JP4497082B2 - エンジンの冷却媒体循環装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却媒体を循環し得るように構成された、エンジンの冷却媒体循環装置（以下、単に「循環装置」と称する。）に関する。

上述の循環装置として、従来、様々な構成のものが知られている。例えば、特開２００１−１４０７０１号公報（特許文献１）、特開２００２−１４７２９２号公報（特許文献２）、及び特開２００２−２２７６４６号公報（特許文献３）においては、エンジンの冷却水循環経路から導入した冷却水をＥＧＲクーラに循環させることで、当該冷却水とＥＧＲガスとの熱交換により、ＥＧＲガスを冷却させる構成が開示されている。ここで、ＥＧＲ（排気ガス再循環：exhaust gas recirculation）は、ディーゼルエンジン等の排気ガスを浄化する技術である。このＥＧＲとは、当該排気ガス中のＮＯｘの排出量を低減するために、当該排気ガスの一部を吸気に再循環することで、燃焼温度を低く抑えてＮＯｘの生成を抑制する技術をいう。
特開２００１−１４０７０１号公報 特開２００２−１４７２９２号公報 特開２００２−２２７６４６号公報

この種の循環装置においては、ＥＧＲクーラの他にも、エンジンの冷却媒体（クーラント）による様々な処理対象（冷却対象）が、当該冷却媒体の循環経路に介装されている。そして、当該冷却媒体が当該循環経路内を循環することで、上述の各種の処理対象にて当該冷却媒体との熱交換が生じる。

これにより、例えば、様々な処理対象において発生した熱が、当該冷却媒体との熱交換によって吸収され、当該処理対象が冷却される（シリンダヘッド、シリンダブロック、ＥＧＲクーラ等）。あるいは、当該処理対象が当該冷却媒体から熱を吸収することで、当該処理対象の温度が上昇するとともに、当該冷却媒体の温度が低下する（ラジエータ、ヒータ等）。

一方、上述の様々な処理対象（シリンダヘッド、シリンダブロック、ＥＧＲクーラ）において、適切に作動するための適切な温度がそれぞれ異なる場合がある。

例えば、シリンダブロックについては、潤滑オイルの温度をある程度の温度まで高めてフリクションを低減するという観点から、冷間始動の直後（特に寒冷時）にはむしろ冷却媒体をシリンダブロックに導入しない方が便宜な場合がある。一方、シリンダヘッドについては、燃焼室における燃料混合気の燃焼による発熱のため、始動直後から冷却媒体を導入して積極的にシリンダヘッドの冷却が行われる方が便宜である。さらに、ＥＧＲクーラについては、ＥＧＲガスを冷却することでＮＯｘの生成を抑制したい一方で、ＥＧＲガスが冷却され過ぎると却ってＨＣ等が発生してしまう。このような観点から、当該ＥＧＲクーラを適切な温度に維持するために、当該ＥＧＲクーラへの冷却媒体の導入状態を、運転状態に応じて適切に制御する必要がある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジンの冷却媒体による処理対象がより適切に作動し得るように、各処理対象に応じて冷却媒体の供給状態を適切に制御し得る、エンジンの冷却媒体循環装置を提供することにある。

（１）本発明の循環装置は、シリンダヘッドの冷却状態とシリンダブロックの冷却状態とを独立して制御し得る、いわゆる２系統冷却装置として構成されている。そして、具体的には、本発明の循環装置は、ヘッド内冷却媒体通路と、ブロック内冷却媒体通路と、ブロック冷却制限部と、ＥＧＲクーラと、ＥＧＲ冷却制御部と、を備えている。

前記ヘッド内冷却媒体通路は、前記シリンダヘッド内に形成されている。前記ブロック内冷却媒体通路は、前記シリンダブロック内に形成されている。前記ブロック冷却制限部は、前記冷却媒体の温度に応じて、前記ブロック内冷却媒体通路における前記冷却媒体の通過を制限し得るように構成されている。

前記ＥＧＲクーラは、前記エンジンの排気通路から吸気通路へガスを導入し得るように構成されたＥＧＲ通路に介装されている。このＥＧＲクーラは、前記ガスと前記冷却媒体との熱交換によって当該ガスを冷却し得るように構成されている。前記ＥＧＲ冷却制御部は、前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給状態を制御し得るように構成されている。

かかる構成においては、前記冷却媒体が前記ヘッド内冷却媒体通路を通過することで、前記シリンダヘッドが冷却される。また、前記冷却媒体が前記ブロック内冷却媒体通路を通過することで、前記シリンダブロックが冷却される。ここで、前記冷却媒体の温度に応じて、前記ブロック冷却制限部によって、前記ブロック内冷却媒体通路における前記冷却媒体の通過が制限される。具体的には、例えば、前記冷却媒体の温度が低温である場合（冷間始動時）に、前記ブロック内冷却媒体通路における前記冷却媒体の通過が制限される。すなわち、当該場合に、前記冷却媒体による前記シリンダブロックの冷却が制限される。

さらに、前記ＥＧＲ冷却制御部によって、前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給状態が制御される。

なお、本循環装置は、前記エンジンの運転中において、前記冷却媒体が前記ヘッド内冷却媒体通路を常時通過するように構成されていることが好ましい。

本構成による効果は以下の通りである。本構成によれば、運転状態に応じて、前記シリンダブロック及び前記ＥＧＲクーラのそれぞれの冷却状態を、前記ブロック冷却制限部及び前記ＥＧＲ冷却制御部によって適切に制御することができる。したがって、本構成によれば、前記冷却媒体による処理対象（前記シリンダヘッド、前記シリンダブロック、及び前記ＥＧＲクーラ）がより適切に作動し得るように、各処理対象に応じて前記冷却媒体の供給状態を適切に制御することができる。

（２）前記循環装置は、冷却媒体送出部と、冷却媒体送出管と、ＥＧＲ冷却分岐管と、ＥＧＲ冷却媒体排出管と、をさらに備えていて、前記ＥＧＲ冷却制御部が、前記ＥＧＲ冷却分岐管又は前記ＥＧＲ冷却媒体排出管に介装されたＥＧＲ冷却調整弁を備えていてもよい。ここで、前記冷却媒体送出部は、前記冷却媒体を前記シリンダヘッド（前記ヘッド内冷却媒体通路）に向けて送出し得るように構成されている。前記冷却媒体送出管は、前記冷却媒体送出部と前記シリンダヘッド（前記ヘッド内冷却媒体通路）とを接続するように配置されている。前記ＥＧＲ冷却分岐管は、前記冷却媒体送出管から分岐して形成されていて、前記ＥＧＲクーラと接続されている。前記ＥＧＲ冷却媒体排出管は、前記ＥＧＲクーラからの前記冷却媒体の排出路を構成するものであって、前記ＥＧＲクーラと接続されている。

すなわち、本構成においては、前記ＥＧＲクーラに前記冷却媒体を供給するための前記ＥＧＲ冷却分岐管が、前記冷却媒体送出管における、前記シリンダヘッド（前記ヘッド内冷却媒体通路）よりも手前から分岐している。

かかる構成においては、前記ＥＧＲ冷却分岐管、又は前記ＥＧＲ冷却媒体排出管に介装された前記ＥＧＲ冷却調整弁によって、前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給状態が制御される。

すなわち、前記ＥＧＲ冷却調整弁が開放されている場合、前記冷却媒体送出部から前記シリンダヘッドに向けて送出された前記冷却媒体の一部が、前記冷却媒体送出管から分岐した前記ＥＧＲ冷却分岐管に流入し得る。このＥＧＲ冷却分岐管に流入した前記冷却媒体は、前記ＥＧＲクーラに供給された後、当該ＥＧＲクーラから前記ＥＧＲ冷却媒体排出管に向けて排出される。このようにして、前記ＥＧＲ冷却分岐管、前記ＥＧＲクーラ、及び前記ＥＧＲ冷却媒体排出管からなるＥＧＲ冷却系統を前記冷却媒体が流れることで、当該ＥＧＲクーラが冷却される。

一方、前記ＥＧＲ冷却調整弁が閉鎖されている場合、前記ＥＧＲ冷却系統における前記冷却媒体の流れが、当該ＥＧＲ冷却調整弁によって制限される。この場合、前記ＥＧＲクーラの冷却が制限される。

本構成による効果は以下の通りである。本構成によれば、前記シリンダヘッドにて発生した熱を吸収する前の、比較的低温の前記冷却媒体が、前記ＥＧＲ冷却分岐管を介して前記ＥＧＲクーラに供給される。よって、本構成によれば、前記ＥＧＲクーラが効果的に冷却される。また、本構成によれば、前記ＥＧＲ冷却調整弁の開放・閉鎖状態を制御することで、エンジンの運転状態に応じて、前記ＥＧＲクーラにおける冷却状態を容易に制御することができる。

（３）前記循環装置は、前記冷却媒体送出部よりも前記冷却媒体の流動方向における上流側に配置されたラジエータをさらに備えていて、前記ＥＧＲ冷却分岐管は、前記ラジエータを経て前記冷却媒体送出部によって送出された前記冷却媒体が流入し得るように構成されていてもよい。

かかる構成においては、前記ラジエータによって外気との熱交換により冷却された前記冷却媒体が、当該ラジエータから前記冷却媒体送出部に送られる。そして、この冷却媒体が、前記冷却媒体送出部から前記シリンダヘッドに向けて送出され、その一部が、前記冷却媒体送出管から分岐した前記ＥＧＲ冷却分岐管に流入する。

本構成による効果は以下の通りである。本構成によれば、前記ラジエータによって冷却された後であって、前記シリンダヘッドにて発生した熱を吸収する前の、比較的低温の前記冷却媒体が、前記ＥＧＲ冷却分岐管を介して前記ＥＧＲクーラに供給される。よって、本構成によれば、前記ＥＧＲクーラがより効果的に冷却される。

（４）前記循環装置は、シリンダヘッド排出管と、シリンダブロック排出管と、ブロック間流路と、を備えていて、前記弁機構は、前記冷却媒体の温度に応じて、前記シリンダヘッド排出管及び前記シリンダブロック排出管と前記ラジエータとの間の、前記冷却媒体の流動状態を変更させ得るように構成された第一調整弁から構成されていてもよい。ここで、前記シリンダヘッド排出管は、前記シリンダヘッドから前記ラジエータに向かう前記冷却媒体の通路を構成するものであって、前記ヘッド内冷却媒体通路と接続されている。前記シリンダブロック排出管は、前記シリンダブロックから前記ラジエータに向かう前記冷却媒体の通路を構成するものであって、前記ブロック内冷却媒体通路と接続されている。前記ブロック間流路は、前記ヘッド内冷却媒体通路と前記ブロック内冷却媒体通路とを接続するように設けられている。

ここで、前記ブロック間流路は、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドの接合部の近傍に配置されている。なお、当該ブロック間流路は、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの接合体（エンジンブロック）の内部に形成されていてもよいし、当該接合体の外側に形成されていてもよい。

かかる構成においては、前記ヘッド内冷却媒体通路から前記シリンダヘッド排出管を介して前記ラジエータに向かう前記冷却媒体の流動状態が、当該冷却媒体の温度に応じて、前記第一調整弁によって変更される。

また、本構成においては、前記ブロック内冷却媒体通路から前記シリンダブロック排出管を介して前記ラジエータに向かう前記冷却媒体の流動状態が、当該冷却媒体の温度に応じて、前記第一調整弁によって変更される。すなわち、前記冷却媒体の温度に応じて、前記ヘッド内冷却媒体通路から前記ブロック間流路を通って前記ブロック内冷却媒体通路に達し、前記シリンダブロックから発生した熱を吸収し、前記シリンダブロック排出管を通って前記ラジエータに至る、前記冷却媒体の流路が形成される。

本構成による効果は以下の通りである。本構成によれば、前記冷却媒体の温度に応じて（すなわち前記エンジンの運転状態に応じて）、前記ラジエータによる前記冷却媒体の冷却状態が変更される。よって、本構成によれば、簡略な装置構成により、前記シリンダヘッド、前記シリンダブロック、及び前記ＥＧＲクーラの冷却状態を適切に制御することができる。

（５）前記循環装置は、ラジエータ排出管と、バイパス管と、第二調整弁と、を備えていてもよい。ここで、前記ラジエータ排出管は、前記ラジエータと前記冷却媒体送出部とを接続するように設けられている。前記バイパス管は、前記シリンダヘッド排出管と前記ラジエータ排出管とを接続するように設けられている。前記第二調整弁は、前記冷却媒体の温度に応じて、前記バイパス管における前記冷却媒体の流動状態を変更させ得るように構成されている。

かかる構成においては、前記バイパス管を通る（前記ラジエータをバイパスして前記シリンダヘッド排出管から前記ラジエータ排出管に流れる）前記冷却媒体の流動状態が、前記第二調整弁によって変更される。すなわち、前記シリンダヘッド排出管を介して前記ヘッド内冷却媒体通路から排出された前記冷却媒体が、前記ラジエータを通って外気との熱交換により冷却されるか否かが、前記第二調整弁によって変更される。

本構成による効果は以下の通りである。本構成によれば、前記冷却媒体の温度に応じて（すなわち前記エンジンの運転状態に応じて）、前記ラジエータによる前記冷却媒体の冷却状態が変更される。よって、本構成によれば、簡略な装置構成により、前記シリンダヘッド、前記シリンダブロック、及び前記ＥＧＲクーラの冷却状態を適切に制御することが可能になる。

（６）前記ＥＧＲ冷却制御部は、前記エンジンの暖機運転中に前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給を制限し、前記暖機運転の終了後に前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給の制限を解除するように構成されていてもよい。

かかる構成においては、前記エンジンの暖機運転中においては、前記ＥＧＲ冷却制御部により、前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給が制限される。また、前記暖機運転の終了後においては、前記ＥＧＲ冷却制御部により、前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給の制限が解除される。

本構成による効果は以下の通りである。本構成によれば、暖機運転中における、ＥＧＲガスの過度の冷却が防止され得る。また、暖機運転の終了後においては、ＥＧＲガスを効果的に冷却してＮＯｘの発生等を効果的に抑制することができる。

（７）前記循環装置が、冷間始動の際に、昇温された前記冷却媒体を前記ＥＧＲクーラに供給し得るように構成された高温クーラント供給部をさらに備えていてもよい。

ここで、「昇温された」前記冷却媒体とは、通常の冷間始動の際の前記冷却媒体の温度（略外気温程度）よりも高い温度に設定された前記冷却媒体をいうものとする。例えば、前回のエンジン運転中（暖機運転終了後）に充分高温になった後に断熱状態で貯留された前記冷却媒体が該当し得る。あるいは、ヒータや潜熱蓄熱装置等の所定の加熱手段によって加熱された前記冷却媒体が該当し得る。

かかる構成においては、冷間始動の際に、前記高温クーラント供給部から、昇温された前記冷却媒体が前記ＥＧＲクーラに供給される。ここで、「冷間始動の際」には、冷間始動の直前、冷間始動と同時、及び冷間始動直後、が含まれ得る。

本構成による効果は以下の通りである。本構成によれば、極低温始動の際に、前記ＥＧＲクーラに供給される前記冷却媒体が昇温されることで、ＥＧＲガスの過度の冷却が防止される。これにより、低温のＥＧＲガスが燃焼室に導入されることによるエミッションの悪化が、簡略な装置構成により効果的に防止され得る。

以下、本発明の実施形態（本願の出願時点において取り敢えず出願人が最良と考えている実施形態）について図面を参照しつつ説明する。

＜冷却水循環システムの概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態である冷却水循環システム１００の構成を説明するための概略図である。

この冷却水循環システム１００は、エンジンブロック１１０と、ヒータ１２０と、ターボチャージャー１３０と、オイルクーラ１４０と、ＥＧＲクーラ１５０と、ラジエータ１６０と、エンジンブロック冷却切換部１７０と、を備えている。

エンジンブロック１１０は、シリンダヘッド１１１と、シリンダブロック１１２とからなる。シリンダブロック１１２の側方における下部には、当該冷却水循環システム１００内における冷却水の循環の流れを生じさせるためのウォーターポンプ１１３が設けられている。このウォーターポンプ１１３における冷却水の送出口は、ポンプ送出管１１４の一端部と接続されている。このポンプ送出管１１４の他端部は、シリンダヘッド１１１と接続されている。すなわち、ウォーターポンプ１１３は、冷却水をシリンダヘッド１１１に向けて送出するように構成されている。

シリンダヘッド１１１には、水温センサ１１５が装着されている。この水温センサ１１５は、シリンダヘッド１１１内の冷却水温に応じた出力信号を発生するように構成されている。

＜エンジンブロックの構成＞
図２は、図１に示されているエンジンブロック１１０の断面図である。

シリンダヘッド１１１内には、冷却水の流路であるシリンダヘッド内ウォータージャケット１１１ａが形成されている。また、シリンダヘッド１１１には、吸気通路１１１ｂと、排気通路１１１ｃとが形成されている。これらの吸気通路１１１ｂと排気通路１１１ｃとは、ＥＧＲ通路１１１ｄによって接続されている。このＥＧＲ通路１１１ｄは、排気通路１１１ｃを通過する排気ガスの一部を吸気通路１１１ｂに導入し得るように構成されている。

シリンダブロック１１２内には、シリンダブロック内ウォータージャケット１１２ａが形成されている。このシリンダブロック内ウォータージャケット１１２ａは、シリンダブロック１１２内に形成された冷却水の流路であって、シリンダボア１１２ｂを囲むように形成されている。

シリンダヘッド１１１とシリンダブロック１１２とは、ガスケット１１６を介して接合されている。このガスケット１１６には、貫通孔１１６ａが形成されている。この貫通孔１１６ａは、シリンダヘッド内ウォータージャケット１１１ａとシリンダブロック内ウォータージャケット１１２ａとを接続するように形成されている。すなわち、シリンダヘッド１１１とシリンダブロック１１２との接合部に設けられた貫通孔１１６ａは、シリンダヘッド内ウォータージャケット１１１ａからシリンダブロック内ウォータージャケット１１２ａへ冷却水が流出し得るように形成されている。

＜エンジンブロックと周辺機器との接続構成＞
再び図１を参照すると、シリンダヘッド１１１とヒータ１２０とは、ヒータ供給管１２１を介して接続されている。ヒータ１２０とウォーターポンプ１１３における冷却水の吸入口とは、ヒータ排出管１２２を介して接続されている。すなわち、ヒータ供給管１２１は、シリンダヘッド１１１から冷却水をヒータ１２０に供給し得るように構成されている。また、ヒータ排出管１２２は、ヒータ１２０から排出された冷却水をウォーターポンプ１１３に還流させ得るように構成されている。そして、ウォーターポンプ１１３、ポンプ送出管１１４、シリンダヘッド１１１、ヒータ供給管１２１、ヒータ１２０、及びヒータ排出管１２２によって構成された、ヒータ系冷却水循環経路は、エンジン運転中に常時冷却水が流されるように構成されている。

ターボチャージャー１３０とシリンダヘッド１１１とは、ターボ供給管１３１及びターボ排出管１３２を介して互いに接続されている。ターボ供給管１３１は、ヒータ供給管１２１から分岐するように設けられている。すなわち、ターボ供給管１３１は、冷却水をシリンダヘッド１１１からターボチャージャー１３０に向けて供給し得るように構成されている。また、ターボ排出管１３２は、ターボチャージャー１３０を経た冷却水を再度シリンダヘッド１１１に還流させ得るように構成されている。そして、シリンダヘッド１１１、ターボ供給管１３１、ターボチャージャー１３０、及びターボ排出管１３２からなるターボ系冷却水循環経路は、エンジン運転中に常時冷却水が流されるように構成されている。

オイルクーラ１４０とシリンダブロック１１２とは、オイルクーラ供給管１４１及びオイルクーラ排出管１４２を介して接続されている。オイルクーラ供給管１４１は、シリンダブロック１１２から冷却水をオイルクーラ１４０に供給し得るように構成されている。また、オイルクーラ排出管１４２は、オイルクーラ１４０を経た冷却水を再びシリンダブロック１１２に還流させ得るように構成されている。そして、シリンダブロック１１２、オイルクーラ供給管１４１、オイルクーラ１４０、及びオイルクーラ排出管１４２からなるオイルクーラ系冷却水循環経路は、シリンダブロック１１２に冷却水が流されている場合に常時冷却水が流されるように構成されている。

＜＜ＥＧＲクーラとエンジンブロックとの接続構成＞＞
ＥＧＲクーラ１５０は、ＥＧＲ通路１１１ｄ（図２参照）を通過するＥＧＲガスを冷却し得るように構成されている。

このＥＧＲクーラ１５０は、ポンプ送出管１１４から分岐するように形成されたＥＧＲクーラ分岐管１５１と接続されている。すなわち、ウォーターポンプ１１３から送出された冷却水がＥＧＲクーラ分岐管１５１を介してＥＧＲクーラ１５０に供給されるように、当該ＥＧＲクーラ分岐管１５１が構成されている。また、ＥＧＲクーラ１５０とシリンダヘッド１１１とは、ＥＧＲクーラ排出管１５２を介して互いに接続されている。このＥＧＲクーラ排出管１５２は、ＥＧＲクーラ１５０からの冷却水の排出路を構成するものであって、当該ＥＧＲクーラ１５０を経た冷却水がシリンダヘッド１１１に流入するように構成されている。

このＥＧＲクーラ分岐管１５１には、電磁弁からなるＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３が介装されている。このＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３は、シリンダヘッド１１１内の冷却水温（水温センサ１１５の出力）等のエンジン運転状態に応じて開閉されることで、ＥＧＲクーラ１５０への冷却水の供給を許可したり遮断したりし得るように構成されている。

例えば、ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３が、暖機運転中に閉鎖され、暖機運転の終了後に開放されるように、当該冷却水循環システム１００が構成されている。また、暖機運転中であっても、エンジン負荷が高い場合等、必要に応じてＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３が開放されるように、当該冷却水循環システム１００が構成されている。

＜＜ラジエータとエンジンブロックとの接続構成＞＞
ラジエータ１６０には、ラジエータ供給管１６１とラジエータ排出管１６２とが接続されている。

ラジエータ供給管１６１は、シリンダヘッド１１１及びシリンダブロック１１２から排出された冷却水をラジエータ１６０に供給（導入）し得るように構成されている。

ラジエータ排出管１６２は、ラジエータ１６０とウォーターポンプ１１３とを接続するように設けられている。このラジエータ排出管１６２は、ラジエータ１６０にて外気との熱交換によって冷却された冷却水をウォーターポンプ１１３に向けて送出（排出）し得るように構成されている。

すなわち、ラジエータ１６０は、ウォーターポンプ１１３よりも、当該冷却水循環システム１００内の冷却水の流動方向における上流側に配置されている。そして、当該ラジエータ１６０を経て冷却された冷却水が、ウォーターポンプ１１３から送出されて、ポンプ送出管１１４やＥＧＲクーラ分岐管１５１に流入し、シリンダヘッド１１１やＥＧＲクーラ１５０に供給され得るようになっている。

＜＜＜エンジンブロック冷却切換部の構成＞＞＞
エンジンブロック冷却切換部１７０は、エンジンブロック１１０とラジエータ１６０との間に介装されている。このエンジンブロック冷却切換部１７０は、シリンダヘッド排出管１７１と、シリンダブロック排出管１７２と、第一サーモスタット１７３と、第二サーモスタット１７４と、バイパス管１７５と、から構成されている。このエンジンブロック冷却切換部１７０は、エンジン運転中に冷却水をシリンダヘッド１１１（図２におけるシリンダヘッド内ウォータージャケット１１１ａ）に流すように構成されている。また、このエンジンブロック冷却切換部１７０は、冷却水温に応じて、シリンダブロック１１２（図２におけるシリンダブロック内ウォータージャケット１１２ａ）における冷却水の通過を制限し得るように構成されている。当該エンジンブロック冷却切換部１７０の詳細な構成は、以下の通りである。

シリンダヘッド排出管１７１は、シリンダヘッド１１１からラジエータ１６０に向かう冷却水の通路を構成するものであって、その一端部は、シリンダヘッド１１１（図２におけるシリンダヘッド内ウォータージャケット１１１ａ）と接続されている。シリンダヘッド排出管１７１の他端部は、第一サーモスタット１７３と接続されている。

シリンダブロック排出管１７２は、シリンダブロック１１２からラジエータ１６０に向かう冷却水の通路を構成するものであって、その一端部は、シリンダブロック１１２（図２におけるシリンダブロック内ウォータージャケット１１２ａ）と接続されている。シリンダブロック排出管１７２の他端部は、第一サーモスタット１７３と接続されている。

第一サーモスタット１７３とラジエータ１６０とは、上述のラジエータ供給管１６１を介して接続されている。この第一サーモスタット１７３は、冷却水温に応じて、シリンダヘッド排出管１７１及びシリンダブロック排出管１７２とラジエータ供給管１６１との連通状態を変更させ得るように構成されている。

すなわち、第一サーモスタット１７３は、冷却水温が第一の開弁温度よりも低い場合に、シリンダヘッド排出管１７１及びシリンダブロック排出管１７２とラジエータ供給管１６１との連通を遮断するように構成されている。また、第一サーモスタット１７３は、冷却水温が第一の開弁温度以上であって第二の開弁温度よりも低い場合に、シリンダブロック排出管１７２とラジエータ供給管１６１との連通の遮断を維持しつつ、シリンダヘッド排出管１７１とラジエータ供給管１６１とを連通させるように構成されている。さらに、第一サーモスタット１７３は、冷却水温が第二の開弁温度以上である場合に、シリンダヘッド排出管１７１及びシリンダブロック排出管１７２とラジエータ供給管１６１とを連通させるように構成されている。

ラジエータ排出管１６２とウォーターポンプ１１３との間には、第二サーモスタット１７４が介装されている。第二サーモスタット１７４とシリンダヘッド排出管１７１とは、バイパス管１７５によって互いに接続されている。すなわち、バイパス管１７５は、シリンダヘッド排出管１７１とラジエータ排出管１６２とを接続することで、ラジエータ１６０をバイパスする冷却水の流路を形成するように設けられている。

第二サーモスタット１７４は、冷却水の温度に応じて、バイパス管１７５における冷却水の流動状態を変更させ得るように構成されている。すなわち、第二サーモスタット１７４は、冷却水温が所定のバイパス温度よりも低い場合に、シリンダヘッド排出管１７１からバイパス管１７５を介してウォーターポンプ１１３に達するバイパス流路を形成するように構成されている。また、第二サーモスタット１７４は、冷却水温が前記バイパス温度以上である場合に、上述のバイパス流路を閉鎖するように構成されている。

ここで、前記バイパス温度と前記第一の開弁温度とが略等しくなるように、第一サーモスタット１７３及び第二サーモスタット１７４が構成されている。

＜実施形態の冷却水循環システムの動作＞
次に、上述の構成を有する本実施形態の冷却水循環システム１００の動作について、図１ないし図４を参照しつつ説明する。

（Ａ）先ず、暖機運転中であって、冷却水温が前記バイパス温度よりも低い場合、第一サーモスタット１７３により、シリンダヘッド排出管１７１及びシリンダブロック排出管１７２とラジエータ供給管１６１との連通が遮断される。また、第二サーモスタット１７４により、シリンダヘッド排出管１７１からバイパス管１７５を介してウォーターポンプ１１３に達するバイパス流路が形成される。

これにより、図１において矢印で示されているような、冷却水の流れが形成される。すなわち、冷却水が、ウォーターポンプ１１３からポンプ送出管１１４に向けて送出される。このポンプ送出管１１４に向けて送出された冷却水は、シリンダヘッド１１１（図２におけるシリンダヘッド内ウォータージャケット１１１ａ）に流入する。

シリンダヘッド１１１に流入した冷却水は、当該シリンダヘッド１１１を冷却した後、ヒータ供給管１２１を介して排出される。このヒータ供給管１２１に向けて送出された冷却水の一部は、ターボ供給管１３１を介してターボチャージャー１３０に供給され、ターボ排出管１３２を介してシリンダヘッド１１１に還流する。また、ヒータ供給管１２１に向けて送出された冷却水の残部は、ヒータ１２０に供給され、ヒータ排出管１２２を介してウォーターポンプ１１３に還流する。

また、第一サーモスタット１７３により、シリンダブロック排出管１７２における冷却水の流れ、すなわち、シリンダブロック１１２から排出される冷却水の流れが、遮断されている。よって、当該シリンダブロック１１２内（図２におけるシリンダブロック内ウォータージャケット内）には、冷却水が滞留している。これにより、シリンダブロック１１２における速やかな昇温が達成される。すなわち、速やかな暖機運転の進行が達成される。よって、当該シリンダブロック１１２におけるフリクションが早期に低減される。

ここで、当該冷却水温においては、通常は、ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３は閉鎖されている。よって、この場合、ＥＧＲクーラ１５０への冷却水の供給は停止される。もっとも、エンジン負荷が高い場合等、必要に応じて、ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３が開放されることで、ＥＧＲクーラ１２０とシリンダヘッド１１１との間の冷却水の交流が行われる（図中破線で描かれた矢印参照）。

（Ｂ）次に、冷却水温が前記バイパス温度及び前記第一の開弁温度以上であって、第二の開弁温度よりも低い場合、第二サーモスタット１７４により、上述のバイパス流路が閉鎖される。また、第一サーモスタット１７３により、シリンダブロック排出管１７２とラジエータ供給管１６１との連通の遮断が維持されつつ、シリンダヘッド排出管１７１とラジエータ供給管１６１とが連通される。

これにより、図３において矢印で示されているような、冷却水の流れが形成される。すなわち、ウォーターポンプ１１３からポンプ送出管１１４を介してシリンダヘッド１１１に流入した冷却水は、当該シリンダヘッド１１１を冷却した後、ヒータ供給管１２１を介して排出される。このヒータ供給管１２１に向けて送出された冷却水の一部は、ターボ供給管１３１を介してターボチャージャー１３０に供給され、ターボ排出管１３２を介してシリンダヘッド１１１に還流する。また、ヒータ供給管１２１に向けて送出された冷却水の残部は、ヒータ１２０に供給され、ヒータ排出管１２２を介してウォーターポンプ１１３に還流する。

その後、冷却水が、シリンダヘッド排出管１７１を介してシリンダヘッド１１１から排出され、当該シリンダヘッド排出管１７１及びラジエータ供給管１６１を介してラジエータ１６０に流入する。このラジエータ１６０において冷却された冷却水は、ラジエータ排出管１６２を介してウォーターポンプ１１３に還流する。

ここで、当該冷却水温においては、暖機運転中であるので、上述の（Ａ）の場合と同様に、通常は、ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３は閉鎖され、必要に応じて、ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３が開放される（図中破線で描かれた矢印参照）。

（Ｃ）次に、冷却水温が前記第二の開弁温度以上である場合、第一サーモスタット１７３により、シリンダヘッド排出管１７１及びシリンダブロック排出管１７２とラジエータ供給管１６１とが連通される。

これにより、図４において矢印で示されているような、冷却水の流れが形成される。すなわち、ウォーターポンプ１１３からポンプ送出管１１４を介してシリンダヘッド１１１に流入した冷却水は、当該シリンダヘッド１１１を冷却した後、ヒータ供給管１２１を介して排出される。このヒータ供給管１２１に向けて送出された冷却水の一部は、ターボ供給管１３１を介してターボチャージャー１３０に供給され、ターボ排出管１３２を介してシリンダヘッド１１１に還流する。また、ヒータ供給管１２１に向けて送出された冷却水の残部は、ヒータ１２０に供給され、ヒータ排出管１２２を介してウォーターポンプ１１３に還流する。

また、シリンダヘッド１１１から、貫通孔１１６ａ（図２参照）を介して、冷却水がシリンダブロック１１２側に流入する。これにより、シリンダブロック１１２が冷却される。また、シリンダブロック１１２に流入した冷却水は、オイルクーラ供給管１４１を介してオイルクーラ１４０に供給され、オイルクーラ排出管１４２を介してシリンダブロック１１２に還流する。

その後、冷却水が、シリンダヘッド排出管１７１及びシリンダブロック排出管１７２を介して、シリンダヘッド１１１及びシリンダブロック１１２から排出され、ラジエータ供給管１６１を介してラジエータ１６０に流入する。このラジエータ１６０において冷却された冷却水は、ラジエータ排出管１６２を介してウォーターポンプ１１３に還流する。

ここで、当該冷却水温においては、ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３が開放される。よって、この場合、ＥＧＲクーラ１２０への冷却水の供給が行われる。これにより、ＥＧＲクーラ１２０が冷却される。

＜実施形態の構成による効果＞
以下、本実施形態の構成による作用・効果を、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態の構成によれば、図１、図３、及び図４に示されているように、シリンダヘッド１１１における冷却性能を確保しつつ、シリンダブロック１１２及びＥＧＲクーラ１５０の冷却状態を、運転状態に応じてそれぞれ個別に制御することができる。すなわち、本構成によれば、運転状態に応じて、シリンダヘッド１１１、シリンダブロック１１２及びＥＧＲクーラ１５０のそれぞれの冷却状態を適切に制御することができる。したがって、本構成によれば、シリンダヘッド１１１、シリンダブロック１１２及びＥＧＲクーラ１５０がより適切に作動し得るように、冷却水の供給状態を適切に制御することができる。

本実施形態の構成によれば、ラジエータ１６０によって冷却された後であって、シリンダヘッド１１１にて発生した熱を吸収する前の、比較的低温の冷却水が、ＥＧＲクーラ分岐管１５１を介してＥＧＲクーラ１５０に供給される。よって、本構成によれば、ＥＧＲクーラ１５０が効果的に冷却される。

本実施形態の構成においては、エンジンの暖機運転中はＥＧＲクーラ１５０への冷却水の供給が停止され、暖機運転の終了後はＥＧＲクーラ１５０への冷却水の供給の停止が解除される。よって、本構成によれば、暖機運転中における、ＥＧＲガスの過度の冷却が防止され得る。また、暖機運転の終了後においては、ＥＧＲガスを効果的に冷却してＮＯｘの発生等を効果的に抑制することができる。

＜変形例の示唆＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の実施形態を単に例示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において種々の変形を施すことができることは当然である。

以下、先願主義の下で本願の出願の際に追記し得る程度で、変形例について幾つか例示するが、変形例とてこれらに限定されるものではないことはいうまでもない。本願発明を、上述の実施形態・実施例、及び下記変形例の記載に基づき限定解釈することは、先願主義の下で出願を急ぐ出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、発明の保護及び利用を目的とする特許法の目的に反し、許されない。

また、技術的に矛盾しない範囲において、下記の各変形例のうちの複数のものが適宜組み合わされ得る。

（ｉ）本発明の構成は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の、エンジンの種類を問わず適用可能である。

（ii）ウォーターポンプ１１３は、エンジンのサイクル運動によって発生する回転駆動力によって駆動される、メカニカルポンプから構成されていてもよい。あるいは、ウォーターポンプ１１３は、電動ポンプから構成されていてもよい。

さらに、ウォーターポンプ１１３は、ポンプ送出管１１４への送出流量を可変とした、いわゆる可変式ウォーターポンプから構成されていてもよい。かかる構成によれば、例えば、運転状態に応じてウォーターポンプ１１３の送出流量を上げることで、シリンダヘッド１１１やＥＧＲクーラ１５０の冷却性を向上させることが可能になる。

（iii）ターボチャージャー１３０やオイルクーラ１４０は省略可能である。また、ターボ供給管１３１は、直接にシリンダヘッド１１１と接続されていてもよい。さらに、ターボチャージャー１３０に代えて、他の種類の加給器を用いることも可能である。

（iv）ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３は、ＥＧＲクーラ排出管１５２に介装されていてもよい。

（ｖ）ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３は、サーモスタットでもよい。

（vi）エンジンブロック冷却切換部１７０の構成も、上述の実施形態の構成に限定されない。例えば、第一サーモスタット１７３や第二サーモスタット１７４に代えて、電磁弁やメカニカル弁等の、外部信号により作動する弁機構が用いられてもよい。

（vii）図５に示されているように、蓄熱部１８０が設けられていてもよい。この蓄熱部１８０は、断熱容器内に冷却水を収容することで、当該冷却水を所定期間保温しつつ貯留し得るように構成されている。

この蓄熱部１８０は、蓄熱水導入管１８１の一端部と接続されている。この蓄熱水導入管１８１の他端部は、蓄熱部１８０に貯留された冷却水（蓄熱水）をシリンダヘッド１１１に導入し得るように、当該シリンダヘッド１１１と接続されている。

また、蓄熱部１８０は、蓄熱部供給管１８２の一端部と接続されている。この蓄熱部供給管１８２の他端部は、シリンダヘッド１１１内の冷却水を蓄熱部１８０に供給し得るように、当該シリンダヘッド１１１と接続されている。

さらに、蓄熱水導入管１８１には、蓄熱水導入ポンプ１８３が介装されている。この蓄熱水導入ポンプ１８３は、蓄熱部１８０内に貯留された冷却水をシリンダヘッド１１１に導入するとともに、シリンダヘッド１１１内の冷却水を蓄熱部１８０に供給し得るように構成されている。

すなわち、蓄熱部１８０、蓄熱水導入管１８１、蓄熱部供給管１８２、及び蓄熱水導入ポンプ１８３は、冷間始動の際に、昇温された冷却水をシリンダヘッド１１１及びＥＧＲクーラ１５０に供給し得るように構成されている。

かかる構成においては、暖機運転終了後であって冷却水が所定の高温（例えば８０℃）に達した場合に、蓄熱水導入ポンプ１８３が駆動される。これにより、高温の冷却水が、蓄熱部供給管１８２を介して蓄熱部１８０に供給される。その後、エンジンが一旦停止されると、蓄熱部１８０は高温の冷却水を断熱状態で貯留する。そして、エンジンが冷間始動される際に、蓄熱水導入ポンプ１８３が駆動される。

このとき、図５にて矢印で示されているように、ＥＧＲクーラ冷却切換弁１５３が開放される。これにより、冷間始動の際に、蓄熱状態の冷却水（蓄熱水）がシリンダヘッド１１１及びＥＧＲクーラ１５０に供給され、当該シリンダヘッド１１１及びＥＧＲクーラ１５０が暖められる。よって、本構成によれば、エンジンの暖機運転が促進されるとともに、ＥＧＲガスの過度の冷却が防止される。したがって、本構成によれば、低温のＥＧＲガスが燃焼室に導入されることによるエミッションの悪化が、簡略な装置構成により効果的に防止され得る。

ここで、蓄熱水導入ポンプ１８３は、蓄熱部供給管１８２に介装されていてもよい。

また、蓄熱水導入管１８１は、ＥＧＲクーラ１５０に直接に接続されていてもよい。

また、蓄熱部１８０は、冷間始動時に冷却水を加熱し得るように構成されたヒータや潜熱蓄熱装置を備えていてもよい。

（viii）その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。例えば、上述の各実施形態の説明において、一体に形成されていた構成要素は、継ぎ目なく一体成形されていてもよいし、複数の別体のパーツを接着・溶着・ネジ止め等により接合することによって形成されていてもよいことは当然である。

（ix）また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。

本発明の一実施形態である冷却水循環システムの概略図である。 図２は、図１に示されているエンジンブロックの断面図である。 図１に示されている冷却水循環システムの動作状態を示す図である。 図１に示されている冷却水循環システムの動作状態を示す図である。 図１に示されている冷却水循環システムの変形例の概略構成を示す図である。

符号の説明

１００…冷却水循環システム、１１０…エンジンブロック、１１１…シリンダヘッド、
１１１ａ…シリンダヘッド内ウォータージャケット、 １１１ｂ…吸気通路、
１１１ｃ…排気通路、 １１１ｄ…ＥＧＲ通路、 １１２…シリンダブロック、
１１２ａ…シリンダブロック内ウォータージャケット、 １１３…ウォーターポンプ、
１１５…水温センサ、 １１６…ガスケット、 １１６ａ…貫通孔、
１５０…ＥＧＲクーラ、 １５１…ＥＧＲクーラ分岐管、
１５２…ＥＧＲクーラ排出管、１５３…ＥＧＲクーラ冷却切換弁、
１６０…ラジエータ、 １６１…ラジエータ供給管、１６２…ラジエータ排出管、
１７０…エンジンブロック冷却切換部、 １７１…シリンダヘッド排出管、
１７２…シリンダブロック排出管、 １７３…第一サーモスタット、
１７４…第二サーモスタット、１７５…バイパス管、 １８０…蓄熱部、
１８１…蓄熱水導入管、 １８２…蓄熱部供給管、 １８３…蓄熱水導入ポンプ

Claims (7)

1. エンジンの冷却媒体を循環し得るように構成された、エンジンの冷却媒体循環装置において、
   シリンダヘッド内に形成されたヘッド内冷却媒体通路と、
   シリンダブロック内に形成されたブロック内冷却媒体通路と、
   前記エンジンの暖機運転中に、前記ブロック内冷却媒体通路における前記冷却媒体の通過を制限し得るように構成されたブロック冷却制限部と、
   前記エンジンの排気通路から吸気通路へガスを導入し得るように構成されたＥＧＲ通路に介装されていて、前記ガスと前記冷却媒体との熱交換によって当該ガスを冷却し得るように構成されたＥＧＲクーラと、
   前記暖機運転中に、前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給を、前記エンジンの運転状態に応じて制限及び許可し得るように構成されたＥＧＲ冷却制御部と、
   を備えたことを特徴とする、エンジンの冷却媒体循環装置。
2. 請求項１に記載の、エンジンの冷却媒体循環装置において、
   前記冷却媒体を前記ヘッド内冷却媒体通路に向けて送出し得るように構成された冷却媒体送出部と、
   前記冷却媒体送出部と前記ヘッド内冷却媒体通路とを接続するように配置された冷却媒体送出管と、
   前記冷却媒体送出管から分岐して形成されていて、前記ＥＧＲクーラと接続されたＥＧＲ冷却分岐管と、
   前記ＥＧＲクーラと接続されていて、当該ＥＧＲクーラからの前記冷却媒体の排出路を構成するＥＧＲ冷却媒体排出管と、
   をさらに備えていて、
   前記ＥＧＲ冷却制御部は、前記ＥＧＲ冷却分岐管、又は前記ＥＧＲ冷却媒体排出管に介装されたＥＧＲ冷却調整弁を備えていることを特徴とする、エンジンの冷却媒体循環装置。
3. 請求項２に記載の、エンジンの冷却媒体循環装置において、
   前記冷却媒体送出部よりも前記冷却媒体の流動方向における上流側に配置されたラジエータをさらに備えていて、
   前記ＥＧＲ冷却分岐管は、前記ラジエータを経て前記冷却媒体送出部によって送出された前記冷却媒体が流入し得るように構成されていることを特徴とする、エンジンの冷却媒体循環装置。
4. 請求項３に記載の、エンジンの冷却媒体循環装置において、
   前記ヘッド内冷却媒体通路と接続されていて、前記シリンダヘッドから前記ラジエータに向かう前記冷却媒体の通路を構成するシリンダヘッド排出管と、
   前記ブロック内冷却媒体通路と接続されていて、前記シリンダブロックから前記ラジエータに向かう前記冷却媒体の通路を構成するシリンダブロック排出管と、
   前記ヘッド内冷却媒体通路と前記ブロック内冷却媒体通路とを接続するように設けられたブロック間流路と、
   を備え、
   前記ＥＧＲ冷却調整弁は、前記冷却媒体の温度に応じて、前記シリンダヘッド排出管及び前記シリンダブロック排出管と前記ラジエータとの間の、前記冷却媒体の流動状態を変更させ得るように構成された第一調整弁からなることを特徴とする、エンジンの冷却媒体循環装置。
5. 請求項４に記載の、エンジンの冷却媒体循環装置において、
   前記ラジエータと前記冷却媒体送出部とを接続するラジエータ排出管と、
   前記シリンダヘッド排出管と前記ラジエータ排出管とを接続するバイパス管と、
   前記冷却媒体の温度に応じて、前記バイパス管における前記冷却媒体の流動状態を変更させ得るように構成された第二調整弁と、
   をさらに備えたことを特徴とする、エンジンの冷却媒体循環装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の、エンジンの冷却媒体循環装置であって、
   前記ＥＧＲ冷却制御部は、前記エンジンの暖機運転中に前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給を制限し、前記暖機運転の終了後に前記ＥＧＲクーラへの前記冷却媒体の供給の制限を解除するように構成されていることを特徴とする、エンジンの冷却媒体循環装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の、エンジンの冷却媒体循環装置において、
   冷間始動の際に、昇温された前記冷却媒体を前記ＥＧＲクーラに供給し得るように構成された高温クーラント供給部をさらに備えたことを特徴とする、エンジンの冷却媒体循環装置。

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