JP2016196853A - 内燃機関の冷却システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一時的に低下した冷却水温度の回復を促進する。
【解決手段】少なくとも暖房用のヒータライン、エンジンブロック冷却用のブロックライン及び変速機オイルウォーマ用の変速機ラインを含む複数の冷却水路の内から、内燃機関の暖機状態に応じて少なくとも一つの冷却水路に順次切替える流路切替弁と、前記ヒータラインへの冷却水の分配量を抑制するように、前記流路切替弁の開閉動作を制御する制御装置と、を備えたものである。
【選択図】図１０

Description

本発明は、内燃機関の冷却システムに関し、特に冷却水の水温上昇を促進し得る内燃機関の冷却システム及びその制御方法に係るものである。

従来の、この種の冷却システムは、暖房用熱交換器及びトランスミッションオイル熱交換器を順番に通る冷却水路と、該冷却水路とは別に設けられたバイパス通路を通る冷却水路と、上記オイル熱交換器を通過後の冷却水と上記バイパス通路通過後の冷却水との合流点に設けられ、上記二つの冷却水路の冷却水の流量を調節するバルブとを備え、車内温度及び車外温度のうちの少なくともいずれか一方、及びエンジンから流出する冷却水の温度を検出し、該検出された各温度が夫々所定の条件を満たす場合に、上記バルブの作動を制御して上記二つの冷却水路を切替えるようになっていた（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９９４５４６号公報

しかし、このような従来の冷却システムにおいては、上記バルブを作動させて暖房用熱交換器の冷却水路を開通させると、該冷却水路を流れる冷却水の熱が暖房用熱交換器により放熱されて冷却水の水温上昇が一時的に停滞し、水温の上昇温時間が長くなるという問題があった。したがって、冷却水の水温上昇が遅くなることにより、結果的にエンジン油温の昇温時間が長くなり、フリクションが大きくなって燃費が目減りするという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、冷却水の水温上昇を促進し得る内燃機関の冷却システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による内燃機関の冷却システムは、少なくとも暖房用のヒータライン、エンジンブロック冷却用のブロックライン及び変速機オイルウォーマ用の変速機ラインを含む複数の冷却水路の内から、内燃機関の暖機状態に応じて少なくとも一つの冷却水路に順次切替える流路切替弁と、前記ヒータラインへの冷却水の分配量を抑制するように、前記流路切替弁の開閉動作を制御する制御装置と、を備えたものである。

また、本発明による冷却システムの制御方法は、少なくとも暖房用のヒータライン、エンジンブロックのブロックライン及び変速機オイルウォーマ用の変速機ラインを含む複数の冷却水路の内から、内燃機関の暖機状態に応じて少なくとも一つの冷却水路に順次切替える流路切替弁の開閉動作を制御装置により制御して、各冷却水路への冷却水の分配量を制御する冷却システムの制御方法であって、前記制御装置が前記ヒータラインへの冷却水の分配量を抑制するように、前記流路切替弁の開閉動作を制御するものである。

本発明によれば、ヒータラインの開通で冷却水の熱が暖房用熱交換器により放熱されて冷却水の水温上昇が一時的に停滞しても、冷却水の水温上昇を促進することができ、フリクションを低減することができる。

本発明による内燃機関の冷却システムの一実施形態を示す概略構成図である。 上記冷却システムにおける運転状態の判定について説明するフローチャートである。 上記冷却システムの流路切替弁の動作を示す説明図である。 運転開始直後の冷却水の循環路を示す説明図である。 ヒータライン開通時の冷却水の循環路を示す説明図である。 ブロックライン開通時の冷却水の循環路を示す説明図である。 変速機ライン開通時の冷却水の循環路を示す説明図である。 ラジエータライン開通時の冷却水の循環路を示す説明図である。 変速機ライン開通による冷却水温度の低下を示す説明図である。 本発明による冷却システムの第１実施例を示す説明図であり、（ａ）は流路切替弁のロータ角度と各入口ポートの開口率の関係を示し、（ｂ）は各冷却水路の冷却水の流量変化を示す。 上記第１実施例による効果を実験的に確認したグラフである。 本発明による冷却システムの第２実施例を説明する図であり、流路切替弁のロータ角度及び電動ウォータポンプの回動数又は流量の基準値の設定について説明するフローチャートである。 上記第２実施例における電動ウォータポンプの回動数又は流量の演算について説明するフローチャートである。 上記第２実施例における流路切替弁のロータ角度と電動ウォータポンプの吐出補正量との関係を示すテンプレートである。 本発明による冷却システムの第３実施例を説明する図であり、車両の各部に設置された温度センサによる温度情報に基づいてヒータラインの流量補正について説明するフローチャートである。 上記各温度センサの出力とロータ角度補正量との関係を示すテンプレートである。 他の環境情報とロータ角度補正量との関係を示すテンプレートであり、（ａ）はエアミックスドア開度との関係を示し、（ｂ）はブロアファン風量との関係を示す。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による冷却システムの一実施形態を示す概略構成図である。この冷却システムは、内燃機関１を冷却するためのものであり、第１〜第４冷却水路２〜５と、流路切替弁７と、ウォータポンプ（ＥＬＷＰ）８と、ラジエータ９と、電子制御装置１０と、を備えて構成されている。

ここで、車両に搭載された内燃機関１は、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を有して構成され、内燃機関１の出力軸には、動力伝達装置の一例として挙げられる、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）などの変速機１３が連結されている。さらに、変速機１３の出力は、図示しない駆動輪へと伝達され、車両を走行させることができるようになっている。

内燃機関１には、ヘッド冷却水通路１４がシリンダヘッド１１の内部に延設されている。このヘッド冷却水通路１４は、シリンダヘッド１１を冷却するためのものであり、シリンダヘッド１１の気筒配列方向の一端に開口する冷却水入口１５と、シリンダヘッド１１の気筒配列方向の他端に開口する冷却水出口１６と備えている。これにより、シリンダヘッド１１の冷却水入口１５に供給された冷却水は、ヘッド冷却水通路１４を通ってシリンダヘッド１１を冷却し、その他端で開口する冷却水出口１６から排出される。

上記シリンダヘッド１１の冷却水出口１６には、一端を接続させ、他端を後述のラジエータ９の冷却水入口１７に接続させて第１冷却水配管１８が設けられている。さらに、ラジエータ９の冷却水出口１９には、一端を接続させ、他端を後述の流路切替弁７の４つの第１〜第４入口ポート２０〜２３のうち、第４入口ポート２３に接続させて第２冷却水配管２４が設けられている。これにより、ヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及び第２冷却水配管２４を含んで、冷却水がシリンダヘッド１１及びラジエータ９を経由して流れる、第１冷却水路（以下「ラジエータライン」という）２が構成される。

さらに、内燃機関１には、ブロック冷却水通路２５が設けられている。このブロック冷却水通路２５は、シリンダブロック１２を冷却するためのものであり、ヘッド冷却水通路１４から分岐してシリンダブロック１２へと至り、シリンダブロック１２の内部を貫通して、シリンダブロック１２の気筒配列方向の他端で開口する冷却水出口２６に接続されている。

これにより、ヘッド冷却水通路１４を流れる冷却水の一部は、ヘッド冷却水通路１４から分岐するブロック冷却水通路２５へと流れ込み、ブロック冷却水通路２５を通ってシリンダブロック１２を冷却し、その他端に開口する冷却水出口２６から排出される。

シリンダブロック１２の冷却水出口２６には、第３冷却水配管２７の一端が接続されている。この第３冷却水配管２７は、配管の途中に設けられたオイルクーラ（Ｏ／Ｃ）２８により配管を流れる冷却水と内燃機関１の潤滑油との間で熱交換を行わせ、内燃機関１の潤滑油を冷却するためのものである。また、第３冷却水配管２７の他端は、流路切替弁７の第１入口ポート２０に接続されている。これにより、ブロック冷却水通路２５と第３冷却水配管２７とを含んで、冷却水がシリンダブロック１２を経由して流れ、ラジエータ９を迂回する第２冷却水路（以下「ブロックライン」という）３が構成される。

上記第１冷却水配管１８の途中には、第４冷却水配管２９がその一端を接続させて設けられている。この第４冷却水配管２９は、ヘッド冷却水通路１４を通過中にシリンダヘッド１１との熱交換により昇温した冷却水を車両暖房用に使用するためのものであり、配管の途中に冷却水の流通方向の上流側から車両暖房用のヒータコア（暖房用熱交換器）３０、排気還流装置を構成する水冷式のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ３１及びＥＧＲ制御弁３２、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットルバルブ３３をこの順番で配設している。また、第４冷却水配管２９の他端は、流路切替弁７の第３入口ポート２２に接続されている。これにより、ヘッド冷却水通路１４と第４冷却水配管２９とを含んで、冷却水がシリンダヘッド１１及びヒータコア３０を経由して流れ、ラジエータ９を迂回する第３冷却水路（以下「ヒータライン」という）４が構成される。

ここで、ヒータコア３０は、第４冷却水配管２９を流れる冷却水と空調空気との間で熱交換を行い、空調空気を暖めて暖房機能を発揮する。ＥＧＲクーラ３１は、排気還流装置によって内燃機関１の吸気系に還流させる排気と第４冷却水配管２９を流れる冷却水との間で熱交換を行い、排気温度を低下させて燃焼時の窒素酸化物の生成を抑制する。ＥＧＲ制御弁３２及びスロットルバルブ３３は、第４冷却水配管２９を流れる冷却水との間で熱交換を行って昇温し、排気又は吸気に含まれる水分が凍結することを抑制する。このように、ヒータライン４は、シリンダヘッド１１を通過した冷却水を第３冷却水配管２７から第４冷却水配管２９に分流させて、ヒータコア３０、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲ制御弁３２及びスロットルバルブ３３に導き、これらとの間で熱交換を行わせる。

上記第１冷却水配管１８の途中には、一端を接続させて第５冷却水配管３４が設けられている。この第５冷却水配管３４は、配管の途中に配設されたオイルウォーマ（Ｏ／Ｗ）３５により配管を流れる冷却水と変速機１３の作動油との間で熱交換を行わせ、変速機１３の作動油を加熱するためのものであり、他端が流路切替弁７の第２入口ポート２１に接続されている。これにより、第５冷却水配管３４は、シリンダヘッド１１を通過した冷却水を第１冷却水配管１８から分流させてオイルウォーマ３５へと導き、冷却水と作動油との間で熱交換を行って、作動油の温度を昇温させる。そして、ヘッド冷却水通路１４と第５冷却水配管３４とを含んで、冷却水がシリンダヘッド１１及び変速機１３のオイルウォーマ３５を経由して流れ、ラジエータ９を迂回する変速機ラインとしての第４冷却水路（以下「ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン」という）５が構成される。

上記第１冷却水配管１８の第４冷却水配管２９及び第５冷却水配管３４が夫々接続される箇所よりも下流側には、一端部を接続し、他端部を流路切替弁７の出口ポート３８に一端部を接続させて設けられた後述の第７冷却水配管３７の途中に接続させて、第６冷却水配管３６が設けられている。これにより、第６冷却水配管３６を含んで、冷却水が第１冷却水配管１８から分岐した後、ラジエータ９を迂回して流路切替弁７の流出側で第７冷却水配管３７に合流する第５冷却水路（以下「バイパスライン」という）６が構成される。

そして、上記ラジエータライン２、ブロックライン３、ヒータライン４、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５、及び流路切替弁７の出口ポート３８と後述のウォータポンプ８の吸込口３９とを繋ぐ第７冷却水配管３７、並びにウォータポンプ８の吐出口４０とシリンダヘッド１１の冷却水入口１５とを繋ぐ第８冷却水配管４１を含んで冷却水の循環水路が構成される。

上記ラジエータライン２、ブロックライン３、ヒータライン４及びＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の冷却水の流出端には、流路切替弁７が設けられている。この流路切替弁７は、複数の冷却水路の内から、内燃機関１の暖機状態に応じて少なくとも１つの冷却水路に順次切替えるものであり、後述の電子制御装置１０により制御されて弁を開閉し、各冷却水路への冷却水の分配量を調節できるようになっている。

詳細には、流路切替弁７は、例えば、第１〜第４入口ポート２０〜２３及び１つの出口ポート３８が夫々形成されたステータに、流路が形成されたロータを回動可能に嵌装した回動式の流路切替弁７であり、例えば電動モータなどの電動式アクチュエータでロータの基準角度からの角度を変更することで、ステータの各ポートが適宜開かれるようになっている。この場合、各冷却水路への冷却水の分配量は、ロータの角度に応じて第１〜第４入口ポート２０〜２３の開口面積割合を変化させて調節することができる。

上記流路切替弁７とシリンダヘッド１１との間の冷却水路の途中には、ウォータポンプ８が配設されている。このウォータポンプ８は、冷却水を吸込口３９から吸い込み、吐出口４０から吐出してシリンダヘッド１１に送り出し、冷却水路を循環させるもので、後述の電子制御装置１０により制御されて電動モータで駆動される電動式のものである。

上記流路切替弁７及びウォータポンプ８に電気的に接続して電子制御装置１０が設けられている。この電子制御装置１０は、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５が開通時に、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の冷却水の流量を維持しながらヒータライン４への冷却水の分配量を抑制するように、流路切替弁７の開閉動作を制御するものである。さらに、上記ウォータポンプ８の吐出流量を抑制制御するようになっている。この場合、ブロックライン３の冷却水の流量を一定に維持するときには、ウォータポンプ８の吐出流量を抑制すると共に、ヒータライン４及びＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５に対する流路切替弁７の開度を調節することができるようにもなっている。これにより、冷却水の水温上昇が一時的に停滞する場合にも、冷却水の水温上昇を促進させることができる。なお、以下「一定」という用語は、許容範囲内の変動を含むものである。

また、電子制御装置１０は、車両の各部に設置された温度センサの温度情報を含むエアコンシステムの各種制御パラメータ（例えば、外気センサ、車内センサ、エバポレータの吸込温度センサ、日射センサ等による温度情報、及びブロアファン風量、エアミックスドア開度、車速風等の情報）に基づいて前記ヒータライン４の冷却水の流量を変更するように流路切替弁７の開閉動作を制御するようにしてもよい。

さらに、電子制御装置１０は、内燃機関１の燃料噴射装置４２及び点火装置４３を制御する機能、車両の信号待ちなどに内燃機関１を一時的に停止させるアイドリングストップ（アイドリングリダクション）機能も併せ持っている。なお、電子制御装置１０は、内燃機関１の各種制御を行わず、内燃機関１の燃料噴射装置４２及び点火装置４３などを制御する別体の電子制御装置との間で相互通信を行うこともできる。

図１において、符号４４はエンジン水温を検出するための温度センサを示し、符号４５をシリンダブロック１２から流出する冷却水温度を検出するための温度センサを示し、符号４６は、車室内の温度（室温）を検出する温度センサを示す。

次に、このように構成された冷却システムの動作について説明する。
図２は内燃機関１の冷却システムの運転状態の判定について説明するフォローチャートである。また、図３は上記冷却システムの流路切替弁７の動作を示す説明図であり、流路切替弁７のロータ角度と第１〜第４入口ポート２０〜２３の開口率との関係を示している。
運転が開始されると、シリンダヘッド１１の冷却水出口１６付近に設置された温度センサ４４により、エンジンの水温が検知される。温度センサ４４により検知された温度情報は、電子制御装置１０に送られ電子制御装置１０に保存されているラジエータライン２を開通するか否かを判定するためのラジエータ判定水温、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を開通するか否かを判定するためのＣＶＴ Ｏ／Ｗ判定水温、ブロックライン３を開通するか否かを判定するためのブロック判定水温及びヒータライン４を開通するか否かを判定するためのヒータ判定水温と、この順番に比較される。この場合、各判定水温は、
ラジエータ判定水温＞ＣＶＴ Ｏ／Ｗ判定水温＞ブロック判定水温＞ヒータ判定水温
の関係にある。

先ず、ステップＳ１において、エンジン水温は、ラジエータ判定水温と比較される。運転開始時には、冷却水は、未だ温まっていないため、ステップＳ１は“ＮＯ”判定となって、ラジエータライン２を開通することなくステップＳ３に進む。

ステップＳ３においては、エンジン水温は、ＣＶＴ Ｏ／Ｗ判定水温と比較される。この場合、冷却水は、未だ十分に温まっていないため、ステップＳ３も“ＮＯ”判定となって、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を開通することなくステップＳ５に進む。

ステップＳ５においては、エンジン水温は、ブロック判定水温と比較される。この場合も、エンジン水温の上昇が十分でなく、エンジン水温がブロック判定水温以下であるときには、ステップＳ５は、“ＮＯ”判定となって、ブロックライン３を開通することなくステップＳ７に進む。

ステップＳ７においては、エンジン水温は、ヒータ判定水温と比較される。運転開始直後では、エンジン水温はヒータ判定水温よりも未だ低い状態にある。したがって、ステップＳ７は、“ＮＯ”判定となって、ヒータライン４を開通させることなく、一連の上記運転状態判定手順は終了する。

運転開始直後においては、流路切替弁７は、ロータ角度がストッパで規制される基準角度から所定角度の範囲内にあり、図３に示すように第１〜第４入口ポート２０〜２３がすべて閉じられる第１パターンとなっている。第１パターンでは、ヒータライン４、ブロックライン３、ラジエータライン２が閉塞されるので、図４に示すように、ウォータポンプ８から吐出された冷却水は、ヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及びバイパスライン６を通って流れ、内燃機関１のシリンダヘッド１１のみを冷却する。なお、第１〜第４入口ポート２０〜２３がすべて閉じられた状態とは、第１〜第４入口ポート２０〜２３の開口面積が０（零）となった状態だけでなく、その開口面積が０より大きい最小開口面積となった状態、即ち、冷却水の漏れが発生する状態を含む。

一定時間経過後に、図２に示す運転状態判定手順が改めて実行される。冷却水が運転開始直後のシリンダヘッド１１のみを冷却中にシリンダヘッド１１との熱交換により熱せられ、エンジン水温が上昇してヒータ判定水温を上回ると、ステップＳ７が“ＹＥＳ”判定となり、ステップＳ８に進んで、ヒータライン４を開通する条件が整ったことを示すフラグを立てる。これにより、電子制御装置１０は、流路切替弁７にロータの回動動作を行わせる。

流路切替弁７は、電子制御装置１０により制御されてロータを回動させ、図３に示す第２パターンを実行させる。即ち、ロータ角度が、第１〜第４入口ポート２０〜２３がすべて閉じられる角度よりも大きくなって、第３入口ポート２２が一定開口率（例えば、開口率１００％（全開））まで徐々に開き、その後、ロータ角度の増加に伴って上記一定開口率を保持する第２パターンとなる。第２パターンでは、ヒータライン４が開通されるので、図５に示すように、ウォータポンプ８から吐出された冷却水は、ヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及びバイパスライン６を通って流れると共に、ヒータライン４を通って流れ、内燃機関１のシリンダヘッド１１及びヒータコア３０等を冷却する。

冷却水がヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及びバイパスライン６を通って流れると共に、ヒータライン４を通って循環中にシリンダヘッド１１との熱交換により熱せられてエンジン水温が更に上昇し、ブロック判定水温を超えると、ステップＳ５は“ＹＥＳ”判定となってステップＳ６に進む。そして、ブロックライン３を開通する条件が整ったことを示すフラグを立てる。これにより、電子制御装置１０は、流路切替弁７にロータの更なる回動動作を行わせる。

流路切替弁７は、電子制御装置１０により制御されてロータを更に回動させ、図３に示す第３パターンを実行させる。即ち、ロータ角度が、第３入口ポート２２が一定開口率まで開く角度よりも大きくなると、第１入口ポート２０が開き出し、その後、ロータ角度の増加に伴って所定の開口率まで開口率が漸増する第３パターンとなる。このとき、第３入口ポート２２の開口率はそのまま保持される。第３パターンでは、ブロックライン３が開通されるので、図６に示すように、ウォータポンプ８から吐出された冷却水はヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及びバイパスライン６を通って流れると共に、ヒータライン４を通って流れ、さらにブロックライン３を通って流れて内燃機関１のシリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及びヒータコア３０等を冷却する。

冷却水がヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及びバイパスライン６を通って流れると共に、ヒータライン４を通って流れ、さらにブロックライン３を通って循環中にシリンダヘッド１１との熱交換により熱せられてエンジン水温が上昇し、ＣＶＴ Ｏ／Ｗ判定水温を超えると、ステップＳ３は“ＹＥＳ”判定となってステップＳ４に進む。そして、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を開通する条件が整ったことを示すフラグを立てる。これにより、電子制御装置１０は、流路切替弁７にロータの更なる回動動作を行わせる。

流路切替弁７は、電子制御装置１０により制御されてロータを更に回動させ、図３に示す第４パターンを実行させる。即ち、ロータ角度が、第１入口ポート２０が開く角度よりも大きくなると、第２入口ポート２１が一定開口率（例えば、開口率１００％（全開））まで徐々に開き、その後、ロータ角度の増加に伴って上記一定開口率を保持する第４パターンとなる。このとき、第３入口ポート２２は、例えば開口率１００％から所定開口率まで漸減した後、この所定開口率を保持する。また、第１入口ポート２０は、上記一定開口率を保持する。これにより、ブロックライン３を流れる冷却水の水量は一定に保持される。第４パターンでは、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５が開通されるので、図７に示すように、ウォータポンプ８から吐出された冷却水は、ヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及びバイパスライン６を通って流れると共に、ヒータライン４、ブロックライン３を通って流れ、さらにＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を通って流れ、内燃機関１のシリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及びヒータコア３０等を冷却すると共に、変速機１３の潤滑油を加熱する。

冷却水がヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及びバイパスライン６を通って流れると共に、ヒータライン４、ブロックライン３を通って流れ、さらにＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を通って循環中にシリンダヘッド１１との熱交換により熱せられてエンジン水温が上昇し、ラジエータ判定水温を超えると、ステップＳ１は“ＹＥＳ”判定となってステップＳ２に進む。そして、ラジエータライン２を開通する条件が整ったことを示すフラグを立てる。これにより、電子制御装置１０は、流路切替弁７にロータの更なる回動動作を行わせる。

流路切替弁７は、電子制御装置１０により制御されてロータを更に回動させ、図３に示す第５パターンを実行させる。即ち、ロータ角度が、第２入口ポート２１が一定開口率まで開く角度よりも大きくなると、第４入口ポート２３が開き出し、その後、ロータ角度の増加に伴って開口率が漸増する第５パターンとなる。このとき、第３入口ポート２２は、上記所定開口率が保持される。また、第１入口ポート２０は、漸増を開始し、第２入口ポート２１は全開状態を保持する。第５パターンでは、ラジエータライン２が開通されるので、図８に示すように、ウォータポンプ８から吐出された冷却水はヘッド冷却水通路１４、第１冷却水配管１８及びバイパスライン６を通って流れると共に、ヒータライン４、ブロックライン３を通って流れ、さらにＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を通って流れ、内燃機関１のシリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及びヒータコア３０等を冷却すると共に、変速機１３の潤滑油を加熱する。このとき、冷却水がラジエータ９を通るため、冷却水の温度を許容温度以下に維持することができる。

なお、流路切替弁７のロータが更に回動すると、第１、第３及び第４入力ポート２０，２２，２３は、開口率１００％に向かって漸増する第６パターンとなる。

図３に示すような流路切替弁７の動作においては、第４パターンが実行されてＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５が開通すると、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の低温の冷却水が循環することにより、図９に示すようにエンジン水温の上昇が一時的に停滞する。さらに、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の開通により、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を流れる冷却水は、変速機１３の潤滑油の加熱に使用されて放熱されるためエンジン水温の上昇が停滞する時間がさらに長くなり、エンジン水温が再び上昇を開始するまでの時間が長くなる。これは、従来技術の場合と同じである。

本発明による冷却システムは、水温上昇が一時的に停滞する時間を短縮してエンジン水温の上昇を促進しようとするものである。以下、図１０を参照して本発明による冷却システムの動作（第１実施例）について説明する。ここでは、本発明の特徴である流路切替弁７の流路切替パターンの第４パターンにおける流路切替動作に着目して説明する。

〔第１実施例〕
図１０（ａ）に示すように、第４パターンの開始直前は、流路切替弁７の第１入口ポート２０が一定開口率まで開口し、第３入口ポート２２が全開しており、第２及び第４入口ポート２１，２３が閉じた状態にある。

流路切替弁７のロータが回動して第４パターンが実行される。ここでは、先ず、図１０（ａ）に示すように、第４パターンの第１段階（４−１）が実行され、第２入口ポート２１が、例えば全開まで徐々に開き、その後、ロータ角度の増加に伴って全開状態を保持する。このとき、第３入口ポート２２は、全開状態から一定開口率まで漸減した後、この開口率を保持する。また、第１入口ポート２０は、一定開口率を保持する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、ブロックライン３を流れる冷却水の水量は一定に保持される。第２入口ポート２１が開いてＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５が開通すると、前述したようにエンジン水温の上昇が一時的に停滞する。

図１０（ａ）に示す第４パターンの第２段階（４−２）においては、流路切替弁７のロータがさらに回動されて第３入口ポート２２が上記一定開口率よりもさらに低い開口率（例えば、開口率０％（全閉））まで漸減した後、この開口率を保持する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、ヒータライン４の流量が減少し、ヒータコア３０からの放熱による水温低下が抑えられる。暖房用の水温としては５０℃程度あればよく、ヒータライン４の冷却水の水温が暖房用として十分な温度を有していれば、図１０（ａ）に示すように第３入口ポート２２を閉じて、図１０（ｂ）に示すように冷却水の流れを一時的に停止してもよい。また、同時に、第２入口ポート２１も一定開口率まで漸減した後、この開口率を保持する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の流量が一定に保たれ、変速機１３の潤滑油の昇温速度が維持される。なお、このとき、第１入口ポート２０の開口率は、維持されたままであるので、図１０（ｂ）に示すように、ヒータライン４の水量が減った分だけ、ブロックライン３の水量が増すことになる。これにより、一時的に停滞した冷却水の水温上昇も、シリンダブロック１２との熱交換により加熱され、水量の増したブロックライン３の冷却水が混合されて昇温されることにより、停滞時間が短縮されて水温上昇が促進される。

図１１は、本発明の冷却システムの効果を実験的に確認したグラフである。図１１に示す実線が本発明の冷却システムにおける水温の回復速度を表し、破線が従来の冷却システム（図３に示す流路切替弁７の動作に相当）における水温の回復速度を表している。図１１から明らかなように、本発明の冷却システムにおいては、水温の回復時間が従来の冷却システムに比して短縮されている。

図１０（ａ）に示す第４パターンの第３段階（４−３）においては、水温が回復すると流路切替弁７のロータがさらに回動されて第３入口ポート２２が上記一定開口率まで漸増する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、ヒータライン４が再び開通してヒータライン４に一定流量の冷却水が流通する。また、同時に、ＣＶＴ Ｏ／Ｗラインの冷却水の流量が一定に保たれるように、第２入口ポート２１の開口率が全開まで漸増する。このとき、第１入口ポート２０の開口率は維持されたままであるので、ブロックライン３の冷却水の流量は、ヒータライン４の水量が増した分だけ減少し、元の水量に戻る。

以降、流路切替弁７のロータの回動角度と第１〜第４入口ポート２３の開口率とは、図３に示す第５及び第６パターンと同様の関係を示す。
なお、流路切替弁７のロータに設けられた複数の流路は、図１０（ａ）に示すようなロータ角度と第１〜第４入口ポート２０〜２３の開口率との関係が維持されるように、その形状、幅及び深さが決められ、形成されている。

上記第１実施例は、ウォータポンプ８から吐出される冷却水の吐出量が一定の場合である。この場合、前述したようにヒータライン４の水量が減った分だけ、ブロックライン３の水量が増す。そこで、第４パターンにおける第２段階（４−２）の実施において、ブロックライン３の冷却水の流量を一定に保つときには、流路切替弁７の第２及び第３入口ポート２１，２２の開口率を漸減させるのと同時に、ウォータポンプ８から吐出される冷却水の吐出量を減らすとよい。これにより、ブロックライン３には一定流量の冷却水が流れ、ブロックライン３の冷却水の水温上昇は、より高くなる。したがって、この場合も、一時的に停滞した冷却水の水温上昇を促進することができる。

ウォータポンプ８から吐出される冷却水の吐出量を減らしたときには、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の流量も減少し、変速機１３の潤滑油の加熱が遅れる問題がある。そこで、ブロックライン３及びＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の流量が一定に保持されるように、流路切替弁７のロータ角度を調節して第２及び第３入口ポート２１，２２の開口率を調整すると共に、ウォータポンプ８からの冷却水の吐出量を調整（補正）する必要が有る。
以下、本発明による冷却システムの別の動作（第２実施例）について説明する。

〔第２実施例〕
先ず、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５開通時の流路切替弁７のロータ角度（ＭＣＶ開度）及び電動ウォータポンプ８の回動数又は流量の基準値が設定される。図１２は上記ロータ角度（ＭＣＶ開度）及び電動ウォータポンプ８の回動数又は流量の基準値の設定について説明するフローチャートである。
図２の運転状態判定動作におけるステップＳ３において、エンジン水温がＣＶＴ Ｏ／Ｗ判定水温を超えているかが判定される。そして、その結果をステップＳ１１において受け、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２においては、ステップＳ３における判定結果に基づいてＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を開通する条件が整っているか否かを判定する。ここで、上記条件が整っていないと判定（“ＮＯ”判定）した場合には、流路切替弁７のロータ角度（ＭＣＶ開度）及び電動ウォータポンプ８の回動数又は流量の基準値の設定動作は終了する。

ステップＳ１２において、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５を開通する条件が整って“ＹＥＳ”判定となると、ステップＳ１３に進む。そして、ステップＳ１３において、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５が開通するロータ角度（ＭＣＶ開度）の基準値が設定される。即ち、ＭＣＶ基準開度として、図１０（ａ）における第４ステップの第２段階（４−２）開始時のロータ角度（ＭＣＶ開度）が設定される。そして、ステップＳ１４に進んで、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５が開通時の電動ウォータポンプ８の回動数又は流量が基準値として設定される。

このようにして、ＭＣＶ基準開度及び電動ウォータポンプ８の回動数又は流量の基準値が設定されると、これらの基準値に対してブロックライン３及びＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の流量が一定に保持されるように流路切替弁７のロータ角度が調節され、第２及び第３入口ポート２１，２２の開口率が調整されると共に、電動ウォータポンプ８からの冷却水の吐出量が調整（補正）される。

図１３はＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５が開通時の電動ウォータポンプ８の回動数又は流量補正について説明するフローチャートである。
先ず、ステップＳ２１において、電動ウォータポンプ８の吐出補正量が演算される。詳細には、図１４に示すような、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５が開通時、特に第４パターンの第２段階（４−２）の前半部における流路切替弁７のロータ角度（ＭＣＶ開度）と電動ウォータポンプ８の冷却水の吐出補正量との関係を示す、ウォータポンプ吐出補正用のテンプレートを参照して電動ウォータポンプ８の吐出補正量が演算される。図１４の横軸は、ロータ角度（ＭＣＶ開度）を示し、縦軸は電動ウォータポンプ８の冷却水の吐出補正量（減少量）を示している。

より詳細には、図１０（ａ）における第４パターンの第２段階（４−２）の前半部においては、ロータ角度（ＭＣＶ開度）が増し、第２及び第３入口ポート２１，２２の開口率が漸減すると、ブロックライン３の流量が漸増する。そこで、ロータ角度（ＭＣＶ開度）が増しても、ブロックライン３の流量が一定となるように、図１４に従って、ロータ角度（ＭＣＶ開度）に応じた電動ウォータポンプ８の吐出補正量（減少量）が演算される。そして、ステップＳ２２に進んで、上記演算された吐出補正量（減少量）に相当する回動数又は流量が、図１２のステップＳ１４で設定された電動ウォータポンプ８の回動数又は流量の基準値に加算されて電動ウォータポンプ８の回動数又は流量が決定される。このようにして、第４パターンの第２段階（４−２）実施時のウォータポンプ８の冷却水吐出量を基準にして、上記演算された吐出補正量分だけウォータポンプ８の冷却水の吐出量が抑制される。これにより、ヒータライン４の流量を減らしても、ブロックライン３及びＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の流量を一定に保持することができる。

なお、上記第２実施例においては、電動式ウォータポンプ８の吐出流量を抑制すると共に、ヒータライン３及びＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５に対する流路切替弁７のＭＣＶ開度を調節して、ブロックライン３の冷却水の流量を維持する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、ヒータライン３への冷却水の分配量を抑制するとき、電動式ウォータポンプ８の吐出流量を抑制してもよい。詳細には、ヒータライン３への冷却水の分配量の抑制に伴って増加するＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の冷却水の増加量を補正するように電動式ウォータポンプ８の吐出流量を抑制する。この場合、ＣＶＴ Ｏ／Ｗライン５の流量を維持してブロックライン３の流量を減らすようにしてもよい。

本発明による冷却システムは、第４パターンの第２段階（４−２）の前半部におけるヒータライン４の流量をエアコンシステムの各種制御パラメータに応じて変更してもよい（第３実施例）。以下、この第３実施例について説明する。

〔第３実施例〕
図１５は車両の各部に設置された温度センサによる温度情報に基づいてヒータライン４の流量補正について説明するフローチャートである。
先ず、ステップＳ３１において、ＭＣＶ開度補正量が演算される。詳細には、外気センサにより取得した温度情報を電子制御装置１０に保存された、図１６（ａ）に示すような外気温に対するヒータライン４の流量の補正用テンプレートと比較して補正量、即ち、ＭＣＶ開度が演算される。

より詳細には、第４パターンの第２段階（４−２）の前半部において、流路切替弁７のロータが回動されて第２入口ポート２１の開口率が一定開口率まで漸減されている状態（以下、この状態を「ＭＣＶ第２基準開度」という）の外気温度を基準にした、現在の外気温度の上昇量又は下降量が演算され、図１３（ａ）に示す補正用テンプレートと比較して外気温補正量、即ち、流路切替弁７のロータ角度の変更量が演算される。この結果は、電子制御装置１０の記憶部に一旦保存される。

また、図１６（ｂ）は車内温度に対するヒータライン４の流量の補正量を示している。車内センサにより取得した温度情報を電子制御装置１０に保存された車内温度に対する補正用テンプレートと比較して補正量、即ち、流路切替弁７のＭＣＶ開度が演算される。詳細には、第４パターンの第２段階（４−２）の前半部において、流路切替弁７のロータ角度がＭＣＶ第２基準開度にあるときの室内温度を基準にした、現在の車内温度の上昇量又は下降量が演算され、図１６（ｂ）に示す補正用テンプレートと比較して車内温度補正量、即ち、流路切替弁７のロータ角度の変更量が演算される。この結果も電子制御装置１０の記憶部に一旦保存される。

さらに、図１６（ｃ）は日射量に対するヒータライン４の流量の補正量を示している。日射センサにより取得した温度情報を電子制御装置１０に保存された日射量に対する補正用テンプレートと比較して補正量、即ち、流路切替弁７のＭＣＶ開度が演算される。詳細には、第４パターンの第２段階（４−２）の前半部において、流路切替弁７のロータ角度がＭＣＶ第２基準開度にあるときの日射量を基準にした、現在の日射量の増加量又は減少量が演算され、図１６（ｃ）に示す補正用テンプレートと比較して日射量補正量、即ち、流路切替弁７のロータ角度の変更量が演算される。この結果もまた電子制御装置１０の記憶部に一旦保存される。

さらにまた、図１６（ｄ）はエバポレータの吸込温度に対するヒータライン４の流量の補正量を示している。吸込温度センサ４４により取得した温度情報を電子制御装置１０に保存された吸込温度に対する補正用テンプレートと比較して補正量、即ち、流路切替弁７のＭＣＶ開度が演算される。詳細には、第４パターンの第２段階（４−２）の前半部において、流路切替弁７のロータ角度がＭＣＶ第２基準開度にあるときの吸込温度を基準にした、現在の吸込温度の上昇量又は下降量が演算され、図１６（ｄ）に示す補正用テンプレートと比較して吸込温度補正量、即ち、流路切替弁７のロータ角度の変更量が演算される。そして、この結果もまた電子制御装置１０の記憶部に一旦保存される。

上記記憶部に保存された上記各補正量は、図１５に示すステップＳ３２において加算され、流路切替弁７のロータ角度の補正量（以下、「ＭＣＶ開度補正量」という）が演算される。そして、ステップＳ３３に進んで、上記ＭＣＶ開度補正量が上記ＭＣＶ第２基準開度に加算されてＭＣＶ目標開度が算出される。そして、このＭＣＶ目標開度となるように流路切替弁７のロータ角度が変更される。これにより、各種温度センサによる温度情報に基づいてヒータライン４の流量が調整され、車両を取り巻く環境温度が変化しても車内温度を略一定に保つことができる。

図１７（ａ）はエアミックスドアの開度に対するヒータライン４の流量の補正量を示している。エアミックスドアセンサにより取得した開度情報を電子制御装置１０に保存されたエアミックスドア開度に対する補正用テンプレートと比較して補正量、即ち、流路切替弁７のＭＣＶ開度が演算される。詳細には、第４パターンの第２段階（４−２）の前半部において、流路切替弁７のロータ角度がＭＣＶ第２基準開度にあるときのエアミックスドアの開度を基準にした、現在の開度の変更量が演算され、図１７（ａ）に示す補正用テンプレートと比較してエアミックスドア開度補正量、即ち、流路切替弁７のロータ角度の補正量（ＭＣＶ開度補正量）が演算される。そして、このＭＣＶ開度補正量が上記ＭＣＶ第２基準開度に加算されてＭＣＶ目標開度が算出され、このＭＣＶ目標開度となるように流路切替弁７のロータ角度が変更される。

図１７（ｂ）はブロアファン風量に対するヒータライン４の流量の補正量を示している。ブロアファン風量センサにより取得した風量情報を電子制御装置１０に保存されたブロアファン風量に対する補正用テンプレートと比較して補正量、即ち、流路切替弁７のＭＣＶ開度が演算される。詳細には、第４パターンの第２段階（４−２）の前半部において、流路切替弁７のロータ角度がＭＣＶ第２基準開度にあるときのブロアファン風量を基準にした、現在の風量の変化量が演算され、図１７（ｂ）に示す補正用テンプレートと比較してブロアファン風量補正量、即ち、流路切替弁７のロータ角度の補正量（ＭＣＶ開度補正量）が演算される。そして、このＭＣＶ開度補正量が上記ＭＣＶ第２基準開度に加算されてＭＣＶ目標開度が算出され、このＭＣＶ目標開度となるように流路切替弁７のロータ角度が変更される。

なお、車内の設定温度の変更や、車速風に対するヒータライン４の流量の補正量についての説明は省略したが、これらの場合にも上述と同様にして行うことができる。また、上記エアコンシステムの各種情報の内、少なくとも一つを選択して上記ＭＣＶ目標開度を算出し、流路切替弁７のロータ角度が上記ＭＣＶ目標開度なるように流路切替弁７の開閉動作を制御してもよい。

１…内燃機関
２…第１冷却水路（ラジエータライン）
３…第２冷却水路（ブロックライン）
４…第３冷却水路（ヒータライン）
５…第４冷却水路（変速機ライン又はＣＶＴ Ｏ／Ｗライン）
７…流路切替弁
８…電動ウォータポンプ
１０…電子制御装置（制御装置）

Claims (6)

1. 少なくとも暖房用のヒータライン、エンジンブロック冷却用のブロックライン及び変速機オイルウォーマ用の変速機ラインを含む複数の冷却水路の内から、内燃機関の暖機状態に応じて少なくとも一つの冷却水路に順次切替える流路切替弁と、
   前記ヒータラインへの冷却水の分配量を抑制するように、前記流路切替弁の開閉動作を制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却システム。
2. 前記制御装置は、前記ヒータライン及び前記変速機ラインに対する前記流路切替弁の開度を調節して、前記変速機ラインの冷却水の流量を維持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システム。
3. 前記制御装置は、複数の前記冷却水路に冷却水を供給する電動式ウォータポンプの吐出流量を抑制制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却システム。
4. 前記制御装置は、車両の各部に設置された温度センサの温度情報を含むエアコンシステムの各種情報に基づいて前記ヒータラインの冷却水の流量を変更するように前記流路切替弁の開閉動作を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却システム。
5. 前記流路切替弁は、前記複数の冷却水路に対応した複数の入口ポート及び１つの出口ポートが夫々形成されたステータに、流路が形成されたロータを回動可能に嵌装した回動式のものであり、前記複数の入口ポートの開口率が前記ロータの回動角の増加に伴って、前記変速機ライン開通時に、該変速機ラインの冷却水の流量を維持しながら前記ヒータラインへの冷却水の分配量を抑制し得るように変化するよう、前記ロータの流路を形成したことを特徴する請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却システム。
6. 少なくとも暖房用のヒータライン、エンジンブロックのブロックライン及び変速機オイルウォーマ用の変速機ラインを含む複数の冷却水路の内から、内燃機関の暖機状態に応じて少なくとも一つの冷却水路に順次切替える流路切替弁の開閉動作を制御装置により制御して、各冷却水路への冷却水の分配量を制御する冷却システムの制御方法であって、
   前記制御装置が前記ヒータラインへの冷却水の分配量を抑制するように、前記流路切替弁の開閉動作を制御することを特徴とする冷却システムの制御方法。