JP3912104B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に用いて好適のエンジンの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの冷却装置はエンジン本体の冷却水を放熱器（ラジエータ）側に循環させて冷却し、シリンダの過度な温度上昇を抑えてエンジン出力を適正に保持する機能や、排気温度を調節しエンジンの排気通路に付設された触媒を活性温度に保って排気浄化性能を保持する機能等を有している。
【０００３】
このような冷却装置では、通常、冷却水通路に設けられたサーモスタットの働きにより、ラジエータへ流入する冷却水量が調整され、冷却水温が所定温度に維持されるようになっている。
つまり、低速走行時等のように比較的低温の冷却水が循環する場合には、サーモスタットが自動的に閉じてラジエータをバイパスさせ、冷却水が過冷却されることが防止される。また、高速走行時等のように比較的高温の冷却水が循環する場合には、サーモスタットが開いて冷却水をラジエータへ流入させ、低温の冷却水によってエンジンを十分冷却するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような冷却水の温度は、一般に、ＭＢＴが比較的とりやすい低負荷時には、フリクションロスを減らして燃費を向上させるため比較的高温に保つのがよいが、エンジン出力向上の観点からは、吸気の体積効率向上とノッキング抑制のため比較的低温に保つことが望ましい。しかし、上述の従来のサーモスタットを用いた水温制御方法では、その温度特性によりサーモスタットを切り替えるための水温を一つしか設定できないため、燃費を重視してこの水温を高く設定するか、或いは、出力を重視して低く設定するかのどちらかを選択する必要があり、これらを両立させることはできない。
【０００５】
これに対して、近年、電気的な制御により開閉可能な電制サーモスタットや電動ウォータポンプを利用して冷却水温を制御するようにした冷却水温可変機構が提案され、例えば、特開平１０−１３１７５３号公報には、エンジン水温やエンジン負荷情報等をパラメータとして制御温度を緻密に設定できるようにした技術が開示されている。
【０００６】
しかし、上記公報で開示された技術によって制御温度をパラメータに応じて詳細に設定するようにしても、例えば、低負荷からの加速する場合のようにパラメータが大きく変化する場合には、負荷が所定値を超えるまでは開弁温度が高く設定されるため、低負荷からの加速で発生しやすいノッキング等に対応することができない。
【０００７】
また、パラメータの変動に対して冷却水の実温度の変化が緩やかなため、上述のようにパラメータの変動に応じて冷却水温を詳細に設定しても、燃費等の向上について大局的に見て大きな効果は期待できなかった。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、運転状態の変化に対して冷却水温を的確に設定できるとともに、大局的な観点から燃費又は出力を向上させることを可能とした、エンジンの冷却装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンの冷却装置は、エンジンから排出された冷却水を冷却水通路内で循環させてラジエータで冷却する。そして、冷却水が所定温度より低いときには、制御弁によって冷却水の流通経路をバイパス通路に切り替え、ラジエータをバイパスさせることで、過冷却を防ぐようにしている。これにより、冷却水はその温度が所定温度付近に保たれるように制御される。
【０００９】
そして、上記目的を達成するために、本冷却装置では、負荷情報算出手段によってエンジンの演算周期毎の負荷変化率を積算し、走行開始からの時間平均として学習値を算出し、この学習値が所定値よりも大きい場合は、温度設定手段により、制御弁の切り替え制御を行なうための所定温度が第１の所定温度に設定される。逆に、この学習値が所定値よりも小さい場合にはこの所定温度が第１の所定温度よりも高温側の第２の所定温度に設定される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態としてのエンジンの冷却装置について説明すると、図１はその機能に着目した模式的なブロック図、図２はその全体構成を示す図、図３はその作用を説明するためのフローチャートである。
本実施形態における冷却装置は、図２に示すように、電子制御によりラジエータ４に流入する冷却水量を任意に制御しうるように構成されたものであり、主な要素として、エンジン１から排出された冷却水をラジエータ４によって冷却し再びエンジン１内へ流入させる冷却水通路２と、この冷却水通路２から分岐しラジエータ４をバイパスさせるバイパス通路３と、バイパス通路３内の冷却水の流通量を制御するための制御弁５と、制御弁５の開閉を制御するための制御装置７とをそなえている。
【００１１】
制御弁５は、電制サーモスタット等により構成されており、制御弁５が作動する水温を設定することで、ラジエータ４へ流入する冷却水温を調整することのできる可変制御弁として機能している。そして、冷却水がこの制御弁５の作動水温（以下、設定水温という）よりも高温の場合には、バイパス通路３への流入を規制し、冷却水通路２内を流通する冷却水量を増加させることで冷却水をラジエータ４によって冷却し、冷却水がこの設定水温（所定水温）よりも低温の場合には、冷却水を積極的にバイパス通路３へ流通させることでラジエータ４による過冷却を防止する。これにより、冷却水の温度が設定水温付近の温度に保持されるようになっている。
【００１２】
そして、この設定水温が比較的低温に設定されると、吸気の体積効率が向上するとともにノッキングが抑制されるため、出力重視の運転スタイルに適した走行が可能となり、逆に、設定水温が比較的高温に設定されると、低負荷時にフリクションロスを減らして燃費を向上させることができるため、燃費重視の運転スタイルに適した走行が可能となる。
【００１３】
制御装置７は、ドライバの運転スタイルに応じて長期的な観点から燃費向上や出力向上が可能なように冷却水温を制御するものであり、アクセル開度センサ（ＡＰＳ）２１，外部スイッチ２２及び水温センサ２３が接続され、それぞれ負荷情報，スイッチ切り替え情報及び水温情報が入力されるようになっている。
ＡＰＳ２１は、エンジン１の負荷情報を検出するものであり、この負荷の変化率によってドライバの運転スタイルを推定しうるようにしたものである。つまり、負荷変化率の大きい状態が持続する場合には、ドライバが急加速を繰り返し、きびきびとした運転を行なっていると推定でき、逆に、負荷変化率の小さい状態が持続する場合には、ドライバが加減速の少ない慎重な運転又はゆったりとした運転を行なっていると推定できるのである。
【００１４】
外部スイッチ２２は、ＡＰＳ２１の情報等からドライバの運転スタイルを推定することなく、予め設定された運転スタイルに基づいて冷却水温を制御しうるようにしたものであり、スイッチ切り替え情報としてＨｉ，Ｌｏｗ，Ａｕｔｏの三種類の情報を後述の制御装置７へ出力するようになっている。そして、ドライバが運転に際して予め外部スイッチ２２をＬｏｗ側に切り替えると、設定水温が比較的低温の第１の所定温度に固定され、冷却水が高出力走行に向いた比較的低い温度に保たれるようになっている。逆に、外部スイッチ２２をＨｉ側に切り替えると、設定水温が比較的高温の第２の所定温度に固定され、冷却水が低燃費走行に向いた比較的高い温度に保たれるようになっている。さらに、外部スイッチ２２をＡｕｔｏに切り替えると、ＡＰＳ２１の負荷情報に基づいて運転スタイルが推定され、設定水温が自動制御されるようになっている。
【００１５】
そして、水温センサ２３からの水温情報に基づき、冷却水温が設定温度よりも低いときには制御弁５により冷却水がバイパス通路３を介して循環し、逆に、設定温度よりも高くなると制御弁５を開いてラジエータ４に冷却水を供給するようになっている。
制御装置７には、図１に示すように、演算手段１１，記憶手段１２及び設定手段（温度設定手段）１３が機能的に設けられている。そして、ドライバの運転スタイルが燃費重視であるか、或いは、出力重視であるかを推定し、制御弁５の制御温度を切り替えて設定することでその開閉を制御しうるようになっている。
【００１６】
演算手段１１は、負荷変化率の学習値を算出するものであり、ＡＰＳ２１から逐次入力される負荷情報に基づいて演算制御周期毎に負荷の変化率を演算する。そして、演算されたこれらの負荷の変化率を積算し、走行開始時からの時間平均として算出される負荷変化率の学習値を記憶手段１２及び設定手段１３へ出力するようになっている。
【００１７】
記憶手段１２は、負荷変化率の学習値を記憶するものであり、不揮発性のメモリとして構成されている。そして、演算手段１１によって演算制御周期毎に算出された学習値が入力され、最新の学習値によって記憶内容が逐次更新されるようになっている。
なお、記憶された学習値は、演算手段１１によって新たに学習値を算出する際に読み込まれ、負荷変化率の積算値を計算するために用いられる。また、走行終了時に記憶手段１２に記憶された学習値は、次回走行する際に設定手段１３へ出力される学習値の初期値として用いられるようになっている。
【００１８】
設定手段１３は、負荷変化率の学習値に基づいて制御弁５が開く水温を設定するものであり、学習値からドライバの運転スタイルを判断し、この運転スタイルに応じて、設定水温を比較的低温の第１の所定温度と比較的高温の第２の所定温度との間で切り替えるようになっている。
したがって、冷却水温の制御に当たって、演算手段１１はＡＰＳ２１から負荷情報を読み込んでその負荷の変化率を演算する。同時に、記憶手段１２に記憶されている直近の学習値が演算手段１１へ入力され、これらの最新の負荷変化率と直近の学習値とから、走行開始時からカウントされた走行時間内での負荷変化率の平均値が最新の学習値として算出され、設定手段１３へ出力される。
【００１９】
このように、演算手段１１及び記憶手段１２は本発明の負荷情報算出手段として構成され、算出された学習値はドライバの運転スタイルを判断するための材料となる。すなわち、学習値が比較的大きい場合には、ドライバがアクセルを踏み込む頻度が高くきびきびとした走行が行なわれていることが推定されるため、出力重視の走行を指向しているものと判断される。逆に、この学習値が比較的小さい場合には、アクセル操作の頻度が少なく慎重に運転していることが推定されるため、速度変化を抑えた燃費重視の走行を指向していると判断される。
【００２０】
このような学習値の大小の判定は予め設定された所定値との比較によって行なわれ、設定手段１３は、学習値がこの所定値よりも大きい場合には、ドライバの運転スタイルが出力重視の運転スタイルであると判断し、制御弁５の開閉を制御するための設定水温を比較的低温の第１の所定温度に設定する。そして、この設定水温に基づいて制御弁５の開閉が制御されることで、冷却水が高出力走行に向いた比較的低い温度に保たれるようになっている。
【００２１】
逆に、学習値がこの所定値よりも小さい場合には、ドライバの運転スタイルが燃費重視の運転スタイルであると判断し、制御弁５の設定水温を第１の所定温度よりも高温側の第２の所定温度に設定する。そして、この設定水温に基づいて制御弁５の開閉が制御されることで、冷却水が低燃費走行に向いた比較的高い温度に保たれるようになっている。
【００２２】
そして、負荷変化率の演算及び学習値の更新を通じて、ドライバの運転スタイルが走行中常時監視され、ドライバの変更や運転状況の変化によって運転スタイルが変わっても、その変化に的確に対応することができるようになっている。
本発明の一実施形態としてのエンジンの冷却装置は、上述のように構成されているので、エンジン冷却水の水温制御は図３に示すフローチャートに沿って行なわれる。
【００２３】
つまり、制御装置７は、冷却水の水温制御に際して、まず、外部スイッチ２２からの切り替え情報を取り込む（ステップＳ１）。そして、この切り替え情報がＨｉ又はＬｏｗであれば、それぞれステップＳ５又はステップＳ６へ進み、設定手段１３が設定水温をそれぞれ第１の所定温度又は第２の所定温度に固定する。これにより、ＡＰＳ２１からの負荷情報によらず冷却水温が比較的低温の第１の所定温度付近又は比較的高温の第２の所定温度付近で保持され、燃費重視の走行や出力重視の走行が実現される。
【００２４】
一方、切り替え情報がＡｕｔｏであれば、設定水温の自動制御を行なうべく、ステップＳ２でＡＰＳ２１から負荷情報を取り込み、ステップＳ３でこの負荷の変化率を演算しその学習値を算出する。そして、この学習値が予め設定された所定値よりも大きい場合には、ドライバが出力重視の運転を指向していると判断し、設定水温を第１の所定温度に設定することで冷却水温を比較的低温に保持する。逆に、この学習値が所定値以下の場合には、ドライバが燃費重視の運転を指向していると判断し、設定水温を第２の所定温度に設定することで冷却水温を比較的高温に保持する。
【００２５】
このような学習値の算出は演算制御周期毎に常時行なわれており、学習値は記憶手段１２において逐次更新される。そして、走行を終えると最終の学習値が消去されずに保持され、次に走行する際に初期値として読み込まれる。
したがって、本実施形態のエンジンの冷却装置によれば、ドライバの運転スタイルに基づいて冷却水温を制御するため、ドライバの意図に即した極めて合理的な制御が可能となる。
【００２６】
そして、このような制御が負荷の変化率に基づいた制御であるため、運転状態の変化を確実に捉えてドライバの意図をよりよく反映させることができ、低負荷からの加速時等、運転状態が大きく変化する場合にも、制御弁５の開弁温度を的確に設定することができるのである。
また、この負荷変化率の学習値を求めることで、大局的な観点からのドライバの意図、即ち、ドライバの運転スタイルを正確に把握することができるのである。そして、このドライバの運転スタイルは走行中に大きく変化することがないため、外乱の影響を受けづらく、制御を安定させることができる。
【００２７】
さらに、従来の制御のように車速やその他の運転パラメータの変化に応じた高い応答性が要求されないため、水温のように制御応答性の緩やかなものに対して適した制御となっており、大局的な観点から燃費の向上や出力の向上が期待できる。
また、ドライバの運転スタイルは走行中常時監視されているため、運転スタイルの変化を敏感に検出することができる。つまり、都市部から郊外へ移動し運転スタイルがそれに応じて燃費重視から出力重視に変わったり、ドライバが交代して運転スタイルが変更したりした場合にも、その変化を確実に検出でき、変更後の運転スタイルに適した水温制御ができるのである。
【００２８】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態ではドライバの運転スタイルをエンジン負荷の変化率から推定するようにしているが、これ以外にも、スロットル開度，マニホールド圧，ＡＦＳ情報，体積効率，目標Ｐｅ等から得られる負荷情報やこれらの変化率から推定することも可能である。
【００２９】
また、ブレーキ使用頻度，車両加速度，エンジン回転数情報等を用いた処理（メンバーシップ関数によるファジー制御等）により、燃費指向か出力指向かを推定することも有効である。
さらに、ドライバの運転スタイルの種類も燃費指向と出力指向との二種類に限定されるものではなく、他のスタイルを取り入れ、よりドライバの意図を反映しうるようにしてもよい。そして、それに応じて設定水温も第１の所定温度及び第２の所定温度の他に第３の所定温度或いは第４の所定温度等を設定し切り替えるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、冷却水温はエンジンの演算周期毎の負荷変化率に基づいて制御されるため、運転状態の変化を確実に捉えてドライバの意図をよりよく反映させることができ、運転状態が大きく変化した場合にも、制御弁の開弁温度を的確に設定することができる。
【００３１】
また、エンジンの演算制御周期毎の負荷変化率を積算し、走行開始からの時間平均として学習値を算出することによって大局的な観点からドライバの運転スタイルを把握することができる。そして、このようなドライバの運転スタイルに基づいて冷却水温が高温側又は低温側に制御されることで、ドライバの意図に即した形で冷却水温を合理的に制御することができ、大局的な観点から燃費又は出力を向上させることができるのである。
【００３２】
さらに、ドライバの運転スタイルは走行中に大きく変化することがないため、外乱の影響を受けづらく安定した制御が可能であるという利点もある。また、運転スタイルの変化が小さいことにより、上記制御では高い制御応答性が要求されず、制御応答性の緩やかな冷却水に対しても適用でき、十分な効果を発揮することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジンの冷却装置の機能に着目した模式的な制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるエンジンの冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるエンジンの冷却装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 冷却水通路
３ バイパス通路
４ ラジエータ
５ 制御弁
７ 制御装置
１１ 負荷情報算出手段を構成する演算装置
１２ 負荷情報算出手段を構成する記憶装置
１３ 温度設定手段を構成する設定手段

Claims (1)

1. エンジンから排出された冷却水をラジエータによって冷却し再び上記エンジン内へ流入させる冷却水通路と、
   上記ラジエータをバイパスするバイパス通路と、
   冷却水温度が所定温度より低いときに上記バイパス通路へ冷却水を導入するように切替可能な制御弁と、
   上記エンジンの演算制御周期毎の負荷変化率を積算し、走行開始からの時間平均として負荷変化率の学習値を算出する負荷情報算出手段と、
   上記学習値が上記所定値よりも大きい場合は上記所定温度を第１の所定温度に設定するとともに、上記学習値が所定値よりも小さい場合は上記所定温度を上記第１の所定温度よりも高温側の第２の所定温度に設定する温度設定手段とをそなえたことを特徴とする、エンジンの冷却装置。

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