JP5724884B2 - 内燃機関冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関を冷却する内燃機関冷却装置に関するものである。

従来、車両に搭載される内燃機関を冷却する内燃機関冷却装置として、下記特許文献１に開示される内燃機関の冷却装置が知られている。この冷却装置では、内燃機関の暖機が不十分な状況下で車室内ヒータを作動させるべき要求が生じた場合には、車両の走行中にラジエータ（放熱器）の表面に生ずる走行圧を車速から推定しこの推定された走行圧とほぼ均衡する圧力をラジエータ裏面側に発生させるように、ラジエータの裏面側に配置される電動ファンを逆回転させることにより、エンジンルーム内の空気の流れを阻止する。これにより、内燃機関で発生した熱がエンジンルーム内に蓄えられて、ヒータコアに高温の冷却水が導かれることとなり、内燃機関の暖機状態が不十分な場合においても、車室内ヒータに十分に高いヒータ能力を発揮させている。

特開平０８−２３２６５８号公報

ところで、上記特許文献１に開示される構成では、内燃機関の暖機が不十分な状況下で電動ファンを逆回転させてエンジンルーム内の空気の流れを阻止すると、内燃機関を冷却するための冷媒が放熱器（ラジエータ）にて冷やされにくくなり、内燃機関の暖機を早めることができる。

しかしながら、上記走行圧を車速から推定する構成では、車両停止中などの場合には、上記走行圧を精度良く測定することができないという問題がある。また、車両の走行中に放熱器の表面に生ずる走行圧を検出するための検出装置を別途設けると、部品点数の増大や製品重量の増大を招くという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成にて内燃機関の早期暖機を実施し得る内燃機関冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、内燃機関（２）を冷却する冷媒（Ｗ）の循環経路に設けられる放熱器（１１）と、導入口（４）から導入される外気を利用して前記放熱器を冷却するファン（１３）と、前記ファンを回転させるファン用モータ（１４）と、前記ファン用モータを駆動制御する制御手段（１６）と、を備える内燃機関冷却装置（１０，１０ａ，１０ｂ）であって、前記ファンの回転状態に応じて前記放熱器の周囲の風速に相当する物理量（Ｎｘ）を検出する物理量検出手段（１６）と、前記内燃機関の温度（Ｔｐ）を検出する温度検出手段（１５）とを備え、前記ファンは、正回転することで前記導入口を介して導入される前記外気を前記放熱器に向けて送風し、逆回転することで前記放熱器を介して前記導入口に向けて送風するように構成され、前記制御手段は、前記内燃機関の駆動時であって前記温度検出手段により検出される温度が当該内燃機関の暖機を必要とする温度（Ｔｔ）以下である場合に、前記物理量検出手段により検出される前記物理量に基づいて前記風速が０に近づくように前記ファンを逆回転させて前記ファン用モータを駆動制御し、前記ファンは、前記導入口に対して前記放熱器を介して対向する位置に配置され、前記物理量検出手段は、前記ファンの回転数（Ｎ）を検出する回転数検出手段（１４ａ）を備え、前記ファン用モータが通電状態である場合には、当該ファン用モータを一定時間非通電状態にしたときに前記回転数検出手段により検出される前記ファンの回転数の変化に応じて前記物理量を検出することを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

請求項１の発明では、ファンは、正回転することで導入口を介して導入される外気を放熱器に向けて送風し、逆回転することで放熱器を介して導入口に向けて送風するように構成されている。そして、制御手段は、内燃機関の駆動時であって温度検出手段により検出される温度が当該内燃機関の暖機を必要とする目標温度以下である場合に、物理量検出手段により検出される物理量に基づいて上記風速が０（ゼロ）に近づくようにファンを逆回転させてファン用モータを駆動制御する。

このように、内燃機関の温度が目標温度以下である場合に、放熱器の周囲の風速が０に近づくようにファンが逆回転制御されるため、冷媒が放熱器にて冷やされにくくなり、内燃機関の暖機を早めることができる。特に、ファンの回転状態は、放熱器の周囲の風速に影響を及ぼされることから、放熱器の周囲の風速に相当する物理量を、既存のファンの回転状態に応じて検出することができ、上記物理量を検出するための検出装置を別途設ける必要が無く、当該物理量検出手段が複雑に構成されることもない。
したがって、簡易な構成にて内燃機関の早期暖機を実施することができる。

特に、ファンは、導入口に対して放熱器を介して対向する位置に配置されるため、導入口を介した外気を放熱器に向けて送風しやすくなるだけでなく、ファンの回転状態が放熱器の周囲の風速からさらに影響を及ぼされやすくなるので、放熱器の周囲の風速に相当する物理量を、精度良く検出することができる。

特に、物理量検出手段は、ファン用モータが通電状態である場合には、ファン用モータを一定時間非通電状態にしたときに回転数検出手段により検出されるファンの回転数の変化に応じて、上記物理量を検出する。通電状態のファン用モータが非通電状態となり、ファン用モータからファンに伝達される回転駆動力がなくなると、ファンは惰性で減速しながら回転することとなる。このファンの回転数の変化量（減速度合い）は、放熱器の周囲の風速に影響されるため、当該ファンの回転数の変化量に応じて上記風速に相当する物理量を検出することができる。

請求項２の発明では、物理量検出手段は、上記風速が０に近づくように制御手段によりファンが逆回転制御される状態であって、導入口を介する外気の導入風速を変化させるほどの車速の変化が車速検出手段により検出される場合には、ファン用モータを一定時間非通電状態にして回転数検出手段により検出されるファンの回転数の変化に応じて、上記物理量を検出する。

通電状態であるファン用モータを一定時間非通電状態にして上記物理量を検出した後に車速が大きく変化すると、外気の導入風速が大きく変化して放熱器の周囲の風速が大きくなり、物理量の検出精度が低下してしまう。そこで、上記導入風速を変化させるほどの車速の変化が車速検出手段により検出される場合には、その検出後に、非通電状態におけるファンの回転数の変化に応じた上記物理量を検出する。このように検出された物理量に基づいて上記風速が０に近づくようにファンが逆回転制御されることで、上記導入風速が大きく変化する場合でも早期暖機を実施することができる。

請求項３の発明では、制御手段は、上記風速が０に近づくようにファンを逆回転させてファン用モータを駆動制御している状態で、温度検出手段により検出される温度と内燃機関の許容温度との差が小さくなるほどファンの逆回転数が小さくなるようにファン用モータを駆動制御する。

単に、放熱器の周囲の風速が０に近づくようにファンを逆回転制御して冷媒の冷却を妨げていると、内燃機関の温度が許容温度を大きく超えてしまう場合がある。そこで、内燃機関の温度と内燃機関の許容温度との差が小さくなるほどファンの逆回転数が小さくなるようにファン用モータを駆動制御することで、内燃機関の温度が上記許容温度以上となる状態を抑制することができる。

第１実施形態に係る内燃機関冷却装置を概略的に示す概略構成図である。 フロントグリルから流入する外気を、ファンの逆回転により生じる気流を用いて打ち消す状態を説明する説明図である。 第１実施形態においてコントローラにより実施されるモータ駆動制御処理の流れを例示するフローチャートである。 非通電状態におけるファンの回転数と逆回転数との関係を示すマップである。 無風状態における通電停止後のファンの回転数の時間変化を示すグラフである。 流入外気による損失を説明するための説明図である。 式（４）から得られる非通電時間ごとの回転数変化量と逆回転数との関係を示すグラフである。 逆回転数算出処理にて使用可能な逆回転数を求めるマップである。 第２実施形態に係る内燃機関冷却装置を概略的に示す概略構成図である。 第２実施形態においてコントローラにより実施されるモータ駆動制御処理の流れを例示するフローチャートである。 車速変化量に応じた通電時間の変化を説明する説明図である。 第３実施形態においてコントローラにより実施されるモータ駆動制御処理の流れを例示するフローチャートである。 図１３（Ａ）は、逆回転数を補正しない場合のエンジン温度の時間変化を示すグラフであり、図１３（Ｂ）は、逆回転数を補正した場合のエンジン温度の時間変化を示すグラフである。 逆回転数補正処理にて使用する温度差と減率と関係を示す図表である。 第４実施形態に係る内燃機関冷却装置を概略的に示す概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の内燃機関冷却装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示す内燃機関冷却装置１０は、エンジンルーム１内に配置されて、ガソリンエンジン等の内燃機関（以下、単にエンジン２という）の表面側に設けられるウォータジャケット３に冷媒として機能する冷却水Ｗを流すことで、当該エンジン２を冷却する装置である。

内燃機関冷却装置１０は、ラジエータ１１と、このラジエータ１１およびウォータジャケット３を冷却水Ｗの循環を可能に連通することで冷却水Ｗの循環経路１２を構成する冷却水通路１２ａ，１２ｂと、を備えている。ラジエータ１１は、外気をエンジンルーム１内に導入する導入口として機能するフロントグリル４に近接して対向するように配置されており、ウォータジャケット３内を流れることで高温になった冷却水Ｗを冷却する放熱器として機能する。なお、冷却水Ｗは、図略のウォータポンプによりその流量が調整されて循環経路１２内を循環する。

また、内燃機関冷却装置１０は、ファン１３と、このファン１３を回転させるファン用モータ１４と、温度センサ１５と、ファン用モータ１４を駆動制御する制御手段として機能するコントローラ１６と、を備えている。

図１に示すように、ファン１３は、フロントグリル４に対してラジエータ１１を介して対向する位置に配置されている。また、ファン１３は、正回転することでフロントグリル４を介して導入される外気をラジエータ１１に向けて送風し（図１の矢印Ａ１参照）、逆回転することでエンジンルーム１内の空気をラジエータ１１を介してフロントグリル４に向けて送風する（図１の矢印Ａ２参照）、ように構成されている。

ファン用モータ１４は、例えばブラシレスモータであって、エンコーダなどにより構成される回転数センサ１４ａによりその回転数に関する回転数信号がコントローラ１６に出力されるように構成されている。なお、回転数センサ１４ａは、特許請求の範囲に記載の「回転数検出手段」の一例に相当し得る。

温度センサ１５は、エンジン２の温度（以下、エンジン温度Ｔｐという）を検出する温度検出手段として機能するもので、ウォータジャケット３内を流れる冷却水Ｗを測定可能に配置されている。当該温度センサ１５は、エンジン温度Ｔｐとして冷却水Ｗの温度に応じた温度信号をコントローラ１６に出力するように構成されている。

コントローラ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどから構成されたマイクロコンピュータおよび周辺回路などから構成されており、後述するモータ駆動制御処理を実施することで、ファン１３を所定の回転数で正回転または逆回転させるように、ファン用モータ１４を駆動制御する。

次に、本発明の特徴的制御構成について図２を用いて説明する。図２は、フロントグリル４から流入する外気Ｂ１を、ファン１３の逆回転により生じる気流Ｂ２を用いて打ち消す状態を説明する説明図である。
エンジン２が始動し、冷却水Ｗが循環経路１２内を循環するとともにファン１３が回転してラジエータ１１の放熱が促されると、ウォータジャケット３内での冷却水Ｗとエンジン２との熱交換が促進されて、エンジン２の冷却が開始される。一方、エンジン２の始動直後では、当該エンジン２の暖機運転が必要であり、上述のようなラジエータ１１の放熱の促進は、エンジン２の早期暖機を阻害してしまう。また、エンジン２の始動時に単にファン１３の回転を停止することも考えられるが、フロントグリル４から外気が流入していると、ラジエータ１１の放熱が促されてしまう。

そこで、本実施形態では、ファン用モータ１４を駆動制御するモータ駆動制御処理をコントローラ１６にて実施することにより、図２に例示するように、フロントグリル４から流入する外気（図２の矢印Ｂ１参照）を、ファン１３の逆回転により生じる気流（図２の矢印Ｂ２参照）を用いて打ち消すことで、ラジエータ１１の周囲の風速が０（ゼロ）に近づくようにファン１３の回転を制御する。

以下、コントローラ１６にて実施されるモータ駆動制御処理について、図３に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。図３は、第１実施形態においてコントローラ１６により実施されるモータ駆動制御処理の流れを例示するフローチャートである。
エンジン２が始動することでモータ駆動制御処理が開始されると、まず、図３のステップＳ１０１に示す判定処理にて、温度センサ１５により検出されるエンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔ以下であるか否かについて判定される。ここで、目標温度Ｔｔは、エンジン２の暖機を必要とするエンジン温度であり、エンジン２の始動直後であることからエンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔ以下である場合には、ステップＳ１０１にてＹｅｓと判定される。

次に、ステップＳ１０３に示す判定処理にて、ファン用モータ１４が通電状態であるか否かについて判定される。エンジン２の始動直後でありファン用モータ１４が非通電状態であることからステップＳ１０３にてＮｏと判定されると、ステップＳ１０５に示す回転数計測処理がなされる。この処理では、回転数センサ１４ａから入力される回転数信号に基づいて、ファン用モータ１４が非通電状態である場合のファン１３の回転数Ｎが回転方向を考慮して計測される。

このように非通電時のファン１３の回転数Ｎが計測されると、ステップＳ１０７にて逆回転数Ｎｘを算出する逆回転数算出処理がなされる。逆回転数Ｎｘは、ラジエータ１１の周囲の気流を打ち消してその風速を０（ゼロ）に近付けるために必要なファン１３の回転数であり、非通電状態における逆回転数Ｎｘを算出方法について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、非通電状態におけるファン１３の回転数Ｎと逆回転数Ｎｘとの関係を示すマップである。

ファン用モータ１４が非通電状態でありファン用モータ１４からファン１３に伝達される回転駆動力がない場合には、ラジエータ１１の周囲の風速、すなわち、フロントグリル４から流入する外気に応じて、ファン１３が正回転することとなる。そこで、この正回転と同じ回転数にてファン１３を逆回転させることで、図２に例示するように、ラジエータ１１の周囲の気流を打ち消してその風速を０（ゼロ）に近付けることができる。

そこで、上記逆回転数算出処理では、図４に例示するマップを用いて、計測された回転数Ｎに基づいて逆回転数Ｎｘを算出する。すなわち、図４に例示するマップは、逆回転数Ｎｘが、計測された回転数Ｎと回転方向が逆で同じ回転数として算出されるように、設定されている。なお、図４に例示されるマップは、予めコントローラ１６のＲＯＭ等に記憶される。また、上記ステップＳ１０７に示す逆回転数算出処理を実施するコントローラ１６は、特許請求の範囲に記載の「物理量検出手段」の一例に相当し、逆回転数Ｎｘは、特許請求の範囲に記載の「物理量」の一例に相当し得る。

上述のように逆回転数Ｎｘが算出されると、ステップＳ１０９に示す逆回転制御処理がなされる。この処理では、上述のように算出された逆回転数Ｎｘにてファン１３が逆回転するように、ファン用モータ１４が通電されて駆動制御される。これにより、フロントグリル４から流入する外気が、ファン１３の逆回転により生じる気流を用いて打ち消されて、ラジエータ１１の周囲の風速が０（ゼロ）に近づくこととなる。その結果、冷却液Ｗがラジエータ１１にて冷やされにくくなり、エンジン２の暖機を早めることができる。

そして、エンジン２が停止されなければ（Ｓ１１１でＮｏ）、上記ステップＳ１０１からの処理がなされる。上述のようにファン１３が逆回転し始めた直後では、エンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔ以下であり（Ｓ１０１でＹｅｓ）、ファン用モータ１４が通電状態であるので（Ｓ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１１３に示す判定処理がなされて、ファン用モータ１４が正回転制御されているか否かについて判定される。

上述のように、逆回転制御されている場合には（Ｓ１１３でＮｏ）、ステップＳ１１５に示す判定処理にて、上記逆回転制御処理が実施されてからの経過時間である逆回転制御時間が所定の通電時間（以下、通電時間ｔ_２という）を経過したか否かについて判定される。ここで、通電時間ｔ_２は、後述する非通電時間ｔ_１よりも十分長い時間に設定され、本実施形態では、例えば、通電時間ｔ_２は１０ｓに設定されており、非通電時間ｔ_１は、０．５ｓに設定されている。そして、上記逆回転制御時間が通電時間ｔ_２を経過するまでステップＳ１１５にてＮｏと判定されて、上記ステップＳ１０７にて算出された逆回転数Ｎｘに基づいてファン用モータ１４が駆動制御される。

そして、上記逆回転制御時間が通電時間ｔ_２を経過すると（Ｓ１１５でＹｅｓ）、ステップＳ１１７に示す回転数計測処理がなされて、回転数センサ１４ａから入力される回転数信号に基づいて、ファン１３の回転数Ｎが計測される。続いて、ステップＳ１１９に示す通電停止処理がなされて、ファン用モータ１４への通電が一定時間停止され、次に、ステップＳ１２１に示す回転数減少量計測処理がなされて、この通電停止期間中におけるファン１３の回転数Ｎの減少量が、通電停止期間終了直後に計測されるファン１３の回転数Ｎと上記ステップＳ１１７にて計測されたファン１３の回転数Ｎとの差に基づいて、回転数変化量ΔＮとして計測される。そして、このように計測された回転数変化量ΔＮに基づいて、ステップＳ１２３に示す逆回転数算出処理にて逆回転数Ｎｘが算出される。

ここで、通電が一定時間停止された状態で計測された回転数変化量ΔＮに基づく逆回転数Ｎｘの算出について、図５〜図７を用いて詳細に説明する。図５は、無風状態における通電停止後のファン１３の回転数Ｎの時間変化を示すグラフである。図６は、流入外気による損失を説明するための説明図である。図７は、式（４）から得られる非通電時間ｔ_１ごとの回転数変化量ΔＮと逆回転数Ｎｘとの関係を示すグラフである。

通電状態でファン１３を回転させているファン用モータ１４への通電が停止されると、ファン１３は惰性で減速しながら回転することとなる。例えば、フロントグリル４から外気が流入しておらずファン１３やラジエータ１１の周囲の風速が０ｍ／ｓであり無風状態であれば、図５に例示するように、ファン１３の回転数Ｎは、徐々に減少していく。このとき、車両が走行していることからフロントグリル４から外気が流入していると、この流入外気がファン１３の回転を妨げる要因となり、流入外気の風速が大きくなるほどファン１３の回転数の変化量（減速度合い）が大きくなる。

この流入外気に起因するファン１３の回転数の変化量について、以下に詳細に説明する。ファン１３は、回転数Ｎに比例した風速ｖの気流を発生させ、そのエネルギーＥは、風速ｖの２乗に比例する。そこで、気流の質量ｍは、単位時間当たりにファン１３の面積Ａを通過する空気の質量となるので、空気の密度をρとすると、以下の式（１）の関係が成立する。すなわち、ファン１３の回転により発生する気流のエネルギーＥは、回転数Ｎの３乗に比例する。
Ｅ＝１／２×ｍ×ｖ^２＝１／２×Ａ×ρ×ｖ^３∝Ｎ^３ ・・・（１）

ファン用モータ１４への通電を停止すると、ファン１３は惰性で逆回転するが、流入外気及びモータ自身の損失W（ｔ）により回転数Ｎが徐々に減少していく。通電停止直後のエネルギーをＥ_０、この通電停止から時間ｔ_１後のエネルギーをＥ_１、流入外気による損失をＥｘとすると、図６から分かるように、エネルギー保存則より、以下の式（２）の関係が成立する。なお、図６における斜線領域Ｓの総和がＥｘ×ｔ_１＋W（ｔ）に相当し、実線Ｆは、ファン１３の逆回転により生じる気流の力に相当する。
（Ｅ_０−Ｅ_１）×１／ｔ_１＝Ｅｘ×ｔ_１＋W（ｔ） ・・・（２）
この式（２）を変形すると、以下の式（３）の関係が成立する。
１／２×Ａ×ρ×（ｖ_０ ^３−ｖ_１ ^３）×１／ｔ_１
＝１／２×Ａ×ρ×ｖｘ^３×ｔ_１＋W（ｔ）・・・（３）

このため、風速ｖｘの流入外気により時間ｔ_１でファン１３の回転数がＮ_０からＮ_１に減少した場合を想定すると、逆回転数Ｎｘについて、上記式（３）に基づいて以下の式（４）の関係が成立する。なお、W’＝W（ｔ）／（１／２×Ａ×ρ／ｔ_１）である。
Ｎ_０ ^３−Ｎ_１ ^３＝Ｎｘ^３×ｔ_１ ^２＋W’ ・・・（４）

この式（４）からわかるように、時間ｔ_１（すなわち、非通電時間ｔ_１）ごとに、ファン１３の回転数変化量ΔＮ（＝Ｎ_０−Ｎ_１）と逆回転数Ｎｘとの間に所定の関係が成立する。これにより、上記回転数減少量計測処理後に実施されるステップＳ１２３に示す逆回転数算出処理にて、上記式（４）から、上述のように計測した回転数変化量ΔＮ（回転数Ｎ_０，Ｎ_１）と非通電時間ｔ_１とに基づいて、逆回転数Ｎｘを算出することができる。なお、非通電時間ｔ_１は、気流のエネルギー変化が線形に近い領域で設定することが望ましい。また、上記ステップＳ１２３に示す逆回転数算出処理を実施するコントローラ１６は、特許請求の範囲に記載の「物理量検出手段」の一例に相当し得る。

ここで、上記式（４）を、非通電時間ｔ_１ごとの回転数変化量ΔＮと逆回転数Ｎｘとの関係についてグラフを用いて表すと、図７に例示するグラフのように表すことができる。この図７に示すグラフは、初期回転数Ｎ_０が２０００ｒｐｍであって、非通電時間ｔ_１が０．５ｓ，０．７ｓ，１．０ｓの３パターンについて、表している。

また、上記ステップＳ１２３に示す逆回転数算出処理では、式（４）を用いた計算により逆回転数Ｎｘを算出することに限らず、図８に例示するようなマップに基づいて逆回転数Ｎｘを算出してもよい。図８は、逆回転数算出処理にて使用可能な逆回転数Ｎｘを求めるマップである。

図８に例示するように、回転数変化量ΔＮと逆回転数Ｎｘとの関係を示すマップを、初期回転数Ｎ_０および非通電時間ｔ_１ごとに作成して、予めコントローラ１６のＲＯＭ等に記憶しておく。これにより、上記逆回転数算出処理にて、ＲＯＭ等に記憶される上記マップから、上述のように計測した回転数変化量ΔＮ（回転数Ｎ_０，Ｎ_１）と非通電時間ｔ_１とに基づいて、逆回転数Ｎｘを算出することができる。

上述のように逆回転数算出処理にて逆回転数Ｎｘが算出されると、ステップＳ１０９に示す逆回転制御処理がなされ、上述のように算出された逆回転数Ｎｘにてファン１３が逆回転するように、ファン用モータ１４が通電されて駆動制御され、ラジエータ１１の周囲の風速が０（ゼロ）に近づきエンジン２の暖機が早められる。

そして、エンジン２が停止されなければ（Ｓ１１１でＮｏ）、上記ステップＳ１０１からの処理がなされ、エンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔ以下であり（Ｓ１０１でＹｅｓ）、逆回転制御中であるので（Ｓ１０３でＹｅｓ，Ｓ１１３でＮｏ）、ステップＳ１１５に示す判定処理にて、逆回転制御時間が通電時間ｔ_２を経過したか否かについて判定される。ここで、上記ステップＳ１２３にて算出された逆回転数Ｎｘに基づいてファン用モータ１４が駆動制御されてからの逆回転制御時間が通電時間ｔ_２を経過していない場合には（Ｓ１１５でＮｏ）、上記ステップＳ１１７以降の処理が実施されることなく前回算出された逆回転数Ｎｘに基づいてファン用モータ１４が駆動制御される。

上述のような逆回転制御中に、上記逆回転制御時間が通電時間ｔ_２を経過すると（Ｓ１１５でＹｅｓ）、ステップＳ１１７以降の処理がなされる。すなわち、ファン１３が非通電時間ｔ_１中の惰性回転と通電時間ｔ_２中の逆回転とを繰り返す間欠動作が実施されることで、ラジエータ１１の周囲の風速が０（ゼロ）近傍に維持されることとなる。

そして、このように間欠的に逆回転制御が実施されている際にエンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔを超えると（Ｓ１０１でＮｏ）、エンジン２の暖機が完了したとして、ステップＳ１２５に示す正回転制御処理がなされ、エンジン温度Ｔｐに応じてファン１３を正回転させる。これにより、正回転するファン１３による送風によりラジエータ１１が冷却されて、このラジエータ１１により冷却された冷却水Ｗによりエンジン２の冷却が促進される。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関冷却装置１０では、ファン１３は、正回転することでフロントグリル４を介して導入される外気をラジエータ１１に向けて送風し、逆回転することでラジエータ１１を介してフロントグリル４に向けて送風するように構成されている。そして、コントローラ１６は、エンジン２の駆動時であって温度センサ１５により検出されるエンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔ以下である場合に、逆回転数算出処理にて算出される逆回転数Ｎｘ（ラジエータ１１の周囲の風速に相当する物理量）に基づいてラジエータ１１の周囲の風速が０（ゼロ）に近づくようにファン１３を逆回転させてファン用モータ１４を駆動制御する。

このように、エンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔ以下である場合に、ラジエータ１１の周囲の風速が０に近づくようにファン１３が逆回転制御されるため、冷却水Ｗがラジエータ１１にて冷やされにくくなり、エンジン２の暖機を早めることができる。特に、ファン１３の回転状態は、ラジエータ１１の周囲の風速に影響を及ぼされることから、逆回転数Ｎｘを、既存のファン１３の回転状態に応じて算出することができる。このため、標準で搭載されるファン１３およびファン用モータ１４を利用することで、上記風速を検出するための検出装置を別途設ける必要が無く、コントローラ１６等が複雑に構成されることもない。
したがって、簡易な構成にてエンジン２の早期暖機を実施することができる。

また、ファン１３は、フロントグリル４に対してラジエータ１１を介して対向する位置に配置されるため、フロントグリル４を介した外気をラジエータ１１に向けて送風しやすくなるだけでなく、ファン１３の回転状態がラジエータ１１の周囲の風速からさらに影響を及ぼされやすくなるので、逆回転数Ｎｘを、精度良く算出することができる。

特に、ステップＳ１２３に示す逆回転数算出処理では、ファン用モータ１４が通電状態である場合には、ファン用モータ１４を一定時間非通電状態にしたときに回転数センサ１４ａにより検出されるファン１３の回転数Ｎの変化（回転数変化量ΔＮ）に応じて、逆回転数Ｎｘを算出することができる。

また、ステップＳ１０７に示す逆回転数算出処理では、ファン用モータ１４が非通電状態である場合には、回転数センサ１４ａにより検出されるファン１３の回転数に応じて、逆回転数Ｎｘを算出することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関冷却装置について図９〜図１１を参照して説明する。図９は、第２実施形態に係る内燃機関冷却装置１０ａを概略的に示す概略構成図である。図１０は、第２実施形態においてコントローラ１６により実施されるモータ駆動制御処理の流れを例示するフローチャートである。図１１は、車速変化量Δｖに応じた通電時間ｔ_２の変化を説明する説明図である。なお、図１１では、間欠動作のうち非通電状態を斜線領域にて示している。

本実施形態に係る内燃機関冷却装置１０ａでは、車速センサ１７を新たに採用するとともに、モータ駆動制御処理を図３に示すフローチャートに代えて図１０に示すフローチャートに基づいて実施する点が、上記第１実施形態に係る内燃機関冷却装置と異なる。したがって、第１実施形態の内燃機関冷却装置と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図９に示すように、内燃機関冷却装置１０ａは、上述した内燃機関冷却装置１０に対して、車速センサ１７が追加されて構成されている。この車速センサ１７は、搭載される車両の車速ｖｃを検出する車速検出手段として機能するもので、検出した車速ｖｃに応じた車速信号をコントローラ１６に出力するように構成されている。

通電状態であるファン用モータ１４を一定時間非通電状態にして逆回転数Ｎｘを算出した直後に車速ｖｃが大きく変化すると、外気の導入風速が大きく変化してラジエータ１１の周囲の風速が大きくなり逆回転数Ｎｘの算出精度が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、上記導入風速を変化させるほどの車速ｖｃの変化が車速センサ１７により検出される場合には、その検出後に非通電状態におけるファン１３の回転数の変化に応じた逆回転数Ｎｘを算出する。

以下、本実施形態において、コントローラ１６にて実施されるモータ駆動制御処理について、図１０に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
上記第１実施形態と同様に、上記ステップＳ１２３にて算出された逆回転数Ｎｘに基づいてファン用モータ１４が駆動制御されてからの逆回転制御時間が、通電時間ｔ_２を経過していない場合には（Ｓ１１５でＮｏ）、すなわち、間欠動作における逆回転制御が実施されている場合には、図１０のステップＳ１２７に示す判定処理がなされる。

この判定処理では、車速センサ１７にて検出される車速ｖｃの変化量（以下、車速変化量Δｖという）が、フロントグリル４を介する外気の導入風速を変化させるほどであるか否かについて判定される。具体的には、車速変化量Δｖの絶対値｜Δｖ｜が所定の閾値Δｖｔ以上であるか否かについて判定される。ここで、所定の閾値Δｖｔは、フロントグリル４を介する外気の導入風速を変化させるほどの値であって、例えば、２．２ｍ／ｓに設定されている。この２．２ｍ／ｓという値は、例えば、車速ｖｃが０．５ｓで４．０ｋｍ／ｈ以上増減した場合に相当する。

そして、急加速等により車速変化量Δｖが大きく変化し、車速変化量Δｖの絶対値｜Δｖ｜が所定の閾値Δｖｔ以上となると（Ｓ１２７でＹｅｓ）、ステップＳ１２９に示す通電時間変更処理がなされる。この処理では、通電時間ｔ_２が初期設定値よりも短くなるように変更される。具体的には、通電時間ｔ_２は、初期設定値として上述したように１０ｓに設定されており、上記通電時間変更処理により、最低通電時間ｔmin、例えば、３ｓに変更される。

そして、ステップＳ１３１に示す判定処理にて、上記逆回転制御時間が最低通電時間ｔminを経過しているか否かについて判定され、上記逆回転制御時間が最低通電時間ｔminを経過している場合には（Ｓ１３１でＹｅｓ）、ステップＳ１１７以降の処理が実施される。すなわち、車速変化量Δｖが大きく変化する場合（導入風速を変化させるほどの車速ｖｃの変化が検出される場合）には、新たに非通電状態におけるファン１３の回転数の変化に応じた逆回転数Ｎｘが算出されるだけでなく、逆回転数Ｎｘの算出間隔が短くなる。なお、上記ステップＳ１３１に示す判定処理にて、上記逆回転制御時間が最低通電時間ｔminを経過していない場合には（Ｓ１３１でＮｏ）、上記逆回転制御処理にて、既に算出された逆回転数Ｎｘに基づいてファン用モータ１４が駆動制御される。

一方、車速変化量Δｖが大きく変化しないことから、車速変化量Δｖの絶対値｜Δｖ｜が所定の閾値Δｖｔ未満である場合には（Ｓ１２７でＮｏ）、ステップＳ１３３に示す通電時間変更解除処理がなされる。この処理では、上述のように通電時間ｔ_２が最低通電時間ｔminに変更されていると、その変更が解除されて、通電時間ｔ_２が初期設定値に設定される。そして、ステップＳ１１７以降の処理を実施することなく、ステップＳ１０９以降の処理がなされる。

ここで、車速変化量Δｖに応じた通電時間ｔ_２の変化について、図１１を用いて詳細に説明する。ファン１３が非通電時間ｔ_１中の惰性回転と通電時間ｔ_２中の逆回転とを繰り返す間欠動作が実施されている場合に、車速変化量Δｖの絶対値｜Δｖ｜が所定の閾値Δｖｔ以上になると（図１１の車速領域Ｓ１参照）、通電時間ｔ_２が最低通電時間ｔminに変更される。この変更時に上記逆回転制御時間が最低通電時間ｔminを経過している場合には、最新の逆回転数Ｎｘを算出するために非通電状態となる。

そして、車速変化量Δｖの絶対値｜Δｖ｜が所定の閾値Δｖｔ未満になると（図１１の車速領域Ｓ２参照）、通電時間ｔ_２が初期設定値に再設定される。そして、再び車速変化量Δｖの絶対値｜Δｖ｜が所定の閾値Δｖｔ以上になると（図１１の車速領域Ｓ３参照）、通電時間ｔ_２が最低通電時間ｔminに変更される。この変更時に上記逆回転制御時間が最低通電時間ｔminを経過していない場合には、直ちに非通電状態とならずに、最低通電時間ｔminの経過後に最新の逆回転数Ｎｘを算出するために非通電状態となる。

このように、上記導入風速を変化させるほどの車速ｖｃの変化が検出される場合には、その検出後に、非通電状態におけるファン１３の回転数の変化に応じた逆回転数Ｎｘを算出する。このように算出された逆回転数Ｎｘに基づいてファン１３が逆回転制御されることで、上記導入風速が大きく変化する場合でもエンジン２の早期暖機を実施することができる。

なお、車速変化量Δｖの絶対値｜Δｖ｜が所定の閾値Δｖｔ以上になると、上記逆回転制御時間が最低通電時間ｔminを経過しているか否かを判定することなく、最新の逆回転数Ｎｘを算出するためにステップＳ１１７以降の処理を実施してもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関冷却装置について、図１２〜図１４を参照して説明する。図１２は、第３実施形態においてコントローラにより実施されるモータ駆動制御処理の流れを例示するフローチャートである。図１３（Ａ）は、逆回転数Ｎｘを補正しない場合のエンジン温度Ｔｐの時間変化を示すグラフであり、図１３（Ｂ）は、逆回転数Ｎｘを補正した場合のエンジン温度Ｔｐの時間変化を示すグラフである。図１４は、逆回転数補正処理にて使用する温度差ΔＴと減率αと関係を示す図表である。

本実施形態に係る内燃機関冷却装置１０では、エンジン２のエンジン温度Ｔｐがエンジン２の許容温度を大きく超える状態を抑制するため、モータ駆動制御処理を図３に示すフローチャートに代えて図１２に示すフローチャートに基づいて実施する点が、上記第１実施形態に係る内燃機関冷却装置と異なる。したがって、第１実施形態の内燃機関冷却装置と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

単に、エンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔを超えるまでラジエータ１１の周囲の風速が０に近づくようにファン１３を逆回転制御して冷却水Ｗの冷却を妨げていると、エンジン２のエンジン温度Ｔｐが許容温度を大きく超えてしまう場合がある（図１３（Ａ）参照）。これは、エンジン温度Ｔｐが目標温度Ｔｔを超えてからファン１３を正回転制御してラジエータ１１の冷却を開始しても、エンジン２を急に冷却することができないからである。

そこで、本実施形態では、エンジン温度Ｔｐとエンジン２の許容温度との差が小さくなるほど、具体的には、エンジン温度Ｔｐと目標温度Ｔｔとの差が小さくなるほど、ファン１３の逆回転数が小さくなるようにファン用モータ１４を駆動制御することで、エンジン温度Ｔｐが上記許容温度以上となる状態を抑制する。

以下、本実施形態において、コントローラ１６にて実施されるモータ駆動制御処理について、図１２に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
上記第１実施形態と同様に、上記ステップＳ１０７またはステップＳ１２３にて逆回転数Ｎｘが算出されると、図１２のステップＳ１３５に示す逆回転数補正処理がなされる。この処理では、エンジン温度Ｔｐと目標温度Ｔｔとの差が小さくなるほど、逆回転数Ｎｘが小さくなるように補正される。

具体的には、例えば、図１４に例示する図表のように、エンジン温度Ｔｐと目標温度Ｔｔとの差を温度差ΔＴとすると、逆回転数Ｎｘに乗算することで補正する減率αを、温度差ΔＴが２０℃以上では、減率α＝１．０、温度差ΔＴが１０℃以上２０℃未満では、減率α＝０．８、温度差ΔＴが５℃以上１０℃未満では、減率α＝０．５、温度差ΔＴが０℃以上５℃未満では、減率α＝０．２に設定する。これにより、温度差ΔＴが２０℃以上であれば算出された逆回転数Ｎｘが補正されず、温度差ΔＴが小さくなるほど減率αが小さくなることから、逆回転数Ｎｘが小さくなるように補正される。

上述のように減率αが乗算された逆回転数Ｎｘにて上記ステップＳ１０９に示す逆回転制御処理がなされる。これにより、図１３（Ｂ）に例示するように、温度差ΔＴが２０℃以上では、ラジエータ１１の冷却が抑制されることで、エンジン温度Ｔｐの増加度合いが比較的大きくなり、温度差ΔＴが小さくなるほど、ラジエータ１１の冷却が促進されて、エンジン温度Ｔｐの増加度合いが徐々に小さくなる。

このように、本実施形態では、上記モータ駆動制御処理により、上記風速が０に近づくようにファン１３を逆回転させてファン用モータ１４を駆動制御している状態で、エンジン温度Ｔｐと目標温度Ｔｔ（エンジン２の許容温度）との差が小さくなるほどファン１３の逆回転数が小さくなるようにファン用モータ１４が駆動制御される。これにより、エンジン温度Ｔｐが上記許容温度以上となる状態を抑制することができる。なお、上述した減率αは一例であり、使用環境等に応じて温度差ΔＴと減率αとの関係を任意に設定することができる。

なお、上述した逆回転数補正処理は、他の実施形態におけるモータ駆動制御処理中にて実施してもよい。これにより、他の実施形態におけるモータ駆動制御処理における作用効果をも奏することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関冷却装置について、図１５を参照して説明する。図１５は、第４実施形態に係る内燃機関冷却装置１０ｂを概略的に示す概略構成図である。
本実施形態に係る内燃機関冷却装置１０ｂでは、ファン１３がフロントグリル４とラジエータ１１との間に配置される点が、上記第１実施形態に係る内燃機関冷却装置と異なる。したがって、第１実施形態の内燃機関冷却装置と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

図１５に示すように、内燃機関冷却装置１０ｂでは、ファン１３がフロントグリル４とラジエータ１１との間に配置されている。このようにしても、上記モータ駆動制御処理を実施することにより、算出される逆回転数Ｎｘに基づいてファン１３を逆回転させるようにファン用モータ１４を駆動制御することで、エンジン２の暖機を早めることができる。

特に、ファン１３は、フロントグリル４とラジエータ１１との間に配置されるため、フロントグリル４を介した外気をラジエータ１１に向けて送風しやすくなるだけでなく、ファン１３の回転状態がラジエータ１１の周囲の風速から影響を及ぼされやすくなるので、逆回転数Ｎｘを、精度良く検出することができる。

なお、上述したファン１３の配置構成は、他の実施形態にて実施してもよい。これにより、他の実施形態におけるモータ駆動制御処理における作用効果をも奏することができる。

なお、本発明は上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）上記各実施形態におけるモータ駆動制御処理では、回転数センサ１４ａにより検出される回転数Ｎに基づいて逆回転数Ｎｘを算出することに限らず、ファン１３の回転状態に応じてファン用モータ１４の逆起電力が変化することを利用してこの逆起電力に応じて、逆回転数Ｎｘを算出してもよい。また、逆回転数Ｎｘを算出することなく、上記逆起電力に応じて直接上記逆回転制御処理を実施してもよい。

（２）上記各実施形態におけるモータ駆動制御処理では、回転数センサ１４ａにより検出される回転数Ｎに基づいて、逆回転数Ｎｘを算出することなくラジエータ１１の周囲の風速を求めてもよい。ファン１３の回転状態は、ラジエータ１１の周囲の風速に影響を及ぼされるからである。この場合、上記逆回転制御中に、上述のように求めた風速が０に近づくようにファン１３を逆回転させてファン用モータ１４を駆動制御することができる。

２…エンジン（内燃機関） ４…フロントグリル（導入口）
１０，１０ａ，１０ｂ…内燃機関冷却装置
１１…ラジエータ（放熱器）
１３…ファン
１４…ファン用モータ １４ａ…回転数センサ（回転数検出手段）
１５…温度センサ（温度検出手段）
１６…コントローラ（制御手段，物理量検出手段）
１７…車速センサ（車速検出手段）
Ｎ…回転数 Ｎｘ…逆回転数（物理量）
Ｔｐ…エンジン温度（内燃機関の温度） Ｔｔ…目標温度 Ｗ…冷却液（冷媒）

Claims (3)

1. 内燃機関（２）を冷却する冷媒（Ｗ）の循環経路に設けられる放熱器（１１）と、
   導入口（４）から導入される外気を利用して前記放熱器を冷却するファン（１３）と、
   前記ファンを回転させるファン用モータ（１４）と、
   前記ファン用モータを駆動制御する制御手段（１６）と、
   を備える内燃機関冷却装置（１０，１０ａ，１０ｂ）であって、
   前記ファンの回転状態に応じて前記放熱器の周囲の風速に相当する物理量（Ｎｘ）を検出する物理量検出手段（１６）と、
   前記内燃機関の温度（Ｔｐ）を検出する温度検出手段（１５）とを備え、
   前記ファンは、正回転することで前記導入口を介して導入される前記外気を前記放熱器に向けて送風し、逆回転することで前記放熱器を介して前記導入口に向けて送風するように構成され、
   前記制御手段は、前記内燃機関の駆動時であって前記温度検出手段により検出される温度が当該内燃機関の暖機を必要とする温度（Ｔｔ）以下である場合に、前記物理量検出手段により検出される前記物理量に基づいて前記風速が０に近づくように前記ファンを逆回転させて前記ファン用モータを駆動制御し、
   前記ファンは、前記導入口に対して前記放熱器を介して対向する位置に配置され、
   前記物理量検出手段は、
   前記ファンの回転数（Ｎ）を検出する回転数検出手段（１４ａ）を備え、
   前記ファン用モータが通電状態である場合には、当該ファン用モータを一定時間非通電状態にしたときに前記回転数検出手段により検出される前記ファンの回転数の変化に応じて前記物理量を検出することを特徴とする内燃機関冷却装置。
2. 搭載される車両の車速（ｖｃ）を検出する車速検出手段（１７）を備え、
   前記物理量検出手段は、前記風速が０に近づくように前記制御手段により前記ファンが逆回転制御される状態であって、前記導入口を介する前記外気の導入風速を変化させるほどの車速の変化（Δｖ）が前記車速検出手段により検出される場合には、直ちに前記ファン用モータを一定時間非通電状態にして前記回転数検出手段により検出される前記ファンの回転数の変化に応じて前記物理量を検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関冷却装置。
3. 前記制御手段は、前記風速が０に近づくように前記ファンを逆回転させて前記ファン用モータを駆動制御している状態で、前記温度検出手段により検出される温度と前記内燃機関の許容温度との差（ΔＴ）が小さくなるほど前記ファンの逆回転数が小さくなるように前記ファン用モータを駆動制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関冷却装置。

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