JP2005256642A - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境温度等が変化してモータの能力が変動しても、内燃機関に対して所定の冷却能力を補償するようにモータの制御を行う内燃機関の冷却制御装置を提供すること。
【解決手段】 エンジン２はポンプ駆動モータによって駆動される電動ウォータポンプ６により冷却水をラジエータ５間と循環させることでエンジン２を冷却する冷却装置を備え、ＥＣＵ２６は、水温ｔｈｗに応じてＲＯＭ２９に記憶されたマップから制御基準温度Ｔｆでの能力を前提としたポンプ駆動モータへ出力すべきデューティー比である基礎出力Ｐｂ（％）を演算する。続いて、モータ温度Ｔｍを推定し、制御基準温度Ｔｆとの温度差Ｔｓを算出し、この温度差Ｔｓに基づいて、マップから出力補正係数Ｖを決定し、基礎出力Ｐｂ（％）補正する。そのため、温度変化によりポンプ駆動モータの能力が変動しても、要求される冷却能力に応じた吐出量で電動ウォータポンプ６を駆動することができる。
【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、モータ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に関する。

例えば、自動車用ガソリンエンジンなどの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熱交換により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。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冷間時にはバイパス回路への流量を増加させるようにコントロールされ液温が調整されていた。従来のウォータポンプとして、例えば、内燃機関のクランクシャフトに接続され、内燃機関により直接駆動されているようなものがあった。このような構成のウォータポンプでは、エンジンの回転数が高いほど冷却水の流量が多くなるため冷却能力が高くなり、エンジンの回転数が低いほど冷却水の流量が少なくなるため冷却能力が低くなる。ところが、冷却がそれほど必要でない低負荷時での運転においても、ウォータポンプはエンジンの回転に従って駆動されるため、冷却水に燃料のエネルギーが過剰に吸収されてムダなエネルギーとして外部に放出され、燃料消費率が悪化するという問題があった。その一方、低回転でも高負荷運転の場合は、ウォータポンプが一定の速度以上回転しないので冷却能力が不足するという問題があった。

そこで、特許文献１に示すエンジンの冷却装置のように、冷却水の温度変化に応じて、電動のウォータポンプを駆動するモータの回転数をマイクロコンピュータを備えた制御回路により制御するようなものが提案された。このような、エンジンの冷却装置であれば、冷却水の温度変化に応じてコンピュータ制御するため、冷却水の温度が高い場合にはモータの電流を大きく出力してウォータポンプの回転数を高める。また、逆に冷却水の温度が低い場合はモータの電流を小さく出力してウォータポンプの回転数を低める。その結果、最適なエンジンの冷却の制御をすることができるものとされていた。
特開昭６０−１４２０１０号公報

しかしながら、冷却水を循環させる電動ウォータポンプの運転時に、環境温度変化により、モータの特性が変化するような場合がある。特許文献１に開示されたエンジンの冷却装置では、冷却水の温度変化に応じた制御はなされるが、モータ自体の温度は考慮されていない。そのため、アクチュエータとしてのモータのゲインが変動することとなり、例えば、モータが予め想定された温度より高温となった場合には、制御に従った電流を出力しても電動ウォータポンプの吐出量が低下することになる。その結果、冷却装置において必要とされる冷却性能が得られず、オーバーヒートなどを生じやすいという問題があった。

その一方、モータの温度が下がった場合は、制御に従った電流を出力しても吐出量が過度となり、必要以上に冷却されて適温への上昇が妨げられたり、あるいは燃費が悪化したり、駆動のためのムダな電流が消費されたりするという問題もあった。

本発明は、環境温度等が変化してモータの能力が変動しても、内燃機関に対して所定の冷却能力を補償するようにモータの制御を行う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、モータによって駆動される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に対して、当該内燃機関の状態に応じて前記モータへの駆動電流の出力を決定するモータ制御手段を備えた内燃機関の冷却制御装置であって、前記モータの温度を判定するモータ温度判定手段と、前記モータ温度判定手段により判定されたモータ温度に応じて前記モータ制御手段により決定された前記モータへの出力を補正する出力補正手段とを備えたことを要旨とする。

この発明によれば、出力補正手段により、モータ温度判定手段により判定されたモータ温度に応じて、モータ制御手段のモータへの出力を補正するため、環境温度等が変化してモータの能力が変動しても、内燃機関に対して所定の冷却能力を補償するようにモータの制御を行う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、前記モータ制御手段は、設定された制御基準温度において発揮されるモータの性能に基づいて前記モータへの出力を決定し、前記出力補正手段は、前記モータ温度判定手段により判定されたモータ温度と前記制御基準温度の差に基づいて前記モータ制御手段の前記モータへの出力を補正することを要旨とする。

この発明によれば、出力補正手段は、モータ温度判定手段により判定されたモータ温度と制御基準温度の差に基づいてモータ制御手段のモータへの出力を補正するため、より精度の高いモータの制御を行う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２に記載の内燃機関の冷却制御装置において、前記出力補正手段は、前記モータの制御基準温度に対する温度差に対応する出力補正値を予めマップ化した温度補正マップにより補正することを要旨とする。

この発明によれば、出力補正手段は、前記モータの制御基準温度に対する温度差に対応する出力補正値を予めマップ化した温度補正マップにより補正するため、制御基準温度に対する温度差と、これに対する出力の補正値が非線形の関係であっても最適なモータの制御を行う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、前記モータ温度判定手段は、外気温、吸気温度、車速のうちの１以上の数値を含むモータの環境変化因子、及び当該モータに印加した電圧、出力した電流、冷却水の水温若しくはこれらの履歴のうちの１以上の数値を含むモータの自己発熱因子に基づいて、モータ温度を推定することを要旨とする。

この発明によれば、モータ温度判定手段が、モータの環境変化因子及び自己発熱因子によりモータ温度を推定するため、正確な温度推定に基づいてより精度の高いモータの制御を行う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、前記モータ温度判定手段は、前記モータの温度を直接温度検出器で検出することを要旨とする。

この発明によれば、モータ温度判定手段は、モータの温度を直接温度検出器で検出するため、モータ温度を推定によらず検出して、正確な温度でモータの制御を行う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、前記内燃機関の状態は、冷却水の水温であることを要旨とする。

この発明によれば、モータ制御手段が、冷却水の水温を内燃機関の状態としてモータを制御するため、冷却水の水温が適切になるようにモータの制御を行う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１乃至請求項６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、前記モータ制御手段は、ＰＷＭ制御によるデューティー比を変更することによりモータを制御することを要旨とする。

この発明によれば、モータ制御手段は、ＰＷＭ制御によるデューティー比を変更することによりモータに電流を出力して制御するため、精度の高いモータの制御を行う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、環境温度等が変化してモータの能力が変動しても、内燃機関に対して所定の冷却能力を補償するようにモータの制御を行うことができるという効果がある。

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５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、即ち概ね機関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、及び電動ウォータポンプ６、サーモスタット７、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配置された冷却用の熱媒体である冷却水の通路を備えた熱交換機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、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、冷却水は冷却されシリンダブロックウォータジャケット９ｂに還流される。従って、水温ｔｈｗが高温の場合は、電動ウォータポンプ６の回転を速め冷却水の循環を多くすることで、シリンダヘッド３ａ、シリンダブロック３ｂからの熱をシリンダヘッドウォータジャケット９ａ、シリンダブロックウォータジャケット９ｂからより多く吸収し、ラジエータ５でより多く放熱することができる。

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とこのラジエータタンクを連通するラジエータコアから構成される。ラジエータコアは、細長いアルミニウム板からなる放熱板であるフィンが設けられた扁平なチューブが多数配設され、貯留された冷却水を循環させる。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、ラジエータ５を通る冷却水が冷却される。

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。

本実施形態の冷却装置は、以上のような構成になっており、通常は、ＥＣＵ２６により、電動ウォータポンプ６、電動ファン１８が水温ｔｈｗに応じて制御され、冷却水を十分に冷却できる。しかしながら、仮にＥＣＵ２６による制御が目標のとおり適切に制御できない場合には、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、シリンダブロック３ｂ内の温度が上昇する。また、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、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。

続いて、電源装置２２について説明する。電源装置２２は、バッテリ２０やオルタネータ２１等を備える。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及びポンプ駆動モータ２５、ファンモータ１９に供給される。ポンプ駆動モータ２５、ファンモータ１９、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。そして、電源装置２２により、ポンプ駆動モータ駆動回路２４を介して電動ウォータポンプ６のポンプ駆動モータ２５に駆動電流を供給する。同様に、ファンモータ駆動回路２３を介して電動ファン１８のファンモータ１９に電力を供給する。

すなわち、電動ウォータポンプ６は、ＥＣＵ２６から出力される制御信号によってポンプ駆動モータ駆動回路２４がオンされることにより、バッテリ２０からの駆動電流がポンプ駆動モータ駆動回路２４を介してポンプ駆動モータ２５に供給されて駆動されるようになっている。この電動ウォータポンプ６は、ＥＣＵ２６から出力される制御信号に応じてポンプ駆動モータ駆動回路２４によってポンプ駆動モータ２５に出力される電流が変化され、電動ウォータポンプ６の吐出量が変化させられる。

本実施形態の電動ウォータポンプ６では、具体的には、ＥＣＵ２６によりポンプ駆動モータ２５が制御され、水温ｔｈｗに応じて、ポンプ駆動モータ駆動回路２４により無段階の回転数で制御する。もちろん、水温ｔｈｗの他、冷却水の水圧など、いずれの数値に基づいて如何なる制御をするかは適宜変更できることはいうまでもない。

また、同様に、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、ファンモータ駆動回路２３はファンモータ１９に駆動信号を出力する。電動ファン１８の駆動時には、ファンモータ駆動回路２３によってファンモータ１９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、高速の３段階の回転速度で電動ファン１８が駆動される。

次に、各種のセンサ類について説明する。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ｔｈｗを演算し、電動ファン１８、電動ウォータポンプ６を制御する。もちろん、水温ｔｈｗ以外の数値を参照することを妨げるものではない。

図２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の開度であるスロットル開度を検出する。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。外気温センサ４４は、外気温を実測し、外気温を検出する。

制御装置であるＥＣＵ２６は、エンジン２自体の制御である点火時期制御、燃料噴射制御の制御や、冷却制御装置として、冷却装置である電動ウォータポンプ６、電動ファン１８の駆動制御などを総合的に制御する。このＥＣＵ２６は中央処理装置（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、本実施形態の内燃機関の冷却制御プログラムを始めとする各種プログラムやマップ等を予め記憶したＲＯＭ２９、センサからの取り込み値やＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ２８がバス接続されて設けられている。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、外気温センサ４４等からの検出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のファンモータ駆動回路２３、電動ウォータポンプ６のポンプ駆動モータ駆動回路２４に制御信号を出力する。また、エンジン２の燃料噴射弁を駆動する駆動回路（不図示）、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（不図示）等に接続され制御信号を出力する。そして、ＥＣＵ２６はこれらの各センサ等からの信号に基づき、ＲＯＭ２９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。

続いて、電動ウォータポンプ６を駆動するポンプ駆動モータ２５について詳細に説明する。ポンプ駆動モータ２５は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される直流モータで、モータに印加される所定電圧のパルス幅を変更することでオンタイムとオフタイムの比であるデューティー比（％）を変更することにより駆動電流を出力する時間が変更される。その結果、供給される電力が変化されることで回転数が制御されている。ＥＣＵ２６は、水温ｔｈｗ等に基づいて、要求される冷却能力に応じた回転をさせるためのデューティー比（％）を演算し、このデューティー比（％）に基づいてポンプ駆動モータ駆動回路２４からポンプ駆動モータ２５に所定の通電幅のパルスの駆動信号を送出させる。このように制御されたポンプ駆動モータ２５は、電動ウォータポンプ６を所定の回転数で回転させて要求される吐出量（循環量）を発生させ冷却装置の冷却能力をコントロールする。要求される冷却能力は、現在の水温ｔｈｗと目標とされる水温ｔｈｗの差からＥＣＵ２６のＲＯＭ２９に記憶されたマップ（図３参照）により決定され、これに対応する出力でポンプ駆動モータ２５を制御しながら駆動する。

ところで、ポンプ駆動モータ２５は、周囲の温度によりその特性が変化する。具体的には、マグネットの磁束密度の温度変化と、電機子巻線の温度変化によりトルクが変動する。モータの発生トルクは、Ｆ（Ｎ）を運動エネルギー、Ｂ（Ｔ）を磁束密度、Ｉ（Ａ）を電線内を流れる電流値、Ｌ（ｍ）を有効電線長とした場合に、［Ｆ（Ｎ）＝Ｂ（Ｔ）・Ｉ（Ａ）・Ｌ（ｍ）］で表される。ここで、永久磁石の残留磁気密度Ｂｒ（Ｂ）は、温度上昇とともに減少する。例えば、フェライト磁石では、１°Ｃ当たり、−０．１８％の低下することが分かっている。このため、温度差が仮に１００°Ｃあった場合は、［−０．１８（％／°Ｃ）×１００（°Ｃ）＝−１８％］となる。さらに、これに加え、電機子巻線も１°Ｃ温度が上昇した場合、内部抵抗が＋０．４％程度増加する。永久磁石の種類や、電機子巻線の長さ等、モータの構成により違いはあるが、温度上昇によりポンプ駆動モータ２５のトルクが低下して、電動ウォータポンプ６の回転数が低下し、冷却水の吐出量が減少し、冷却水の循環量が減少して冷却能力が低下することは明らかである。例えば、フェライト磁石を用いたものでは１００°Ｃの差があれば、概ね２割程度のトルク低下がある。

このポンプ駆動モータ２５の温度は、以下の因子の影響により変動する。まず、ポンプ駆動モータ２５自体の自己発熱に由来するものがある。例えば、ポンプ駆動モータ２５に印加される電圧・電流、駆動信号のデューティー比や、それまでの水温ｔｈｗの履歴など、ポンプ駆動モータ２５の負荷に応じて発熱が変化する。このように、ポンプ駆動モータ２５の温度に影響を与える因子のうち、自己発熱に由来するものがある。本願においては、これらの自己発熱に由来する因子を、「自己発熱因子」というものとする。

一方、外気温が高温の環境では、外気温により直接ポンプ駆動モータ２５の温度が上昇されたり、ポンプ駆動モータ２５自体の放熱の効率が低下して温度上昇しやすい環境となる。また、車両１の車速は、ラジエータ５への空気通過量を大きくして、冷却能力を高める。このように、ポンプ駆動モータ２５の温度に影響を与える因子のうち、環境の変化に由来するものがある。環境の状態を示すパラメータとして、外気温、吸気温度、車速等があるが、本願においては、これらの因子を環境の変化に伴う因子として、「環境変化因子」という。

このように、ポンプ駆動モータ２５自体の温度は、これらの自己発熱因子及び環境変化因子の影響を受けて決定される。逆にいえば、これらの自己発熱因子、環境変化因子と、それらに起因して発生する温度変化の感度係数を予め知っておけば、これらの自己発熱因子、環境変化因子を解析・演算することで、ポンプ駆動モータ２５のモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）を正確に推定することができることになる。

この自己発熱因子、環境変化因子のそれぞれは、ポンプ駆動モータ２５の温度上昇への影響度が異なることから、それぞれの因子のモータ温度上昇に対する影響を感度係数として、実車の実験や模擬実験を通してデータを収集して求める。これらの自己発熱因子と環境変化因子と、それぞれの感度係数が分かれば、自己発熱因子と環境変化因子に基づいてＥＣＵ２６で演算することで、ポンプ駆動モータ２５のモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）の推定が可能になる。

なお、上述のように、モータ温度Ｔｍ（°Ｃ）は演算によって推定することもできるが、これらの自己発熱因子、環境変化因子のそれぞれの因子の影響をその都度演算することは、ＥＣＵ２６に負荷をかけることになる。また、これらの各因子とその温度上昇への影響が必ずしも線形の関係ではないため、本実施形態では、これらの関係を模擬実験により求めたデータをマップ化して、予めＲＯＭ２９に記憶し、このマップを参照することで自己発熱因子と環境変化因子に基づいて温度推定を行っている。このマップは、各因子により特定されるモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）を複数の因子に対して１の温度のテーブルデータとして記憶した高次元のデータである。なお、このマップは、各因子毎に対する温度変化分を１対１のテーブルデータとして記憶して、これらの温度変化分から演算により積算してモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）を推定するものや、さらにマップと数式の組合せでモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）を推定するものでよいことは言うまでもない。このマップ若しくは演算のための数式、感度係数はＲＯＭ２９に記憶されている。

以上のような構成から、ＥＣＵ２６は、モータ温度判定手段として、外気温、吸気温度、車速の環境変化因子、又はポンプ駆動モータ２５に印加した電圧、電流、駆動信号のデューティー比、冷却水の水温若しくはこれらの履歴の自己発熱因子に基づいて、ポンプ駆動モータ２５の温度を推定する。むろん、自己発熱因子、環境変化因子は例示したものに限定されず、種々の因子があり、これらを利用することを妨げるものではないことはいうまでもない。本実施形態では、例えば、自己発熱因子として電圧・電流、デューティー比、水温の履歴を、環境変化因子として外気温、吸気温度、車速を参照してモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）を推定するものとする。

また、ＥＣＵ２６は、モータ制御手段として機能し、基本的な制御として、設定された「制御基準温度Ｔｆ（°Ｃ）（モータ性能前提温度）」において発揮されるモータの性能に基づいて、水温ｔｈｗに応じてポンプ駆動モータ２５への出力を決定する。この「制御基準温度Ｔｆ（°Ｃ）」とは、予め特定されたポンプ駆動モータ２５の所定温度であって、その温度のときのポンプ駆動モータ２５の性能を示す出力特性がここでの、基本的な制御の基準とされる。この制御基準温度Ｔｆ（°Ｃ）の出力特性を前提にＥＣＵ２６により要求される吐出量に対応するポンプ駆動モータ２５への電力の供給量が基礎出力Ｐｂ（％）として計算され、ポンプ駆動モータ駆動回路２４に送出すべき制御信号の基礎となる値が演算される。

図３は、水温ｔｈｗと基礎出力Ｐｂ（％）の関係を示すマップを概念的に示す図である。ＲＯＭ２９には、水温ｔｈｗと、その水温ｔｈｗに対するポンプ駆動モータ２５に出力するＰＷＭ制御のデューティー比の値が基礎出力Ｐｂ（％）としてマップとして記憶されている。ここでは、図３に示すように水温ｔｈｗ（°Ｃ）が、最低温度Ｔａ（°Ｃ）までは、基礎出力Ｐｂ（％）が最小出力Ｐｍ（％）とされ、電動ウォータポンプ６の最小の吐出量となっている。つまり、水温ｔｈｗが低い場合でも、電動ウォータポンプ６は、停止されることがないように制御される。水温ｔｈｗが最低温度Ｔａ（°Ｃ）より高い場合は、それに応じて出力が増加し、例えば、水温ｔｈｗ（°Ｃ）がＴｂ（°Ｃ）の場合では、基礎出力Ｐｂ（％）は、Ｐｐ（％）になる。なお、この関係は、実車による実験や模擬実験から求められたデータがマップとして記憶されているが、具体的には水温ｔｈｗと基礎出力Ｐｂ（％）の１対１の関係がテーブルデータとしてＲＯＭ２９に記憶されている。なお、マップに限らず、水温ｔｈｗ（°Ｃ）に対する基礎出力Ｐｂ（％）の関係が関数として記憶されていてもよい。

モータの温度が変化するとその特性も変化するため、この基本的な制御を修正する必要があることは先に述べた。そこで、ＥＣＵ２６は出力補正手段として機能し、前述のような基本的な制御に対して、補正の制御を行う。この補正の制御では、モータ温度判定手段としてのＥＣＵ２６により判定されたモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）と、制御基準温度Ｔｆ（°Ｃ）との差から温度差Ｔｓ（°Ｃ）を求め、この温度差Ｔｓ（°Ｃ）に基づいて、モータ制御手段としてのＥＣＵ２６に決定されたポンプ駆動モータ２５への出力を補正する。

ここで、図４は、ポンプ駆動モータ２５の温度差Ｔｓ（°Ｃ）と出力補正係数Ｖの関係を示すマップを概念的に示す図である。このマップでは、横軸に温度差Ｔｓ（°Ｃ）をとり、縦軸にデューティー比を補正する出力補正値である出力補正係数Ｖをとっている。この出力補正係数Ｖは、デューティー比である基礎出力Ｐｂ（％）に対して加算（減算）すべき補正値で、基礎出力Ｐｂ（％）を基準として、基礎出力Ｐｂ（％）に乗じることで基礎出力Ｐｂ（％）を増大又は減少させる補正値を算出する。出力補正係数Ｖは、正の値の場合は、基礎出力Ｐｂ（％）を増大させ、負の値の場合は、基礎出力Ｐｂ（％）を減少させる。温度差Ｔｓ（°Ｃ）と出力補正係数Ｖとは、比較的強い相関関係があり、温度差Ｔｓ（°Ｃ）がプラスになれば、出力補正係数Ｖが大きくなり、温度差Ｔｓ（°Ｃ）がマイナスになれば、出力補正係数Ｖもマイナスの値となり小さくなるが、完全な線形の関係とはならず様々な条件で変化する。そのため、本実施形態では、温度差Ｔｓ（°Ｃ）と出力補正係数Ｖの関係を実車による実験や模擬実験により求め、マップ化して、このマップを参照して温度差Ｔｓ（°Ｃ）に対応する出力補正係数Ｖの値を求めている。なお、図４に示す図は、説明のためマップを概念的に示す図であり、実際には、マップは、デジタルデータによる温度差Ｔｓ（°Ｃ）と出力補正係数Ｖの１対１のテーブルデータとしてＲＯＭ２９に記憶されている。

以上のように構成されたエンジン２の冷却制御装置による制御方法について、図５に沿って説明する。ここで、図５は、本実施形態のエンジン２の冷却制御装置による制御方法の手順を示すフローチャートである。まず、エンジンが始動されると共にＥＣＵ２６が立ち上がると、制御が開始される（ＳＴＡＲＴ）。まず、ＥＣＵ２６は、所定のタイミングで水温センサ３１からの検出信号を入出力インターフェース３０から受信して、冷却水の水温ｔｈｗを演算してＲＡＭ２８に読み込む（ステップ１（以下「ステップ」を「Ｓ」と略記する。））。次に、ＣＰＵ２７は、ＲＡＭ２８に読み込んだ水温ｔｈｗに対応する基礎出力Ｐｂ（％）をＲＯＭ２９に記憶されたマップ（図３参照）から読出し、基礎出力Ｐｂ（％）を決定する（Ｓ２）。この基礎出力Ｐｂ（％）は補正前の仮の出力で、実際には、このままの出力で、ポンプ駆動モータ駆動回路２４に制御信号を送出するわけではない。

続いて、モータ温度Ｔｍ（°Ｃ）の推定が行われる（Ｓ３）。このステップでは、前述のとおり、ＥＣＵ２６により各種センサから検出された自己発熱因子である電圧・電流、デューティー比、水温の履歴や、環境変化因子である外気温、吸気温度、車速に基づいて、ＲＯＭ２９に記憶されたマップからモータ温度Ｔｍが推定される。続いてＣＰＵ２７は、ＲＯＭ２９に記憶された制御基準温度（モータ性能前提温度）Ｔｆ（°Ｃ）と、Ｓ３で推定されたモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）との温度差Ｔｓ（°Ｃ）を求めるため、［Ｔｓ（°Ｃ）＝Ｔｍ（°Ｃ）−Ｔｆ（°Ｃ）］を演算する（Ｓ４）。

次に、ＣＰＵ２７は、求められた温度差Ｔｓ（°Ｃ）分の性能変化に対応する出力補正係数Ｖを、ＲＯＭ２９に記憶されたマップ（図４参照）に基づいて決定する（Ｓ５）。この決定された出力補正係数Ｖにより、Ｓ２で決定された基礎出力Ｐｂ（％）に加算又は減算する補正値を演算して最終的に出力するデューティー比を決定し、対応する制御信号を演算してポンプ駆動モータ駆動回路２４に送出する（Ｓ６）。そうすれば、ポンプ駆動モータ駆動回路２４は、制御信号により指示されたデューティー比でポンプ駆動モータ２５に駆動信号を出力する。この出力で駆動されたポンプ駆動モータ２５は、求められる吐出量で電動ウォータポンプ６を回転駆動させて冷却水を循環させ、求められる冷却能力を冷却装置に与える。そして、処理が完了したら再び所定タイミングでＳ１からの手順を実行する（ＲＥＴＵＲＮ→Ｓ１）。

なお、本実施形態において、Ｓ３の手順を実行するＥＣＵ２６がモータ温度判定手段の一例に対応し、Ｓ４〜Ｓ６の手順を実行するＥＣＵ２６が出力補正手段の一例に対応する。

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、推定されたモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）に応じて、制御基準温度Ｔｆ（°Ｃ）とモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）とから温度差Ｔｓ（°Ｃ）を求めて、基礎出力Ｐｂ（％）を補正する。そのため、環境温度等が変化してポンプ駆動モータ２５の能力が変動しても、エンジン２に対して所定の冷却能力を補償するように電動ウォータポンプ６を駆動して冷却装置の制御を行うことができるという効果がある。

（２）特に、基礎出力Ｐｂ（％）の補正は、マップ（図４参照）を参照しておこなうため、より適切な補正を行うことができるという効果がある。
（３）また、推定されたモータ温度Ｔｍ（°Ｃ）の判定は、自己発熱因子として電圧・電流、デューティー比、水温の履歴を、環境変化因子として外気温、吸気温度、車速を参照して、モータ温度Ｔｍ（°Ｃ）を推定するため、ポンプ駆動モータ２５の温度を実測によらずソフトウエアで推定できる。そのため、ＥＣＵ２６のみで実測のためのハードウエアが不要となり、部品点数を増やさず、製造上の工数の増加もないという効果がある。

（４）また、この推定は、複数の因子に基づいてマップを用いて行うため、精度の高い推定をすることができる。
（５）なお、基礎出力Ｐｂ（％）は、水温ｔｈｗに基づいて決定されるため、水温ｔｈｗを適切に制御できるという効果もある。特に、この水温ｔｈｗに基づく基礎出力Ｐｂ（％）の決定は、マップ（図３参照）に基づいて行われるため、より適切な基礎出力Ｐｂ（％）を求めることができる。

そして、ポンプ駆動モータ２５に対する制御は、ＰＷＭ制御によるデューティー比を変更することにより制御するため、細やかな精度の高いモータの制御を行う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５に示すフローチャートは、本発明の１実施形態であり、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。

○ 本実施形態では、基礎出力Ｐｂ（％）は、水温ｔｈｗのみにより決定しているが、水温ｔｈｗ以外の要素により決定することもできる。たとえば、スロットル開度センサ３８により検出されるスロットル開度、エアフロメータ３９から検出される吸入空気量などからエンジン２の負荷の増大等に応じた制御をおこなってもよい。ノックセンサ４１からのノック信号に基づいて気筒内の温度上昇を検知して、要求される冷却能力の修正をおこなうようにしてよい。あるいは、エアコン（不図示）のスイッチと連動させて、要求される冷却能力の修正をおこなうようにしてよい。

○ また、ポンプ駆動モータ２５の回転の制御は、ＰＷＭ制御により制御されているが、これに限定されないことはいうまでもない。例えば、ＰＡＭ制御、ベクトル制御、パルス制御、バイポーラ制御、ペデスタル制御や、抵抗制御による電圧制御など、回転数が制御できる方法であれば、適宜選択できる。

○ また、本実施形態では、水温ｔｈｗと基礎出力Ｐｂ（％）の関係や、モータ温度Ｔｍ（°Ｃ）の推定、ポンプ駆動モータ２５の温度差Ｔｓ（°Ｃ）と出力補正係数Ｖの関係を、マップを用いて求めているが、マップによらず関数式等を用いて求めても良い。

○ また、本実施形態では、モータ温度Ｔｍ（°Ｃ）は、推定により求められるが、モータ温度Ｔｍ（°Ｃ）は、温度検出器による実測値を用いてもよい。その他、当業者により特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、種々変更し改良して実施できることは言うまでもない。

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。 水温ｔｈｗと基礎出力Ｐｂ（％）の関係を示すマップを概念的に示す図。 ポンプ駆動モータ２５の温度差Ｔｓ（°Ｃ）と出力補正係数Ｖの関係を示すマップを概念的に示す図。 本実施形態のエンジン２の冷却制御装置による制御方法の手順を示すフローチャート。

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）、２４…ポンプ駆動モータ駆動回路、２５…ポンプ駆動モータ（モータ）、２６…ＥＣＵ（冷却制御装置、モータ制御手段、モータ温度判定手段、出力補正手段、）、３１…水温センサ、Ｔｆ…制御基準温度、Ｔｍ…モータ温度、Ｔｓ…温度差、ｔｈｗ…水温

Claims (7)

1. モータによって駆動される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に対して、当該内燃機関の状態に応じて前記モータへの駆動電流の出力を決定するモータ制御手段を備えた内燃機関の冷却制御装置であって、
   前記モータの温度を判定するモータ温度判定手段と、
   前記モータ温度判定手段により判定されたモータ温度に応じて前記モータ制御手段により決定された前記モータへの出力を補正する出力補正手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
2. 前記モータ制御手段は、設定された制御基準温度において発揮されるモータの性能に基づいて前記モータへの出力を決定し、
   前記出力補正手段は、前記モータ温度判定手段により判定されたモータ温度と前記制御基準温度の差に基づいて前記モータ制御手段の前記モータへの出力を補正すること
   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. 前記出力補正手段は、前記モータの制御基準温度に対する温度差に対応する出力補正値を予めマップ化した温度補正マップにより補正すること
   を特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却制御装置。
4. 前記モータ温度判定手段は、外気温、吸気温度、車速のうちの１以上の数値を含むモータの環境変化因子、
   及び、当該モータに印加した電圧、出力した電流、冷却水の水温若しくはこれらの履歴のうちの１以上の数値を含むモータの自己発熱因子に基づいて、モータ温度を推定すること
   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. 前記モータ温度判定手段は、前記モータの温度を直接温度検出器で検出する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。
6. 前記内燃機関の状態は、冷却水の水温であること
   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. 前記モータ制御手段は、ＰＷＭ制御によるデューティー比を変更することによりモータを制御すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却制御装置。

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