JP2022083584A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水の水温をより適切に求める。
【解決手段】エンジン流路の出口部に取り付けられた第１水温センサの検出値およびエンジン流路における出口部よりも燃焼室に近い位置に取り付けられた第２水温センサの検出値のうちの少なくとも１つに基づく冷却水の代表水温が閾値未満のときには、バルブを閉弁するバルブ閉弁制御を実行し、バルブ閉弁制御の実行中に代表水温が閾値以上に至ると、バルブを開弁するバルブ開弁制御に移行する。そして、バルブ閉弁制御を実行しているときには、第２水温センサの検出値を代表水温に設定し、バルブ開弁制御を開始した後には、第１水温センサの検出値と第２水温センサの検出値との平均値に基づいて代表水温を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関する。

従来、この種のエンジンの冷却装置としては、エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッドに形成されたエンジン流路を含んで構成される冷却水の循環流路と、循環流路の冷却水を圧送するポンプと、循環流路におけるエンジンの下流側に設けられたバルブと、エンジン流路の冷却水の水温を検出する水温センサと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷却装置では、水温センサにより検出される冷却水の水温が閾値未満のときには、バルブを閉弁し、冷却水の水温が閾値以上のときには、バルブを開弁する。

特開２０１９－１９９８０３号公報

上述のエンジン装置では、エンジンを運転しているときにおいて、バルブを閉弁しているときには、エンジン流路の冷却水が滞留してその冷却水の温度が上昇する。そして、この状態からバルブを開弁すると、エンジン流路にその上流側から比較的低温の冷却水が流通すると共にエンジン流路のある程度温められた冷却水がその下流側に流通する。このため、バルブを開弁すると、エンジン流路におけるシリンダヘッドに形成された部分などの冷却水の水温が急低下すると共にエンジン流路の出口部の冷却水の水温が急上昇する可能性がある。このため、バルブの制御に用いる冷却水の水温をどのように求めるかが課題となる。

本発明のエンジンの冷却装置は、冷却水の水温をより適切に求めることを主目的とする。

本発明のエンジンの冷却装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジンの冷却装置は、
燃焼室を有するエンジンに形成されたエンジン流路を含んで構成される冷却水の循環流路と、
前記循環流路の冷却水を圧送するポンプと、
前記エンジン流路を流通する冷却水の流量を調節可能なバルブと、
前記エンジン流路の出口部に取り付けられた第１水温センサと、
前記エンジン流路における前記出口部よりも前記燃焼室に近い位置に取り付けられた第２水温センサと、
前記第１水温センサの検出値および前記第２水温センサの検出値のうちの少なくとも１つに基づく冷却水の代表水温が閾値未満のときには、前記バルブを閉弁するバルブ閉弁制御を実行し、前記バルブ閉弁制御の実行中に前記代表水温が前記閾値以上に至ると、前記バルブを開弁するバルブ開弁制御を開始する制御装置と、
を備えるエンジンの冷却装置であって、
前記制御装置は、前記バルブ開弁制御を開始した後には、前記第１水温センサの検出値と前記第２水温センサの検出値との平均値に基づいて前記代表水温を設定する、
ことを要旨とする。

本発明のエンジンの冷却装置では、エンジン流路の出口部に取り付けられた第１水温センサの検出値およびエンジン流路における出口部よりも燃焼室に近い位置に取り付けられた第２水温センサの検出値のうちの少なくとも１つに基づく冷却水の代表水温が閾値未満のときには、バルブを閉弁するバルブ閉弁制御を実行し、バルブ閉弁制御の実行中に代表水温が閾値以上に至ると、バルブを開弁するバルブ開弁制御を開始する。そして、バルブ閉弁制御を実行しているときには、第２水温センサの検出値を代表水温に設定し、バルブ開弁制御を開始した後には、第１水温センサの検出値と第２水温センサの検出値との平均値に基づいて代表水温を設定する。これにより、バルブ開弁制御を開始した後に、冷却水の代表水温が急低下したり急上昇したりするのを抑制し、冷却水の代表水温をより適切な値とすることができる。ここで、「第２水温センサ」は、例えば、エンジン流路のうちエンジンのシリンダヘッドに形成された部分などに取り付けられる。

本発明のエンジンの冷却装置において、前記バルブ閉弁制御を実行しているときには、前記第２水温センサの検出値を前記代表水温に設定するものとしてもよい。これにより、冷却水の代表水温をエンジンの状態をより適切に反映した値とすることができる。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記バルブ開弁制御を開始した後には、前記第１水温センサの検出値と前記第２水温センサの検出値との平均値に緩変化処理を施した値を前記代表水温に設定するものとしてもよい。こうすれば、バルブ開弁制御を開始した後に、冷却水の代表水温が急低下したり急上昇したりするのをより十分に抑制することができる。

本発明のエンジンの冷却装置において、前記制御装置は、前記バルブ開弁制御を開始してから所定条件が成立した後には、前記第１水温センサの検出値を前記代表水温に設定するものとしてもよい。この場合、前記所定条件は、前記第１水温センサの検出値と前記第２水温センサの検出値とのずれ量が第１所定量以下である条件を含むものとしてもよい。また、前記所定条件は、前記第１水温センサの検出値と前記第２水温センサの検出値と前記エンジン流路の入口部に取り付けられた第３水温センサの検出値とのずれ量が第３所定量以下である条件を含むものとしてもよい。さらに、前記所定条件は、前記バルブ開弁制御を開始してからの前記エンジン流路を流通する冷却水の積算流量が第２所定量以上である条件を含むものとしてもよい。

本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット４０により実行される代表水温推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 冷却水の水温Ｔｗｉｎ，Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔおよび代表水温Ｔｗｒ、制御バルブ３８の状態の様子の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジンの冷却装置を備えるエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置１０は、エンジン１２と、冷却装置２０とを備える。このエンジン装置１０は、エンジンからの動力を用いて走行する一般的な車両や、エンジン１２に加えてモータを備える各種のハイブリッド車両などに搭載される。

エンジン１２は、例えばガソリンや経由などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、図示しない電子制御ユニットにより運転制御される。冷却装置２０は、冷却水を用いてエンジン１２を冷却するための装置として構成されており、図示するように、冷却水の循環流路２２と、ラジエータ２４と、電動ポンプ２６と、制御バルブ２８と、水温センサ３０（第３水温センサ）と、水温センサ３２（第２水温センサ）と、水温センサ３４（第１水温センサ）と、電子制御ユニット４０とを備える。なお、電子制御ユニット４０は、エンジン１２を制御する電子制御ユニットと一体に構成されるものとしてもよい。

循環流路２２は、電動ポンプ２６、エンジン１２、制御バルブ２８、ラジエータ２４、電動ポンプ２６の順に冷却水を循環させるための流路であり、エンジン１２のシリンダブロックやシリンダヘッドに形成されたエンジン流路２３を含んで構成されている。ラジエータ２４は、冷却水と空気との熱交換を行なう。電動ポンプ２６は、電子制御ユニット４０によって制御され、循環流路２２の冷却水を圧送する。制御バルブ２８は、電子制御ユニット４０によって制御され、循環流路２２（エンジン流路２３）を流れる冷却水の流量を調節する。

水温センサ３０は、エンジン流路２３の入口部に取り付けられている。水温センサ３４は、エンジン流路２３の出口部に取り付けられている。水温センサ３２は、エンジン流路２３の入口部と出口部との間、具体的には入口部や出口部よりもエンジン１２の燃焼室に近い位置（燃焼室からの熱伝達量が大きい位置）、例えばシリンダヘッドにおける冷却水の水温が最も高くなりやすい位置などに取り付けられている。

電子制御ユニット４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、データを記憶保持するフラッシュメモリ、入出力ポートを備える。電子制御ユニット４０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。電子制御ユニット４０に入力される信号としては、例えば、水温センサ３０，３２，３４からの冷却水の水温Ｔｗｉｎ，Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔなどを挙げることができる。電子制御ユニット４０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力される。電子制御ユニット４０から出力される信号としては、例えば、電動ポンプ２６への制御信号や、制御バルブ２８への制御信号などを挙げることができる。

こうして構成された実施例のエンジン装置１０が備える冷却装置２０では、エンジン装置１０がシステム起動されると、電動ポンプ２６の停止を保持するポンプ停止制御および制御バルブ２８の閉弁を保持するバルブ閉弁制御を実行する。これは、エンジン１２を運転しているときの早期暖機のためである。そして、エンジン１２の運転に伴って冷却水の代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ以上に至ると、電動ポンプ２６を駆動するポンプ駆動制御および制御バルブ２８を開弁するバルブ開弁制御を開始する。ここで、冷却水の代表水温Ｔｗｒは、後述の代表水温推定ルーチンにより設定される。閾値Ｔｗｒｅｆは、エンジン１０の暖機がある程度進行したと判定可能な温度やエンジン１０の暖機が完了したと判定可能な温度などが用いられる。ポンプ駆動制御およびバルブ開弁制御は、冷却水の代表水温Ｔｗｒなどに基づいて電動ポンプ２６の回転数（吐出量）Ｎｐおよび制御バルブ２８の開度Ｏｖを制御することにより行なわれる。

次に、こうして構成された実施例のエンジン装置１０が備える冷却装置２０の動作、特に、冷却水の代表水温Ｔｗｒの推定処理について説明する。図２は、電子制御ユニット４０により実行される代表水温推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、例えば、エンジン装置１０がシステム起動されたときに実行が開始され、エンジン１０の運転の有無に拘わらずに冷却水の代表水温Ｔｗｒを推定する。

図２の代表水温推定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０は、最初に、水温センサ３２からの冷却水の水温Ｔｗｈｄを入力し（ステップＳ１００）、入力した冷却水の水温Ｔｗｈｄを代表水温Ｔｗｒに設定する（ステップＳ１１０）。続いて、冷却水の代表水温Ｔｗｒを上述の閾値Ｔｗｒｅｆと比較し（ステップＳ１２０）、冷却水の代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときには、ステップＳ１００に戻る。このとき、上述のポンプ停止制御およびバルブ閉弁制御を実行する。エンジン１２を運転しているときにおいて、冷却水の代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときには、バルブ閉弁制御を実行しており、エンジン流路２３の冷却水が滞留してその冷却水の温度が上昇する。また、実施例では、水温センサ３２が、水温センサ３０や水温センサ３４よりもエンジン１２の燃焼室に近い位置（燃焼室からの熱伝達量が大きい位置）に取り付けられている。したがって、バルブ閉弁制御を実行しているときに、水温センサ３２により検出される冷却水の水温Ｔｗｈｄを代表水温Ｔｗｒに設定することにより、水温センサ３０により検出される冷却水の水温Ｔｗｉｎや水温センサ３４により検出される冷却水の水温Ｔｗｈｄを代表水温Ｔｗｒに設定するものに比して、冷却水の代表水温Ｔｗｒを、エンジン１２の状態をより適切に反映した値とすることができる。

ステップＳ１２０で冷却水の代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ以上のときには、水温センサ３０，３２，３４からの冷却水の水温Ｔｗｉｎ，Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔを入力し（ステップＳ１３０）、入力した冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに緩変化処理（なまし処理やレート処理）を施して得られる値を代表水温Ｔｗｒに設定する（ステップＳ１４０）。上述したように、冷却水の代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ以上に至るとバルブ開弁制御を開始する。エンジン１２を運転しているときにおいて、バルブ閉弁制御を実行しているときには、エンジン流路２３の冷却水が滞留してその冷却水の温度が上昇し、バルブ開弁制御を開始すると、エンジン流路２３にその上流側から比較的低温の冷却水が流通すると共にエンジン流路２３のある程度温められた冷却水がその下流側に流通する。このため、バルブ開弁制御を開始した後には、水温センサ３２により検出される冷却水の水温Ｔｗｈｄが急低下すると共に水温センサ３４により検出される冷却水の水温Ｔｗｏｔが急上昇する可能性がある。したがって、冷却水の水温Ｔｗｈｄや冷却水の水温Ｔｗｏｔをそのまま代表水温Ｔｗｒに設定すると、冷却水の代表水温Ｔｗｒが急低下したり急上昇したりしてエンジン１２の状態を十分に反映した値にならない可能性がある。これに対して、実施例では、バルブ開弁制御を開始した後には、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに基づいて代表水温Ｔｗｒを設定するものとした。これにより、バルブ開弁制御を開始した後に、冷却水の代表水温Ｔｗｒが急低下したり急上昇したりするのを抑制し、冷却水の代表水温Ｔｗｒをより適切な値とすることができる。しかも、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに緩変化処理を施して得られる値を代表水温Ｔｗｒに設定することにより、バルブ開弁制御を開始した後に、冷却水の代表水温Ｔｗｒが急低下したり急上昇したりするのをより十分に抑制することができる。さらに、バルブ開弁制御を開始したときには、制御バルブ３８の製造バラツキなどにより、エンジン流路２３の冷却水の流通開始に時間的なバラツキが生じ、冷却水の水温Ｔｗｈｄの低下開始や冷却水の水温Ｔｗｏｔの上昇開始に時間的なバラツキが生じる可能性がある。実施例では、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに基づいて代表水温Ｔｗｒを設定することにより、こうした時間的なバラツキもある程度吸収して代表水温Ｔｗｒをより適切な値とすることができる。

続いて、冷却水の水温Ｔｗｉｎ，Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔのうちの最大値から最小値を減じて水温バラツキΔＴｗを演算し（ステップＳ１５０）、演算した水温バラツキΔＴｗを閾値ΔＴｗｒｅｆと比較する（ステップＳ１６０）。ここで、閾値ΔＴｗｒｅｆは、冷却水の水温Ｔｗｉｎ，Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔのバラツキが十分に小さくなったか否かを判定するのに用いられる閾値である。水温バラツキΔＴｗが閾値ΔＴｗｒｅｆよりも大きいときには、ステップＳ１３０に戻る。

ステップＳ１６０で水温バラツキΔＴｗが閾値ΔＴｗｒｅｆ以下のときには、冷却水の水温Ｔｗｉｎ，Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔのバラツキが十分に小さくなったと判断し、水温センサ３４からの冷却水の水温Ｔｗｏｔを入力し（ステップＳ１７０）、入力した冷却水の水温Ｔｗｏｔを代表水温Ｔｗｒに設定する（ステップＳ１８０）。続いて、エンジン装置１０がシステム停止されたか否かを判定し（ステップＳ１９０）、エンジン装置１０がシステム停止されていないと判定したときには、ステップＳ１７０に戻る。そして、ステップＳ１９０でエンジン装置１０がシステム停止されたと判定したときには、本ルーチンを終了する。

図３は、冷却水の水温Ｔｗｉｎ，Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔおよび代表水温Ｔｗｒ、制御バルブ３８の状態の様子の一例を示す説明図である。図示するように、エンジン装置１０がシステム起動されてエンジン１０が始動されると（時刻ｔ１０）、最初は、冷却水の水温Ｔｗｈｄを代表水温Ｔｗｒに設定する。続いて、エンジン１２の運転に伴って代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ以上に至った後には（時刻ｔ１１～）、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに基づいて代表水温Ｔｗｒを設定する。そして、冷却水の水温Ｔｗｉｎ，Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔから得られる水温バラツキΔＴｗが閾値ΔＴｗｒｅｆ以下に至った後には（時刻ｔ１２～）、冷却水の水温Ｔｗｏｔを代表水温Ｔｗｒに設定する。このようにして冷却水の代表水温Ｔｗｒを設定することにより、代表水温Ｔｗｒをより適切な値とすることができる。

以上説明した実施例の冷却装置２０では、冷却水の代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ未満のときには、バルブ閉弁制御を実行し、冷却水の代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ以上に至ると、バルブ開弁制御を開始する。そして、バルブ閉弁制御を実行しているときには、冷却水の水温Ｔｗｈｄを代表水温Ｔｗｒに設定し、バルブ開弁制御を開始した後には、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに緩変化処理を施して得られる値を代表水温Ｔｗｒに設定する。これにより、冷却水の代表水温Ｔｗｒをより適切な値とすることができる。

実施例の冷却装置２０では、代表水温Ｔｗｒが閾値Ｔｗｒｅｆ以上に至ってバルブ開弁制御を開始した後には、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに緩変化処理を施して得られる値を代表水温Ｔｗｒに設定するものとした。しかし、バルブ開弁制御を開始した後には、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖを代表水温Ｔｗｒに設定するものとしてもよい。

実施例の冷却装置２０では、水温センサ３０，３２，３４を備えるものとした。しかし、水温センサ３０を備えないものとしてもよい。この場合、冷却水の水温Ｔｗｈｄ，Ｔｗｏｔの差分を水温バラツキΔＴｗとして演算し、この水温バラツキΔＴｗを閾値ΔＴｗｒｅｆと比較すればよい。

実施例の冷却装置２０では、バルブ開弁制御を開始した後において、水温バラツキΔＴｗが閾値ΔＴｗｒｅｆ以下に至るまでは、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに基づいて代表水温Ｔｗｒを設定し、水温バラツキΔＴｗが閾値ΔＴｗｒｅｆ以下に至った後には、冷却水の水温Ｔｗｏｔを代表水温Ｔｗｒに設定するものとした。しかし、バルブ開弁制御を開始した後において、エンジン流路２３を流通する冷却水の積算流量が閾値以上に至るまでは、冷却水の水温Ｔｗｈｄおよび水温Ｔｗｏｔの平均値Ｔｗａｖに基づいて代表水温Ｔｗｒを設定し、この冷却水の積算流量が閾値以上に至った後には、冷却水の水温Ｔｗｏｔを代表水温Ｔｗｒに設定するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、循環流路２２が「循環流路」に相当し、電動ポンプ２６が「ポンプ」に相当し、制御バルブ２８が「バルブ」に相当し、水温センサ３４が「第１水温センサ」に相当し、水温センサ３２が「第２水温センサ」に相当し、電子制御ユニット４０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジンの冷却装置の製造産業などに利用可能である。

１０ エンジン装置、１２ エンジン、２０ 冷却装置、２２ 循環流路、２３ エンジン流路、２４ ラジエータ、２６ 電動ポンプ、２８ 制御バルブ、３０，３２，３４ 水温センサ、４０ 電子制御ユニット。

Claims (1)

1. 燃焼室を有するエンジンに形成されたエンジン流路を含んで構成される冷却水の循環流路と、
   前記循環流路の冷却水を圧送するポンプと、
   前記エンジン流路を流通する冷却水の流量を調節可能なバルブと、
   前記エンジン流路の出口部に取り付けられた第１水温センサと、
   前記エンジン流路における前記出口部よりも前記燃焼室に近い位置に取り付けられた第２水温センサと、
   前記第１水温センサの検出値および前記第２水温センサの検出値のうちの少なくとも１つに基づく冷却水の代表水温が閾値未満のときには、前記バルブを閉弁するバルブ閉弁制御を実行し、前記バルブ閉弁制御の実行中に前記代表水温が前記閾値以上に至ると、前記バルブを開弁するバルブ開弁制御を開始する制御装置と、
   を備えるエンジンの冷却装置であって、
   前記制御装置は、前記バルブ開弁制御を開始した後には、前記第１水温センサの検出値と前記第２水温センサの検出値との平均値に基づいて前記代表水温を設定する、
   エンジンの冷却装置。

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