JP6264348B2 - エンジン冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン冷却装置に関する。

従来、特許文献１には、エンジンの内部を通って冷却液を循環させる冷却液回路に、ラジエータを通るラジエータ経路を含む複数の経路が設けられ、それら経路の分岐位置に多方弁が設けられたエンジン冷却装置が記載されている。多方弁は、上記複数の経路にそれぞれ冷却液を吐出する複数の吐出ポートを有し、それら吐出ポートの開閉状態を切り替えることで、冷却液を流す経路を切り替える。さらに特許文献２には、エンジンの冷間始動時に、多方弁のすべての吐出ポートを閉じることで、エンジンの内部からの冷却液の流出を遮断する水止め制御を行うエンジン冷却装置が記載されている。

特開２０１４−２０１２２４号公報 特開２０１３−１２４６５６号公報

ところで、極低温環境下では、エンジンが停止されて、冷却液の循環が止まるイグニッションスイッチのオフ中に、冷却液回路内の冷却液が凍結して、エンジン始動直後の冷却液の循環が堰き止められてしまうことがある。また、そうした場合には、多方弁内の冷却液も凍結して、多方弁が動かせない状態となることがある。

ポンプによる冷却液の吐出の開始後、凍結により冷却液回路が堰き止められた状態が続くと、堰き止め位置よりも上流側の部分の冷却液回路内の圧力が次第に上昇するようになる。冷却液回路の各部の耐圧性能は、こうした凍結時の圧力上昇を考慮して設計する必要がある。

一方、上記のような水止め制御を行うエンジン冷却装置では、多方弁は、すべての吐出ポートが閉じられた状態を取り得る。冷却液回路内の凍結時にすべての吐出ポートを閉じた状態で多方弁が動かせなくなると、エンジンの内部で暖められた冷却液が多方弁の下流側に流れなくなるため、凍結による冷却液回路の堰き止めの解消が遅れてしまう。そして、その遅れの分、冷却液回路における堰き止め位置よりも上流側の部分の圧力は、より大きく上昇するようになる。したがって、冷却液回路内の凍結時に、多方弁のすべての吐出ポートが閉じた状態となっている可能性を否定できない場合、冷却液回路の各部により高い耐圧性能が必要となる。その結果、より高い耐圧性能を有した、より高価な部品が必要となって、エンジン冷却装置の製造コストの増加を招く要因となっていた。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、冷却液の凍結による冷却液回路内の圧力上昇を好適に抑制することのできるエンジン冷却装置を提供することにある。

上記課題を解決するエンジン冷却装置は、ポンプからエンジンの内部を通って前記ポンプに戻るように冷却液を流すとともに、前記エンジンの内部よりも下流側の部分において分岐して前記ポンプに各々接続された複数の経路を有し、且つそれら複数の経路の一つが、ラジエータを通るラジエータ経路とされた冷却液回路と、前記冷却液回路における前記複数の経路の分岐位置に設けられて、前記複数の経路にそれぞれ冷却液を吐出する複数の吐出ポートを備えるとともに、それら複数の吐出ポートの開閉状態を、それら複数の吐出ポートのすべてを閉じた状態を含んで切り替え可能な多方弁と、を備える。そして、同エンジン冷却装置は、イグニッションスイッチがオフとされたときに、前記複数の吐出ポートのうち、前記ラジエータ経路に冷却液を吐出する吐出ポートであるラジエータポートを閉じるとともに、前記ラジエータポート以外の吐出ポートの少なくとも一つを開くように前記多方弁を制御する停止時制御部を備えている。

イグニッションスイッチがオフとされたとき（以下、ＩＧオフ操作時と記載する）に、吐出ポートの少なくとも一つを開くように多方弁を制御すれば、イグニッションスイッチがオンとされたとき（以下、ＩＧオン操作時と記載する）に、多方弁の吐出ポートの少なくとも一つが開かれた状態となることが保証される。そのため、冷却液回路内の凍結時に、多方弁の吐出ポートのすべてが閉じた状態となっている可能性を排除できるようになる。その結果、凍結による冷却液回路の堰き止めの解消に要する時間をより短く見積もることが、ひいては凍結した冷却液による堰き止めが生じた場合の冷却回路内の最大圧力をより低く見積もることが可能となる。したがって、冷却液回路の各部に要求される耐圧性能を抑えることが可能となる。

ただし、ＩＧオン操作時にラジエータポートが開かれていると、冷却液がラジエータに流入し、そのラジエータでの冷却で冷却液が再凍結する虞がある。また、ラジエータで冷却された冷却液がエンジンの内部に再流入するため、エンジンの暖機が遅れるようにもなる。その点、上記エンジン冷却装置では、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポート以外の吐出ポートを開くようにしているため、そうした冷却液の再凍結や暖機の遅延を避けることができる。したがって、上記エンジン冷却装置によれば、冷却液の凍結による冷却液回路内の圧力上昇を好適に抑制することができる。

上記エンジン冷却装置が、前記複数の経路として、前記ラジエータ経路、ヒータコアを通るヒータ経路、及びそれら以外の第３の経路を備えるとともに、前記複数の吐出ポートとして、前記ラジエータポート、前記ヒータ経路に冷却液を吐出するヒータポート、及び前記第３の経路に冷却液を吐出する第３の吐出ポートを備える場合、前記停止時制御部は、前記停止時制御部は、外気温が規定の基準温度以下の場合、前記イグニッションスイッチがオフとされたときに前記ラジエータポートを閉じるとともに前記ヒータポートを開くように前記多方弁を制御し、外気温が前記基準温度よりも高い場合、前記イグニッションスイッチがオフとされたときに前記ラジエータポートと前記ヒータポートとを閉じるとともに前記第３の吐出ポートを開くように前記多方弁を制御することが望ましい。

こうした場合、外気温が低く、エンジン再始動後に暖房が使用される可能性が高いときには、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポートを閉じ、ヒータポートを開くように多方弁が制御されるため、冷却液回路内の冷却液が凍結した場合にも、ヒータ経路内を早期に解凍して、暖房を早期に開始することが可能となる。

一方、外気温が高い場合には、エンジン再始動後に暖房が使用される可能性は低い。エンジンの再始動後に暖房が使用されない場合、ＩＧオフ操作時にヒータポートを開いておくと、暖房を使用しないにも拘らず、エンジン再始動後にヒータコアに冷却液が供給されてしまい、そのヒータコアでの放熱により、冷却液に伝達されたエンジンの熱の一部を捨ててしまうことになる。そのため、外気温が高い場合には、ＩＧオフ操作時にラジエータポートと共にヒータポートを閉じ、第３の吐出ポートを開くように多方弁を制御すれば、エンジンの熱をより効率的に利用できるようになる。

エンジン冷却装置の一実施形態の全体構造を模式的に示す図。 同エンジン冷却装置に設けられた多方弁の斜視図。 同多方弁の分解斜視図。 同多方弁の構成部品であるハウジングの本体の斜視図。 （ａ）は同多方弁の構成部品である弁体の斜視図であり、（ｂ）は別の方向から見た同弁体の斜視図である。 同多方弁の弁体の弁位相と各吐出ポートの開口率との関係を示すグラフ。 上記エンジン冷却装置の一実施形態における多方弁の制御に係る構成の制御ブロック図。 同実施形態において停止時制御部が実行する停止時制御ルーチンのフローチャート。

以下、エンジン冷却装置の一実施形態を、図１〜図８を参照して詳細に説明する。
（冷却液回路の構成）
まず、本実施形態のエンジン冷却装置において、エンジンを冷却する冷却液が流れる冷却液回路の構成を、図１を参照して説明する。

図１に示すように、エンジン１０のシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の内部には、冷却液回路の一部となるウォータジャケット１１Ａ，１２Ａがそれぞれ設けられている。冷却液回路におけるウォータジャケット１１Ａ，１２Ａよりも上流側の部分には、冷却液回路に冷却液を循環させるための冷却液ポンプ１３が設けられている。そして、冷却液ポンプ１３が吐出した冷却液がウォータジャケット１１Ａ，１２Ａに導入されるようになっている。なお、シリンダヘッド１２のウォータジャケット１２Ａには、ウォータジャケット１２Ａから外部に流出する直前の冷却液の温度（出口液温ＴＯ）を検出する出口液温センサ２４が設けられている。

シリンダブロック１１におけるウォータジャケット１２Ａの冷却液出口が設けられた部分には、多方弁１４が取り付けられており、ウォータジャケット１１Ａ，１２Ａを通過した冷却液が多方弁１４に流入するようになっている。冷却液回路は、この多方弁１４において、ラジエータ経路Ｒ１、ヒータ経路Ｒ２、及びそれら以外の第３の経路としてのデバイス経路Ｒ３の３つの経路に分岐している。このうち、ラジエータ経路Ｒ１は、外気との熱交換により冷却液を冷却するラジエータ１５に冷却液を供給するための経路である。また、ヒータ経路Ｒ２は、車室内の暖房時に、冷却液の熱で車室内に送風される空気を加熱するための熱交換器であるヒータコア１６に冷却液を供給するための経路である。さらにデバイス経路Ｒ３は、冷却液を搬送媒体としてエンジン１０の熱が伝達される各デバイスに冷却液を供給するための経路である。なお、ラジエータ経路Ｒ１の流路断面積は、より多量の冷却液を流せるように、ヒータ経路Ｒ２及びデバイス経路Ｒ３の流路断面積よりも大きくされている。

ラジエータ経路Ｒ１は、ラジエータ１５に冷却液を供給した後、そのラジエータ１５の下流側の部分において冷却液ポンプ１３に接続されている。デバイス経路Ｒ３は、まず３つに分岐しており、各々の分岐先においてスロットルボディ１７、ＥＧＲ（排気再循環：Exhaust Gas Recirculation）バルブ１８、ＥＧＲクーラ１９にそれぞれ冷却液を供給する。さらに、デバイス経路Ｒ３は、それらスロットルボディ１７、ＥＧＲバルブ１８及びＥＧＲクーラ１９の下流側で一旦合流した後、２つに分岐し、各々の分岐先においてオイルクーラ２０及びＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）ウォーマ２１にそれぞれ冷却液を供給する。そして、デバイス経路Ｒ３は、オイルクーラ２０及びＡＴＦウォーマ２１の下流側で再び合流され、その合流位置の下流側の部分において、ラジエータ経路Ｒ１におけるラジエータ１５の下流側の部分に合流し、その合流位置の下流側では、ラジエータ経路Ｒ１と一体となって冷却液ポンプ１３に接続されている。一方、ヒータ経路Ｒ２は、ヒータコア１６に冷却液を供給した後、そのヒータコア１６の下流側の部分において、デバイス経路Ｒ３におけるオイルクーラ２０及びＡＴＦウォーマ２１の下流側の部分に合流する。そして、ヒータ経路Ｒ２は、その合流位置の下流側では、デバイス経路Ｒ３と一体となり、さらにそのデバイス経路Ｒ３とラジエータ経路Ｒ１との合流位置の下流側では、ラジエータ経路Ｒ１とも一体となって冷却液ポンプ１３に接続されている。

以上のように、冷却液回路は、冷却液ポンプ１３からエンジン１０の内部（ウォータジャケット１１Ａ，１２Ａ）を通って冷却液ポンプ１３に戻るよう冷却液を流すように構成されている。また、冷却液回路は、エンジン１０の内部よりも下流側の部分において分岐して、冷却液ポンプ１３に各々接続された複数の経路、すなわちラジエータ経路Ｒ１、ヒータ経路Ｒ２、及びデバイス経路Ｒ３の３つの経路を有する。そして、冷却液回路における上記３つの経路Ｒ１〜Ｒ３の分岐位置には、多方弁１４が設けられている。

なお、多方弁１４には、その内部の圧力が過上昇したときに開弁して、内部の冷却液の圧力を逃がすリリーフ弁２２が設けられている。リリーフ弁２２には、リリーフ経路Ｒ４が接続されており、そのリリーフ経路Ｒ４の下流側の部分は、ラジエータ経路Ｒ１におけるラジエータ１５の上流側の部分に合流している。

多方弁１４は、エンジン制御を司る電子制御ユニット２５により制御されている。電子制御ユニット２５は、エンジン制御に係る各種の演算処理を行う中央演算処理装置、制御用のプログラムやデータが予め記憶された読出専用メモリ、中央演算処理装置の演算結果やセンサの検出結果などを一時的に記憶する読書可能メモリを備える。こうした電子制御ユニット２５には、上述の出口液温センサ２４に加え、クランク角センサ２６、エアフローメータ２７、外気温センサ２８などの車両各部に設けられたセンサの検出信号が入力されている。クランク角センサ２６は、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフトの回転位相（クランク角）を検出する。電子制御ユニット２５は、そうしたクランク角の検出結果から、エンジン１０の回転速度（エンジン回転数）を演算する。また、エアフローメータ２７は、エンジン１０に吸入される空気の流量（吸入空気量）を、外気温センサ２８は、車両の外気の温度（外気温）をそれぞれ検出する。さらに、電子制御ユニット２５には、イグニッションスイッチＩＧがオフであるか、オフであるかを示すＩＧ信号が入力されてもいる。

（多方弁の構成）
続いて、こうしたエンジン冷却装置の冷却液回路に設けられた多方弁１４の構成を、図２〜図５を参照して説明する。なお、以下の説明では、図２〜図５において矢印Ｕで示す方向を多方弁１４の上方とし、矢印Ｄで示す方向を多方弁１４の下方とする。

図２に示すように、多方弁１４は、冷却液の吐出口となる３つの吐出ポートを、すなわちラジエータポートＰ１、ヒータポートＰ２及びデバイスポートＰ３を備える。多方弁１４がエンジン１０に組み付けられた際に、ラジエータポートＰ１はラジエータ経路Ｒ１に接続されて、そのラジエータ経路Ｒ１の一部を構成する。また、ヒータポートＰ２はヒータ経路Ｒ２に接続されて、そのヒータ経路Ｒ２の一部を構成する。さらに、デバイスポートＰ３はデバイス経路Ｒ３に接続されて、そのデバイス経路Ｒ３の一部を構成する。

図３に示すように、多方弁１４は、その構成部品として、ハウジング３０、弁体３３、カバー３４、モータ３５、３つのギア３６Ａ〜３６Ｃからなる減速ギア機構を備える。多方弁１４の骨格をなすハウジング３０には、上記３つの吐出ポートＰ１〜Ｐ３が設けられている。なお、ハウジング３０は、本体３０Ａと、各経路Ｒ１〜Ｒ３がそれぞれ接続されるコネクタ部３０Ｂ〜３０Ｄとに分割形成されている。図３には、こうしたハウジング３０が、ラジエータ経路Ｒ１のコネクタ部３０Ｂが本体３０Ａから分離された状態で示されている。

ハウジング３０の本体３０Ａの下部には、回転に応じて各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口面積を可変とする弁体３３が収容される。また、ハウジング３０の本体３０Ａの上部には、モータ３５及び減速ギア機構が収容される。モータ３５は、減速ギア機構を構成する各ギア３６Ａ〜３６Ｃを介して、弁体３３の回転軸である弁軸３３Ａに連結された状態でハウジング３０に収容され、これにより、モータ３５の回転が減速された上で弁体３３に伝達されるようになっている。

一方、ハウジング３０には、モータ３５及び減速ギア機構が収容された部分の上方を覆うようにカバー３４が取り付けられる。カバー３４の内部には、ハウジング３０に対する弁体３３の相対回転位相（以下、弁位相と記載する）を検出するための弁位相センサ３７が取り付けられている。弁位相センサ３７の検出信号は、上述の電子制御ユニット２５に入力される。さらに、ハウジング３０内には、上述のリリーフ弁２２が収容されるようにもなっている。

図４に、下方から見たハウジング３０の本体３０Ａの斜視構造を示す。本体３０Ａの下側の面は、シリンダヘッド１２への取付面３０Ｅとされており、多方弁１４は、この取付面３０Ｅがシリンダヘッド１２の外壁に接した状態でエンジン１０に組み付けられる。本体３０Ａにおける弁体３３の収容空間は、取付面３０Ｅに開口しており、その開口は、シリンダヘッド１２のウォータジャケット１２Ａから冷却液が流入する流入ポート３０Ｆとなっている。そして、上記３つの吐出ポートＰ１〜Ｐ３は、ハウジング３０の内側において、こうした弁体３３の収容空間にそれぞれ開口している。

なお、ハウジング３０の本体３０Ａには、上述のリリーフ経路Ｒ４が、弁体３３を介さず、流入ポート３０ＦとラジエータポートＰ１とを連通するように設けられている。そして、そうしたリリーフ経路Ｒ４内にリリーフ弁２２が設置されるようになっている。

図５（ａ）に示すように、弁体３３は、２つの樽型の物体を上下に重ね合わせた形状とされている。そして弁体３３には、その上面中央から上方に突出すように弁軸３３Ａが設けられている。弁体３３は、ハウジング３０に収容された際に流入ポート３０Ｆに連通する開口を下面に有した中空構造とされている。弁体３３の、上記２つの樽型の部分の側周には、冷却液が流通可能な２つの孔３９，４０が設けられている。

ハウジング３０に収容された状態において、弁体３３の下部に設けられた孔３９は、弁位相がある範囲内にあるときに、ヒータポートＰ２及びデバイスポートＰ３の少なくとも一方と連通する。また、弁体３３の上部に設けられた孔４０は、弁位相が別の範囲内にあるときに、ラジエータポートＰ１と連通する。各吐出ポートＰ１〜Ｐ３は、対応する孔３９又は孔４０に対して完全に重なり合わない状態となる位置に弁体３３が位置するときに閉じて、接続された経路Ｒ１〜Ｒ３への冷却液の吐出を遮断する。また、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３は、孔３９又は孔４０に対してその一部又は全部が重なり合った状態となる位置に弁体３３が位置するときに開いて、接続された経路Ｒ１〜Ｒ３への冷却液の吐出を許容する。

さらに、弁体３３の上面には、一部をストッパ４３として残すように、弁軸３３Ａの根本部分を囲んで円弧状に延びる溝４２が形成されている。一方、図４に示すように、ハウジング３０における弁体３３の収容空間の奥部には、弁体３３を収容した際に、そうした溝４２内に収容されるストッパ４４が形成されている。そして、それらストッパ４３，４４との当接により、ハウジング３０内での弁体３３の回動範囲が制限されている。すなわち、ハウジング３０内での弁体３３の回動は、溝４２内でのストッパ４４の移動が、図５（ｂ）に矢印Ｌで示す範囲となる限りにおいて許容されている。

図６に、多方弁１４の弁位相と各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口率との関係を示す。なお、弁位相は、すべての吐出ポートＰ１〜Ｐ３が閉じた状態となる位置を、弁位相が「０°」の位置とし、その位置からの上方から見た時計回り方向（プラス方向）、及び半時計回り方向（マイナス方向）の弁体３３の回転角度を表している。また、開口率は、全開時の開口面積を「１００％」とした、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口面積の比率を表している。

同図に示すように、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口率は、弁体３３の弁位相により変化するように設定されている。なお、弁位相が「０°」の位置よりもプラス側の弁位相の範囲は、外気温が低く、車室の暖房が使用される可能性が高いとき（冬モード時）に使用される弁位相の範囲（冬モード使用域）とされている。また、弁位相が「０°」の位置よりもマイナス側の弁位相の範囲は、外気温が高く、車室の暖房が使用される可能性が低いとき（夏モード時）に使用される弁位相の範囲（夏モード使用域）とされている。

弁位相が「０°」の位置から弁体３３をプラス方向に回転させると、まずヒータポートＰ２が開き始め、プラス方向への弁位相の増加に応じてヒータポートＰ２の開口率が次第に大きくなる。ヒータポートＰ２が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達すると、次にデバイスポートＰ３が開き始め、プラス方向への弁位相の増加に応じてデバイスポートＰ３の開口率が次第に大きくなる。そして、デバイスポートＰ３が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達すると、ラジエータポートＰ１が開き始め、プラス方向への弁位相の増加に応じてラジエータポートＰ１の開口率が次第に大きくなる。そして、ラジエータポートＰ１の開口率は、弁体３３のそれ以上のプラス方向の回転がストッパ４３，４４の当接により規制される位置よりも手前の位置で「１００％」に達するようになる。

一方、弁位相が「０°」の位置から弁体３３をマイナス方向に回転させると、まずデバイスポートＰ３が開き始め、マイナス方向への弁位相の増加に応じてデバイスポートＰ３の開口率が次第に大きくなる。そして、デバイスポートＰ３が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達する位置よりも少し手前の位置から、ラジエータポートＰ１が開き始め、マイナス方向への弁位相の増加に応じてラジエータポートＰ１の開口率が次第に大きくなる。そして、ラジエータポートＰ１の開口率は、弁体３３のそれ以上のマイナス方向への回転がストッパ４３，４４の当接により規制される位置よりも手前の位置で「１００％」に達するようになる。ちなみに、弁位相が「０°」の位置よりもマイナス側の夏モード使用域では、ヒータポートＰ２は常に全閉となっている。

（多方弁制御）
次に、多方弁１４の制御の概要を、図７を参照して説明する。
図７に、多方弁１４の制御にかかる電子制御ユニット２５の制御ブロック図を示す。電子制御ユニット２５は、多方弁１４の制御にかかる構成として、目標液温演算部５０、液温制御部５１、暖機制御部５２、停止時制御部５３、及び多方弁１４のモータ３５を駆動するモータ駆動部５４を備える。なお、実際には、これら目標液温演算部５０、液温制御部５１、暖機制御部５２、停止時制御部５３及びモータ駆動部５４の機能は、電子制御ユニット２５の中央演算処理装置が行う処理を通じて実現されている。

目標液温演算部５０は、エンジン１０の暖機完了後における出口液温の目標値である目標液温を演算して液温制御部５１に出力する。目標液温は、エンジン回転数やエンジン負荷率などに基づき、エンジン１０の燃費性能を確保する上で最適な出口液温がその値として設定される。なお、エンジン負荷率は、現在のエンジン回転数においてエンジン１０のスロットルを全開としたときのシリンダ流入空気量を「１００％」としたときのシリンダ流入空気量の比率を表し、その値は、エンジン回転数や吸入空気量などの検出結果から演算されている。

液温制御部５１は、出口液温を、目標液温演算部５０により演算された目標液温とするために必要な多方弁１４の弁位相を要求弁位相として演算して、モータ駆動部５４に出力する。具体的には、液温制御部５１は、目標液温と出口液温との偏差に応じて要求弁位相をフィードバック調整している。すなわち、出口液温が目標液温よりも高いときには、ラジエータ１５に供給される冷却液の流量を増やすべく、ラジエータポートＰ１の開口率がより大きくなる側に要求弁位相を調整する。また、出口液温が目標液温よりも低いときには、ラジエータ１５に供給される冷却液の流量を減らすべく、ラジエータポートＰ１の開口率が小さくなる側に要求弁位相を調整する。

なお、液温制御部５１は、外気温に応じて、多方弁１４の弁位相の使用域が切り替えられるように、要求弁位相を設定している。すなわち、外気温ＴＨＡが基準温度α以下であり、車室の暖房が使用される可能性が高いときには、要求弁位相を冬モード使用域内の弁位相に設定し、外気温が基準温度αを超えており、車室の暖房が使用される可能性が低いときには、要求弁位相を夏モード使用域内の弁位相に設定する。また、液温制御部５１は、エンジン１０の暖機完了前やエンジン１０の停止処理中は、要求弁位相として無効な値をモータ駆動部５４に出力する。

一方、暖機制御部５２は、エンジン１０の暖機完了前の多方弁１４の要求弁位相（暖機時要求弁位相）を演算して、モータ駆動部５４に出力する。具体的には、暖機制御部５２は、出口液温や暖房要求の有無に応じて、エンジン１０の暖機促進、及び暖房性能の確保に必要な多方弁１４の弁位相を要求弁位相として演算する。本実施形態では、エンジン１０の暖機中に出口液温が規定の水止め完了温度以下のときには、多方弁１４の吐出ポートＰ１〜Ｐ３をすべて閉じ、冷却液回路の冷却液の循環を停止する水止め制御を行うようにしている。このときの暖機制御部５２は、すべての吐出ポートＰ１〜Ｐ３が閉じられる、弁位相が「０°」の位置を要求弁位相として設定する。また、出口液温が上記水止め温度を超え、且つエンジン１０の暖機が完了したと判定する暖機完了温度以下のときには、出口液温が暖機完了温度に近づくにつれ、デバイスポートＰ３の開口率が「１００％」に近づくように、要求弁位相を設定する。

暖機制御部５２も、外気温に応じて、多方弁１４の弁位相の使用域が切り替えられるように、要求弁位相を設定している。すなわち、外気温が基準温度α以下であり、車室の暖房が使用される可能性が高いときには、要求弁位相を冬モード使用域内の弁位相に設定し、外気温が基準温度αを超えており、車室の暖房が使用される可能性が低いときには、要求弁位相を夏モード使用域内の弁位相に設定する。また、暖機制御部５２は、エンジン１０の暖機完了後は、要求弁位相として無効な値をモータ駆動部５４に出力する。

さらに、停止時制御部５３は、イグニッションスイッチＩＧがオフとされたときに実行される停止時制御での多方弁１４の要求弁位相（停止時要求弁位相）を演算して、モータ駆動部５４に出力する。なお、停止時制御部５３は、停止時制御時以外には、要求弁位相として無効な値をモータ駆動部５４に出力する。

モータ駆動部５４は、上述の液温制御部５１、暖機制御部５２及び停止時制御部５３から入力された要求弁位相のうち、有効な値のものを選択し、弁位相センサ３７による多方弁１４の弁位相の検出値（実弁位相）がその値となるようにモータ３５を駆動する。上述のように、液温制御部５１、暖機制御部５２及び停止時制御部５３が有効な要求弁位相を出力する条件は、互いに重ならないようになっているため、一時にモータ駆動部５４に入力される有効な要求弁位相は、唯一つとなる。よって、イグニッションスイッチＩＧがオフとされたときには、停止時制御部５３のみが有効な要求弁位相をモータ駆動部５４に出力し、弁位相がその要求弁位相（停止時要求弁位相）となるようにモータ駆動部５４に多方弁１４のモータ３５を駆動せしめることになる。

（停止時制御）
続いて、停止時制御部５３により行われる停止時制御の詳細を、図８を参照して説明する。

図８は、停止時制御部５３が実行する停止時制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。同ルーチンの処理は、イグニッションスイッチＩＧがオンとされて電子制御ユニット２５への給電が開始されてから、イグニッションスイッチＩＧのオフ後に停止時処理が完了して電子制御ユニット２５への給電が停止されるまでの期間に、規定の制御周期毎に繰り返し実行される。

さて、本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、イグニッションスイッチＩＧがオフとされたか否かが判定される。ここで、イグニッションスイッチＩＧがオフとされたのであれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に処理が進められ、そうでなければ（ＮＯ）、そのまま今回の処理が終了される。

ステップＳ１０１に処理が進められると、そのステップＳ１０１において、外気温ＴＨＡが上述の基準温度α以下であるか否かが判定される。なお、ここでの判定は、エンジンの再始動後に暖房が使用される可能性が高いか否かを確認するために行われている。すなわち、イグニッションスイッチがオフとされたときに、暖房が使用されるであろうと考えられる程度に外気温ＴＨＡが低いのであれば、次回のエンジン再始動時にも、やはり外気温ＴＨＡは同程度に低く、その後に暖房が使用される可能性が高いと考えられる。このように本実施形態では、外気温ＴＨＡが基準温度α以下であることを条件として、エンジンの再始動後に暖房が使用される可能性が高いと判定している。

ここで、暖房要求が有れば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に処理が進められ、そのステップＳ１０２において、弁体３３の弁位相が、図６に示される「φ１」の位置となるように多方弁１４が制御された後、本ルーチンの処理が終了される。「φ１」は、冬モードにおける停止時要求弁位相であり、ラジエータポートＰ１が閉じられ、且つヒータポートＰ２及びデバイスポートＰ３が全開となる弁位相に設定されている。このときの停止時制御部５３は、そうした「φ１」を要求弁位相としてモータ駆動部５４に出力することで、弁位相が「φ１」となるように多方弁１４のモータ３５を駆動させている。

一方、このときの暖房要求が無ければ（ＮＯ）、ステップＳ１０３に処理が進められ、そのステップＳ１０３において、弁体３３の弁位相が、図６に示される「φ２」の位置となるように多方弁１４が制御された後、本ルーチンの処理が終了される。「φ２」は、夏モードにおける停止時要求弁位相であり、ラジエータポートＰ１及びヒータポートＰ２が閉じられ、且つデバイスポートＰ３がほぼ全開となる弁位相に設定されている。このときの停止時制御部５３は、そうした弁位相「φ２」を要求弁位相としてモータ駆動部５４に出力することで、弁位相が「φ２」となるように多方弁１４のモータ３５を駆動させている。

（作用）
極低温環境下では、エンジン１０が停止している間に、冷却液回路内の冷却液が凍結して、冷却液回路における冷却液の循環が堰き止められた状態となることがある。また、そうした場合には、多方弁１４の内部の冷却液も凍結して、多方弁１４が動かせなくなることもある。

こうした場合、イグニッションスイッチＩＧがオンとされてエンジン１０が始動されると、主として、冷却液を搬送媒体としたエンジン１０の熱の伝達により、冷却液回路内の冷却液の解凍が進む。ただし、このときの多方弁１４の吐出ポートＰ１〜Ｐ３のすべてが閉じていると、冷却液を搬送媒体としたエンジン１０の熱の伝達が多方弁１４の部分で遮断されてしまうため、冷却液回路における多方弁１４の下流側の部分には、エンジン１０の熱が伝わり難くなる。そしてその結果、凍結による冷却液回路の堰き止めの解消が遅れてしまうようになる。

一方、エンジン１０が始動すると、冷却液ポンプ１３による冷却液の吐出が開始される。そのため、エンジン１０の始動後も、凍結により冷却液回路が堰き止められた状態が継続すると、冷却液回路における堰き止め箇所よりも上流側の部分の圧力が次第に上昇するようになる。このときの圧力上昇は、堰き止めの解消に時間がかかるほど大きくなる。よって、ＩＧオン操作時に、多方弁１４のすべての吐出ポートＰ１〜Ｐ３が閉じている可能性を否定できない場合、こうした凍結時の冷却液回路内の圧力上昇をより大きく見積もなければならなくなる。そして、その結果、冷却液回路各部の耐圧性能の要求をその分高くする必要が生じ、より高い耐圧性能を有した、より高価な部品が必要となることから、製造コストの増加を招く結果となる。

その点、本実施形態のエンジン冷却装置では、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポートＰ１を閉じ、デバイスポートＰ３（夏モード時）、又はヒータポートＰ２及びデバイスポートＰ３の双方（冬モード時）を開くように多方弁１４が制御される。そのため、次回のＩＧオン操作時には、多方弁１４の３つの吐出ポートＰ１〜Ｐ３の少なくとも一つが開かれた状態となることが保証される。すなわち、本実施形態のエンジン冷却装置では、冷却液回路内の凍結時に多方弁１４のすべての吐出ポートＰ１〜Ｐ３が閉じた状態となっている可能性を排除することができる。その結果、凍結による冷却液回路の堰き止めの解消に要する時間をより短く見積もることが、ひいては凍結した冷却液による堰き止めが生じた場合の冷却回路内の最大圧力をより低く見積もることが可能となる。したがって、より耐圧性能の低い、より安価な部品の採用が可能となり、エンジン冷却装置の製造コストが低く抑えられるようになる。

なお、冷却液回路の凍結時にラジエータポートＰ１が開いていると、エンジン１０の熱で解凍された冷却液がラジエータ１５に流入し、そのラジエータ１５での冷却で冷却液が再凍結する虞がある。また、ラジエータ１５で冷却された冷却液がエンジン１０の内部に再流入するため、エンジン１０の暖機が遅れるようにもなる。その点、本実施形態のエンジン冷却装置では、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポートＰ１以外の吐出ポート（Ｐ２，Ｐ３）を開くようにしているため、そうした冷却液の再凍結や暖機の遅延を避けられる。

ところで、ＩＧオフ操作時に、暖房を必要としない程度に外気温が高ければ、多くの場合、次回のエンジン再始動後にも暖房は必要とされないと考えられる。また、そうした場合には、次回のエンジン再始動時に冷却液回路内が凍結している可能性は極めて低いと考えられる。

エンジン１０の再始動後に暖房が使用されない場合、ＩＧオフ操作時にヒータポートＰ２を開いておくと、エンジン１０の再始動後、弁位相が夏モード使用域に入るまで多方弁１４を動かす間、ヒータコア１６に冷却液が供給されるようになる。暖房を使用しないにも拘らず、ヒータコア１６に冷却液が供給されると、ヒータコア１６での放熱により、冷却液の温度が低下して、エンジン１０の暖機が遅れるようになる。また、ヒータコア１６での放熱分、デバイス経路Ｒ３に配置された各デバイスへの熱供給量が減少することにもなる。

その点、本実施形態では、外気温が高く、エンジン１０の再始動後に暖房が使用される可能性が低いと考えられる場合には、ＩＧオフ操作時にラジエータポートＰ１と共にヒータポートＰ２が閉じられ、デバイスポートＰ３のみが開かれる夏モード使用域内の弁位相に弁体３３を位置させている。そのため、暖房が使用されないにも拘らず、エンジン１０の再始動後に、ヒータコア１６に冷却液が不要に供給されることは生じ難くなる。

以上の本実施形態のエンジン冷却装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポートＰ１以外の吐出ポートの少なくとも一つ（Ｐ２，Ｐ３）を開くようにしているため、次回のＩＧオン操作時に冷却液回路内が凍結していた場合の、凍結による冷却液回路の堰き止めの解消の遅れを、ひいてはその解消の遅れによる冷却液回路内の圧力上昇を抑制することができる。

（２）ＩＧオフ操作時にラジエータポートＰ１は閉じるようにするため、ラジエータ１５での冷却により冷却液が再凍結したり、その冷却された冷却液がエンジン１０に流入して、その暖機を遅らせたりすることを回避することができる。

（３）凍結時の冷却液循環の堰き止めによる冷却液回路内の圧力上昇を抑えることができるため、冷却液回路の構成部品として、より耐圧性能が低い、より安価な部品を採用することが、ひいてはエンジン冷却装置の製造コストを低減することが可能となる。

（４）外気温が高く、エンジン再始動時に暖房が使用される可能性が低い場合には、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポートＰ１と共にヒータポートＰ２を閉じ、デバイスポートＰ３のみを開くようにしている。そのため、エンジン１０の再始動後の、暖房非使用時のヒータコア１６への不要な冷却液の供給を抑制して、エンジン１０の熱利用効率を向上することができる。

（５）外気温が低く、エンジン再始動時に暖房が使用される可能性が高い場合には、ＩＧオフ操作時に、デバイスポートＰ３に加えてヒータポートＰ２も開くようにしているため、凍結によるヒータ経路Ｒ２の堰き止めの解消を促進することが、ひいては暖房の早期開始が可能となる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、ＩＧオフ操作時にヒータポートＰ２やデバイスポートＰ３を開く際に、それらを全開又はほぼ全開としていたが、より小さく開くようにしても、それら吐出ポートを通じて冷却液が流通可能であれば、凍結時の冷却液回路の堰き止めの解消は促進することができる。よって、ラジエータポートＰ１が閉じ、それ以外の吐出ポートの少なくとも一つが開いた状態となる位置であれば、停止時制御において多方弁１４を駆動する弁位相の位置を、図６の「φ１」、「φ２」以外の位置としてもよい。

・上記実施形態では、外気温が基準温度α以下の場合、ＩＧオフ操作時にヒータポートＰ２とデバイスポートＰ３との２つの吐出ポートを開くようにしていたが、この場合に、ヒータポートＰ２のみを単独で開くようにしてもよい。そうした場合、ＩＧオン操作後にヒータ経路Ｒ２のみに集中して冷却液を流すことができるため、凍結によるヒータ経路Ｒ２の堰き止めの解消をさらに早めて、より早期に暖房を開始できるようになる。

・上記実施形態では、ＩＧオフ操作時に閉じる吐出ポートを外気温により変えるようにしていたが、ＩＧオフ操作時に閉じる吐出ポートを固定するようにしてもよい。いずれにせよ、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポートＰ１が閉じ、それ以外の吐出ポートＰ２，Ｐ３の少なくとも一つが開くようにしておけば、凍結による冷却液回路の堰き止めの解消を促進することが可能となる。

・上記実施形態では、多方弁１４より分岐される経路として、ラジエータ経路Ｒ１、ヒータ経路Ｒ２及びデバイス経路Ｒ３の３つの経路を有した冷却液回路を例示したが、多方弁１４にて分岐する経路の数が異なる冷却液回路を備えるエンジン冷却装置にも、同様の停止時制御を採用することができる。例えば、多方弁１４において、ラジエータ経路Ｒ１を含む２つの経路に分岐された冷却液回路を備えるエンジン冷却装置では、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポートＰ１を閉じ、もう一つの経路に接続された吐出ポートを開くように多方弁１４を制御することで、冷却液の凍結による冷却液回路内の圧力上昇を好適に抑制可能となる。また、多方弁１４にて４つ以上の経路に分岐された冷却液回路を備えるエンジン冷却装置でも、ＩＧオフ操作時に、ラジエータポートＰ１を閉じ、それ以外の吐出ポートの少なくとも一つを開くように多方弁１４を制御することで、冷却液の凍結による冷却液回路内の圧力上昇を好適に抑制可能となる。さらにそうしたエンジン冷却装置において、多方弁１４にて分岐される経路に、ヒータコア１６を通るヒータ経路Ｒ２を含む場合には、外気温に応じてＩＧオフ操作時に開く吐出ポートを変えることが望ましい。すなわち、外気温が基準温度α以下のときには、ＩＧオフ操作時に開く吐出ポートにヒータポートＰ２を含めるようにし、外気温が基準温度αよりも高いときには、ＩＧオフ操作時に開く吐出ポートにヒータポートＰ２を含めないようにすれば、熱の利用効率をより高めることが可能となる。

Ｐ１…ラジエータポート（吐出ポート）、Ｐ２…ヒータポート（吐出ポート）、Ｐ３…デバイスポート（吐出ポート）、Ｒ１…ラジエータ経路（複数の経路の一つ）、Ｒ２…ヒータ経路（複数の経路の一つ）、Ｒ３…デバイス経路（複数の経路の一つ、第３の経路）、Ｒ４…リリーフ経路、１０…エンジン、１１…シリンダブロック、１１Ａ…ウォータジャケット（エンジンの内部）、１２…シリンダヘッド、１２Ａ…ウォータジャケット（エンジンの内部）、１３…冷却液ポンプ（ポンプ）、１４…多方弁、１５…ラジエータ、１６…ヒータコア、１７…スロットルボディ、１８…ＥＧＲバルブ、１９…ＥＧＲクーラ、２０…オイルクーラ、２１…ＡＴＦウォーマ、２２…リリーフ弁、２４…出口液温センサ、２５…電子制御ユニット、２６…クランク角センサ、２７…エアフローメータ、２８…外気温センサ、３０…ハウジング、３０Ａ…本体、３０Ｂ〜３０Ｄ…コネクタ部、３０Ｅ…取付面、３０Ｆ…流入ポート、３１…ポート部材、３３…弁体、３３Ａ…弁軸、３４…カバー、３５…モータ、３６Ａ〜３６Ｃ…ギア、３７…弁位相センサ、３９，４０…孔、４２…溝、４３，４４…ストッパ、５０…目標液温演算部、５１…液温制御部、５２…暖機制御部、５３…停止時制御部、５４…モータ駆動部。

Claims (2)

1. ポンプからエンジンの内部を通って前記ポンプに戻るように冷却液を流すとともに、前記エンジンの内部よりも下流側の部分において分岐して前記ポンプに各々接続された複数の経路を有し、且つそれら複数の経路の一つが、ラジエータを通るラジエータ経路とされた冷却液回路と、前記冷却液回路における前記複数の経路の分岐位置に設けられて、前記複数の経路にそれぞれ冷却液を吐出する複数の吐出ポートを備えるとともに、それら複数の吐出ポートの開閉状態を、それら複数の吐出ポートのすべてを閉じた状態を含んで切り替え可能な多方弁と、を備えるエンジン冷却装置において、
   イグニッションスイッチがオフとされたときに、前記複数の吐出ポートのうち、前記ラジエータ経路に冷却液を吐出する吐出ポートであるラジエータポートを閉じるとともに、前記ラジエータポート以外の吐出ポートの少なくとも一つを開くように前記多方弁を制御する停止時制御部を備える
   ことを特徴とするエンジン冷却装置。
2. 前記複数の経路として、前記ラジエータ経路、ヒータコアを通るヒータ経路、及びそれら以外の第３の経路を備えるとともに、前記複数の吐出ポートとして、前記ラジエータポート、前記ヒータ経路に冷却液を吐出するヒータポート、及び前記第３の経路に冷却液を吐出する第３の吐出ポートを備え、
   前記停止時制御部は、外気温が規定の基準温度以下の場合、前記イグニッションスイッチがオフとされたときに前記ラジエータポートを閉じるとともに前記ヒータポートを開くように前記多方弁を制御し、外気温が前記基準温度よりも高い場合、前記イグニッションスイッチがオフとされたときに前記ラジエータポートと前記ヒータポートとを閉じるとともに前記第３の吐出ポートを開くように前記多方弁を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置。

Images