エンジン冷却装置
【課題】時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされ、補機損失が低減されるエンジン冷却装置を提供する。
【解決手段】エンジン冷却装置１は、ウォータジャケット２に接続された主電動ウォータポンプ４と、ウォータジャケット２の別の箇所に接続された副電動ウォータポンプ６と、主電動ウォータポンプ４と副電動ウォータポンプ６の運転を制御する制御部７とを備え、制御部７は、エンジンの始動時は副電動ウォータポンプ６のみ運転して始動時循環経路Ｒ１を形成し、エンジンの暖機達成後は主電動ウォータポンプ４を運転して暖機後循環経路Ｒ２を形成する。
【解決手段】エンジン冷却装置１は、ウォータジャケット２に接続された主電動ウォータポンプ４と、ウォータジャケット２の別の箇所に接続された副電動ウォータポンプ６と、主電動ウォータポンプ４と副電動ウォータポンプ６の運転を制御する制御部７とを備え、制御部７は、エンジンの始動時は副電動ウォータポンプ６のみ運転して始動時循環経路Ｒ１を形成し、エンジンの暖機達成後は主電動ウォータポンプ４を運転して暖機後循環経路Ｒ２を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされ、補機損失が低減されるエンジン冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン内で燃料が燃焼して発生したエネルギのうち、車両の推進力として取り出されるエネルギは、３０％程度といわれる。車両の推進力にならず失われるエネルギには、冷却水を介して外気と熱交換されるエネルギが含まれる。このように熱として環境に放出されるエネルギは、少しでも削減されることが望まれる。
【０００３】
一方、オイルの温度が低いと、エンジンや変速機における摩擦抵抗が大きく、エネルギが失われる。オイルの温度が高くなると摩擦抵抗が小さくなるので、エネルギが失われにくくなり、燃費が向上する。したがって、オイルの温度はなるべく早く上昇することが望まれる。前述した車両の推進力にならず失われるエネルギには、オイルを昇温するエネルギも含まれるが、オイルの昇温によって摩擦抵抗が減少するという得失がある。
【０００４】
従来、車両のエンジンを冷却するエンジン冷却装置では、冷却水は、ラジエータ、エンジンのウォータジャケット、オイルクーラの熱交換器、ＥＧＲクーラの熱交換器、暖房用のヒータなどに循環される。従来のエンジン冷却装置は、前述の部材間を繋ぐように冷却水路が布設され、この冷却水路に、冷却水を循環させるためのウォータポンプが一基のみ設置される。
【０００５】
ウォータポンプには、機械式と電動式がある。
【０００６】
機械式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、クランク軸によりベルト、チェーン、ギア等の伝達機構・増減速機構を介して機械式ウォータポンプが駆動される。エンジン回転速度が上昇すると、機械式ウォータポンプの回転速度が上昇し、冷却水の循環量が増加する。エンジン回転速度が低下すると、機械式ウォータポンプの回転速度が低下し、冷却水の循環量が減少する。
【０００７】
この結果、機械式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、冷却水の需要量に関係なくエンジン回転速度により冷却水の循環量が増減されるので、エンジン回転速度が高いとき、冷却水の需要量よりも循環量が多くなることがある。需要量よりも循環量が多いと、機械式ウォータポンプが無駄に駆動されていることになり、いわゆる補機損失が増加する。
【０００８】
機械式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、エンジンが始動されると同時に機械式ウォータポンプが駆動され冷却水の循環が開始される。エンジンが冷間始動されたとき、冷却水がエンジンのウォータジャケット全体に循環されるため、エンジンオイルの暖機の達成が遅くなる。
【０００９】
これに対し、電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、電子制御される電気モータにより電動式ウォータポンプが駆動されるので、電動式ウォータポンプの回転がエンジン回転とは非同期で制御される。
【００１０】
この結果、電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、エンジン回転速度が高くても冷却水の循環量が需要量より多くならない制御が可能となり、電動式ウォータポンプが無駄に駆動されることがない。
【００１１】
電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、冷間始動のときは冷却水が循環されない制御、あるいは冷却水の循環量が少ない制御が可能となり、エンジン暖機の達成が早くなる。
【００１２】
電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、エンジン回転速度が低くても冷却水の循環量が多い制御が可能となり、暖房性能が高められる。
【００１３】
電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、電気モータと電動式ウォータポンプとの間に伝達機構・増減速機構がなくてもよく、摩擦による補機損失が小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１０−１９００５０号公報
【特許文献２】特開２００７−２０５１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、電動式ウォータポンプが用いられる従来のエンジン冷却装置は、電動式ウォータポンプが一基しか設置されない。
【００１６】
外気温度が低いときの冷間始動時には、エンジン暖機を早めるためにラジエータへの冷却水の循環を抑制する制御と、暖房性能向上のために暖房用ヒータへの冷却水の循環を促進する制御とが同時に望まれるが、電動式ウォータポンプが一基のみでは、これらの制御は両立されない。
【００１７】
また、ＥＧＲクーラの熱交換器で冷却水の循環が止まると、冷却水が沸騰してしまい熱交換器の故障を誘引する。よって、冷間始動時から暖機達成後まで継続してＥＧＲクーラの熱交換器に冷却水が循環される電動式ウォータポンプの制御が望まれる。
【００１８】
これらの課題の解決策として、温度に応じて冷却水の経路を切り替えるサーモスタットがエンジン冷却装置に設けられることがある。これにより、冷却水温が低いときには、冷却水がラジエータを循環しないようになる。このエンジン冷却装置では、冷間始動時にも電動式ウォータポンプが運転され、暖房性能向上とＥＧＲクーラの熱交換器保護が可能となる。しかし、ラジエータをバイパスする冷却水路などに、必要でない冷却水を循環させるエネルギが消費されるため、オイル温度の暖機が遅くなる。
【００１９】
特に、冷間始動時にはオイル温度が低いため、エンジンや変速機内部での摩擦抵抗が大きく、エネルギ損失が大きい。したがって、冷間始動時には、オイル温度の早期上昇が望まれる。しかし、冷間始動時に電動式ウォータポンプが運転されると、エネルギが冷却水に逃げることによって、オイル温度が上昇しにくい。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされ、補機損失が低減されるエンジン冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために本発明のエンジン冷却装置は、冷却水をエンジンのウォータジャケットと第一の機器と第二の機器に循環させるエンジン冷却装置において、前記ウォータジャケットに接続された主電動ウォータポンプと、前記ウォータジャケットの別の箇所に接続された副電動ウォータポンプと、前記主電動ウォータポンプと前記副電動ウォータポンプの運転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記エンジンの始動時は前記副電動ウォータポンプのみ運転して冷却水を前記ウォータジャケットと前記第一の機器を介して循環させることにより、始動時循環経路を形成し、前記エンジンの暖機達成後は前記主電動ウォータポンプを運転して冷却水を前記ウォータジャケットと前記第二の機器を介して循環させることにより、暖機後循環経路を形成するものである。
【００２２】
前記制御部は、前記エンジンの暖機達成後に前記副電動ウォータポンプを停止させると共に、冷却水を前記第一の機器へ供給する暖機後副循環経路を形成してもよい。
【００２３】
前記ウォータジャケット内の冷却水温を検出する冷却水温センサを備え、前記制御部は、前記冷却水温センサが検出する前記ウォータジャケット内の冷却水温が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定してもよい。
【００２４】
前記制御部は、前記エンジンの始動からの燃料噴射量を累積計算し、燃料噴射累積量が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２６】
（１）時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされる。
【００２７】
（２）補機損失が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン冷却装置の構成図である。
【図２】図１のエンジン冷却装置における冷却水路の系統図である。
【図３】本発明によるエンジン始動時の冷却水の循環を示す図である。
【図４】本発明による暖機達成後の冷却水の循環を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示すエンジン冷却装置における冷却水路の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３０】
図１及び図２に示されるように、本発明に係るエンジン冷却装置１は、冷却水をエンジンのウォータジャケット２と第一の機器５と第二の機器３に循環させるエンジン冷却装置において、ウォータジャケット２に接続された主電動ウォータポンプ４と、ウォータジャケット２の別の箇所に接続された副電動ウォータポンプ６と、主電動ウォータポンプ４と副電動ウォータポンプ６の運転を制御する制御部７とを備える。以下では、第一の機器５は暖房用ヒータ５とし、第二の機器３はラジエータ３とする。
【００３１】
制御部７は、エンジンの始動時は副電動ウォータポンプ６のみ運転して冷却水をウォータジャケット２と暖房用ヒータ５を介して循環させることにより、始動時循環経路Ｒ１（図３参照）を形成し、エンジンの暖機達成後は主電動ウォータポンプ４を運転して冷却水をウォータジャケット２とラジエータ３を介して循環させることにより、暖機後循環経路Ｒ２（図４参照）を形成するようになっている。制御部７は、エンジンの暖機達成後に副電動ウォータポンプ６を停止させると共に、冷却水を暖房用ヒータ５へ供給する暖機後副循環経路Ｒ３（図４参照）を形成するように構成されてもよい。
【００３２】
本実施形態では、エンジン冷却装置１は、主電動ウォータポンプ４がオイルクーラの熱交換器８にも冷却水を循環させるようになっている。また、本実施形態では、エンジン冷却装置１は、副電動ウォータポンプ６がＥＧＲクーラの熱交換器９にも冷却水を循環させるようになっている。さらに、本実施形態では、エンジン冷却装置１は、暖房用ヒータ５と直列にＥＧＲクーラの熱交換器９を備える。
【００３３】
副電動ウォータポンプ６は、主電動ウォータポンプ４に比べて最大容量（最大流量）が小さく、エネルギ消費が少ない小型の電動ウォータポンプで構成されるのが好ましい。
【００３４】
制御部７は、電子制御装置（Electronic Control Unit；ＥＣＵ）にソフトウェアとして搭載されるのが好ましい。
【００３５】
以上のように、本発明のエンジン冷却装置１は、電動式ウォータポンプを二基備え、これらの電動式ウォータポンプが個別に制御されてそれぞれの需要先に冷却水が循環されるようになっている。制御部７の制御により、エンジン始動時には副電動ウォータポンプ６のみ運転されるため、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９には冷却水が循環され、ラジエータ３とオイルクーラの熱交換器８には冷却水が循環されない。これにより、冷間始動時、暖房用ヒータ５への冷却水の循環が促進されることで、暖房性能が向上すると共に、ＥＧＲクーラの熱交換器９への冷却水の循環が継続されることで、冷却水の沸騰が防止される。一方、主電動ウォータポンプ４によるラジエータ３への冷却水の循環が停止されることで、エンジン暖機が早められると共に、主電動ウォータポンプ４によるオイルクーラの熱交換器８への冷却水の循環が停止されることで、オイル温度が早期上昇し、エンジンや変速機（図示せず）での摩擦抵抗が減少してエネルギ損失が防止される。暖機達成後は主電動ウォータポンプ４が運転され、ラジエータ３とオイルクーラの熱交換器８に冷却水が循環されるようになり、冷却水温が過度に上昇したり、オイル温度が過度に上昇することがない。
【００３６】
ここまでの説明では、暖機達成後も副電動ウォータポンプ６が運転される形態を含むが、以下では、エンジン冷却装置１は、暖機達成後は副電動ウォータポンプ６が停止され、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９への冷却水の循環が主電動ウォータポンプ４で行われるよう構成される。
【００３７】
具体的には、エンジン冷却装置１は、エンジンのウォータジャケット２からラジエータ３を経由してウォータジャケット２に至るラジエータ系冷却水路１１と、ラジエータ系冷却水路１１に接続されてウォータジャケット２に冷却水を送り出す主電動ウォータポンプ４と、第一出口ｏｕｔ１と第二出口ｏｕｔ２及び第一入口ｉｎ１と第二入口ｉｎ２とを有し、ウォータジャケット２に形成された暖房用ヒータ用主吐出口ｈｏｕｔ１に第一入口ｉｎ１が接続され、ウォータジャケット２に形成された暖房用ヒータ用副吐出口ｈｏｕｔ２に第二入口ｉｎ２が接続され、第一入口ｉｎ１と第一出口ｏｕｔ１が連通するか、第二入口ｉｎ２と第二出口ｏｕｔ２が連通するかを切り替える上流切替バルブ１４ａと、後述するサーモスタット１８に至る主分岐１２とウォータジャケット２に形成された暖房用ヒータ用副吸入口ｈｉｎに至る副分岐１３とを切り替えるように設置された下流切替バルブ１４ｂと、上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとの間に設置された暖房用ヒータ５と、上流切替バルブ１４ａの第二出口ｏｕｔ２に接続されて暖房用ヒータ５に冷却水を送り出す副電動ウォータポンプ６とを備える。
【００３８】
さらに、エンジン冷却装置１は、エンジン始動時には、主電動ウォータポンプ４を停止して副電動ウォータポンプ６を運転すると共に上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとを切り替えて、ウォータジャケット２の暖房用ヒータ用副吐出口ｈｏｕｔ２から副電動ウォータポンプ６及び暖房用ヒータ５を経由してウォータジャケット２の暖房用ヒータ用副吸入口ｈｉｎに至る始動時循環経路Ｒ１（図３）を形成し、エンジン暖機達成後には、主電動ウォータポンプ４を運転して副電動ウォータポンプ６を停止すると共に上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとを切り替えて、ラジエータ系冷却水路１１を通る暖機後循環経路Ｒ２（図４）を形成し、かつ、ウォータジャケット２の暖房用ヒータ用主吐出口ｈｏｕｔ１から暖房用ヒータ５を経由してサーモスタット１８に至る暖機後副循環経路Ｒ３（図４）を形成する制御部７を備える。
【００３９】
なお、図１における部材の配置や配管の引き回しは、本発明をこれに限定するものではない。
【００４０】
ウォータジャケット２は、エンジンのシリンダブロック内に形成されたシリンダブロック部１５と、シリンダブロック部１５に狭窄部ｇａｔｅを介して連通しシリンダヘッド内に形成されたシリンダヘッド部１６とを有する。このようなウォータジャケットの構造は、従来より公知のものであり、シリンダブロック部１５に冷却水が導入されると、シリンダブロック部１５内を循環している冷却水が狭窄部ｇａｔｅから排出され、狭窄部ｇａｔｅからシリンダヘッド部１６に冷却水が導入されると、シリンダヘッド部１６内を循環している冷却水が排出されるようになっている。なお、図１及び図２では、シリンダブロック部１５とシリンダヘッド部１６が分離されて示されているが、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドは密に接して一体化されており、エンジンの肉厚内部に形成されるシリンダブロック部１５とシリンダヘッド部１６は隣接している。
【００４１】
シリンダヘッド部１６には、ラジエータ系冷却水路１１が接続されるラジエータ用吐出口ｒｏｕｔと暖房用ヒータ用主吐出口ｈｏｕｔ１と暖房用ヒータ用副吐出口ｈｏｕｔ２と暖房用ヒータ用副吸入口ｈｉｎとが形成される。シリンダブロック部１５には、ラジエータ系冷却水路１１が接続されるラジエータ用吸入口ｒｉｎが形成される。ラジエータ系冷却水路１１は、シリンダヘッド部１６のラジエータ用吐出口ｒｏｕｔからラジエータ３を経由してシリンダブロック部１５のラジエータ用吸入口ｒｉｎに至ることになる。
【００４２】
さらに、エンジン冷却装置１は、ラジエータ系冷却水路１１のラジエータ３の入口前で分岐してラジエータ３の出口後でラジエータ系冷却水路１１に合流するバイパス冷却水路１７と、バイパス冷却水路１７とラジエータ系冷却水路１１との合流箇所に設置されて冷却水温が動作温度未満ではラジエータ３を遮断してバイパス冷却水路１７を開放し、冷却水温が動作温度以上ではラジエータ３を開放してバイパス冷却水路１７を遮断するサーモスタット１８と、シリンダブロック部１５に形成されたオイルクーラ用吐出口ｏｉｌｏｕｔからオイルクーラの熱交換器８を経由してラジエータ系冷却水路１１とバイパス冷却水路１７の分岐箇所よりシリンダヘッド部１６側に合流するオイルクーラ系冷却水路１９とを備える。
【００４３】
主電動ウォータポンプ４は、ラジエータ系冷却水路１１のサーモスタット１８よりシリンダブロック部１５側、より具体的には、ラジエータ系冷却水路１１がシリンダブロック部１５に繋がる箇所に設置され、主電動ウォータポンプ４の吐出口がシリンダブロック部１５のラジエータ用吸入口ｒｉｎに接続される。
【００４４】
サーモスタット１８の内部構造と動作原理は、公知であるので、簡単に説明しておく。サーモスタット１８の入口のうち、バイパス冷却水路１７に接続される入口とラジエータ３に接続される入口は、内部の弁体によってどちらか一方が出口に対して開放され、他方が遮断される入口である。主分岐１２に接続される入口は、出口に対し常時、開放となる入口である。
【００４５】
さらに、エンジン冷却装置１は、上流切替バルブ１４ａの第一出口ｏｕｔ１に流量制御バルブ２１を備え、暖機後副循環経路Ｒ３が形成されたときにおける冷却水の流量が制御可能となっている。制御部７は、主電動ウォータポンプ４の運転時に、流量制御バルブ２１により冷却水流量を所定値以下に制御することになる。
【００４６】
エンジン冷却装置１では、エンジン始動と暖機達成を判定して電動ウォータポンプの運転を切り替える必要がある。エンジン始動の判定は、キースイッチにより始動操作がなされたこと、セルモータが駆動されたこと、エンジン回転速度がゼロからアイドル回転速度まで上昇したことなど、従来より公知の方法で可能である。この判定に、冷却水温、オイル温度、外気温度、エンジン停止後の経過時間などが加味されると、冷間始動が判定でき、冷間始動時のみ副電動ウォータポンプ６が運転される制御が可能となる。
【００４７】
暖機達成の判定は、冷却水温、燃料消費量などから可能である。すなわち、エンジン冷却装置１は、ウォータジャケット２内の冷却水温を検出する冷却水温センサ２２を備える。冷却水温センサ２２はシリンダブロック部１５に設置されると好ましい。制御部７は、冷却水温センサ２２が検出するウォータジャケット２内の冷却水温が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定する。閾値は、あらかじめ実験により適切な値が設定される。シリンダブロック部１５内の冷却水に許容される温度限界が求まれば、温度限界より低い閾値が設定される。
【００４８】
燃料消費量から暖機達成が判定される場合、制御部７は、エンジンの始動からの燃料噴射量を累積計算し、燃料噴射累積量が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定する。暖機達成の判定には、オイル温度、外気温度、エンジン始動後の経過時間などが加味されてもよい。
【００４９】
以下では、制御部７は、冷却水温に基づき暖機達成と判定するものとする。
【００５０】
次に、エンジン冷却装置１の動作を説明する。
【００５１】
図３に示されるように、エンジン始動時、制御部７は、主電動ウォータポンプ４を停止して副電動ウォータポンプ６を運転すると共に上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとを切り替えて、ウォータジャケット２の暖房用ヒータ用副吐出口ｈｏｕｔ２から副電動ウォータポンプ６及び暖房用ヒータ５を経由してウォータジャケット２の暖房用ヒータ用副吸入口ｈｉｎに至る始動時循環経路Ｒ１を形成する。
【００５２】
詳しく述べると、主電動ウォータポンプ４が停止しているため、ラジエータ系冷却水路１１、バイパス冷却水路１７、ラジエータ３、オイルクーラ系冷却水路１９、シリンダブロック部１５では冷却水は移動しない。副電動ウォータポンプ６が運転され、上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとにより始動時循環経路Ｒ１が形成されているので、シリンダヘッド部１６の冷却水が副電動ウォータポンプ６により暖房用ヒータ５に排出される。冷却水は、暖房用ヒータ５、ＥＧＲクーラの熱交換器９を通りシリンダヘッド部１６に導入される。
【００５３】
これにより、冷却水は、図３に示されるように、副電動ウォータポンプ６→暖房用ヒータ５→ＥＧＲクーラの熱交換器９→シリンダヘッド部１６→副電動ウォータポンプ６の経路で循環される。この結果、暖房用ヒータ５に冷却水が循環され、暖房性能が向上すると共に、ＥＧＲクーラの熱交換器９に冷却水が循環され、ＥＧＲクーラの熱交換器９での冷却水の沸騰が防止される。このとき循環される冷却水は、始動時循環経路Ｒ１内に存在する冷却水のみであり、エンジン冷却装置１の全体の冷却水に比べて少量であり、循環に必要な仕事量も小さい。よって、副電動ウォータポンプ６が運転されることによる補機損失が小さい。
【００５４】
一方、シリンダブロック部１５では、冷却水が循環されず暖められ続けるため、エンジン暖機が早められる。さらに、オイルクーラの熱交換器８では、冷却水が循環されないので、オイル温度が早期上昇し、エンジンや変速機内部での摩擦抵抗が減少してエネルギ損失が防止される。
【００５５】
エンジン始動後、エンジン運転が継続されると、シリンダブロック部１５の冷却水温が上昇する。制御部７は、冷却水温センサ２２が検出する冷却水温が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、エンジン始動時の制御を継続する。
【００５６】
図４に示されるように、冷却水温が閾値以上であれば、制御部７は、暖機達成と判定し、主電動ウォータポンプ４を運転して副電動ウォータポンプ６を停止すると共に上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとを切り替えて、ラジエータ系冷却水路１１を通る暖機後循環経路Ｒ２を形成し、かつ、ウォータジャケット２の暖房用ヒータ用主吐出口ｈｏｕｔ１から暖房用ヒータ５を経由して主電動ウォータポンプ４の吸入口に至る暖機後副循環経路Ｒ３を形成する。
【００５７】
詳しく述べると、主電動ウォータポンプ４が運転されることにより、ラジエータ系冷却水路１１の冷却水がシリンダブロック部１５に導入される。シリンダブロック部１５では、内部を循環される冷却水がオイルクーラ系冷却水路１９とシリンダヘッド部１６に排出される。シリンダヘッド部１６では、内部を循環される冷却水がラジエータ系冷却水路１１に排出されると共に、上流切替バルブ１４ａが第一出口ｏｕｔ１に切り替えられていることから、第一出口ｏｕｔ１から冷却水が排出される。冷却水は、暖房用ヒータ５、ＥＧＲクーラの熱交換器９、サーモスタット１８を通り主電動ウォータポンプ４に吸い込まれる。ラジエータ系冷却水路１１では、サーモスタット１８が動作温度に達していないので、ラジエータ３が遮断され、冷却水がバイパス冷却水路１７に導入される。
【００５８】
これにより、冷却水は、図４に示されるように、主電動ウォータポンプ４→シリンダブロック部１５→シリンダヘッド部１６→バイパス冷却水路１７→サーモスタット１８→ラジエータ系冷却水路１１→主電動ウォータポンプ４の経路、及び主電動ウォータポンプ４→シリンダブロック部１５→オイルクーラ系冷却水路１９→オイルクーラの熱交換器８→バイパス冷却水路１７→サーモスタット１８→ラジエータ系冷却水路１１→主電動ウォータポンプ４の経路、及び主電動ウォータポンプ４→シリンダブロック部１５→シリンダヘッド部１６→暖房用ヒータ５→ＥＧＲクーラの熱交換器９→サーモスタット１８→ラジエータ系冷却水路１１→主電動ウォータポンプ４の経路で循環される。この結果、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９には冷却水の循環が維持されると共に、オイルクーラの熱交換器８にも冷却水が循環されるようになり、オイル温度が過度に上昇することが防止される。
【００５９】
その後、バイパス冷却水路１７からサーモスタット１８を経由して主電動ウォータポンプ４に吸い込まれる冷却水の温度が上昇してサーモスタット１８が動作温度に達すると、バイパス冷却水路１７が遮断され、冷却水がラジエータ３に循環されるようになる。これにより、冷却水がラジエータ３で冷却され、冷却水温が過度に上昇することが防止される。
【００６０】
暖機達成後において、制御部７は、流量制御バルブ２１により冷却水の流量を所定値以下に制御してもよい。これにより、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９に必要以上の冷却水が循環されることがなくなり、主電動ウォータポンプ４の運転負荷が軽減されて補機損失が減少する。
【００６１】
図３、図４では、冷却水温に基づき暖機達成と判定される場合について述べたが、燃料消費量から暖機達成が判定される場合でも冷却水の経路の切り替わりは同じである。
【００６２】
以上説明したように、本発明のエンジン冷却装置１にあっては、エンジン始動時には副電動ウォータポンプ６のみ運転されることにより、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９には冷却水が循環され、暖房性能が向上すると共に、ＥＧＲクーラの熱交換器９での冷却水の沸騰が防止される。同時に、ウォータジャケット２からラジエータ３への冷却水の循環が停止されることで、エンジン暖機が早められ、オイルクーラの熱交換器８への冷却水の循環が停止されることで、オイル温度が早期上昇して摩擦によるエネルギ損失が防止される。
【００６３】
本発明のエンジン冷却装置１にあっては、暖機達成後は主電動ウォータポンプ４が運転され、ラジエータ３とオイルクーラの熱交換器８に冷却水が循環されるようになり、冷却水温が過度に上昇したり、オイル温度が過度に上昇することがない。また、エンジン始動時と暖機達成後に関係なく、常時、冷却水の循環が必要なＥＧＲクーラと暖房用ヒータには、常時、冷却水が循環される。このように、本発明では、時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされる。
【００６４】
本発明のエンジン冷却装置１にあっては、エンジン始動時に循環される冷却水量が少ないので、副電動ウォータポンプ６にはこの冷却水量に最適な小容量の電動ウォータポンプが採用される。主電動ウォータポンプ４にはこれより大容量の電動ウォータポンプが採用されるが、エンジン始動時には主電動ウォータポンプ４は運転されず副電動ウォータポンプ６のみ運転されるため、従来に比べて補機損失が低減される。
【００６５】
本実施形態では、エンジン冷却装置１は、暖房用ヒータ５と直列にＥＧＲクーラの熱交換器９を備えたが、図５に示されるように、本発明の他の実施形態によるエンジン冷却装置５１は、暖房用ヒータ５と並列にＥＧＲクーラの熱交換器９を備える。エンジン冷却装置５１では、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９について個別に流量制御バルブ２３、２４が設けられ、流量が個別に制御される。
【符号の説明】
【００６６】
１、５１ エンジン冷却装置
２ ウォータジャケット
３ ラジエータ
４ 主電動ウォータポンプ
５ 暖房用ヒータ
６ 副電動ウォータポンプ
７ 制御部
８ オイルクーラの熱交換器
９ ＥＧＲクーラの熱交換器
１１ ラジエータ系冷却水路
１２ 主分岐
１３ 副分岐
１４ａ 上流切替バルブ
１４ｂ 下流切替バルブ
１５ シリンダブロック部
１６ シリンダヘッド部
１７ バイパス冷却水路
１８ サーモスタット
１９ オイルクーラ系冷却水路
２１、２３、２４ 流量制御バルブ
２２ 冷却水温センサ
Ｒ１ 始動時循環経路
Ｒ２ 暖機後循環経路
Ｒ３ 暖機後副循環経路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされ、補機損失が低減されるエンジン冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン内で燃料が燃焼して発生したエネルギのうち、車両の推進力として取り出されるエネルギは、３０％程度といわれる。車両の推進力にならず失われるエネルギには、冷却水を介して外気と熱交換されるエネルギが含まれる。このように熱として環境に放出されるエネルギは、少しでも削減されることが望まれる。
【０００３】
一方、オイルの温度が低いと、エンジンや変速機における摩擦抵抗が大きく、エネルギが失われる。オイルの温度が高くなると摩擦抵抗が小さくなるので、エネルギが失われにくくなり、燃費が向上する。したがって、オイルの温度はなるべく早く上昇することが望まれる。前述した車両の推進力にならず失われるエネルギには、オイルを昇温するエネルギも含まれるが、オイルの昇温によって摩擦抵抗が減少するという得失がある。
【０００４】
従来、車両のエンジンを冷却するエンジン冷却装置では、冷却水は、ラジエータ、エンジンのウォータジャケット、オイルクーラの熱交換器、ＥＧＲクーラの熱交換器、暖房用のヒータなどに循環される。従来のエンジン冷却装置は、前述の部材間を繋ぐように冷却水路が布設され、この冷却水路に、冷却水を循環させるためのウォータポンプが一基のみ設置される。
【０００５】
ウォータポンプには、機械式と電動式がある。
【０００６】
機械式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、クランク軸によりベルト、チェーン、ギア等の伝達機構・増減速機構を介して機械式ウォータポンプが駆動される。エンジン回転速度が上昇すると、機械式ウォータポンプの回転速度が上昇し、冷却水の循環量が増加する。エンジン回転速度が低下すると、機械式ウォータポンプの回転速度が低下し、冷却水の循環量が減少する。
【０００７】
この結果、機械式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、冷却水の需要量に関係なくエンジン回転速度により冷却水の循環量が増減されるので、エンジン回転速度が高いとき、冷却水の需要量よりも循環量が多くなることがある。需要量よりも循環量が多いと、機械式ウォータポンプが無駄に駆動されていることになり、いわゆる補機損失が増加する。
【０００８】
機械式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、エンジンが始動されると同時に機械式ウォータポンプが駆動され冷却水の循環が開始される。エンジンが冷間始動されたとき、冷却水がエンジンのウォータジャケット全体に循環されるため、エンジンオイルの暖機の達成が遅くなる。
【０００９】
これに対し、電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、電子制御される電気モータにより電動式ウォータポンプが駆動されるので、電動式ウォータポンプの回転がエンジン回転とは非同期で制御される。
【００１０】
この結果、電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、エンジン回転速度が高くても冷却水の循環量が需要量より多くならない制御が可能となり、電動式ウォータポンプが無駄に駆動されることがない。
【００１１】
電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、冷間始動のときは冷却水が循環されない制御、あるいは冷却水の循環量が少ない制御が可能となり、エンジン暖機の達成が早くなる。
【００１２】
電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、エンジン回転速度が低くても冷却水の循環量が多い制御が可能となり、暖房性能が高められる。
【００１３】
電動式ウォータポンプが用いられるエンジン冷却装置では、電気モータと電動式ウォータポンプとの間に伝達機構・増減速機構がなくてもよく、摩擦による補機損失が小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１０−１９００５０号公報
【特許文献２】特開２００７−２０５１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、電動式ウォータポンプが用いられる従来のエンジン冷却装置は、電動式ウォータポンプが一基しか設置されない。
【００１６】
外気温度が低いときの冷間始動時には、エンジン暖機を早めるためにラジエータへの冷却水の循環を抑制する制御と、暖房性能向上のために暖房用ヒータへの冷却水の循環を促進する制御とが同時に望まれるが、電動式ウォータポンプが一基のみでは、これらの制御は両立されない。
【００１７】
また、ＥＧＲクーラの熱交換器で冷却水の循環が止まると、冷却水が沸騰してしまい熱交換器の故障を誘引する。よって、冷間始動時から暖機達成後まで継続してＥＧＲクーラの熱交換器に冷却水が循環される電動式ウォータポンプの制御が望まれる。
【００１８】
これらの課題の解決策として、温度に応じて冷却水の経路を切り替えるサーモスタットがエンジン冷却装置に設けられることがある。これにより、冷却水温が低いときには、冷却水がラジエータを循環しないようになる。このエンジン冷却装置では、冷間始動時にも電動式ウォータポンプが運転され、暖房性能向上とＥＧＲクーラの熱交換器保護が可能となる。しかし、ラジエータをバイパスする冷却水路などに、必要でない冷却水を循環させるエネルギが消費されるため、オイル温度の暖機が遅くなる。
【００１９】
特に、冷間始動時にはオイル温度が低いため、エンジンや変速機内部での摩擦抵抗が大きく、エネルギ損失が大きい。したがって、冷間始動時には、オイル温度の早期上昇が望まれる。しかし、冷間始動時に電動式ウォータポンプが運転されると、エネルギが冷却水に逃げることによって、オイル温度が上昇しにくい。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされ、補機損失が低減されるエンジン冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために本発明のエンジン冷却装置は、冷却水をエンジンのウォータジャケットと第一の機器と第二の機器に循環させるエンジン冷却装置において、前記ウォータジャケットに接続された主電動ウォータポンプと、前記ウォータジャケットの別の箇所に接続された副電動ウォータポンプと、前記主電動ウォータポンプと前記副電動ウォータポンプの運転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記エンジンの始動時は前記副電動ウォータポンプのみ運転して冷却水を前記ウォータジャケットと前記第一の機器を介して循環させることにより、始動時循環経路を形成し、前記エンジンの暖機達成後は前記主電動ウォータポンプを運転して冷却水を前記ウォータジャケットと前記第二の機器を介して循環させることにより、暖機後循環経路を形成するものである。
【００２２】
前記制御部は、前記エンジンの暖機達成後に前記副電動ウォータポンプを停止させると共に、冷却水を前記第一の機器へ供給する暖機後副循環経路を形成してもよい。
【００２３】
前記ウォータジャケット内の冷却水温を検出する冷却水温センサを備え、前記制御部は、前記冷却水温センサが検出する前記ウォータジャケット内の冷却水温が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定してもよい。
【００２４】
前記制御部は、前記エンジンの始動からの燃料噴射量を累積計算し、燃料噴射累積量が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２６】
（１）時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされる。
【００２７】
（２）補機損失が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン冷却装置の構成図である。
【図２】図１のエンジン冷却装置における冷却水路の系統図である。
【図３】本発明によるエンジン始動時の冷却水の循環を示す図である。
【図４】本発明による暖機達成後の冷却水の循環を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示すエンジン冷却装置における冷却水路の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３０】
図１及び図２に示されるように、本発明に係るエンジン冷却装置１は、冷却水をエンジンのウォータジャケット２と第一の機器５と第二の機器３に循環させるエンジン冷却装置において、ウォータジャケット２に接続された主電動ウォータポンプ４と、ウォータジャケット２の別の箇所に接続された副電動ウォータポンプ６と、主電動ウォータポンプ４と副電動ウォータポンプ６の運転を制御する制御部７とを備える。以下では、第一の機器５は暖房用ヒータ５とし、第二の機器３はラジエータ３とする。
【００３１】
制御部７は、エンジンの始動時は副電動ウォータポンプ６のみ運転して冷却水をウォータジャケット２と暖房用ヒータ５を介して循環させることにより、始動時循環経路Ｒ１（図３参照）を形成し、エンジンの暖機達成後は主電動ウォータポンプ４を運転して冷却水をウォータジャケット２とラジエータ３を介して循環させることにより、暖機後循環経路Ｒ２（図４参照）を形成するようになっている。制御部７は、エンジンの暖機達成後に副電動ウォータポンプ６を停止させると共に、冷却水を暖房用ヒータ５へ供給する暖機後副循環経路Ｒ３（図４参照）を形成するように構成されてもよい。
【００３２】
本実施形態では、エンジン冷却装置１は、主電動ウォータポンプ４がオイルクーラの熱交換器８にも冷却水を循環させるようになっている。また、本実施形態では、エンジン冷却装置１は、副電動ウォータポンプ６がＥＧＲクーラの熱交換器９にも冷却水を循環させるようになっている。さらに、本実施形態では、エンジン冷却装置１は、暖房用ヒータ５と直列にＥＧＲクーラの熱交換器９を備える。
【００３３】
副電動ウォータポンプ６は、主電動ウォータポンプ４に比べて最大容量（最大流量）が小さく、エネルギ消費が少ない小型の電動ウォータポンプで構成されるのが好ましい。
【００３４】
制御部７は、電子制御装置（Electronic Control Unit；ＥＣＵ）にソフトウェアとして搭載されるのが好ましい。
【００３５】
以上のように、本発明のエンジン冷却装置１は、電動式ウォータポンプを二基備え、これらの電動式ウォータポンプが個別に制御されてそれぞれの需要先に冷却水が循環されるようになっている。制御部７の制御により、エンジン始動時には副電動ウォータポンプ６のみ運転されるため、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９には冷却水が循環され、ラジエータ３とオイルクーラの熱交換器８には冷却水が循環されない。これにより、冷間始動時、暖房用ヒータ５への冷却水の循環が促進されることで、暖房性能が向上すると共に、ＥＧＲクーラの熱交換器９への冷却水の循環が継続されることで、冷却水の沸騰が防止される。一方、主電動ウォータポンプ４によるラジエータ３への冷却水の循環が停止されることで、エンジン暖機が早められると共に、主電動ウォータポンプ４によるオイルクーラの熱交換器８への冷却水の循環が停止されることで、オイル温度が早期上昇し、エンジンや変速機（図示せず）での摩擦抵抗が減少してエネルギ損失が防止される。暖機達成後は主電動ウォータポンプ４が運転され、ラジエータ３とオイルクーラの熱交換器８に冷却水が循環されるようになり、冷却水温が過度に上昇したり、オイル温度が過度に上昇することがない。
【００３６】
ここまでの説明では、暖機達成後も副電動ウォータポンプ６が運転される形態を含むが、以下では、エンジン冷却装置１は、暖機達成後は副電動ウォータポンプ６が停止され、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９への冷却水の循環が主電動ウォータポンプ４で行われるよう構成される。
【００３７】
具体的には、エンジン冷却装置１は、エンジンのウォータジャケット２からラジエータ３を経由してウォータジャケット２に至るラジエータ系冷却水路１１と、ラジエータ系冷却水路１１に接続されてウォータジャケット２に冷却水を送り出す主電動ウォータポンプ４と、第一出口ｏｕｔ１と第二出口ｏｕｔ２及び第一入口ｉｎ１と第二入口ｉｎ２とを有し、ウォータジャケット２に形成された暖房用ヒータ用主吐出口ｈｏｕｔ１に第一入口ｉｎ１が接続され、ウォータジャケット２に形成された暖房用ヒータ用副吐出口ｈｏｕｔ２に第二入口ｉｎ２が接続され、第一入口ｉｎ１と第一出口ｏｕｔ１が連通するか、第二入口ｉｎ２と第二出口ｏｕｔ２が連通するかを切り替える上流切替バルブ１４ａと、後述するサーモスタット１８に至る主分岐１２とウォータジャケット２に形成された暖房用ヒータ用副吸入口ｈｉｎに至る副分岐１３とを切り替えるように設置された下流切替バルブ１４ｂと、上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとの間に設置された暖房用ヒータ５と、上流切替バルブ１４ａの第二出口ｏｕｔ２に接続されて暖房用ヒータ５に冷却水を送り出す副電動ウォータポンプ６とを備える。
【００３８】
さらに、エンジン冷却装置１は、エンジン始動時には、主電動ウォータポンプ４を停止して副電動ウォータポンプ６を運転すると共に上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとを切り替えて、ウォータジャケット２の暖房用ヒータ用副吐出口ｈｏｕｔ２から副電動ウォータポンプ６及び暖房用ヒータ５を経由してウォータジャケット２の暖房用ヒータ用副吸入口ｈｉｎに至る始動時循環経路Ｒ１（図３）を形成し、エンジン暖機達成後には、主電動ウォータポンプ４を運転して副電動ウォータポンプ６を停止すると共に上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとを切り替えて、ラジエータ系冷却水路１１を通る暖機後循環経路Ｒ２（図４）を形成し、かつ、ウォータジャケット２の暖房用ヒータ用主吐出口ｈｏｕｔ１から暖房用ヒータ５を経由してサーモスタット１８に至る暖機後副循環経路Ｒ３（図４）を形成する制御部７を備える。
【００３９】
なお、図１における部材の配置や配管の引き回しは、本発明をこれに限定するものではない。
【００４０】
ウォータジャケット２は、エンジンのシリンダブロック内に形成されたシリンダブロック部１５と、シリンダブロック部１５に狭窄部ｇａｔｅを介して連通しシリンダヘッド内に形成されたシリンダヘッド部１６とを有する。このようなウォータジャケットの構造は、従来より公知のものであり、シリンダブロック部１５に冷却水が導入されると、シリンダブロック部１５内を循環している冷却水が狭窄部ｇａｔｅから排出され、狭窄部ｇａｔｅからシリンダヘッド部１６に冷却水が導入されると、シリンダヘッド部１６内を循環している冷却水が排出されるようになっている。なお、図１及び図２では、シリンダブロック部１５とシリンダヘッド部１６が分離されて示されているが、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドは密に接して一体化されており、エンジンの肉厚内部に形成されるシリンダブロック部１５とシリンダヘッド部１６は隣接している。
【００４１】
シリンダヘッド部１６には、ラジエータ系冷却水路１１が接続されるラジエータ用吐出口ｒｏｕｔと暖房用ヒータ用主吐出口ｈｏｕｔ１と暖房用ヒータ用副吐出口ｈｏｕｔ２と暖房用ヒータ用副吸入口ｈｉｎとが形成される。シリンダブロック部１５には、ラジエータ系冷却水路１１が接続されるラジエータ用吸入口ｒｉｎが形成される。ラジエータ系冷却水路１１は、シリンダヘッド部１６のラジエータ用吐出口ｒｏｕｔからラジエータ３を経由してシリンダブロック部１５のラジエータ用吸入口ｒｉｎに至ることになる。
【００４２】
さらに、エンジン冷却装置１は、ラジエータ系冷却水路１１のラジエータ３の入口前で分岐してラジエータ３の出口後でラジエータ系冷却水路１１に合流するバイパス冷却水路１７と、バイパス冷却水路１７とラジエータ系冷却水路１１との合流箇所に設置されて冷却水温が動作温度未満ではラジエータ３を遮断してバイパス冷却水路１７を開放し、冷却水温が動作温度以上ではラジエータ３を開放してバイパス冷却水路１７を遮断するサーモスタット１８と、シリンダブロック部１５に形成されたオイルクーラ用吐出口ｏｉｌｏｕｔからオイルクーラの熱交換器８を経由してラジエータ系冷却水路１１とバイパス冷却水路１７の分岐箇所よりシリンダヘッド部１６側に合流するオイルクーラ系冷却水路１９とを備える。
【００４３】
主電動ウォータポンプ４は、ラジエータ系冷却水路１１のサーモスタット１８よりシリンダブロック部１５側、より具体的には、ラジエータ系冷却水路１１がシリンダブロック部１５に繋がる箇所に設置され、主電動ウォータポンプ４の吐出口がシリンダブロック部１５のラジエータ用吸入口ｒｉｎに接続される。
【００４４】
サーモスタット１８の内部構造と動作原理は、公知であるので、簡単に説明しておく。サーモスタット１８の入口のうち、バイパス冷却水路１７に接続される入口とラジエータ３に接続される入口は、内部の弁体によってどちらか一方が出口に対して開放され、他方が遮断される入口である。主分岐１２に接続される入口は、出口に対し常時、開放となる入口である。
【００４５】
さらに、エンジン冷却装置１は、上流切替バルブ１４ａの第一出口ｏｕｔ１に流量制御バルブ２１を備え、暖機後副循環経路Ｒ３が形成されたときにおける冷却水の流量が制御可能となっている。制御部７は、主電動ウォータポンプ４の運転時に、流量制御バルブ２１により冷却水流量を所定値以下に制御することになる。
【００４６】
エンジン冷却装置１では、エンジン始動と暖機達成を判定して電動ウォータポンプの運転を切り替える必要がある。エンジン始動の判定は、キースイッチにより始動操作がなされたこと、セルモータが駆動されたこと、エンジン回転速度がゼロからアイドル回転速度まで上昇したことなど、従来より公知の方法で可能である。この判定に、冷却水温、オイル温度、外気温度、エンジン停止後の経過時間などが加味されると、冷間始動が判定でき、冷間始動時のみ副電動ウォータポンプ６が運転される制御が可能となる。
【００４７】
暖機達成の判定は、冷却水温、燃料消費量などから可能である。すなわち、エンジン冷却装置１は、ウォータジャケット２内の冷却水温を検出する冷却水温センサ２２を備える。冷却水温センサ２２はシリンダブロック部１５に設置されると好ましい。制御部７は、冷却水温センサ２２が検出するウォータジャケット２内の冷却水温が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定する。閾値は、あらかじめ実験により適切な値が設定される。シリンダブロック部１５内の冷却水に許容される温度限界が求まれば、温度限界より低い閾値が設定される。
【００４８】
燃料消費量から暖機達成が判定される場合、制御部７は、エンジンの始動からの燃料噴射量を累積計算し、燃料噴射累積量が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定する。暖機達成の判定には、オイル温度、外気温度、エンジン始動後の経過時間などが加味されてもよい。
【００４９】
以下では、制御部７は、冷却水温に基づき暖機達成と判定するものとする。
【００５０】
次に、エンジン冷却装置１の動作を説明する。
【００５１】
図３に示されるように、エンジン始動時、制御部７は、主電動ウォータポンプ４を停止して副電動ウォータポンプ６を運転すると共に上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとを切り替えて、ウォータジャケット２の暖房用ヒータ用副吐出口ｈｏｕｔ２から副電動ウォータポンプ６及び暖房用ヒータ５を経由してウォータジャケット２の暖房用ヒータ用副吸入口ｈｉｎに至る始動時循環経路Ｒ１を形成する。
【００５２】
詳しく述べると、主電動ウォータポンプ４が停止しているため、ラジエータ系冷却水路１１、バイパス冷却水路１７、ラジエータ３、オイルクーラ系冷却水路１９、シリンダブロック部１５では冷却水は移動しない。副電動ウォータポンプ６が運転され、上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとにより始動時循環経路Ｒ１が形成されているので、シリンダヘッド部１６の冷却水が副電動ウォータポンプ６により暖房用ヒータ５に排出される。冷却水は、暖房用ヒータ５、ＥＧＲクーラの熱交換器９を通りシリンダヘッド部１６に導入される。
【００５３】
これにより、冷却水は、図３に示されるように、副電動ウォータポンプ６→暖房用ヒータ５→ＥＧＲクーラの熱交換器９→シリンダヘッド部１６→副電動ウォータポンプ６の経路で循環される。この結果、暖房用ヒータ５に冷却水が循環され、暖房性能が向上すると共に、ＥＧＲクーラの熱交換器９に冷却水が循環され、ＥＧＲクーラの熱交換器９での冷却水の沸騰が防止される。このとき循環される冷却水は、始動時循環経路Ｒ１内に存在する冷却水のみであり、エンジン冷却装置１の全体の冷却水に比べて少量であり、循環に必要な仕事量も小さい。よって、副電動ウォータポンプ６が運転されることによる補機損失が小さい。
【００５４】
一方、シリンダブロック部１５では、冷却水が循環されず暖められ続けるため、エンジン暖機が早められる。さらに、オイルクーラの熱交換器８では、冷却水が循環されないので、オイル温度が早期上昇し、エンジンや変速機内部での摩擦抵抗が減少してエネルギ損失が防止される。
【００５５】
エンジン始動後、エンジン運転が継続されると、シリンダブロック部１５の冷却水温が上昇する。制御部７は、冷却水温センサ２２が検出する冷却水温が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、エンジン始動時の制御を継続する。
【００５６】
図４に示されるように、冷却水温が閾値以上であれば、制御部７は、暖機達成と判定し、主電動ウォータポンプ４を運転して副電動ウォータポンプ６を停止すると共に上流切替バルブ１４ａと下流切替バルブ１４ｂとを切り替えて、ラジエータ系冷却水路１１を通る暖機後循環経路Ｒ２を形成し、かつ、ウォータジャケット２の暖房用ヒータ用主吐出口ｈｏｕｔ１から暖房用ヒータ５を経由して主電動ウォータポンプ４の吸入口に至る暖機後副循環経路Ｒ３を形成する。
【００５７】
詳しく述べると、主電動ウォータポンプ４が運転されることにより、ラジエータ系冷却水路１１の冷却水がシリンダブロック部１５に導入される。シリンダブロック部１５では、内部を循環される冷却水がオイルクーラ系冷却水路１９とシリンダヘッド部１６に排出される。シリンダヘッド部１６では、内部を循環される冷却水がラジエータ系冷却水路１１に排出されると共に、上流切替バルブ１４ａが第一出口ｏｕｔ１に切り替えられていることから、第一出口ｏｕｔ１から冷却水が排出される。冷却水は、暖房用ヒータ５、ＥＧＲクーラの熱交換器９、サーモスタット１８を通り主電動ウォータポンプ４に吸い込まれる。ラジエータ系冷却水路１１では、サーモスタット１８が動作温度に達していないので、ラジエータ３が遮断され、冷却水がバイパス冷却水路１７に導入される。
【００５８】
これにより、冷却水は、図４に示されるように、主電動ウォータポンプ４→シリンダブロック部１５→シリンダヘッド部１６→バイパス冷却水路１７→サーモスタット１８→ラジエータ系冷却水路１１→主電動ウォータポンプ４の経路、及び主電動ウォータポンプ４→シリンダブロック部１５→オイルクーラ系冷却水路１９→オイルクーラの熱交換器８→バイパス冷却水路１７→サーモスタット１８→ラジエータ系冷却水路１１→主電動ウォータポンプ４の経路、及び主電動ウォータポンプ４→シリンダブロック部１５→シリンダヘッド部１６→暖房用ヒータ５→ＥＧＲクーラの熱交換器９→サーモスタット１８→ラジエータ系冷却水路１１→主電動ウォータポンプ４の経路で循環される。この結果、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９には冷却水の循環が維持されると共に、オイルクーラの熱交換器８にも冷却水が循環されるようになり、オイル温度が過度に上昇することが防止される。
【００５９】
その後、バイパス冷却水路１７からサーモスタット１８を経由して主電動ウォータポンプ４に吸い込まれる冷却水の温度が上昇してサーモスタット１８が動作温度に達すると、バイパス冷却水路１７が遮断され、冷却水がラジエータ３に循環されるようになる。これにより、冷却水がラジエータ３で冷却され、冷却水温が過度に上昇することが防止される。
【００６０】
暖機達成後において、制御部７は、流量制御バルブ２１により冷却水の流量を所定値以下に制御してもよい。これにより、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９に必要以上の冷却水が循環されることがなくなり、主電動ウォータポンプ４の運転負荷が軽減されて補機損失が減少する。
【００６１】
図３、図４では、冷却水温に基づき暖機達成と判定される場合について述べたが、燃料消費量から暖機達成が判定される場合でも冷却水の経路の切り替わりは同じである。
【００６２】
以上説明したように、本発明のエンジン冷却装置１にあっては、エンジン始動時には副電動ウォータポンプ６のみ運転されることにより、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９には冷却水が循環され、暖房性能が向上すると共に、ＥＧＲクーラの熱交換器９での冷却水の沸騰が防止される。同時に、ウォータジャケット２からラジエータ３への冷却水の循環が停止されることで、エンジン暖機が早められ、オイルクーラの熱交換器８への冷却水の循環が停止されることで、オイル温度が早期上昇して摩擦によるエネルギ損失が防止される。
【００６３】
本発明のエンジン冷却装置１にあっては、暖機達成後は主電動ウォータポンプ４が運転され、ラジエータ３とオイルクーラの熱交換器８に冷却水が循環されるようになり、冷却水温が過度に上昇したり、オイル温度が過度に上昇することがない。また、エンジン始動時と暖機達成後に関係なく、常時、冷却水の循環が必要なＥＧＲクーラと暖房用ヒータには、常時、冷却水が循環される。このように、本発明では、時期が異なる複数の需要先の需要が全て無駄なく満たされる。
【００６４】
本発明のエンジン冷却装置１にあっては、エンジン始動時に循環される冷却水量が少ないので、副電動ウォータポンプ６にはこの冷却水量に最適な小容量の電動ウォータポンプが採用される。主電動ウォータポンプ４にはこれより大容量の電動ウォータポンプが採用されるが、エンジン始動時には主電動ウォータポンプ４は運転されず副電動ウォータポンプ６のみ運転されるため、従来に比べて補機損失が低減される。
【００６５】
本実施形態では、エンジン冷却装置１は、暖房用ヒータ５と直列にＥＧＲクーラの熱交換器９を備えたが、図５に示されるように、本発明の他の実施形態によるエンジン冷却装置５１は、暖房用ヒータ５と並列にＥＧＲクーラの熱交換器９を備える。エンジン冷却装置５１では、暖房用ヒータ５とＥＧＲクーラの熱交換器９について個別に流量制御バルブ２３、２４が設けられ、流量が個別に制御される。
【符号の説明】
【００６６】
１、５１ エンジン冷却装置
２ ウォータジャケット
３ ラジエータ
４ 主電動ウォータポンプ
５ 暖房用ヒータ
６ 副電動ウォータポンプ
７ 制御部
８ オイルクーラの熱交換器
９ ＥＧＲクーラの熱交換器
１１ ラジエータ系冷却水路
１２ 主分岐
１３ 副分岐
１４ａ 上流切替バルブ
１４ｂ 下流切替バルブ
１５ シリンダブロック部
１６ シリンダヘッド部
１７ バイパス冷却水路
１８ サーモスタット
１９ オイルクーラ系冷却水路
２１、２３、２４ 流量制御バルブ
２２ 冷却水温センサ
Ｒ１ 始動時循環経路
Ｒ２ 暖機後循環経路
Ｒ３ 暖機後副循環経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水をエンジンのウォータジャケットと第一の機器と第二の機器に循環させるエンジン冷却装置において、
前記ウォータジャケットに接続された主電動ウォータポンプと、
前記ウォータジャケットの別の箇所に接続された副電動ウォータポンプと、
前記主電動ウォータポンプと前記副電動ウォータポンプの運転を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記エンジンの始動時は前記副電動ウォータポンプのみ運転して冷却水を前記ウォータジャケットと前記第一の機器を介して循環させることにより、始動時循環経路を形成し、
前記エンジンの暖機達成後は前記主電動ウォータポンプを運転して冷却水を前記ウォータジャケットと前記第二の機器を介して循環させることにより、暖機後循環経路を形成することを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記エンジンの暖機達成後に前記副電動ウォータポンプを停止させると共に、冷却水を前記第一の機器へ供給する暖機後副循環経路を形成することを特徴とする請求項１記載のエンジン冷却装置。
【請求項３】
前記ウォータジャケット内の冷却水温を検出する冷却水温センサを備え、
前記制御部は、前記冷却水温センサが検出する前記ウォータジャケット内の冷却水温が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン冷却装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記エンジンの始動からの燃料噴射量を累積計算し、燃料噴射累積量が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン冷却装置。
【請求項１】
冷却水をエンジンのウォータジャケットと第一の機器と第二の機器に循環させるエンジン冷却装置において、
前記ウォータジャケットに接続された主電動ウォータポンプと、
前記ウォータジャケットの別の箇所に接続された副電動ウォータポンプと、
前記主電動ウォータポンプと前記副電動ウォータポンプの運転を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記エンジンの始動時は前記副電動ウォータポンプのみ運転して冷却水を前記ウォータジャケットと前記第一の機器を介して循環させることにより、始動時循環経路を形成し、
前記エンジンの暖機達成後は前記主電動ウォータポンプを運転して冷却水を前記ウォータジャケットと前記第二の機器を介して循環させることにより、暖機後循環経路を形成することを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記エンジンの暖機達成後に前記副電動ウォータポンプを停止させると共に、冷却水を前記第一の機器へ供給する暖機後副循環経路を形成することを特徴とする請求項１記載のエンジン冷却装置。
【請求項３】
前記ウォータジャケット内の冷却水温を検出する冷却水温センサを備え、
前記制御部は、前記冷却水温センサが検出する前記ウォータジャケット内の冷却水温が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン冷却装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記エンジンの始動からの燃料噴射量を累積計算し、燃料噴射累積量が閾値未満であれば暖機未達成と判定し、閾値以上であれば暖機達成と判定することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５７２９０（Ｐ２０１３−５７２９０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５９８１（Ｐ２０１１−１９５９８１）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
[ Back to top ]