JP5618945B2 - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の冷却制御装置に関し、特に、機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御する内燃機関の冷却制御装置に関する。

近年、車両用の内燃機関の冷却系においては、機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御することによって燃費の低減や出力の向上を図るため、電子制御式のサーモスタットバルブ「以下単に「電制サーモスタット」という」が採用されることが多い。電制サーモスタットは、そのバルブ開度が冷却水の温度だけに依存するのではなく、制御信号によって任意に変化させることができるものであり、冷却水を循環させる冷却水循環路の途中に設けられる。そして、電制サーモスタットのバルブ開度を調整することにより、ラジエータを通過させる冷却水の流量とラジエータをバイパスさせる冷却水の流量とを変化させる。

ところで、このような電制サーモスタットを用いた内燃機関の冷却系では、従来から冷却水の温度制御の応答性を改善することが求められており、これまでにもいくつかの提案がなされている。例えば、特許文献１には、実際の冷却水温度のみをモニタリングすることにより電制サーモスタットの操作量を決定して電制サーモスタットを制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、電制サーモスタットへの操作量の出力から制御水温になるまでの経過時間と単位時間当たりの水温変化量とを算出し、これらから前記経過時間後の冷却水温度を予測し、この予測された冷却水温度に合わせて電制サーモスタットを制御する技術が開示されている。

特開２００４−３５３６０２号公報 特開２００４−１３７９８１号公報

しかし、上記温度制御の応答遅れには、電制サーモスタットの作動遅れ、すなわち、操作量が入力されてからバルブ開度が変化するまでの遅れが含まれるところ、上記従来技術では、この電制サーモスタットの作動遅れ分が十分に解消されているとは言えず、この点において更なる改善の余地がある。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであり、上記電制サーモスタットのような制御バルブを有し、機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御する内燃機関の冷却系において、従来に比べて、冷却水の温度制御の応答性を向上させること目的とする。

本発明の一側面による内燃機関の冷却制御装置は、機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御する内燃機関の冷却制御装置であって、吐出量を変更可能なウォーターポンプと、前記ウォーターポンプから吐出された冷却水を前記内燃機関とラジエータとの間で循環させる冷却水循環路と、前記ラジエータをバイパスするバイパス流路と、サーモスタットの感温部に発熱素子を備えてなり、開度が大きくなるほど前記ラジエータを通過させる冷却水を多くし、開度が小さくなるほど前記ラジエータをバイパスさせる冷却水を多くする電制サーモスタットと、前記ウォーターポンプ及び前記電制サーモスタットの発熱素子への通電を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記冷却水の温度を上昇させる場合には、前記吐出量を減少させるように前記ウォーターポンプを制御すると共に前記発熱素子の通電操作量を前記電制サーモスタットの開度を所定開度だけ減少変化させる第１所定時間だけ最小値に保持し、前記冷却水の温度を低下させる場合には、前記吐出量を増加させるように前記ウォーターポンプを制御すると共に前記発熱素子の通電操作量を前記電制サーモスタットの開度を所定開度だけ増大変化させる第２所定時間だけ最大値に保持する。

上記内燃機関の冷却制御装置によれば、冷却水の温度を上昇又は低下させる場合に、冷却水の温度制御の応答性が向上する。

本発明の一実施形態による内燃機関及びその冷却制御装置の概略構成を示す図である。 制御バルブのバルブ特性（最大操作量（ＤＵＴＹ１００％）及最小操作量（ＤＵＴＹ０％）での各水温におけるバルブ開度）を示す図である。 制御バルブについての制御を示すフローチャートである。 制御バルブのバルブ特性（最大操作量（ＤＵＴＹ１００％）及最小操作量（ＤＵＴＹ０％）の出力時間に対するバルブ開度）を示す図である。 定常偏差が大きい場合にこの定常偏差を吸収するための操作量の補正量ΔＤＵＴＹを説明するための図である。 制御バルブについての過渡時制御のタイミングチャートである。 ウォーターポンプについての制御を示すフローチャートである。 ウォーターポンプについての過渡時制御のタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両用の内燃機関１及びその冷却制御装置の概略構成を示している。この内燃機関１の冷却制御装置は、流量（吐出量）を変更可能なウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）２と、ウォーターポンプ２から吐出された冷却水が内燃機関１（のウォータージャケット）を通過しラジエータ３を経由してウォーターポンプ２へと戻る循環経路４と、冷却制御装置の各構成要素の作動を制御する制御部５と、を含む。
ここで、図１において破線で示すように、内燃機関１を通過した冷却水が、内燃機関１に連結された無段変速機（ＣＶＴ）６を経由してウォーターポンプ２へと戻る第２循環経路及び内燃機関１を通過した冷却水が、車内空調に用いられる暖房用のヒータコア７を経由してウォーターポンプ２へと戻る第３循環経路をさらに含んでもよい。

ウォーターポンプ２は、図示省略した車載バッテリから供給される電力を動力源として作動し、制御部５からの制御信号（通電デューティー）によってポンプ回転数（すなわち、吐出量）が変更可能な電動ウォーターポンプである。但し、電動ウォーターポンプに限るものではなく、制御部５からの制御信号によって流量（吐出量）を変更可能なポンプであればよい。例えば、電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦによって流量（吐出量）を変更できる機械式の可変容量型ウォーターポンプを用いるようにしてもよい。

ラジエータ３は、循環経路４内を循環する冷却水がシリンダヘッド１１やシリンダブロック１２から吸収した熱を放散させる。なお、ラジエータ３には、図示省略したラジエータファンが設けられており、このラジエータファンは、冷却水を冷却する必要がある場合に作動してラジエータ３における冷却水からの熱の放散を補助する。

循環経路４は、内燃機関１のシリンダヘッド１１側に設けられた冷却水出口１１ａとラジエータ３の冷却水入口部３ａとを接続する第１冷却水流路４１と、ラジエータ３の冷却水出口部３ｂと内燃機関１のシリンダブロック１２側に設けられた冷却水入口部１２ａとを接続する第２冷却水流路４２と、を有する。また、循環経路４には、ラジエータ３をバイパスするバイパス流路４３が設けられており、このバイパス流路４３と第２冷却水流路４２との合流部には制御バルブ４４が設けられている。
制御バルブ４４は、サーモスタットの感温部に発熱素子を備えた電制サーモスタットであり、バルブ開度が冷却水の温度だけに依存するのではなく、制御部５による上記発熱素子への通電制御によってバルブ開度を変化させることができる。但し、電制サーモスタットに限るものではなく、制御部５からの制御信号によってバルブ開度を変化させることができるものであればよい。

図２は、本実施形態における制御バルブ（電制サーモスタット）４４のバルブ特性を示している。横軸は冷却水の温度であり、縦軸はバルブ開度（リフト量）である。また、図２において、実線は制御バルブ４４の操作量が最大、すなわち、制御部５による上記発熱素子に対する通電デューティーが１００％の場合を示し、破線は制御バルブ４４の操作量が最小、すなわち、制御部５による上記発熱素子に対する通電デューティーが０％の場合を示している。

図２に示すように、本実施形態において、制御バルブ４４は、上記発熱素子に対して通電を行わないと（すなわち、通電デューティーを０％とすると）、冷却水の温度が約１００℃以上になるまで開弁しないが、上記発熱素子に対して通電を行うことによって、冷却水の温度が約１００℃以下でも開弁させることができる。具体的には、本実施形態においては上記発熱素子に対して通電を行うことで、冷却水の温度が約４０℃から制御バルブ４４を開弁させることができるようになっている。

ここで、制御バルブ４４が閉弁しているときには、内燃機関１を通過した冷却水がラジエータ３を経由せずにバイパス流路４３を通過し、制御バルブ４４が開弁することにより、内燃機関１を通過した冷却水がラジエータ５を通過するようになる。そして、制御部５が、制御バルブ４４への操作量、すなわち、上記発熱素子に対する通電デューティーを調整して当該制御バルブ４４のバルブ開度を調整することにより、ラジエータ３を通過させる冷却水とラジエータ３をバイパスさせる冷却水との流量配分を変更することができる。具体的には、制御バルブ４４のバルブ開度を大きくするほどラジエータ３を通過させる冷却水の流量（配分）が多くなり、制御バルブ４４の開度を小さくするほどラジエータ３をバイパスさせる冷却水の流量（配分）が多くなる。

制御部５は、内燃機関１の運転状態情報として、この内燃機関１を搭載した車両の車速や機関負荷（例えばアクセル開度や吸入空気量）を入力すると共に、シリンダヘッド１１（のウォータージャケット）内の冷却水の温度を検知する水温センサ６１、外気の温度を検知する外気温センサ６２、ノッキングの発生を検知するノックセンサー６３などの各種センサから検出信号を入力する。そして、制御部５は、入力された各種情報に基づき、ウォーターポンプ２及び制御バルブ４４などの作動を制御する。なお、外気温センサ６２としては吸気温センサを用いることができる。

次に、制御部５が実行するウォーターポンプ（電動ウォーターポンプ）２及び制御バルブ（電制サーモスタット）４４の制御について説明する。
制御部５は、機関運転状態（ここでは、車速及び機関負荷）を入力し、入力された機関運転状態に基づいて冷却水の目標温度（以下「目標水温」という）を設定する。そして、この設定された目標水温に基づいてウォーターポンプ２及び制御バルブ４４を制御する。
以下、まず制御バルブ４４についての制御を説明し、その後、ウォーターポンプ２についての制御を説明する。

図３は、制御部５によって実行される制御バルブ４４についての制御を示すフローチャートである。
図３において、ステップＳ１では、目標水温の変化量が予め設定された閾値（例えば５℃）以上であるか否か、すなわち、内燃機関１の運転状態（車速、機関負荷）が変化したことによって目標水温と水温センサ６１によって検知される冷却水の水温（以下「実際の水温」という）との偏差（絶対値）が上記閾値以上となったか否かを判定する。そして、目標水温の変化量が上記閾値以上であれば過渡時制御を実行すべくステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、目標水温が高い側から低い側へと変化したか否かを判定する。そして、目標水温が高い側から低い側へと変化していればステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーをその最大値である１００％に保持する時間（以下「最大ＤＵＴＹ保持時間」という）Ｔ_１００を設定する。この最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００の設定は、制御バルブ４４のバルブ特性に基づいて次のようにして行う。

図４は、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーを０％から１００％としたときのバルブ特性（実線）、及び、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーを１００％から０％としたときのバルブ特性（破線）を示している。横軸は上記通電デューティーの保持時間（操作量出力時間）であり、縦軸はバルブ開度（リフト量）である。
例えば、目標水温が１１０℃から８０℃に変化して制御バルブ４４のバルブ開度を目標水温１１０℃に対応する「Ｖθａ（○）」から目標水温８０℃に対応する「Ｖθｂ（●）」まで大きくする必要がある場合を考えると、図４に示すように、通電デューティーを１００％、すなわち、バルブ開度を大きくする方向の操作量を最大としたときに、制御バルブ４４のバルブ開度を「Ｖθａ（○）」から「Ｖθｂ（●）」まで変化させるのに必要な時間は「Ｔ１」である。そこで、目標水温が１１０℃から８０℃へと変化した場合には、この「Ｔ１」を最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００として設定する。このようにして目標水温の変化に応じた最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００の設定を行う。これにより、必要以上に長く、通電デューティーを１００％に保持することが防止され、消費電力の増加が抑制される。

ステップＳ４では、上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００を機関負荷に応じて補正する。具体的には、機関負荷又は機関負荷の変化量が大きいほど上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００を大きくするように補正する。この補正による上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００の増加分は予め実験等によって決定される。ここで、機関負荷が変化すれば目標水温も変化することになるから、機関負荷の変化量が大きくなれば、当然、目標水温と実際の水温との偏差も大きくなる。したがって、このステップＳ４では、目標水温と実際の水温との偏差が大きいほど上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００を大きくするように補正することになる。
なお、内燃機関１の運転状態が全負荷領域となる場合には、機関負荷に基づく上記補正に加えて、さらに最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００を大きくするような補正（全負荷補正）を行うのが好ましい。

ステップＳ５では、上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００をウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）２の吐出量（回転数）に応じて補正する。具体的には、ウォーターポンプ２の吐出量が少ないほど（回転数が低いほど）上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００を大きくするように補正する。この補正による上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００の増加分は予め実験等によって決定される。
ステップＳ６では、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーを最大（１００％）とする。換言すれば、バルブ開度を大きくする方向に制御バルブ４４を制御するための操作量を最大とする。

一方、ステップＳ２において目標水温が低い側から高い側へと変化している場合にはステップＳ７に進み、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーをその最小値である０％に保持する時間（以下「最小ＤＵＴＹ保持時間」という）Ｔ_０を設定する。この最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０の設定は、上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００の設定と同様、制御バルブ４４のバルブ特性（図４）に基づいて次のようにして行う。
例えば、目標水温が８０℃から１１０℃に変化して制御バルブ４４のバルブ開度を目標水温８０℃に対応する「Ｖθｂ（●）」から目標水温１１０℃に対応する「Ｖθａ（○）」まで小さくする必要がある場合を考えると、図４に示すように、通電デューティーを０％、すなわち、バルブ開度を小さくする方向の操作量を最大としたときに、制御バルブ４４のバルブ開度を「Ｖθｂ（●）」から「Ｖθａ（○）」まで変化させるのに必要な時間は「Ｔ２」である。そこで、目標水温が８０℃から１１０℃へと変化した場合には、この「Ｔ２」を最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０として設定する。このようにして目標水温の変化に応じた最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０の設定を行う。
ここで、最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００と最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０とを別々に設定するのは、図４に示すように、通電デューティーが１００％のときの制御バルブ４４のバルブ開弁速度と、通電デューティーが０％のときの制御バルブ４４のバルブ閉弁速度とが異なるからであり、本実施形態においては、最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０＞最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００となっている。

ステップＳ８では、上記最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０を機関負荷に応じて補正する。具体的には、機関負荷が小さいほど又は機関負荷の変化量が大きいほど上記最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０を大きくするように補正する。この補正による上記最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０の増加分は、予め実験等によって決定される。

ステップＳ９では、上記最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０をウォーターポンプ２の吐出量（回転数）に応じて補正する。具体的には、ウォーターポンプ２の吐出量が多いほど（回転数が高いほど）上記最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０を大きくするように補正する。この補正による上記最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０の増加分は予め実験等によって決定される。
ステップＳ１０では、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーを最小（０％）とする。換言すれば、バルブ開度を小さくする方向に制御バルブ４４を制御するための操作量を最大とする。

ステップＳ１１では、保持時間（上記最大ＤＵＴＹ保持時間又は上記最小ＤＵＴＹ保持時間）が経過したか否か、又は目標水温と実際の水温との偏差（絶対値）が上記閾値（例えば５℃）未満となったか否かを判定する。そして、上記保持時間が経過しているか又は目標水温と実際の水温との偏差（絶対値）が上記閾値未満となっていればステップＳ１２に進んで過渡時制御から定常制御へと移行し、それ以外の場合にはステップＳ１に戻る。
なお、ステップＳ１における閾値とステップＳ１１における閾値とを異なる値に設定してもよい。この場合ステップＳ１における閾値＞ステップＳ１１における閾値とするのが好ましい。

ここで、ステップＳ１２で実行される上記定常制御について、基本制御と定常偏差吸収制御とに分けて説明する。
（１）基本制御
制御部５は、目標水温ごとに制御バルブ４４の操作量、すなわち、上記発熱素子に対する通電デューティーが割り付けられた制御マップを有している。そして、設定された目標水温に基づいて上記制御マップを参照することにより、制御バルブ４４の基本操作量（基本デューティー）を求める。この基本操作量は、各運転条件において定常運転を行ったときに冷却水の温度を目標水温近傍に制御することのできる制御バルブ４４のバルブ開度に相当する値として予め設定されたものである。上記基本操作量は、基本的には、目標水温が高く（低く）なるほど、制御バルブ４４のバルブ開度を小さく（大きく）するように、すなわち、ラジエータ３を通過させる冷却水の流量（配分）を少なく（多く）するように設定される。
次に、制御部５は、上記基本操作量を外気温に応じて補正して制御バルブ４４の操作量（すなわち、発熱素子に対する通電デューティー）を設定する。具体的には、制御部５は、外気温が高いほど（低いほど）上記基本操作量を大きく（小さく）するように、すなわち、ラジエータ３を通過する冷却水の流量（配分）を多く（少なく）するように補正して制御バルブ４４の操作量を設定する。
定常時においては、このようにして設定された操作量が制御バルブ４４に出力される。

（２）定常偏差吸収制御
制御部５は、上記のようにして設定された操作量を制御バルブ４４に出力したにもかかわらず、実際の水温が目標水温とならない場合には、目標水温と実際の水温との偏差（絶対値）に応じて以下の処理を行う。
目標水温と実際の水温との偏差（絶対値）が上記閾値以上である場合には、制御バルブ４４の特性変動（個体バラツキや経時劣化など）により、制御バルブ４４の実際のバルブ開度が目標水温に相当する本来のバルブ開度になっていないと考えられる。このような場合には、制御部５は、制御バルブ４４の実際のバルブ開度を目標水温に相当する本来のバルブ開度とするために必要な補正量ΔＤＵＴＹを算出し、算出された補正量ΔＤＵＴＹを上記基本操作量に加算する。
例えば、目標水温が８０℃のときに実際の水温が８５℃である場合には、実際のバルブ開度Ｖθｒが目標水温に相当する本来のバルブ開度Ｖθｔよりもその温度差ΔＴ（ここでは５℃）に相当するバルブ開度だけ小さくなっている、すなわち、図５に示すように、目標水温が８０℃のときの基本操作量（ここでは、基本デューティーが７５％とする）でのバルブ特性において、実際のバルブ開度「Ｖθｒ（○）」が水温７５℃のときのバルブ開度になっていると考えられる。そこで、この場合には、上記バルブ特性に基づいて、実際のバルブ開度「Ｖθｒ（○）」が本来のバルブ開度「Ｖθｔ（●）」に対して不足しているバルブ開度ΔＶθ（＝Ｖθｔ−Ｖθｒ）を推定し、この不足分のバルブ開度ΔＶθに相当する通電デューティーを上記補正量ΔＤＵＴＹとして算出し、上記基本操作量に加算するようにする。これにより、制御バルブ４４の特性変動によるバルブ開度の変動分が相殺されて実際のバルブ開度を本来のバルブ開度とすることができるので、実際の水温がほぼ目標水温に制御される。
一方、目標水温と実際の水温との偏差（絶対値）が上記閾値未満である場合には、一般的なＰＩＤ制御を行って実際の水温を上記目標水温に収束させる。
なお、この定常制御における閾値をステップＳ１における閾値やステップＳ１１における閾値と異なる値に設定してもよい。

図３に戻って、ステップＳ１において目標水温の変化量が上記閾値未満である場合にはステップＳ１３に進み、上記過渡時制御の実行中であるか否かを判定する。上記過渡時制御の実行中であればステップＳ１４に進み、過渡時制御の実行中でなければステップＳ１２に進んで上記定常制御を実行する。

ステップＳ１４では、ノッキングが発生しているか否かを判定する。この判定は、ノックセンサー６３の検知信号に基づいて行う。そして、ノッキングが発生していればステップＳ１５に進み、ノッキングが発生していなければステップＳ１１に進む。

ステップＳ１５では、ノッキングレベルに応じて上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００を補正する。具体的には、ノッキングレベルが高いほど上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００の時間を大きくするように補正する。そして、上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００を補正した後にステップＳ１１に進む。

図６は、制御バルブ４４についての上記過渡時制御のタイミングチャートである。
図６に示すように、目標水温が低い側から高い側に変化すると、制御部５は、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーを最小（０％）とする（時刻ｔ１）。これにより、制御バルブ４４の閉弁速度を高めて、ラジエータ３を通過させる冷却水の流量（配分）を速やかに減少させることによって冷却水の温度を上昇させる。その後、最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０が経過し又は目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値未満となると過渡時制御を終了して定常制御（ここでは、通電デューティーが２５％）へと移行する（時刻ｔ２）。

一方、目標水温が高い側から低い側に変化すると、制御部５は、制御バルブ４４（発熱素子）の通電デューティーを最大（１００％）とする（時刻ｔ３）。これにより、制御バルブ４４の開弁速度を高めて、ラジエータ３を通過させる冷却水の流量（配分）を速やかに増加させることによって冷却水の温度を低下させる。その後、最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００が経過し又は目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値未満となると過渡時制御を終了して定常制御（ここでは、通電デューティーが７５％）へと移行する（時刻ｔ４）。

制御部５は、このような過渡時制御を実行することにより、制御バルブ４４の作動遅れを可能な限り抑制して冷却水の温度制御の応答性を高めている。ここで、制御バルブ４４の操作量を最小とする時間は上記最小ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_０以内に制限され、制御バルブ４４の操作量を最大とする時間は上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００以内に制限されるのでオーバーシュートも抑制される。

次に、制御部５によって実行されるウォーターポンプ２の制御について、主に始動直後に実行される内燃機関１の暖機制御と、この暖機制御によって内燃機関１の暖機が完了した後に実行される暖機後制御とに分けて説明する。
（１）暖機制御
内燃機関１の始動から暖機完了までにおいて、制御部５は、ウォーターポンプ２を間欠的に作動させることにより内燃機関１の暖機を促進する。なお、この暖機制御においては制御バルブ４４が閉弁状態となっている。
例えば、実際の水温が第１判定温度（例えば、目標水温−２０℃）未満である場合、制御部５は、実際の水温が上記第１判定温度となるまでウォーターポンプ２を作動させない。その後、実際の水温が上記第１判定温度となると、制御部５は、ウォーターポンプ２を作動させ、所定時間が経過した後に実際の水温を確認し、この実際の水温が目標水温よりも低い場合にはウォーターポンプ２の作動を停止させる。さらにその後、実際の水温が第２判定温度（例えば、目標水温−１０℃）となると、制御部５は、ウォーターポンプ２を作動させ、所定時間が経過した後に実際の水温を確認する。そして、この実際の水温が目標水温よりも低い場合には、ウォーターポンプ２の作動を再び停止させる。このように、制御部５は、ウォーターポンプ２の作動と停止とを繰り返し、ウォーターポンプ２を間欠的に作動させて暖機を促進し、実際の水温が暖機完了温度（例えば、目標温度−５℃）になると暖機制御を終了する（暖機完了とする）。

（２）暖機完了後
図７は、暖機完了後に制御部５によって実行されるウォーターポンプについての制御を示すフローチャートである。
図７において、ステップＳ２１では、図３のステップＳ１と同様、目標水温の変化量が上記閾値以上であるか否かを判定する。目標水温の変化量が上記閾値以上であれば過渡時制御を実行すべくステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、図３のステップＳ２と同様、目標水温が高い側から低い側へと変化したか否かを判定し、目標水温が高い側から低い側へと変化していればステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、ウォーターポンプ２の吐出量（回転数）を増加させる。具体的には、ウォーターポンプ２に対する通電デューティーを所定量だけ増加させる。
ステップＳ２４では、ウォーターポンプ２の吐出量を機関負荷に応じて補正する。具体的には、機関負荷又は機関負荷の変化量が大きいほどウォーターポンプ２の吐出量を増加させる。この補正による吐出量の増加分は予め実験等によって決定される。ここで、機関負荷が変化すれば目標水温も変化することになるから、機関負荷の変化量が大きくなれば、当然、目標水温と実際の水温との偏差も大きくなる。したがって、このステップＳ２３では、目標水温と実際の水温との偏差が大きいほどウォーターポンプ２の吐出量を増量補正することになる。
なお、内燃機関１の運転状態が全負荷領域となる場合には、機関負荷に基づく上記補正に加えて、さらに吐出量を増加させる補正（全負荷補正）を追加するのが好ましい。

一方、ステップＳ２２において目標水温が低い側から高い側へと変化している場合にはステップＳ２５に進み、ウォーターポンプ２の吐出量（回転数）を減少させる。具体的には、ウォーターポンプ２に対する通電デューティーを所定量だけ減少させる。
ステップＳ２６では、ウォーターポンプ２の吐出量を機関負荷に応じて補正する。具体的には、機関負荷が小さいほど又は機関負荷の変化量が大きいほどウォーターポンプ２の吐出量を減少させる。なお、この補正による吐出量の減少分は予め実験等によって決定される。

ステップＳ２７では、図３のステップＳ１１と同様、上記保持時間（上記最大ＤＵＴＹ保持時間又は上記最小ＤＵＴＹ保持時間）が経過したか否か、又は目標水温と実際の水温との偏差（絶対値）が上記閾値未満となったか否かを判定する。そして、上記保持時間が経過しているか又は目標水温と実際の水温との偏差（絶対値）が上記閾値未満となっていればステップＳ２８に進んで過渡時制御から定常制御へと移行し、それ以外の場合にはステップＳ２１に戻る。

ここで、ステップＳ２８で実行される上記定常制御について説明する。
制御部５は、目標水温ごとにウォーターポンプ２の操作量、すなわち、ウォーターポンプ２に対する通電デューティーが割り付けられた制御マップ（図示省略）を有しており、機関運転状態に基づいて設定された目標水温に基づき上記制御マップを参照することによってウォーターポンプ２の操作量を求め、この求めた操作量をウォーターポンプ２に出力する。

図７に戻って、ステップＳ２１において目標水温の変化量が上記閾値未満である場合にはステップＳ２９に進み、図３のステップＳ１３と同様、過渡時制御の実行中であるか否かを判定する。そして、過渡時制御の実行中であればステップＳ３０に進み、過渡時制御の実行中でなければステップＳ２８に進んで上記定常制御を実行する。

ステップＳ３０では、図３のステップＳ１４と同様、ノッキングが発生しているか否かを判定する。そして、ノッキングが発生していればステップＳ３１に進み、ノッキングが発生していなければステップＳ２８に進む。
ステップＳ３１では、ウォーターポンプ２に吐出量を最大とする。そして、ウォーターポンプ２の吐出量を最大とした後にステップＳ２７に進む。
なお、目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値以下となってもノッキングが発生し続ける場合には、ウォーターポンプ２の吐出量を最大に維持させるようにする。

図８は、ウォーターポンプ２についての上記過渡時制御のタイミングチャートである。
図８（Ａ）に示すように、目標水温が低い側から高い側に変化すると、制御部５は、（変化後の）目標水温に相当するウォーターポンプ２の操作量（通電デューティー）を所定量だけ減少させて吐出量を減少させる（時刻ｔ１）。上述したように、このとき、制御部５は、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーを最小（０％）、すなわち、バルブ開度を小さくする方向に制御バルブ４４を制御するための操作量を最大としている。この結果、ラジエータ３を通過する冷却水の流量がさらに減少して冷却水の温度の上昇速度を高めることができる。そして、目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値未満となると過渡時制御を終了して定常制御へと移行する（時刻ｔ２）。

一方、図８（Ｂ）に示すように、目標水温が高い側から低い側に変化すると、制御部５は、（変化後の）目標水温に相当するウォーターポンプ２の操作量（通電デューティー）を所定量だけ増加させて吐出量を増加させる（時刻ｔ３）。上述したように、このとき、制御部５は、制御バルブ４４（発熱素子）に対する通電デューティーを最小（０％）、すなわち、バルブ開度を大きくする方向に制御バルブ４４を制御するための操作量を最大としている。この結果、ラジエータ３を通過する冷却水の流量がさらに増加して冷却水の温度の低下速度を高めることができる。そして、目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値未満となると過渡時制御を終了して定常制御へと移行する（時刻ｔ４）。

このように、本実施形態においては、目標温度が変化した場合には、制御部５が、制御バルブ４４についての過渡時制御と共にウォーターポンプ２についての過渡時制御を実行する。これにより、制御バルブ４４の作動遅れ分を冷却水の流量の増減によって補うことができ、冷却水の温度制御の応答性をさらに向上させている。ここで、ウォーターポンプ２の吐出量を増加させる時間は、上記最大ＤＵＴＹ保持時間Ｔ_１００以内に制限されるので、当該過渡時制御に伴う消費電力の増加を最小限に抑えることができる。

以上説明した実施形態によれば、目標水温が変化して冷却水の温度を上昇させる場合には、吐出量を減少させるようにウォーターポンプ２を制御すると共にラジエータ３をバイパスさせる冷却水の流量（配分）を増加させるように制御バルブ４４を制御し、目標水温が変化して冷却水の温度を低下させる必要がある場合には、吐出量を増加させるようにウォーターポンプ２を制御すると共にラジエータ３を通過させる冷却水の流量（配分）を増加させるように制御バルブ４４を制御する。すなわち、目標水温が変化した過渡時においては、ウォーターポンプ２による冷却水の循環流量の調整と、制御バルブ４４によるラジエータ３を通過させる又は通過させない冷却水の流量調整とを同時に行う。これにより、制御バルブ４４の作動遅れ分を効果的に補うことができるので、従来に比べて、冷却水の温度制御の応答性を大幅に向上させることができる。

ここで、目標水温と実際の水温との偏差が上記閾値以上である場合に、制御バルブ４４についての過渡時制御及びウォーターポンプ２についての過渡時制御を実施するので、消費電力の大幅な増加が抑制される。
また、目標水温と実際の水温との偏差に応じて制御バルブ４４の操作量及びウォーターポンプ２の操作量を増減するので、消費電力の大幅な増加を抑制しつつ、冷却水の温度制御の応答性をさらに向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて変形及び変更が可能である。

１…内燃機関、２…ウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）、３…ラジエータ、４…循環経路、５…制御部、４３…バイパス流路、４４…制御バルブ、６１…水温センサ

Claims (3)

1. 機関運転状態に応じて冷却水の温度を制御する内燃機関の冷却制御装置であって、
   吐出量を変更可能なウォーターポンプと、
   前記ウォーターポンプから吐出された冷却水を前記内燃機関とラジエータとの間で循環させる冷却水循環路と、
   前記ラジエータをバイパスするバイパス流路と、
   サーモスタットの感温部に発熱素子を備えてなり、開度が大きくなるほど前記ラジエータを通過させる冷却水を多くし、開度が小さくなるほど前記ラジエータをバイパスさせる冷却水を多くする電制サーモスタットと、
   前記ウォーターポンプ及び前記電制サーモスタットの発熱素子への通電を制御する制御部と、を含み、
   前記制御部は、
   前記冷却水の温度を上昇させる場合には、前記吐出量を減少させるように前記ウォーターポンプを制御すると共に前記発熱素子の通電操作量を前記電制サーモスタットの開度を所定開度だけ減少変化させる第１所定時間だけ最小値に保持し、
   前記冷却水の温度を低下させる場合には、前記吐出量を増加させるように前記ウォーターポンプを制御すると共に前記発熱素子の通電操作量を前記電制サーモスタットの開度を所定開度だけ増大変化させる第２所定時間だけ最大値に保持する、内燃機関の冷却制御装置。
2. 前記制御部は、前記冷却水の目標温度の変化に応じて前記第１所定時間及び前記第２所定時間を設定する、請求項１記載の内燃機関の冷却制御装置。
3. 前記制御部は、前記発熱素子の通電操作量を前記最大値に保持しているときのノッキングレベルが高いほど前記第２所定時間をより長く変更する、請求項１又は２記載の内燃機関の冷却制御装置。

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