JP2017008825A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の冷却装置に関し、内燃機関に課された要求に応じて、内燃機関の冷却環境を適切に切り替えることを目的とする。
【解決手段】シリンダブロック１２を冷却するHT冷却システム１６と、吸気ポートを冷却するLT冷却システム３０とを備える。HT冷却システム１６は、HT温度がHT判定値に達した際に、HT温度をHT目標温度に維持するための冷却を開始する。ECU４４は、内燃機関１０の早期暖機が要求されていない特定条件の下では、LT温度がLT判定値に達した際に、LT温度をLT目標温度に維持するためのLT冷却制御を開始する。早期暖機が要求される条件下では、そのLT冷却制御を、HT温度がHT判定値に達した際に開始する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の冷却装置に係り、特に、車載用内燃機関の冷却に適した冷却装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の冷却装置が開示されている。この冷却装置は、内燃機関の吸気ポート周辺を冷却するための第１冷却水回路と、シリンダブロック及び排気ポート周辺を冷却するための第２冷却水回路を備えている。第１冷却水回路と第２冷却水回路は、互いに独立した回路として形成されている。

第１冷却水回路は、その内部で冷却水を循環させるための電動ポンプと、冷却水を空冷するための第１ラジエータを備えている。第２冷却水回路は、その内部を循環する冷却水を空冷するための第２ラジエータと、冷却水の循環経路を切り替えるサーモスタットを備えている。サーモスタットは、冷却水温が閾値H0に達するまでは冷却水が第２ラジエータをバイパスして循環し、その温度が閾値H0に達すると冷却水が第２ラジエータを通って循環するように循環経路を切り替える。

特許文献１には、第２冷却水回路の冷却水温が閾値H1に達したら第１冷却水回路の電動ポンプを作動させること、及びその閾値H1は、サーモスタットの閾値H0と異なる値に設定することが開示されている。このような構成によれば、第１冷却水回路の冷却水温と、第２冷却水回路の冷却水温を、それぞれ異なる温度に制御することができる。

吸気ポート周辺の温度は吸気の温度に大きく影響し、また、吸気の温度は空気の充填効率やノッキングの発生に大きく影響する。他方、シリンダブロック周辺の温度は、内燃機関の摩擦損失に大きく影響する。このため、内燃機関においては、シリンダブロックの周辺を過冷却することなく、吸気ポートの周辺を適切に冷却することが望まれる。上記従来の冷却装置によれば、その要求に応えることができ、燃費の向上とノッキングの抑制の双方にとって有利な環境を作り出すことができる。

特開２０１３−１３３７４６号公報 特開２０１３−０６０８１９号公報

しかしながら、内燃機関の吸気ポート周辺に望まれる冷却能力は、常に第２冷却水回路の冷却水温、つまり、シリンダブロック周辺の温度に対して一義的に決まるものではない。例えば、暖機過程において、シリンダブロックの昇温速度に対する吸気ポート周辺の相対的な昇温速度は、内燃機関の運転条件に応じて変化する。

仮に、吸気ポート周辺がシリンダブロックに対して早く昇温するとすれば、上記従来の冷却装置では、吸気ポート周辺の冷却開始が遅れて、暖機の後半においてノッキングが生じ易い状態が作り出されてしまう。このような課題は、例えば、第１冷却水回路にも冷却水温センサを組み込み、吸気ポート周辺を流れる冷却水の温度が適当な閾値に達した段階で第１冷却水回路の電動ポンプを作動させることとすれば解決することができる。

ところが、このような構成によれば、今度は、第１冷却水回路による冷却により、内燃機関本体の暖機が遅れてしまう事態が生じ得る。即ち、第１冷却水回路は、主として吸気ポートの周辺を冷却するものではあるが、吸気ポートの周辺が冷却されれば、その効果は、熱伝導によりシリンダブロック周辺にもある程度は及ぶことになる。このため、特に内燃機関の早期暖機が望まれている状況下では、シリンダブロック周辺がある程度暖機されてくるまでは、吸気ポート周辺の冷却を控えることが望ましい。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、主としてシリンダブロックを冷却するシステムと、主として吸気ポート周辺を冷却するシステムとを備え、内燃機関に課された要求に応じて、内燃機関の冷却環境を適切に切り替えることのできる冷却装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、主として内燃機関のシリンダブロックを冷却するHT冷却システムと、当該HT冷却システムに比して多分に吸気ポートの周辺を冷却するLT冷却システムとを備え、前記HT冷却システムと前記LT冷却システムとは、互いに独立した冷媒流路を備える内燃機関の冷却装置であって、
前記HT冷却システムは、その内部を流れるHT冷媒の温度であるHT温度がHT判定値に達した際に、前記HT温度をHT目標温度に維持するための冷却を開始し、
前記LT冷却システムの作動状態を制御する制御ユニットを備え、
当該制御ユニットは、
内燃機関の早期暖機が要求されていない特定条件の下では、前記LT冷却システムを流れるLT冷媒の温度であるLT温度がLT判定値に達した際に、前記LT温度をLT目標温度に維持するためのLT冷却制御を開始し、
前記早期暖機が要求される条件下では、前記HT温度が前記HT判定値に達した際に前記LT冷却制御を開始することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御ユニットは、
前記早期暖機が要求される条件下では、前記LT温度がLT許容限界に達した際にも前記LT冷却制御を開始し、
前記LT許容限界は、前記LT判定値より高い温度であることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、前記制御ユニットは、
前記早期暖機が要求される条件下では、前記HT温度が前記HT判定値に達する前に前記LT温度がLT許容限界に達した場合、前記HT温度が前記HT判定値に達するまでの間、前記LT温度を前記LT許容限界に維持するためのLT昇温防止制御を実行し、
前記LT許容限界は、前記LT判定値より高い温度であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記特定条件は、前記早期暖機の要求もノッキング抑制の要求も生じていない条件であり、
前記制御ユニットは、前記ノッキング抑制が要求される条件下では、前記LT温度が前記LT判定値に達した際、及び前記HT温度が前記HT判定値に達した際の何れか早い時点で、前記LT冷却制御を開始することを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
ノッキングの発生に応じて点火クランク角に遅角を施すノックコントロールシステムを更に備え、
前記制御ユニットは、前記早期暖機の要求と前記ノッキング抑制の要求とが共に発生する条件では、前記早期暖機の要求を優先して前記LT冷却制御又は前記LT昇温防止制御を実行することを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、前記制御ユニットは、前記ノッキング抑制の要求の有無に関する判定に先立って前記早期暖機の要求の有無を判定し、前記早期暖機の要求が有ると判定した場合は、その判定に従って前記LT温度に関する処理を実行することを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、前記LT判定値は、ノッキングが発生する温度領域とノッキングが発生しない温度領域との境界に属し、かつ０°Cを超える温度であることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第６の発明の何れかの発明において、前記LT判定値は、前記LT冷媒が凍結する温度領域と当該凍結が生じない温度領域との境界に属し、かつ０°C以下の温度であることを特徴とする。

また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記LT冷却システムは、前記LT温度を検出するLT温度センサと、前記LT冷媒の冷却能力を変化させる冷却機構と、を備え、
前記LT冷却制御は、前記LT温度センサの出力に基づく前記冷却機構のフィードバック制御であり、
前記制御ユニットは、前記LT冷却制御の開始前は、前記フィードバック制御の実行中に比して、前記LT冷媒の循環流量を制限することを特徴とする。

また、第１０の発明は、第９の発明において、前記制御ユニットは、前記LT冷却制御の開始前は、前記LT冷媒の循環流量に関わるパラメータに、当該循環流量を制限するためのガードをかけて前記フィードバック制御を実行することを特徴とする。

第１の発明によれば、HT冷却システムによりシリンダブロックをHT目標温度付近に維持することができ、LT冷却システムにより吸気ポート周辺をLT目標温度付近に維持することができる。特に、内燃機関の早期暖機が要求されていない特定条件の下では、HT温度に関わらず、LT温度に基づいてLT冷却制御を開始することで、ノッキングの発生を適切に抑制することができる。そして、内燃機関の早期暖機が要求される条件下では、HT温度がHT判定値に達した際にLT冷却制御を開始することで、以下の２つの効果を達成することができる。
（１）LT温度がLT判定値に達しても、HT温度がHT判定値に達するまでは、LT冷却制御が開始されない。つまり、内燃機関本体の暖機が十分に進行するまでLT冷却制御の開始を遅らせることにより、内燃機関の早期暖機を促進することができる。
（２）LT温度がLT判定値に達していなくても、HT温度がHT判定値に達したら、その時点でLT冷却制御を開始することができる。ここで、LT温度がLT判定値に達する前にHT温度がHT判定値に達する現象は、暖機過程でHT温度が急上昇する場合に生ずる。このような場合にLT温度がLT判定値に達するのを待つと、LT冷却制御の開始前にLT温度とHT温度に大きな差が生じ、大きな熱歪が生じ易い。本発明では、HT温度がHT判定値に達した時点でLT冷却制御を開始することにより、早期暖機の要求を何ら損なうことなく、上記の熱歪の発生を避けることができる。

第２の発明によれば、早期暖機が要求される条件下では、LT温度がLT許容限界に達した際には、その時点でLT冷却制御を開始することができる。このため、本発明によれば、HT温度がHT判定値に達するのを待っている間に、LT用冷却媒体がLT許容限界を超えて過熱してしまうのを避けることができる。

第３の発明によれば、早期暖機が要求される条件下では、LT温度がLT許容限界に達した後、HT温度がHT判定値に達するまでの間は、LT温度をLT許容限界に維持することができる。つまり、本発明によれば、LT温度がLT許容限界に達した後、LT冷却制御が開始されるまでの間、最小限の冷却でLT冷却システムの過熱を防ぐことができる。このため、本発明によれば、第２の発明の場合に比して更に、早期暖機の要求に応えることができる。

第４の発明によれば、ノッキング抑制が要求される条件下では、以下のタイミングでLT冷却制御を開始することができる。
（１）LT温度がLT判定値に達するのが、HT温度がHT判定値に達するより早い場合。
→LT温度がLT判定値に達した時点。この場合、LT温度に基づいてLT冷却制御の開始が判定されるため、LT冷媒を適切に冷却することができる。その結果、ノッキングの発生が適切に回避される。
（２）HT温度がHT判定値に達するのが、LT温度がLT判定値に達するより早い場合。
→HT温度がHT判定値に達した時点。この処理によれば、HT温度が急上昇している状況で、LT冷却制御の開始タイミングを、特定条件下でのタイミングに比して早めることができる。HT温度が既にHT判定値に達していることから、LT冷却制御の開始を早めても内燃機関本体の暖機を遅らせることにはならない。他方、冷却開始が早まることで、内燃機関の温度が急上昇している状況下でも、LT冷媒の温度が適切に低い温度に維持される。その結果、内燃機関の燃費特性が損なわれることなく、ノッキングの発生が適切に回避される。

第５の発明によれば、早期暖機とノッキング抑制とが共に要求される条件下では、早期暖機の要求が優先され、第１乃至第３の発明の何れかの条件でLT冷却制御が開始される。この場合、LT温度がLT判定値に達しても、HT温度がHT判定値に達していなければLT冷却制御は開始されず、ノッキングが発生し易い環境が形成され得る。本発明では、そのような環境下では、ノックコントロールシステムにより点火時期が遅角され、これによりノッキングの発生が抑えられる。点火時期が遅角されると、内燃機関の冷却損失が増え、暖機が促進されることとなる。このため、本発明によれば、ノッキングの発生を防止しながら、内燃機関の早期暖機を更に促進することができる。

第６の発明によれば、制御ユニットの処理負荷を高めることなく、ノッキング抑制の要求に対して、早期暖機の要求を優先させることができる。

第７の発明によれば、ノッキングが発生する温度領域とノッキングが発生しない温度領域との境界にLT判定値が設定される。また、本発明では、例えば特定条件の下では、LT温度がLT判定値に達した際にLT冷却制御が開始される。上記の設定によれば、このような条件下で、ノッキングの適切な抑制を保障することができる。

第８の発明によれば、LT冷媒が凍結する温度領域と、その凍結が生じない温度領域との境界にLT判定値が設定される。また、本発明では、例えば特定条件の下では、LT温度がLT判定値に達した際にLT冷却制御が開始される。上記の設定によれば、このような条件下で、LT冷媒の凍結中にLT冷却制御が開始されてしまうのを回避することができる。

第９の発明によれば、LT温度センサの出力に基づくフィードバック制御によりLT冷却制御を実現することができる。また、本発明によれば、LT冷媒の循環流量に制限を課すことで、LT冷却制御が開始される前のLT冷却システムの冷却能力を抑えることができる。

第１０の発明によれば、LT冷媒の循環流量に関わるパラメータにガードをかけることにより、LT冷却制御の開始前の冷却能力を抑えることができる。

本発明の実施の形態１の構成を示す図である。 図１に示す構成の基本動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 内燃機関の暖機過程においてLT温度がHT温度に先行して上昇する様子を示す図である。 早期暖機が要求される条件下で、比較例の冷却装置により実現される動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 早期暖機が要求される条件下で、本発明の実施の形態１により実現される動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 内燃機関の暖機過程においてHT温度がLT温度に先行して上昇する様子を示す図である。 ノッキング抑制が要求される条件下で、比較例の冷却装置により実現される動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 ノッキング抑制が要求される条件下で、本発明の実施の形態１により実現される動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 早期暖機が要求される条件下で、比較例の冷却装置により実現される動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 早期暖機が要求される条件下で、本発明の実施の形態２により実現される動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 早期暖機が要求される条件下で、本発明の実施の形態３により実現される動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態５において実行される第１のルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態５において実行される第２のルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両に搭載されて用いられる機関であり、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１４を有している。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１４の内部には、下記に説明する互いに独立した冷媒流路が形成されている。

シリンダブロック１２の冷媒流路は、HT（High Temperature）冷却システム１６の一部を構成している。HT冷却システム１６は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１４の排気側とを主として冷却するためのシステムである。HT冷却システム１６は、シリンダブロック１２のインレット側に電動ウォータポンプ（E-W/P）１８を備えている。E-W/P１８は、外部から供給される駆動信号に応じた吐出能力で冷却水をシリンダブロック１２に向けて吐出することができる。以下、HT冷却システム１６を流れる冷却水を「HT冷媒」と称す。

シリンダブロック１２のアウトレット側には、HT温度センサ２０が設けられている。HT温度センサ２０は、HT冷媒の温度（以下、「HT温度」と称す）に応じた信号（ethwH）を発生する。

HT冷却システム１６は、また、HTラジエータ２２を含む循環路２４と、HTラジエータ２２をバイパスするバイパス路２６を有している。HTラジエータ２２は車両の走行風により、その内部を流れるHT冷媒を冷却することができる。また、HTラジエータ２２は、図示しない冷却ファンを備えており、必要に応じて、その冷却ファンにより導かれる送風によってもHT冷媒を冷却することができる。

バイパス路２６の一端は、三方弁２８を介して循環路２４に接続されている。三方弁２８は、外部から供給される開度信号に応じて、バイパス路２６を通してHT冷媒を循環させるための状態（以下、「バイパス状態」と称す）と、HTラジエータ２２を通してHT冷媒を循環させるための状態（以下、「ラジエータ状態」と称す）とを切り替えることができる。

一方、シリンダヘッド１４の冷媒流路は、LT（Low Temperature）冷却システム３０の一部を構成している。LT冷却システム３０は、HT冷却システム１６に比して多分に吸気ポートの周辺を冷却するための冷却システムである。LT冷却システム３０は、シリンダヘッド１４のインレット側に電動ウォータポンプ（E-W/P）３２を備えている。E-W/P３２は、外部から供給される駆動信号に応じた吐出能力で冷却水をシリンダヘッド１４に向けて吐出することができる。以下、LT冷却システム３０を流れる冷却水を「LT冷媒」と称す。

シリンダヘッド１４のアウトレット側には、LT温度センサ３４が設けられている。LT温度センサ３４は、LT冷媒の温度（以下、「LT温度」と称す）に応じた信号（ethwL）を発生する。

LT冷却システム３０は、LTラジエータ３６を含む循環路３８と、LTラジエータ３６をバイパスするバイパス路４０を有している。LTラジエータ３６は、HTラジエータ２２と同様に、車両の走行風により、又は内蔵する冷却ファン（図示せず）による冷却風により、LT冷媒を冷却することができる。

バイパス路４０の一端は、三方弁４２を介して循環路３８に接続されている。三方弁４２は、HT側の三方弁２８と同様に、バイパス路４０にLT冷媒を流すためのバイパス状態と、HTラジエータ２２にLT冷媒を流すためのラジエータ状態とを、外部からの信号に応じて切り替えることができる。

図１に示すシステムは、電子制御ユニット（ECU）４４を有している。ECU４４は、上述したセンサ信号ethwH及びethwLに基づいて、HT温度並びにLT温度を検知することができる。また、ECU４４は、HTラジエータ２２の冷却ファン及びLTラジエータ３６の冷却ファンの状態を制御することができる。更に、ECU４４は、二つのE-W/P１８，３２並びに二つの三方弁２８，４２の状態を制御することができる。

ECU４４には、内燃機関１０に搭載される各種センサ及びアクチュエータが電気的に接続されている。例えば、ECU４４は、内燃機関１０の各気筒に装着されている点火プラグ４６に対して、点火時期を指令することができる。また、ECU４４は、気筒毎に配置されている筒内圧センサ（CPS）４８の出力に基づいて、各気筒の筒内圧を検知することができる。更に、ECU４４は、NEセンサ５０の出力に基づいて機関回転速度（NE）を検知し、また、アクセル開度センサ５２の出力に基づいてアクセル開度（Acc）を検知することができる。

（ノックコントロールシステム：KCS）
本実施形態のシステムには、ノックコントロールシステム（KCS）が搭載されている。内燃機関１０においては、点火クランク角が進角されるほど、ノッキングが発生し易い状態となる。他方、内燃機関１０では、点火クランク角が進角されるほど良好な燃費特性を得ることができる。このため、内燃機関の点火クランク角は、ノッキングが発生しない限度において、進角されていることが望ましい。

KCSは、上記の要求が満たすためのシステムであり、具体的には、以下の処理を行う。
（１）CPS４８の出力に基づいて気筒毎にノッキングの発生を検知する。
（２）ノッキングが発生した気筒では、点火クランク角をステップ的に遅角する。
（３）ノッキングの発生が認められない気筒では、点火クランク角を徐々に進角する。
本実施形態の内燃機関１０では、KCSの機能により、良好な燃費特性を確保しつつ、ノッキングの発生を適切に抑制することができる。

（HT冷却システムの機能）
内燃機関１０は、上記の通りHT冷却システム１６を備えている。HT冷却システム１６は、下記のような幾つかの状態を実現することができる。
（S1）E-W/P１８停止、三方弁２８バイパス状態、HTラジエータ２２のファン停止
（S2）E-W/P１８作動、三方弁２８バイパス状態、HTラジエータ２２のファン停止
（S3）E-W/P１８作動、三方弁２８ラジエータ状態、HTラジエータ２２のファン停止
（S4）E-W/P１８作動、三方弁２８ラジエータ状態、HTラジエータ２２のファン作動

HT冷却システム１６は、上記(S1)の状態で最も低い冷却能力を示し、状態が(S2)→(S3)→(S4)と変わるに連れて冷却能力を増大させる。本実施形態では、内燃機関１０が始動された後、HT冷却開始条件が成立するまでは、HT冷却システム１６が(S1)状態に維持される。そして、HT冷却開始条件が成立すると、HT温度をHT目標温度（例えば７５°C）に維持するために、HT冷却システム１６が適宜(S2)〜(S4)の状態に制御される。以下、HT目標温度を維持するための上記制御を「HT冷却制御」と称す。

(LT冷却システムの機能)
LT冷却システム３０についても、HT冷却システム１６と同様に、下記の状態を切り替えることにより、冷却能力を変化させることができる。
（s1）E-W/P３２停止、三方弁４２バイパス状態、LTラジエータ３６のファン停止
（s2）E-W/P３２作動、三方弁４２バイパス状態、LTラジエータ３６のファン停止
（s3）E-W/P３２作動、三方弁４２ラジエータ状態、LTラジエータ３６のファン停止
（s4）E-W/P３２作動、三方弁４２ラジエータ状態、LTラジエータ３６のファン作動

LT冷却システム１６は、内燃機関１０の始動後、LT冷却開始条件が成立するまで (s1)状態に維持される。そして、LT冷却開始条件が成立すると、LT温度をLT目標温度（例えば４５°C）に維持するために、LT冷却システム３０が適宜(s2)〜(s4)の状態に制御される。以下、LT目標温度を維持するための上記制御を「LT冷却制御」と称す。

［実施の形態１の特徴］
図２は、本実施形態で用いられるLT冷却開始条件並びにHT条件開始条件を、比較例のそれらと対比して表した図を示す。図２において、「比較例」の欄は、LT冷却開始条件が「LT温度≧LT判定値」の成立であり、HT冷却開始条件が「HT温度≧HT判定値」の成立であることを意味している。また、「独立」の表示は、LT冷却開始条件がHT冷却システム１６の状態から「独立」して判断され、また、HT冷却開始条件がLT冷却システム３０の状態から「独立」して判断されることを意味している。

上述した通り、LT冷却開始条件は、LT温度をLT目標温度に維持するLT冷却制御を開始するための条件である。ここで、LT目標温度は、吸気ポート周辺にノッキングを発生させない温度環境を形成するための温度である。本実施形態においては、比較例の場合も含めてLT目標温度は４５°Cであるものとする。内燃機関１０の暖機過程では、LT冷却制御が開始された後もLT温度にある程度の上昇が見込まれる。このため、LT判定値は、LT目標温度より低い温度とすることが必要である。本実施形態では、比較例の場合も含めて、LT判定値は３０°Cであるものとする。但し、LT目標温度並びにLT判定値はこれらの温度に限定されるものではない。LT判定値は、ノッキングを発生させない温度領域とノッキングが発生する可能性のある温度領域との境界に属する温度であればよい。

HT冷却開始条件は、HT温度をHT目標温度に維持するHT冷却制御を開始するための条件である。ここで、HT目標温度は、内燃機関１０の機械摩擦を十分に抑えることができ、かつ、過大な冷却損失を生じさせない環境を形成するための温度である。本実施形態においては、比較例の場合も含めてHT目標温度は７５°Cであるものとする。内燃機関１０の暖機過程では、HT冷却制御が開始された後もHT温度にある程度の上昇が見込まれる。このため、HT判定値は、HT目標温度より低い温度とすることが必要である。本実施形態では、比較例の場合も含めて、HT判定値は６０°Cであるものとする。但し、HT目標温度もHT判定値も、これらの温度に限定されるものではない。

比較例によれば、内燃機関１０の暖機過程で、HT冷却システム１６とLT冷却システム３０とが、互いに独立して、冷却開始条件の成立を判定する。この場合、シリンダブロック１２の温度、並びに吸気ポート周辺の温度は、夫々適切に概ね目標温度（７５°C、４５°C）に収束する。

ところで、内燃機関１０においては、寒冷時の始動直後などに、早期に暖機を完了させたいとの要求が生ずることがある。LT冷却制御が開始されてシリンダヘッド１４が冷却されれば、当然にシリンダブロック１２からシリンダヘッド１４へ熱の伝達が生ずる。このため、早期暖機の要求に応えるためには、LT温度がLT判定値に達したとしても、その後シリンダブロック１２の暖機が十分に進むまでは、LT冷却制御を開始しないことが望ましい。

また、内燃機関１０においては、始動直後に高負荷運転がされた場合などに、LT温度に対してHT温度が先行して急上昇することがある。この場合、LT温度がLT判定値に達するのを待ってLT冷却制御を開始したのでは、吸気ポート周辺が一時的に過熱状態となり、ノッキングが発生し易い環境が形成されてしまうことがある。従って、HT温度が急上昇し、かつ、内燃機関１０がノッキングを発生させ易い領域で作動しているような場合には、LT温度がLT判定値に到達するより前にLT冷却制御を開始することが望ましい。

上述した比較例によれば、HT温度が低くても、LT温度がLT判定値に達すれば、その時点でLT冷却制御が開始される。このため、この比較例では、早期暖機の要求が生じている場合に、LT冷却制御が開始されることにより暖機の進行が妨げられる事態が生じ得る。また、上記の比較例では、HT温度が急上昇してHT判定値を超えている場合でも、LT温度がLT判定値に達していなければLT冷却制御が開始されない。このため、この比較例では、内燃機関１０の始動後に高負荷運転がされたような場合に、吸気ポート周辺が一時的に高温となりノッキングを発生させ易い温度環境の形成を許してしまうことがある。

図２において、「実施の形態１」の欄に示す条件は、本実施形態において用いられるLT冷却開始条件及びHT冷却開始条件を示す。ここに示すように、HT冷却開始条件としては、本実施形態においても、比較例の場合と同様に、常に「HT温度≧HT判定値」が用いられる。一方、LT冷却開始条件については、内燃機関１０の状態に応じて、「LT温度≧LT判定値」、又は「HT温度≧HT判定値」の何れかが用いられる。これらのLT冷却開始条件によれば、比較例の場合に生ずる上記の不都合を回避することができる。

図２に示すように、「実施の形態１」欄のLT冷却開始条件は、「HTが先に判定値に到達」する場合（以下、「HT先行」と称す）と、「LTが先に判定値に到達」する場合（以下、「LT先行」と称す）に分けて定められている。
更に、「実施の形態１」欄のLT冷却開始条件は、下記の４つの状況に分けて定められている。
・「早期暖機要求」のみが生じている場合、
・「ノッキング抑制要求」のみが生じている場合、
・何れの要求も生じていない場合、及び
・早期暖機の要求とノッキング抑制の要求とが干渉している（共に生じている）場合。

（早期暖機要求）
具体的には、「早期暖機要求」のみが生じている場合は、HT先行の場合もLT先行の場合も、LT冷却開始条件として「HT温度≧HT判定値」が用いられる。この条件によれば、LTの冷却開始をHT側の状態に協調させることになるため、これらの条件には「協調」の説明を付している。

ここで、HT先行の場合は、「HT温度≧HT判定値」が開始条件であると、LT独立判定の場合、つまり、「LT温度≧LT判定値」の成立でLT冷却制御が開始される場合に比して、その開始時期が早められる。このため、HT先行の側には「協調」の説明と共に「早期化」の説明を付している。HT先行の暖機は、内燃機関１０の始動後に高負荷運転が実施されHT温度が急上昇した場合等に生ずる。この場合、LT温度がLT判定値に達するのを待ってLT冷却制御を開始したのでは、LT冷却制御の開始前にLT温度とHT温度の差が大きく開き、その開始に伴って大きな熱歪が生じ易い。本実施形態では、HT先行の場合にLT冷却制御の開始時期を早期化できるため、そのような熱歪の発生を回避することができる。

一方、LT先行の場合は、「HT温度≧HT判定値」が開始条件であると、LT独立判定の場合に比して、その開始時期が遅延される。このため、LT先行の側には、「強調」の説明と共に「遅延」の説明を付している。LT先行の場合は、LT温度がLT判定値に達した際に、HT温度が未だHT判定値に達していない。つまり、LT温度がLT判定値に達した段階では、シリンダブロック１２の暖機が未だ十分には進んでいない。この段階でLT冷却制御が開始されれば、シリンダブロック１２からシリンダヘッド１４に伝わる熱量が増し、内燃機関１０の暖機が妨げられることになる。本実施形態では、この場合に、HT温度がHT判定値に達するまでLT冷却制御の開始を遅らせることができるため、内燃機関１０の早期暖機の要求に適切に応えることができる。

（ノッキング抑制要求）
本実施形態のECU４４は、ノッキングが発生し易い高負荷領域等で「ノッキング抑制要求」を認識する。本実施形態では、「ノッキング抑制要求」のみが生ずる条件下では、HT先行であるかLT先行であるかに応じて、LT冷却開始条件が切り替えられる。具体的には、HT先行の場合は、LT冷却開始条件として「HT温度≧HT判定値」が用いられる。HT先行が生ずる環境下では、上述した通り、LT冷却制御の開始に伴って大きな熱歪が生じ易い。本実施形態によれば、ここでも「協調」によりLT冷却制御の開始時期を「早期化」することができ、その熱歪を和らげることができる。また、HT先行が生ずる状況下では、LT温度がLT判定値に達するのを待ってLT冷却制御を開始したのでは、吸気ポート周辺が一時的に過熱状態となり、ノッキングを誘発させ易く、かつ、空気の充填効率を悪化させ易い状態となる。これに対してHT温度がHT判定値に達した段階でLT冷却制御を開始すれば、吸気ポート周辺を低温に維持できる期間が延びてその過熱を防ぐことができ、適切にノッキングを抑制し、内燃機関の燃費特性を改善することができる。

ノッキング抑制要求が生ずる条件下で、LT先行の暖機が行われている場合は、「LT温度≧LT判定値」を開始条件とするLT独立判定が行われる。この場合、仮に「HT温度≧HT判定値」がLT冷却制御の開始条件であるとすれば、LT温度がLT判定値に達した後も、HT温度がHT判定値に達するまではLT冷却制御の開始が見送られることになる。この場合、吸気ポート周辺が、LT冷却制御の開始前に高温となり、ノッキング抑制の要求に応えられない事態が生じ得る。本実施形態によれば、このような場合に、適切なタイミングでLT冷却制御を開始させることができ、ノッキングを生じさせない温度域にLT温度を正しく制御することができる。

（要求なし）
早期暖機要求もノッキング抑制要求も生じていない場合は、HT側との協調を図ることなく、LT側に最適なタイミングでLT冷却制御を開始することが望ましい。このため、この場合には、HT先行、LT先行の如何に関わらずLT独立判定が行われる。その結果、内燃機関１０にとって適切な温度環境を作り出すことができる。

（要求干渉）
内燃機関１０の早期暖機とノッキング抑制とが共に要求される状況下では、早期暖機要求が優先される。つまり、この場合は、LT冷却開始条件として、常に「HT温度≧HT判定値」が用いられる。この条件によると、HT先行の状況下では、「LT温度≧LT判定値」が開始条件とされる場合に比して、LT冷却制御の開始時期が早期化される。この際、HT温度が既にHT判定値まで上昇しているため、LT冷却制御の開始は、早期暖機要求に反するものではない。また、開始時期の早期化であるため、LT温度を低温に保てる期間が長くなり、ノッキング抑制の要求にも応えることができる。

LT先行の状況下では、「HT温度≧HT判定値」が開始条件とされると、LT独立判定の場合に比してLT冷却制御の開始時期が遅延されることになる。つまり、LT温度がLT判定値に達した後も、HT温度がHT判定値に達するまでLT冷却制御の開始が見送られる。この場合、HT温度は、LT冷却制御に妨げられることなくHT判定値まで上昇することができる。従って、この条件によれば早期暖機要求に適切に応えることができる。一方で、LT冷却制御の開始が遅れるため、この場合は、吸気ポート周辺の温度が、LT独立判定の場合に比して高温となり易い。その結果、この条件によると、一時的にではあるが、吸気ポート周辺にノッキングを生じさせ易い温度環境が形成される事態が生じ得る。ここで、本実施形態のシステムには、上記の通りKCSが搭載されている。このため、内燃機関１０においてノッキングが発生すれば、そのノッキングが生じないよう点火時期が遅角される。点火時期が遅角されると、ノッキングの発生が抑えられると同時に内燃機関１０の冷却損失が増大する。その結果、シリンダブロック１２の受熱量が増え、内燃機関１０の暖機が更に促進される。このように、本実施形態によれば、LT先行の場合にも、早期暖機とノッキング抑制の双方に適切に応えることができる。

［実施の形態１の動作］
（ECUの処理）
図３は、上記の規則に従ってLT冷却制御を開始するためにECU４４が実行するルーチンのフローチャートを示す。図３に示すルーチンでは、先ず、今回のルーチンがイグニッション（IG）オンの直後、或いは通水制限中に起動されたものであるかが判別される（ステップ１００）。ECU４４は、LT冷却システム３０に通水制限を課している場合には、通水制限中のフラグを立てる。ここでは、そのフラグに基づいて上記の判断がなされる。

IGオンの直後でも通水制限中でもない場合には、HT冷却制御もLT冷却制御も、既に正常に開始されていると判断することができる。この場合、以後速やかに、LT冷却制御、即ち、LT温度をLT目標温度（本実施形態では４５°C）に維持するためのフィードバック制御が実行される（ステップ１０１）。尚、本ステップ１０１の処理が実行されると、上述した通水制限のフラグはオフとされる。

一方、ステップ１００の条件の成立が認められた場合は、次に、HT冷却システム１６の冷間判定が行われる（ステップ１０２）。具体的には、ここでは、HT温度センサ２０によって検出されたHT温度が、HT判定値（本実施形態では６０°C）より低いか否かが判別される。

ステップ１０２の条件が否定された場合は、HT冷却システム１６が既に冷間状態を抜けていると判断できる。この場合、次に、ＬT冷却システム３０の冷間判定が行われる（ステップ１０４）。ここでは、LT温度センサ３４によって検出されたＬT温度が、ＬT判定値（本実施形態では３０°C）より低いか否かが判別される。

ステップ１０４の条件が否定された場合は、HT冷却システム１６に加えて、LT冷却システムも既に冷間状態を抜けていると判断することができる。この場合、HT冷却制御もLT冷却制御も、既に正常に開始されていると判断することができるため、以後、速やかにステップ１０１の処理が実行される。

上記ステップ１０２の条件、又は上記ステップ１０４の条件が成立する場合は、HT冷却システム１６とLT冷却システム３０の少なくとも一方は冷間状態にあると判断することができる。この場合、LT冷却制御の開始を判定するため、以後の処理が開始される。

ここでは、先ず、内燃機関１０に早期暖機の要求が生じているかが判別される(ステップ１０６)。本実施形態では、以下の要求が生じている場合に早期暖機要求が生じていると判断される。
（１）キャビン内でのヒータ使用が要求されている（本実施形態では、具体的には、外気温度が所定温度（例えば０°C）以下でヒータ使用が要求されている場合）。
（２）排気ガス浄化のため触媒の早期暖機が要求されている。
（３）EGR導入が要求されている（燃焼安定化のため早期暖機が要求されている）。

上記ステップ１０６において早期暖機の要求が認められた場合は、LT冷却開始条件として「HT温度≧HT判定値」の成否が判別される（ステップ１０８）。その結果、この条件の成立が認められた場合は、以後速やかにLT冷却制御を開始するべくステップ１０１の処理が実行される。この条件によれば、HT先行であるかLT先行であるかに拠らず常にHT温度がHT判定値に達した後にLT冷却制御が開始されるため、その効果によって早期暖機の要求が損なわれることはない。

他方、上記ステップ１０８の判別が否定された場合は、LT冷却開始条件が不成立であると判断できる。この場合、本実施形態では、LT冷却システム３０の通水制限が継続される（ステップ１１０）。具体的には、ここでは、LT冷媒の流通を停止させておくためE-W/P３２が停止状態に維持される。尚、本ステップ１１０の処理が実行されている間は、上述した通水制限のフラグがオンとされる。この処理が終わると、以後再びステップ１０６の処理が実行される。

図３に示すルーチンにおいて、ステップ１０６で早期暖機の要求が生じていないと判別された場合は、次に、ノッキング抑制の要求が生じているか否かが判別される（ステップ１１２）。内燃機関１０のノッキングは、特定の運転領域（以下、「ノック発生域」と称す）で発生する。ECU４４は、ノック発生域の情報を記憶しており、現在の機関回転速度Ne及び機関負荷KLの組み合わせがノック発生域に属している場合に、ノッキング抑制の要求が生じていると判別する。

ノッキング抑制の要求が生じていると判別された場合は、次に、第１の開始条件として、「HT温度≧HT判定値」の成否が判定される（ステップ１１４）。HT温度が既にHT判定値に達していれば、仮にLT温度が未だLT判定値に達していなくても、ノッキングを抑制する観点からは、LT冷却制御を開始するべきである（図２のHT先行の場合を参照）。従って、この条件が成立すると判別された場合は、以後速やかにステップ１０１の処理が実行される。

上記ステップ１１４で、HT温度が未だHT判定値に達していないと判別された場合は、次に、第２の開始条件として、「LT温度≧LT判定値」の成否が判別される（ステップ１１６）。HT温度が未だHT温度に達していなくても、ノッキングの抑制が要求されている状況下では、LT温度がLT判定値に達した段階でLT冷却制御を開始することが望ましい（図２のLT先行の場合を参照）。このため、この条件の成立が認められた場合も、以後速やかにステップ１０１の処理が実行される。以上の処理によれば、HT先行であってもLT先行であっても、常にノッキング抑制に適したタイミングでLT冷却制御を開始することができる。

他方、上記ステップ１１６の条件が不成立である場合は、HT側もLT側も、未だ夫々の判定値まで暖機されていないと判断できる。ノッキングの抑制が要求される状況下でも、この段階では未だLT冷却制御を開始する必要がない。このため、この場合は、LTの通水制限を維持するべくステップ１１０の処理が実行される。

上記ステップ１１２において、ノッキング抑制の要求が生じていないと判別された場合は、内燃機関１０に対して、早期暖機もノッキング抑制も要求されていないと判断できる。この場合、LT独立判定を行うべく、「LT温度≧LT判定値」の成否が判別される（ステップ１１８）。その結果、上記条件の成立が認められればステップ１０１でLT冷却制御が開始される。一方、上記条件が否定される場合は、通水制限を維持するべくステップ１１０の処理が実行される。

図３に示すルーチンでは、早期暖機要求の有無を判別するステップ１０６が、ノッキング抑制の要求有無を判別するステップ１１２に先だって行われる。このため、それら二つの要求が干渉する条件下では、常に早期暖機の要求が優先的に認められ、早期暖機要求有りの場合と同様の条件でLT冷却制御を開始することができる（図２の「要求干渉」行参照）。

（早期暖機要求、LT先行のタイミングチャート）
図４は、LT先行で暖機が進む場合のLT温度（太線）とHT温度（細線）の典型的な推移を模式的に示している。以下、図５及び図６を参照して、この状況下での本実施形態の特徴を改めて説明する。

図５は、LT先行の下での比較例（図２参照）の動作例を示す。この例では、時刻t51に内燃機関１０が始動した後、LT先行でLT温度（太線）及びHT温度（細線）が上昇している。比較例の冷却装置では、LT冷却開始条件として常に「LT温度≧LT判定値」が用いられる。このため、時刻t52にLT温度がLT判定値（３０°C）に達すると、その時点でLT冷却制御が開始される（LT通推量の欄参照）。その結果、時刻t52以後、HT温度の上昇率が低下し、内燃機関１０の暖機が妨げられている。尚、図５に示す例では、HT温度がHT判定値（６０°C）に達する時刻t53に暖機の完了が判定され、HT冷却制御が開始されている。

図６は、本実施形態の動作例を示す。図６に示す動作は、早期暖機の要求の下で、LT先行で暖機が進んだ場合に生ずる。本実施形態の冷却装置は、早期暖機の要求が生じている場合には、「HT温度≧HT判定値」をLT冷却開始条件とする。図６に示す例では、時刻t62の時点でLT温度がLT判定値（３０°C）に達しているが、本実施形態では、その時点でLT冷却は開始されない。このため、時刻t62以降も、HT温度は、変化率を低下させることなく上昇し続ける。その後、時刻t64においてHT温度がHT判定値に達すると、内燃機関１０の暖機が完了したと判断され、HT冷却制御と同時にLT冷却制御が開始される。以上の動作によれば、HT温度は、LT冷却制御に妨げられることなくHT判定値まで上昇することができる。このため、本実施形態の冷却装置によれば、早期暖機の要求に適切に応えることができる。尚、図６には、便宜上、時刻t63以降加速に伴ってHT温度の上昇率が増した様子を示している。

（ノッキング抑制、HT先行のタイミングチャート）
図７は、HT先行で暖機が進む場合のLT温度（太線）とHT温度（細線）の典型的な推移を模式的に示している。以下、図８及び図９を参照して、この状況下での本実施形態の特徴を改めて説明する。

図８は、HT先行の下での比較例（図２参照）の動作例を示す。この例では、内燃機関１０の始動（時刻t81）後、HT先行でLT温度（太線）及びHT温度（細線）が上昇している。比較例の冷却装置では、常に「LT温度≧LT判定値」がLT冷却開始条件とされる。このため、この装置によれば、時刻t82にHT温度がHT判定値（６０°C）に達し、更に、時刻t83にHT温度がHT目標温度（７５°C）に達した後も、LT温度がLT判定値に達する時刻t84までは、LT冷却制御が開始されることはない。

図９は、本実施形態の動作例を示す。図９に示す動作は、ノッキング抑制が要求されている状況下で、HT先行で暖機が進行した場合に生ずる。本実施形態の冷却装置は、このような条件下では、「HT温度≧HT判定値」をLT冷却開始条件とする。図９に示す例では、内燃機関１０が始動（時刻t91）された後、時刻t92の時点でHT温度がHT判定値（６０°C）に達し、その時点でHT冷却制御とLT冷却制御が同時に開始されている。

図９中、水温の欄に示す「HT'」の破線は時刻t92の時点でLT冷却制御が開始されなかった場合のHT温度の推移を示す。この推移によればHT’温度は時刻t93にHT目標温度（７５°C）に達する。本実施形態におけるHT温度は、LT冷却制御の影響により、HT’が示す推移に比して緩やかに上昇し、時刻t94においてHT目標温度に収束する。また、本実施形態では、時刻t92以降、LT温度も比較例の場合に比して緩やかに上昇する。その結果、本実施形態によれば、吸気ポート周辺を比較例の場合に比して低く抑えることができ、ノッキングの抑制に有利な状態を形成することができる。

また、図９に示すように、本実施形態の動作例では、時刻t92から時刻t94までの間は、HT温度がHT目標温度より低温に保たれる。HT温度がHT目標温度に達していなければ、HT冷却制御の実行に伴うHT通推量は、HT温度がHT目標温度に達している場合に比して少量となる（図９に示す矢印(A)参照）。HT通推量が少なければ、E-W/P１８の消費電力も少量となる。このため、本実施形態によれば、LT冷却制御の開始が早められることによる電力消費の増大分の一部を、HT側のE-W/P１８の省電力化により賄うことができる。

更に、本実施形態では、上述の通り、暖機過程において吸気ポート周辺の温度を長期に渡って低く保つことができる。内燃機関１０において、吸気ポート周辺の温度が低いほど吸気の充填効率を高めることができる。このため、本実施形態の冷却装置によれば、比較例の場合に比して、暖機過程における吸気の充填効率を高めることができる（図９に示す矢印(B)参照）。

［実施の形態１の変形例］
上述の通り、本発明の実施の形態１では、通水制限時には、LT冷媒の流通を停止させることとしている。しかしながら、通水制限は、LT冷却制御の実行時に比してLT冷却システム３０の冷却能力を下げるものであればよく、上記の手法に限定されるものではない。例えば、システム保護等の目的で僅かにLT冷媒を流通させるような手法を通水制限として用いることも可能である。

また、上述した実施の形態１では、早期暖機の要求もノッキング抑制の要求も生じていない場合には、常に「LT温度≧HT判定値」をLT冷却開始条件としているが、この場合の条件はこれに限定されるものではない。すなわち、この場合においても、ノッキング抑制が要求されている場合と同様に、HT先行の場合には、「HT温度≧HT判定値」をLT冷却開始条件とし、熱歪を抑制することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、HT冷却システム１６のウォータポンプ及び三方弁を、何れも電動制御することとしているが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。即ち、E-W/P１８は内燃機関１０の駆動トルクにより作動する機械式のウォータポンプであってもよい。また、三方弁２８は、HT目標温度の付近で、HTラジエータ２２を流通する流路とHTラジエータ２２をバイパスする流路とを切り替えるサーモスタットに置き換えてもよい。

また、上述した実施の形態１では、LT冷却システム３０が、主として吸気ポートの周辺を冷却するものとして構成されているが、その構成はこれに限定されるものではない。具体的には、LT冷却システムは、下記のようなものであってもよい。
（１）主として吸気弁の挿入孔周辺を冷却するシステム。
（２）主として吸気ポートの周辺と吸気弁の挿入孔周辺を冷却するもの。
（３）主としてシリンダの排気側上部のウォータジャケットを構成するもの。
（４）主として吸気ポートの周辺とシリンダの排気側上部を冷却するもの。
（５）主として吸気弁の挿入孔周辺とシリンダの排気側上部を冷却するもの。
（６）主として吸気ポートの周辺、吸気弁の挿入孔周辺、及びシリンダの排気側上部を冷却するもの。

尚、上述した実施の形態１においては、早期暖機の要求も、ノッキング抑制の要求も生じていない条件が、上記第１の発明における「特定条件」に相当している。

実施の形態２．
次に、図１０乃至図１２を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態の冷却装置は、実施の形態１のシステムにおいて、ECU４４に、上記図３に示すルーチンに代えて図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
上述した通り、実施の形態１の冷却装置は、内燃機関１０の早期暖機が要求されている状況下では、常に「HT温度≧HT判定値」の成立を条件としてLT冷却制御を開始する。この場合、LT温度が過熱域に達しても、HT温度がHT判定値に達しない限りは、LT冷却制御が開始されないことになる。

HT温度がHT判定値に達していない暖機状態であれば、LT温度が多少高温化してしまっても、内燃機関１０の運転状態に大きな悪影響は生じない。しかし、LT温度が過熱域に入ってしまうと、ノッキングの発生や充填効率の低下等、内燃機関１０の運転上好ましくない現象が生じ易くなる。このため、本実施形態では、早期暖機が要求されている状況下でも、LT温度がLT許容限界（本実施形態では５０°C）に達した場合には、HT温度が未だHT判定値に達していなくても、その時点でLT冷却制御を開始することとした。

［実施の形態２の動作］
（ECUの処理）
図１０は、本実施形態においてECU４４が実行するルーチンのフローチャートである。図１０に示すルーチンは、ステップ１０８と１１０の間にステップ１２０が挿入されている点を除いて図３に示すルーチンと同様である。

図１０に示すルーチンでは、ステップ１０６で早期暖機の要求が認められた場合、先ず、ステップ１０８で、「HT温度≧HT判定値」の成否が判別される。この条件が成立していれば、実施の形態１の場合と同様に、即座にLT冷却制御が開始される（ステップ１０１）。

一方、上記ステップ１０８の条件が否定された場合は、次に、二つ目のLT冷却開始条件、即ち、「LT温度≧LT許容限界」の成否が判別される（ステップ１２０）。この条件が成立していない場合は、HT側の暖機も進んでおらず、かつ、LT側も過熱域には到達していないと判断できる。この場合、早期暖機の要求に応えるべくLTの通水制限が維持される（ステップ１１０）。

これに対して、上記ステップ１２０の条件が成立している場合は、早期暖機が要求されてはいるが、LTの加熱を防止する必要があると判断される。この場合、本ルーチンでは、速やかにLT冷却制御を開始するべくステップ１０１の処理が実行される。

（早期暖機要求、LT先行のタイミングチャート）
図１１には、本実施形態の動作と対比するため、実施の形態１の動作を示す。図１１に示す動作は、早期暖機の要求の下で、LT先行で暖機が進行した場合に生ずる。この例では、時刻t111に内燃機関１０が始動した後、LT先行で暖機が進み、時刻t112にはLT温度（太線）がLT判定値（３０°C）に達している。実施の形態１では、早期暖機の要求下では常に「HT温度≧HT判定値」がLT冷却開始条件とされる。このため、LT冷却は、HT温度（細線）がHT判定値（６０°C）に達する時刻t114まで開始されない。その結果、LT温度は、LT目標温度（４５°C）を大きく超える過熱域まで一旦上昇し、時刻t114以降、そのLT目標温度に向かって下降している。尚、図１１には、便宜上、時刻t113以降加速に伴ってHT温度の上昇率が増した様子を示している。LT目標温度は、ノッキングの抑制や吸気の充填効率を考慮して定めた温度である。従って、LT温度がその目標温度を超えれば、必然的にノッキングや充填効率に関する悪影響が生ずる。

図１２は、早期暖機の要求の下、LT先行で暖機が進行した場合に生ずる本実施形態の動作例を示す。図１２に示すように、本実施形態の冷却装置によれば、早期暖機が要求されている状況下であっても、LT温度がLT許容限界（５０°C）に達すれば（時刻t122）、HT温度がHT判定値に達していなくても、その時点でLT冷却制御が開始される。その結果、LT温度は、時刻t122の後、LT目標温度（４５°C）に向けて下降する。LT冷却制御の影響で、時刻t122以降、HT温度の上昇率は僅かに低下するが、LT温度が４５°Cを超える高温域にあるため、暖機の進行が大きく妨げられることはない。このため、本実施形態によれば、早期暖機の促進を大きく妨げることなく、LT温度の過熱による不都合を有効に回避することができる。

実施の形態３．
次に、図１３及び図１４を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態の冷却装置は、図１に示すシステムにおいて、ECU４４に図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態３の特徴］
上述した実施の形態２の冷却装置は、早期暖機が要求されている条件下でも、LT温度がLT許容限界（５０°C）に達したら、その時点で、LT冷却制御、即ち、LT温度をLT目標温度（４５°C）に下げるための制御を開始する。ところで、LT許容限界は、内燃機関１０の暖機過程において、LT温度に許容し得る温度である。このため、HT温度がHT判定値（６０°C）に達していない環境下では、LT温度がLT許容限界を超えなければ、内燃機関１０の状態に大きな不都合は生じない。つまり、内燃機関１０の暖機過程では、LT温度がLT許容限界に維持できれば十分であり、必ずしもLT温度をLT目標温度にまで降下させる必要は無い。

LT温度をLT許容限界（５０°C）に維持するための放熱量は、LT温度をLT目標温度（４５°C）に下げるための放熱量に比して少量である。そして、内燃機関１０の早期暖機を促進するうえでは、その放熱量は少ないほど望ましい。そこで、本実施形態の冷却装置は、早期暖機が要求される条件下でLT温度がLT許容限界に達した際には、その後、LT温度をLT目標温度（４５°C）に下げるための制御ではなく、LT温度をLT許容限界（５０°C）に維持するための「LT昇温防止制御」を実行することとした。

［実施の形態３の動作］
（ECUの処理）
図１３は、上記の機能を実現するべく本実施形態においてECU４４が実行するルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチンは、ステップ１２０のYes側にステップ１２２が挿入されている点を除いて図１０に示すルーチンと同様である。

図１３に示すルーチンでは、ステップ１２０において「LT温度≧LT許容限界」が成立すると判別された場合、次に、LT昇温防止制御が開始される（ステップ１２２）。ここでは、具体的には、LT温度センサ３４の出力に基づいて、LT温度がLT許容限界（５０°C）に一致するように、LT冷却システム３０が制御される。

上記ステップ１２２の処理が終わると、ステップ１０８以降の処理が再び実行される。この処理の流れによれば、ステップ１０８で「HT温度≧HT判定値」の成立が認められるまでLT昇温防止制御が実行される。そして、ステップ１０８の条件が成立すると、その時点でLT昇温防止制御がLT冷却制御に切り替えられる（ステップ１０１）。

（早期暖機要求、LT先行のタイミングチャート）
図１４は、早期暖機の要求の下、LT先行で暖機が進行した場合の本実施形態の動作例を示す。図１４に示す例では、時刻t141に内燃機関１０が始動された後、時刻t142に、HT温度がHT判定値（６０°C）に達する前にLT温度がLT許容限界（５０°C）に達している。図１３に示すルーチンによれば、この場合、以後速やかにLT昇温防止制御が開始され、HT温度がHT判定値に達する時刻t143までその制御が継続される。その結果、時刻t142から時刻t143の間はLT温度がLT許容限界（５０°C）に維持される。そして、時刻t143に至るとHT冷却制御とLT冷却制御が同時開始され、その後、HT温度とLT温度がそれぞれの目標温度（６０°C及び４５°C）に収束する。

以上の動作によれば、内燃機関１０の早期暖機が要求される条件下で、LT温度の過熱を確実に回避することができる。また、その回避に伴うLT側の放熱量を最小限に留めることにより、HT温度の上昇率の低下を最小限に留めることができる。このため、本実施形態によれば、実施の形態２の場合と同様にLT側の過熱を有効に防ぎつつ、実施の形態２の場合により更に効率的に内燃機関１０の早期暖機を促進することができる。

実施の形態４．
次に、図１５を参照して本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態の冷却装置は、図１に示すシステムにおいて、ECU４４に図１５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態４の特徴］
上述した実施の形態１乃至３の冷却装置は、LT判定値を、ノッキングを発生させない温度領域とノッキングが発生する可能性のある温度領域との境界に属する温度（３０°C）に設定している。LT判定値は、早期暖機要求が生じていない特定条件下でのLT冷却制御の開始温度である。早期暖機の要求が生じていないため、この条件下では、LT冷却制御の開始を判断するに際してHT側の状態を考慮する必要性は低い。そして、ノッキングの抑制や吸気の充填効率だけを判断要素とすれば、LT冷却制御の開始時期は可能な限り早いことが望ましい。

LT冷却制御は、LT冷媒が凍結している状況下では、LT冷却システム３０を保護する観点から実行すべきではない。他方、LT冷媒が解凍されていれば、システム保護の観点からも、LT冷却制御の開始を妨げる理由は存在しない。本実施形態のシステムでは、実験的に、「−１０°C」が、LT冷媒が凍結する温度領域と凍結しない温度領域との境界に属していることが判っている。そこで、本実施形態では、LT判定値を、実施の形態１乃至３の「３０°C」から、「−１０°C」に下げて、特定条件下でのLT冷却制御の開始時期を早めることとした。以下、本実施形態で用いられるLT判定値（−１０°C）を、特に「LT解凍判定値」と称することとする。

［実施の形態４の動作］
（ECUの処理）
図１５は、本実施形態においてECU４４が実行するルーチンのフローチャートである。図１５に示すルーチンは、ステップ１１６がステップ１２６に、また、ステップ１１８がステップ１２８に夫々置き換えられている点を除いて図１３に示すルーチンと同様である。

即ち、図１５に示すルーチンでは、ステップ１１４の条件が否定された場合に、LT冷却開始条件として「LT温度≧LT解凍判定値（−１０°C）」の成否が判定される（ステップ１２６）。また、このルーチンでは、ステップ１１２の条件が否定された場合も、同様の判定がなされる。そして、何れの場合にも、その開始条件が否定されれば、システム保護の観点よりLT通水制限が維持される（ステップ１１０参照）。一方、上記条件の成立が認められれば、速やかにLT冷却制御が開始される（ステップ１０１参照）。

以上の処理によれば、早期暖機が要求されていない特定条件の下では、LT冷媒が十分に低温であるうちにLT冷却制御を開始することができる。この場合、内燃機関１０の暖機に関する要求に何ら抵触することなく、LT温度を低温に維持できる期間を長く確保することができる。このため、本実施形態の冷却装置によれば、実施の形態１乃至３の装置に比して、ノッキング抑制及び充填効率向上の面で、更に優れた特性を内燃機関１０に与えることができる。

［実施の形態４の変形例］
実施の形態４が実行するルーチンには、図１３に示すルーチンと同様に、ステップ１２０及びステップ１２２が含まれている。しかしながら、それらのステップは本発明に必須の要素ではない。即ち、本実施形態が実行するルーチンからは、図１０に示すように、ステップ１２２を削除してもよい。更に、本実施形態が実行するルーチンからは、図３に示すように、ステップ１２０及びステップ１２２を削除してもよい。

実施の形態５．
次に、図１６及び図１７を参照して本発明の実施の形態５について説明する。本実施形態の冷却装置は、図１に示すシステムにおいて、ECU４４に図１６及び図１７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述した実施の形態１乃至３の冷却装置は、LT冷却開始条件の不成立時には、E-W/P３２を停止させることによりLT冷却システム３０に通水制限を課すこととしている。本実施形態では、LT冷却制御で用いられる冷却能力に関わるパラメータにガードをかけることにより所望の通水制限を実現することとしている。

［実施の形態５の動作］
（LT冷却制御のメインルーチン）
図１６は、本実施形態においてECU４４が実行するLT冷却制御のメインルーチンのフローチャートである。図１６に示すルーチンは、内燃機関１０の始動後、適当な時間間隔で繰り返し起動される。

図１６に示すルーチンが起動されると、先ず、LT目標温度が算出される（ステップ１３０）。本実施形態では、内燃機関１０の運転状態や、ノッキング抑制の必要性に応じてLT目標温度を適宜設定することとしている。ECU４４には、その設定のために必要な各種センサ信号が供給されており、また、各種のマップが格納されている。ここでは、それらのセンサ信号及びマップに従って、現在の状況に適したLT目標温度が算出される。

次に、LT冷媒の要求流量が算出される（ステップ１３２）。ECU４４には、現在のLT温度に基づいて、LT目標温度を実現するために必要な要求流量（LTラジエータ３６を流れるLT冷媒の量）を算出するためのマップが記憶されている。ここでは、LT温度センサ３４の検出値をそのマップに当てはめることにより、LT冷媒の要求流量が算出される。

次に、LT冷却システム３０の制御パラメータ、即ち、E-W/P３８の駆動デューティ並びに三方弁４２の開度が決定される。LT冷媒の流通量は、E-W/P３８の駆動デューティにより決定される。また、LTラジエータ３６を流れる冷媒量はその流通量と、三方弁４２の開度により決定される。ECU４４には、それらの関係を定めたマップが記憶されている。ここでは、そのマップに従って、要求流量を発生させるための駆動デューティ並びに三方弁４２の開度が算出される。

以上の処理が終わると、上記の処理により決定された駆動デューティ及び三方弁４２の開度に従って、LT冷却制御が実行される（ステップ１３６）。

（通水制限のためのフローチャート）
図１７は、LT側の通水制限を実現するためにECU４４が実行するルーチンのフローチャートである。図１７に示すルーチンは、ステップ１１０がステップ１４０に、また、ステップ１０１がステップ１４２に夫々置き換えられている点を除いて図１３に示すルーチンと同様である。

即ち、図１７に示すルーチンでは、ステップ１２０でNo判定がなされた場合など、LTの通水制限が要求される場合には、LT流量を抑制するための設定がなされる（ステップ１４０）。上述した通り、LT冷却制御のメインルーチンでは、ステップ１３２において、LT目標温度を実現するためのLT要求量が算出される。本ステップ１４０では、具体的には、そのLT要求量の上限値となるガード値が設定される。図１６に示すステップ１３２では、本ステップで設定されたガード値の中でLT要求量が設定される。LT要求量がガード値に収められると、E-W/P３２の駆動デューティや三方弁４２の開度もそのガード値の制限を受ける。その結果、LT冷却システム３０の冷却能力が抑えられ、通水制限の機能を満たすことができる。

図１７に示すルーチンにおいて、例えばステップ１０８でYes判定がなされた場合など、LT冷却開始条件の成立が認められた場合には、LT流量の抑制が解除される（ステップ１４２）。つまり、ここでは、LT要求量に課されていたガード値が、システムに許されている最大の値に設定される。本ステップ１４２の処理が実行されると、以後、図１６に示すステップ１３２では、実質的に、LT目標温度を実現するために真に必要な流量がLT要求流量として算出される。その結果、LT温度をLT目標温度とするためのLT冷却制御が開始される。

以上説明した通り、本実施形態の冷却装置によれば、LT冷却制御に用いられる制御パラメータにガード値を設定することで通水制限の機能を実現し、また、そのガード値を解除することで所望のLT冷却制御を実現することができる。このような手法によれば、E-W/P３２のオン・オフのみが切り替わる場合に比して、通水制限時の状態を細かく制御することができる。このため、本実施形態によれば、実施の形態１乃至３の場合に比して、更に高精度な温度管理をLT冷却システム３０において実行することができる。

［実施の形態５の変形例］
ところで、上述した実施の形態５においては、通水制限の機能を実現するためのガード値をLT要求流量に設定することとしているが、ガード値の設定対象はこれに限定されるものではない。例えば、LT要求流量にはガード値を設定せず、E-W/P３２の駆動デューティや三方弁３４の開度にガード値を設定することにより同様の機能を実現することとしてもよい。

また、上述した実施の形態５では、通水制限の機能を実現するためのガード値を固定の値として設定することとしているが、その設定の手法はこれに限定されるものではない。例えば、そのガード値は、LT温度やHT温度に基づいて設定することとしてもよい。

１０ 内燃機関
１２ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１６ HT冷却システム
１８，３２ 電動ウォータポンプ（E-W/P）
２０ HT温度センサ
２８，４２ 三方弁
３０ LT冷却システム
３４ LT温度センサ
４４ 電子制御ユニット（ECU）

バイパス路４０の一端は、三方弁４２を介して循環路３８に接続されている。三方弁４２は、HT側の三方弁２８と同様に、バイパス路４０にLT冷媒を流すためのバイパス状態と、LTラジエータ３６にLT冷媒を流すためのラジエータ状態とを、外部からの信号に応じて切り替えることができる。

LT冷却システム３０は、内燃機関１０の始動後、LT冷却開始条件が成立するまで (s1)状態に維持される。そして、LT冷却開始条件が成立すると、LT温度をLT目標温度（例えば４５°C）に維持するために、LT冷却システム３０が適宜(s2)〜(s4)の状態に制御される。以下、LT目標温度を維持するための上記制御を「LT冷却制御」と称す。

図５は、LT先行の下での比較例（図２参照）の動作例を示す。この例では、時刻t51に内燃機関１０が始動した後、LT先行でLT温度（太線）及びHT温度（細線）が上昇している。比較例の冷却装置では、LT冷却開始条件として常に「LT温度≧LT判定値」が用いられる。このため、時刻t52にLT温度がLT判定値（３０°C）に達すると、その時点でLT冷却制御が開始される（LT通水量の欄参照）。その結果、時刻t52以後、HT温度の上昇率が低下し、内燃機関１０の暖機が妨げられている。尚、図５に示す例では、HT温度がHT判定値（６０°C）に達する時刻t53に暖機の完了が判定され、HT冷却制御が開始されている。

また、図９に示すように、本実施形態の動作例では、時刻t92から時刻t94までの間は、HT温度がHT目標温度より低温に保たれる。HT温度がHT目標温度に達していなければ、HT冷却制御の実行に伴うHT通水量は、HT温度がHT目標温度に達している場合に比して少量となる（図９に示す矢印(A)参照）。HT通水量が少なければ、E-W/P１８の消費電力も少量となる。このため、本実施形態によれば、LT冷却制御の開始が早められることによる電力消費の増大分の一部を、HT側のE-W/P１８の省電力化により賄うことができる。

また、上述した実施の形態１では、早期暖機の要求もノッキング抑制の要求も生じていない場合には、常に「LT温度≧LT判定値」をLT冷却開始条件としているが、この場合の条件はこれに限定されるものではない。すなわち、この場合においても、ノッキング抑制が要求されている場合と同様に、HT先行の場合には、「HT温度≧HT判定値」をLT冷却開始条件とし、熱歪を抑制することとしてもよい。

（早期暖機要求、LT先行のタイミングチャート）
図１４は、早期暖機の要求の下、LT先行で暖機が進行した場合の本実施形態の動作例を示す。図１４に示す例では、時刻t141に内燃機関１０が始動された後、時刻t142に、HT温度がHT判定値（６０°C）に達する前にLT温度がLT許容限界（５０°C）に達している。図１３に示すルーチンによれば、この場合、以後速やかにLT昇温防止制御が開始され、HT温度がHT判定値に達する時刻t143までその制御が継続される。その結果、時刻t142から時刻t143の間はLT温度がLT許容限界（５０°C）に維持される。そして、時刻t143に至るとHT冷却制御とLT冷却制御が同時開始され、その後、HT温度とLT温度がそれぞれの目標温度（７５°C及び４５°C）に収束する。

即ち、図１５に示すルーチンでは、ステップ１１４の条件が否定された場合に、LT冷却開始条件として「LT温度≧LT解凍判定値（−１０°C）」の成否が判定される（ステップ１２６）。また、このルーチンでは、ステップ１１２の条件が否定された場合も、同様の判定がなされる（ステップ１２８）。そして、何れの場合にも、その開始条件が否定されれば、システム保護の観点よりLT通水制限が維持される（ステップ１１０参照）。一方、上記条件の成立が認められれば、速やかにLT冷却制御が開始される（ステップ１０１参照）。

次に、LT冷却システム３０の制御パラメータ、即ち、E-W/P３２の駆動デューティ並びに三方弁４２の開度が決定される（ステップ１３４）。LT冷媒の流通量は、E-W/P３２の駆動デューティにより決定される。また、LTラジエータ３６を流れる冷媒量はその流通量と、三方弁４２の開度により決定される。ECU４４には、それらの関係を定めたマップが記憶されている。ここでは、そのマップに従って、要求流量を発生させるための駆動デューティ並びに三方弁４２の開度が算出される。

［実施の形態５の変形例］
ところで、上述した実施の形態５においては、通水制限の機能を実現するためのガード値をLT要求流量に設定することとしているが、ガード値の設定対象はこれに限定されるものではない。例えば、LT要求流量にはガード値を設定せず、E-W/P３２の駆動デューティや三方弁４２の開度にガード値を設定することにより同様の機能を実現することとしてもよい。

Claims (10)

1. 主として内燃機関のシリンダブロックを冷却するHT冷却システムと、当該HT冷却システムに比して多分に吸気ポートの周辺を冷却するLT冷却システムとを備え、前記HT冷却システムと前記LT冷却システムとは、互いに独立した冷媒流路を備える内燃機関の冷却装置であって、
   前記HT冷却システムは、その内部を流れるHT冷媒の温度であるHT温度がHT判定値に達した際に、前記HT温度をHT目標温度に維持するための冷却を開始し、
   前記LT冷却システムの作動状態を制御する制御ユニットを備え、
   当該制御ユニットは、
   内燃機関の早期暖機が要求されていない特定条件の下では、前記LT冷却システムを流れるLT冷媒の温度であるLT温度がLT判定値に達した際に、前記LT温度をLT目標温度に維持するためのLT冷却制御を開始し、
   前記早期暖機が要求される条件下では、前記HT温度が前記HT判定値に達した際に前記LT冷却制御を開始することを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記制御ユニットは、
   前記早期暖機が要求される条件下では、前記LT温度がLT許容限界に達した際にも前記LT冷却制御を開始し、
   前記LT許容限界は、前記LT判定値より高い温度であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記制御ユニットは、
   前記早期暖機が要求される条件下では、前記HT温度が前記HT判定値に達する前に前記LT温度がLT許容限界に達した場合、前記HT温度が前記HT判定値に達するまでの間、前記LT温度を前記LT許容限界に維持するためのLT昇温防止制御を実行し、
   前記LT許容限界は、前記LT判定値より高い温度であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記特定条件は、前記早期暖機の要求もノッキング抑制の要求も生じていない条件であり、
   前記制御ユニットは、前記ノッキング抑制が要求される条件下では、前記LT温度が前記LT判定値に達した際、及び前記HT温度が前記HT判定値に達した際の何れか早い時点で、前記LT冷却制御を開始することを特徴とする請求項１乃至３の何れか1項に記載の内燃機関の冷却装置。
5. ノッキングの発生に応じて点火クランク角に遅角を施すノックコントロールシステムを更に備え、
   前記制御ユニットは、前記早期暖機の要求と前記ノッキング抑制の要求とが共に発生する条件では、前記早期暖機の要求を優先して前記LT冷却制御又は前記LT昇温防止制御を実行することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の冷却装置。
6. 前記制御ユニットは、前記ノッキング抑制の要求の有無に関する判定に先立って前記早期暖機の要求の有無を判定し、前記早期暖機の要求が有ると判定した場合は、その判定に従って前記LT温度に関する処理を実行することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の冷却装置。
7. 前記LT判定値は、ノッキングが発生する温度領域とノッキングが発生しない温度領域との境界に属し、かつ０°Cを超える温度であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか1項に記載の内燃機関の冷却装置。
8. 前記LT判定値は、前記LT冷媒が凍結する温度領域と当該凍結が生じない温度領域との境界に属し、かつ０°C以下の温度であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか1項に記載の内燃機関の冷却装置。
9. 前記LT冷却システムは、
   前記LT温度を検出するLT温度センサと、
   前記LT冷媒の冷却能力を変化させる冷却機構と、を備え、
   前記LT冷却制御は、前記LT温度センサの出力に基づく前記冷却機構のフィードバック制御であり、
   前記制御ユニットは、
   前記LT冷却制御の開始前は、前記フィードバック制御の実行中に比して、前記LT冷媒の循環流量を制限することを特徴とする請求項１乃至８の何れか1項に記載の内燃機関の冷却装置。
10. 前記制御ユニットは、
    前記LT冷却制御の開始前は、前記LT冷媒の循環流量に関わるパラメータに、当該循環流量を制限するためのガードをかけて前記フィードバック制御を実行することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の冷却装置。
    

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