JP3891512B2 - 内燃機関の冷却制御装置および冷却制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等の内燃機関と熱交換機間に冷却媒体の循環路を形成し、内燃機関を冷却するための冷却制御装置および冷却制御方法に関し、特に内燃機関内に循環させる冷却媒体の温度を最適な状態に制御し得るようにした冷却制御装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に使用される内燃機関（以下エンジンと称する）においては、これを冷却するために一般にラジエータを用いる水冷式の冷却装置が使用されている。この種の冷却装置においては、エンジンに導入する冷却水の温度を制御するためにラジエータ側に循環させる冷却水量を調節する熱膨張体を用いたサーモスタット、或いは電気制御によるバルブユニットが使用されている。
図１３は、電気制御によるバルブユニットを用いた自動車用エンジンの冷却装置の一例を示したものである。
符号１はシリンダブロック１ａおよびシリンダヘッド１ｂより構成されたエンジンであり、このエンジン１のシリンダブロック１ａおよびシリンダヘッド１ｂ内には矢印ｃで示した流体通路が形成されている。
また２は熱交換機、すなわちラジエータを示し、このラジエータ２には周知のとおり流体通路２ｃが形成されており、ラジエータ２の冷却水入口部２ａおよび冷却水出口部２ｂは、前記エンジン１との間で冷却水を循環させる冷却水路３に接続されている。
【０００３】
冷却水路３は、エンジン１の上部に設けられた冷却水の流出部１ｄからラジエータ２の上部に設けられた冷却水の流入部２ａまで連通する流出側冷却水路３ａと、ラジエータ２の下部に設けられた冷却水の流出部２ｂからエンジン１の下部に設けられた冷却水の流入部１ｅまで連通する流入側冷却水路３ｂと、両冷却水路３ａ，３ｂの途中部位を接続するバイパス水路３ｃより構成されている。
これらエンジン１、ラジエータ２、冷却水路３とにより冷却媒体の循環路４が形成されている。そして、バイパス水路３ｃの分岐部とラジエータ２の冷却水の流入部２ａとの間の流出側冷却水路３ａには、電気制御によるバルブユニット５が接続されている。
このバルブユニット５には、例えばバタフライバルブが使用されており、バルブユニット５内に配置された例えば電気モータ（図示せず）の正逆転作用により開閉動作され、ラジエータ２側に送り出す冷却水の流量が調節できるように構成されている。
【０００４】
一方、前記流入側冷却水路３ｂとバイパス水路３ｃとの接続部には、例えばサーミスタ等の温度検知素子６が配置されている。この温度検知素子６による検出値は、変換器７によってエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと称する）８が認識可能なデータに変換され、エンジン全体の運転状態を制御する前記ＥＣＵ８に供給されるように構成されている。
ＥＣＵ８からは、前記温度検知素子６による冷却水の温度検出値に基づいてモータ制御回路９に対して制御信号が供給されるように成され、モータ制御回路９は、ＥＣＵ８からの制御信号によりバッテリー１０より、バルブユニット５に配置された前記モータに対して駆動電流が供給されるように構成されている。
なお、図１３において符号１１はエンジン１の流入部１ｅ部分に配置されたウォーターポンプであり、エンジン１の図示しないクランクシャフトの回転により回転軸が回転されて冷却水を強制的に循環させるものである。また、符号１２はラジエータ２に強制的に冷却風を取り入れるためのファンユニットであり、冷却ファン１２ａと、これを回転駆動する電動モータ１２ｂより構成されている。
【０００５】
以上の構成において、エンジン１の起動と共に、前記ウォーターポンプ１１が回転し冷却水を強制循環させる。この場合、エンジン起動直後においては温度検知素子６により検出される冷却水の温度は低いため、ＥＣＵ８からはバルブユニット５に対して閉弁状態とする信号が出力され、バタフライバルブの開度を制御する図示しないモータの駆動によりバルブが閉じられた状態に制御される。
このために、エンジン１から吐出される冷却水の殆どはバイパス通路３ｃを通して循環するように成され、ラジエータ２による冷却水の放熱作用は少ない。
そしてエンジン１が暖気され、冷却水の水温が上昇すると温度検知素子６により検出される冷却水の温度に応じてＥＣＵ８からはバルブユニット５に対して開弁指令が供給され、バタフライバルブは開弁される。
従って冷却水はバルブの開度に応じてラジエータ２側に循環し、ファンユニット１２によって強制冷却される。このラジエータ２を循環した冷却水は、バイパス通路３ｃを循環した冷却水と混合されてエンジン１の通路ｃを流れ、エンジン１を冷却する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記した冷却装置においては、ラジエータによって冷却された冷却水とバイパス通路を循環した冷却水とが混合されてエンジンを冷却するように成され、バルブユニットはラジエータ側とバイパス通路側との冷却水の混合部分に配置されたサーミスタ等の温度検知素子による温度情報によって開閉される。
そして、強制冷却手段としての前記ファンユニット１２におけるファンモータ１２ｂも、例えば冷却水温やその他のエンジン運転状態のパラメータを用いて間欠的にオンまたはオフ制御がなされ、総合的にエンジンを一定温度の範囲に保持させるように作用させる。
【０００７】
ところで、前記した冷却制御はラジエータ側とバイパス通路側との冷却水の混合水温（以下Ｔｍｉｘと称する）が変化したことを温度検知素子が関知した後、ＥＣＵによってバルブの開度を制御するものであり、またこれに前記ファンユニット１２による強制冷却作用が間欠的に加わる。
従って、特に車の停車中のアイドリング状態において、前記ファンユニット１２が動作または停止した場合には、その放熱効果の変化が急激であり、冷却水の温度管理が極めて困難となる。
【０００８】
図１４は、この状態の一例を示したものであり、前記ファンユニット１２の動作または停止（図１４においてはＯＮ，ＯＦＦで表示）に応じて、前記Ｔｍｉｘの温度は極端に上下し、その幅±αは相当大きなものとなる。
一般にエンジンはオーバヒートに至らない程度の高温度の状態において運転することで、燃費が向上し、また有害ガスの発生をある程度まで押さえることができる。
しかしながら、前記したような大幅なハンチングが発生する場合においては、エンジンがオーバーヒート状態に至る最悪な状態を避けるために、前記Ｔｍｉｘを相当低めに設定せざるを得ず、このために燃費等を犠牲にせざるを得ないという技術的課題を有していた。
【０００９】
本発明は前記した技術的課題を解決するために成されたものであり、特に冷却ファンの動作情報を取り入れて冷却水の温度推移を予測した形で温度管理を成し、前記したような大幅なハンチングの発生することのない冷却制御装置および制御方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するためになされた本発明にかかる内燃機関の冷却制御装置は、内燃機関内に形成された流体通路と熱交換機に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによって内燃機関において発生する熱を前記熱交換機によって放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御装置であって、前記内燃機関と熱交換機間の循環路における冷却媒体の流量を制御する流量制御手段と、前記熱交換機に配置されて、該熱交換機を間欠的に強制冷却する強制冷却手段と、少なくとも前記強制冷却手段の動作状態または不動作状態を示す第１情報と、前記流量制御手段による冷却媒体の流量を示す第２情報と、前記内燃機関から吐出される冷却媒体の温度を示す第３情報と、外気温を示す第４情報と、前記熱交換機に接触する風量の度合いを示す第５情報と、前記熱交換機を通過する冷却媒体の量を示す第６情報とを受けて、前記流量制御手段における冷却媒体の流量を制御するための指令信号を生成する制御ユニットとにより構成される。
【００１２】
また好ましい実施の形態においては、前記第１情報として、熱交換機に冷却風を取り入れるためのファンを回転駆動する電動モータの駆動または停止状態に応じて生成される情報が用いられ、前記第２情報として、筒状の冷却媒体通路中に配置され、冷却媒体の流通量を可変するバルブの開度に応じて生成される情報が用いられる。
また、前記第５情報として、内燃機関を搭載する車輛の速度情報が用いられ、前記第６情報として、前記内燃機関の回転数と前記流量制御手段のバルブの開度に応じて生成された情報が用いられる。
そして、好ましい実施の形態においては、前記制御ユニットには、前記第１情報乃至第５情報に基づいて前記熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを求める第１テーブルと、前記第１テーブルによって求められた温度降下データに基づいて、前記流量制御手段により制御される冷却媒体の流量度合いを求める第２テーブルとが具備される。
さらには、前記第１情報乃至第５情報に前記第６情報を加えて前記熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを第１テーブルより求めるように構成することもできる。
【００１３】
また、本発明にかかる内燃機関の冷却制御方法は、内燃機関内に形成された流体通路と熱交換機に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによって内燃機関において発生する熱を前記熱交換機によって放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御方法であって、少なくとも前記熱交換機を強制冷却する強制冷却手段の動作状態または不動作状態を示す第１情報と、前記内燃機関と熱交換機間の循環路における冷却媒体の流量を制御する流量制御手段による冷却媒体の流量を示す第２情報と、前記内燃機関から吐出される冷却媒体の温度を示す第３情報と、外気温を示す第４情報と、前記熱交換機に接触する風量の度合いを示す第５情報とを取り込むステップと、強制冷却手段の動作状態に応じてそれぞれ熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを求めるステップと、前記温度降下データに基づいて前記流量制御手段により制御される冷却媒体の最適流量度合いを求めるステップと、前記冷却媒体の最適流量度合いに基づいて前記熱交換機に流入する冷却媒体の流量制御を実行するステップより成る。
また、前記第１情報乃至第５情報を取り込むステップにおいて、前記第１情報乃至第５情報に加え、前記熱交換機を通過する冷却媒体の量を示す第６情報をさらに取り込むようにされる場合もある。
【００１４】
以上のように成された内燃機関の冷却制御装置および冷却制御方法によると、第１乃至第５情報、またはこれに第６情報を取込み、熱交換機としてのラジエータに対する強制冷却手段、すなわち冷却ファンの動作状況が判別される。
そして、冷却ファンの動作状況に応じてラジエータによって成される冷却媒体、すなわち冷却水の温度降下が算定される。これに基づいて流量制御手段としての例えばバタフライバルブにより制御される冷却媒体の最適流量度合い、すなわち最適なバルブの開度データが求められる。
続いて、求められた最適なバルブの開度データに基づいて冷却水の流量制御、すなわちバルブの開閉制御がなされる。
【００１５】
この場合、ラジエータによって成される冷却水の温度降下量は、例えば実測データを格納したマップより取り出すことができ、このデータに基づいてバルブの最適な開度が決定される。
このように特に冷却ファンの動作によって冷却水の温度変化が急激に生ずる点に着目し、これに応じてバルブの開閉制御をなすため、温度管理の対応を早急にとることができる。したがって、設定温度に対しての大幅なハンチングの発生を防止することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる内燃機関の冷却制御装置および制御制御方法について、図に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は自動車用エンジンの冷却制御装置に適用した全体構成を示したものである。なお図１において、図１３に示した従来の装置と同一符号部分はそれぞれ相当部分を示しており、したがって個々の構成および作用の説明は適宜省略する。
図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１の上部に設けられた冷却媒体としての冷却水の流出部１ｄと、熱交換機としてのラジエータ２の上部に設けられた冷却水の流入部２ａとの間に配置された流出側冷却水路３ａには、流量制御手段としてのバルブユニット２１がフランジによって接続されている。
【００１７】
また、前記エンジン１における冷却水の流出部１ｄには、例えばサーミスタ等の温度検知素子２２が配置されている。この温度検知素子２２による検出値、すなわちエンジン出口水温に関する情報（以下、これを第３情報ともいう）は、変換器２３によってエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと称する）２４が認識可能なデータに変換され、エンジン全体の運転状態を制御する前記ＥＣＵ２４に供給されるように構成されている。
また、図１に示す実施の形態においては、ＥＣＵ２４に対してバルブユニット２１に配置された後述する角度センサより得られるバタフライバルブの回転角度を示す信号（以下、これを第２情報ともいう）が供給されるように構成されている。
さらに図示していないが、前記制御ユニット２４には、他に強制冷却手段としてのファンユニット１２におけるファンモータ１２ｂの動作状態または不動作状態を示す信号（以下、これを第１情報ともいう）、外気温を示す信号（以下、これを第４情報ともいう）、ラジエータに接触する風量の度合い、すなわち車速を示す信号（以下、これを第５情報ともいう）、および熱交換機を通過する冷却媒体の量を示す信号、すなわち、エンジンの回転数の情報（以下、これを第６情報ともいう）も供給されるように構成されている。
【００１８】
前記ＥＣＵ２４は、これら第１乃至第５情報またはこれに第６情報を加え、後述する演算処理を実行し、バルブユニット２１に与える指令信号を生成する。
この指令信号はモータ制御回路２５に供給され、モータ制御回路１８はバッテリー１０から供給される電流を制御し、バルブユニット２１に具備された後述する直流モータに対して駆動電流を与えるように構成されている。
またＥＣＵ２４からは、例えばリレー装置によるモータ制御回路２６にもオン、オフの指令信号が供給されるように成され、モータ制御回路２６を介してバッテリー１０よりファンモータ１２ｂに対して間欠的に駆動電流を供給できるように構成されている。従って、ファンモータ１２ｂのオン動作によりラジエータ２は空冷による強制冷却がなされる。
【００１９】
図２は、前記したバルブユニット２１の構成を模式的に示したものである。このバルブユニット２１には、前記したように直流モータ２１ａが具備されている。この直流モータ２１ａは、前記モータ制御回路２５からの駆動電流を受けて正方向および逆方向に回転駆動されるものであり、このモータ２１ａの駆動軸は減速ギヤ２１ｂに結合されている。
この減速ギヤ２１ｂは、バタフライバルブ２１ｃの駆動軸に結合されている。バタフライバルブ２１ｃは筒状の冷却媒体通路２１ｃ１と、通路２１ｃ１中に配置された平板状のバルブ２１ｃ２により構成されている。このバルブ２１ｃ２は、冷却水の流通方向に対して、その平面方向の角度が駆動軸としての支軸２１ｃ３の回転角により、冷却水の流量が制御されるように成される。すなわち、冷却水の流通方向に対して、その平面方向の角度が０度付近で開弁状態となり、冷却水の流通方向に対して、その平面方向の角度が９０度付近で閉弁状態となる。そして、その中間角度を適宜とることにより、冷却水の流量はリニアに制御される。
【００２０】
また前記支軸２１ｃ３の減速ギヤ２１ｂに対向する他端部には、角度センサ２１ｄが結合されており、この角度センサ２１ｄによりバタフライバルブ２１ｃの回転角度（以下、開度とも呼ぶ）を認識することができる。そして角度センサ２１ｄの出力は、前記したとおりＥＣＵ２４に供給されるように構成されている。
図３は、前記ＥＣＵ２４の基本構成を示したものである。このＥＣＵ２４には、前記第１乃至第６情報等を受けて、ＥＣＵが認識可能なデジタル信号等に変換する信号処理部２４ａと、この信号処理部２４ａにより処理された入力データと、メモリ２４ｃにテーブル形式で格納された後述する各種のデータとを比較する比較部２４ｂと、この比較部２４ｂによる比較結果を演算処理して、前記バルブユニット２１などに指令信号を出力する信号処理部２４ｄより構成されている。
【００２１】
次に図１乃至図３に示した自動車エンジンの冷却制御装置の作用について、図４以降に示す主に前記ＥＣＵ２４が実行する制御フローに従って説明する。
図４は、バタフライバルブの開度を制御するためのメインフローを示したものである。まず、エンジンが起動されるとステップＳ１１において、バルブユニット２１における角度センサ２１ｄからの開度情報に基づき、バタフライバルブ２１ｃの現在開度が取込まれる。そして、ステップＳ１２において、後述する目標開度と現在開度とが比較され、現在開度に対して目標開度が大であるか否かが判定される。この判定結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ１３に移り、バタフライバルブ２１ｃの開弁を実行する。これは、ＥＣＵ２４よりモータ制御回路９に指令信号を送り、バルブユニット２１における直流モータ２１ａに対してバルブ２１ｃが開弁する方向に一定時間駆動電流を与えることで達成される。
【００２２】
そして、ステップＳ１４においてエンジンが停止したか否かを判定し、エンジンが停止していない場合には、ステップＳ１１に戻り、同様なルーチンを繰り返す。前記ステップＳ１２において、現在開度に対して目標開度が大ではない、すなわちＮｏと判定されるとステップＳ１５に移り、バタフライバルブ２１ｃの閉弁を実行する。これは、前記と同様にＥＣＵ２４よりモータ制御回路９に指令信号を送り、バルブユニット２１における直流モータ２１ａに対してバルブ２１ｃが閉弁する方向に一定時間駆動電流を与えることで達成される。
このようにしてエンジンが駆動中においては、常時バタフライバルブ２１ｃの開度を調整するメインルーチンを繰り返す。
【００２３】
図５は、前記メインルーチンに対して一定時間毎に割込む割込み処理ルーチンの第１の実施の形態を示したものである。すなわち、ステップＳ２１において例えば一定時間毎に、エンジン出口水温（第３情報）、バルブ開度（第２情報）、外気温（第４情報）、車速（第５情報）が取込まれる。
前記エンジン出口水温は前記温度検知素子２２よりもたらされるものであり、バルブ開度はバルブユニット２１における角度センサ２１ｄからもたらされ、外気温並びに車速は、図示していないが温度検知器並びに速度計等から得ることができる。
そして、ステップＳ２２において、エンジン出口水温Ｔｈと外気温との差であるΔＴが求められる。そしてステップＳ２３に移り、ラジエータファンがオン状態か否かが判断される。これは強制冷却手段としてのファン１２ａが稼働しているか否かを判断するものであり、ＥＣＵ２４自身から出力されるファンモータ１２ｂの駆動指令信号の有無により判断することができる。
【００２４】
ここで、ラジエータファンがオン状態（Ｙｅｓ）であると判断すると、ステップＳ２４に移り、図６および図７に示されたテーブル形式のマップ▲１▼より読み出し、ラジエータでの温度降下Ｔｄを算出する。
すなわち図６は、バルブ開度に対応した各マップを示しており、図７はその１つのバルブ開度に対応して記述されたラジエータでの温度降下データＴｄを示したものである。この温度降下データＴｄは、ステップＳ２２において求めた温度差ΔＴ、すなわちＴｈ−外気温と、ステップＳ２１で取込んだ車速とのマトリックスに成されており、それぞれに対応した温度降下データＴｄ11〜Ｔｄ94のデータが記述されている。したがってこの様なマップ▲１▼よりラジエータでの温度降下データＴｄが求められる。
【００２５】
なお、図６および図７に示されたテーブル形式のマップ▲１▼は紙面での表現上、２次元で示されているが、これらは３次元データとして図３におけるメモリ２４ｃに格納されている。
また、図６においては紙面および説明の便宜上、９種類のバルブ開度に対応したマップを示し、また図７においても４種類の温度差、９種類の車速に対応した温度降下データの記述状況を示しているが、これらの中間値においては、いわゆる中間補間を成すことで、それぞれに対応した温度降下データＴｄを求めることもできる。
図５に戻り、ステップＳ２３においてラジエータファンがオン状態ではない（Ｎｏ）と判断すると、ステップＳ２５に移り、マップ▲２▼からラジエータでの温度降下Ｔｄを算出する。このマップ▲２▼も図６および図７に示されたものと同様な形態であり、結果として図７に示す温度降下データＴｄ11〜Ｔｄ94の各数値が、ラジエータファンがオン時の特性で記述されている。
なおこのマップ▲２▼も、前記マップ▲１▼と同様に図３におけるメモリ２４ｃに格納され、マップ▲１▼とマップ▲２▼を含めて４次元のデータで構築させるようにしてもよい。
【００２６】
次にステップＳ２６においては、ステップＳ２４またはステップＳ２５において求めた温度降下データＴｄと、ステップＳ２１で取込んだエンジン出口水温Ｔｈとによりラジエータ通過後の水温Ｔｃ（＝Ｔｈ−Ｔｄ）を算出する。そして、ステップＳ２７においては、ステップＳ２６において求めたＴｃを用いて流量比を算出する。この流量比はエンジンに流入する冷却水の目標温度と、Ｔｃと、エンジン出口水温Ｔｈとにより算出する。すなわち、流量比＝〔（目標温度〕−Ｔｃ〕／〔Ｔｈ−Ｔｃ〕の演算が成される。
続いてステップＳ２８に移り、マップ▲３▼からバルブ開度の基本開度Ｄ0 を算出する。このマップ▲３▼の一例を図８に示しており、前記ステップＳ２７において求めた流量比に対応した基本バルブ開度Ｄ0 が図８に示すマップ▲３▼より得ることができる。
【００２７】
この様にして求められた基本バルブ開度Ｄ0 となるように、前記バタフライバルブ２１ｃの開度を設定すれば、理論的にはエンジンに流入する冷却水の温度が前記した目標温度に設定されることになるが、現実には種々の外乱要素により、目標温度の近傍に収束しない状態が発生する。
そこで、ステップＳ２９においてＰＩＤ制御量の算出サブルーチンが実行される。このＰＩＤ（追従制御量）の演算により、バルブの開度が変化して冷却水のエンジン流入口の温度変化に至るまでの時間的な遅れを補正するための微小な正負方向の開度データが算出される。
そして、ステップＳ３０において、バルブの目標開度が算出される。これはステップＳ２８において算出された基本開度Ｄ0 に対して、ステップＳ２８において算出されたＰＩＤ制御量を補正値として加えるものである。（目標開度＝Ｄ0 ＋ＰＩＤ）
この様にして得られた目標開度が、図４に示すメインルーチンにおけるステップＳ１２における目標開度として利用される。したがって前記メインルーチンの作用によって、バタフライバルブ２１ｃの開度が調整され、エンジンに流入する冷却水の温度をほぼ目標温度に設定させることができる。
なお、前記ステップＳ２９においては、ＰＩＤ制御量の算出サブルーチンを実行するようにしているが、このサブルーチンにおいてはＰＩＤ制御に加え、ファジー制御による補正値も含めてバルブの目標開度を設定するように構成することで、より理想的なバルブの開閉制御を成すことが可能となる。
【００２８】
次に図９は、前記図４に示したメインルーチンに対して一定時間毎に割込む割込み処理ルーチンの第２の実施の形態を示したものである。
なお、この図９に示した割込み処理ルーチンの大半は、前記図５に示した割込み処理ルーチンと同一であり、以下については図５に示すルーチンとの相違点を主に説明する。
まずステップＳ４１において一定時間毎に、エンジン出口水温（第３情報）、バルブ開度（第２情報）、外気温（第４情報）、車速（第５情報）、エンジン回転数（第６情報）が取込まれる。
このステップＳ４１においては、図５のステップＳ２１に対してエンジン回転数（第６情報）も取り込むようにした点に相違がある。このエンジンの回転数に関する情報は、エンジンの回転力によってウォータポンプ１１が駆動されており、したがってエンジンの回転数に応じて冷却水の送出度合いが変化するため、このパラメータも利用するようにしている。
【００２９】
続いてステップＳ４２においては、マップ▲４▼からラジエータの通過流量Ｌを求める。マップ▲４▼の一例が図１０に示されており、エンジン回転数とバルブ開度に対応させて、冷却水のラジエータの通過流量Ｌを求めることができる。
そしてステップＳ４３に移るが、ステップＳ４３乃至ステップＳ４６までは、図５におけるステップＳ２２乃至ステップＳ２５と同一であり、その説明は省略する。ただし、ステップＳ４５において利用されるマップ▲５▼は、図１１および図１２に示されたものが利用される。
【００３０】
すなわち図１１は、車速に対応した各マップを示しており、図１２はその１つの車速に対応して記述されたラジエータでの温度降下データＴｄを示したものである。この温度降下データＴｄは、ステップＳ４３において求めた温度差ΔＴ、すなわちＴｈ−外気温と、ステップＳ４２で求めたラジエータの通過流量Ｌとのマトリックスに成されており、それぞれに対応した温度降下データＴｄxxのデータが記述されている。したがってこの様なマップ▲５▼よりラジエータでの温度降下データＴｄが求められる。
また、ステップＳ４６において利用されるマップ▲６▼も、図１１および図１２に示されたものと同一形態のものが利用される。ただし図１２における温度降下データＴｄxxの数値は異なりラジエータファンオン時の冷却特性からの値になる。
この様にしてマップ▲５▼またはマップ▲６▼により温度降下データＴｄxxを求め、以下ステップＳ４７乃至ステップＳ５１に示すルーチンを実行するが、これらは図５に示すステップＳ２６乃至ステップＳ３０と同一であり、その説明は省略する。また、図９に示す割込み処理ルーチンによって求められた目標開度は、図４に示すメインルーチンにおけるステップＳ１２における目標開度として利用されることも同様である。
【００３１】
なお以上は、本発明の冷却制御装置を自動車用エンジンに適用した実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこのような特定なものに限られることなく、その他の内燃機関に適用することで、同様の作用効果を得ることができる。
また、本発明の実施の形態においては、冷却媒体の流量制御手段としてバタフライバルブを用いているが、バタフライバルブに限らず、例えばポペットバルブを採用しそのリフト量を数値化して冷却媒体の流量を制御することも可能であり、このような構成においても同様の作用効果を得ることができる。
さらに、前記したテーブル形式に成された各マップについても、図に示した特定のものに限定されることはなく、本発明の精神を逸脱しない範囲において、種々の形態をとることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明にかかる内燃機関の冷却制御装置および冷却制御方法によると、冷却媒体の温度制御に利用される複数のパラメータを用意し、そのうち特に強制冷却手段としての冷却ファンの動作状況を示す情報に基づいてラジエータによって成される冷却媒体の温度降下量をテーブル形式のマップより読み出すようにしたので、冷却ファンの動作、不動作に基づき大幅に変化する冷却水温の変化を予測して温度管理を成すことができる。
したがって、冷却水の目標温度に対しての大幅なハンチングの発生を防止させることができるので、エンジンがオーバヒートに至らない程度の高温度の状態で運転することが可能であり、燃費の向上が図れると共に、有害な排気ガスの発生も極力押さえることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる冷却制御装置を自動車用エンジンに適用した実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す装置に用いられる流量制御手段を一部断面状態で示した構成図である。
【図３】図１に示す装置に用いられる制御ユニット（ＥＣＵ）の構成を示したブロック図である。
【図４】図１に示す装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４に示すルーチンに対して割込む処理ルーチンの第１の実施の形態を示したフローチャートである。
【図６】図５に示す処理ルーチンにおいて使用されるマップの形態を示した構成図である。
【図７】図６に示すマップの詳細な構成を示した構成図である。
【図８】図５に示す処理ルーチンにおいて使用される他のマップの形態を示した構成図である。
【図９】図４に示すルーチンに対して割込む処理ルーチンの第２の実施の形態を示したフローチャートである。
【図１０】図９に示す処理ルーチンにおいて使用されるマップの形態を示した構成図である。
【図１１】図９に示す処理ルーチンにおいて使用される他のマップの形態を示した構成図である。
【図１２】図１１に示すマップの詳細な構成を示した構成図である。
【図１３】従来の冷却制御装置の一例を示した構成図である。
【図１４】図１３に示す冷却制御装置による冷却水の温度変化状況を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関（エンジン）
２ 熱交換機（ラジエータ）
３ 冷却水路
４ 冷却媒体循環路
１０ バッテリー
１１ ウォータポンプ
１２ ファンユニット
１２ａ 冷却ファン
１２ｂ 電動モータ
２１ 流量制御手段（バルブユニット）
２１ａ 直流モータ
２１ｂ 減速ギヤ
２１ｃ バタフライバルブ
２１ｄ 角度センサ
２２ 温度検知素子
２３ 変換器
２４ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
２５ モータ制御回路
２６ モータ制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等の内燃機関と熱交換機間に冷却媒体の循環路を形成し、内燃機関を冷却するための冷却制御装置および冷却制御方法に関し、特に内燃機関内に循環させる冷却媒体の温度を最適な状態に制御し得るようにした冷却制御装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に使用される内燃機関（以下エンジンと称する）においては、これを冷却するために一般にラジエータを用いる水冷式の冷却装置が使用されている。この種の冷却装置においては、エンジンに導入する冷却水の温度を制御するためにラジエータ側に循環させる冷却水量を調節する熱膨張体を用いたサーモスタット、或いは電気制御によるバルブユニットが使用されている。
図１３は、電気制御によるバルブユニットを用いた自動車用エンジンの冷却装置の一例を示したものである。
符号１はシリンダブロック１ａおよびシリンダヘッド１ｂより構成されたエンジンであり、このエンジン１のシリンダブロック１ａおよびシリンダヘッド１ｂ内には矢印ｃで示した流体通路が形成されている。
また２は熱交換機、すなわちラジエータを示し、このラジエータ２には周知のとおり流体通路２ｃが形成されており、ラジエータ２の冷却水入口部２ａおよび冷却水出口部２ｂは、前記エンジン１との間で冷却水を循環させる冷却水路３に接続されている。
【０００３】
冷却水路３は、エンジン１の上部に設けられた冷却水の流出部１ｄからラジエータ２の上部に設けられた冷却水の流入部２ａまで連通する流出側冷却水路３ａと、ラジエータ２の下部に設けられた冷却水の流出部２ｂからエンジン１の下部に設けられた冷却水の流入部１ｅまで連通する流入側冷却水路３ｂと、両冷却水路３ａ，３ｂの途中部位を接続するバイパス水路３ｃより構成されている。
これらエンジン１、ラジエータ２、冷却水路３とにより冷却媒体の循環路４が形成されている。そして、バイパス水路３ｃの分岐部とラジエータ２の冷却水の流入部２ａとの間の流出側冷却水路３ａには、電気制御によるバルブユニット５が接続されている。
このバルブユニット５には、例えばバタフライバルブが使用されており、バルブユニット５内に配置された例えば電気モータ（図示せず）の正逆転作用により開閉動作され、ラジエータ２側に送り出す冷却水の流量が調節できるように構成されている。
【０００４】
一方、前記流入側冷却水路３ｂとバイパス水路３ｃとの接続部には、例えばサーミスタ等の温度検知素子６が配置されている。この温度検知素子６による検出値は、変換器７によってエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと称する）８が認識可能なデータに変換され、エンジン全体の運転状態を制御する前記ＥＣＵ８に供給されるように構成されている。
ＥＣＵ８からは、前記温度検知素子６による冷却水の温度検出値に基づいてモータ制御回路９に対して制御信号が供給されるように成され、モータ制御回路９は、ＥＣＵ８からの制御信号によりバッテリー１０より、バルブユニット５に配置された前記モータに対して駆動電流が供給されるように構成されている。
なお、図１３において符号１１はエンジン１の流入部１ｅ部分に配置されたウォーターポンプであり、エンジン１の図示しないクランクシャフトの回転により回転軸が回転されて冷却水を強制的に循環させるものである。また、符号１２はラジエータ２に強制的に冷却風を取り入れるためのファンユニットであり、冷却ファン１２ａと、これを回転駆動する電動モータ１２ｂより構成されている。
【０００５】
以上の構成において、エンジン１の起動と共に、前記ウォーターポンプ１１が回転し冷却水を強制循環させる。この場合、エンジン起動直後においては温度検知素子６により検出される冷却水の温度は低いため、ＥＣＵ８からはバルブユニット５に対して閉弁状態とする信号が出力され、バタフライバルブの開度を制御する図示しないモータの駆動によりバルブが閉じられた状態に制御される。
このために、エンジン１から吐出される冷却水の殆どはバイパス通路３ｃを通して循環するように成され、ラジエータ２による冷却水の放熱作用は少ない。
そしてエンジン１が暖気され、冷却水の水温が上昇すると温度検知素子６により検出される冷却水の温度に応じてＥＣＵ８からはバルブユニット５に対して開弁指令が供給され、バタフライバルブは開弁される。
従って冷却水はバルブの開度に応じてラジエータ２側に循環し、ファンユニット１２によって強制冷却される。このラジエータ２を循環した冷却水は、バイパス通路３ｃを循環した冷却水と混合されてエンジン１の通路ｃを流れ、エンジン１を冷却する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記した冷却装置においては、ラジエータによって冷却された冷却水とバイパス通路を循環した冷却水とが混合されてエンジンを冷却するように成され、バルブユニットはラジエータ側とバイパス通路側との冷却水の混合部分に配置されたサーミスタ等の温度検知素子による温度情報によって開閉される。
そして、強制冷却手段としての前記ファンユニット１２におけるファンモータ１２ｂも、例えば冷却水温やその他のエンジン運転状態のパラメータを用いて間欠的にオンまたはオフ制御がなされ、総合的にエンジンを一定温度の範囲に保持させるように作用させる。
【０００７】
ところで、前記した冷却制御はラジエータ側とバイパス通路側との冷却水の混合水温（以下Ｔｍｉｘと称する）が変化したことを温度検知素子が関知した後、ＥＣＵによってバルブの開度を制御するものであり、またこれに前記ファンユニット１２による強制冷却作用が間欠的に加わる。
従って、特に車の停車中のアイドリング状態において、前記ファンユニット１２が動作または停止した場合には、その放熱効果の変化が急激であり、冷却水の温度管理が極めて困難となる。
【０００８】
図１４は、この状態の一例を示したものであり、前記ファンユニット１２の動作または停止（図１４においてはＯＮ，ＯＦＦで表示）に応じて、前記Ｔｍｉｘの温度は極端に上下し、その幅±αは相当大きなものとなる。
一般にエンジンはオーバヒートに至らない程度の高温度の状態において運転することで、燃費が向上し、また有害ガスの発生をある程度まで押さえることができる。
しかしながら、前記したような大幅なハンチングが発生する場合においては、エンジンがオーバーヒート状態に至る最悪な状態を避けるために、前記Ｔｍｉｘを相当低めに設定せざるを得ず、このために燃費等を犠牲にせざるを得ないという技術的課題を有していた。
【０００９】
本発明は前記した技術的課題を解決するために成されたものであり、特に冷却ファンの動作情報を取り入れて冷却水の温度推移を予測した形で温度管理を成し、前記したような大幅なハンチングの発生することのない冷却制御装置および制御方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するためになされた本発明にかかる内燃機関の冷却制御装置は、内燃機関内に形成された流体通路と熱交換機に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによって内燃機関において発生する熱を前記熱交換機によって放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御装置であって、前記内燃機関と熱交換機間の循環路における冷却媒体の流量を制御する流量制御手段と、前記熱交換機に配置されて、該熱交換機を間欠的に強制冷却する強制冷却手段と、少なくとも前記強制冷却手段の動作状態または不動作状態を示す第１情報と、前記流量制御手段による冷却媒体の流量を示す第２情報と、前記内燃機関から吐出される冷却媒体の温度を示す第３情報と、外気温を示す第４情報と、前記熱交換機に接触する風量の度合いを示す第５情報と、前記熱交換機を通過する冷却媒体の量を示す第６情報とを受けて、前記流量制御手段における冷却媒体の流量を制御するための指令信号を生成する制御ユニットとにより構成される。
【００１２】
また好ましい実施の形態においては、前記第１情報として、熱交換機に冷却風を取り入れるためのファンを回転駆動する電動モータの駆動または停止状態に応じて生成される情報が用いられ、前記第２情報として、筒状の冷却媒体通路中に配置され、冷却媒体の流通量を可変するバルブの開度に応じて生成される情報が用いられる。
また、前記第５情報として、内燃機関を搭載する車輛の速度情報が用いられ、前記第６情報として、前記内燃機関の回転数と前記流量制御手段のバルブの開度に応じて生成された情報が用いられる。
そして、好ましい実施の形態においては、前記制御ユニットには、前記第１情報乃至第５情報に基づいて前記熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを求める第１テーブルと、前記第１テーブルによって求められた温度降下データに基づいて、前記流量制御手段により制御される冷却媒体の流量度合いを求める第２テーブルとが具備される。
さらには、前記第１情報乃至第５情報に前記第６情報を加えて前記熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを第１テーブルより求めるように構成することもできる。
【００１３】
また、本発明にかかる内燃機関の冷却制御方法は、内燃機関内に形成された流体通路と熱交換機に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによって内燃機関において発生する熱を前記熱交換機によって放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御方法であって、少なくとも前記熱交換機を強制冷却する強制冷却手段の動作状態または不動作状態を示す第１情報と、前記内燃機関と熱交換機間の循環路における冷却媒体の流量を制御する流量制御手段による冷却媒体の流量を示す第２情報と、前記内燃機関から吐出される冷却媒体の温度を示す第３情報と、外気温を示す第４情報と、前記熱交換機に接触する風量の度合いを示す第５情報とを取り込むステップと、強制冷却手段の動作状態に応じてそれぞれ熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを求めるステップと、前記温度降下データに基づいて前記流量制御手段により制御される冷却媒体の最適流量度合いを求めるステップと、前記冷却媒体の最適流量度合いに基づいて前記熱交換機に流入する冷却媒体の流量制御を実行するステップより成る。
また、前記第１情報乃至第５情報を取り込むステップにおいて、前記第１情報乃至第５情報に加え、前記熱交換機を通過する冷却媒体の量を示す第６情報をさらに取り込むようにされる場合もある。
【００１４】
以上のように成された内燃機関の冷却制御装置および冷却制御方法によると、第１乃至第５情報、またはこれに第６情報を取込み、熱交換機としてのラジエータに対する強制冷却手段、すなわち冷却ファンの動作状況が判別される。
そして、冷却ファンの動作状況に応じてラジエータによって成される冷却媒体、すなわち冷却水の温度降下が算定される。これに基づいて流量制御手段としての例えばバタフライバルブにより制御される冷却媒体の最適流量度合い、すなわち最適なバルブの開度データが求められる。
続いて、求められた最適なバルブの開度データに基づいて冷却水の流量制御、すなわちバルブの開閉制御がなされる。
【００１５】
この場合、ラジエータによって成される冷却水の温度降下量は、例えば実測データを格納したマップより取り出すことができ、このデータに基づいてバルブの最適な開度が決定される。
このように特に冷却ファンの動作によって冷却水の温度変化が急激に生ずる点に着目し、これに応じてバルブの開閉制御をなすため、温度管理の対応を早急にとることができる。したがって、設定温度に対しての大幅なハンチングの発生を防止することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる内燃機関の冷却制御装置および制御制御方法について、図に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は自動車用エンジンの冷却制御装置に適用した全体構成を示したものである。なお図１において、図１３に示した従来の装置と同一符号部分はそれぞれ相当部分を示しており、したがって個々の構成および作用の説明は適宜省略する。
図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１の上部に設けられた冷却媒体としての冷却水の流出部１ｄと、熱交換機としてのラジエータ２の上部に設けられた冷却水の流入部２ａとの間に配置された流出側冷却水路３ａには、流量制御手段としてのバルブユニット２１がフランジによって接続されている。
【００１７】
また、前記エンジン１における冷却水の流出部１ｄには、例えばサーミスタ等の温度検知素子２２が配置されている。この温度検知素子２２による検出値、すなわちエンジン出口水温に関する情報（以下、これを第３情報ともいう）は、変換器２３によってエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと称する）２４が認識可能なデータに変換され、エンジン全体の運転状態を制御する前記ＥＣＵ２４に供給されるように構成されている。
また、図１に示す実施の形態においては、ＥＣＵ２４に対してバルブユニット２１に配置された後述する角度センサより得られるバタフライバルブの回転角度を示す信号（以下、これを第２情報ともいう）が供給されるように構成されている。
さらに図示していないが、前記制御ユニット２４には、他に強制冷却手段としてのファンユニット１２におけるファンモータ１２ｂの動作状態または不動作状態を示す信号（以下、これを第１情報ともいう）、外気温を示す信号（以下、これを第４情報ともいう）、ラジエータに接触する風量の度合い、すなわち車速を示す信号（以下、これを第５情報ともいう）、および熱交換機を通過する冷却媒体の量を示す信号、すなわち、エンジンの回転数の情報（以下、これを第６情報ともいう）も供給されるように構成されている。
【００１８】
前記ＥＣＵ２４は、これら第１乃至第５情報またはこれに第６情報を加え、後述する演算処理を実行し、バルブユニット２１に与える指令信号を生成する。
この指令信号はモータ制御回路２５に供給され、モータ制御回路１８はバッテリー１０から供給される電流を制御し、バルブユニット２１に具備された後述する直流モータに対して駆動電流を与えるように構成されている。
またＥＣＵ２４からは、例えばリレー装置によるモータ制御回路２６にもオン、オフの指令信号が供給されるように成され、モータ制御回路２６を介してバッテリー１０よりファンモータ１２ｂに対して間欠的に駆動電流を供給できるように構成されている。従って、ファンモータ１２ｂのオン動作によりラジエータ２は空冷による強制冷却がなされる。
【００１９】
図２は、前記したバルブユニット２１の構成を模式的に示したものである。このバルブユニット２１には、前記したように直流モータ２１ａが具備されている。この直流モータ２１ａは、前記モータ制御回路２５からの駆動電流を受けて正方向および逆方向に回転駆動されるものであり、このモータ２１ａの駆動軸は減速ギヤ２１ｂに結合されている。
この減速ギヤ２１ｂは、バタフライバルブ２１ｃの駆動軸に結合されている。バタフライバルブ２１ｃは筒状の冷却媒体通路２１ｃ１と、通路２１ｃ１中に配置された平板状のバルブ２１ｃ２により構成されている。このバルブ２１ｃ２は、冷却水の流通方向に対して、その平面方向の角度が駆動軸としての支軸２１ｃ３の回転角により、冷却水の流量が制御されるように成される。すなわち、冷却水の流通方向に対して、その平面方向の角度が０度付近で開弁状態となり、冷却水の流通方向に対して、その平面方向の角度が９０度付近で閉弁状態となる。そして、その中間角度を適宜とることにより、冷却水の流量はリニアに制御される。
【００２０】
また前記支軸２１ｃ３の減速ギヤ２１ｂに対向する他端部には、角度センサ２１ｄが結合されており、この角度センサ２１ｄによりバタフライバルブ２１ｃの回転角度（以下、開度とも呼ぶ）を認識することができる。そして角度センサ２１ｄの出力は、前記したとおりＥＣＵ２４に供給されるように構成されている。
図３は、前記ＥＣＵ２４の基本構成を示したものである。このＥＣＵ２４には、前記第１乃至第６情報等を受けて、ＥＣＵが認識可能なデジタル信号等に変換する信号処理部２４ａと、この信号処理部２４ａにより処理された入力データと、メモリ２４ｃにテーブル形式で格納された後述する各種のデータとを比較する比較部２４ｂと、この比較部２４ｂによる比較結果を演算処理して、前記バルブユニット２１などに指令信号を出力する信号処理部２４ｄより構成されている。
【００２１】
次に図１乃至図３に示した自動車エンジンの冷却制御装置の作用について、図４以降に示す主に前記ＥＣＵ２４が実行する制御フローに従って説明する。
図４は、バタフライバルブの開度を制御するためのメインフローを示したものである。まず、エンジンが起動されるとステップＳ１１において、バルブユニット２１における角度センサ２１ｄからの開度情報に基づき、バタフライバルブ２１ｃの現在開度が取込まれる。そして、ステップＳ１２において、後述する目標開度と現在開度とが比較され、現在開度に対して目標開度が大であるか否かが判定される。この判定結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ１３に移り、バタフライバルブ２１ｃの開弁を実行する。これは、ＥＣＵ２４よりモータ制御回路９に指令信号を送り、バルブユニット２１における直流モータ２１ａに対してバルブ２１ｃが開弁する方向に一定時間駆動電流を与えることで達成される。
【００２２】
そして、ステップＳ１４においてエンジンが停止したか否かを判定し、エンジンが停止していない場合には、ステップＳ１１に戻り、同様なルーチンを繰り返す。前記ステップＳ１２において、現在開度に対して目標開度が大ではない、すなわちＮｏと判定されるとステップＳ１５に移り、バタフライバルブ２１ｃの閉弁を実行する。これは、前記と同様にＥＣＵ２４よりモータ制御回路９に指令信号を送り、バルブユニット２１における直流モータ２１ａに対してバルブ２１ｃが閉弁する方向に一定時間駆動電流を与えることで達成される。
このようにしてエンジンが駆動中においては、常時バタフライバルブ２１ｃの開度を調整するメインルーチンを繰り返す。
【００２３】
図５は、前記メインルーチンに対して一定時間毎に割込む割込み処理ルーチンの第１の実施の形態を示したものである。すなわち、ステップＳ２１において例えば一定時間毎に、エンジン出口水温（第３情報）、バルブ開度（第２情報）、外気温（第４情報）、車速（第５情報）が取込まれる。
前記エンジン出口水温は前記温度検知素子２２よりもたらされるものであり、バルブ開度はバルブユニット２１における角度センサ２１ｄからもたらされ、外気温並びに車速は、図示していないが温度検知器並びに速度計等から得ることができる。
そして、ステップＳ２２において、エンジン出口水温Ｔｈと外気温との差であるΔＴが求められる。そしてステップＳ２３に移り、ラジエータファンがオン状態か否かが判断される。これは強制冷却手段としてのファン１２ａが稼働しているか否かを判断するものであり、ＥＣＵ２４自身から出力されるファンモータ１２ｂの駆動指令信号の有無により判断することができる。
【００２４】
ここで、ラジエータファンがオン状態（Ｙｅｓ）であると判断すると、ステップＳ２４に移り、図６および図７に示されたテーブル形式のマップ▲１▼より読み出し、ラジエータでの温度降下Ｔｄを算出する。
すなわち図６は、バルブ開度に対応した各マップを示しており、図７はその１つのバルブ開度に対応して記述されたラジエータでの温度降下データＴｄを示したものである。この温度降下データＴｄは、ステップＳ２２において求めた温度差ΔＴ、すなわちＴｈ−外気温と、ステップＳ２１で取込んだ車速とのマトリックスに成されており、それぞれに対応した温度降下データＴｄ11〜Ｔｄ94のデータが記述されている。したがってこの様なマップ▲１▼よりラジエータでの温度降下データＴｄが求められる。
【００２５】
なお、図６および図７に示されたテーブル形式のマップ▲１▼は紙面での表現上、２次元で示されているが、これらは３次元データとして図３におけるメモリ２４ｃに格納されている。
また、図６においては紙面および説明の便宜上、９種類のバルブ開度に対応したマップを示し、また図７においても４種類の温度差、９種類の車速に対応した温度降下データの記述状況を示しているが、これらの中間値においては、いわゆる中間補間を成すことで、それぞれに対応した温度降下データＴｄを求めることもできる。
図５に戻り、ステップＳ２３においてラジエータファンがオン状態ではない（Ｎｏ）と判断すると、ステップＳ２５に移り、マップ▲２▼からラジエータでの温度降下Ｔｄを算出する。このマップ▲２▼も図６および図７に示されたものと同様な形態であり、結果として図７に示す温度降下データＴｄ11〜Ｔｄ94の各数値が、ラジエータファンがオン時の特性で記述されている。
なおこのマップ▲２▼も、前記マップ▲１▼と同様に図３におけるメモリ２４ｃに格納され、マップ▲１▼とマップ▲２▼を含めて４次元のデータで構築させるようにしてもよい。
【００２６】
次にステップＳ２６においては、ステップＳ２４またはステップＳ２５において求めた温度降下データＴｄと、ステップＳ２１で取込んだエンジン出口水温Ｔｈとによりラジエータ通過後の水温Ｔｃ（＝Ｔｈ−Ｔｄ）を算出する。そして、ステップＳ２７においては、ステップＳ２６において求めたＴｃを用いて流量比を算出する。この流量比はエンジンに流入する冷却水の目標温度と、Ｔｃと、エンジン出口水温Ｔｈとにより算出する。すなわち、流量比＝〔（目標温度〕−Ｔｃ〕／〔Ｔｈ−Ｔｃ〕の演算が成される。
続いてステップＳ２８に移り、マップ▲３▼からバルブ開度の基本開度Ｄ0 を算出する。このマップ▲３▼の一例を図８に示しており、前記ステップＳ２７において求めた流量比に対応した基本バルブ開度Ｄ0 が図８に示すマップ▲３▼より得ることができる。
【００２７】
この様にして求められた基本バルブ開度Ｄ0 となるように、前記バタフライバルブ２１ｃの開度を設定すれば、理論的にはエンジンに流入する冷却水の温度が前記した目標温度に設定されることになるが、現実には種々の外乱要素により、目標温度の近傍に収束しない状態が発生する。
そこで、ステップＳ２９においてＰＩＤ制御量の算出サブルーチンが実行される。このＰＩＤ（追従制御量）の演算により、バルブの開度が変化して冷却水のエンジン流入口の温度変化に至るまでの時間的な遅れを補正するための微小な正負方向の開度データが算出される。
そして、ステップＳ３０において、バルブの目標開度が算出される。これはステップＳ２８において算出された基本開度Ｄ0 に対して、ステップＳ２８において算出されたＰＩＤ制御量を補正値として加えるものである。（目標開度＝Ｄ0 ＋ＰＩＤ）
この様にして得られた目標開度が、図４に示すメインルーチンにおけるステップＳ１２における目標開度として利用される。したがって前記メインルーチンの作用によって、バタフライバルブ２１ｃの開度が調整され、エンジンに流入する冷却水の温度をほぼ目標温度に設定させることができる。
なお、前記ステップＳ２９においては、ＰＩＤ制御量の算出サブルーチンを実行するようにしているが、このサブルーチンにおいてはＰＩＤ制御に加え、ファジー制御による補正値も含めてバルブの目標開度を設定するように構成することで、より理想的なバルブの開閉制御を成すことが可能となる。
【００２８】
次に図９は、前記図４に示したメインルーチンに対して一定時間毎に割込む割込み処理ルーチンの第２の実施の形態を示したものである。
なお、この図９に示した割込み処理ルーチンの大半は、前記図５に示した割込み処理ルーチンと同一であり、以下については図５に示すルーチンとの相違点を主に説明する。
まずステップＳ４１において一定時間毎に、エンジン出口水温（第３情報）、バルブ開度（第２情報）、外気温（第４情報）、車速（第５情報）、エンジン回転数（第６情報）が取込まれる。
このステップＳ４１においては、図５のステップＳ２１に対してエンジン回転数（第６情報）も取り込むようにした点に相違がある。このエンジンの回転数に関する情報は、エンジンの回転力によってウォータポンプ１１が駆動されており、したがってエンジンの回転数に応じて冷却水の送出度合いが変化するため、このパラメータも利用するようにしている。
【００２９】
続いてステップＳ４２においては、マップ▲４▼からラジエータの通過流量Ｌを求める。マップ▲４▼の一例が図１０に示されており、エンジン回転数とバルブ開度に対応させて、冷却水のラジエータの通過流量Ｌを求めることができる。
そしてステップＳ４３に移るが、ステップＳ４３乃至ステップＳ４６までは、図５におけるステップＳ２２乃至ステップＳ２５と同一であり、その説明は省略する。ただし、ステップＳ４５において利用されるマップ▲５▼は、図１１および図１２に示されたものが利用される。
【００３０】
すなわち図１１は、車速に対応した各マップを示しており、図１２はその１つの車速に対応して記述されたラジエータでの温度降下データＴｄを示したものである。この温度降下データＴｄは、ステップＳ４３において求めた温度差ΔＴ、すなわちＴｈ−外気温と、ステップＳ４２で求めたラジエータの通過流量Ｌとのマトリックスに成されており、それぞれに対応した温度降下データＴｄxxのデータが記述されている。したがってこの様なマップ▲５▼よりラジエータでの温度降下データＴｄが求められる。
また、ステップＳ４６において利用されるマップ▲６▼も、図１１および図１２に示されたものと同一形態のものが利用される。ただし図１２における温度降下データＴｄxxの数値は異なりラジエータファンオン時の冷却特性からの値になる。
この様にしてマップ▲５▼またはマップ▲６▼により温度降下データＴｄxxを求め、以下ステップＳ４７乃至ステップＳ５１に示すルーチンを実行するが、これらは図５に示すステップＳ２６乃至ステップＳ３０と同一であり、その説明は省略する。また、図９に示す割込み処理ルーチンによって求められた目標開度は、図４に示すメインルーチンにおけるステップＳ１２における目標開度として利用されることも同様である。
【００３１】
なお以上は、本発明の冷却制御装置を自動車用エンジンに適用した実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこのような特定なものに限られることなく、その他の内燃機関に適用することで、同様の作用効果を得ることができる。
また、本発明の実施の形態においては、冷却媒体の流量制御手段としてバタフライバルブを用いているが、バタフライバルブに限らず、例えばポペットバルブを採用しそのリフト量を数値化して冷却媒体の流量を制御することも可能であり、このような構成においても同様の作用効果を得ることができる。
さらに、前記したテーブル形式に成された各マップについても、図に示した特定のものに限定されることはなく、本発明の精神を逸脱しない範囲において、種々の形態をとることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明にかかる内燃機関の冷却制御装置および冷却制御方法によると、冷却媒体の温度制御に利用される複数のパラメータを用意し、そのうち特に強制冷却手段としての冷却ファンの動作状況を示す情報に基づいてラジエータによって成される冷却媒体の温度降下量をテーブル形式のマップより読み出すようにしたので、冷却ファンの動作、不動作に基づき大幅に変化する冷却水温の変化を予測して温度管理を成すことができる。
したがって、冷却水の目標温度に対しての大幅なハンチングの発生を防止させることができるので、エンジンがオーバヒートに至らない程度の高温度の状態で運転することが可能であり、燃費の向上が図れると共に、有害な排気ガスの発生も極力押さえることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる冷却制御装置を自動車用エンジンに適用した実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す装置に用いられる流量制御手段を一部断面状態で示した構成図である。
【図３】図１に示す装置に用いられる制御ユニット（ＥＣＵ）の構成を示したブロック図である。
【図４】図１に示す装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４に示すルーチンに対して割込む処理ルーチンの第１の実施の形態を示したフローチャートである。
【図６】図５に示す処理ルーチンにおいて使用されるマップの形態を示した構成図である。
【図７】図６に示すマップの詳細な構成を示した構成図である。
【図８】図５に示す処理ルーチンにおいて使用される他のマップの形態を示した構成図である。
【図９】図４に示すルーチンに対して割込む処理ルーチンの第２の実施の形態を示したフローチャートである。
【図１０】図９に示す処理ルーチンにおいて使用されるマップの形態を示した構成図である。
【図１１】図９に示す処理ルーチンにおいて使用される他のマップの形態を示した構成図である。
【図１２】図１１に示すマップの詳細な構成を示した構成図である。
【図１３】従来の冷却制御装置の一例を示した構成図である。
【図１４】図１３に示す冷却制御装置による冷却水の温度変化状況を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関（エンジン）
２ 熱交換機（ラジエータ）
３ 冷却水路
４ 冷却媒体循環路
１０ バッテリー
１１ ウォータポンプ
１２ ファンユニット
１２ａ 冷却ファン
１２ｂ 電動モータ
２１ 流量制御手段（バルブユニット）
２１ａ 直流モータ
２１ｂ 減速ギヤ
２１ｃ バタフライバルブ
２１ｄ 角度センサ
２２ 温度検知素子
２３ 変換器
２４ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
２５ モータ制御回路
２６ モータ制御回路
Claims (9)
- 内燃機関内に形成された流体通路と熱交換機に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによって内燃機関において発生する熱を前記熱交換機によって放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御装置であって、
前記内燃機関と熱交換機間の循環路における冷却媒体の流量を制御する流量制御手段と、
前記熱交換機に配置されて、該熱交換機を間欠的に強制冷却する強制冷却手段と、
少なくとも前記強制冷却手段の動作状態または不動作状態を示す第１情報と、前記流量制御手段による冷却媒体の流量を示す第２情報と、前記内燃機関から吐出される冷却媒体の温度を示す第３情報と、外気温を示す第４情報と、前記熱交換機に接触する風量の度合いを示す第５情報と、前記熱交換機を通過する冷却媒体の量を示す第６情報とを受けて、前記流量制御手段における冷却媒体の流量を制御するための指令信号を生成する制御ユニットと、
を具備したことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。 - 前記第１情報は、熱交換機に冷却風を取り入れるためのファンを回転駆動する電動モータの駆動または停止状態に応じて生成されるように構成されてい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。
- 前記第２情報は、筒状の冷却媒体通路中に配置され、冷却媒体の流通量を可変するバルブの開度に応じて生成されるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の冷却制御装置。
- 前記第５情報は、内燃機関を搭載する車輛の速度情報に応じて生成されるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。
- 前記第６情報は、前記内燃機関の回転数と前記流量制御手段のバルブの開度に応じて生成されるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。
- 前記制御ユニットには、前記第１情報乃至第５情報に基づいて前記熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを求める第１テーブルと、
前記第１テーブルによって求められた温度降下データに基づいて、前記流量制御手段により制御される冷却媒体の流量度合いを求める第２テーブルと、
が具備されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。 - 前記制御ユニットには、前記第１情報乃至第６情報に基づいて前記熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを求める第１テーブルと、
前記第１テーブルによって求められた温度降下データに基づいて、前記流量御手段により制御される冷却媒体の流量度合いを求める第２テーブルと、
が具備されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。 - 内燃機関内に形成された流体通路と熱交換機に形成された流体通路との間で冷却媒体の循環路を形成し、前記循環路中に冷却媒体を循環させることによって内燃機関において発生する熱を前記熱交換機によって放熱させるように構成した内燃機関の冷却制御方法であって、
少なくとも前記熱交換機を強制冷却する強制冷却手段の動作または不動作状態を示す第１情報と、前記内燃機関と熱交換機間の循環路における冷却媒体の流量を制御する流量制御手段による冷却媒体の流量を示す第２情報と、前記内燃機関から吐出される冷却媒体の温度を示す第３情報と、外気温を示す第４情報と、前記熱交換機に接触する風量の度合いを示す第５情報とを取り込むステップと、
強制冷却手段の動作状態に応じてそれぞれ熱交換機によって降下する冷却媒体の温度降下データを求めるステップと、
前記温度降下データに基づいて流量制御手段により制御される冷却媒体の最適流量度合いを求めるステップと、
前記冷却媒体の最適流量度合いに基づいて前記熱交換機に流入する冷却媒体の流量制御を実行するステップと、
からなることを特徴とする内燃機関の冷却制御方法。 - 前記第１情報乃至第５情報を取り込むステップにおいて、前記第１情報乃至第５情報に加え、前記熱交換機を通過する冷却媒体の量を示す第６情報をさらに取り込むようにしたことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の冷却制御方法。
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