JP6222161B2 - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関する。

内燃機関には、シリンダヘッドやシリンダブロックを適温に保つための水冷の冷却装置が設けられている。冷却装置は、シリンダヘッドやシリンダブロックの内部に形成された冷却水流路とラジエータとの間で冷却水を循環させる冷却水循環システムを備えている。

特許文献１には、このような冷却水循環システムを備えた冷却装置において、耐ノッキング性能を低下させることなくフリクションロスを低減するための技術が開示されている。この技術では、より詳しくは、吸気温度が比較的低いときは目標冷却水水温が比較的高温度に設定され、吸気温度が比較的高いときは目標冷却水水温が比較的低温度に設定される。これにより、吸気温度が比較的低いときのフリクションロスを低減するとともに、吸気温度が比較的高いときの耐ノッキング性能の低下を抑制することとしている。

特開２００６−１１２３４４号公報

ところで、内燃機関の冷却装置には、温度の異なる２系統の冷却水循環システムを備えたものも存在する。このような冷却装置では、冷却水の水温を２系統の冷却水循環システムの間で別々に調整することができ、低温系冷却水循環システムを循環する冷却水の水温が例えば４０℃程度の低温に設定されるものもある。このような冷却装置では、環境条件によっては外気温度が低温の冷却水の目標水温よりも高くなるおそれがある。この場合に外気温度が低温冷却水の目標水温よりも低いことを前提とした制御が行われると、低温冷却水の水温を高温側から目標水温まで近づけることができないにもかかわらずラジエータに低温冷却水が導入されてしまい、不要な受熱による意図せぬ水温の上昇やウォータポンプの無駄な駆動等が生じてしまうおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、温度の異なる２系統の冷却水循環システムを備えた内燃機関において、低温系冷却水循環システムのラジエータからの不要な受熱による水温の上昇や電力の消費を抑制することのできる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、冷却水の温度が異なる２系統の冷却水循環システムのうちの１つであって、内燃機関に形成された低温冷却水流路を含み、循環回路を介して前記低温冷却水流路に低温冷却水を循環させる低温系冷却水循環システムと、前記２系統の冷却水循環システムの内の１つであって、前記内燃機関に形成された高温冷却水流路を含み、前記高温冷却水流路に高温冷却水を循環させる高温系冷却水循環システムと、前記低温系冷却水循環システムの運転を制御する制御装置と、を備える内燃機関の冷却装置において、
前記低温系冷却水循環システムは、
外気温度を検出する外気温度センサと、
前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水と外気との間で熱交換を行うラジエータと、
前記ラジエータへの低温冷却水の導入量を調整する調整装置と、を含んで構成され、
前記制御装置は、
低温冷却水の水温が目標水温に近づくように前記調整装置を調整し、
前記外気温度が前記目標水温よりも高い場合に、前記目標水温を前記外気温度以上の値に補正するように構成されていることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記制御装置は、前記外気温度が前記目標水温よりも高い場合に、前記目標水温と前記外気温度との差分値を前記目標水温に加算する補正を行うように構成されていることを特徴としている。

第３の発明は、第1又は第２の発明において、
前記調整装置は、
前記循環回路から前記ラジエータをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路へ流れる冷却水の流量と前記ラジエータへ流れる低温冷却水の流量との割合を調整する流量調整装置と、を含んで構成され、
前記制御装置は、低温冷却水の水温が前記目標水温以下の場合に、低温冷却水の水温が前記目標水温よりも高い場合に比して前記ラジエータへ流れる低温冷却水の流量との割合を減少させるように前記流量調整装置を調整するように構成されていることを特徴としている。

第４の発明は、第３の発明において、
前記調整装置は、前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水を循環させる電動ウォータポンプをさらに含んで構成され、
前記制御装置は、前記外気温度が前記目標水温よりも大きい場合に、前記電動ウォータポンプの駆動を制限するように構成されていることを特徴としている。

第５の発明は、第１又は第２の発明において、
前記調整装置は、前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水を循環させる電動ウォータポンプを含んで構成され、
前記制御装置は、低温冷却水の水温が前記目標水温以下の場合に、低温冷却水の水温が前記目標水温よりも高い場合に比して前記電動ウォータポンプの送水量を減少させるように構成されていることを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記低温冷却水流路は、前記内燃機関のシリンダヘッドに形成された吸気ポートの周囲に形成された流路であることを特徴としている。

第７の発明は、上記の目的を達成するため、冷却水の温度が異なる２系統の冷却水循環システムのうちの１つであって、内燃機関に形成された低温冷却水流路を含み、循環回路を介して前記低温冷却水流路に低温冷却水を循環させる低温系冷却水循環システムと、前記２系統の冷却水循環システムの内の１つであって、前記内燃機関に形成された高温冷却水流路を含み、前記高温冷却水流路に高温冷却水を循環させる高温系冷却水循環システムと、前記低温系冷却水循環システムの運転を制御する制御装置と、を備える内燃機関の冷却装置において、
前記低温系冷却水循環システムは、
外気温度を検出する外気温度センサと、
前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水と外気との間で熱交換を行うラジエータと、
前記ラジエータへの低温冷却水の導入量を調整する調整装置と、を含んで構成され、
前記調整装置は、
前記循環回路から前記ラジエータをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路へ流れる冷却水の流量と前記ラジエータへ流れる低温冷却水の流量との割合を調整する流量調整装置と、を含んで構成され、
前記制御装置は、前記低温冷却水の水温が前記外気温度以下の場合に、前記流量調整装置を調整して前記ラジエータへ流れる低温冷却水の流量の割合を減らすように構成されていることを特徴としている。

第８の発明は、第７の発明において、
前記調整装置は、
前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水を循環させる電動ウォータポンプを含んで構成され、
前記制御装置は、前記低温冷却水の水温が前記外気温度以下の場合に、前記電動ウォータポンプによる送水量を減量するように構成されていることを特徴としている。

第９の発明は、第１乃至第８の何れか１つの発明において、
前記低温冷却水流路は、前記内燃機関のシリンダヘッドに形成された吸気ポートの周囲に形成された流路であることを特徴としている。

第１の発明によれば、外気温度が目標水温よりも高い場合に、目標水温が外気温度以上の値に補正される。外気温度が低温冷却水の目標水温よりも高い場合には、低温冷却水の水温を高温側から目標水温まで低下させることができない。このため、本発明によれば、外気温度が目標水温より大きい場合に、低温冷却水の水温を目標水温まで近づけることができないにもかかわらずラジエータに低温冷却水が導入されてしまうことを抑制することができるので、不要な受熱による意図せぬ水温の上昇や調整装置による無駄な電力消費を有効に抑制することができる。

第２の発明によれば、外気温度が目標水温よりも大きい場合に、目標水温が外気温度の値に補正されるので、補正量を最小限に留めて低温冷却水の温度上昇を抑制することができる。

第３の発明によれば、低温冷却水の水温が外気温度よりも低い場合にラジエータへ流れる低温冷却水の流量の割合が減少されるので、ラジエータからの不要な受熱を抑制することができる。

第４の発明によれば、低温冷却水の水温が外気温度よりも低い場合に、電動ウォータポンプの駆動が制限される。低温冷却水の水温を目標水温まで冷却することができない状況では、電動ウォータポンプが駆動されても低温冷却水の水温の冷却には寄与しない。このため、本発明によれば、電動ウォータポンプが無駄に駆動されることを抑制して燃費の悪化を抑制することができる。

第５の発明によれば、低温冷却水の水温が外気温度よりも低い場合に電動ウォータポンプによる送水量が減少されるので、ラジエータからの不要な受熱を抑制することができるとともに燃費の悪化を抑制することができる。

第６の発明によれば、吸気ポートの周囲に形成された低温冷却水流路を流れる低温冷却水がラジエータから受熱することを抑制することができるので、耐ノッキング性能又は耐プレイグニッション性能が低下することを抑制することができる。

第７の発明によれば、低温冷却水の水温をラジエータによって冷却することができない場合に、流量調整装置を調整してラジエータへ流れる低温冷却水の流量の割合が減らされる。このため、本発明によれば、ラジエータからの不要な受熱を抑制することができる。

第８の発明によれば、低温冷却水の水温をラジエータによって冷却することができない場合に電動ウォータポンプによる送水量が減量される。このため、本発明によれば、ラジエータからの不要な受熱を抑制することができるとともに、電動ウォータポンプの無駄な駆動を抑制して燃費悪化を防止することができる。

第９の発明によれば、吸気ポートの周囲に形成された低温冷却水流路を流れる低温冷却水がラジエータから受熱することを抑制することができるので、耐ノッキング性能又は耐プレイグニッション性能が低下することを抑制することができる。

実施の形態の冷却装置の構成を示す図である。 実施の形態１で実行されるＬＴ流量制御の制御フローを示すフローチャートである。 制御装置メモリに記憶されたＬＴ目標水温のマップを示す図である。 実施の形態１の冷却装置において、外気温度が目標ＬＴ水温を超えた場合の各種状態量の変化の一例を示すタイムチャートである。 実施の形態１で実行される補正制御の制御フローを示すフローチャートである。 外気温度に対する補正量の変化を示す図である。 外気温度に対する補正量の変化の変形例を示す図である。 実施の形態２で実行されるＬＴ流量制御の制御フローを示すフローチャートである。 制御装置メモリに記憶された電動ウォータポンプの駆動デューティのマップを示す図である。 実施の形態の冷却装置の構成の変形例を示す図である。 実施の形態１で実行される制御装置よるバイパス制御の制御フローを示すフローチャートである。 外気温度とＬＴ水温との温度差に対する三方弁の開度の関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。

［実施の形態１の構成］
本実施の形態の内燃機関は冷却水によって冷却される水冷式エンジン（以下、単にエンジンという）である。エンジンを冷却するための冷却水は、エンジンとラジエータとの間を冷却水循環システムによって循環させられる。冷却水の供給は、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドの両方に対して行われる。

図１は、本実施の形態の冷却装置の構成を示す図である。本実施の形態の冷却装置は、エンジン２に冷却水を供給する冷却水循環システム１０，３０を２系統備える。冷却水の供給は、エンジン２のシリンダブロック６とシリンダヘッド４の両方に対して行われる。２系統の冷却水循環システム１０，３０はともに独立した閉ループであり、循環する冷却水の温度を異ならせることができる。以下、相対的に低温の冷却水（以下、ＬＴ冷却水）が循環する冷却水循環システム１０をＬＴ冷却水循環システムと称し、相対的に高温の冷却水（以下、ＨＴ冷却水）が循環する冷却水循環システム３０をＨＴ冷却水循環システムと称する。なお、ＬＴはLow Temperatureの略であり、ＨＴはHigh Temperatureの略である。

ＬＴ冷却水循環システム１０は、シリンダヘッド４の内部に形成されたヘッド内ＬＴ冷却水流路１２と、シリンダブロック６の内部に形成されたブロック内ＬＴ冷却水流路１４とを含む。ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２は吸気ポート近傍に設けられ、ブロック内ＬＴ冷却水流路１４はシリンダ上部の特に吸気流があたりやすい部分を囲むように設けられている。吸気ポートや吸気バルブの温度、そして、シリンダ上部の壁面温度はノッキングやプレイグニッションに対する感度が高い。よって、これらをヘッド内ＬＴ冷却水流路１２やブロック内ＬＴ冷却水流路１４によって重点的に冷却することにより、高負荷域でのノッキングやプレイグニッションの発生を効果的に抑えることができる。なお、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２とブロック内ＬＴ冷却水流路１４とは、シリンダヘッド４とシリンダブロック６との合わせ面に形成された開口を介して接続されている。

シリンダヘッド４にはヘッド内ＬＴ冷却水流路１２に連通する冷却水入口と冷却水出口が形成されている。シリンダヘッド４の冷却水入口は冷却水導入管１６によってＬＴラジエータ２０の冷却水出口に接続され、シリンダヘッド４の冷却水出口は冷却水排出管１８によってＬＴラジエータ２０の冷却水入口に接続されている。冷却水導入管１６と冷却水排出管１８とは、ＬＴラジエータ２０をバイパスするバイパス管２２によって接続されている。バイパス管２２が冷却水排出管１８から分岐する分岐部には、三方弁２４が設けられている。冷却水導入管１６におけるバイパス管２２の合流部の下流には、冷却水を循環させるための電動ウォータポンプ２６が設けられている。電動ウォータポンプ２６の送水量は、モータの出力を調整することによって任意に変更することができる。冷却水排出管１８における三方弁２４の上流には、エンジン２内を通過した冷却水の温度（以下、ＬＴ水温”ethwL”）を計測するための温度センサ２８が取り付けられている。

ＨＴ冷却水循環システム３０は、シリンダブロック６の内部に形成されたブロック内ＨＴ冷却水流路３４を含む。前述のブロック内ＬＴ冷却水流路１４が局所的に設けられたものであるのに対し、ブロック内ＨＴ冷却水流路３４はシリンダの周囲を囲むウォータジャケットの主要部を構成している。

シリンダブロック６にはブロック内ＨＴ冷却水流路３４に連通する冷却水入口と冷却水出口が形成されている。シリンダブロック６の冷却水入口は冷却水導入管３６によってＨＴラジエータ４０の冷却水出口に接続され、シリンダヘッド４の冷却水出口は冷却水排出管３８によってＨＴラジエータ４０の冷却水入口に接続されている。冷却水導入管３６と冷却水排出管３８とは、ＨＴラジエータ４０をバイパスするバイパス管４２によって接続されている。バイパス管４２が冷却水導入管３６に合流する合流部には、サーモスタット４４が設けられている。冷却水導入管３６におけるサーモスタット４４の下流には、冷却水を循環させるための機械式のウォータポンプ４６が設けられている。ウォータポンプ４６はエンジン２のクランクシャフトにベルトを介して連結されている。冷却水排出管３８におけるバイパス管４２の分岐部の上流には、エンジン２内を通過した冷却水の温度（以下、ＨＴ水温“ethwH”）を計測するための温度センサ４８が取り付けられている。

上述のように、ＨＴ冷却水循環システム３０では、ウォータポンプ４６はエンジン２により駆動されるため、冷却水はエンジン２の運転中は常に循環する。ＨＴ冷却水循環システム３０を循環する冷却水の水温は、サーモスタット４４によって自動的に調整される。一方、ＬＴ冷却水循環システム１０では、電動ウォータポンプ２６が用いられるため、エンジン２の運転に関係なく冷却水を循環させたり停止させたりすることができる。また、ＬＴ冷却水循環システム１０では、電動ウォータポンプ２６に与える駆動デューティによって循環する冷却水の流量を制御することができる。また、ＬＴ冷却水循環システム１０を循環する冷却水の水温は、三方弁２４或いは電動ウォータポンプ２６の操作によって能動的に調整することができる。

ＬＴ冷却水循環システム１０の三方弁２４と電動ウォータポンプ２６の操作は、制御装置１００により行われる。制御装置１００は、冷却装置の制御装置であると同時にエンジン２の運転を制御する制御装置でもある。制御装置１００は少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを含むＥＣＵ（Electronic Control Unit）を主体として構成されている。入出力インターフェースは、エンジン２もしくはこれを搭載する車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、エンジン２が備える各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。制御装置１００が信号を取り込むセンサには、上述した温度センサ２８，４８に加え、外気温度を計測するための温度センサ５０等の各種センサが含まれる。制御装置１００が操作信号を出すアクチュエータには、上述した三方弁２４，サーモスタット４４、電動ウォータポンプ２６に加え、エンジン２の運転を制御するための各種アクチュエータが含まれる。メモリには、エンジン２を制御するための各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。制御装置１００は、電動ウォータポンプ２６を操作してＬＴ冷却水の流量（以下、ＬＴ流量という）を調整する調整装置として機能する。また、制御装置１００は、三方弁２４を操作してＬＴラジエータ２０をバイパスする冷却水の割合を制御することによって、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２やブロック内ＬＴ冷却水流路１４を流れる冷却水の水温及び流量を調整する調整装置として機能する。

［実施の形態１の動作］
先ず、実施の形態１の冷却装置の基本制御であるＬＴ流量制御について説明する。制御装置１００は、シリンダヘッド４とシリンダブロック６のそれぞれの要部を適温に冷却するためにＬＴ流量を制御する。図２は、制御装置１００によるＬＴ流量制御の制御フローを示すフローチャートである。制御装置１００は、このようなフローで表されるルーチンをＥＣＵのクロック数に対応する所定の制御周期で繰り返し実行する。

制御装置１００は、先ず、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２やブロック内ＬＴ冷却水流路１４を流れる冷却水の目標温度（以下、目標ＬＴ水温“ethwL_ref”という）を算出する（ステップＳ２）。制御装置１００は、ノッキングやプレイグニッションを抑制するために有効な冷却水温度を目標ＬＴ水温として決定する。図３は、制御装置１００のメモリに記憶された目標ＬＴ水温のマップを示す図である。この図に示すマップのように、目標ＬＴ水温はエンジン回転速度及びエンジン負荷で特定されるエンジン２の運転状態に関連付けられている。このマップに示す例では、ノッキングやプレイグニッションが発生し易い低回転速度高負荷の領域が、低水温制御領域として目標ＬＴ水温４０℃に関連付けられ、それ以外の領域が高水温制御領域として目標ＬＴ水温９０℃に関連付けられている。

次に、制御装置１００は、温度センサ２８によって計測されたＬＴ水温“ethwL”を読み込む（ステップＳ４）。次に、制御装置は、電動ウォータポンプ２６の駆動デューティを決定する（ステップＳ６）。ここでは、先ず、ステップＳ２で決定された目標ＬＴ水温からＬＴ流量の要求値である要求ＬＴ流量を決定する。制御装置１００のメモリに記憶されたマップにおいて、ＬＴ要求流量はエンジン回転速度及びエンジン負荷で特定されるエンジン２の運転状態に関連付けられている。そして、制御装置１００は、決定された要求ＬＴ流量から電動ウォータポンプ２６の駆動デューティを決定する。

次に、制御装置１００は、三方弁２４の開度を決定する（ステップＳ８）。ここでは、制御装置１００は、ステップＳ４で読み込まれたＬＴ水温“ethwL”がステップＳ２で決定された目標ＬＴ水温“ethwL_ref”を超えている場合に、冷却水の全量がＬＴラジエータ２０に流れるように三方弁２４の開度を決定する。また、制御装置１００は、ＬＴ水温“ethwL”が目標ＬＴ水温“ethwL_ref”以下である場合に、冷却水の全量がＬＴラジエータ２０をバイパスするように三方弁２４の開度を決定する。

最後に、制御装置１００は、ステップＳ８で決定された開度によって三方弁２４を操作するとともに、ステップＳ６で決定された駆動デューティによって電動ウォータポンプ２６を操作し、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２及びブロック内ＬＴ冷却水流路１４への通水を実施する（ステップＳ１０）。これにより、ＬＴ流量が変化し、シリンダヘッド４とシリンダブロック６のそれぞれの要部は適温に冷却される。

このように、上述したＬＴ流量制御によれば、ＬＴ冷却水の水温を目標ＬＴ水温に近づけることができる。なお、上述したＬＴ流量制御では、ＬＴ水温“ethwL”が目標ＬＴ水温“ethwL_ref”を超えているか否かによってＬＴ冷却水の流通先が完全に切り替わるように三方弁２４の開度を決定した。しかしながら、三方弁２４の開度の決定方法はこれに限られず、ＬＴ水温“ethwL”が目標ＬＴ水温“ethwL_ref”以下である場合に、開度ＬＴ水温“ethwL”が目標ＬＴ水温“ethwL_ref”を超えている場合に比してＬＴラジエータ２０へ流れるＬＴ冷却水の流量が減少するように三方弁２４の開度を決定すればよい。

次に、実施の形態１の冷却装置の特徴的な制御である目標ＬＴ水温の補正制御について説明する。上述したとおり、制御装置１００は、ノッキングやプレイグニッションを抑制するために、目標ＬＴ水温を比較的低温の値（例えば４０℃）に設定することがある。また、高温環境下（例えば５０℃）においては、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高くなることがある。このような条件でのＬＴ流量制御では、温度センサ２８によって計測されるＬＴ水温が外気温度よりも低い場合に、ＬＴ冷却水を冷却することができない状況となるが、この場合においてもＬＴラジエータにＬＴ冷却水が導入されてしまう。その結果、ＬＴ冷却水はＬＴラジエータ２０からの受熱を積極的に受けてしまい、ＬＴ水温と目標ＬＴ水温との温度差がさらに大きくなってしまう。

そこで、本実施の形態の冷却装置では、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高い場合に、目標ＬＴ水温を外気温度以上の値に補正することとしている。図４は、実施の形態１の冷却装置において、外気温度が目標ＬＴ水温を超えた場合の各種状態量の変化の一例を示すタイムチャートである。この図に示す例では、エンジン２の運転状態が低水温制御領域に属する場合において、外気温度が目標ＬＴ水温（例えば４０℃）を超えた場合に、外気温の上昇に伴い目標ＬＴ水温が高温側の値に補正されている。このような補正制御によれば、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高い場合に、ＬＴ水温が補正後の目標ＬＴ水温以下の値となる。これにより、ＬＴ冷却水の全量がＬＴラジエータ２０をバイパスするので、ＬＴ冷却水の温度上昇を有効に抑制することができる。

なお、ＬＴ水温を目標ＬＴ水温まで冷却することができないにもかかわらず電動ウォータポンプ２６が駆動される状況が継続されると、無駄な電力消費による燃費の悪化が問題となる。そこで、図４に示すように、目標ＬＴ水温が補正されている期間は、電動ウォータポンプ２６の駆動デューティを能動的に低下させることが好ましい。これにより、燃費の悪化を抑制することが可能となる。

［実施の形態１の具体的処理］
次に、本実施の形態の冷却装置において実行される補正制御の具体的処理について説明する。制御装置１００は、外気温度に基づいて目標ＬＴ水温の補正量を制御する。図５は、制御装置１００による補正制御の制御フローを示すフローチャートである。制御装置１００は、このようなフローで表されるルーチンをＥＣＵのクロック数に対応する所定の制御周期で繰り返し実行する。

制御装置１００は、先ず、上記ステップＳ２の処理において決定された目標ＬＴ水温“ethwL_ref”を読み込む（ステップＳ１０）。次に、制御装置１００は、温度センサ５０によって計測された外気温度“ethao”を読み込む（ステップＳ１２）。

次に、制御装置１００は、ステップＳ１２の処理において読み込まれた外気温度“ethao”が所定温度“ethao_ref”よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。所定温度“ethao_ref”は目標ＬＴ水温の補正を行うか否かを判定するための外気温度の閾値であり、例えば目標ＬＴ水温と同値（ethao_ref＝４０℃）に設定されている。

上記ステップＳ１４の処理の結果、ethao＞ethao_refの成立が認められない場合には、目標ＬＴ水温の補正を行う必要がないと判断されて、制御装置１００は本ルーチンを速やかに終了する。一方、上記ステップＳ１４の処理の結果、ethao＞ethao_refの成立が認められた場合には、目標ＬＴ水温の補正を行う必要があると判断されて、次のステップに移行する。

次のステップにおいて、制御装置１００は、ステップＳ１２の処理において読み込まれた外気温度“ethao”とステップＳ１０の処理において読み込まれた目標ＬＴ水温“ethwL_ref”との温度差“ethao - ethwL_ref”が所定値“Δet_ref”よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１６）。所定値“Δet_ref”は目標ＬＴ水温の補正を行うか否かを判定するための温度差“ethao - ethwL_ref”の閾値であり、例えばΔet_ref＝０に設定されている。

上記ステップＳ１６の処理の結果、（ethao - ethwL_ref）＞Δet_refの成立が認められない場合には、外気温度が目標ＬＴ水温以下であるため目標ＬＴ水温の補正を行う必要がないと判断されて、制御装置１００は本ルーチンを速やかに終了する。一方、上記ステップＳ１４の処理の結果、（ethao - ethwL_ref）＞Δet_refの成立が認められた場合には、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高いため目標ＬＴ水温の補正を行う必要があると判断されて、次のステップに移行する。次のステップでは、制御装置１００は次式（１）を用いて補正量“ΔethwL_thao”を算出する（ステップＳ１８）。
ΔethwL_thao＝ethao−ethwL_ref ・・・（１）

上式（１）に示すように、補正量“ΔethwL_thao”は、外気温度と目標ＬＴ水温を用いた関数で表される。図６は、外気温度に対する補正量の変化を示す図である。この図に示す外気温度に対する補正量の関係は、上式（１）の関係を示すものであり、外気温度“ethao”が所定温度“ethao_ref”に一致しているとき、すなわち外気温度“ethao”が目標ＬＴ水温“ethwL_ref”に一致しているときに補正量“ΔethwL_thao”が０となる。また、外気温度“ethao”が所定温度“ethao_ref”（＝目標ＬＴ水温ethwL_ref）よりも大きくなると、それに比例して補正量“ΔethwL_thao”が大きくなる。

次に、制御装置１００は、目標ＬＴ水温を補正する（ステップＳ２０）。ここでは、上記ステップＳ１０において読み込まれた目標ＬＴ水温“ethwL_ref”に上記ステップＳ１８にて算出された補正量“ΔethwL_thao”を加算した値が補正後の目標ＬＴ水温として算出される。このような処理によれば、補正後の目標ＬＴ水温は外気温度と等しくなる。算出された補正後の目標ＬＴ水温は、ＬＴ流量制御に使用される。これにより、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高い場合に、ＬＴラジエータへのＬＴ冷却水の導入が制限されるので、ＬＴ水温の上昇を抑制することが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１の冷却装置では、外気温度が目標ＬＴ水温よりも大きい場合に、目標ＬＴ水温を外気温度と等しくなるように補正することとした。しかしながら、目標ＬＴ温度の補正はこれに限られず、ノッキングやプレイグニッションの抑制の観点から許容される範囲内において、目標ＬＴ水温が外気温度以上の値となる補正としてもよい。図７は、外気温度に対する補正量の変化の変形例を示す図である。この図に示す外気温度に対する補正量の関係は、外気温度が大きくなるにつれて補正量が２次関数的に上昇している。このような補正によれば、外気温度が高いほど目標ＬＴ水温が当該外気温度よりも大きな値に補正されるので、電動ウォータポンプ２６の駆動をさらに抑制することができる。なお、このことは、後述する実施の形態２の冷却装置についても当てはまる。

また、上述した実施の形態１の冷却装置では、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高い期間は、電動ウォータポンプ２６の駆動デューティを能動的に低下させて駆動を制限することとしたが、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２やブロック内ＬＴ冷却水流路１４内の熱の持ち去り要求の観点から許容され得る範囲内において、電動ウォータポンプ２６の駆動を停止してもよい。

なお、上述した実施の形態１の冷却装置では、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２又はブロック内ＬＴ冷却水流路１４が第１の発明の「低温冷却水流路」に相当し、冷却水導入管１６又は冷却水排出管１８が第１の発明の「循環回路」に相当し、ＬＴ冷却水循環システム１０が第１の発明の「低温系冷却水循環システム」に相当し、ブロック内ＨＴ冷却水流路３４が第１の発明の「高温冷却水流路」に相当し、ＨＴ冷却水循環システム３０が第１の発明の「高温系冷却水循環システム」に相当し、ＬＴラジエータ２０が第１の発明の「ラジエータ」に相当し、温度センサ５０が第１の発明の「外気温度センサ」に相当し、バイパス管２２及び三方弁２４が第１の発明の「調整装置」に相当し、制御装置１００が第１の発明の「制御装置」に相当し、目標ＬＴ水温が第１の発明の「目標水温」に相当している。

また、上述した実施の形態１の冷却装置では、バイパス管２２が第３の発明の「バイパス通路」に相当し、三方弁２４が第３の発明の「流量調整装置」に相当している。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図面を参照して説明する。

［実施の形態２の特徴］
実施の形態１の冷却装置は、ＬＴ流量制御において、エンジン２のエンジン回転速度とエンジン負荷に基づいて目標ＬＴ水温を決定し、三方弁２４の開度を決定することとした。これに対して、実施の形態２の冷却装置は、ＬＴ水温と目標ＬＴ水温に基づいて電動ウォータポンプ２６の駆動デューティによりＬＴ流量を決定する点が実施の形態１の冷却装置と異なる。以下、フローチャートに沿って、実施の形態２の冷却装置のＬＴ流量制御について詳細に説明する。

図８は、制御装置１００によるＬＴ流量制御の制御フローを示すフローチャートである。制御装置１００は、このようなフローで表されるルーチンをＥＣＵのクロック数に対応する所定の制御周期で繰り返し実行する。

制御装置１００は、先ず、目標ＬＴ水温“ethwL_ref”を決定する（ステップＳ２２）。ここでは、具体的には、上記ステップＳ２と同様の処理が実行される。次に、制御装置１００は、温度センサ２８によって計測されたＬＴ水温“ethwL”を読み込む（ステップＳ２４）。ここでは、具体的には、上記ステップＳ４と同様の処理が実行される。

そして、制御装置１００は、ステップＳ２２で決定された目標ＬＴ水温“ethwL_ref”とステップＳ２４で読み込まれたＬＴ水温“ethwL”から電動ウォータポンプ２６の駆動デューティを決定する（ステップＳ２６）。図９は、制御装置１００のメモリに記憶された電動ウォータポンプ２６の駆動デューティのマップを示す図である。この図に示すマップのように、電動ウォータポンプ２６の駆動デューティは、ＬＴ水温“ethwL”と目標ＬＴ水温“ethwL_ref”との水温差“ethwL−ethwL_ref”に関連付けられている。このマップに示す例では、水温差“ethwL−ethwL_ref”が０より大きくなるにつれて駆動デューティが増大するように関連付けられている。また、水温差“ethwL−ethwL_ref”が０以下となる場合には、ＬＴ流量が必要最小限の流量となる駆動デューティの値が関連付けられている。なお、必要最小限のＬＴ流量は、温度センサ２８による温度計測が可能であり、また、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２やブロック内ＬＴ冷却水流路１４内において冷却水が沸騰しない等の条件に基づいて決定された値が用いられる。例えば、これらの条件を考慮した上でＬＴ冷却水の循環を停止可能な場合には、図９中に鎖線で示すように、水温差“ethwL−ethwL_ref”が０以下となる場合の駆動デューティを０％に決定することもできる。

最後に、制御装置１００は、ステップＳ２６で決定された駆動デューティによって電動ウォータポンプ２６を操作し、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２及びブロック内ＬＴ冷却水流路１４への通水を実施する（ステップＳ２８）。これにより、ＬＴ流量が変化し、シリンダヘッド４とシリンダブロック６のそれぞれの要部は適温に冷却される。

ここで、図５に示す補正制御が行われると、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高い場合に、目標ＬＴ水温が外気温度以上の値に補正される。このような補正制御によれば、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高い場合に、ＬＴ水温と補正後の目標ＬＴ水温との温度差が０以下となる。これにより、電動ウォータポンプの無駄な駆動が抑制されるので、燃費の悪化が抑制される。

ところで、上述した実施の形態２の冷却装置では、ＬＴ冷却水循環システム１０はバイパス管２２を備える構成としたが、このバイパス管２２の構成は必須ではない。例えば、図１０に示すように、図１のバイパス管２２と三方弁２４に相当する構成を備えない構成を採ることもできる。

また、上述した実施の形態２の冷却装置では、ＬＴ水温と目標ＬＴ水温との水温差に応じて電動ウォータポンプ２６の駆動デューティを決定することとした。しかしながら、駆動デューティを決定する制御はこれに限らず、ＬＴ水温が目標ＬＴ水温に近づくように駆動デューティを決定するのであれば他の方法でもよい。例えば、ルーチン毎にＬＴ水温＞目標ＬＴ水温の成立を判定し、ＬＴ水温＞目標ＬＴ水温が成立した場合に駆動デューティを１ステップ大きくし、ＬＴ水温＞目標ＬＴ水温が成立しない場合に駆動デューティを１ステップ小さくすることとしてもよい。

なお、上述した実施の形態２の冷却装置では、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２又はブロック内ＬＴ冷却水流路１４が第１の発明の「低温冷却水流路」に相当し、冷却水導入管１６又は冷却水排出管１８が第１の発明の「循環回路」に相当し、ＬＴ冷却水循環システム１０が第１の発明の「低温系冷却水循環システム」に相当し、ブロック内ＨＴ冷却水流路３４が第１の発明の「高温冷却水流路」に相当し、ＨＴ冷却水循環システム３０が第１の発明の「高温系冷却水循環システム」に相当し、ＬＴラジエータ２０が第１の発明の「ラジエータ」に相当し、温度センサ５０が第１の発明の「外気温度センサ」に相当し、電動ウォータポンプ２６が第１の発明の「調整装置」に相当し、制御装置１００が第１の発明の「制御装置」に相当し、目標ＬＴ水温が第１の発明の「目標水温」に相当している。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３について図面を参照して説明する。

［実施の形態３の特徴］
実施の形態３の冷却装置は、上述した図１に示すハードウェア構成を用いて、制御装置１００が後述する図１１に示すルーチンを実行することにより実現することができる。ＬＴ水温が外気温度以下の場合には、ＬＴラジエータ２０による熱交換によってＬＴ冷却水が加熱されてしまう。そこで、上述した実施の形態１の冷却装置は、外気温度が目標ＬＴ水温よりも高い場合に、目標ＬＴ水温を外気温度と同値まで補正することとした。これにより、ＬＴ水温が外気温度以下の場合であってもＬＴ水温が目標ＬＴ水温よりも大きくなることが回避されるので、その結果ＬＴラジエータ２０へのＬＴ冷却水の導入量が制限される。

これに対して、実施の形態３の冷却装置は、実施の形態１の補正制御に替えて、三方弁２４の開度を能動的に変化させる制御に特徴を有している。より詳しくは、実施の形態３の冷却装置は、ＬＴ水温が外気温度以下の場合に、ＬＴラジエータ２０をバイパスしてＬＴ冷却水を循環させるように三方弁２４の開度を能動的に調整するバイパス制御を実行する。以下、フローチャートに沿って、バイパス制御について詳細に説明する。

図１１は、制御装置１００によるバイパス制御の制御フローを示すフローチャートである。制御装置１００は、このようなフローで表されるルーチンをＥＣＵのクロック数に対応する所定の制御周期で繰り返し実行する。なお、図８に示すルーチンは、図２に示すＬＴ流量制御のルーチンと並行して実行される。

制御装置１００は、先ず、温度センサ２８によって計測されたＬＴ水温“ethwL”を読み込む（ステップＳ３２）。次に、制御装置１００は、温度センサ５０によって計測された外気温度“ethao”を読み込む（ステップＳ３４）。

次に、制御装置１００は、ステップＳ３４の処理において読み込まれた外気温度“ethao”とステップＳ３２の処理において読み込まれたＬＴ水温“ethwL”との温度差“ethao - ethwL”が所定値“Δet_ref”よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３６）。所定値“Δet_ref”はＬＴラジエータ２０へのＬＴ冷却水の導入を制限すべきか否かを判定するための温度差“ethao - ethwL_ref”の閾値であり、例えばΔet_ref＝０に設定されている。

上記ステップＳ３６の処理の結果、（ethao - ethwL）＞Δet_refの成立が認められない場合には、外気温度がＬＴ水温以下であるためＬＴラジエータ２０へのＬＴ冷却水の導入を制限する必要がないと判断される。この場合、制御装置１００は、三方弁２４の開度“eragiflow_ref”を、ＬＴラジエータ２０の側の流路を開弁する通常の状態に維持して本ルーチンを速やかに終了する。一方、上記ステップＳ３６の処理の結果、（ethao - ethwL）＞Δet_refの成立が認められた場合には、外気温度がＬＴ水温よりも高いためＬＴラジエータ２０へのＬＴ冷却水の導入を制限する必要があると判断される。この場合、制御装置１００は、外気温度とＬＴ水温との温度差（ethao - ethwL）に応じて三方弁２４の開度“eragiflow_ref”を算出する（ステップＳ３８）。

図１２は、外気温度とＬＴ水温との温度差に対する三方弁の開度の関係を示す図である。この図に示すように、外気温度とＬＴ水温との温度差（ethao - ethwL）が０以上の場合には、三方弁２４の開度“eragiflow_ref”はＬＴ冷却水の全量がＬＴラジエータ２０をバイパスする開度とされる。

次に、制御装置１００は、三方弁２４を制御する（ステップＳ４０）。ここでは、制御装置１００は、三方弁２４の開度要求値“evalve_req”を上記ステップＳ２６において算出された開度“eragiflow_ref”に設定して三方弁２４を制御する。このような処理によれば、ＬＴラジエータ２０へのＬＴ冷却水の導入が停止され、ＬＴ冷却水がＬＴラジエータ２０により加熱されることが抑制される。

ところで、上述した実施の形態３の冷却装置では、ＬＴラジエータ２０へのＬＴ冷却水の流入を制限するための手段として、三方弁２４を調整することとした。しかしながら、ＬＴ冷却水の流入を制限するための手段はこれに限られず、例えば、三方弁２４の制御に替えて又は当該三方弁２４の制御に加えて、電動ウォータポンプ２６の駆動デューティを制御して送水量を制限或いはその駆動を停止するように制御してもよい。この場合、電動ウォータポンプ２６の駆動を抑制することもできるので、ＬＴ冷却水の温度上昇を抑制するとともに燃費の悪化を抑制することができる。

また、上述した実施の形態３の冷却装置では、外気温度とＬＴ水温との温度差が０以上の場合に、ＬＴ冷却水の全量がＬＴラジエータ２０をバイパスするように三方弁２４の開度を設定した。しかしながら、三方弁２４の開度の設定はこれに限られず、当該温度差が０未満である場合の開度よりもＬＴラジエータ２０をバイパスする流量割合が大きければよい。例えば外気温度とＬＴ水温との温度差が大きいほどＬＴラジエータ２０をバイパスする流量割合を大きくするように設定してもよい。

また、上述した実施の形態３の冷却装置では、ＬＴ冷却水循環システム１０にＬＴ冷却水を循環させる手段として電動ウォータポンプ２６を用いることとしている。しかしながら、ウォータポンプは、エンジン２のクランクシャフトにベルトを介して連結された機械式のウォータポンプとして構成されていてもよい。

なお、上述した実施の形態３の冷却装置では、ヘッド内ＬＴ冷却水流路１２又はブロック内ＬＴ冷却水流路１４が第１の発明の「低温冷却水流路」に相当し、冷却水導入管１６又は冷却水排出管１８が第１の発明の「循環回路」に相当し、ＬＴ冷却水循環システム１０が第１の発明の「低温系冷却水循環システム」に相当し、ブロック内ＨＴ冷却水流路３４が第１の発明の「高温冷却水流路」に相当し、ＨＴ冷却水循環システム３０が第１の発明の「高温系冷却水循環システム」に相当し、ＬＴラジエータ２０が第１の発明の「ラジエータ」に相当し、温度センサ５０が第１の発明の「外気温度センサ」に相当し、電動ウォータポンプ２６、又はバイパス管２２及び三方弁２４が、第１の発明の「調整装置」に相当し、制御装置１００が第１の発明の「制御装置」に相当している。

また、上述した実施の形態３の冷却装置では、バイパス管２２が第７の発明の「バイパス通路」に相当し、三方弁２４が第７の発明の「流量調整装置」に相当している。

２ エンジン
４ シリンダヘッド
６ シリンダブロック
１０ ＬＴ冷却水循環システム
１２ ヘッド内ＬＴ冷却水流路
１４ ブロック内ＬＴ冷却水流路
１６ 冷却水導入管
１８ 冷却水排出管
２０ ＬＴラジエータ
２４ 三方弁
２６ 電動ウォータポンプ
２８ 温度センサ
３０ ＨＴ冷却水循環システム
３４ ブロック内ＨＴ冷却水流路
４０ ＨＴラジエータ
４４ サーモスタット
４６ ウォータポンプ
４８ 温度センサ
１００ 制御装置

Claims (9)

1. 冷却水の温度が異なる２系統の冷却水循環システムのうちの１つであって、内燃機関に形成された低温冷却水流路を含み、循環回路を介して前記低温冷却水流路に低温冷却水を循環させる低温系冷却水循環システムと、前記２系統の冷却水循環システムの内の１つであって、前記内燃機関に形成された高温冷却水流路を含み、前記高温冷却水流路に高温冷却水を循環させる高温系冷却水循環システムと、前記低温系冷却水循環システムの運転を制御する制御装置と、を備える内燃機関の冷却装置において、
   前記低温系冷却水循環システムは、
   外気温度を検出する外気温度センサと、
   前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水と外気との間で熱交換を行うラジエータと、
   前記ラジエータへの低温冷却水の導入量を調整する調整装置と、を含んで構成され、
   前記制御装置は、
   低温冷却水の水温が目標水温に近づくように前記調整装置を調整し、
   前記外気温度が前記目標水温よりも高い場合に、前記目標水温を前記外気温度以上の値に補正するように構成されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 前記制御装置は、前記外気温度が前記目標水温よりも高い場合に、前記目標水温と前記外気温度との差分値を前記目標水温に加算する補正を行うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
3. 前記調整装置は、
   前記循環回路から前記ラジエータをバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路へ流れる冷却水の流量と前記ラジエータへ流れる低温冷却水の流量との割合を調整する流量調整装置と、を含んで構成され、
   前記制御装置は、低温冷却水の水温が前記目標水温以下の場合に、低温冷却水の水温が前記目標水温よりも高い場合に比して前記ラジエータへ流れる低温冷却水の流量との割合を減少させるように前記流量調整装置を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却装置。
4. 前記調整装置は、前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水を循環させる電動ウォータポンプをさらに含んで構成され、
   前記制御装置は、前記外気温度が前記目標水温よりも大きい場合に、前記電動ウォータポンプの駆動を制限するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却装置。
5. 前記調整装置は、前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水を循環させる電動ウォータポンプを含んで構成され、
   前記制御装置は、低温冷却水の水温が前記目標水温以下の場合に、低温冷却水の水温が前記目標水温よりも高い場合に比して前記電動ウォータポンプの送水量を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の冷却装置。
6. 前記低温冷却水流路は、前記内燃機関のシリンダヘッドに形成された吸気ポートの周囲に形成された流路であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
7. 冷却水の温度が異なる２系統の冷却水循環システムのうちの１つであって、内燃機関に形成された低温冷却水流路を含み、循環回路を介して前記低温冷却水流路に低温冷却水を循環させる低温系冷却水循環システムと、前記２系統の冷却水循環システムの内の１つであって、前記内燃機関に形成された高温冷却水流路を含み、前記高温冷却水流路に高温冷却水を循環させる高温系冷却水循環システムと、前記低温系冷却水循環システムの運転を制御する制御装置と、を備える内燃機関の冷却装置において、
   前記低温系冷却水循環システムは、
   外気温度を検出する外気温度センサと、
   前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水と外気との間で熱交換を行うラジエータと、
   前記ラジエータへの低温冷却水の導入量を調整する調整装置と、を含んで構成され、
   前記調整装置は、
   前記循環回路から前記ラジエータをバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路へ流れる冷却水の流量と前記ラジエータへ流れる低温冷却水の流量との割合を調整する流量調整装置と、を含んで構成され、
   前記制御装置は、前記低温冷却水の水温が前記外気温度以下の場合に、前記流量調整装置を調整して前記ラジエータへ流れる低温冷却水の流量の割合を減らすように構成されていることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
8. 前記調整装置は、
   前記循環回路の途中に配置され、低温冷却水を循環させる電動ウォータポンプを含んで構成され、
   前記制御装置は、前記低温冷却水の水温が前記外気温度以下の場合に、前記電動ウォータポンプによる送水量を減量するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の冷却装置。
9. 前記低温冷却水流路は、前記内燃機関のシリンダヘッドに形成された吸気ポートの周囲に形成された流路であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の内燃機関の冷却装置。

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