JP3906748B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に水冷式の冷却装置において早期暖機が可能な内燃機関の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の内燃機関において、機関始動時における早期暖機は燃費性能や排気エミッションの向上を図る上で非常に重要である。水冷式内燃機関の早期暖機に関しては、例えば特開２００１−１４０６４４号公報に記載されているように、蓄熱タンクを利用した暖機手法が提案されている。この公報に開示されている内燃機関は、機関運転中に冷却水回路を流れる高温の冷却水を蓄熱タンクに貯留することにより蓄熱しておき、この蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を次回の機関始動時に冷却水回路を介して内燃機関に供給することにより、内燃機関の早期暖機を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の内燃機関の冷却装置は、冷却装置の故障対策が講じられていないため、例えば正常時に比べ内燃機関の温度上昇が遅くなり早期暖機が図れないという問題が発生し、場合によっては、いつまでも暖機が終了せず、内燃機関始動のタイミングが不明になるという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、冷却装置の故障等による暖機時間の増大への対策を施した内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、水冷式の内燃機関と、前記内燃機関により加熱された高温の冷却水を貯留する蓄熱タンクと、冷却水から熱を収集する集熱手段と、冷却水を、前記内燃機関と前記蓄熱タンクの間を循環する暖機用冷却水、および、前記内燃機関と前記集熱手段の間を循環する集熱用冷却水に分流するとともに、前記暖機用冷却水および前記集熱用冷却水の流量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁を制御し、前記蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を前記内燃機関に供給して暖機する暖機制御手段と、を有し、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転停止時、次回の暖機開始時に前記集熱用冷却水が循環しないように前記流量調整弁を予め制御しておくことを特徴とする。望ましい態様において、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転始動前に暖機を行い、暖機温度が正常暖機温度まで上昇した場合、または、暖機温度が正常暖機温度まで上昇せず所定時間経過した場合に前記内燃機関の運転始動を許可するものとする。
【０００６】
上記構成によれば、内燃機関の暖機度合を示す暖機温度が、機関の暖機が完了したとみなせる暖機温度である正常暖機温度に到達した場合に内燃機関を運転始動するシステムにおいて、例えば冷却装置等の故障により、暖機温度の上昇が遅くなる場合でも、内燃機関の運転始動タイミングを得ることができる。
【０００７】
望ましくは、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転停止時、次回の暖機開始時に前記集熱用冷却水が循環しないように前記流量調整弁を予め制御しておくものとする。
【０００８】
望ましくは、前記暖機温度は、前記内燃機関の吸気ポート壁の温度とする。
【０００９】
望ましくは、前記暖機温度は、前記内燃機関に流入する冷却水の温度とする。
【００１０】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、水冷式の内燃機関と、前記内燃機関により加熱された高温の冷却水を貯留する蓄熱タンクと、冷却水から熱を収集する集熱手段と、冷却水を、前記内燃機関と前記蓄熱タンクの間を循環する暖機用冷却水、および、前記内燃機関と前記集熱手段の間を循環する集熱用冷却水に分流するとともに、前記暖機用冷却水および前記集熱用冷却水の流量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁を制御し、前記蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を前記内燃機関に供給して暖機する暖機制御手段と、を有し、前記暖機制御手段は、暖機温度が所定温度以下の場合、前記流量調整弁を制御し、前記集熱用冷却水の流量を所定流量以下に調整するものとする。
【００１１】
上記構成によれば、内燃機関の暖機の際、集熱手段が集熱用冷却水から熱を奪うことによる冷却水の温度低下を抑制できる。
【００１２】
望ましくは、暖機異常判定手段をさらに有し、前記暖機制御手段は、前記暖機異常判定手段が暖機異常と判断し、かつ暖機温度が所定温度以下の場合、前記流量調整弁を制御し、前記集熱用冷却水の流量を所定流量以下に調整するものとする。
【００１３】
望ましくは、前記暖機異常判定手段は、暖機の際、前記内燃機関に流入する冷却水の所定時間内における温度上昇が、所定温度以下の場合に暖機異常と判断するものとする。
【００１４】
上記構成によれば、暖機に異常が伴う際、例えば、所定時間内の温度上昇が所定温度以下の場合に、集熱手段が集熱用冷却水から熱を奪うことによる冷却水の温度低下を抑制でき、冷却水の温度上昇を助けることができる。
【００１５】
望ましくは、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転始動前に暖機を行い、暖機温度が正常暖機温度まで上昇した場合、または、暖機温度が正常暖機温度まで上昇せず所定時間経過した場合に前記内燃機関の運転始動を許可するものとする。
【００１６】
上記構成によれば、集熱手段が集熱用冷却水から熱を奪うことによる冷却水の温度低下を抑制したにも拘らず、暖機温度の上昇が遅くなる場合でも、内燃機関の運転始動タイミングを得ることができる。
【００１７】
望ましくは、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転停止時、次回の暖機開始時に前記集熱用冷却水が循環しないように前記流量調整弁を予め制御しておくものとする。
【００１８】
上記構成によれば、内燃機関の運転停止後に冷却装置に異常が発生した場合でも、次の内燃機関の運転始動時の暖機において、冷却水の温度上昇を助けることができる。
【００１９】
望ましくは、前記暖機温度は、前記内燃機関の吸気ポート壁の温度とする。
【００２０】
望ましくは、前記暖機温度は、前記内燃機関に流入する冷却水の温度とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、車両に搭載される水冷式エンジンの冷却装置の全体構成を示す構成図である。内燃機関であるエンジン１０はその内部に冷却水通路１２を有し、この冷却水通路１２に冷却水が流れることによって、エンジン１０が冷却される。冷却水通路１２の上流側には、このエンジンのクランクシャフト（図示せず）によって駆動されるエンジン用ポンプ１４が接続されており、冷却水はこのエンジン用ポンプ１４によって冷却水通路１２に圧送される。
【００２３】
エンジン１０の冷却水通路１２の下流側には冷却水通路１６が接続されており、サーモスタットバルブ１８、冷却水通路２０を介して、エンジン用ポンプ１４の吸込側に冷却水が流れるように構成されている。また、サーモスタットバルブ１８は冷却水通路２２を介してラジエータ２４の水入口に接続されており、ラジエータ２４の水出口は冷却水通路２６を介してエンジン用ポンプ１４の吸込側に接続されている。なお、冷却水通路２０と冷却水通路２６は合流後にエンジン用ポンプ１４の吸込側に接続されている。
【００２４】
サーモスタットバルブ１８は、冷却水の温度に応じて冷却水の流路を切り替えるバルブであり、このサーモスタットバルブ１８を流れる冷却水の温度が所定温度Ｔｓよりも高い場合、冷却水通路２０側を閉塞して冷却水通路１６と冷却水通路２２を接続し、冷却水温度が前記所定温度Ｔｓ以下の場合、冷却水通路２２側を閉塞して冷却水通路１６と冷却水通路２０を接続する。
【００２５】
したがって、エンジン１０の運転中、冷却水温度が所定温度Ｔｓよりも高い場合、冷却水は、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路１６→サーモスタットバルブ１８→冷却水通路２２→ラジエータ２４→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４の閉回路を循環し、エンジン１０において加熱された冷却水はラジエータ２４を通過する際に冷却される。
【００２６】
一方、エンジン１０の運転中、冷却水温度が所定温度Ｔｓ以下の場合、冷却水は、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路１６→サーモスタットバルブ１８→冷却水通路２０→エンジン用ポンプ１４の閉回路を循環する。
【００２７】
また、エンジン１０の冷却水通路１２は、前述した回路とは別の回路にも接続されている。即ち、冷却水通路１２の下流側は、冷却水通路２８、流量調整弁である三方切替弁３０、冷却水通路３２、水温センサ３４、蓄熱タンク３６、蓄熱タンク用ポンプ３８、冷却水通路４０、冷却水通路２６を介して、エンジン用ポンプ１４に接続されている。これにより、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→蓄熱タンク３６→蓄熱タンク用ポンプ３８→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４と循環する暖機用冷却水が流れる閉回路が形成される。
【００２８】
この閉回路は、エンジン１０で加熱された高温の冷却水を蓄熱タンク３６に導入し貯留する場合、あるいは、エンジン１０の始動時に蓄熱タンク３６に貯留された高温の冷却水でエンジン１０を暖機するときに使用される回路である。蓄熱タンク用ポンプ３８は電動モータ（図示せず）によって駆動されるポンプであり、したがって、エンジン１０のクランキング前であっても運転可能である。これに対して、エンジン用ポンプ１４は前述したようにエンジン１０のクランクシャフトにより駆動されるポンプであるので、クランキング前は運転不能である。また、三方切替弁３０は冷却水通路４２にも接続されており、この冷却水通路４２には車室内暖房用のヒータコア４４が、ヒータ用ポンプ４６を介して接続されている。つまり、ヒータコア４４はエンジン１０で加熱された冷却水から熱を集める集熱手段として機能している。
【００２９】
これにより、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路４２→ヒータコア４４→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４と循環する集熱用冷却水が流れる閉回路が形成される。
【００３０】
三方切替弁３０は、冷却水通路２８を冷却水通路３２と冷却水通路４２のいずれか一方に選択的に接続するバルブであり、ＥＣＵ４８内の暖機制御手段５０が三方切替弁３０の動作を制御し、冷却水の流路を切り替える。同じくＥＣＵ４８内には暖機異常判定手段であるフェイル検出手段５２が存在し、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があるか否かを確認している。
【００３１】
図示しない空調装置のモード選択スイッチが「暖房モード」にされると、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路４２とを接続するように三方切替弁３０を制御し、さらにヒータ用ポンプ４６を駆動する。これにより、前述した冷却水のフローに加えて、エンジンの冷却水通路１２から流れ出た冷却水の一部が、冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路４２→ヒータ用ポンプ４６→ヒータコア４４→冷却水通路４０と流れて冷却水通路２６に合流するようになり、ヒータコア４４がエンジン１０で加熱された高温の冷却水から熱を奪い、この熱を車室内の暖気に利用する。
【００３２】
次に、蓄熱タンク３６に高温の冷却水を貯留し蓄熱する場合と、エンジン１０の始動時に蓄熱タンク３６に貯留されている高温の冷却水でエンジン１０を暖機する動作について説明する。
【００３３】
蓄熱は、この実施の形態においては、エンジン１０の停止直後に行われる。即ち、エンジン１０の停止信号（例えば、イグニッションスイッチのＯＦＦ信号）により、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路３２とを接続するように三方切替弁３０を制御するとともに、蓄熱用ポンプ３８を運転する。これにより、冷却水は、エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→水温センサ３４→蓄熱タンク３６→蓄熱タンク用ポンプ３８→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４を経て冷却水通路１２に戻る閉回路を流れることになる。ただし、この場合、エンジン１０の停止後であるので、エンジン用ポンプ１４は運転されていない。つまり、エンジンの冷却水通路１２に流れる冷却水は、蓄熱用ポンプ３８により流動される。
【００３４】
次に、始動時における暖機について説明する。エンジン１０の始動時には、エンジン１０の運転始動前すなわちクランキング前に、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路３２とを接続するように三方切替弁３０を制御するとともに、蓄熱用ポンプ３８を駆動する。これにより、冷却水は、蓄熱タンク３６→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→水温センサ３４を経て蓄熱タンク３６に戻る閉回路を流れることになる。また、エンジン１０はクランキング前であるので、エンジン用ポンプ１４は運転されていない。したがって、エンジンの冷却水通路１２に流れる冷却水は、蓄熱タンク用ポンプ３８により流動される。
【００３５】
前述したように暖機はエンジン１０の始動前に行い、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達してから始動することが望ましい。この際、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があると、暖機が正常に行われないため、エンジン１０を所望の暖機温度まで上昇させることができない恐れがある。
【００３６】
そこで暖機制御手段５０は、エンジン温度センサ５４が計測するエンジン内部の温度、例えば吸気ポート壁の温度が、所定時間内（例えば１０秒間）に所定温度（例えば４０度）を超えない場合、エンジン１０の始動を許可するよう、始動トリガを出力し、図示しないエンジン１０の始動制御手段へ、エンジン１０の始動を許可する。
【００３７】
これにより、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があり、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達しない場合でも、エンジン１０の始動開始が保障できる。
【００３８】
また、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８の故障によりエンジン１０の暖機が充分でないにも関わらず、冷却水通路２８を冷却水通路４２に接続してしまうと、冷却水の熱がヒータコア４４で消費されてしまい、ヒータコア４４内を通過する冷却水の温度が低下し、エンジン１０の暖機には不利になる。そこで、ＥＣＵ４８内にある暖機制御手段５０は、エンジン１０の暖機が完了するまで、ヒータコア４４に冷却水が循環しないように、三方切替弁３０を制御する。
【００３９】
図２は、暖機制御手段５０による三方切替弁３０の制御を示すフローチャートである。なお以下の図２の説明において、図１に記載した要素と同じ要素には図１における符号を付してある。
【００４０】
エンジン１０の始動指示、例えば運転手によりエンジンスタートキーが入力されると、ステップ１において、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があるか否かを確認する。判定にはフェイル検出手段５２が設定するフェイル判定フラグを参照し、フェイル判定フラグが０であれば異常なしと判断し本フローを終了し、例えば所定時間経過後、再びステップ１を実行して異常を確認する。フェイル判定フラグが１であれば異常ありと判定し、ステップ２に進む。なお、フェイル判定フラグの具体的な設定手法については後に詳述する。
【００４１】
ステップ２において暖機温度の確認を行う。つまり、暖機温度の指標としての水温センサ３４が計測する冷却水の温度が所定の正常暖機温度に達しているか否かを確認する。暖機温度が正常暖機温度以上、例えば６０度以上であれば、本フローを終了し、三方切替弁３０によりヒータに冷却水が循環することを許可する。所定温度より低い、例えば６０度より低い場合、ステップ３に進み、三方切替弁３０をヒータコア４４に冷却水が循環しないよう、すなわち蓄熱タンク３６のみに循環するように制御する。なお、ステップ２の暖機温度の確認では、エンジン温度センサ５４が計測するエンジン１０の内部温度、例えば吸気ポート壁の温度を利用してもよい。
【００４２】
また、本フローの開始時には、三方切替弁３０が予めヒータコア４４に冷却水が循環しないように制御されていることが望ましい。このためには、走行終了後、例えばイグニションオフされた際に、次のエンジン１０の始動に備え、予め三方切替弁３０をヒータコア４４に冷却水が循環しないように切り替えておくとよい。
【００４３】
図３は、図２のステップ１におけるフェイル判定フラグの設定手法を示すフローチャートである。前述したようにフェイル判定フラグはフェイル検出手段５２にて設定される。
【００４４】
図３に示すように、ステップ１において、蓄熱タンク用ポンプ３８に駆動指示が出力されているか否かを確認する。例えば蓄熱タンク用ポンプ３８に駆動用電圧が印加されているか否かを確認する。駆動指示が出力されていなければステップ２に進み、フェイル判定フラグを０に設定し、本設定フローを終了する。駆動指示が出力されていればステップ３に進む。
【００４５】
ステップ３では、蓄熱タンク用ポンプ３８に駆動指示が所定時間連続して出力されているか否かを確認する。したがってフェイル検出手段５２には、蓄熱タンク用ポンプ３８への駆動指示時間値Ｃをカウントするカウンタが設けられており、カウンタ値Ｃが所定値より大きいか否かを確認する。所定値以下の場合、ステップ２に進み、フェイル判定フラグを０に設定し、本設定フローを終了する。所定値より大きければステップ４に進む。
【００４６】
ステップ４では、蓄熱タンク用ポンプ３８の駆動開始時の暖機用冷却水の温度と、現在の暖機用冷却水の温度との比較から、暖機用冷却水の温度上昇を計測し、温度上昇が所定温度より小さいか否かを確認する。所定温度以上の場合、ステップ２に進み、フェイル判定フラグを０に設定する。所定温度より小さい場合、ステップ５に進み、フェイル判定フラグを１に設定し本設定フローを終了する。
【００４７】
前述したように暖機はエンジン１０の始動前に行い、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達してから始動することが望ましい。この際、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があると、上述した冷却水の温度低下の対策を講じたとしても、エンジン１０を所望の暖機温度まで上昇させることができない恐れがある。この問題を回避したエンジン始動手法を次に説明する。
【００４８】
図４は、暖機制御を伴うエンジン始動動作を示すフローチャートである。エンジン１０の始動指示を受けると、ステップ１において、蓄熱タンク３６から冷却水（前述したように、エンジン１０で加熱された高温の冷却水である）が放出されているか否かを確認する。放出の確認は、例えば蓄熱タンク用ポンプ３８に対して冷却水放出指令信号を出力していることを確認すればよく、あるいは、蓄熱タンク３６の水出口に流量計を設置してその流量により確認してもよい。冷却水が放出されていなければステップ２へ進み、冷却水の放出時間をカウントするカウンタ値Ｃ´を０に設定して本フローを終了し、所定時間後、例えば１秒後に本フローを再開する。冷却水が放出されていればステップ３へ進む。
【００４９】
ステップ３では、カウンタ値Ｃ´にカウント値１を加算し新たなカウント値Ｃ´とする。カウント値としては例えば１秒とするなど、用途に応じて適宜設定を行えばよい。
【００５０】
ステップ４では、エンジン内部の温度が所定温度に達しているか否かを確認する。例えば、エンジン温度センサ５４の計測結果により吸気ポート壁の温度が４０度より高ければステップ５に進み、エンジン１０の始動を許可して本フローを終了する。吸気ポート壁の温度が４０度以下であればステップ６に進む。
【００５１】
ステップ６では、カウンタ値Ｃ´を確認し、カウンタ値Ｃ´が例えば１０秒より大きければステップ５に進みエンジン１０の始動を許可する。カウンタ値Ｃ´が１０秒以下であれば、本フローを終了し、所定時間後、例えば１秒後に本フローを再開する。
【００５２】
なお、ステップ４の温度確認では、例えば、水温センサ３４が計測する冷却水温を参照し、冷却水温が所定温度より高い否かで判定してもよい。
【００５３】
上記のように、暖機温度、例えばエンジン１０の内部温度あるいは冷却水温の温度が所定時間内に所定温度に達しない場合、エンジン１０の始動を許可することでエンジン始動のトリガが不明になることを避けることが可能になり、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があり、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達しない場合でも、エンジン１０の始動開始が保障できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、冷却装置の故障等による暖機時間の増大への対策を施した内燃機関の冷却装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る内燃機関の冷却装置の全体構成図である。
【図２】 暖気制御手段の制御手順を示すフローチャートである。
【図３】 フェイル判定フラグの設定手順を示すフローチャートである。
【図４】 暖機制御を伴う内燃機関の始動動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ エンジン、３０ 三方切替弁、３４ 水温センサ、３６ 蓄熱タンク、３８ 蓄熱タンク用ポンプ、５０ 暖機制御手段、５２ フェイル検出手段、５４ エンジン温度センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に水冷式の冷却装置において早期暖機が可能な内燃機関の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の内燃機関において、機関始動時における早期暖機は燃費性能や排気エミッションの向上を図る上で非常に重要である。水冷式内燃機関の早期暖機に関しては、例えば特開２００１−１４０６４４号公報に記載されているように、蓄熱タンクを利用した暖機手法が提案されている。この公報に開示されている内燃機関は、機関運転中に冷却水回路を流れる高温の冷却水を蓄熱タンクに貯留することにより蓄熱しておき、この蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を次回の機関始動時に冷却水回路を介して内燃機関に供給することにより、内燃機関の早期暖機を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の内燃機関の冷却装置は、冷却装置の故障対策が講じられていないため、例えば正常時に比べ内燃機関の温度上昇が遅くなり早期暖機が図れないという問題が発生し、場合によっては、いつまでも暖機が終了せず、内燃機関始動のタイミングが不明になるという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、冷却装置の故障等による暖機時間の増大への対策を施した内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、水冷式の内燃機関と、前記内燃機関により加熱された高温の冷却水を貯留する蓄熱タンクと、冷却水から熱を収集する集熱手段と、冷却水を、前記内燃機関と前記蓄熱タンクの間を循環する暖機用冷却水、および、前記内燃機関と前記集熱手段の間を循環する集熱用冷却水に分流するとともに、前記暖機用冷却水および前記集熱用冷却水の流量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁を制御し、前記蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を前記内燃機関に供給して暖機する暖機制御手段と、を有し、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転停止時、次回の暖機開始時に前記集熱用冷却水が循環しないように前記流量調整弁を予め制御しておくことを特徴とする。望ましい態様において、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転始動前に暖機を行い、暖機温度が正常暖機温度まで上昇した場合、または、暖機温度が正常暖機温度まで上昇せず所定時間経過した場合に前記内燃機関の運転始動を許可するものとする。
【０００６】
上記構成によれば、内燃機関の暖機度合を示す暖機温度が、機関の暖機が完了したとみなせる暖機温度である正常暖機温度に到達した場合に内燃機関を運転始動するシステムにおいて、例えば冷却装置等の故障により、暖機温度の上昇が遅くなる場合でも、内燃機関の運転始動タイミングを得ることができる。
【０００７】
望ましくは、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転停止時、次回の暖機開始時に前記集熱用冷却水が循環しないように前記流量調整弁を予め制御しておくものとする。
【０００８】
望ましくは、前記暖機温度は、前記内燃機関の吸気ポート壁の温度とする。
【０００９】
望ましくは、前記暖機温度は、前記内燃機関に流入する冷却水の温度とする。
【００１０】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、水冷式の内燃機関と、前記内燃機関により加熱された高温の冷却水を貯留する蓄熱タンクと、冷却水から熱を収集する集熱手段と、冷却水を、前記内燃機関と前記蓄熱タンクの間を循環する暖機用冷却水、および、前記内燃機関と前記集熱手段の間を循環する集熱用冷却水に分流するとともに、前記暖機用冷却水および前記集熱用冷却水の流量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁を制御し、前記蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を前記内燃機関に供給して暖機する暖機制御手段と、を有し、前記暖機制御手段は、暖機温度が所定温度以下の場合、前記流量調整弁を制御し、前記集熱用冷却水の流量を所定流量以下に調整するものとする。
【００１１】
上記構成によれば、内燃機関の暖機の際、集熱手段が集熱用冷却水から熱を奪うことによる冷却水の温度低下を抑制できる。
【００１２】
望ましくは、暖機異常判定手段をさらに有し、前記暖機制御手段は、前記暖機異常判定手段が暖機異常と判断し、かつ暖機温度が所定温度以下の場合、前記流量調整弁を制御し、前記集熱用冷却水の流量を所定流量以下に調整するものとする。
【００１３】
望ましくは、前記暖機異常判定手段は、暖機の際、前記内燃機関に流入する冷却水の所定時間内における温度上昇が、所定温度以下の場合に暖機異常と判断するものとする。
【００１４】
上記構成によれば、暖機に異常が伴う際、例えば、所定時間内の温度上昇が所定温度以下の場合に、集熱手段が集熱用冷却水から熱を奪うことによる冷却水の温度低下を抑制でき、冷却水の温度上昇を助けることができる。
【００１５】
望ましくは、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転始動前に暖機を行い、暖機温度が正常暖機温度まで上昇した場合、または、暖機温度が正常暖機温度まで上昇せず所定時間経過した場合に前記内燃機関の運転始動を許可するものとする。
【００１６】
上記構成によれば、集熱手段が集熱用冷却水から熱を奪うことによる冷却水の温度低下を抑制したにも拘らず、暖機温度の上昇が遅くなる場合でも、内燃機関の運転始動タイミングを得ることができる。
【００１７】
望ましくは、前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転停止時、次回の暖機開始時に前記集熱用冷却水が循環しないように前記流量調整弁を予め制御しておくものとする。
【００１８】
上記構成によれば、内燃機関の運転停止後に冷却装置に異常が発生した場合でも、次の内燃機関の運転始動時の暖機において、冷却水の温度上昇を助けることができる。
【００１９】
望ましくは、前記暖機温度は、前記内燃機関の吸気ポート壁の温度とする。
【００２０】
望ましくは、前記暖機温度は、前記内燃機関に流入する冷却水の温度とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、車両に搭載される水冷式エンジンの冷却装置の全体構成を示す構成図である。内燃機関であるエンジン１０はその内部に冷却水通路１２を有し、この冷却水通路１２に冷却水が流れることによって、エンジン１０が冷却される。冷却水通路１２の上流側には、このエンジンのクランクシャフト（図示せず）によって駆動されるエンジン用ポンプ１４が接続されており、冷却水はこのエンジン用ポンプ１４によって冷却水通路１２に圧送される。
【００２３】
エンジン１０の冷却水通路１２の下流側には冷却水通路１６が接続されており、サーモスタットバルブ１８、冷却水通路２０を介して、エンジン用ポンプ１４の吸込側に冷却水が流れるように構成されている。また、サーモスタットバルブ１８は冷却水通路２２を介してラジエータ２４の水入口に接続されており、ラジエータ２４の水出口は冷却水通路２６を介してエンジン用ポンプ１４の吸込側に接続されている。なお、冷却水通路２０と冷却水通路２６は合流後にエンジン用ポンプ１４の吸込側に接続されている。
【００２４】
サーモスタットバルブ１８は、冷却水の温度に応じて冷却水の流路を切り替えるバルブであり、このサーモスタットバルブ１８を流れる冷却水の温度が所定温度Ｔｓよりも高い場合、冷却水通路２０側を閉塞して冷却水通路１６と冷却水通路２２を接続し、冷却水温度が前記所定温度Ｔｓ以下の場合、冷却水通路２２側を閉塞して冷却水通路１６と冷却水通路２０を接続する。
【００２５】
したがって、エンジン１０の運転中、冷却水温度が所定温度Ｔｓよりも高い場合、冷却水は、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路１６→サーモスタットバルブ１８→冷却水通路２２→ラジエータ２４→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４の閉回路を循環し、エンジン１０において加熱された冷却水はラジエータ２４を通過する際に冷却される。
【００２６】
一方、エンジン１０の運転中、冷却水温度が所定温度Ｔｓ以下の場合、冷却水は、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路１６→サーモスタットバルブ１８→冷却水通路２０→エンジン用ポンプ１４の閉回路を循環する。
【００２７】
また、エンジン１０の冷却水通路１２は、前述した回路とは別の回路にも接続されている。即ち、冷却水通路１２の下流側は、冷却水通路２８、流量調整弁である三方切替弁３０、冷却水通路３２、水温センサ３４、蓄熱タンク３６、蓄熱タンク用ポンプ３８、冷却水通路４０、冷却水通路２６を介して、エンジン用ポンプ１４に接続されている。これにより、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→蓄熱タンク３６→蓄熱タンク用ポンプ３８→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４と循環する暖機用冷却水が流れる閉回路が形成される。
【００２８】
この閉回路は、エンジン１０で加熱された高温の冷却水を蓄熱タンク３６に導入し貯留する場合、あるいは、エンジン１０の始動時に蓄熱タンク３６に貯留された高温の冷却水でエンジン１０を暖機するときに使用される回路である。蓄熱タンク用ポンプ３８は電動モータ（図示せず）によって駆動されるポンプであり、したがって、エンジン１０のクランキング前であっても運転可能である。これに対して、エンジン用ポンプ１４は前述したようにエンジン１０のクランクシャフトにより駆動されるポンプであるので、クランキング前は運転不能である。また、三方切替弁３０は冷却水通路４２にも接続されており、この冷却水通路４２には車室内暖房用のヒータコア４４が、ヒータ用ポンプ４６を介して接続されている。つまり、ヒータコア４４はエンジン１０で加熱された冷却水から熱を集める集熱手段として機能している。
【００２９】
これにより、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路４２→ヒータコア４４→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４と循環する集熱用冷却水が流れる閉回路が形成される。
【００３０】
三方切替弁３０は、冷却水通路２８を冷却水通路３２と冷却水通路４２のいずれか一方に選択的に接続するバルブであり、ＥＣＵ４８内の暖機制御手段５０が三方切替弁３０の動作を制御し、冷却水の流路を切り替える。同じくＥＣＵ４８内には暖機異常判定手段であるフェイル検出手段５２が存在し、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があるか否かを確認している。
【００３１】
図示しない空調装置のモード選択スイッチが「暖房モード」にされると、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路４２とを接続するように三方切替弁３０を制御し、さらにヒータ用ポンプ４６を駆動する。これにより、前述した冷却水のフローに加えて、エンジンの冷却水通路１２から流れ出た冷却水の一部が、冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路４２→ヒータ用ポンプ４６→ヒータコア４４→冷却水通路４０と流れて冷却水通路２６に合流するようになり、ヒータコア４４がエンジン１０で加熱された高温の冷却水から熱を奪い、この熱を車室内の暖気に利用する。
【００３２】
次に、蓄熱タンク３６に高温の冷却水を貯留し蓄熱する場合と、エンジン１０の始動時に蓄熱タンク３６に貯留されている高温の冷却水でエンジン１０を暖機する動作について説明する。
【００３３】
蓄熱は、この実施の形態においては、エンジン１０の停止直後に行われる。即ち、エンジン１０の停止信号（例えば、イグニッションスイッチのＯＦＦ信号）により、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路３２とを接続するように三方切替弁３０を制御するとともに、蓄熱用ポンプ３８を運転する。これにより、冷却水は、エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→水温センサ３４→蓄熱タンク３６→蓄熱タンク用ポンプ３８→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４を経て冷却水通路１２に戻る閉回路を流れることになる。ただし、この場合、エンジン１０の停止後であるので、エンジン用ポンプ１４は運転されていない。つまり、エンジンの冷却水通路１２に流れる冷却水は、蓄熱用ポンプ３８により流動される。
【００３４】
次に、始動時における暖機について説明する。エンジン１０の始動時には、エンジン１０の運転始動前すなわちクランキング前に、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路３２とを接続するように三方切替弁３０を制御するとともに、蓄熱用ポンプ３８を駆動する。これにより、冷却水は、蓄熱タンク３６→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→水温センサ３４を経て蓄熱タンク３６に戻る閉回路を流れることになる。また、エンジン１０はクランキング前であるので、エンジン用ポンプ１４は運転されていない。したがって、エンジンの冷却水通路１２に流れる冷却水は、蓄熱タンク用ポンプ３８により流動される。
【００３５】
前述したように暖機はエンジン１０の始動前に行い、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達してから始動することが望ましい。この際、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があると、暖機が正常に行われないため、エンジン１０を所望の暖機温度まで上昇させることができない恐れがある。
【００３６】
そこで暖機制御手段５０は、エンジン温度センサ５４が計測するエンジン内部の温度、例えば吸気ポート壁の温度が、所定時間内（例えば１０秒間）に所定温度（例えば４０度）を超えない場合、エンジン１０の始動を許可するよう、始動トリガを出力し、図示しないエンジン１０の始動制御手段へ、エンジン１０の始動を許可する。
【００３７】
これにより、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があり、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達しない場合でも、エンジン１０の始動開始が保障できる。
【００３８】
また、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８の故障によりエンジン１０の暖機が充分でないにも関わらず、冷却水通路２８を冷却水通路４２に接続してしまうと、冷却水の熱がヒータコア４４で消費されてしまい、ヒータコア４４内を通過する冷却水の温度が低下し、エンジン１０の暖機には不利になる。そこで、ＥＣＵ４８内にある暖機制御手段５０は、エンジン１０の暖機が完了するまで、ヒータコア４４に冷却水が循環しないように、三方切替弁３０を制御する。
【００３９】
図２は、暖機制御手段５０による三方切替弁３０の制御を示すフローチャートである。なお以下の図２の説明において、図１に記載した要素と同じ要素には図１における符号を付してある。
【００４０】
エンジン１０の始動指示、例えば運転手によりエンジンスタートキーが入力されると、ステップ１において、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があるか否かを確認する。判定にはフェイル検出手段５２が設定するフェイル判定フラグを参照し、フェイル判定フラグが０であれば異常なしと判断し本フローを終了し、例えば所定時間経過後、再びステップ１を実行して異常を確認する。フェイル判定フラグが１であれば異常ありと判定し、ステップ２に進む。なお、フェイル判定フラグの具体的な設定手法については後に詳述する。
【００４１】
ステップ２において暖機温度の確認を行う。つまり、暖機温度の指標としての水温センサ３４が計測する冷却水の温度が所定の正常暖機温度に達しているか否かを確認する。暖機温度が正常暖機温度以上、例えば６０度以上であれば、本フローを終了し、三方切替弁３０によりヒータに冷却水が循環することを許可する。所定温度より低い、例えば６０度より低い場合、ステップ３に進み、三方切替弁３０をヒータコア４４に冷却水が循環しないよう、すなわち蓄熱タンク３６のみに循環するように制御する。なお、ステップ２の暖機温度の確認では、エンジン温度センサ５４が計測するエンジン１０の内部温度、例えば吸気ポート壁の温度を利用してもよい。
【００４２】
また、本フローの開始時には、三方切替弁３０が予めヒータコア４４に冷却水が循環しないように制御されていることが望ましい。このためには、走行終了後、例えばイグニションオフされた際に、次のエンジン１０の始動に備え、予め三方切替弁３０をヒータコア４４に冷却水が循環しないように切り替えておくとよい。
【００４３】
図３は、図２のステップ１におけるフェイル判定フラグの設定手法を示すフローチャートである。前述したようにフェイル判定フラグはフェイル検出手段５２にて設定される。
【００４４】
図３に示すように、ステップ１において、蓄熱タンク用ポンプ３８に駆動指示が出力されているか否かを確認する。例えば蓄熱タンク用ポンプ３８に駆動用電圧が印加されているか否かを確認する。駆動指示が出力されていなければステップ２に進み、フェイル判定フラグを０に設定し、本設定フローを終了する。駆動指示が出力されていればステップ３に進む。
【００４５】
ステップ３では、蓄熱タンク用ポンプ３８に駆動指示が所定時間連続して出力されているか否かを確認する。したがってフェイル検出手段５２には、蓄熱タンク用ポンプ３８への駆動指示時間値Ｃをカウントするカウンタが設けられており、カウンタ値Ｃが所定値より大きいか否かを確認する。所定値以下の場合、ステップ２に進み、フェイル判定フラグを０に設定し、本設定フローを終了する。所定値より大きければステップ４に進む。
【００４６】
ステップ４では、蓄熱タンク用ポンプ３８の駆動開始時の暖機用冷却水の温度と、現在の暖機用冷却水の温度との比較から、暖機用冷却水の温度上昇を計測し、温度上昇が所定温度より小さいか否かを確認する。所定温度以上の場合、ステップ２に進み、フェイル判定フラグを０に設定する。所定温度より小さい場合、ステップ５に進み、フェイル判定フラグを１に設定し本設定フローを終了する。
【００４７】
前述したように暖機はエンジン１０の始動前に行い、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達してから始動することが望ましい。この際、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があると、上述した冷却水の温度低下の対策を講じたとしても、エンジン１０を所望の暖機温度まで上昇させることができない恐れがある。この問題を回避したエンジン始動手法を次に説明する。
【００４８】
図４は、暖機制御を伴うエンジン始動動作を示すフローチャートである。エンジン１０の始動指示を受けると、ステップ１において、蓄熱タンク３６から冷却水（前述したように、エンジン１０で加熱された高温の冷却水である）が放出されているか否かを確認する。放出の確認は、例えば蓄熱タンク用ポンプ３８に対して冷却水放出指令信号を出力していることを確認すればよく、あるいは、蓄熱タンク３６の水出口に流量計を設置してその流量により確認してもよい。冷却水が放出されていなければステップ２へ進み、冷却水の放出時間をカウントするカウンタ値Ｃ´を０に設定して本フローを終了し、所定時間後、例えば１秒後に本フローを再開する。冷却水が放出されていればステップ３へ進む。
【００４９】
ステップ３では、カウンタ値Ｃ´にカウント値１を加算し新たなカウント値Ｃ´とする。カウント値としては例えば１秒とするなど、用途に応じて適宜設定を行えばよい。
【００５０】
ステップ４では、エンジン内部の温度が所定温度に達しているか否かを確認する。例えば、エンジン温度センサ５４の計測結果により吸気ポート壁の温度が４０度より高ければステップ５に進み、エンジン１０の始動を許可して本フローを終了する。吸気ポート壁の温度が４０度以下であればステップ６に進む。
【００５１】
ステップ６では、カウンタ値Ｃ´を確認し、カウンタ値Ｃ´が例えば１０秒より大きければステップ５に進みエンジン１０の始動を許可する。カウンタ値Ｃ´が１０秒以下であれば、本フローを終了し、所定時間後、例えば１秒後に本フローを再開する。
【００５２】
なお、ステップ４の温度確認では、例えば、水温センサ３４が計測する冷却水温を参照し、冷却水温が所定温度より高い否かで判定してもよい。
【００５３】
上記のように、暖機温度、例えばエンジン１０の内部温度あるいは冷却水温の温度が所定時間内に所定温度に達しない場合、エンジン１０の始動を許可することでエンジン始動のトリガが不明になることを避けることが可能になり、蓄熱タンク３６や蓄熱タンク用ポンプ３８に異常があり、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達しない場合でも、エンジン１０の始動開始が保障できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、冷却装置の故障等による暖機時間の増大への対策を施した内燃機関の冷却装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る内燃機関の冷却装置の全体構成図である。
【図２】 暖気制御手段の制御手順を示すフローチャートである。
【図３】 フェイル判定フラグの設定手順を示すフローチャートである。
【図４】 暖機制御を伴う内燃機関の始動動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ エンジン、３０ 三方切替弁、３４ 水温センサ、３６ 蓄熱タンク、３８ 蓄熱タンク用ポンプ、５０ 暖機制御手段、５２ フェイル検出手段、５４ エンジン温度センサ。
Claims (7)
- 水冷式の内燃機関と、
前記内燃機関により加熱された高温の冷却水を貯留する蓄熱タンクと、
冷却水から熱を収集する集熱手段と、
冷却水を、前記内燃機関と前記蓄熱タンクの間を循環する暖機用冷却水、および、前記内燃機関と前記集熱手段の間を循環する集熱用冷却水に分流するとともに、前記暖機用冷却水および前記集熱用冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
前記流量調整弁を制御し、前記蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を前記内燃機関に供給して暖機する暖機制御手段と、
を有し、
前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転停止時、次回の暖機開始時に前記集熱用冷却水が循環しないように前記流量調整弁を予め制御しておく、
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項１記載の内燃機関の冷却装置であって、
暖機異常の有無を判定する暖機異常判定手段をさらに有し、
前記暖機制御手段は、前記内燃機関の始動指示が成されると、前記暖機異常判定手段が暖機異常と判断し、かつ暖機温度が所定温度以下の場合、前記流量調整弁を制御し、前記集熱用冷却水の流量を所定流量以下に調整する、
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項２記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記暖機制御手段は、前記内燃機関の始動指示が成されると、前記暖機異常判定手段が暖機異常と判断し、かつ暖機温度が正常暖機温度以上の場合、前記流量調整弁を制御し、前記集熱手段に冷却水が循環することを許可する、
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。 - 請求項３記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記暖機異常判定手段は、暖機の際、前記内燃機関に流入する冷却水の所定時間内における温度上昇が、所定温度以下の場合に暖機異常と判断する、内燃機関の冷却装置。 - 請求項４記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記暖機制御手段は、前記内燃機関の運転始動前に暖機を行い、暖機温度が正常暖機温度まで上昇した場合、または、暖機温度が正常暖機温度まで上昇せず所定時間経過した場合に前記内燃機関の運転始動を許可する、内燃機関の冷却装置。 - 請求項１から５いずれか１項記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記暖機温度は、前記内燃機関の吸気ポート壁の温度である、内燃機関の冷却装置。 - 請求項１から５いずれか１項記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記暖機温度は、前記内燃機関に流入する冷却水の温度である、内燃機関の冷却装置。
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