JP2001098941A

JP2001098941A - 内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP2001098941A
Application number: JP27523899A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Tabata; 正和田畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】水冷式内燃機関の早期暖機を図る。【解決手段】ウォータポンプ５を備えた冷却水回路１
０は、シリンダブロック２のブロック冷却水通路２ａと
シリンダヘッド３のヘッド冷却水通路３ａに冷却水を循
環させる。温水循環ポンプ６と保温容器７を備えた温水
循環通路１８は、保温容器７に貯留された温水をヘッド
冷却水通路３ａに循環させる。エンジン１の運転中に、
冷却水回路１０を循環する高温の冷却水を保温容器７に
取り込み、エンジン始動時の早期暖機用に蓄熱する。エ
ンジン始動時には、エンジン１のクランキング前に温水
循環ポンプ６を運転して、保温容器７内の温水をヘッド
冷却水通路３ａに循環させてシリンダヘッド３だけを暖
機する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用内燃機関の
水冷式冷却装置に関するものであり、特に、早期暖機が
可能な冷却装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】車両用の内燃機関において、機関始動時
における早期暖機は燃費性能や排気エミッションの向上
を図る上で非常に重要である。

【０００３】水冷式エンジンの早期暖機に関し、特開平
８−１８３３２４号公報等において、保温容器による蓄
熱技術を利用した早期暖機方法が提案されている。この
公報には、エンジン停止前に冷却水回路を流れる高温の
冷却水を保温容器に貯留することにより蓄熱しておき、
この保温容器に貯留されている温水（熱水）を次回のエ
ンジン始動時に冷却水回路に供給することにより、エン
ジンの早期暖機と車室内の速効暖房を図った内燃機関が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記保
温容器を備えた内燃機関の冷却装置においては、保温容
器の温水（熱水）をシリンダブロック及びシリンダヘッ
ドに循環させてエンジン全体を暖めるようにしているた
め、温水の熱容量が大きくなり、大きな保温容器が必要
になって、冷却装置が大型化するという問題があった。

【０００５】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、内燃機関の始動時には保温容器に貯留された温
水を主にシリンダヘッドに循環させることによって、内
燃機関の早期暖機を図り、燃費性能及び排気エミッショ
ンの向上を図ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明は、車両に
搭載された水冷式の内燃機関と、該内燃機関のシリンダ
ヘッド及びシリンダブロックに冷却水を循環せしめる冷
却水回路と、該冷却水回路に冷却水の循環流を生じせし
めるウォータポンプと、前記内燃機関により加熱された
冷却水を貯留する保温容器と、前記保温容器に貯留され
た温水を前記内燃機関始動時に主に前記シリンダヘッド
に循環せしめる温水循環手段と、を備えることを特徴と
する内燃機関の冷却装置である。

【０００７】この内燃機関の冷却装置では、保温容器に
貯留されている温水が内燃機関の始動時に温水循環手段
によってシリンダヘッドに循環せしめられるので、シリ
ンダヘッドを早期に加熱することができる。シリンダヘ
ッドの加熱により燃料の気化が促進され、エンジン始動
時の燃焼状態がよくなり、排気エミッションを向上させ
ることができる。また、保温容器の温水は主にシリンダ
ヘッドの加熱に用いているので、保温容器の保水容量を
少なくすることができる。

【０００８】温水循環手段が、温水を内燃機関の始動時
に「主に」シリンダヘッドに循環せしめるとしたのは、
エンジンの設計上、シリンダブロックに温水供給口を設
けざるを得ないときには温水をシリンダブロックの一部
に通さざるを得ず、また、シリンダヘッドの冷却水路と
それ以外（シリンダブロック等）の冷却水路を物理的に
完全に分離しない場合には冷却水の流れの勢いや流路抵
抗により温水がシリンダヘッド以外の冷却水路へ流れ込
むことがあるからである。

【０００９】本発明の内燃機関の冷却装置においては、
前記温水循環手段のシリンダヘッドにおける温水通路
を、シリンダヘッドにおける冷却水通路と別に設けるこ
とも可能であるが、温水循環手段は、前記冷却水回路の
うちのシリンダヘッドに設けられた冷却水通路を含むよ
うにすることも可能である。後者の方が、装置を簡略化
することができる。

【００１０】本発明の内燃機関の冷却装置においては、
前記温水循環手段は前記ウォータポンプとは別に設けら
れた温水循環ポンプを備え、該温水循環ポンプが温水の
循環流を生じせしめるようにすることが可能である。た
だし、前記ウォータポンプによって温水循環手段の温水
循環流を生じせしめるようにすることも可能である。

【００１１】本発明の内燃機関の冷却装置において温水
循環手段が温水循環ポンプを備える場合、温水循環ポン
プは前記ウォータポンプと駆動源を異にすることが可能
である。具体的には、ウォータポンプの駆動源を内燃機
関のクランクシャフトとし、温水循環ポンプの駆動源を
電動モータとするなどである。このようにすると、ウォ
ータポンプと温水循環ポンプの運転制御をそれぞれ別個
に行うことができ、冷却水回路の冷却水の循環とシリン
ダヘッドの温水の循環を別個に制御することができる。

【００１２】また、本発明の内燃機関の冷却装置におい
てウォータポンプと温水循環ポンプの駆動源を異にした
場合には、温水循環ポンプを前記内燃機関のクランキン
グ前に作動させることができ、エンジン始動前にシリン
ダヘッドを加熱することができるので、エンジンの早期
暖機に極めて効果的である。

【００１３】本発明の内燃機関の冷却装置においては、
前記温水循環手段によりシリンダヘッドに温水を循環せ
しめているときに前記ウォータポンプによるシリンダヘ
ッドへの冷却水の循環を抑制する冷却水循環抑制手段を
備えるのが好ましい。このよにすると、シリンダブロッ
ク等に溜まっていた冷たい冷却水がシリンダヘッドに供
給されるのを全くなくすか、あるいは供給量を少なくす
ることができ、その結果、シリンダヘッドをより早く暖
機することができる。この場合、エンジン始動前にシリ
ンダヘッドを暖機しているときには、エンジン始動後に
シリンダヘッドが冷却されるのを抑制することができ
る。

【００１４】なお、ここで、「ウォータポンプによるシ
リンダヘッドへの冷却水の循環を抑制する」には、ウォ
ータポンプによるシリンダヘッドへの冷却水の循環を完
全に禁止する場合と、ウォータポンプによるシリンダヘ
ッドへの冷却水の循環を減少させる場合の両方が含まれ
る。

【００１５】前記冷却水循環抑制手段は、前記ウォータ
ポンプの作動停止制御手段により構成することができ
る。また、前記冷却水循環抑制手段は、前記シリンダブ
ロック及びシリンダヘッドを迂回して前記ウォータポン
プの下流と上流とを接続する第１のバイパス通路により
構成することもできる。第１のバイパス通路の開閉を制
御することにより、ウォータポンプによるシリンダヘッ
ドへの冷却水の循環を抑制することができる。

【００１６】さらに、前記冷却水循環抑制手段は、前記
シリンダヘッドを迂回して前記ウォータポンプと前記シ
リンダブロックとの間で冷却水を循環せしめる第２のバ
イパス通路により構成することもできる。第２のバイパ
ス通路の開閉を制御することにより、ウォータポンプに
よるシリンダヘッドへの冷却水の循環を抑制することが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の冷
却装置の実施の形態を図１から図７の図面に基いて説明
する。

【００１８】〔第１の実施の形態〕初めに、本発明に係
る内燃機関の冷却装置の第１の実施の形態を図１及び図
２に基づいて説明する。

【００１９】図１は車両に搭載された車両駆動用のエン
ジン（内燃機関）１における冷却水の流れ図である。エ
ンジン１はシリンダブロック２とシリンダヘッド３を備
え、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３には冷却
水通路２ａ，３ａが形成されている。シリンダブロック
２の冷却水通路（以下、ブロック冷却水通路と称す）２
ａの下流端とシリンダヘッド３の冷却水通路（以下、ヘ
ッド冷却水通路と称す）３ａの上流端は直結されてい
る。

【００２０】一方、ヘッド冷却水通路３ａの下流端とブ
ロック冷却水通路２ａの上流端は、ラジエータ往路１２
とラジエータ４とラジエータ復路１３とウォータポンプ
吸込路１４とウォータポンプ５とウォータポンプ吐出路
１５によって接続されている。

【００２１】また、ラジエータ往路１２とラジエータ復
路１３及びウォータポンプ吸込路１４はラジエータバイ
パス通路１６によって接続されており、ラジエータ復路
１３とウォータポンプ吸込路１４とラジエータバイパス
通路１６との連結部位には、冷却水の温度に応じて流路
を切り替えるサーモスタットバルブ１７が設けられてい
る。サーモスタットバルブ１７は、このサーモスタット
バルブ１７を流れる冷却水の温度が所定温度Ｔ₁よりも
高いときには、ラジエータバイパス通路１６を閉塞して
ウォータポンプ吸込路１４にラジエータ復路１３を接続
し、冷却水温度が前記所定温度Ｔ₁以下のときにはラジ
エータ復路１３を閉塞してウォータポンプ吸込路１４に
ラジエータバイパス通路１６を接続する。

【００２２】この第１の実施の形態において、ウォータ
ポンプ５、ウォータポンプ吐出路１５、ヘッド冷却水通
路２ａ、ブロック冷却水通路３ａ、ラジエータ往路１
２、ラジエータ４、ラジエータ復路１３、ウォータポン
プ吸込路１４、ラジエータバイパス通路１６、及びサー
モスタットバルブ１７は冷却水回路１０を構成する。

【００２３】ウォータポンプ５は、冷却水回路１０に図
１において反時計回り方向の冷却水の循環流を生じせし
めポンプであり、エンジン１のクランクシャフト（図示
せず）により駆動される。したがって、ウォータポンプ
５はエンジン１のクランキング後でなければ駆動するこ
とができない。

【００２４】また、ヘッド冷却水通路３ａの上流端とラ
ジエータ往路１２は、温水循環ポンプ６と保温容器７を
備えた温水循環通路（温水循環手段）１８によって接続
されている。シリンダヘッド３の外壁面にはヘッド冷却
水通路３ａの上流端に連なる温水供給ポート３ｂが設け
られており、この温水供給ポート３ｂに温水循環通路１
８の一端が接続されている。

【００２５】温水循環ポンプ６は温水循環通路１８及び
ヘッド冷却水通路３ａに図１において時計回り方向の温
水の循環流を生じせしめるポンプであり、温水循環ポン
プ６は電動モータにより駆動され、ウォータポンプ５と
は駆動源を異にする。したがって、温水循環ポンプ６は
エンジン１のクランキング前であっても駆動可能であ
る。尚、この第１の実施の形態においては温水循環ポン
プ６を保温容器７の上流側に設けているが、温水循環ポ
ンプ６を保温容器７の下流側に設けることも可能であ
る。

【００２６】保温容器７は、冷却水回路１０を循環する
高温の冷却水を貯留して蓄熱する一種の蓄熱装置であ
り、所定の容量及び保温性能を有している。また、保温
容器７はその内部の液入口部と液出口部に、保温性能向
上のために冷却水回路１０との接続を絶つ開閉弁７ａ，
７ｂを内蔵している。

【００２７】温水循環ポンプ６の運転・停止と保温容器
７の開閉弁７ａ，７ｂの開閉は、エンジン制御用コント
ロールユニット（ＥＣＵ）５０によって制御され、温水
循環ポンプ６の運転中は開閉弁７ａ，７ｂを開き、温水
循環ポンプ６の停止中は開閉弁７ａ，７ｂを閉ざすよう
に制御される。

【００２８】尚、前記冷却水回路１０は、車室内暖房用
のヒータコアを備えた暖房用回路にも接続されている
が、暖房用回路はこの発明には直接関係しないので、図
示及び説明を省略する。

【００２９】上述構成の内燃機関の冷却装置において
は、エンジン１の運転に伴ってウォータポンプ５が運転
され、これにより冷却水が冷却水回路１０を循環してエ
ンジン１のシリンダブロック２及びシリンダヘッド３を
冷却する。この時に、冷却水の温度に応じてサーモスタ
ットバルブ１７が冷却水の流路を切り替える。

【００３０】即ち、冷却水の温度が所定温度Ｔ₁以下の
場合には、ウォータポンプ５から送出された冷却水は、
ウォータポンプ吐出路１５、ブロック冷却水通路２ａ、
ヘッド冷却水通路３ａ、ラジエータ往路１２、ラジエー
タバイパス通路１６、サーモスタットバルブ１７、ウォ
ータポンプ吸込路１４を順に通ってウォータポンプ５に
戻る。

【００３１】一方、冷却水の温度が所定温度Ｔ₁よりも
高い場合には、ウォータポンプ５から送出された冷却水
は、ウォータポンプ吐出路１５、ブロック冷却水通路２
ａ、ヘッド冷却水通路３ａ、ラジエータ往路１２、ラジ
エータ４、ラジエータ復路１３、サーモスタットバルブ
１７、ウォータポンプ吸込路１４を順に通ってウォータ
ポンプ５に戻る。この場合には、冷却水はラジエータ４
を通過する際に冷却される。

【００３２】温水循環ポンプ６は所定の条件が成立した
ときだけ運転されるようになっており、温水循環ポンプ
６が停止しているときには保温容器７の開閉弁７ａ，７
ｂも閉じているので、温水循環通路１８に冷却水が流れ
込むことはない。

【００３３】上述のように冷却水回路１０で冷却水を循
環させているときに、保温容器７内に常に高温の冷却水
が貯留されているように、ＥＣＵ５０が温水循環ポンプ
６の運転及び保温容器７の開閉弁７ａ，７ｂの開閉を制
御する。

【００３４】保温容器７に高温の冷却水を取り込むため
の温水循環ポンプ６及び開閉弁７ａ，７ｂの制御方法と
しては、例えば、冷却水回路１０に設けた図示しない冷
却水温センサで検出した冷却水温が所定の設定温度（例
えば、９５゜Ｃ）以上であるとＥＣＵ５０が判定する
と、ＥＣＵ５０が温水循環ポンプ６を所定時間運転する
とともに開閉弁７ａ，７ｂを開弁する方法を例示するこ
とができる。温水循環ポンプ６を運転すると、ヘッド冷
却水通路３ａを出た高温の冷却水が、温水循環ポンプ６
によって温水循環通路１８に吸い上げられ、保温容器７
に導入される。温水循環ポンプ６の運転時間は、保温容
器７内の冷却水の全量が入れ替わるのに必要な時間以上
とするのが好ましい。

【００３５】また、エンジン１の停止直後に温水循環ポ
ンプ６を所定時間運転するとともに開閉弁７ａ，７ｂを
開弁して、保温容器７内の冷却水をエンジン停止時の高
温の冷却水に置換してもよい。温水循環ポンプ６は電動
モータにより駆動されておりエンジン１のクランクシャ
フトの回転に関わりなく運転及び停止させることができ
るので、イグニッションスイッチがオフされた後に温水
循環ポンプ６を運転するように制御すれば、上述のよう
にエンジン停止時の高温の冷却水を保温容器６に導入す
ることが可能である。

【００３６】このようにして保温容器６内に貯留された
高温の冷却水（以下の説明では、この冷却水のことを
「温水」という）は、エンジン１を次回始動する時にシ
リンダヘッド早期暖機用の熱源となる。

【００３７】エンジン１の始動時には、ＥＣＵ５０は、
エンジン１のクランキング前に温水循環ポンプ６を所定
時間運転する。すると、保温容器７内の温水が、図１に
おいて矢印で示すように、温水循環通路１８を通ってヘ
ッド冷却水通路３ａに導入され、ヘッド冷却水通路３ａ
を通過した後、ラジエータ往路１２の一部を通って温水
循環ポンプ６に吸い込まれ、再び保温容器７へと戻る。
即ち、保温容器７とヘッド冷却水通路３ａとの間で温水
が循環するようになる。このとき、エンジン１はクラン
キング前であるためウォータポンプ５が運転されていな
いので、流路抵抗の関係から保温容器７の温水は主にヘ
ッド冷却水通路３ａに供給される。

【００３８】したがって、この時には、保温容器７内の
温水は、主にヘッド冷却水通路３ａだけを流れることと
なり、シリンダヘッド３だけを加熱する。このように、
エンジン１のクランキング前に保温容器７に貯留された
温水でシリンダヘッド３だけを暖機することを、以下の
説明では「シリンダヘッド３の始動前暖機」と称す。

【００３９】ところで、シリンダヘッド３には、吸気用
のインレットポートや燃料噴射用のインジェクタが設け
られており、シリンダヘッド３の始動前暖機を行うこと
によって、これらインレットポートやインジェクション
を重点的に暖機することができる。これらインレットポ
ートやインジェクションの暖機は、エンジン１の暖機に
最も効果がある。即ち、インレットポートの暖機は、燃
焼室に流入する吸入空気を暖めることができるので燃料
の気化を促進することができるとともに、インレットポ
ートの壁面に付着する燃料を気化し易くするという効果
がある。また、インジェクションの暖機も燃料の気化を
促進する効果がある。

【００４０】このようにインレットポートやインジェク
ションを重点的に暖機することにより燃料の気化を促進
することができるので、シリンダヘッド３の始動前暖機
完了後にエンジン１をクランキングし始動させたときに
エンジン１における燃焼状態が極めて良くなり、その結
果、始動後にエンジンの暖機を早めることができるだけ
でなく、エンジン始動時の燃費が向上し、エンジン始動
時の排気エミッションを良好にすることができる。

【００４１】また、保温容器７内の温水はシリンダヘッ
ド３の加熱にだけ用いられるので、保温容器７の保水容
量が少なくて済み、装置をコンパクトにすることができ
る。図２は、エンジン始動時におけるシリンダヘッドの
温度変化の様子を示したものである。このグラフから、
この第１の実施の形態における内燃機関の冷却装置が、
保温容器を有さない従来の冷却装置よりも急速に暖機す
ることができることがわかる。尚、本実施の形態におい
てシリンダヘッドの温度がエンジン始動直後に若干低下
しているのは、エンジン始動と同時にブロック冷却水通
路２ａ内の冷たい冷却水が流れ込むことによるものと推
察される。

【００４２】尚、このようにシリンダヘッド３の始動前
暖機を行った場合、エンジン１のクランキング開始と同
時に温水循環ポンプ６を停止して温水の循環を停止して
もよいし、あるいは、エンジン１のクランキング後もし
ばらくの間は温水循環ポンプ６の運転を続行して、保温
容器７からヘッド冷却水通路３ａへの送水を続行しても
よい。前者の場合には、ヘッド冷却水通路３ａにおける
温水循環通路１８の温水の循環流の向きを、冷却水回路
１０における冷却水の循環流の向きと逆の向きにするこ
とも可能である。一方、後者の場合には、エンジン１を
クランキングしてから温水循環ポンプ６を停止するまで
の間、ヘッド冷却水通路３ａには、温水循環ポンプ６に
よる保温容器７からの送水と、ウォータポンプ５による
ブロック冷却水通路２ａからの送水が同時に行われるこ
とになる。

【００４３】〔第２の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の冷却装置の第２の実施の形態を図３に基づい
て説明する。

【００４４】前述した第１の実施の形態では、シリンダ
ヘッド３に温水供給ポート３ｂを設けることによって、
保温容器７に貯留された温水をヘッド冷却水通路３ａに
直接供給するようにしているが、シリンダヘッド３の設
計上の制約などからシリンダヘッド３に温水供給ポート
３ｂを設けることができない場合がある。

【００４５】このようにシリンダヘッド３に温水供給ポ
ート３ｂを設けることができない場合には、図３に示す
ように、シリンダブロック２に温水供給ポート２ｂを設
けるとともに、この温水供給ポート２ｂをブロック冷却
水通路２ａの下流端近くと接続する。

【００４６】この第２の実施の形態では、シリンダヘッ
ド３の始動前暖機を行った場合、保温容器７の温水はブ
ロック冷却水通路２ａの一部を通過してからヘッド冷却
水通路３ａに導入されることになるが、ブロック冷却水
通路２ａのうち温水が通過する部分の距離は非常に短い
ので、シリンダブロック２に奪われる熱量は非常に少な
く、温水の熱はその殆どがシリンダヘッド２の加熱に使
われる。

【００４７】この第２の実施の形態では、保温容器７に
貯留された温水はエンジン始動時に主にシリンダヘッド
３を循環する、ということができる。これ以外の構成
は、前述した第１の実施の形態の冷却装置と同じである
ので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略す
る。

【００４８】〔第３の実施の形態〕前述した第１の実施
の形態では、エンジン１のクランキング前に温水循環ポ
ンプ６を運転することにより、エンジン１の始動前にシ
リンダブロック３だけを暖機するようにしているが、第
３の実施の形態では、エンジン１のクランキング前は温
水循環ポンプ６が停止していて、エンジン１をクランキ
ングすると同時に温水循環ポンプ６を運転して、シリン
ダブロック３の早期暖機を図る。

【００４９】エンジン１をクランキングするとウォータ
ポンプ５が駆動されるので、この第３の実施の形態にお
いては、エンジン１を始動すると、ヘッド冷却水通路３
ａには、温水循環ポンプ６によって保温容器７内の温水
が送水されると同時に、ウォータポンプ５によってブロ
ック冷却水通路２ａ内の冷たい冷却水が送水されること
になる。

【００５０】したがって、第３の実施の形態では、シリ
ンダヘッド３の暖機が第１の実施の形態の場合に比べる
と遅くなる。しかしながら、保温容器７の温水はブロッ
ク冷却水通路２ａを経由せずにヘッド冷却水通路３ａに
送水されるので、従来の冷却装置に比べると、シリンダ
ヘッド３を早期に暖機することができる。

【００５１】また、第３の実施の形態では、エンジン１
の始動と同時に温水循環ポンプ６を運転することから、
温水循環ポンプ６の駆動源をエンジン１のクランクシャ
フトにすることも可能である。

【００５２】〔第４の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の冷却装置の第４の実施の形態を説明する。前
述した第１の実施の形態においては、クランキングと同
時に、ヘッド冷却水通路３ａには、ウォータポンプ５に
よるブロック冷却水通路２ａからの冷たい冷却水の送水
が行われることになるため、せっかくエンジン始動前に
暖機したシリンダヘッド３が冷やされてしまう虞れがあ
る。

【００５３】そこで、この第４の実施の形態では、エン
ジン始動後であっても所定の条件が満たされるまでは、
ウォータポンプ５によるヘッド冷却水通路３ａへの冷却
水の送水を禁止することにより、エンジン始動前に暖機
したシリンダヘッド３がエンジン始動後に冷却されるの
を防止するようにした。

【００５４】この第４の実施の形態では、ウォータポン
プ５によるヘッド冷却水通路３ａへの冷却水の送水を禁
止する方法として、ウォータポンプ５の運転を停止させ
る方法を採用する。ウォータポンプ５が停止している限
り、ブロック冷却水通路２ａなどに溜まっている冷たい
冷却水がヘッド冷却水通路３ａに送水されることがない
ので、始動前暖機によって暖機されたシリンダヘッド３
がエンジン始動後に冷却されるのを防止することができ
る。

【００５５】尚、この第４の実施の形態では、エンジン
１を運転しながらウォータポンプ５を停止させなければ
ならないが、その方法として、ウォータポンプ５の駆動
軸とエンジン１のクランクシャフトとを間にクラッチを
介在させて連繋し、エンジン１の運転中にウォータポン
プ５を停止させる場合には、前記クラッチによってウォ
ータポンプ５の駆動軸とエンジン１のクランクシャフト
との縁を切るように該クラッチを制御する方法を例示す
ることができる。また、ウォータポンプ５の駆動源をエ
ンジン１のクランクシャフトとは異なる駆動源、例えば
電動モータとして、電動モータの運転を制御することに
よって行うことも可能である。

【００５６】第４の実施の形態においてこれらウォータ
ポンプ５の作動停止制御手段は、ウォータポンプ５によ
るシリンダヘッド３への冷却水の循環を抑制する冷却水
循環抑制手段を構成する。

【００５７】尚、エンジン１の始動後にウォータポンプ
５が運転される所定の条件としては、エンジン１の始動
開始から予め設定した所定時間が経過した時としてもよ
いし、冷却水温度が予め設定した所定温度に達した時と
してもよい。

【００５８】〔第５の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の冷却装置の第５の実施の形態を図４に基づい
て説明する。

【００５９】前述した第４の実施の形態では、エンジン
１の始動後も所定の条件が満たされるまではウォータポ
ンプ５の運転を停止することによって、エンジン始動前
に暖機したシリンダヘッド３がエンジン始動後に冷却さ
れるのを防止するようにしているが、この第５の実施の
形態では、ウォータポンプ５はエンジン１の始動と同時
に運転することとし、ウォータポンプ５によるヘッド冷
却水通路３ａへの冷却水の送水を抑制することにより、
エンジン始動前に暖機したシリンダヘッド３がエンジン
始動後に冷却されるのを防止するようにした。

【００６０】そして、ウォータポンプ５によるヘッド冷
却水通路３ａへの冷却水の送水を抑制する手段として、
この第５の実施の形態においては、ウォータポンプ５か
ら送出された冷却水をブロック冷却水通路２ａ及びヘッ
ド冷却水通路３ａを迂回して再びウォータポンプ５に戻
すバイパス通路を採用する。

【００６１】詳述すると、図４に示すように、ウォータ
ポンプ吐出路１５とラジエータバイパス通路１６とを接
続するエンジンバイパス通路（第１のバイパス通路）１
９を設け、エンジンバイパス通路１９の途中にサーモス
タットバルブ２０を設ける。サーモスタットバルブ２０
は、このサーモスタットバルブ２０を流れる冷却水の温
度が所定温度（以下、この温度をバルブ作動温度とい
う）以下のときに開き、前記バルブ作動温度を越えたと
きに閉じる。

【００６２】エンジン１の始動前は、サーモスタットバ
ルブ２０内に溜まっている冷却水の温度はバルブ作動温
度以下と想定され、したがって、サーモスタットバルブ
２０は開いている。また、サーモスタットバルブ１７は
ラジエータバイパス通路１６とウォータポンプ吸込路１
４とを連通させている。

【００６３】この状態でエンジン１を始動すると、ウォ
ータポンプ５から送出された冷却水は、流路抵抗の関係
から、エンジンバイパス通路１９を大量に流れ、ブロッ
ク冷却水通路２ａ及びヘッド冷却水通路３ａには殆ど流
れない。即ち、ウォータポンプ５によるヘッド冷却水通
路３ａへの冷却水の送水が抑制される。これにより、エ
ンジン始動前に暖機したシリンダヘッド３がエンジン始
動後に冷却されるのを防止することができる。

【００６４】そして、サーモスタットバルブ２０を流れ
る冷却水の温度がバルブ作動温度を越えると、サーモス
タットバルブ２０が閉じてエンジンバイパス通路１９を
閉塞するので、ウォータポンプ５から送出された冷却水
はブロック冷却水通路２ａ及びヘッド冷却水通路３ａに
流れるようになる。

【００６５】〔第６の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の冷却装置の第６の実施の形態を図５に基づい
て説明する。

【００６６】前述した第４の実施の形態では、エンジン
１の始動後も所定の条件が満たされるまではウォータポ
ンプ５の運転を停止することによって、エンジン始動前
に暖機したシリンダヘッド３がエンジン始動後に冷却さ
れるのを防止するようにしているが、この第５の実施の
形態では、ウォータポンプ５はエンジン１の始動と同時
に運転することとし、ウォータポンプ５によるヘッド冷
却水通路３ａへの冷却水の送水を禁止することにより、
エンジン始動前に暖機したシリンダヘッド３がエンジン
始動後に冷却されるのを防止するようにした。

【００６７】そして、ウォータポンプ５によるヘッド冷
却水通路３ａへの冷却水の送水を禁止する手段として、
この第６の実施の形態においては、ウォータポンプ５か
ら送出されブロック冷却水通路２ａを通ってきた冷却水
をヘッド冷却水通路３ａを迂回して再びウォータポンプ
５に戻すバイパス通路を採用する。

【００６８】詳述すると、図５に示すように、ブロック
冷却水通路２ａの下流端とヘッド冷却水通路３ａの上流
端との連結部とラジエータバイパス通路１６とをヘッド
バイパス通路（第２のバイパス通路）２１によって接続
し、ブロック冷却水通路２ａとヘッド冷却水通路３ａと
ヘッドバイパス通路２１の連結部位にサーモスタットバ
ルブ２２を設ける。サーモスタットバルブ２２は、この
サーモスタットバルブ２２を流れる冷却水の温度が所定
温度（以下、この温度をバルブ作動温度という）以下の
ときにはヘッド冷却水通路３ａ側を閉塞してブロック冷
却水通路２ａとヘッドバイパス通路２１とを連通し、前
記バルブ作動温度を越えたときにはヘッドバイパス通路
２１側を閉塞してブロック冷却水通路２ａとヘッド冷却
水通路３ａとを連通する。

【００６９】エンジン１の始動前は、サーモスタットバ
ルブ２２内に溜まっている冷却水の温度はバルブ作動温
度以下と想定され、したがって、サーモスタットバルブ
２２はヘッド冷却水通路３ａ側を閉塞しブロック冷却水
通路２ａとヘッドバイパス通路２１とを連通させてい
る。また、サーモスタットバルブ１７はラジエータバイ
パス通路１６とウォータポンプ吸込路１４とを連通させ
ている。

【００７０】この状態でエンジン１を始動すると、ウォ
ータポンプ５から送出された冷却水は、ブロック冷却水
通路２ａ、サーモスタットバルブ２２、ヘッドバイパス
通路２１、ラジエータバイパス通路１６、サーモスタッ
トバルブ１７、ウォータポンプ吸込路１４を順に通って
ウォータポンプ５に戻る。したがって、ヘッド冷却水通
路３ａにはウォータポンプ５から送出された冷たい冷却
水が流れない。即ち、ウォータポンプ５によるヘッド冷
却水通路３ａへの冷却水の送水が禁止される。これによ
り、エンジン始動前に暖機したシリンダヘッド３がエン
ジン始動後に冷却されるのを防止することができる。

【００７１】そして、サーモスタットバルブ２２を流れ
る冷却水の温度がバルブ作動温度を越えると、サーモス
タットバルブ２２はヘッドバイパス通路２１側を閉塞し
てブロック冷却水通路２ａとヘッド冷却水通路３ａとを
連通するので、ウォータポンプ５から送出された冷却水
はブロック冷却水通路２ａからヘッド冷却水通路３ａに
流れるようになる。

【００７２】〔第７の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の冷却装置の第７の実施の形態を図６に基づい
て説明する。

【００７３】第７の実施の形態は前述した第６の実施の
形態の変形例であり、ウォータポンプ５をエンジン１の
始動と同時に運転することとし、ウォータポンプ５によ
るヘッド冷却水通路３ａへの冷却水の送水を禁止するこ
とにより、エンジン始動前に暖機したシリンダヘッド３
がエンジン始動後に冷却されるのを防止する。

【００７４】第６の実施の形態では、サーモスタットバ
ルブ２２の作動によって、ウォータポンプ５から送出さ
れブロック冷却水通路２ａを通ってきた冷却水をヘッド
冷却水通路３ａに導入するかヘッドバイパス通路２１に
導入するか切り替えたが、この第７の実施の形態では、
サーモスタットバルブ２２を設ける代わりに、ラジエー
タバイパス通路１６に冷却水温センサ２３を設け、ブロ
ック冷却水通路２ａとヘッド冷却水通路３ａとヘッドバ
イパス通路２１との連結部位よりもヘッド冷却水通路２
ａ側に制御弁２４を設け、冷却水温センサ２３の出力信
号に基づいて制御弁２４を開閉制御することにより、ブ
ロック冷却水通路２ａを通ってきた冷却水をヘッド冷却
水通路３ａに導入するかヘッドバイパス通路２１に導入
するか切り替えるようにした。

【００７５】即ち、ＥＣＵ５０は、冷却水温センサ２３
の出力信号に基づいて冷却水温度が予め設定した所定温
度以下であると判定した場合には、制御弁２４を閉じる
ように制御する。エンジン１の始動時には冷却水の水温
は前記所定温度よりも低く、制御弁２４は閉じているの
で、ウォータポンプ５から送出された冷却水はヘッドバ
イパス通路２１に流れ、ウォータポンプ５によるヘッド
冷却水通路３ａへの冷却水の送水が禁止される。これに
より、エンジン始動前に暖機したシリンダヘッド３がエ
ンジン始動後に冷却されるのを防止することができる。

【００７６】そして、ＥＣＵ５０は、冷却水温センサ２
３の出力信号に基づいて冷却水温度が前記所定温度より
も高いと判定した場合には、制御弁２４を開くように制
御する。これにより、ウォータポンプ５から送出された
冷却水はブロック冷却水通路２ａからヘッド冷却水通路
３ａに流れるようになる。

【００７７】また、第３の実施の形態のようにエンジン
１のクランキングと同時に温水循環ポンプ６を運転する
場合には、エンジン１を始動すると、ヘッド冷却水通路
３ａには、温水循環ポンプ６によって保温容器７内の温
水が送水されると同時に、ウォータポンプ５によってブ
ロック冷却水通路２ａ内の冷たい冷却水が送水されるこ
とになるので、シリンダヘッド３の暖機が若干遅れ気味
になる虞れがあることは前述したとおりであるが、その
場合には、前述した第４の実施の形態から第７の実施の
形態と同様にエンジン始動後に所定の条件が満たされる
までウォータポンプ５によるヘッド冷却水通路３ａへの
冷却水の送水を禁止あるいは抑制するようにすれば、シ
リンダヘッド３の暖機を早めることができる。

【００７８】〔第８の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の冷却装置の第８の実施の形態を図７に基づい
て説明する。

【００７９】前述した第１から第７の実施の形態では、
冷却水回路１０において冷却水の循環流を生じせしめる
ためのウォータポンプ５と、ヘッド冷却水通路３ａと温
水循環通路１８において温水の循環流を生じせしめるた
めの温水循環ポンプ６を、それぞれ別々に設置していた
が、この第８の実施の形態では、一つのウォータポンプ
５が温水循環ポンプも兼ねるようにしたものである。

【００８０】以下に、第１の実施の形態との相違点を説
明する。第８の実施の形態における内燃機関の冷却装置
では、温水循環ポンプ６がなく、保温容器７はラジエー
タ往路１２に接続されていない。その代わりに、保温容
器７の上流側は保温容器往路２５を介してウォータポン
プ吐出路１５に接続されており、保温容器往路２５には
制御弁２６が設けられている。また、保温容器７の下流
側は保温容器復路２７によってヘッド冷却水通路３ａの
上流端（温水供給ポート３ｂ）に接続されている。

【００８１】この第８の実施の形態においては、保温容
器７に温水を取り入れる場合には、ＥＣＵ５０が、保温
容器７の開閉弁７ａ，７ｂを開くとともに制御弁２６を
所定の開度で開くことにより、冷却水回路１０を流れる
高温の冷却水の一部を保温容器７に導入する。制御弁２
６を全開にしない理由は、制御弁２６を全開にすると流
路抵抗の関係で冷却水の殆どが保温容器７へと流れ、ブ
ロック冷却水通路２ａに流れる冷却水の流量が少なくな
ってシリンダブロック２の冷却が間に合わなくなる虞れ
があるからである。

【００８２】一方、エンジン始動時には、ＥＣＵ５０
は、エンジン１のクランキングと同時に開閉弁７ａ，７
ｂを開くとともに制御弁２６を全開にする。すると、エ
ンジン１のクランキングによりウォータポンプ５が駆動
されるので、保温容器７内の温水が、保温容器往路２
７、ヘッド冷却水通路３ａ、ラジエータ往路１２、ラジ
エータバイパス通路１６、サーモスタットバルブ１７、
ウォータポンプ吸込路１４、ウォータポンプ５、ウォー
タポンプ吐出路１５、保温容器往路２５を順に通って保
温容器７に戻る。この経路が温水循環通路となる。

【００８３】尚、この時には、流路抵抗の関係から、ウ
ォータポンプ５から送出された冷却水（温水）がブロッ
ク冷却水通路２ａに流れることは殆どない。したがっ
て、保温容器７の温水によりシリンダヘッド３だけを加
熱することができ、シリンダヘッド３に設けられたイン
レットポートやインジェクションを重点的に暖機するこ
とができる。その結果、エンジン始動時における燃焼状
態が極めて良くなり、エンジン始動時の燃費が向上し、
エンジン始動時の排気エミッションを良好にすることが
できる。

【００８４】そして、ＥＣＵ５０は、所定の条件が成立
したときに（例えば、エンジン始動開始から所定時間が
経過したとき、あるいは、冷却水温度が所定温度以上に
なったときなど）、保温容器７の開閉弁７ａ，７ｂを閉
じるとともに制御弁２６を閉じて保温容器往路２５を閉
塞する。すると、ウォータポンプ５から送出された冷却
水はブロック冷却水通路２ａからヘッド冷却水通路３ａ
を通って冷却水回路１０を循環するようになる。尚、こ
の場合にも、制御弁２６を一度に全閉させずに、所定の
開度で開いて流量制御することによりブロック冷却水通
路２ａからヘッド冷却水通路３ａへの冷たい冷却水の導
入を抑制するようにすれば、早期暖機したシリンダヘッ
ド３が冷却されるのを抑制することができる。

【００８５】また、この第８の実施の形態の場合にも、
ウォータポンプ５の駆動源を電動モータ等にしてエンジ
ン１のクランキング前にウォータポンプ５を駆動するこ
とができるようにすれば、シリンダヘッド３をエンジン
始動前に暖機することが可能である。

【００８６】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の冷却装置によれ
ば、車両に搭載された水冷式の内燃機関と、該内燃機関
のシリンダヘッド及びシリンダブロックに冷却水を循環
せしめる冷却水回路と、該冷却水回路に冷却水の循環流
を生じせしめるウォータポンプと、前記内燃機関により
加熱された冷却水を貯留する保温容器と、前記保温容器
に貯留された温水を前記内燃機関始動時に主に前記シリ
ンダヘッドに循環せしめる温水循環手段と、を備えるこ
とにより、シリンダヘッドの早期加熱が可能になり、そ
の結果、燃料の気化が促進され、エンジン始動時の燃焼
状態がよくなり、エンジン始動時の燃費向上や、エンジ
ン始動時の排気エミッションを良好にすることができる
という優れた効果が奏される。また、保温容器の温水を
シリンダヘッドの加熱にだけ用いているので、保温容器
の保水容量を少なくすることができ、装置のコンパクト
化が可能になる。

【００８７】本発明の内燃機関の冷却装置において、温
水循環手段が前記冷却水回路のうちのシリンダヘッドに
設けられた冷却水通路を含む場合には、装置を簡略化す
ることができる。

【００８８】本発明の内燃機関の冷却装置において、温
水循環手段が温水循環ポンプを備え、温水循環ポンプと
前記ウォータポンプの駆動源を異にした場合には、ウォ
ータポンプと温水循環ポンプの運転制御をそれぞれ別個
に行うことができ、冷却水回路の冷却水の循環とシリン
ダヘッドの温水の循環を別個に制御することができる。

【００８９】また、本発明の内燃機関の冷却装置におい
て、ウォータポンプと温水循環ポンプの駆動源を異に
し、温水循環ポンプを内燃機関のクランキング前に作動
させるようにした場合には、エンジン始動前にシリンダ
ヘッドを加熱することができ、エンジンをより早期に暖
機することができる。

【００９０】本発明の内燃機関の冷却装置において、温
水循環手段によりシリンダヘッドに温水を循環せしめて
いるときにウォータポンプによるシリンダヘッドへの冷
却水の循環を抑制する冷却水循環抑制手段を備えた場合
には、シリンダブロック等に溜まっていた冷たい冷却水
がシリンダヘッドに供給されるのを全くなくすか、ある
いは供給量を少なくすることができ、その結果、シリン
ダヘッドをより早く暖機することができる。また、この
場合、エンジン始動前にシリンダヘッドを暖機している
ときには、エンジン始動後にシリンダヘッドが冷却され
るのを抑制することができるという優れた効果が奏され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の冷却装置における第１の
実施の形態の概略構成を示す図である。

【図２】シリンダヘッドの温度上昇を表した図であ
る。

【図３】本発明の内燃機関の冷却装置における第２の
実施の形態の概略構成を示す図である。

【図４】本発明の内燃機関の冷却装置における第５の
実施の形態の概略構成を示す図である。

【図５】本発明の内燃機関の冷却装置における第６の
実施の形態の概略構成を示す図である。

【図６】本発明の内燃機関の冷却装置における第７の
実施の形態の概略構成を示す図である。

【図７】本発明の内燃機関の冷却装置における第８の
実施の形態の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１エンジン（内燃機関）２シリンダブロック２ａブロック冷却水通路３シリンダヘッド３ａヘッド冷却水通路５ウォータポンプ６温水循環ポンプ７保温容器１０冷却水回路１８温水循環通路（温水循環手段）１９エンジンバイパス通路（第１のバイパス通路）２１ヘッドバイパス通路（第２のバイパス通路）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に搭載された水冷式の内燃機関と、
該内燃機関のシリンダヘッド及びシリンダブロックに冷
却水を循環せしめる冷却水回路と、該冷却水回路に冷却
水の循環流を生じせしめるウォータポンプと、前記内燃
機関により加熱された冷却水を貯留する保温容器と、前
記保温容器に貯留された温水を前記内燃機関始動時に主
に前記シリンダヘッドに循環せしめる温水循環手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】前記温水循環手段は、前記冷却水回路の
うちのシリンダヘッドに設けられた冷却水通路を含むこ
とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】前記温水循環手段は前記ウォータポンプ
とは別に設けられた温水循環ポンプを備え、該温水循環
ポンプが温水の循環流を生じせしめることを特徴とする
請求項１または２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】前記温水循環ポンプは前記ウォータポン
プと駆動源を異にすることを特徴とする請求項３に記載
の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】前記温水循環ポンプは前記内燃機関のク
ランキング前に作動することを特徴とする請求項４に記
載の内燃機関の冷却装置。
【請求項６】前記温水循環手段によりシリンダヘッド
に温水を循環せしめているときに前記ウォータポンプに
よるシリンダヘッドへの冷却水の循環を抑制する冷却水
循環抑制手段を備えることを特徴とする請求項１から５
のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項７】前記冷却水循環抑制手段は、前記ウォー
タポンプの作動停止制御手段により構成されることを特
徴とする請求項６に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項８】前記冷却水循環抑制手段は、前記シリン
ダブロック及びシリンダヘッドを迂回して前記ウォータ
ポンプの下流と上流とを接続する第１のバイパス通路に
より構成されることを特徴とする請求項６に記載の内燃
機関の冷却装置。
【請求項９】前記冷却水循環抑制手段は、前記シリン
ダヘッドを迂回して前記ウォータポンプと前記シリンダ
ブロックとの間で冷却水を循環せしめる第２のバイパス
通路により構成されることを特徴とする請求項６に記載
の内燃機関の冷却装置。