JP5853911B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の冷却装置に係る。特に、本発明は、冷却水循環回路に複数のサーモバルブを備え、これらサーモバルブの開閉動作によって冷却水の流路が切り換わる冷却装置の改良に関する。

従来より、自動車用エンジン等において、冬期等のように外気温度が低い場合には、吸気中に含まれる水分がスロットルバルブの周辺で凍結（アイシング）し、このスロットルバルブが吸気管内面（スロットルボディの吸気通路内面）に凍結固着してしまう可能性がある。

前記スロットルバルブの凍結固着を防止または解消するために、スロットルボディ内に冷却水通路を形成し、エンジンの冷間始動時等において、この冷却水通路にエンジン冷却水を流すことによってスロットルボディを加熱することが行われている（例えば下記の特許文献１および特許文献２を参照）。また、エンジン冷却水の温度が所定温度以上になった際にはスロットルボディ内の冷却水通路への冷却水の供給を停止するようにしている。この冷却水の供給停止は、スロットルボディ内の冷却水通路の上流側に設けられた温水カットバルブが閉鎖されることにより行われる。

特開平３−７８５３７号公報 特開２００８−１０６６２５号公報 特開２００９−７４３８１号公報

ところで、特許文献３に開示されているように、エンジンのシリンダヘッドのウォータジャケット（以下「ヘッド側ウォータジャケット」と呼ぶ場合もある）およびシリンダブロックのウォータジャケット（以下「ブロック側ウォータジャケット」と呼ぶ場合もある）に対して冷却水を並列に循環させるようにしたエンジンの冷却装置（一般に「二系統冷却装置」と呼ばれている）が提案されている。

この種の冷却装置では、例えばエンジンの冷間始動時に、ブロック側ウォータジャケットへの冷却水の供給を停止し、ヘッド側ウォータジャケットへ冷却水を供給する。これにより、シリンダヘッドの温度の過上昇を抑制しながらも、シリンダブロックの温度を早急に高めることができ、エンジン始動後の短期間のうちにエンジン内各所でのフリクションロスの低減が図れるようにして燃料消費率の改善を図ることができる。

また、この二系統冷却装置の一例としては、２つのサーモバルブを備えさせ、これらサーモバルブの開閉動作によって冷却水の流路を切り換えるようにしている。

具体的には、メインサーモバルブおよびブロックサーモバルブを備えさせている。メインサーモバルブは、エンジン本体から導出された冷却水を、ラジエータをバイパスして流す閉鎖状態と、ラジエータに流す開放状態との間で切り換え可能となっている。一方、ブロックサーモバルブは、ウォータポンプから吐出された冷却水を、ブロック側ウォータジャケットには流さず、ヘッド側ウォータジャケットに流す閉鎖状態と、両ウォータジャケットに流す開放状態との間で切り換え可能となっている。そして、エンジンの冷間始動時には、各サーモバルブが共に閉鎖状態となり、ラジエータおよびブロック側ウォータジャケットそれぞれに冷却水を流さないようにしてエンジンの早期暖機を図る。また、エンジンの暖機完了後には、各サーモバルブが共に開放状態となり、ラジエータおよびブロック側ウォータジャケットそれぞれに冷却水を流し、ラジエータによる放熱およびシリンダブロックの冷却が行われるようにする。これにより、シリンダヘッドおよびシリンダブロックの温度の適正化を図る。

なお、上述した冷却装置に使用される一般的なサーモバルブは、冷却水中に配置される感温筒を有している。この感温筒内には、感温筒の壁を介して伝わる冷却水の熱に応じて膨張および収縮するサーモワックスが収容されている。そして、このサーモワックスの膨張および収縮に応じてサーモバルブが前記閉鎖状態と開放状態との間で切り換えられる構成となっている。

ところが、このような二系統冷却装置に対して上述した温水カットバルブ（スロットルボディ内の冷却水通路の上流側に設けられたサーモバルブ）が適用される場合、以下に述べる不具合を招く可能性がある。

まず、エンジンの冷間始動時には、メインサーモバルブおよびブロックサーモバルブが共に前記閉鎖状態となっている。その後、冷却水温度が上昇して温水カットバルブが開放状態から閉鎖状態に切り換わった場合に、メインサーモバルブおよびブロックサーモバルブの閉鎖状態が維持されていると、エンジン内部のウォータジャケットにおける圧力損失が上昇することになる。つまり、ウォータポンプから吐出された冷却水の略全量がヘッド側ウォータジャケットのみに流れることになるため、このヘッド側ウォータジャケット内での圧力損失が上昇することになる。このような状況では、ヘッド側ウォータジャケットの冷却水出口側とウォータポンプの吸込口側との間に配置されているメインサーモバルブの上流側圧力と下流側圧力との差が大きくなり、この圧力差によってメインサーモバルブが強制的に開放されてしまう可能性がある。このようにメインサーモバルブが強制的に開放されてしまうと、ラジエータ内部に滞留していた比較的低温度の冷却水が冷却水循環回路内を循環することになり、この冷却水が例えばヒータ（車室内暖房用のヒータ）に流れ込んでしまって、ヒータでの熱交換量（冷却水と車室内空気との間の熱交換量）が減少し、車室内の暖房能力が十分に得られなくなる可能性がある。

また、エンジンの暖機が完了してメインサーモバルブおよびブロックサーモバルブが共に前記開放状態となる状況で、未だ温水カットバルブの開放状態が維持されている場合には、ウォータポンプから吐出された冷却水の一部がスロットルボディ内の冷却水通路に流れ込むことになる。このような状況では、ラジエータに流れる冷却水量を十分に確保することができなくなり、ラジエータでの冷却水の放熱量が不足して冷却水の温度が適正温度よりも高くなり易い状況を招いてしまう。その結果、シリンダヘッドおよびシリンダブロックの温度の適正化を図ることができなくなる可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数のサーモバルブを備えた冷却装置に対し、各サーモバルブの開閉切り換え温度の適正化を図ることにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、温水カットバルブと、ブロックサーモバルブと、メインサーモバルブとを備えた内燃機関の冷却装置を前提とする。温水カットバルブは、内燃機関の冷間時にスロットルボディの冷却水通路に冷却水を供給し、内燃機関の暖機後に前記スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止する。ブロックサーモバルブは、内燃機関の冷間時にシリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給し、内燃機関の暖機後に前記シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する。メインサーモバルブは、内燃機関の冷間時にラジエータと内燃機関本体との間での冷却水の流れを停止し、内燃機関の暖機後に前記ラジエータと前記内燃機関本体との間で冷却水を循環させる。そして、前記ブロックサーモバルブが、前記シリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給する状態から、前記シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態に移行する冷却水温度であるブロックサーモ切り換え温度よりも、前記温水カットバルブが、前記スロットルボディの冷却水通路に冷却水を供給する状態から、前記スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止する状態に移行する冷却水温度である温水カット切り換え温度を高く設定する。また、この温水カット切り換え温度よりも、前記メインサーモバルブが、前記ラジエータと内燃機関本体との間での冷却水の流れを停止する状態から、前記ラジエータと内燃機関本体との間で冷却水を循環させる状態に移行する冷却水温度であるメインサーモ切り換え温度をさらに高く設定する。

ここで、各バルブにおいて、状態を移行する冷却水温度とは、そのバルブの作動が開始する冷却水温度、または、バルブの作動が開始されてバルブ開度が所定開度（例えば開度３０％等）に達する冷却水温度である。

この特定事項によれば、内燃機関の冷間始動時からの冷却水温度の上昇に従い、まず、ブロックサーモバルブが、シリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給する状態から、シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態に移行する。その後、温水カットバルブが、スロットルボディの冷却水通路に冷却水を供給する状態から、スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止する状態に移行する。さらにその後、メインサーモバルブが、ラジエータと内燃機関本体との間での冷却水の流れを停止する状態から、ラジエータと内燃機関本体との間で冷却水を循環させる状態に移行することになる。

このため、温水カットバルブが、スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止させる状態となった際には、既に、ブロックサーモバルブが、シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態に移行している。つまり、循環する冷却水が、シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路にそれぞれ流れた状態で、温水カットバルブが、スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止させる状態に移行することになる。このため、スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給が停止されても、内燃機関本体の内部における圧力損失が大幅に上昇してしまうことが抑制され、メインサーモバルブの上流側圧力と下流側圧力との差が大きくなってしまうことが防止される。その結果、この圧力差によってメインサーモバルブが強制的に開放されてしまうといった状況が回避できる。

また、冷却水の温度が上昇してメインサーモバルブが、ラジエータと内燃機関本体との間で冷却水を循環させる状態となった際には、既に、温水カットバルブは、スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止させる状態となっている。このため、循環する冷却水の一部がスロットルボディの冷却水通路に流れ込むといったことがなくなり、メインサーモバルブが、ラジエータと内燃機関本体との間で冷却水を循環させる状態に移行した時点においてラジエータに流れる冷却水量を十分に確保することが可能になる。従って、ラジエータでの冷却水の放熱量が十分に得られ、冷却水の温度を適正温度に維持することができる。

前記冷却装置を構成する各機器の接続形態として具体的には以下のものが挙げられる。まず、前記ブロックサーモバルブに、ウォータポンプから吐出された冷却水が導入される冷却水入口、シリンダブロックの冷却水通路に連通する第１の冷却水出口、前記温水カットバルブの冷却水入口に連通する第２の冷却水出口を設ける。そして、このブロックサーモバルブが、前記シリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給する状態では前記第１の冷却水出口を閉鎖し、前記シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態では前記第１の冷却水出口を開放し、これら前記シリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給する状態、および、前記シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態の何れにおいても前記冷却水入口と前記第２の冷却水出口とを連通する構成としている。

また、前記メインサーモバルブに、シリンダヘッドの冷却水通路の冷却水出口およびシリンダブロックの冷却水通路の冷却水出口にそれぞれ連通する前記ラジエータにおける冷却水出口に連通する第１の冷却水入口、前記スロットルボディの冷却水通路に連通する第２の冷却水入口、ウォータポンプの吸込口に連通する冷却水出口を設ける。そして、このメインサーモバルブが、前記ラジエータと内燃機関本体との間での冷却水の流れを停止する状態では前記第１の冷却水入口を閉鎖し、前記ラジエータと内燃機関本体との間で冷却水を循環させる状態では前記第１の冷却水入口を開放してラジエータの冷却水出口とウォータポンプの吸込口とを連通させる構成としている。

これら回路構成においては、メインサーモバルブが、ラジエータと内燃機関本体との間での冷却水の流れを停止する状態で、且つブロックサーモバルブが、シリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給する状態となっている状況で、温水カットバルブが、スロットルボディの冷却水通路に冷却水を供給する状態から、スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止する状態に移行すると、メインサーモバルブの上流側圧力と下流側圧力との差が大きくなってメインサーモバルブが強制的に開放されてしまう虞がある。また、メインサーモバルブが、ラジエータと内燃機関本体との間で冷却水を循環させる状態で、且つブロックサーモバルブが、シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態となっている状況で、温水カットバルブが、スロットルボディの冷却水通路に冷却水を供給する状態が維持されている場合には、ラジエータに流れる冷却水量を十分に確保することができなくなり、ラジエータでの冷却水の放熱量が不足してしまう虞がある。このような回路構成に対して、上述した如く、ブロックサーモ切り換え温度、温水カット切り換え温度、メインサーモ切り換え温度を適切に設定することで、これら課題を解消することが可能になる。

本発明では、温水カットバルブ、ブロックサーモバルブ、および、メインサーモバルブそれぞれの切り換え温度の適正化を図ることにより、メインサーモバルブが強制的に開放されてしまうことを回避でき、また、冷却水の温度を適正温度に維持することができる。

実施形態に係る冷却装置の冷却水循環回路を示す概略構成図である。 ブロックサーモバルブ、温水カットバルブ、メインサーモバルブそれぞれの開閉切り換え温度を説明するための図である。 エンジンの冷間始動時における冷却水の流れを示す冷却水循環回路図である。 冷却水温度がブロックサーモバルブ開放温度に到達した際の冷却水の流れを示す冷却水循環回路図である。 冷却水温度が温水カットバルブ閉鎖温度に到達した際の冷却水の流れを示す冷却水循環回路図である。 冷却水温度がメインサーモバルブ開放温度に到達した際の冷却水の流れを示す冷却水循環回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用エンジンの冷却装置として本発明を適用した場合について説明する。

−冷却装置の概略構成−
図１は、本実施形態に係る冷却装置の冷却水循環回路を示す概略構成図である。この図１に示すように、冷却装置は、エンジン（内燃機関）１のシリンダヘッド２の内部に形成された冷却水通路２１（以下、ヘッド側ウォータジャケットという）と、シリンダブロック３の内部に形成された冷却水通路３１（以下、ブロック側ウォータジャケットという）とが互いに独立した二系統冷却装置として構成されている。なお、前記エンジン１は、コンベンショナル車両（駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両）やハイブリッド車両（駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両）などに搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどで構成されている。

図１に示すように、冷却装置は、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）４、ヒータ５、ラジエータ６、スロットルボディ７、メインサーモバルブ８１、ブロックサーモバルブ８２、温水カットバルブ８３等を主要機器とし、これら機器に冷却水（例えばＬＬＣ：Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）を循環させる冷却水循環回路１０を備えている。

ウォータポンプ４は、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトに連結されており、そのクランクシャフトの回転駆動力によって駆動される機械式ウォータポンプである。なお、このウォータポンプ４は電動ポンプであってもよい。

ウォータポンプ４の吐出口４ａは、エンジン１のヘッド側ウォータジャケット２１の冷却水入口２１ａにヘッド入口通路１１ａを介して接続されている。また、このウォータポンプ４の吐出口４ａは、エンジン１のブロック側ウォータジャケット３１の冷却水入口３１ａにブロック入口通路１１ｂを介して接続されている。前記ブロック側ウォータジャケット３１の冷却水入口側（シリンダブロック３の内部）に前記ブロックサーモバルブ８２が配置されており、このブロックサーモバルブ８２の冷却水入口８２ａが、前記ブロック側ウォータジャケット３１の冷却水入口３１ａとなっている。

なお、ブロックサーモバルブ８２は、シリンダブロック３の外部に配置されていてもよい。また、ウォータポンプ４は、配管を介して各ウォータジャケット２１，３１に接続されていてもよいし、シリンダブロック３に一体的に組み込まれ、その冷却水吐出側が各ウォータジャケット２１，３１に連通した構成となっていてもよい。

前記ブロックサーモバルブ８２は、前記冷却水入口８２ａおよび冷却水出口８２ｂ，８２ｃを備えている。前述した如く、冷却水入口８２ａはブロック入口通路１１ｂを介してウォータポンプ４の吐出口４ａに接続されている。一方の冷却水出口（本発明でいう第１の冷却水出口）８２ｂはブロック側ウォータジャケット３１に接続されている。また、他方の冷却水出口（本発明でいう第２の冷却水出口）８２ｃは温水カットバルブ８３の冷却水入口８３ａに接続されている。

このブロックサーモバルブ８２は、エンジン１の冷間始動時には閉鎖状態となり、ブロック入口通路１１ｂから流入した冷却水をブロック側ウォータジャケット３１に流すことなく、温水カットバルブ８３側のみに流すようになっている。つまり、このブロックサーモバルブ８２には、前記ブロック入口通路１１ｂと温水カットバルブ８３とを常時連通する通路が設けられており、ブロックサーモバルブ８２が閉鎖状態（ブロック側ウォータジャケット３１に冷却水を流さない状態）であっても、温水カットバルブ８３側への冷却水の流れを許容する構成となっている。なお、このようなブロックサーモバルブ８２の閉鎖状態にあっては、エンジン本体（内燃機関本体）１ａの内部においては、ヘッド側ウォータジャケット２１のみに冷却水が流れる状態となる。

一方、このブロックサーモバルブ８２は、冷却水の温度が所定温度に達して開放状態になると、ブロック入口通路１１ｂから流入した冷却水をブロック側ウォータジャケット３１に流すようになっている。この場合、エンジン本体１ａの内部にあっては、ヘッド側ウォータジャケット２１およびブロック側ウォータジャケット３１の両方に冷却水が流れる状態となる。

具体的に、ブロックサーモバルブ８２は、弁体に変位を与える感熱部を備え、その感温部のサーモワックスの膨張・収縮によって作動する弁装置であって、冷却水温が比較的低い場合は、閉鎖状態となって、ブロック側ウォータジャケット３１側の連通路を閉鎖して、ブロック側ウォータジャケット３１に冷却水を流さないようになっている。一方、エンジン１の暖機完了後、すなわち冷却水温度が比較的高い場合には、その冷却水温に応じて開放状態となって、ブロック側ウォータジャケット３１側の連通路を開放して、ブロック側ウォータジャケット３１に冷却水を流すようになっている。このような感温型のバルブ開閉機構については公知（例えば、特開２０１２−１１７４８５号公報や特開２０１２−１０２６９０号公報を参照）であるためここでの説明は省略する。なお、後述するメインサーモバルブ８１および温水カットバルブ８３についても同様である。また、このブロックサーモバルブ８２が閉鎖状態から開放状態に移行する冷却水温度（本発明でいうブロックサーモ切り換え温度）については後述する。

前記ヘッド側ウォータジャケット２１の冷却水出口２１ｂは、ヘッド出口通路１１ｃを介してヒータ５の冷却水入口５ａおよびラジエータ６の冷却水入口６ａにそれぞれ接続されている。前記ブロック側ウォータジャケット３１の冷却水出口３１ｂは、ブロック出口通路１１ｄを介して前記ヘッド出口通路１１ｃに接続されている。このブロック出口通路１１ｄは、エンジン本体１ａの外部に設けられていてもよいし、エンジン本体１ａの内部に形成されていてもよい。

ヒータ５は、冷却水の熱を利用して車室内を暖房するための熱交換器であって、エアコンディショナの送風ダクトに臨んで配置されている。つまり、車室内の暖房時（ヒータＯＮ時）には送風ダクト内を流れる空調風をヒータ５（ヒータコア）に通過させて温風として車室内に供給する一方、それ以外（例えば冷房時）のとき（ヒータＯＦＦ時）には空調風がヒータ５をバイパスするようになっている。

前記ヒータ５の冷却水出口５ｂの下流側の流路にはオイルクーラ９が分岐接続されている。このオイルクーラ９は、例えば変速機の作動油（ＡＴＦ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）を温度調整するための熱交換器であって、オイルクーラとしての機能（オイル温度が高い場合）だけでなくオイルウォーマとしての機能（オイル温度が低い場合）も果たすものとなっている。

また、ラジエータ６は、冷却水と外気（走行風や、冷却ファンの駆動による送風）との間で熱交換を行い、冷却水の熱を外気に放出することで冷却水を冷却するようになっている。また、前記ラジエータ６にはリザーブタンク６１が並列接続されている。

ヒータ５の冷却水出口５ｂおよびラジエータ６の冷却水出口６ｂは、それぞれ、メインサーモバルブ８１の冷却水入口８１ａ，８１ｂに接続されている。また、メインサーモバルブ８１の冷却水出口８１ｄはウォータポンプ４の吸込口４ｂに接続されている。

具体的に、このメインサーモバルブ８１は、前記冷却水入口８１ａ，８１ｂ，８１ｃおよび冷却水出口８１ｄを備え、前述した如く、冷却水入口８１ａはヒータ５の冷却水出口５ｂに、冷却水入口（本発明でいう第１の冷却水入口）８１ｂはラジエータ６の冷却水出口６ｂにそれぞれ接続されている。また、冷却水入口（本発明でいう第２の冷却水入口）８１ｃは、スロットルボディ７の内部に形成されている冷却水通路の下流端である冷却水出口７ｂに接続されている。なお、前記スロットルボディ７は、エンジン１の吸気系に配設され、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ、および、このスロットルバルブの開度を調整するスロットルモータ（共に図示省略）を備えている。

前記メインサーモバルブ８１は、エンジン１の冷間始動時には閉鎖状態となり、冷却水入口８１ｂ（ラジエータ６との接続口）と冷却水出口８１ｄとの間を遮断する。つまり、ラジエータ６とエンジン１との間での冷却水の流れを停止させる。また、このメインサーモバルブ８１は、冷却水の温度が所定温度に達して開放状態になると、前記冷却水入口８１ｂと冷却水出口８１ｄとを連通させる。つまり、ラジエータ６とエンジン本体１ａとの間で冷却水を循環させる。

具体的に、メインサーモバルブ８１は、弁体に変位を与える感熱部を備え、その感温部のサーモワックスの膨張・収縮によって作動する弁装置であって、冷却水温が比較的低い場合は、閉鎖状態となって、ラジエータ６とウォータポンプ４との間の冷却水通路を遮断（冷却水入口８１ｂと冷却水出口８１ｄとの間を遮断）して、ラジエータ６に冷却水が流れないようにする。一方、エンジン１の暖機完了後、すなわち冷却水温度が比較的高い場合には、その冷却水温に応じて開放状態となって、冷却水入口８１ｂと冷却水出口８１ｄとが連通してラジエータ６に冷却水の一部が流れるようする。なお、このメインサーモバルブ８１が閉鎖状態から開放状態に移行する冷却水温度（本発明でいうメインサーモ切り換え温度）については後述する。

なお、メインサーモバルブ８１の冷却水入口８１ａ（ヒータ５との接続口）と冷却水出口８１ｄとは常に連通しており、その冷却水入口８１ａから冷却水出口８１ｄに向けて流れる冷却水が前記感温部に接触するようになっている。また、メインサーモバルブ８１の冷却水入口８１ｃ（スロットルボディ７との接続口）と冷却水出口８１ｄとの間も常に連通している。

前記温水カットバルブ８３は、スロットルボディ７の内部に形成されている冷却水通路に冷却水を供給する状態と冷却水の供給を停止する状態とが切り換え可能となっている。つまり、この温水カットバルブ８３は、冷却水入口８３ａが前記ブロックサーモバルブ８２の冷却水出口８２ｃに接続されており、冷却水出口８３ｂが前記スロットルボディ７内の冷却水通路の上流端である冷却水入口７ａに接続されている。また、上述した如く、このスロットルボディ７内の冷却水通路の下流端である冷却水出口７ｂは前記メインサーモバルブ８１の冷却水入口８１ｃに接続されている。

この温水カットバルブ８３は、エンジン１の冷間始動時には開放状態となり、ウォータポンプ４から吐出された冷却水を、ブロック入口通路１１ｂおよびブロックサーモバルブ８２を経て、スロットルボディ７内の冷却水通路に流すようになっている。このスロットルボディ７内の冷却水通路への冷却水の供給は、前記ブロックサーモバルブ８２が閉鎖状態となっていても、ブロック入口通路１１ｂと温水カットバルブ８３とが常に連通状態となっているため可能となっている。

また、温水カットバルブ８３は、冷却水の温度が所定温度に達して閉鎖状態になると、スロットルボディ７内の冷却水通路への冷却水の流れを遮断する。なお、この温水カットバルブ８３が開放状態から閉鎖状態に移行する冷却水温度（本発明でいう温水カット切り換え温度）については後述する。

また、この温水カットバルブ８３も、前述した各サーモバルブ８１，８３と同様に、弁体に変位を与える感熱部を備え、その感温部のサーモワックスの膨張・収縮によって作動する弁装置であって、冷却水温が比較的低い場合は、開放状態となって、ブロック入口通路１１ｂとスロットルボディ７内の冷却水通路とを連通させて、スロットルボディ７内の冷却水通路に冷却水を流す。一方、エンジン１の暖機完了後、すなわち冷却水温度が比較的高い場合には、その冷却水温に応じて閉鎖状態となって、ブロック入口通路１１ｂとスロットルボディ７内の冷却水通路とを遮断して、スロットルボディ７内の冷却水通路に冷却水が流れないようにする。なお、この温水カットバルブ８３が開放状態から閉鎖状態に移行する冷却水温度については後述する。

このように、冷却装置の冷却水循環回路１０の概略としては、ウォータポンプ４の冷却水吐出側が、ヘッド側ウォータジャケット２１およびブロック側ウォータジャケット３１に分岐され、ブロック側ウォータジャケット３１側にブロックサーモバルブ８２が設けられている。また、ヘッド側ウォータジャケット２１およびブロック側ウォータジャケット３１の出口側は合流された後、ヒータ５側の流路とラジエータ６側の流路とに分岐され、それぞれがメインサーモバルブ８１に接続されている。さらに、このメインサーモバルブ８１の出口側がウォータポンプ４の吸い込み側に接続されている。また、ブロックサーモバルブ８２には温水カットバルブ８３が接続されており、この温水カットバルブ８３の出口側がスロットルボディ７に接続され、このスロットルボディ７の出口側が前記メインサーモバルブ８１に接続された構成となっている。

−各サーモバルブの開閉切り換え温度−
次に、前記ブロックサーモバルブ８２、温水カットバルブ８３、メインサーモバルブ８１それぞれにおける開閉切り換え温度について説明する。

図２に示すように、ブロックサーモバルブ８２の開閉切り換え温度（ブロックサーモ切り換え温度）はαに設定されている。つまり、冷却水温度がαに達した時点で、ブロックサーモバルブ８２は閉鎖状態から開放状態に切り換わる。この温度αとして具体的には、７５℃以上で７９℃未満の範囲の値に設定される。例えば７８℃に設定されている。

また、温水カットバルブ８３の開閉切り換え温度（温水カット切り換え温度）はβに設定されている。つまり、冷却水温度がβに達した時点で、温水カットバルブ８３は開放状態から閉鎖状態に切り換わる。この温度βとして具体的には、７９℃以上で８１℃未満の範囲の値に設定される。例えば８０℃に設定されている。

また、メインサーモバルブ８１の開閉切り換え温度（メインサーモ切り換え温度）はγに設定されている。つまり、冷却水温度がγに達した時点で、メインサーモバルブ８１は閉鎖状態から開放状態に切り換わる。この温度γとして具体的には、８１℃以上で８５℃未満の範囲の値に設定される。例えば８２℃に設定されている。

以上の各温度はこれに限定されるものではなく適宜設定が可能である。

また、各バルブ８１，８２，８３の開閉切り換え温度を互いに異ならせるための具体的な手段としては、前記サーモワックスの種類を互いに異なるものとしたり、前記弁体の変位を制限するスプリングの付勢力を互いに異なるものとしたり、前記感熱部の構成を互いに異なるものとするなどといったことが挙げられる。なお、各バルブ８１，８２，８３の開閉切り換え温度を互いに異ならせるための手段は、これらには限定されない。

このように、ブロックサーモバルブ８２の開閉切り換え温度（ブロックサーモ切り換え温度）αに比べて温水カットバルブ８３の開閉切り換え温度（温水カット切り換え温度）βは高く設定され、温水カットバルブ８３の開閉切り換え温度βに比べてメインサーモバルブ８１の開閉切り換え温度（メインサーモ切り換え温度）γは高く設定されている。言い換えると、温水カットバルブ８３の開閉切り換え温度βを、ブロックサーモバルブ８２の開閉切り換え温度αよりも高く、且つメインサーモバルブ８１の開閉切り換え温度γよりも低く設定している。

このため、エンジン１の冷間始動時には、ブロックサーモバルブ８２が閉鎖状態、温水カットバルブ８３が開放状態、メインサーモバルブ８１が閉鎖状態となっており、その後に冷却水の温度が上昇していくと、まず、ブロックサーモバルブ８２が閉鎖状態から開放状態に切り換わり、その後、温水カットバルブ８３が開放状態から閉鎖状態に切り換わり、さらにその後、メインサーモバルブ８１が閉鎖状態から開放状態に切り換わることになる。

−冷却水循環動作−
次に、上述の如く構成された冷却装置における冷却水循環動作について説明する。以下では、エンジン１の冷間始動時における冷却水循環動作、冷却水の温度がブロックサーモバルブ８２の開放温度（ブロックサーモ切り換え温度）に到達した際の冷却水循環動作、冷却水の温度が温水カットバルブ８３の閉鎖温度（温水カット切り換え温度）に到達した際の冷却水循環動作、冷却水の温度がメインサーモバルブ８１の開放温度（メインサーモ切り換え温度）に到達した際の冷却水循環動作について図３〜図６を用いて順に説明する。なお、図３〜図６に示す冷却水循環回路１０において実線の矢印は冷却水が流れている通路およびその冷却水の流れ方向を示し、破線は冷却水が流れていない通路を示している。

（冷間始動時）
まず、エンジン１の冷間始動時には、冷却水温度がブロックサーモバルブ８２の開放温度未満となっており、ブロックサーモバルブ８２が閉鎖状態、温水カットバルブ８３が開放状態、メインサーモバルブ８１が閉鎖状態となっている。この場合における冷却水循環動作は、図３に示すように、ブロックサーモバルブ８２が閉弁状態となっていることから、ブロック側ウォータジャケット３１内の冷却水の流通が停止される（ブロック内水停止）。このようなブロック内水停止によって、シリンダブロック３の温度を早急に高めることができるので、エンジン本体１ａ内のフリクションロス等を低減することができ、燃費（燃料消費率）の改善を図ることができる。また、メインサーモバルブ８１も閉鎖状態となっているため、ラジエータ６には冷却水が流れず、これにより、エンジン１の早期暖機が図れるようになっている。また、温水カットバルブ８３が開放状態となっているため、ウォータポンプ４から吐出された冷却水の一部は、ブロック入口通路１１ｂ、ブロックサーモバルブ８２、温水カットバルブ８３を経てスロットルボディ７内の冷却水通路に流れ込む。これにより、スロットルボディ７が加熱され、スロットルバルブの凍結固着を防止または解消できる。

（ブロックサーモバルブ開放温度到達時）
その後、冷却水温度が上昇していき、前記ブロックサーモバルブ開放温度に到達すると、ブロックサーモバルブ８２が開放状態に切り換わる。この場合における冷却水循環動作は、図４に示すように、ブロックサーモバルブ８２が開放状態となることから、ブロック側ウォータジャケット３１内への冷却水の流通が開始される。これにより、シリンダブロック３の温度の過上昇が抑制される状態となる。その他の冷却水流れは、前述した冷間始動時の場合と同様である。

（温水カットバルブ閉鎖温度到達時）
冷却水温度が更に上昇していき、前記温水カットバルブ閉鎖温度に到達すると、温水カットバルブ８３が閉鎖状態に切り換わる。この場合における冷却水循環動作は、図５に示すように、温水カットバルブ８３が閉鎖状態となることから、スロットルボディ７内の冷却水通路への冷却水の供給が停止される。これにより、スロットルボディ７内の冷却水通路に比較的高温の冷却水が流れ込むことに起因して吸入空気の温度が上昇してしまって吸気充填効率が悪化してしまうといった状況を回避し、エンジン性能が確保でき、車両加速時の応答性が良好に確保できる。その他の冷却水流れは、前述したブロックサーモバルブ開放温度到達時の場合と同様である。

（メインサーモバルブ開放温度到達時）
さらに冷却水温度が上昇していき、前記メインサーモバルブ開放温度に到達すると、メインサーモバルブ８１が開放状態に切り換わる。この場合における冷却水循環動作は、図６に示すように、メインサーモバルブ８１が開放状態となることから、ラジエータ６内への冷却水の流通が開始される。これにより、冷却水の温度を適正に調整することができ、シリンダヘッド２およびシリンダブロック３の温度の適正化を図ることができる。その他の冷却水流れは、前述した温水カットバルブ閉鎖温度到達時の場合と同様である。

−作用・効果−
以上説明したように、本実施形態では、冷却水温度の上昇に従い、まず、ブロックサーモバルブ８２が閉鎖状態から開放状態に切り換わり、その後、温水カットバルブ８３が開放状態から閉鎖状態に切り換わり、さらにその後、メインサーモバルブ８１が閉鎖状態から開放状態に切り換わる。

このため、温水カットバルブ８３が開放状態から閉鎖状態に移行した際には、既に、ブロックサーモバルブ８２が閉鎖状態から開放状態に切り換わっている。つまり、ウォータポンプ４から吐出された冷却水が、ヘッド側ウォータジャケット２１およびブロック側ウォータジャケット３１にそれぞれ流れた状態（分流された状態）で温水カットバルブ８３が開放状態から閉鎖状態に移行する。このため、エンジン本体１ａの内部における圧力損失の大幅な上昇が抑制され、メインサーモバルブ８１の上流側圧力と下流側圧力との差が大きくなってしまうことが防止される。その結果、この圧力差によってメインサーモバルブ８１が強制的に開放されてしまうといった状況が回避できる。例えば、メインサーモバルブ８１が強制的に開放されてしまうと、ラジエータ６内部に滞留していた比較的低温度の冷却水が冷却水循環回路１０内を循環することになり、この冷却水が例えばヒータ５に流れ込んでしまうと、ヒータ５での熱交換量（冷却水と車室内空気との間の熱交換量）が減少し、車室内の暖房能力が十分に得られなくなる可能性があるが、本実施形態によれば、このような状況を回避することが可能であり、車室内の暖房能力を高く維持できる。

また、エンジン１の暖機が完了してメインサーモバルブ８１が開放状態となる際には、既に、温水カットバルブ８３は閉鎖状態となっている。つまり、ウォータポンプ４から吐出された冷却水の一部がスロットルボディ７内の冷却水通路に流れ込むことが、メインサーモバルブ８１が開放状態となる時点では解除されている。このため、ラジエータ６に流れる冷却水量を十分に確保することが可能になる。従って、ラジエータ６での冷却水の放熱量が十分に得られ、冷却水の温度を適正温度に維持することができる。その結果、シリンダヘッド２およびシリンダブロック３の温度の適正化を図ることができ、また、吸入空気の温度上昇を抑制でき、吸気充填効率を高く維持することができる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態では、温水カットバルブ８３への冷却水の導入は、ブロック入口通路１１ｂからブロックサーモバルブ８２の内部を通過して行うようにしていた。本発明はこれに限らず、ブロック入口通路１１ｂと温水カットバルブ８３とを直接的に連通させる（ブロックサーモバルブ８２を経ることなく連通させる）通路を設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、シリンダブロック３の冷却水入口側（ブロック側ウォータジャケット３１の上流端）にブロックサーモバルブ８２を配置した冷却装置に、本発明を適用した例を示しているが、これに限られることなく、シリンダブロック３の冷却水出口側（ブロック側ウォータジャケット３１の下流端）にブロックサーモバルブ８２が配置される冷却装置にも本発明は適用可能である。この場合、温水カットバルブ８３への冷却水供給経路は、ブロックサーモバルブ８２を通過することなく、シリンダブロック３の冷却水入口側または前記ブロック入口通路１１ｂから分岐された通路が温水カットバルブ８３の冷却水入口８３ａに接続される構成とする。

また、上記実施形態では、車両の搭載されるエンジン１の冷却装置に本発明を適用した例について説明したが、これに限られることなく、車両用エンジン以外の内燃機関の冷却装置に対しても本発明は適用が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関（エンジン）の冷却装置に利用可能であり、さらに詳しくは、暖機に伴って冷却水の流路を切り換えるための複数のサーモバルブを備えた冷却装置に有効に利用できる。

１ エンジン（内燃機関）
１ａ エンジン本体（内燃機関本体）
２ シリンダヘッド
２１ ヘッド側ウォータジャケット（シリンダヘッドの冷却水通路）
２１ｂ 冷却水出口
３ シリンダブロック
３１ ブロック側ウォータジャケット（シリンダブロックの冷却水通路）
３１ｂ 冷却水出口
４ ウォータポンプ
４ａ 吐出口
６ ラジエータ
６ｂ 冷却水出口
７ スロットルボディ
８１ メインサーモバルブ
８１ｂ 冷却水入口（第１の冷却水入口）
８１ｃ 冷却水入口（第２の冷却水入口）
８１ｄ 冷却水出口
８２ ブロックサーモバルブ
８２ａ 冷却水入口
８２ｂ 冷却水出口（第１の冷却水出口）
８２ｃ 冷却水出口（第２の冷却水出口）
８３ 温水カットバルブ
８３ａ 冷却水入口
α ブロックサーモ切り換え温度
β 温水カット切り換え温度
γ メインサーモ切り換え温度

Claims (3)

1. 内燃機関の冷間時にスロットルボディの冷却水通路に冷却水を供給し、内燃機関の暖機後に前記スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止する温水カットバルブと、
   内燃機関の冷間時にシリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給し、内燃機関の暖機後に前記シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給するブロックサーモバルブと、
   内燃機関の冷間時にラジエータと内燃機関本体との間での冷却水の流れを停止し、内燃機関の暖機後に前記ラジエータと前記内燃機関本体との間で冷却水を循環させるメインサーモバルブと、を備えた内燃機関の冷却装置において、
   前記ブロックサーモバルブが、前記シリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給する状態から、前記シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態に移行する冷却水温度であるブロックサーモ切り換え温度よりも、前記温水カットバルブが、前記スロットルボディの冷却水通路に冷却水を供給する状態から、前記スロットルボディの冷却水通路への冷却水の供給を停止する状態に移行する冷却水温度である温水カット切り換え温度が高く設定され、
   この温水カット切り換え温度よりも、前記メインサーモバルブが、前記ラジエータと内燃機関本体との間での冷却水の流れを停止する状態から、前記ラジエータと内燃機関本体との間で冷却水を循環させる状態に移行する冷却水温度であるメインサーモ切り換え温度がさらに高く設定されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記ブロックサーモバルブには、ウォータポンプから吐出された冷却水が導入される冷却水入口、シリンダブロックの冷却水通路に連通する第１の冷却水出口、前記温水カットバルブの冷却水入口に連通する第２の冷却水出口が設けられており、
   このブロックサーモバルブは、前記シリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給する状態では前記第１の冷却水出口が閉鎖され、前記シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態では前記第１の冷却水出口が開放され、これら前記シリンダヘッドの冷却水通路に冷却水を供給する状態、および、前記シリンダヘッドの冷却水通路およびシリンダブロックの冷却水通路それぞれに冷却水を供給する状態の何れにおいても前記冷却水入口と前記第２の冷却水出口とは連通されている構成となっていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
3. 請求項１または２記載の内燃機関の冷却装置において、
   前記メインサーモバルブには、シリンダヘッドの冷却水通路の冷却水出口およびシリンダブロックの冷却水通路の冷却水出口にそれぞれ連通する前記ラジエータにおける冷却水出口に連通する第１の冷却水入口、前記スロットルボディの冷却水通路に連通する第２の冷却水入口、ウォータポンプの吸込口に連通する冷却水出口が設けられており、
   このメインサーモバルブは、前記ラジエータと内燃機関本体との間での冷却水の流れを停止する状態では前記第１の冷却水入口が閉鎖され、前記ラジエータと内燃機関本体との間で冷却水を循環させる状態では前記第１の冷却水入口が開放されてラジエータの冷却水出口とウォータポンプの吸込口とを連通させる構成となっていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。

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