JP2011085059A - サーモスタット及び車両の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間状態からのエンジン始動開始後、エンジンのシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することを抑制する。
【解決手段】冷間状態からのエンジン１の始動開始直後に高負荷運転が行われた場合などには、サーモスタット７の弁体が閉じられてエンジン１内部の冷却水の通過が禁止された状態で、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けるため、その冷却水が沸騰するおそれがある。しかし、サーモスタット７に関しては、ウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域よりも多くしたとき、弁体が強制的に開動作するように形成されている。従って、上述した状況のときには、ウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域よりも多くして弁体を応答性よく開弁させ、エンジン１内部への速やかな通水を行うことにより、その弁体の開弁完了前にシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することが抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーモスタット及び車両の冷却装置に関する。

車両の冷却装置として、ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路を備え、その冷却水回路のエンジンよりも下流側に冷却水の温度に応じて弁体を開閉させてエンジン内部の冷却水の通過を禁止したり許容したりするサーモスタットを設けたものが知られている。

こうしたサーモスタットは、冷却水の温度が低いときに弁体を閉動作させてエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、冷却水の温度が高いときには同冷却水からの熱伝達を受けるサーモエレメントにより弁体を開動作させてエンジン内部の冷却水の通過を許容する。このようにサーモスタットの弁体を開閉動作させることで、冷却水の温度が低くエンジンが冷間状態となるときにはエンジン内部の冷却水の通過が禁止されてエンジンの暖機促進が図られ、冷却水の温度が高いときにはエンジン内部の冷却水の通過が許容されて同エンジン内部での冷却水の沸騰抑制が図られる。

ところで、冷間状態からのエンジンの始動開始直後においては、冷却水回路の冷却水の温度が低くなっているため、サーモスタットの弁体が閉じられてエンジンの暖機促進が図られることとなる。この状態にあって、エンジンの高負荷運転により燃焼室での発熱が多くなると、サーモスタットの弁体が閉じられてエンジン内部の冷却水の通過が禁止されていることから、エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度だけが上昇し、サーモスタットエレメント周りの冷却水の温度は上昇しないという状況が生じる。このような状況のもとでは、エンジンのシリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けることにより、その冷却水の温度が過度に上昇して同冷却水が沸騰するおそれがある。

こうしたことに対処するため、特許文献１に示されるように、サーモスタットにサーモエレメントを加熱するための発熱体を設け、その発熱体でサーモエレメントを加熱することにより、サーモエレメント周りの冷却水の温度が低くても弁体を開動作できるようにすることが考えられる。この場合、サーモスタットの弁体が閉じられた状態でエンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度が沸騰するおそれのある値となったときに、サーモスタットの発熱体でサーモエレメントを加熱することによって弁体の開弁が図られる。このように弁体を開弁させてエンジン内部への通水を実現するようにすれば、シリンダヘッド内に滞留した冷却水の沸騰を抑制することが可能になる。

特開２００３−３２８７５３公報（段落［００３１］）

上述したように、エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度が沸騰するおそれのある値となったとき、サーモスタットに設けられた発熱体によりサーモエレメントを加熱して弁体の開弁を図ることにより、シリンダヘッド内に滞留した冷却水の沸騰の抑制が図られるようにはなる。しかし、サーモエレメント周りの冷却水の温度が低い場合、発熱体によりサーモエレメントを加熱したとしても、それによって弁体の開弁が完了するまでに例えば加熱開始から２０〜３０秒といった長い時間がかかる。このため、発熱体でサーモエレメントを加熱したとしても、弁体が実際に開弁してエンジン内部への通水が実現される前に、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷間状態からのエンジン始動開始後、エンジンのシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することを抑制できるサーモスタット及び車両の冷却装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路のエンジンよりも下流側に設けられ、冷却水の温度が低いときに弁体を閉動作させてエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、前記冷却水の温度が高いときには同冷却水からの熱伝達を受けるサーモエレメントにより前記弁体を開動作させてエンジン内部の冷却水の通過を許容するサーモスタットにおいて、前記冷却水回路の冷却水の温度が低いときに前記弁体を強制的に開動作させるべく前記サーモエレメントを加熱する発熱体を備え、前記弁体は、前記冷却水回路内の冷却水の温度に基づくサーモエレメントの動作に関係なく外部機器により開動作可能とされていることを要旨とした。

冷間状態からのエンジンの始動開始直後の高負荷運転が行われた場合などには、サーモスタットの弁体が閉じられてエンジン内部の冷却水の通過が禁止された状態で、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けるため、その冷却水が沸騰するおそれがある。このような状況のもとで、発熱体によりサーモエレメントを加熱して弁体を開弁させようとしても、サーモエレメント周りに存在する冷却水の温度が低くなっていることから、加熱開始から弁体が実際に開弁完了するまでに長い時間がかかり、その開弁完了までにシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。しかし、上記構成によれば、外部機器によりサーモスタットの弁体を開動作させることで同開動作を応答性よく速やかに行うことができるため、上述した状況のときに外部機器により弁体を開弁させてエンジン内部への通水を行うようにすれば、その弁体の開弁完了前にシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することを抑制できる。

請求項２記載の発明では、ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路のエンジンよりも下流側に設けられ、冷却水の温度が低いときに弁体を閉動作させてエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、前記冷却水の温度が高いときには同冷却水からの熱伝達を受けるサーモエレメントにより前記弁体を開動作させてエンジン内部の冷却水の通過を許容するサーモスタットにおいて、前記冷却水回路の冷却水の温度が低いときに前記弁体を強制的に開動作させるべく前記サーモエレメントを加熱する発熱体を備え、前記弁体は、前記ポンプの駆動により前記冷却水回路内を循環する冷却水による圧力を受け、前記ポンプにおける冷却水の吐出流量を通常使用領域よりも多くしたとき、その冷却水による圧力に基づき開動作することを要旨とした。

冷間状態からのエンジンの始動開始直後の高負荷運転が行われた場合などには、サーモスタットの弁体が閉じられてエンジン内部の冷却水の通過が禁止された状態で、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けるため、その冷却水が沸騰するおそれがある。このような状況のもとで、発熱体によりサーモエレメントを加熱して弁体を開弁させようとしても、サーモエレメント周りに存在する冷却水の温度が低くなっていることから、加熱開始から弁体が実際に開弁完了するまでに長い時間がかかり、その開弁完了までにシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。しかし、上記構成によれば、ポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くするだけでサーモスタットの弁体を開動作させることができ、その開動作を応答性よく速やかに行うことができる。従って、上述した状況のときにポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くし、それによって弁体を応答性よく速やかに開弁させてエンジン内部への通水を行うようにすることで、その弁体の開弁完了前にシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することを抑制できる。

請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記弁体はばねにより閉方向に付勢されており、前記サーモエレメントは前記ばねの付勢力に抗して前記弁体を開動作させるものであり、前記ばねの付勢力は前記ポンプの吐出流量を通常使用領域内の値としたときに前記弁体に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも大きく、且つ前記ポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くしたときに前記弁体に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも小さい値に設定されていることを要旨とした。

上記構成によれば、ポンプの吐出流量を通常使用領域内の値としたときには、サーモエレメント周りの冷却水の温度に基づきサーモスタットの弁体が開閉動作される。すなわち、サーモエレメント周りの冷却水の温度が低いときにはばねの付勢力により弁体が閉弁され、サーモエレメント周りの冷却水の温度が高くなるとサーモエレメントが上記ばねの付勢力に抗して弁体を開弁させる。一方、上記ばねの付勢力により弁体が閉弁されているとき、ポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くすると、そのときに弁体に作用する水圧に基づく力が上記ばねの付勢力よりも大きくなって同弁体が開弁するようになる。従って、ポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くすることにより、サーモスタットの閉弁状態となっている弁体を応答性よく速やかに開動作させることができる。

請求項４記載の発明では、ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路と、その冷却水回路のエンジン出口の冷却水の温度を検出する水温センサと、請求項２又は３記載のサーモスタットと、前記ポンプ及び前記サーモスタットを駆動制御する制御部とを備える車両の冷却装置において、前記サーモスタットは、前記サーモエレメント周りの冷却水の温度が判定値未満であるときに弁体を閉弁させるものであり、前記制御部は、前記水温センサによって検出された冷却水の温度が前記判定値以上となったとき、前記サーモスタットの発熱体により前記サーモエレメントを加熱することで、閉弁状態にある前記弁体を開動作させるものであり、且つ、冷間状態からのエンジンの始動開始後、前記水温センサによって検出された冷却水の温度が前記判定値未満であるとき、エンジン運転状態に基づき推定される同エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度が同冷却水の沸騰を招くおそれのある値以上であることに基づき、前記ポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くするものであることを要旨とした。

上記構成によれば、冷間状態からのエンジンの始動開始直後には、サーモエレメント周りの冷却水の温度が判定値未満となり、同サーモスタットの弁体が閉じられてエンジン内部の冷却水の通過が禁止された状態となる。この状態にあって、エンジンの高負荷運転が行われた場合などには、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けて温度上昇するものの、サーモスタットの弁体が閉じられた状態となっている関係から、サーモエレメント周りの冷却水の温度上昇はほとんど生じない。このような状況のもとで、サーモスタットの弁体を開弁すべく発熱体によりサーモエレメントを加熱しても、サーモエレメント周りに存在する冷却水の温度が低くなっていることから、加熱開始から弁体が実際に開弁完了するまでに長い時間がかかり、その開弁完了までにシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。

しかし、上記構成によれば、冷間状態からのエンジンの始動開始後、エンジン運転状態に基づき推定されるシリンダヘッド内の冷却水の温度が同冷却水の沸騰を招くおそれのある値以上であるときには、ポンプの吐出流量が通常使用領域よりも多くされる。このようにポンプの吐出流量が通常使用領域よりも多されると、サーモスタットの弁体に作用する水圧による開き側への力が、同弁体に対し閉じ側に作用するばねの付勢力よりも大きくなり、その弁体が応答性よく速やかに開動作されるようになる。従って、上述した状況のときにポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くし、それによって弁体を応答性よく速やかに開弁させてエンジン内部への通水を行うようにすることで、その弁体の開弁完了前にシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することを抑制できる。

請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明において、前記制御部は、始動開始時点からのエンジンの吸入空気量の積算値と、前記冷却水回路におけるエンジン出口の冷却水の温度の前記水温センサによる実測値とに基づき、同エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度を推定することを要旨とした。

上記構成によれば、始動開始後におけるエンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度を推定する際、その推定が始動開始時点からのエンジンの吸入空気量の積算値と、前記冷却水回路におけるエンジン出口の冷却水の温度の実測値とに基づいて行われる。このため、推定された冷却水の温度を的確に実際の冷却水の温度に対応させることができる。

本実施形態における車両の冷却装置の全体構成を模式的に示したブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は、上記冷却装置のサーモスタットの構成を示す略図。 同実施形態の車両の冷却装置におけるエンジンの暖機状態に応じたエンジン冷却水循環、バルブ及びサーモスタットの作動状態を示す表図。 同実施形態の車両の冷却装置におけるエンジン冷間時の冷却水の流れを示すブロック図。 同実施形態の車両の冷却装置におけるエンジン半暖機時の冷却水の流れを示すブロック図。 同実施形態の車両の冷却装置におけるバルブの開弁前後のエンジン内部の冷却水温の推移を示すグラフ。 ウォータポンプの駆動手順を示すフローチャート。 水温センサにより測定された冷却水温、及びシリンダヘッド内の推定水温の推移を示すグラフ。

以下、本発明を車両の冷却装置及び同装置に設けられるサーモスタットに具体化した一実施形態を、図１〜図８に従って説明する。
図１は、本実施形態の車両の冷却装置の冷却水回路の構成を示している。この冷却装置は、エンジン１の内部を通って冷却水を循環させる第１冷却水回路と、エンジン１の内部を通らずに且つ排熱回収器２を通って冷却水を循環させる第２冷却水回路とを備えている。これら冷却水回路の冷却水は、同一のウォータポンプ３により各々循環可能となっている。このウォータポンプ３は、電動式のポンプであり、外部からの指令に基づき吐出する冷却水の流量を可変とすることができる。また、上記排熱回収器２は、エンジン１の排ガスと第２冷却水回路の冷却水との熱交換を行い、排ガスの熱で冷却水を加熱する熱交換器として機能する。

第１冷却水回路は、ウォータポンプ３、エンジン１、及びラジエータ４を通るメイン経路と、そのラジエータ４を迂回するバイパス経路とに分岐されている。第１冷却水回路のメイン経路に設けられたラジエータ４は、第１冷却水回路内の冷却水の熱を外気中に放熱させるためのものである。上記メイン経路では、ウォータポンプ３から吐出された冷却水が、エンジン１、ラジエータ４、感温弁５を通った後、ウォータポンプ３に戻るようになっている。感温弁５は、後述するヒータコア６を通過した後の冷却水の温度が規定値（例えば１０５℃）以上となったときに開弁して、ラジエータ４を通じた冷却水の循環を許容する。また、感温弁５は、ヒータコア６通過後の温度が上記規定値未満のときには閉弁し、ラジエータ４を通じた冷却水の循環を禁止する。すなわち、この車両の冷却装置では、ラジエータ４は、感温弁５に流入する冷却水の温度が規定値以上となったときに、エンジン１の内部を通った冷却水の熱を放熱させるように能動化される。こうしたラジエータ４の近傍には、余剰の冷却水を貯留するリザーバータンク１３が設置されている。

また、第１冷却水回路の上記バイパス経路では、ウォータポンプ３から吐出された冷却水が、エンジン１、サーモスタット７、ヒータコア６、及び感温弁５を通ってウォータポンプ３に戻るようになっている。上記バイパス経路のエンジン１よりも下流側に設けられたサーモスタット７は、周囲の冷却水の温度に基づき開閉するとともに、同冷却水の低温時に閉弁状態から強制的に開動作させることも可能なオン・オフ弁である。また、ヒータコア６は、空気と冷却水との熱交換を通じて車室内に送風される空気を暖める熱交換機として機能する。ちなみにヒータコア６は、排熱回収器２により排ガスから回収された熱を利用する熱利用機器でもある。なお、感温弁５は、こうしたバイパス経路を通じた冷却水の循環を常時許容するように形成されている。また、同バイパス経路を通じた冷却水の循環は、サーモスタット７の閉弁に応じて停止される。従って、サーモスタット７と上記感温弁５とが共に閉弁したときには、エンジン１内部を通じた冷却水の循環は停止されるようになる。

一方、第２冷却水回路は、図１に示されるウォータポンプ３を出た後、エンジン１のスロットルボディ９を通過する経路とこれを通過しない経路との２つの経路に分岐している。同経路は再び合流した後、ＥＧＲクーラ１０及び上記排熱回収器２を通って、ヒータコア６の上流で上記バイパス経路に合流される。第２冷却水回路に設けられた上記ＥＧＲクーラ１０は、エンジン１の排気系から吸気系へと還流される排気（再循環排気）を冷却するためのものである。

次に、上記サーモスタット７の具体的な構造及び動作態様について、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
図２（ａ）に示されるように、サーモスタット７は、ばね２１により閉方向（図中左方向）に付勢される弁体２２と、その弁体２２を上記ばね２１の付勢力に抗して開動作させるサーモエレメント２３とを備えている。同サーモエレメント２３は、内部に封入されたワックスの熱膨張または熱収縮に伴いシャフト２４を突出または没入させるものであり、そうしたシャフト２４の突出または没入と上記ばね２１の付勢力とを通じて弁体２２を開閉動作させる。

従って、サーモエレメント２３周りの冷却水の温度が低いときには、サーモエレメント２３内部のワックスの熱収縮によりシャフト２４が没入状態となり、サーモスタット７の弁体２２がばね２１の付勢力によって閉弁状態とされる。このときには、第１冷却水回路のバイパス経路での冷却水の流通が上記弁体２２の閉弁によって禁止されるため、エンジン１内部の冷却水の通過も禁止されることとなる。一方、サーモスタット７周りの冷却水の温度が高いときには、図２（ｂ）に示されるように、サーモエレメント２３内部のワックスの熱膨張によりシャフト２４が突出し、サーモスタット７の弁体２２がばね２１の付勢力に抗して開動作して開弁状態となる。このときには、第１冷却水回路のバイパス経路での冷却水の流通が上記弁体２２の開弁によって許容されるため、エンジン１内部の冷却水の通過も許容されることとなる。

また、サーモスタット７においては、周囲の冷却水の温度が低く閉弁状態にある弁体２２を強制的に開動作させるべくサーモエレメント２３を加熱する発熱体２５が設けられている。この発熱体２５は、通電により発熱することによりサーモエレメント２３を加熱する。このように発熱体２５によりサーモエレメント２３を加熱することにより、サーモエレメント２３周りの冷却水の温度が低く弁体２２が閉弁状態にあるとしても、その弁体２２を強制的に開動作させることができる。ただし、サーモエレメント２３周りに存在する冷却水の温度が低い場合には、発熱体２５によるサーモエレメント２３の加熱で内部のワックスが熱膨張してシャフト２４が突出し、そのシャフト２４の突出により弁体２２が開弁完了するまでに長い時間（例えば加熱開始から２０〜３０秒）を要する。このため、閉弁状態にある弁体２２を素早く開弁完了させることが必要な状況にも対応できるよう、サーモスタット７が以下のように形成されている。

すなわち、サーモスタット７においては、周囲の冷却水の温度が低く閉弁状態にある弁体２２が、同冷却水の温度に基づく上記サーモエレメント２３の動作に関係なく外部機器により開動作可能とされている。具体的には、サーモスタット７においては、弁体２２がウォータポンプ３の駆動により第１冷却水回路のバイパス経路内を循環しようとする冷却水による圧力を受け、ウォータポンプ３における冷却水の吐出流量を通常使用領域よりも多くしたとき、その冷却水による圧力に基づき開動作するように形成されている。言い換えれば、弁体２２を閉方向に付勢するばね２１の付勢力は、ウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域内の値としたときに弁体２２に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも大きく、且つウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域よりも多くしたときに弁体２２に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも小さい値に設定されている。従って、閉弁状態にある弁体２２を素早く開弁完了させることが必要な状況のとき、ウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域よりも多くすれば、図２（ｃ）に示されるように、弁体２２が受ける水圧に基づく力により同弁体２２が応答性よく速やかに開動作して開弁完了するようになる。

次に、本実施形態における車両の冷却装置の電気的構成について、図１を参照して説明する。
車両の冷却装置は、上記ウォータポンプ３の吐出流量、及び、サーモスタット７における発熱体２５を用いた弁体２２の強制的な開動作を制御するエンジン冷却制御部１１を備えている。

このエンジン冷却制御部１１は、エンジン１の冷却制御に係る各種演算処理を実施するＣＰＵ、制御用のプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果やセンサの検出結果等を一時的に記憶するＲＡＭ、外部との信号の入出力を司るＩ／Ｏを備えた電子制御ユニットとして構成されている。なお、こうしたエンジン冷却制御部１１には、第１冷却回路におけるエンジン１の出口部分の冷却水温ｔｈｗ１を検出する水温センサ１２からの検出信号、ヒータコア６に流入する冷却水の温度（冷却水温ｔｈｗ２）を検出する水温センサ１４からの検出信号、及びエンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１６からの検出信号が入力される。

図３は、本実施形態の車両の冷却装置におけるエンジン１の暖機状態に応じたエンジン１の冷却水循環、サーモスタット７及び感温弁５の作動態様を示している。同図に示すように、エンジン１の冷間時には、サーモスタット７及び感温弁５は閉弁されており、エンジン１内部の冷却水の循環は停止されている。一方、エンジン１が半暖機状態になると、サーモスタット７が開弁してエンジン１内部の冷却水の循環が開始される。そしてエンジン１の暖機後には、感温弁５も開弁して、ラジエータ４が能動化され、冷却水の放熱が行われるようになる。

なお、ここでいうエンジン１の暖機後とは、エンジン１の温度として代用される冷却水温ｔｈｗ１がエンジン１の暖機完了を示す値である暖機判定値（例えば９０℃）以上となった状態のことである。また、エンジン１の半暖機状態とは、冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値（９０℃）未満であって、且つ同暖機判定値よりも低い温度（例えば７０℃）に設定された半暖機判定値以上となった状態のことである。更に、エンジン１の冷間時とは、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値（７０℃）未満である状態のことである。

図４は、エンジン１の冷間時における冷却水の流れを示している。このときには、サーモスタット７及び感温弁５が共に閉弁され、第１冷却水回路での冷却水の循環が禁止されるようになる。このように第１冷却水回路での冷却水の循環を禁止してエンジン１の内部に冷却水を滞留させると、エンジン１内部の冷却水の昇温が促進され、エンジン１の暖機が早められる。

また、このときの冷却水は、同図に示すように、第２冷却水回路においてのみ循環される。すなわち、このときの冷却水は、ウォータポンプ３から、スロットルボディ９、ＥＧＲクーラ１０、排熱回収器２、ヒータコア６、及び感温弁５を通って循環される。こうした第２冷却水回路の冷却水は、ＥＧＲクーラ１０及び排熱回収器２において排気から回収した熱により昇温されるようになっている。ここで車室においてヒータがオンとなっていると、ＥＧＲクーラ１０及び排熱回収器２において排気から回収した熱により、車室内に送風される空気が暖められる。この場合、回収した熱の多くがヒータに使用されるため、冷却水の昇温は遅れるようになる。こうした場合、エンジン１の内部の冷却水の方が、第２冷却水回路の冷却水よりも早く昇温するようになる。仮に、こうした状況で、エンジン１の暖機完了後（ｔｈｗ１≧９０℃）にサーモスタット７が開弁されて第２冷却水回路の冷却水と第１冷却水回路の冷却水とが混合されたとすると、冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値を挟んで昇降し、同冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値以上であるか否かによって制御内容を切り替える制御に支障を来す虞がある。

このため、本実施形態の車両の冷却装置では、冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値よりも低い温度（７０℃）に設定された半暖機判定値未満であるとき、すなわちエンジン１の冷間時にはサーモスタット７を閉弁させ、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値以上となったときにサーモスタット７を開弁させて両冷却水回路の冷却水を混合させる。詳しくは、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値未満であるときのサーモスタット７の発熱体２５によるサーモエレメント２３の加熱を停止状態とし、且つサーモエレメント２３周りの冷却水の温度が上記半暖機判定値と等しい値になったときに弁体２２が開弁するようサーモエレメント２３に封入されたワックスの熱膨張率等を設定する。更に、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値以上となったときのサーモスタット７の弁体２２の開動作がより確実に行われるよう、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値まで上昇したときに発熱体２５によるサーモエレメント２３の加熱を行う。

以上により、冷間状態からのエンジン１の始動後などにおいて、冷却水温ｔｈｗ１が上記半暖機判定値以上になると、閉弁状態にあったサーモスタット７が開弁するようになる。図５は、このときの冷却水の流れを示している。このときには、サーモスタット７の開弁により、エンジン１の内部を通じた冷却水の循環が開始される。そして、エンジン１内部を通過した冷却水は、開弁したサーモスタット７を通り、ヒータコア６の上流において第２冷却水回路を流れる冷却水と混合されるようになる。

図６は、上記サーモスタット７の開弁前後のエンジン１内部の冷却水温の推移を示している。本実施形態の車両の冷却装置では、上述したように、エンジン１の内部の冷却水温がエンジン１の暖機判定値（９０℃）よりも低い温度（７０℃）に設定された半暖機判定値以上となったときに、第１冷却水回路の冷却水と第２冷却水回路の冷却水とを混合させるようにしている。そのため、このときの第２冷却水回路の冷却水温が低く、混合に応じてエンジン１内部の冷却水温が昇降しても、同図に示すように、その昇降は、暖機判定値（９０℃）よりも十分に低い温度域で行われるようになる。従って、サーモスタット７が開弁されて第２冷却水回路の冷却水と第１冷却水回路の冷却水とが混合されたとき、冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値を挟んで昇降し、同冷却水温ｔｈｗ１が上記暖機判定値以上であるか否かによって制御内容を切り替える制御に支障を来すことはない。

ところで、冷間状態からのエンジン１の始動開始直後において、サーモスタット７の閉弁によりエンジン１の暖機促進が図られている状態で、エンジン１の高負荷運転により燃焼室での発熱が多くなると、エンジン１のシリンダヘッド内の冷却水の温度だけが上昇し、サーモスタット７周りの冷却水の温度は上昇しないという状況が生じる。このような状況のもとでは、エンジン１のシリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けることにより、その冷却水の温度が過度に上昇して同冷却水が沸騰するおそれがある。

こうしたことに対処するため、サーモスタット７の弁体２２が閉じられた状態でエンジン１のシリンダヘッド内の冷却水の温度が沸騰するおそれのある値となったときに、サーモスタット７の発熱体２５でサーモエレメント２３を加熱し、サーモスタット７周りの冷却水の温度が低くても弁体２２を強制的に開動作させることが考えられる。このように弁体２２を開動作させることにより、エンジン１内部への通水が図られ、ひいてはシリンダヘッド内に滞留した冷却水の沸騰の抑制が図られる。

しかし、サーモエレメント２３周りの冷却水の温度が低い場合、発熱体２５によりサーモエレメント２３を加熱したとしても、それによって弁体２２の開弁が完了するまでに例えば加熱開始から２０〜３０秒といった長い時間がかかる。このため、発熱体２５でサーモエレメント２３を加熱したとしても、弁体２２が実際に開弁してエンジン１内部への通水が実現される前に、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。

次に、冷間状態からのエンジン１の始動開始直後に同エンジン１の高負荷運転が行われる場合などに、サーモスタット７の閉弁に起因してエンジン１のシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するという上記問題の本実施形態の対策について、ポンプ駆動ルーチンを示す図７のフローチャートを参照して説明する。このポンプ駆動ルーチンは、ウォータポンプ３を駆動するためのものであって、エンジン冷却制御部１１を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、まず冷却水温ｔｈｗ１が読み込まれ（Ｓ１０１）、同冷却水温ｔｈｗ１が半暖機判定値未満であるか否かが判断される（Ｓ１０２）。ここで肯定判定であるということは、エンジン１が冷間状態にあり、且つサーモスタット７が閉弁状態にあることを意味する。そして、Ｓ１０２で肯定判定がなされると、エンジン１の始動開始時点からの同エンジン１の吸入空気量の積算値、及び水温センサ１４による冷却水の温度の実測値である冷却水温ｔｈｗ１に基づき、エンジン１のシリンダヘッド内の冷却水の温度が推定される（Ｓ１０３）。

なお、上記吸入空気量の積算値は、エアフローメータ１６からの検出信号に基づき所定タイミング毎に算出されるエンジン１の吸入空気量を、その算出毎に累積することによって得られる値である。こうして求められた吸入空気量の積算値は、エンジン１の始動開始時点からのエンジン１での燃料消費量の合計値、言い換えればエンジン１で発生した熱量の合計値に対応した値となる。そして、Ｓ１０３の処理では、上記吸入空気量の積算値に基づきシリンダヘッド内の冷却水の温度における冷却水温ｔｈｗ１との乖離量αを求め、その乖離量αを冷却水温ｔｈｗ１に加算することにより、推定水温ｔｈｗＰが求められている。なお、上記冷却水温ｔｈｗ１及び上記推定水温ｔｈｗＰは、冷間状態からのエンジン１の始動開始後、時間経過に伴い例えば図８に示されるように推移する。

図７のＳ１０３の処理で推定水温ｔｈｗＰが求められると、同推定水温ｔｈｗＰが所定値ａ以上であるか否かが判断される（Ｓ１０４）。ここで肯定判定であればシリンダヘッド内で冷却水の沸騰が生じるおそれがある旨判断され、否定判定であればシリンダヘッド内で冷却水の沸騰が生じるおそれはない旨判断される。上記所定値ａとしては、こうした判断を的確に行うことのできる値として、予め実験等により定められた値が用いられる。そして、サーモスタット７の閉弁状態でのエンジン１の高負荷運転などにより、シリンダヘッド内の冷却水の温度が急激に上昇すると、上記Ｓ１０４で肯定判定がなされる。この場合、ウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域よりも多い値、例えば最大となるように同ポンプ３が駆動される（Ｓ１０５）。そして、ウォータポンプ３の吐出流量が最大とされると、サーモスタット７の弁体２２に作用する水圧による開き側への力が、同弁体２２に対し閉じ側に作用するばね２１の付勢力よりも大きくなり、その弁体２２が応答性よく速やかに開動作して開弁完了する。このように弁体２２を応答性よく速やかに開弁完了させることで、その弁体２２の開弁が完了するまでに長い時間がかかる場合のように、同弁体２２の開弁によるシリンダヘッド内の通水が遅れて同シリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することは抑制される。

なお、Ｓ１０２の処理で冷却水温ｔｈｗ１が半暖機判定値以上である旨判断されたり、Ｓ１０４で推定水温ｔｈｗＰが所定値ａ未満である旨判断されたりした場合には、ウォータポンプ３の吐出流量が通常の値とされる（Ｓ１０６）。すなわち、ウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域内で状況に応じて適宜可変とされるよう、同ポンプ３が駆動される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）冷間状態からのエンジン１の始動開始直後には、サーモスタット７のサーモエレメント２３周りの冷却水の温度が暖機判定値未満となり、同サーモスタット７の弁体２２が閉じられてエンジン１内部の冷却水の通過が禁止された状態となる。この状態にあって、エンジン１の高負荷運転が行われた場合などには、シリンダヘッド内に滞留した冷却水が燃焼室からの熱を受けて温度上昇するものの、サーモスタット７の弁体２２が閉じられた状態となっている関係から、サーモエレメント２３周りの冷却水の温度上昇はほとんど生じない。このような状況のもとで、サーモスタット７の弁体２２を開弁すべく発熱体２５によりサーモエレメント２３を加熱しても、加熱開始から弁体２２が実際に開弁完了するまでに例えば２０〜３０秒といった長い時間がかかるため、その開弁完了までにシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰するおそれがある。

しかし、冷間状態からのエンジン１の始動開始後、吸入空気量及び冷却水温ｔｈｗ１といったエンジン運転状態に基づき推定されるシリンダヘッド内の冷却水の温度（推定水温ｔｈｗＰ）が同冷却水の沸騰を招くおそれのある値（所定値ａ）以上であるときには、ウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域よりも多くされる。このようにウォータポンプ３の吐出流量が通常使用領域よりも多くされると、サーモスタット７の弁体２２に作用する水圧による開き側への力が、同弁体２２に対し閉じ側に作用するばね２１の付勢力よりも大きくなり、その弁体２２が応答性よく速やかに開動作されるようになる。従って、上述した状況のときにウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域よりも多くし、それによって弁体２２を応答性よく速やかに開弁させてエンジン１内部への通水を行うようにすることで、その弁体２２の開弁完了前にシリンダヘッド内に滞留した冷却水が沸騰することを抑制できる。

（２）推定水温ｔｈｗＰを推定することは、始動開始時点からのエンジン１の吸入空気量の積算値と、第１冷却水回路におけるエンジン１出口の冷却水の温度の実測値（冷却水温ｔｈｗ１）とに基づいて行われる。より詳しくは、所定タイミング毎に算出される上記吸入空気量をその算出毎に累積することによって上記積算値を求め、その積算値と冷却水温ｔｈｗ１とに基づき求められる乖離量αを冷却水温ｔｈｗ１に加算することにより、上記推定水温ｔｈｗＰが求められる。これにより、求められた推定水温ｔｈｗＰを的確にシリンダヘッド内の実際の冷却水の温度に対応させることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ウォータポンプ３の吐出流量を通常使用領域よりも多くする際、その吐出流量を必ずしも最大とする必要はない。

・サーモスタット７の弁体２２を強制的に開動作させる外部機器としてウォータポンプ３を例示したが、それ以外の外部機器（モータ等）により弁体２２を開動作させるようにしてもよい。

１…エンジン、２…排熱回収器、３…ウォータポンプ、４…ラジエータ、５…感温弁、６…ヒータコア、７…サーモスタット、９…スロットルボディ、１０…ＥＧＲクーラ、１１…エンジン冷却制御部、１２…水温センサ、１３…リザーバータンク、１４…水温センサ、１６…エアフローメータ、２１…ばね、２２…弁体、２３…サーモエレメント、２４…シャフト、２５…発熱体。

Claims (5)

1. ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路のエンジンよりも下流側に設けられ、冷却水の温度が低いときに弁体を閉動作させてエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、前記冷却水の温度が高いときには同冷却水からの熱伝達を受けるサーモエレメントにより前記弁体を開動作させてエンジン内部の冷却水の通過を許容するサーモスタットにおいて、
   前記冷却水回路の冷却水の温度が低いときに前記弁体を強制的に開動作させるべく前記サーモエレメントを加熱する発熱体を備え、
   前記弁体は、前記冷却水回路内の冷却水の温度に基づくサーモエレメントの動作に関係なく外部機器により開動作可能とされている
   ことを特徴とするサーモスタット。
2. ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路のエンジンよりも下流側に設けられ、冷却水の温度が低いときに弁体を閉動作させてエンジン内部の冷却水の通過を禁止し、前記冷却水の温度が高いときには同冷却水からの熱伝達を受けるサーモエレメントにより前記弁体を開動作させてエンジン内部の冷却水の通過を許容するサーモスタットにおいて、
   前記冷却水回路の冷却水の温度が低いときに前記弁体を強制的に開動作させるべく前記サーモエレメントを加熱する発熱体を備え、
   前記弁体は、前記ポンプの駆動により前記冷却水回路内を循環する冷却水による圧力を受け、前記ポンプにおける冷却水の吐出流量を通常使用領域よりも多くしたとき、その冷却水による圧力に基づき開動作する
   ことを特徴とするサーモスタット。
3. 前記弁体はばねにより閉方向に付勢されており、前記サーモエレメントは前記ばねの付勢力に抗して前記弁体を開動作させるものであり、前記ばねの付勢力は前記ポンプの吐出流量を通常使用領域内の値としたときに前記弁体に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも大きく、且つ前記ポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くしたときに前記弁体に作用する冷却水の圧力に基づく力よりも小さい値に設定されている請求項２記載のサーモスタット。
4. ポンプの駆動により冷却水がエンジン内部を通って循環する冷却水回路と、その冷却水回路のエンジン出口の冷却水の温度を検出する水温センサと、請求項２又は３記載のサーモスタットと、前記ポンプ及び前記サーモスタットを駆動制御する制御部とを備える車両の冷却装置において、
   前記サーモスタットは、前記サーモエレメント周りの冷却水の温度が判定値未満であるときに弁体を閉弁させるものであり、
   前記制御部は、前記水温センサによって検出された冷却水の温度が前記判定値以上となったとき、前記サーモスタットの発熱体により前記サーモエレメントを加熱することで、閉弁状態にある前記弁体を開動作させるものであり、且つ、
   冷間状態からのエンジンの始動開始後、前記水温センサによって検出された冷却水の温度が前記判定値未満であるとき、エンジン運転状態に基づき推定される同エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度が同冷却水の沸騰を招くおそれのある値以上であることに基づき、前記ポンプの吐出流量を通常使用領域よりも多くするものである
   ことを特徴とする車両の冷却装置。
5. 前記制御部は、始動開始時点からのエンジンの吸入空気量の積算値と、前記冷却水回路におけるエンジン出口の冷却水の温度の前記水温センサによる実測値とに基づき、同エンジンのシリンダヘッド内の冷却水の温度を推定する請求項４記載の車両の冷却装置。

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