、シリンダヘッドＳＨ、第一流路制御バルブＡＶ１を経た後、第一帰還路３３ａを介してラジエータＲとラジエータバイパス路６へ分流し、電子制御サーモスタットＴｈで合流し、第一ポンプＰ１へ戻る。一方、第二ポンプＰ２で吐出された循環液は、シリンダブロックＳＢ、第二流路制御バルブＡＶ２を経て、第二ポンプＰ２へ戻る。
【００９０】
エンジン負荷が高い状態では、循環液温度を高めると異常燃焼が起こり易いため、循環液温度、特にシリンダヘッドＳＨを循環する循環液温度は、従来エンジンと同等以下に保つ必要がある。
この状態では、シリンダヘッドＳＨを循環する循環液温度を従来エンジンよりも低く保つことで、エンジンの燃焼は改善され、燃費が向上する。
【００９１】
一方、シリンダブロックＳＢの循環液温度は、エンジン燃料への寄与度が小さいため、すぐ温度を下げる必要がない。そのため、この状態では、第一ポンプＰ１で吐出された低い温度の循環液がシリンダヘッドＳＨを経てシリンダブロックＳＢへ流れ込まぬように、シリンダヘッドＳＨとシリンダブロックＳＢの循環液流路を独立に形成し、シリンダブロックＳＢでは、低負荷状態で保たれた高い温度の循環液を第二ポンプＰ２で循環させる。
【００９２】
循環液の温度は、一旦下げると温度上昇に時間を要する。そのためもし、高エンジン負荷状態で、循環液をシリンダヘッド内流路、シリンダブロック内流路へと直列に回し、エンジン全体の低水温制御を行うと、その後の低負荷状態で高水温制御を実現しょうとしても、直ぐには高水温とはならず機械摩擦低減効果が小さくなる。
【００９３】
一般の走行では、高負荷状態の時間は極めて短いため、高負荷の度に機械摩擦の大半を占めるシリンダブロック部の循環液温度を下げるべきではない。よって、上述した循環構造を採用する。
【００９４】
ｂ 高エンジン負荷が継続する場合
低負荷時と同様、図５（イ）に示すように、第一ポンプＰ１で吐出された循環液はシリンダヘッドＳＨ、第一流路制御バルブＡＶ１、逆止弁ＣＶ、シリンダブロックＳＢを経た後、ラジエータＲとラジエータバイパス路６へ分流し、さらに電子制御サーモスタットＴｈで合流し、第一ポンプＰ２へ戻る。
エンジン負荷が高い状態では、異常燃焼回避及び燃焼改善による燃費向上のためにエンジン全体の循環液温度を、従来エンジンと同等以下に保つ必要がある。循環液温度を低くするため、電子制御サーモスタットＴｈに通電し低温設定とし、ラジエータＲを流れる循環液流量を増やすこととなる。
【００９５】
〔最高エンジン負荷時〕
循環液の液温が上昇し、エンジン負荷が最高となっている場合は、上記の最高負荷循環路Ｃｍａｘを形成する。この場合、シリンダヘッドＳＨ、シリンダブロックＳＢを流れる循環液の流量は、第二ポンプＰ２の作動により増加される。しかしながら、この様にすることで、ポンプＰ１、Ｐ２の駆動動力低減による燃費向上も得ることができる。
【００９６】
ハ 効果
一般に、機械式ポンプの容量はエンジン高負荷の状態を基準として設定してあり、低負荷の状態では必要以上の水が循環されており、無用な動力が消費されている。
【００９７】
しかしながら、この構成では、第一ポンプである、エネルギ効率は高いが流量制御しにくい機械式ポンプを、従来機械式ポンプよりも小容量とすることが可能で、通常運転時のポンプ駆動動力を減らし、循環液温が上昇して冷却能力の増強が必要になった時のみ、エネルギ効率が低いが流量制御のしやすい電動式ポンプを作動させ、必要流量を確保することができる。
【００９８】
循環液温が上昇するのは高エンジン負荷運転時であるが、この構成では、前述のごとく高エンジン負荷運転は一般運転では殆どないため、第二ポンプＰ２が作動する機会は少なく、結果、ポンプの駆動動力は低く抑えられ燃費が向上する。また、厳寒時など、ヒータ性能が不足するときは、第二ポンプＰ２として可変式電動式ポンプを採用しておくと、このポンプの作動により循環液循環量を増すことが可能である。
【００９９】
さて、以上説明した内容から、第二の実施の形態における車両用エンジン冷却装置は、以下の構成を有することとなっている。
即ち、車両エンジンに、循環液が流れるシリンダブロック内流路を備えたシリンダブロックと、循環液が流れるシリンダヘッド内流路を備えたシリンダヘッドを備え、シリンダブロック内流路とシリンダヘッド内流路とを独立として設け、外気との熱交換により循環液を循環液冷却機構を設け、
エンジンより駆動を得る第一ポンプ、シリンダヘッド内流路、循環液冷却機構を経るシリンダヘッド側循環路と、
第一ポンプ、シリンダヘッド内流路、シリンダブロック内流路、循環液冷却機構を経るブロック側直列循環路とを形成可能に構成された車両用エンジン冷却装置において、
低エンジン負荷時に前記循環液冷却機構から流出される循環液温度に対して、高エンジン負荷時に前記循環液冷却機構から流出される循環液温度が低く設定される。
【０１００】
即ち、低エンジン負荷状態では、循環液温度が高くなるように（冷却を受けない状態に）、エンジン冷却が必要な高エンジン負荷状態では、循環液温度が低くなるように（冷却を受けるように）設定する。
このようにしておくと、低エンジン負荷状態における、エンジン潤滑油の昇温によるエンジンの機械的摩擦損失の低減を迅速にできる。
【０１０１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の第一実施の形態における循環液の循環流路構成を示す図
【図２】低エンジン負荷時と高エンジン負荷時との第一実施の形態における循環液の循環状態を示す図
【図３】本願の第二実施の形態における循環液の循環流路構成を示す図
【図４】低エンジン負荷時と短期の高エンジン負荷時での第二実施の形態における循環液の循環状態を示す図
【図５】長期の高エンジン負荷時及び最高エンジン負荷時での第二実施の形態における循環液の循環状態を示す図
【符号の説明】
４ 車両用エンジン冷却装置
６ ラジエータバイパス路
９ 熱交換器
１０ ブロック接続路
１１ シリンダヘッド接続路
１２ 連結路
３７ 第二ポンプバイパス路
ＡＶ 流路制御バルブ
Ｃｂ ブロック側循環路
Ｃｂｄ ブロック側直列循環路
Ｃｈ シリンダヘッド側循環路
Ｃｉｄ ブロック単独循環路
Ｃｍａｘ 最高負荷循環路
ＣＵ 制御装置
ＣＶ 逆止弁
Ｆｂ シリンダブロック内流路
Ｆｈ シリンダヘッド内流路
Ｈ ヒータ
Ｐ１ 第一ポンプ
Ｐ２ 第二ポンプ
Ｒ ラジエータ
ＲＯ 循環液冷却機構
ＳＢ シリンダブロック
ＳＨ シリンダヘッド
Ｔｈ サーモスタット

Claims (4)

1. 車両エンジンに、循環液が流れるシリンダブロック内流路を備えたシリンダブロックと、循環液が流れるシリンダヘッド内流路を備えたシリンダヘッドとを備え、前記シリンダブロック内流路を前記シリンダヘッド内流路に対して独立に設け、
   外気との熱交換により前記循環液を冷却可能な循環液冷却機構を設け、
   エンジンより駆動を得る第一ポンプ、前記シリンダブロック内流路、前記循環液冷却機構を経るブロック側循環路と、
   前記第一ポンプ、前記シリンダヘッド内流路、前記循環液冷却機構を経るシリンダヘッド側循環路とを形成可能に構成された車両用エンジン冷却装置であって、
   独立駆動する第二ポンプを、その吸入口を、前記循環液冷却機構の流出口から前記第一ポンプの吸入口に至る間の第一ポンプ吸入側流路部位に接続し、吐出口を前記シリンダヘッド内流路の流入口に吐出側で接続して、前記第一ポンプと並列に設け、
   エンジン負荷に応じて、前記第一ポンプ、第二ポンプの一方もしくは両方の運転を制御する制御装置を設けた車両用エンジン冷却装置。
2. 前記第一ポンプ、第二ポンプ間において、いずれか一方もしくは両方の運転状態で、相手側ポンプ側への吐出循環液の流入を防止する逆流防止手段を設けた請求項１記載の車両用エンジン冷却装置。
3. 車両エンジンに、循環液が流れるシリンダブロック内流路を備えたシリンダブロックと、循環液が流れるシリンダヘッド内流路を備えたシリンダヘッドを備え、前記シリンダブロック内流路を前記シリンダシリンダヘッド内流路に対して独立に設け、
   外気との熱交換により前記循環液を冷却可能な循環液冷却機構を設け、
   エンジンより駆動を得る第一ポンプ、前記シリンダヘッド内流路、前記循環液冷却機構を経るシリンダヘッド側循環路と、
   前記第一ポンプ、前記シリンダヘッド内流路、前記シリンダブロック内流路、前記循環液冷却機構を経るブロック側直列循環路とを形成可能に構成された車両用エンジン冷却装置であって、
   前記シリンダヘッド内流路と前記シリンダブロック内流路との間に、独立駆動する第二ポンプを設けるとともに、前記第二ポンプの吸入口と吐出口とを短絡する第二ポンプバイパス路を設け、
   エンジン負荷に応じて、前記第一ポンプ、第二ポンプの一方もしくは両方の運転を制御するとともに、吐出される循環液の循環流路を設定して、前記シリンダヘッド内流路を流れる循環液温度と、前記シリンダブロック内流路を流れる循環液温度とを、独立に制御する制御装置を設けた車両用エンジン冷却装置。
4. 前記シリンダヘッド側循環路が形成され、前記ブロック側直列循環路が形成されないシリンダヘッド独立循環状態において、前記第二ポンプと前記シリンダブロック内流路との間に形成される独立の循環路であるブロック単独循環路を独立形成可能に構成される請求項３記載の車両用エンジン冷却装置。

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