JP5206447B2 - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動ウォーターポンプを備える内燃機関の冷却制御装置に関する。
この種の技術が、例えば特許文献1及び2に提案されている。特許文献1には、冷却水温度をチェックするために、エンジン始動後に電動ウォーターポンプ(以下、「電動WP」と表記する。)を所定時間駆動させることが提案されている。特許文献2には、エンジン始動前に冷却水温度をチェックし、エンジン始動前から電動WPを作動させることが提案されている。なお、特許文献2におけるエンジン始動前の電動WPの作動は、冷却水温度のチェックのためではない。
特開2008−169750号公報 特開2004−108159号公報
しかしながら、上記した特許文献1に記載の技術では、冷却水温度のチェック(以下、単に「水温チェック」とも呼ぶ。)のためにエンジン始動後に電動WPを無駄に駆動させてしまう場合があった。そのため、電動WPを停止しておけばエンジン内に留めておくことでエンジン暖機に寄与したはずの熱が拡散して、エンジン暖機が遅れてしまう可能性があった。また、特許文献2にも、水温チェックするために電動WPを作動させる必要があるか否かを適切に判定することについては記載されていない。
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、水温チェックするために電動WPを作動させる必要があるか否かの判定を適切に行うことが可能な内燃機関の冷却制御装置を提供することを目的とする。
本発明の1つの観点では、電動ウォーターポンプによって冷却水を循環させることで冷却を行う内燃機関の冷却制御装置は、イグニッションがオンになった後において、前回のトリップから今回のトリップまでのソーク時間と、前記冷却水の温度の推定値とに基づいて、前記冷却水の温度を確認するために前記電動ウォーターポンプを作動させる必要があるか否かの判定を行う電動ウォーターポンプ作動要否判定手段を備え、前記電動ウォーターポンプ作動要否判定手段は、前記ソーク時間が所定時間より長く、前記温度の推定値が所定温度未満である場合には、前記電動ウォーターポンプを作動させる必要がないと判定する
上記の内燃機関の冷却制御装置は、電動ウォーターポンプによって冷却水を循環させることで冷却を行う。電動ウォーターポンプ作動要否判定手段は、イグニッションがオンになった後において、前回のトリップから今回のトリップまでのソーク時間と、冷却水の温度の推定値とに基づいて、冷却水の温度を確認(水温チェック)するために電動ウォーターポンプを作動させる必要があるか否かの判定を行う。具体的には、電動ウォーターポンプ作動要否判定手段は、ソーク時間が所定時間より長く、温度の推定値が所定温度未満である場合には、電動ウォーターポンプを作動させる必要がないと判定する。これにより、水温チェックのために電動ウォーターポンプを作動させる必要があるか否かの判定を適切に行うことができる。よって、水温チェックを行う必要がないような状況での、水温チェックのための電動ウォーターポンプの作動を抑制することができる。したがって、水温チェックのための電動ウォーターポンプの駆動中に内燃機関が作動することに起因する熱の拡散を適切に抑制できる。
上記の内燃機関の冷却制御装置の一態様では、前記電動ウォーターポンプ作動要否判定手段が前記電動ウォーターポンプを作動させる必要があると判定した場合に、前記内燃機関の始動前に、前記電動ウォーターポンプを作動させる手段を更に備える。
この態様によれば、内燃機関の始動前に水温チェックを終えることができ、電動ウォーターポンプの駆動中に内燃機関が作動することに起因する熱の拡散を効果的に抑制することが可能となる。
本実施形態における内燃機関の冷却制御装置の概略構成図を示す。 第1実施形態における電動WP作動要否判定処理を示すフローチャートである。 第2実施形態における電動WP作動要否判定処理を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
[装置構成]
図1は、本実施形態における内燃機関の冷却制御装置100の概略構成図を示す。図1においては、実線矢印は冷却水の流れの一例を示しており、破線矢印は信号の入出力を示している。また、太線で表した実線(符号7で示す)は、冷却水が流れる冷却水通路を示している。
内燃機関の冷却制御装置100は、主に、エンジン(内燃機関)1と、ヒータコア2aと、ヒータブロア2bと、ラジエータ3と、サーモスタット4と、電動ウォーターポンプ(電動WP)5と、排気熱回収器6aと、EGRクーラ6bと、冷却水通路7と、冷却水温度センサ10と、ECU(Electronic Control Unit)50と、を有する。
内燃機関の冷却制御装置100は、ハイブリッド車両などの車両に搭載され、冷却水通路7に設けられた構成要素(エンジン1、ヒータコア2a、排気熱回収器6a、EGRクーラ6bなど)と冷却水との間で熱交換を行うことで、冷却したり暖機したりするシステムである。
エンジン1は、燃料と空気との混合気を燃焼させることによって、車両における動力を発生する装置である。エンジン1には冷却水通路7が形成されており、当該冷却水通路7を通過する冷却水とエンジン1との間で熱交換が行われることで、エンジン1の冷却若しくは暖機が行われる。
ヒータコア2aは、内部を通過する冷却水によって、車室内の空気を暖める装置であり、ヒータブロア2bは、ヒータコア2aで暖められた空気を車室内に送風する装置である。具体的には、ヒータコア2aにはヒータブロア2bから取り込まれた車室内の空気が供給され、このようにヒータコア2aに供給された空気は、冷却水と熱交換することで暖められて、ヒータブロア2bより吹き出される。
ラジエータ3は、内部を通過する冷却水を外気によって冷却する装置である。この場合、電動ファン(不図示)の回転により導入された風によって、ラジエータ3内の冷却水の冷却が促進される。サーモスタット4は、冷却水温度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、冷却水温度が比較的低温である場合には閉弁することでラジエータ3への冷却水の供給を遮断し、冷却水温度が比較的高温となったときに開弁してラジエータ3へ冷却水を供給する。
電動WP5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。電動WP5は、ECU50から供給される制御信号S5によって制御される。具体的には、電動WP5における動作のオン/オフや、電動WP5内のモータの回転数などが制御される。なお、電動WP5は、エンジン回転数に関係なく、運転状態を変更することができる。
排気熱回収器6aは、冷却水通路7上に設けられていると共に、エンジン1の排気ガスが通過する排気通路(不図示)上に設けられており、冷却水と排気ガスとの間で熱交換を行うことで排気熱を回収する。EGRクーラ6bは、冷却水通路7上に設けられていると共に、EGRガスが通過するEGR通路(不図示)上に設けられており、冷却水とEGRガスとの間で熱交換を行うことでEGRガスを冷却する。
冷却水温度センサ10は、エンジン1のヘッドの下流側における冷却水通路7上に設けられおり、当該箇所での冷却水温度(以下、単に「水温」とも表記する。)を検出する。冷却水温度センサ10は、検出した冷却水温度に対応する検出信号S10をECU50に供給する。
ECU50は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)などを備え、内燃機関の冷却制御装置100内の各構成要素に対して種々の制御を行う。詳細は後述するが、ECU50は、本発明における電動ウォーターポンプ作動要否判定手段として機能する。
[電動WPの作動要否判定]
次に、本実施形態においてECU50が行う、電動WP5の作動要否判定について説明する。まず、本実施形態において電動WP5の作動要否判定を実施する理由について説明する。
例えばトリップ開始時などにおいては、エンジン1本体・ヘッドの暖機促進や省電力のため、電動WP5をできるだけ停止させておくことが望ましいと言える。一方で、電動WP5を停止させている状態(つまり、冷却水の流量が概ね「0」である状態)では、冷却水通路7内の冷却水温度の偏りが、冷却水温度センサ10に反映されない場合がある。そのため、流量が概ね「0」である状態において、冷却水温度センサ10に基づいて電動WP5における停止/作動についての判定を行うと、冷却水温度センサ10で検出している水温よりも高水温箇所(例えば排気熱回収器6a内)が冷却水通路7内に存在する場合に、電動WP5の停止により冷却水が沸騰するおそれがあると言える。
そのため、このような問題を解消するために、トリップ開始時などにおいて、冷却水温度を適切にチェック(水温チェック)するべく、電動WP5を一定時間作動させる制御や、冷却水通路7内の冷却水量相当分だけ冷却水を流すように電動WP5を作動させる制御(つまり系統一周分の冷却水を循環させる制御)などが実施される。
しかしながら、例えば冷却水通路7内の全冷却水が十分に冷えているような状況や排気熱回収器6a内の冷却水温度が十分に低いような状況等においては、水温チェックのために、上記のような電動WP5を作動させる制御を行う必要は特にないと考えられる。逆に、このような状況で電動WP5を作動させると、電動WP5を停止しておけばエンジン1内に留めておくことでエンジン1の暖機に寄与したはずの熱が拡散して、暖機が遅れてしまうと言える。
したがって、本実施形態では、ECU50は、トリップ開始時において、前回のトリップから今回のトリップまでのソーク時間や冷却水温度の推定値などに基づいて、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があるか否かの判定(電動WP5の作動要否判定)を行う。
以下で、ECU50が行う電動WP5の作動要否判定の実施形態について、具体的に説明する。
(第1実施形態)
第1実施形態では、前回のトリップから今回のトリップまでのソーク時間に基づいて、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があるか否かの判定を行う。具体的には、ECU50は、ソーク時間が十分に長い場合、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと判定する。つまり、ECU50は、水温チェックのための電動WP5の駆動をキャンセルして、電動WP5の停止を許可する。
より詳しくは、ECU50は、ソーク時間が所定時間(例えば「2時間」)よりも長い場合において、イグニッションオン時において冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度がある程度低い場合、具体的には冷却水温度が第1所定温度(例えば「60℃」)未満である場合、電動WP5の停止を許可する。こうするのは、ソーク時間が十分に長い場合には、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度が排気熱回収器6a内の冷却水温度よりも低いといった関係が成り立つので、検出された冷却水温度がある程度低ければ、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと言えるからである。言い換えると、このような場合には、冷却水通路7内の全冷却水が十分に冷えているものと推測できるので、水温チェックを行う必要がないと言えるからである。
また、第1実施形態では、ECU50は、ソーク時間が上記の所定時間よりも短い場合であっても、イグニッションオン時において冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度が十分に低い場合、具体的には冷却水温度が第2所定温度(第1所定温度よりも低い温度であり、例えば「40℃」)未満である場合、水温チェックのための電動WP5の駆動をキャンセルして、電動WP5の停止を許可する。こうするのは、冷却水温度が十分に低い場合には、前トリップではエンジン1がほとんど作動しておらず、排気熱回収器6a内の冷却水温度が十分に低いものと推測できるので、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと言えるからである。
なお、第1実施形態では、上記のように電動WP5の作動要否を判定した結果、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があると判定された場合(つまり電動WP5の停止が禁止された場合)、エンジン1の始動後ではなく、イグニッションがオンになった後すぐに、電動WP5を作動させる。つまり、ECU50は、イグニッションオンからエンジン始動までの間に、水温チェックのために電動WP5を作動させる。こうするのは、ハイブリッド車両の場合には、イグニッションオン後、ドライバの要求などによりエンジン始動となるので、エンジン始動前に水温チェックを終えることができれば、電動WP5の駆動中にエンジン1が作動することに起因する熱の拡散を抑制できるからである。尚、ECU50は、このように電動WP5を作動させた後、電動WP5の作動時に冷却水温度センサ10より得られた冷却水温度に基づいて、電動WP5の作動を停止可能な否かを判断する。
次に、図2を参照して、第1実施形態における電動WP作動要否判定処理について説明する。なお、当該処理は、イグニッションオン後において(つまりトリップ開始時)、ECU50によって繰り返し実行される。
まず、ステップS101では、ECU50は、電動WP5の停止を許可するか否かを示すフラグ(以下、「電動WP停止許可フラグ」と呼ぶ。)をオフに設定する。そして、処理はステップS102に進む。
ステップS102では、ECU50は、今回のトリップと前回のトリップとの間隔を示すソーク時間が十分に長いか否かを判定する。具体的には、ECU50は、ソーク時間が所定時間より長いか否かを判定する。例えば、所定時間は「2時間」に設定される。ソーク時間が所定時間より長い場合(ステップS102;Yes)、処理はステップS103に進み、ソーク時間が所定時間以下である場合(ステップS102;No)、処理はステップS106に進む。
ステップS103では、ECU50は、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度がある程度低いか否かを判定する。具体的には、ECU50は、冷却水温度が第1所定温度未満であるか否かを判定する。例えば、第1所定温度は「60℃」に設定される。
冷却水温度が第1所定温度未満である場合(ステップS103;Yes)、処理はステップS104に進む。この場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと言えるため、ECU50は、電動WP停止許可フラグをオンに設定する(ステップS104)。つまり、水温チェックのための電動WP5の駆動をキャンセルして、電動WP5の停止を許可する。そして、処理は終了する。
これに対して、冷却水温度が第1所定温度以上である場合(ステップS103;No)、処理はステップS105に進む。この場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があると言えるため、ECU50は、電動WP停止許可フラグをオフに設定する(ステップS104)。つまり、電動WP5の停止を禁止する。そして、処理は終了する。
次に、ソーク時間が所定時間以下である場合(ステップS102;No)に行われる、ステップS106以降の処理について説明する。ステップS106では、ECU50は、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度が十分に低いか否かを判定する。具体的には、ECU50は、冷却水温度が第2所定温度未満であるか否かを判定する。例えば、第2所定温度は「40℃」に設定される。
冷却水温度が第2所定温度未満である場合(ステップS106;Yes)、処理はステップS104に進む。この場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと言えるため、ECU50は、電動WP停止許可フラグをオンに設定する(ステップS104)。そして、処理は終了する。
これに対して、冷却水温度が第2所定温度以上である場合(ステップS106;No)、処理はステップS107に進む。この場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があると言える。
ステップS107では、ECU50は、水温チェックのために電動WP5を作動させる制御を実行する。具体的には、ECU50は、電動WP5を一定時間作動させる制御を行う。そして、ECU50は、このように電動WP5を作動させた際に冷却水温度センサ10より検出された冷却水温度の最大値(冷却水温度最大値)を記憶する。そして、処理はステップS108に進む。なお、上記のように電動WP5を一定時間作動させる制御を行う代わりに、冷却水通路7内の冷却水量相当分だけ冷却水を流すように電動WP5を作動させる制御(つまり系統一周分の冷却水を循環させる制御)を実行しても良い。
ステップS108では、ECU50は、ステップS107で得られた冷却水温度最大値がある程度低いか否か、具体的には第1所定温度未満であるか否かを判定する。冷却水温度最大値が第1所定温度未満である場合(ステップS108;Yes)、処理はステップS104に進む。この場合には、ECU50は、電動WP5の停止を許可すべく、電動WP停止許可フラグをオンに設定する(ステップS104)。そして、処理は終了する。
これに対して、冷却水温度最大値が第1所定温度以上である場合(ステップS108;No)、処理はステップS105に進む。この場合には、ECU50は、電動WP5の停止を禁止すべく、電動WP停止許可フラグをオフに設定する(ステップS105)。そして、処理は終了する。
以上説明した第1実施形態によれば、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があるか否かの判定を適切に行うことができる。よって、水温チェックを行う必要がないような状況での、水温チェックのための電動WP5の作動を抑制することができる。これにより、水温チェックのための電動WP5の駆動中にエンジン1が作動することに起因する熱の拡散を適切に抑制できる。
なお、上記の図2に示すフローにおいては、ソーク時間が所定時間より長い場合(ステップS102;Yes)において、冷却水温度が第1所定温度未満である場合(ステップS103;Yes)に電動WP5の停止を許可し、これに対して、冷却水温度が第1所定温度以上である場合(ステップS103;No)に電動WP5の停止を禁止していた。この代わりに、ソーク時間が所定時間より長い場合には、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度の如何にかかわらず、電動WP5の停止を許可しても良い。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、排気熱回収器6a内の冷却水温度を推定し(以下、推定された温度を「排気熱回収器内推定水温」と呼ぶ)、排気熱回収器内推定水温に基づいて、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があるか否かの判定を行う点で、第1実施形態と異なる。具体的には、第2実施形態では、ECU50は、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度が排気熱回収器内推定水温よりも高い場合において、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度がある程度低い場合、具体的には冷却水温度が第1所定温度(例えば「60℃」)未満である場合、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと判定する。つまり、ECU50は、水温チェックのための電動WP5の駆動をキャンセルして、電動WP5の停止を許可する。このような場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと言えるからである。
更に、ECU50は、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度が排気熱回収器内推定水温以下であっても、当該排気熱回収器内推定水温がある程度低い場合、具体的には排気熱回収器内推定水温が第3所定温度(例えば「50℃」)未満である場合、水温チェックのための電動WP5の駆動をキャンセルして、電動WP5の停止を許可する。このような場合にも、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと言えるからである。
次に、図3を参照して、第2実施形態における電動WP作動要否判定処理について説明する。なお、当該処理は、イグニッションオン後において(つまりトリップ開始時)、ECU50によって繰り返し実行される。
まず、ステップS201では、ECU50は、電動WP停止許可フラグをオフに設定する。そして、処理はステップS202に進む。
ステップS202では、ECU50は、排気熱回収器内推定水温を求める。具体的には、ECU50は、トリップ中に排気ガス温度などから排気熱回収器6a内の冷却水温度を推定し、ソーク中においても、ソーク時間や外気温などから排気熱回収器6aからの放熱量を計算することにより、排気熱回収器内推定水温を求める。そして、処理はステップS203に進む。
ステップS203では、ECU50は、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度が、ステップS202で求められた排気熱回収器内推定水温よりも高いか否かを判定する。冷却水温度が排気熱回収器内推定水温よりも高い場合(ステップS203;Yes)、処理はステップS204に進み、冷却水温度が排気熱回収器内推定水温以下である場合(ステップS203;No)、処理はステップS207に進む。
ステップS204では、ECU50は、冷却水温度センサ10が検出した冷却水温度がある程度低いか否かを判定する。具体的には、ECU50は、冷却水温度が第1所定温度未満であるか否かを判定する。例えば、第1所定温度は「60℃」に設定される。
冷却水温度が第1所定温度未満である場合(ステップS204;Yes)、処理はステップS205に進む。この場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと言えるため、ECU50は、電動WP停止許可フラグをオンに設定する(ステップS205)。つまり、水温チェックのための電動WP5の駆動をキャンセルして、電動WP5の停止を許可する。そして、処理は終了する。
これに対して、冷却水温度が第1所定温度以上である場合(ステップS204;No)、処理はステップS206に進む。この場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があると言えるため、ECU50は、電動WP停止許可フラグをオフに設定する(ステップS206)。つまり、電動WP5の停止を禁止する。そして、処理は終了する。
次に、冷却水温度が排気熱回収器内推定水温以下である場合(ステップS203;No)に行われる、ステップS207以降の処理について説明する。ステップS207では、ECU50は、ステップS202で求められた排気熱回収器内推定水温がある程度低いか否か、具体的には排気熱回収器内推定水温が第3所定温度未満であるか否かを判定する。例えば、第3所定温度は「50℃」に設定される。
排気熱回収器内推定水温が第3所定温度未満である場合(ステップS207;Yes)、処理はステップS205に進む。この場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要がないと言えるため、ECU50は、電動WP停止許可フラグをオンに設定する(ステップS205)。そして、処理は終了する。
これに対して、排気熱回収器内推定水温が第3所定温度以上である場合(ステップS207;No)、処理はステップS208に進む。この場合には、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があると言える。
ステップS208、S209の処理は、それぞれ、前述したステップS107、S108の処理と同様であるため(図2参照)、その説明を省略する。
以上説明した第2実施形態によっても、水温チェックのために電動WP5を作動させる必要があるか否かの判定を適切に行うことができる。これにより、水温チェックのための電動WP5の駆動中にエンジン1が作動することに起因する熱の拡散を、適切に抑制することが可能となる。
1 エンジン
2a ヒータコア
3 ラジエータ
4 サーモスタット
5 電動ウォーターポンプ(電動WP)
6a 排気熱回収器
7 冷却水通路
10 冷却水温度センサ
50 ECU
100 内燃機関の冷却制御装置

Claims (2)

  1. 電動ウォーターポンプによって冷却水を循環させることで冷却を行う内燃機関の冷却制御装置であって、
    イグニッションがオンになった後において、前回のトリップから今回のトリップまでのソーク時間と、前記冷却水の温度の推定値とに基づいて、前記冷却水の温度を確認するために前記電動ウォーターポンプを作動させる必要があるか否かの判定を行う電動ウォーターポンプ作動要否判定手段を備え
    前記電動ウォーターポンプ作動要否判定手段は、前記ソーク時間が所定時間より長く、前記温度の推定値が所定温度未満である場合には、前記電動ウォーターポンプを作動させる必要がないと判定することを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
  2. 前記電動ウォーターポンプ作動要否判定手段が前記電動ウォーターポンプを作動させる必要があると判定した場合に、前記内燃機関の始動前に、前記電動ウォーターポンプを作動させる手段を更に備える請求項1に記載の内燃機関の冷却制御装置。
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