JP2017057806A - エンジン冷却系の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの温間始動直後の冷却液の局所沸騰を抑制することのできるエンジン冷却系の制御装置を提供する。
【解決手段】液温制御切替部は、エンジンの内部に設けられたウォータジャケットを通って循環される冷却液の目標温度として、より低温の低温側目標液温ＬＯを設定する低液温制御と、より高温の高温側目標液温ＨＩを設定する高液温制御とをエンジンの運転状況に応じて切り替える（Ｓ１０７〜Ｓ１１１）。ただし、エンジンが温間始動された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、始動後積算空気量が判定値βに達するまでの期間は（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、液温制御切替部は、低液温制御を保持している（Ｓ１１１）。
【選択図】図８

Description

本発明は、エンジン冷却系の制御装置に関する。

液冷式のエンジンでは、エンジンの内部に設けられたウォータジャケットとラジエータとの間で冷却液を循環させることで、エンジンを冷却している。そして、液冷式エンジンの冷却系において、冷却水を循環させるポンプの冷却液の吐出流量を調整したり、ラジエータを通って循環される冷却液の流量とラジエータを迂回して循環される冷却液の流量の比率を調整したりすることで、冷却液の温度が目標温度となるように液温制御を行うものがある。

こうした液温制御を行うエンジン冷却系の制御装置において、冷却液の目標温度を高い温度に設定すれば、潤滑油の粘度が低下して、エンジンのフリクション損失が少なくなる。しかしながら、冷却液の温度が高くなり、シリンダ壁面の温度が上昇すると、ノッキングが発生し易くなる。そのため、ノックコントロールを行うエンジンでは、冷却液の目標温度を高くすると、点火時期が遅角されて、エンジンの燃焼効率が悪化することがある。

従来、特許文献１に記載のエンジン冷却系の制御装置では、ノックコントロールによる点火時期の遅角状況に応じて、液温制御における冷却液の目標温度を調整するようにしている。こうした制御装置では、ノックコントロールによる点火時期の遅角化を抑えながら、冷却液の温度を高めることが可能となる。

特開２００４−１４３９６９号公報

ところで、エンジンが停止すると、冷却液の循環も停止して、ウォータジャケットの内部に冷却液が滞留するようになる。一方、エンジンのウォータジャケットには、エンジン運転中にその壁面温度が局所的に高くなる部分（以下、高温部と記載する）が存在する。そうした高温部の付近では、エンジン停止後に、滞留した冷却液の温度が残熱により高くなる。そのため、エンジン停止の直後には、ウォータジャケット内の冷却液に、温度分布の偏りが生じるようになる。こうしたウォータジャケット内の冷却液の温度分布の偏りは、エンジン停止後しばらくすると、ウォータジャケット内の冷却液が全体的に冷却されて、解消するようになる。しかしながら、エンジンが停止後に短時間で再始動された場合、温度分布の偏りが未解消のまま、エンジンの運転が再開されるため、高温部の付近の冷却液が更に加熱されて沸騰する虞がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、エンジンの温間始動直後の冷却液の局所沸騰を抑制することのできるエンジン冷却系の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するエンジン冷却系の制御装置は、エンジンの内部に設けられたウォータジャケットを通って循環される冷却液の温度を目標温度とすべく制御する液温制御部と、前記目標温度としてより低い温度を設定する低液温制御と前記目標温度としてより高い温度を設定する高液温制御とを前記エンジンの運転状況に応じて切り替える液温制御切替部と、を備える。そして、同制御装置における液温制御切替部は、エンジンが温間始動された場合、その始動後に規定の低液温保持解除条件が成立するまでの期間、低液温制御を保持するようにしている。

こうしたエンジン冷却系の制御装置では、冷却液の実際の温度が目標温度よりも低いときには、冷却液の温度を高くするため、液温制御部によって、ウォータジャケットへの冷却液の流入やその流入する冷却液のラジエータでの冷却が抑えられる。そのため、ウォータジャケット内の冷却液に温度分布の偏りが生じたエンジンの温間始動直後に高液温制御が実行されて冷却液の目標温度が高められると、温度分布の偏りの解消が進みにくくなる。これに対して、上記エンジン冷却系の制御装置では、エンジンが温間始動された場合、その始動後に規定の低液温保持解除条件が成立するまでの期間、低液温制御が保持されて、目標温度が低い温度に維持される。そのため、ウォータジャケット内の冷却液の温度分布の偏りがより早期に解消されるように、ひいてはその偏りに起因した冷却液の局所沸騰が抑制されるようになる。したがって、上記エンジン冷却系の制御装置によれば、エンジンの温間始動直後の冷却液の局所沸騰を抑制することができる。

エンジン冷却系の制御装置の一実施形態の全体構造を模式的に示す略図。 同実施形態の制御装置が適用されるエンジン冷却系に設けられた多方弁の斜視図。 同多方弁の分解斜視図。 同多方弁の構成部品であるハウジング本体の斜視図。 （ａ）は上記多方弁の構成部品である弁体の斜視図であり、（ｂ）は別方向から見た同弁体の斜視図である。 同多方弁の弁位相と各吐出ポートの開口率との関係を示すグラフ。 上記実施形態の制御装置における液温制御に係る構成の制御ブロック図。 同制御装置において液温制御切替部が実行する液温制御切替ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 （ａ）は上記液温制御切替ルーチンでの液温制御域判定に使用する通常用判定マップでの高温／低温制御域の区分け態様を示すグラフであり、（ｂ）は同液温制御域判定に使用するＳモード用判定マップでの高温／低温制御域の設定態様を示すグラフである。

以下、エンジン冷却系の制御装置の一実施形態を、図１〜図９を参照して詳細に説明する。
（冷却液回路の構成）
まず、本実施形態の制御装置が適用されるエンジン冷却系において、エンジンを冷却する冷却液が流れる冷却液回路の構成を、図１を参照して説明する。

図１に示すように、エンジン１０のシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の内部には、冷却液回路の一部となるウォータジャケット１１Ａ，１２Ａがそれぞれ設けられている。冷却液回路におけるウォータジャケット１１Ａ，１２Ａよりも上流側の部分には、冷却液回路に冷却液を循環させるための冷却液ポンプ１３が設けられている。そして、冷却液ポンプ１３が吐出した冷却液がウォータジャケット１１Ａ，１２Ａに導入されるようになっている。

なお、シリンダヘッド１２のウォータジャケット１２Ａには、シリンダブロック１１のウォータジャケット１１Ａから同ウォータジャケット１２Ａに流入した直後の冷却液の温度（入口液温）を検出する入口液温センサＳ１が設けられている。また、同ウォータジャケット１２Ａには、同ウォータジャケット１２Ａから外部に流出する直前の冷却液の温度（出口液温）を検出する出口液温センサＳ２も設けられている。

シリンダブロック１１におけるウォータジャケット１２Ａの冷却液出口が設けられた部分には、多方弁１４が取り付けられており、ウォータジャケット１１Ａ，１２Ａを通過した冷却液が多方弁１４に流入するようになっている。冷却液回路は、この多方弁１４において、ラジエータ経路Ｒ１、ヒータ経路Ｒ２、及びデバイス経路Ｒ３の３つの経路に分岐している。このうち、ラジエータ経路Ｒ１は、外気との熱交換により冷却液を冷却するラジエータ１５に冷却液を供給するための経路である。また、ヒータ経路Ｒ２は、車室空調装置による暖房が行われるときに、冷却液の熱で車室内への送風を加熱するための熱交換器であるヒータコア１６に冷却液を供給するための経路である。さらにデバイス経路Ｒ３は、冷却液を搬送媒体としてエンジン１０の熱が伝達される各デバイスに冷却液を供給するための経路である。なお、ラジエータ経路Ｒ１の流路断面積は、より多量の冷却液を流せるように、ヒータ経路Ｒ２及びデバイス経路Ｒ３の流路断面積よりも大きくされている。

ラジエータ経路Ｒ１は、ラジエータ１５に冷却液を供給した後、そのラジエータ１５の下流側の部分において冷却液ポンプ１３に接続されている。デバイス経路Ｒ３は、まず３つに分岐しており、各々の分岐先においてスロットルボディ１７、ＥＧＲ（排気再循環：Exhaust Gas Recirculation）バルブ１８、ＥＧＲクーラ１９にそれぞれ冷却液を供給する。さらに、デバイス経路Ｒ３は、それらスロットルボディ１７、ＥＧＲバルブ１８及びＥＧＲクーラ１９の下流側で一旦合流した後、２つに分岐し、各々の分岐先においてオイルクーラ２０及びＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）ウォーマ２１にそれぞれ冷却液を供給する。そして、デバイス経路Ｒ３は、オイルクーラ２０及びＡＴＦウォーマ２１の下流側で再び合流され、その合流位置の下流側の部分において、ラジエータ経路Ｒ１におけるラジエータ１５の下流側の部分に合流し、その合流位置の下流側では、ラジエータ経路Ｒ１と一体となって冷却液ポンプ１３に接続されている。一方、ヒータ経路Ｒ２は、ヒータコア１６に冷却液を供給した後、そのヒータコア１６の下流側の部分において、デバイス経路Ｒ３におけるオイルクーラ２０及びＡＴＦウォーマ２１の下流側の部分に合流する。そして、ヒータ経路Ｒ２は、その合流位置の下流側では、デバイス経路Ｒ３と一体となり、さらにそのデバイス経路Ｒ３とラジエータ経路Ｒ１との合流位置の下流側では、ラジエータ経路Ｒ１とも一体となって冷却液ポンプ１３に接続されている。

なお、多方弁１４には、その内部の圧力が過上昇したときに開弁して、内部の冷却液の圧力を逃がすリリーフ弁２２が設けられている。リリーフ弁２２には、リリーフ経路Ｒ４が接続されており、そのリリーフ経路Ｒ４の下流側の部分は、ラジエータ経路Ｒ１におけるラジエータ１５よりも上流側の部分に合流している。

多方弁１４は、エンジン制御を司る電子制御ユニット２５により制御されている。電子制御ユニット２５は、エンジン制御に係る各種の演算処理を行う中央演算処理装置、制御用のプログラムやデータが予め記憶された読出専用メモリ、中央演算処理装置の演算結果やセンサの検出結果などを一時的に記憶する読書可能メモリを備える。こうした電子制御ユニット２５には、上述の入口液温センサＳ１及び出口液温センサＳ２に加え、クランク角センサＳ３、エアフローメータＳ４などの車両各部に設けられたセンサの検出信号が入力されている。クランク角センサＳ３は、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフトの回転位相（クランク角）を検出し、エアフローメータＳ４は、エンジン１０の吸入空気量を検出する。なお、電子制御ユニット２５は、そうしたクランク角の検出結果から、エンジン１０の回転速度（エンジン回転数）を演算する。

さらに、電子制御ユニット２５には、カーナビゲーションシステムＮＡＶから車両の現在位置を示す情報（車両位置情報）が入力されている。また、電子制御ユニット２５には、走行モード選択スイッチＳＷ１、及び変速モード切替スイッチＳＷ２の操作状態を示す信号が入力されている。

走行モード選択スイッチＳＷ１は、車両の走行モードを選択するためのスイッチである。本実施形態の制御装置が搭載された車両では、選択可能な走行モードの一つとして、スポーツモード（以下、Ｓモードと記載する）を有する。Ｓモードの選択時には、通常よりも車両の加速性能が高くなるように、自動変速機の変速点が変更される。なお、選択可能な走行モードには他にも、燃費を優先するように自動変速機の変速点を設定する通常モードと、雪道走行用のスノーモードとがある。

変速モード切替スイッチＳＷ２は、自動変速機の変速段の昇降に係る変速モードを切り替えるためのスイッチである。本実施形態の制御装置が搭載された車両では、切替可能な変速モードとして、自動変速機の変速段の昇降を自動で行う自動変速モードと、同変速段の昇降を運転者の手動操作で行う手動変速モード（以下、Ｍモードと記載する）と、を有する。

（多方弁の構成）
続いて、こうしたエンジン冷却装置の冷却液回路に設けられた多方弁１４の構成を、図２〜図５を参照して説明する。なお、以下の説明では、図２〜図５において矢印Ｕで示す方向を多方弁１４の上方とし、矢印Ｄで示す方向を多方弁１４の下方とする。

図２に示すように、多方弁１４は、冷却液の吐出口となる３つの吐出ポートを、すなわちラジエータポートＰ１、ヒータポートＰ２、及びデバイスポートＰ３を備える。多方弁１４がエンジン１０に組み付けられた際に、ラジエータポートＰ１はラジエータ経路Ｒ１に接続されて、そのラジエータ経路Ｒ１の一部を構成する。また、ヒータポートＰ２はヒータ経路Ｒ２に接続されて、そのヒータ経路Ｒ２の一部を構成する。さらに、デバイスポートＰ３はデバイス経路Ｒ３に接続されて、そのデバイス経路Ｒ３の一部を構成する。

図３に示すように、多方弁１４は、その構成部品として、ハウジング３０、弁体３３、カバー３４、モータ３５、３つのギア３６Ａ〜３６Ｃからなる減速ギア機構を備える。多方弁１４の骨格をなすハウジング３０には、上記３つの吐出ポートＰ１〜Ｐ３が設けられている。なお、ハウジング３０は、ハウジング本体３０Ａと、各経路Ｒ１〜Ｒ３がそれぞれ接続されるコネクタ部３０Ｂ〜３０Ｄとに分割形成されている。図３には、こうしたハウジング３０が、ラジエータ経路Ｒ１のコネクタ部３０Ｂがハウジング本体３０Ａから分離された状態で示されている。

ハウジング本体３０Ａの下部には、回転に応じて各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口面積を可変とする弁体３３が収容される。また、ハウジング本体３０Ａの上部には、モータ３５及び減速ギア機構が収容される。モータ３５は、減速ギア機構を構成する各ギア３６Ａ〜３６Ｃを介して、弁体３３の回転軸である弁軸３３Ａに連結された状態でハウジング３０に収容され、これにより、モータ３５の回転が減速された上で弁体３３に伝達されるようになっている。

一方、ハウジング３０には、モータ３５及び減速ギア機構が収容された部分の上方を覆うようにカバー３４が取り付けられる。カバー３４の内部には、ハウジング３０に対する弁体３３の相対回転位相（以下、弁位相と記載する）を検出するための弁位相センサＳ５が取り付けられている。弁位相センサＳ５の検出信号は、上述の電子制御ユニット２５に入力される。さらに、ハウジング３０内には、上述のリリーフ弁２２が収容されるようにもなっている。

図４に、下方から見たハウジング本体３０Ａの斜視構造を示す。ハウジング本体３０Ａの下側の面は、シリンダヘッド１２への取付面３０Ｅとされており、多方弁１４は、この取付面３０Ｅがシリンダヘッド１２の外壁に接した状態でエンジン１０に組み付けられる。ハウジング本体３０Ａにおける弁体３３の収容空間は、取付面３０Ｅに開口しており、その開口は、シリンダヘッド１２のウォータジャケット１２Ａから冷却液が流入する流入ポート３０Ｆとなっている。そして、上記３つの吐出ポートＰ１〜Ｐ３は、ハウジング３０の内側において、こうした弁体３３の収容空間にそれぞれ開口している。

なお、ハウジング本体３０Ａには、上述のリリーフ経路Ｒ４が、弁体３３を介さず、流入ポート３０ＦとラジエータポートＰ１とを連通するように設けられている。そして、そうしたリリーフ経路Ｒ４内にリリーフ弁２２が設置されるようになっている。

図５（ａ）に示すように、弁体３３は、２つの樽型の物体を上下に重ね合わせた形状とされている。そして弁体３３には、その上面中央から上方に突出すように弁軸３３Ａが設けられている。弁体３３は、ハウジング３０に収容された際に流入ポート３０Ｆに連通する開口を下面に有した中空構造とされている。弁体３３の、上記２つの樽型の部分の側周には、冷却液が流通可能な２つの孔３９，４０が設けられている。

ハウジング３０に収容された状態において、弁体３３の下部に設けられた孔３９は、弁位相がある範囲内にあるときに、ヒータポートＰ２及びデバイスポートＰ３の少なくとも一方と連通する。また、弁体３３の上部に設けられた孔４０は、弁位相が別の範囲内にあるときに、ラジエータポートＰ１と連通する。各吐出ポートＰ１〜Ｐ３は、対応する孔３９又は孔４０に対して完全に重なり合わない状態となる位置に弁体３３が位置するときに閉じて、接続された経路Ｒ１〜Ｒ３への冷却液の吐出を遮断する。また、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３は、孔３９又は孔４０に対してその一部又は全部が重なり合った状態となる位置に弁体３３が位置するときに開いて、接続された経路Ｒ１〜Ｒ３への冷却液の吐出を許容する。

さらに、弁体３３の上面には、一部をストッパ４３として残すように、弁軸３３Ａの根本部分を囲んで円弧状に延びる溝４２が形成されている。一方、図４に示すように、ハウジング３０における弁体３３の収容空間の奥部には、弁体３３を収容した際に、そうした溝４２内に収容されるストッパ４４が形成されている。そして、それらストッパ４３，４４との当接により、ハウジング３０内での弁体３３の回動範囲が制限されている。すなわち、ハウジング３０内での弁体３３の回動は、溝４２内でのストッパ４４の移動が、図５（ｂ）に矢印Ｌで示す範囲となる限りにおいて許容されている。

図６に、多方弁１４の弁位相と各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口率との関係を示す。なお、弁位相は、すべての吐出ポートＰ１〜Ｐ３が閉じた状態となる位置を、弁位相が「０°」の位置とし、その位置からの上方から見た時計回り方向（プラス方向）、及び半時計回り方向（マイナス方向）の弁体３３の回転角度を表している。また、開口率は、全開時の開口面積を「１００％」とした、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口面積の比率を表している。

同図に示すように、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口率は、弁体３３の弁位相により変化するように設定されている。なお、弁位相が「０°」の位置よりもプラス側の弁位相の範囲は、外気温が低く、車室の暖房が使用される可能性が高いとき（冬モード時）に使用される弁位相の範囲（冬モード使用域）とされている。また、弁位相が「０°」の位置よりもマイナス側の弁位相の範囲は、外気温が高く、車室の暖房が使用される可能性が低いとき（夏モード時）に使用される弁位相の範囲（夏モード使用域）とされている。

弁位相が「０°」の位置から弁体３３をプラス方向に回転させると、まずヒータポートＰ２が開き始め、プラス方向への弁位相の増加に応じてヒータポートＰ２の開口率が次第に大きくなる。ヒータポートＰ２が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達すると、次にデバイスポートＰ３が開き始め、プラス方向への弁位相の増加に応じてデバイスポートＰ３の開口率が次第に大きくなる。そして、デバイスポートＰ３が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達すると、ラジエータポートＰ１が開き始め、プラス方向への弁位相の増加に応じてラジエータポートＰ１の開口率が次第に大きくなる。そして、ラジエータポートＰ１の開口率は、弁体３３のそれ以上のプラス方向の回転がストッパ４３，４４の当接により規制される位置よりも手前の位置で「１００％」に達するようになる。

一方、弁位相が「０°」の位置から弁体３３をマイナス方向に回転させると、まずデバイスポートＰ３が開き始め、マイナス方向への弁位相の増加に応じてデバイスポートＰ３の開口率が次第に大きくなる。そして、デバイスポートＰ３が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達する位置よりも少し手前の位置から、ラジエータポートＰ１が開き始め、マイナス方向への弁位相の増加に応じてラジエータポートＰ１の開口率が次第に大きくなる。そして、ラジエータポートＰ１の開口率は、弁体３３のそれ以上のマイナス方向への回転がストッパ４３，４４の当接により規制される位置よりも手前の位置で「１００％」に達するようになる。ちなみに、弁位相が「０°」の位置よりもマイナス側の夏モード使用域では、ヒータポートＰ２は常に全閉となっている。

（液温制御）
以上のように構成されたエンジン冷却系において、電子制御ユニット２５は、エンジン１０の暖機完了後に、冷却液回路を流れる冷却液の温度を制御する液温制御を行う。以下、こうした液温制御の詳細を説明する。

図７に、液温制御にかかる電子制御ユニット２５の制御ブロック図を示す。電子制御ユニット２５は、液温制御にかかる構成として、液温制御切替部５０、液温制御部５１、及び多方弁１４のモータ３５を駆動するモータ駆動部５２を備える。なお、実際には、これら液温制御切替部５０、液温制御部５１、及びモータ駆動部５２の機能は、電子制御ユニット２５の中央演算処理装置が行う処理を通じて実現されている。

液温制御切替部５０は、冷却液回路内を循環する冷却液の目標温度（以下、目標液温と記載する）としてより低い温度（低温側目標液温ＬＯ）を設定する低液温制御と、目標液温としてより高い温度（高温側目標液温ＨＩ）を設定する高液温制御と、をエンジン１０の運転状況に応じて切り替える。より詳しくは、液温制御切替部５０は、低温側目標液温ＬＯ、及び高温側目標液温ＨＩのいずれかを目標液温として選択し、その選択した目標液温を液温制御部５１に出力する。なお、こうした液温制御切替部５０による液温制御の切り替えに係る処理の詳細は、後で説明する。

液温制御部５１は、出口液温を目標液温とするために必要な多方弁１４の弁位相を、要求弁位相として演算し、モータ駆動部５２に出力する。具体的には、液温制御部５１は、目標液温と出口液温との偏差に応じて要求弁位相をフィードバック調整している。すなわち、出口液温が目標液温よりも高いときには、ラジエータ１５に供給される冷却液の流量を増やすべく、ラジエータポートＰ１の開口率がより大きくなる側に要求弁位相を調整する。また、出口液温が目標液温よりも低いときには、ラジエータ１５に供給される冷却液の流量を減らすべく、ラジエータポートＰ１の開口率が小さくなる側に要求弁位相を調整する。なお、液温制御部５１は、要求弁位相を、車室空調装置による暖房が必要な場合には冬モード使用域内の値に設定し、不要な場合には夏モード使用域内の値に設定する。本実施形態では、このときの暖房の要否、すなわち暖房要求の有無を、例えば外気温が基準温度以下であるか否かにより判定している。

モータ駆動部５２は、液温制御部５１より入力された要求弁位相に応じて多方弁１４のモータ３５を駆動する。より詳しくは、モータ駆動部５２は、弁位相センサＳ５による多方弁１４の弁位相の検出値（実弁位相）が要求弁位相と一致するまで、実弁位相が要求弁位相に近づく方向にモータ３５を回転させる。

（液温制御切替処理）
続いて、上述した液温制御切替部５０による液温制御の切り替えに係る処理の詳細を説明する。この処理は、図８に示す液温制御切替ルーチンに従って行われる。液温制御切替部５０は、本ルーチンの処理を、エンジン１０の運転中、規定の制御周期毎に繰り返し実行する。

図８に示すように、本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、エンジン１０の暖機が完了しているか否かが判定される。ここで、エンジン１０の暖機が完了していなければ（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、完了していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に処理が進められる。

ステップＳ１０１に処理が進められると、そのステップＳ１０１において、カーナビゲーションシステムＮＡＶから車両位置情報が取得される。そして、続くステップＳ１０２において、車両の現在位置が、モータスポーツを行う場所として予め登録された、公道以外の場所（以下、サーキット場と記載する）にあるか否かが判定される。ここで、車両の現在位置がサーキット場であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１１１において、低液温制御を行うべく、目標液温に低温側目標液温ＬＯが設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、車両の現在位置がサーキット場になければ（ＮＯ）、ステップＳ１０３に処理が進められる。

ステップＳ１０３に処理が進められると、そのステップＳ１０３において、変速モードがＭモード（手動変速モード）に設定されているか否かが判定される。ここで、変速モードがＭモードに設定されていれば（ＹＥＳ）、上述のステップＳ１１１に処理が進められて、目標液温に低温側目標液温ＬＯが設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、変速モードがＭモードに設定されていなければ、すなわち変速モードが自動変速モードに設定されていれば（ＮＯ）、ステップＳ１０４に処理が進められる。

ステップＳ１０４に処理が進められると、そのステップＳ１０４において、温間始動フラグがセットされているか否かが判定される。温間始動フラグは、今回のエンジン１０の始動が温間始動であったか否かを表すフラグであり、始動時の出口液温（始動時出口液温）が規定の温間始動判定値α以上のときにセットされ、同始動時出口液温が温間始動判定値α未満のときにクリアされる。温間始動判定値αには、エンジン１０の始動後の暖機運転を殆ど必要としない状態となるときの始動時出口液温の下限値がその値として設定されている。ここで、温間始動フラグがセットされていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０５に処理が進められ、セットされていなければ（ＮＯ）、ステップＳ１０６に処理が進められる。

ステップＳ１０５に処理が進められると、そのステップＳ１０５において、エンジン１０の始動後における吸入空気量の積算値である始動後積算空気量が規定の判定値β未満であるか否かが判定される。ここで、始動後積算空気量が判定値β未満であれば（ＹＥＳ）、上述のステップＳ１１１に処理が進められて、目標液温に低温側目標液温ＬＯが設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、始動後積算空気量が判定値β以上であれば（ＮＯ）、ステップＳ１０６に処理が進められる。

ステップＳ１０６に処理が進められると、そのステップＳ１０６において、走行モードがＳモード（スポーツモード）に設定されているか否かが判定される。走行モードがＳモードに設定されていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０７に処理が進められる。そして、そのステップＳ１０７において、Ｓモード用判定マップを用いて液温制御域の判定が行われた後、ステップＳ１０９に処理が進められる。一方、走行モードがＳモード以外のモードに設定されていれば（ＮＯ）、ステップＳ１０８に処理が進められる。そして、そのステップＳ１０８において、通常用判定マップを用いて液温制御域の判定が行われた後、ステップＳ１０９に処理が進められる。

液温制御域の判定では、エンジン回転数及びエンジン負荷率に基づいて、現在のエンジン１０の運転域が、高液温制御を行う高液温制御域にあるか、低液温制御を行う低液温制御域にあるかが判定される。ここでのエンジン負荷率は、現状のエンジン回転数においてエンジン１０のスロットルを全開としたときの吸入空気量を「１００％」としたときの現状の吸入空気量の比率を表す。なお、ここでの判定には、制御ハンチングを抑えるため、エンジン回転数やエンジン負荷率の瞬時値ではなく、それらの徐変値が用いられている。

図９（ａ）に、通常用判定マップにおける高液温制御域、低液温制御域の区分け態様を示す。こうした通常用判定マップでは、高液温制御域、低液温制御域が、以下のように区分けされている。

エンジン１０では、ノッキングの発生状況に応じた点火時期の遅角制御、いわゆるノックコントロールが行われている。ノックコントロールでは、ノッキングの発生の有無を監視し、ノッキングが発生しない限りにおいて、エンジン１０のトルク発生効率が最大となる最適点火時期（ＭＢＴ：Minimum advance for the Best Torque）に近づくように、点火時期を制御している。なお、ノッキングは、エンジン１０のシリンダ壁面温度が高いほど発生し易くなる。よって、高いトルク発生効率を確保するには、ウォータジャケット１１Ａ，１２Ａを流れる冷却液の温度を低くして、シリンダ壁面の温度上昇を抑えることが必要となる。ただし、冷却液の温度を下げると、エンジン１０の潤滑油の粘度が上がり、エンジン１０の可動部分の摺動抵抗が、すなわちフリクション損失が増加して燃費の悪化を招く。よって、液温制御での目標液温は、ノッキングを抑制可能な範囲で、可能な限り高い温度に設定することが望ましい。

一方、エンジン１０の運転条件によっては、ノッキングが確実に発生すると予測される点火時期（ノック限界点火時期）よりも、ＭＢＴが十分進角側の時期となることがある。こうした運転条件では、シリンダ壁面温度が上がってノック限界点火時期が多少進角側に変化しても、点火時期をＭＢＴとしたまま、エンジン１０の運転を続けることができる。すなわち、エンジン１０のトルク発生効率を維持したまま、液温制御の目標液温をより高い温度とすることが、ひいてはエンジン１０のフリクション損失をより低くすることが可能となる。なお、以下の説明では、ノック限界点火時期がＭＢＴよりも遅角側の時期となるエンジン１０の運転域をＭＢＴ域と記載し、ＭＢＴがノック限界点火時期よりも遅角側の時期となるエンジン１０の運転域をノック域と記載する。上記通常用判定マップでは、ＭＢＴ域よりも若干狭い領域が高液温制御域に設定され、それ以外の領域が低液温制御域に設定されている。なお、同図（ａ）及び（ｂ）には、ＭＢＴ域とノック域との境界が破線Ｂにて示されている。

図９（ｂ）に、Ｓモード用判定マップにおける高液温制御域、低液温制御域の区分け態様を示す。上述の通常用判定マップと比較すると、Ｓモード用判定マップでは、高液温制御域がより狭くされている。すなわち、液温制御域の判定にＳモード用判定マップを用いる場合には、通常用判定マップを用いる場合に比して、高液温制御が選択され難くなっている。

さて、これら判定マップを用いた判定の結果、高液温制御域にあると判定された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に処理が進められる。そして、そのステップＳ１１０において、高液温制御を行うべく、目標液温に高温側目標液温ＨＩが設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、低液温制御域にあると判定された場合には（Ｓ１０９：ＮＯ）、上述のステップＳ１１１において目標液温に低温側目標液温ＬＯが設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

（作用）
本実施形態が適用されたエンジン冷却系では、エンジン１０の暖機が完了すると、液温制御部５１により、冷却液の温度（出口液温）を目標液温とするための液温制御が開始される。そして、液温制御切替部５０により、液温制御における目標液温をより低温の低温側目標液温ＬＯとする低液温制御と、同目標液温をより高温の高温側目標液温ＨＩとする高液温制御とがエンジン１０の運転状況に応じて切り替えられるようになる。

液温制御切替部５０は、基本的には、エンジン回転数及びエンジン負荷率により規定されるエンジン１０の動作点が、低液温制御域にあるか、高液温制御域にあるかによって、低液温制御及び高液温制御のいずれの制御を実施するかを決定する。ただし、液温制御切替部５０は、下記状況（イ）〜（ハ）の少なくとも一つに該当する場合には、エンジン回転数、エンジン負荷率に拘らず、低液温制御を選択する。

（イ）車両の現在位置がサーキット場である。
（ロ）変速モードがＭモードに設定されている。
（ハ）温間始動フラグがセット、且つ始動後積算空気量が判定値β未満である。

ここで、上記状況（イ）は、エンジン１０の温間始動直後の期間に該当する。エンジン１０が停止すると、冷却液回路での冷却液の循環も停止して、シリンダヘッド１２のウォータジャケット１２Ａ内に冷却液が滞留するようになる。一方、ウォータジャケット１２Ａには、エンジン運転中にその壁面温度が局所的に高くなる部分（以下、高温部と記載する）が存在する。そうした高温部の付近では、エンジン停止後に、滞留した冷却液の温度が残熱により高くなる。そのため、エンジン停止の直後には、ウォータジャケット１２Ａ内の冷却液に、温度分布の偏りが生じるようになる。こうしたウォータジャケット１２Ａ内の冷却液の温度分布の偏りは、エンジン停止後しばらくすると、ウォータジャケット１２Ａ内の冷却液が全体的に冷却されて、解消するようになる。しかしながら、エンジン１０が停止後に短時間で再始動された場合、温度分布の偏りが未解消のまま、エンジン１０の運転が再開されるため、高温部の付近の冷却液が更に加熱されて沸騰する虞がある。すなわち、エンジン１０の温間始動の直後は、シリンダヘッド１２のウォータジャケット１２Ａにおいて、冷却液の局所沸騰が発生し易い状態となっている。こうした状態で高液温制御が実施されて、冷却液回路を循環する冷却液の温度が全体的に高められると、上記のようなウォータジャケット１２Ａにおける冷却液の局所沸騰がより発生し易くなる。

本実施形態のエンジン冷却系の制御装置では、エンジン１０の温間始動後、しばらくの間は、低液温制御が保持されて、高液温制御は行われないようになる。そのため、温間始動直後の期間、ウォータジャケット１２Ａ内の冷却液がより低温に保たれるようになる。ちなみに、上記判定値βには、エンジン１０の温間始動時のウォータジャケット１２Ａ内の冷却液の温度分布の解消に要する期間における吸入空気量の積算値の想定値がその値として設定されている。

なお、本実施形態では、温間始動後の低液温制御を保持する期間を、始動後積算空気量が判定値βに達するまでの期間としている。すなわち、本実施形態では、エンジンが温間始動された場合、その始動後に始動後積算空気量が判定値βに達するまでの期間、低液温制御を保持している。こうした本実施形態では、始動後積算空気量が判定値βに達することが、エンジン１０の温間始動後の低液温制御の保持を解除する条件、すなわち低液温保持解除条件となっている。

一方、上記状況（ロ）、（ハ）に該当する場合、車両がスポーティ走行される可能性が高く、エンジン１０の急加速が高い頻度で行われることが予想される。上述のように高液温制御域、低液温制御域の判定には、エンジン回転数やエンジン負荷率の徐変値を用いているため、エンジン１０が急加速してその動作点がＭＢＴ域からノック域に移行しても、高液温制御から低液温制御への切り替えは、直ちにはなされない。また、高液温制御から低液温制御に切り替えられても、冷却液の温度低下にはある程度の時間がかかる。そのため、ＭＢＴ域からノック域への移行後も、ある程度の期間、冷却液が高温の状態でエンジン１０が運転されることになり、ノッキングが発生してしまう。そしてその結果、ノックコントロールにより点火時期が遅角され、その分、エンジン１０の発生トルクが、ひいては車両の加速性能が低下するようになる。したがって、こうした場合に高液温制御を実施可能とすると、運転者の要望に応じた車両の加速性能の確保が不十分となる虞がある。

その点、本実施形態のエンジン冷却系の制御装置では、車両がスポーティ走行される可能性が高い場合には、低液温制御が保持されるようになり、高液温制御は行われないようになる。そのため、運転者がスポーティ走行を要望していると予測される状況において、より高い加速性能が確保されるようになる。

また、Ｓモードが選択されている場合には、車両の加速性能が高くなるように自動変速機の変速点が変更されるため、Ｍモード設定時やサーキット走行時ほどではないにせよ、エンジン１０が急加速される頻度が高くなることが予想される。よって、Ｓモード設定時にも、高液温制御域を通常と同じ範囲に設定すると、エンジン１０の動作点がＭＢＴ域からノック域に移行した直後に、冷却液の温度低下が間に合わず、ノッキングの発生を招いてしまう虞がある。そして、ノックコントロールにより点火時期が遅角されてしまうため、車両の加速性能が十分高められなくなってしまう。その点、本実施形態のエンジン冷却系の制御装置では、Ｓモード設定時には、高液温制御域が狭められる。そのため、ＭＢＴ域からノック域への移行に際しての高液温制御から低液温制御への切り替えが、より余裕をもって行われるようになり、エンジン１０の急加速時にも、冷却液が高温のままエンジン１０がノック域で運転される状況にはなり難くなる。

以上の本実施形態のエンジン冷却系の制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）冷却液の温度を多少高くしても、ノッキングが発生しないＭＢＴ域において、目標液温としてより高温の高温側目標液温ＨＩを設定する高液温制御を行って、エンジン１０のフリクション損失を低減するようにしている。そのため、エンジン１０の燃費性能を向上することができる。

（２）エンジン１０が温間始動された場合、その始動後に始動後積算空気量が判定値βに達するまでの期間、低液温制御を保持している。そのため、高液温制御による燃費向上を図りながらも、エンジン１０の温間始動直後におけるウォータジャケット１２Ａ内の冷却液の局所沸騰を抑制することができる。

（３）車両の現在位置がサーキット場である場合や、自動変速機の変速モードがＭモードに設定されている場合、低液温制御を保持している。そのため、スポーティ走行が要望される状況において、より高い加速性能を確実に確保することができる。

（４）車両の走行モードがＳモードに設定されている場合、高液温制御域を狭くしている。そのため、Ｓモード設定時には、運転域を限定して高液温制御を実施することで、燃費性能の向上を図りつつ、車両の加速性能を確保することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、始動後積算空気量が判定値βに達することを、低液温保持解除条件としていたが、同条件を別の条件としてもよい。例えばエンジン始動後の経過時間が規定値に達すること、エンジン始動後の冷却液ポンプ１３の冷却液吐出量の積算値が規定値に達することなどを、低液温保持解除条件としてもよい。

・上記実施形態では、車両の現在位置がサーキット場である場合や、変速モードがＭモードに設定されている場合にも、低液温制御を保持するようにしていたが、それらの場合も高液温制御の実施を許容するようにしてもよい。そうした場合にも、サーキット走行時やＭモード設定時の高温液制御域を通常よりも狭くすれば、冷却液が高温のまま、エンジン１０がノック域で運転されることをある程度に回避できる。

・上記実施形態では、Ｓモード設定時には、高液温制御域を狭くするようにしていたが、Ｓモード設定時の車両の加速性能をより確実に確保したい場合には、Ｓモード設定時にも低液温制御を保持するようにしてもよい。また、Ｓモード設定時におけるエンジン１０の燃費性能をより優先する場合には、Ｓモード設定時にも高液温制御域を通常と同じ範囲に保持するようにしてもよい。

・上記実施形態では、モータ駆動式の多方弁１４によりラジエータ１５に供給される冷却液の流量を調整することで、液温制御を行っていた。サーモワックスを加熱する電気ヒータを内蔵する電子サーモスタットを多方弁１４の代わりに設け、ラジエータ１５に供給される冷却液の流量の調整を、電気ヒータの通電制御により行うようにしてもよい。また、冷却液ポンプ１３として電動式のポンプを採用し、同ポンプの冷却液吐出量を調整することで液温制御を行うようにしてもよい。

・冷却液回路の構成が図１に例として挙げたものと異なるエンジン冷却系にも、上記実施形態の液温制御切替に係る処理は同様に適用することができる。

ＮＡＶ…カーナビゲーションシステム、Ｐ１…ラジエータポート、Ｐ２…ヒータポート、Ｐ３…デバイスポート、Ｒ１…ラジエータ経路、Ｒ２…ヒータ経路、Ｒ３…デバイス経路、Ｒ４…リリーフ経路、Ｓ１…入口液温センサ、Ｓ２…出口液温センサ、Ｓ３…クランク角センサ、Ｓ４…エアフローメータ、Ｓ５……弁位相センサ、ＳＷ１…走行モード選択スイッチ、ＳＷ２…変速モード切替スイッチ、１０…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…シリンダヘッド、１１Ａ，１２Ａ…ウォータジャケット、１３…冷却液ポンプ、１４…多方弁、１５…ラジエータ、１６…ヒータコア、１７…スロットルボディ、１８…ＥＧＲバルブ、１９…ＥＧＲクーラ、２０…オイルクーラ、２１…ＡＴＦウォーマ、２２…リリーフ弁、２５…電子制御ユニット、３０…ハウジング、３０Ａ…ハウジング本体、３０Ｂ〜３０Ｄ…コネクタ部、３０Ｅ…取付面、３０Ｆ…流入ポート、３３…弁体、３３Ａ…弁軸、３４…カバー、３５…モータ、３６Ａ…ギア、３９，４０…孔、４２…溝、４３，４４…ストッパ、５０…液温制御切替部、５１…液温制御部、５２…モータ駆動部。

Claims (1)

1. エンジンの内部に設けられたウォータジャケットを通って循環される冷却液の温度を目標温度とすべく制御する液温制御部と、前記目標温度としてより低い温度を設定する低液温制御と前記目標温度としてより高い温度を設定する高液温制御とを前記エンジンの運転状況に応じて切り替える液温制御切替部と、を備えるエンジン冷却系の制御装置において、
   前記液温制御切替部は、前記エンジンが温間始動された場合、その始動後に規定の低液温保持解除条件が成立するまでの期間、前記低液温制御を保持する
   ことを特徴とするエンジン冷却系の制御装置。

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