JP2005256641A - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却力が不足するような場合に適切に内燃機関の発熱を抑え、内燃機関を損傷させるオーバーヒートを未然に回避することができる内燃機関の冷却制御装置を提供すること。
【解決手段】 ＥＣＵは、冷却水の水温ｔｈｗ検出し（Ｓ１）、Δｔ秒前の水温ｔｈｗ０と現在の水温ｔｈｗを比較し、Δｔ＝（ｔｈｗ−ｔｈｗ０）／Δｔ０、（ｔｈｗ＋Δｔ×ｔ）＞閾値ｔｓ１か否かを判断する（Ｓ２）。また、水温ｔｈｗ＞閾値ｔｓ２か否かを判断する（Ｓ３）。閾値ｔｓ１，ｔｓ２を超える場合は、エマージェンシー制御として、エンジンチェックランプを点灯させ（Ｓ４）、スロットル開度を閾値ｄと比較し（Ｓ５，Ｓ６）、スロットル開度を閾値ｄまで下げ（Ｓ７）、スロットル開度の上限を閾値ｄに制限する（ｓ８）。これに加え、電動Ｗ／Ｐ、電動ファンをｍａｘ運転する。このエマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）により、エンジンを冷却しオーバーヒートを回避する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の冷却制御装置に係り、詳しくは、内燃機関の冷却水の温度が過熱状態と判定されたときにオーバーヒートを回避する制御に関する。

内燃機関のウォータジャケット及びラジエータを熱媒体である冷却水などを循環させて内燃機関の冷却を行う冷却装置においては、ウォータポンプにより、冷却水が循環させられていた。また、ラジエータについてはファンにより送風され冷却されていた。そして冷却水の温度に応じて、サーモワックスなどにより駆動されるサーモスタットによりバイパス回路への流量がコントロールされ液温が調整されていた。ところで、内燃機関のクランクシャフトに接続され駆動されたウォータポンプの場合は、内燃機関の回転数により冷却能力が決まってしまい、きめ細かな制御ができないため、近年冷却水温等をフィードバックし電気モータを制御して駆動させる電動ウォータポンプを用いた冷却制御装置が多く用いられている。ところが、このような冷却装置では、電動ウォータポンプが故障すると水温が上昇しオーバーヒートにより内燃機関が損傷する虞がある。そのため、電力値から電動ウォータポンプが故障したと判断されると、警告灯を点灯すると共に、オーバーヒートの発生を回避すべくフェールセーフモードへ移行させて、燃料噴射量をリッチ化させるようなエンジンの冷却制御装置が提案されていた（特許文献１、段落番号００２８参照）。

このエンジンの冷却制御装置では、噴射燃料量をリッチ化させることで、燃焼温度を低下させてオーバーヒートを回避し、内燃機関であるエンジンの損傷を防止することができた。
特開２０００−３０３８３９

しかしながら、電動ウォータポンプが正常な場合にも、冷却能力の不足からオーバーヒートすることもありえるが、この場合は特許文献１に開示された発明では対応することができないという問題があった。

また、特許文献１に開示された発明では、たとえフェールセーフモードへ移行して燃料噴射量をリッチ化しても、それだけでは冷却力が不十分な場合にはオーバーヒートを適切に回避できないという問題もあった。

本発明は、冷却装置が正常に作動していても、冷却力が不足するような場合に適切に内燃機関の発熱を抑え、内燃機関を損傷させるオーバーヒートを未然に回避することができる内燃機関の冷却制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る内燃機関の冷却制御装置では、電気モータにより駆動された電動ウォータポンプにより冷却水をラジエータ間と循環させることで内燃機関を冷却する冷却装置を備えた内燃機関の冷却制御装置であって、前記冷却水の温度を判定する温度判定手段と、前記温度判定手段により、設定された閾値に基づいて、前記冷却水の温度が過熱状態と判定する過熱状態判定手段と、前記過熱状態判定手段により過熱状態と判定された場合に、内燃機関の制御を通常と異なるエマージェンシー制御として、前記電動ウォータポンプを最大出力で駆動する制御をするとともに、機関出力を抑制する制御をするエマージェンシー制御手段とを備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置の構成によれば、温度判定手段により判定された温度が設定された過熱状態とされる閾値を超えると、過熱状態判定手段により過熱状態と判断されて、エマージェンシー制御手段によりエマージェンシー制御として冷却装置である電動ウォータポンプを最大出力で駆動することで冷却能力を上げるだけでなく、機関出力を抑制して内燃機関自体の発熱をも低下させてオーバーヒートをさらに確実に防止することができる。このため、冷却装置だけでは冷却しきれないような場合でも、内燃機関の出力を抑えることで内燃機関自体の発熱を抑制してオーバーヒートによる内燃機関の破損を効果的に防止することができるという効果がある。

請求項２に係る内燃機関の冷却制御装置では、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置において、前記エマージェンシー制御手段は、過熱状態と判定された場合にスロットル開度を通常の開度より小さい閾値内に制限するスロットル開度制御手段を備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の内燃機関の冷却制御装置の構成によれば、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置において、スロットル開度制御手段によりスロットル開度を通常の開度より小さい閾値内に制限して確実に内燃機関の出力を抑えることで、内燃機関自体の発熱を抑制してオーバーヒートによる内燃機関の破損を防止することができるという効果がある。

請求項３に係る内燃機関の冷却制御装置では、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の冷却制御装置において、前記冷却装置の前記ラジエータに送風する電動ファンを備え、前記エマージェンシー制御手段は、過熱状態と判定された場合に前記電動ファンを最大出力で駆動することを要旨とする。

請求項３に記載の内燃機関の冷却制御装置では、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の冷却制御装置において、電動ウォータポンプを最大出力で駆動するだけでなく、さらに電動ファンを最大出力で駆動することで冷却能力を上げて、オーバーヒートによる内燃機関の破損の防止をさらに確実にすることができるという効果がある。

請求項４に係る内燃機関の冷却制御装置では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却制御装置において、前記エマージェンシー制御手段は、過熱状態と判定された場合にエマージェンシー制御を行うことを報知する報知手段を備えたことを要旨とする。

請求項４に記載の内燃機関の冷却制御装置では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却制御装置に加え、報知手段により、運転者にエマージェンシー制御を行うことを開始することを報知できるという効果がある。したがって、運転者の操作においても、オーバーヒートを回避する操作を促し、オーバーヒートによる内燃機関の破損の防止をさらに確実にし、エマージェンシー制御におけるドライバビリティの変化を運転者に予告することができるという効果がある。

請求項５に係る内燃機関の冷却制御装置では、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却制御装置において、前記温度判定手段は、前記閾値が前記冷却水の温度上昇率であることを要旨とする。

請求項５に記載の内燃機関の冷却制御装置では、温度判定手段の閾値が冷却装置の冷媒である冷却水の温度上昇率であるため、的確に冷却装置の状態をダイレクトに検出し、冷却水の温度上昇率を急速に内燃機関の温度が上昇するような場合でも、オーバーヒートによる内燃機関の破損の防止を確実にすることができるという効果がある。

請求項６に係る内燃機関の冷却制御装置では、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却制御装置において、前記温度判定手段は、前記閾値が前記冷却水の温度であることを要旨とする。

請求項６に記載の内燃機関の冷却制御装置では、温度判定手段が、判定の閾値を直接冷却水の温度とすることで冷却水の温度が過熱状態であることを検出し、オーバーヒートによる内燃機関の破損の防止を確実にすることができるという効果がある。

請求項７に係る内燃機関の冷却制御装置では、請求項２乃至請求項６に記載の内燃機関の冷却制御装置において、前記スロットル開度制御手段は、過熱状態においてスロットル開度が前記閾値を超えている場合は、前記閾値を超えないようにスロットル開度を強制的に閉じることを要旨とする。

請求項７に記載の内燃機関の冷却制御装置では、スロットル開度制御手段は、過熱状態においてスロットル開度が閾値を超えている場合は、その閾値を超えないようにスロットル開度を強制的に閉じるため、効果的に内燃機関の発熱量を低下させオーバーヒートによる内燃機関の破損の防止を確実にすることができるという効果がある。

本発明の内燃機関の冷却制御装置によれば、冷却装置が正常に作動していても、冷却力が不足するような場合に適切に内燃機関の発熱を抑え、内燃機関を損傷させるオーバーヒートを未然に回避することができるという効果がある。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る内燃機関の冷却制御装置を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。

図１は、車両１に搭載された内燃機関であるエンジン２とともに、本実施の形態にかかる内燃機関の冷却装置並びにそれらの周辺構成を模式的に示す概略構成図である。
車両１に内燃機関として搭載されたエンジン２は、例えば、多気筒のシリンダを形成するシリンダブロック３ｂ、その上部に配置されたシリンダヘッド３ａを備えた４サイクルガソリンエンジンである。このシリンダヘッド３ａとシリンダブロック３ｂの内部に形成された複数のシリンダの燃焼室では、その中に供給される燃料と空気の混合気が燃焼される。この混合気の燃焼に基づいてピストンが往復動されることにより、出力軸であるクランクシャフト４が回転する。この混合気の燃焼に伴い、シリンダヘッド３ａやシリンダブロック３ｂには高熱が発生する。このエンジン２で発生する熱は、燃焼するガソリンの量、即ち概ね出力に比例している。したがって、高負荷運転等の場合は、エンジン２のシリンダヘッド３ａやシリンダブロック３ｂからより多量の熱が発生することになる。

一方、シリンダヘッド３ａやシリンダブロック３ｂ等を冷却するために設けられた水冷式の冷却装置は、熱交換器であるラジエータ５、電動ウォータポンプ６、サーモスタット７及び冷却配管８等を備えている。また、シリンダブロック３ｂの内部には、シリンダを包み込むように冷却用の熱媒体である冷却水の通路であるシリンダブロックウォータジャケット９ｂが形成されている。さらに、シリンダヘッド３ａには、シリンダヘッドウォータジャケット９ａが形成されている。電動ウォータポンプ６により、比較的低温なシリンダブロックウォータジャケット９ｂに冷却水が流入され、シリンダブロック３ｂを冷却後、シリンダヘッドウォータジャケット９ａに流入して、より高温なシリンダヘッド３ａの冷却を行う。そしてシリンダヘッド３ａの後端部近辺に設けられたアウトレットハウジング（図示略）を通過してウォータジャケット出口１０から冷却水が第１の冷却水通路１１を通ってラジエータ５へ流れる。このアウトレットハウジング（図示略）を通過する冷却水の温度が冷却水の水路中で最も高い。そこで、このアウトレットハウジング（図示略）に水温センサ３１が設けられる。

ここで、ウォータジャケット出口１０に接続された第１の冷却水通路１１は、ラジエータ入口１２に接続されている。ラジエータ出口１３に接続された第２の冷却水通路１４は、サーモスタット７及び電動ウォータポンプ６を介してウォータジャケット入口１５に接続されている。第１の冷却水通路１１の途中に接続されたバイパス通路１６は、ラジエータ５を迂回してサーモスタット７に接続されている。

このサーモスタット７は三方弁であり、電動ウォータポンプ６の吸入側と連通する出力ポート、ラジエータ出口１３と連通する第１入力ポート、及びバイパス通路１６が接続された第２入力ポートを備えている。このサーモスタット７は、冷却水の水温ｔｈｗが所定の値よりも低いときには、第２入力ポートと出力ポートとを連通させる。これにより、シリンダヘッドウォータジャケット９ａから第１の冷却水通路１１へ流れ出た冷却水がラジエータ５を迂回して電動ウォータポンプ６に戻り、再びシリンダブロックウォータジャケット９ｂへと送液される。この冷却水の循環を通じて同冷却水が徐々に暖められ、シリンダヘッド３ａ、シリンダブロック３ｂは暖まった冷却水により暖機が促される。

一方、冷却水の水温ｔｈｗが所定の値よりも高いときには、サーモスタット７の第１入力ポートと出力ポートとが連通する。これにより、第１の冷却水通路１１を流れる冷却水がラジエータ５へ流れ、同冷却水は第２の冷却水通路１４、サーモスタット７及び電動ウォータポンプ６を通ってシリンダブロックウォータジャケット９ｂからシリンダヘッドウォータジャケット９ａへと送液される。この冷却水の循環を通じて、シリンダブロック３ｂ、シリンダヘッド３ａの熱が冷却水に奪われ、同シリンダブロック３ｂ、シリンダヘッド３ａは冷却される。一方、ラジエータ５では冷却水の熱が外部へ放熱され、同冷却水は冷却される。

ラジエータ５は、車両１のフロントグリル１７の後方に設置されている。ラジエータ５は、冷却水を一次的に貯留するラジエータタンクを備える。そして、ラジエータタンクは、細長いアルミニウム板からなる放熱板であるフィンが多数配設されて構成された扁平なチューブで構成されたラジエータコアにより連結される。そして、このラジエータコアは、ラジエータタンクに貯留された冷却水の熱を放射しながら循環させて冷却する。従って、車両１の走行時には、フロントグリル１７を通過した走行風がラジエータ５に当たり、同ラジエータ５を通る冷却水が冷却される。また、停止中や低速運転では冷却能力は低下する。特に、ラジエータコアが目詰まりしていたり、形状的に風通しが悪い構造になっていたりするとやはり冷却能力は低下する。

このラジエータ５に設けられた冷却用の電動ファン１８は、ラジエータ５における熱交換に必要な冷却風をラジエータ５に供給する。走行中十分な冷却風がラジエータ５に供給される場合には、電動ファン１８が停止していても冷却水は十分に冷却される。そして、アイドル運転時等、ラジエータ５に走行風が当たらない場合やその風量が少ない場合には、電動ファン１８を作動させることにより、ラジエータ５を強制冷却することができる。

ラジエータ５及び電動ファン１８は、このような構成になっており、通常は冷却水を十分に冷却できる。しかしながら、外気温が高い場合、冷却水が不足しているような場合、ラジエータコアが目詰まりしているような場合、エンジン２の出力が大きく発生する熱量が大きい場合などには、発生する熱量に冷却能力がついていけず、結果としてシリンダヘッド３ａやシリンダブロック３ｂ内の温度が上昇する。特に冷却水の温度が沸点を超すと、さらに冷却能力は著しく低下し、エンジン２のオーバーヒートに至る。この場合、シリンダ内の温度は著しく高温になり、極端な場合は焼付きを生じたりしてエンジン２が破損に至る場合がある。

電源装置２２は、バッテリ２０やオルタネータ２１等を備え、電動ファン駆動回路２３を介して電動ファン１８の電動モータ１９に電力を供給する。また、同様に電動ウォータポンプ駆動回路２４を介して電動ウォータポンプ６の電動モータ２５に電力を供給する。なお、電動モータ１９、電動モータ２５及びバッテリ２０は、オルタネータ２１に対し電気的に並列に接続されている。また、オルタネータ２１はクランクシャフト４に駆動連結されており、このオルタネータ２１で発生する電力はバッテリ２０及び電動モータ１９に供給される。そして、後述する制御装置（ＥＣＵ２６）から冷却水の水温ｔｈｗが所定値（例えば９３°Ｃ）以上となったときに出力される制御信号に基づき、電動ファン駆動回路２３は電動モータ１９に印加される電圧を制御し、電動ウォータポンプ駆動回路２４は電動モータ２５に印加される電圧を制御する。すなわち、ＥＣＵ２６から出力される制御信号によって電動ファン駆動回路２３がオンされることにより、バッテリ２０から電動モータ１９に電力が供給され、電動ファン１８が駆動されるようになっている。また、ＥＣＵ２６から出力される制御信号によって電動ウォータポンプ駆動回路２４がオンされることにより、バッテリ２０から電動モータ２５に電力が供給され、電動ウォータポンプ６が駆動されるようになっている。なお、電動ファン１８の駆動時には、電動ファン駆動回路２３によって電動モータ１９に印加される電圧が可変、例えば２段階に切り替えられることにより、停止、低速、若しくは高速の回転速度で電動ファン１８が駆動される。電動ウォータポンプ６の駆動時には、電動ウォータポンプ駆動回路２４によって電動モータ２５に印加される電圧が可変、例えば２段階に切り替えられることにより、低速、高速の回転速度で電動ウォータポンプ６が駆動される。

シリンダヘッド３ａの後端部近辺にアウトレットハウジング（図示略）が設けられ、ここを流れる冷却水の水温ｔｈｗを検出するための水温センサ３１が設けられている。ＥＣＵ２６は、この水温センサ３１からの検出信号に基づいて、水温が低音側の閾値より高い場合は、電動ファン１８は、停止から低速運転され、さらに高温側の閾値より高い場合は、高速で運転される。また、同様に、電動ウォータポンプ６も水温センサ３１からの検出信号に基づいて、所定の閾値を基準に低速運転と高速運転を切り替える。

図３は、本実施形態の冷却水の流れと制御信号の流れを模式的に示すブロック図である。エンジン２には、水温センサ３１の他にも、機関運転状態を検出するための各種センサが備えられている。例えば、エンジン２の気筒内に吸入される吸気通路の空気量を調量するスロットル弁３６の近傍にはスロットル開度センサ３８が設けられ、スロットル弁３６の開度を検出する。また、スロットル弁３６の上流側に設けられるエアフロメータ３９により、吸入空気量が検出される。他にも、吸気通路に吸入された吸気温計４０により検出される吸気温度や、シリンダ近傍に設けられたノックセンサ４１により検出されたノック信号、車速計により検出された車速などが検出される。クランクシャフト４に近接して設けられる回転速度センサ４３は、クランクシャフト４の回転に基づいてエンジン２の回転速度に応じた頻度のパルス信号を出力する。そして、この出力信号（パルス信号）に基づいてエンジン２（クランクシャフト４）の回転速度（機関回転速度）ＮＥが検出される。これらのセンサ類により検出された信号は、エンジン２の冷却の必要性を判断するためＥＣＵ２６の入出力インターフェース３０から入力され、ＣＰＵ２７により必要な制御信号が演算されて、電動ファン１８や電動ウォータポンプ６が制御される。

エンジン２自体の制御である点火時期制御、燃料噴射制御、あるいは冷却装置の制御である電動ウォータポンプ６、電動ファン１８の駆動制御などの各種制御は、制御装置であるＥＣＵ２６によって総合的に行われる。このＥＣＵ２６は中央処理制御装置（ＣＰＵ２７）を備える周知のコンピュータを中心として構成されている。ＥＣＵ２６には、各種プログラムやマップ等を予め記憶したＲＯＭ２９、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ２８が設けられている。またＥＣＵ２６には、演算結果や予め記憶されたデータ等を機関停止後も保存するためのバックアップＲＡＭ、入出力インターフェース３０が設けられている。

水温センサ３１、加速ペダル３７、スロットル開度センサ３８、エアフロメータ３９、吸気温計４０、ノックセンサ４１、車速計４２、回転速度センサ４３等からの出力信号は入出力インターフェース３０に入力される。これら各センサ等により、エンジン２の運転状態や冷却状態が検出される。

また、入出力インターフェース３０は、電動ファン１８の電動ファン駆動回路２３、電動ウォータポンプ６の電動ウォータポンプ駆動回路２４、エンジン２の燃料噴射弁を駆動する駆動回路、及び気筒内に設けられる点火プラグに高電圧を印加するイグニッションコイルの駆動回路等に接続されている。そして、ＥＣＵ２６はこれらの各センサ等からの信号に基づき、ＲＯＭ内に格納された制御プログラム及び初期データに従って、電動ファン１８、電動ウォータポンプ６、燃料噴射弁（不図示）、及びイグニッションコイル（不図示）等を制御する。

ＲＯＭ２９には、ＥＣＵ２６を本実施の形態の内燃機関の冷却制御装置として機能させるための内燃機関の冷却制御プログラムが格納されている。具体的には、水温センサ３１からの検出信号を解析して現在の冷却水の水温ｔｈｗを検出し、さらにｔ０秒前の冷却水温をＲＡＭ２８記憶して比較し、水温上昇の速度を演算する温度判定プログラムを備える。このプログラムにより、ＥＣＵ２６を温度判定手段として機能させる。

また、温度判定手段により検出された冷却水の水温ｔｈｗや、温度上昇速度を、ＲＯＭ２９に予め記憶させた閾値と比較して冷却水の温度が過熱状態であるかどうかを判定する過熱状態判定プログラムを備える。このプログラムにより、ＥＣＵ２６を過熱状態判定手段として機能させる。

また、過熱状態判定手段により過熱状態と判定された場合に、エマージェンシー制御としてエンジン２の出力を強制的に下げるようにスロットル開度を制限するなど、オーバーヒートを回避するための様々な処理をＥＣＵ２６に行わせるエマージェンシー制御プログラムを備える。このプログラムは、エンジン２のみならず、インストゥルメントパネルに配置されたエマージェンシー制御の実行を報知するエンジンチェックランプ３４を点滅制御したり、さらに、電動ウォータポンプ６や電動ファン１８の制御も行ったりするものである。このプログラムにより、ＥＣＵ２６をエマージェンシー制御手段として機能させる。特にスロットル開度を制御するプログラムを含み、このプログラムによりＥＣＵ２６をスロットル開度制御手段として機能させる。

（作用）
図２は、本実施の形態のエンジン２の冷却制御の手順を示すフローチャートである。次に、このように構成された本実施の形態にかかるエンジン２の冷却装置の作用について、図２に示すフローチャートに沿って、図１，３を参照しながら説明する。なお以下の説明において「ステップ」を「Ｓ」と略記する。まず、プログラムがスタートすると（ＳＴＡＲＴ）、ＣＰＵ２７は、入出力インターフェース３０から入力された水温センサ３１からの検出信号を解析して現在のエンジン出口の冷却水の水温ｔｈｗを検出する。そして、ＲＡＭ２８に記憶する（Ｓ１）。この水温ｔｈｗは、例えば、ｔ秒毎にＲＡＭ２８に記憶される。

続いて、ＣＰＵ２７は、Δｔ０秒前の水温ｔｈｗ０と、現在の水温ｔｈｗを比較する。
現在の水温を［ｔｈｗ（°Ｃ）］、サンプリング間隔が［Δｔ０（秒）］、Δｔ０秒前の水温を［ｔｈｗ０（°Ｃ）］、Δｔ０秒の温度差を［Δｔ（°Ｃ）］とすると、Δｔは、Δｔ＝（ｔｈｗ−ｔｈｗ０）／Δｔ０で求められる。このΔｔが水温の温度上昇率（温度上昇速度）である。

そして、現在のこのΔｔが、［ｔｈｗ＋Δｔ×ｔ＞閾値ｔｓ１］であるかが判断される（Ｓ２）。この閾値ｔｓ１は、エンジンのオーバーヒート水温である。すなわち、［ｔｈｗ＋Δｔ×ｔ］により、ｔ秒後の予想水温が推定できる。そして、［ｔｈｗ＋Δｔ×ｔ＞閾値ｔｓ１］であると判定された場合は（Ｓ２：ＹＥＳ）、ｔ秒後にオーバーヒート水温を超えることが予想されるため、ｔ秒間の間に、オーバーヒートを回避する制御が必要であることを示している。言い換えれば、水温の変化率が大きいということは、発熱に対する冷却能力が不足しているものと判断できる。そこで、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）の処理を実行し、エンジン２が冷却能力を超えない発熱量にするような制御をおこなう。なおエマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）については、後述する。

もし、［ｔｈｗ＋Δｔ×ｔ＞閾値ｔｓ１］でない場合は（Ｓ２：ＮＯ）、ｔ秒後には水温はオーバーヒート水温を超えないことが予想されるため、その後ｔ秒間は、オーバーヒートを回避する制御が不要であることになる。

ただし、［ｔｈｗ＋Δｔ×ｔ＞閾値ｔｓ１］でない場合であっても（Ｓ２：ＮＯ）、現在の水温ｔｈｗが、その時点以前のΔｔ０秒間の変化と、その時点から以後ｔ秒間の変化は等しいという保証は無い。そこで、制御のインターバルに起因する制御遅れがあった場合でも、オーバーヒート水温に達しないマージンがあるかどうかを判断することが必要となる。

ここで、現在の水温［ｔｈｗ（°Ｃ）］、水温の制御遅れがカバーできるマージン幅を［α（°Ｃ）］、エンジンのオーバーヒート温度である閾値［ｔｓ１（°Ｃ）］としたとき、閾値［ｔｓ２（°Ｃ）］＝ｔｓ１−αとする。

そして、［ｔｈｗ＞閾値ｔｓ２］を判定する（Ｓ３）。この関係を満たさないときは（Ｓ３：ＮＯ）、つまりオーバーヒートまでのマージン幅が十分にあると判定された場合は、次の制御までオーバーヒートする可能性が極めて低いので、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）はしないで、電動ウォータポンプ６、電動ファン１８、スロットル開度に対する制御を通常の制御で処理をする（Ｓ１２）。

一方、［ｔｈｗ＞閾値ｔｓ２］を判定し（Ｓ３）。この関係を満たすときは（Ｓ３：ＹＥＳ）、オーバーヒートまでのマージン幅が十分に無いと判定されるため、次の制御までにオーバーヒートする可能性があるので、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）に移行する。

エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）では、オーバーヒートが予想され（Ｓ２：ＹＥＳ）、又は現にオーバーヒートし若しくはオーバーヒートする可能性が高い場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、に実行される。

まず、ＥＣＵ２６は、入出力インターフェース３０から制御信号を図示しない駆動回路に送出し、エンジンチェックランプ３４を点灯させる（Ｓ４）。エンジンチェックランプ３４は、例えば図１に示すインストルメント・パネル３５に配置されたＬＥＤなどから構成されたランプであり、点灯することで運転者にエマージェンシー状態であることを報知する報知手段である。この報知により、運転者に対し、エンジン２に対する負荷が小さくなるような運転を促すとともに、将来生じうるオーバーヒートの発生によるエンジンの出力低下や焼付きの予告を行う。また、スロットル開度が強制的に制限される場合もあるため（Ｓ８）、この制御に対する予告を行う意義もある。

次に、現在のスロットル開度を検出し（Ｓ５）、［スロットル開度＞閾値ｄ］か否か、即ち、スロットル開度が所定の閾値ｄより大きいか否かを判断する（Ｓ６）。この閾値ｄは、予めエンジン２の特性や冷却装置の能力から設定された数値で、冷却能力を超えた発熱をしない範囲でのエンジン２の最大出力に相当するスロットル開度の値である。もちろん、ある程度の誤差を見込んでマージンを設定した数値とすることができるのはもちろんである。したがって、スロットル開度が閾値ｄを下回る限りエンジン２からの発熱は、計算上は冷却能力を上回ることがない。もちろん、閾値ｄは、外気温やフロントグリル１７の異物などにより誤差は生じうるが、この閾値ｄを外気温などに連動させて可変にするような構成とすることもできる。

［スロットル開度＞閾値ｄ］でない場合（Ｓ６：ＮＯ）、つまり、現在のスロットル開度が閾値ｄを超えていないときは、ＥＣＵ２６は、アクセレレータペダル（加速ペダル３７）を踏み込んだ場合でも、スロットル弁が所定角度以上開かないようにスロットル開度の上限を閾値ｄ以下に固定する（Ｓ８）。

一方、［スロットル開度＞閾値ｄ］である場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、既にスロットル開度が閾値ｄを超えているので、このままでは冷却水の水温ｔｈｗが引続き上昇する。そのため、オーバーヒートを回避するためには、この温度上昇を緊急に阻止する必要がある。そこで、ＥＣＵ２６は、加速ペダル３７の踏み込み量に拘わらず、強制的にスロットル開度を閾値ｄまで下げる（Ｓ７）。そして、その後もＥＣＵ２６は、加速ペダル３７を踏み込んだ場合でも、スロットル弁が所定角度以上開かないようにスロットル開度の上限を閾値ｄ以下に固定する（Ｓ８）。

続いて、ＥＣＵ２６は、電動ウォータポンプ６及び電動ファン１８の出力を最大にするｍａｘ運転をする（Ｓ９）。具体的には、ＥＣＵ２６は、入出力インターフェース３０から制御信号を電動ウォータポンプ駆動回路２４に送信し、電動ウォータポンプ駆動回路２４は電動モータ２５を最大出力で回転させ、電動ウォータポンプ６の冷却水の吐出量を最大にしてウォータジャケット９、ラジエータ５、及び冷却配管８内の冷却水を循環させる。また、同様に、ＥＣＵ２６は、入出力インターフェース３０から制御信号を電動ファン駆動回路２３に送信し、電動ファン駆動回路２３は電動モータ１９を最大出力で回転させ、電動ファン１８の送風量を最大してラジエータ５からの放熱を最大にする。

Ｓ４からＳ９までの処理をおこなった後、冷却配管８のエンジン出口に配置された水温センサ３１により冷却水の水温ｔｈｗを検出し（Ｓ１０）、［水温ｔｈｗ＜閾値ｓ２］であるかどうかを判断する（Ｓ１１）。具体的には、ＥＣＵ２６は、この冷却配管８のエンジン２の出口に配置された水温センサ３１により検出された冷却水の水温ｔｈｗと、予め記憶されている閾値ｓ２を比較する。

この閾値ｓ２は、閾値ｔｓ２と同様冷却水の温度が過熱状態であるか否かを判断する基準温度であるが、閾値ｔｓ２よりは低い温度に設定される。これは、仮に閾値ｓ２と閾値ｔｓ２が同じ温度に設定された場合では、エマ−ジェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）が終了した直後に、僅かな温度上昇があっても、再びエマージェンシ−制御（Ｓ４〜Ｓ９）が開始され、いわゆるハンチング状態となってしまう。そのため、一旦エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）に入った場合には、十分な温度低下があるまで、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）が継続するように構成されている。

［水温ｔｈｗ＜閾値ｓ２］でない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、即ち、水温がまだオーバーヒートの水温を超しているか、若しくは超すおそれがある水温である場合、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）の継続が必要であるため、再びエマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）を繰り返す。

一方、［水温ｔｈｗ＜閾値ｓ２］となった場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、即ち、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）の効果があり、つまりオーバーヒートまでのマージン幅が十分にあると判定された場合は、次の制御までオーバーヒートする可能性が極めて低い。そこで、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）を終了して、電動ウォータポンプ６、電動ファン１８、スロットル開度に対する制御を通常の制御で処理にもどす（Ｓ１２）。そして、再び水温ｔｈｗの監視を繰り返す（ＲＥＴＵＲＮ→ＳＴＡＲＴ→Ｓ１〜Ｓ３）。

上記実施形態のエンジン２の冷却制御装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ＣＰＵ２７により判定された温度が設定された条件により過熱状態とされると（Ｓ１〜Ｓ３）、冷却水の温度が過熱している状態と判断されてエマージェンシー制御として機関出力が抑制される（Ｓ４〜Ｓ９）。このため、冷却装置だけでは冷却しきれないような場合でも、エンジン２の出力を抑えることでエンジン２自体の発熱を抑制してオーバーヒートによるエンジン２の破損を防止することができるという効果がある。

（２）このＣＰＵ２７による過熱状態の判定は、水温ｔｈｗの温度上昇率が、閾値ｔｓ１を超えた場合に過熱状態と判断されるため（Ｓ２）、急速にエンジン２の温度が上昇するような場合でも、オーバーヒートによるエンジン２の破損を確実に回避できるという効果がある。

（３）さらに、ＣＰＵ２７は、直接水温ｔｈｗの温度を閾値ｔｓ２と比較することで次の制御までの間にオーバーヒートの可能性の高い状態を検出し、さらに確実にオーバーヒートによるエンジン２の破損の防止をすることができるという効果がある。

（４）また、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）においては、ＣＰＵ２７は、スロットル開度を通常の開度より小さい閾値ｄ内に制限することで（Ｓ６、Ｓ８）、確実にエンジン２の出力を抑えることでエンジン２自体の発熱を抑制してオーバーヒートによるエンジン２の破損を防止することができるという効果がある。

（５）これに加え、ＣＰＵ２７は、過熱状態においてスロットル開度が閾値ｄを超えている場合は、直ちにその閾値を超えないようにスロットル開度を強制的に閉じるため（Ｓ６）、効果的にエンジン２の発熱量を低下させオーバーヒートによるエンジン２の破損の防止を確実にすることができるという効果がある。

（６）また、エマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）においては、エンジン２自体の発熱を低下させるだけでなく、冷却装置である電動ウォータポンプ６を最大出力で駆動することで冷却能力を上げて（Ｓ９）、オーバーヒートによるエンジン２の破損の防止をさらに確実にすることができるという効果がある。

（７）加えて、電動ファン１８を最大出力で駆動することで冷却能力を上げて（Ｓ９）、オーバーヒートによるエンジン２の破損の防止をさらに確実にすることができるという効果がある。

（８）そして、エンジンチェックランプ３４により、運転者にエマージェンシー制御（Ｓ４〜Ｓ９）を行うことを開始することを報知することにより（Ｓ４）、運転者にエマージェンシー制御を予告できるという効果がある。加えて、運転者の操作においても、オーバーヒートを回避する操作を促し、オーバーヒートによるエンジン２の破損の防止をさらに確実にすることができるという効果がある。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図２に示すフローチャートは、本発明の１実施形態であり、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、他の処理の付加、削除、順序の変更などをして実施できることはいうまでもない。

○ また、本実施の形態では、冷却水の水温ｔｈｗは、ｔ秒毎にサンプリングされ、Δｔ秒前の水温ｔｈｗ０と現在の水温ｔｈｗを比較して過熱状態が判断される構成となっているが（Ｓ２）、これに限定されるものではない。例えば、このような固定された時間に代えて、機関回転速度ＮＥや、負荷によってマップ化された時間を求め、この時間によって判断するような構成でもよい。

○ 電動ウォータポンプ６の電動モータ２５の制御方法は、電圧制御、パルス制御等その方法を限定するものではなく、種々の制御方法を用いることができる。

車両１に搭載された内燃機関であるエンジン２とともに、本実施の形態にかかる内燃機関の冷却装置並びにそれらの周辺構成を模式的に示す概略構成図。 本実施の形態のエンジン２の冷却制御の手順を示すフローチャート。 本実施形態の冷却水の流れと制御信号の流れを模式的に示すブロック図。

符号の説明

２…エンジン（内燃機関）、５…ラジエータ（冷却装置）、６…電動ウォータポンプ（冷却装置）、７…サーモスタット（冷却装置）、８…冷却配管（冷却装置）、９ａ…シリンダヘッドウォータジャケット（冷却装置）、９ｂ…シリンダブロックウォータジャケット（冷却装置）、１８…電動ファン（冷却装置）、２６…ＥＣＵ（冷却制御装置、温度判定手段、過熱状態判定手段、エマージェンシー制御手段、スロットル開度制御手段）、３１…水温センサ、３４…エンジンチェックランプ（報知手段）、ｄ，ｓ２，ｔｓ１，ｔｓ２…閾値。

Claims (7)

1. 電気モータにより駆動された電動ウォータポンプにより冷却水をラジエータ間と循環させることで内燃機関を冷却する冷却装置を備えた内燃機関の冷却制御装置であって、
   前記冷却水の温度を判定する温度判定手段と、
   前記温度判定手段により、設定された閾値に基づいて、前記冷却水の温度が過熱状態と判定する過熱状態判定手段と、
   前記過熱状態判定手段により過熱状態と判定された場合に、内燃機関の制御を通常と異なるエマージェンシー制御として前記電動ウォータポンプを最大出力で駆動する制御をするとともに、機関出力を抑制する制御をするエマージェンシー制御手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
2. 前記エマージェンシー制御手段は、過熱状態と判定された場合にスロットル開度を通常の開度より小さい閾値内に制限するスロットル開度制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置。
3. 前記冷却装置の前記ラジエータに送風する電動ファンを備え、前記エマージェンシー制御手段は、過熱状態と判定された場合に前記電動ファンを最大出力で駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の冷却制御装置。
4. 前記エマージェンシー制御手段は、過熱状態と判定された場合にエマージェンシー制御を行うことを報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却制御装置。
5. 前記温度判定手段は、前記閾値が前記冷却水の温度上昇率であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却制御装置。
6. 前記温度判定手段は、前記閾値が前記冷却水の温度であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却制御装置。
7. 前記スロットル開度制御手段は、過熱状態においてスロットル開度が前記閾値を超えている場合は、前記閾値を超えないようにスロットル開度を強制的に閉じることを特徴とする請求項２乃至請求項６に記載の内燃機関の冷却制御装置。

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