JP2013142310A - ウォータポンプの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖機促進制御によりウォータポンプが停止される内燃機関に於いてピストンの首振り運動に起因する打音が発生することを防止する。
【解決手段】内燃機関へ冷却水を循環供給するウォータポンプの制御装置であって、ウォータポンプの停止中に内燃機関の発熱総量Ｑtotalを演算し（Ｓ２０）、発熱総量Ｑtotalに基づいてシリンダボアの上下方向に隔置された位置Ｐu及びＰdの温度Ｔcbu及びＴcbdを演算すると共に、それらの位置に於けるシリンダボアの径方向の変形量Ｄcbu及びＤcbdを演算し（Ｓ３０）、変形量の差ΔＤc（＝Ｄcbu−Ｄcbd）が基準値Ｄscbを越えるときにウォータポンプを駆動する（Ｓ７０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される内燃機関に係り、更に詳細には内燃機関の冷却系に組み込まれるウォータポンプの制御装置に係る。

自動車等の車両に搭載される水冷式の内燃機関は、機関内のウォータジャケットに冷却水が循環供給されることにより冷却される。冷却水はラジエータにて冷却され、冷却された冷却水はウォータポンプによりウォータジャケットへ供給され、ウォータジャケットよりラジエータへ戻される。

内燃機関の暖機性能を向上させる技術として、ウォータポンプを電動式のポンプとし、内燃機関の運転中であっても冷却水温が低い間はウォータポンプを作動させないことにより、冷却水の循環を停止させる暖機促進制御がよく知られている。内燃機関の暖機が完了すると暖機促進制御は終了され、ウォータポンプが作動されることによって冷却水の循環が開始される。

暖機促進制御を終了させるウォータポンプの制御装置の一例が下記の特許文献１に記載されている。この制御装置は、ウォータポンプの停止中に冷却水温センサにより検出される冷却水温と乖離値との和をシリンダヘッドに於ける冷却水温の推定値として演算し、該推定値が基準値以上であるときにウォータポンプを作動させるようになっている。特許文献１に記載されている如きウォータポンプの制御装置によれば、内燃機関の暖機が完了すると、ウォータポンプを作動させ暖機促進制御を終了させることができる。

特開２０１０−２４２５９４号公報

〔発明が解決しようとする課題〕
暖機促進制御が行われているときには内燃機関に冷却水が循環供給されないため、燃焼室近傍の温度は比較的早期に上昇するが、燃焼室より離れた部分に於ける温度は早期には上昇しないため、例えばシリンダボアの上端部と下方部との間の温度差が大きくなる。シリンダボアは温度上昇に伴って楕円形に拡径膨張するが、シリンダボアの上端部と下方部との間の温度差が大きくなると、その温度差に起点して拡径膨張量の差も大きくなる。

かかる状況が発生すると、シリンダボア内に於けるピストンの首振り運動に起因する打音が発生し易くなる。しかるに上記特許文献１に記載されている如き従来のウォータポンプの制御装置に於いては、冷却水温が暖機完了判定の基準値未満である限り暖機促進制御が継続されてしまうため、ピストンの首振り運動に起因する打音の発生を防止することができない。

本発明は、従来のウォータポンプの制御装置に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものである。そして本発明の主要な課題は、暖機促進制御によりウォータポンプが停止される内燃機関に於いてピストンの首振り運動に起因する打音が発生することを防止することである。
〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕

上述の主要な課題は、本発明によれば、内燃機関へ冷却水を循環供給するウォータポンプの制御装置に於いて、前記ウォータポンプの停止中にシリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に起因する変形量の差を示す指標値を求め、前記指標値が基準値を越えるときには前記ウォータポンプを駆動することを特徴とするウォータポンプの制御装置によって達成される。

上記の構成によれば、ウォータポンプの停止中にシリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に起因する変形量の差を示す指標値が求められ、該指標値が基準値を越えるときにはウォータポンプが駆動される。従って予め行われる試験の結果等に基づいて基準値をピストンの首振り運動に起因する打音の発生を判定できる値に設定することにより、打音の発生を効果的に防止することができる。

また本発明によれば、上記の構成に於いて、前記指標値は前記シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に起因する変形量の差の推定値であるよう構成される（請求項２の構成）。

上記請求項２の構成によれば、指標値はシリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に起因する変形量の差の推定値であるので、変形量の差の推定値が基準値を越えるときに、即ち打音の発生の虞れがあるときにウォータポンプを駆動させることができる。

また本発明によれば、上記の構成に於いて、前記指標値は前記シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差の推定値であるよう構成される（請求項３の構成）。

シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に起因する変形量の差はシリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に対応しているので、温度差に基づいて変形量の差を判定することができる。上記請求項３の構成によれば、指標値はシリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差の推定値であるので、打音の発生の虞れがあるときにウォータポンプを駆動させることができる。

また本発明によれば、上記の構成に於いて、前記指標値は前記ウォータポンプの停止中に於ける前記内燃機関の総発熱量の推定値であるよう構成される（請求項４の構成）。

シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度はウォータポンプの停止中に於ける内燃機関の総発熱量により決定され、シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差も内燃機関の総発熱量により決定される。上記請求項４の構成によれば、指標値はウォータポンプの停止中に於ける内燃機関の総発熱量の推定値であるので、内燃機関の総発熱量の推定値が基準値を越えるときに、即ち打音の発生の虞れがあるときにウォータポンプを駆動させることができる。
〔課題解決手段の好ましい態様〕

本発明の一つの好ましい態様によれば、上記の構成に於いて、シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に起因する変形量の差はウォータポンプの停止中に於ける内燃機関の総発熱量に基づいて推定されるよう構成される。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記の構成に於いて、シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差はウォータポンプの停止中に於ける内燃機関の総発熱量に基づいて推定されるよう構成される。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記の構成に於いて、ウォータポンプの停止中に於ける内燃機関の総発熱量は内燃機関の運転状況に基づいて推定されるよう構成される。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記の構成に於いて、ウォータポンプの停止中に於ける内燃機関の総発熱量は内燃機関の運転状況及び外気温に基づいて推定されるよう構成される。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記の構成に於いて、ウォータポンプの停止中に於ける内燃機関の総発熱量は内燃機関の運転状況及び冷却水温に基づいて推定されるよう構成される。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記の構成に於いて、シリンダボアの上下方向に隔置された位置はそれぞれピストンが上死点及び下死点にあるときのピストンの上端に対応する位置であるよう構成される。

本発明によるウォータポンプの制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。 第一の実施形態に於けるウォータポンプの停止解除制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明によるウォータポンプの制御装置の第二の実施形態に於けるウォータポンプの停止解除制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明によるウォータポンプの制御装置の第三の実施形態に於けるウォータポンプの停止解除制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。
［第一の実施形態］

図１は本発明によるウォータポンプの制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。

図１に於いて、１０はガソリン機関である水冷式の火花点火型の内燃機関を示しており、１２はウォータポンプの制御装置を示している。内燃機関１０は内部に複数のシリンダボア１４を有するシリンダ１６と、シリンダボアの上端を閉ざすシリンダヘッド１８とを含んでいる。各シリンダボア１４にはピストン２０が往復動可能に嵌合しており、ピストン２０はシリンダボア１４及びシリンダヘッド１８と共働して容積可変の燃焼室２２を郭定している。

シリンダ１６及びシリンダヘッド１８の内部にてシリンダボア１４及び燃焼室２２の周りには冷却水を循環させるためのウォータジャケット２４が設けられている。ウォータジャケット２４の下方部及び上方部はそれぞれ導管２６及び２８によりラジエータ３０に接続されている。導管２６には電動式のウォータポンプ３２が設けられており、ウォータポンプ３２は電子制御装置３４により制御される。ラジエータ３０にて冷却された冷却水はウォータポンプ３２により導管２６を経てウォータジャケット２４へ供給され、ウォータジャケット２４より導管２８を経てラジエータ３０へ戻される。かくして冷却水が内燃機関１０の内部に循環供給されることにより内燃機関１０の過剰昇温が防止される。

電子制御装置３４にはアクセル開度センサ３６よりアクセル開度φを示す信号が入力され、回転数センサ３８より内燃機関の回転数Ｎを示す信号が入力される。また電子制御装置３４には冷却水温センサ４０より冷却水温Ｔwを示す信号が入力される。電子制御装置３４は図１には示されていないスロットルバルブの開度及び点火時期θigを制御することによって内燃機関１０の出力を制御する。

尚電子制御装置３４による内燃機関１０の出力の制御及びウォータポンプ３２の通常時の制御は本発明の要旨をなすものではないので、例えば当技術分野に於いて公知の任意の要領にて実行されてよい。

また電子制御装置３４は内燃機関１０の運転中であっても冷却水温センサ４０により検出される冷却水温Ｔwが低い間はウォータポンプ３２を駆動させず、内燃機関１０の暖機を促進させる暖機促進制御を行う。また電子制御装置３４は暖機促進制御中には後述の図２に示されたフローチャートに従って内燃機関１０の出力に基づいてウォータポンプ３２の停止解除制御を行う。かくして電子制御装置３４及び冷却水温センサ４０等のセンサは、内燃機関１０の作動状況に応じてウォータポンプ３２の駆動及び停止を制御するウォータポンプの制御装置１２を構成している。

次に図２に示されたフローチャートを参照して第一の実施形態に於けるウォータポンプの停止解除制御ルーチンについて説明する。尚図２に示されたフローチャートによる制御は図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。

まずステップ１０に於いては暖機促進制御が実行されることによりウォータポンプ３０が停止されているか否かの判別が行われ、否定判別が行われたときには図２に示されたフローチャートによる制御が一旦終了され、肯定判別が行われたときには制御はステップ２０へ進む。

ステップ２０に於いては暖機促進制御が開始された時点以降に内燃機関１０により発生された熱量Ｑの総量である発熱総量Ｑtotalが演算される。尚熱量Ｑは内燃機関の回転数Ｎ、アクセル開度φ、点火時期θigとして下記の式１により表わされるとすると、発熱総量Ｑtotalは下記の式２に従って熱量Ｑの積算値として演算されてよい。

Ｑ＝Ｆ（Ｎ，φ，θig） ……（１）
Ｑtotal＝∫Ｑdt
＝∫Ｆ（Ｎ，φ，θig）dt ……（２）

ステップ３０に於いては発熱総量Ｑtotalに基づいてシリンダボア１４の上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdに於ける温度Ｔcbu及びＴcbdが推定される。そして温度Ｔcbu及びＴcbdに基づいて上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdに於けるシリンダボア１２の径方向の変形量Ｄcbu及びＤcbdが推定される。この場合径方向はシリンダボア１２の配列方向に垂直な方向であってよい。

尚上側基準位置Ｐuはピストンが上死点にあるときのピストンの上端に対応する位置であってよく、下側基準位置Ｐdはピストンが下死点にあるときのピストンの上端に対応する位置であってよい。また発熱総量Ｑtotalと温度Ｔcbu及びＴcbdとの関係及び温度Ｔcbu及びＴcbdと変形量Ｄcbu及びＤcbdとの関係は予め実験的に求められていてよい。

ステップ４０に於いては変形量Ｄcbu及びＤcbdの差ΔＤc（＝Ｄcbu−Ｄcbd）が演算されると共に、差ΔＤcが予め設定された基準値Ｄscb（正の定数）を越えているか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには図２に示されたフローチャートによる制御が一旦終了され、肯定判別が行われたときにはステップ７０に於いて暖機促進制御が中止されウォータポンプ３２の停止が解除されることによりウォータポンプ３２の駆動が開始される。

尚基準値Ｄscbはピストンの首振り運動に起因する打音が発生する基準値として予め実験的に求められた値であってよい。

かくして図示の第一の実施形態によれば、ステップ４０に於いて変形量Ｄcbu及びＤcbdの差ΔＤcが予め設定された基準値Ｄscbを越えているか否かの判別によりピストンの首振り運動に起因する打音が発生する虞れがあるか否かの判別が行われる。そして打音が発生する虞れがあるときにはステップ７０に於いてウォータポンプ３２の駆動が開始される。従ってピストンの首振り運動に起因する打音の発生の虞れが生じると、シリンダボア１４の上端部及び燃焼室２２の近傍を冷却して熱膨張量の増大を抑制すると共に熱膨張量を低減し、これによりピストンの首振り運動に起因する打音の発生を効果的に防止することができる。

特に第一の実施形態によれば、変形量Ｄcbu及びＤcbdは温度Ｔcbu及びＴcbdに基づいて推定され、これらの温度は内燃機関１０の発熱総量Ｑtotalに基づいて推定され、発熱総量は内燃機関１０の運転状況に基づいて推定される。従ってシリンダボア１４の上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdに於ける温度Ｔcbu及びＴcbdを検出することなくピストンの首振り運動に起因する打音の発生を防止することができる。
［第二の実施形態］

図３は本発明によるウォータポンプの制御装置の第二の実施形態に於けるウォータポンプの停止解除制御ルーチンを示すフローチャートである。尚図３に於いて図２に示されたステップと同一のステップには図２に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている。このことは後述の図４についても同様である。

この第二の実施形態に於いては、ステップ３０に於いて発熱総量Ｑtotalに基づいてシリンダボア１４の上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdに於ける温度Ｔcbu及びＴcbdが推定される。しかし上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdに於けるシリンダボア１４の径方向の変形量Ｄcbu及びＤcbdは推定されない。

ステップ３０の次に実行されるステップ５０に於いては温度Ｔcbu及びＴcbdの差ΔＴc（＝Ｔcbu−Ｔcbd）が予め設定された基準値Ｔscb（正の定数）を越えているか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには図３に示されたフローチャートによる制御が一旦終了され、肯定判別が行われたときにはステップ７０に於いて暖機促進制御が中止されウォータポンプ３２の停止が解除されることによりウォータポンプ３２の駆動が開始される。

尚基準値Ｔscbもピストンの首振り運動に起因する打音が発生する基準値として予め実験的に求められた値であってよい。

かくして第二の実施形態によれば、ステップ５０に於いて温度Ｔcbu及びＴcbdの差ΔＴcが予め設定された基準値Ｔscbを越えているか否かの判別によりピストンの首振り運動に起因する打音が発生する虞れがあるか否かの判別が行われる。そして打音が発生する虞れがあるときにはステップ７０に於いてウォータポンプ３２の駆動が開始される。従って第一の実施形態の場合と同様にピストンの首振り運動に起因する打音の発生を効果的に防止することができる。

特に第二の実施形態によれば、温度Ｔcbu及びＴcbdは内燃機関１０の発熱総量Ｑtotalに基づいて推定され、発熱総量は内燃機関１０の運転状況に基づいて推定される。従ってシリンダボア１４の上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdに於ける温度Ｔcbu及びＴcbdを検出したりシリンダボア１４の径方向の変形量Ｄcbu及びＤcbdを推定したりすることなくピストンの首振り運動に起因する打音の発生を防止することができる。
［第三の実施形態］

図４は本発明によるウォータポンプの制御装置の第三の実施形態に於けるウォータポンプの停止解除制御ルーチンを示すフローチャートである。

この第三の実施形態に於いては、上述の第一の実施形態に於けるステップ３０及び４０は実行されず、ステップ２０が完了するとステップ６０が実行される。ステップ６０に於いては発熱総量Ｑtotalが予め設定された基準値Ｑts（正の定数）を越えているか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには図４に示されたフローチャートによる制御が一旦終了され、肯定判別が行われたときにはステップ７０に於いて暖機促進制御が中止されウォータポンプ３２の停止が解除されることによりウォータポンプ３２の駆動が開始される。

尚基準値Ｑtsもピストンの首振り運動に起因する打音が発生する基準値として予め実験的に求められた値であってよい。

この第三の実施形態によれば、ステップ６０に於いて発熱総量Ｑtotalが予め設定された基準値Ｑtsを越えているか否かの判別によりピストンの首振り運動に起因する打音が発生する虞れがあるか否かの判別が行われる。そして打音が発生する虞れがあるときにはステップ７０に於いてウォータポンプ３２の駆動が開始される。従って第一及び第二の実施形態の場合と同様にピストンの首振り運動に起因する打音の発生を効果的に防止することができる。

特に図示の第三の実施形態によれば、内燃機関１０の発熱総量Ｑtotalは内燃機関の運転状況に基づいて推定される。従って第二の実施形態の場合と同様に、シリンダボア１４の上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdに於ける温度Ｔcbu及びＴcbdを検出したりシリンダボア１４の径方向の変形量Ｄcbu及びＤcbdを推定したりすることなくピストンの首振り運動に起因する打音の発生を防止することができる。

以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば上述の各実施形態に於いては、発熱総量Ｑtotal等は外気温が考慮されることなく演算されるようになっているが、発熱総量Ｑtotal等は外気温も考慮して演算されるよう修正されてよい。また発熱総量Ｑtotal等は冷却水温Ｔwも考慮して演算されるよう修正されてよい。

また上述の第一及び第二の実施形態に於いては、上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdはそれぞれピストンが上死点及び下死点にあるときのピストンの上端に対応する位置である。しかし上側基準位置Ｐu及び下側基準位置Ｐdはシリンダボア１４の上下方向に隔置された位置である限り他の位置であってもよい。

また上述の各実施形態に於いては、内燃機関１０はガソリン機関であるが、ディーゼル機関の如き圧縮点火型の内燃機関であってもよい。

１０…内燃機関、１２…ウォータポンプの制御装置、１４…シリンダボア、１６…シリンダ、１８…シリンダヘッド、２０…ピストン、２４…ウォータジャケット、３０…ラジエータ、３４…電子制御装置、３６…アクセル開度センサ、３８…回転数センサ、４０…冷却水温センサ

Claims (4)

1. 内燃機関へ冷却水を循環供給するウォータポンプの制御装置に於いて、前記ウォータポンプの停止中にシリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に起因する変形量の差を示す指標値を求め、前記指標値が基準値を越えるときには前記ウォータポンプを駆動することを特徴とするウォータポンプの制御装置。
2. 前記指標値は前記シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差に起因する変形量の差の推定値であることを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプの制御装置。
3. 前記指標値は前記シリンダボアの上下方向に隔置された位置の温度差の推定値であることを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプの制御装置。
4. 前記指標値は前記ウォータポンプの停止中に於ける前記内燃機関の総発熱量の推定値であることを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプの制御装置。

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