JP2012082757A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過給域においても冷却水温の設定を適切に行うことができる内燃機関の冷却装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の冷却装置は、内燃機関の冷却水が循環する循環路と、冷却水の循環路に設けられ、冷却水の水温が設定された設定温度となるように調整する温度調整手段と、温度調整手段の設定温度を内燃機関の要求負荷に基づいて決定し、決定した設定温度に基づいて温度調整手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、内燃機関の要求負荷が所定値よりも低い場合、要求負荷が上昇するほど設定温度を低く設定し、内燃機関の要求負荷が所定値よりも高い場合、要求負荷が上昇するほど設定温度を高く設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の冷却装置に関する。

従来、エンジンの冷却装置としては、冷却水をウォーターポンプにより循環路で循環させてエンジンを冷却するものがある。このようなエンジンの冷却装置では、循環路に介設されたラジエータにより冷却水が所定温度以上になると放熱させて冷却水を冷却している。このような放熱制御では、例えば、エンジンの充填効率を向上させ、ノックを抑制すべく、エンジン負荷が小さくなるほど水温が高温となるように制御するものが知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−１３１７５３号公報（請求項１等）

しかしながら、特許文献１に記載の発明においては、冷却水温により制御しているので、過給域では適切な制御ではない場合が考えられる。例えば、過給機が設けられている場合に、エンジン負荷が大きいとして冷却水の温度を低く設定すると、燃料が気化されにくいために燃料効率が下がったり、気化せずに内壁面に付着してしまうという状態が考えられる。

従って、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決することにあり、過給域においても冷却水温の設定を適切に行うことができる内燃機関の冷却装置を提供することにある。

本発明の内燃機関の冷却装置は、内燃機関の冷却水が循環する循環路と、前記冷却水の循環路に設けられ、前記冷却水の水温が設定された設定温度となるように調整する温度調整手段と、該温度調整手段の前記設定温度を内燃機関の要求負荷に基づいて決定し、決定した該設定温度に基づいて前記温度調整手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記内燃機関の要求負荷が所定値よりも低い場合、該要求負荷が上昇するほど前記設定温度を低く設定し、前記内燃機関の要求負荷が所定値よりも高い場合、該要求負荷が上昇するほど前記設定温度を高く設定することを特徴とする。

本実施形態では、前記内燃機関の要求負荷が所定値よりも高い場合、該要求負荷が上昇するほど前記設定温度を高く設定することで、燃料が気化されにくいために燃料効率が下がったり、気化せずに内壁面に付着してしまうという状態を防止でき、これにより過給域であっても適切な制御を行うことができる。

前記要求負荷の前記所定値は、前記内燃機関の過給域と非過給域との境界値近傍の値であることが好ましい。所定値をこの境界値近傍の値とすることで、より適切な制御を行うことが可能である。

本発明の好ましい実施形態としては、前記内燃機関の要求負荷が、前記内燃機関に供給される燃料量であること、又は前記内燃機関の体積効率であることが挙げられる。

本発明の内燃機関の冷却装置によれば、過給域においても冷却水温の設定を適切に行うことができるという優れた効果を奏し得る。

内燃機関の冷却装置の構成を示すブロック図である。 冷却水の水温を決定するためのマップを示す図である。 冷却装置の制御を示すフローチャートである。 冷却水の水温を決定するための別のマップを示す図である。

以下、図１を用いて本実施形態における内燃機関の冷却装置の構成について説明する。車両のエンジン（内燃機関）１には、各シリンダ外壁にウォータージャケット１１が設けられている。このウォータージャケット１１に冷却水を流して、エンジン１を冷却している。このウォータージャケット１１には、ウォータージャケット１１の入水口と出水口とが、循環路２で接続されている。また、ウォータージャケット１１の入水口付近の循環路２には、冷却水を循環させるためのウォーターポンプ３（温度調整手段）が設けられている。ウォーターポンプ３は、本実施形態では電磁クラッチ付きウォーターポンプであり、詳しくは後述するが、冷却水温度が設定された温度となるようにＥＣＵ７により駆動制御される。

また、循環路２にはラジエータ４が介装されている。エンジン１から流出した冷却水（温水）がウォーターポンプ３によりラジエータ４に送られ、ラジエータ４で熱交換されて冷却される。この冷却された冷却水は循環して再度エンジン１に流入する。

また、エンジン１を制御するためのエンジン制御装置（ＥＣＵ）７がウォーターポンプ３に接続されている。ＥＣＵ７は、エンジン１及びエンジン１を制御するための各種装置に接続されているものであるが、ここでは説明のためウォーターポンプ３に接続されていると共に、後述する水温センサ３１、スロットル開度センサ３２及びクランク角センサ３３に接続されている以外は省略する。

水温センサ３１は、循環路２のウォータージャケット１１の入水口近傍に設けられており、エンジン１での冷却水の温度を測定し、この水温を示す信号ＳＧ１をＥＣＵ７に送出する。また、図示しないスロットルバルブに設けられ、スロットルバルブの開度を測定するスロットル開度センサ３２は、スロットル開度を示す信号ＳＧ２をＥＣＵ７に送出する。また、エンジン１に設けられたクランク角センサ３３は、エンジン回転数を示す信号ＳＧ３をＥＣＵ７に送出する。

ＥＣＵ７は、エンジン１の効率を示す要求負荷に基づいて、冷却水の水温を設定し、エンジン１における冷却水がこの設定された水温となるように、ウォーターポンプ３の駆動状態を設定する。そして、ＥＣＵ７からこのウォーターポンプ３の駆動状態を示す信号ＳＧ４がウォーターポンプ３に入力される。ウォーターポンプ３は、この信号ＳＧ４に基づいて駆動され、これにより冷却水の循環量が調整されて冷却水の温度が所望の温度となるように調整される。

具体的には、ＥＣＵ７は、図２に示すマップを有しているので、このマップに基づいて冷却水の水温を決定する。ＥＣＵ７は、クランク角センサ３３から、エンジン回転数を取得する。また、ＥＣＵ７は、スロットル開度センサ３２から、スロットル開度を取得する。このスロットル開度に基づいて流入する吸入空気量をエアフローセンサで測定して体積効率を算出する。そして、これらのエンジン回転数と体積効率とを図２に示すマップに当てはめて水温を設定する。即ち、本実施形態においては、エンジン１の効率を示す要求負荷とは体積効率である。

ここで、本実施形態の車両は、エンジン１に吸気を過剰に供給する過給機を備えている。過給機を備えることで、車両の運転状態は、過給を行って吸気量を増やした運転状態である過給域と、過給を行わず通常運転を行う非過給域とに分けられる。

図２に示すマップについて詳細に説明する。図２に示すマップは、横軸がエンジン回転数を示し、縦軸が体積効率を示しており、マップ中、色がついている部分が水温を示す３次元マップとなっている。そして、マップには上述した過給域と非過給域についても示してあり、過給域と非過給域との境界線が、本発明における所定値を示すものである。なお、この所定値は、厳密に境界線の値でなくても、境界線の近傍の値であってもよい。

図２に示すように、エンジン１の非過給域では、水温は、エンジン回転数とはほとんど影響がなく、エンジン回転数が変化しても体積効率が上昇することで低下する。エンジン１の過給域では、エンジン回転数が高くなるほど、水温が高くなり、また、体積効率が高くなるほど水温は高くなっている。従って、非過給域においては、水温分布は図２中上方向に向かって水温が低下するようにシフトするが、過給域においては、水温分布は図２中右上方向に水温が上昇するようにシフトしている。

つまり、図２に示すマップでは、エンジン回転数が同一の場合、体積効率が上がるにつれて水温は低くなるが、所定値、即ち非過給域と過給域との境界線をすぎて過給域に入ると逆に体積効率が上がるに従って水温は上昇する。例えば、エンジン回転数がＮｅ１の場合、体積効率が低い間は、水温はＴ６で最も高いが、体積効率が上がるにつれて水温はＴ６からＴ３まで低くなる。そして、所定値、即ち非過給域と過給域との境界線あたりで温度はさらにＴ２まで下がる。その後、過給域に入って体積効率がＶｅ１を越えると、逆に体積効率が上がるに従って水温はＴ２、Ｔ３と徐々に上昇する。なお、非過給域と過給域との境界線は、図２では説明のため細い線で示してあるが、実際はある程度の幅を持っていてもよい。

そして、ＥＣＵ７は、この図２に示すマップを用いて設定した設定水温となるように、水温センサ３１から得られた水温と設定水温とから、ウォーターポンプ３の駆動状態を設定し、設定された駆動状態を示す信号ＳＧ４がウォーターポンプ３に入力され、この信号に基づいてウォーターポンプ３が駆動される。なお、ここで設定されるウォーターポンプの駆動状態とは、例えば、本実施形態では制御周期Ｔにおけるウォーターポンプ３の駆動時間ｔの割合ｔ／Ｔを用いている。

エンジン１での冷却水の水温を上昇させるためには、ウォーターポンプ３の駆動割合を減少させて設定し、この駆動割合でウォーターポンプ３を駆動して、冷却水の循環量を減少させる。また、エンジン１での冷却水の水温を低くするためには、ウォーターポンプ３の駆動割合を増加させて設定し、ウォーターポンプ３をこの駆動割合で駆動して、冷却水の循環量を積極的に多くする。

ＥＣＵ７によるウォーターポンプ３の駆動について、以下図３に示すフローチャートを用いて説明する。

制御が開始されると、ステップＳ１では、クランク角センサ３３がエンジン回転数を検出する。ＥＣＵ７は、これを取得する。ステップＳ２へ進む。

次にステップＳ２では、ＥＣＵ７は、スロットル開度センサ３２がスロットル開度を検出する。ＥＣＵ７は、このスロットル開度を取得して、これを基に体積効率を検出する。ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、ＥＣＵ７は、エンジン回転数と、体積効率とから、図２に示すマップを用いて設定水温を導出する。ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、ＥＣＵ７は、水温センサ３１から、冷却水の水温を取得する。ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、取得した水温と、設定水温との差を算出し、この差に基づいてウォーターポンプ３の駆動状態を設定する。即ち、本実施形態では駆動状態としての駆動割合を設定する。例えば、取得した水温と、設定水温との差が０である場合には、ウォーターポンプ３の駆動割合は、通常運転状態の駆動割合と同一とする。また、差がプラスの値であった場合には、現在の温度の方が高いので、ウォーターポンプ３の駆動割合を通常運転状態の駆動割合よりも大きく設定し、より冷却水が循環しやすいように制御する。また、差がマイナスの値である場合には現在の水温が低いので、ウォーターポンプ３の駆動割合を通常運転状態の駆動割合よりも小さく設定し、循環する冷却水量を減少するように設定し、水温を上昇させる。

ステップＳ６では、ＥＣＵ７が設定したウォーターポンプ３の駆動状態でウォーターポンプ３が駆動されて冷却水を冷却又は昇温する。このように制御することで、エンジン１の冷却水温度が最適水温となり、熱効率が高まる。

本実施形態においては、体積効率が上昇するほど、非過給域までは冷却水の水温は低下するが、所定値をすぎると、即ち非過給域になると体積効率が上昇するほど、冷却水の水温が上昇するように構成されている。このように、本実施形態では過給域においてもエンジンの効率を示す要求負荷、つまり体積効率に基づいて水温を決定している。この場合に、上述したように、非過給域では体積効率が上昇するほど水温が上昇するように構成していることから、過給時に大量の燃料を供給しても、エンジン１の各気筒の壁面温度が低下しすぎないのでシリンダの内壁面に燃料が付着しにくく、これにより、排ガスの悪化や、燃費の悪化を抑制することができる。なお、エンジンの各気筒の内壁面に燃料が付着しないのであれば、燃料量を増加して空燃比をリッチ化することにより、さらに高出力を得ることができる。

上述した実施形態では、エンジン１の効率を示す要求負荷として体積効率について示したが、これに限定されない。例えば、エンジン１の効率を示す要求負荷として、エンジン１に供給される燃料量を用いても良い。この場合も、図２と同様の図４に示すマップを用いて水温を決定することができる。

図４に示すマップでは、横軸がエンジン回転数を示し、縦軸が燃料量を示しており、マップ中、色がついている部分が水温を示す３次元マップとなっている。そして、マップには上述した過給域と非過給域についても示してあり、過給域と非過給域との境界線が、本発明における所定値を示すものである。

図４に示すように、エンジン１の非過給域では、水温は、エンジン回転数とはほとんど影響がなく、エンジン回転数が変化しても燃料量が上昇することで低下する。エンジン１の過給域では、エンジン回転数が高くなるほど、水温が高くなり、また、燃料量が多くなるほど水温は高くなっている。従って、非過給域においては、水温分布は図４中上方向に向かって水温が低下するようにシフトするが、過給域においては、水温分布は図４中右上方向に水温が上昇するようにシフトしている。

つまり、図４に示すマップでは、エンジン回転数が同一の場合、燃料量が上がるにつれて水温は低くなるが、所定値、即ち非過給域と過給域との境界線をすぎて過給域に入ると逆に燃料量が多くなるに従って水温は上昇する。例えば、エンジン回転数がＮｅ１の場合、燃料量が少ない間は、水温はＴ６で最も高いが、燃料量が多くなるにつれて水温はＴ６からＴ３まで低くなる。そして、所定値、即ち非過給域と過給域との境界線あたりで温度はさらにＴ２まで下がる。その後、過給域に入って燃料量がＦ１を越えると、逆に燃料量が多くなるに従って水温はＴ２、Ｔ３と徐々に上昇する。なお、非過給域と過給域との境界線は、図４では説明のため細い線で示してあるが、実際はある程度の幅を持っていてもよい。

この図４に示すマップを用いる場合には、ＥＣＵ７は、吸気量に基づいて算出する燃料供給量を、このマップにおける燃料量として、水温を設定する。

そして、ＥＣＵ７は、この図４に示すマップを用いて設定した設定水温となるように、水温センサ３１から得られた水温と設定水温とから、ウォーターポンプ３の駆動状態を設定し、設定された駆動状態を示す信号ＳＧ４がウォーターポンプ３に入力され、この信号に基づいてウォーターポンプ３が駆動される。

上述した実施形態では、ウォーターポンプ３の駆動により、冷却水の冷却の度合いを調整したが、これに限定されない。例えば、ラジエータ４の放熱の度合いを変更して冷却水の冷却をしてもよい。

また、ウォーターポンプ３の駆動状態としては、本実施形態では駆動割合としたがこれに限定されず、水温を低くしたい場合には、ウォーターポンプ３を停止しても良い。また、水温を低くしたい場合には、ウォーターポンプ３の駆動時の出力を通常運転状態よりも高め、また、水温を高くしたい場合には、ウォーターポンプ３の駆動時の出力を通常運転状態よりも低くしてもよい。

また、エンジン温度を高くしたい場合には、空燃比がリッチとなる制御を合わせて行って、より早くエンジン温度を高めることができるように構成してもよい。

１ エンジン
２ 循環路
３ ウォーターポンプ
４ ラジエータ
１１ ウォータージャケット
３１ 水温センサ
３２ スロットル開度センサ
３３ クランク角センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の冷却水が循環する循環路と、
   前記冷却水の循環路に設けられ、前記冷却水の水温が設定された設定温度となるように調整する温度調整手段と、
   該温度調整手段の前記設定温度を内燃機関の要求負荷に基づいて決定し、決定した該設定温度に基づいて前記温度調整手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関の前記要求負荷が所定値よりも低い場合、該要求負荷が上昇するほど前記設定温度を低く設定し、前記内燃機関の前記要求負荷が所定値よりも高い場合、該要求負荷が上昇するほど前記設定温度を高く設定することを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記要求負荷の前記所定値は、前記内燃機関の過給域と非過給域との境界値近傍の値であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記内燃機関の前記要求負荷が、前記内燃機関に供給される燃料量であることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記内燃機関の前記要求負荷が、前記内燃機関の体積効率であることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の冷却装置。