JP4976908B2 - 流量可変ウォータポンプの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却水を循環させる流量可変ウォータポンプに対して制御を行う流量可変ウォータポンプの制御装置に関する。

従来から、エンジンを冷却又は暖機する冷却水を循環させる流量可変ウォータポンプを用いた技術が提案されている。例えば、特許文献１には、機関負荷の変化時における冷却水の流量を、機関負荷の変化傾向に応じた流量に一時的に変更する技術が記載されている。

また、特許文献２には、燃料電池の冷却装置において、冷却水の流路切換時に発生するラジエータの圧力損失による冷却水流量の低下を考慮して冷却水の流量を制御する技術が記載されている。また、特許文献３には、ラジエータポートからポンプポートに至る冷却水の流れと、バイパスポートからポンプポートに至る冷却水の流れと、の両流れによる圧力損失を略等しくすることにより、ロータリ式流量制御弁の弁開度に略比例してラジエータ回路及びバイパス回路における冷却水の流量を制御する技術が記載されている。さらに、特許文献４には、電動サーモスタット及び流量可変ウォータポンプの消費電力を節減しながら冷却水の温度を制御する技術が記載されている。

特開２００６−２５７９０２号公報 特開２００４−１７８８２６号公報 特開２０００−１８０３９号公報 特開２００１−３２７１４号公報

ところで、サーモスタットの開度が小さくなった場合には、圧力損失が大きくなるため、流量可変ウォータポンプの負荷／回転数を一定に制御すると、冷却水の流量は、エンジンなどを冷却又は暖機するのに必要な冷却水の要求流量よりも低下する恐れがある。また、一律に冷却水の流量を増加させると燃費が悪化する恐れがある。しかしながら、特許文献１〜特許文献４には、サーモスタットの開度による冷却水の流量への影響については、特に検討がされていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、サーモスタットの開度による冷却水の流量への影響を考慮して、冷却水の流量の制御を行うことが可能な流量可変ウォータポンプの制御装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、エンジンにおける冷却水を、サーモスタットを介して循環させる流量可変ウォータポンプの制御装置は、前記サーモスタットにおける前記冷却水の水温に基づいて、前記サーモスタットの弁開度を求めるサーモスタット弁開度算出手段と、前記サーモスタットの弁開度に基づいて、前記流量可変ウォータポンプを制御する流量可変ウォータポンプ制御手段と、を備え、前記流量可変ウォータポンプ制御手段は、前記サーモスタットの弁開度が大きい場合、前記サーモスタットの弁開度が小さい場合に比して、循環させる冷却水の流量が小さくなるように前記流量可変ウォータポンプを制御する。

上記の流量可変ウォータポンプの制御装置は、エンジンにおける冷却水を、サーモスタットを介して循環させるものであり、サーモスタット弁開度算出手段と、流量可変ウォータポンプ制御手段と、を備える。サーモスタット弁開度算出手段、及び、流量可変ウォータポンプ制御手段は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。サーモスタット弁開度算出手段は、前記サーモスタットにおける冷却水の水温に基づいて、前記サーモスタットの弁開度を求める。流量可変ウォータポンプ制御手段は、前記サーモスタットの弁開度に基づいて、前記流量可変ウォータポンプを制御する。具体的には、流量可変ウォータポンプ制御手段は、前記サーモスタットの弁開度に基づいて、冷却水の圧力損失を求め、冷却水の圧力損失に基づいて、冷却水の流量が要求流量を満たすように流量可変ウォータポンプを制御する。詳しくは、流量可変ウォータポンプ制御手段は、サーモスタットの弁開度が大きい場合、サーモスタットの弁開度が小さい場合に比して、循環させる冷却水の流量が小さくなるように流量可変ウォータポンプを制御する。このようにすることで、サーモスタットの弁の開閉による冷却水の圧力損失に応じて、要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。これにより、例えば、サーモスタットの弁開度が小さいときでも、冷却水の流量が低下するのを抑えることができる。

上記の流量可変ウォータポンプの制御装置の他の一態様は、前記サーモスタット弁開度算出手段は、前記サーモスタットが前記エンジンの前記冷却水の入口側に備えられている場合において、前記エンジンの前記冷却水の出口側における前記冷却水の水温と、前記冷却水の流量と、前記エンジンの冷却損失と、に基づいて、前記サーモスタットにおける前記冷却水の水温を求める。このようにすることで、エンジンの冷却水の出口側の水温を基に、サーモスタットの弁の開閉による冷却水の圧力損失を求めることができ、当該冷却水の圧力損失に応じて、要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。

上記の流量可変ウォータポンプの制御装置の他の一態様は、前記サーモスタット弁開度算出手段は、前記サーモスタットの弁開度の応答時間に基づいて、前記サーモスタットの弁開度を求める。これにより、サーモスタットの弁が開閉する過渡時における開度を求めることができ、当該過渡時における開度に応じて、要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。

上記の流量可変ウォータポンプの制御装置の他の一態様は、前記流量可変ウォータポンプの運転状態に基づいて、前記冷却水の圧力損失を求める圧力損失算出手段と、前記冷却水の圧力損失と、前記サーモスタットにおける前記冷却水の水温と、に基づいて、前記サーモスタットの動作を確認するサーモスタット動作確認手段と、を備える。前記圧力損失算出手段、及び、前記サーモスタット動作確認手段は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。このようにすることで、サーモスタットが正常に動作しているか否かを確認することができ、サーモスタットのダイアグの精度を向上させることができる。

上記の流量可変ウォータポンプの制御装置の他の一態様は、前記冷却水の水温を計測する水温センサと、前記流量可変ウォータポンプの運転状態に基づいて、前記冷却水の圧力損失を求める圧力損失算出手段と、前記冷却水の圧力損失と、前記水温センサによって計測された前記冷却水の水温と、に基づいて、前記水温センサの動作を確認する水温センサ動作確認手段と、を備える。このようにすることで、水温センサが正常に動作しているか否かを確認することができ、水温センサのダイアグの精度を向上させることができる。

上記の流量可変ウォータポンプの制御装置の他の一態様は、前記流量可変ウォータポンプの運転状態に基づいて、前記冷却水の圧力損失を求める圧力損失算出手段と、前記冷却水の圧力損失と、前記冷却水の水温と、に基づいて、前記冷却水の比熱を算出する冷却水比熱算出手段と、を備える。このようにすることで、冷却水比熱の精度を向上させることができ、エンジンの冷却損失の計算精度を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置が適用された冷却系システム１００の概略構成を示す図である。なお、図１においては、実線矢印が冷却水（ＬＬＣ：Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）の流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。また、太線で表した実線は、冷却水が流れる通路（冷却水通路）を示している。

第１実施形態に係る冷却系システム１００は、冷却水を用いてエンジン１の冷却を行うと共に、この冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって排気熱を回収し、エンジン１の暖機やヒータの熱源に利用するシステムである。この場合、冷却水は、冷却水通路７ａ、７ｂ、７ｃを通過することによって、エンジン１の冷却又は暖機を行う。冷却水通路７ａ上には排気熱回収器２が設けられており、冷却水通路７ｂ上にはラジエータ３が設けられており、冷却水通路７ｃ上には流動可変ウォータポンプ５が設けられている。なお、以下では、冷却水通路７ａ〜７ｃを区別しない場合には、単に冷却水通路７として用いるものとする。

エンジン１は、供給される燃料と空気との混合気を燃焼させることによって動力を発生する装置である。例えば、エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどによって構成される。また、エンジン１は、ハイブリッド車両などに搭載される。ここで、エンジン１に流入した冷却水は、エンジン１内部のシリンダ（不図示）の周囲に設けられたウォータージャケット（不図示）を通過した後、冷却水通路７ａ、７ｂより流出する。シリンダは、ウォータージャケットを通過する冷却水と熱交換を行うことにより、暖機又は冷却される。

排気熱回収器２は、エンジン１からの排気ガスが通過する排気通路（不図示）上に設けられている。排気熱回収器２は、内部に冷却水が通過し、この冷却水と排気ガスの間で熱交換を行うことによって、排気熱を回収する。

ラジエータ３では、その内部を通過する冷却水が外気によって冷却される。この場合、電動ファン（不図示）の回転により導入された風及び走行風によって、ラジエータ３内の冷却水の冷却が促進される。また、流量可変ウォータポンプ（以下、「流動可変ＷＰ」と呼ぶこともある。）５は、電動式のモータを備えて構成され、このモータの駆動により冷却水を冷却水通路７内で循環させる。具体的には、流動可変ＷＰ５は、バッテリから電力が供給され、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ５によって負荷（又は回転数）などが制御される。

サーモスタット４は、冷却水の水温に応じて開閉する弁によって構成される。基本的には、サーモスタット４は、冷却水の水温が高温となったときに開弁する。この場合、サーモスタット４を介して冷却水通路７ｂと冷却水通路７ｃとが接続され、冷却水はラジエータ３を通過することとなる。これにより、冷却水が冷却され、エンジン１のオーバーヒートが抑制される。これに対して、冷却水の水温が比較的低温である場合には、サーモスタット４は閉弁している。この場合には、冷却水はラジエータ３を通過しない。これにより、冷却水の水温低下が抑制されるため、エンジン１のオーバークールが抑制される。

水温センサ６は、冷却水通路７ｃにおけるサーモスタット４の付近に取り付けられている。水温センサ６は、サーモスタット４における冷却水の水温を計測し、計測された冷却水の水温に対応する検出信号Ｓ６をＥＣＵ５０に供給する。なお、水温センサ６は、サーモスタット４における冷却水の水温を計測するためのものであるので、サーモスタット４における冷却水の水温と略同じ水温になると思われる位置であれば、図１に示す位置には限られないのは言うまでもない。例えば、水温センサ６は、エンジン１の冷却水の入口側、例えば、冷却水通路７ｃ上の任意の位置に設置されるとしてもよい。なぜなら、冷却水通路７ｃ上に冷却水と熱交換が行われる装置が存在しないので、冷却水通路７ｃ上の任意の位置で計測される冷却水の水温は、サーモスタット４における冷却水の水温と略同じ水温になると考えられるからである。

ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリを備える。メモリとしては、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）が挙げられる。ＥＣＵ５０は、水温センサ６から供給される検出信号Ｓ６に基づいて、流動可変ＷＰ５に制御信号Ｓ５を供給することにより、冷却水の流量の制御を行う。以下では、流動可変ＷＰ５の具体的な制御方法について説明する。

（流動可変ＷＰの制御方法）
次に、流動可変ＷＰ５の制御方法について述べる。第１実施形態に係る冷却系システム１００では、ＥＣＵ５０は、冷却水の水温に基づいて、サーモスタット４の弁開度を求め、サーモスタット４の弁開度に基づいて、流動可変ＷＰ５を制御する。従って、ＥＣＵ５０は、本発明におけるサーモスタット弁開度算出手段及び流量可変ウォータポンプ制御手段として機能する。以下に具体的に述べる。

まず、ＥＣＵ５０は、水温センサ６によって計測された冷却水の水温に基づいて、サーモスタットの弁開度を求める。図２に示すグラフは、サーモスタット４における冷却水の水温とサーモスタット４の弁開度との関係を示すグラフの一例である。図２に示すグラフより分かるように、サーモスタット４における冷却水の温度が高くなると、サーモスタット４の弁開度は大きくなり、サーモスタット４における冷却水の温度が低くなると、サーモスタット４の弁開度は小さくなる。

ＥＣＵ５０は、図２のグラフに示したような、サーモスタット４における冷却水の水温とサーモスタット４の弁開度との関係を、予めテーブルとしてメモリに記録している。これにより、ＥＣＵ５０は、冷却水の水温を基に、図２のグラフを用いて、サーモスタット４の弁開度を求めることができる。具体的には、ＥＣＵ５０は、水温センサ６から供給される検出信号Ｓ６を基に、サーモスタット４における冷却水の水温を求める。そして、ＥＣＵ５０は、図２のグラフに示したような、サーモスタット４における冷却水の水温とサーモスタット４の弁開度との関係を示すテーブルを用いて、求められた冷却水の水温に対応するサーモスタット４の弁開度を求める。

次に、ＥＣＵ５０は、求められたサーモスタット４の弁開度に基づいて、流動可変ＷＰ５を制御する。詳しくは、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁開度を基に、冷却水の冷却損失を求め、求められた冷却水の冷却損失を基に、流動可変ＷＰ５を制御する。

図３に示すグラフは、サーモスタット４の弁開度と冷却水の圧力損失の関係を示すグラフの一例である。図３に示すグラフより分かるように、サーモスタット４の弁開度が大きくなると、冷却水の圧力損失が小さくなる。これは、サーモスタット４の弁開度が大きくなると、冷却水の流れがサーモスタット４の弁により妨げられ難くなるからである。また、サーモスタット４の弁開度が小さくなると、冷却水の圧力損失が大きくなる。これは、サーモスタット４の弁開度が小さくなると、冷却水の流れがサーモスタット４の弁により妨げられ易くなるからである。

ＥＣＵ５０は、図３のグラフに示した、サーモスタット４の開度と冷却水の圧力損失との関係も、予めテーブルとしてメモリに記録している。これにより、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁開度を基に、図３のグラフを用いて、冷却水の圧力損失を求めることができる。具体的には、ＥＣＵ５０は、図３のグラフに示したような、サーモスタット４の弁開度と冷却水の圧力損失との関係を示すテーブルを用いて、先に求めたサーモスタット４の弁開度に対応する冷却水の圧力損失を求める。

ＥＣＵ５０は、求められた冷却水の圧力損失を基に、流動可変ＷＰ５を制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、求められた冷却水の圧力損失を基に、冷却水の流量が要求流量となるように流動可変ＷＰ５を制御する。この要求流量とは、冷却水により暖機又は冷却が行われる装置（例えば、エンジン１やヒータ）が十分に暖機又は冷却されるのに必要な冷却水の流量のことである。ＥＣＵ５０は、この要求流量の値も、メモリに記録している。

図４に示すグラフ４１〜４３は、要求流量と、流動可変ＷＰ５の負荷（又は回転数）との関係を示すグラフの一例である。ここで、冷却水の圧力損失は、グラフ４１、４２、４３の順に小さくなる。グラフ４１〜４３より分かるように、同じ要求流量であっても、冷却水の圧力損失が大きくなればなるほど、当該要求流量を満たすことが可能な流動可変ＷＰ５の負荷（又は回転数）は大きくなり、冷却水の圧力損失が小さくなればなるほど、当該要求流量を満たすことが可能な流動可変ＷＰ５の負荷（又は回転数）は小さくなる。

ＥＣＵ５０は、図４のグラフ４１〜４３に示した、要求流量と流動可変ＷＰ５の負荷（又は回転数）との関係を、予めテーブルとしてメモリに記録している。これにより、ＥＣＵ５０は、冷却水の圧力損失を基に、冷却水の流量が要求流量となるように、流動可変ＷＰ５を制御することができる。具体的には、まず、ＥＣＵ５０は、先に求めた冷却水の圧力損失に対応する、要求流量と流動可変ＷＰ５の負荷（又は回転数）との関係を示すテーブルを決定する。例えば、ＥＣＵ５０は、図４のグラフ４１〜４３の夫々のグラフを示すテーブルから、当該冷却水の圧力損失に対応するグラフを示すテーブルを決定する。そして、ＥＣＵ５０は、決定されたテーブルを用いて、要求流量を満たすことが可能な流動可変ＷＰ５の負荷（又は回転数）を求め、求められた当該負荷（又は回転数）で流動可変ＷＰ５を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、冷却水の圧力損失が大きい場合には、図４のグラフ４１を示すテーブルを用いて、要求流量に対応する流動可変ＷＰ５の負荷を求め、当該負荷で流動可変ＷＰ５を制御する。

このようにすることで、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁の開閉による冷却水の圧力損失に応じて、要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。これにより、例えば、サーモスタット４の弁開度が小さいときでも、冷却水の流量が低下するのを抑えることができる。

以上に述べたように、第１実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置は、サーモスタットにおける冷却水の水温に基づいて、サーモスタットの弁開度を求めるサーモスタット弁開度算出手段と、サーモスタットの弁開度に基づいて、流量可変ウォータポンプを制御する流量可変ウォータポンプ制御手段と、を備える。このようにすることで、第１実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置は、サーモスタットの弁開度による冷却水の流量への影響を考慮した、冷却水の流量の制御を行うことができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置が適用された冷却系システム１００ａの概略構成を示す図である。なお、図５においても、図１と同様、実線矢印が冷却水の流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。また、太線で表した実線は、冷却水が流れる通路（冷却水通路）を示している。

第２実施形態に係る冷却系システム１００ａも、第１実施形態に係る冷却系システム１００と同様、冷却水を用いてエンジン１の冷却を行うと共に、この冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって排気熱を回収し、エンジン１の暖機やヒータの熱源に利用するシステムである。

図５に示すように、第２実施形態に係る冷却系システム１００ａでは、第１実施形態に係る冷却系システム１００と異なり、水温センサ６は、エンジン１の冷却水の出口に取り付けられている。つまり、サーモスタット４は、エンジン１の冷却水の入口側に取り付けられているのに対し、水温センサ６は、エンジン１の冷却水の出口側に取り付けられている。この場合、水温センサ６によって計測された冷却水の水温は、サーモスタット４における冷却水の水温とは異なっている可能性がある。なぜなら、エンジン１内において、冷却水は、シリンダの暖機又は冷却を行うことで熱を放出又は吸収し、その水温が変化するからである。

そこで、第２実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置では、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁開度を求めるために、水温センサ６によって計測された冷却水の水温、即ち、エンジン１の冷却水の出口側の水温を基に、エンジン１の冷却水の入口側の水温、即ち、サーモスタット４における冷却水の水温を求めることとする。以下に具体的に述べる。

まず、ＥＣＵ５０は、エンジン１の排気量Ｖ、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン出力Ｌｅを基に、以下の式（１）を用いて、エンジン１の冷却損失Ｑｗを求める。

ここで、定数ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、エンジン１の特性によって予め決まる値である。なお、エンジン１の冷却損失を求める方法としては、式（１）を用いる方法に限られない。代わりに、例えば、エンジン回転数Ｎｅとエンジン出力Ｌｅとの関係を示すマップを用いて、エンジン１の冷却損失Ｑｗを求めるとしてもよい。

次に、ＥＣＵ５０は、エンジン１の冷却損失Ｑｗ、冷却水の流量Ｖｗを基に、以下の式（２）を用いて、エンジン１の冷却水の出入口の温度差ΔＴを求める。なお、冷却水の流量Ｖｗは、流動可変ＷＰ５の出力によって決まる値であるため、ＥＣＵ５０は、例えば、流動可変ＷＰ５に供給する制御信号Ｓ５を基に、冷却水の流量Ｖｗを求める。

ここで、冷却水比熱Ｃｐ、冷却水密度ρは、冷却水の性質によって予め決まる値である。

そして、ＥＣＵ５０は、エンジン１の冷却水の出口側の水温Ｔｏｕｔを基に、以下の式（３）を用いて、エンジン１の冷却水の入口側の水温Ｔｉｎを求めることができる。

ＥＣＵ５０は、このようにして求められたエンジン１の冷却水の入口側の水温Ｔｉｎを、サーモスタット４における冷却水の水温として、図２に示したグラフより、サーモスタットの弁開度を求めることができる。この後、ＥＣＵ５０は、第１実施形態で述べたのと同様の方法を用いることにより、サーモスタット４の弁開度による冷却水の流量への影響を考慮した冷却水の流量の制御を行うことができる。具体的には、ＥＣＵ５０は、求められたサーモスタット４の弁開度を基に、図３に示したグラフを用いて、冷却水の圧力損失を求め、当該冷却水の圧力損失を基に、図４に示したグラフを用いて、要求流量を満たす流動可変ＷＰ５の負荷を求め、当該負荷で流動可変ＷＰ５の制御を行う。

このように、第２実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置では、エンジンの冷却水の入口側にサーモスタットが取り付けられ、エンジンの冷却水の出口側に水温センサが取り付けられた場合であっても、エンジンの冷却水の出口側における冷却水の水温と、冷却水の流量と、エンジンの冷却損失とに基づいて、エンジンの冷却水の入口側における水温、即ち、サーモスタットにおける冷却水の水温を求めることができる。従って、第２実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置は、第１実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置と同様、サーモスタットにおける冷却水の水温を基に、サーモスタットの開度を求め、求められたサーモスタットの開度を基に、流量可変ウォータポンプを制御することができる。即ち、第２実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置は、第１実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置と同様、要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。

次に、第２実施形態に係る流動可変ＷＰ５の制御方法について、図６のフローチャートを用いて説明する。図６は、第２実施形態に係る流動可変ＷＰ５の制御処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、水温センサ６は、エンジン１の冷却水の出口側の水温を計測して、計測された水温に対応する検出信号Ｓ６をＥＣＵ５０に供給する。ＥＣＵ５０は、検出信号Ｓ６を基に、エンジン１の冷却水の出口側の水温Ｔｏｕｔを求める。

ステップＳ１０２〜Ｓ１０４において、ＥＣＵ５０は、エンジン１の冷却水の入口側の水温Ｔｉｎを求める。即ち、先に述べたように、まず、ＥＣＵ５０は、エンジン１の排気量Ｖ、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン出力Ｌｅを基に、式（１）を用いて、エンジン１の冷却損失Ｑｗを求める（ステップＳ１０２）。次に、ＥＣＵ５０は、エンジン１の冷却損失Ｑｗ、冷却水の流量Ｖｗを基に、式（２）を用いて、エンジン１の冷却水の出入口の温度差ΔＴを求める（ステップＳ１０３）。そして、ＥＣＵ５０は、エンジン１の冷却水の出口側の水温Ｔｏｕｔ、エンジン１の冷却水の出入口の温度差ΔＴを基に、式（３）を用いて、エンジン１の冷却水の入口側の水温Ｔｉｎを求める（ステップＳ１０４）。

つまり、ステップＳ１０１からステップＳ１０４の過程を経ることで、ＥＣＵ５０は、エンジン１の冷却水の出口側の水温Ｔｏｕｔ、エンジン１の冷却損失Ｑｗ、冷却水の流量Ｖｗを基に、エンジン１の冷却水の入口側の水温Ｔｉｎを求めることができる。これにより、エンジン１の冷却水の出口側に水温センサ６が取り付けられ、エンジン１の冷却水の入口側にサーモスタット４が取り付けられた場合であっても、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４における冷却水の水温を求めることができる。

以下に述べるステップＳ１０５〜Ｓ１０７は、第１実施形態に係る流動可変ＷＰ５の制御処理と同様である。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、求められたサーモスタット４における冷却水の水温を基に、図２のグラフに示した、サーモスタット４における冷却水の水温とサーモスタット４の弁開度との関係を示すテーブルを用いて、サーモスタット４の弁開度を求める。これにより、ＥＣＵ５０は、冷却水の水温に対応するサーモスタット４の弁開度を求めることができる。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ５０は、求められたサーモスタット４の弁開度を基に、図３のグラフに示した、サーモスタット４の弁開度と冷却水の圧力損失との関係を示すテーブルを用いて、冷却水の圧力損失を求める。これにより、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁の開閉による冷却水の圧力損失を求めることができる。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ５０は、図４のグラフ４１〜４３に示した、複数の冷却水の圧力損失の夫々に対応する、要求流量と流動可変ＷＰ５の負荷（又は回転数）との関係を示すテーブルから、求められた冷却水の圧力損失に対応するテーブルを決定する。そして、ＥＣＵ５０は、決定されたテーブルを用いて、要求流量に対応する流動可変ＷＰ５の負荷（又は回転数）を求め、当該負荷（又は回転数）で流動可変ＷＰ５を制御する。これにより、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁の開閉による冷却水の圧力損失に応じて、要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置について説明する。上述の各実施形態で述べたように、サーモスタット４の弁開度は、サーモスタット４における冷却水の水温に応じて変化する。しかしながら、サーモスタット４の弁開度は、冷却水の水温が変化すると直ぐに応答して変化するのではなく、冷却水の変化後の水温に対応する開度となるのに一定の応答時間（約２０秒間）がかかる。

図７に示すグラフは、冷却水の水温が変化した場合における、時間に対するサーモスタット４の弁開度の変化の様子を示すグラフである。具体的には、図７に示すグラフは、冷却水の水温が上昇した場合において、サーモスタット４の弁開度が、時間の経過に対して大きくなる様子を示すグラフである。図７に示すグラフより分かるように、サーモスタット４の弁開度は、時間の経過に対し、一次遅れ系の関数となっており、十分に時間が経過した後、即ち、応答時間が経過した後、一定の大きさとなる。

そこで、第３実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置では、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４における冷却水の水温を基に、サーモスタット４の弁開度を求める際において（図６のフローチャートでいうと、ステップＳ１０５）、サーモスタット４の弁開度の応答時間も考慮に入れるものとする。具体的には、ＥＣＵ５０は、図７に示すグラフの関係を用いて、サーモスタット４の弁開度を時間の関数として求めるものとする。このサーモスタット４の弁開度の関数の値は、応答時間が経過した時刻では、図２のグラフを用いて求められたサーモスタット４の弁開度の値となる関数である。

ＥＣＵ５０は、冷却水の水温が変化してから、所定時間が経過する毎に、サーモスタット４の弁開度の関数を基に、当該所定時間が経過した時刻に対応するサーモスタット４の弁開度を求め、求められたサーモスタット４の弁開度を基に、冷却水の圧力損失を求め、要求流量に対応する流動可変ＷＰ５の負荷を求める。

以上に述べたように、第３実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置は、サーモスタットにおける冷却水の水温の変化に対するサーモスタットの弁開度の応答時間に基づいて、当該サーモスタットの弁開度を求める。これにより、第３実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置は、サーモスタットの弁が開閉する過渡時の開度に応じて、要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。

なお、上述の例では、冷却水の水温が変化に対するサーモスタット４の弁開度の応答時間に基づいて、サーモスタット４の弁開度を求める例を示したが、応答時間を考慮に入れる例としては、これに限られない。これに加えて、流動可変ＷＰ５の応答時間や、冷却水の流量が変化したときのエンジン１の冷却水の出入口の温度差ΔＴの応答時間を考慮に入れるとしてもよい。

流動可変ＷＰ５の応答時間を考慮に入れる例としては、例えば、ＥＣＵ５０は、流動可変ＷＰ５の応答時間（約０．５秒）に基づいて、流動可変ＷＰ５の制御のタイミングを決めるとすることができる。これにより、ＥＣＵ５０は、より正確に要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。また、エンジン１の冷却水の出入口の温度差ΔＴの応答時間を考慮に入れる例としては、例えば、ＥＣＵ５０は、冷却水の流量が変化したときのエンジン１の冷却水の出入口の温度差ΔＴの応答時間（約２秒）に基づいて、エンジン１の冷却水の入口側の水温Ｔｉｎを時間の関数として求めるとすることができる。これにより、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁が開閉する過渡時における開度をより正確に求めることができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置について説明する。上述の各実施形態では、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁開度を基に、冷却水の圧力損失を求めるとしているが、冷却水の圧力損失の求め方としては、これに限られない。ＥＣＵ５０は、サーモスタット４の弁開度を基にする代わりに、流動可変ＷＰ５の運転状態を基に、例えば、流動可変ＷＰ５に指示する負荷と流動可変ＷＰ５の消費電力との関係、流動可変ＷＰ５に指示する負荷と流動可変ＷＰ５の回転数との関係、流動可変ＷＰ５に指示する回転数と流動可変ＷＰ５の消費電力との関係のうちから、いずれか一つの関係を基に、マップなどを用いて冷却水の圧力損失を求めるとすることもできる。ＥＣＵ５０は、このようにして求められた冷却水の圧力損失を基に、例えば、図５に示したグラフを用いて、要求流量に対応する流動可変ＷＰ５の負荷を求め、当該負荷で流動可変ＷＰ５を制御しても、要求流量を満たすように冷却水の流量を調整することができる。

この流動可変ＷＰ５の運転状態を基にした冷却水の圧力損失は、サーモスタット４の弁開度に基づいて求められるものではない。そこで、第４実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置では、ＥＣＵ５０は、この流動可変ＷＰ５の運転状態を基にした冷却水の圧力損失と、サーモスタット４における冷却水の水温と、に基づいて、サーモスタット４の動作を確認することとする。従って、ＥＣＵ５０は、本発明におけるサーモスタット動作確認手段としても機能する。なお、以下の例では、説明のため、水温センサ６は、サーモスタット４の付近に取り付けられているとする。

サーモスタット４の動作を確認する方法について具体的に述べる。ＥＣＵ５０は、水温センサ６によって計測されたサーモスタット４における冷却水の水温を基に、図２に示したグラフより、サーモスタット４の弁開度を推定し、推定されたサーモスタット４の弁開度を基に、図３に示したグラフより、冷却水の圧力損失を求める。このようにして、推定されたサーモスタット４の弁開度を基にした冷却水の圧力損失が求められる。そして、ＥＣＵ５０は、流動可変ＷＰ５の運転状態を基にした冷却水の圧力損失と、推定されたサーモスタット４の弁開度を基にした冷却水の圧力損失と、を比較する。例えば、推定されたサーモスタット４の弁開度を基にした冷却水の圧力損失が、サーモスタット４の弁開度が十分に開になっていると考えられる圧力損失となっているのにもかかわらず、流動可変ＷＰ５の運転状態を基にした冷却水の圧力損失が、サーモスタット４の弁開度が閉となっているときの圧力損失となっている場合には、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４が故障して、冷却水の温度が高くても弁が開かない状態になっていると判定することができる。このようにして、ＥＣＵ５０は、サーモスタット４が正常に動作しているか否かを確認することができ、サーモスタット４のダイアグの精度を向上させることができる。

また、ＥＣＵ５０は、流動可変ＷＰ５の運転状態を基にした冷却水の圧力損失と、サーモスタット４における冷却水の水温と、に基づいて、水温センサ６の動作を確認することができる。従って、ＥＣＵ５０は、水温センサ動作確認手段としても機能する。以下では、水温センサ６の動作を確認する方法について具体的に述べる。

ＥＣＵ５０は、流動可変ＷＰ５の運転状態を基にした冷却水の圧力損失を基に、図３に示したグラフより、サーモスタット４の弁開度を求め、求められたサーモスタット４の弁開度を基に、図２に示したグラフより、サーモスタット４における冷却水の水温を求める。ＥＣＵ５０は、この冷却水の圧力損失を基にした冷却水の温度と、水温センサ６によって計測された冷却水の温度と、を比較することにより、水温センサ６が正常に動作しているか否かを判定することができる。例えば、冷却水の圧力損失を基にした冷却水の温度によれば、サーモスタット４が開となる十分に高い水温となっているのもかかわらず、水温センサ６によって計測された冷却水の温度が低い場合には、ＥＣＵ５０は、水温センサ６が故障していると判定することができる。このようにして、ＥＣＵ５０は、水温センサ６が正常に動作しているか否かを確認することができ、水温センサ６のダイアグの精度を向上させることができる。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置について説明する。冷却水は、一般的にはエチレングリコールなどの化学物質を有しているため、その水温が低くなればなるほど、粘性が大きくなり、その水温が高くなればなるほど、粘性は小さくなる性質を有する。

第２実施形態で述べた冷却水比熱Ｃｐは、このエチレングリコールなどの化学物質の冷却水に占める割合、いわゆるＬＬＣ濃度によって変化する。具体的には、ＬＬＣ濃度が上がると、冷却水比熱Ｃｐは低下し、ＬＬＣ濃度が下がると、冷却水比熱Ｃｐは上昇する。そこで、第５実施形態に係る流量可変ウォータポンプの制御装置では、ＥＣＵ５０は、流動可変ＷＰ５の運転状態を基にした冷却水の圧力損失と、水温センサ６により計測された冷却水の水温と、を基に、マップなどを用いてＬＬＣ濃度を求めることとする。ＥＣＵ５０は、求められたＬＬＣ濃度を基に、冷却水比熱Ｃｐを変更する。このようにすることで、ＥＣＵ５０は、冷却水比熱Ｃｐの精度を向上させることができ、エンジン１の冷却損失Ｑｗの計算精度を向上させることができる。

第１実施形態に係る冷却系システムの概略構成を示す図である。 冷却水の水温とサーモスタットの弁開度との関係を示すグラフである。 サーモスタットの弁開度と冷却水の圧力損失の関係を示すグラフである。 要求流量と流動可変ＷＰの負荷（又は回転数）との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る冷却系システムの概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る流動可変ＷＰの制御処理を示すフローチャートである。 時間に対するサーモスタット４の弁開度の変化の様子を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 排気熱回収器
３ ラジエータ
４ サーモスタット
５ 流動可変ＷＰ
６ 水温センサ
７ 冷却水通路
５０ ＥＣＵ
１００、１００ａ 冷却系システム

Claims (6)

1. エンジンにおける冷却水を、サーモスタットを介して循環させる流量可変ウォータポンプの制御装置であって、
   前記サーモスタットにおける前記冷却水の水温に基づいて、前記サーモスタットの弁開度を求めるサーモスタット弁開度算出手段と、
   前記サーモスタットの弁開度に基づいて、前記流量可変ウォータポンプを制御する流量可変ウォータポンプ制御手段と、を備え、
   前記流量可変ウォータポンプ制御手段は、前記サーモスタットの弁開度が大きい場合、前記サーモスタットの弁開度が小さい場合に比して、循環させる冷却水の流量が小さくなるように前記流量可変ウォータポンプを制御することを特徴とする流量可変ウォータポンプの制御装置。
2. 前記サーモスタット弁開度算出手段は、前記サーモスタットが前記エンジンの前記冷却水の入口側に備えられている場合において、前記エンジンの前記冷却水の出口側における前記冷却水の水温と、前記冷却水の流量と、前記エンジンの冷却損失と、に基づいて、前記サーモスタットにおける前記冷却水の水温を求めることを特徴とする請求項１に記載の流量可変ウォータポンプの制御装置。
3. 前記サーモスタット弁開度算出手段は、前記サーモスタットの弁開度の応答時間に基づいて、前記サーモスタットの弁開度を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量可変ウォータポンプの制御装置。
4. 前記流量可変ウォータポンプの運転状態に基づいて、前記冷却水の圧力損失を求める圧力損失算出手段と、
   前記冷却水の圧力損失と、前記サーモスタットにおける前記冷却水の水温と、に基づいて、前記サーモスタットの動作を確認するサーモスタット動作確認手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流量可変ウォータポンプの制御装置。
5. 前記冷却水の水温を計測する水温センサと、
   前記流量可変ウォータポンプの運転状態に基づいて、前記冷却水の圧力損失を求める圧力損失算出手段と、
   前記冷却水の圧力損失と、前記水温センサによって計測された前記冷却水の水温と、に基づいて、前記水温センサの動作を確認する水温センサ動作確認手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の流量可変ウォータポンプの制御装置。
6. 前記流量可変ウォータポンプの運転状態に基づいて、前記冷却水の圧力損失を求める圧力損失算出手段と、
   前記冷却水の圧力損失と、前記冷却水の水温と、に基づいて、前記冷却水の比熱を算出する冷却水比熱算出手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流量可変ウォータポンプの制御装置。

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