JP2014001654A - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁開閉弁に対する電力の供給を遮断することができない場合であっても、電磁開閉弁の開度を増大させて冷却水を循環させることができる内燃機関の冷却制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関を冷却する冷却水が循環される冷却水回路に、ウォーターポンプと、冷却水の流量を増減する制御弁とが設けられる内燃機関の冷却制御装置において、制御弁は電圧が印加されて開度を減じ、電圧が遮断されて開度を増大するように構成された電磁開閉弁であり、電磁開閉弁に対する電圧を遮断できずにその開度を増大することができない場合に、電磁開閉弁に印加する電圧を増大させかつウォーターポンプの吐出量を増大させ、その後に電磁開閉弁に印加する電圧を低下させる開弁制御手段（ステップＳ２ないしステップＳ５、および、ステップＳ７ないしステップＳ９、ならびに、ステップＳ１２）を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関を冷却するシステムを制御する装置に関し、特に冷却水の循環を制御する装置に関するものである。

内燃機関は燃料の燃焼によって発熱し、その温度が過度に高くなると異常燃焼などによって効率が悪化するので、冷却装置を備えている。冷却装置による内燃機関の冷却の形式として、冷媒として水を用いる水冷式や、水に替えてオイルを用いる油冷式、また、冷媒として空気を用いる空冷式などが知られている。いずれの形式であっても、冷却装置による内燃機関の冷却が十分でなければ、上述した異常燃焼が生じ、また反対に、冷却し過ぎると燃料の燃焼が妨げられる。以下の説明では、内燃機関をエンジンと記す。

例えば特許文献１には、内燃機関の内部を通過させるように冷却水を循環させる第１冷却水回路と、内燃機関を通過させずに排熱回収器を通過させるように冷却水を循環させる第２冷却水回路とを備えた車両の冷却装置が記載されている。また、閉弁することにより第１冷却水回路での冷却水の循環を禁止し、開弁することによりそれらの冷却水回路の冷却水同士を混合させるリリーフ弁と、各冷却水回路で冷却水を循環させるための電動ウォーターポンプとが設けられている。上記のリリーフ弁は、閉弁するように弁体に対して弾性力を生じるばねを有している。したがってばねの弾性力に抗するように、弁体に対してその上流側と下流側との冷却水の圧力差すなわち差圧が作用する。そのため、上記のリリーフ弁は電動ウォーターポンプの吐出量を予め定めた吐出量よりも増大させて上述した差圧がばねの弾性力よりも大きくなった場合に、その差圧により開弁されるように構成されている。

特開２０１１−９９４００号公報

特許文献１に記載されたリリーフ弁は、差圧により開弁されるため、差圧が小さければリリーフ弁の開度が小さくなり、差圧が大きければ開度が大きくなる。すなわち第１冷却水回路に十分な量の冷却水を循環させるためには電動ウォーターポンプの吐出量を十分に大きくする必要がある。そのため、内燃機関を十分に冷却しようとすると、電動ウォーターポンプで消費する電力が増大して燃費が悪化する可能性がある。そこで、このような課題を解消するために、特許文献１に記載されたリリーフ弁に替えて、例えば電力が供給されて閉弁し、電力の供給が遮断されて開弁する電磁開閉弁を使用することが考えられる。しかしながら、そのような構成では、上記の電磁開閉弁に電力を供給する電気回路がショートして電力の供給が遮断されない事態が生じた場合に、電磁開閉弁を開弁することができず、内燃機関を十分に冷却することができない可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、電磁開閉弁に対する電力の供給を遮断することができない場合であっても、電磁開閉弁の開度を増大させて冷却水を循環させ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を目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関を冷却するための冷却水が循環される冷却水回路に、前記冷却水を循環させるためのウォーターポンプと、前記内燃機関に対して供給する前記冷却水の流量を増大もしくは減少させる制御弁とが設けられている内燃機関の冷却制御装置において、前記制御弁は、電圧が印加されることにより開度を減じ、前記電圧が遮断されることにより前記開度を増大するように構成された電磁開閉弁であり、前記電磁開閉弁に対する前記電圧を遮断できずに前記電磁開閉弁の開度を増大することができない場合に、前記電磁開閉弁に印加する前記電圧を増大させるとともに前記ウォーターポンプの吐出量を増大させ、その後に前記電磁開閉弁に印加する前記電圧を低下させる開弁制御手段を備えていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記開弁制御手段は、前記電磁開閉弁に印加する前記電圧を低下させた後であっても、前記ウォーターポンプの吐出量を増大させた状態を維持する手段を含むことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記開弁制御手段は、前記電磁開閉弁に印加する前記電圧の増大および低下を繰り返すと共に、前記電磁開閉弁と電源を共通にする補機が稼働している場合における前記繰り返しのつどに、前記電圧を増大させた後における前記電圧の低下幅を大きくする手段を含むことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置である。

そして、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記開弁制御手段は、前記電磁開閉弁に印加する電圧を増大させもしくは低下させる速度を変更する手段を含むことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置である。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記開閉制御手段によって前記電磁開閉弁の開度を増大させることができない場合に、前記内燃機関の出力を減少させる手段を含むことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置である。

さらに、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明において、前記開閉制御手段は、前記電磁開閉弁に印加する電圧を増大させる場合に前記電源の出力を増大させ、前記電磁開閉弁に印加する電圧を低下させる場合に前記電源の出力を低下させる手段を含むことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置である。

請求項１の発明によれば、電磁開閉弁に対する電圧を遮断できずに電磁開閉弁の開度を増大することができない場合に、電磁開閉弁に印加する電圧が増大されると共にウォーターポンプの吐出量が増大され、その後に電磁開閉弁に印加する電圧が低下される。具体的に説明する。上記の電磁開閉弁は、電圧が印加されることにより開度を減じ、電圧が遮断されることにより開度を増大するように構成されている。そのため、電圧が低下されると、冷却水の圧力に抗して閉弁している状態を維持する力が低減する。この力を、以下の説明では閉弁保持圧と記す。上述したように電圧を低下させると、一時的であるとしても、その電圧に応じた閉弁保持圧に対して電磁開閉弁の上流側と下流側とに作用する冷却水の圧力差が大きくなる。その結果、その圧力差によって強制的に電磁開閉弁の開度を増大することができる。電磁開閉弁の開度が増大すると、内燃機関に対して冷却水が供給されるので、内燃機関の冷却不足を防止もしくは抑制することができる。また、ウォーターポンプの吐出量を増大させた場合には内燃機関に対して供給する冷却水の流量を増大することができるので、内燃機関の冷却効率を向上させることができる。

また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、電磁開閉弁を開弁した後であっても、ウォーターポンプの吐出量が増大させられているので、ウォーターポンプから吐出される冷却水の圧力によって電磁開閉弁の開度を増大させた状態を維持することができる。

さらに、請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明による効果と同様の効果に加えて、電磁開閉弁と電源を共通にしている補機が稼働している場合には、電圧差を繰り返し生じさせると共に、繰り返しのつどに前記電圧差が大きくされる。そのため、補機に供給される電力が急に変化することによる補機の不具合を防止もしくは抑制することができる。例えば、ヘッドライトを点灯してる状態で電磁開閉弁に印加する電圧を変化させたとしても、上記の繰り返し回数が少ない場合においては、電圧の変化幅が小さいため、ヘッドライトに供給する電力が急に変化することによる一時的なヘッドライトの減光や明滅を防止もしくは抑制することができる

そして、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、電磁開閉弁に印加する電圧を増大もしくは減少させる速度を緩やかにした場合においては、上述したようなヘッドライトの減光や明滅を防止もしくは抑制することができる。

また、請求項５の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、開閉制御手段は、電磁開閉弁の開度を増大することができない場合に、内燃機関の出力そのものを抑制するため、内燃機関の冷却に不足を生じることを防止もしくは抑制することができる。

さらに、請求項６の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、開閉制御手段は、電源の出力そのものを変化させることにより、電磁開閉弁に印加する電圧を増大もしくは減少させるので、例えば電磁開閉弁に印加する電圧を確実に変化させることができる。

この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による制御の一例を示すフローチャートである。 図１に示すこの発明に係る内燃機関の冷却制御装置による制御を行った場合における閉弁保持圧および前後差圧の変化を説明するためのタイムチャートである。 この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による制御の他の例を示すフローチャートである。 図３に示すこの発明に係る内燃機関の冷却制御装置による制御を行った場合における閉弁保持圧および前後差圧の変化を説明するためのタイムチャートである。 この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による制御の更に他の例を示すフローチャートである。 この発明に係る内燃機関の冷却制御装置の一例を模式的に示す図である。 この発明における電磁開閉弁の一例を模式的に示す図である。 補機バッテリから出力される電圧と、電磁開閉弁を閉弁している状態に維持することができる電磁力と、電磁開閉弁の入出力ポートに作用する冷却水の圧力差との相関を模式的に示す図である。

次に、この発明を具体的に説明する。図６に、この発明に係る内燃機関１の冷却制御装置の一例を模式的に示してある。内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する動力装置である。以下の説明では、内燃機関１をエンジン１と記す。詳細は図示しないが、エンジン１のシリンダーブロックやシリンダーヘッドなどにウォータジャケットが設けられている。そのウォータージャケットは、エンジン１で生じた熱を冷却水に熱伝達することによってエンジン１を冷却するようになっている。また、エンジン１は、回転数や出力トルクを電気的に制御することができるように構成されている。

ウォータージャケットに冷却水を供給する電動式のウォーターポンプ２が設けられている。詳細は図示しないが、ウォーターポンプ２は回転させられて冷却水を送液するインペラと、そのインペラを回転させるモータとを備え、モータの回転数を電気的に制御することによりウォーターポンプ２の吐出量や吐出圧を変更することができるようになっている。

このウォーターポンプ２の構成について簡単に説明する。詳細は図示しないが、ウォーターポンプ２はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路を有している。ＰＷＭ回路は後述する電子制御装置から出力される制御信号に応じてウォーターポンプ２のモータの回転数をデューティ制御するための回路である。例えばウォーターポンプ２のモータに出力する駆動デューティを大きくするとモータの回転数が増大され、駆動デューティを小さくするとモータの回転数が低下されるようになっている。そのウォーターポンプ２の吐出ポートと上記のウォータージャケットとが供給管路３によって接続されている。また、ウォーターポンプ２の吸入ポートとウォータージャケットとが戻り管路４によって接続されている。図６に示すように、供給管路３と戻り管路４とによって冷却水の循環回路が形成されている。

戻り管路４には、ウォータージャケットに供給する冷却水の流量を調整する開閉弁５が設けられている。開閉弁５は、一例として電圧が印加されて開度を減じ、電圧が遮断されて開度を増大するように構成されている。すなわち電気的に制御されることにより、ウォータージャケットに対して供給する冷却水の流量を増大もしくは減少させるように構成されている。この電磁開閉弁５としては単純に開閉する弁、開度を調整できる弁、流量を制御できる弁、オン・オフの割合を変更できるデューティ弁などを採用することができる。なお、電磁開閉弁５の構成については後述する。また、詳細は図示しないが、電磁開閉弁５は補機バッテリに電気的に接続されている。補機バッテリは車両に搭載されるヘッドライトやエアコンなどの補機を稼働させるための電源であって、ＤＣ−ＤＣコンバータを介してメインバッテリに接続されている。

また戻り管路４はサーモスタット６に接続されている。サーモスタット６は、冷却水の温度が予め定めた温度以上の場合に、後述するラジエータを介した冷却水の循環を許容するようになっている。これに対して冷却水の温度が予め定めた温度よりも低い場合に、サーモスタット６は、ラジエータを介した冷却水の循環を規制するようになっている。サーモスタット６の構成は従来知られているものと同様である。なお、サーモスタット６は、上述した電磁切替弁５を通る戻り管路４における冷却水の流動を常時許容するようになっている。

戻り管路４から分岐した冷却管路７にラジエータ８が接続されている。ラジエータ８は冷却水と外気との間で熱交換を行うことにより、エンジン１の熱を奪って温度が上昇した冷却水を冷却するように構成されており、その構成は従来知られているものと同様である。ラジエータ８において冷却された冷却水はサーモスタット６を介してウォーターポンプ２の吸入ポートに供給される。

上述した電磁開閉弁５を電気的に制御するための電子制御装置９が設けられている。これを以下の説明ではＥＣＵ９と記す。ＥＣＵ９は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成されており、入力されたデータや予め記憶しているデータなどに基づいて演算を行ってその演算の結果としての制御信号を電磁開閉弁５に出力するように構成されている。このＥＣＵ９には、例えば、冷却水の温度を検出する水温センサ、エンジン１の出力軸の回転速度を検出するエンジン回転数センサ、スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサ、バッテリやキャパシタなどの蓄電装置の充電状態を検出するチャージセンサなどの各種のセンサからの検出信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ９は、上述したＤＣ−ＤＣコンバータを制御して補機バッテリの出力電圧そのものを変更することもできるようになっている。

図７に、この発明における電磁開閉弁５の一例を模式的に示してある。電磁開閉弁５はシリンダ部１０を備えている。そのシリンダ部１０にウォータージャケットを介してウォーターポンプ２の吐出ポートが連通される入力ポート１１と、ウォーターポンプ２の吸入ポートに連通される出力ポート１２とが形成されている。シリンダ部１０の内部には弁体１３を軸線方向に前後動可能に収容する収容室１４が形成されている。収容室１４の内径は入力ポート１１や出力ポート１２の内径より大きく形成されている。弁体１３は、入力ポート１１側の収容室１４の内壁面に押し付けられて入力ポート１１を閉じるように構成されており、ここに示す例では、シリンダ部１０の内径より大きくかつ収容室１４の内径より小さい直径の円板形状に形成されている。上記の入力ポート１１側の収容室１４の内壁面が弁体１３が押し付けられる弁座シート部１５になっている。

上記の弁体１３を入力ポート１１から離隔させて出力ポート１２側に移動させるスプリング１６が設けられている。スプリング１６の一方の端部が弁体１３に一体化され、他方の端部が収容室１４における出力ポート１２側の内壁面に一体化されている。弁体１３をスプリング１６の弾性力に抗して入力ポート１１側に引き付ける電磁コイル部１７が設けられている。電磁コイル部１７は、図示しない電磁コイルに通電することにより、その電流値あるいは電圧値に応じた電磁力を発生するように構成されている。また、電磁コイル部１７で生じる電磁力によって磁化されるコア１８が設けられている。なお、コア１８は上記の電磁コイル部１７で生じる電磁力の作用する範囲を拡大するように機能する。

上記のスプリング１６の弾性力よりも弁体１３に作用する電磁コイル部１７およびコア１８で生じる磁力が大きい場合には、弁体１３はそれらの磁力によって入力ポート１１側に移動させられる。またスプリング１６の弾性力よりも磁力が十分に大きい場合には、弁体１３が弁座シート部１５に押し付けられて入力ポート１１と出力ポート１２との連通が断たれて閉弁する。これに対して、それらの磁力よりもスプリング１６の弾性力が大きい場合には、弁体１３はスプリング１６の弾性力によって出力ポート１２側に移動させられる。すなわち、入力ポート１１と出力ポート１２とが連通されて開弁する。

ところで、上述した構成の電磁開閉弁５において、弁体１３を出力ポート１２側に引き付けるスプリングの弾性力は、出力ポート１２から弁体１３までの距離が増大することに伴って増大する。例えば、電磁開閉弁５の開度を減じて閉弁するためには、スプリングの弾性力に打ち勝って弁体１３を入力ポート１１側に引き付ける電磁力を生じさせることになる。スプリングの弾性力に抗する電磁力が十分に大きければ、弁体１３は入力ポート１１側に引き付けられるので電磁開閉弁５の開度は減じられる。また反対に電磁力が小さければ、スプリングの弾性力に打ち勝つことができないので電磁開閉弁５の開度が増大される。すなわち、この電磁開閉弁５には、弁体１３に作用する電磁コイル部１７およびコア１８で生じる磁力よりもスプリング１６の弾性力が大きくなる領域が電磁コイル部１７に印加される電圧または電流ごとに形成されている。その領域においては、スプリングの弾性力に対して電磁力が十分に小さいことにより電磁開閉弁５は開弁状態に維持される。その一例を、図７に示してある。弁体１３が、図７に示す領域ＯＰに配置されており、かつ、電磁コイル部１７に通常使用される電圧を印加した場合には、電磁コイル部１７およびコア１８で生じる磁力よりもスプリング１６の弾性力が十分に大きくなるため、電磁開閉弁５は開弁状態に維持される。この電磁開閉弁５を開弁状態に維持する領域ＯＰがこの発明における開弁維持領域に相当している。

したがって、上述した構成の電磁開閉弁５は電磁コイル部１７およびコア１８で生じる磁力とスプリング１６の弾性力とをバランスさせることによりウォータージャケットに供給する冷却水の流量を増大もしくは減少するように構成されている。さらに、この電磁開閉弁５は、予め定めた時間内において、閉弁している状態と、開弁している状態との割合を調整することにより、バルブの開度を制御できるように構成されている。すなわち、電磁開閉弁５のデューティ比を変更することによりバルブの開度を制御できるようになっている。

図８に、補機バッテリから出力される電圧と、電磁開閉弁５を閉弁している状態に維持することができる電磁コイル部１７の電磁力と、電磁開閉弁５の各ポート１１，１２に作用する冷却水の圧力差との相関を模式的に示してある。電磁開閉弁５の電磁コイル部１７は、上述したように、印加される電圧値あるいは電流値に応じた電磁力を生じる。そのため、例えば電磁コイル部１７に印加する電圧が増大すると、スプリング１６の弾性力に抗して弁体１３を弁座シート部１５側に移動させる電磁力も増大する。電磁コイル部１７の電磁力が増大すると、その電磁力に抗して弁体１３を出力ポート１２側に移動させて電磁開閉弁５を開弁する冷却水の圧力つまりウォーターポンプ２の吐出圧も増大することになる。この圧力は言い換えれば電磁開閉弁５を閉弁状態に維持することができる冷却水の最大の圧力である。以下の説明では、これを電磁開閉弁５の閉弁保持圧Ｐと記す。図８に示すように、補機バッテリから高い電圧Ｖｈｉｇｈが出力されている場合における閉弁保持圧Ｐｈｉｇｈは、補機バッテリから低い電圧Ｖｌｏｗが出力されている場合における閉弁保持圧Ｐｌｏｗに比較して大きくなっている。

補機バッテリの出力電圧を増大させた場合、および、補機バッテリの出力電圧を増大させた状態でウォーターポンプ２の駆動デューティを増大させた場合には、ウォーターポンプ２のモータの回転数が増大してその吐出圧や吐出量が増大する。そのため、電磁開閉弁５の入力ポート１１に作用する冷却水の圧力が、出力ポート１２に作用する冷却水の圧力に比較して大きくなる。この電磁開閉弁５の入力ポート１１に作用する冷却水の圧力あるいはこれらのポート１１，１２に作用する冷却水の圧力の圧力差を以下の説明では前後差圧ΔＰと記す。図８に示すように、補機バッテリから電圧Ｖｈｉｇｈが出力されている場合における前後差圧ΔＰｈｉｇｈは、補機バッテリから電圧Ｖｌｏｗが出力されている場合における前後差圧ΔＰｌｏｗに比較して大きくなっている。なお、図８に示す電圧Ｖｂａｓｅは上述したＥＣＵ９や各種の補機を稼働させるために最低限必要な電圧である。

この発明では、上述した構成の電磁開閉弁５の電磁コイル部１７に印加する電圧を遮断できずにその開度を増大することができない場合に、以下の制御を実行するように構成されている。図１はその制御の一例を説明するためのフローチャートであって、ここに示すルーチンは予め定めた時間ごとに繰り返し実行される。先ず、電磁開閉弁５の電磁コイル部１７に電力を供給するための電気回路がショートしているか否かが判断される（ステップＳ１）。これは、例えば、電磁開閉弁５に印加する電圧値を電圧センサにより、電流値を電流センサにより検出することによって行うことができる。例えば、電磁開閉弁５の開度を増大するために、電磁コイル部１７に対する電圧や電流の供給を遮断する制御信号をＥＣＵ９が上記の電気回路に出力しているにも拘わらず、電磁コイル部１７に対して電圧や電流の供給が継続している場合には、電気回路の断線もしくは短絡が生じている可能性がある。そのため、電圧値や電流値を検出することによって電気回路のショートを判断することができる。電気回路がショートしていない場合には、このステップＳ１で否定的に判断され、このルーチンを一旦終了する。

電気回路がショートしていることにより、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、補機バッテリから通常の出力電圧Ｖｕよりも高い出力電圧Ｖｈｉｇｈが出力され、かつウォーターポンプ２に対して最大の駆動デューティが出力される（ステップＳ２）。具体的には、補機バッテリの出力電圧はＤＣ−ＤＣコンバータが制御されることにより変更され、その結果、補機バッテリから電圧Ｖｈｉｇｈが出力される。この電圧Ｖｈｉｇｈがウォーターポンプ２のインペラを回転させるモータに印加されると、通常の出力電圧Ｖｕが印加されている場合に比較してモータの回転数が増大する。また、ウォーターポンプ２の駆動デューティを増大すると、更にモータの回転数が増大してその吐出量や吐出圧が増大する。そのため、このステップＳ２の制御を実行すると、電磁開閉弁５の前後差圧ΔＰが増大させられる。上記の電圧Ｖｈｉｇｈは一例としてウォーターポンプ２のモータを最大の負荷で駆動させることができる電圧や、補機バッテリから出力可能な最大の電圧である。

電圧の変化に対して電磁開閉弁５の前後差圧ΔＰの変化には不可避的な遅れがあるため、補機バッテリの出力電圧を電圧Ｖｈｉｇｈに設定した後、予め定めた時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３では、補機バッテリの電圧Ｖｈｉｇｈに応じた前後差圧ΔＰｈを生じさせるための時間が確保される。この時間は、実験やシミュレーションなどにより求めることができる。このステップＳ３での判断は、図示しないタイマーなどによって行うことができる。また、圧力センサによって循環回路における電磁開閉弁５の前後の水圧を検出することによって行うこともできる。予め定めた時間が経過していないことにより、このステップＳ３で否定的に判断された場合には、このステップＳ３で肯定的に判断されるまで、このステップＳ３の制御が繰り返される。

上記のステップＳ３で肯定的に判断された場合には、補機バッテリから通常の出力電圧Ｖｕよりも低い出力電圧Ｖｌｏｗが出力される（ステップＳ４）。この電圧Ｖｌｏｗは一例として、前後差圧ΔＰよりも小さな閉弁保持圧Ｐを設定することが可能な電圧である。これは、例えば、図８に示すような電磁コイル部１７に印加する電圧に応じた閉弁保持圧Ｐや前後差圧ΔＰをマップとして予め用意しておき、そのマップから上記の電圧Ｖｌｏｗを求めればよい。電圧Ｖｌｏｗをウォーターポンプ２に印加した場合には、一時的であるとしても、前後差圧ΔＰよりも閉弁保持圧Ｐが小さくなる。

ステップＳ４に続いて、補機バッテリの出力電圧を電圧Ｖｌｏｗに設定した後、予め定めた時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ５）。上述したステップＳ３と同様に、電圧Ｖｌｏｗに応じた前後差圧ΔＰを生じさせるための時間が確保される。予め定めた時間が経過したか否かの判断は、例えばタイマーなどによって行うことができる。予め定めた時間が経過していないことにより、このステップＳ５で否定的に判断された場合には、このステップＳ５で肯定的に判断されるまで、このステップＳ５の制御が繰り返される。このステップＳ５で肯定的に判断された場合には、補機バッテリの出力電圧が通常の電圧Ｖｕに戻される（ステップＳ６）。その後、このルーチンを一旦終了する。

図２は、図１に示す制御を行った場合における電磁開閉弁５の前後差圧ΔＰおよび閉弁保持圧Ｐなどの変化を説明するためのタイムチャートである。時刻ｔ_１の時点において、例えば、電磁開閉弁５の電磁コイル部１７に電圧を印加するための電気回路がショートしていると判断される。この時刻ｔ_１の時点においては、補機バッテリの出力電圧は通常の出力電圧Ｖｕに設定されている。また、前後差圧ΔＰは閉弁保持圧Ｐより小さくなっている。時刻ｔ_２の時点において、補機バッテリの出力電圧Ｖｕが電圧Ｖｈｉｇｈに変更されかつ出力される。電磁コイル部１７は電圧Ｖｈｉｇｈに応じた電磁力を発生するので閉弁保持圧Ｐは増大される。またウォーターポンプ２に対して最大の駆動デューティが出力され、ウォーターポンプ２のモータの回転数が増大される。その後、電磁開閉弁５の前後差圧ΔＰが次第に上昇する。

補機バッテリの出力電圧が出力電圧Ｖｈｉｇｈに変更されてから予め定めた時間が経過した時刻ｔ_３の時点において、補機バッテリの出力電圧Ｖｈｉｇｈが電圧Ｖｌｏｗに変更されかつ出力される。電磁コイル部１７は電圧Ｖｌｏｗに応じた電磁力を発生する。また、ウォーターポンプ２のインペラを回転させるモータの回転数が低下される。電圧の変化に対して電磁開閉弁５の前後差圧ΔＰの変化には不可避的な遅れがあるため、この時刻ｔ_３の時点において、一時的であるとしても前後差圧ΔＰが閉弁保持圧Ｐより大きくなる。この前後差圧ΔＰによって電磁開閉弁５の弁体１３が出力ポート１２側に移動させられることによりその開度が増大する。なお、前後差圧ΔＰによって弁体１３が上述した開弁維持領域ＯＰまで移動させられた場合には、電磁開閉弁５が開弁している状態が維持される。そして補機バッテリの出力電圧が電圧Ｖｌｏｗに変更されてから予め定めた時間が経過した時刻ｔ_４の時点において、補機バッテリの出力電圧が通常の電圧Ｖｕに戻されると、閉弁保持圧Ｐは電圧Ｖｕに応じた圧力になる。なお、ウォーターポンプ２に対しては、時刻ｔ_２の時点以後、最大の駆動デューティを出力し続ける。

このように、この発明に係る内燃機関の冷却制御装置によれば、電気回路のショートなどにより電磁開閉弁５の電磁コイル部１７に対する電圧を遮断することができずに、電磁開閉弁５の開度を増大することができない場合であっても、閉弁保持圧Ｐに対して前後差圧ΔＰを十分に大きくすることによって電磁開閉弁５の開度を増大することができる。また、前後差圧ΔＰによってその開度を増大した後であっても、ウォーターポンプ２に対して最大の駆動デューティが出力され続けているため、その吐出圧によって弁体１３を出力ポート１２側に押圧することができる。しかも、電磁開閉弁５には開弁維持領域ＯＰが形成されているため、電磁コイル部１７に対する通電が継続されていたとしても、電磁開閉弁５の開度が増大している状態を維持することができる。それらの結果、電気回路のショートなどにより電磁開閉弁５の電磁コイル部１７に対する電圧を遮断できない場合であっても、電磁開閉弁５の開度を増大してウォータージャケットに冷却水を供給することができる。

ところで、電磁開閉弁５と電源を共通にしているヘッドライトやエアコンなどの補機が稼働している場合に、それらの電源である補機バッテリの出力を急に変化させると、一時的であるとしてもヘッドライドの減光や明滅が生じたり、エアコンの風量が変化する可能性がある。そのような事態を生じさせないための制御の一例を図３のフローチャートに示してある。なお、この図３に示すフローチャートにおいて、図１のフローチャートと同じ処理については、図１と同じステップ番号を付してある。

この図３のフローチャートにおいて、上述したステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ７に進む。このステップＳ７では、通常の出力電圧Ｖｕよりも高い出力電圧Ｖｈｉｇｈと、通常の出力電圧Ｖｕよりも低い出力電圧Ｖｌｏｗと、補機バッテリの出力電圧をそれらの電圧に変化させる速度が算出される。上記の速度は、具体的には、現時点で、補機に対して補機バッテリから出力している電圧Ｖｕを電圧Ｖｈｉｇｈまで増大させるための時間や、電圧Ｖｈｉｇｈを出力電圧Ｖｌｏｗまで低下させるための時間である。この時間を以下の説明では変化時間ΔＴと記す。この変化時間ΔＴは、補機バッテリの出力電圧を直線的に変化させたとしても上述したような補機での不具合を生じさせない時間であって、例えば実験やシミュレーションなどによって予め求めることができる。その後、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、補機バッテリから出力電圧Ｖｈｉｇｈが出力され、ウォーターポンプ２に対して最大の駆動デューティが出力される。具体的には、補機バッテリの出力電圧を変更する制御を開始してから上述した変化時間ΔＴが経過した時点において電圧Ｖｈｉｇｈになるように直線的に、補機バッテリの出力電圧そのものを変化させる。その後、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３で肯定的に判断された場合には、ステップＳ９に進む。このステップＳ９では、補機バッテリから出力電圧Ｖｌｏｗが出力される。具体的には、補機バッテリの出力電圧を変更する制御を開始してから変化時間ΔＴが経過した時点において電圧Ｖｌｏｗになるように直線的に、補機バッテリの出力電圧そのものを変化させる。その後、ステップＳ５に進む。

また、図３のフローチャートにおいて、上述したステップＳ５で肯定的に判断された場合には、電磁開閉弁５が開弁されたか否かが判断される（ステップＳ１０）。これは、例えば、弁体１３の位置すなわち弁体１３のリフト量を図示しないリフトセンサによって直接的に検出することによって行うことができる。また、電磁開閉弁５の開度が増大され、すなわち開弁されている場合には、上述した循環回路におけるウォータージャケットに向けて冷却水が流動する。その冷却水の温度が予め定めた温度以上の場合には、サーモスタット６が作動するので、冷却水はラジエータ８に供給されかつ冷却される。結局、エンジン１の運転中に電磁開閉弁５の開度が増大されている場合には、冷却水は予め定めた温度範囲に維持される。これに対して、電磁開閉弁５の開度が減じられている場合には、冷却水は予め定めた温度を超えても上昇する可能性がある。そのため、このステップＳ１０での判断は、水温センサによって検出した冷却水の温度によって行うこともできる。

電磁開閉弁５が開弁していることにより、ステップＳ１０で肯定的に判断された場合には、ステップＳ１１に進み、補機バッテリから通常の出力電圧Ｖｕが出力される。具体的には、補機バッテリの出力電圧を変更する制御を開始してから上述した変化時間ΔＴが経過した時点において電圧Ｖｕになるように直線的に、補機バッテリの出力電圧そのものを変化させる。その後、このルーチンを一旦終了する。

電磁開閉弁５が開弁していないことにより、上記のステップＳ１０で否定的に判断された場合には、今回のトリップで設定した変化時間ΔＴ（ｎ）よりも短い変化時間ΔＴ（ｎ＋１）が算出され、かつ、今回のトリップの電圧差ΔＴ（ｎ）よりも大きな電圧差ΔＶ（ｎ＋１）が算出される（ステップＳ１２）。上記の電圧差ΔＴとは、出力電圧Ｖｌｏｗと出力電圧Ｖｈｉｇｈとの差である。このステップＳ１２では、具体的には、次回のトリップで使用する出力電圧Ｖｈｉｇｈ（ｎ＋１）と出力電圧Ｖｌｏｗ（ｎ＋１）とが算出される。出力電圧Ｖｈｉｇｈ（ｎ＋１）は、今回のトリップで使用した出力電圧Ｖｈｉｇｈ（ｎ）よりも大きな電圧である。出力電圧Ｖｌｏｗ（ｎ＋１）は、今回のトリップで使用した出力電圧Ｖｌｏｗ（ｎ）よりも小さな電圧である。次いでステップＳ８に進み、上述した各ステップでの制御が実行される。

図４は、図３に示す制御を行った場合における電磁開閉弁５の前後差圧ΔＰおよび閉弁保持圧Ｐなどの変化を説明するためのタイムチャートである。時刻ｔ_５の時点において、例えば、電磁開閉弁５の電磁コイル部１７に電圧を印加するための電気回路がショートしていると判断される。その後、補機バッテリの出力電圧を電圧Ｖｈｉｇｈまで増大させるための変化時間ΔＴが設定される。時刻ｔ_６の時点において、補機バッテリの出力電圧を増大させる制御が開始される。また、ウォーターポンプ２に対して最大の駆動デューティが出力される。電磁コイル部１７に印加される電圧が増大すると閉弁保持圧Ｐが増大する。また、ウォーターポンプ２のモータの回転数が増大してその吐出圧も増大する。電圧の変化に対して前後差圧ΔＰの変化には不可避的な遅れがあるため、前後差圧ΔＰは図４に示すように、閉弁保持圧Ｐの変化に対して若干遅れて変化する。そして、変化時間ΔＴが経過した時刻ｔ_７の時点において、補機バッテリの出力電圧が電圧Ｖｈｉｇｈに達する。

補機バッテリの出力電圧が電圧Ｖｈｉｇｈに変更されてから予め定めた時間が経過した時刻ｔ_８の時点において、補機バッテリの出力電圧を電圧Ｖｌｏｗまで低下させる制御が開始される。この電圧を低下させる制御も変化時間ΔＴかけて行われる。電圧の変化に対して電磁開閉弁５の前後差圧ΔＰの変化には不可避的な遅れがあるため、時刻ｔ_９の時点において、閉弁保持圧Ｐと前後差圧ΔＰとが同じになる。その後、閉弁保持圧Ｐに対して前後差圧ΔＰが十分に大きくなった場合に、前後差圧ΔＰによって弁体１３が出力ポート１２側に移動させられる。すなわち電磁開閉弁５の開度が増大される。電磁開閉弁５の開度が増大されると、前後差圧ΔＰは低下する。なお、前後差圧ΔＰによって弁体１３が上述した開弁維持領域ＯＰまで移動させられた場合には、電磁開閉弁５の開弁状態が維持される。

変化時間ΔＴが経過した時刻ｔ_１０の時点において、電圧を低下させる制御が終了される。その後、電磁開閉弁５が開弁しているか否かが判断され、開弁していないと判断された場合には、図３のフローチャートで説明したように、次回のトリップで設定する電圧差ΔＶ（ｎ＋１）と、変化時間ΔＴ（ｎ＋１）とが算出される。上述したように、電圧差ΔＶ（ｎ＋１）は今回のトリップの電圧差ΔＶ（ｎ）より大きい電圧差であり、変化時間ΔＴ（ｎ＋１）は今回のトリップの変化時間ΔＴ（ｎ）より短い変化時間である。図３に示す制御例は電磁開閉弁５の開度が増大されるまで繰り返される。電磁開閉弁５が開弁していると判断された場合には、時刻ｔ_１１の時点において、補機バッテリの出力電圧を通常の電圧Ｖｕに変更する制御が開始される。この補機バッテリの出力電圧を通常の電圧Ｖｕに戻す制御も変化時間ΔＴかけて行われる。変化時間ΔＴが経過した時刻ｔ_１２の時点において、補機バッテリの出力電圧を通常の電圧Ｖｕに戻す制御が終了される。

このように、図３に示す制御例においては、補機バッテリの出力電圧を変化時間ΔＴをかけて徐々に変化させるため、電圧が急に変化することによるヘッドライトの減光や明滅およびエアコンの風量が低下するなどをの不具合を防止もしくは抑制することができる。また、今回のトリップ（ｎ）において電磁開閉弁５の開度を増大することができなかった場合には、その後のトリップ（ｎ＋１）において、今回のトリップの電圧差ΔＶ（ｎ）よりも大きな電圧差ΔＶ（（ｎ＋１）が設定されかつ今回のトリップの変化時間ΔＴ（ｎ）よりも速い変化時間ΔＴ（ｎ＋１）が設定される。そしてこれは、電磁開閉弁５の開度が増大するまでそれらの制御が繰り返される。しかも、その繰り返しのつどに電圧差が大きくされ、変化時間が速められる。そのため上述したヘッドライトの減光や明滅やエアコンの風量低下などを防止もしくは抑制しながら、電磁開閉弁５を確実に開弁することができる。

図３に示す制御例にように、電磁開閉弁５の開度を増大するための制御を繰り返したとしても、電磁開閉弁５の開度を増大することができない場合における制御の一例を図５のフローチャートに示してある。なお、この図５に示すフローチャートにおいて、図１および図３のフローチャートと同じ処理については、図１および図３と同じステップ番号を付してある。

図５のフローチャートにおいて、電磁開閉弁５が開弁されていないことによりステップＳ１０で否定的に判断された場合には、ステップＳ１３に進む。このステップＳ１３では、現在のトリップで生じさせた電圧差ΔＶ（ｎ）が予め定めた電圧差ΔＶｔよりも大きく、かつ、現在のトリップでの電圧の変化速度すなわち変化時間ΔＴ（ｎ）が予め定めた変化時間ΔＴｔよりも短いか否かが判断される。上記の判断の基準となる電圧差ΔＶｔおよび変化時間ΔＴｔは、上述した制御を実行することにより電磁開閉弁５の開度を増大することが可能な値である。これらの値は実験やシミュレーションなどにより予め定め求めることができる。

現在のトリップで生じさせた電圧差ΔＶ（ｎ）が電圧差ΔＶｔよりも大きく、かつ、現在のトリップでの電圧の変化時間ΔＴ（ｎ）が変化時間ΔＴｔよりも短い場合に、ステップＳ１３で肯定的に判断される。その後、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では電磁切替弁５の開度を増大するために、上述した制御を繰り返した回数Ｎが、予め定めた繰り返し回数Ｎｔよりも多いか否かが判断される。これは図示しないカウンタで計測した繰り返し回数と、予め定めた繰り返し回数Ｎｔとを比較することにより行うことができる。なお、予め定めた繰り返し回数Ｎｔは、電磁開閉弁５の開度を増大するための制御を十分に繰り返したか否かを判断するための回数であって、実験やシミュレーションなどにより予め求めることができる。上記の繰り返し回数Ｎが予め定めた繰り返し回数Ｎｔよりも多い場合に、ステップＳ１４で肯定的に判断される。その後、ステップＳ１５に進み、電磁開閉弁５が固着していると判断され、かつ、エンジン１の出力が制限される。すなわち、電磁開閉弁５の開度を増大するための制御を十分に行ったにも拘わらず、その開度を増大することができない場合に、電磁開閉弁５が固着していると判断される。上記のエンジン１の出力制限は、例えば、エンジン１を予め定めた回転数以下で駆動させることにより行うことができる。

上述した電磁開閉弁５の開度を増大するための制御を十分に行っていないことによりステップＳ１４で否定的に判断された場合には、ステップＳ１６に進み、現在のトリップでの制御がカウントされる。つまりステップＳ１６では、カウンタの回数が１回増やされる。その後、ステップＳ８に戻り、上述した電磁開閉弁５の開度を増大するための制御が再度実行される。なお、電磁開閉弁５の開度を増大するための制御を再度行う場合において、電圧差ΔＶをより大きくし、かつ、変化時間ΔＴをより短くしてもよい。

上述したステップＳ１３において、現在のトリップで生じさせた電圧差ΔＶ（ｎ）が電圧差ΔＶｔよりも小さかったり、現在のトリップでの電圧の変化時間ΔＴ（ｎ）が変化時間ΔＴｔよりも長かった場合には、ステップＳ１３で否定的に判断される。その後、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、次回のトリップ（ｎ＋１）で使用するための変化時間ΔＴ（ｎ＋１）と、電圧差ΔＶ（ｎ＋１）とが算出される。変化時間ΔＴ（ｎ＋１）は変化時間ΔＴｔよりも短い変化時間であって、電圧差ΔＶ（ｎ＋１）は電圧差ΔＶｔよりも大きな電圧差である。また電圧差ΔＶ（ｎ＋１）を生じさせるための出力電圧Ｖｈｉｇｈ（ｎ＋１）と出力電圧Ｖｌｏｗ（ｎ＋１）とが算出される。出力電圧Ｖｈｉｇｈ（ｎ＋１）は、一例として今回のトリップで使用した出力電圧Ｖｈｉｇｈ（ｎ）よりも大きな電圧であり、出力電圧Ｖｌｏｗ（ｎ＋１）は、今回のトリップで使用した出力電圧Ｖｌｏｗ（ｎ）よりも小さな電圧である。その後、ステップＳ８に進み、ステップＳ１７で算出した変化時間ΔＴ（ｎ＋１）と、電圧差ΔＶ（ｎ＋１）とを使用した制御が実行される。

このように、図５に示す制御例においては、弁体１３が固着していることにより電磁開閉弁５の開度を増大することができない場合には、エンジン１の出力が制限される。そのため、ウォータージャケットに供給する冷却水の流量が少ないとしても、エンジン１の冷却不足を抑制することが可能になる。

ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ２ないしステップＳ５、および、ステップＳ７ないしステップＳ９、ならびに、ステップＳ１２の制御を実行する機能的手段が、この発明における「開弁制御手段」に相当する。

１…エンジン、 ２…ウォーターポンプ、 ５…電磁開閉弁。

Claims (6)

1. 内燃機関を冷却するための冷却水が循環される冷却水回路に、前記冷却水を循環させるためのウォーターポンプと、前記内燃機関に対して供給する前記冷却水の流量を増大もしくは減少させる制御弁とが設けられている内燃機関の冷却制御装置において、
   前記制御弁は、電圧が印加されることにより開度を減じ、前記電圧が遮断されることにより前記開度を増大するように構成された電磁開閉弁であり、
   前記電磁開閉弁に対する前記電圧を遮断できずに前記電磁開閉弁の開度を増大することができない場合に、前記電磁開閉弁に印加する前記電圧を増大させるとともに前記ウォーターポンプの吐出量を増大させ、その後に前記電磁開閉弁に印加する前記電圧を低下させる開弁制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
2. 前記開弁制御手段は、前記電磁開閉弁に印加する前記電圧を低下させた後であっても、前記ウォーターポンプの吐出量を増大させた状態を維持する手段を含む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. 前記開弁制御手段は、前記電磁開閉弁に印加する前記電圧の増大および低下を繰り返すと共に、前記電磁開閉弁と電源を共通にする補機が稼働している場合における前記繰り返しのつどに、前記電圧を増大させた後における前記電圧の低下幅を大きくする手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の冷却制御装置。
4. 前記開弁制御手段は、前記電磁開閉弁に印加する電圧を増大させもしくは低下させる速度を変更する手段を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。
5. 前記開閉制御手段によって前記電磁開閉弁の開度を増大させることができない場合に、前記内燃機関の出力を減少させる手段を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。
6. 前記開閉制御手段は、前記電磁開閉弁に印加する電圧を増大させる場合に前記電源の出力を増大させ、前記電磁開閉弁に印加する電圧を低下させる場合に前記電源の出力を低下させる手段を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。

Images