JP5700113B2 - 内燃機関の暖機促進装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の暖機促進装置に関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関では、機関運転に伴う過度の温度上昇を抑制すべく冷却水による冷却が行われる。この冷却水は、循環経路を循環することで内燃機関を通過する。そして、冷却水が内燃機関を通過する際、同冷却水と内燃機関との間での熱交換を通じて同機関が冷却される。

ところで、機関始動時など内燃機関の暖機を行う場合、その暖機を早期に完了するためには上記冷却水の同機関の通過を制限することが好ましい。例えば、特許文献１においては、上記冷却水を循環させるポンプを停止させることにより、同冷却水の内燃機関の通過を制限することが記載されている。こうした冷却水の内燃機関の通過の制限を同機関の暖機中に実施することで、その暖機を促進して早期に完了させることが可能になる。

また、特許文献１には、冷却水の内燃機関の通過を制限しているとき、水温センサによって検出される冷却水の温度、内燃機関の吸入空気量の累積値、及び上記制限が行われた時間の累積値等に基づいて、内燃機関の暖機が完了したか否かを判断することが記載されている。更に、特許文献１には、上述した内燃機関の暖機が完了したか否かの判断で同暖機が完了した旨判断されたとき、冷却水の内燃機関の通過の制限を解除することも記載されている。

特開２００８−１６９７５０公報（段落［００４０］〜［００５３］、及び図２）

特許文献１のように、冷却水の内燃機関の通過を制限することで同機関の暖機を促進させようとする場合、内燃機関の内部の冷却水が沸騰することを回避するため、同冷却水の沸騰が発生する前に上記制限を解除することが考えられる。具体的には、水温センサによって検出される冷却水の温度、内燃機関の吸入空気量の累積値、及び上記制限が行われた時間の累積値等に基づく内燃機関の暖機が完了した旨の判断が確実に同機関の内部での冷却水の沸騰発生前に行われるよう、内燃機関の温度が比較的低いうちに上記暖機が完了した旨の判断を行うようにする。

この場合、内燃機関の内部での冷却水の沸騰を回避することができるようにはなる。ただし、内燃機関の温度が比較的低いうちに冷却水の同機関の通過の制限が解除されるため、その制限の解除後に内燃機関を通過する冷却水が同機関の熱を奪ってしまい、それによって内燃機関の暖機促進が妨げられる。従って、冷却水の内燃機関の通過を制限することでの同機関の暖機促進効果を十分に得る点で更なる改善の余地があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却水の内燃機関の通過を制限することでの同機関の暖機促進を更に効果的なものとすることができる内燃機関の暖機促進装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に従う内燃機関の暖機促進装置によれば、循環経路にて循環する冷却水の内燃機関の通過を制御する制御部は、その冷却水の内燃機関の通過を制限している最中であって同機関の内部の冷却水が核沸騰しているときには、上記冷却水の内燃機関の通過の制限を維持する。また、制御部による上記制限は、内燃機関を通過する冷却水の流量を固定する制御である。ここで、冷却水が温度上昇に伴って沸騰する過程では、冷却水の沸騰の初期段階としてまず核沸騰が発生し、その後に冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する。上記核沸騰とは、冷却水に対する熱の伝達面での所定の発泡点を核として水蒸気の気泡が発生してゆく沸騰形態である。また、上記膜沸騰とは、核沸騰の状態から冷却水の温度が上昇して水蒸気の気泡が増してゆき、それら気泡により上記伝達面に水蒸気の膜が形成される沸騰形態である。暖機過程にある内燃機関の内部の冷却水において、同機関での異常を来さないよう避けるべき沸騰形態は上記膜沸騰である。一方、内燃機関の内部における冷却水での核沸騰の発生中には、冷却水の内燃機関の通過を制限しても上記核沸騰によって同機関が異常を来すおそれはなく、内燃機関の暖機を促進するうえで上記制限を行うことが好ましい。このため、冷却水の内燃機関の通過を制限している最中であって同機関の内部の冷却水が核沸騰しているとき、上述したように制御部によって冷却水の内燃機関の通過の制限を維持することで、冷却水の内燃機関の通過を制限することでの同機関の暖機促進を更に効果的なものとすることができる。

本発明の一態様では、上記制御部は、循環経路内の圧力が判定値Ｐａ未満であるときに冷却水の内燃機関の通過を制限する。また、上記判定値Ｐａは、内燃機関の内部の冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する時点での前記循環経路内の圧力に相当する値に定められる。循環経路内の圧力が上記判定値Ｐａ未満であるときに冷却水の内燃機関の通過を制限することで、上記核沸騰が発生しているときに冷却水の内燃機関の通過の制限を維持することができる。

また、上記制御部は、内燃機関内部の冷却水の温度が判定値Ｔｂ未満であるときに前記冷却水の内燃機関の通過を制限するものであってもよい。この場合、上記判定値Ｔｂは、内燃機関の内部の冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する時点での内燃機関内部の冷却水の温度に相当する値に定められる。内燃機関内部の冷却水の温度が上記判定値Ｔｂ未満であるときに冷却水の内燃機関の通過を制限することで、上記核沸騰が発生しているときに冷却水の内燃機関の通過の制限を維持することができる。

本発明の一態様では、上記制御部は、内燃機関を通過する冷却水の流量を制御するための流量制御弁を備え、その流量制御弁を閉じ側に駆動することにより冷却水の内燃機関の通過を制限するものとされる。この場合、冷却水の内燃機関の通過を制限している最中であって同機関の内部の冷却水が核沸騰しているとき、上記流量制御弁を閉じ側に駆動された状態に維持することにより、上記冷却水の内燃機関の通過の制限が維持される。

本発明の一態様では、上記制御部は、循環経路内の圧力に基づき内燃機関を通過する冷却水の流量を制御する圧力弁とされる。この圧力弁は、循環経路内の圧力を受けて同圧力が判定値Ｐａ未満であるときに閉じ側に駆動されることにより、冷却水の内燃機関の通過を制限する。このように圧力弁が冷却水の内燃機関の通過を制限することにより、内燃機関の内部の冷却水に核沸騰が発生しているときに冷却水の内燃機関の通過の制限を維持することができる。また同圧力弁は、こうした制限を圧力センサによる圧力の検出等を行うことなく実現することができるため、圧力センサ等を設けなくてもよくなる。そして、このように圧力センサ等を設けなくてもよい分だけ装置を製造する際のコストを低く抑えることができる。

本発明の一態様では、上記制御部は、内燃機関を通過する冷却水の流量を制御可能なポンプを備え、そのポンプにおける冷却水の吐出量を減少させることにより冷却水の内燃機関の通過を制限するものとされる。この場合、冷却水の内燃機関の通過を制限している最中であって同機関の内部の冷却水が核沸騰しているとき、ポンプにおける冷却水の吐出量を減少させた状態に維持することで、上記冷却水の内燃機関の通過の制限が維持される。また、上記ポンプを循環経路の冷却水を循環させるポンプと兼用すれば、弁など冷却水の内燃機関の通過を制限するための部品を新たに設けなくてもよくなるため、装置を小型化して同装置の搭載性を改善することができる。

本発明の一態様では、上記制御部は、内燃機関のシリンダヘッドを通過する第１経路とシリンダブロックを通過する第２経路とを備える循環経路のうち、第２経路の冷却水のシリンダブロックの通過を制限するものとされる。ここで、内燃機関において、シリンダヘッドは燃焼室内の燃焼ガスからの熱を受けて温度上昇しやすくなる一方、シリンダブロックは上記熱を受けにくい関係から温度上昇しにくくなる。しかし、上記制御部により冷却水のシリンダブロックの通過を制限することで、温度上昇しにくいシリンダブロックの効果的な暖機（温度上昇）を実現することが可能になる。

第１実施形態の暖機促進装置全体を示す略図。 （ａ）及び（ｂ）は、循環経路内の圧力（系統圧）及び内燃機関の内部の冷却水の温度の時間経過に伴う推移を示すタイムチャート。 第１実施形態における冷却水の内燃機関の通過の制限、及びその制限の解除を行う手順を示すフローチャート。 第２実施形態の暖機促進装置全体を示す略図。 第３実施形態の暖機促進装置全体を示す略図。 同暖機促進装置における圧力弁の内部構造を示す略図。 第４実施形態の暖機促進装置全体を示す略図。 同暖機促進装置における圧力弁の内部構造を示す略図。 第５実施形態の暖機促進装置全体を示す略図。 第５実施形態における冷却水の内燃機関の通過の制限、及びその制限の解除を行う手順を示すフローチャート。

［第１実施形態］
以下、本発明を、自動車等の車両に搭載される内燃機関の暖機促進装置に具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１に示す内燃機関１は、循環経路２を循環する冷却水によって冷却される。詳しくは、その冷却水が循環経路２を循環して内燃機関１を通過する際、同冷却水と内燃機関１との間で熱交換が行われて内燃機関１が冷却される。循環経路２には、同経路２内を循環する冷却水の流量を制御することの可能な可変容量式のポンプ３が設けられている。こうしたポンプ３としては、例えば電動ウォータポンプを採用することが考えられる。

この実施形態の暖機促進装置は、内燃機関１の各種の運転制御を実行する電子制御装置４を備えている。この電子制御装置４は、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えている。電子制御装置４の入力ポートには循環経路２内の圧力（系統圧）Ｐを検出する圧力センサ５などの各種センサ等が接続されており、同装置４の出力ポートには上記ポンプ３の駆動回路など各種機器の駆動回路等が接続されている。なお、ポンプ３及び電子制御装置４は、冷却水の内燃機関１の通過を制御する制御部として機能する。また、上記圧力センサ５は、循環経路２における設置箇所を問わず、循環経路２の任意の箇所に設けることが可能である。これは、循環経路２という連続した系内では沸騰による圧力上昇が瞬時に系内全体に伝わるため、循環経路２における圧力センサ５の設置箇所（圧力の測定箇所）に関係なく、循環経路２内の圧力を同圧力センサ５によって正確に測定することができるためである。

電子制御装置４は、機関始動時など内燃機関１の温度が低い状態にあって同機関１の暖機が行われる場合、その暖機を早期に完了すべく上記冷却水の同機関１の通過を制限する。具体的には、電子制御装置４は、ポンプ３の駆動を停止することで内燃機関１を通過する冷却水の流量を「０」まで減少させる。この場合、内燃機関１の熱が同機関１を通過する冷却水によって奪われることが抑制されるため、内燃機関１の暖機が促進されるようになる。一方、内燃機関１の内部に存在する冷却水は、同機関１からの熱を受けて徐々に温度上昇するようになる。

上記冷却水の内燃機関１の通過を制限した状態が維持されると、同機関１の内部に存在する冷却水が同機関１からの受熱による温度上昇に起因して沸騰する。詳しくは、上記冷却水の沸騰の初期段階としてまず核沸騰が発生し、その後に冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する。上記核沸騰とは、冷却水に対する内燃機関１側の熱の伝達面での所定の発泡点を核として水蒸気の気泡が発生してゆく沸騰形態である。また、上記膜沸騰とは、核沸騰の状態から冷却水の温度が上昇して水蒸気の気泡が増してゆき、それら気泡により上記伝達面に水蒸気の膜が形成される沸騰形態である。

ここで、暖機過程にある内燃機関１の内部の上記冷却水において、同機関１での異常を来さないよう避けるべき沸騰形態は上記膜沸騰である。一方、内燃機関１の内部における上記冷却水での核沸騰の発生中には、冷却水の内燃機関１の通過を制限しても上記核沸騰によって同機関１が異常を来すおそれはなく、内燃機関１の暖機を促進するうえで上記制限を行うことが好ましい。こうしたことを考慮して、本実施形態の暖機促進装置では、冷却水の内燃機関１の通過を制限している最中であって同機関１の内部の冷却水が核沸騰しているとき、上記冷却水の内燃機関１の通過の制限を維持する。これにより、冷却水の内燃機関１の通過を制限することでの同機関１の暖機促進を効果的なものとすることができる。

次に、上記暖機促進を効果的なものとするための上記冷却水の内燃機関１の通過の制限について、図２を参照して詳しく説明する。
内燃機関１の暖機中であって冷却水の同機関１の通過を制限しているとき、系統圧Ｐ（循環経路２内の圧力）は時間経過に伴って図２（ａ）に実線で示されるように推移し、内燃機関１の内部における冷却水の温度は時間経過に伴って図２（ｂ）に実線で示されるように推移する。同図から分かるように、内燃機関１の暖機を促進すべく冷却水の同機関１の通過を制限した状態にあっては、内燃機関１の内部に存在する冷却水が同機関１からの熱を受けて図２（ｂ）に示すように温度上昇し、それに起因して冷却水が核沸騰する（タイミングＴ１）。その後、冷却水の内燃機関１の通過を制限した状態が維持されたとすると、内燃機関１の内部の冷却水が同機関１からの熱を受けることで、その冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する（タイミングＴ２）。

内燃機関１の内部の冷却水に核沸騰が発生してから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間（Ｔ１〜Ｔ２）には、図２（ａ）に示されるように系統圧Ｐ（循環経路２内の圧力）が略一定になるとともに、図２（ｂ）に示されるように内燃機関１の内部の冷却水の温度も略一定になる。正確には、上記期間中には、系統圧Ｐが「０」よりも大きい状態で僅かに上昇してゆくとともに、内燃機関１の内部の冷却水の温度も僅かに上昇してゆく。そして、内燃機関１の内部の冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行するとき（Ｔ２）、系統圧Ｐの上昇速度（図２（ａ）における実線の傾き）が急増するとともに、内燃機関１の内部の冷却水の温度の上昇速度（図２（ｂ）における実線の傾き）も急増する。

電子制御装置４は、暖機過程にある内燃機関１の内部の冷却水が核沸騰する前（Ｔ１以前）には冷却水の内燃機関１の通過を制限し、更には上記冷却水の核沸騰が発生してから維持期間ｔが経過するまでの核沸騰中も上記冷却水の内燃機関１の通過制限を維持する。これにより内燃機関１の暖機が促進される。更に、電子制御装置４は、内燃機関１の内部の冷却水の核沸騰が発生した後に上記維持期間ｔが経過すると、冷却水の内燃機関１の通過の制限を解除する。すなわち、停止状態にある図１のポンプ３の駆動を開始することにより、内燃機関１を通過する冷却水の流量を「０」よりも多い値、例えばそのときの機関運転にとって適切な値まで増加させる。このように冷却水の内燃機関１の通過の制限を解除すると、同機関１に温度の低い冷却水が流入するとともに同冷却水によって内燃機関１が冷却される。このため、内燃機関１の内部の冷却水が同機関１からの熱を受けて膜沸騰することは抑制される。なお、このように冷却水の内燃機関１の通過の制限が解除されたときの上記冷却水の温度の時間経過に対する推移は、例えば図２（ｂ）に破線で示されるような推移となる。

ここで、上記維持期間ｔは、系統圧Ｐが内燃機関１の内部の冷却水での上記核沸騰の発生を表す値になっている期間、より詳しくは上記冷却水に核沸騰が発生してから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間に定められる。上記維持期間ｔが経過するまでの冷却水の内燃機関１の通過の制限を実現すべく、系統圧Ｐが図２（ａ）に示される判定値Ｐａ未満であるときに上記制限が行われる。ちなみに、上記判定値Ｐａは、内燃機関１の内部の冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する時点（Ｔ２）での循環経路２内の圧力に相当する値となるよう、予め実験等によって定められている。

図３は、系統圧Ｐに基づく上記冷却水の内燃機関１の通過の制限、及びその制限の解除を行う暖機ルーチンを示すフローチャートである。この暖機ルーチンは、電子制御装置４を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。同ルーチンにおいては、まず系統圧Ｐが判定値Ｐａ未満であるか否かが判断される（Ｓ１０１）。ここで肯定判定であれば、内燃機関１の内部の冷却水が膜沸騰前の状態であることから、内燃機関１の暖機を促進すべく冷却水の内燃機関１の通過が制限される（Ｓ１０２）。詳しくは、ポンプ３が駆動停止されることにより、内燃機関１を通過する冷却水の流量が「０」まで減少される。この状態にあって、内燃機関１の熱により同機関１の内部の冷却水の温度が上昇し、それに伴い系統圧Ｐも上昇する。そして、系統圧Ｐが判定値Ｐａ以上になってＳ１０１で否定判定がなされると、内燃機関１の内部における冷却水の膜沸騰を抑制すべく、冷却水の内燃機関１の通過の制限が解除される（Ｓ１０３）。詳しくは、駆動停止していたポンプ３の駆動が開始されることにより、内燃機関１を通過する冷却水の流量が「０」よりも多い値に増加される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１の暖機を促進すべく冷却水の内燃機関１の通過を制限している最中であって、同機関１の内部の冷却水が核沸騰しているときには、上記冷却水の内燃機関１の通過の制限が維持される。詳しくは、内燃機関１の内部の冷却水に核沸騰が発生してから維持期間ｔが経過するまでの核沸騰中には、上記冷却水の内燃機関１の通過の制限が維持される。これにより、冷却水の内燃機関１の通過を制限することでの同機関１の暖機促進を効果的なものとすることができる。

（２）上記維持期間ｔは、系統圧Ｐが内燃機関１の内部の冷却水での上記核沸騰の発生を表す値になっている期間に定められる。ここで、系統圧Ｐと内燃機関１の内部における冷却水の核沸騰との間には相関があり、系統圧Ｐが上記核沸騰の発生を表す値になっている期間に上記維持期間ｔを定め、その維持期間ｔ中に冷却水の内燃機関１の通過を制限することで、上記核沸騰が発生しているときに冷却水の内燃機関１の通過の制限を維持することができる。

なお、圧力センサ５によって検出される上記系統圧Ｐは同圧力センサ５の設置箇所から影響を受けることなく正確な値となるため、その系統圧Ｐに基づいて定められる上記維持期間ｔを核沸騰の発生している期間として適切なものとすることができる。これに対し、仮に水温センサによって循環経路２内の冷却水の温度を検出し、その温度が核沸騰の発生を表す値になっている期間に上記維持期間ｔを定めるようにしたとすると、その維持期間ｔが核沸騰の発生している期間として不適切になるおそれがある。これは、冷却水の内燃機関１の通過の制限中、循環経路２内の冷却水の温度には同経路２内の箇所毎のばらつきがあり、循環経路２における水温センサの設置箇所によっては、水温センサによって検出される冷却水の温度に基づいて定められる上記維持期間ｔが、核沸騰の発生している期間として不適切になるためである。しかし本実施形態では、圧力センサ５によって検出される上記系統圧Ｐが核沸騰の発生を表す値になっている期間に上記維持期間ｔが定められることから、上述したような問題が発生することを回避できる。

（３）上記維持期間ｔは、系統圧Ｐが内燃機関１の内部の冷却水での上記核沸騰の発生を表す値になっている期間として、その冷却水に核沸騰が発生してから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間に定められる。この場合、内燃機関１の内部で冷却水が核沸騰している期間全体に亘って、冷却水の内燃機関１の通過の制限が維持される。従って、その制限を可能な限り長期に渡って維持することができ、同制限による内燃機関１の暖機促進効果を最大とすることができる。

（４）冷却水の内燃機関１の通過の制限は、内燃機関１を通過する冷却水の流量を制御可能なポンプ３の駆動制御を通じて、上記流量（ポンプ３の吐出量に相当）を「０」まで減少させることにより実現される。このため、冷却水の内燃機関１の通過を制限している最中であって同機関１の内部の冷却水が核沸騰しているとき、上記制限を維持することは、ポンプ３における冷却水の吐出量を「０」まで減少させた状態に維持することで実現できる。また、上記ポンプ３は、循環経路２の冷却水を循環させるポンプとしても兼用されているため、弁など冷却水の内燃機関１の通過を制限するための部品を新たに設ける必要はない。こうした部品を設けなくてもよい分だけ、暖機促進装置を小型化することができ、同装置の車両への搭載性を改善することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図４に基づき説明する。
この実施形態は、流量制御弁によって冷却水の内燃機関１の通過を制限するようにしたものである。

図４に示されるように、この実施形態では、循環経路２におけるポンプ３の下流側の部分が、内燃機関１を通過するメイン経路２ａと内燃機関１をバイパスするバイパス経路２ｂとに分岐している。そして、これらメイン経路２ａとバイパス経路２ｂとは、循環経路２における内燃機関１の下流側で合流している。従って、循環経路２内の冷却水は、ポンプ３の駆動により、メイン経路２ａとバイパス経路２ｂとの両方を通過して循環することが可能となっている。なお、上記ポンプ３としては、必ずしも第１実施形態のように電動ウォータポンプを採用する必要はなく、内燃機関１によって直接的に駆動される機械式のウォータポンプを採用することも可能である。

メイン経路２ａには、内燃機関１を通過する冷却水の流量を制御するための電子制御式の流量制御弁６が設けられている。この流量制御弁６は、電子制御装置４による駆動制御を通じて開度調整されることで、メイン経路２ａ（内燃機関１）を通過する冷却水の流量を制御するものである。これら流量制御弁６及び電子制御装置４は、冷却水の内燃機関１の通過を制御する制御部として機能する。なお、流量制御弁６の開度を変更してメイン経路２ａ（内燃機関１）を通過する冷却水の流量を制御するとき、流量制御弁６の開度に応じてメイン経路２ａを通過する冷却水の流量とバイパス経路２ｂを通過する冷却水の流量との比率が変化するようになる。

電子制御装置４は、圧力センサ５によって検出される系統圧Ｐが判定値Ｐａ未満であるとき、内燃機関１の暖機を促進すべく冷却水の内燃機関１の通過を制限する。詳しくは、流量制御弁６を閉じ側に駆動することにより、内燃機関１を通過する冷却水の流量を「０」まで減少させる。この場合、流量制御弁６は全閉状態となるまで閉じ側に駆動される。また、電子制御装置４は、系統圧Ｐが判定値Ｐａ以上になると、内燃機関１の内部における冷却水の膜沸騰を抑制すべく、上記冷却水の内燃機関１の通過の制限を解除する。詳しくは、閉じ側に駆動されていた流量制御弁６を開き側に駆動することにより、内燃機関１を通過する冷却水の流量を「０」よりも多い値、例えばそのときの機関運転にとって適切な値まで増加させる。

本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）の効果に加え、以下に示す効果が得られるようになる。
（５）冷却水の内燃機関１の通過の制限は、内燃機関１を通過する冷却水の流量を制御可能な流量制御弁６の駆動制御（開度制御）を通じて、上記流量を「０」まで減少させることにより実現される。このため、冷却水の内燃機関１の通過を制限している最中であって同機関１の内部の冷却水が核沸騰しているとき、上記制限を維持することは、流量制御弁６を閉じ側に駆動した状態に維持することで実現できる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図５及び図６に基づき説明する。
図５に示すように、この実施形態の循環経路２は、ポンプ３の下流側において、内燃機関１のシリンダヘッド１ａを通過する第１経路２ｃと、内燃機関１のシリンダブロック１ｂを通過する第２経路２ｄとに分岐している。これら第１経路２ｃと第２経路２ｄとは内燃機関１の下流で合流している。ここで、内燃機関１において、シリンダヘッド１ａは燃焼室内の燃焼ガスからの熱を受けて温度上昇しやすくなる一方、シリンダブロック１ｂは上記熱を受けにくい関係から温度上昇しにくくなる。このため、温度上昇しやすいシリンダヘッド１ａを冷却しつつ、温度上昇しにくいシリンダブロック１ｂの暖機を促進することが望まれている。

こうしたことを実現するため、第２経路２ｄにおけるシリンダブロック１ｂの下流に位置する部分には、そのシリンダブロック１ｂ（第２経路２ｄ）を通過する冷却水の流量を制御する圧力弁７が設けられている。この圧力弁７は、循環経路２内の圧力（系統圧Ｐ）を受けて開度調整され、その開度調整を通じて内燃機関１のシリンダブロック１ｂ（第２経路２ｄ）を通過する冷却水の流量を制御するものである。なお、圧力弁７は、閉じ側に駆動されることでシリンダブロック１ｂを通過する冷却水の流量を制限する制御部として機能する。

具体的には、圧力弁７は、循環経路２内の圧力（系統圧Ｐ）が判定値Ｐａ未満であるとき同圧力に基づき閉じ側に駆動され、それによってシリンダブロック１ｂを通過する冷却水の流量を「０」まで減少させる。この場合、圧力弁７は全閉状態となるまで閉じ側に駆動される。これにより、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過が制限されて同シリンダブロック１ｂの暖機が促進される。また、上述したように閉じ側に駆動された状態にある圧力弁７は、循環経路２内の圧力（系統圧Ｐ）が判定値Ｐａ以上になると、その圧力に基づき開き側に駆動されて上記冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限を解除する。このとき、圧力弁７は、上記開き側への駆動によって、シリンダブロック１ｂを通過する冷却水の流量を「０」よりも多い値、例えばそのときの機関運転にとって適切な値まで増加させる。

次に、圧力弁７の詳細な構造について図６を参照して説明する。
同図に示すように、圧力弁７は、第２経路２ｄに連通する圧力室８を有するハウジング９と、そのハウジング９内に変位可能に設けられて同変位によって圧力室８の容積を可変とする弁体１０と、その弁体１０を圧力室８の容積を縮小する方向に付勢するばね１１とを備えている。圧力弁７の弁体１０は、第２経路２ｄに繋がる圧力室８内の圧力（系統圧Ｐ）に基づく力とばね１１の付勢力とにより、ハウジング９内で圧力室８の容積を縮小する方向や拡大する方向に変位する。

詳しくは、圧力室８内の系統圧Ｐに基づく力がばね１１の付勢力よりも小さいときには、弁体１０が圧力室８の容積を縮小する方向、言い換えれば圧力室８における第２経路２ｄに繋がるポート８ａを閉じる方向に変位する。また、圧力室８内の系統圧Ｐに基づく力がばね１１の付勢力よりも大きいときには、弁体１０が圧力室８の容積を拡大する方向、言い換えれば圧力室８における上記ポート８ａを解放する方向に変位する。従って、圧力室８内の系統圧Ｐの大きさに基づきポート８ａに対する弁体１０の位置（圧力弁７の開度）が調節され、それによって第２経路２ｄを通過する冷却水の流量が調節される。

なお、この例では、上記系統圧Ｐが判定値Ｐａ未満であるときに弁体１０がポート８ａを閉塞することで圧力弁７の開度が全閉となるように、且つ上記系統圧Ｐが判定値Ｐａ以上であるときに弁体１０がポート８ａを解放することで圧力弁７の開度が全閉よりも開き側の値となるように、圧力弁７におけるばね１１の付勢力が定められている。このようにばね１１の付勢力を定めることで、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限した状態のもとで同シリンダブロック１ｂ内の冷却水に核沸騰が発生してから維持期間ｔが経過するまで上記制限を維持する際、その維持期間ｔが第１実施形態と同じ期間になる。そして、同維持期間ｔが経過した時点で、第１実施形態と同様、上記冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限が解除される。

本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）の効果に加え、以下に示す効果が得られるようになる。
（６）圧力弁７の閉じ側への駆動により、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限することで、温度上昇しにくいシリンダブロック１ｂの効果的な暖機（温度上昇）を実現することができる。また、上述したように冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限しているときには、第１経路２ｃの冷却水がシリンダヘッド１ａを通過するため、温度上昇しやすいシリンダヘッド１ａを上記冷却水によって冷却することができる。従って、温度上昇しやすいシリンダヘッド１ａを冷却しつつ、温度上昇しにくいシリンダブロック１ｂを効果的に暖機することができる。

（７）圧力弁７は、循環経路２内の圧力を受けて同圧力（系統圧Ｐ）が判定値Ｐａ未満であるとき閉じ側に駆動される。このため、系統圧Ｐがシリンダブロック１ｂ内での冷却水の核沸騰の発生を表す値であるとき、圧力弁７が閉じ側に駆動されて冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限する。その結果、同圧力弁７は、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限をしている最中であって、同シリンダブロック１ｂの内部の冷却水に核沸騰が発生してから維持期間ｔが経過するまでの核沸騰中に冷却水のシリンダブロック１ｂの通過制限を維持する。上記維持期間ｔは、圧力弁７のばね１１により、系統圧Ｐが核沸騰の発生を表す値になっている期間に定められる。この維持期間ｔ中に圧力弁７を用いて冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限することで、上記核沸騰が発生しているときに冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限を維持することができる。また、こうした制限を圧力センサによる圧力の検出等を行うことなく実現することができるため、圧力センサ等を設けなくてもよくなる。そして、このように圧力センサ等を設けなくてもよい分だけ暖機促進装置を製造する際のコストを低く抑えることができる。

（８）圧力弁７は、電源供給を受けずに自身を駆動することが可能である。このため、車両の停止直後に同車両各所への電源供給が停止された状態にあって、内燃機関１のシリンダブロック１ｂ内の冷却水が同機関１からの熱を受けて温度上昇するとき、系統圧Ｐが判定値Ｐａ以上であれば圧力弁７が開き側に駆動されるようになる。このように圧力弁７が開き側に駆動されると、第２経路２ｄ内の冷却水の温度差による熱の対流を利用してシリンダブロック１ｂ内の高温の冷却水を外部に逃がすことが可能になる。そして、このようにシリンダブロック１ｂ内の高温の冷却水を外部に逃がすことで、上述した状況のもとでのシリンダブロック１ｂ内における冷却水の膜沸騰を抑制することができるようになる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を図７及び図８に基づき説明する。
この実施形態は、第３実施形態を変更し、圧力弁７を内燃機関１に設けるようにしたものである。図７に示すように、この実施形態の循環経路２では、第２経路２ｄがシリンダブロック１ｂ内にて三つに分岐した状態で第１経路２ｃにおけるシリンダヘッド１ａ内の部分に合流している。そして、計三つの圧力弁７が、第２経路２ｄにおける三つに分岐した部分にそれぞれ設けられている。

ここで、圧力弁７は、第３実施形態のものと形状のみ異なる同一構造を有している。詳しくは、図８に示すように、圧力弁７は、第２経路２ｄに連通する圧力室８を有するハウジング９と、そのハウジング９内に変位可能に設けられて同変位によって圧力室８の容積を可変とする弁体１０と、その弁体１０を圧力室８の容積を縮小する方向に付勢するばね１１とを備えている。圧力弁７の弁体１０は、第２経路２ｄに繋がる圧力室８内の圧力（系統圧Ｐ）に基づく力とばね１１の付勢力とにより、ハウジング９内で圧力室８の容積を縮小する方向や拡大する方向に変位することでポート８ａを閉塞したり解放したりする。なお、この例の圧力弁７においても、第３実施形態のものと同じ様に、ばね１１の付勢力が定められている。

本実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果に加え、以下に示す効果が得られるようになる。
（９）第２経路２ｄがシリンダブロック１ｂ内にて三つに分岐した状態で第１経路２ｃにおけるシリンダヘッド１ａ内の部分と合流しており、第２経路２ｄにおける三つに分岐した部分にそれぞれ圧力弁７が設けられている。このため、圧力弁７が冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限を解除したとき、第２経路２ｄにおけるシリンダブロック１ｂ内に存在していた高温の冷却水がシリンダヘッド１ａ（第１経路２ｃ）に流入するとしても、その流入を分散させて行うことができる。その結果、上述したように高温の冷却水がシリンダヘッド１ａに流入する際、それに伴って同シリンダヘッド１ａが局所的に温度上昇してしまうことを抑制できる。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を図９及び図１０に基づき説明する。
図９に示すように、この実施形態の循環経路２は、ポンプ３の下流側において、内燃機関１のシリンダヘッド１ａを通過する第１経路２ｃと、内燃機関１のシリンダブロック１ｂを通過する第２経路２ｄとに分岐している。更に、この第２経路２ｄが内燃機関１内にて第１経路２ｃにおけるシリンダヘッド１ａ内の部分と合流している。また、第２経路２ｄにおけるシリンダブロック１ｂの上流には、シリンダブロック１ｂ（第２経路２ｂ）を通過する冷却水の流量を制御するための電子制御式の流量制御弁１２が設けられている。この流量制御弁１２は、電子制御装置４による駆動制御を通じて開度調整されることで、第２経路２ｄ（シリンダブロック１ｂ）を通過する冷却水の流量を制御するものである。これら流量制御弁１２及び電子制御装置４は、第２経路２ｄの冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限する制御部として機能する。

電子制御装置４は、第１経路２ｃにおけるシリンダヘッド１ａの出口での冷却水の温度を検出する第１水温センサ１３からの検出信号を入力するとともに、第２経路２ｄにおけるシリンダブロック１ｂ内の冷却水の温度を検出する第２水温センサ１４からの検出信号を入力する。電子制御装置４は、第１水温センサ１３からの検出信号、及び第２水温センサ１４からの検出信号に基づき、第２経路２ｄのシリンダブロック１ｂ内に位置する部分における最も温度が高くなる箇所（以下、高温箇所という）での冷却水の温度を推定して求める。そして、電子制御装置４は、上記高温箇所での冷却水の温度に基づき内燃機関１（シリンダブロック１ｂ）の暖機を促進するための流量制御弁１２の駆動制御、より詳しくは第２経路２ｄの冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限したり同制限を解除したりするための流量制御弁１２の開度制御を行う。

ここで、上記流量制御弁１２の駆動制御の詳細について、暖機ルーチンを示す図１０のフローチャートを参照して説明する。この暖機ルーチンは、電子制御装置４を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

同ルーチンにおいては、まず第１水温センサ１３からの検出信号、及び第２水温センサ１４からの検出信号に基づき、第２経路２ｄの上記高温箇所の冷却水の温度が求められる（Ｓ２０１）。その後、上記高温箇所での冷却水の温度が判定値Ｔｂ未満であるか否かが判断される（Ｓ２０２）。ここで肯定判定であれば、シリンダブロック１ｂの暖機を促進すべく冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限する（Ｓ２０３）。詳しくは電子制御装置４は、流量制御弁１２を閉じ側に駆動することにより、シリンダブロック１ｂを通過する冷却水の流量を「０」まで減少させる。この場合、流量制御弁１２は全閉状態となるまで閉じ側に駆動される。また、Ｓ２０２で否定判定がなされると、シリンダブロック１ｂの内部における冷却水の膜沸騰を抑制すべく、上記冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限が解除される（Ｓ２０４）。詳しくは電子制御装置４は、閉じ側に駆動されていた流量制御弁１２を開き側に駆動することにより、シリンダブロック１ｂを通過する冷却水の流量を「０」よりも多い値、例えばそのときの機関運転にとって適切な値まで増加させる。

Ｓ２０２で用いられる判定値Ｔｂは、シリンダブロック１ｂの内部における上記高温箇所での冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する時点での上記高温箇所での冷却水の温度に相当する値となるよう、予め実験等によって定められている。このように判定値Ｔｂを定めることで、暖機過程にある内燃機関１においてシリンダブロック１ｂの内部で冷却水が膜沸騰する前には、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過が制限されるようになる。更に、上記制限が行われた状態のもとでシリンダブロック１ｂの内部（正確には上記高温箇所）での冷却水の核沸騰が発生してから、上記判定値Ｔｂによって定まる維持期間ｔが経過するまでの核沸騰中も、上記冷却水のシリンダブロック１ｂの通過制限が維持されるようになる。なお、上記維持期間ｔは、上述したように判定値Ｔｂを定めたことにより、上記高温箇所での冷却水の温度が同冷却水の核沸騰の発生を表す値になっている期間、より詳しくは上記冷却水に核沸騰が発生してから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間となる。そして、上記高温箇所での冷却水の核沸騰が発生した後に上記維持期間ｔが経過すると、すなわち上記高温箇所での冷却水の温度が判定値Ｔｂ以上になると、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限が解除される。

本実施形態によれば、第１実施形態の（１）の効果、及び第３実施形態の（６）の効果に加え、以下に示す効果が得られるようになる。
（１０）上記維持期間ｔは、判定値Ｔｂにより、シリンダブロック１ｂの内部の上記高温箇所での冷却水の温度が同冷却水の核沸騰の発生を表す値になっている期間に定められる。ここで、上記高温箇所での冷却水の温度と同冷却水の核沸騰との間には相関があり、その冷却水の温度が上記核沸騰の発生を表す値になっている期間に上記維持期間ｔを定め、その維持期間ｔ中に冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限することで、上記核沸騰が発生しているときに冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限を維持することができる。

（１１）上記維持期間ｔは、判定値Ｔｂにより、上記高温箇所での冷却水の温度が同冷却水での核沸騰の発生を表す期間として、その冷却水に核沸騰が発生してから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間に定められる。この場合、シリンダブロック１ｂの内部（正確には上記高温箇所）で冷却水が核沸騰している期間全体に亘って、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限が維持される。従って、その制限を可能な限り長期に渡って維持することができ、同制限によるシリンダブロック１ｂの暖機促進効果を最大とすることができる。

［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第１実施形態においては、冷却水の内燃機関１の通過を制限する具体的な方法として、ポンプ３の駆動停止により内燃機関１を通過する冷却水の流量を「０」まで減少させることを例示したが、ポンプ３の吐出量低減により内燃機関１を通過する冷却水の流量を「０」よりも多い値まで減少させるという方法を採用してもよい。

・第１及び第２実施形態においては、判定値Ｐａが内燃機関１の内部の冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する時点での循環経路２内の圧力に相当する値に定められているが、こうした値よりも小さい値に上記判定値Ｐａを定めて維持期間ｔが短くなるようにしてもよい。この場合、維持期間ｔは、内燃機関１の内部の冷却水に核沸騰が生じてから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間よりも短い期間に定められる。ただし、この場合でも、維持期間ｔは、系統圧Ｐが内燃機関１の内部の冷却水での上記核沸騰の発生を表す値になっている期間にはなる。このような短い維持期間ｔは、内燃機関１の内部の冷却水に核沸騰が生じてから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間の一部であるからである。

・第１及び第２実施形態において、維持期間ｔは、内燃機関１の内部の冷却水の温度が同冷却水での核沸騰の発生を表す値になっている期間に定められるようにしてもよい。このことは、例えば以下のようにして実現可能である。すなわち、内燃機関１の内部の冷却水の温度を実測したり推定したりして求める。そして、その求めた温度が上記冷却水が核沸騰する温度に相当する値として予め定められた判定値未満であるときには、冷却水の内燃機関１の通過を制限する。一方、上記求めた温度が上記判定値以上であるときには、冷却水の内燃機関１の通過の制限を解除する。このように冷却水の内燃機関１の通過の制限、及び同制限の解除を行うことで、維持期間ｔが上述した期間に定められるようになる。

・第２実施形態において、冷却水の内燃機関１の通過を制限する具体的な方法として、流量制御弁６を全閉状態よりも開き側の開度となるまで閉じ側に駆動することで内燃機関１を通過する冷却水の流量を「０」よりも多い値まで減少させるという方法を採用してもよい。

・第２実施形態において、流量制御弁６は、必ずしも電子制御式のものである必要はなく、循環経路２内の圧力を受けて同圧力（系統圧Ｐ）が判定値Ｐａ未満であるときに閉じ側に駆動される一方で系統圧Ｐが判定値以上であるときに開き側に駆動される圧力弁であってもよい。

・第３及び第４実施形態において、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限する具体的な方法として、圧力弁７を全閉状態よりも開き側の開度となるまで閉じ側に駆動することでシリンダブロック１ｂを通過する冷却水の流量を「０」よりも多い値まで減少させるという方法を採用してもよい。

・第３及び第４実施形態において、系統圧Ｐが判定値Ｐａよりも小さい値未満であるときに圧力弁７が閉じ側に駆動される一方、系統圧Ｐがその判定値Ｐａよりも小さい値以上であるときに圧力弁７が開き側に駆動されるよう、圧力弁７におけるばね１１の付勢力が定められていてもよい。この場合、維持期間ｔは、シリンダブロック１ｂの内部の冷却水に核沸騰が生じてから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間よりも短い期間に定められる。ただし、この場合でも、維持期間ｔは、系統圧Ｐがシリンダブロック１ｂの内部の冷却水での上記核沸騰の発生を表す値になっている期間にはなる。

・第４実施形態において、第２経路２ｄを必ずしも三つに分岐した状態で第１経路２ｃに接続する必要はなく、第２経路２ｄを分岐させずに第１経路２ｃに接続したり三つ以外の数に分岐した状態で第１経路２ｃに接続したりしてもよい。この場合、上記分岐した数に合わせて圧力弁７の数も変更される。

・第５実施形態において、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限する具体的な方法として、流量制御弁１２を全閉状態よりも開き側の開度となるまで閉じ側に駆動することでシリンダブロック１ｂを通過する冷却水の流量を「０」よりも多い値まで減少させるという方法を採用してもよい。

・第５実施形態においては、判定値Ｔｂがシリンダブロック１ｂの内部の冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する時点での同冷却水の温度に相当する値に定められているが、こうした値よりも小さい値に上記判定値Ｔｂを定めて維持期間ｔが短くなるようにしてもよい。この場合、維持期間ｔは、シリンダブロック１ｂの内部の冷却水に核沸騰が生じてから同冷却水の沸騰状態が膜沸騰に切り替わるまでの期間よりも短い期間に定められる。ただし、この場合でも、維持期間ｔは、シリンダブロック１ｂの内部の冷却水の温度が同冷却水での核沸騰の発生を表す値になっている期間にはなる。

・第５実施形態において、第２水温センサ１４を省略してもよい。この場合、第２経路２ｄのシリンダブロック１ｂ内における高温箇所での冷却水の温度に関しては、第１水温センサ１３からの検出信号と、機関回転速度や機関負荷といった機関運転状態と、ポンプ３における冷却水の吐出量といったポンプ３の駆動状態とから推定して求めることが考えられる。

・第５実施形態において、維持期間ｔは、第２経路２ｄのシリンダブロック１ｂ内における高温箇所での冷却水の温度が同冷却水での核沸騰の発生を表す値になっている期間に定められるようにしてもよい。このことは、例えば以下のようにして実現可能である。すなわち、循環経路２の系統圧Ｐを圧力センサ等によって求める。そして、その求めた系統圧Ｐが上記高温箇所で冷却水が核沸騰する温度に相当する値として予め定められた判定値未満であるときには、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過を制限する。一方、上記求めた系統圧Ｐが上記判定値以上であるときには、冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限を解除する。このように冷却水のシリンダブロック１ｂの通過の制限、及び同制限の解除を行うことで、維持期間ｔが上述した期間に定められるようになる。

・第５実施形態において、流量制御弁１２は、第２経路２ｄにおけるシリンダブロック１ｂを通過する部分に設けられていてもよい。

１…内燃機関、１ａ…シリンダヘッド、１ｂ…シリンダブロック、２…循環経路、２ａ…メイン経路、２ｂ…バイパス経路、２ｃ…第１経路、２ｄ…第２経路、３…ポンプ、４…電子制御装置、５…圧力センサ、６…流量制御弁、７…圧力弁、８…圧力室、８ａ…ポート、９…ハウジング、１０…弁体、１１…ばね、１２…流量制御弁、１３…第１水温センサ、１４…第２水温センサ。

Claims (7)

1. 冷却水が内燃機関を通過するように循環する循環経路と、前記冷却水の内燃機関の通過を制御する制御部とを備え、内燃機関を暖機する際に前記制御部により前記冷却水の同機関の通過を制限する内燃機関の暖機促進装置において、
   前記制御部は、前記冷却水の内燃機関の通過を制限している最中であって同機関の内部の冷却水が核沸騰しているときに前記制限を維持するものであり、
   前記制御部による前記制限は、内燃機関を通過する冷却水の流量を固定する制御である
   ことを特徴とする内燃機関の暖機促進装置。
2. 前記制御部は、前記循環経路内の圧力が判定値Ｐａ未満であるときに前記冷却水の内燃機関の通過を制限するものであり、
   前記判定値Ｐａは、内燃機関の内部の冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する時点での前記循環経路内の圧力に相当する値に定められている
   請求項１記載の内燃機関の暖機促進装置。
3. 前記制御部は、内燃機関内部の冷却水の温度が判定値Ｔｂ未満であるときに前記冷却水の内燃機関の通過を制限するものであり、
   前記判定値Ｔｂは、内燃機関の内部の冷却水の沸騰状態が核沸騰から膜沸騰に移行する時点での内燃機関内部の冷却水の温度に相当する値に定められている
   請求項１記載の内燃機関の暖機促進装置。
4. 前記制御部は、内燃機関を通過する冷却水の流量を制御するための流量制御弁を備えており、その流量制御弁を閉じ側に駆動することにより前記冷却水の内燃機関の通過を制限する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の暖機促進装置。
5. 前記制御部は、前記循環経路内の圧力に基づき内燃機関を通過する冷却水の流量を制御する圧力弁であり、
   前記圧力弁は、前記循環経路内の圧力を受けて同圧力が前記判定値Ｐａ未満であるときに閉じ側に駆動されることにより、前記冷却水の内燃機関の通過を制限するものである
   請求項２記載の内燃機関の暖機促進装置。
6. 前記制御部は、内燃機関を通過する冷却水の流量を制御可能なポンプを備えており、そのポンプにおける冷却水の吐出量を減少させることにより前記冷却水の内燃機関の通過を制限する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の暖機促進装置。
7. 前記循環経路は、内燃機関のシリンダヘッドを通過する第１経路とシリンダブロックを通過する第２経路とを備えており、
   前記制御部は、前記第２経路の冷却水の前記シリンダブロックの通過を制限するものである
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の暖機促進装置。

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