JP2024000121A - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の高負荷領域での運転時に、ノッキングを誘発しやすい高温状態となることを効果的に抑制し、それにより遅角制御の実行を抑制す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。【解決手段】本発明は、冷却水によって内燃機関２を冷却する冷却回路３と、冷却回路３に接続され冷却回路３に冷却水を循環させる電動ウォーターポンプ４と、を有する内燃機関の冷却制御装置１であって、冷却水の水温を取得する水温取得手段と、内燃機関２の回転数ＮＥを取得する回転数取得手段と、内燃機関２の将来の負荷である予測負荷を推定する予測負荷推定手段と、取得された水温が所定の第１しきい値以上であり、かつ、推定された予測負荷が所定の第２しきい値以上である場合に、取得された回転数ＮＥに応じた出力で電動ウォーターポンプ４を駆動するポンプ制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、冷却回路を循環する冷却水の流量を制御することにより内燃機関の冷却を制御する内燃機関の冷却制御装置に関する。

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する燃費向上に関する研究開発が行われている。

一般に、自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、高負荷領域での運転などで燃焼室の温度が上昇するとノッキングが発生する可能性が高まる。そのため、内燃機関の冷却を行う冷媒（冷却水）が高温となった場合には、内燃機関の点火時期を最大トルクが得られる最適点火時期よりも遅角させる制御を行うことにより、燃焼室の圧力を下げ、ノッキングの発生を抑制している。

例えば特許文献１では、内燃機関の点火時期を進角させる制御の実行中にノッキングを検出した場合、点火時期を遅角させる制御を行うとともに、ウォーターポンプにより冷却水の流速を増加する制御を行うことで、異常燃焼を防止する技術が開示されている。

特開２００４－１１６３１０号公報

こうした従来の技術には、以下のような課題が残されている。すなわち、高負荷領域での運転において、冷却水が高温になることにより点火時期を遅角させる制御が実行される場合、それにより燃費が悪化するという問題がある。燃費の悪化を防ぐためには、高負荷領域での運転においてノッキングを誘発しやすい高温状態となることを効果的に防止し、それにより遅角制御の実行を可能な限り回避する必要がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の高負荷領域での運転時に、ノッキングを誘発しやすい高温状態となることを効果的に抑制し、それにより遅角制御の実行を抑制す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。そして、延いてはエネルギーの効率化に寄与するものである。

この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、冷却水によって内燃機関（実施形態における（以下、本項において同じ。）エンジン２）を冷却する冷却回路３と、冷却回路３に接続され冷却回路３に冷却水を循環させる電動ウォーターポンプ４と、を有する車両の内燃機関の冷却制御装置であって、冷却水の水温（第１水温Ｔｗ１、第２水温Ｔｗ２）を取得する水温取得手段（第１水温センサ６、第２水温センサ７）と、内燃機関の回転数ＮＥを取得する回転数取得手段（回転数センサ１３）と、内燃機関の将来の負荷である予測負荷を推定する予測負荷推定手段（ＥＣＵ１０、予測負荷推定部１１）と、取得された水温が所定の第１しきい値（第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２）以上であり、かつ、推定された予測負荷が所定の第２しきい値以上である場合に、取得された回転数ＮＥに応じた出力で電動ウォーターポンプ４を駆動する（図３のステップ３０２，３１３，３１９）ポンプ制御手段（ＥＣＵ１０、ポンプ制御部１２）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の冷却制御装置によれば、ポンプ制御手段により、冷却水の水温と、内燃機関の予測負荷のいずれもが所定のしきい値以上となった場合に、内燃機関の回転数に応じた出力で電動ウォーターポンプが駆動される。したがって、内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域にあると予測されるとともに、冷却水の水温が所定の高温となることで、近い未来においてノッキングの発生が予測される状況下で、内燃機関の回転数に応じた出力で電動ウォーターポンプを駆動することにより、冷却水の水温を低下させ、ノッキングの発生前に燃焼室の圧力を低下させることができる。

なお、電動ウォーターポンプの駆動から実際に冷却水温が低下するまでにはある程度の時間差が生じるが、上述のように、ノッキングの発生が確認されてからではなく、ノッキングの発生が予測される状況になった段階であらかじめ電動ウォーターポンプを駆動させるので、冷却水がノッキングを誘発するような高温状態となることを効果的に防止することができる。したがって、本発明によれば、内燃機関の高負荷領域での運転時に、ノッキングを誘発しやすい高温状態となることを効果的に抑制し、それにより遅角制御の実行を抑制することができ、燃費の向上を図ることができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置において、車両のアクセル開度ＡＰを取得するアクセル開度取得手段（アクセル開度センサ１４）を更に備え、予測負荷推定手段は、取得されたアクセル開度ＡＰ及び取得された回転数ＮＥに基づき車両の要求出力ＰＲＱを算出するとともに、直近の所定時間内に算出された要求出力の平均値ＰＲＱＭを予測負荷として算出し、ポンプ制御手段は、取得された水温が第１しきい値以上であり、かつ、算出された予測負荷が所定の第３しきい値（しきい値出力Ｐｒｅｆ）以上である場合に、取得された回転数ＮＥに応じた出力で電動ウォーターポンプ４を駆動する（図３のステップ３０２，３１３，３１９）ことを特徴とする。

この構成によれば、予測負荷推定手段により、直近の所定時間内に算出された車両の要求出力の平均値が予測負荷として算出され、ポンプ制御手段により、冷却水の水温と、車両の要求出力の平均値のいずれもが所定のしきい値以上となった場合に、内燃機関の回転数に応じた出力で電動ウォーターポンプが駆動される。電動ウォーターポンプを駆動して内燃機関を冷却する場合、必要以上の冷却により却って燃費が悪化してしまうことを防止するためには、内燃機関の予測負荷を高い精度で予測することが重要である。本構成では、運転条件には一定の継続性があることに着目し、直近の所定時間内の要求出力の平均値を予測負荷として算出するので、予測負荷を高精度で推定することができる。

したがって、本構成によれば、内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域にあると予測されるとともに、冷却水の水温が所定の高温となることで、近い未来においてノッキングの発生が予測される状況下で、内燃機関の回転数に応じた出力で電動ウォーターポンプを駆動することにより、あらかじめ冷却水の水温を低下させ、燃焼室の圧力を低下させることができる。これにより、内燃機関の高負荷領域での運転時に、ノッキングを誘発しやすい高温状態となることを効果的に抑制し、それにより遅角制御の実行を抑制することができ、燃費の向上を図ることができる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置において、ポンプ制御手段は、電動ウォーターポンプ４を駆動した後に予測負荷が第２しきい値を下回った場合に、所定の駆動維持時間が経過するまでの間、電動ウォーターポンプ４の駆動を維持する（図３のステップ３１５，３１６）ことを特徴とする。

この構成によれば、高負荷運転かつ高水温の状況下で電動ウォーターポンプを駆動した後に、予測負荷が所定のしきい値を下回った場合、すなわち近い未来に低負荷の運転状態となることが予測された場合であっても、所定時間が経過するまでは電動ウォーターポンプの駆動が維持される。内燃機関の運転状態が高負荷から低負荷に移行した場合、それに伴い冷却水の水温も徐々に低下することが見込まれるが、低負荷の運転状態となってから水温が低下し始めるまでにはある程度の時間差が生じる。本構成では、上述のとおり、所定時間が経過するまで電動ウォーターポンプの駆動を維持するので、高負荷運転から低負荷運転に移行した場合の水温低下速度の応答性を向上させることができる。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置において、外気の温度を表す外気温度パラメータを取得する外気温度パラメータ取得手段（第１水温センサ６、第２水温センサ７）を更に備え、ポンプ制御手段は、取得された外気温度パラメータ（水温差分ΔＴｗ）が所定の第４しきい値以上である場合には、電動ウォーターポンプ４の出力を低減する（図８のステップ８１７，８１１）ことを特徴とする。

この構成によれば、ポンプ制御手段により、外気温度パラメータが所定のしきい値以上である場合に、電動ウォーターポンプの出力が低減される。外気温度が高い場合、冷却水の放熱効率が下がり、冷却水の温度が下がりにくくなる場合がある。このような場合、電動ウォーターポンプを高い出力で駆動しても、内燃機関に対して期待されるような冷却効果が得られず、燃費の向上よりも電費の悪化の方が上回ってしまうことがある。本構成によれば、このような高い外気温の状況下において、電動ウォーターポンプの出力を抑制することにより、電費の悪化を防止することができる。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置において、冷却回路には、冷却水を冷却するためのラジエータ５が接続されており、水温取得手段は、冷却回路の内燃機関の下流側の水温を第１水温Ｔｗ１、ラジエータ５の下流側の水温を第２水温Ｔｗ２としてそれぞれ取得し、ポンプ制御手段は、第１水温Ｔｗ１と第２水温Ｔｗ２の差分（水温差分ΔＴｗ）が所定の第５しきい値（しきい値Ｔｒｅｆ）を下回る場合には、電動ウォーターポンプ４の出力を低減する（図８のステップ８１７，８１１）ことを特徴とする。

この構成によれば、ポンプ制御手段により、第１水温と第２水温の差分が所定のしきい値を下回る場合に、電動ウォーターポンプの出力が低減される。外気温度が高い場合などにおいて、ラジエータによる冷却水の放熱効率が低下し、冷却水の温度が下がりにくくなる場合がある。こうした場合には、内燃機関を通過した直後の冷却水の水温と、ラジエータを通過した直後の冷却水の水温の差が小さくなる。このような場合、電動ウォーターポンプを高い出力で駆動しても、内燃機関に対して期待されるような冷却効果が得られず、燃費の向上よりも電費の悪化の方が上回ってしまうことがある。本構成によれば、ラジエータによる冷却水の冷却効果が低下している状況下において、電動ウォーターポンプの出力を抑制することにより、電費の悪化を防止することができる。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置において、地図情報ＭＩを取得する地図情報取得手段を更に備え、予測負荷推定手段は、取得された地図情報ＭＩに基づき予測負荷を推定する（図９のステップ９１３，９１４、図１０）ことを特徴とする。

この構成によれば、予測負荷推定手段により、地図情報に基づき予測負荷が推定され、ポンプ制御手段により、冷却水の水温と、内燃機関の予測負荷のいずれもが所定のしきい値以上となった場合に、内燃機関の回転数に応じた出力で電動ウォーターポンプが駆動される。したがって、内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域にあると予測されるとともに、冷却水の水温が所定の高温となることで、近い未来においてノッキングの発生が予測される状況下で、内燃機関の回転数に応じた出力で電動ウォーターポンプを駆動することにより、冷却水の水温を低下させ、燃焼室の圧力を低下させることができる。これにより、内燃機関の高負荷領域での運転時に、ノッキングを誘発しやすい高温状態となることを効果的に抑制し、それにより遅角制御の実行を抑制することができ、燃費の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却制御装置の構成を内燃機関とともに概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却制御装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却制御処理を示すフローチャートである。 暖機完了後の内燃機関の回転数と電動ウォーターポンプの回転数の関係を示すテーブル（ベーステーブル）である。 予冷制御実行中の内燃機関の回転数と電動ウォーターポンプの回転数の関係を示すテーブル（予冷テーブル）である。 高水温時の内燃機関の回転数と電動ウォーターポンプの回転数の関係を示すテーブル（高水温テーブル）である。 通常制御と予冷制御の切替え時の動作例を示すタイミングチャートである。 別の実施形態に係る内燃機関の冷却制御処理を示すフローチャートである。 別の実施形態に係る内燃機関の冷却制御処理を示すフローチャートである。 地形判定制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却制御装置１を、内燃機関（以下「エンジン」という）２とともに概略的に示している。本実施形態のエンジン２は、ハイブリッド車両（以下「車両」という）に動力源として備えられるものである。この車両には、動力源としてエンジン２の他に不図示の電動機（以下「モータ」という）が備えられており、車両の走行状態に応じてエンジン２とモータのいずれか、又は両方が車両の動力源として用いられる。

図１に示すように、エンジン２には、エンジン２を冷却するための冷却回路３が接続されている。冷却回路３は、電動ウォーターポンプ（以下、「ＥＷＰ」という）４及びラジエータ５を通る回路であり、その内部を冷却水が満たしている。冷却水は、ＥＷＰ４により送出されることによって冷却回路３内を循環し、エンジン２と熱交換を行うことによってエンジン２を冷却し、ラジエータ５と熱交換を行うことにより熱を外部に放出する。また、冷却回路３にはサーモスタット８が設けられており、冷却水の温度に応じて冷却水の通路の切替え（ラジエータ５を通る通路と通らない通路）を行うことにより、冷却水の温度を所定の温度範囲（例えば７５～８５℃）に安定的に保つように構成されている。

ＥＷＰ４は、バッテリ（図示せず）等から電力を供給されるアクチュエータ（モータ）によって駆動され、内蔵するインペラーの回転により冷却水を冷却回路３内で循環させる。ＥＷＰ４のインペラーの回転数（以下、「ＥＷＰ回転数」という）が上がると、循環する冷却水の流速が上昇することにより、エンジン２に対する冷却効果が上昇する。ＥＷＰ４のアクチュエータは、後述するＥＣＵ１０の制御により駆動される。すなわち、ＥＷＰ４の動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。

冷却回路３のエンジン２の下流側には、第１水温センサ６が設けられており、ラジエータ５の下流側には、第２水温センサ７が設けられている。第１及び第２水温センサ６、７は、それらの設置位置における冷却水の温度を、第１水温Ｔｗ１、第２水温Ｔｗ２としてそれぞれ検出する。それらの検出信号は、ＥＣＵ１０に出力される。

図２は、本実施形態に係る冷却制御装置１の制御系の構成を示す。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ１０には、上述した第１水温センサ６、第２水温センサ７の他、エンジン２の回転数ＮＥを検出する回転数センサ１３、車両のアクセルペダルの操作量（アクセル開度ＡＰ）を検出するアクセル開度センサ１４などが接続されており、それらの検出信号が逐次、入力される。

ＥＣＵ１０は、ＲＯＭ又はＲＡＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、予測負荷推定部１１及びポンプ制御部１２の機能を実現する。予測負荷推定部１１は、検出されたエンジン２の回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに基づき、車両の現在の要求出力ＰＲＱを算出する。また、後述するように、所定の水温条件が満たされた場合に、直近の所定時間内に算出された要求出力ＰＲＱの平均値ＰＲＱＭを、エンジン２の近い未来の負荷である予測負荷として算出する。また、ポンプ制御部１２は、後述するように、予測負荷推定部１１が推定した予測負荷及び上述した各種センサの検出信号に応じて、ＥＷＰ４の駆動を制御することにより、エンジン２の冷却制御を実行する。

以上のように構成される本実施形態に係る冷却制御装置１の動作について、図３から図７を参照して説明する。本実施形態に係る冷却制御装置１は、主に冷却水の水温（第１水温Ｔｗ１）に応じて、計４種類のマップ及びテーブル（冷間時マップ、暖機時テーブル、予冷テーブル、高水温テーブル）に従ってＥＷＰ４の駆動を制御する。

図３は、本実施形態に係る冷却制御処理を示すフローチャートである。本処理は、エンジン２の通常運転状態において、所定時間ごとに繰り返し実行される。本処理では、まずステップ３０１（「Ｓ３０１」と図示。以下同じ）において、エンジン２の下流側の水温である第１水温Ｔｗ１が、所定の第１しきい値水温Ｔｒｅｆ１より低いか否かを判別する。第１しきい値水温Ｔｒｅｆ１は、第１水温Ｔｗ１が当該温度以上である場合には、直ちに冷却水を冷却する必要があるような高水温として設定される。本実施形態では、第１しきい値水温Ｔｒｅｆ１は、例えば９８℃に設定される。

ステップ３０１の判別結果がＹＥＳの場合、すなわち検出された第１水温Ｔｗ１が第１しきい値水温Ｔｒｅｆ１よりも低い場合、ステップ３０２に進む。ステップ３０２では、第１水温Ｔｗ１が、所定の第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２より低いか否かを判別する。第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２は、第１水温Ｔｗ１が当該温度以上である場合には、車両が高負荷走行を行った場合にノッキングが誘発される可能性が高いと判断される高水温として設定される。本実施形態では、第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２は、例えば８５℃に設定される。

ステップ３０２の判別結果がＹＥＳの場合、すなわち検出された第１水温Ｔｗ１が第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２よりも低い場合、ステップ３０３に進む。ステップ３０３では、第１水温Ｔｗ１が、所定の第３しきい値水温Ｔｒｅｆ３より低いか否かを判別する。第３しきい値水温Ｔｒｅｆ３は、第１水温Ｔｗ１が当該温度以上である場合には、機関の暖機が完了していると判断される水温として設定される。本実施形態では、第３しきい値水温Ｔｒｅｆ３は、例えば７５℃に設定される。

ステップ３０３の判別結果がＹＥＳの場合、すなわち検出された第１水温Ｔｗ１が第３しきい値水温Ｔｒｅｆ３よりも低い場合、未だエンジン２の暖機が完了していないと判断し、ステップ３０４に進む。ステップ３０４では、後述する予冷制御継続タイマーの値をリセットし、その後、ステップ３０５に進む。ステップ３０５では、後述する要求出力平均値算出フラグＦ＿ＰＲＱＭの値を「０」にセットする。次いで、ステップ３０６に進み、後述する予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御の値を「０」にセットし、その後、ステップ３０７に進む。

ステップ３０７では、ＥＣＵ１０のポンプ制御部１２により、冷間時マップ（不図示）を検索してＥＷＰ４の駆動を制御し、本処理を終了する。冷間時マップは、例えばエンジン２の回転数ＮＥと吸入空気量に基づきＥＷＰ回転数を定めるものとすることができる。冷間時マップは、エンジン２の暖機完了前の低水温の場合に用いられるマップであるため、エンジン２の早期暖機を妨げることがないよう、ＥＷＰ回転数は抑制されたものとなる。

一方、ステップ３０３の判別結果がＮＯの場合、すなわち検出された第１水温Ｔｗ１が第３しきい値水温Ｔｒｅｆ３以上である場合、エンジン２の暖機は完了したと判断し、ステップ３０８に進む。ステップ３０８では、後述する要求出力平均値算出フラグＦ＿ＰＲＱＭの値を「０」にセットし、その後、ステップ３０９に進む。ステップ３０９では、後述する予冷制御継続タイマーの値をリセットする。次いで、ステップ３１０に進み、後述する予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御の値を「０」にセットし、その後、ステップ３１１に進む。

ステップ３１１では、ＥＣＵ１０のポンプ制御部１２により、図４に示すベーステーブルを検索してＥＷＰ４の駆動を制御する通常制御を実行し、本処理を終了する。ベーステーブルは、エンジン２の回転数ＮＥに応じてＥＷＰ回転数を定めるものであり、回転数ＮＥが所定値を超えると、回転数ＮＥが上がるほどＥＷＰ回転数が大きくなるように設定されている。この通常制御は、冷却水の温度を所定の温度範囲（例えば、７５～８５℃）に維持することを目的として実行されるものである。

次に、ステップ３０２の判別結果がＮＯの場合、すなわち検出された第１水温Ｔｗ１が第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２以上である場合、車両が高負荷走行を行った場合にノッキングが誘発される可能性が高いと判断し、ステップ３１２に進む。ステップ３１２では、要求出力平均値算出フラグＦ＿ＰＲＱＭの値を「１」にセットする。これにより、ＥＣＵ１０の予測負荷推定部１１が、エンジン２の近い未来の負荷である予測負荷の推定を開始する。具体的には、直近の所定時間（例えば、１０秒）内に算出された車両の要求出力ＰＲＱの平均値ＰＲＱＭを、エンジン２の予測負荷として算出する。

次いで、ステップ３１３では、算出された要求出力平均値ＰＲＱＭが、所定のしきい値出力Ｐｒｅｆ以上であるか否かを判別する。しきい値出力Ｐｒｅｆは、任意の高い要求出力の値として設定することができる。本実施形態では、しきい値出力Ｐｒｅｆは、例えば２０ｋＷに設定される。

ステップ３１３の判別結果がＹＥＳの場合、すなわち要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆ以上である場合、エンジン２においてノッキングが誘発される可能性が高いと判断し、ステップ３１７に進む。ステップ３１７では、後述する予冷制御継続タイマーの値をリセットする。次いで、ステップ３１８に進み、予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御の値を「１」にセットし、その後、ステップ３１９に進む。予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御は、後述する予冷テーブルに基づくＥＷＰ４の駆動制御が実行される場合に「１」にセットされるものである。

ステップ３１９では、ＥＣＵ１０のポンプ制御部１２により、図５に示す予冷テーブルを検索してＥＷＰ４の駆動を制御する予冷制御を実行し、本処理を終了する。図５では、比較のため、図４に示したベーステーブルの値を破線で示している。予冷テーブルは、ベーステーブルと同様にエンジン２の回転数ＮＥに応じてＥＷＰ回転数を定めるものであるが、ベーステーブルと比較すると、低い回転数ＮＥであっても一定以上のＥＷＰ回転数が保持され、回転数ＮＥの上昇に対してより大きな傾きでＥＷＰ回転数が上昇するように設定されている。

上述のとおり、予冷制御を実行するのは、冷却水の水温が高く、かつ、予測負荷が大きい場合であり、すなわち、近い未来においてエンジン２におけるノッキングが発生しやすいと判断される場合である。したがって、予冷テーブルは、ベーステーブルと比べると、回転数ＮＥの全域においてＥＷＰ回転数がより大きく、エンジン２に対してより高い冷却効果が得られるように設定されている。これにより、エンジン２の燃焼室の温度を速やかに低下させ、ノッキングの発生を未然に防止することで、ノッキング回避のための遅角制御の実行回数を低減し、燃費の向上に寄与するものである。

続いて、ステップ３１３の判別結果がＮＯである場合について説明する。ステップ３１３の判別結果がＮＯである場合、すなわち、要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆより低い場合、車両は高負荷走行を行っていないと判断し、ステップ３１４に進む。ステップ３１４では、予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御の値が「１」であるか否かを判別する。これにより、直前に行われた冷却制御が予冷テーブルを用いた予冷制御であったかどうかを判定する。ステップ３１４の判別結果がＮＯであり、直前に行われた冷却制御が予冷制御ではない場合、ステップ３０９、ステップ３１０を経てステップ３１１に進み、ベーステーブルを用いてＥＷＰ４の駆動を制御し、本処理を終了する。

一方、ステップ３１４の判別結果がＹＥＳであり、直前に行われた冷却制御が予冷制御である場合は、エンジン２の運転状態が高負荷から低負荷に移行した直後の状態であると判断できるため、続くステップ３１５及び３１６により、所定の予冷制御継続時間が経過するまでの間は予冷制御を維持し続けることにより、速やかに冷却水の水温を低下させる。これにより、エンジン２が高負荷運転から低負荷運転に移行した場合の水温低下速度の応答性を向上させることができる。

ステップ３１５では、上述した予冷制御継続時間の経過を判定するための予冷制御継続タイマーをスタートさせる。予冷制御継続時間は、例えば１０秒に設定され、予冷制御継続タイマーは、設定された時間（１０秒）をカウントダウンにより計測するものとすることができる。

ステップ３１６では、予冷制御継続タイマーの値が０以下となったか否かを判別する。この判別結果がＮＯの場合は、未だ予冷制御継続時間が経過していないと判定し、ステップ３１８を経てステップ３１９に進み、予冷制御を実行して本処理を終了する。

一方、ステップ３１６の判別結果がＹＥＳの場合には、予冷制御継続時間が経過したと判定し、ステップ３１０を経てステップ３１１に進み、通常制御を実行して本処理を終了する。

続いて、ステップ３０１の判別結果がＮＯである場合について説明する。ステップ３０１の判別結果がＮＯの場合、すなわち検出された第１水温Ｔｗ１が第１しきい値水温Ｔｒｅｆ１以上である場合、冷却水は、直ちに冷却されることが必要な高温状態であると判定し、ステップ３２０に進む。ステップ３２０では、予冷制御継続タイマーの値をリセットし、その後、ステップ３２１に進む。ステップ３２１では、要求出力平均値算出フラグＦ＿ＰＲＱＭの値を「０」にセットする。次いで、ステップ３２２に進み、予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御の値を「０」にセットし、その後、ステップ３２３に進む。

ステップ３２３では、ＥＣＵ１０のポンプ制御部１２により、図６に示す高水温テーブルを検索してＥＷＰ４の駆動を制御する高水温制御を実行し、本処理を終了する。図６では、比較のため、図５に示した予冷テーブルの値を破線で示している。高水温テーブルは、ベーステーブル及び予冷テーブルと同様に、エンジン２の回転数ＮＥに応じてＥＷＰ回転数を定めるものであるが、予冷テーブルと比較すると、より低い回転数ＮＥからＥＷＰ回転数が最大に近い値となるように設定されている。これにより、冷却水の流速を最大化することで冷却水の冷却を促進し、エンジン２に対してもより高い冷却効果が得られるようにされている。

次に、図７を参照しながら、通常制御と予冷制御の切替え時の動作例について説明する。同図のタイミングチャートは、上述した通常制御から予冷制御への移行、及び予冷制御から通常制御への移行の際の各部の動作例を示すものである。なお、ＥＶモードフラグＦ＿ＥＶは、車両の動力源としてのエンジン２とモータの切替えを示すフラグであり、ＥＶモードフラグＦ＿ＥＶが「１」のときにはモータが動力源として用いられ、「０」のときにはエンジン２が動力源として用いられることを示す。

同図の時刻ｔ０においては、ＥＶモードフラグＦ＿ＥＶが「１」であり、モータが車両の動力源として用いられている。このとき、第１水温Ｔｗ１は第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２よりも低く、ＥＷＰ４に対して通常制御が実行されている。その後、ＥＶモードフラグＦ＿ＥＶが「０」となり、エンジン２が動力源として使用され始めると、回転数ＮＥが上昇し、第１水温Ｔｗ１も上昇を開始する。

その後、第１水温Ｔｗ１が第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２以上となったタイミング（時刻ｔ１）で、要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆを超えたか否かの判定が開始される。その後、要求出力平均値ＰＲＱＭの上昇に伴い、ＰＲＱＭ≧Ｐｒｅｆが成立したタイミング（時刻ｔ２）で、予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御が「１」にセットされ、予冷制御が実行されることにより、ＥＷＰ回転数が上昇する。なお、時刻ｔ２から時刻ｔ７の間において、予冷制御を実行せず通常制御を継続した場合のＥＷＰ回転数の変化及び第１水温Ｔｗ１の変化を示す仮想線をそれぞれ破線で示している。予冷制御が実行されることにより、通常制御の場合よりもＥＷＰ回転数が上昇し、それにより、第１水温Ｔｗ１が徐々に低下する。

その後、時刻ｔ３において、再びＥＶモードフラグＦ＿ＥＶが「１」となり、モータが動力源として使用され始めると、回転数ＮＥは０となるが、ＥＷＰ４は予冷制御により駆動を続ける。その後、要求出力平均値ＰＲＱＭが低下し、ＰＲＱＭ≧Ｐｒｅｆが成立しなくなったタイミング（時刻ｔ４）で、予冷制御継続タイマーがカウントダウンを開始する。その後、所定の予冷制御継続時間（１０秒）が経過したタイミング（時刻ｔ５）で、予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御が「０」にセットされ、予冷制御を終了して通常制御へと切り替わる。

その後、再び要求出力平均値ＰＲＱＭが上昇し、時刻ｔ６において、再度ＰＲＱＭ≧Ｐｒｅｆが成立すると、同じタイミングでＥＶモードフラグＦ＿ＥＶが「０」に切り替わり、エンジン２が動力源として使用開始される。このとき、第１水温Ｔｗ１は依然として第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２以上であり、ＰＲＱＭ≧Ｐｒｅｆが成立しているので、予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御が再び「１」にセットされ、予冷制御が実行されると同時に、予冷制御継続タイマーがリセットされる。

次いで、時刻ｔ７において、第１水温Ｔｗ１が第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２を下回ったことにより、予冷制御実行フラグＦ＿予冷制御が「０」にセットされ、予冷制御から通常制御に移行する。

以上のように、本実施形態の冷却制御装置１によれば、第１水温Ｔｗ１が第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２以上であり、エンジン２の将来の負荷として算出される車両の要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆ以上である場合に、エンジン２の回転数ＮＥに応じて、通常制御よりも高い出力でＥＷＰ４を駆動する予冷制御を実行する。これにより、近い未来にエンジン２においてノッキングが発生する可能性が高い「高水温、高負荷」の運転状態において、冷却水の水温を低下させることでエンジン２を冷却し、ノッキングの発生前に燃焼室の圧力を低下させることができる。

このように、実際にノッキングの発生が確認された後ではなく、近い未来にノッキングが誘発される運転状態となることを高い精度で予測し、あらかじめ、より高い回転数でＥＷＰ４を駆動する予冷制御を実行することで、冷却水の温度が上昇しエンジン２がノッキングが誘発される高温状態となることを事前に回避することができるので、エンジン２に対して遅角制御を実行する必要が生じる状況を回避することが可能となる。したがって、本実施形態の冷却制御装置１を用いることで、エンジン２の高負荷領域での運転時に、ノッキングを誘発しやすい高温状態となることを効果的に抑制し、それにより遅角制御の実行を抑制することができ、燃費の向上を図ることができる。

また、予冷制御の実行が開始された後、エンジン２の予測負荷である要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆを下回った場合には、所定の予冷制御継続時間が経過するまでの間は予冷制御の実行を継続することにより、速やかに冷却水の水温を低下させることができる。これにより、エンジン２が高負荷運転から低負荷運転に移行した場合の水温低下速度の応答性を向上させることができる。

次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る冷却制御装置２１について説明する。冷却制御装置２１の構成は、上述した実施形態の冷却制御装置１と同様であるが、第２実施形態に係る冷却制御においては、予冷制御を実行するまでの判定処理において上述の実施形態と異なる点がある。以下、具体的に説明する。

図８のステップ８０１からステップ８１２までの制御処理は、図３のステップ３０１からステップ３１２までの制御処理と同様であるが、第２実施形態では、ステップ８１３において、要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆ以上であるか否かの判別結果がＹＥＳであった場合に、さらにステップ８１７で水温差分ΔＴｗが所定のしきい値Ｔｒｅｆより低いか否かの判別を行う点を特徴としている。ここで、水温差分ΔＴｗは、第１水温Ｔｗ１と第２水温Ｔｗ２の差として定義されるパラメータである。

上述のとおり、第１水温Ｔｗ１は、エンジン２の下流側の水温であり、第２水温Ｔｗ２は、ラジエータ５の下流側の水温である。通常の運転時であれば、第１水温Ｔｗ１は、高温のエンジン２と熱交換を行った直後の水温であり、第２水温Ｔｗ２は、熱を外部に放出するラジエータ５と熱交換を行った直後の水温であるため、第１水温Ｔｗ１は第２水温Ｔｗ２よりも高温となる。したがって、「Ｔｗ１－Ｔｗ２」で定義される水温差分ΔＴｗは、比較的大きな値となる。ところが、外気温が高い場合などにおいて、ラジエータ５による放熱効率が低下し、冷却水の温度が下がりにくくなると、第２水温Ｔｗ２が高温となり、第１水温Ｔｗ１と第２水温Ｔｗ２の差が小さくなるため、水温差分ΔＴｗは、比較的小さな値となる。

このような場合、ＥＷＰ４を高い出力で駆動し、冷却水の流速を上昇させても、エンジン２に対して期待されるような冷却効果が得られず、ノッキングの回避効果も得にくくなる場合がある。したがって、このような場合には、予冷制御を実行しても燃費の向上が望めず、むしろ電費の悪化が大きくなってしまうことが想定される。そこで、本実施形態においては、ステップ８１７において、水温差分ΔＴｗがしきい値Ｔｒｅｆより低いか否かの判別ステップを入れることにより、予冷制御による効果が見込める場合のみ予冷制御を実行するようにしている。ここで、しきい値Ｔｒｅｆは、水温差分ΔＴｗが当該値を下回る場合には、冷却水の放熱効率が低下しており、予冷制御による効果が小さいと判断できる値に設定される。

ステップ８１７の判別結果がＮＯの場合、冷却水による冷却効果は通常どおり発揮されており、予冷制御実行による効果が見込めると判定し、図３のステップ３１７、３１８と同様の処理であるステップ８１８、８１９を経てステップ８２０へと進み、図３のステップ３１９と同様に予冷制御を実行して本処理を終了する。

一方、ステップ８１７の判別結果がＹＥＳの場合、冷却水による冷却効果は小さくなっており、予冷制御実行による効果は小さいと判定し、ステップ８１４に進む。ステップ８１４では、図３のステップ３１４と同様に、直前に行われた冷却制御が予冷テーブルを用いた予冷制御であったかどうかを判定する。ステップ８１４の判別結果がＮＯであり、直前に行われた冷却制御が予冷制御ではない場合、ステップ８０９、ステップ８１０を経てステップ８１１に進み、ベーステーブルを用いてＥＷＰ４の駆動を制御し、本処理を終了する。

また、ステップ８１４の判別結果がＹＥＳであり、直前に行われた冷却制御が予冷制御である場合は、図３のステップ３１５、３１６と同様の処理をステップ８１５、８１６で行い、所定の予冷制御継続時間が経過した後に、ステップ８１０を経てステップ８１１に進み、ベーステーブルを用いてＥＷＰ４の駆動を制御し、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態の冷却制御装置２１によれば、第１水温Ｔｗ１が第２しきい値水温Ｔｒｅｆ２以上であり、エンジン２の将来の負荷として算出される車両の要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆ以上である場合であっても、水温差分ΔＴｗがしきい値Ｔｒｅｆを下回っている場合には、高い外気温等の要因により冷却水による冷却効果が小さくなっており、予冷制御実行による効果が小さいと判定し、予冷制御の実行を回避し、通常制御を実行することによってＥＷＰ４の出力を抑制するので、電費の悪化を防止することができる。

なお、本実施形態において、高い外気温等による冷却水の冷却効果及び予冷制御実行による効果の有無を判定するためのパラメータとして、「Ｔｗ１－Ｔｗ２」で定義される水温差分ΔＴｗを用いたが、同パラメータとして異なる値を用いることも可能である。例えば、別の水温センサを用いてエンジン２の上流側の水温（又はＥＷＰ４の上流側の水温）を第３水温Ｔｗ３として取得し、「Ｔｗ１－Ｔｗ３」で定義される値を水温差分として使用してもよい。また、より簡易な構成としては、上記のパラメータとして、第１水温Ｔｗ１や第３水温Ｔｗ３の値自体を所定のしきい値と比較するようにしてもよい。さらに、外気温そのものや、吸気温度、吸気マニホルド内の温度（インマニ温度）などを検出し、これを上記のパラメータとして用いる構成とすることも可能である。

次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係る冷却制御装置３１について説明する。冷却制御装置３１の構成は、上述した実施形態の冷却制御装置１とほぼ同様であるが、ＥＣＵ１０が、インターネットや車両に搭載されたＧＰＳ及びカーナビゲーションシステムを介して地図情報ＭＩを取得し、これを予測負荷の推定に用いる点で上述の実施形態と相違している。以下、具体的に説明する。

図９のステップ９０１からステップ９１２までの制御処理は、図３のステップ３０１からステップ３１２までの制御処理と同様であるが、第３実施形態では、ステップ９１３において、近い未来の車両の経路上の地形がエンジン２の高負荷運転を必要とするものであるか否かを判定する地形判定を行い、その判定結果（高負荷地形フラグＦ＿高負荷地形）に基づき予冷制御を行うか否かの判定を行う点を特徴としている。

図１０は、図９のステップ９１３で行う地形判定のサブルーチンを示している。本処理では、まずステップ１０１において、インターネットや車両に搭載されたＧＰＳ及びカーナビゲーションシステムを介して地図情報ＭＩを取得する。地図情報ＭＩは、例えば、ＧＰＳを用いて取得した車両の現在位置と、進行方向上の道路情報（直線状か曲線状か、勾配の有無、渋滞情報など）を含むものとすることができる。

次いで、ステップ１０２では、車両の要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳの場合、ステップ１０３に進む。ステップ１０３では、ステップ１０１で取得した地図情報ＭＩを参照し、車両の進行方向上の道路が直線状であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合、冷却水が高温であり、車両の直近の運転状態が高負荷運転であり、かつ、進行方向上の道路が直線状であることから、エンジン２の予測負荷が大きいと判断し、ステップ１０４で高負荷地形フラグＦ＿高負荷地形の値を「１」にセットし、本処理を終了する。

一方、ステップ１０３の判定結果がＮＯであり、車両の進行方向上の道路が直線状ではない場合は、エンジン２の予測負荷は大きくないと判断し、ステップ１０６で高負荷地形フラグＦ＿高負荷地形の値を「０」にセットし、本処理を終了する。

また、ステップ１０２の判別結果がＮＯの場合、すなわち車両の要求出力平均値ＰＲＱＭがしきい値出力Ｐｒｅｆより低い場合、ステップ１０５に進む。ステップ１０５では、ステップ１０１で取得した地図情報ＭＩを参照し、車両の進行方向上の道路が上り勾配であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合、直近の運転状態が高負荷運転ではなくても、近い未来の負荷が大きくなる可能性があるとの判断の下、ステップ１０３に進み、進行方向上の道路が直線状であるか否かの判定が行われる。一方、ステップ１０５の判別結果がＮＯの場合、エンジン２の予測負荷は大きくないと判断し、ステップ１０６に進み、高負荷地形フラグＦ＿高負荷地形の値を「０」にセットし、本処理を終了する。

図９に戻り、ステップ９１３で上述の地形判定が行われた後は、ステップ９１４に進み、高負荷地形フラグＦ＿高負荷地形の値が「１」であるか否かの判別を行う。この判別結果がＹＥＳの場合、エンジン２の予測負荷が大きいとの判断の下、図３のステップ３１７、３１８と同様の処理であるステップ９１８、９１９を経てステップ９２０へと進み、図３のステップ３１９と同様に予冷制御を実行して本処理を終了する。

一方、ステップ９１４の判別結果がＮＯの場合、エンジン２の予測負荷は大きくないとの判断の下、ステップ９１５に進む。ステップ９１５では、図３のステップ３１４と同様に、直前に行われた冷却制御が予冷テーブルを用いた予冷制御であったかどうかを判別する。ステップ９１５の判別結果がＮＯであり、直前に行われた冷却制御が予冷制御ではない場合、ステップ９０９、ステップ９１０を経てステップ９１１に進み、ベーステーブルを用いてＥＷＰ４の駆動を制御し、本処理を終了する。

また、ステップ９１５の判別結果がＹＥＳであり、直前に行われた冷却制御が予冷制御である場合は、図３のステップ３１５、３１６と同様の処理をステップ９１６、９１７で行い、所定の予冷制御継続時間が経過した後に、ステップ９１０を経てステップ９１１に進み、ベーステーブルを用いてＥＷＰ４の駆動を制御し、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態の冷却制御装置３１によれば、車両の要求出力に加え、地図情報ＭＩに基づき進行方向上の地形を考慮して、エンジン２の予測負荷が大きいか否かを推定するので、より高い精度で予測負荷の推定を行うことができる。また、予測負荷が大きいと判定した場合、エンジン２の回転数ＮＥに応じて、通常制御時よりも高い出力でＥＷＰ４を駆動する予冷制御を実行するので、冷却水の水温を低下させることでエンジン２を効果的に冷却し、ノッキングの発生前に燃焼室の圧力を低下させることができる。これにより、エンジン２に対して遅角制御を実行する必要が生じる状況を回避することが可能となるので、燃費の向上を図ることができる。

なお、本実施形態では、車両の要求出力と地図情報ＭＩの両方に基づき予測負荷の推定を行う構成としたが、より簡易な構成として、地図情報ＭＩのみに基づき予測負荷の推定を行う構成とすることも可能である。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。また、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 冷却制御装置
２ エンジン（内燃機関）
３ 冷却回路
４ ＥＷＰ（電動ウォーターポンプ）
５ ラジエータ
６ 第１水温センサ（水温取得手段）
７ 第２水温センサ（水温取得手段）
１０ ＥＣＵ（予測負荷推定手段、ポンプ制御手段）
１１ 予測負荷推定部（予測負荷推定手段）
１２ ポンプ制御部（ポンプ制御手段）
１３ 回転数センサ（回転数取得手段）
１４ アクセル開度センサ（アクセル開度取得手段）
ＡＰ アクセル開度
ＭＩ 地図情報
ＮＥ 回転数
Ｐｒｅｆ しきい値出力（第３しきい値）
ＰＲＱ 要求出力
ＰＲＱＭ 要求出力平均値
Ｔｒｅｆ１ 第１しきい値水温
Ｔｒｅｆ２ 第２しきい値水温（第１しきい値）
Ｔｒｅｆ３ 第３しきい値水温
Ｔｗ１ 第１水温
Ｔｗ２ 第２水温
ΔＴｗ 水温差分（第１水温と第２水温の差分）

Claims (6)

1. 冷却水によって内燃機関を冷却する冷却回路と、前記冷却回路に接続され前記冷却回路に前記冷却水を循環させる電動ウォーターポンプと、を有する車両の内燃機関の冷却制御装置であって、
   前記冷却水の水温を取得する水温取得手段と、
   前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、
   前記内燃機関の将来の負荷である予測負荷を推定する予測負荷推定手段と、
   前記取得された水温が所定の第１しきい値以上であり、かつ、前記推定された予測負荷が所定の第２しきい値以上である場合に、前記取得された回転数に応じた出力で前記電動ウォーターポンプを駆動するポンプ制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
2. 前記車両のアクセル開度を取得するアクセル開度取得手段を更に備え、
   前記予測負荷推定手段は、前記取得されたアクセル開度及び前記取得された回転数に基づき前記車両の要求出力を算出するとともに、直近の所定時間内に算出された前記要求出力の平均値を前記予測負荷として算出し、
   前記ポンプ制御手段は、前記取得された水温が前記第１しきい値以上であり、かつ、前記算出された予測負荷が所定の第３しきい値以上である場合に、前記取得された回転数に応じた出力で前記電動ウォーターポンプを駆動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制御装置。
3. 前記ポンプ制御手段は、前記電動ウォーターポンプを駆動した後に前記予測負荷が前記第２しきい値を下回った場合に、所定の駆動維持時間が経過するまでの間、前記電動ウォーターポンプの駆動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制御装置。
4. 外気の温度を表す外気温度パラメータを取得する外気温度パラメータ取得手段を更に備え、
   前記ポンプ制御手段は、前記取得された外気温度パラメータが所定の第４しきい値以上である場合には、前記電動ウォーターポンプの出力を低減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制御装置。
5. 前記冷却回路には、前記冷却水を冷却するためのラジエータが接続されており、
   前記水温取得手段は、前記冷却回路の前記内燃機関の下流側の水温を第１水温、前記ラジエータの下流側の水温を第２水温としてそれぞれ取得し、
   前記ポンプ制御手段は、前記第１水温と前記第２水温の差分が所定の第５しきい値を下回る場合には、前記電動ウォーターポンプの出力を低減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制御装置。
6. 地図情報を取得する地図情報取得手段を更に備え、
   前記予測負荷推定手段は、前記取得された地図情報に基づき前記予測負荷を推定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制御装置。

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