JP4860746B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却する冷却装置に関し、より詳細には、冷却水のもつ熱を利用する熱交換手段を備えるエンジンの冷却装置に関する。

車両に搭載されるエンジンには、冷却水を強制的に循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置が広く用いられている。冷却水の循環には、エンジンのクランク軸で駆動される機械式ウォータポンプ、または車載バッテリから供給される電力で駆動される電動式ウォータポンプが一般的に用いられる。この種の冷却装置では、エンジンを暖機運転する際に一定水温に達するまで冷却水を循環させないで暖機を効率化することが行われており、その一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１の内燃機関のウォーターポンプ制御装置には、冷却水循環用ウォーターポンプに電動機を取り付け、冷却水出口付近に配置した温度センサが検出する冷却水温度に応じて、制御手段が電動機を制御する構成が開示されている。そして、冷却水温度が通常始動下限水温以下であるとウォーターポンプを停止し、通常始動下限水温を越え暖機促進上限水温以下であるとウォーターポンプを高速回転させるようになっている。これにより、ウォーターポンプの停止でスタータのクランキング時間および自力運転までの時間を短縮し、ウォーターポンプの高速回転で機関全体を速く暖めてなめらかな機関運転を可能にする作用がある、とされている。

また、特許文献２の内燃機関の冷却装置には、冷却水管路の一部に設けられた水位検出手段と、水位の上昇率に基づいて冷却水の沸騰を検知する沸騰検知手段とを備える構成が開示されている。そして、水位に基づく沸騰検知は温度による沸騰検知よりも応答が早く、特に暖機運転時などでウォーターポンプを停止している場合は差が顕著になる、とされている。さらに、ウォーターポンプを停止している場合に、迅速に冷却水の沸騰を検知でき、冷却水の流量を増加させて水温を低下させることができる、と記載されている。つまり、ウォーターポンプの停止による暖機を行うときの信頼性を高めている。

一方、冷却水のもつ熱を車両内の暖房や霜取りなどに利用することが広く行われており、エネルギーの有効利用の観点で好ましい。例えば、特許文献１の実施例には、冷却水の熱を放散するラジエータとは別に暖房用空調機を備え、暖房用空調機は冷却水の一部を熱源として利用する態様が開示されている。

特開平８−１４０４３号公報 特開２００８−３０３７７５号公報

ところで、暖房用空調機などの熱交換手段を併用した冷却装置で、冷却水を循環させずにエンジンを暖機運転していて熱交換手段から循環流量の要求を受けた場合、要求に応じて冷却水を循環させると不都合の生じる懸念がある。詳述すると、エンジンを暖機運転するときの暖機運転条件、例えばアイドル回転数や燃料噴射量、点火タイミングなどは、冷却水の水温に応じて定められ、制御される。ところが、冷却水の水温はエンジン冷却部の流出口に位置する冷却水感温センサ部の一点で検出されるのが一般的であり、循環を開始するとまずエンジン内の高温の冷却水、次いでエンジン外の低温の冷却水がセンサ部に流れる。したがって、検出される水温の変動が大きくなって暖機運転条件が安定せず、暖機運転の制御が難しくなる。特に、或る程度まで暖機運転が進んだ状態でいきなり要求流量を循環させた場合、検出される水温が大きく変動するため、エンジンに対して影響を与えてしまう懸念がある。この対策として冷却水を循環させながら暖機運転を行えば水温の変動は小さくできるが、循環により冷却水から熱が放散される分だけ暖機運転の効率が低下する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、冷却水を循環させずにエンジンを暖機運転していて熱交換手段から循環流量の要求を受けた場合に、冷却水を循環しても暖機運転の制御が安定し、エンジンに影響を与えないエンジンの冷却装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係るエンジンの冷却装置の発明は、エンジンに形成されて冷却水が流れる冷却部と、前記冷却水の水温を検出する冷却水感温センサ部と、前記冷却水のもつ熱を利用する熱交換手段と、前記冷却水の循環流量を可変とする循環流量可変手段と、前記冷却部、前記冷却水感温センサ部、前記熱交換手段、および前記循環流量可変手段を循環して前記冷却水が流れる循環水路と、前記熱交換手段から要求流量の要求を受けて前記水温を参照しつつ前記循環流量可変手段を制御して前記循環流量を調整するする制御手段と、を備えるエンジンの冷却装置であって、
前記制御手段は、前記水温に応じて前記エンジンを暖機運転するときの暖機運転条件を定め、前記循環流量可変手段を制御して前記冷却水を循環させずに前記エンジンを暖機運転し、暖機運転中に前記要求流量の要求を受けた場合に所定時間をかけて前記循環流量を前記要求流量まで増加させることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記制御手段は、前記循環流量を段階的に増加させることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１において、前記制御手段は、前記循環流量を経過時間に比例して増加させることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１において、前記制御手段は、前記循環流量を一次遅れフィルタの特性にしたがって増加させることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１において、前記制御手段は、前記水温の変動を制限するようにフィードバック制御しながら前記循環流量を調整することを特徴とする。

請求項６に係るエンジンの冷却装置の発明は、エンジンに形成されて冷却水が流れる冷却部と、前記冷却水の水温を検出する冷却水感温センサ部と、前記冷却水のもつ熱を利用する熱交換手段と、前記冷却水の循環流量を可変とする循環流量可変手段と、前記冷却部、前記冷却水感温センサ部、前記熱交換手段、および前記循環流量可変手段を循環して前記冷却水が流れる循環水路と、前記熱交換手段から要求流量の要求を受けて前記水温を参照しつつ前記循環流量可変手段を制御して前記循環流量を調整するする制御手段と、を備えるエンジンの冷却装置であって、前記制御手段は、前記水温に応じて前記エンジンを暖機運転するときの暖機運転条件を定め、前記循環流量可変手段を制御して前記冷却水を循環させずに前記エンジンを暖機運転し、暖機運転中に前記要求流量の要求を受けた場合に直ちに前記循環流量を前記要求流量まで増加させ、以降は前記水温にフィルタ処理を施して求めたなだらかに変化する補正水温に応じて前記暖機運転条件を定めることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項において、前記循環流量可変手段は、流量可変の電動式ウォータポンプ、または、前記エンジンに駆動される機械式ウォータポンプおよび流量調整弁、であることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一項において、前記循環流量可変手段は流量可変の電動式ウォータポンプであり、前記エンジンの前記冷却部の流出口に前記冷却水感温センサ部が配置され、前記冷却部の流入口に前記電動式ウォータポンプの吐出口が連結され、前記冷却水感温センサ部と前記熱交換手段との間の前記循環水路から分流して前記電動式ウォータポンプの吸入口で前記循環水路に合流する放熱水路と、該放熱水路内に設けられたラジエータおよびサーモスタットバルブと、を備えることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか一項において、前記エンジンは車両に搭載され、前記熱交換手段は暖房装置あるいはデフロスタであることを特徴とする。

請求項１に係るエンジンの冷却装置の発明は、エンジンの冷却部、冷却水感温センサ部、熱交換手段、循環流量可変手段、循環水路、および制御手段を備え、制御手段は、水温に応じてエンジンを暖機運転するときの暖機運転条件を定め、循環流量可変手段を制御して冷却水を循環させずにエンジンを暖機運転し、暖機運転中に熱交換手段から要求流量の要求を受けた場合に所定時間をかけて循環流量を要求流量まで増加させる。つまり、要求を受けた後に、要求流量よりも少ない循環流量で冷却水を流し始める。これにより、暖機運転で暖められていないエンジン外の冷却水がエンジンの冷却部をゆっくり通過し、暖められた後に冷却水感温センサ部に達する。これに対し、循環流量をいきなり要求流量に制御する従来の装置では、エンジン外の冷却水がエンジンの冷却部を速く流れ過ぎてしまうため、あまり暖められない。したがって本発明によれば、当初からエンジン内で暖められた冷却水と、当初エンジン外にありエンジンの冷却部を通過して暖められる冷却水との温度差が従来よりも小さくなり、冷却水感温センサ部で検出する水温の変動が小さくなって、暖機運転の制御が安定し、エンジンに影響を与えない。

請求項２に係る発明では、制御手段は、循環流量を段階的に増加させる。また、請求項３に係る発明では、制御手段は、循環流量を経過時間に比例して増加させる。さらに、請求項４に係る発明では、制御手段は、循環流量を一次遅れフィルタの特性にしたがって増加させる。請求項２〜４に係る発明では、熱交換手段からの要求流量の要求を受けた後に、要求流量よりも少ない循環流量で冷却水を流し始め、所定時間をかけて要求流量まで増加させるので、請求項１と同様の作用、効果が生じる。

請求項５に係る発明では、制御手段は、水温の変動を制限するようにフィードバック制御しながら循環流量を調整する。したがって、暖機運転の制御に影響を与えない範囲内に水温の変動を確実に制限でき、かつ可能な範囲内で循環流量を速やかに増加させて熱交換手段からの要求に応えることができる。

請求項６に係るエンジンの冷却装置の発明は、エンジンの冷却部、冷却水感温センサ部、熱交換手段、循環流量可変手段、循環水路、および制御手段を備え、制御手段は、水温に応じてエンジンを暖機運転するときの暖機運転条件を定め、循環流量可変手段を制御して冷却水を循環させずにエンジンを暖機運転し、暖機運転中に熱交換手段から要求流量の要求を受けた場合に直ちに循環流量を要求流量まで増加させ、以降は水温にフィルタ処理を施して求めたなだらかに変化する補正水温に応じて暖機運転条件を定める。つまり、冷却水の循環開始後は、実際に検出される水温よりもなだらかに変化する補正水温に応じて暖機運転条件を定めるので、暖機運転の制御に影響を与えない。また、直ちに循環流量を要求流量まで増加させることで、熱交換手段からの要求に応えることができる。

請求項７に係る発明では、循環流量可変手段に、流量可変の電動式ウォータポンプ、または、エンジンに駆動される機械式ウォータポンプおよび流量調整弁、を用いることができる。本発明は、ウォータポンプの種類や構造に限定されず、適用範囲が広い。

請求項８に係る発明では、循環流量可変手段に流量可変の電動式ウォータポンプを用いるとともに、循環水路から分流してラジエータおよびサーモスタットバルブを通り循環水路に合流する放熱水路を備える。ここで、サーモスタットバルブは冷却水の水温に応じて開度を自動的に調整するものであり、冷却水の水温が上昇するにつれて放熱水路の流量が増加し、ラジエータからの放熱量が増加する。これにより、熱交換手段で優先的に冷却水が有する熱を放出し、放出しきれなかた余剰分をラジエータで放熱する構成を実現できる。本発明は、熱交換手段のみで放熱を行う構成、熱交換手段で優先的に放熱し余剰分をラジエータで放熱する構成、熱交換手段とラジエータを併用する構成、など様々な態様で実現できる。

請求項９に係る発明では、エンジンは車両に搭載され、熱交換手段は暖房装置あるいはデフロスタとなっている。本発明は、車載のエンジンを冷却する冷却装置に好適である。

第１実施形態のエンジンの冷却装置を模式的に説明する全体構成図である。 第１実施形態において、エンジン制御ＥＣＵで所定時間をかけて循環流量を増加させる制御方法を説明する図である。 第１実施形態において、エンジン制御ＥＣＵによるエンジン暖機運転時の冷却水制御フローの図である。 第１実施形態において、図２に基づき所定時間をかけて循環流量を増加させたときの効果を説明する図である。 第１実施形態において、エンジン制御ＥＣＵで経過時間に比例して循環流量を増加させる別の制御方法を説明する図である。 第１実施形態において、エンジン制御ＥＣＵで一次遅れフィルタの特性にしたがって循環流量を増加させるまた別の制御方法を説明する図である。 第２実施形態でのエンジン制御ＥＣＵによるエンジン暖機運転時の冷却水制御フローの図である。 第３実施形態において、冷却水の水温にフィルタ処理を施して補正水温を求める効果を説明する図である。

本発明の第１実施形態のエンジンの冷却装置について、図１〜図６を参考にして説明する。図１は、第１実施形態のエンジンの冷却装置１を模式的に説明する全体構成図である。実施形態の冷却装置１は、車載のエンジンを冷却するとともに、冷却水がもつ熱を利用して車内を暖房するものである。冷却装置１は、ウォータジャケット２、冷却水感温センサ部３、暖房装置４、電動式ウォータポンプ５、循環水路６、エンジン制御ＥＣＵ７、放熱水路８１、ラジエータ８２、サーモスタットバルブ８３などで構成されている。

ウォータジャケット２は、エンジンの冷却部に相当する部位である。ウォータジャケット２は、図略のエンジンのシリンダを取り巻くように形成され、内部を冷却水が流れるようになっている。ウォータジャケット２の流出口２１には、冷却水の水温Ｔを検出する冷却水感温センサ部３が配置されている。 暖房装置４は、熱交換手段に相当する部位である。暖房装置４は、冷却水のもつ熱を取り込むヒータコア４１（熱交換機本体に相当）、およびヒータコア４１の動作を制御するコントロールユニット４２などで構成されている。電動式ウォータポンプ５は、入力電力を制御することにより循環流量Ｑｃを可変とする循環流量可変手段である。電動式ウォータポンプ５には、一般的なベーンポンプや遠心ポンプなどを用いることができる。電動式ウォータポンプ５の吐出口５１は、ウォータジャケット２の流入口２２に連結されている。

循環水路６は、ウォータジャケット２、冷却水感温センサ部３、暖房装置４のヒータコア４１、および電動式ウォータポンプ５を循環するように冷却水を流す水路である。図１には、上記の冷却水の流れが矢印Ｆで示されている。循環水路６は、冷却水感温センサ部３とヒータコア４１の流入口４１１とを連結する第１水路６１、およびヒータコア４１の流出口４１２と合流部６３とを連結する第２水路６２で構成されている。合流部６３は、後述の放熱水路８１が合流する部位である。合流部６３は、電動式ウォータポンプ５の吸入口５２に連結されている。

一方、放熱水路８１は、循環水路６中の第１水路６１から分流してラジエータ８２を通り、サーモスタットバルブ８３に連結される水路である。電動式ウォータポンプ５からみて、暖房装置４のヒータコア４１とラジエータ８２とは並列に配置されている。ラジエータ８２は内部水路を有し、冷却水が内部水路を通過することで熱を放散するようになっている。サーモスタットバルブ８３は、冷却水の水温に応じて開度を自動的に調整する弁である。サーモスタットバルブ８３の開度可変の流出口８３１は合流部６３に開口し、サーモスタットバルブ８３の図略の感温部は合流部６３内に配置されている。サーモスタットバルブ８３は、エンジンの暖機運転を行っている低い水温時には閉止状態で、エンジンが動作して水温が上昇すると自動的に開いて放熱水路８１に冷却水を流し、ラジエータ８２による熱の放散が行われるようになっている。また、放熱水路８１およびラジエータ８２に連結されてリザーバタンク８４が設けられており、温度変化に伴う冷却水の水位変化を吸収し、また冷却水の不足を補うようになっている。

エンジン制御ＥＣＵ７は、エンジンの運転を制御する電子制御装置であり、冷却水の循環流量Ｑｃを調整する制御手段に相当する部位である。エンジン制御ＥＣＵ７は、冷却水感温センサ部３から冷却水の水温Ｔを受け取り、暖房装置４のコントロールユニット４２から暖房に必要な要求流量Ｑｒを受け取るようになっている。また、エンジン制御ＥＣＵ７は、電動式ウォータポンプ５に供給する入力電力を制御して循環流量Ｑｃを調整するようになっている。さらに、エンジン制御ＥＣＵ７は、水温Ｔに応じてエンジンの運転条件を定めて制御する。エンジン制御ＥＣＵ７が制御する具体的な制御量としては、エンジン回転数や燃料噴射量、点火タイミングなどがある。

さらに、エンジン制御ＥＣＵ７は、水温Ｔに応じて暖機運転条件を定め、電動式ウォータポンプ５を制御して冷却水を循環させないで、すなわち循環流量Ｑｃ＝０として、エンジンを暖機運転する（水停止暖機）。また、水温Ｔが所定値に到達すると、エンジン制御ＥＣＵ７は、電動式ウォータポンプ５を制御して冷却水を循環させ、循環水路６を含む系全体が暖まるように暖機運転を続ける（水循環暖機）。エンジン制御ＥＣＵ７は、循環流量Ｑｃ＝０の水停止暖機運転中に暖房装置４のコントロールユニット４２から要求流量Ｑｒの要求を受けた場合に、所定時間をかけて循環流量Ｑｃを要求流量Ｑｒまで増加させるように電動式ウォータポンプ５を制御する。なお、エンジン制御ＥＣＵ７は、要求流量Ｑｒの要求を受けた要求時刻ｔ１からの経過時間ｔｘを計時するタイマを有している。

図２は、エンジン制御ＥＣＵ７で所定時間をかけて循環流量Ｑｃを増加させる制御方法を説明する図である。図２で横軸は時間ｔ、縦軸は流量Ｑであり、破線のグラフは要求流量Ｑｒ、実線のグラフは循環流量Ｑｃを表している。グラフは、循環流量Ｑｃ＝０の水停止暖機運転中に要求時刻ｔ１で要求流量Ｑｒの要求を受けた場合を例示している。図示されるように、エンジン制御ＥＣＵ７は、要求時刻ｔ１で直ちに循環流量Ｑｃを要求流量Ｑｒまで増加させず、要求流量Ｑｒよりも小さな低減流量Ｑｄまで増加させる。その後、経過時間ｔｘが所定時間ｔｒに達した時刻ｔ２で、循環流量Ｑｃを低減流量Ｑｄから要求流量Ｑｒまで増加させる。つまり、エンジン制御ＥＣＵ７は、循環流量Ｑｃを要求流量Ｑｒまで増加させるときの移行処理として、循環流量Ｑｃを段階的に増加させる。ただし、要求流量Ｑｒが一定流量Ｑ０以下と小さいときには、循環流量Ｑｃ＝０のままでエンジンの暖機運転を継続する。

なお、低減流量Ｑｄ、所定時間ｔｒ、一定流量Ｑ０は固定量としてもよいが、そのときの水温Ｔおよび要求流量Ｑｒに応じて変更し得る変化量とすることが好ましい。水温Ｔの変動を小さくするためには、低減流量Ｑｄを小さく絞り、所定時間ｔｒを長くし、一定竜量Ｑ０を大きく設定することが好ましいが、反面、暖房装置４からの要求に応えておらず、暖房装置４の立ち上がりが遅れる。したがって、エンジンの暖機運転の制御に影響を与えないように水温Ｔの変動を一定量以下に制限しつつ、暖房装置４を速やかに立ち上げることができる適正な低減流量Ｑｄ、所定時間ｔｒ、および一定流量Ｑ０がある。これらの適正値は、例えば各種条件を変更して行う実験により求めることができ、さらにエンジン制御ＥＣＵ７内にマップとして記憶することができる。

次に、上述のように構成された第１実施形態のエンジンの冷却装置１の動作について、図３を参考にして説明する。図３は、エンジン制御ＥＣＵ７によるエンジン暖機運転時の冷却水制御フローの図である。図示されるように、ステップＳ１で暖機運転を開始すると、ステップＳ２でエンジン制御ＥＣＵ７は水停止暖機中か、水循環暖機中かを判定する。そして、水循環暖機中のときステップＳ８に進み、水停止暖機中のときステップ３で暖房装置からの要求流量Ｑｒの有無を判定する。そして、要求流量Ｑｒが無いときステップＳ７に進み、要求流量Ｑｒを初めて受けたときにタイマをスタートして経過時間ｔｘの計時を開始したのちステップＳ４に進み、要求流量Ｑｒが継続しているときもステップＳ４に進む。

次に、ステップ４で要求流量Ｑｒが一定流量Ｑ０を越えているか判定する。要求流量Ｑｒが一定流量Ｑ０を越えていないときステップＳ７に進み、越えているときステップＳ５で、タイマの計時した経過時間ｔｘが一定時間ｔｒ以上であるか判定する。経過時間ｔｘが一定時間ｔｒ以上のときステップＳ８に進み、一定時間ｔｒ未満のときステップＳ６に進む。かくして、最終的にステップＳ６〜Ｓ８のいずれかに一つに到達する。

ステップＳ６に到達する条件を整理すると、水停止暖機中に一定流量Ｑ０を越える要求流量Ｑｒを受けかつ経過時間ｔｘが一定時間ｔｒ未満のときとなる。このとき、エンジン制御ＥＣＵ７は、循環流量Ｑｃを低減流量Ｑｄとするように電動式ウォータポンプ５を制御する。ステップＳ７に到達する条件を整理すると、水停止暖機中であって要求流量Ｑｒがゼロか一定流量Ｑ０以下のときとなる。このとき、エンジン制御ＥＣＵ７は、循環流量Ｑｃ＝０に制御して水停止暖機を継続する。ステップＳ８に到達する条件を整理すると、水循環暖機中のとき、および要求流量Ｑｒが一定流量Ｑ０を越えかつ経過時間ｔｘが一定時間ｔｒ以上のときになる。後者の条件は、低減流量Ｑｄによる一定時間ｔｒの移行処理が終わった以降を意味している。このとき、エンジン制御ＥＣＵ７は、通常の水循環暖機の制御を行う。換言すれば、要求流量Ｑｒの変化に直ちに応えるように循環流量Ｑｃを制御する。

ステップＳ６〜Ｓ８のいずれかにより制御の１サイクルが終了するのでステップＳ２に戻り、以降は同じ制御を繰り返す。

次に、上述の第１実施形態のエンジンの冷却装置１の作用、効果について、図４を参考にして説明する。図４は、図２に基づき所定時間をかけて循環流量Ｑｃを増加させたときの効果を説明する図である。図４において横軸は時間ｔであり、縦軸は冷却水感温センサ部３で検出された冷却水の水温Ｔである。図４には、暖機開始時刻ｔ０でエンジンの暖機運転を開始し、要求時刻ｔ１で要求流量Ｑｒの要求を受けた場合を例示している。図中の実線のグラフ１は、図２に基づいて水停止暖機から低減流量Ｑｄを経て要求流量Ｑｒまで循環流量Ｑｃを段階的に増加させたときの冷却水の水温Ｔの変化を示している。破線のグラフ２は、水停止暖機から要求時刻ｔ１で直ちに要求流量Ｑｒへ増加させる従来の制御方法を用いたときの冷却水の水温Ｔの変化を示している。また、一点鎖線のグラフ３は、暖機運転開始時刻ｔ０から冷却水を循環させる従来の制御制御方法を用いたときの冷却水の水温Ｔの変化を示している。

まず、グラフ１およびグラフ２をグラフ３と比較して、冷却水を循環させない水停止暖機の効果を説明する。水停止暖機を行なったグラフ１およびグラフ２は、従来の水停止暖機を行なわないグラフ３と比較して、暖機運転開始時刻ｔ０の直後から水温Ｔが急峻に増加している。これは、ピストンを始めとするエンジン内部が速やかに暖機されることを示している。

次に、グラフ１をグラフ２と比較して、循環流量Ｑｃを段階的に増加させる効果を説明する。グラフ２では、エンジン制御ＥＣＵ７は、要求時刻ｔ１で直ちに循環流量Ｑｃを要求流量Ｑｒまで増加させている。このため、始めからエンジンのウォータジャケット２内にあって温められた冷却水が流れる間、水温Ｔは図中Ｐ１まで上昇するが、エンジン外の第２水路６２などにあった冷却水が冷却水感温センサ部３を流れるようになると、水温Ｔは図中Ｐ２まで下降して、温度の変動が激しい。このため、エンジン制御ＥＣＵ７は、水温Ｔに応じて安定した暖機運転条件を定めることが困難となり、暖機運転の制御が難しくなって、エンジンに影響を与えてしまう懸念がある。

一方、グラフ１では、エンジン制御ＥＣＵ７は、要求時刻ｔ１の直後に循環流量Ｑｃを低減流量Ｑｄまで増加させる。このため、エンジン外の第２水路６２などにあった冷却水がウォータジャケット２内をゆっくり通過して暖められた後に冷却水感温センサ部３に達する。したがって、図示されるように水温Ｔの変動はグラフ２よりも小さくなり、安定した暖機運転条件を定めることができ、エンジンに影響を与えない。

なお、第１実施形態において、所定時間ｔｒをかけて循環流量Ｑｃを段階的に増加させる際の低減流量Ｑｄを１段階で説明したが、複数の段階を設けて階段状に増加させるようにしてもよい、また、所定時間ｔｒをかけて循環流量Ｑｃを増加させる方法としては、図５および図６に示される別法を用いるようにしてもよい。

図５は、エンジン制御ＥＣＵ７で経過時間ｔｘに比例して循環流量Ｑｃを増加させる別の制御方法を説明する図である。図示されるように、エンジン制御ＥＣＵ７は、要求時刻ｔ１の直後から循環流量Ｑｃを一定の傾きで増加させ、所定時間ｔｒ後の時刻ｔ３に要求流量Ｑｒに到達するように電動式ウォータポンプ５を制御する。

さらに、図６は、エンジン制御ＥＣＵ７で一次遅れフィルタの特性にしたがって循環流量Ｑｃを増加させるまた別の制御方法を説明する図である。図示されるように、エンジン制御ＥＣＵ７は、要求時刻ｔ１の直後から一次遅れフィルタの特性にしたがい始めは循環流量Ｑｃを比較的急峻に増加させ、徐々に増加量を減じて要求流量Ｑｒに近付けるように電動式ウォータポンプ５を制御する。なお、図６のように一次遅れフィルタの特性を用いた場合、循環流量Ｑｃと要求流量Ｑｒとが等しくなることはないが、両者が略同一の値、換言すれば、循環流量Ｑｃが安定した暖機運転条件を得られる値の範囲に到達する時間を所定時間と定義できる。

その他、所定時間をかけて循環流量Ｑｃを要求流量Ｑｒに到達させるために、様々な制御方法を用いることができる。

次に、冷却水の循環流量Ｑｃの制御にフィードバック制御を用いる第２実施形態のエンジンの冷却装置について、図７を参考にして説明する。第２実施形態において、装置構成自体は図１に示された第１実施形態のそれと同一であり、エンジン制御ＥＣＵ７の制御方法すなわちソフトウェアが異なる。図７は、第２実施形態でのエンジン制御ＥＣＵ７によるエンジン暖機運転時の冷却水制御フローの図である。

図７に示されるように、ステップＳ１１で暖機運転を開始すると、ステップＳ１２でエンジン制御ＥＣＵ７は、そのときの暖房装置４の要求流量Ｑｒを循環流量Ｑｃと比較する。そして、要求流量Ｑｒが循環流量Ｑｃ以下のとき、既に暖房装置４の要求を満たしているので、ステップＳ１７に進んで循環流量Ｑｃを維持するように電動式ウォータポンプ５を制御する。要求流量Ｑｒが循環流量Ｑｃを越えているとき、ステップＳ１３に進んで冷却水感温センサ部３で検出された冷却水の水温Ｔの変動△Ｔを許容上限値△ＴＵと比較する。変動△Ｔが許容上限値△ＴＵを越えて過大になっているとき、ステップＳ１５に進んで循環流量Ｑｃを減少させるように電動式ウォータポンプ５を制御する。これにより、水温Ｔの変動△Ｔを抑制することができる。

ステップＳ１３で変動△Ｔが許容上限値△ＴＵ以下のとき、ステップＳ１４に進んで水温Ｔの変動△Ｔを、許容上限値△ＴＵよりも小さな許容下限値△ＴＬ（つまり△ＴＬ＜△ＴＵ）と比較する。変動△Ｔが許容下限値△ＴＵ未満と過小になっているとき、ステップＳ１６に進んで循環流量Ｑｃを増加させるように電動式ウォータポンプ５を制御する。これにより、暖房装置４からの要求に速く応えることができる。また、変動△Ｔが許容下限値△ＴＵ以上のときは、水温Ｔの変動△Ｔが適正に保たれているので、ステップＳ１７に進んで循環流量Ｑｃを維持するように電動式ウォータポンプ５を制御する。ステップＳ１５〜Ｓ１７のいずれかにより制御の１サイクルが終了するのでステップＳ１２に戻り、以降は同じ制御を繰り返す。

上述の第２実施形態の冷却水制御フローによれば、暖機運転の制御に影響を与えない許容上限値△ＴＵと許容下限値△ＴＬの範囲内に、冷却水の水温Ｔの変動△Ｔを確実に制限できる。かつ、可能な範囲内で循環流量Ｑｃを速やかに増加させて、熱交換手段４からの要求に応えることができる。

次に、冷却水の循環流量Ｑｃを調整するのでなく検出される水温Ｔを補正する第３実施形態のエンジンの冷却装置について、図８を参考にして説明する。第３実施形態において、装置構成自体は図１に示された第１実施形態のそれと同一であり、エンジン制御ＥＣＵ７の制御方法すなわちソフトウェアが第１および第２実施形態と異なる。第３実施形態において、エンジン制御ＥＣＵ７は、水停止暖機運転中に暖房装置４から要求流量Ｑｒの要求を受けた場合に直ちに循環流量Ｑｃを要求流量Ｑｒまで増加させる。そして、以降は、冷却水感温センサ部３で検出された冷却水の水温Ｔにフィルタ処理を施し、得られたなだらかに変化する補正水温ＴＡに応じて暖機運転条件を定める。

図８は、第３実施形態において、冷却水の水温Ｔにフィルタ処理を施して補正水温ＴＡを求める効果を説明する図である。図中の横軸は共通の時間ｔで、上側のグラフは循環流量Ｑｃの変化、下側のグラフは水温Ｔおよび補正水温ＴＡの変化を示しており、要求時刻ｔ１で要求流量Ｑｒの要求を受け、時刻ｔ４で要求流量Ｑｒが０に戻った場合を例示している。上側のグラフに示されるように、エンジン制御ＥＣＵ７は、要求流量Ｑｒの変化に応じて、直ちに循環流量Ｑｃが追従するように電動式ウォータポンプ５を制御する。また、下側のグラフに示されるように、エンジン制御ＥＣＵ７は、検出された水温Ｔ（実線）にフィルタ処理を施して補正水温ＴＡ（破線）を求めている。 そして、エンジン制御ＥＣＵ７は、要求時刻ｔ１以降はなだらかに変化する補正水温ＴＡに応じて暖機運転条件を定める。

したがって、第３実施形態によれば、実際に検出される水温Ｔよりもなだらかに変化する補正水温ＴＡに応じて暖機運転条件を定めることができるので、暖機運転の制御に影響を与えない。また、要求時刻ｔ１で直ちに循環流量Ｑｃを要求流量Ｑｒまで増加させることで、暖房装置４からの要求に応えることができる。

なお、各実施形態において、電動式ウォータポンプ５の代わりに機械式ウォータポンプおよび流量調整弁を備えるようにしてもよい。流量調整弁には、例えば電気制御可能なニードル弁を用い、エンジン制御ＥＣＵ７から制御するように構成する。この態様では、ニードル弁の開度を制御することにより、エンジンの回転数に依存する機械式ウォータポンプの吐出量の範囲内で循環流量Ｑｃを自在に調整できる。

さらに、ウォータジャケット２の流出口２１から直ちに合流部６３に戻るバイパス水路を設け、暖機運転の効率化を図るようにしてもよい。その他、本発明は様々な応用が可能である。

１：エンジンの冷却装置
２：ウォータジャケット（冷却部） ２１：流出口 ２２：流入口
３：冷却水感温センサ部
４：暖房装置（熱交換手段） ４１：ヒータコア ４２：コントロールユニット
５：電動式ウォータポンプ（循環流量可変手段） ５１：吐出口 ５２：吸入口
６：循環水路 ６１：第１水路 ６２：第２水路 ６３：合流部
７：エンジン制御ＥＣＵ（制御手段）
８１：放熱水路 ８２：ラジエータ ８３：サーモスタットバルブ
Ｑｃ：循環流量 Ｑｒ：要求流量 Ｑｄ：低減流量 ｔｒ：所定時間

Claims (9)

1. エンジンに形成されて冷却水が流れる冷却部と、前記冷却水の水温を検出する冷却水感温センサ部と、前記冷却水のもつ熱を利用する熱交換手段と、前記冷却水の循環流量を可変とする循環流量可変手段と、前記冷却部、前記冷却水感温センサ部、前記熱交換手段、および前記循環流量可変手段を循環して前記冷却水が流れる循環水路と、前記熱交換手段から要求流量の要求を受けて前記水温を参照しつつ前記循環流量可変手段を制御して前記循環流量を調整するする制御手段と、を備えるエンジンの冷却装置であって、
   前記制御手段は、前記水温に応じて前記エンジンを暖機運転するときの暖機運転条件を定め、前記循環流量可変手段を制御して前記冷却水を循環させずに前記エンジンを暖機運転し、暖機運転中に前記要求流量の要求を受けた場合に所定時間をかけて前記循環流量を前記要求流量まで増加させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 請求項１において、前記制御手段は、前記循環流量を段階的に増加させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
3. 請求項１において、前記制御手段は、前記循環流量を経過時間に比例して増加させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
4. 請求項１において、前記制御手段は、前記循環流量を一次遅れフィルタの特性にしたがって増加させることを特徴とするエンジンの冷却装置。
5. 請求項１において、前記制御手段は、前記水温の変動を制限するようにフィードバック制御しながら前記循環流量を調整することを特徴とするエンジンの冷却装置。
6. エンジンに形成されて冷却水が流れる冷却部と、前記冷却水の水温を検出する冷却水感温センサ部と、前記冷却水のもつ熱を利用する熱交換手段と、前記冷却水の循環流量を可変とする循環流量可変手段と、前記冷却部、前記冷却水感温センサ部、前記熱交換手段、および前記循環流量可変手段を循環して前記冷却水が流れる循環水路と、前記熱交換手段から要求流量の要求を受けて前記水温を参照しつつ前記循環流量可変手段を制御して前記循環流量を調整するする制御手段と、を備えるエンジンの冷却装置であって、
   前記制御手段は、前記水温に応じて前記エンジンを暖機運転するときの暖機運転条件を定め、前記循環流量可変手段を制御して前記冷却水を循環させずに前記エンジンを暖機運転し、暖機運転中に前記要求流量の要求を受けた場合に直ちに前記循環流量を前記要求流量まで増加させ、以降は前記水温にフィルタ処理を施して求めたなだらかに変化する補正水温に応じて前記暖機運転条件を定めることを特徴とするエンジンの冷却装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、前記循環流量可変手段は、流量可変の電動式ウォータポンプ、または、前記エンジンに駆動される機械式ウォータポンプおよび流量調整弁、であることを特徴とするエンジンの冷却装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、前記循環流量可変手段は流量可変の電動式ウォータポンプであり、前記エンジンの前記冷却部の流出口に前記冷却水感温センサ部が配置され、前記冷却部の流入口に前記電動式ウォータポンプの吐出口が連結され、
   前記冷却水感温センサ部と前記熱交換手段との間の前記循環水路から分流して前記電動式ウォータポンプの吸入口で前記循環水路に合流する放熱水路と、該放熱水路内に設けられたラジエータおよびサーモスタットバルブと、を備えることを特徴とするエンジンの冷却装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項において、前記エンジンは車両に搭載され、前記熱交換手段は暖房装置あるいはデフロスタであることを特徴とするエンジンの冷却装置。

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