JP6023430B2

JP6023430B2 - 水冷式エンジン冷却装置

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Publication number: JP6023430B2
Application number: JP2012007010A
Authority: JP
Inventors: 岩崎　充; 充岩崎
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
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Filing date: 2012-01-17
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Description

本発明は、水冷式エンジンの冷却装置に関し、特に、ポンプ及び流量制御バルブによって冷却水を制御する水冷式エンジン冷却装置に関する。

従来、水冷式エンジンの冷却装置としては、エンジンの回転数に比例してウォータポンプ（エンジンポンプ）を駆動させて冷却水をシリンダヘッド及びシリンダブロックに循環させるようにしたものがある。しかし、このような方式の冷却装置では、上記したようにエンジンの回転数に冷却水の流量が比例しているため、例えば冬場において不必要にエンジンに冷却水を循環させ過ぎたりして、高速走行時おいて不必要な流量の冷却水を余分に循環させているという問題点がある。このため、従来のウォータポンプを用いた水冷式エンジン冷却装置では、冷却水の余分な放熱が生じて暖機が遅れ、動力ロスがかなり大きいという問題点がある。また、エンジンの回転数に比例した量でしか冷却水を供給することができないので、急加速などでエンジンの負荷が急に高くなった場合、ヘッド部をより早く冷却することが困難なためノッキングが発生するなどの問題点がある。

これらの問題点に対して、エンジンの負荷に応じてシリンダヘッドを冷却するために、冷却水がラジエータをバイパスするバイパス路やシリンダヘッド冷却のための専用ポンプ等を設ける提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この提案では、部品点数が増加し、冷却水の回路が複雑化してしまうという問題がある。

特開２００６−１６１６０６号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、単純な冷却水の制御回路で、回路に流れる冷却水の流量を調整することでエンジンに適した冷却を施す水冷式エンジン冷却装置を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、水冷式エンジンを冷却する冷却水と空気との熱交換により前記冷却水を冷却するラジエータと、前記冷却水を前記水冷式エンジンに導入するエンジン上流側通路と、前記冷却水を前記ラジエータに導入するラジエータ上流側通路と、前記冷却水が前記ラジエータから前記水冷式エンジンに導入するラジエータ下流側通路と、前記エンジン上流側通路に配置し、前記ラジエータを流れる前記冷却水の量を制御する流量制御バルブと、前記エンジン上流側通路に配置し、前記水冷式エンジン及び前記ラジエータに前記冷却水を循環させるポンプとを備え、前記ラジエータ上流側通路及び前記ラジエータ下流側通路は前記エンジン上流側通路に接続され、前記水冷式エンジンの高負荷時に、前記ラジエータ下流側通路内に存在する第１供給温度より低温の前記冷却水を前記流量制御バルブにより前記エンジン上流側通路に流入させることを要旨とする。

本発明によれば、定常運転時の冷却水の第２供給温度（１００℃）の水温を、急に加速するときなどの高負荷時に燃料効率がよい温度である第１供給温度（８０℃）に瞬時にすることができ、定常運転時の１００℃の高水温で燃費を３％程度改善しつつ、加速時も馬力低下（ノック）しないようにすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジンの配置を示す概略側面図である。水冷式エンジンの高負荷時および低負荷時における冷却水の温度と燃焼効率との関係を示すグラフである。本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の制御についてのフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジンにおける冷却水の自然対流を示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の制御についてのフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の冷却水の流れを示す概略図である（その１）。本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の冷却水の流れを示す概略図である（その２）。本発明の第１の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の概略図である。本発明の第１の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第１の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の冷却水の流れを示す概略図である（その１）。本発明の第１の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の冷却水の流れを示す概略図である（その２）。本発明の第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の制御についてのフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の制御についてのフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第２の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の概略図である。本発明の第２の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第２の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の制御についてのフローチャートである。本発明の第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の制御についてのフローチャートである。本発明の第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第３の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の概略図である。本発明の第３の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気時の冷却水の流れを示す概略図である。本発明の第３の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置の暖気後の冷却水の流れを示す概略図である。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａは、図１に示すように、水冷式エンジン２を冷却する冷却水と空気との熱交換により冷却水を冷却するラジエータ３と、冷却水を水冷式エンジン２に導入するエンジン上流側通路３１と、冷却水をラジエータ３に導入するラジエータ上流側通路３０と、冷却水がラジエータ３から水冷式エンジン２に導入するラジエータ下流側通路３２と、エンジン上流側通路３０に配置し、ラジエータ３を流れる冷却水の量を制御する流量制御バルブ１１と、エンジン上流側通路３０に配置し、水冷式エンジン２及びラジエータ３に冷却水を循環させるポンプ１０とを備える。水冷式エンジン冷却装置１ａは、ラジエータ上流側通路３０及びラジエータ下流側通路３２はエンジン上流側通路３１に接続され、ラジエータ３から流出する冷却水は、流量制御バルブ１１が開放されるとエンジン上流側通路３１に流入する。

水冷式エンジン冷却装置１ａにおける水冷式エンジン２は、図２に示すように、排気側が下になるように傾けて配置されている。水冷式エンジン２の排気側が下になるように傾いているので、ポンプ１０からの冷却水の供給が止まったときに、排気側水温が上昇するので低温である吸気側に自然対流で流れる。つまり、ポンプ１０から水冷式エンジン２への供給が止まっても、水冷式エンジン２のシリンダヘッドの冷却水の水温を均一にすることができ、且つ、ラジエータ３への冷却水の水循環が可能となる。水冷式エンジン２の傾きαは、冷却水の自然対流を考慮した場合に２０°程度であることが好ましい。

水冷式エンジン２は、エンジン上流側通路３１から供給された冷却水によって冷却され、冷却に使用した冷却水を第１温水通路２０へ流す。第１温水通路２０には、温度センサ（図示せず）が配置されている。温度センサは、水冷式エンジン２から排出される冷却水の温度を検知する。温度センサの検知データは、制御装置（図示せず）に出力される。

水冷式エンジン２の冷却水温度に依存する燃焼効率について、図３（ａ）及び（ｂ）のグラフを参照して説明する。水冷式エンジン２の負荷（Indicated Mean Effective Pressure：IMEP）が低負荷時（３００ｋＰａ）である場合には、図３（ａ）に示すように、冷却水温度は１００℃（第２供給温度）の高水温である方が燃料効率は良くなる。一方、水冷式エンジン２の負荷が高負荷時（９００ｋＰａ）である場合には、図３（ｂ）に示すように、冷却水温度は８０℃（第１供給温度）が最適となり燃料効率が良くなる。

ラジエータ３は、水冷式エンジン２で発生する過剰な熱を発散するための装置であり、アルミニウム合金製等のフィン付きの細管を多数並べた構造をしている。ラジエータ３は、ラジエータ上流側通路３０と、ラジエータ３からエンジン上流側通路３１へ連通するラジエータ下流側通路３２とに接続され、冷却水を循環することにより、水冷式エンジン２の冷却を行う。

ヒータコア４は、水冷式エンジン２の下流側で第１温水通路２０の途中に介在し、ポンプ１０の上流側で第２温水通路２２と連通して配置されている。ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０には、冷却水の流量の調節を行う電磁弁２５が介在している。電磁弁２５は、第２温水通路２２を通じてポンプ１０へ流す冷却水の温度を調整するために、開閉または開度調整を行う。ヒータコア４は、水冷式エンジン２で熱せられた冷却水と空気との熱交換により空気を加熱する。

第１の実施の形態に係るポンプ１０は、水冷式エンジンと独立して駆動する電動水ポンプＰ₁である。ポンプ１０としての電動水ポンプＰ₁は、冷却水の流速等を制御する制御装置（図示せず）からの信号を受信して、冷却水の流速を変化させる。

流量制御バルブ１１は、ポンプ１０の下流側に配置され、水冷式エンジン２に導入するエンジン上流側通路３１及びラジエータ３に導入するラジエータ上流側通路３０を有する三方バルブである。流量制御バルブ１１は、電子制御のサーモスタットであり、水冷式エンジン２及びラジエータ３へ供給する冷却水の流量等を制御する制御装置（図示せず）からの信号を受信して、水冷式エンジン２とラジエータ３に流す冷却水の流量を変化させる。

以下に、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａの水冷エンジン２暖気時の制御について図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）まず、ステップＳ１０において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるか判断する。水温が第１供給温度（８０℃）以下である場合には、ステップＳ１１へ移行し、水温が第１供給温度（８０℃）以上である場合には暖気後の制御に移行する。暖気後の制御の詳細な説明は、後述する。

（ロ）ステップＳ１１において、車室内のヒータスイッチがオン（ＯＮ）であるか否かを判断する。ヒータスイッチがオンでない場合には、ステップＳ１２へ移行し、ヒータスイッチがオンである場合には、ステップＳ２０へ移行する。

（ハ）ステップＳ１２において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオフ（ＯＦＦ）であるので、ヒータコア４側に冷却水を流す必要がないので、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５を閉じる制御を行う。つまり、図５に示すように、流量制御バルブ１１のラジエータ上流側通路３０のバルブも閉じて、冷却水をラジエータ３及びヒータコア４を通らないように巡回させて第１供給温度（８０℃）以上になるようにする。

（ニ）ステップＳ１３において、制御信号を受信したポンプ１０としての電動水ポンプＰ₁は、水冷式エンジン２への冷却水の供給を止めるので稼働を停止する。水冷式エンジン２は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、排気側が下になるように傾けて配置されているので、電動水ポンプＰ₁からの冷却水の供給が止まったときに、排気側水温が上昇するので低温である吸気側に自然対流で流れる。つまり、電動水ポンプＰ₁から水冷式エンジン２への供給が止まっても、水冷式エンジン冷却装置１ａ内を冷却水が循環することができる。

（ホ）ステップＳ１４において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図５に示すように、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０を閉じる。流量制御バルブ１１がラジエータ上流側通路３０を閉じることで、冷却水の水温を下げるのを防止することができる。そして、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以上になったら、暖気が完了するので、暖気後の制御に移行する。

（ヘ）ステップＳ２０において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を８０℃以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオンであるので、暖房のためにヒータコア４側に冷却水を流すように、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５の制御を行う。具体的な制御としては、電磁弁２５は、冷却水がヒータコア４に１０Ｌ／ｍｉｎで流すことができる開度で開放される。

（ト）ステップＳ２１において、暖房を確保するためにヒータコア４に冷却水を流すので、制御信号を受信した電動水ポンプＰ₁は、ヒータコア４側に冷却水を１０Ｌ／ｍｉｎで流す。水冷式エンジン２は、排気側が下になるように傾けて配置されていて、自然対流で冷却水を流すことができるので電動水ポンプＰ₁から加えられるエネルギーを必要としない。

（チ）ステップＳ２２において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図５に示すように、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０を閉じる。流量制御バルブ１１がラジエータ上流側通路３０を閉じることで、冷却水の水温を下げるのを防止することができる。そして、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が８０℃以上になったら、暖気が完了するので、暖気後の制御に移行する。

以下に、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａの水冷エンジン２暖気後の制御について図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）ステップＳ１１０において、アイドリング時であるか否かを判断する。アイドリング時である場合には、ステップＳ１１２へ移行し、アイドリング時ではない場合には、ステップＳ１１１へ移行する。

（ロ）ステップＳ１１１において、スロットル開度の変化が小さいか判断する。スロットル開度の変化が小さい場合には、ステップＳ１１３へ移行し、スロットル開度の変化が大きい場合には、ステップＳ１２０へ移行する。ここでいうスロットル開度の変化が小さい場合とは、一定の速度で走行する定常運転時などであり、水冷式エンジン２の負荷が低負荷である場合である。一方、スロットル開度の変化が大きい場合とは、加速時や登坂時などの運転時であり、水冷式エンジン２の負荷が高負荷である場合である。

（ハ）ステップＳ１１２において、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第２供給温度（１００℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。図３（ａ）に示したように、水冷式エンジン２の負荷が低負荷時である場合には、冷却水温度は第２供給温度の高水温である方が燃料効率が良くなるため、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第２供給温度（１００℃）以上にする。

（ニ）ステップＳ１１３において、制御信号を受信した電動水ポンプＰ1は、冷却水温度を１００℃の高水温で維持して、水冷式エンジン２及びラジエータ３へ冷却水を少量循環するように駆動する。

（ホ）ステップＳ１１４において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図８に示すように、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第２供給温度（１００℃）となるようにラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を調整する。冷却水温度を第２供給温度（１００℃）の高水温とするために、ラジエータ３へ導入する冷却水は、８０℃に冷却する場合と比較して少なくなる。

（ヘ）ステップＳ１２０において、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。図３（ｂ）に示したように、水冷式エンジン２の負荷が高負荷時である場合には、冷却水温度は第１供給温度（８０℃）が最適となり燃料効率が良くなるため、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を８０℃にする。

（ト）ステップＳ１２１において、制御信号を受信した電動水ポンプＰ₁は、冷却水温度を第１供給温度（８０℃）とするために、水冷式エンジン２及びラジエータ３へ冷却水を多量循環するように駆動する。

（チ）ステップＳ１２２において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図９に示すように、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）となるように、水冷式エンジン２へ通じるエンジン上流側通路３１を閉鎖し、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を全開にする。冷却水温度をすばやく８０℃とするために、冷却水を全てラジエータ３へ導入する用に制御する。

第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａによれば、ラジエータ３から出た冷却水が水冷式エンジン２の近傍に戻る水路（ラジエータ下流側通路３２）を有することで、構成部品点数を増加させることなく、冷却水の回路が複雑化することもなく、冷却水の温度制御および流量調整を容易にすることができる。

更に、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａによれば、低負荷時のラジエータ下流側通路３２には、６０℃前後の低温の冷却水が常にたまっており、流量制御バルブ１１でラジエータ３に冷却水を押し込むと水は非圧縮性流体なので、すぐにラジエータ下流側通路３２内の低温の冷却水が水冷式エンジン２に流れだす。したがって、定常運転時の冷却水の第２供給温度（１００℃）の水温を、急に加速するときなどの高負荷時に燃料効率がよい温度である第１供給温度（８０℃）に瞬時にすることができる。このことにより、定常運転時の１００℃の高水温で燃費を３％程度改善しつつ、加速時も馬力低下（ノック）しないようにすることができる。

（第１の実施の形態の変形例）
本発明の第１の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ａ’は、図１０に示すように、図１に示した第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａと比して、流量制御バルブ１１の位置が異なる点が異なる。その他に関しては、実質的に同様であるので、重複する記載を省略する。

流量制御バルブ１１は、ポンプ１０の下流側に配置され、水冷式エンジン２に導入するエンジン上流側通路３１及びラジエータ３からエンジン２へ冷却水を供給するためのラジエータ下流側通路３２を有する三方バルブである。流量制御バルブ１１は、電子制御のサーモスタットであり、水冷式エンジン２及びラジエータ３へ供給する冷却水の流量等を制御する制御装置（図示せず）からの信号を受信して、水冷式エンジン２とラジエータ３に流す冷却水の流量を変化させる。

第１の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ａ’の水冷エンジン２暖気時の制御について、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａの水冷エンジン２暖気時の制御と異なる点は、図４に示すフローチャートにおけるステップＳ１２の制御である。第１の実施の形態で示した図４に示すフローチャートに沿って制御は進行するので、異なるステップＳ１２についての説明を行い、それ以外の制御についての記載を省略する。

ステップＳ１２において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオフ（ＯＦＦ）であるので、ヒータコア４側に冷却水を流す必要がないので、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５を閉じる制御を行う。つまり、図１１に示すように、流量制御バルブ１１のラジエータ下流側通路３２のバルブも閉じて、冷却水をラジエータ３及びヒータコア４を通らないように巡回させて８０℃以上になるようにする。

第１の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ａ’の水冷エンジン２暖気後の制御について、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａの水冷エンジン２暖気後の制御と異なる点は、図７に示すフローチャートにおけるステップＳ１１４及びステップＳ１２２の制御である。第１の実施の形態で示した図７に示すフローチャートに沿って制御は進行するので、異なるステップＳ１１４及びステップＳ１２２についての説明を行い、それ以外の制御についての記載を省略する。

ステップＳ１１４において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図１２に示すように、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第２供給温度（１００℃）となるようにラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を調整する。冷却水温度を第２供給温度（１００℃）の高水温とするために、ラジエータ３へ導入する冷却水は、第１供給温度（８０℃）に冷却する場合と比較して少なくなる。

ステップＳ１２２において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図１３に示すように、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）となるように、ポンプ電動水ポンプＰ₁からの供給を閉鎖し、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を全開にする。冷却水温度をすばやく８０℃とするために、冷却水を全てラジエータ３へ導入する用に制御する。

このように構成された第１の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ａ’でも、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａと同様の効果を得ることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂは、図１４に示すように、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａと比して、ポンプ１０としての電動水ポンプＰ₁がエンジンの回転数に比例して駆動するエンジンポンプＰ₂である点が異なる。その他に関しては、実質的に同様であるので、重複する記載を省略する。

第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂの水冷エンジン２暖気時の制御について図１５に示すフローチャートを参照しながら説明する。

（ハ）ステップＳ１２において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオフ（ＯＦＦ）であるので、ヒータコア４側に冷却水を流す必要がないので、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５を閉じる制御を行う。つまり、図１６に示すように、冷却水をラジエータ３及びヒータコア４を通らないように巡回させて第１供給温度（８０℃）以上になるようにする。

（ニ）ステップＳ１４において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図１６に示すように、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０を閉じる。流量制御バルブ１１がラジエータ上流側通路３０を閉じることで、冷却水の水温を下げるのを防止することができる。そして、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以上になったら、暖気が完了するので、暖気後の制御に移行する。

（ホ）ステップＳ２０において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオンであるので、暖房のためにヒータコア４側に冷却水を流すように、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５の制御を行う。具体的な制御としては、電磁弁２５は、冷却水がヒータコア４に１０Ｌ／ｍｉｎで流すことができる開度で開放される。

（ヘ）ステップＳ２２において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図１６に示すように、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０を閉じる。流量制御バルブ１１がラジエータ上流側通路３０を閉じることで、冷却水の水温を下げるのを防止することができる。そして、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以上になったら、暖気が完了するので、暖気後の制御に移行する。

以下に、第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂの水冷エンジン２暖気後の制御について図１７に示すフローチャートを参照しながら説明する。

（ハ）ステップＳ１１２において、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第２供給温度（１００℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。図３（ａ）に示したように、水冷式エンジン２の負荷が低負荷時である場合には、冷却水温度は第２供給温度（１００℃）の高水温である方が燃料効率は良くなるため、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を１００℃以上にする。

（ニ）ステップＳ１１４において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図１８に示すように、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第２供給温度（１００℃）となるようにラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を調整する。冷却水温度を１００℃の高水温とするために、ラジエータ３へ導入する冷却水は、第１供給温度（８０℃）に冷却する場合と比較して少なくなる。

（ホ）ステップＳ１２０において、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。図３（ｂ）に示したように、水冷式エンジン２の負荷が高負荷時である場合には、冷却水温度は第１供給温度（８０℃）が最適となり燃料効率が良くなるため、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を８０℃にする。

（ヘ）ステップＳ１２２において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）となるように、水冷式エンジン２へ通じるエンジン上流側通路３１を閉鎖し、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を全開にする。冷却水温度をすばやく８０℃とするために、冷却水を全てラジエータ３へ導入する用に制御する。

このように構成された第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂでも、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａと同様の効果を得ることができる。

（第２の実施の形態の変形例）
本発明の第２の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂ’は、図１９に示すように、図１４に示した第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂと比して、流量制御バルブ１１の位置が異なる点が異なる。その他に関しては、実質的に同様であるので、重複する記載を省略する。

第２の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂ’の水冷エンジン２暖気時の制御について、第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂの水冷エンジン２暖気時の制御と異なる点は、図１５に示すフローチャートにおけるステップＳ１２の制御である。第２の実施の形態で示した図１５に示すフローチャートに沿って制御は進行するので、異なるステップＳ１２についての説明を行い、それ以外の制御についての記載を省略する。

ステップＳ１２において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオフ（ＯＦＦ）であるので、ヒータコア４側に冷却水を流す必要がないので、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５を閉じる制御を行う。つまり、図２０に示すように、冷却水をラジエータ３及びヒータコア４を通らないように巡回させて第１供給温度（８０℃）以上になるようにする。

第２の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂ’の水冷エンジン２暖気後の制御について、第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂの水冷エンジン２暖気後の制御と異なる点は、図１７に示すフローチャートにおけるステップＳ１１４及びステップＳ１２２の制御である。第２の実施の形態で示した図１７に示すフローチャートに沿って制御は進行するので、異なるステップＳ１１４及びステップＳ１２２についての説明を行い、それ以外の制御についての記載を省略する。

ステップＳ１１４において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図２１に示すように、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第２供給温度（１００℃）となるようにラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を調整する。冷却水温度を第２供給温度（１００℃）の高水温とするために、ラジエータ３へ導入する冷却水は、第１供給温度（８０℃）に冷却する場合と比較して少なくなる。

ステップＳ１２２において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）となるように、水冷式エンジン２へ通じるエンジン上流側通路３１を閉鎖し、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を全開にする。冷却水温度をすばやく８０℃とするために、冷却水を全てラジエータ３へ導入する用に制御する。

このように構成された第２の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂ’でも、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａと同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃは、図２２に示すように、第２の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｂと比して、一端をエンジンポンプＰ₂の上流側に接続し、他端をエンジンポンプＰ₂の下流側に接続して設けられ、エンジンポンプＰ₂へ供給する冷却水の流量を調整するオンオフバルブ１３を更に備える点が異なる。その他に関しては、実質的に同様であるので、重複する記載を省略する。

第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃの水冷エンジン２暖気時の制御について図２３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

（ハ）ステップＳ１２において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０、流量制御バルブ１１、及びオンオフバルブ１３へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオフ（ＯＦＦ）であるので、ヒータコア４側に冷却水を流す必要がないので、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５を閉じる制御を行う。つまり、図２４に示すように、冷却水をラジエータ３及びヒータコア４を通らないように巡回させて８０℃以上になるようにする。

（ニ）ステップＳ１５において、制御信号を受信したオンオフバルブ１３は、図２４に示すように、エンジンポンプＰ₂の水があまり水冷式エンジン２へ流れないようにするために開ける制御を行う。エンジンポンプＰ₂は、オンオフバルブ１３を開けることで、図２４に示すように、オンオフバルブ１３を巡回することになり、水冷式エンジン２への冷却水の供給を抑制することができる。

（ホ）ステップＳ１６において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図２４に示すように、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０を閉じる。流量制御バルブ１１がラジエータ上流側通路３０を閉じることで、冷却水の水温を下げるのを防止することができる。そして、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以上になったら、暖気が完了するので、暖気後の制御に移行する。

（ヘ）ステップＳ２０において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０、流量制御バルブ１１、及びオンオフバルブ１３へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオンであるので、暖房のためにヒータコア４側に冷却水を流すように、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５の制御を行う。具体的な制御としては、電磁弁２５は、冷却水がヒータコア４に１０Ｌ／ｍｉｎで流すことができる開度で開放される。

（ト）ステップＳ２３において、制御信号を受信したオンオフバルブ１３は、エンジンポンプＰ₂の水を水冷式エンジン２へ流れるようにするために閉じる制御を行う。エンジンポンプＰ₂は、オンオフバルブ１３を閉じることで、オンオフバルブ１３を巡回せずに、水冷式エンジン２へ冷却水の供給を行うことができる。

（チ）ステップＳ２２において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図２４に示すように、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０を閉じる。流量制御バルブ１１がラジエータ上流側通路３０を閉じることで、冷却水の水温を下げるのを防止することができる。そして、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以上になったら、暖気が完了するので、暖気後の制御に移行する。

以下に、第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃの水冷エンジン２暖気後の制御について図２５に示すフローチャートを参照しながら説明する。

（ハ）ステップＳ１１２において、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第２供給温度（１００℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０、流量制御バルブ１１、オンオフバルブ１３へ送信する。図３（ａ）に示したように、水冷式エンジン２の負荷が低負荷時である場合には、冷却水温度は第２供給温度（１００℃）の高水温である方が燃料効率は良くなるため、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を１００℃以上にする。

（ニ）ステップＳ１１５において、制御信号を受信したオンオフバルブ１３は、図２６に示すように、エンジンポンプＰ₂の水を水冷式エンジン２へ流れるようにするために閉じる制御を行う。エンジンポンプＰ₂は、オンオフバルブ１３を閉じることで、オンオフバルブ１３を巡回せずに、水冷式エンジン２へ冷却水の供給を行うことができる。

（ホ）ステップＳ１１６において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図２６に示すように、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第２供給温度（１００℃）となるようにラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を調整する。冷却水温度を第２供給温度（１００℃）の高水温とするために、ラジエータ３へ導入する冷却水は、第１供給温度（８０℃）に冷却する場合と比較して少なくなる。

（ヘ）ステップＳ１２０において、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を８０℃以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０及び流量制御バルブ１１へ送信する。図３（ｂ）に示したように、水冷式エンジン２の負荷が高負荷時である場合には、冷却水温度は第１供給温度（８０℃）が最適となり燃料効率が良くなるため、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）にする。

（ト）ステップＳ１２３において、制御信号を受信したオンオフバルブ１３は、エンジンポンプＰ₂の水を水冷式エンジン２へ流れるようにするために閉じる制御を行う。エンジンポンプＰ₂は、オンオフバルブ１３を閉じることで、オンオフバルブ１３を巡回せずに、水冷式エンジン２へ冷却水の供給を行うことができる。

（チ）ステップＳ１２４において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）となるように、水冷式エンジン２へ通じるエンジン上流側通路３１を閉鎖し、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を全開にする。冷却水温度をすばやく第１供給温度（８０℃）とするために、冷却水を全てラジエータ３へ導入する用に制御する。

このように構成された第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃでも、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａと同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態の変形例）
本発明の第３の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃ’は、図２７に示すように、図２２に示した第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃと比して、流量制御バルブ１１の位置が異なる点が異なる。その他に関しては、実質的に同様であるので、重複する記載を省略する。

第３の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃ’の水冷エンジン２暖気時の制御について、第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃの水冷エンジン２暖気時の制御と異なる点は、図２３に示すフローチャートにおけるステップＳ１２の制御である。第３の実施の形態で示した図２３に示すフローチャートに沿って制御は進行するので、異なるステップＳ１２についての説明を行い、それ以外の制御についての記載を省略する。

ステップＳ１２において、水冷式エンジン２から排出される冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）以下であるので、水冷式エンジン２へ供給する冷却水の水温を第１供給温度（８０℃）以上になるように制御装置にて作成した制御信号をポンプ１０、流量制御バルブ１１、及びオンオフバルブ１３へ送信する。尚、車室内のヒータスイッチがオフ（ＯＦＦ）であるので、ヒータコア４側に冷却水を流す必要がないので、ヒータコア４の上流側の第１温水通路２０配置されている電磁弁２５を閉じる制御を行う。つまり、図２８に示すように、冷却水をラジエータ３及びヒータコア４を通らないように巡回させて第１供給温度（８０℃）以上になるようにする。

第３の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃ’の水冷エンジン２暖気後の制御について、第３の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃの水冷エンジン２暖気後の制御と異なる点は、図２５に示すフローチャートにおけるステップＳ１１６及びステップＳ１２４の制御である。第３の実施の形態で示した図２５に示すフローチャートに沿って制御は進行するので、異なるステップＳ１１６及びステップＳ１２４についての説明を行い、それ以外の制御についての記載を省略する。

ステップＳ１１６において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、図２９に示すように、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第２供給温度（１００℃）となるようにラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を調整する。冷却水温度を第２供給温度（１００℃）の高水温とするために、ラジエータ３へ導入する冷却水は、第１供給温度（８０℃）に冷却する場合と比較して少なくなる。

ステップＳ１２４において、制御信号を受信した流量制御バルブ１１は、水冷式エンジン２に供給する冷却水の水温が第１供給温度（８０℃）となるように、水冷式エンジン２へ通じるエンジン上流側通路３１を閉鎖し、ラジエータ３へ通じるラジエータ上流側通路３０の開度を全開にする。冷却水温度をすばやく第１供給温度（８０℃）とするために、冷却水を全てラジエータ３へ導入する用に制御する。

このように構成された第３の実施の形態の変形例に係る水冷式エンジン冷却装置１ｃ’でも、第１の実施の形態に係る水冷式エンジン冷却装置１ａと同様の効果を得ることができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、暖気後の制御において、車速及びスロットル開度の変化によって判断するように記載したが、スロットル開度の加速度によって判断しても構わない。具体的には、スロットル開度の加速度が大きければ高負荷時であると判断し、加速度が小さければ低負荷時と判断して制御を行うこともできる。

また、実施の形態において、第１供給温度は、８０℃で説明をしたが７０℃等であっても構わない。同様に、第２供給温度は、１００℃で説明をしたが９０℃等であっても構わない。第１供給温度は、第２供給温度より低く、水冷式エンジン２の負荷が高負荷時である場合に燃焼効率が最適となる温度であればよい。第２供給温度は、第１供給温度より高く、水冷式エンジン２の負荷が低負荷時である場合に燃焼効率が最適となる温度であればよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

１ａ〜１ｃ…水冷式エンジン冷却装置
２…水冷式エンジン
３…ラジエータ
４…ヒータコア
１０…ポンプ
１１…流量制御バルブ
１３…オンオフバルブ
２０…第１温水通路
２２…第２温水通路
２５…電磁弁
３０…ラジエータ上流側通路
３１…エンジン上流側通路
３２…ラジエータ下流側通路

Claims

水冷式エンジンを冷却する冷却水と空気との熱交換により前記冷却水を冷却するラジエータと、
前記冷却水を前記水冷式エンジンに導入するエンジン上流側通路と、
前記冷却水を前記ラジエータに導入するラジエータ上流側通路と、
前記冷却水が前記ラジエータから前記水冷式エンジンに導入するラジエータ下流側通路と、
前記エンジン上流側通路に配置し、前記ラジエータを流れる前記冷却水の量を制御する流量制御バルブと、
前記エンジン上流側通路に配置し、前記水冷式エンジン及び前記ラジエータに前記冷却水を循環させるポンプとを備え、
前記ラジエータ上流側通路及び前記ラジエータ下流側通路は前記エンジン上流側通路に接続され、
前記水冷式エンジンの高負荷時に、前記ラジエータ下流側通路内に存在する第１供給温度より低温の前記冷却水を前記流量制御バルブにより前記エンジン上流側通路に流入させることを特徴とする水冷式エンジン冷却装置。
前記流量制御バルブは、前記ラジエータへ通じる前記ラジエータ上流側通路を閉じることを特徴とする請求項１に記載の水冷式エンジン冷却装置。
前記ポンプは、前記水冷式エンジンと独立して駆動する電動水ポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水冷式エンジン冷却装置。
前記水冷式エンジンに供給する前記冷却水の温度が第１供給温度以上であって、前記エンジンへの吸気量を変化させるスロットルの開度の変化が小さい場合、
前記流量制御バルブは、前記水冷式エンジンに供給する前記冷却水の水温が第２供給温度となるように前記ラジエータ上流側通路へ流れる冷却水の流量を調整し、
前記第１供給温度は、第２供給温度より低く、前記水冷式エンジンの負荷が高負荷時である場合に燃焼効率が最適となる温度であり、
前記第２供給温度は、第１供給温度より高く、前記水冷式エンジンの負荷が低負荷時である場合に燃焼効率が最適となる温度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水冷式エンジン冷却装置。
前記水冷式エンジンに供給する前記冷却水の温度が第１供給温度以上であって、前記スロットルの開度の変化が大きい場合、
前記流量制御バルブは、前記水冷式エンジンに供給する前記冷却水の水温が第１供給温度となるように前記ラジエータへの循環量を増やすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の水冷式エンジン冷却装置。
前記水冷式エンジンは、排気側が下になるように傾けて配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水冷式エンジン冷却装置。