JP5206469B2 - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

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。

特開２００８−１６９７５０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。

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の電動ＷＰの作動時間を適切に設定する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、前回のトリップ時における内燃機関の発熱量を推定する発熱量推定手段と、前記発熱量推定手段によって推定された前記内燃機関の発熱量に基づいて、始動時において、前記冷却水の温度を確認するための前記電動ウォーターポンプの作動時間を変更する作動時間変更手段と、を備え、前記作動時間変更手段は、前記内燃機関の発熱量が小さい場合には、前記内燃機関の発熱量が大きい場合よりも、前記電動ウォーターポンプの作動時間を短くする。

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。発熱量推定手段は、前回のトリップ時における内燃機関の発熱量を推定し、作動時間変更手段は、推定された内燃機関の発熱量に基づいて、始動時において、冷却水の温度を確認（水温チェック）するための電動ウォーターポンプの作動時間を変更する。例えば、内燃機関の発熱量が小さいほど、電動ウォーターポンプの作動時間を短く設定する。これにより、始動時における水温チェックのための電動ウォーターポンプの作動時間を適切に短縮することができる。よって、電動ウォーターポンプの無駄な作動を抑制することができ、消費電力を低減することが可能となると共に、熱の拡散を防止することが可能となる。

好適な例では、前記発熱量推定手段は、積算吸入空気量に基づいて、前記内燃機関の発熱量を推定する。

他の好適な例では、前記発熱量推定手段は、前記内燃機関の作動時間に基づいて、前記内燃機関の発熱量を推定する。

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。 推定エンジン発熱量に基づいて電動ＷＰ作動時間を決定するための方法を説明するための図である。 本実施形態における制御方法を具体的に説明するための図である。 本実施形態における制御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、本発明における発熱量推定手段及び作動時間変更手段として機能する。
［制御方法］
次に、本実施形態において、ＥＣＵ５０が行う制御について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、前回のトリップ時におけるエンジン発熱量に基づいて、始動時において冷却水度を確認するための電動ＷＰ５の作動時間を設定する。

こうする理由は、以下の通りである。例えばトリップ初期などにおいては、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。

このような問題を解消するために、一般的には、トリップ初期などにおいて、冷却水温度を適切にチェック（水温チェック）するべく、及び、冷却水通路７内の冷却水温度を平準化するべく、電動ＷＰ５を所定時間作動させる制御などが実施される。しかしながら、電動ＷＰ５の作動により、エンジン１内部の熱が外部に拡散し、エンジン１の暖機性が悪化するおそれがある。したがって、トリップ初期での水温チェックのための電動ＷＰ５の作動時間は、可能な限り短くすることが望ましいと言える。

例えば、前回のトリップが軽負荷運転又は短時間運転であった場合には、冷却水通路７内の冷却水温度の偏りが小さいと判断できるため（つまりエンジン各部温度ムラが小であると判断できるため）、今回のトリップ初期においては、水温チェックのための電動ＷＰ５の作動時間を短くすべきと言える。これに対して、例えば、前回のトリップが高負荷運転又は長時間運転であった場合には、冷却水通路７内の冷却水温度の偏りが大きいと判断できるため（つまりエンジン各部温度ムラが大であると判断できるため）、今回のトリップ初期においては、水温チェックのための電動ＷＰ５の作動時間を長くすべきと言える。

したがって、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、前回のトリップ時におけるエンジン発熱量を推定し、当該エンジン発熱量に基づいて、トリップ開始時において水温チェック時の電動ＷＰ５の作動時間を設定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、推定されたエンジン発熱量が小さいほど、電動ＷＰ５の作動時間を短く設定する。これにより、トリップ初期での水温チェックのための電動ＷＰ５の作動時間を適切に短縮することができる。よって、消費電力を低減することが可能となると共に、熱の拡散を防止することが可能となる。

図２は、エンジン発熱量に基づいて電動ＷＰ５の作動時間を決定するためのマップの一例を示した図である。図２は、横軸に推定されたエンジン発熱量（推定エンジン発熱量）を示し、縦軸に電動ＷＰ５の作動時間を示している。図示のように、エンジン発熱量が小さくなるほど、電動ＷＰ５の作動時間が短くなることがわかる。ＥＣＵ５０は、このようなマップを参照して、推定されたエンジン発熱量に対応する電動ＷＰ５の作動時間を決定する。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ５０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、詳しくは冷却水温度が第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、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、本実施形態では、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、前回の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。

ここで、図３を参照して、本実施形態における制御方法について具体的に説明する。図３は、横方向に時間を示しており、上から順に、イグニッション（ＩＧ）信号、車速、エンジン回転数、冷却水温度（冷却水温度センサ１０のセンサ値）、電動ＷＰ５の作動状態１、電動ＷＰ５の作動状態２を示している。「電動ＷＰ５の作動状態１」は、前述した本実施形態における制御方法を行った場合、つまり、エンジン発熱量に基づいて電動ＷＰ５の作動時間を設定した場合の電動ＷＰ５の作動状態に相当する。これに対して、「電動ＷＰ５の作動状態２」は、本実施形態における制御方法を行わなかった場合、つまり、エンジン発熱量に基づいて電動ＷＰ５の作動時間を設定しなかった場合の電動ＷＰ５の作動状態に相当する。

また、最初の期間Ｔ１は１回目のトリップ期間に対応し、その次の期間Ｔ２は１回目のソーク期間に対応し、その次の期間Ｔ３は２回目のトリップ期間に対応し、その次の期間Ｔ４は２回目のソーク期間に対応し、その次の期間Ｔ５は３回目のトリップ期間に対応する。なお、ソーク期間Ｔ２、Ｔ４におけるソーク時間は、上記した所定時間（例えば「２時間」）よりも短いものとする。更に、「ｔｈ１」で示す冷却水温度（例えば「７０℃」）は、当該温度以上であれば、エンジン１などを冷却するために電動ＷＰ５を作動すべき温度に相当する。加えて、「ｔｈ２」で示す冷却水温度（例えば「４０℃」）は、トリップ開始時において当該温度以上であれば、水温チェックのために電動ＷＰ５を作動すべき温度に相当する。

図３に示すように、１回目のトリップ期間Ｔ１の途中において、冷却水温度が温度ｔｈ１を超えるため、破線領域Ａ１に示すように、エンジン１などを冷却するために電動ＷＰ５が作動される。この後、ソーク後における２回目のトリップ期間Ｔ３の開始時において、冷却水温度が温度ｔｈ２を超えているため、破線領域Ａ２に示すように、水温チェックのために電動ＷＰ５が作動される。この２回目のトリップ期間Ｔ３においては、破線領域Ａ３に示すように、軽負荷走行のためエンジン１は作動されない。

この後、ソーク後における３回目のトリップ期間Ｔ５の開始時において、本実施形態における制御方法を行った場合には、前回のトリップ（２回目のトリップ）においてエンジン１が作動されていないのでエンジン発熱量が概ね０であると言えるため、破線領域Ａ４に示すように、電動ＷＰ５は作動されない（言い換えると、電動ＷＰ５の作動時間が０に設定される）。つまり、冷却水温度が温度ｔｈ２を超えていても、電動ＷＰ５は作動されない。これに対して、本実施形態における制御方法を行わなかった場合には、３回目のトリップ期間Ｔ５の開始時において、冷却水温度が温度ｔｈ２を超えているため、破線領域Ａ５に示すように、水温チェックのために電動ＷＰ５が作動される。
［制御処理］
次に、図４を参照して、本実施形態における制御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。そのため、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９では、電動ＷＰ５を作動させるための処理が行われる。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ５０は、エンジン発熱量を推定する。１つの例では、ＥＣＵ５０は、前回のトリップ時における積算吸入空気量に基づいて、エンジン発熱量を推定する。この場合、ＥＣＵ５０は、積算吸入空気量に対してエンジン発熱量が対応付けられたマップなどを参照して当該推定を行う。他の例では、ＥＣＵ５０は、前回のトリップ時におけるエンジン１の作動時間に基づいて、エンジン発熱量を推定する。この場合、ＥＣＵ５０は、エンジン１の作動時間に対してエンジン発熱量が対応付けられたマップなどを参照して当該推定を行う。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０７で推定されたエンジン発熱量に基づいて、水温チェックのための電動ＷＰ５の作動時間を決定する。例えば、ＥＣＵ５０は、図２に示したようなマップを参照して、推定されたエンジン発熱量に対応する電動ＷＰ５の作動時間を決定する。そして、処理はステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ５０は、水温チェックのために、ステップＳ１０８で決定された電動ＷＰ５の作動時間だけ電動ＷＰ５を作動させる制御を行う。そして、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、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。そして、処理は終了する。

以上説明した制御処理によれば、トリップ開始時において、水温チェック時の電動ＷＰ５の作動時間を適切に短縮することができる。よって、電動ＷＰ５の無駄な作動を抑制することができ、消費電力を低減することが可能となると共に、熱の拡散を防止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 (3)

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、
   前回のトリップ時における内燃機関の発熱量を推定する発熱量推定手段と、
   前記発熱量推定手段によって推定された前記内燃機関の発熱量に基づいて、始動時において、前記冷却水の温度を確認するための前記電動ウォーターポンプの作動時間を変更する作動時間変更手段と、を備え、
   前記作動時間変更手段は、前記内燃機関の発熱量が小さい場合には、前記内燃機関の発熱量が大きい場合よりも、前記電動ウォーターポンプの作動時間を短くすることを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
2. 前記発熱量推定手段は、積算吸入空気量に基づいて、前記内燃機関の発熱量を推定する請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置。
3. 前記発熱量推定手段は、前記内燃機関の作動時間に基づいて、前記内燃機関の発熱量を推定する請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置。

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