JP2013047473A - エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン１の内部通路（４，５）とエンジン１の外部通路（７，８）との間で冷却液を循環可能とし、内部通路の冷却液流通を許容または制限するための制御弁２３を有するエンジン冷却装置において、余分な構成要素を追加しないようにするとともに、制御弁２３の故障判定に関する処理を可及的に簡易化することにより、設備コストの増大を抑制可能とする。
【解決手段】制御弁２３の開閉動作を制御する制御部１００は、制御弁２３の開側作動または閉側作動を指示した後、エンジン１内の冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン１外の冷却液温度ｔｈｗ３との差に基づいて制御弁２３の故障を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの内部通路とエンジンの外部通路との間で冷却液を循環可能とし、前記内部通路の冷却液流通を許容または制限するための制御弁を有するエンジン冷却装置に関する。

例えば特許文献１には、シリンダブロックのウォータジャケットとシリンダヘッドのウォータジャケットとに独立して冷却水を流通させるような構成において、シリンダブロック内の冷却水の水温が故障判定温度になったときにシリンダブロックのウォータジャケットからシリンダヘッドのウォータジャケットへの冷却水流通を許可するバイメタルと、前記シリンダブロックのウォータジャケットへの冷却水流入とシリンダヘッドのウォータジャケットへの冷却水流入とを制御する第１、第２サーモスタット弁とを備えた構成が開示されている。

この特許文献１では、第１サーモスタット弁の閉故障を判定することが可能になっている。具体的に、第１サーモスタット弁が閉故障している場合には、シリンダブロック内の冷却水が流動停止して温度が上昇するので、バイメタルが開弁することになってシリンダブロックからシリンダヘッドに冷却水が流入するようになる。そこで、シリンダヘッドの流路に設置される水温センサの測定データの変化に基づいてエレクトロニックコントロールユニットが第１サーモスタット弁の閉故障を判定するようにしている。

また、例えば特許文献２では、エンジンの内部通路（ウォータジャケット）とエンジンの外部通路との間で冷却液を循環可能とするとともに、前記外部通路にラジエータが設置される構成において、前記外部通路の冷却水流入部分に設置されるサーモスタットの閉故障および開故障の有無を診断することが可能になっている。

具体的に、まず、冷間始動時でかつ開故障診断条件が成立している場合において、エンジン側冷却水とラジエータ側冷却水との温度差が開故障判定基準値以上であるときはサーモスタットが正常であると判定し、前記温度差が前記開故障判定基準値より小さいときはサーモスタットが開故障していると判定する。

一方、冷間始動時でかつ閉故障診断条件が成立している場合において、エンジン側冷却水温がサーモスタットの開弁温度を越えたときに、エンジン側冷却水とラジエータ側冷却水との温度差が閉故障判定基準以下のときはサーモスタットが正常であると判定し、前記温度差が前記閉故障判定基準値よりも大きいときはサーモスタットが閉故障であると判定する。

なお、前記エンジン側冷却水の温度は、エンジンウォータジャケットの出口に設置されるエンジン側冷却水温センサの検出値に基づき認識するようにし、前記ラジエータ側冷却水の温度は、冷却水循環路の冷却水流入側に設置されるラジエータ側冷却水温センサの検出値に基づき認識するようにしている。

また、前記開故障診断条件は、（１）エンジン側冷却水温センサおよびラジエータ側冷却水温センサの双方が正常であること、（２）冷間始動から所定時間経過後であること、（３）エンジン側冷却水温がサーモスタットの開弁温度よりも低いことである。これらの条件（１）〜（３）を全て満たしたときに前記開故障診断条件が成立する。

さらに、前記閉故障診断条件は、（１）エンジン側冷却水温センサおよびラジエータ側冷却水温センサの双方が正常であること、（２）エンジン側冷却水温がサーモスタットの開弁温を越えてから所定時間経過していること、（３）エンジン側冷却水温がサーモスタットの閉弁温度よりも高いことである。これらの条件（１）〜（３）を全て満たしたときに前記閉故障診断条件が成立する。

特開２００９−１９７６６４号公報 特開２００３−１７６７２０号公報

上記特許文献１の場合、第１サーモスタット弁の閉故障を判定するために、わざわざバイメタルを設ける必要があり、コスト面で無駄である。さらに、シリンダヘッドの流路に設置される水温センサの測定データの変化を調べている関係より、当該測定データを逐一エレクトロニックコントロールユニットで監視する必要があるなど、制御ロジックに無駄があると考えられる。

上記特許文献２の場合、故障診断をエンジン側冷却水とラジエータ側冷却水との温度差に基づいて判定するようにしているものの、冷却水温度に応じて自動的に開閉するサーモスタットを故障診断の対象にしている関係より、サーモスタットの本来の開閉状態を認識するために前記故障診断条件を調べる必要があって、この条件成立の有無を判定する処理の煩雑になると考えられる。

このような事情に鑑み、本発明は、エンジンの内部通路とエンジンの外部通路との間で冷却液を循環可能とし、前記内部通路の冷却液流通を許容または制限するための制御弁を有するエンジン冷却装置において、余分な構成要素（例えば特許文献１のようなバイメタルなど）を追加しないようにするとともに、前記制御弁の故障判定に関する処理を可及的に簡易化することにより、設備コストの増大を抑制可能とすることを目的としている。

本発明に係るエンジン冷却装置は、エンジン内部に設けられる冷却液の内部通路と、この内部通路から冷却液を外部に取り出してから戻すための外部通路と、前記内部通路の冷却液流通を許容または制限するための制御弁と、この制御弁の開閉動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記制御弁の開側作動または閉側作動を指示した後、前記エンジン内の冷却液温度と前記エンジン外の冷却液温度との差に基づいて前記制御弁の故障を判定する、ことを特徴としている。

このような構成では、まず、前記制御弁が閉弁している状態から開側作動が指示されると、正常であれば開弁して冷却液が前記内部通路と前記外部通路との間で循環されるようになるので、前記エンジン内冷却液温度と前記エンジン外冷却液温度との差が小さくなる。そのとき、前記制御弁が閉故障（閉弁したまま不動となる故障）していると、冷却液が循環しなくなるので、前記エンジン内冷却液温度のみが上昇することになって、前記差が大きくなる。これにより、この差が所定値以上になると、閉故障が発生していると判定することが可能になる。

一方、制御弁が開弁している状態から閉側作動が指示されると、正常であれば閉弁して前記内部通路と前記外部通路との間で冷却液が循環しなくなるので、前記エンジン内冷却液温度のみが上昇することになって、前記エンジン内冷却液温度と前記エンジン外冷却液温度との差が大きくなる。そのとき、制御弁が開故障（開弁したまま不動となる故障）していると、冷却液が停止しなくなって循環するようになるので、前記差が小さくなる。これにより、この差が所定値以下になると、開故障が発生していると判定することが可能になる。

このように、本発明は、前記制御弁の開閉指示に対して実際に開閉しているか否かをエンジン内外の冷却液の温度差を適宜の閾値と対比することによって判定するように構成しているから、余分な構成要素（例えば特許文献１のようなバイメタルなど）を追加せずに済むとともに、前記制御弁の故障判定に関する処理を可及的に簡易化することが可能になる。要するに、本発明では、エンジン冷却装置の設備コストの増大を抑制しながら、制御弁の故障判定を行えるようになっている。

好ましくは、前記制御部は、前記制御弁の開側作動を指示した後、前記エンジン内の冷却液温度から前記エンジン外の冷却液温度を減算した結果が所定値以上であるときに前記制御弁が閉状態で固着する閉故障であると判定する。このように、制御弁の閉故障判定を行う形態を特定することができる。

好ましくは、前記制御部は、前記制御弁の閉側作動を指示した後、前記エンジン内の冷却液温度から前記エンジン外の冷却液温度を減算した結果が所定値以下であるときに前記制御弁が開状態で固着する開故障であると判定する。このように、制御弁の開故障判定を行う形態を特定することができる。

好ましくは、前記制御弁は、電磁弁とされる。また、好ましくは、前記制御弁は、温度の高低に応じてサーモワックスが溶融または固化することにより開閉作動するタイプで、かつ前記サーモワックスを加熱するとともに当該加熱動作が前記制御部により制御される加熱部を備えるタイプのサーモスタットとされる。

なお、サーモスタットとは、自動車関連業界において温度感知型の自動開閉弁のことを意味している。特に、前記のように加熱部を備えるタイプのサーモスタットの場合には、制御弁としてのサーモスタットを冷却液の温度に関係なく制御部によって速やかに開弁させることが可能になる。

好ましくは、前記内部通路は、エンジンのシリンダブロックのウォータジャケットとシリンダヘッドのウォータジャケットとを含み、前記外部通路は、途中にウォータポンプが設けられかつ前記内部通路から排出される冷却液をラジエータを通して前記内部通路に戻すための循環路と、この循環路に前記ラジエータをバイパスするように接続されるラジエータバイパス路とを含み、前記循環路において前記ラジエータよりも冷却液流通方向下流側と前記ラジエータバイパス路の下流側接続部との間には、冷却液の温度を感知して自動的に開閉するラジエータ用サーモスタットが設けられ、前記循環路の冷却液還流部分は、途中から二股に分岐され、かつ当該２つの支流部が前記ブロック内ウォータジャケットの冷却液流入部と前記ヘッド内ウォータジャケットの冷却液流入部とに振り分けて接続され、前記循環路のヘッド側支流部には前記制御弁が設けられ、前記循環路の冷却液流入部寄りには、前記エンジン内の冷却液温度を検出するための第１温度センサが、また、前記外部通路において前記内部通路から離れた位置には、前記エンジン外の冷却液温度を検出するための第２温度センサがそれぞれ設けられる。

ここでは、エンジン冷却装置の構成要素を特定している。このような構成であれば、エンジンを冷間始動させたときに、ブロック内ウォータジャケットおよびヘッド内ウォータジャケットに冷却液を流通させない状態にすることが可能になり、その結果として、エンジンや冷却液の昇温を促進させることが可能になる。また、エンジン暖機中においてシリンダヘッドの局所の冷却液が過剰昇温したときにはヘッド内ウォータジャケットに冷却液を流通させるような流通経路を確保することが可能になり、その結果として、前記過剰昇温を速やかに解消することが可能になる。このようなことから、エンジンが冷間始動されたときに、シリンダブロックとシリンダヘッドとをそれらの温度差を可及的に生じさせない状態で可及的速やかに昇温させることが可能になる。

好ましくは、前記ブロック内ウォータジャケットの冷却液排出部と前記ヘッド内ウォータジャケットの冷却液排出部とが端部で合流され、前記循環路の冷却液流入部分は、１本とされて前記両ウォータジャケットの前記合流端部に接続される。

ここでは、前記循環路を簡易な形状に特定しており、これにより、前記循環路のコストならびにその設置に要するコストを抑制することが可能になり、エンジン冷却装置をコストダウンすることに貢献できる。

本発明は、エンジンの内部通路とエンジンの外部通路との間で冷却液を循環可能とし、前記内部通路の冷却液流通を許容または制限するための制御弁を有するエンジン冷却装置において、余分な構成要素（例えば特許文献１のようなバイメタルなど）を追加しないようにするとともに、前記制御弁の故障判定に関する処理を可及的に簡易化することにより、設備コストの増大を抑制することが可能になる。

本発明に係るエンジン冷却装置の一実施形態の構成を模式的に示す図であり、ブロック側バルブ、ヘッド側バルブならびにラジエータ用サーモスタットのすべてが閉弁しているときの冷却液循環経路を示している。 図１においてヘッド側バルブのみが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。 図１においてブロック側バルブおよびヘッド側バルブが共に開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。 図１においてブロック側バルブ、ヘッド側バルブならびにラジエータ用サーモスタットのすべてが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。 図１のヘッド側バルブの閉故障診断に関する説明に用いるフローチャートである。 図１のヘッド側バルブの開故障診断に関する説明に用いるフローチャートである。 本発明に係るエンジン冷却装置の他実施形態の構成を模式的に示す図であり、制御弁およびラジエータ用サーモスタットが共に閉弁しているときの冷却液循環経路を示している。 図７において制御弁のみが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。 図７において制御弁およびラジエータ用サーモスタットが共に開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図６に、本発明の一実施形態を示している。この実施形態では直列多気筒型のエンジン１の冷却装置を例に挙げている。

このエンジン１には、冷却液を外部に取り出してから戻すための冷却液循環経路として、エンジンの内部通路とエンジンの外部通路とが設けられている。

前記内部通路は、エンジン１のシリンダブロック２内に設けられるウォータジャケット４と、エンジン１のシリンダヘッド３内に設けられるウォータジャケット５とを含んでいる。また、前記外部通路は、循環路７と、ラジエータバイパス路８とを少なくとも含んでいる。

ブロック内ウォータジャケット４の冷却液流入部４ａは、シリンダブロック２において気筒配列方向の一端面（例えば前端面）の下方に設けられている。ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液流入部５ａは、シリンダヘッド３において気筒配列方向の一端面（例えば前端面）に設けられている。

そして、ブロック内ウォータジャケット４の冷却液排出部とヘッド内ウォータジャケット５の冷却液排出部とは、それらの端部で合流されており、この合流端部が共通排出部６としてシリンダヘッド３において気筒配列方向の他端面（例えば後端面）に設けられている。

循環路７は、ブロック内ウォータジャケット４とヘッド内ウォータジャケット５との少なくともいずれか一方から排出される冷却液をブロック内ウォータジャケット４とヘッド内ウォータジャケット５との少なくともいずれか一方に還流させるものである。

この循環路７の一端側（冷却液流通方向上流端側）は１本の冷却液流入部７ａとされているが、循環路７の他端側（冷却液流通方向下流端側）は二股に分岐されている。この分岐した２つの支流部のうち、一方がブロック側冷却液還流部７ｂとされ、他方がヘッド側冷却液還流部７ｃとされている。

そして、循環路７の１本の冷却液流入部７ａが両ウォータジャケット４，５の共通排出部６に接続されている。また、循環路７のブロック側冷却液還流部７ｂがブロック内ウォータジャケット４の冷却液流入部４ａに接続されており、また、循環路７のヘッド側冷却液還流部７ｃがヘッド内ウォータジャケット５の冷却液流入部５ａに接続されている。

この循環路７には、ウォータポンプ１１、ラジエータ１２が設けられている。ウォータポンプ１１は、循環路７の前記二股分岐部分よりも冷却液流通方向上流側に設けられている。このウォータポンプ１１は、機械式とされている。この機械式のウォータポンプ１１は、図示していないが、エンジン１のクランクシャフトの回転動力を動力伝達装置（例えばプーリやベルトなどを含む）を介して伝達されて駆動される。ラジエータ１２は、循環路７を流通する冷却液と大気との間で熱交換するもので、主に冷却用の熱交換器とされている。

ラジエータバイパス路８は、循環路７に対してラジエータ１２をバイパスするように接続されている。このラジエータバイパス路８の途中には、ヒータコア１３が設けられている。ヒータコア１３は、ラジエータバイパス路８を流通する冷却液と車両室内との間で熱交換するための熱交換器である。このヒータコア１３から放出される熱は、ヒータブロア１４でもって車両室内に供給されて、車両室内を暖房するようになる。ヒータブロア１４の動作は、下記するエレクトロニックコントロールユニット（以下、単にＥＣＵとする）１００により制御される。

そして、循環路７においてラジエータ１２よりも冷却液流通方向の下流側の位置とラジエータバイパス路８の下流側接続部分との間には、ラジエータ用サーモスタット２１が設けられている。

このラジエータ用サーモスタット２１は、公知の構成であるので詳細な図示や説明を割愛するが、一般に、弁体と、サーモアクチュエータとを備えている。前記サーモアクチュエータは、サーモワックスが充填される感温部と、この感温部に設けられて前記弁体を開弁方向または閉弁方向に変位させるプランジャとを備えている。

ここで、ラジエータ用サーモスタット２１の動作を説明する。循環路７においてラジエータバイパス路８との下流側接続部分の冷却液温度ｔｈｗ４がオーバーヒート防止温度Ｚ未満の場合に前記サーモワックスが凝固収縮してワックス圧が低くなっているので、前記プランジャが前記感温部に引き込まれて前記弁体が全閉位置に変位されている。なお、前記オーバーヒート防止温度Ｚは暖機完了温度（例えば８５℃〜９０℃、好ましくは８８℃）よりも高い任意の値に設定される。そして、前記冷却液温度ｔｈｗ４が前記オーバーヒート防止温度Ｚ以上になると、前記サーモワックスが溶融膨張されることによりワックス圧が高くなるので、前記プランジャが前記感温部から飛び出して前記弁体を開くようになる。これにより、循環路７とラジエータバイパス路８の両方に冷却液が流通するようになる。

この実施形態では、循環路７のブロック側冷却液還流部７ｂにブロック側バルブ２２が設けられており、循環路７のヘッド側冷却液還流部７ｃにヘッド側バルブ２３が設けられている。

さらに、この実施形態では、循環路７に内部通路（４，５）をバイパスするためのエンジンバイパス路９が接続されている。このエンジンバイパス路９は、ブロック側冷却液還流部７ｂにおいてブロック側バルブ２２よりも冷却液流通方向上流側と、循環路７においてラジエータバイパス路８およびヒータコア１３よりも冷却液流通方向下流側とに接続されている。このエンジンバイパス路９には、エンジン１のオイルを冷却するためのオイルクーラ１５が設けられている。

ブロック側バルブ２２は、サーモスタットとされており、ブロック側冷却液還流部７ｂの冷却液流通を許容または遮断する。ヘッド側バルブ２３は、請求項に記載の制御弁であり、この実施形態では電磁弁とされており、ヘッド側冷却液還流部７ｃの冷却液流通を許容または遮断する。この実施形態ではヘッド側バルブ２３が請求項に記載の制御弁に相当している。なお、ブロック側バルブ２２およびヘッド側バルブ２３は、冷却液流通を制限するものとすることも可能である。

ブロック側バルブ２２としてのサーモスタットは、前記したラジエータ用サーモスタット２１と基本的に同じ構成であるので詳細な図示や説明を割愛するが、弁体と、サーモアクチュエータとを備えている。前記サーモアクチュエータは、サーモワックスが充填される感温部と、この感温部に設けられて前記弁体を開弁方向または閉弁方向に変位させるプランジャとを備えている。

ここで、ブロック側バルブ２２としてのサーモスタットの動作を説明する。ブロック側冷却液還流部７ｂにおいてブロック側バルブ２２よりも冷却液流通方向上流側の冷却液温度ｔｈｗ１が所定の開弁温度Ｘ未満の場合に、サーモワックスが凝固収縮してワックス圧が低くなるので、弁体が自動的に閉弁して循環路７からブロック内ウォータジャケット４への冷却液の流入を停止させる状態にする。なお、前記開弁温度Ｘは、前記暖機完了温度よりも高くかつ前記オーバーヒート防止温度Ｚよりも低い任意の値に設定される。そして、前記冷却液温度ｔｈｗ１が前記開弁温度Ｘ以上になると、サーモワックスが溶融膨張されてワックス圧が高くなるので、弁体が自動的に開弁して循環路７からブロック内ウォータジャケット４へ冷却液を流入させる状態にする。

次に、ヘッド側バルブ２３としての電磁弁は、ノーマリークローズタイプとされている。このヘッド側バルブ２３の開閉動作は、ＥＣＵ１００により制御される。例えばＥＣＵ１００でヘッド側バルブ２３の図示していないコイルに通電すると弁体が開弁状態になり、また、前記コイルに対する通電を停止すると弁体３２が閉弁状態になる。

ＥＣＵ１００は、例えばエンジン１の各種動作制御に必須となる既存のエンジンコントロールコンピュータとすることができる。このＥＣＵ１００は、詳細に図示していないが、共にＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（プログラムメモリ）、ＲＡＭ（データメモリ）、ならびにバックアップＲＡＭ（不揮発性メモリ）などを備える公知の構成とされる。

ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、エンジン１の停止時にその保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。

以上のように、この実施形態では、エンジン１の内部通路（ウォータジャケット４，５）と、外部通路（循環路７、ラジエータバイパス路８、エンジンバイパス路９）とによって適宜の閉ループの冷却液循環経路が作られており、前記内部通路と、前記外部通路と、ウォータポンプ１１と、ラジエータ用サーモスタット２１と、ブロック側バルブ２２と、ヘッド側バルブ２３と、ＥＣＵ１００とによってエンジン冷却装置が構成されている。

そして、ＥＣＵ１００は、例えば第１温度センサ３１からの検出出力の入力に基づいてヘッド側バルブ２３などの動作を制御することにより、エンジン１の温度調節をすることができる。第１温度センサ３１は、循環路７の冷却液流入部７ａにおいて両ウォータジャケット４，５の共通排出部６の近傍に設けられており、当該設置場所の冷却液温度ｔｈｗ２（エンジン内冷却液温度ともいう）を検出する。

具体的に、この実施形態のエンジン冷却装置による基本的な動作を説明する。

例えばエンジン１を冷間始動したときには、つまりエンジン１を始動したときに第１温度センサ３１の検出出力（エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２）が所定の冷間始動判定基準値Ｙ未満のときには、ＥＣＵ１００が電磁弁からなるヘッド側バルブ２３を閉弁状態にさせるように指示する。なお、前記冷間始動判定基準値Ｙは、前記暖機完了温度よりも低い任意の値に設定される。

このとき、ラジエータ用サーモスタット２１およびサーモスタットからなるブロック側バルブ２２が共に閉弁している状態だと、図１の実線矢印で示すように、エンジン１により駆動される機械式のウォータポンプ１１によって循環路７内の冷却液がラジエータバイパス路８を経てエンジンバイパス路９に流通するようになるが、両ウォータジャケット４，５内では冷却液が流通せずに停止するようになる。これにより、シリンダヘッド３の特に燃焼室から発生する熱によってエンジン１および両ウォータジャケット４，５内の冷却液の昇温が促進されるようになる。

この昇温に伴い前記エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２が前記冷間始動判定基準値Ｙ以上になった後で、ヘッド内ウォータジャケット５の局所（シリンダヘッド燃焼室近傍）で冷却液が過剰昇温（沸騰）するような状況になったことをＥＣＵ１００が検知すると、ＥＣＵ１００はヘッド側バルブ２３を開弁させるよう指示する。

なお、前記過剰昇温の検知方法の一例としては、エンジン１の始動開始から所定周期（数msec〜数十msec）毎に、ヘッド内ウォータジャケット５においてシリンダヘッド３内最高温度到達領域での冷却液温度の最高値を推定することにより行うことができる。この推定方法の一例としては、エンジン１の始動開始時に第１温度センサ３１からの検出出力に基づいてエンジン内冷却液温度ｔｈｗ２の初期値を認識する処理と、エンジン１を始動してからのエンジン１の発生熱量を算出するとともに、この発生熱量による前記シリンダヘッド内最高温度到達領域の上昇値を算出する処理と、この上昇値を前回の推定値（初回は前記初期値）に加算することにより前記シリンダヘッド内最高温度到達領域の現在の冷却液温度を推定する処理と、この推定値が所定温度（例えば９６℃）を超えた場合に沸騰が発生するような状況であると判断する処理とを行う。

前記したようにヘッド側バルブ２３を開弁させると、図２の実線矢印で示すように、ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液が共通排出部６から循環路７に排出され、この冷却液がラジエータ１２に流入せずにラジエータバイパス路８を経てヘッド側冷却液還流部７ｃに流入し、さらにヘッド側バルブ２３を経てヘッド内ウォータジャケット５に流入させられるようになる。

このようにしてヘッド内ウォータジャケット５を冷却液が繰り返し流通する際に冷却液がシリンダヘッド３の特に燃焼室近傍の熱を吸収する。その結果、ヘッド内ウォータジャケット５の局所で冷却液が過剰昇温（沸騰）することが防止される一方で、シリンダブロック２およびブロック内ウォータジャケット４の冷却液が徐々に昇温させられるようになる。これにより、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との温度差を可及的に小さく保ちながら昇温が促進されるようになる。

ところで、循環路７のブロック側冷却液還流部７ｂにおいてブロック側バルブ２２の冷却液流通方向上流側の冷却液温度ｔｈｗ１がブロック側バルブ２２の開弁温度Ｘに到達するまでの上昇過程では、ブロック側バルブ２２が閉弁したままであるが、前記冷却液温度ｔｈｗ１が前記開弁温度Ｘ以上になるとブロック側バルブ２２が自動的に開弁する。このブロック側バルブ２２が開弁すると、図３の実線矢印で示すように、ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液が共通排出部６から循環路７に排出され、この冷却液がラジエータ１２に流入せずにラジエータバイパス路８を経てヘッド側冷却液還流部７ｃに流入し、さらにヘッド側バルブ２３を経てヘッド内ウォータジャケット５に流入させられるようになるとともに、ラジエータバイパス路８を通った冷却液がブロック側冷却液還流部７ｂおよびブロック側バルブ２２を経てブロック内ウォータジャケット４にも流入させられるようになる。これにより、循環路７のラジエータバイパス路８とブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５との間で十分な量の冷却液が循環させられるようになる。

この後、循環路７においてラジエータバイパス路８との下流側接続部分の冷却液温度ｔｈｗ４がオーバーヒート防止温度Ｚ以上になると、ラジエータ用サーモスタット２１が自動的に開弁することになるので、図４の実線矢印で示すように、ブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５の共通排出部６から循環路７に排出される冷却液がラジエータバイパス路８だけでなくラジエータ１２にも流通するようになる。そして、ラジエータバイパス路８およびラジエータ１２を通過した冷却液が前記両ウォータジャケット４，５に戻される。このように、両ウォータジャケット４，５から排出される冷却液がラジエータ１２で冷却されてから両ウォータジャケット４，５に戻されるように循環するので、当該循環する冷却液およびエンジン１の温度が一定範囲内に調整されることになって、エンジン１のオーバーヒートが回避されて適温に保たれるようになる。

さらに、この実施形態では、電磁弁からなるヘッド側バルブ２３の故障判定を行えるようにしているので、以下、図５および図６を参照して詳細に説明する。

このヘッド側バルブ２３である電磁弁は、閉状態のまま固着する閉故障と、開状態のまま固着する開故障とが起こりうる。そこで、この実施形態では、前記閉故障と開故障とが発生しているか否かを判定できるようにしている。

この故障判定を行うために、エンジンバイパス路９においてオイルクーラ１５よりも冷却液流通方向上流側に第２温度センサ３２を設け、この第２温度センサ３２により当該第２温度センサ３２の設置場所の冷却液温度ｔｈｗ３（エンジン外冷却液温度ともいう）を検出するようにしている。

（１）閉故障は、ＥＣＵ１００がヘッド側バルブ２３を開弁させるための信号を出力（開側作動の指示）した後、エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が所定値α以上であるときに、ＥＣＵ１００はヘッド側バルブ２３が閉故障していると判定する。

（２）開故障は、ＥＣＵ１００がヘッド側バルブ２３を閉弁させるための信号を出力（閉側作動の指示）した後、エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が所定値β以下であるときに、ＥＣＵ１００はヘッド側バルブ２３が開故障していると判定する。

具体的に、図５に示すフローチャートを参照して、ヘッド側バルブ２３の閉故障の有無判定に関する処理について、説明する。

このフローチャートは、ＥＣＵ１００による処理を示しており、エンジン１を始動してから所定の周期（数msec〜数十msec）毎にスタートされる。このフローチャートがスタートされると、まず、ステップＳ１において、ヘッド側バルブ２３を開弁させるための信号が出力（開側作動の指示）されたか否かを判定する。

ここで、前記開弁信号が出力されていない場合には前記ステップＳ１で否定判定して当該フローチャートを終了する。しかし、前記開弁信号が出力されている場合には、前記ステップＳ１で肯定判定して、続くステップＳ２に移行する。

このステップＳ２では、所定時間が経過するのを待つ。当該所定時間が経過すると（ステップＳ２で肯定判定）、続くステップＳ３において、エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が所定値α以上である否かを判定する。なお、前記所定時間とは、前記開弁信号の出力後において、仮にヘッド側バルブ２３が閉故障している場合に特にヘッド内ウォータジャケット５の冷却液の温度（第１温度センサ３１の検出出力に基づき認識される冷却液温度ｔｈｗ２）が過剰上昇するまでに要する時間に基づいて設定される。この設定時間は、適宜の実験あるいはシミュレーションなどによって適宜に決定することができる。

ここで、前記のようにヘッド側バルブ２３を開弁させるように指示しても、仮にヘッド側バルブ２３が閉故障していると、ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液が停止することになるので、ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液温度（ｔｈｗ２）が過剰に上昇することになる一方、外部通路（７〜９）の冷却液温度（ｔｈｗ３）はほとんど変化しなくなる。つまり、エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が徐々に大きくなる。しかしながら、前記開弁指示に応答してヘッド側バルブ２３が正常に開弁する場合にはヘッド内ウォータジャケット５と外部通路（７〜９）との間で冷却液が流通するようになるので、エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が小さくなる。

このような現象の知見により、ｔｈｗ２−ｔｈｗ３≧αであるときには、前記ステップＳ３で肯定判定して、続くステップＳ４において、ヘッド側バルブ２３が閉故障していると判定する。一方、ｔｈｗ２−ｔｈｗ３＜αであるときには、前記ステップＳ３で否定判定して、続くステップＳ５において、ヘッド側バルブ２３が正常、つまり閉故障していないと判定する。

具体的に、図６に示すフローチャートを参照して、ヘッド側バルブ２３の開故障の有無判定に関する処理について説明する。

このフローチャートは、ＥＣＵ１００による処理を示しており、エンジン１を始動してから所定の周期（数msec〜数十msec）毎にスタートされる。このフローチャートがスタートされると、まず、ステップＳ１１において、ヘッド側バルブ２３を閉弁させるための信号が出力（閉側作動の指示）されたか否かを判定する。

ここで、前記閉弁信号が出力されていない場合には前記ステップＳ１１で否定判定して当該フローチャートを終了する。しかし、前記閉弁信号が出力されている場合には、前記ステップＳ１１で肯定判定して、続くステップＳ１２に移行する。

このステップＳ１２では、所定時間が経過するのを待つ。当該所定時間が経過すると（ステップＳ１２で肯定判定）、続くステップＳ１３において、エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が所定値β以下である否かを判定する。なお、前記所定時間とは、前記閉弁信号の出力後において、仮にヘッド側バルブ２３が開故障している場合に特にヘッド内ウォータジャケット５の冷却液の温度（第１温度センサ３１の検出出力に基づき認識される冷却液温度ｔｈｗ２）とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が所定値β以下になるまでに要する時間に基づいて設定される。この設定時間は、適宜の実験あるいはシミュレーションなどによって適宜に決定することができる。

ここで、前記のようにヘッド側バルブ２３を閉弁させるように指示しても、仮にヘッド側バルブ２３が開故障していると、ヘッド内ウォータジャケット５と外部通路（７〜９）との間で冷却液が停止せずに流通していることになるから、ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液が外部通路（７〜９）の冷却液と混ざるようになる。そのため、エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が徐々に小さくなる。しかしながら、前記閉弁指示に応答してヘッド側バルブ２３が正常に閉弁する場合にはヘッド内ウォータジャケット５と外部通路（７〜９）との間で冷却液が流通せずに停止するようになるので、エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２とエンジン外冷却液温度ｔｈｗ３との差が大きくなる。

このような現象の知見により、ｔｈｗ２−ｔｈｗ３≦βであるときには、前記ステップＳ１３で肯定判定して、続くステップＳ１４において、ヘッド側バルブ２３が開故障していると判定する。一方、ｔｈｗ２−ｔｈｗ３＞βであるときには、前記ステップＳ１３で否定判定して、続くステップＳ１５において、ヘッド側バルブ２３が正常、つまり開故障していないと判定する。

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、エンジン１が冷間始動されたときにブロック側バルブ２２およびヘッド側バルブ２３でブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５の冷却液流通を停止することにより暖機を促進させるようにしているとともに、エンジン暖機中にシリンダヘッド３の局所での過剰昇温を抑制しつつ、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との温度差を可及的に生じさせないようにしている。これにより、エンジン１が冷間始動されても、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とに温度差を可及的に生じさせない状態で可及的速やかに暖機を完了させることが可能になる。

そして、この実施形態では、電磁弁からなるヘッド側バルブ２３の閉故障または開故障の発生を判定するにあたって、ＥＣＵ１００でヘッド側バルブ２３を開弁または閉弁させるように指示してから指示通りに開弁または閉弁しているかをエンジン１内外の冷却液の温度差に基づいて判定するようにしている。これにより、例えば特許文献１に示すようなバイメタルなどといった余分な構成要素を追加せずに済むとともに、故障判定に関する処理が特許文献２に比べて簡易化されるようになるので、信頼性の高いエンジン冷却装置を比較的安価に提供することが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態ではヘッド側バルブ２３を電磁弁とした例を挙げているが、このヘッド側バルブ２３は、例えばＥＣＵ１００により作動指示を受けて作動するタイプの制御弁であれば特に限定されるものではない。具体的に、ヘッド側バルブ２３は、例えばヒータなどの加熱部で感温部のサーモワックスを加熱することが可能なタイプのサーモスタット、あるいはモータなどで作動される電動弁などとすることが可能である。

（２）上記実施形態ではブロック側バルブ２２をサーモスタットとした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブロック側バルブ２２は、例えばＥＣＵ１００により作動指示を受けて作動するタイプの制御弁とすることが可能である。具体的に、ブロック側バルブ２２は、電磁弁、ヒータなどの加熱部で感温部のサーモワックスを加熱することが可能なタイプのサーモスタット、あるいはモータなどで作動される電動弁などとすることが可能である。

（３）上記実施形態ではブロック内ウォータジャケット４とヘッド内ウォータジャケット５との共通排出部６をシリンダヘッド３の他端面に設け、それに合わせて循環路７の冷却液流入部７ａを１本形状にした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば図示していないが、ブロック内ウォータジャケット４の冷却液排出部とヘッド内ウォータジャケット５の冷却液排出部とをシリンダヘッド３の他端面に別々に設けるとともに、循環路７の冷却液流入部７ａを二股に分岐させるようにし、当該二股に分岐する冷却液流入部を前記２つの冷却液排出部に振り分けて接続させるようにすることが可能である。また、前記したブロック内ウォータジャケット４の冷却液排出部は、シリンダブロック２において気筒配列方向の他端面（例えば後端面）に設けるようにしてもよい。

（４）上記実施形態ではエンジン１の内部通路（４，５）と外部通路（７〜９）との間で冷却液を循環可能とする構成のエンジン冷却装置を例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図７から図９に示すような構成のエンジン冷却装置にも本願発明を適用することが可能である。

具体的に、図７から図９に示すエンジン冷却装置の構成を説明する。まず、ブロック内ウォータジャケット４の冷却液流入部がシリンダブロック２において気筒配列方向の一端面（例えば前端面）に設置され、このブロック内ウォータジャケット４の冷却液排出部がヘッド内ウォータジャケット５の冷却液流入部に接続されていて、ヘッド内ウォータジャケット５の冷却液排出部がシリンダヘッド３において気筒配列方向の他端面（例えば後端面）に設置されている。

そして、循環路７の両端（冷却液還流側端部および冷却液導入側端部）が共に１本になっていて、前記冷却液導入側端部がヘッド内ウォータジャケット５の冷却液排出部に接続され、前記冷却液還流側端部がブロック内ウォータジャケット４の冷却液流入部４ａに接続されている。これにより、ブロック内ウォータジャケット４とヘッド内ウォータジャケット５と循環路７とが直列に接続されることになっている。

さらに、前記冷却液還流側端部には、ＥＣＵ１００により作動指示を受けて作動するタイプの制御弁３０が設けられている。このタイプの制御弁３０としては、例えば電磁弁、ヒータなどの加熱部で感温部のサーモワックスを加熱することが可能なタイプのサーモスタット、あるいはモータなどで作動される電動弁などとすることが可能である。

このような構成のエンジン冷却装置の冷間始動時の動作について説明する。

例えばエンジン１を冷間始動したときには、つまりエンジン１を始動したときに第１温度センサ３１の検出出力（エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２）が所定の冷間始動判定基準値Ｙ未満のときには、ＥＣＵ１００が制御弁３０を閉弁状態にさせるように指示する。なお、前記冷間始動判定基準値Ｙは、前記暖機完了温度よりも低い任意の値に設定される。

このとき、ラジエータ用サーモスタット２１が閉弁している状態だと、図７の実線矢印で示すように、エンジン１により駆動される機械式のウォータポンプ１１によって循環路７内の冷却液がラジエータバイパス路８を経てエンジンバイパス路９に流通するようになるが、両ウォータジャケット４，５内では冷却液が流通せずに停止するようになる。これにより、シリンダヘッド３の特に燃焼室から発生する熱によってエンジン１および両ウォータジャケット４，５内の冷却液の昇温が促進されるようになる。

この昇温に伴い前記エンジン内冷却液温度ｔｈｗ２が前記冷間始動判定基準値Ｙ以上になった後で、ヘッド内ウォータジャケット５の局所（シリンダヘッド燃焼室近傍）で冷却液が過剰昇温（沸騰）するような状況になったことをＥＣＵ１００が検知すると、ＥＣＵ１００は制御弁３０を開弁させるよう指示する。

なお、前記過剰昇温の検知方法の一例としては、エンジン１の始動開始から所定周期（数msec〜数十msec）毎に、ヘッド内ウォータジャケット５においてシリンダヘッド３内最高温度到達領域での冷却液温度の最高値を推定することにより行うことができる。この推定方法の一例としては、エンジン１の始動開始時に第１温度センサ３１からの検出出力に基づいてエンジン内冷却液温度ｔｈｗ２の初期値を認識する処理と、エンジン１を始動してからのエンジン１の発生熱量を算出するとともに、この発生熱量による前記シリンダヘッド内最高温度到達領域の上昇値を算出する処理と、この上昇値を前回の推定値（初回は前記初期値）に加算することにより前記シリンダヘッド内最高温度到達領域の現在の冷却液温度を推定する処理と、この推定値が所定温度（例えば９６℃）を超えた場合に沸騰が発生するような状況であると判断する処理とを行う。

前記したように制御弁３０を開弁すると、図８の実線矢印で示すように、ブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５の冷却液が循環路７に排出され、この冷却液がラジエータ１２に流入せずにラジエータバイパス路８を経てブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５に戻されるようになる。

このようにして両ウォータジャケット４，５を冷却液が繰り返し流通する際に冷却液がシリンダヘッド３の特に燃焼室近傍の熱を吸収する。その結果、ヘッド内ウォータジャケット５の局所で冷却液が過剰昇温（沸騰）することが防止されるようになり、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３が徐々に昇温されるようになる。

この後、循環路７においてラジエータバイパス路８との下流側接続部分の冷却液温度ｔｈｗ４がオーバーヒート防止温度Ｚ以上になると、ラジエータ用サーモスタット２１が自動的に開弁するので、図９の実線矢印で示すように、ブロック内ウォータジャケット４およびヘッド内ウォータジャケット５から循環路７に排出される冷却液がラジエータバイパス路８だけでなくラジエータ１２にも流通するようになる。これにより、ヘッド内ウォータジャケット５から排出される冷却液がラジエータ１２で冷却されてからブロック内ウォータジャケット４に戻されるように循環するので、当該循環する冷却液およびエンジン１の温度が一定範囲内に調整されることになって、エンジン１のオーバーヒートが回避されて適温に保たれるようになる。

このような冷却液循環経路を有する構成の実施形態においても、制御弁３０の開故障および閉故障の有無を判定する処理については、上記実施形態で説明したヘッド側バルブ２３の開故障および閉故障の判定処理と同様とすることができる。つまり、ＥＣＵ１００で制御弁３０を開弁または閉弁させるように指示してから指示通りに開弁または閉弁しているかをエンジン１内外の冷却液の温度差に基づいて判定することが可能である。

これにより、この実施形態の場合にも、上記実施形態と同様に、例えば特許文献１に示すようなバイメタルなどといった余分な構成要素を追加せずに済むとともに、故障判定処理が特許文献２に比べて簡易化されるようになるので、信頼性の高いエンジン冷却装置を比較的安価に提供することが可能になる。

本発明は、エンジンの内部通路とエンジンの外部通路との間で冷却液を循環可能とし、前記内部通路の冷却液流通を許容または制限するための制御弁を有するエンジン冷却装置に好適に適用することが可能である。

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ブロック内ウォータジャケット
４ａ ブロック内ウォータジャケットの冷却液流入部
５ ヘッド内ウォータジャケット
５ａ ヘッド内ウォータジャケットの冷却液流入部
６ 両方のウォータジャケットの共通排出部
７ 循環路
７ａ 循環路の冷却液流入部
７ｂ 循環路のブロック側冷却液還流部
７ｃ 循環路のヘッド側冷却液還流部
８ ラジエータバイパス路
１１ ウォータポンプ
１２ ラジエータ
２１ ラジエータ用サーモスタット
２２ ブロック側バルブ
２３ ヘッド側バルブ（制御弁に相当）
１００ ＥＣＵ（制御部に相当）

Claims (7)

1. エンジン内部に設けられる冷却液の内部通路と、この内部通路から冷却液を外部に取り出してから戻すための外部通路と、前記内部通路の冷却液流通を許容または制限するための制御弁と、この制御弁の開閉動作を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記制御弁の開側作動または閉側作動を指示した後、前記エンジン内の冷却液温度と前記エンジン外の冷却液温度との差に基づいて前記制御弁の故障を判定する、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 請求項１に記載のエンジン冷却装置において、
   前記制御部は、前記制御弁の開側作動を指示した後、前記エンジン内の冷却液温度から前記エンジン外の冷却液温度を減算した結果が所定値以上であるときに前記制御弁が閉状態で固着する閉故障であると判定する、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジン冷却装置において、
   前記制御部は、前記制御弁の閉側作動を指示した後、前記エンジン内の冷却液温度から前記エンジン外の冷却液温度を減算した結果が所定値以下であるときに前記制御弁が開状態で固着する開故障であると判定する、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置において、
   前記制御弁は、電磁弁とされる、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置において、
   前記制御弁は、温度の高低に応じてサーモワックスが溶融または固化することにより開閉作動するタイプで、かつ前記サーモワックスを加熱するとともに当該加熱動作が前記制御部により制御される加熱部を備えるタイプのサーモスタットとされる、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のエンジン冷却装置において、
   前記内部通路は、エンジンのシリンダブロックのウォータジャケットとシリンダヘッドのウォータジャケットとを含み、
   前記外部通路は、途中にウォータポンプが設けられかつ前記内部通路から排出される冷却液をラジエータを通して前記内部通路に戻すための循環路と、この循環路に前記ラジエータをバイパスするように接続されるラジエータバイパス路とを含み、
   前記循環路において前記ラジエータよりも冷却液流通方向下流側と前記ラジエータバイパス路の下流側接続部との間には、冷却液の温度を感知して自動的に開閉するラジエータ用サーモスタットが設けられ、
   前記循環路の冷却液還流部分は、途中から二股に分岐され、かつ当該２つの支流部が前記ブロック内ウォータジャケットの冷却液流入部と前記ヘッド内ウォータジャケットの冷却液流入部とに振り分けて接続され、
   前記循環路のヘッド側支流部には前記制御弁が設けられ、
   前記循環路の冷却液流入部寄りには、前記エンジン内の冷却液温度を検出するための第１温度センサが、また、前記外部通路において前記内部通路から離れた位置には、前記エンジン外の冷却液温度を検出するための第２温度センサがそれぞれ設けられる、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
7. 請求項６に記載のエンジン冷却装置において、
   前記ブロック内ウォータジャケットの冷却液排出部と前記ヘッド内ウォータジャケットの冷却液排出部とが端部で合流され、
   前記循環路の冷却液流入部分は、１本とされて前記両ウォータジャケットの前記合流端部に接続される、ことを特徴とするエンジン冷却装置。

Images